JPH08312912A - 燃焼方法 - Google Patents
燃焼方法Info
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- JPH08312912A JPH08312912A JP7145325A JP14532595A JPH08312912A JP H08312912 A JPH08312912 A JP H08312912A JP 7145325 A JP7145325 A JP 7145325A JP 14532595 A JP14532595 A JP 14532595A JP H08312912 A JPH08312912 A JP H08312912A
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- Japan
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- gas
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- air
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒素酸化物の発生量の少ない燃焼方法の提
供。 【構成】 気体燃料もしくは気化した液体燃料と空気と
の混合気を、触媒燃焼開始温度で酸化触媒と接触させ、
一部を燃焼させて混合気の温度を８００℃以上に昇温さ
せ、しかる後、このガスを炭化ケイ素又は窒化ケイ素で
形成されるハニカム体に通して完全燃焼させる。
供。 【構成】 気体燃料もしくは気化した液体燃料と空気と
の混合気を、触媒燃焼開始温度で酸化触媒と接触させ、
一部を燃焼させて混合気の温度を８００℃以上に昇温さ
せ、しかる後、このガスを炭化ケイ素又は窒化ケイ素で
形成されるハニカム体に通して完全燃焼させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、民生用又は産業用のガ
スタービン、ボイラ等における燃焼方法に関するもので
ある。
スタービン、ボイラ等における燃焼方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンやボイラ等においては、燃
料を燃焼させた際に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。
このＮＯｘは直接人体に悪影響を与えるだけでなく、酸
性雨や光化学スモッグ等の環境汚染の原因となるので、
ＮＯｘの低減は重要課題の一つである。ＮＯｘを大別す
ると、燃焼温度に起因して発生するサーマルＮＯｘと、
燃料中の窒素分に起因して発生するフェエルＮＯｘに分
類されるが、窒素分の少ない燃料を燃焼させて問題とな
るのはサーマルＮＯｘである。一般に、サーマルＮＯｘ
は、燃料の燃焼条件、つまり、燃焼の場の燃焼温度およ
び酸素濃度が高いほど、また、燃焼ガスの燃焼装置内で
の滞留時間が長いほど発生量が多い。従って、燃料を高
温燃焼させるのが通例であるガスタービンやボイラ等の
燃焼装置では、サーマルＮＯｘの発生が特に著しい。
料を燃焼させた際に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。
このＮＯｘは直接人体に悪影響を与えるだけでなく、酸
性雨や光化学スモッグ等の環境汚染の原因となるので、
ＮＯｘの低減は重要課題の一つである。ＮＯｘを大別す
ると、燃焼温度に起因して発生するサーマルＮＯｘと、
燃料中の窒素分に起因して発生するフェエルＮＯｘに分
類されるが、窒素分の少ない燃料を燃焼させて問題とな
るのはサーマルＮＯｘである。一般に、サーマルＮＯｘ
は、燃料の燃焼条件、つまり、燃焼の場の燃焼温度およ
び酸素濃度が高いほど、また、燃焼ガスの燃焼装置内で
の滞留時間が長いほど発生量が多い。従って、燃料を高
温燃焼させるのが通例であるガスタービンやボイラ等の
燃焼装置では、サーマルＮＯｘの発生が特に著しい。
