JPH05215311A - 脈動燃焼方法及び装置 - Google Patents

脈動燃焼方法及び装置

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JPH05215311A
JPH05215311A JP4194172A JP19417292A JPH05215311A JP H05215311 A JPH05215311 A JP H05215311A JP 4194172 A JP4194172 A JP 4194172A JP 19417292 A JP19417292 A JP 19417292A JP H05215311 A JPH05215311 A JP H05215311A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 窒素酸化物の放出を減少するために、酸素、
例えば実質的に純酸素で高度に富化されている燃料によ
って可能にする脈動燃焼の方法を提供する。 【構成】 バーナに燃料及び酸化剤を供給する管路の少
なくとも一方に、脈動流用装置が、供給された流体流れ
に３Ｈｚ未満の、典型的には１Ｈｚ未満の周波数の脈動
を管路で加えるために設けられている。例えば高収率で
窒素酸化物の排出物の少ない工業用炉の酸素−燃料バー
ナに応用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料及び酸化剤を供給
される工業用炉のバーナの炎が、バーナに供給される燃
料及び酸化剤の少なくとも一方に周期的変化を起こさせ
る脈動を備えた脈動燃焼の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼されるガス量（体積）を増加する原
理に基いた脈動燃焼の方法はすでに知られている。この
量の増加は、燃焼を低下させる、したがって燃焼ガス量
を低下させることにより、燃焼されるガス流量を制御す
る装置に作用する。そのとき流体の上流圧力は、最高値
でその流量を回復し、燃焼は増加して、確実に脈動燃焼
する。
【０００３】そのような方法はヨーロッパ特許公開第
０．０４６．８９８号明細書に記載されている。ソ連特
許第８５７．６４２号明細書は、軸に取付けられた外輪
の原理に基いて作動する、気体又は液体燃料の燃焼用空
気を脈動させる装置を記載する。
【０００４】環境に有害な窒素酸化物の生成は、窒素、
酸素の分圧並びに媒体の温度に依存し、そのことは数多
くの利点を提供する理由で工業用炉にますます使用され
ている純酸素の場合に問題であることは知られている。
【０００５】出願人によって行われた研究は、例えば純
酸素の場合に、熱エネルギーが炉の壁、及び２〜１６％
に変化する天然ガス中の窒素含有量の変化に応じて発生
する煙霧に伝達される、２５ｋＷのいわゆる断熱炉にお
いて、窒素酸化物含有量が１８０ｐｐｍから１６００ｐ
ｐｍに増加することを示した。
【０００６】同様に、煙霧中の窒素酸化物含有量は、使
用される天然ガス中の窒素含有量に応じて、熱エネルギ
ーが装入物、炉壁及び煙霧に同時に伝達される、例えば
ガラス溶融炉のような炉では、１５０ｐｐｍから５００
ｐｐｍに増加する。他方において出願人は、すべてが同
じ条件で、煙霧中の残存酸素含有量が１％から４％にな
るとき、煙霧中の窒素酸化物含有量が７００ｐｐｍから
１２００ｐｐｍになることを認めた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、脈動
燃焼、さらに詳しくは、窒素酸化物の放出を減少するた
めに、酸素、例えば実質的に純酸素で高度に富化されて
いる燃料によって可能にする脈動燃焼の方法を提供する
ことである。本発明の他の目的は、そのような方法を実
施するための脈動燃焼装置である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そのため本発明の一特徴
によれば、燃料の流れ及び酸化剤の流れの少なくとも一
方の周期的変動周波数は３Ｈｚ未満、特に１Ｈｚ未満、
好ましくは約０．２Ｈｚである。
【０００９】本発明の他の特徴によれば、− 脈動流の最大流量継続時間と最少流量継続時間との
間の比率は０．５〜２、好ましくはほぼ１であり、− 脈動流の最少流量と最大流量との間の体積比率は
０．７未満、典型的には０．５未満、好ましくはほぼ
０．２５であり、− 最少流量と脈動と組合される流量との間の容積比率
は０．１〜２、好ましくはほぼ０．２５であり、− 周期的変化は少くとも燃料流れ中にひき起こされ、
周期的変化が燃料流れ及び酸化剤流れ中にひき起こされ
