JP2631762B2 - 接触燃焼方法 - Google Patents
接触燃焼方法Info
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- JP2631762B2 JP2631762B2 JP2216118A JP21611890A JP2631762B2 JP 2631762 B2 JP2631762 B2 JP 2631762B2 JP 2216118 A JP2216118 A JP 2216118A JP 21611890 A JP21611890 A JP 21611890A JP 2631762 B2 JP2631762 B2 JP 2631762B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、各種加熱装置の熱源として用いるための燃
料ガス又は未燃分を含む排ガスの燃焼処理にあたり、NO
X発生量を出来るだけ抑えて、これらのガスを燃焼させ
るための接触燃焼方法に関するものである。
料ガス又は未燃分を含む排ガスの燃焼処理にあたり、NO
X発生量を出来るだけ抑えて、これらのガスを燃焼させ
るための接触燃焼方法に関するものである。
ガスタービン、スチームリフォマー、ボイラー、加熱
炉等の燃焼ガスを熱源とする装置は数多い。こうた装置
に従来用いられている燃焼用バーナーは局部的な高温を
発生するため、最終的に得られる燃焼ガス温度が1400℃
以下でも高温部で発生したNOX濃度が著しく高くなるこ
とを避けられない。従来より理論燃焼温度1400℃以下の
均一な燃料／空気混合ガスを燃焼させればNOXの生成は
数ppm以下に抑え得ることが分かっている。
炉等の燃焼ガスを熱源とする装置は数多い。こうた装置
に従来用いられている燃焼用バーナーは局部的な高温を
発生するため、最終的に得られる燃焼ガス温度が1400℃
以下でも高温部で発生したNOX濃度が著しく高くなるこ
とを避けられない。従来より理論燃焼温度1400℃以下の
均一な燃料／空気混合ガスを燃焼させればNOXの生成は
数ppm以下に抑え得ることが分かっている。
しかしながら、理論燃焼温度が1400℃以下の場合には
燃料濃度が希薄となり、爆発限界下限値に近くなるため
均一予混合ガスをバーナーで着火することが難しくな
り、触媒燃焼を用いねばならなくなる。この場合、燃焼
触媒は耐熱性が低く1000℃以上には使えないため、1000
℃を超える均一予混合燃焼を実際に行うにあたっては、
前段で触媒燃焼させ、後段で気相燃焼させる２段燃焼方
式が提案されている。しかし、この方式は、前段触媒層
を1000℃以下に抑えねばならないこと、後段を気相燃焼
させるために不近一混合によるNOXが生成しやすく、こ
のNOXの生成を防ぐ装置上の工夫がいること等数々の難
しい点があり、操作も面倒である。
燃料濃度が希薄となり、爆発限界下限値に近くなるため
均一予混合ガスをバーナーで着火することが難しくな
り、触媒燃焼を用いねばならなくなる。この場合、燃焼
触媒は耐熱性が低く1000℃以上には使えないため、1000
℃を超える均一予混合燃焼を実際に行うにあたっては、
前段で触媒燃焼させ、後段で気相燃焼させる２段燃焼方
式が提案されている。しかし、この方式は、前段触媒層
を1000℃以下に抑えねばならないこと、後段を気相燃焼
させるために不近一混合によるNOXが生成しやすく、こ
のNOXの生成を防ぐ装置上の工夫がいること等数々の難
しい点があり、操作も面倒である。
一方、燃焼ゾーンにセラミックス成形体を着火源とし
て充填し、これを燃焼ガスの発火温度をゆうにこえる高
温に加熱した後、これに燃料と空気との均一混合ガスを
接触させて燃焼させる方法も知られている。この場合、
セラミックス成形体は、燃焼開始時において、着火源と
して発火温度迄何らかの方法で加熱することを必要とす
る。このための加熱方法としては、あらかじめ燃料ガス
の燃焼により形成した高温燃焼ガスでセラミックス成形
体を加熱する方法が採用されている。しかし、この場合
には、そのセラミックス成形体加熱用の高温燃焼ガスを
製造するために別に独立した燃焼室を設置することが必
要になる。このことは、燃焼装置を大型化し、かつ複雑
化するとともに、操作も複雑になるという問題がある。
て充填し、これを燃焼ガスの発火温度をゆうにこえる高
温に加熱した後、これに燃料と空気との均一混合ガスを
接触させて燃焼させる方法も知られている。この場合、
