JP3712527B2 - コークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉における燃焼排ガス中のNOxを低減させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コークス炉内での燃焼により発生する窒素酸化物にはNO,NO2 ,N2O ,N2O5等があるが、これらを総称してNOxと称している。このNOxは、サーマルNOx、プロムプトNOx、フューエルNOxに分けられが、コークス炉においては燃焼空気中の窒素を起源とするサーマルNOxが大部分を占めている。そして、その生成割合は下記の数式1で表され、この数式1よりサーマルNOxの生成には、火炎温度、窒素濃度、酸素濃度が影響することが判る。
【0003】
【数1】
dNOx/dt=N2×O2 1/2 ×exp(-k/T)
但し、k:定数
T:火炎温度
NOx,N2 ,O2 :各組成濃度
【0004】
ところで、コークス炉における燃焼排ガス中のNOx含有量を低減させる手段としては、▲1▼燃焼排ガスを再循環させることによって火炎温度を低下させる方法や、▲2▼部分的に燃焼させることによって酸素及び窒素濃度を減少させる方法が知られている。
【0005】
このうち、▲1▼の燃焼排ガスを再循環させる方法は、コッパースサーキュレーション方式のコークス炉において実施されている。この場合、双子型燃焼室(ツインフリュー)の底部に設けられた1つ又は2つの開口を通じて燃焼側フリューに燃焼排ガスを混入せしめて火炎温度を低下させ、また、酸素濃度を下げることで、NOx生成率を抑制している。
【0006】
また、▲2▼の部分的燃焼によってNOxの含有量を低減させるものは、多段加熱方式のコークス炉において実施されている。例えば特開昭61- 133286号や特開平1- 306494号では、燃焼排ガスの系内再循環とエア・ガスの多段燃焼の組合わせにおいて、NOxの含有量を効果的に低減させるには、燃焼排ガスの系内再循環と、下段空気の吐出量比、及び、第2燃焼段の配置を適当に組合せることが必要であるとしている。また、特表平4- 501876号では、さらに燃焼排ガスの炉外でのガス・エア希釈、燃焼室底部のサーキュレーション孔、富ガスノズル、貧ガスポート、の適正な配置が重要であるとしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法は、燃焼排ガスの再循環による火炎温度の低下と、部分的燃焼による酸素及び窒素濃度の減少の組み合わせであり、量的な改善による発生量の抑制に留まっていた。
【0008】
したがって、▲1▼のコッパースサーキュレーション方式での燃焼排ガスの再循環方式では、排ガス循環量を任意に変更することができなかった。また、燃焼室の高さが6.5m以上の大型コークス炉で、しかも乾留時間が12時間以下の高稼働率操業においては、排ガスの体積が増大すること及び循環口の断面積の制約により、排ガス循環率を20%以上に上げることができないという問題があった。
【0009】
また、▲2▼の部分燃焼によるNOxの低減方法は、カールスチル型コークス炉、オットー型コークス炉、及び日鉄M式コークス炉において「多段燃焼」という形で採用され、効果をあげているが、コークス炉でのNOx発生を更に低減させるためには、燃焼室の構造そのものを変更してNOxの生成を抑制するか、または、生成したNOxを分解する必要がある。
【0010】
このうち、生成したNOxを分解する方法としては、燃焼によって生成したNOxを還元性ガスによって還元分解することは公知であるが、コークス炉への適応については、燃焼室は底焚き式で、しかも、形状が縦450〜600mm、横800〜1100mm、高さ5000〜7000mmときわめて特殊であること、及び、還元性ガスの吹込み位置・吹込み角度、並びに吹込み方法の問題があり、実施には至っていない。
【0011】
一方、環境汚染防止に対する要求は年々厳しさを増してきており、法規制の上でも新設コークス炉のNOx排出規制値は既設炉のそれより相当厳しくなってきており、コークス炉建設ができなくなる可能性さえある。
【0012】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、還元性ガスの吹込み位置・吹込み角度、並びに吹込み方法を最適に規定することにより、特殊な形状のコークス炉における燃焼排ガス中のNOxを効果的に低減させることができる方法を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法は、燃焼室底部のガス供給口から1〜2.5mの高さ位置において、水素を含む還元性ガスを、燃焼排ガスの流れに対して直角〜60°上向きとなる角度で吹込むこととしている。そして、このようにすることで、燃焼室内で生成されたNOxは還元反応によって分解し、低減する。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法は、富ガス又は貧ガス、若しくはこれらの混合ガスの燃焼によって加熱され、前記燃料ガスは燃焼室底部から供給され、燃焼用エアは燃焼室底部又は燃焼室底部と燃焼室仕切壁内に設けられたダクトを介して高さ方向に複数の供給口から供給されるコークス炉において、燃焼室底部のガス供給口から1〜2.5mの高さ位置において、水素を含む還元性ガスを、燃焼排ガスの流れに対して直角〜60°上向きとなる角度で吹込むものであり、NOxを還元分解させるための還元性ガスとしては、コークス炉ガスを使用することが経済的である。
