JP7523085B1 - Combustion Method - Google Patents
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Abstract
【課題】ラジアントチューブバーナにおいて、未燃の燃料の排出を抑制して難燃性燃料を燃焼させる。【解決手段】燃焼後に排出されるガスにより燃焼に使用するガスを予熱する熱交換機能を有するラジアントチューブバーナにて、燃焼室負荷を予め定められた範囲に制限し、熱交換機能により予熱された燃焼に使用するガスの温度が予め定められた温度に達した場合に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替える燃焼方法。【選択図】図１[Problem] In a radiant tube burner, a flame-retardant fuel is burned while suppressing the emission of unburned fuel. [Solution] In a radiant tube burner having a heat exchange function that preheats the gas used for combustion with the gas discharged after combustion, the combustion chamber load is limited to a predetermined range, and when the temperature of the gas used for combustion preheated by the heat exchange function reaches a predetermined temperature, the combustion method switches from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a flame-retardant fuel. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、燃焼方法に関する。 The present invention relates to a combustion method.
特許文献１には、小口径化が可能であると共に安定燃焼を得ることができる、とするシングルエンド型ラジアントチューブバーナが記載されている。 Patent document 1 describes a single-end radiant tube burner that can be made small in diameter and achieves stable combustion.
ラジアントチューブバーナの燃料としては、例えば都市ガス等の炭化水素燃料が使用されており、その燃焼時に二酸化炭素が排出される。二酸化炭素排出量削減のため燃焼時に二酸化炭素を排出しない燃料として、例えばアンモニア等を含む難燃性燃料の直接燃料利用が考えられる。しかしながら、難燃性燃料はその燃焼性の低さから未燃の燃料が排出されることが想定される。
本発明は、ラジアントチューブバーナにおいて、未燃の燃料の排出を抑制して難燃性燃料を燃焼させることを目的とする。
Radiant tube burners use hydrocarbon fuels such as city gas as fuel, which emits carbon dioxide when burned. In order to reduce carbon dioxide emissions, direct use of flame-retardant fuels containing ammonia, for example, can be considered as fuels that do not emit carbon dioxide when burned. However, it is expected that unburned fuel will be discharged due to the low combustibility of the flame-retardant fuel.
An object of the present invention is to burn a flame-retardant fuel in a radiant tube burner while suppressing the emission of unburned fuel.
請求項１に記載の発明は、燃焼後に排出されるガスにより燃焼に使用するガスを予熱する熱交換機能を有するラジアントチューブバーナにて、燃焼室負荷を予め定められた範囲に制限し、前記熱交換機能により予熱された前記燃焼に使用するガスの温度が予め定められた温度に達した場合に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替え、前記予め定められた温度は、前記難燃性燃料を安定して燃焼させることが可能な温度であり、前記予め定められた温度は、前記燃焼室負荷に応じて異なる値が設定される燃焼方法である。
請求項２に記載の発明は、前記予め定められた温度は、前記燃焼室負荷が大きくなるにつれて低い値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼方法である。
The invention described in claim 1 is a combustion method in which a combustion chamber load is limited to a predetermined range in a radiant tube burner having a heat exchange function for preheating gas used for combustion with gas discharged after combustion, and when the temperature of the gas used for combustion preheated by the heat exchange function reaches a predetermined temperature, combustion using a non-flammable fuel is switched to combustion using a flame-retardant fuel, the predetermined temperature being a temperature at which the flame-retardant fuel can be burned stably, and the predetermined temperature is set to a different value depending on the combustion chamber load.
A second aspect of the present invention provides the combustion method according to the first aspect, wherein the predetermined temperature is set to a lower value as the combustion chamber load increases.
請求項１の発明によれば、ラジアントチューブバーナにおいて、未燃の燃料の排出を抑制して難燃性燃料を燃焼させることができる。
請求項２の発明によれば、燃焼室負荷が大きく設定された場合に、予熱温度が低い状態でも燃焼を切り替えることができる。
According to the first aspect of the present invention, in a radiant tube burner, it is possible to burn a flame-retardant fuel while suppressing the discharge of unburned fuel.
According to the second aspect of the present invention, when the combustion chamber load is set to a large value, the combustion can be switched even when the preheating temperature is low.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
（ラジアントチューブバーナ）
図１は、第１の実施形態に係る燃焼方法に使用するラジアントチューブバーナ１０の構成例を示す図である。下の図はラジアントチューブバーナ１０の構成例を示す拡大図である。
ラジアントチューブバーナ１０は、主燃バーナ１１と、助燃バーナ１２と、燃焼用ガス流路１３と、排ガス流路１４と、熱交換器１５とを備える。燃焼用ガス流路１３、排ガス流路１４は、流路内を通過するガスの温度を測定する予熱ガス温度測定器１６、排ガス温度測定器１７をそれぞれ備える。また、ラジアントチューブバーナ１０は燃焼を制御する制御部９０を備える。
ラジアントチューブバーナ１０は、図１に示すシングルエンド型の他、Ｗ字型、Ｕ字型のものを使用しても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First Embodiment
(Radiant tube burner)
1 is a diagram showing an example of the configuration of a radiant tube burner 10 used in the combustion method according to the first embodiment. The lower figure is an enlarged view showing the example of the configuration of the radiant tube burner 10.
The radiant tube burner 10 includes a main combustion burner 11, an auxiliary burner 12, a combustion gas passage 13, an exhaust gas passage 14, and a heat exchanger 15. The combustion gas passage 13 and the exhaust gas passage 14 are respectively equipped with a preheat gas temperature measuring device 16 and an exhaust gas temperature measuring device 17 that measure the temperature of gas passing through the passages. The radiant tube burner 10 also includes a control unit 90 that controls the combustion.
The radiant tube burner 10 may be of a single-end type as shown in FIG. 1, or may be of a W-shape or U-shape.
主燃バーナ１１は難燃性燃料を燃焼させるためのバーナである。助燃バーナ１２は主燃バーナ１１における燃焼を安定化させるためのバーナである。主燃バーナ１１と助燃バーナ１２とを合わせてメインバーナと呼ぶことがある。
主燃バーナ１１は、燃焼用ガス流路１３により供給される難燃性燃料と燃焼用空気との予混合気により燃焼させる。助燃バーナ１２は、都市ガス等の炭化水素燃料等（非難燃性燃料）と燃焼用空気との予混合気により燃焼させる。助燃バーナ１２は、例えば不図示の点火用パイロットバーナにより点火する。または、着火プラグ等の点火機構を用いて助燃バーナ１２を直接点火しても良い。
The main burner 11 is a burner for burning a low-flammability fuel. The auxiliary burner 12 is a burner for stabilizing combustion in the main burner 11. The main burner 11 and the auxiliary burner 12 are sometimes collectively called the main burner.
The main burner 11 burns a premixed gas of a non-flammable fuel and combustion air supplied through a combustion gas passage 13. The auxiliary burner 12 burns a premixed gas of a hydrocarbon fuel (non-flammable fuel) such as city gas and combustion air. The auxiliary burner 12 is ignited, for example, by an ignition pilot burner (not shown). Alternatively, the auxiliary burner 12 may be directly ignited by an ignition mechanism such as a spark plug.