セラミックス成形体は、燃焼開始時において、着火源と
して発火温度迄何らかの方法で加熱することを必要とす
る。このための加熱方法としては、あらかじめ燃料ガス
の燃焼により形成した高温燃焼ガスでセラミックス成形
体を加熱する方法が採用されている。しかし、この場合
には、そのセラミックス成形体加熱用の高温燃焼ガスを
製造するために別に独立した燃焼室を設置することが必
要になる。このことは、燃焼装置を大型化し、かつ複雑
化するとともに、操作も複雑になるという問題がある。
本発明は、着火源としてセラミックス成形体を用い希
薄燃料／酸素含有混合ガスを該セラミックス成形体に接
触させながら燃焼させる方法において、前記燃焼開始時
におけるセラミックス成形体の加熱に見られる前記問題
を解決する方法を提供することをその課題とする。
薄燃料／酸素含有混合ガスを該セラミックス成形体に接
触させながら燃焼させる方法において、前記燃焼開始時
におけるセラミックス成形体の加熱に見られる前記問題
を解決する方法を提供することをその課題とする。
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ね
た結果、本発明を完成するに至った。
た結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、完全燃焼した時の到達ガス温
度があらかじめ1400℃以下に調節された燃料と酸素を含
有する混合ガスをセラミックス成形体を充填した燃焼ゾ
ーンにおいてそのをセラミックス成形体と接触させなが
ら燃焼する方法において、該セラミックス成形体の少な
くとも一部に気孔率が１％以下の炭化珪素成形体を用い
るとともに、該炭化珪素成形体に通電用の電極を付設
し、燃焼開始時に該電極を通して通電することにより該
成形体を発熱させるとともに、この発熱した成形体に該
混合ガスを接触させて着火し、この着火による該混合ガ
スの燃焼開始後には該電極への通電を停止し、該混合ガ
スをセラミックス成形体に接触させながら該混合ガスの
燃焼を継続させることを特徴とする接触燃焼方法が提供
される。
度があらかじめ1400℃以下に調節された燃料と酸素を含
有する混合ガスをセラミックス成形体を充填した燃焼ゾ
ーンにおいてそのをセラミックス成形体と接触させなが
ら燃焼する方法において、該セラミックス成形体の少な
くとも一部に気孔率が１％以下の炭化珪素成形体を用い
るとともに、該炭化珪素成形体に通電用の電極を付設
し、燃焼開始時に該電極を通して通電することにより該
成形体を発熱させるとともに、この発熱した成形体に該
混合ガスを接触させて着火し、この着火による該混合ガ
スの燃焼開始後には該電極への通電を停止し、該混合ガ
スをセラミックス成形体に接触させながら該混合ガスの
燃焼を継続させることを特徴とする接触燃焼方法が提供
される。
本発明において着火源として用いるセラミックス成形
体は、その少なくとも一部が炭化珪素（SiC）からなる
形成体で、通電用の電極を付設したものである。この炭
化珪素成形体は、その電極に通電することにより高温に
発熱させることができ、この発熱を利用して燃料ガスの
着火を行うことができる。
体は、その少なくとも一部が炭化珪素（SiC）からなる
形成体で、通電用の電極を付設したものである。この炭
化珪素成形体は、その電極に通電することにより高温に
発熱させることができ、この発熱を利用して燃料ガスの
着火を行うことができる。
本発明で用いる炭化珪素成形体は、耐熱衝撃性が高
く、着火と消火を度々行う燃焼装置における着火源用セ
ラミックス成形体としては好適のものである。しかし、
このものは、高温下における耐酸化性が低いという欠点
を有し、燃焼ガス中に生成されるスチーム及び燃料ガス
に含有されるスチームはその酸化を助長する。本発明者
等は、数多くの炭化珪素からなるハニカムを取り寄せて
試験したところ、いずれも高温下では酸化が進みシリカ
の生成による白変膨張により最終的には成形体の崩壊が
起こった。そして、この炭化珪素の酸化は分析の結果、
単結晶の表面から徐々に起ることがわかった。また、成
形体の表面及び内部を含みあわゆる部分の酸化が進んで
いることも分かった。これは、炭化珪素が細孔を有して
おり、その細孔中を酸素が自由に拡散し又発生したCO2
等がそこを通路として自由に成形体外に排出されるため
である。炭化珪素に見られるこうした耐酸化性の欠点
は、炭化形素成形体に気孔率を１％以下に保持すること
