JPH0611117A - 予備混合した高速燃料噴流の低ＮＯｘバーナ - Google Patents

予備混合した高速燃料噴流の低ＮＯｘバーナ

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JPH0611117A
JPH0611117A JP5080781A JP8078193A JPH0611117A JP H0611117 A JPH0611117 A JP H0611117A JP 5080781 A JP5080781 A JP 5080781A JP 8078193 A JP8078193 A JP 8078193A JP H0611117 A JPH0611117 A JP H0611117A
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JP
Japan
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fuel
combustion chamber
stream
flue gas
high velocity
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JP5080781A
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Gregory L Johnson
グレゴリー・リン・ジヨンソン
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/042—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with fuel supply in stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber

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Abstract

(57)【要約】 【目的】気体燃料をＮＯx排出量が少なくなるようにバ
ーナ内で燃焼させる方法を提供する。 【構成】まず、気体燃料流と空気流とを１未満の燃料対
空気当量比（即ち低燃料濃度）で予備混合器に供給し、
そこで燃料流及び空気流を混合して燃料−空気混合物を
形成する。第２に、燃料−空気混合物を燃焼室に送り、
そこで燃料を実質的に燃焼させて燃焼室噴流及び煙道ガ
スを発生させる。燃焼室噴流及び煙道ガスは、炉、加熱
器又はボイラであり得る加熱ゾーンに送られる。第３
に、少なくとも２つの高速燃料流を任意に非反応性サー
マルバラストで希釈して前記第２のステップと同時に加
熱ゾーンに送る。高速燃料流は煙道ガスの少なくとも一
部分を伴出する。高速燃料流中の燃料は燃焼室噴流と接
触する前に部分的に燃焼する。最後に、加熱ゾーンから
煙道ガスを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素酸化物の排出量が
少ない予備混合高速燃料噴流バーナの操作方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】種々の
燃焼プロセスでは、異なる種類の窒素酸化物（ＮＯx）
が生成される。フューエルＮＯ（Ｆｕｅｌ ＮＯ）は、
種々の燃料に含まれている窒素成分の酸化の結果発生す
る。即発ＮＯ（ｐｒｏｍｐｔ ＮＯ）は、燃料油、灯油
及びＬＰＧのような炭化水素燃料を、約０．５〜１．４
の空気比（燃料の燃焼に必要な計算上の空気量に対する
実際の空気供給量の比）、即ち、炭化水素が空気中の窒
素と反応し、更に幾つかの反応を起こすことを可能にす
る空気比で燃焼させた時に、速やかに生成されるＮＯで
ある。サーマルＮＯ（ｔｈｅｒｍａｌ ＮＯ）は、空気
中の窒素及び酸素が燃焼過程で高温で反応した時に発生
する。
【０００３】現在の環境保護上の排気基準が種々の政府
当局及び官庁によってより厳しく規制されて課せられる
ようになって以来、炭化水素燃料と空気との燃焼中に起
こる窒素酸化物の生成を抑制する方法及び装置が続々と
開発されている。
【０００４】窒素酸化物の生成を低下させる公知の方法
には、（１）空気比１．０以下の第１段階燃焼ゾーン
と、前記第１段階ゾーンの下流にあって補足的空気供給
を受ける第２第燃焼ゾーンとを形成するために、空気を
２つの段階で供給する方法、（２）複数のバーナを備え
た燃焼炉を使用し、燃焼を行うための燃料供給量と比べ
て過剰な又は幾らか少ない割合で空気を各バーナに供給
する方法、並びに（３）燃焼の結果生じた排ガスを循環
させて燃焼用の燃料又は空気と混合する方法がある。
【０００５】前記３つのＮＯx低減方法のうち第１の方
法は、第１段階燃焼ゾーンの空気比が一般的な０．５〜
１．０の範囲にある時は、即発ＮＯの生成を抑制するこ
とができない。例えば空気比を約０．５に維持すること
によって即発ＮＯの生成を最大限に抑制しようとして
も、二次空気が供給される場所で未燃焼成分がその二次
空気と反応して即発ＮＯを発生させることになる。従っ
て、この方法では所望の結果は得られない。各バーナが
互いに独立して燃料を燃焼させることができるような空
気比（通常は０．６〜１．４）で燃料を燃焼させる第２
の方法では、サーマルＮＯ及び即発ＮＯが不可避的に発
生する。第３の方法は完全には実行可能ではない。何故
なら排ガスは、ＮＯxを効果的に抑制すべく割合を増や
して循環させると、安定な燃焼を妨害するからである。
【０００６】米国特許第４，４９６，３０６号（’３０
６特許）に記載のような別の公知の方法では、燃料濃度