燃焼用ガス流路１３は、主燃バーナ１１における燃焼に用いられる燃焼用ガスを主燃バーナ１１に供給する流路である。燃焼用ガス流路１３により主燃バーナ１１に供給される燃焼用ガスは、熱交換器１５により予熱され、主燃バーナ１１に供給される。
燃焼用ガス流路１３により供給される燃焼用ガスは、燃焼用空気と難燃性燃料とが予め混合された予混合気である。難燃性燃料としては、例えばアンモニアやアンモニアを含む混合ガスなどが使用される。なお、難燃性燃料と、都市ガスや水素ガスとの混合燃料を使用しても良い。
燃焼用空気と難燃性燃料とはそれぞれを供給する配管により供給され、熱交換器１５に入る手前で混合される。各配管はそれぞれ図１に示すように流量制御弁２１、流量調整弁２２、遮断弁２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）、圧力調整器２４を備える。
The combustion gas passage 13 is a passage that supplies the combustion gas used for combustion in the main burner 11 to the main burner 11. The combustion gas supplied to the main burner 11 by the combustion gas passage 13 is preheated by a heat exchanger 15 and then supplied to the main burner 11.
The combustion gas supplied through the combustion gas passage 13 is a premixed mixture of combustion air and a flame-retardant fuel. As the flame-retardant fuel, for example, ammonia or a mixed gas containing ammonia is used. A mixed fuel of the flame-retardant fuel with city gas or hydrogen gas may also be used.
The combustion air and the non-flammable fuel are supplied through respective supply pipes and mixed before entering the heat exchanger 15. Each pipe is equipped with a flow control valve 21, a flow adjustment valve 22, a shutoff valve 23 (23a, 23b, 23c), and a pressure regulator 24, as shown in FIG.
流量制御弁２１は炉内の温度に応じて燃焼用空気および燃料ガスの流量を制御し、燃焼出力を制御するための装置である。流量調整弁２２は流量制御弁２１の制御範囲全域で流量を調整するための装置である。遮断弁２３は異常や危険な状況が生じた場合にガスの供給を止めるための弁である。図１に示すように、遮断弁２３は複数個が並列しており、遮断弁２３ａは設備にガスの供給を開始する際に操作する弁である。遮断弁２３ｂ、２３ｃは制御部９０からの信号を受け取り開閉する弁であり、遮断弁の故障等が生じたときのために２つ並んで設置される。難燃性燃料および非難性燃料の供給は遮断弁２３ｂ、２３ｃの開閉により制御される。なお、配管が備える各種弁は一例であり、上記したものに限定されない。圧力調整器２４は流路の圧力を調整し、適当な圧力に保つための装置である。
制御部９０は、遮断弁２３ｂ、２３ｃの開閉によりメインバーナにおける燃焼を開始、終了し、また燃焼に使用する燃料を切り替える。
The flow control valve 21 is a device for controlling the flow rate of the combustion air and fuel gas according to the temperature in the furnace, and for controlling the combustion output. The flow control valve 22 is a device for adjusting the flow rate over the entire control range of the flow control valve 21. The shutoff valve 23 is a valve for stopping the supply of gas when an abnormality or a dangerous situation occurs. As shown in FIG. 1, a plurality of shutoff valves 23 are arranged in parallel, and the shutoff valve 23a is a valve that is operated when starting the supply of gas to the equipment. The shutoff valves 23b and 23c are valves that receive a signal from the control unit 90 and open and close, and two are installed side by side in case of a shutoff valve failure or the like. The supply of the flame-retardant fuel and the non-flammable fuel is controlled by opening and closing the shutoff valves 23b and 23c. Note that the various valves provided in the piping are examples and are not limited to those described above. The pressure regulator 24 is a device for adjusting the pressure of the flow path and maintaining it at an appropriate pressure.
The control unit 90 starts and stops combustion in the main burner by opening and closing the shutoff valves 23b and 23c, and also switches the fuel used for combustion.
排ガス流路１４は、メインバーナの燃焼により生じる燃焼ガスを排出するための流路である。
熱交換器１５は、燃焼用ガス流路１３により供給される燃焼用ガスと排ガス流路１４により排出される燃焼ガスとの間で熱交換を行う。主燃バーナ１１に供給される燃焼用ガスは熱交換器１５により予熱された状態で供給される。熱交換器１５は熱交換機能の一例である。
予熱ガス温度測定器１６は、熱交換器１５により予熱された燃焼用ガスの温度を測定する。
排ガス温度測定器１７は、熱交換器１５により熱交換を行った後の燃焼ガスの温度を測定する。
The exhaust gas passage 14 is a passage for discharging the combustion gas generated by the combustion of the main burner.
The heat exchanger 15 exchanges heat between the combustion gas supplied through the combustion gas passage 13 and the combustion gas discharged through the exhaust gas passage 14. The combustion gas supplied to the main burner 11 is supplied in a preheated state by the heat exchanger 15. The heat exchanger 15 is an example of a heat exchange function.
The preheated gas temperature measuring device 16 measures the temperature of the combustion gas preheated by the heat exchanger 15 .
The exhaust gas temperature measuring device 17 measures the temperature of the combustion gas after heat exchange in the heat exchanger 15 .
ラジアントチューブバーナ１０は、燃焼炉５０の炉内に設置される。燃焼炉５０に設置されるラジアントチューブバーナ１０は、１つであっても複数であっても良い。ラジアントチューブバーナ１０はチューブ内で燃焼用ガスを燃焼させることによりチューブを加熱し、チューブからの輻射熱により炉内を昇温させる。
燃焼炉５０は炉内の雰囲気温度を測定する炉内温度測定器５１を備える。
The radiant tube burner 10 is installed in the combustion furnace 50. Either one or more radiant tube burners 10 may be installed in the combustion furnace 50. The radiant tube burner 10 heats the tube by burning a combustion gas in the tube, and the temperature inside the furnace is increased by the radiant heat from the tube.
The combustion furnace 50 is equipped with an internal furnace temperature measuring device 51 for measuring the atmospheric temperature within the furnace.
燃焼用ガスの温度は予熱ガス温度測定器１６により測定され、予め定められた温度（Ｔ１）に達したときに燃焼の切り替えが行われる。また、燃焼用ガスの温度は排ガス温度測定器１７および炉内温度測定器５１の測定値に基づいて算出されても良い。燃焼用ガスの温度が予熱ガス温度測定器１６により正確に測定できない場合には、燃焼用ガスの温度は、例えば炉内温度測定器５１の測定値と排ガス温度測定器１７の測定値との差により算出される。周囲温度を考慮して算出されても良い。 The temperature of the combustion gas is measured by the preheating gas temperature measuring instrument 16, and when it reaches a predetermined temperature (T1), combustion is switched on. The temperature of the combustion gas may also be calculated based on the measurements of the exhaust gas temperature measuring instrument 17 and the furnace temperature measuring instrument 51. If the temperature of the combustion gas cannot be accurately measured by the preheating gas temperature measuring instrument 16, the temperature of the combustion gas is calculated, for example, from the difference between the measurement value of the furnace temperature measuring instrument 51 and the measurement value of the exhaust gas temperature measuring instrument 17. It may also be calculated taking into account the ambient temperature.
（燃焼室負荷）
ラジアントチューブバーナ１０は、最大燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下、最小燃焼室負荷を１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上として設計される。
燃焼室負荷とは燃焼室の単位容積当たりの発生熱量（燃焼量）である。最大燃焼室負荷はラジアントチューブバーナ１０の最大燃焼量を燃焼に使用される燃焼室の容積で割ることにより算出される。最小燃焼室負荷はバーナノズルの性能により決定され、最大燃焼室負荷、最小燃焼室負荷はいずれも設計値として決定される。
燃焼室負荷が大きくなると、燃焼ガス流速が速くなるためにラジアントチューブバーナ１０における燃焼用ガスの滞留時間は短くなる。また、燃焼室負荷が大きくなると、ラジアントチューブバーナ１０に投入される熱量に対し、ラジアントチューブバーナ１０のチューブ内雰囲気等への放熱量の割合が減少し、燃焼反応に使用される熱量の割合は増加する。
(Combustion chamber load)
The radiant tube burner 10 is designed with a maximum combustion chamber load of 1800 kW/m 3 (LHV) or less and a minimum combustion chamber load of 180 kW/m 3 (LHV) or more.
