JPWO2011083877A1

JPWO2011083877A1 - 燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法及び装置

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Publication number: JPWO2011083877A1
Application number: JP2011549045A
Authority: JP
Inventors: 石黒　三郎; 三郎石黒; 石井　幸雄; 幸雄石井; 一利三武
Original assignee: 石黒　三郎; 三郎石黒
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2013-05-16
Also published as: CN102893087B; WO2011083877A1; US20120308941A1; CN102893087A

Abstract

アルコール水溶液等の有機化合物水溶液と燃料を使用して高温の燃焼を達成する。燃焼室内において、第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内温度（あるいは、及び燃焼室内に設けられた耐熱反射体）を７００℃以上の高温に加熱し、次いで第２バーナにより有機化合物水溶液（例えばアルコール水）を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して水蒸気微爆発を起こさせ、室内温度を更に高温に昇温する。そして、水蒸気を多量に含む、高温の過熱水蒸気を生成させる。

Description

本発明は、有機化合物水溶液の燃焼方法及び装置に係り、特にアルコール水溶液等の有機化合物水溶液と燃料を使用する高温燃焼方法及び装置に関する。

従来、液体燃料を用い、有機化合物を含む加水燃料を添加して燃焼する方法において、有機化合物水溶液（以下、有機水溶液と称す）の有機化合物としては、アルコール類、有機酸類、アルデヒトケトン類等があり、有機水溶液の一例として産業廃棄物である有機廃水が挙げられる。
この有機水溶液を燃焼させる場合、バーナで重油等を燃焼させながら、有機水溶液を徐々に添加して燃焼させる場合が多い。この方法は、重油で有機廃水の水を蒸発させながら中に含まれる有機化合物を酸化処理する方法であり、エネルギー的には殆ど寄与しておらず、単なる廃水処理として行われている。
また、有機水溶液に重油等を添加・混合して、油中水滴型（Ｗ／Ｏ）のエマルジョンを作って燃料として処理する方法があり、有機水溶液中の有機化合物を燃料として利用できるが、特に効率よく燃焼するわけでもない。
エマルジョンタイプの加水燃料を燃焼する場合、焼却炉や内燃機関に使用するのは殆どが油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）エマルジョンである。これは油中水滴型の方が油が表面に出るので、火が付き易いというメリットがある。水中油滴型（Ｏ／Ｗ型）では油が水の中に微粒子として含まれるので、火がつきにくいという問題がある。
しかし、石油類と水の熱伝導率を調べてみると、３６０°Ｋ（８７℃）において水は０．６７４Ｗ／ｍｋ、石油の一形態のデカン（Ｃ_１０Ｈ_２２）は０．１１９Ｗ／ｍｋで水の方が５．６倍の熱伝導率を持っていることが解る（非特許文献１：参照）。
ところで、水蒸気爆発の条件として熱の急速な移動ができないと水蒸気爆発は起こらない。したがって、全く同じ条件では、Ｏ／Ｗ型の方がＷ／Ｏ型より約５倍の早さで熱が移動するので、水蒸気爆発が起こり易い。
また、水蒸気爆発は、溶鉄が水槽に落下した時や、地下水がマグマと接触したときに起きるとされている（非特許文献２：参照）。
Ｗ／Ｏ型エマルジョンを噴霧してもエマルジョンの表面は油に覆われているので、熱の伝導率は小さく、しかも油の表面には油の蒸気膜で覆われているので（一般に気体の熱伝導率は液体の１／１０以下になる）、水蒸気爆発の起こる確率は非常に低くなる。

特開２００８−８１７４０号公報特開２００４−２１１９７０号公報

「化学便覧基礎編ＩＩ」（丸善株式会社昭和５９年６月２５日発行、第７３頁）「蒸気爆発の科学」（高島武雄・飯田嘉宏共著／株式会社裳華房１９９８年１月２５日発行、第２８〜５７頁）

