JP7006213B2 - 加熱装置及び加熱方法 - Google Patents
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Description
本発明は、加熱装置及び加熱方法に関する。
従来、燃料を燃焼させることにより熱量を得る加熱装置が知られている（例えば、特許文献１等を参照。）。特許文献１に記載の加熱装置は、燃料として石炭とアンモニアを使用するボイラーを含む。特許文献１には、燃料の一部としてアンモニアを用いることにより、二酸化炭素の排出量を削減することができる旨が記載されている。
特許文献１に記載のように、アンモニアを燃料として用いることで二酸化炭素の排出量を抑制することができる。しかしながら、アンモニアを燃料として用いた場合、アンモニアの燃焼に伴い、窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。ＮＯｘは大気汚染物質であるため、アンモニアを燃料として用いる二酸化炭素発生量が少ない加熱装置においても、ＮＯｘの発生を抑制したいという要望がある。
本発明の主な目的は、二酸化炭素及びＮＯｘの発生が抑制された加熱装置及び加熱方法を提供することにある。
本発明に係る加熱装置は、燃焼室と、第１の供給機構と、第２の供給機構とを備える。第１の供給機構は、燃焼室に対してアンモニアと酸素とを供給する。第２の供給機構は、燃焼室に対して、アンモニア以外の炭素含有燃料である他の燃料と酸素とを供給する。本発明に係る加熱装置は、燃焼室において、アンモニア及び他の燃料を燃焼させることにより熱量を発生させる加熱装置である。本発明に係る加熱装置では、Ｖ０１：第１の供給機構から供給されるアンモニア及び第２の供給機構から供給される他の燃料を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、Ｖ０２：燃焼室に供給される全酸素量（体積）、Ｖ１１：第１の供給機構から供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、Ｖ１２：第１の供給機構から供給される酸素量（体積）としたときに、（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が０．８以上である。
本発明に係る加熱装置は、先端部が燃焼室内に位置しており、第２の供給機構に接続された第２の流路と、第１の供給機構に接続された第１の流路とを有するバーナーをさらに備えていてもよい。
本発明に係る加熱装置では、アンモニアが、第１及び第２の供給機構のうち、第１の供給機構により供給されてもよい。他の燃料が、第１及び第２の供給機構のうち、第２の供給機構により供給されてもよい。
本発明に係る加熱装置では、他の燃料が、固体燃料、気体燃料又は液体燃料であってもよい。
本発明に係る加熱方法は、第１の供給機構から燃焼室に対してアンモニアと酸素を供給すると共に第２の供給機構から燃焼室に対してアンモニア以外の燃料である他の燃料と酸素を供給し、燃焼室において燃焼させることにより熱量を発生させる加熱方法である。本発明に係る加熱方法では、Ｖ０１：第１の供給機構から供給されるアンモニア及び第２の供給機構から供給される他の燃料を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、Ｖ０２：燃焼室に供給される全酸素量（体積）、Ｖ１１：第１の供給機構から供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、Ｖ１２：第１の供給機構から供給される酸素量（体積）としたときに、（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が０．８以上となるように燃焼を行う。
本発明によれば、二酸化炭素及びＮＯｘの発生が抑制された加熱装置及び加熱方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図１に示す加熱装置１は、炭素含有燃料及びアンモニアを含む燃料を燃焼させて熱量を発生させる装置である。加熱装置１は、例えば、ボイラーなどの液体を加熱するための加熱装置を構成していてもよいし、キルンなどの固体を加熱するための加熱装置を構成していてもよい。
加熱装置１は、燃焼室１０と、燃焼機構２０と、第１の供給機構３０と、第２の供給機構４０とを備えている。
燃焼室１０は、燃焼が行われ、熱量が発生する部屋である。加熱装置１は、燃焼室１０において発生した熱量が燃焼室内において使用されるように構成されていてもよいし、燃焼室１０において発生した熱量が外部に排出されるように構成されていてもよい。例えば、加熱装置１がキルンである場合は、燃焼室１０内に投入された原料が、燃焼室１０において生じた熱量により焼成される。
