JPS58120003A - 炉燃焼方法 - Google Patents

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、酸素或いは酸素富化ガスを酸化体として使用
しそして低燃焼速度及び高燃焼速度燃焼サイクルを繰返
し使用して運転する炉における改善された燃焼方法に関
係する。

炉燃焼（燃料焚き）技術についての斯界での最近の著し
い進歩の一つは、炉燃焼操業において酸化体ガスとして
酸素或いは酸素富化空気を使用することを可翻ならしめ
、同時に高火炎温度に由るバーナ及び炉損傷のようなこ
れまで不可避の問題や使用される酸化体及び燃料ガスの
容積の小さいことに起因する炉（内）ガス混合の乏しさ
を実質上回避する炉操業方法や装置の開発であった。上
記装置及び方法は、１９８０年４月１０日付米国特許出
願番号第１３＆７５９号に開示されている。

この装置及び方法の多くの利点のうちでも特に銘記すべ
きものは、重大な大気汚染物であると考えられる窒素酸
化物（ＮＯｘ　）のかなりの低減である。

炉燃焼においてしばしば使用される方法は、高燃焼速度
と低燃焼速度とを交互して使用するものである。燃焼速
度とは、バーナ或いは炉に燃料及び酸化体が供給される
速度を意味し、単位時間当りの熱量の単位で表わされる
。交互しての高及び低燃焼期間は炉温を成る所定の範囲
に維持する為の便宜な手段として使用されている。

一般に、炉は、ある特定の用途に対して、操業を意図す
る目標温度を持っている。この目標温度を維持する一つ
の方法は、上記高及び低燃焼速度サイクルを使用するこ
とである。実際上、炉は目標とする温度を達成するまで
燃焼される。その後、炉温か所定の最小値に降下するま
で低燃焼速度で燃焼される。次いで、炉温か目標温度よ
り高い所定の最大温度に達するまで高燃焼速度で燃焼さ
れる。その後、炉は所定の最小温度に達するまで低燃焼
速度で燃焼される。このサイクルが用途により必要とさ
れる期間継続される。

炉が、上記米国出願に記載される方法を使用する等して
、酸化体として酸素乃至酸素富化空気を使用して燃焼に
先立って酸化体中に周囲炉内ガスの吸引をもたらすよう
な態様で燃焼される時、炉が実質上一定の燃焼速度で燃
焼される時に見られるＮＯｘ排気物の水準に較べて、高
−低燃焼速度サイクルが目標温度を維持するのに使用さ
れる場合にはＮＯｘ排気物の水準に著しい増加が観測さ
れうる。

従って、本発明の目的は、発生するＮＯｘの水準を許容
水準にまで減少しつつ、酸化体として酸素乃至酸素富化
ガスの使用を可能ならしめそして交互しての高及び低燃
焼速度サイクルの使用を可能とする炉燃焼の為の改善方
法を提供することである。

要約すると、本発明は、燃料と酸化体ガスを燃焼せしめ
て炉内ガスを発生することにより炉を燃焼する方法であ
って、酸素富化空気及び酸素から選択される酸化体ガス
の少くとも一つのジェットと少くとも一つの燃料ジェッ
トが炉内に噴入されて炉ガスを酸化体中に燃焼直前に吸
引し、そして炉が指定された温度を含む所定の温度範囲
を維持する為に交互しての高燃焼速度期間及び低燃焼速
度期間を使用して燃焼され、その場合低燃焼速度期間が
炉内への空気の実質上の漏入を生起せしめるような流量
において燃料及び酸化体の炉内への噴入により特徴づけ
られそして続〜１ての高燃焼速度期間が燃料及び酸化体
を炉内への空気漏入がほとんど乃至全然起らないよう低
燃焼速度期間中Ｌｆ）それぞれの流量より大きな流量に
おいて炉内に噴入することにより特徴づけられる炉燃焼
方法において、高燃焼速度期間の開始において高燃焼速
度での酸化体の噴入を以下に定義する式により表わされ
るＳ、即ち ８＝（４，１２Ｘ１０５）Ｖ／Ｆ’ｒ ここで８一時間遅れ（秒） ■＝炉容積（？Ｉ！５） Ｆ＝高燃焼速度期間中の燃焼速度（ｋｃａｌ／秒）Ｔ＝
指定温度（ＯＫ） を越えない時間遅らせることにより勤排気物を許容水準
に低減することを特徴とする炉燃焼方法を提供する。