の低い混合物を第１段階で燃焼させ、燃料濃度の高い混
合物を煙道ガスで希釈して、第１段階の周りに放射状に
配置された第２段階で燃焼させている。しかしながらこ
の’３０６特許は、第１段階の混合物を予備混合するこ
とは教示しておらず、第２段階の混合物を蒸気又は他の
不活性流体で希釈することも教示していない。先行技術
の方法には、例えば日本国特許第５２−７４９３０号に
記載のように、下流の放射状に配置された第２段階を水
で希釈することを教示しているものもあるが、第２段階
における蒸気での希釈は教示されておらず、第１段階の
予備混合も教示されていない。公知の方法の欠点を解消
するような窒素酸化物生成低減方法があれば、有利な結
果が得られるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、ＮＯx排出
量の少ないバーナ内気体燃料燃焼方法を提供する。この
方法は、（ａ）気体燃料流と空気流とを、１未満の燃料
対空気当量比で予備混合器に供給し、そこで前記燃料流
及び空気流をほぼ完全に混合して燃料−空気混合物を形
成し、（ｂ）前記燃料−空気混合物を燃焼室に送り、そ
こで前記燃料を実質的に燃焼させて燃焼室噴流及び煙道
ガスを発生させ、この燃焼室噴流及び煙道ガスを、炉、
加熱器又はボイラから選択される加熱ゾーンに送り、
（ｃ）前記燃焼室噴流及び煙道ガスと同時に、少なくと
も２つの高速燃料流を前記加熱ゾーンに送り、但し前記
高速燃料流は、前記燃焼室噴流との接触の前に、水、蒸
気、再使用もしくは再循環煙道ガス又はこれらの混合物
から選択した非反応性サーマルバラスト（ｔｈｅｒｍａ
ｌ ｂａｌｌａｓｔ）で当該高速燃料流の重量の約３０
０重量％以下の程度に希釈しておき、これらの高速燃料
流は前記煙道ガスの少なくとも一部分を伴出し、これら
の高速燃料流中の燃料は燃焼室噴流と接触する前に実質
的に燃焼し、（ｄ）前記加熱ゾーンから前記煙道ガスを
除去する操作を含む。
【０００８】
【実施例】以下、添付図面に基づき、非限定的実施例を
挙げて本発明をより詳細に説明する。
【０００９】本発明は、まず任意に再循環煙道ガスと混
合した気体燃料流及び空気流を予備混合器に供給し、そ
こで燃料−空気混合物を実質的に完全に混合することに
よりＮＯx排出量を低減させる結果をもたらすバーナ内
での気体燃料の燃焼方法に関する。この方法では図１に
示すように、燃料流２及び空気流４を、そして任意に再
循環煙道ガス流５も予備混合器６に供給する。燃料対空
気当量比は１未満（即ち燃料濃度が低い）、好ましくは
約０．４〜０．７とする。周知のように、燃料−空気混
合物が減少するとＮＯxの生成は大幅に低下する。従っ
て、このような燃料濃度の低い混合物を燃焼させればＮ
Ｏxの発生は減少する。
【００１０】形成された燃料−空気混合物流８は燃焼室
１０に送られ、その中で再循環する。予備混合器からの
燃料−空気混合物は、燃料濃度の低い燃料−空気混合物
の燃焼を維持するのに十分なように燃焼室内を再循環し
なければならない。燃焼室内では燃料が実質的に燃焼し
て燃焼室噴流１２、即ち燃焼による生成物流と、煙道ガ
ス１４とを発生する。これらの燃焼室噴流及び煙道ガス
は、炉、加熱器又はボイラのような加熱ゾーン１６に送
られる。燃焼室噴流及び煙道ガスが加熱ゾーンに送られ
るのと同時に、燃焼室からの燃焼室噴流及び煙道ガス以
外の少なくとも２つの未燃焼高速燃料流１８が加熱ゾー
ンの放射セクション（ｒａｄｉａｎｔｓｅｃｔｉｏｎ）
２０に送られる。これらの高速燃料流の速度はマッハ
０．２以上である。
【００１１】前記高速燃料流は他の燃料流と異なり、予
備混合器又は燃焼室を通らずに加熱ゾーンに直接給送さ
れる。これらの高速燃料流には、中細（先細／末広）ノ
ズル１９を介して燃料を膨張させることにより前述のよ
うな速度を与え得る。これらの高速燃料流は、前記燃焼
室噴流との接触の前に、非反応性サーマルバラストで当
該高速燃料流の重量の約３００重量％以下の程度に希釈
するのが好ましい。非反応性サーマルバラストを使用す
る場合、そのバラストは蒸気、水、再使用もしくは再循
環煙道ガス又はこれらの混合物であるのが好ましい。燃
料には、中細ノズルを介するバラストの膨張の前、最中
又は後で燃料を高圧バラストにより伴出させることによ
って前述のような高速度を付与し得る。高速度は、燃料
を高速水流と混合することによって与えることもでき
る。燃料流に高速度を与える他の一般的な方法を使用し
てもよい。
【００１２】サーマルバラストを使用する場合は化合物
噴出ノズルによって希釈を行い、高速燃料流が前記燃焼
室噴流との接触の前にバラストガスを実質的に伴出する
ようにする。高速燃料流は煙道ガスの少なくとも一部分
を伴出する。高速燃料流中で伴出される煙道ガスは約３
重量％又はそれ以下の酸素を含むのが好ましい。
【００１３】図１、２及び３では加熱ゾーン１６が円筒
形容器からなり、円形供給端部セクション２２（図２）
を有する。燃焼室噴流はこの円形供給端部セクションの
中央部２４（図２）を介して加熱ゾーンに供給するのが
好ましい。高速燃料流１８（図１）は、前記円形供給端
部セクションの中央部と外縁部との間で、該円形供給端
部セクション上の２つ以上の地点２６（図１及び２）で
放射セクション２０（図１）に給送するのが好ましい。
しかしながら、高速燃料流は加熱ゾーンの円筒形セクシ
ョン上の２つ以上の地点２８（図１）で加熱ゾーンに供
給してもよい。高速燃料流中の燃料は燃焼室噴流と接触
する前に部分的に燃焼する。最後に、加熱ゾーンから煙
道ガスを排出する。排出した煙道ガスのＮＯx濃度は約
１０ｐｐｍ以下が好ましい。この方法を用いればＮＯx