により改良し得ることが判明した。この炭化珪素成形体
の気孔率を１％以下に保持する方法の１つとしては、炭
化珪素の単結晶サイズ（粒子サイズ）に幅広い分布を持
たせて充填密度を上げ、これを成形し、焼結する方法で
ある。この場合、炭化珪素の粒子サイズの分布の一例を
あげれば、平均粒径0.5〜10μｍの粒子が30〜60重量
％、平均粒径10〜30μｍの粒子が30〜60重量％、平均粒
径30〜150μｍの粒子が５〜20重量％である。また、炭
化珪素成形体の気孔率を１％以下にする他の方法として
は、炭化珪素成形体の細孔内に金属酸化物を含有させる
方法がある。この方法によれば、炭化珪素成形体の気孔
率を実質的に零％（細孔容積0.001cc/g以下）にするこ
とができる。この場合、金属酸化物としては、燃焼時温
度で溶融しないように、少なくとも1400℃の融点を有す
るものであり、好ましくは1430〜1550℃の融点を有する
ものである。金属酸酸化物の融点がこれ以上高くなると
金属酸化物を溶融して炭化珪素成形体の細孔内に含浸さ
せる設備及び操作が難しくなるので好ましくない。炭化
珪素成形体の細孔内に含浸させる金属酸化物としては、
例えば、コージライト、各種金属酸化物の複合シリケー
ト（ウィレマイト、CaO・MaO・2SiO2、CaO・Al2O3・2Si
O2等）が挙げられる。
く、着火と消火を度々行う燃焼装置における着火源用セ
ラミックス成形体としては好適のものである。しかし、
このものは、高温下における耐酸化性が低いという欠点
を有し、燃焼ガス中に生成されるスチーム及び燃料ガス
に含有されるスチームはその酸化を助長する。本発明者
等は、数多くの炭化珪素からなるハニカムを取り寄せて
試験したところ、いずれも高温下では酸化が進みシリカ
の生成による白変膨張により最終的には成形体の崩壊が
起こった。そして、この炭化珪素の酸化は分析の結果、
単結晶の表面から徐々に起ることがわかった。また、成
形体の表面及び内部を含みあわゆる部分の酸化が進んで
いることも分かった。これは、炭化珪素が細孔を有して
おり、その細孔中を酸素が自由に拡散し又発生したCO2
等がそこを通路として自由に成形体外に排出されるため
である。炭化珪素に見られるこうした耐酸化性の欠点
は、炭化形素成形体に気孔率を１％以下に保持すること
により改良し得ることが判明した。この炭化珪素成形体
の気孔率を１％以下に保持する方法の１つとしては、炭
化珪素の単結晶サイズ（粒子サイズ）に幅広い分布を持
たせて充填密度を上げ、これを成形し、焼結する方法で
ある。この場合、炭化珪素の粒子サイズの分布の一例を
あげれば、平均粒径0.5〜10μｍの粒子が30〜60重量
％、平均粒径10〜30μｍの粒子が30〜60重量％、平均粒
径30〜150μｍの粒子が５〜20重量％である。また、炭
化珪素成形体の気孔率を１％以下にする他の方法として
は、炭化珪素成形体の細孔内に金属酸化物を含有させる
方法がある。この方法によれば、炭化珪素成形体の気孔
率を実質的に零％（細孔容積0.001cc/g以下）にするこ
とができる。この場合、金属酸化物としては、燃焼時温
度で溶融しないように、少なくとも1400℃の融点を有す
るものであり、好ましくは1430〜1550℃の融点を有する
ものである。金属酸酸化物の融点がこれ以上高くなると
金属酸化物を溶融して炭化珪素成形体の細孔内に含浸さ
せる設備及び操作が難しくなるので好ましくない。炭化
珪素成形体の細孔内に含浸させる金属酸化物としては、
例えば、コージライト、各種金属酸化物の複合シリケー
ト（ウィレマイト、CaO・MaO・2SiO2、CaO・Al2O3・2Si
O2等）が挙げられる。
本発明で用いてセラミックス成形体において、その形
状は出来るだけ表面積が大きい事が望ましい。接触面積
が大になればそれだけ装置を小型化できるからである。
しかしながら成形体の表面積を大きくするために、成形
体を微小な粒子状或は極端に微粒子状にすることでは別
の不都合が生じる。それは、ガスの流路抵抗が大きくな
って、ガス供給側の負荷が増大すること、あるいはセラ
ミックス成形体層が閉塞し易いことなとである。従っ
て、セラミックス成形体は燃焼ガスの流路抵抗を出来る
だけ小さくするために、柱状、管状、発泡体状あるいは
ハニカム状、さらにはこれらの組合せの形状で用いるの
が望ましい。このセラミックス成形体（以下接触体とも
言う）の必要表面積は使用する燃料種及び燃焼温度によ
って異なるが、燃料がメタで、燃焼温度1400℃を想定す