ここで「酸素富化空気」とは自然に存在する酸素含量を
趨える酸素含量を有する空気を意味する。

また、「炉」とは、燃料と酸化体を燃やして炉ガスを発
生することにより熱を意図的に産出する包囲スペース乃
至ゾーンを意味する。

本発明は、酸化体として酸素或いは酸素富化空気を使用
する炉が炉ガスが酸化体中に燃焼に先立って吸引される
ような態様でそして交互しての高及び低燃焼速度期間を
使用して操業される時、高燃焼速度期間の開始後ある期
間酸化体流量の増加が遅らせられるなら、全く予想外に
も、ＮＯｘ排気物における有意義な程に大巾な減少が得
られるとの発見に基いている。この遅蔦期間は期間Ｓを
越えないものとされる。

期間８は次の弐により与えられる： ８＝（ｔ１２Ｘ１０’）Ｖ／？ｒ ここで　Ｖ＝炉の容積、Ｍ３ ｃａｌ Ｆ＝高燃焼速度、　　７秒 Ｔ＝炉操業温度、　Ｋ 上述したよ５ｋ、８は、高燃焼速度期間流量のスタート
に対する最大遅延時間である。遅延時間は有限である、
即ち零を越える。しかし、絶対的な下限は存在せず、例
えば１秒のような僅かの時間遅延が使用される場合でさ
えもＮＯｘ形成における幾らかの低減が観測される。好
ましくは、時間遅延はα１Ｓ−α９Ｓ、もつとも好まし
くはα３Ｂ−Ｑ、７ｓとされよう。実操業において好ま
しい遅延時間は約５〜１０秒であることが見出された。

遅延時間中の酸化体流量は高燃焼速度期間流量より小さ
くされるけれども、零にする必要はないしまた低燃焼期
間流量に岬しくされる必要はない。

実際問題として、遅延時間中の酸化体流量は低燃焼速度
期間中使用されたのとはげ同じとされよう。

理論に縛られるわけではないが、本発明により実現され
る望ましい結果は次の通り説明できるものと考えられる
。炉において、炉ガスは例えば煙突や炉扉周辺を通して
炉から追出される。炉が高燃焼速度で操業されている期
間中、高燃焼速度を実現する為炉内への燃料及び酸化体
の高流量での噴入は炉から出た炉ガスと置換わるに充分
量のものである。炉内への空気漏入はほとんど乃至全然
起らない。しかし、炉が低燃焼速度で操業される期間中
、炉内への燃料及び酸化体の流量が低いので炉から出た
炉ガスと置換わるに充分量でない。

これは炉内に負圧を生じ従って空気が多数の開口を通し
て炉に漏入する。

ＮＯｘ形ぼけ高温になる程著しく増大することが知られ
ている。一般に二酸化炭素と水蒸気である炉ガスが酸化
体ジェット中にその燃焼に先立って吸引される過程にお
いては、火炎温度は炉ガスによる酸化体の希釈に由り生
ずる酸素濃度の低下のため通常状態より低い。この通常
より低い火炎温度は■χの形成の減少をもたらす。しか
し、炉燃焼簿程が低及び高燃焼速度期間を交互に使用し
て実施される時、低燃焼速度期間の終りｋおける炉！囲
気は前述した炉内への空気漏入が進行した後であるから
大部分空気である。従って、この状態で高燃焼速度期間
が始まると、空気が炉ガスの代りに酸化体ジェット中に
吸引されるととｋなる。

これは、一層高い酸素濃度をもたらし、その結果火炎温
度を高くし従ってＮＯｘ形Ｊ！ｔ＊を増大する。

炉内での空気が炉ガスにより置換られるｋっれＮＯｘ形
成率は減少する。前述したように、空気は高燃焼速度期
間中炉内に漏入しない。

高燃焼速度期間のスタート時において、高燃焼速度流量
での酸化体の噴入が短時間遅らせられると、燃料は主に
炉内部に存在する空気中の酸素で燃やされる。高流量の
燃料が存在するから、この空気中酸素は速やかに使いつ
くされそして酸化体が高燃焼速度期間で炉内に噴入され
る時点では、酸化体ジェット内に吸引される炉内酸素は
ほとんど乃至全然残っていない。従って、酸化体は酸素
含有空気と混じることなく希釈され、こうして高い酸素
濃度が回避される。これは、低火炎温度従ってＮＯｘ形
成の低減をもたらす。

本発明は、このような時間遅れがＮＯｘ形成減少に有益
であることを単に発見しただけでなく、任意の適当な炉
及び操業条件に対してこの時間遅延の定量化を確立した
ものである。更に１時間遅延は、任意の炉及び操業条件
に対して最大限界値を持ち、これを越えると酸化体の不
足により引起される不完全燃焼がもたらされる。周知の
通り、このような−不完全燃焼は非効率的であり、かな
りの汚染物を発生しそして危険でもある。