【０００３】ところで、可燃成分をバーナを介して炉内
に噴出させて燃焼させる拡散燃焼方式においては、サー
マルＮＯｘを低減させる方法として、例えば、水噴射、
火炎分割、低負荷燃焼により燃焼温度を低下させると
か、濃淡燃焼、二段燃焼により燃焼の場の酸素濃度を低
下させるとか、あるいは急速燃焼により滞留時間を短縮
するとかの方策が採られている。しかし、いずれの方法
でも、サーマルＮＯｘを大幅に低減するに至っていない
のが現状である。これとは対照的に、触媒の酸化促進作
用を利用して無炎の燃焼を行う触媒燃焼方式が、効果的
なＮＯｘ低減方法として注目されている。触媒燃焼方式
は、可燃性混合気を４００℃程度に予熱して触媒層に通
し、触媒層内で燃料を無炎燃焼させるものであり、これ
によれば、燃焼温度の過度の上昇がなく、燃焼ガスが高
温に晒される時間を短縮できるので、サーマルＮＯｘの
発生を抑制することができる。しかし、ボイラやガスタ
ービン等のように高温燃焼を原則とする燃焼装置には、
低温燃焼が特徴の一つである触媒燃焼方式は不向きであ
るばかりでなく、現今市販されている燃焼触媒は、１０
００℃を越える温度下で使用されると、触媒活性がが消
失してしまうので、ボイラやガスタービン等に触媒燃焼
をそのまま適用するができない。
に噴出させて燃焼させる拡散燃焼方式においては、サー
マルＮＯｘを低減させる方法として、例えば、水噴射、
火炎分割、低負荷燃焼により燃焼温度を低下させると
か、濃淡燃焼、二段燃焼により燃焼の場の酸素濃度を低
下させるとか、あるいは急速燃焼により滞留時間を短縮
するとかの方策が採られている。しかし、いずれの方法
でも、サーマルＮＯｘを大幅に低減するに至っていない
のが現状である。これとは対照的に、触媒の酸化促進作
用を利用して無炎の燃焼を行う触媒燃焼方式が、効果的
なＮＯｘ低減方法として注目されている。触媒燃焼方式
は、可燃性混合気を４００℃程度に予熱して触媒層に通
し、触媒層内で燃料を無炎燃焼させるものであり、これ
によれば、燃焼温度の過度の上昇がなく、燃焼ガスが高
温に晒される時間を短縮できるので、サーマルＮＯｘの
発生を抑制することができる。しかし、ボイラやガスタ
ービン等のように高温燃焼を原則とする燃焼装置には、
低温燃焼が特徴の一つである触媒燃焼方式は不向きであ
るばかりでなく、現今市販されている燃焼触媒は、１０
００℃を越える温度下で使用されると、触媒活性がが消
失してしまうので、ボイラやガスタービン等に触媒燃焼
をそのまま適用するができない。
【０００４】こうした事情から、触媒燃焼方式の特徴を
活かしながら、ボイラやガスタービンに適用できる燃焼
法として、次のような方法が提案されている。その一つ
は、燃料の一部と空気のと混合気を予熱して触媒層に供
給し、約１０００℃の温度でまず触媒燃焼を行わせ、触
媒層の下流側に酸素が残存する状態で排出され燃焼ガス
中に、燃料の残部を噴出させて燃焼させる方法である。
しかし、この方法は、触媒層の下流側に燃料を別途供給
している関係で、その燃料がコーキングを起こし、燃料
の円滑な供給が阻害される虞があり、加えて、燃料を供
給した部分に局部的な高温部が生じた場合には、サーマ
ルＮＯｘの発生が助長される虞もある。今一つの方法
は、特開昭61-250913 、特開平1-242151等に示されるよ
うに、燃料と空気との混合気を予熱して触媒層に供給
し、触媒層中で燃料の一部を燃焼させ、触媒層を通過し
たガスが保有する熱を利用して当該ガス中に残存する未
燃焼燃料を、触媒層下流側の燃焼領域で燃焼させる方法
である。この方法によれば、触媒層の下流側に燃料を供
給しないので、上記のような不都合が起こる心配がな
い。しかしながら、この方法は触媒層内での燃焼温度を
触媒の耐熱温度以下に保持する一方で、触媒層下流側の
燃焼領域では、触媒層通過ガスが保有する熱だけて当該
ガスに残存する燃料を自然燃焼させる必要があるため、
燃焼条件をかなり厳密に管理しなければならない。ま
た、触媒層下流側の燃焼領域では、ＣＯの発生が多いの