本願発明は、これらの知見を元に、確実に水蒸気爆発（噴霧状の粒子などの微爆発とした）が起こる条件を設定し、水蒸気微爆発のエネルギーを利用して水に含有される有機化合物を分解し、水分子との水性ガス反応、空気との酸化反応を促進して燃焼効率の増加を図るものである。
まず、水蒸気微爆発の起こる条件としては有機水溶液を瞬時に高温に昇温することであり、例えば高温の固体表面に衝突させて水蒸気微爆発を発生させることである。
水蒸気微爆発が起こらないと有機水溶液中に含まれる有機化合物と水蒸気による単なる水性ガス反応と空気による酸化反応だけとなり、燃焼効率の大幅な向上は望めない。本発明によれば、噴霧した有機水溶液の液滴が高温の環境内に噴射させて、水蒸気微爆発を起こし、有機水溶液中に含まれる有機化合物の分解が生じ、水性ガス反応、酸化反応が進んで、水性ガス反応の吸熱反応が減少し（結合が、切れたりすると吸熱反応が小さくなる）、結果的に燃焼効率が増大する。実際にアルコール４０容量％水溶液を８５０℃に加熱した穴をあけた鉄製耐熱反射板に噴霧したところ、鉄製耐熱反射板が溶融して溶融塊となってしまうので、水蒸気微爆発と水性ガス反応、酸化反応が同時に起き、一気に温度が上昇したものと想定される。

本発明者は、上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの課題を解決した。
［１］燃焼室内において、（１）第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内温度を７００℃以上の高温に加熱する工程と、（２）次いで第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温する工程とからなることを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［２］（１）燃焼室内において、第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内温度を７００℃以上の高温に加熱する工程と、（２）次いで燃焼室内において、第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温する工程と、（３）さらに前記燃焼室に連通して設けられた熱処理室内において、前記燃焼室から導入された燃焼ガスを完全燃焼させて高温に昇温することを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［３］（１）燃焼室内において、第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内に配設された耐熱反射体を７００℃以上に加熱する工程と、（２）次いで燃焼室内において、第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、かつ前記加熱した耐熱反射体表面に衝突させて、室内温度を更に高温に昇温する工程とからなることを特徴とする前項［１］又は［２］に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［４］耐熱反射体が、多数の透通孔を備えた、耐熱性金属製又はセラミック製のものであることを特徴とする前項［３］に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［５］有機化合物水溶液の有機化合物が、沸点が１００℃以下で水溶性のものであることを特徴とする前項［１］〜［４］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［６］有機化合物水溶液の有機化合物が、水に溶解するアルコール類、有機酸類、アルデヒト類、又はケトン類から選択されるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前項［１］〜［５］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［７］有機化合物水溶液が、エタノール又はメタノールを１０〜５０容量％含むアルコール水溶液であることを特徴とする前項［１］〜［６］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［８］第１バーナにより燃料を噴霧される燃料が、灯油、軽油等の石油類、アルコール等の有機溶媒、都市ガス、ＬＰＧ、天然ガス、水素ガス又はブラウンガスから選択されるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前項［１］〜［７］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［９］有機化合物水溶液が、ダイオキシン、ＰＣＢなどのベンゼン環を骨格構造とする難分解性有害物を含み、それら有害物のベンゼン環が燃焼室内において分解されて無害化されることを特徴とする前項［１］〜［８］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［１０］前項［１］〜［９］のいずれか１項に記載の方法を採用して、高温の過熱水蒸気を製造する方法。
［１１］（１）燃焼室と、（２）それに取り付けられた室内に燃料を噴霧して燃焼して室内温度を７００℃以上の高温にするための第１バーナと、（３）第１バーナに隣接して取り付けられ、有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温するための第２バーナとを備えてなることを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
［１２］（１）燃焼室と、（２）それに取り付けられた室内に燃料を噴霧して燃焼して室内温度を７００℃以上の高温にするための第１バーナと、（３）第１バーナに隣接して取り付けられ、有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温するための第２バーナと、（４）前記燃焼室に連通して設けられた熱処理室とからなることを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する
高温燃焼装置。
［１３］燃焼室と熱処理室の連通手段が、燃焼室の出口と熱処理室の入口との間に介設された縮径した通路であることを特徴とする前項［１２］に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
［１４］燃焼室内に耐熱反射体が配設されてなることを特徴とする前項［１１］〜［１３］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
［１５］耐熱反射体が多数の透通孔を備えた、金属製又はセラミック製のものであることを特徴とする前項［１４］に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
［１６］有機化合物水溶液中の有機化合物が、沸点が１００℃以下で水溶性のものであることを特徴とする前項［１１］〜［１５］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
［１７］第２バーナから噴霧される有機化合物水溶液が、エタノール又はメタノールを１０〜５０容量％含むアルコール水溶液であることを特徴とする前項［１１］〜［１６］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
［１８］第１バーナにより燃料を噴霧される燃料が、灯油、軽油等の石油類、アルコール等の有機溶媒、都市ガス、ＬＰＧ、天然ガス、水素ガス又はブラウンガスから選択されるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前項［１１］〜［１７］のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
［１９］前項［１１］〜［１８］のいずれか１項に記載の装置を採用する過熱水蒸気製造装置。