排出量が減少すると共に、先行技術に起因する一定の燃
焼を維持するという問題が回避される。
【００１４】本明細書の説明文及び「特許請求の範囲」
に記載の値範囲及び条件は、本発明の特徴を特に良く示
すと考えられるものである。しかしながら、実質的に同
じ結果を得るために実質的に同じ方法で実質的に同じ効
果をもたらす別の値範囲及び条件も本発明の範囲に含ま
れると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を簡単に示すフローチャートであ
る。
【図２】図１の円筒形容器を構成する加熱ゾーンの端面
図である。
【図３】本発明の方法をより詳細に示す図１と同様のフ
ローチャートである。
【符号の説明】
２ 燃料流、 ４ 空気流、 ５ 再循環煙道ガス流、 ６ 予備混合器、 １０ 燃焼室、 １２ 燃焼室噴流、 １６ 加熱ゾーン、 １８ 高速燃料流。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＮＯx排出量の少ないバーナ内気体燃料
    燃焼方法であって、（ａ）気体燃料流と空気流とを１未
    満の燃料対空気当量比で予備混合器に供給し、そこで前
    記燃料流及び空気流をほぼ完全に混合して燃料−空気混
    合物を形成し、（ｂ）前記燃料−空気混合物を燃焼室に
    送り、そこで前記燃料を実質的に燃焼させて燃焼室噴流
    及び煙道ガスを発生させ、この燃焼室噴流及び煙道ガス
    を、炉、加熱器又はボイラから選択される加熱ゾーンに
    送り、（ｃ）前記燃焼室噴流及び煙道ガスと同時に、少
    なくとも２つの高速燃料流を前記加熱ゾーンに送り、但
    し前記高速燃料流は、前記燃焼室噴流との接触の前に、
    水、蒸気、再使用もしくは再循環煙道ガス又はこれらの
    混合物から選択した非反応性サーマルバラストで当該高
    速燃料流の重量の約３００重量％以下の程度に希釈し、
    これらの高速燃料流は前記煙道ガスの少なくとも一部分
    を伴出し、これらの高速燃料流中の燃料は燃焼室噴流と
    接触する前に実質的に燃焼し、（ｄ）前記加熱ゾーンか
    ら前記煙道ガスを除去するステップを含むＮＯx排出量
    の少ないバーナ内気体燃料燃焼方法。
  2. 【請求項２】 ステップ（ａ）の燃料対空気当量比を約
    ０．４〜０．７とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記加熱ゾーンが放射セクションを含
    み、前記高速燃料流がステップ（ｃ）で前記放射セクシ
    ョンに送られる請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ステップ（ｃ）で前記高速燃料流が化合
    物噴出ノズルを介して前記非反応性サーマルバラストで
    希釈され、前記高速燃料流が前記燃焼室噴流との接触の
    前に前記バラストを実質的に伴出し且つ再循環煙道ガス
    を伴出する請求項１から３のいずれか一項に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 ステップ（ｃ）の非反応性サーマルバラ
    ストが蒸気又は水である請求項１から４のいずれか一項
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ステップ（ｃ）で前記高速燃料流により
    伴出される前記煙道ガスが約３重量％以下の酸素を含む
    請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ステップ（ｂ）で、燃焼室内での燃料−
    空気混合物の再循環を、燃料濃度の低い燃料−空気混合
    物の燃焼を維持するのに十分なように行う請求項１から
    ６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ステップ（ｃ）で、中細ノズルを介する
    蒸気又は燃料の高圧膨張によって前記高速燃料流に速度
    を与える請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 ステップ（ｃ）で、燃料を高速水流と混
    合することによって前記高速燃料流に速度を与える請求
    項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ステップ（ｄ）で除去される煙道ガス
    のＮＯx濃度が約１０ｐｐｍ以下である請求項１から９
    のいずれか一項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記燃料−空気混合物が再使用煙道ガ
    スを含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 添付図面に基づいて説明したものと実
    質的に同じ方法。
JP5080781A 1992-04-09 1993-04-07 予備混合した高速燃料噴流の低ＮＯｘバーナ Pending JPH0611117A (ja)

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US07/865,538 US5201650A (en) 1992-04-09 1992-04-09 Premixed/high-velocity fuel jet low no burner
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