The combustion chamber load is the amount of heat generated (amount of combustion) per unit volume of the combustion chamber. The maximum combustion chamber load is calculated by dividing the maximum combustion amount of the radiant tube burner 10 by the volume of the combustion chamber used for combustion. The minimum combustion chamber load is determined by the performance of the burner nozzle, and both the maximum combustion chamber load and the minimum combustion chamber load are determined as design values.
When the combustion chamber load increases, the combustion gas flow rate increases, shortening the residence time of the combustion gas in the radiant tube burner 10. Also, when the combustion chamber load increases, the ratio of the amount of heat dissipated to the atmosphere inside the tube of the radiant tube burner 10 decreases relative to the amount of heat input to the radiant tube burner 10, and the ratio of the amount of heat used for the combustion reaction increases.
未燃の難燃性燃料が発生するか否かは、ラジアントチューブバーナ１０における燃焼用ガスの滞留時間と燃焼反応に使用される熱量の割合とによって決まる。そのため、難燃性燃料を用いた燃焼においては安定した燃焼を保持するために必要な熱量を確保する必要がある。
必要な熱量を確保するためには燃焼室負荷を増加させる必要があるが、燃焼室負荷を増加させるとラジアントチューブバーナ１０における難燃性燃料の滞留時間は短くなる。燃焼用ガスの滞留時間が短くなると、燃焼しきる前の未燃の難燃性燃料が排出され得る。そのため、未燃の難燃性燃料を発生させないためには、難燃性燃料を完全酸化、完全燃焼させるための滞留時間（反応時間）を確保しつつ、安定した燃焼の保持に必要な熱量を確保する必要がある。
Whether or not unburned refractory fuel is generated depends on the residence time of the combustion gas in the radiant tube burner 10 and the ratio of the amount of heat used in the combustion reaction. Therefore, when combustion using refractory fuel, it is necessary to secure the amount of heat necessary to maintain stable combustion.
In order to secure the required amount of heat, it is necessary to increase the combustion chamber load, but increasing the combustion chamber load shortens the residence time of the refractory fuel in the radiant tube burner 10. If the residence time of the combustion gas is shortened, unburned refractory fuel before it is completely burned may be discharged. Therefore, in order to prevent the generation of unburned refractory fuel, it is necessary to secure the amount of heat required to maintain stable combustion while securing the residence time (reaction time) for complete oxidation and complete combustion of the refractory fuel.
燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上とした場合、反応速度との関係から難燃性燃料を完全燃焼させるためのラジアントチューブバーナ１０における燃焼用ガスの滞留時間を確保することができず、未燃の難燃性燃料が発生する。
燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下とした場合、ラジアントチューブバーナ１０における燃焼用ガスの滞留時間を十分に確保できるため、未燃の難燃性燃料が発生するか否かは燃焼に必要な熱量が確保できるか否かによる。燃焼室負荷を１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下とした場合、燃焼に必要な熱量が確保できず、安定した燃焼を保持できないために未燃の難燃性燃料が発生する。
ラジアントチューブバーナ１０の燃焼室負荷は、難燃性燃料を完全燃焼させるためのラジアントチューブバーナ１０内に滞留する時間を確保することができる範囲に制限される。この制限により、未燃の難燃性燃料が排出されることを抑制することができる。
If the combustion chamber load is 1,800 kW/ m3 (LHV) or more, due to the reaction rate, it is not possible to ensure the residence time of the combustion gas in the radiant tube burner 10 required for complete combustion of the non-flammable fuel, and unburned non-flammable fuel is generated.
When the combustion chamber load is 1800 kW/ m3 (LHV) or less, the residence time of the combustion gas in the radiant tube burner 10 can be sufficiently secured, so whether or not unburned refractory fuel is generated depends on whether or not the amount of heat required for combustion can be secured. When the combustion chamber load is 180 kW/ m3 (LHV) or less, the amount of heat required for combustion cannot be secured, and stable combustion cannot be maintained, so unburned refractory fuel is generated.
The combustion chamber load of the radiant tube burner 10 is limited to a range that can ensure the time that the non-flammable fuel remains in the radiant tube burner 10 for complete combustion. This limitation makes it possible to suppress the discharge of unburned non-flammable fuel.
（燃焼方法）
第１の実施形態に係る燃焼方法は、ラジアントチューブバーナ１０にて、熱交換器１５により予熱された燃焼用ガスの温度が予め定められた温度に達した場合に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替えるものである。難燃性燃料はその燃焼性の低さから温度が低い状態においては安定した燃焼を保持するために必要な熱量を確保することができない。言い換えると、ラジアントチューブバーナ１０の立ち上げ時には、十分な排熱回収が行えないため、燃焼性の低い難燃性燃料を用いた燃焼を実施するのに十分な予熱の効果を得ることができない。
そこで、第１の実施形態においては、助燃バーナ１２による非難燃性燃料を用いた燃焼により主燃バーナ１１による難燃性燃料を用いた燃焼を補助する。安定な主燃バーナ１１による難燃性燃料専焼状態が得られるまでは、助燃バーナ１２の運転を継続する。そして、安定な燃焼状態が確保できた後に助燃バーナ１２を消火し、主燃バーナ１１による難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替える。
(Combustion method)
The combustion method according to the first embodiment is a method of switching from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a refractory fuel when the temperature of the combustion gas preheated by the heat exchanger 15 in the radiant tube burner 10 reaches a predetermined temperature. The refractory fuel cannot secure the amount of heat required to maintain stable combustion at a low temperature due to its low combustibility. In other words, when the radiant tube burner 10 is started up, sufficient exhaust heat recovery cannot be performed, so that a sufficient preheating effect cannot be obtained to perform combustion using a refractory fuel with low combustibility.
Therefore, in the first embodiment, combustion using a non-flammable fuel by the auxiliary burner 12 is used to support combustion using a flame-retardant fuel by the main burner 11. The operation of the auxiliary burner 12 is continued until a stable state of exclusive combustion of the flame-retardant fuel by the main burner 11 is obtained. Then, after a stable combustion state is ensured, the auxiliary burner 12 is extinguished, and the main burner 11 is switched to combustion using the flame-retardant fuel.
第１の実施形態における燃焼の切り替えについて、図２を用いて説明する。
図２は、第１の実施形態における非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼への燃焼の切り替えの例を示す図である。図２において、横軸は時間を、縦軸は燃焼用ガスの温度、各バーナにおける燃焼量を示す。
主燃バーナ１１、助燃バーナ１２による燃焼の開始および終了（消火）は、制御部９０により制御される。主燃バーナ１１、助燃バーナ１２への難燃性燃料、非難燃性燃料の供給は、制御部９０による遮断弁２３ｂ、２３ｃの開閉制御により実行される。
図２において、まず、点ａにおいて点火用パイロットバーナにより助燃バーナ１２が点火される。助燃バーナ１２による燃焼が開始されると点ｂにおいてパイロットバーナは消火され、続いて主燃バーナ１１による燃焼が開始される。炉内温度の上昇とともに熱交換器１５の排熱回収量が増加し、点ｃにおいて燃焼用ガスの温度が予め定められた温度（Ｔ１）に到達すると、助燃バーナ１２は消火され、主燃バーナ１１のみを用いた燃焼へと切り替えられる。主燃バーナ１１は難燃性燃料を用いた燃焼を行うため、点ｃから主燃バーナ１１が消火される点ｄまでの間は、難燃性燃料専焼状態となる。予め定められた温度（Ｔ１）について、詳しくは後述する。
Combustion switching in the first embodiment will be described with reference to FIG.
