JPH03291406A

JPH03291406A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH03291406A
Application number: JP2092925A
Authority: JP
Inventors: Masaru Uno; 宇野　優; Masao Kawamura; 河村　昌男; Shoichi Hirao; 平尾　昌一
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-12-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ボイラー、金属加熱炉、セラミックス焼成炉
等の燃焼装置に関し、その排気ガス中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）を低減、除去すると共に炭酸ガスの効率的な回収
をし、さらに燃焼効率の向上も図るものである。

（従来の技術）従来の燃焼装置にあっては、燃料を燃焼させるための支
燃用ガスとして空気を用いていたので、燃料として窒素
を含まないものを用いても、空気中の窒素が高温下で反
応して生成する窒素酸化物（ｔｈｅｒｍａｌ　Ｎ０Ｘ）
はどうしても含まれてしまう。

また、燃料中の炭素と空気中の酸素が結合することによ
り、排気ガス中には炭酸ガス（ＣＯ□）及び水分が含ま
れている。

（発明が解決しようとする課題）ＮＯｘは大気汚染物質となり、ＣＤ、は近年の地球温暖
化の要因として問題視され、いずれも除去、回収が必要
とされている。

そのため、従来の燃焼装置にあっては脱硝設備によりＮ
Ｏｘの除去を図っていたが、装置全体が大型化し、コス
トが増大するという問題があった。

また、従来の燃焼装置の排気ガス中に含まれるＣｏ２濃
度は、天然ガス、メタン、灯油等の一般的な燃料を用い
た場合は約１０〜１３％と少ないため、回収するとすれ
ば効率が悪くコストが増大することから大気中に放出せ
ざるを得なかった。

本発明は上記従来技術の問題に鑑み、排気ガス中のＮＯ
ｘの除去を脱硝装置を用いることなく行なうことができ
、また、排気ガス中の炭酸ガスを効率良く回収すること
ができ、併せて燃焼効率の向上も図ることができる燃焼
装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的達成のために本発明による燃焼装置が特徴とす
るところは、燃焼装置本体と高濃度酸素製造装置とを備
え、その高濃度酸素製造装置より供給される高濃度酸素
に燃焼装置本体から排出される燃焼出口ガスの一部がリ
サイクルして混合されると共に、この混合された一定の
酸素含有率を有する酸素混合ガスが支燃用ガスとして燃
焼装置本体に供給される点にある。

炭酸ガスの回収のためには、燃焼装置が燃焼装置本体か
ら排出される燃焼出口ガス中の炭酸ガスを回収する装置
を備えていることが好ましい。

高濃度酸素製造装置による高濃度酸素の発生は、空気中
の酸素を、圧力を変化させることで吸着剤に対し吸着と
脱着を繰返させて分離精製することにより行なうプレッ
シャースイング法によるのが好ましい。

また、炭酸ガス回収装置による燃焼装置本体の燃焼出口
ガスからの炭酸ガスの回収も、プレッシャースイング法
により行なうのが好ましい。

支燃用ガスとして燃焼装置本体に供給される酸素混合ガ
スの酸素含有率は、空気を用いた場合よりも燃焼効率を
良くするため、空気の酸素含有率よりも多くするのが良
い。

（作　用）本発明の構成による燃焼装置によれば、支燃用ガスとし
て高濃度酸素に燃焼出口ガスの一部をリサイクルして混
合したガスが用いられるため、空気を用いる場合に比べ
ｔｈｅｒｒｎａｌ　ＮＯＸは実質的に発生しなくなる。

この場合、燃焼装置本体は既存のものを用いることも可
能である。

燃料としては石炭、重油、灯油、ＬＰＧ、天然ガス等特
に限られるものではないが、一部リサイクルした燃焼出
口ガスの装置に与える腐食の見地から、灯油、ＬＰＧ、
天然ガス等のいわゆるクリーン燃料を用いるのが好まし
い。このクリーン燃料を用いる場合、ｔｈｅｒｍａｌ　
ＮＯｘだけでなく、燃料中の窒素化合物が原因となる窒
素酸化物（ｆｕｅｌ　Ｎ０Ｘ）も実質的に燃焼出口ガス
中に含まれず、脱硝設備が不要となり、さらに、クリー
ン燃料を用いた場合にはイオウ化合物が原因となるイ才
つ酸化物の生成も実質的にないため、脱硫設備も不要と
なる。また、石炭、重油等の燃料を用いた場合でも、燃
焼排ガスが一般の空気燃焼の場合に比べて約１／４程度
に減少し、それに応じて脱硝、脱硫設備の規模も小さく
することが可能となる。

そして、燃焼出口ガスの一部をリサイクルして高濃度酸
素と混合させて再び支燃用ガスとするので、燃焼出口ガ
スの炭酸ガス濃度が高袷られ、その回収を効率良く行な
うことができる。この炭酸ガスの回収のために炭酸ガス
回収装置を備えるのが合理的である。