燃焼室１０には、第１の供給機構３０と第２の供給機構４０とが接続されている。
第１の供給機構３０は、燃焼室１０に対して、アンモニアと酸素とを供給する。もっとも、本発明において、第１の供給機構は、アンモニア及び酸素以外のものを燃焼室に対して供給するものであってもよい。また、酸素は、空気として供給されてもよい。本実施形態では、第１の供給機構３０が、アンモニア及び酸素のみを実質的に供給する例について説明する。
なお、「アンモニア及び酸素のみを実質的に供給する」には、供給するアンモニアガスや酸素ガスに含まれる不純物を、アンモニア及び酸素と共に供給することを含むものとする。
第２の供給機構４０は、燃焼室１０に対して、アンモニア以外の燃料（以下、「他の燃料」とする。）と酸素とを供給する。もっとも、本発明において、第２の供給機構は、他の燃料及び酸素以外のものを供給するものであってもよい。本実施形態では、第２の供給機構４０が、他の燃料と酸素のみを実質的に供給する例について説明する。
なお、「他の燃料及び酸素のみを実質的に供給する」には、供給する他の燃料ガスや酸素ガスに含まれる不純物を、他の燃料及び酸素と共に供給することを含むものとする。また、酸素は、空気として供給されてもよい。
以上のように、本実施形態においては、アンモニアは、第１及び第２の供給機構３０，４０のうち、第１の供給機構３０により燃焼室１０に供給され、他の燃料は、第１及び第２の供給機構３０，４０のうち、第２の供給機構４０により燃焼室１０に供給される。
具体的には、本実施形態では、第１の供給機構３０は、アンモニアと酸素とを、燃焼室１０に設けられた燃焼機構２０に供給する。第２の供給機構４０は、他の燃料と酸素とを、燃焼機構２０に供給する。なお、本発明においては、第１の供給機構は、燃焼機構にアンモニアと酸素とを供給せず、燃焼室に直接アンモニアと酸素とを供給するものであってもよい。
燃焼機構２０は、第１及び第２の供給機構３０，４０から供給された、他の燃料と、アンモニアの少なくとも一部とが燃焼する。これらの燃料の燃焼により熱量が発生し、加熱が行われる。
燃焼機構２０は、例えば、図２に示す、先端部が燃焼室１０に位置しているバーナーにより構成することができる。以下、本実施形態では、燃焼機構２０がバーナーにより構成されている例について説明する。
図２に示すように、燃焼機構２０を構成しているバーナーは、二重管構造を有しており、第１の流路２１と、第２の流路２２とを有する。第１の流路２１は、第２の流路２２の周囲に設けられている。第１の流路２１には、第１の供給機構３０が接続されている。第２の流路２２には、第２の供給機構４０が接続されている。このため、燃焼機構２０を構成しているバーナーの中央から他の燃料と酸素とが供給され、その外側からアンモニアと酸素とが供給される。
なお、本実施形態では、第１の流路２１が第２の流路２２の周囲に設けられている例について説明した。但し、本発明において、第１の流路と第２の流路との位置関係は、第１の流路からの供給物と第２の流路からの供給物とが燃焼に寄与する範囲内であれば、特に限定されない。本発明においては、例えば、第１の流路と第２の流路とが離間して設けられていてもよい。
他の原料は、例えば、気体、液体、固体のいずれの形態の燃料であってもよい。他の原料が液体の場合は、液状の他の原料は、第２の流路２２の先端部から噴霧される。他の原料が固体の場合は、固形状の他の原料は、例えば、５００μｍ程度以下に粉砕されたり、さらに微粉砕されたり、スラリーにされたりして、第２の流路２２の先端部から放出される。
他の原料は、例えば、化石燃料、廃棄物、バイオマス等であってもよい。
気体の化石燃料の具体例としては、例えば、天然ガス、メタンハイドレート、シェールガス等が挙げられる。その他の気体の炭素含有燃料としては、メタン、エタン、プロパン等が上げられる。
液体の化石燃料の具体例としては、例えば、重油、軽油、ガソリン等の石油精製液体燃料、化学的に合成された液状炭化水素、アルコール、グリコール等が挙げられる。
固体の化石燃料の具体例としては、例えば、石炭、石油コークス、石炭コークスが挙げられる。これらのうち、揮発分が多く燃焼性に優れる観点から、微粉炭が好ましい。
廃棄物由来の炭素含有燃料の具体例としては、例えば、廃プラスチック類、繊維くず、紙くず、廃油等が挙げられる。
バイオマスの具体例としては、例えば、木くず、ヤシ殻、有機汚泥、食物残渣、動物の糞尿等が挙げられる。
図２に模式的に示す燃焼機構２０は、重油等の液体の炭素含有燃料（液体燃料）や、プロパンガス等の気体の炭素含有燃料（気体燃料）、又は微粉炭等の固体の炭素含有原料（固体燃料）を用いる場合に好適なバーナーである。燃焼機構２０の形態は、使用する炭素含有燃料の形態によって適宜選択することができる。