2 is a diagram showing an example of switching from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a flame-retardant fuel in the first embodiment, in which the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the temperature of the combustion gas and the amount of combustion in each burner.
The start and end (extinguishing) of combustion by the main burner 11 and the auxiliary burner 12 are controlled by the control unit 90. The supply of flame-retardant fuel and non-flame-retardant fuel to the main burner 11 and the auxiliary burner 12 is executed by the control unit 90 controlling the opening and closing of shutoff valves 23b, 23c.
In Fig. 2, first, the auxiliary burner 12 is ignited by the ignition pilot burner at point a. When combustion by the auxiliary burner 12 starts, the pilot burner is extinguished at point b, and then combustion by the main burner 11 starts. As the temperature inside the furnace rises, the amount of exhaust heat recovered by the heat exchanger 15 increases, and when the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature (T1) at point c, the auxiliary burner 12 is extinguished and combustion is switched to using only the main burner 11. Since the main burner 11 performs combustion using a low-flammability fuel, the low-flammability fuel is exclusively burned from point c to point d where the main burner 11 is extinguished. The predetermined temperature (T1) will be described in detail later.
点ｄにおいて主燃バーナ１１が消火された後再びラジアントチューブバーナ１０を稼働させる場合、同様に点火用パイロットバーナにより助燃バーナ１２が点火され（点ｅ）、主燃バーナ１１による燃焼が開始される（点ｆ）。燃焼用ガスの温度が予め定められた温度（Ｔ１）に到達すると（点ｇ）、助燃バーナ１２は消火され、主燃バーナ１１のみを用いた燃焼へと切り替えられる。
図２に示すように、再稼働時においては、燃焼用ガスの温度が低下しきっておらず、再稼働後に燃焼用ガスの温度が予め定められた温度（Ｔ１）に到達する時間（ｅ－ｇ）が１回目の稼働時（ａ－ｃ）よりも短くなっている。
When the radiant tube burner 10 is operated again after the main burner 11 is extinguished at point d, the auxiliary burner 12 is ignited by the ignition pilot burner in the same manner (point e), and combustion by the main burner 11 is started (point f). When the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature (T1) (point g), the auxiliary burner 12 is extinguished, and the combustion is switched to using only the main burner 11.
As shown in FIG. 2, when the plant is restarted, the temperature of the combustion gas has not yet dropped completely, and the time (e-g) for the temperature of the combustion gas to reach a predetermined temperature (T1) after the plant is restarted is shorter than that during the first operation (a-c).
主燃バーナ１１のみを用いた燃焼へと切り替える基準となる、予め定められた温度（Ｔ１）は、難燃性燃料を安定して燃焼させることが可能な温度である。第１の実施形態に係る難燃性燃料を安定して燃焼させることが可能な温度について、図３を用いて説明する。
図３は、第１の実施形態に係る、各燃焼室負荷において難燃性燃料を安定して燃焼させることが可能な温度について示す図である。図３において横軸は燃焼室負荷を、縦軸は温度を示す。
The predetermined temperature (T1), which is the criterion for switching to combustion using only the main burner 11, is a temperature at which the flame-retardant fuel can be stably burned. The temperature at which the flame-retardant fuel can be stably burned according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
Fig. 3 is a diagram showing the temperature at which a non-flammable fuel can be stably combusted at each combustion chamber load according to the first embodiment, in which the horizontal axis represents the combustion chamber load and the vertical axis represents the temperature.
図３においては、ラジアントチューブバーナ１０において、難燃性燃料として１００％アンモニアを使用し、空気比１．１で燃焼させた際に排ガス流路１４から排出される燃焼ガス中の未燃のアンモニアが１ｐｐｍ未満となった温度についてプロットする。各燃焼室負荷において、プロットに基づき作成された近似曲線よりも高い温度で難燃性燃料を用いた燃焼を行った場合には未燃の難燃性燃料の発生を１ｐｐｍ未満に抑えることができる。
図３に示すデータから、燃焼室負荷が１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下の範囲であれば、２００℃以上の温度で燃焼させた場合には未燃の難燃性燃料を排出することなく難燃性燃料を安定して燃焼させることができる。つまり、第１の実施形態において、予め定められた温度（Ｔ１）を２００℃以上に設定することで、非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼への燃焼の切り替え後に、未燃の難燃性燃料が排出されることを抑制することができる。
3, the temperatures at which the unburned ammonia in the combustion gas discharged from the exhaust gas flow path 14 becomes less than 1 ppm when 100% ammonia is used as the non-flammable fuel in the radiant tube burner 10 and burned at an air ratio of 1.1 are plotted. At each combustion chamber load, when combustion is performed using a non-flammable fuel at a temperature higher than the approximation curve created based on the plot, the generation of unburned non-flammable fuel can be suppressed to less than 1 ppm.
3, when the combustion chamber load is in the range of 180 kW/m 3 (LHV) to 1800 kW/m 3 (LHV), the non-flammable fuel can be stably burned without discharging unburned non-flammable fuel when combusted at a temperature of 200° C. or higher. In other words, in the first embodiment, by setting the predetermined temperature (T1) to 200° C. or higher, it is possible to suppress the discharge of unburned non-flammable fuel after switching from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a non-flammable fuel.
なお、図３に示す例は燃焼用ガスとして燃焼用空気と難燃性燃料とが予め混合された予混合気を用いた場合である。例えば燃焼用空気のみが熱交換器１５により予熱され、難燃性燃料と混合された後に燃焼に使用される場合には、予熱された燃焼用空気は混合時にその温度が低下してしまう。そのため、このような場合には予混合気を用いた場合よりも燃焼の切り替え温度を高く設定する必要がある。つまり、燃焼の切り替えの基準とする温度が燃焼用空気の温度であるか燃焼用空気と難燃性燃料との予混合気の温度であるかに応じて異なる値が設定される。
燃焼用空気の温度に応じて燃焼を切り替える場合には、図３の結果からエンタルピー計算により、予熱された燃焼用空気の温度が２７５℃以上となった時に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと燃焼を切り替えることで、未燃の難燃性燃料が排出されることを抑制することができる。
The example shown in Fig. 3 is a case where a premixed air-fuel mixture of combustion air and non-flammable fuel is used as the combustion gas. For example, if only the combustion air is preheated by the heat exchanger 15 and mixed with the non-flammable fuel before use for combustion, the temperature of the preheated combustion air will drop when mixed. Therefore, in such a case, it is necessary to set the combustion switching temperature higher than when a premixed air-fuel is used. In other words, a different value is set depending on whether the temperature used as the reference for switching the combustion is the temperature of the combustion air or the temperature of the pre-mixed air-fuel mixture of the combustion air and the non-flammable fuel.
When switching the combustion depending on the temperature of the combustion air, it is possible to prevent the discharge of unburned refractory fuel by switching the combustion from using a non-flammable fuel to using a refractory fuel when the temperature of the preheated combustion air becomes 275°C or higher by enthalpy calculation based on the results of Figure 3.