ると、燃料流量１モル／秒当たり5m2以上にするのがよ
い。接触体の外部面積がこれ以下になると、メタンガス
は着火しにくくなり、水素、ブタン、灯油では未燃分が
のこり易くなる。また、この表面積が大きい時は燃焼ゾ
ーンの滞留時間を小さくすることができるが、この表面
積がそれほど大きくない時には滞留時間を大きくせねば
ならない。
状は出来るだけ表面積が大きい事が望ましい。接触面積
が大になればそれだけ装置を小型化できるからである。
しかしながら成形体の表面積を大きくするために、成形
体を微小な粒子状或は極端に微粒子状にすることでは別
の不都合が生じる。それは、ガスの流路抵抗が大きくな
って、ガス供給側の負荷が増大すること、あるいはセラ
ミックス成形体層が閉塞し易いことなとである。従っ
て、セラミックス成形体は燃焼ガスの流路抵抗を出来る
だけ小さくするために、柱状、管状、発泡体状あるいは
ハニカム状、さらにはこれらの組合せの形状で用いるの
が望ましい。このセラミックス成形体（以下接触体とも
言う）の必要表面積は使用する燃料種及び燃焼温度によ
って異なるが、燃料がメタで、燃焼温度1400℃を想定す
ると、燃料流量１モル／秒当たり5m2以上にするのがよ
い。接触体の外部面積がこれ以下になると、メタンガス
は着火しにくくなり、水素、ブタン、灯油では未燃分が
のこり易くなる。また、この表面積が大きい時は燃焼ゾ
ーンの滞留時間を小さくすることができるが、この表面
積がそれほど大きくない時には滞留時間を大きくせねば
ならない。
本発明の接触燃焼を実施するためには、炭化珪素成形
体に通電し、高温に発熱させる。発熱温度は、成形体表
面温度で、メタンを主成分とする燃料では1000℃程度、
それ以外の、燃料、例えば、H2、CO、プロパン、ブタ
ン、灯油等では800℃程度である。成形体の温度は印加
する電圧で調節することができる。
体に通電し、高温に発熱させる。発熱温度は、成形体表
面温度で、メタンを主成分とする燃料では1000℃程度、
それ以外の、燃料、例えば、H2、CO、プロパン、ブタ
ン、灯油等では800℃程度である。成形体の温度は印加
する電圧で調節することができる。
次に、成形体の表面温度が燃料ガスが充分着火する温
度になった時点で、燃料／酸素含有混合ガスを成形体の
充填された燃焼ゾーンへ導入し、着火燃焼させる。混合
ガスが着火したところで通電を停止する。この操作は成
形体表面に接触させた白金−Rh熱電対による温度検出に
よって自動的に行うことができる。混合ガスの着火燃焼
後は、混合ガスの燃焼による発熱のために成形体は常時
着火温度以上に加熱されているため、燃焼は安定に維持
される。成形体の全てが通電発熱体である必要はない
が、燃焼開始時に燃焼が安定に持続し得る程度の表面積
は必要である。その表面積は、燃料流量１モル／秒当り
少なくとも5m2を必要とし、好ましくは10m2あればよ
い。
度になった時点で、燃料／酸素含有混合ガスを成形体の
充填された燃焼ゾーンへ導入し、着火燃焼させる。混合
ガスが着火したところで通電を停止する。この操作は成
形体表面に接触させた白金−Rh熱電対による温度検出に
よって自動的に行うことができる。混合ガスの着火燃焼
後は、混合ガスの燃焼による発熱のために成形体は常時
着火温度以上に加熱されているため、燃焼は安定に維持
される。成形体の全てが通電発熱体である必要はない
が、燃焼開始時に燃焼が安定に持続し得る程度の表面積
は必要である。その表面積は、燃料流量１モル／秒当り
少なくとも5m2を必要とし、好ましくは10m2あればよ
い。
本発明で用いる燃料と酸素を含有する混合ガスは、燃
料濃度の希薄のもので、一般には、完全燃焼した時の到
達ガス温度が1200〜1400℃に調節されたものである。混
合ガス中の燃料の具体的濃度は、その燃料の種類及びあ
らかじめ設定された完全燃焼した時の到達ガス温度によ
って適宜決められる。燃料としては、水素、一酸化炭
素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、灯
油、軽油、メタノール、LPG、都市ガス等が挙げられ
る。酸素含有ガスとしては、酸素、空気、酸素富化空気
が挙げられる。
料濃度の希薄のもので、一般には、完全燃焼した時の到
達ガス温度が1200〜1400℃に調節されたものである。混
合ガス中の燃料の具体的濃度は、その燃料の種類及びあ
らかじめ設定された完全燃焼した時の到達ガス温度によ