る場合には、これらの周期的変化は、両方の流れに共通
の周波数を、好ましくは少なくともπ：２だけ位相をず
らすことによって発生させられる。
【００１０】酸化剤は少くとも８０％の酸素を含み、実
質的に工業用純酸素からなるのが有利であり、燃料は典
型的には天然ガスである。
【００１１】また本発明による装置は、少なくとも１本
の燃料供給用管路及び少なくとも１本の酸化剤供給用管
路に連結された工業炉用バーナを有し、供給管路の少く
とも一方が、管路により供給される流体の流れに３Ｈｚ
未満の周波数の脈動を与えるための脈動手段を備えてい
る。
【００１２】本発明はまた、ガラス溶融炉にそのような
装置を用いることにも関する。後で一層詳細に与えられ
る実験結果によって示されるように、これらの特徴は、
純酸素が酸化剤として用いられる場合でさえも窒素酸化
物の放出を実質的に減少し、煙霧中の酸素の容積含有量
を非常に低い値に維持することができる。
【００１３】発生される脈動はまず、（同一線形順に並
んで）存在する種の滞留回数に、第２にこれらの種の遭
遇回数に介入できることが予想される。したがって局部
的に、高度に化学量論以上又は以下の条件が行われると
いう事実によって、直接温度水準に作用することが可能
である。
【００１４】したがって局部的燃焼は、それに先立つ局
部的燃焼からの燃焼生成物の存在で行われ、結果として
燃焼機構の一段階があり、したがって窒素酸化物の形成
の直接減少がある。本発明の他の特徴及び利点は、添付
の図面を参照しながら、与えられた実施態様について以
下に述べられる記載から明らかになるであろう。
【００１５】
【実施例】図１に関しては、実験は天然ガス燃料にのみ
加えられた脈動と対応し、天然ガスの最大流量に対する
最少流量の容積比率は０．２３である。１０．８Ｈｚで
０．１の脈動周波数変化について０．５〜１．２の変化
をする、脈動なしの基準システムＮＯX （基準）に対す
る窒素酸化物の放出比率であることは注目される。
【００１６】３Ｈｚ以下では、０．１〜０．３Ｈｚの脈
動周波数範囲で５０％に達する窒素酸化物の放出の実質
的減少が見られる。同じ条件で図２に関しては、０．１
５Ｈｚ未満の非常に低周波数を除いては、ほとんど一酸
化炭素の放出が見られない。
【００１７】図３及び図４に関しては、酸化剤の酸素に
のみ脈動が加えられた場合に、非常に低周波数で、窒素
酸化物放出率の減少及び少量の一酸化炭素の生成という
同様の効果があり、ここでは最適範囲は０．２〜２Ｈｚ
である。
【００１８】脈動が天然ガス燃料及び酸化剤酸素に同時
に加えられる実験と対応する図５及び図６に関しては、
３Ｈｚ未満の脈動周波数についてＮＯX 放出の著しい減
少があり、この減少は、燃料の脈動と酸化剤の脈動とを
少なくともπ：２だけ位相をずらせることによって、
０．２〜０．４Ｈｚの周波数について９０％以上に達す
ることは注目される。
【００１９】図７及び図８に関しては、ガラス溶融炉内
で発生する窒素酸化物の減少率は、最少流量と最大流量
との比０．５及び最大流量継続時間と等しい最少流量継
続時間をもった４Ｈｚ未満の周波数で見られる。炉は、
最大流量の半分に等しい最少流量、脈動と流れ間の位相
ずらし、及び最大流量継続時間と等しい最少流量継続時
間で操業され、窒素酸化物放出比率は約４０％低減され
ている。
【００２０】各縦座標にそれぞれ窒素酸化物及び一酸化
炭素の率を、横座標に最少流量と脈動最大流量の比率
（最少一定流量と追加の脈動流量との比率と対応するＣ
／Ｐで表わされる）を示す図９及び図１０の図表を次に
参照すると、窒素酸化物の実質的な放出の減少について
Ｃ／Ｐ比率は０．１〜０．３にあり、すなわち最少流量
／最大流量の比率は０．５〜２の間、好ましくはほぼ１
であるのが見られる。
【００２１】図１１には、例えばガラス溶融炉のような
工業用炉の燃焼室を限定する部分１が見られ、部分１内
には酸素供給用同心管５によって取囲まれた天然ガス供
給用中央管４からなる酸素−燃料バーナ３によって炎２
が形成される。管４及び５は管路１１，２１によって、
それぞれ図示されないガス源に連結され、各管路は、所
定の最少流量を供給するニードル弁１３，２３を有する
分岐路によってバイパスされる、低周波数制御電磁弁１
２，１３を組込んでいる。
【００２２】電磁弁１２，１３はその周期的開閉によっ
て、ニードル弁１３，２３によって供給される最少流量
（電磁弁１２，１３は閉じられている）と、電磁弁１
２，２２の全開と対応する最大流量との間で、天然ガス
及び酸素の脈動を与えることができる。同じ脈動手段
を、脈動がバーナ３に供給されるガスの一方、典型的に
は酸化剤にだけ行われる簡単な場合に適用することがで
きる。
【００２３】図１２に示されたように、変形として脈動
手段を電子流発生器３１，３２で構成することもでき
る。図１３及び図１４は、バーナに燃料を供給する管路
４１内に旋回可能に取付けられ、電気モータ４３によっ
て周期的に作動される羽部材４２の往復振幅運動による
バーナ用供給管路の少なくとも一方内の脈動手段の変形
を示し、燃焼用の他方の成分を供給する管路５１は脈動
手段をもたない。
【００２４】図１５〜図１８に示された変形では、脈動
手段は、入口管路６３及び出口管路６４が一線をなして
そこに達している円筒状内部空間６２を限定する弁本体
６１をもった回転弁を有する。管状の回転弁頭６５は内
部空間６２内に回転可能に取付けられ、弁頭６５は、弁
頭６５の回転中に入口管路６３、出口管路６４を順次閉
じる閉鎖壁部６６，６７を間に設けて、角度的に分配配
置された開口６８を備えた管状壁を有する。
【００２５】弁頭６５は、弁本体６１内で旋回し、モー
タ（図示せず）によって連続的に又は場合によっては交
互に回転させられる軸６９の端部に取付けられる。バー
ナに供給する２種類の流体に脈動を与える場合、燃料流
れ及び酸化剤流れを確実に脈動させる２個の回転弁を、
共通のモータが作動することができる。弁の開閉、した
がって流れの脈動の位相ずらしは、２個の回転弁間の駆
動ピニオンの調整のみによって行われる。
【００２６】図１５の実施態様では、弁頭６５は、直径
方向に対向する２個の開口を有する。しかしながら状況
によって、図１６（小さい角度の３個の閉鎖壁７１〜７
３を隔てる大きな角度をもった３個の開口７４〜７
６）、図１７（巾広い角度に延びる４個の閉鎖壁８１〜
８４の間の小さい角度の４個の開口８５〜８８）、又は
図１８（ほぼ同じ角度に延びる４個の開口９５〜９８及
び４個の閉鎖壁９１〜９４）に示されたように、異なる
配置の開口をもった弁頭を提供することによって、開閉
間の時間比率を変えることができる。
【００２７】本発明は特定の実施態様を参照して述べて
きたけれども、本発明はこれに限定されることなく、当
業者にとって自明の改良及び変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】天然ガスのような燃料にのみ加えられた脈動周
波数に応じた脈動による、及び脈動なしの窒素酸化物含
有量比率〔ＮＯX ／ＮＯX （基準）〕の図表。
【図２】天然ガスのような燃料にのみ加えられた脈動周
波数に応じた一酸化炭素比率（％）の図表。
【図３】図１と対応し、脈動がここでは酸素のような酸
化剤にのみ加えられた図表。
【図４】図２と対応し、脈動がここでは酸素のような酸
化剤にのみ加えられた図表。
【図５】図１と対応し、脈動がここでは天然ガスのよう
な燃料及び酸素のような酸化剤に同時に加えられた図
表。
【図６】図２と対応し、脈動がここでは天然ガスのよう
な燃料及び酸素のような酸化剤に同時に加えられた図
表。
【図７】他の操業条件による図１と類似の図表。
【図８】他の操業条件による図２と類似の図表。
【図９】Ｃ／Ｐの率に応じたＮＯX ／ＮＯX （基準）の
率の図表で、ここではＣは最少、一定流量、Ｐは脈動を
加えた流量を示す。
【図１０】同様にＣ／Ｐの率に応じた一酸化炭素の比
（％）の図表。
【図１１】本発明による装置の略図。
【図１２】本発明による装置の変形の図。
【図１３】本発明による脈動手段の他の実施態様の部分
的略側面図。
【図１４】図１３の実施態様の部分的略平面図。
【図１５】本発明による脈動手段の他の実施態様の断面
略図。
【図１６】図１５の弁の管状回転弁頭の一変形の断面
図。
【図１７】同じく管状回転弁頭の第２の変形の断面図。
【図１８】同じく管状回転弁頭の第３の変形の断面図。
【符号の説明】
１ 燃焼室 ２ 炎 ３ 酸素−燃料バーナ ４，４１ 天然ガス供給用中央管 ５，５１ 酸素供給用同心包囲管 １２，２２ 低周波数制御電磁弁 １３，２３ ニードル弁 １４，２４ ロータメータ ３１，３２ 電子流発生器 ４２ 羽部材 ４３ 電気モータ ６１ 回転弁本体 ６２ 回転弁本体６１の円筒状内部空間 ６３ 同入口管路 ６４ 同出口管路 ６５ 同管状回転弁頭 ６６，６７ 弁頭６５の閉鎖壁部 ６８，７４〜７６，８５〜８８，９５〜９８ 同開口 ６９，７１〜７３，８１〜８４，９１〜９４ 同閉鎖壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジユニエ・ベルナル フランス国．91440・ビユール・シユル・ イベツト．アブニユ・ド・ボーゼジユー ル．53

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料及び酸化剤を供給される工業用炉の