本発明者らは、鋭意研究の結果、
Ｖ０１：第１の供給機構３０から供給されるアンモニア及び第２の供給機構４０から供給される他の燃料を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、
Ｖ０２：燃焼室に供給される全酸素量（体積）、
Ｖ１１：第１の供給機構３０から供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、
Ｖ１２：第１の供給機構３０から供給される酸素量（体積）、
としたときに、
（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が特定の範囲内となるように制御することにより、ＮＯｘの発生を抑制できることに想到した。具体的には、本発明者らは、（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）を０．８以上とすることにより、アンモニアを用いることにより、炭素含有燃料の燃焼に由来して発生する二酸化炭素の発生量を抑制できると共に、ＮＯｘの発生量を顕著に抑制できることに想到した。
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としたときに、
（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が特定の範囲内となるように制御することにより、ＮＯｘの発生を抑制できることに想到した。具体的には、本発明者らは、（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）を０．８以上とすることにより、アンモニアを用いることにより、炭素含有燃料の燃焼に由来して発生する二酸化炭素の発生量を抑制できると共に、ＮＯｘの発生量を顕著に抑制できることに想到した。
その理由としては定かではないが、（Ｖ０２／Ｖ０１）に対して、（Ｖ１２／Ｖ１１）を制御することにより、燃焼に寄与しないアンモニアがＮＯｘに対して脱硝作用を奏し、ＮＯｘを窒素ガスに還元するからであると考えられる。（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）の上限は、ＮＯｘの発生量を抑制する観点から、例えば１．３以下であってもよい。
加熱装置１においては、炭素含有燃料に加えて、アンモニアを燃料として使用する。このため、同量の熱量を発生させるために必要な炭素含有燃料の量を少なくすることができる。従って、加熱装置１から排出される二酸化炭素の量が少ない。さらに、加熱装置１では、（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が０．８以上となるように燃焼が行われる。このため、上述の通り、ＮＯｘの発生量も抑制される。すなわち、加熱装置１では、二酸化炭素及びＮＯｘの両方の発生量が抑制されている。
ＮＯｘの発生量をより効果的に抑制する観点からは、（Ｖ０２／Ｖ０１）が１．２未満であることが好ましい。この場合、ＮＯｘの発生量を抑制できる（Ｖ１２／Ｖ１１）の範囲を広げることができる。炭素含有燃料の燃焼を円滑にする観点から、（Ｖ０２／Ｖ０１）は、例えば１．０以上であってもよく、１．０３以上であってもよい。アンモニアの燃焼を円滑にする観点から、（Ｖ１２／Ｖ１１）は、例えば０．８以上であってもよく、０．９以上であってもよい。
本実施形態では、加熱機構が第１及び第２の供給機構のみを備える例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明の加熱機構は、第１及び第２の供給機構に加え、助燃剤及び燃料の少なくとも一方を含むものを供給する機構をさらに有していてもよい。例えば、本発明の加熱機構は、第１及び第２の供給機構に加え、空気を供給する第３の供給機構をさらに備えていてもよい。
図３は、図２に示すバーナーの変形例である。この変形例では、図３に示す三重管構造を有するバーナーで燃焼機構２０Ａが構成される。図３のバーナーは、中央部に第３の流路２３を有し、その周囲に第３の流路２３側から第２の流路２２と、第１の流路２１と、をこの順に有する。すなわち、図３のバーナーは、内側から外側に向かって、第３の流路２３、第２の流路２２及び第１の流路２１をこの順に有する。第１の流路２１には、第１の供給機構３０が接続されている。第２の流路２２には、第２の供給機構４０が接続されている。第３の流路２３には、酸素を供給する第３の供給機構が接続されている。このため、燃焼機構２０Ａを構成しているバーナーの中央から酸素が供給され、その外側から他の燃料と酸素とが供給され、さらにその外側からアンモニアと酸素とが供給される。それぞれの酸素は、空気として供給されてもよい。