また、図３に示すデータから、燃焼室負荷が高い場合には、燃焼を切り替える温度を２００℃以下に設定しても、未燃の難燃性燃料が排出されることを抑制することは可能である。つまり、予め定められた温度（Ｔ１）は、燃焼室負荷に応じて異なる値を設定することができ、図３に示すデータから、燃焼室負荷が大きくなるにつれて低い値を設定することができる。
例えば、予め定められた温度（Ｔ１）は、燃焼室負荷が１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上６００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下の範囲にある場合には２００℃、燃焼室負荷が６００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上９００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下の範囲にある場合には１５０℃、燃焼室負荷が９００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上１３００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下の範囲にある場合には１３０℃、燃焼室負荷が１３００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下の範囲にある場合には１１０℃、と設定することができる。図３に示すように、各燃焼室負荷において上記温度で難燃性燃料を燃焼させても未燃の難燃性燃料の発生は１ｐｐｍ未満に抑えることが可能である。
3, when the combustion chamber load is high, it is possible to suppress the discharge of unburned non-combustible fuel even if the combustion switching temperature is set to 200° C. or lower. In other words, the predetermined temperature (T1) can be set to a different value depending on the combustion chamber load, and the data shown in FIG. 3 shows that a lower value can be set as the combustion chamber load increases.
For example, the predetermined temperature (T1) can be set to 200° C. when the combustion chamber load is in the range of 180 kW/m 3 (LHV) to 600 kW/m 3 (LHV), 150° C. when the combustion chamber load is in the range of 600 kW/m 3 (LHV) to 900 kW/m 3 (LHV), 130° C. when the combustion chamber load is in the range of 900 kW/m 3 (LHV) to 1300 kW/m 3 (LHV), and 110° C. when the combustion chamber load is in the range of 1300 kW/m 3 (LHV) to 1800 kW/m 3 (LHV). As shown in FIG. 3, even if the non-combustible fuel is burned at the above temperatures at each combustion chamber load, the generation of unburned non-combustible fuel can be suppressed to less than 1 ppm.
（燃焼の切り替え制御）
図４は、第１の実施形態に係る燃焼の切り替え制御時に実施される処理の例について示すフローチャートである。第１の実施形態において、制御部９０は、燃焼に使用するガスの温度と燃焼室負荷との関係に応じて非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼への切り替えを実施するか否かを決定する。
まず、制御部９０は、燃焼室負荷を取得する（ステップＳ１０１）。燃焼室負荷は設定値であり、設定された燃焼室負荷に応じて燃焼出力が決定する。次に制御部９０は、予熱された燃焼用ガスの温度を取得する（ステップＳ１０２）。予熱された燃焼用ガスの温度は、予熱ガス温度測定器１６の測定値である。また、予熱された燃焼用ガスの温度は、排ガス温度測定器１７および炉内温度測定器５１の測定値に基づいて算出されても良い。
(Combustion switching control)
4 is a flowchart showing an example of a process performed during combustion switching control according to the first embodiment. In the first embodiment, the control unit 90 determines whether or not to switch from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a refractory fuel depending on the relationship between the temperature of the gas used in combustion and the combustion chamber load.
First, the control unit 90 acquires the combustion chamber load (step S101). The combustion chamber load is a set value, and the combustion output is determined according to the set combustion chamber load. Next, the control unit 90 acquires the temperature of the preheated combustion gas (step S102). The temperature of the preheated combustion gas is a value measured by the preheating gas temperature measuring device 16. The temperature of the preheated combustion gas may also be calculated based on the values measured by the exhaust gas temperature measuring device 17 and the furnace temperature measuring device 51.
次に制御部９０は、予熱された燃焼用ガスの温度が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。閾値とは、図２に示す予め定められた温度（Ｔ１）である。予め定められた温度（Ｔ１）は、燃焼室負荷に関わらず一定の値が設定される場合と、図３に示すように燃焼室負荷によって異なる値が設定される場合がある。制御部９０は、取得した予熱された燃焼用ガスの温度と、取得した燃焼室負荷における予め定められた温度（Ｔ１）とを比較する。
予熱された燃焼用ガスの温度が閾値以上である場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、制御部９０は非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと燃焼を切り替え（ステップＳ１０４）、処理は終了する。燃焼室負荷によって異なる値が設定される場合、使用する燃焼室負荷が大きくなるにつれて、燃焼を切り替える温度は低くなる。
一方、予熱された燃焼用ガスの温度が閾値以下である場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻る。
Next, the control unit 90 judges whether the temperature of the preheated combustion gas is equal to or higher than a threshold value (step S103). The threshold value is a predetermined temperature (T1) shown in Fig. 2. The predetermined temperature (T1) may be set to a constant value regardless of the combustion chamber load, or may be set to a different value depending on the combustion chamber load as shown in Fig. 3. The control unit 90 compares the obtained temperature of the preheated combustion gas with the predetermined temperature (T1) at the obtained combustion chamber load.
If the temperature of the preheated combustion gas is equal to or higher than the threshold value (YES in step S103), the control unit 90 switches the combustion from the non-flammable fuel to the refractory fuel (step S104), and the process ends. If different values are set depending on the combustion chamber load, the temperature at which the combustion is switched becomes lower as the combustion chamber load used increases.
On the other hand, if the temperature of the preheated combustion gas is equal to or lower than the threshold value (NO in step S103), the process returns to step S101.
第１の実施形態においては、ラジアントチューブバーナ１０の燃焼室負荷を、最大燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下、最小燃焼室負荷を１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上に制限し、燃焼用空気と難燃性燃料とが予め混合された予混合気を用いた燃焼を行う。非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼への燃焼の切り替えは予熱された予混合気の温度が予め定められた温度（Ｔ１）に達した場合に行われる。
上記燃焼方法により、第１の実施形態においては、未燃の難燃性燃料の排出を抑制するための滞留時間を確保し、燃焼保持に必要な熱量を確保した燃焼を行うことができ、未燃の難燃性燃料の排出を抑制することができる。
In the first embodiment, the combustion chamber load of the radiant tube burner 10 is limited to a maximum combustion chamber load of 1800 kW/ m3 (LHV) or less and a minimum combustion chamber load of 180 kW/ m3 (LHV) or more, and combustion is performed using a premixed air-fuel mixture in which combustion air and a flame-retardant fuel are mixed in advance. Combustion is switched from using a non-flammable fuel to using a flame-retardant fuel when the temperature of the preheated premixed air-fuel reaches a predetermined temperature (T1).
According to the above-described combustion method, in the first embodiment, a residence time for suppressing the emission of unburned non-flammable fuel is ensured, and combustion can be performed while ensuring the amount of heat required to maintain combustion, thereby suppressing the emission of unburned non-flammable fuel.
＜第２の実施形態＞
（ラジアントチューブバーナ）
図５は、第２の実施形態に係る燃焼方法に使用するラジアントチューブバーナ６０の構成例を示す図である。下の図はラジアントチューブバーナ６０の構成例を示す拡大図である。第２の実施形態は、主燃バーナ１１への燃焼用ガスの供給経路が第１の実施形態と異なる。なお、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。
第２の実施形態に係るラジアントチューブバーナ６０は、第１の実施形態と同様に主燃バーナ１１と、助燃バーナ１２と、排ガス流路１４と、熱交換器１５と、予熱ガス温度測定器１６と、排ガス温度測定器１７と、制御部９０とを備える。助燃バーナ１２は、第１の実施形態と同様に都市ガス等の炭化水素燃料等（非難燃性燃料）と燃焼用空気との予混合気により燃焼させる。
ラジアントチューブバーナ６０は、第１の実施形態と同様に、最大燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下、最小燃焼室負荷を１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上として設計される。
Second Embodiment
(Radiant tube burner)
5 is a diagram showing a configuration example of a radiant tube burner 60 used in a combustion method according to a second embodiment. The lower figure is an enlarged view showing the configuration example of the radiant tube burner 60. The second embodiment differs from the first embodiment in the supply path of the combustion gas to the main combustion burner 11. Note that the same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
The radiant tube burner 60 according to the second embodiment includes, as in the first embodiment, a main combustion burner 11, a supporting burner 12, an exhaust gas flow passage 14, a heat exchanger 15, a preheat gas temperature measuring device 16, an exhaust gas temperature measuring device 17, and a control unit 90. As in the first embodiment, the supporting burner 12 burns a premixture of a hydrocarbon fuel (non-flammable fuel) such as city gas and combustion air.
