JPH06221526A

JPH06221526A - 交番燃焼蓄熱式燃焼装置

Info

Publication number: JPH06221526A
Application number: JP5013177A
Authority: JP
Inventors: Koji Moriya; 浩二守家; Takashi Yamagami; 俊山上
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】蓄熱体が内部に配設される一対の蓄熱槽に渡
ってガス流路を設けるとともに、一対の蓄熱槽間のガス
流路内に燃料ガスを燃焼させる燃焼部を設け、交互に一
対の蓄熱槽の一方から他方に向けて燃焼用酸素含有ガス
を供給して交番燃焼を行う交番燃焼蓄熱式燃焼装置を、
構造が簡単であるとともに、発生する酸化窒素が低いも
のとする。【構成】蓄熱槽５ａ、５ｂ内に、還元ガスとしての炭
化水素ガスと酸素との共存下で酸化窒素に対して還元能
を有するとともに蓄熱体として働く触媒を配設し、燃焼
部４ａ、４ｂにおいて生成される燃焼排ガスが導かれる
側の蓄熱槽５ａ、５ｂに炭化水素ガスを供給する炭化水
素ガス供給手段を備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高効率、高温の輻射式
加熱装置、熱風加熱装置等として、熱処理、加熱、乾燥
等の分野で利用される交番燃焼蓄熱式燃焼装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の交番燃焼蓄熱式燃焼装置は、図
１、図３、図４に示すように、蓄熱体が内部に配設され
る一対の蓄熱槽と、これらの蓄熱槽の間に燃料ガスが燃
焼される燃焼部を備えて構成されている。燃焼にあたっ
ては、前述の一対の蓄熱槽のどちらか一方側から、この
蓄熱槽を介して燃焼用酸素含有ガスが前述の燃焼部に供
給されて燃焼がなされ、他方の蓄熱槽側へ排ガスが排出
される。この排出状態において、他方の蓄熱槽内の蓄熱
体は加熱され、蓄熱状態とされる。この工程が一対の蓄
熱槽間で交互に繰替えされて、結果的に高効率、高温の
燃焼・加熱構成を達成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、以上がこの燃焼
装置の基本構成であるが、蓄熱式の燃焼装置では、燃焼
用空気を予熱し、高温の空気を使って燃焼を行うため、
高温・高効率燃焼が達成される。しかしながら、燃焼が
高温になれば、燃焼後の排ガスに含まれるＮＯｘ濃度が
指数関数的に増大する。そこで、酸化窒素の発生を防止
するために、燃焼装置に従来からプラント等で採用され
ているアンモニア脱硝設備を備えることも可能である
が、この方式は、燃焼装置を複数台運転し煙道を集合さ
せたもの、あるいは大規模の燃焼装置には適応しやすい
ものの、比較的小型で燃焼装置に個別に装備するには設
備コストがかかりすぎ、効率も悪い。従って、現在、交
番燃焼蓄熱式燃焼装置で個別に脱硝装置が装備されたも
の、あるいは、脱硝を確実におこない排出される酸化窒
素が比較的低いものは実質上得られていない。

【０００４】従って、本発明の目的は、構造が簡単であ
るとともに、発生する酸化窒素が低い交番燃焼蓄熱式燃
焼装置を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による交番燃焼蓄熱式燃焼装置の特徴構成は、
蓄熱槽内に、還元ガスとしての炭化水素ガスと酸素との
共存下で酸化窒素に対して還元能を有するとともに蓄熱
体として働く触媒を配設し、燃焼部において生成される
燃焼排ガスが導かれる側の蓄熱槽に炭化水素ガスを供給
する炭化水素ガス供給手段を備えたことにあり、その作
用・効果は次の通りである。

【０００６】

【作用】この装置に於ける交番燃焼に関しては従来通り
に行われるが、燃焼部において生成される排ガスは、排
気側の蓄熱槽において、この蓄熱槽内に配設される触媒
と、この部位に供給される炭化水素ガスの作用により還
元され、無害化される。即ち、一例としてＮＯ，ＮＯ₂
とメタン（ＣＨ₄）の場合を例に採るとこの反応は以下
のようになる。

【化１】４ＮＯ＋ＣＨ₄→２Ｎ₂＋ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ

【化２】２ＮＯ₂＋ＣＨ₄→Ｎ₂＋ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ一方、触媒は蓄熱体としての特性を備えているため、交
番燃焼は従来通りに良好におこなうことができる。

【０００７】

【発明の効果】従って、特定の触媒を蓄熱槽内に配置す
ることにより、構造が簡単であるとともに発生する酸化
窒素が低く、高温で用いる場合でも、ＮＯｘの排出量が
少なく効率の高い蓄熱式交番燃焼装置が構成可能とな
り、大気環境保全等に貢献できる燃焼装置を供給でき
た。