本変形例では、内側から外側に向かって、第３の流路２３、第２の流路２２及び第１の流路２１をこの順に有するバーナーで構成される燃焼機構２０Ａを説明したが、これに限定されない。例えば、他の燃料と酸素が供給される第２の流路２２を中央部に設け、その外側に燃料を供給せず酸素を供給する第３の流路２３を設け、さらにその外側にアンモニアと酸素を供給する第１の流路２１を設けてもよい。
なお、本発明において、燃焼室１０に供給されるアンモニアと他の燃料との比（発熱量ベース）は、特に限定されないが、アンモニア：他の燃料は、例えば、１：９９～５０：５０であることが好ましい。
本発明においては、燃焼室からの排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度は１７００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１５００ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１０００ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。燃焼室からの排気ガスに含まれるＣＯ２濃度は１４体積％以下であることが好ましく、１３体積％以下であることがより好ましい。燃焼室からの排気ガスにアンモニアが実質的に含まれないことが好ましく、アンモニアが含まれないことがより好ましい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
以下、本発明について、具体的な実験例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
（実験例１－１）
図３に示すような第１の流路、第２の流路及び第３の流路を有する重油燃焼バーナ（外径７８ｍｍ）を備え、内壁寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍ×１２００ｍｍである直方体状の燃焼室を用いて下記の条件で燃焼実験を行った。第１の供給機構から第１の流路にアンモニアと空気（これに含まれる酸素量はＶ１２）を供給し、第２の供給機構から第２の流路にＡ重油と空気を供給した。また、第３の流路には空気のみを供給した。このようにしてアンモニア及びＡ重油の燃焼を行った。その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を、ヤナコ社製窒素酸化物・酸素自動計測器 ＥＣＬ－８８Ａ Ｌｉｔｅを用いて測定した。結果を表１及び図４に示す。
図３に示すような第１の流路、第２の流路及び第３の流路を有する重油燃焼バーナ（外径７８ｍｍ）を備え、内壁寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍ×１２００ｍｍである直方体状の燃焼室を用いて下記の条件で燃焼実験を行った。第１の供給機構から第１の流路にアンモニアと空気（これに含まれる酸素量はＶ１２）を供給し、第２の供給機構から第２の流路にＡ重油と空気を供給した。また、第３の流路には空気のみを供給した。このようにしてアンモニア及びＡ重油の燃焼を行った。その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を、ヤナコ社製窒素酸化物・酸素自動計測器 ＥＣＬ－８８Ａ Ｌｉｔｅを用いて測定した。結果を表１及び図４に示す。
条件：
燃料：Ａ重油（発熱量３７．２ＭＪ／Ｌ）及びアンモニア
Ａ重油の供給量：０．９７Ｌ／ｈ
Ａ重油とアンモニア（燃焼熱：１８．６ＭＪ／ｋｇ＿ｇａｓ）の混合比（発熱量ベース）：Ａ重油：アンモニア＝７０：３０
Ｖ０２／Ｖ０１：１．２
Ｖ１２／Ｖ１１：０．８
燃料：Ａ重油（発熱量３７．２ＭＪ／Ｌ）及びアンモニア
Ａ重油の供給量：０．９７Ｌ／ｈ
Ａ重油とアンモニア（燃焼熱：１８．６ＭＪ／ｋｇ＿ｇａｓ）の混合比（発熱量ベース）：Ａ重油：アンモニア＝７０：３０
Ｖ０２／Ｖ０１：１．２
Ｖ１２／Ｖ１１：０．８
本実験例におけるＶ０１は、第１の流路及び第２の流路に供給されるアンモニア及びＡ重油を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）である。Ｖ０２は、第１の流路、第２の流路及び第３の流路から供給される空気に含まれる酸素量の合計である。Ｖ１１は、第１の流路に供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）である。Ｖ１２は、第１の流路に供給される空気に含まれる酸素量である。
（実験例１－２）