この場合、燃料としてクリーン燃料を用いると、燃焼出
口ガスの大部分は炭酸ガス（Ｃｏ２）と水蒸気となり、
冷却、除湿等の適当な手段で水分を除去するのみで、特
別な精製工程を経ることなく炭酸ガス回収装置に導くこ
とができる。

高濃度酸素製造装置としては、プレッシャースイング法
によるもの、空気を液化することによる深冷分離装置等
があり、また、炭酸ガス回収装置としては、プレッシャ
ースイング法によるもの、冷却圧縮により液化炭酸とす
るもの、有機アミン類を用いる湿式吸収法によるもの等
がある。これらのうち、比較的少量の高濃度酸素の供給
や炭酸ガスの回収には、プレッシャースイング法による
ものがコスト的に有利となる　（プレッシャースイング
法による高濃度酸素製造装置については特開昭６４−４
３３２７号公報、炭酸ガス回収装置については特開平１
−１７２２０４号公報参照）。

また、プレッシャースイング法により空気中の窒素を吸
着剤に吸着させて酸素を精製する場合、空気中のアルゴ
ンは非吸着性ガスであるため、高濃度酸素と共に蒸気発
生装置本体に供給されて燃焼出口ガス中に含まれること
になる。このアルゴンを含む燃焼出口ガスから炭酸ガス
のみを吸着剤に対し吸着、脱着を繰返して回収すると、
アルゴンガスが炭酸ガス回収装置系内で濃縮される。こ
のアルゴンガス濃度は、燃料の種類、炭酸ガス回収装置
の回収効率により異なるため一部にいえないが、メタン
を燃料として回収率が８０〜９０％の場合、ドライベー
スでアルゴンガス濃度は２９〜４２ｖ。

１％に達し、純アルゴン生成用の原料ガスとして有効利
用できる。

通常９０．０〜９５．５ｖｏ１％の高濃度酸素と燃焼出
口ガスの混合ガスを支燃用ガスとして用いるので、空気
を支燃用ガスとして用いる場合のように加熱した窒素を
排出するという熱損失がなく、また、高温の燃焼出口ガ
スの熱量も再利用できるので効率良く燃費の向上を図る
ことができる。

（実施例）以下、本発明の実施例として、燃焼装置本体に蒸気発生
装置を用いた場合について説明する。

図面は、本発明の実施例に係る蒸気発生装置の概略構成
を示すもので、蒸気発生装置本体１の燃焼室の入口側に
配管を介し接続される高濃度酸素発生装置２と燃料供給
装置３、及び、蒸気発生装置本体１の燃焼室の出口側に
配管を介し接続される炭酸ガス回収装置４を備えている
。高濃度酸素発生装置２及び炭酸ガス回収装置４はプレ
ッシャースイング法により高濃度酸素を発生し、あるい
は炭酸ガスを回収するものである。

また、高濃度酸素発生装置２から蒸気発生装置本体１へ
の入口側配管５と蒸気発生装置本体１の出口側配管６と
はバイパス管７により接続され、このバイパス管７の途
中には、蒸気発生装置本体１から排出される燃焼出口ガ
スの循環用ブロワ−８が設けられている。これにより、
高濃度酸素発生装置２より供給される高濃度酸素に、蒸
気発生装置本体１から排出される燃焼出口ガスの一部が
リサイクルされて混合されて酸素混合ガスとされ、この
酸素混合ガスが支燃用ガスとして蒸気発生装置本体１に
供給される。

また、その蒸気発生装置本体１に供給される酸素混合ガ
スの濃度が常に所定濃度となるように、入口側配管５と
バイパス管７との接続部の上流側に制御バルブ９が設け
られ、この制御バルブ９は、人口側配管５とバイパス管
７との接続部の下流側の酸素濃度を検知して開度が自動
コントロールされる。

上記実施例構成の蒸気発生装置を燃料としてメタンを供
給して運転した場合の、第１図中Ａ−Ｆの各位置におけ
る組成物質の体積比、流量、温度を実施例１として表１
に示す。また比較例１として表２に、メタン燃料と支燃
用ガスとして空気を供給し、燃焼出口ガスをリサイクル
させない場合におけるＡ、Ｂ、Ｆ位置における実施例と
同様の諸元を示す。

（次　　　　葉）表２（比較例１）（）内ドライベース（次葉）表１から明らかなように、本発明の実施例１では燃焼出
口ガスに窒素は実質的に含まれておらず、ＮＯＸは生成
されていない。また、燃焼出口ガスの炭酸ガス濃度は、
比較例１では８．７ｖｏ１％であるのに対し実施例１で
は３２．Ｏｖｏ１％であり、効率良く炭酸ガスを回収で
きる。