【０００８】

【実施例】図面に基づいて本願の交番燃焼蓄熱式燃焼装
置１の構成を説明する。図１に示すものは直火加熱方式
のものであり、高温加熱炉２の炉壁面に一対のバーナ３
を備えた第一、第二燃焼部４ａ、４ｂを備え、さらにこ
れらの下手側に第一、第二蓄熱槽５ａ、５ｂを備えて構
成されている。そして、高温加熱炉２に対して下手側と
なるガス流路６の両端部６ａ，６ｂが単一の切り換え弁
７に夫々接続されており、一方の流路端部６ａが燃焼用
酸素含有ガスを供給する送風装置８に接続され、他方の
流路端部６ｂが排気側９に接続されている。一方、第
一、第二燃焼部４ａ、４ｂと第一、第二蓄熱槽５ａ、５
ｂとの中間部には、還元ガスとしての炭化水素ガスが供
給される第一、第二還元ガス供給部１０ａ、１０ｂが設
けられている。さらに、第一、第二燃焼部４ａ、４ｂと
第一、第二還元ガス供給部１０ａ、１０ｂに対して、一
方の燃焼部４ａ（４ｂ）と他方の還元ガス供給部１０ｂ
（１０ａ）に燃料ガスであるとともに還元ガスとして働
く炭化水素ガスを供給する第一、第二炭化水素供給路１
１ａ、１１ｂが設けられている。そして、前述の切り換
え弁７による燃焼側と排気側の流路の選択に合わせて、
前述の第一、第二炭化水素供給路１１ａ、１１ｂへの炭
化水素ガスの供給・供給停止を切り換える切り換え手段
１２が備えられている。即ち、切り換え弁７の作動によ
り燃焼側とされる燃焼部に炭化水素ガスを供給するとと
もに、排気側とされる還元ガス供給部に炭化水素ガスが
供給される。本願においては、排気側に炭化水素ガスを
供給する機構を炭化水素ガス供給手段と呼ぶ。ここで、
この実施例では炭化水素ガスとは具体的には１３Ａ（メ
タンを主成分とする都市ガス）を使用する。

【０００９】さて、蓄熱槽５ａ、５ｂには、排ガスが有
する熱を回収して、交番状態において送風装置８より供
給される燃焼用酸素含有ガスを予熱するための蓄熱体１
３が配設されている。この蓄熱体１３としては、本願の
場合、還元ガスとしての炭化水素ガスとともに酸素共存
下で酸化窒素に対して還元能を有する選択還元触媒（ガ
ンマアルミナ（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分としたもので、
粒状、ペレット状もしくはハニカム状に成型されたも
の）が採用される。このガンマアルミナ（γ−Ａｌ
₂Ｏ₃）は、炭化水素ガスとともに、蓄熱槽における槽内
温度が３００℃〜８００℃の部位で、酸化窒素（ＮＯ
ｘ）を還元して無害化する。

【００１０】以下燃焼装置の燃焼動作について説明す
る。説明にあたっては、図１に示す状態で説明する。同
図に示す状態においては、図上下側に配設される第一燃
焼部４ａに第一蓄熱槽５ａを介して燃焼用酸素含有ガス
である空気が供給される。従ってこの空気は第一蓄熱槽
５ａ内の蓄熱体１３により予熱される。予熱空気は、第
一燃焼部４ａで第一炭化水素供給路１１ａを介して供給
される燃料ガスと混合され燃焼する。排ガスはガス流路
６をへて第二燃焼部４ｂ、第二蓄熱槽５ｂに導かれる。
ここで、排ガスは酸化窒素（ＮＯｘ）を含有している。
さて、第二燃焼部４ｂは非燃焼状態に保たれ、この第二
燃焼部４ｂと第二蓄熱部５ｂとの中間に配設された第二
還元ガス供給部１０ｂに第一炭化水素供給路１１ａより
還元ガスとしての炭化水素ガスが供給されて、排ガスと
混合されて第二蓄熱槽５ｂに供給される。結果、第二蓄
熱槽５ｂ内の蓄熱体（ガンマアルミナ）１３に熱を供給
するとともに、排ガス内に混入している酸化窒素は蓄熱
体（触媒としてのガンマアルミナ）１３の作用により選
択還元されて無害化される。以上が、切り換え弁７を一
方の状態に維持した場合の運転状況であるが、当燃焼装
置１においては、第一、第二燃焼部４ａ、４ｂにおける
燃焼・燃焼停止、第一、第二還元ガス供給部１０ａ、１
０ｂにおける炭化水素ガスの供給停止・供給、第一、第
二蓄熱槽５ａ、５ｂにおける空気の予熱・排ガスからの
排熱回収および酸化窒素除去を交互におこなって、高温
・高効率で低ノックスの運転をおこなうことができる。

