JPS5941084B2 - 窒素酸化物生成量の少ない燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒素酸化物生成量の少ない燃焼方法。

更に詳しくは、各種工業用燃焼炉で燃焼を行なうに当り
、燃料流量の経時的変化に応じてバーナタイル内のバー
ナの先端位置を自動的に調節することにより、燃焼に伴
なう窒素酸化物の生成量を減少させるようにした燃焼方
法に関する。

燃焼に伴なう窒素酸化物（以下、ｒＮＯｘＪと称す）の
生成量は燃焼状態によって変化し、火炎温度・酸素濃度
の高い程、また燃焼ガスの滞留時間の長い程、ＮＯｘ生
成量は増大する。

従って、ＮＯｘ量を少なくするには、これら各因子の影
響を緩和するように、燃焼状態を制御することが必要で
ある。

その手段として、バーナタイル内のバーナ位置を通常の
位置から変位させ、例えば炉内側に近い位置に設置する
ことにより、燃料と燃焼用空気との早期混合を避け、緩
慢な燃焼を行なわせる方法が試みられ、ある程度の効果
を得ている。

しかしながら、最適な燃焼状態を得るために上記の如く
バーナを当初適正な位置に設置しても、実炉操業におけ
る燃焼条件、特に燃料流量は経時的変動を伴ない、例え
ば均熱炉における流量は、最大流量と最小流量との間で
約２〜１０倍にも及ぶ大きな差異がある。

このため、燃焼状態も最適状態から逸脱し、多量のＮＯ
ｘを生成することとなる。

本発明は、上記問題点を克服するためになされたもので
あって、経時的に変化する燃料流量の各流量レベルにお
いてＮＯｘ生成量の少ない最適バーナ位置をあらかじめ
求めておき、燃焼中燃料流量変化を検出し、その流量信
号によってバーナ先端位置を最適位置に自動的に移動さ
せるようにしたことにより、燃料流量の経時的変動にか
かわらず、燃焼中のＮＯｘ生成量を低位に安定させるよ
うにしたものである。

従来の燃焼装置の設計・寸法は、その使用目的と、燃焼
量・燃焼用空気流路径（スロート径）・バーナ型式など
の仕様に基づいて一義的に設計され、燃焼過程における
燃料流量等の動的変化に対して燃焼状態を制御するため
の考慮は払われていない。

しかるに実炉操業では、前述のように必ず燃料流量の経
時的変化と、それに起因する燃焼用空気流量の変動があ
る。

そのため、燃料と空気との混合状態に不測の変化を招き
、燃焼状態が最適状態から逸脱する結果、多量のＮＯｘ
の生成を伴なう。

本発明においては、各燃料流量レベルにおける最適バー
ナ位置を予め求めておき、それにもとづいて、バーナ先
端位置を燃料流量の変化に応じて自動的に制御すること
により、燃料と空気との混合状態を常時最適の状態に維
持し、ＮＯｘ発生量の少ない燃焼を行なわしめるもので
ある。

第１図は、バーナタイル孔内のバーナ設置状況を示す側
断面概要図である。

従来の炉では、バーナ１の先端は、バーナタイル２の孔
内の後方ｇの位置に固定的に設置されている。

本発明においては、バーナ先端の位置は、燃料流量の変
化に対応して、バーナクイル炉内端面の位置から、タイ
ル孔内後方（図において左側）の間の適宜の位置に自動
調節される。

第ン図Ｉは燃焼中の燃料流量の経時的変化に対応してバ
ーナ先端位置を変化させる例を模式的に示したグラフで
あり、左側縦軸のａ ”’−ｇの各記号は、前記第１図
におけるａ−ｇの位置を表わす。

図中、曲線Ｆは燃料流量の変化、１は本発明方法による
バーナ先端位置の変化を示す。

なお、２は従来のバーナ位置であり、バーナタイル孔内
ｇに固定されている。

３は燃料と空気との早期混合を避けるため、バーナ先端
位置を炉内側に近づけｅ付近に固定した例である。

同図■は上記のようにバーナ先端を設置したときのＮＯ
ｘ生成量の変化を模式的に示したグラフであり、各曲線
１．２および３は、バーナ先端を上記曲線１．２および
３に示す位置に調節した場合のＮＯｘ生成量の変化を示
す。

なお、Ｔは炉内温度の変化を示す。図に示され°るよう
に、従来法による場合は、ＮＯｘ生成量が多く、燃料流
量の変化とともに生成量は増大する（曲線２）。

また、バーナ先端位置を炉内側に近づけて固定した場合
には、当初のＮＯｘ生成量は少ないが、燃料流量が変化
するにつれ、増加の傾向を示す。

曲線３）。これに対し、本発明方法によりだ、燃料流量
の変動かかわらず、ＮＯｘ生成量は低位安定な状態で推
移する（曲線１）。

本発明におけるバーナ先端の位置制御は、予め求められ
た、ＮＯｘ生成量に対する燃料流量とバーナ先端位置と
の相関関係に基づいて行なわれる。

第３図は、その相関関係の具体例を示すグラフである。

横軸のバーナ位置（ｍｍ）は、従来のバーナ先端位置を
基点として炉内方向に向う距離で示す。

なお、同側におけるバーナクイル炉内端面は６００ｎｏ
の位置にあり、その位置以遠ではバーナ先端が炉内に突
出した状態となる。

図において、曲線１はＮＯｘ生成量５０ＰＰｍ（０２１
１％換算値、以下同じ）、２は同８０ ＰＰｍ、３は同
１００ＰＰｍ４は同１５０ ＰＰｍ、の各場合における
、燃料流量（１／ Ｈｒ ）とバーナ先端位置（ｍｍ）
の関係を示す。

