JPS593642B2 - 気体燃料の燃焼法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体燃料の燃焼法、特に水素を主成分とした燃
料ガスまたは水素ガスそのものを燃焼する場合において
、その排煙中の窒素酸化物（以下ＮＯｘと略す）の量を
減少する技術に関する。

一般に、気体燃料は、その取扱いて容易で撚効率も大き
いことから多く利用されている。

しかし、この気体燃料でも、その燃焼時に発生する有害
物質を抑制することは当然必要とされる。

このことは、特に、水素を主成分とした燃料ガスまたは
水素ガスそのもの（すなわち水素系のガス）を燃焼する
際に重要である。

水素燃焼の際に発生するＮＯｘ濃度は、燃焼条件によっ
て２０〜５００ ｐＩ）ｍとはなはだしく変動するため
、そのＮＯｘ高濃度側では何らかのＮ０ｘｌｊ’１制対
策が必要である。

ちなみに、他の気体燃料のＮＯｘ水準は、都市ガス５０
〜１５０階、プロパンガスで１００〜２５０ｐｐｍであ
る。

ガス燃料におけるＮＯｘ抑制法としては、従来一般に、
二段燃焼法、排ガス一部再循環法、水吹込み法等が知ら
れている。

このうち、水吹込み法は、燃焼中のガスに水を吹込み、
その炎温度を引下げることにより高温発生のＮＯｘを減
少するものである。

ところが、その方法では、一般に燃料ガスと同重量程度
の水を与えないと顕著なＮＯｘ抑制効果が現イつれず、
また吹込み水量を増すと熱損失が大きくなってしまうと
いう欠点を有する。

ここで、燃焼において添加された水の役割を考えると、
それが燃焼室に添加された場合は燃焼室の平均温度を引
トーげろのに役立つことは明瞭であるが、ＮＯｘ発生の
中心部と見られる炎の最高温部における温度列−ドげに
全面的に役立っているとは考え難い。

またガスと共に水を噴射する場合でも水滴の周囲は燃料
ガスが希薄となるから水分子の分布の中心と炭量高温部
とは一致し難い。

従って従来の水吹込み法においてはかなりの部分の水は
ＮＯｘ抑制に有効に作用していなかったとみることがで
きる。

そこで、本発明の目的は、上記従来の水１次込み法の欠
点を解消し、できるだけ少量の水を最も有効にＮＯｘ抑
制に作用させ、水添加によってもたらされる熱損失を防
止することにある。

このため本発明では、水素を主成分とした燃料ガスまた
は水素ガスそのものを、予め水に接触させて増湿した後
、これを燃焼させる点に特徴がある。

この水素系の燃料ガスを、その燃焼に先立ち、水の中を
気泡として通過または水面に接触（たとえば、燃料ガス
を燃焼器へ供給する直前に、水槽もしくは散水基に導い
て行なう）させた場合、燃料ガス中には直接水蒸気が混
合され、それにより燃焼時に炎の全域にわたって水分子
を存在させることができる。

従って、本発明方法によれは、燃料ガスに予め水蒸気を
均一混合することで、水蒸気量も少なくてすみ、熱効率
の低下はわずかであることがわかった。

この場合、接触水は必ずしも純水である必要なく、河川
水、工場廃水等でも良い。

ただ、添加する水蒸気量を一定にするため、その水を所
定の温度に保ち、一定の水蒸気を保持させるようにする
のが望ましい。

従って、自然の熱伝導による保温を期待できない場合に
は、上記水蒸気添加用の水として、工場温排水あるいは
冷房排水等の連続して供給されるものを利用することが
良い。

特に温廃水を利用できる場合は、添加用の水蒸気を作り
出すための熱損失を考慮する必要がなく熱収支上で最も
有利であり、同時に廃水の濃縮または温廃水の冷却にも
役立たせることが可能である。

また、バーナ等の燃焼器（加熱装置）については特別な
考慮は必要ではないが、燃料ガス供給経路において、温
水接触による増湿操作後、燃焼に到る区間での水分の析
出を避けるためにその部分を接触水湯以上に保温するこ
とが望ましい。