【００１１】さて、上記の実施例においては、各蓄熱槽
５ａ、５ｂにガンマアルミナを１種類配設する例を示し
たが、高温に曝されると劣化する場合もある。従って、
蓄熱槽５ａ、５ｂにおいて排気状態で高温となる部位
（燃焼部近接側）には高温用の蓄熱体（触媒）を、低温
となる部分（排気側部位）には低温用の蓄熱体（触媒）
を配置することが望ましい。さらに、前記の触媒として
働く蓄熱体がもたない部分には耐熱蓄熱体を利用するの
が望ましい。このような配設例を図２（イ）（ロ）に示
した。各図において上図が各選択還元触媒の位置（横
軸）と雰囲気温度（縦軸）との関係を、下図が蓄熱槽５
ａ、５ｂ内の位置関係を示している。即ち蓄熱槽５ａ、
５ｂ内には、耐熱蓄熱体１４ｄと酸化窒素に対する選択
還元活性温度を異にする複数の触媒層１４ａ、１４ｂ、
１４ｃが排ガスの流方向において断層状に配設して構成
されており、図２（イ）に示す例においては、複数の触
媒層１４ａ、１４ｂ、１４ｃが、夫々、ジルコニア（Ｚ
ｒＯ₂）、ガンマアルミナ（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）及びイット
リア（Ｙ₂Ｏ₃）を主成分として構成され、蓄熱槽５ａ、
５ｂにおいて槽内温度が高温となる部位から低温となる
部位に，前述の複数の触媒層１４ａ、１４ｂ、１４ｃの
記載順に配設されている。一方、図２（ロ）に示す例に
おいては、耐熱蓄熱体１５ｄと複数の触媒層１５ａ、１
５ｂ、１５ｃが、夫々、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、コバ
ルト（Ｃｏ）を担持したガンマアルミナ（γ−Ａｌ
₂Ｏ₃）及びイットリウム（Ｙ）を担持したガンマアルミ
ナ（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分として構成され、蓄熱槽５
ａ、５ｂにおいて槽内温度が高温となる部位から低温と
なる部位に、同様に記載順に配設されている。

【００１２】以上説明した例に於ける交番燃焼蓄熱式燃
焼装置１のノックス低減能について表１に基づいて説明
する。脱硝率は、蓄熱槽５ａ、５ｂと燃焼部４ａ、４ｂ
との間からサンプリングしたガス中のＮＯｘ濃度と蓄熱
槽５ａ、５ｂと切り換え弁７との間からサンプリングし
たガス中のＮＯｘ濃度の比から求めた。同表において、
図２（イ）に示す例を第二触媒例と、図２（ロ）に示す
例を第三触媒例と称する。また、混入比とは排ガス量に
対する混入される還元ガス（炭化水素ガス）の比であ
る。

【００１３】浄化性能燃焼状態：空燃比（γ）＝１．２ＳＶ＝１００００燃料ガス＝１３Ａ（天然ガス：主成分メタン）切り替え速度＝１分ジルコニア触媒の製法；ジルコニウムアルコキシドを加
水分解イットリア触媒の製法；イットリウムアルコキシドを加
水分解コバルト担持アルミナ触媒の製法；市販γアルミナに１
重量％の硝酸コバルトを含浸イットリウム担持アルミナ触媒の製法；市販γアルミナ
に１重量％の硝酸イットリウムを含浸

【００１４】

【表１】

【００１５】結果、いずれの例においても５０％以上の
脱硝を達成しており、還元ガスの混合比を大きくするこ
とにより高い脱硝能を得られている。

【００１６】〔別実施例〕以下、本願の別実施例につい
て説明する。（イ）上記の実施例においては直火加熱方式の燃焼装置
に本願発明を適応する例を示したが、図３に示す一台の
バーナを用いた燃焼装置、図４に示す輻射加熱方式の燃
焼装置に対しても適応できる。前者の例の場合は、バー
ナ３０を備えた燃焼部４０は単一であり、切り替え弁７
０ａ、７０ｂが第一、第二蓄熱槽５０ａ、５０ｂに対し
てその流入・流出側に一対備えられて構成される。バー
ナ３０を備えた炉２０は密封状態で使用され、空気は第
一蓄熱槽５０ａを経て高温に予熱され、バーナ３０へ送
り込まれる。そして燃料ガスと混合されてバーナ３０で
燃焼し、さらに高温のガスとなって炉内へ放出される。
バーナ３０から送り込まれた高温のガスは、炉２０内で
加熱等の用に供され、バーナ３０の周囲の煙道３１から
炉２０外へ排出される。排出された高温の排ガスは反対
側の第二蓄熱槽５０ｂを通るときに蓄熱体１３を加熱す
る。第一、第二蓄熱槽５０ａ、５０ｂには前記例と同様
に選択還元触媒が配置されており、第一、第二蓄熱槽５
０ａ、５０ｂとバーナ３０側の切り替え弁７０ｂとの間
に各々炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給手段と
しての配管等が設けられる。図４に示す例は、燃焼部４
ａ，４ｂ部間に輻射加熱管２００を備えて構成され、流
路の切換え構成等は図１に示すものと同一である。