この相関関係にもとづいて、例えば、ＮＯｘ生成量８０
ＰＰｍの一定値に制御するには、燃料流量が３００ｔ／
Ｈｒ）とバーナ先端位置（ｍｍ）の関係を示す。

この相関関係にもとづいて、例えば、ＮＯｘ生成量を８
０ＰＰｍの一定値に制御するには、燃料流量が３００７
７Ｈのとき、バーナ先端を２００ｍｍの位置に、また該
流量が漸次低下し、１００．５／Ｈに減少したときは、
同曲線２に沿ってバーナを漸次炉内側に移行せしめ、バ
ーナ先端が４００ｍｍの位置にくるように調節すればよ
い。

なお、図中斜線部Ａはスモーク発生領域を示す。

すなわち、ＮＯｘ発生量を約５０ＰＰｍ以下となるよう
にバーナ先端位置を調節すると、燃料流量の多寡にかか
わらずスモークの発生を伴なう。

従って、スモークの発生をさけるには、ＮＯｘ生成量を
約５０ＰＰｍ以下とする燃焼制御を避ける必要がある。

なお、この相関関係は、一般に燃料の種類、炉の型式・
仕様等の条件で若干のズレを伴なうので、実操業におい
て適確な燃焼制御を行なうには、これらの条件下で求め
られた個有の相関関係にもとづいてバーナ位置の調節を
行なうことが望ましい。

バーナ位置の制御は、例えば前記第１図に示すように、
燃料供給ライン３に接続された圧力発信器（または電気
発信式流量計）４により流量変化を検出し、電気信号変
換器５からの流量信号を比率設定器６とカスケード（演
算器）７によって制両信号に変換し、該信号によりバー
ナ先端位置（例えば、モータ駆動式、圧空・油圧駆動式
）８を駆動させることにより、バーナ本体１をガイドロ
ーラａ上で前進又は後退させて行なうことができる。

第４図は、燃焼流量及びそれに対応する流量信号と、該
信号を交換して得られるバーナ位置制御信号により制御
されるバーナ先端位置との関係の１例を示したグラフで
ある。

図中、記号ａ〜ｇは前記第１図におけるバーナ先端位置
ａ ” ｇを表わす（なお、第１図のａ−ｇの距離は約
６００胴であり、各記号区間距離は約１００ｍｍである
）。

同図に示す例において、例えば燃料流量が約３８０１／
Ｈから約１２０ｔ／Ｈに変化すると、流量信号は４０ｍ
Ａから２０ｍＡに変化する。

これに応じてバーナ位置制御信号は２ｏｍＡ（このとき
バーナ先端はｅ点に設定されている。

）から、４０ｍＡに変化し、この制御信号によってバー
ナ先端はＣ点に移動する。

かく燃料流量の変化に応じてバーナ先端位置を自動的に
制御することにより、燃料と空気の混合状態、従って燃
焼状態ＮＯｘ量の低位安定した状態に維持される。

第５図は、燃料流量の変動に対するＮＯｘ発生量の変化
の具体例を示したグラフであり、図中、１は、本発明方
法により、前述の燃料流量とバーナ位置との相関関係に
もとづいてバーナ位置を自動調節した場合、２は従来法
によるもの、３はバーナ先端を従来法よりも炉内側に近
い位置に固定した場合である。

なお、Ｓはスモーク発生危険ラインを示し、ＮＯｘ量が
同ライン以下になると、スモークが発生する。

同図に示されるように、従来法（図中、２）では燃料流
量の多少にかかわらず、ＮＯｘ生成量は多く、特に燃料
流量が低下した場合に著しくなる。

また、バーナ位置を炉内側に近づけて固定した場合（図
中、３）のＮＯｘ生成量は、燃料流量の多いときにはす
くないが、低燃料流量域で増大し、問題がある。

４は、上記３において低燃料流量域でＮ Ｏｘが増大す
る問題に対処するため、低燃料流量時を基準にしてバー
ナ先端位置を変更し固定した場合である。

この場合、上記問題は解消するものの、燃料流量が増加
すると、燃焼状態はスモーク発生領域にはいり好ましく
ない。

これに対し、本発明方法によれば、かかる弊害もなく、
ＮＯｘ生成量は常に低位安定な状態に維持される。

上述のように、本発明方法によれば、燃料流量の変動に
対し、バーナ先端位置を制御することにより常にＮＯｘ
生成量の少ない安定した燃焼を行なわせることができる
。

バーナ先端位置の制御により、ＮＯｘ生成量が低減する
のは、それによって燃料と空気との混合状態が調節され
、例えば、バーナ先端を炉内側へ移動させると、バーナ
タイル内面からの輻射熱の減少、あるいは着火点の炉内
側への移行等により、火炎温度が低下する効果が得られ
、またバーナ先端を逆に炉側から遠ざけると、急速混合
燃焼が生じ、燃焼排ガスの滞留時間の短縮、排ガスの巻
込み等の効果が得られること等の理由によると考えられ
る。