で、その発生量を削減するためには当該燃焼領域を充分
に広く取る必要があり、従って、この燃焼方法は小型火
炉には適していない。
活かしながら、ボイラやガスタービンに適用できる燃焼
法として、次のような方法が提案されている。その一つ
は、燃料の一部と空気のと混合気を予熱して触媒層に供
給し、約１０００℃の温度でまず触媒燃焼を行わせ、触
媒層の下流側に酸素が残存する状態で排出され燃焼ガス
中に、燃料の残部を噴出させて燃焼させる方法である。
しかし、この方法は、触媒層の下流側に燃料を別途供給
している関係で、その燃料がコーキングを起こし、燃料
の円滑な供給が阻害される虞があり、加えて、燃料を供
給した部分に局部的な高温部が生じた場合には、サーマ
ルＮＯｘの発生が助長される虞もある。今一つの方法
は、特開昭61-250913 、特開平1-242151等に示されるよ
うに、燃料と空気との混合気を予熱して触媒層に供給
し、触媒層中で燃料の一部を燃焼させ、触媒層を通過し
たガスが保有する熱を利用して当該ガス中に残存する未
燃焼燃料を、触媒層下流側の燃焼領域で燃焼させる方法
である。この方法によれば、触媒層の下流側に燃料を供
給しないので、上記のような不都合が起こる心配がな
い。しかしながら、この方法は触媒層内での燃焼温度を
触媒の耐熱温度以下に保持する一方で、触媒層下流側の
燃焼領域では、触媒層通過ガスが保有する熱だけて当該
ガスに残存する燃料を自然燃焼させる必要があるため、
燃焼条件をかなり厳密に管理しなければならない。ま
た、触媒層下流側の燃焼領域では、ＣＯの発生が多いの
で、その発生量を削減するためには当該燃焼領域を充分
に広く取る必要があり、従って、この燃焼方法は小型火
炉には適していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、サーマルＮ
Ｏｘの発生を抑制すべく提案されている従来の燃焼法の
問題点を解消し、サーマルＮＯｘの発生を実質的に伴う
ことなく、気体燃料もしくは気化した液体燃料を完全燃
焼させることができる燃焼法を提供するものである。
Ｏｘの発生を抑制すべく提案されている従来の燃焼法の
問題点を解消し、サーマルＮＯｘの発生を実質的に伴う
ことなく、気体燃料もしくは気化した液体燃料を完全燃
焼させることができる燃焼法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃焼方法
は、気体燃料もしくは気化した液体燃料と空気との混合
気を、触媒燃焼開始温度で酸化触媒と接触させ、一部を
燃焼させて混合気の温度を８００℃以上に昇温させ、し
かる後、このガスを炭化ケイ素又は窒化ケイ素で形成さ
れるハニカム体に通して完全燃焼させることを特徴とす
る。本発明の燃焼方法によれば、気体燃料もしくは気化
した液体燃料は、まず空気と均一に混合され、こうして
得られた混合気は触媒燃焼開始温度（触媒との接触で無
炎の燃焼（酸化）反応が生起する温度）に予熱される。
触媒燃焼開始温度は、燃料の種類によって相違するが、
灯油では２００〜２５０℃、メタンガスでは３５０〜４
００℃の範囲にある。混合気を触媒燃焼開始温度に予熱
する手段としては、酸化触媒充填層自体にまたは触媒充
填層の上流側に、混合気予熱用の電気ヒータを設置する
か、あるいは、本発明の方法によって最終的に得られる
燃焼ガスの一部を、触媒充填層の上流側に循環する方法
を採用することが好ましい。ちなみに、混合気の予熱に
バーナを使用することは、これによってＮＯｘが発生す
る虞があるので推奨できない。触媒燃焼開始温度で混合
気が酸化触媒と接触すると、無炎の燃焼（酸化）反応が
生起し、これによって混合気は８００℃以上の温度に昇
温して触媒充填層から排出される。混合気の全てを燃焼
させずに触媒充填層出口温度を８００℃以上にする手段
は、燃料と空気との混合割合、酸化触媒の構成、空間速
度などによって適宜選択する必要があるが、貴金属触媒
成分を耐熱性アルミナでコージュライトの担体に担持し
て酸化触媒を使用した場合には、空気比（実際の燃焼用