The radiant tube burner 60 is designed, like the first embodiment, with a maximum combustion chamber load of 1800 kW/m 3 (LHV) or less and a minimum combustion chamber load of 180 kW/m 3 (LHV) or more.
ラジアントチューブバーナ６０は、主燃バーナ１１への燃焼用ガスの供給経路が第１の実施形態と異なる。ラジアントチューブバーナ６０は、燃焼用ガスの供給経路として、燃焼用空気流路６１と難燃性燃料流路６２とを備える。各経路は、図５に示すように、第１の実施形態と同様に各種弁を備える。 The radiant tube burner 60 differs from the first embodiment in the supply path of the combustion gas to the main fuel burner 11. The radiant tube burner 60 has a combustion air flow path 61 and a flame-retardant fuel flow path 62 as the supply path of the combustion gas. As shown in FIG. 5, each path has various valves, as in the first embodiment.
燃焼用空気流路６１は、主燃バーナ１１における燃焼に用いられる燃焼用空気を主燃バーナ１１に供給する流路である。燃焼用空気流路６１により主燃バーナ１１に供給される燃焼用空気は、熱交換器１５により予熱され、主燃バーナ１１に供給される。
難燃性燃料流路６２は、主燃バーナ１１における燃焼に用いられる難燃性燃料を主燃バーナ１１に供給する流路である。
第２の実施形態においては、主燃バーナ１１において、熱交換器１５により予熱された燃焼用空気と難燃性燃料流路６２により供給される難燃性燃料がバーナ内で混合しながら燃焼する。
The combustion air passage 61 is a passage that supplies combustion air used for combustion in the main burner 11 to the main burner 11. The combustion air supplied to the main burner 11 by the combustion air passage 61 is preheated by the heat exchanger 15 and supplied to the main burner 11.
The non-flammable fuel flow passage 62 is a flow passage that supplies the non-flammable fuel used for combustion in the main burner 11 to the main burner 11 .
In the second embodiment, in the main combustion burner 11, the combustion air preheated by the heat exchanger 15 and the non-flammable fuel supplied through the non-flammable fuel passage 62 are mixed and burned within the burner.
（燃焼方法）
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に燃焼に使用する燃焼用空気と難燃性燃料の温度が予め定められた温度に達した場合に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替えられる。しかしながら、第１の実施形態と第２の実施形態とでは燃焼用ガスの供給経路が異なり、温度測定の対象となるガスが異なるため、燃焼を切り替える基準となる温度が異なる。
(Combustion method)
In the second embodiment, as in the first embodiment, when the temperatures of the combustion air and the non-flammable fuel used for combustion reach a predetermined temperature, the combustion is switched from using a non-flammable fuel to using a non-flammable fuel. However, the first embodiment and the second embodiment have different supply paths for the combustion gas and different gases for which the temperature is measured, and therefore the reference temperature for switching the combustion is different.
第２の実施形態においては、熱交換器１５により予熱された燃焼用空気の温度が予熱ガス温度測定器１６により測定される。しかしながら、燃焼に使用される燃焼用ガスは予熱された燃焼用空気と難燃性燃料との混合ガスであり、予熱された燃焼用空気は難燃性燃料と混合されることにより温度が低下する。そのため、第１の実施形態のように予混合気を用いた場合よりも燃焼の切り替え温度を高く設定する必要がある。第２の実施形態においては、図３の結果からエンタルピー計算により、予熱された燃焼用空気の温度が２７５℃以上となった時に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと燃焼を切り替えることで、未燃の難燃性燃料が排出されることを抑制することができる。
なお、第１の実施形態と同様に燃焼室負荷に応じて燃焼を切り替える温度を異なる値に設定しても良い。
In the second embodiment, the temperature of the combustion air preheated by the heat exchanger 15 is measured by the preheat gas temperature measuring device 16. However, the combustion gas used for combustion is a mixed gas of the preheated combustion air and the non-flammable fuel, and the temperature of the preheated combustion air is reduced by mixing with the non-flammable fuel. Therefore, it is necessary to set the combustion switching temperature higher than when the premixed air is used as in the first embodiment. In the second embodiment, by calculating the enthalpy from the result of FIG. 3, when the temperature of the preheated combustion air becomes 275° C. or higher, the combustion is switched from the combustion using the non-flammable fuel to the combustion using the non-flammable fuel, thereby suppressing the discharge of unburned non-flammable fuel.
As in the first embodiment, the temperature at which combustion is switched may be set to different values depending on the combustion chamber load.
次に、第２の実施形態における燃焼の切り替えの流れについて説明する。
第２の実施形態において、まず、点火用パイロットバーナにより助燃バーナ１２が点火される。助燃バーナ１２による燃焼が開始されるとパイロットバーナは消火され、主燃バーナ１１による燃焼が開始される。燃焼用ガスの温度が予め定められた温度に到達すると、助燃バーナ１２は消火され、主燃バーナ１１のみを用いた燃焼へと切り替えられる。
第２の実施形態における燃焼の切り替えの流れは第１の実施形態と同様であり、上記した通り切り替える基準となる温度が異なる。
Next, a flow of combustion switching in the second embodiment will be described.
In the second embodiment, first, the auxiliary burner 12 is ignited by the ignition pilot burner. When combustion by the auxiliary burner 12 starts, the pilot burner is extinguished, and combustion by the main burner 11 starts. When the temperature of the combustion gas reaches a predetermined temperature, the auxiliary burner 12 is extinguished, and combustion is switched to using only the main burner 11.
The flow of combustion switching in the second embodiment is similar to that in the first embodiment, but the reference temperature for switching is different as described above.
第２の実施形態において、ラジアントチューブバーナ６０は、難燃性燃料を予熱する熱交換機能を有しても良い。
図６は、第２の実施形態において、難燃性燃料を予熱する熱交換機能をさらに有する場合のラジアントチューブバーナ６０の構成例を示す図である。図６に示す例において、ラジアントチューブバーナ６０は、難燃性燃料流路６２により供給される難燃性燃料と排ガス流路１４により排出される燃焼ガスとの間で熱交換を行う熱交換器６３を備える。
In the second embodiment, the radiant tube burner 60 may have a heat exchange function for preheating the non-flammable fuel.
Fig. 6 is a diagram showing a configuration example of a radiant tube burner 60 in the second embodiment, which further has a heat exchange function for preheating a non-flammable fuel. In the example shown in Fig. 6, the radiant tube burner 60 includes a heat exchanger 63 for exchanging heat between a non-flammable fuel supplied through a non-flammable fuel passage 62 and a combustion gas discharged through an exhaust gas passage 14.