なお、本発明方法は、炉の種類・型式、燃料の種類等に
よる制限をうけず、各種工業用燃焼炉において、気体、
液体の種々の燃料を用いて燃焼を行なう場合に適宜採用
することができる。

また、炉あるいは燃焼装置のタイプによっては、燃焼流
量よりも燃焼空気量を測定する方が簡便な場合もあるの
で、この場合には燃焼空気量を検出し、該検出値を空燃
比により燃料流量に換算して燃量流量レベルを間接的に
検出することも可能である。

次に実施例をあげて本発明方法を具体的に説明する。

実施例 下記の仕様を有する均熱炉において、燃料としてミナス
とＣ重油を用いて燃焼を行なった。

その際、あらかじめ求めておいた、ＮＯｘ生成量に対す
る燃料流量とバーナ位置との相関関係に基づき、燃料流
量の経時的変化に対応してバーナ先端位置を自動制御す
ることにより、ＮＯｘ生成量を８０ＰＰｍに維持するよ
う燃焼状態を制御した。

均熱炉の仕様 炉型式：上部一方向焚、炉内容積ニアｍ１Ｘ２、８３
ｍＷ Ｘ ４ ｍ、燃焼使用量：０〜５００（ｌ／Ｈｒ
）（仕様）、バーナ：高圧蒸気噴霧式、アトマイザ：蒸
気、２次空気温度：４００°Ｃ１排ガス０２濃度：３〜
４％。

上記燃焼試験結果を第６図に示す。

同図Ｉは燃料流量変化、■はバーナ位置制御、■はＮ
Ｏｘ生成量を示す。

なお、図■、■中、１は本発明方法によるもの、２は従
来法によるものである。

また、図■のバーナ位置移動長さは炉内側方向への移動
距離を示し、従来法１では固定し、本発明方法では、図
１に示す燃料流量変化に対応してバーナ位置を約２５０
ｍｍの範囲で移動させた。

同図■から明らかなように、従来法では燃料流量の経時
的変動に伴ないＮＯｘ生成量は増加し、約４．５時間後
には１５０ ＰＰｍ以上に達している。

これに対し、本発明方法によれは、ＮＯｘ生成量は実質
上はとんど変化せず、設定値８０ＰＰｍの状態を維持し
ており、確実にＮＯｘ生成量を低減し得ることを示して
いる。

なお、本発明方法によれば、バーナ先端位置の制御によ
り、燃料と空気との混合が常に好適な状態に維持される
ので、燃焼状態も安定化し、またバーナを炉内側へ前進
させた場合には、低燃料流量においても緩慢な燃焼状態
となり、輝炎熱効率が高められる効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃焼炉のバーナ部を示す側面概要図、第２図
Ｉは燃料流量とバーナ位置の経時変化を示すグラフ、同
図■は炉内温度とＮ Ｏｘ生成量の経時変化を示すグラ
フ、第３図はＮＯｘ生成量に対する燃料流量とバーナ先
端位置の相関関係を示すグラフ、第４図は燃料流量及び
その流量信号と、バーナ位置制御信号により制御される
バーナ位置との関係を示すグラフ、第５図は燃料流量の
変化に対するＮＯｘ生成量の変化を示すグラフ、第６図
１は燃料流量の経時変化を示すグラ入、同図■はバーナ
位置を変化を示すグラフ。 同図■はＮＯｘ生成量の経時変化を示すグラフである。 図面中の主な符号は次のとおりである。 １：バーナ、２：バーナクイル、３：燃料供給ライン、
４：圧力発信器、５：電気信号変換器、６：比率設定器
、７：カスケード、８：バーナ移動装置、９：ガイドロ
ーラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各種工業用燃焼炉においてバーナタイル孔内のバー
   ナから噴射される燃料流と、燃焼用空気供給口から噴射
   される空気流とを混合させて燃焼を行なわせるにあたり
   、各燃料流量レベルにおけるバーナ先端位置と燃焼にと
   もなう窒素酸化物生成量との相関関係より、各燃料流量
   レベルにおける前記窒素酸化物生成量を抑制するに最適
   のバーナ先端位置を予め設定しておき、燃焼過程におい
   て経時的に変化する燃料流量レベルを検出して、該レベ
   ルにおける前記設定位置にバーナ先端位置が一致するよ
   うバーナを移動させることを特徴とする窒素酸化物生成
   量の少ない燃焼方法。 ２ 燃焼過程において経時的に変化する燃料流量レベル
   の検出が、燃焼用空気流量を検出し該検出値を予め設定
   される空燃比で燃料流量に換算することにより行なわれ
   ることを特徴とする上記第１項記載の燃焼方法。