【００１７】（ロ）以上説明した例においては、還元ガ
スと燃焼ガスとを同一のもの（メタン）としたが、還元
ガスと燃焼ガスとを別種のものとしてのよく、還元ガス
としてその還元能の高いプロパン等、炭化水素であれば
いかなるものを使用してもよい。

【００１８】（ハ）本願において蓄熱体としても使用さ
れる酸化窒素に対する選択還元能を示す触媒としては、
上記のものの他、酸化ガリウム（Ｇａ₂Ｏ₃），酸化ラン
タン（Ｌａ₂Ｏ₃），酸化亜鉛（ＺｎＯ）の一種以上を含
む金属酸化物、もしくはガリウム（Ｇａ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）から選
ばれた一種以上の金属でイオン交換したシリコアルミノ
フォスフェートを主成分とするもの等もある。

【００１９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】直火加熱方式の交番燃焼蓄熱式燃焼装置の構成
を示す図

【図２】蓄熱槽に於ける各種蓄熱体の配置構成を示す図

【図３】一台のバーナを用いた交番燃焼蓄熱式燃焼装置
の構成を示す図

【図４】輻射加熱方式の交番燃焼蓄熱式燃焼装置の構成
を示す図

【符号の説明】４ａ燃焼部４ｂ燃焼部５ａ蓄熱槽５ｂ蓄熱槽６ガス流路１４ａ触媒層１４ｂ触媒層１４ｃ触媒層１５ａ触媒層１５ｂ触媒層１５ｃ触媒層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱体（１３）が内部に配設される一対
の蓄熱槽（５ａ),（５ｂ）に渡ってガス流路（６）を設
けるとともに、前記一対の蓄熱槽（５ａ),（５ｂ）間の
前記ガス流路（６）内に燃料ガスを燃焼させる燃焼部
（４ａ),（４ｂ）を設け、交互に前記一対の蓄熱槽（５
ａ),（５ｂ）の一方から他方に向けて燃焼用酸素含有ガ
スを供給して交番燃焼を行う交番燃焼蓄熱式燃焼装置で
あって、前記蓄熱槽（５ａ),（５ｂ）内に、還元ガスと
しての炭化水素ガスと酸素との共存下で酸化窒素に対し
て還元能を有するとともに前記蓄熱体として働く触媒を
配設し、前記燃焼部（４ａ),（４ｂ）において生成され
る燃焼排ガスが導かれる側の前記蓄熱槽（５ａ),（５
ｂ）に前記炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給手
段を備えた交番燃焼蓄熱式燃焼装置。
【請求項２】前記炭化水素ガスがメタン（ＣＨ₄）を
主成分とするもので、前記触媒がガンマアルミナ（γ−
Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とするものであり、前記触媒が前記
蓄熱槽（５ａ),（５ｂ）における槽内温度が３００℃〜
８００℃となる蓄熱槽部位に配設されている請求項１記
載の交番燃焼蓄熱式燃焼装置。
【請求項３】前記蓄熱槽（５ａ),（５ｂ）内に、前記
酸化窒素に対する選択還元活性温度を異にする複数の触
媒層を、ガスの流方向で断層状に配設した請求項１記載
の交番燃焼蓄熱式燃焼装置。
【請求項４】前記複数の触媒層（１４ａ),（１４ｂ),
（１４ｃ）が、夫々、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、ガンマ
アルミナ（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）及びイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を
主成分とする層であり、且つ前記蓄熱槽（５ａ),（５
ｂ）において槽内温度が高温となる部位から低温となる
部位に、前記複数の触媒層（１４ａ),（１４ｂ),（１４
ｃ）の記載順に配設されている請求項３記載の交番燃焼
蓄熱式燃焼装置。
【請求項５】前記複数の触媒層（１５ａ),（１５ｂ),
（１５ｃ）が、夫々、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、コバル
ト（Ｃｏ）を担持したガンマアルミナ（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）
及びイットリウム（Ｙ）を担持したガンマアルミナ（γ
−Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とする層であり、且つ前記蓄熱槽
（５ａ),（５ｂ）において槽内温度が高温となる部位か
ら低温となる部位に、前記複数の触媒層（１５ａ),（１
５ｂ),（１５ｃ）の記載順に配設されている請求項３記
載の交番燃焼蓄熱式燃焼装置。