難燃性燃料流路６２により供給される難燃性燃料が熱交換器６３によって予熱されることにより、燃焼用空気と難燃性燃料との混合による燃焼用空気の温度低下を緩和することができる。これにより、燃焼用空気の温度が上記した予め定められた温度に達していない場合でも非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替えることが可能となる。 The flame-retardant fuel supplied through the flame-retardant fuel flow passage 62 is preheated by the heat exchanger 63, which can mitigate the temperature drop of the combustion air caused by mixing the combustion air with the flame-retardant fuel. This makes it possible to switch from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a flame-retardant fuel even if the temperature of the combustion air has not reached the above-mentioned predetermined temperature.
図７は、予熱された難燃性燃料の温度と、燃焼を切り替える燃焼用空気の温度の関係を示す図である。図７に示すように、難燃性燃料の温度が５０℃である場合、燃焼を切り替える燃焼用空気の温度は２６５℃となり、難燃性燃料の温度が１５０℃である場合、燃焼を切り替える燃焼用空気の温度は２２５℃となる。
図７に示す温度で燃焼を切り替えることにより、難燃性燃料を用いた燃焼への燃焼の切り替え後に、未燃の難燃性燃料が排出されることを抑制することができる。
7 is a diagram showing the relationship between the temperature of the preheated non-flammable fuel and the temperature of the combustion air at which the combustion is switched. As shown in Fig. 7, when the temperature of the non-flammable fuel is 50°C, the temperature of the combustion air at which the combustion is switched is 265°C, and when the temperature of the non-flammable fuel is 150°C, the temperature of the combustion air at which the combustion is switched is 225°C.
By switching the combustion at the temperatures shown in FIG. 7, it is possible to suppress the discharge of unburned non-flammable fuel after switching the combustion to combustion using the non-flammable fuel.
第２の実施形態においては、ラジアントチューブバーナ６０の燃焼室負荷を、最大燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下、最小燃焼室負荷を１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上に制限し、予熱された燃焼用空気と難燃性燃料がバーナ内で混合しながら燃焼を行う。第２の実施形態においても非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼への燃焼の切り替えが行われるが、上述の通り切り替える基準となる温度が第１の実施形態と異なる。
このように、燃焼の切り替えの基準となる温度の測定対象の燃焼用ガスに応じて、未燃の難燃性燃料の排出を抑制し安定した燃焼を行うための温度で燃焼を切り替えることができる。また、第２の実施形態においても未燃の難燃性燃料の排出を抑制するための滞留時間を確保し、燃焼保持に必要な熱量を確保した燃焼を行うことができ、未燃の難燃性燃料の排出を抑制することができる。
In the second embodiment, the combustion chamber load of the radiant tube burner 60 is limited to a maximum combustion chamber load of 1800 kW/ m3 (LHV) or less and a minimum combustion chamber load of 180 kW/ m3 (LHV) or more, and combustion is performed while preheated combustion air and non-flammable fuel are mixed in the burner. In the second embodiment, combustion is switched from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a non-flammable fuel, but the reference temperature for switching is different from that in the first embodiment as described above.
In this way, the combustion can be switched at a temperature for suppressing the emission of unburned non-flammable fuel and performing stable combustion according to the combustion gas to be measured, the temperature of which is the reference for switching the combustion. Also, in the second embodiment, a residence time for suppressing the emission of unburned non-flammable fuel is ensured, and combustion can be performed while ensuring the amount of heat required to maintain combustion, thereby suppressing the emission of unburned non-flammable fuel.
＜第３の実施形態＞
（ラジアントチューブバーナ）
図８は、第３の実施形態に係る燃焼方法に使用するラジアントチューブバーナ７０の構成例を示す図である。下の図はラジアントチューブバーナ７０の構成例を示す拡大図である。第３の実施形態は、主燃バーナ１１への燃焼用ガスの供給経路および供給される燃焼用ガスの種類が第１の実施形態と異なる。なお、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。
第３の実施形態に係るラジアントチューブバーナ７０は、第１の実施形態と同様に主燃バーナ１１と、助燃バーナ１２（不図示）と、排ガス流路１４と、熱交換器１５と、予熱ガス温度測定器１６と、排ガス温度測定器１７と、制御部９０とを備える。助燃バーナ１２は、第１の実施形態と同様に都市ガス等の炭化水素燃料等（非難燃性燃料）と燃焼用空気との予混合気により燃焼させる。
ラジアントチューブバーナ７０は、第１の実施形態と同様に、最大燃焼室負荷を１８００ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以下、最小燃焼室負荷を１８０ｋＷ／ｍ３（ＬＨＶ）以上として設計される。
Third Embodiment
(Radiant tube burner)
8 is a diagram showing a configuration example of a radiant tube burner 70 used in a combustion method according to a third embodiment. The lower figure is an enlarged view showing the configuration example of the radiant tube burner 70. The third embodiment is different from the first embodiment in the supply path of the combustion gas to the main burner 11 and the type of the combustion gas supplied. Note that the same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
The radiant tube burner 70 according to the third embodiment includes, as in the first embodiment, a main combustion burner 11, a supporting burner 12 (not shown), an exhaust gas flow passage 14, a heat exchanger 15, a preheat gas temperature measuring device 16, an exhaust gas temperature measuring device 17, and a control unit 90. As in the first embodiment, the supporting burner 12 burns a premixed gas of a hydrocarbon fuel (non-flammable fuel) such as city gas and combustion air.
The radiant tube burner 70 is designed, like the first embodiment, with a maximum combustion chamber load of 1800 kW/m 3 (LHV) or less and a minimum combustion chamber load of 180 kW/m 3 (LHV) or more.
ラジアントチューブバーナ７０は、主燃バーナ１１への燃焼用ガスの供給経路および供給される燃焼用ガスの種類が第１の実施形態と異なる。ラジアントチューブバーナ７０は、燃焼用ガスの供給経路として、燃焼用空気流路７１と燃料流路７２とを備える。各経路は、図８に示すように、第１の実施形態と同様に各種弁を備える。 The radiant tube burner 70 differs from the first embodiment in the supply path of the combustion gas to the main fuel burner 11 and the type of combustion gas supplied. The radiant tube burner 70 has a combustion air flow path 71 and a fuel flow path 72 as the supply path of the combustion gas. Each path has various valves, as in the first embodiment, as shown in FIG. 8.
燃焼用空気流路７１は、主燃バーナ１１における燃焼に用いられる燃焼用空気を主燃バーナ１１に供給する流路である。燃焼用空気流路７１により主燃バーナ１１に供給される燃焼用空気は、熱交換器１５により予熱され、主燃バーナ１１に供給される。
燃料流路７２は、主燃バーナ１１における燃焼に用いられる難燃性燃料および非難燃性燃料を主燃バーナ１１に供給する流路である。
The combustion air passage 71 is a passage that supplies combustion air used for combustion in the main fuel burner 11 to the main fuel burner 11. The combustion air supplied to the main fuel burner 11 by the combustion air passage 71 is preheated by the heat exchanger 15 and supplied to the main fuel burner 11.
The fuel flow passage 72 is a flow passage that supplies the flame-retardant fuel and the non-flammable fuel used for combustion in the main burner 11 to the main burner 11 .
第３の実施形態において、主燃バーナ１１は、難燃性燃料を用いた燃焼および非難燃性燃料を用いた燃焼のいずれも行うことができる。主燃バーナ１１における燃焼は、熱交換器１５により予熱された燃焼用空気と燃料流路７２により供給される難燃性燃料もしくは非難燃性燃料との混合ガスを用いて行われる。 In the third embodiment, the main burner 11 can perform either combustion using a flame-retardant fuel or combustion using a non-flammable fuel. Combustion in the main burner 11 is performed using a mixed gas of combustion air preheated by the heat exchanger 15 and a flame-retardant fuel or a non-flammable fuel supplied by the fuel flow path 72.
