JP7091377B2 - 酸素富化バーナ及びその燃焼方法 - Google Patents
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Description
〔1〕 先端側の中心部に設けられた燃料ガス噴出口に向けて燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、前記燃料ガス噴出口の周囲を囲むように設けられた一次酸化剤噴出口に向けて一次酸化剤を供給する一次酸化剤流路とを有するメインノズルと、
前記メインノズルの下側に少なくとも2つ以上配置されて、それぞれの先端側から二次酸化剤を噴射するサブノズルとを備え、
前記メインノズルは、前記燃料ガスを前記一次酸化剤により一次燃焼させることによって、その先端側から火炎を噴射し、
前記サブノズルは、その先端側の中心部に設けられた二次酸素噴出口に向けて二次酸素を供給する二次酸素流路を構成する第1のノズル部材と、前記二次酸素噴出口の周囲を囲むように設けられた二次空気噴出口に向けて二次空気を供給する二次空気流路を構成する第2のノズル部材とを有し、
前記第1のノズル部材及び前記第2のノズル部材は、前記サブノズルの先端まで延長して設けられ、
前記二次酸素噴出口は、前記第1のノズル部材により形成された第1の孔部の先端により構成され、
前記二次空気噴出口は、前記第2のノズル部材により形成された第2の孔部の先端により構成され、
前記二次酸素噴出口及び前記二次空気噴出口から前記二次酸化剤となる前記二次酸素及び前記二次空気を前記火炎に向けて噴射することにより前記火炎を二次燃焼させることを特徴とする酸素富化バーナ。
〔2〕 前記サブノズルは、その先端側に設けられた二次酸化剤噴出口に向けて二次酸化剤を供給する二次酸化剤流路を有することを特徴とする前記〔1〕に記載の酸素富化バーナ。
〔3〕 正面視で前記メインノズルの中心と前記サブノズルの中心との間の距離をL[mm]とし、前記燃料ガスの燃焼熱量[MJ/h]をQとしたときに、50×(Q/40.6)1/3≦L≦200×(Q/40.6)1/3の関係を満足することを特徴とする前記〔1〕又は〔2〕に記載の酸素富化バーナ。
〔4〕 前記〔1〕~〔3〕の何れか一項に記載の酸素富化バーナを用いた酸素富化バーナの燃焼方法であって、
前記サブノズルから前記火炎の1/2火炎長よりも先端側に向けて噴射された前記二次酸化剤により前記火炎を二次燃焼させることを特徴とする酸素富化バーナの燃焼方法。
〔5〕 前記〔1〕に記載の酸素富化バーナを用いた酸素富化バーナの燃焼方法であって、
前記二次酸素の酸化力を前記二次空気で囲むことによって低くすることを特徴とする酸素富化バーナの燃焼方法。
〔6〕 前記燃料ガスの噴出速度を20~100m/sの範囲とし、
前記一次酸化剤の噴出速度を5~40m/sの範囲とし、
前記一次酸化剤の噴出速度に対する前記燃料ガスの噴出速度の比率を2~10の範囲とすることを特徴とする前記〔4〕又は〔5〕に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
〔7〕 前記一次酸化剤及び前記二次酸化剤の流量の合計に対する前記一次酸化剤の流量の比率を百分率で10~40%の範囲とすることを特徴とする前記〔4〕又は〔5〕に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
〔8〕 前記二次酸化剤の噴射速度を50~150m/sの範囲とすることを特徴とする前記〔4〕又は〔5〕に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
〔9〕 前記一次酸化剤の酸素濃度を20.9%以上、且つ、前記一次酸化剤及び前記二次酸化剤の合計の酸素濃度以下とすることを特徴とする前記〔4〕又は〔5〕に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
〔10〕 前記燃料ガスとして、炭化水素系燃料ガスと、NH3、H2、COG、BFG、Mガスの中から選ばれる何れかのガスとの混合ガスを用いることを特徴とする前記〔4〕又は〔5〕に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
先ず、本発明の第1の実施形態として、例えば図1及び図2に示す酸素富化バーナ1Aについて説明する。なお、図1は、酸素富化バーナ1Aの軸線方向に沿った断面図である。
図2は、酸素富化バーナ1Aを先端側から見た正面図である。
50×(Q/40.6)1/3≦L≦200×(Q/40.6)1/3 …(1)
次に、本発明の第2の実施形態として、例えば図3及び図4に示す酸素富化バーナ1Aについて説明する。なお、図3は、酸素富化バーナ1Bの軸線方向に沿った断面図である。図4は、酸素富化バーナ1Bを先端側から見た正面図である。また、以下の説明では、上記酸素富化バーナ1Aと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
実施例1では、上記酸素富化バーナ1Aを試験炉に設置して、下記表1の燃焼条件で燃焼試験を行い、炉出口におけるNOx濃度を測定した。その測定結果を下記表2に示す。