Ｖ１２／Ｖ１１：０．９としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：０．９としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例１－３）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．０としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．０としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例１－４）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．１としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．１としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例１－５）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．２としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．２としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例２－１）
Ｖ０２／Ｖ０１：１．０９とし、Ｖ１２／Ｖ１１：０．９としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ０２／Ｖ０１：１．０９とし、Ｖ１２／Ｖ１１：０．９としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例２－２）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．０としたこと以外は、実験例２－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．０としたこと以外は、実験例２－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例２－３）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．１としたこと以外は、実験例２－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．１としたこと以外は、実験例２－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例２－４）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．２としたこと以外は、実験例２－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．２としたこと以外は、実験例２－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例３－１）
Ｖ０２／Ｖ０１：１．０５とし、Ｖ１２／Ｖ１１：０．９としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ０２／Ｖ０１：１．０５とし、Ｖ１２／Ｖ１１：０．９としたこと以外は、実験例１－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例３－２）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．０としたこと以外は、実験例３－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．０としたこと以外は、実験例３－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例３－３）
Ｖ１２／Ｖ１１：１．１としたこと以外は、実験例３－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１：１．１としたこと以外は、実験例３－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。結果を表１及び図４に示す。
（実験例４－１）
図２に示すような第１の流路と第２の流路を有する微粉炭燃焼バーナ（外径５０ｍｍ）と補助バーナーとを備え、実験例１－１と同じ燃焼室を用いて下記の条件で燃焼実験を行った。第１の供給機構から微粉炭燃焼バーナーの第１の流路にメタンガスと空気を供給し、第２の供給機構から微粉炭燃焼バーナーの第２の流路に微粉炭と空気を供給して燃焼を行った。また、これに併せて、微粉炭燃焼バーナーの近傍に設けられる助燃用トーチにメタンガスと空気を供給して燃焼を行った。そして、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。また、ＣＯ２濃度を、ヤナコ社製 排ガス計測器 ＥＩＲ－３１Ｓを用いて測定した。結果を表２に示す。表２の備考欄には、実施例及び比較例の種別を示した。