（燃焼方法）
第３の実施形態に係る燃焼の切り替えについて、図９を用いて説明する。
図９は、第３の実施形態に係る非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼への燃焼の切り替えの例を示す図である。
図９において、まず、点ａにおいて点火用パイロットバーナにより助燃バーナ１２が点火され、助燃バーナ１２による燃焼が開始される。次に、点ｂにおいて主燃バーナ１１に非難燃性燃料が供給され、主燃バーナ１１における非難燃性燃料を用いた燃焼が開始され、助燃バーナ１２は消火される。次に、点ｃにおいて燃焼用空気の温度が予め定められた温度（Ｔ２）に到達すると、主燃バーナ１１に供給される燃料が難燃性燃料に切り替えられ、主燃バーナ１１における難燃性燃料を用いた燃焼が開始される。
(Combustion method)
Combustion switching according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram showing an example of switching from combustion using a non-flammable fuel to combustion using a refractory fuel according to the third embodiment.
9, first, at point a, the auxiliary burner 12 is ignited by the ignition pilot burner, and combustion by the auxiliary burner 12 is started. Next, at point b, non-flammable fuel is supplied to the main burner 11, combustion using the non-flammable fuel in the main burner 11 is started, and the auxiliary burner 12 is extinguished. Next, when the temperature of the combustion air reaches a predetermined temperature (T2) at point c, the fuel supplied to the main burner 11 is switched to the refractory fuel, and combustion using the refractory fuel in the main burner 11 is started.
点ｄにおいて主燃バーナ１１が消火された後再びラジアントチューブバーナ７０を稼働させる場合、図２に示す場合と同様に再稼働後に燃焼用ガスの温度が予め定められた温度（Ｔ２）に到達する時間（ｅ－ｇ）は１回目の稼働時（ａ－ｃ）よりも短くなる。
ラジアントチューブバーナ７０の立ち上げ時には、十分な排熱回収が行えないため、燃焼性の低い難燃性燃料を用いた燃焼をサポートする予熱の効果を得ることができない。そこで、第３の実施形態においては、安定な主燃バーナ１１の難燃性燃料専焼状態が得られるまでは、助燃バーナ１２の運転を継続する。
When the radiant tube burner 70 is operated again after the main fuel burner 11 is extinguished at point d, the time (e-g) for the temperature of the combustion gas to reach a predetermined temperature (T2) after restarting the burner is shorter than the time (a-c) during the first operation, as in the case shown in Figure 2.
When the radiant tube burner 70 is started up, sufficient exhaust heat cannot be recovered, and therefore the preheating effect for supporting combustion using a low-flammability fuel cannot be obtained. Therefore, in the third embodiment, the auxiliary burner 12 continues to operate until a stable state in which the main burner 11 is exclusively burning a low-flammability fuel is obtained.
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に燃焼に使用するガスの温度が予め定められた温度に達した場合に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替えられる。第３の実施形態においては、熱交換器１５により予熱された燃焼用空気の温度が予熱ガス温度測定器１６により測定されるため、第２の実施形態と同様に第１の実施形態のように予混合気を用いた場合よりも燃焼の切り替え温度を高く設定する必要がある。第３の実施形態において燃焼を切り替える基準となる温度として予め定められた温度（Ｔ２）は、第２の実施形態と同様に予熱された燃焼用空気の温度が２７５℃として設定される。 In the third embodiment, as in the first embodiment, when the temperature of the gas used for combustion reaches a predetermined temperature, the combustion is switched from using a non-flammable fuel to using a resistant fuel. In the third embodiment, the temperature of the combustion air preheated by the heat exchanger 15 is measured by the preheated gas temperature measuring device 16, so as in the second embodiment, it is necessary to set the combustion switching temperature higher than when a premixed gas is used as in the first embodiment. In the third embodiment, the predetermined temperature (T2) as the reference temperature for switching combustion is set to the temperature of the preheated combustion air of 275°C as in the second embodiment.
第３の実施形態においては、主燃バーナ１１に供給される燃料を非難燃性燃料から難燃性燃料に切り替えることで燃焼の切り替えが行われ、予熱された燃焼用空気の温度が２７５℃以上となった場合に燃焼を切り替えることにより燃焼保持に必要な熱量を確保した燃焼が実現される。これにより、未燃の難燃性燃料の排出を抑制することができる。 In the third embodiment, the combustion is switched by switching the fuel supplied to the main burner 11 from non-flammable fuel to flame-retardant fuel, and when the temperature of the preheated combustion air reaches 275°C or higher, the combustion is switched to ensure the amount of heat required to maintain combustion. This makes it possible to suppress the emission of unburned flame-retardant fuel.
なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と同様に難燃性燃料もしくは非難燃性燃料と燃焼用空気とを予め混合した予混合気が熱交換器１５により予熱され、主燃バーナ１１に供給される構成としても良い。この場合、第２の実施形態のように予熱された燃焼用空気と難燃性燃料との混合による温度の低下は発生せず、予め定められた温度（Ｔ２）は第１の実施形態と同様に２００℃として設定される。また、第１の実施形態と同様に燃焼室負荷に応じて燃焼を切り替える温度を異なる値に設定しても良い。 In the third embodiment, a premixed gas obtained by mixing a non-flammable fuel or a non-flammable fuel with combustion air may be preheated by a heat exchanger 15 and supplied to the main burner 11, as in the first embodiment. In this case, there is no decrease in temperature due to mixing of the preheated combustion air with the non-flammable fuel, as in the second embodiment, and the predetermined temperature (T2) is set to 200°C, as in the first embodiment. Also, the temperature at which combustion is switched may be set to a different value depending on the combustion chamber load, as in the first embodiment.
１０，６０，７０…ラジアントチューブバーナ、１１…主燃バーナ、１２…助燃バーナ、１３…燃焼用ガス流路、１４…排ガス流路、２１…流量制御弁、２２…流量調整弁、２３…遮断弁、２４…圧力調整器、１５，６３…熱交換器、１６…予熱ガス温度測定器、１７…排ガス温度測定器、５０…燃焼炉、５１…炉内温度測定器、６１，７１…燃焼用空気流路、６２…難燃性燃料流路、７２…燃料流路 10, 60, 70...radiant tube burner, 11...main burner, 12...support burner, 13...combustion gas flow path, 14...exhaust gas flow path, 21...flow control valve, 22...flow adjustment valve, 23...shutoff valve, 24...pressure regulator, 15, 63...heat exchanger, 16...preheat gas temperature measuring device, 17...exhaust gas temperature measuring device, 50...combustion furnace, 51...furnace temperature measuring device, 61, 71...combustion air flow path, 62...non-flammable fuel flow path, 72...fuel flow path
Claims (2)
前記熱交換機能により予熱された前記燃焼に使用するガスの温度が予め定められた温度に達した場合に非難燃性燃料を用いた燃焼から難燃性燃料を用いた燃焼へと切り替え、
前記予め定められた温度は、前記難燃性燃料を安定して燃焼させることが可能な温度であり、
前記予め定められた温度は、前記燃焼室負荷に応じて異なる値が設定される燃焼方法。 The combustion chamber load is limited to a predetermined range by a radiant tube burner having a heat exchange function that preheats the gas used for combustion by the gas discharged after combustion.
When the temperature of the gas used for the combustion preheated by the heat exchange function reaches a predetermined temperature, the combustion is switched from using a non-flammable fuel to using a flame-retardant fuel;
the predetermined temperature is a temperature at which the non-flammable fuel can be stably combusted,
A combustion method, wherein the predetermined temperature is set to a different value depending on the combustion chamber load.
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