燃焼室内において、第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内温度を７００℃以上の高温に加熱し、次いで第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合させて燃焼させる本願発明によれば、燃料又は有機化合物水溶液を単独に用いて燃焼する場合に比較して、燃焼室内温度及び／又は熱処理室温度を相乗的に高温に昇温することができる。よって、燃料及び有機化合物を完全に燃焼させることができ、燃料コストを低減することができる。
また、簡易な手段により、高温の過熱水蒸気を大量に製造することができる。

図１は、本願発明の第１実施例の装置の説明正面図である。
図２は、実施例１の装置の燃焼室の断面図、及び燃焼室内に配設される耐熱反射体の平面図である。
図３は、実施例１の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図４は、実施例２の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図５は、実施例２の装置内における発生熱量の説明グラフ図である。
図６は、実施例３の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図７は、実施例３の装置内における発生熱量の説明グラフ図である。
図８は、実施例４の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図９は、実施例５の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図１０は、実施例６の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図１１は、実施例７の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図１２は、実施例８の装置内の温度変化を示すグラフ図である。
図１３は、実施例９の装置内の温度変化を示すグラフ図である。

本発明の実施の形態を図面及び実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本願発明の高温燃焼装置の実施例の説明正面図であり、１は燃焼室、２は第１バーナ、３は第２バーナ、１０１は燃焼室壁体、２０１は熱処理室、３０１は通路、Ｔ１〜Ｔ３は温度計である。
図２（ａ）は図１の燃焼室１の断面図であり、燃焼室１内に多数の透通孔４’、切り欠き部５’を有するセラミックス製耐熱反射体４、５（図２（ｂ）、図２（ｃ））が立設して設けられている。なお、図２（ｂ）、図２（ｃ）は耐熱反射体４、５の平面図である。
まず、第１バーナ（燃料バーナ）２から通常、Ａ重油、軽油、灯油など燃料油を燃焼室１内に噴霧し燃焼する。空気量は完全燃焼させる適量が同燃料とともに供給され、空気比は通常１．３〜１．７程度である。
そこで、燃焼室１内に配設された耐熱反射体（例えば表面にアルミナコーティングされた炭化珪素系セラミック板）４、５が７００℃以上の高温に加熱される。なお、耐熱反射体４又は５はいずれか１種を使用しても、２種を組み合わせて使用してもよい。
次いで、さらに加えて、第２バーナ（有機化合物水溶液噴射バーナ）３から有機水溶液（有機化合物含有水）が、燃焼室１内に第１バーナによる火炎に混合するようにして噴霧され、高温に加熱されている耐熱反射体４、５に突き当たり、耐熱反射体４、５表面で水蒸気爆発を伴って有機化合物が分解され、酸化される。
有機化合物水溶液は、第２バーナ３から燃焼室１内に噴霧されるが、その組成は、有機化合物：水の比率＝１：０．５〜２０の範囲のもの（すなわち、有機化合物含有率は６６．７〜５．０容量％）である。また、第１バーナ２からの灯油噴射量１容量部に対して、第２バーナ３からの有機化合物水溶液噴射量は、１〜５容量部が好ましい。
なお、燃焼室１内温度は温度計Ｔ１により、常時計測されている。
この場合、通路３０１及び熱処理室２０１内の高温ガスは、水蒸気を含む高温度の過熱水蒸気でもある。
燃焼方法としては、まず第１バーナ２からＡ重油等を噴射着火して耐熱反射板４、５を加熱する。温度計Ｔ１の温度が水性ガス反応発生の７００℃以上、できれば１０００℃以上に達したときに有機水溶液の噴霧を始める。
有機水溶液の噴霧は燃料と同量程度から始めるのがよいが、温度が１０００℃に達していれば２〜５倍量程度噴霧しても問題ない。噴霧された有機水溶液（有機化合物含有水）は耐熱反射板４、５に衝突し、表面の蒸気膜でなく噴霧水が直接高温に加熱された耐熱反射板４、５から熱を受け水蒸気微爆発を起こす。この場合、有機水溶液の代わりにＷ／Ｏ型のエマルジョンを使用すると、熱の移動が遅くなり、水蒸気微爆発の可能性は非常に低くなる。
有機水溶液の内メタノールやエタノールを含む水はメタノールやエタノールと共沸混合物を作り、沸点が下がるので更に水蒸気微爆発が起き易くなる。しかもメタノールやエタノールは水に溶解し、しかもアルコールは水のクラスターの内部に入り込んで溶解しているので、水蒸気微爆発により、アルコールは一部分解や結合が緩み、水性ガス反応と酸化反応が同時に起こり、効率の高い燃焼が実現する。