って適宜決められる。燃料としては、水素、一酸化炭
素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、灯
油、軽油、メタノール、LPG、都市ガス等が挙げられ
る。酸素含有ガスとしては、酸素、空気、酸素富化空気
が挙げられる。
本発明の接触燃焼法においては、着火源として用いる
セラミックス成形体が電気抵抗体である炭素珪素で形成
され、燃焼開始におけるセラミックス成形体の加熱をそ
のセラミックス成形体に対する通電による発熱を利用す
るため、セラミックス成形体加熱用の燃焼ガスを形成す
るための特別の燃焼室の使用が不要となり、燃焼装置の
構造が簡単になり、かつ装置全体が小型化されるととも
に、操作も簡単になる。
セラミックス成形体が電気抵抗体である炭素珪素で形成
され、燃焼開始におけるセラミックス成形体の加熱をそ
のセラミックス成形体に対する通電による発熱を利用す
るため、セラミックス成形体加熱用の燃焼ガスを形成す
るための特別の燃焼室の使用が不要となり、燃焼装置の
構造が簡単になり、かつ装置全体が小型化されるととも
に、操作も簡単になる。
Claims (1)
- 【請求項１】完全燃焼した時の到達ガス温度があらかじ
め1400℃以下に調節された燃料と酸素を含有する混合ガ
スをセラミックス成形体を充填した燃焼ゾーンにおいて
そのセラミックス成形体と接触させながら燃焼する方法
において、該セラミックス成形体の少なくとも一部に気
孔率が１％以下の炭化珪素成形体を用いるとともに、該
炭化珪素成形体に通電用の電極を付設し、燃焼開始時に
該電極を通して通電することにより該成形体を発熱させ
るとともに、この発熱した成形体に該混合ガスを接触さ
せて着火し、この着火による該混合ガスの燃焼開始後に
は該電極への通電を停止し、該混合ガスをセラミックス
成形体に接触させながら該混合ガスの燃焼を継続させる
ことを特徴とする接触燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2216118A JP2631762B2 (ja) | 1990-08-15 | 1990-08-15 | 接触燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2216118A JP2631762B2 (ja) | 1990-08-15 | 1990-08-15 | 接触燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0498005A JPH0498005A (ja) | 1992-03-30 |
| JP2631762B2 true JP2631762B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=16683532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2216118A Expired - Fee Related JP2631762B2 (ja) | 1990-08-15 | 1990-08-15 | 接触燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2631762B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5862427A (ja) * | 1981-10-07 | 1983-04-13 | Toyota Motor Corp | グロ−プラグ |
| JPS6252722U (ja) * | 1985-09-13 | 1987-04-02 | ||
| JPS63167065U (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-31 | ||
| JPH01310720A (ja) * | 1988-06-07 | 1989-12-14 | Isao Shiraishi | 空気清浄装置 |
-
1990
- 1990-08-15 JP JP2216118A patent/JP2631762B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0498005A (ja) | 1992-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |