JPH05507347A - 予混合バーナにおけるNO↓x軽減のための排ガス再循環の装置と方法 - Google Patents

予混合バーナにおけるNO↓x軽減のための排ガス再循環の装置と方法

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JPH05507347A JP92501890A JP50189092A JPH05507347A JP H05507347 A JPH05507347 A JP H05507347A JP 92501890 A JP92501890 A JP 92501890A JP 50189092 A JP50189092 A JP 50189092A JP H05507347 A JPH05507347 A JP H05507347A
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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】 本発明は、予混合バーナからの重要な熱配分を変えることなく、バーナからのN o を減少させる装置と方法に関する。本発明は、例えば炭化水素の蒸気分留の ための、高温炉に使用されることができる。
背景技術 種々の窒素酸化物、つまりNo 化合物、は高温の空気中で形成され、これには 、限定的ではないが、1酸化窒素や2酸化窒素が含まれる。No の排出量の減 少は、空気汚染を減じ、政府規制に合致するための所要の目標である。
バーナは液体または気体燃料のいずれを用いることもできる。液体燃料バーナは 燃料を霧化して、より完全な燃焼を得るために、燃焼前に燃料に蒸気を混合する ことができ、燃焼の時点で燃焼用空気が燃料に混合される。
気体燃料バーナは、燃焼空気と燃料を混合させるのに使用する方法により、生ガ スまたは予混合のいずれかに分類される。これらのバーナでは、形態と使用され るバーナチップの型式とが異なる。
生ガス・バーナは燃焼空気流の中に燃料を直接に噴射し、燃料と空気の混合は燃 焼と同時に発生する。
予混合バーナは、燃焼前に一部または全部の燃焼空気を燃料と混合する。予混合 は、空気流量が燃料流量にほぼ比例するように、燃料流のエネルギーを用いて、 実施される。従って、頻繁な調整は必要でな(、所要の火炎特性の達成が容易に なる。
床燃焼予混合バーナが多くの蒸気分留およびリフオーマに使用されるが、それは 主として、これらの炉の背の高い放射部分に比較的均一な熱分布を発生すること のできるその能力のためである。火炎は非輝炎であり、管金属の温度を容易に監 視することができる。これらの特性により、予混合バーナは、種々の蒸気分留炉 形態に広く使用される。
マイケルソン(MICHELSON)他の米国特許第4.629.413号は低 NO予混合バーナを開示し、予混合バーナの利点と、NO排出量を軽減する方法 とを述べているが、該特許は引用により、その全部が本明細書に取り入れられる 。マイケルソン他の予混合バーナは、2次空気を火炎に混合する時期を遅らせ、 冷やした一部の排ガスを2次空気と共に再循環させることにより、No 排出量 を下げろ。
ブラジャー (BRAZIER)他の米国特許第4.708.638引;!、火 炎温度を下げることによりNO排出量を軽減する、流体燃料バーナを開示する。
燃焼空気供給通路内でスワーラ(渦発生器)の上流にベンチュリがあり、炉の中 に開口するダクトからの燃焼空気供給通路の中に、このベンチュリが排ガス流を 誘導する。スワーラは燃料パイプの自由端にあって、排ガスを1次燃焼空気と混 合する。
ファーガソン(FURGASON)の米国特許第2.813.578引よ、燃焼 前に燃料を蒸気と混合する、重質液体燃料バーナを開示する。燃料と空気の吸出 し効果が炉の高温ガスをダクトの中に、またバーナブロックの中に引き込んで、 バーナブロックの加熱を助け、また燃料と空気がブロック内の孔口を通過するの を助ける。この仕組は、バーナブロックにコークスが付着するのを防止し、また オイルが滴下するのを防止するのに有効であることが明らかにされた。火炎温度 が高くなるので、この仕組はNO排出量の軽減には役立たないであろう。
ジャンセン(JANSSEN)の米国特許第4.230.445!lよ、幾つか の通路を通して排ガス/空気混合物を供給することにより、No 排出量を軽減 する流体燃料バーナを開示する。排ガスはブロワによって燃焼室から取り出され る。
’) ンク(ZINK)他の米国特許第4.004.875M1t、燃焼した燃 料と空気が冷却され、再循環されて燃焼区域に戻る低NOバーナを開示する。再 循環される燃料と空気は、空気の不足する区域に形成される。
オツペンバーグ(0PPENBERG)他の米国特許第4、575.332M1 tオイルとガスの両方のバーナランスを有するバーナを開示し、これは、オイル またはガスの火炎の中に燃焼空気を非連続的に混合させて、燃焼を遅らせ、火炎 の温度を下げることにより、No 排出量を減する。
グリフイン(GRIFFIN)の米国特許第2.918.117引よ、重質液体 燃料バーナを開示し、これは、1次空気の中に燃焼生成物を引き込んで、入来す る空気流を加熱して燃料を完全に蒸発させるためのベンチュリを含む。
マイケルソン他の特許に加えて、他の上記特許も引用により本明細書に取り入れ られる。
発明の開示 本発明の目的は、NO排出量を減じて、空気汚染を緩和し、政府基準を満たすた めに、現用の予混合バーナにレトロフィツト(改修取付け)する装置を与えるこ とである。本発明を利用して現用の予混合バーナにレトロフィツトするための推 定費用はバーナ1個当たり約$2.000である。比較として、現用の予混合バ ーナを新型の低No 予混合バーナと交換する費用は、バーナ1個当たり約$8 .000〜$10.000であろう。
1個の蒸気分留炉は、例えば50個のバーナを有するとして、本発明を利用して 炉をレトロフィツトすると、炉のバーナを交換するのに比べて大幅な費用節約に なるであろう。
No 排出量の少ない、燃料ガスと空気の燃焼のための予混合バーナは、炉の第 一の開口部の近くに配置されて下流端と上流端を有するバーナチューブを含む。
バーナチップが炉の第一の開口部近(のバーナチューブの下流端に取付けられ、 燃料ガスと空気の燃焼がバーナチップにおいて生ずる。
1次空気室内のバーナチューブの上流端近くに、バーナチューブの中に燃料ガス を導入子るためのガススパッドが配置される。バーナチューブの上流端の中に空 気も導入される。本発明によれば、少なくとも1個の通路があって、その一端は 炉の第二の開口部にあり、第二の端はバーナチューブの上流端近くにある。
バーナチューブの下流端に向かって流れる燃料ガスと空気に応じて、炉から該通 路を通して排ガスが抜き取られ、燃料ガスと空気の燃焼点よりも前で、バーナチ ューブの上流端において排ガスが空気と混合され、それによりNO排出量を軽減 する。
本発明の一局面によれば、排ガスは、バーナチューブ内のベンチュリ部分を通っ て流れる燃料ガスに応じて、炉から通路に引き込まれる。通路はダクトを含み、 ダクトの一端は炉の第二の開口部の中に延在し、他の端は1次空気室の中に延在 する。少なくとも1個の調整式ダンパーが大気から1次空気室の中に開口して、 1次空気室に入る大気の量を制限して、排ガスを炉から抜き取るための真空を生 じさせる。
本発明の他の局面によれば、通路は2個のダクトを含む。各ダクトはほぼL字形 であり、ダクトの一端または両端に可撓シール装置を含む。それぞれのシール装 置は炉の一部と、ダクトとに結合されるようになっている。
予混合バーナはさらに、炉に入る少なくとも1個の段階付き空気孔を含む。大気 はこの少なくとも1個の段階付き空気孔を通って炉の中に入り、少なくとも1個 のダクトの中に引き込まれて、ダクトを流れるガスの温度を下げる。
本発明のもう一つの目的は、NO排出量を減するために、炉内の現用の予混合バ ーナをレトロフィツトする方法を与え、この新型予混合バーナは、下流端と上流 端とを有するバーナチューブを含み、バーナチップがバーナチューブの下流端に 取付けられ、そこで燃料ガスと空気の燃焼が生ずる。燃料ガスは1次空気室内の バーナチューブの上流端の中に導入されるので、燃焼点の前で、1次空気室内で 空気が燃料ガスと混合される。
該方法は次の段階を含む: 通路が炉と1次空気室との間に取付けられる。バーナチューブの下流端に向かっ て流れる燃料ガスと空気に応じて、排ガスが通路を通して炉から引き出される。
燃焼点よりも前で、1次空気室内で排ガスが空気と混合されるので、No 排出 量が軽減される。
炉と1次空気室の間に、1個または2個のパイプを取付けることができる。パイ プの端部分の各々に、また炉の一部分に、可撓シールが取付けられる。
本発明のいま一つの局面によれば、バーナチューブはベンチュリ部分を含み、こ のベンチュリ部分を通過する燃料ガスと空気の吸い出し効果により、排ガスが炉 から引き出される。1次空気室内に引き込まれる大気の量は調整自在に制限され て、炉から排ガスを引き出すのに必要な真空を生じさせる。
本発明のいま一つの局面によれば、炉の床と1次空気室の壁とに開口部を形成し 、少なくとも1個のパイプの一端を床の開口部に、またこのパイプの他端を壁の 開口部に挿入することにより、パイプが取付けられる。つぎに、パイプにセラミ ック繊維のブランケットが巻き付けられる。
本発明のいま一つの目的は、予混合バーナ内のNOx排出量を軽減する方法を与 えることにある。予混合バーナは炉内の第一の開口部近くに配置され、該方法は 21次空気室内で燃料ガスと空気を混合させる段階と;燃料ガスと空気の混合段 階の下流の燃焼点において燃料ガスと空気の燃焼を生じさせる段階と;燃焼点に 向かって流れる燃料ガスと空気に応じて排ガスを炉から引き出す段階と:を含み 、燃焼点よりも前で、1次空気室内で排ガスが空気と混合して、NO排出量を減 することになる。
引き出す段階は、燃料ガスと空気をベンチュリに通すことにより、ベンチュリを 通って流れる燃料ガスと空気の吸い出し効果が炉から排ガスを引き出す。排ガス よりも温度が低い大気が炉の中に流れ、つぎにこの低温の空気が排ガスと共に炉 から1次空気室に引き出され、その結果、引き出された排ガスの温度が下げられ る。大気は大気温度を有する新鮮な空気であることができるが、温度の範囲は、 大気温度よりも冷たい温度と、炉内の排ガスの温度よりも幾分か低い温度との間 であることもてき図面の簡単な説明 本発明の種々の実施例を非限定的例示により図解する図面を参照しつつ、なされ る以下の記載の中で、本発明がさらに詳細に説明される。
図1は、本発明の予混合バーナの一実施例の部分断面立面図である。
図IAは、段階付き空気ポートの代わりに2次空気孔を含む、図1に似た予混合 バーナの部分立面図である。
図2は、図1の2−2線に沿う部分断面立面図である。
図3は、図1の3−3線に沿う平面図である。
図4は、図1の4−4線に沿う平面図である。
図5は、本発明の予混合バーナの第2の実施例の部分断面立面図である。
図6は、本発明の再循環パイプの部分断面立面図である。
図7は、本発明の予混合バーナの第3の実施例の部分断面立面図である。
図8は、図7の8−8線に沿う部分断面立面図である。
図9は、図7の9−9線に沿う平面図である。
望ましい実施例の詳細な説明 殊に図1ないし図4を参照すると、予混合バーナ10は、炉床14の縦穴の中に ある自立型バーナチューブ12を含む。バーナチューブ12は、上流端16と下 流端18とベンチュリ部分19とを含む。バーナチップ20が下流端18にあり 、円環形タイル22に囲まれる。
ガススパッド24が上流端16にあり、燃料ガスをバーナチューブ12の中に導 入する。新鮮な空気、または大気が調整自在ダンパー28を通して1次空気室2 6の中に導入されて、バーナチューブ12の上流端16において燃料ガスと混合 する。燃料ガスと新鮮な空気の燃焼がバーナチップ20において生ずる。
複数の空気孔30が2次空気室32から発して、炉床14を通過して炉の中に入 る。新鮮な空気が調整自在ダンパー34を通って2次空気室32に入り、段階付 き空気孔30または2次空気孔90を通して炉の中に入り、マイケルソン他の特 許に述べるように、2次または段階的燃焼を与え、また排ガスの酸素濃度を稀釈 する。
排ガスを炉から1次空気室に再循環させるために、ダクトまたはパイプ36.3 8が炉床のそれぞれの開口部40.42から、バーナ与圧室48のそれぞれの開 口部44.46まで延在する。例えば6〜lO%の酸素ガスを含む排ガスが、バ ーナチューブ12のベンチュリ部19を通過する燃料ガスの吸出し効果により、 パイプ36.38を通して引出される。このようにして、1次空気と排ガスが燃 焼点よりも前において1次空気室26内で混合される。従って、1次空気室の酸 素濃度は燃焼点よりも前で稀釈されて、燃焼が減速され、その結果、No 排出 量を軽減する。これは、燃焼点の前よりもむしろ燃焼点において燃焼空気が燃料 に混合される、ファーガソン他の特許に述べるような液体燃料バーナとは対照的 である。
ダンパー28を閉じると、1次空気室に引き込むことのできる新鮮な空気の量が 制限され、それにより炉床から排ガスを引き込むのに必要な真空を生じさせる。
ダンパー34を通して2次空気室32に入り、また空気孔30を通して炉内に入 った未混合の低温大気もまた、ベンチュリ部19を通過する燃料ガスの吸出し効 果によって1次空気室の中に、パイプ36.38を通して引き込まれる。大気は 前記のように新鮮な空気であることもできる。大気を排ガスと混合すると、パイ プ36.38を通って流れる高温排ガスの温度を下げ、パイプの寿命を著しく伸 ばし、炉の放射部内で1900°F(1038℃)を超える温度を有する高温分 留炉内でのNo 排出量を減するのにこの型式のバーナを用いることが可能にな る。
パイプ36.38を通して、約50%の排ガスと約50%の大気の混合物を引き 込むことが有利である。空気孔30に対するパイプ36.38の適正な配置およ び/または設計によって、排ガスと大気の所要の比率が達成される。つまり、バ ーナチューブからの空気孔の距離と、空気孔の数と、空気孔のサイズとを含むが 、それらに限定されることはない空気孔の幾何学形態を、排ガスと大気の所要の 比率を得るために、変更することができる。
バーナ組立体の内部の検査を可能にするのと、バーナの着火ための近接口を与え るのと、の両方の目的で、覗き孔蓋着火孔50がバーナ与圧室48内に設けられ る。
鉱物ウール防音材52と、断熱のための金網54とでバーナ与圧室を覆うことが できる。
予混合バーナ10の代替実施例が図5に図示され、この図では同様の部品に同じ 番号が付けられる。図1ないし図4の実施例と図5の実施例の主な違いは、後者 が1個だけの再循環パイプ56を使用することである。例えば、4in (10 ,2cm)径パイプ2本の代わりに、6 in (15,2cm)径パイプ1本 を用いることができる。
図5の再循環パイプ56、または図1ないし図4の再循環パイプ36.38を現 用の予混合バーナにレトロフィツトすることができる。図6を参照すると、開口 部58が炉床14に形成され、開口部60がバーナ与圧室48の壁に形成される 。つぎに、パイプ56が、それぞれの端が開口部58.60の中に延在するよう に、挿入される。パイプ56は、セラミック繊維のブランケットであることもで きる断熱部分62.64によって覆われることができる。
フランジ66が炉床ケーシング板68に取付けられ、フランジ70がバーナ与圧 室48に取付けられる。シールバッグ72の一端がフランジ66に、他端が断熱 部分62に取付けられる。シールバッグ72.74は可撓性を有し、任意の適当 な耐熱材から作られることができる。
代わりに、片方または両方のシールバッグを除去して、再循環パイプを床ケーシ ング板68またはバーナ与圧室48に密封溶接することもできる。
本発明の排ガス再循環システムは、図7ないし図9に図解するような新型の低N o バーナにも適用することができる。図中、同様の部品には同じ番号が付けら れる。
排ガス再循環通路76が炉床14に形成され、1次空気室78にまで延在して、 開口部80から1次空気室に引き込まれた新鮮な空気に排ガスが混合されるよう になっている。通路76の外側表面には、セラミック繊維ブランケットであるこ ともできる断熱材82が巻かれる。覗き孔蓋着火孔84がバーナ与圧室86内部 へのパイロット着火素子88のための近接口を与える。図1および図5の実施例 にも同様のパイロット着火素子を使用することができることに注目されたい。
本発明による予混合バーナは、広い範囲の運用条件の下で使用することができる 。図5を参照して、−例を以下に説明する。
190 1b(86kg)7時の流量の燃料ガスがガススパッド24からバーナ チューブ12の中に導入される。620 1b(282kg)7時、60’F( 15,6℃)の空気がダンパー32を通って2次空気室32の中に流れ、2,4 00 lb (1,091kg)7時、60°F(15,6℃)で空気孔30を 通過する。
その結果、バーナチップ20において、燃料および排ガスが1,550 1b  (705kg)7時、2,100’F(1,149℃)で生ずる。380 lb (173kg)7時、1,840°F(1,004℃)の排ガスと、360 l b (1,64kg)7時の空気孔からの空気とがパイプ56の中に引き込まれ る結果、9.4%の酸素ガスを含み、また1、025”F(552℃)の温度を 有する排ガスと空気の混合物が740 lb (336kg)7時の流量でパイ プ56内に得られるように、空気孔30とパイプ56が装置される。
以上のように、新鮮な空気による排ガスの冷却は、再循環パイプ56の運用寿命 を長くする。再循環された排ガスは燃焼空気内の酸素濃度を稀釈させ、これが火 炎温度を下げ、従ってNo 排出量を減する。
本発明の予混合バーナは、床燃焼式炭化水素分留炉七の関連において説明された けれども、そのような炉の側壁にも、また他の反応または機能を果たす炉にも使 用できる。
よって、本発明の使用により、ファンまたは特殊なバーナを使用することなく、 予混合バーナ内でNO排出量を減することができることが判る。本発明の排ガス 再循環システムは、現用の予混合バーナに容易にレトロフィツトすることができ る。
特定の装置、材料および実施例を引用して本発明を説明したけれども、本発明は 開示された具体的事項に限定されることなく、特許請求の範囲内の全ての同等物 に敷桁されることは当然である。
二■三 ネη−才縛t 7T” 3畠V排ガスを再循環させることにより9、予 混合バー・升からのNo 排出量を減する方法と装置。バーナチュー・ブのペン ′f1り部分を通る燃料ガスと燃焼空気の吸出(7,効果により、1側辺」6の パイプを通して、炉から排ガスが引かiする1、排ガスは、燃焼の前に、1次空 気室内で燃焼空気と混合!−5て、燃焼空気の酸素濃度を稀釈し、それにより火 炎温度を下げて、N C) 排出量を減する。排ガス再循環システムは現用の予 混合バーナにレトロフィツトするか、または新型の低No バーナに組み込むこ とができる。
平成5年 5月〕9日巳」

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.燃料ガスの燃焼中のNOx排出量を減ずるために、炉の第一の開口部に近接 して配置される予混合バーナであって: a.下流端と、空気および燃料ガスを受入れる上流端とを有するバーナチューブ において、炉内の第一の開口部に近接して該バーナチューブの下流端にバーナチ ッが取付けられていて、燃料ガスの燃焼が該バーナーチップにおいて生ずること になる、バーナチューブ; b.燃料ガスを該バーナチューブ内に導入するために、該バーナチューブの上流 端に近接して配置されるガススパッド; c.炉内の第二の開口部に第一の端を有し、該バーナチューブの上流端に近接し て第二の端を有する、少なくとも1個の通路; d.該バーナチューブの上流端から下流端に向けて該バーナチューブを通って流 れる燃料ガスと空気に応じて、該通路を通して該炉から排ガスを引き出す装置に おいて、燃料ガスと空気の燃焼点よりも前で、該バーナチューブの該上流端にお いて排ガスが空気と混合されることになる、装置: を含む予混合バーナ。
  2. 2.該炉から排ガスを引き出す該装置は、該バーナチューブのベンチュリ部分を 含む、請求項1の予混合バーナ。
  3. 3.1次空気室を有し、該少なくとも1個の通路は第一と第二の端を有するダク トを含み、該第一の端は炉内の第二の開口部の中に延在し、該第二の端は該1次 空気室の中に延在する、請求項1の予混合バーナ。
  4. 4.1次空気室を含み、該1次空気室の中に開口する少なくとも1個の調整自在 ダンパーを含み、該ダンパーは該1次空気室の中に入る大気の量を制限して、炉 から排ガスを引き出すための真空を生じさせることになる、請求項2の予混合バ ーナ。