空気量／燃焼に使用した燃料を完全燃焼させるに必要な
理論上の燃焼空気量）を１．５以上とし、空間速度を３
００，０００ｈ-1以上とすることによって、混合気の全
てを燃焼させずに触媒充填層出口温度を８００℃以上に
上昇させるさせることができる。
は、気体燃料もしくは気化した液体燃料と空気との混合
気を、触媒燃焼開始温度で酸化触媒と接触させ、一部を
燃焼させて混合気の温度を８００℃以上に昇温させ、し
かる後、このガスを炭化ケイ素又は窒化ケイ素で形成さ
れるハニカム体に通して完全燃焼させることを特徴とす
る。本発明の燃焼方法によれば、気体燃料もしくは気化
した液体燃料は、まず空気と均一に混合され、こうして
得られた混合気は触媒燃焼開始温度（触媒との接触で無
炎の燃焼（酸化）反応が生起する温度）に予熱される。
触媒燃焼開始温度は、燃料の種類によって相違するが、
灯油では２００〜２５０℃、メタンガスでは３５０〜４
００℃の範囲にある。混合気を触媒燃焼開始温度に予熱
する手段としては、酸化触媒充填層自体にまたは触媒充
填層の上流側に、混合気予熱用の電気ヒータを設置する
か、あるいは、本発明の方法によって最終的に得られる
燃焼ガスの一部を、触媒充填層の上流側に循環する方法
を採用することが好ましい。ちなみに、混合気の予熱に
バーナを使用することは、これによってＮＯｘが発生す
る虞があるので推奨できない。触媒燃焼開始温度で混合
気が酸化触媒と接触すると、無炎の燃焼（酸化）反応が
生起し、これによって混合気は８００℃以上の温度に昇
温して触媒充填層から排出される。混合気の全てを燃焼
させずに触媒充填層出口温度を８００℃以上にする手段
は、燃料と空気との混合割合、酸化触媒の構成、空間速
度などによって適宜選択する必要があるが、貴金属触媒
成分を耐熱性アルミナでコージュライトの担体に担持し
て酸化触媒を使用した場合には、空気比（実際の燃焼用
空気量／燃焼に使用した燃料を完全燃焼させるに必要な
理論上の燃焼空気量）を１．５以上とし、空間速度を３
００，０００ｈ-1以上とすることによって、混合気の全
てを燃焼させずに触媒充填層出口温度を８００℃以上に
上昇させるさせることができる。
【０００７】８００℃以上の温度で酸化触媒充填層を出
た混合気は、次いでハニカム状に成型された炭化ケイ素
又は窒化ケイ素と接触することで完全燃焼せしめられ
る。炭化ケイ素又は窒化ケイ素は、活性金属成分を担持
させた通常の酸化触媒と比較して酸化活性能は低いもの
の、混合気が８００℃以上に加熱されていれば、これを
完全燃焼させる得る触媒活性を備えている。しかも、炭
化ケイ素又は窒化ケイ素は、熱伝導性が良好で、耐熱温
度が１５００℃以上と高いので、通常の酸化触媒よりも
高い燃焼温度の採用が可能である。これに加えて、炭化
ケイ素又は窒化ケイ素は熱伝導性が良好であり、本発明
ではこれをハニカム状に成型して使用しているので、ハ
ニカム体内では燃焼温度が均一化されて局部的な高温部
が発生することがなく、また、ハニカム体内でのガスの
滞留時間も短縮されるので、ＮＯｘ発生を抑制すること
ができる。本発明で使用するハニカム体はその孔数が１
平方インチ当り１００個以上であることが適しており、
ハニカム体を通過する混合気の空間速度は、１，００
０，０００ｈ-1以上であることが望ましい。
た混合気は、次いでハニカム状に成型された炭化ケイ素
又は窒化ケイ素と接触することで完全燃焼せしめられ
る。炭化ケイ素又は窒化ケイ素は、活性金属成分を担持
させた通常の酸化触媒と比較して酸化活性能は低いもの
の、混合気が８００℃以上に加熱されていれば、これを
完全燃焼させる得る触媒活性を備えている。しかも、炭
化ケイ素又は窒化ケイ素は、熱伝導性が良好で、耐熱温
度が１５００℃以上と高いので、通常の酸化触媒よりも
高い燃焼温度の採用が可能である。これに加えて、炭化
ケイ素又は窒化ケイ素は熱伝導性が良好であり、本発明
ではこれをハニカム状に成型して使用しているので、ハ
ニカム体内では燃焼温度が均一化されて局部的な高温部
が発生することがなく、また、ハニカム体内でのガスの