【0015】
すなわち、燃焼室底部から供給された富ガス(コークス炉ガス)又は貧ガス(高炉ガス)、若しくはこれらの混合ガスと燃焼用エアは、拡散燃焼しながら燃焼室内を上昇してゆくが、コークス炉の燃焼室のような狭く限定された空間内での燃焼は、解放された空間での燃焼に比べて燃焼領域が高さ方向で広範囲となる。
【0016】
このようなコークス炉の燃焼室での燃焼においては、ガス供給量又はガス発熱量若しくは空気比によって最大燃焼点は異なるものの、本発明者が燃焼中の雰囲気温度、及び、燃焼室内の壁面温度を測定した結果、ガス供給口から1〜2.5mの高さで良好なNOx低減効果を示すことが判明した。
【0017】
すなわち、燃焼が完了していないガス供給口から1m未満の高さ位置では、水素ガスを含む還元性ガスを吹込んでも、下記化学式1の還元反応によってNOxを分解することによるNOxの低減効果は現れないので、本発明では、還元性ガスの吹込み位置を、ガス供給口から1.0mの高さ以上としている。一方、還元性ガスの吹込み位置が2.5mを超えると、燃焼排ガスの温度が低下し、NOxの還元分解反応が遅滞するので、本発明では、還元性ガスの吹込み位置を、ガス供給口から2.5m未満の高さとしている。
【0018】
【化1】
2NO+H2 =N2 +2OH
【0019】
NOxを含む燃焼ガスとより速く混合させるためには、還元性ガスの吹込み角度を燃焼排ガスの流れに対して直角〜60°上向きに吹込むことが必要である。本発明者による実験では、吹込み角度を燃焼排ガスの流れと平行にした場合には、NOxの低減効果は得られなかった。なお、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法を実施する際の、還元性ガスの吹込み口の形状は、特に限定するものではないが、横幅を広くして、高さを抑えたスリット状のとなすことが望ましい。
【0020】
【実施例】
以下、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法を図1〜図8に示す一実施例に基づいて説明する。
図1は貧ガス加熱、或いは、富ガス加熱が可能な複式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、NOxの還元性ガス供給装置を敷設した図2の矢視A−A断面図、図2は図1のB−B水平断面図、図3は図1のC−C水平断面図、図4は富ガス加熱のみが可能な単式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、NOxの還元性ガス供給装置を敷設した図5の矢視D−D断面図、図5は図4のE−E水平断面図、図6は図4のF−F水平断面図、図7はエア多段型燃焼構造炉に燃焼排ガスの炉内再循環と、NOxの還元性ガス供給装置を併用した図8の矢視G−G断面図、図8は図7のH−H水平断面図である。
【0021】
図1〜図3における複式炉では、貧ガス燃焼の場合、燃料ガスは、燃焼室1の底部13に設けた貧ガス供給ダクト4を介して、貧ガス供給口9から単段で燃焼室1に供給される。また、富ガス燃焼の場合、燃料ガスは、同じく燃焼室1の底部13に設けた富ガス供給ノズル6から単段で燃焼室1に供給される。
【0022】
一方、燃焼用エアは一次エアと二次エアに大別され、一次エアは、燃焼室1の底部13に設けた一次エア供給ダクト5を介して一次エア供給口10から、また、二次エアは、仕切壁12に設けた二次エア供給ダクト3を介して、一次エア供給口10から例えば2.5mと3.5mの高さ位置に2箇所設けられた二次エア供給ノズル2から、夫々燃焼室1に多段で供給される。
【0023】
7は水素を含んだ例えばコークス炉ガスの供給ダクトであり、この供給ダクト7は仕切壁11に設けられている。コークス炉ガスはこの供給ダクト7を経て、前記一次エア供給口10から例えば2mの高さ位置に設置された還元性ガス供給ノズル8を介して燃焼室1内に供給される。この還元性ガス供給ノズル8は、例えば図3に示すように、幅を広くし、高さを抑えたスリット型のものを採用し、かつ、燃焼室1への吹出し角度は、例えば燃焼排ガスの流れと直角になるようになしている。なお、図1〜図3中の14は炉壁を示す。
【0024】
本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法は、例えば上記したような構成のコークス炉を用いて実施するものであり、燃焼室1の底部13の貧ガスガス供給口9から2mの高さ位置に設けた還元性ガス供給ノズル8から、還元性ガスとして例えばコークス炉ガスを、例えば燃焼排ガスの流れと直角になるように吹込むのである。