以下に具体例を述べる。

ここで報告される実施例及び比較例は、第１人及び１Ｂ
図に上面図及び側面図としてそれぞれ示した型式の試験
炉で実施された。使用されたバーナは前記出願に開示さ
れたのと実質上同じである。

全般手順は次の通りとした： 約＆６Ｍ３の容積を持つ試験炉が高設定点温度に達する
まで高燃焼速度を使用して操業された。

その後、交互しての低及び高燃焼速度期間が使用サレタ
。約９０００　””／Ｍ！１（１００Ｇ”Ｕ／ｆｔ’）
の総熱量値を有する天然ガスである燃料が低燃焼流量に
おいてバーナ２を通して炉１に導入された。

少量の酸化体もまたバーナを通して導入された。

空気が工業炉における低燃焼期間中の炉内への空気漏入
を模擬する為に口３を通して炉内に導入された。排ガス
は煙道４を通して放出され、ここでＮＯｘ含量を分析さ
れた。

温度が低設定点に達する時、炉は高設定点温度に達する
まで高燃焼速度で操業された。高燃焼速度期間中、空気
は炉内に導入されなかった。

各側は２つの態様で実施された。態様１においては、酸
化体は高燃焼速度期間の開始時に即座に導入された、即
ち時間遅鴬はなかった。従って、各側の態様１は本発明
方法を利用しない炉操業例を示す。態様２において、酸
化体は成る時間遅れの後に導入された。例１においては
避電時間は７秒そして例２においては避電時間は９８秒
であった。従って、各側の態様２は本発明方法を使用し
ての炉操業を例示する。各側において、使用された酸化
体は工業用純酸素であった。

煙道ガス中での一時的勤読み（ｐ一単位）が第２及び３
図にグラフで示されている。第２図は例１に対する時間
の関数としての煙道ガス瞬時ＮＯｘ濃度を表す。実線は
態様１中のＮｏｘｌｌ度を表しそして点線は態様２中の
ＮＯｘ　１１Ｉ一度を表す。同じく、第３図は例２に対
する同様のグラフである（実線：１１１様１９点線：態
様２）。例１及び２を表Ｉにまとめて示す。

表Ｉ並びに第１及び２図かられかるように、本発明を実
施しなかった場合（態様１）に較べて本改善方法により
著しいＮＯｘ形成の減少が実現された０例１においてＮ
Ｏｘ減少率は５３嘔であり、他方例２においてＮＯｘ減
少率は４０嘔であった。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ及び１Ｂ図は例１及び２を実施するのに使用され
た炉の搬路上面図及び側面図をそれぞれ示し、第２図は
例１において得られたＮＯｘ排出量一時間の関係を示す
グラフであり、そして第６図は例２に対する同様のグラ
フである。 １：炉 ２：　バーナ ３：　空気取込口 ４：　煙道 代理人の氏名　　倉　内　基　弘

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ）燃料と酸化体ガスを燃焼せしめて炉内ガスを発生する
   ととｋより炉を燃焼する方法であって、酸素富化空気及
   び酸素から選択される酸化体ガスの少くとも一つのジェ
   ットと少くとも一つの燃料ジェットが炉内に噴入されて
   炉ｌスを酸化体中に燃焼直前に吸引し、そして炉が指定
   された温度を含む所定の温度範囲を維持する為に交互し
   ての高燃焼速度期間及び低燃焼速度期間を使用して燃焼
   され、その場合低燃焼速度期間が炉内への空気の実質上
   の漏入を生起せしめるような流量において燃料及び酸化
   体の炉内への噴入により特徴づけられそして続いての高
   燃焼速度期間が燃料及び酸化体を炉内への空気漏入がほ
   とんど乃至全然起らないよう低燃焼速（期間中のそれぞ
   れの流量より大きな流量において炉内に噴入することに
   より特徴づけられる炉燃焼方法において、高燃焼速度期
   間の開始において高燃焼速度での酸化体の噴入を以下に
   定羨する式により表わされるＳ、即ち８　＝　（４，１
   ２Ｘ　１０’　）　ｖ／ＦＴここで８２時間遅れ（秒） ■＝＝＝炉容積（７＋１５） Ｆ＝高燃焼速度期間中の燃焼速度（ｋｃａ１７．）Ｔ＝
   指定温度（０Ｋ） を越えない時間遅らせることによりＮＯ！排気物を許容
   水準に低減することをｑｌｆｌｌとする炉慾焼方法。 ２）・遅葺時間がα１Ｓ〜α９Ｓの範囲にある特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ３）遅凰時間がα３Ｓ〜α７Ｓの範囲にある特許請求の
   範囲第１項Ｖ！−の方法。 ４）酸化体ガスが工業用純酸素である特許請求の範囲第
   １項記載の方法。