さらに、燃焼出口ガス中のアルゴンガスは比較例１では
ドライベースで約１．　Ｑｖｏ１％であるのに対し実施
例１では３．５ｖｏ１％（ドライベース）の濃度があり
、プレッシャースイング法を繰返して燃焼出口ガスから
炭酸ガスを回収することで、残ガス中のアルゴンガス濃
度を高くし、これを純アルゴン生成用の原料ガスとして
有効利用できる。

また、回収熱量を比較すると、メタンの発熱量を８５５
０　Ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／　Ｎ　ｍ’、ヒートロスを１０
％＝８５５Ｋｃａｌとして、実施例１では７５４４Ｋｃ
ａ　１／　Ｎｍ’であり、比較例１の７２４６Ｋｃａｌ
／　Ｎｍ、’よりも４．１％効率が向上していた。

次に、燃料としてオイル（Ｃ＝８８ｗｔ％、）１２＝１
２ｗｔ％）を供給して前記実施例構成の蒸気発生装置を
運転した場合における前記実施例同様の諸元を実施例２
として表３に示す。また比較例２として表４に、オイル
燃料と燃焼用ガスとして空気を供給し、燃焼出口ガスを
リサイクルさせない場合におけるＡ、Ｂ、Ｆ位置におけ
る実施例と同様の諸元を示す。

（次　　　　葉）Ｊ表（比較例２）（）内ドライベース（次葉）表３から明らかなように、本発明の実施例２によれば燃
焼出口ガスに窒素は実質的に含まれておらず、ＮＯｘは
生成されていない。また、燃焼出口ガスの炭酸ガス濃度
は、比較例２ではドライベースで１４．６　ｖｏ１％で
あるのに対し実施例２では９２．０ｖｏ１％（ドライベ
ース）であり、効率良く炭酸ガスを回収できる。

さらに、燃焼出口ガス中のアルゴンガスは比較例２では
ドライベースで約１．Ｑｖｏ１％であるのに対し実施例
２では６．２ｖｏ１％（ドライベース）の濃度があり、
プレッシャースイング法を繰返して燃焼出口ガスから炭
酸ガスを回収することで、残ガス中のアルゴンガス濃度
を高くし、これを純アルゴン生成用の原料ガスとして有
効利用できる。

また、回収熱量を比較すると、オイルの発熱量を１０５
６０Ｋｃａｌ／　ｋｇ、ヒートロスを１０％−１０５６
Ｋｃａｌとして、実施例２では９３５８Ｋｃａｌ／　ｋ
ｇであり、比較例２の９００９Ｋｃａｌ／　ｋｇよりも
３．９％効率が向上していた。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

（発明の効果）本発明による燃焼装置によれば、支燃用ガスとして窒素
を含まない酸素混合ガスを用いるので、燃焼出口ガス中
のｔｈｅｒｍａ　］　ＮＯＸを実質的に無くすことが可
能となる。この際、メタン等の窒素分、硫黄分を含まな
いクリーン燃料を用いることで、ｆｕｅＩＮＯｘ、イオ
ウ酸化物も実質的に無くすことができるので、脱硝設備
及び脱硫設備も不要とできる。

また、燃焼出口ガスをリサイクルして支燃用ガスとして
用いることにより、燃焼出口ガス中のＣＯ２濃度を高め
て効率良く回収することができる。

また、高濃度酸素と燃焼出口ガスの混合ガスを支燃用ガ
スとして用いるため、従来のように空気中の窒素を加熱
して排出する熱損失がないため、燃焼効率の向上を図る
ことができる。

さらに、高濃度酸素の発生と炭酸ガスの回収にプレッシ
ャースイング法を用いることで、空気中のアルゴンを濃
縮して純アルゴン生成用の原料ガスを得ることができる
。

そして、本発明は既存の燃焼装置本体に適用できるので
容易に実用に供し得る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係る蒸気発生装置の概略構成を
示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃焼装置本体と高濃度酸素製造装置とを備え、そ
の高濃度酸素製造装置より供給される高濃度酸素に燃焼
装置本体から排出される燃焼出口ガスの一部がリサイク
ルして混合されると共に、この混合された一定の酸素含
有率を有する酸素混合ガスが支燃用ガスとして燃焼装置
本体に供給されることを特徴とする燃焼装置。
（２）燃焼装置本体から排出される燃焼出口ガス中の炭
酸ガスを回収する装置を備えていることを特徴とする請
求項（１）記載の燃焼装置。
（３）高濃度酸素製造装置がプレッシャースイング法に
より空気から高濃度酸素を発生させるものであることを
特徴とする請求項（１）又は（２）記載の燃焼装置。
（４）炭酸ガスを回収する装置がプレッシャースイング
法により炭酸ガスを回収するものであることを特徴とす
る請求項（２）又は（３）記載の燃焼装置。
（５）酸素混合ガスの酸素含有率が空気の酸素含有率よ
りも多くされることを特徴とする請求項（１）乃至（４
）のいずれかに記載の燃焼装置。