ただし、一般にはその保温を考慮しなくとも、上記部分
はバーナ付近からの放熱によって十分な高温が維持され
るのが普通である。

なお、燃料室および炎下流部分においても、一般の炉使
用条件と差異はほとんどなく考慮する必要はない。

さて、燃料ガスに対する水蒸気の添加量は多いほどＮＯ
ｘ抑制効果が高いが、同時に熱損失も大きくなる。

たとえば、水素の拡散燃焼炎（１０ｅ／分）において、
水蒸気分圧としてそれぞれ水素に対し０〜９５容量％添
加した場合のＮＯｘ発生量を次の表１にまとめる。

なお、この場合燃焼空気比は約１．１で完全燃焼してい
ることを確認できる。

〔表１〕 水素への水蒸気添加効果 この結果をプロットしたのが添付図の曲線１であり、そ
れから分かるように水素の場合には、水蒸気を少量（燃
料に対して５〜５０％程度）添加することによってその
排煙中のＮＯｘ濃度を著しく抑制することができる。

ただ、添加水蒸気量については、添加を容易にする点か
ら、２〜３０容量％程度にするのが良い。

すなわち、水蒸気量は、１０．２０，３０，４０，５０
，６０．７０℃でそれぞれ約９．１．３，２８，５０，
７５，１．２０゜２００ｍｍ水銀柱であり、燃料ガスの
常圧供給時にはこれらの水蒸気分圧は燃料ガスに対して
１〜３０％相当となる。

しかも供給水の温度としては、常温〜７０℃までは外部
加熱装置なしに、あるいは排ガス等の廃熱によって十分
に得られるが、それ以上の温度では特別な熱源を要求さ
れることになり好ましくない。

なお、次の表２および添付図の曲線２は、プロパンガス
に水蒸気を添加した場合を示し、そのような水素系以外
のガスでは水蒸気添加によるＮＯｘ抑制効果は極めて少
く、その効果を得るためには大量の水蒸気を必要とする
。

従って、３０％以上の水蒸気添加を要求する一般の炭化
水素ガス燃料では、本発明方法によってＮＯｘ抑制する
ことは熱利用上不利益を伴なわせることになる。

すなわち、水蒸気の少量の添加によってＮＯｘ抑制効果
が著しいのは水素系ガスの特徴であると言える。

〔表２〕 プＤ／々ンへの水蒸気添加効果なお、これは
空気予混合率０．３の炎についての結果である。

上述のように、本発明の気体燃料の燃焼法によれば、簡
単かつ容易に水素系ガスに一定量の水蒸気を添加するこ
とができ、それにより排煙中のＮＯｘの量を大幅に減少
することができる。

実施例 １ 水素を毎分３Ｏｅづつ３５℃の温廃水の水路底より泡出
し、水路液面にガストラップをもうけてその水素を捕集
し、す／グバーナによって燃焼した。

直接水路に接触せずに燃焼した時の排煙のＮＯｘが３５
０ｐｐｍ（酸素０％換算値）であったのに対し、水を通
過した水素燃焼の排煙のＮＯｘは１８０卿であった。

実施例 ２ 水素５０％、メタン５％、一酸化炭素１０％および窒素
３５％の組成のガスを１０ｅ／分の速度でシングルバー
ナで空気比１２で燃焼した時の排煙ＮＯｘは９９ｐｐｍ
であった。

上記のガスを６０℃の洗浄温廃水とスプレー塔で向流接
触させたのち同燃焼条件で燃焼した。

その排煙のＮＯｘは４０ｐｐｍであった。

実施例 ３ 水素を８００ ｅ１分づつ空気比１．０８で燃焼する炉
の排煙のＮＯｘは１．９５ｐｐ１０であった。

同じ燃料を、芒硝水溶液の濃縮釜底に導き、水蒸気を駆
出させつつ取出し、同条件で燃焼させた。

その排煙のＮＯｘは４５ｐＩ）ｍであった。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法を説明するための実験結果図である。 １・・・・・・水素におけるＮＯｘ抑制効果を示す曲線
、２・・・・・・プロパンガスにおけるＮＯｘ抑制効果
を示す曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水素ガスまたは水素を主成分とする燃料ガスを、予
   め水中を気泡状で通過させるか、または水面と接触させ
   て５〜５０容量％の水蒸気を添加し、次いでこのガスを
   燃焼させることを特徴とする水素ガスまたは水素を主成
   分とする燃料ガスの燃焼方法。