  5. 5.該少なくとも1個の通路は該ダクトの2個を含む、請求項3の予混合バーナ 。
  6. 6.該ダクトはほぼL字形を有する、請求項3の予混合バーナ。
  7. 7.該ダクトの該第一と第二の端の少なくとも一つにおいて可撓シール装置をさ らに含む、請求項3の予混合バーナ。
  8. 8.該ダクトの該第一の端における該シール装置は炉の一部分と該ダクトとに結 合され、該ダクトの該第二の端における該シール装置は該ダクトと該1次空気室 に結合される、請求項7の予混合バーナ。
  9. 9.炉への、少なくとも1個の空気開口部をさらに含み、該開口部は空気がこれ を通って該炉内に流れ、その後で該少なくとも1個の通路内に引き出されるのを 可能にする、請求項1の予混合バーナ。
  10. 10.NOx排出量を軽減するために、炉内の現用の予混合バーナをレトロフィ ットする方法であって:該予混合バーナはバーナチューブを含み、該バーナチュ ーブは下流端と上流端とを有し、バーナチップが該バーナチューブの下流端に取 付けられて、そこで燃料ガスの燃焼が生じ、該予混合バーナは1次空気室内の該 バーナチユーブの上流端に燃料ガスを導入する装置を有していて、燃焼点の前で 該1次空気室の中で空気が燃料ガスと混合されることになり:該バーナチューブ の下流端に向かって流れる燃料ガスと空気に応じて、1個の通路を通して炉から 排ガスを引き出すために、炉と1次空気室との間に該通路を取付ける段階を含む 方法。
  11. 11.該少なくとも1個の通路を取付ける該段階が、炉と1次空気室との間に少 なくとも1個のパイプを取付けることを含む、請求項10の、現用の予混合バー ナをレトロフィットする方法。
  12. 12.該少なくとも1個の通路を取付ける該段階が炉と1次空気室の間に2個の パイプを取付けることを含む、請求項10の、現用の予混合バーナをレトロフィ ットする方法。
  13. 13.該少なくとも1個のパイプの両端部分に可撓シール装置を取付けることと 、炉の一部分に該シール装置を取付けることとをさらに含む、請求項11の、現 用の予混合バーナをレトロフィットする方法。
  14. 14.該バーナチューブはベンチュリ部分を含み、炉から排ガスを引き出す作用 が、該ベンチュリ部分を燃料ガスと空気が通る時の吸出し効果によって生ずる、 請求項10の、現用の予混合バーナをレトロフィットする方法。
  15. 15.該予混合バーナは、1次空気室に引き込まれる大気の量を制限して炉から 排ガスを引き出すのに必要な真空を生じさせる装置を含む、請求項11の、現用 の予混合バーナをレトロフィットする方法。
  16. 16.炉の床と1次空気室の壁とに開口部を形成し、該少なくとも1個のパイプ の一端を該床の開口部に挿入し、該パイプの他端を該壁の開口部に挿入すること を含む、請求項11の、予混合バーナをレトロフィットする方法。
  17. 17.該少なくとも1個のパイプにセラミック繊維のブランケットを巻くことを 含む、請求項11の、現用の予混合バーナをレトロフィットする方法。
  18. 18.炉内の第一の開口部に近接して配置される予混合バーナの中でNOx排出 量を軽減する方法であって:a.所定の位置で燃料ガスと空気を組合わせる段階 ;b.該所定の位置の下流の燃焼点で該燃料ガスを燃焼させる段階; c.該燃焼点に向かって流れる燃料ガスと空気に応じて、炉から排ガスを引き出 し、該排ガスが該燃焼点の上流の該所定の位置において該空気と混合する段階: を含むNOx排出量を減ずる方法。
  19. 19.該引き出す段階は、燃料ガスと空気をベンチュリに通して、該ベンチュリ を通って流れる燃料ガスと空気の吸出し効果が炉から排ガスを引き出すようにす る、請求項18の、NOx排出量を軽減する方法。
  20. 20.排ガスの温度よりも低い温度の空気を炉の中に通してから、該低い湿度の 空気を該排ガスと共に該所定の位置に引き出し、それにより該引き出された排ガ スの湿度を下げること、をさらに含む、請求項18の、NOx排出量を軽減する 方法。
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