【0025】
この図1〜図3に示すコークス炉を用いて、還元性ガス供給ノズル8から富ガスの20%のコークス炉ガスを、燃焼排ガスの流れと平行な場合と直角に吹込んだ場合の、燃焼室1の高さ方向のNOx分布を示したのが図9である。この図9から、コークス炉ガスを燃焼排ガスの流れと平行に吹込んだ場合には、コークス炉ガスを吹込まない場合とほとんど変化がなく、効果はないのが判る。これに対して、コークス炉ガスを燃焼排ガスの流れと直角に吹込んだ場合には、コークス炉ガスを吹込まない場合と比較してNOxは約20%減少している。
【0026】
図10は図9と同様の条件で、還元性ガス(コークス炉ガス)の吹込み角度を変化させた場合のNOx低減効果の一例を示したものである。この図10より明らかなように、還元性ガス(コークス炉ガス)の吹込み角度は、燃焼排ガスの流れに対して直角〜60°上向きの場合にNOxの低減効果がある。
【0027】
図11は図9と同様の条件で、還元性ガス(コークス炉ガス)の吹込み高さ位置を変化させた場合のNOx低減効果の一例を示したものである。この図11より明らかなように、還元性ガス(コークス炉ガス)の吹込み高さ位置は、1.5〜2m付近で最大のNOx低減効果がある。
【0028】
本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法は、図1〜図3に示した構造の複式炉に限らないことは勿論であり、図4〜図6に示す、富ガスのみ供給可能な単式炉や、図7及び図8に示すように、燃焼室にサーキュレーション口15を設けた燃焼排ガスの炉内再循環型のコークス炉にも適用が可能である。
【0029】
図12は多段燃焼炉において富ガス(コークス炉ガス)を燃焼させた時の、燃焼排ガスを炉内で再循環(サーキュレーション)させた場合の効果と、還元性ガスを吹込んだ場合の効果を組合せた結果を示したものである。燃焼排ガスを炉内で再循環させたものを併用した場合であっても、やはりNOxは20%程度低減しているのが判る。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法では、還元性ガスの吹込み位置・吹込み角度、並びに吹込み方法を最適に規定したので、特殊な形状のコークス炉であっても、燃焼排ガス中のNOxを効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】貧ガス加熱、或いは、富ガス加熱が可能な複式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、NOxの還元性ガス供給装置を敷設した図2の矢視A−A断面図である。
【図2】図1のB−B水平断面図である。
【図3】図1のC−C水平断面図である。
【図4】富ガス加熱のみが可能な単式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、NOxの還元性ガス供給装置を敷設した図5の矢視D−D断面図である。
【図5】図4のE−E水平断面図である。
【図6】図4のF−F水平断面図である。
【図7】エア多段型燃焼構造炉に燃焼排ガスの炉内再循環と、NOxの還元性ガス供給装置を併用した図8の矢視G−G断面図である。
【図8】図7のH−H水平断面図である。
【図9】燃料ガスとして富ガスを使用した時、還元性ガスを燃料ガスの20%吹込んだ場合の効果を示す図である。
【図10】図9と同じ条件で、還元性ガスの吹込み角度を変化させた場合の効果を示す図である。
【図11】図9と同じ条件で、還元性ガスの吹込み高さ位置を変化させた場合の効果を示す図である。
【図12】多段燃焼炉において富ガスを燃焼させた時の、燃焼排ガスを炉内で再循環させた場合の効果と、還元性ガスを吹込んだ場合の効果を組合せた結果を示したものである。
【符号の説明】
1 燃焼室
2 二次エア供給ノズル
3 二次エア供給ダクト
7 供給ダクト
8 還元性ガス供給ノズル
9 貧ガス供給口
10 一次エア供給口
11 仕切壁
12 仕切壁
13 底部
Claims (2)
- 富ガス又は貧ガス、若しくはこれらの混合ガスの燃焼によって加熱され、前記燃料ガスは燃焼室底部から供給され、燃焼用エアは燃焼室底部又は燃焼室底部と燃焼室仕切壁内に設けられたダクトを介して高さ方向に複数の供給口から供給されるコークス炉において、燃焼室底部のガス供給口から1〜2.5mの高さ位置において、水素を含む還元性ガスを、燃焼排ガスの流れに対して直角〜60°上向きとなる角度で吹込むことを特徴とするコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法。
- NOxを還元分解させるための還元性ガスとして、コークス炉ガスを使用することを特徴とする請求項1記載のコークス炉燃焼排ガス中のNOx低減方法。
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