図２に示すような第１の流路と第２の流路を有する微粉炭燃焼バーナ（外径５０ｍｍ）と補助バーナーとを備え、実験例１－１と同じ燃焼室を用いて下記の条件で燃焼実験を行った。第１の供給機構から微粉炭燃焼バーナーの第１の流路にメタンガスと空気を供給し、第２の供給機構から微粉炭燃焼バーナーの第２の流路に微粉炭と空気を供給して燃焼を行った。また、これに併せて、微粉炭燃焼バーナーの近傍に設けられる助燃用トーチにメタンガスと空気を供給して燃焼を行った。そして、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度を実験例１－１と同様にして測定した。また、ＣＯ２濃度を、ヤナコ社製 排ガス計測器 ＥＩＲ－３１Ｓを用いて測定した。結果を表２に示す。表２の備考欄には、実施例及び比較例の種別を示した。
条件：
燃料：微粉炭（発熱量３７．２ＭＪ／Ｌ）、メタンガス（発熱量３６ＭＪ／Ｎｍ３）
微粉炭の供給量：９５６ｇ／ｈ
助燃用トーチにおけるメタンガスの供給量：０．１２Ｎｍ３／ｈ
微粉炭及び助燃用トーチに供給されるメタンガスの合計と第１の流路に供給されるメタンガスとの混合比（発熱量ベース） （微粉炭＋メタンガス）：メタンガス＝７０：３０
燃料：微粉炭（発熱量３７．２ＭＪ／Ｌ）、メタンガス（発熱量３６ＭＪ／Ｎｍ３）
微粉炭の供給量：９５６ｇ／ｈ
助燃用トーチにおけるメタンガスの供給量：０．１２Ｎｍ３／ｈ
微粉炭及び助燃用トーチに供給されるメタンガスの合計と第１の流路に供給されるメタンガスとの混合比（発熱量ベース） （微粉炭＋メタンガス）：メタンガス＝７０：３０
本実験例におけるＶ０１は、第１の流路に供給されるメタンガスと、第２の流路に供給される微粉炭と、助燃用トーチに供給されるメタンガスと、を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）である。Ｖ０２は、第１の流路、第２の流路及び助燃用トーチから供給される空気に含まれる酸素量の合計である。
表２に示すとおり、比較例に相当する実験例４－１では、ＣＯ２の発生量が多かった。
（実験例５－１）
微粉炭燃焼バーナー及び助燃用トーチとは別にアンモニア供給ノズルを設け、第１の流路をこのアンモニア供給ノズルで構成したこと、並びに、微粉炭燃焼バーナーへのメタンガスの供給を行わなかったこと以外は、実験例４－１と同様にして燃焼実験を行った。すなわち、本実験例における微粉炭燃焼バーナーは、第２の流路のみを有していた。
微粉炭燃焼バーナー及び助燃用トーチとは別にアンモニア供給ノズルを設け、第１の流路をこのアンモニア供給ノズルで構成したこと、並びに、微粉炭燃焼バーナーへのメタンガスの供給を行わなかったこと以外は、実験例４－１と同様にして燃焼実験を行った。すなわち、本実験例における微粉炭燃焼バーナーは、第２の流路のみを有していた。
第１の供給機構から、第１の流路を構成するアンモニア供給ノズルにアンモニアと空気（これに含まれる酸素量はＶ１２）を供給し、第２の供給機構から微粉炭燃焼バーナーの第２の流路に微粉炭と空気を供給して燃焼を行った。また、これに併せて、微粉炭燃焼バーナー及びアンモニア供給ノズルの近傍に設けられる助燃用トーチにメタンガスと空気を供給して燃焼を行った。そして、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度及びＣＯ２濃度を、実験例４－１と同様にして測定した。結果を表３に示す。表３の備考欄には、実施例及び比較例の種別を示した。
条件：
燃料：微粉炭（発熱量３７．２ＭＪ／Ｌ）、メタンガス（発熱量３６ＭＪ／Ｎｍ３）及びアンモニア
微粉炭の供給量：９５６ｇ／ｈ
メタンガスの供給量：０．１２Ｎｍ３／ｈ
微粉炭及びメタンガスの合計とアンモニア（燃焼熱：１８．６ＭＪ／ｋｇ＿ｇａｓ）との混合比（発熱量ベース） （微粉炭＋メタンガス）：アンモニア＝７０：３０
Ｖ０２／Ｖ０１：１．２
Ｖ１２／Ｖ１１：１．２
燃料：微粉炭（発熱量３７．２ＭＪ／Ｌ）、メタンガス（発熱量３６ＭＪ／Ｎｍ３）及びアンモニア
微粉炭の供給量：９５６ｇ／ｈ
メタンガスの供給量：０．１２Ｎｍ３／ｈ
微粉炭及びメタンガスの合計とアンモニア（燃焼熱：１８．６ＭＪ／ｋｇ＿ｇａｓ）との混合比（発熱量ベース） （微粉炭＋メタンガス）：アンモニア＝７０：３０
Ｖ０２／Ｖ０１：１．２
Ｖ１２／Ｖ１１：１．２