本実施例では、図１にその説明正面図を示すとおり、燃焼室１とそれに連接して熱処理室２０１を設けた装置を使用した。
すなわち、燃焼室１と熱処理室２０１は、燃焼室１の出口と熱処理室２０１の入口が縮径した通路３０１で連通されている。
そして、燃焼室１には、室内温度を７００℃以上の高温にするための第１バーナ２と有機化合物水溶液が噴霧される第２バーナ３が挿設されている。
また、該装置内には３個所に温度計を設置し、すなわち燃焼室１の中に第１の温度計Ｔ１を、通路３０１に第２の温度計Ｔ２を、そして熱処理室２０１の中に第３の温度計Ｔ３を設置した。
なお、熱処理室２０１は多目的の熱利用を行う所であり、発電、ボイラ、金属精錬、焼き入れ、生ゴミ焼却等が行われる。
従来はこの熱処理室に直接バーナを付けていたが、本発明では燃焼室を分離し、小型の燃焼室で燃料を燃焼させて、７００℃以上、好ましくは１０００℃以上に加熱した後、アルコール水溶液等の有機化合物水溶液を噴霧して水蒸気微爆発を起こさせ、高温ガスを生成させて、熱処理室２０１に送り、発電等に利用する。
図１に示す装置を用いて、第１バーナ２から５．９Ｌ／ＨのＡ重油を噴霧して（空気比１．５）燃焼室１を予備加熱した。
燃焼室出口温度が温度計Ｔ２で測定してほぼ８００℃に達した後、第２バーナ３を使用して、エタノール４０容量％水溶液を１１Ｌ／Ｈで噴霧した。
温度計Ｔ２は２０分経過後、２１０℃上昇し１０１０℃に達した。
この時、熱処理室２０１（温度計Ｔ３）は６１０℃から１７０℃上昇して７８０℃に達した。
一方、同じ条件でエタノール３０容量％水溶液を使った場合、やや温度上昇が鈍く、温度計Ｔ２で１８０℃上昇し９８０℃に、温度計Ｔ３で１４０℃上昇し７５０℃となった。
以上の結果は図３（装置内の温度変化を示すグラフ図）に示すとおりである。
この理由は確実には解明されていないが、７００℃以上に加熱された耐熱反射体にエタノール水溶液の微小液滴が衝突して水蒸気微爆発を起こす。この微爆発は温度が高い程激しいエネルギーを示す。特にエタノールは水とはクラスターを共有して溶解しており、しかも沸点７８．４℃と低いので、激しい水蒸気微爆発により、エタノール分子結合は分解、ないし結合は緩み、水性ガス反応、酸化反応が急速に進み温度が急上昇したものと考えられる。
なお、本実施例において、通路３０１及び熱処理室２０１内の高温ガスは、多量に水蒸気を含む高温の過熱水蒸気であった。