    バーナの炎に、燃料流れ及び酸化剤流れの少なくとも一
    方の周期的変化を発生させることによって脈動が加えら
    れる脈動燃焼方法において、周期的変動周波数が３Ｈｚ
    未満である方法。
  2. 【請求項２】 周期的変動周波数が０．１〜１Ｈｚであ
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 周期的変動周波数が約０．２Ｈｚである
    請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 周期的に変化する最大流量継続時間と最
    少流量継続時間との間の比率が０．５〜２である請求項
    １記載の方法。
  5. 【請求項５】 最大流量継続時間と最少流量継続時間と
    の間の比率がほぼ１である請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 周期的に変化する最少流量と最大流量と
    の間の容積比率が０．７未満である請求項１記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記容積比率が０．５未満である請求項
    ６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記容積比率が約０．２５である請求項
    ７記載の方法。
  9. 【請求項９】 周期的に変化する最少流量と脈動流れを
    備えた流量との間の容積比率が０．３〜２、好ましくは
    ほぼ０．３である請求項７記載の方法。
  10. 【請求項１０】 周期的変化が燃料流れに発生させられ
    る請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 周期的変化が燃料流れと酸化剤流れと
    に発生させられる請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 周期的変化が、燃料及び酸化剤の二つ
    の流れに共通の周波数で行われる請求項１１記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 燃料流れと酸化剤流れの周期的変化が
    少なくともπ：２だけ位相をずらされている請求項１１
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 燃料流れと酸化剤流れの周期的変化が
    約π：２だけ位相をずらされている請求項１３記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 酸化剤が少くとも８０％の酸素を含む
    請求項１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 酸化剤が実質的に純酸素である請求項
    １５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 燃料が天然ガスである請求項１記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１による方法を実施するため
    の、少なくとも１本の燃料供給用管路及び少なくとも１
    本の酸化剤供給用管路に連結された工業用炉のバーナを
    有する脈動燃焼装置において、供給管路の少なくとも一
    方が、管路により供給される流体の流れに３Ｈｚ未満の
    周波数の脈動を発生させるための脈動手段を備えている
    装置。
  19. 【請求項１９】 脈動手段が、与えられた最少流量をも
    つネック部によってバイパスされる電磁弁を有する請求
    項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】 脈動手段が管路内に配置された旋回羽
    部材を有し、羽部材の往復振幅運動を発生させる手段が
    設けれらている請求項１８記載の装置。
  21. 【請求項２１】 脈動手段が回転弁頭をもった弁を有
    し、回転弁頭が角度をなして配置された開口を形成さ
    れ、弁頭の回転の間に弁内で流体の流れの開閉を順に定
    める管状壁を有する請求項１８記載の装置。
  22. 【請求項２２】 バーナが燃料及び酸化剤を排出する２
    個の同心通路を有する請求項１８記載の装置。
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