本実験例におけるＶ０１は、第１の流路に供給されるアンモニアと、第２の流路に供給される微粉炭と、助燃用トーチに供給されるメタンガスとを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）である。Ｖ０２は、第１の流路、第２の流路及び助燃用トーチから供給される空気に含まれる酸素量の合計である。Ｖ１１は、第１の流路に供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）である。Ｖ１２は、第１の流路に供給される空気に含まれる酸素量である。
（実験例５－２）
Ｖ１２／Ｖ１１が１．１になるようにＶ１２を調節したこと以外は、実験例５－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度及びＣＯ２濃度を実験例５－１と同様にして測定した。結果を表３に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１が１．１になるようにＶ１２を調節したこと以外は、実験例５－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度及びＣＯ２濃度を実験例５－１と同様にして測定した。結果を表３に示す。
（実験例５－３）
Ｖ１２／Ｖ１１が１．０になるようにＶ１２を調節したこと以外は、実験例５－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度及びＣＯ２濃度を実験例５－１と同様にして測定した。結果を表３に示す。
Ｖ１２／Ｖ１１が１．０になるようにＶ１２を調節したこと以外は、実験例５－１と同様にして燃焼実験を行い、その際に発生した排気ガス中のＮＯｘ濃度及びＣＯ２濃度を実験例５－１と同様にして測定した。結果を表３に示す。
表３に示すとおり、実験例５－１～５－３では、排ガス中のＮＯｘ及びＣＯ２の発生を抑制できることが確認された。
１…加熱装置、１０…燃焼室、２０，２０Ａ…燃焼機構、２１…第１の流路、２２…第２の流路、２３…第３の流路、３０…第１の供給機構、４０…第２の供給機構。
Claims (7)
- 燃焼室と、
前記燃焼室に対してアンモニアと酸素とを供給する第１の供給機構と、
前記燃焼室に対して、アンモニア以外の炭素含有燃料である他の燃料と酸素とを供給する第２の供給機構と、
を備え、
前記燃焼室において、前記アンモニア及び前記他の燃料を燃焼させることにより熱量を発生させる加熱装置であって、
Ｖ０１：前記第１の供給機構から供給されるアンモニア及び前記第２の供給機構から供給される前記他の燃料を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、
Ｖ０２：前記燃焼室に供給される全酸素量（体積）、
Ｖ１１：前記第１の供給機構から供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、
Ｖ１２：前記第１の供給機構から供給される酸素量（体積）、
としたときに、
（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が０．８以上１．３以下である、加熱装置。 - キルンを構成する、請求項１に記載の加熱装置。
- 先端部が前記燃焼室内に位置しており、前記第２の供給機構に接続された第２の流路と、前記第１の供給機構に接続された第１の流路とを有するバーナーをさらに備える、請求項１又は２に記載の加熱装置。
- 前記アンモニアは、前記第１及び第２の供給機構のうち、前記第１の供給機構により供給され、
前記他の燃料は、前記第１及び第２の供給機構のうち、前記第２の供給機構により供給される、請求項１～３のいずれか一項に記載の加熱装置。 - 前記他の燃料が、気体燃料又は液体燃料である、請求項１～４のいずれか一項に記載の加熱装置。
- 第１の供給機構から燃焼室に対してアンモニアと酸素を供給すると共に第２の供給機構から前記燃焼室に対してアンモニア以外の燃料である他の燃料と酸素を供給し、前記燃焼室において燃焼させることにより熱量を発生させる加熱方法であって、
Ｖ０１：前記第１の供給機構から供給されるアンモニア及び前記第２の供給機構から供給される前記他の燃料を燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、
Ｖ０２：前記燃焼室に供給される全酸素量（体積）、
Ｖ１１：前記第１の供給機構から供給されるアンモニアを燃焼させるために必要な理論酸素量（体積）、
Ｖ１２：前記第１の供給機構から供給される酸素量（体積）、
としたときに、
（Ｖ１２／Ｖ１１）／（Ｖ０２／Ｖ０１）が０．８以上１．３以下となるように燃焼を行う、加熱方法。 - 前記燃焼室と、前記第１の供給機構と、前記第２の供給機構と、を備えるキルンを用いる、請求項６に記載の加熱方法。
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