実施例2では、上記酸素富化バーナ1Bを試験炉に設置して、下記表3の燃焼条件で燃焼試験を行い、炉出口におけるNOx濃度を測定した。その測定結果を下記表4に示す。
実施例3では、上記酸素富化バーナ1Aを試験炉に設置して、下記表5の燃焼条件で距離Lを変更しながら燃焼試験を行い、炉出口におけるNOx濃度及びCO濃度を測定した。その測定結果をまとめたグラフを図5(A),(B)に示す。
実施例4では、上記酸素富化バーナ1Aを試験炉に設置して、下記表6の燃焼条件(条件1)で燃料ガスの噴出速度を変更しながら燃焼試験を行い、炉出口におけるNOx濃度を測定した。その測定結果をまとめたグラフを図6に示す。
実施例5では、上記酸素富化バーナ1Aを試験炉に設置して、下記表7の燃焼条件で一次酸化剤及び二次酸化剤の流量の合計に対する一次酸化剤の流量の比率を変更しながら燃焼試験を行い、炉出口におけるNOx濃度を測定した。その測定結果をまとめたグラフを図8に示す。
実施例6では、上記酸素富化バーナ1Aを試験炉に設置して、下記表8の燃焼条件で二次酸化剤の噴射速度を変更しながら燃焼試験を行い、炉出口におけるNOx濃度及びCO濃度を測定した。その測定結果をまとめたグラフを図9(A),(B)に示す。
Claims (10)
- 先端側の中心部に設けられた燃料ガス噴出口に向けて燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、前記燃料ガス噴出口の周囲を囲むように設けられた一次酸化剤噴出口に向けて一次酸化剤を供給する一次酸化剤流路とを有するメインノズルと、
前記メインノズルの下側に少なくとも2つ以上配置されて、それぞれの先端側から二次酸化剤を噴射するサブノズルとを備え、
前記メインノズルは、前記燃料ガスを前記一次酸化剤により一次燃焼させることによって、その先端側から火炎を噴射し、
前記サブノズルは、その先端側の中心部に設けられた二次酸素噴出口に向けて二次酸素を供給する二次酸素流路を構成する第1のノズル部材と、前記二次酸素噴出口の周囲を囲むように設けられた二次空気噴出口に向けて二次空気を供給する二次空気流路を構成する第2のノズル部材とを有し、
前記第1のノズル部材及び前記第2のノズル部材は、前記サブノズルの先端まで延長して設けられ、
前記二次酸素噴出口は、前記第1のノズル部材により形成された第1の孔部の先端により構成され、
前記二次空気噴出口は、前記第2のノズル部材により形成された第2の孔部の先端により構成され、
前記二次酸素噴出口及び前記二次空気噴出口から前記二次酸化剤となる前記二次酸素及び前記二次空気を前記火炎に向けて噴射することにより前記火炎を二次燃焼させることを特徴とする酸素富化バーナ。 - 前記サブノズルは、その先端側に設けられた二次酸化剤噴出口に向けて二次酸化剤を供給する二次酸化剤流路を有することを特徴とする請求項1に記載の酸素富化バーナ。
- 正面視で前記メインノズルの中心と前記サブノズルの中心との間の距離をL[mm]とし、前記燃料ガスの燃焼熱量[MJ/h]をQとしたときに、50×(Q/40.6)1/3≦L≦200×(Q/40.6)1/3の関係を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の酸素富化バーナ。
- 請求項1~3の何れか一項に記載の酸素富化バーナを用いた酸素富化バーナの燃焼方法であって、
前記サブノズルから前記火炎の1/2火炎長よりも先端側に向けて噴射された前記二次酸化剤により前記火炎を二次燃焼させることを特徴とする酸素富化バーナの燃焼方法。 - 請求項1に記載の酸素富化バーナを用いた酸素富化バーナの燃焼方法であって、
前記二次酸素の酸化力を前記二次空気で囲むことによって低くすることを特徴とする酸素富化バーナの燃焼方法。 - 前記燃料ガスの噴出速度を20~100m/sの範囲とし、
前記一次酸化剤の噴出速度を5~40m/sの範囲とし、
前記一次酸化剤の噴出速度に対する前記燃料ガスの噴出速度の比率を2~10の範囲とすることを特徴とする請求項4又は5に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。 - 前記一次酸化剤及び前記二次酸化剤の流量の合計に対する前記一次酸化剤の流量の比率を百分率で10~40%の範囲とすることを特徴とする請求項4又は5に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
- 前記二次酸化剤の噴射速度を50~150m/sの範囲とすることを特徴とする請求項4又は5に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
- 前記一次酸化剤の酸素濃度を20.9%以上、且つ、前記一次酸化剤及び前記二次酸化剤の合計の酸素濃度以下とすることを特徴とする請求項4又は5に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
- 前記燃料ガスとして、炭化水素系燃料ガスと、NH3、H2、COG、BFG、Mガスの中から選ばれる何れかのガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項4又は5に記載の酸素富化バーナの燃焼方法。
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