滞留時間も短縮されるので、ＮＯｘ発生を抑制すること
ができる。本発明で使用するハニカム体はその孔数が１
平方インチ当り１００個以上であることが適しており、
ハニカム体を通過する混合気の空間速度は、１，００
０，０００ｈ-1以上であることが望ましい。
【０００８】
実施例１ 図１に示す燃焼装置を用いて灯油の燃焼試験を行った。
図１の燃焼装置は、空気供給用の送風機１と、空気を予
熱する電気ヒータ２と、燃料の気化器３と、予熱された
空気と気化した燃料を混合する混合器４と、酸化触媒を
充填した触媒層５と、炭化ケイ素製のハニカム体６を収
容した燃焼室で構成されている。送風機１から供給され
た空気を、電気ヒータ２で２００〜２５０℃に予熱した
後、気化器３から供給される灯油と混合して混合器４に
送り、ここで混合気を形成させた。気化器３はヒータ内
蔵タイプのもので、灯油の蒸発温度以上に灯油を加熱で
きるものを使用した。混合器４で得た混合気を酸化触媒
が充填された触媒層５に導入し、混合気の一部を無炎燃
焼させて混合気を８２０℃に昇温させ、触媒層５を出た
ガスを、炭化ケイ素製ハニカム体６が収容されている燃
焼室に導入してガス中に残存する未燃焼灯油を完全燃焼
させた。上記の燃焼試験のおいて、燃焼室での温度が１
４００℃の場合および１３００℃の場合のついて、燃焼
ガス中のＮＯｘ濃度（Ｏ2 ＝０％換算）を測定した。結
果を表１に示す。比較のため、触媒層５での昇温温度を
７９０℃とすると共に、燃焼室内にハニカム体６を設置
しなっかった以外は、上記実施例１と同じ条件で灯油の
燃焼試験を行った（比較例１）。また、実施例１で燃料
として使用した灯油を、実施例１と同じ空気比でバーナ
燃焼させる燃焼試験を行った（比較例２）。
図１の燃焼装置は、空気供給用の送風機１と、空気を予
熱する電気ヒータ２と、燃料の気化器３と、予熱された
空気と気化した燃料を混合する混合器４と、酸化触媒を
充填した触媒層５と、炭化ケイ素製のハニカム体６を収
容した燃焼室で構成されている。送風機１から供給され
た空気を、電気ヒータ２で２００〜２５０℃に予熱した
後、気化器３から供給される灯油と混合して混合器４に
送り、ここで混合気を形成させた。気化器３はヒータ内
蔵タイプのもので、灯油の蒸発温度以上に灯油を加熱で
きるものを使用した。混合器４で得た混合気を酸化触媒
が充填された触媒層５に導入し、混合気の一部を無炎燃
焼させて混合気を８２０℃に昇温させ、触媒層５を出た
ガスを、炭化ケイ素製ハニカム体６が収容されている燃
焼室に導入してガス中に残存する未燃焼灯油を完全燃焼
させた。上記の燃焼試験のおいて、燃焼室での温度が１
４００℃の場合および１３００℃の場合のついて、燃焼
ガス中のＮＯｘ濃度（Ｏ2 ＝０％換算）を測定した。結
果を表１に示す。比較のため、触媒層５での昇温温度を
７９０℃とすると共に、燃焼室内にハニカム体６を設置
しなっかった以外は、上記実施例１と同じ条件で灯油の
燃焼試験を行った（比較例１）。また、実施例１で燃料
として使用した灯油を、実施例１と同じ空気比でバーナ
燃焼させる燃焼試験を行った（比較例２）。
【表１】 燃焼温度 ℃ 燃焼量 kcal/h ＮＯｘ濃度 ppm 実施例１ １，３００ １７，５００ ６ １，４００ １９，０００ ２３ 比較例１ １，３００ １７，５００ ３３ １，４００ １９，０００ ８０ 比較例２ １，３００ １７，５００ １３１ １，４００ １９，０００ １７５ 表１に示す実験結果から明らかなように、本発明の燃焼
方法よれば、従来の燃焼方法に比較して同じ燃焼条件で
も燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を大幅に減少させることがで
きる。 実施例２ 実施例１で使用した燃焼装置において、電気ヒータ２に
て空気を予熱する代わりに、燃焼室から排出される燃焼
ガスの一部を循環して空気を予熱した以外は上記の実施
例１と全く同様の燃焼試験を行ったところ、表２に示す
結果を得た。
方法よれば、従来の燃焼方法に比較して同じ燃焼条件で
も燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を大幅に減少させることがで
きる。 実施例２ 実施例１で使用した燃焼装置において、電気ヒータ２に
て空気を予熱する代わりに、燃焼室から排出される燃焼
ガスの一部を循環して空気を予熱した以外は上記の実施
例１と全く同様の燃焼試験を行ったところ、表２に示す
結果を得た。
【表２】 燃焼温度 ℃ 燃焼量 kcal/h ＮＯｘ濃度 ppm 実施例２ １，３００ １７，５００ １０ １，４００ １９，０００ ２６
【０００９】
【発明の効果】気体燃料又は気化した液体燃料と空気と
の混合気を、まず酸化触媒の存在下に無炎燃焼させて混
合気の温度を８００℃以上に昇温され、次いで、混合気
を炭化ケイ素又は窒化ケイ素製のハニカム体に通過させ
て完全燃焼させる本発明の方法は、燃焼ガス中のＮＯｘ
濃度を従来の燃焼方法に比較して大幅に減少させること
できる。
の混合気を、まず酸化触媒の存在下に無炎燃焼させて混
合気の温度を８００℃以上に昇温され、次いで、混合気
を炭化ケイ素又は窒化ケイ素製のハニカム体に通過させ
て完全燃焼させる本発明の方法は、燃焼ガス中のＮＯｘ
濃度を従来の燃焼方法に比較して大幅に減少させること
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で使用した燃焼装置の構成図である。 １：送風機 ２：電気ヒータ ３：気
化器 ４：混合器 ５：触媒層 ６：炭
化ケイ素製ハミカム体
化器 ４：混合器 ５：触媒層 ６：炭
化ケイ素製ハミカム体
Claims (1)
- 【請求項１】 気体燃料もしくは気化した液体燃料と空
気との混合気を、触媒燃焼開始温度で酸化触媒と接触さ
せ、一部を燃焼させて混合気の温度を８００℃以上に昇
温させ、しかる後、このガスを炭化ケイ素又は窒化ケイ
素で形成されるハニカム体に通して完全燃焼させること
を特徴とする燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7145325A JPH08312912A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7145325A JPH08312912A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 燃焼方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08312912A true JPH08312912A (ja) | 1996-11-26 |
Family
ID=15382559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7145325A Pending JPH08312912A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08312912A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010012466A (ja) * | 2001-02-16 | 2010-01-21 | Battelle Memorial Inst | 一体型反応器、その製造方法並びに、発熱反応及び吸熱反応を同時に実施する方法 |
-
1995
- 1995-05-19 JP JP7145325A patent/JPH08312912A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010012466A (ja) * | 2001-02-16 | 2010-01-21 | Battelle Memorial Inst | 一体型反応器、その製造方法並びに、発熱反応及び吸熱反応を同時に実施する方法 |
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