次に、他の実施例について説明する。
まず、第１バーナ２よりＡ重油６．６Ｌ／Ｈ（５．７ｋｇ／Ｈ）を噴霧して燃焼室１を加熱する。約１時間加熱すると、熱処理室２０１の温度はＴ３による温度測定で６３０℃であった。
ここでエタノール３０容量％水溶液（エタノール４．６Ｌ＋水１０．６Ｌ）１５．２Ｌ／Ｈを第２バーナ３より噴霧したところ、熱処理室２０１の温度はＴ３による温度測定で６３０℃から８２０℃へと、１９０℃上昇した。
比較のため、エタノール３０容量％水溶液の代わりに同量の純エタノール４．６Ｌ／Ｈを第２バーナ３より添加・噴霧したところ、熱処理室２０１の温度は６３０℃から７６０℃へと１３０℃上昇するに止まった。
以上の結果は、図４に示すとおりであった。
実際に工業的に加熱装置として使用されるのは熱処理室２０１であるため、熱処理室２０１の温度上昇が熱効率上、最重要である。
また、純エタノール添加と同量のエタノールを含む３０容量％水溶液添加の熱量を比較すると、Ａ重油６．６Ｌ／Ｈ（５．７ｋｇ／Ｈ）燃焼の生成ガス量は９７Ｎｍ^３、それにエタノール４．６Ｌ添加すると１０１Ｎｍ^３、エタノール３０容量％水溶液１５．２Ｌ添加すると１１４Ｎｍ^３となる。
ガス比熱としてＣＯ_２０．５４ｋｃａｌ／ｍ^３、Ｈ_２Ｏ（水蒸気）０．４６ｋｃａｌ／ｍ^３、Ｏ_２０．３５ｋｃａｌ／ｍ^３、Ｎ_２０．３５ｋｃａｌ／ｍ３で重油燃焼のガス分析、ＣＯ_２８．４％、Ｈ_２Ｏ８．８％、Ｏ_２６．４％Ｎ_２７６．４％で、ガス比熱は０．３７６、重油＋エタノールはＣＯ_２１１．６％、Ｈ_２Ｏ１３．８％、Ｏ_２０．８％、Ｎ_２７３．７％（エタノール添加では特に空気を入れないので重油燃焼の時の残留Ｏ_２６．４％を消費するのでＯ_２は０．８％に下がった。）ガス比熱０．３８７，重油＋エタノール３０容量％水溶液のガス分析値はＣＯ_２１０．３％、Ｈ_２Ｏ２３．８％、Ｏ_２０．７％、Ｎ_２６５．２％でＨ_２Ｏの比率が高く、ガス比熱は０．３９６と高くなった。この数値から熱処理における熱量を計算すると、重油のみで２５５８０ｋｃａｌ／Ｈ、重油＋純エタノールでは３２９４０ｋｃａｌ／Ｈ、重油＋エタノール３０容量％水溶液では４０５９０ｋｃａｌ／Ｈとなった。
したがって、重油＋エタノール３０容量％水溶液の熱量は重油＋同量の純エタノールに比べ２３％増となった。
これを図示すると図５に示すとおりである。図５の結果から、エタノール３０容量％水溶液を添加した場合、４０５９０ｋｃａｌ／Ｈであるのに対して、純エタノールのみを添加した場合は３２９４０ｋｃａｌ／Ｈであって、その差（４０５９０−３２９４０＝７６５０ｋｃａｌ／Ｈ）である７６５０ｋｃａｌ／Ｈのエネルギーが純増したことが理解される。
本実施例の以上の説明及び図５から理解できるように、本実施例で得られた高温ガス（約９００〜１１００℃）は、Ｈ_２Ｏ（水）を多量（２３．８％）に含有しており、これは高温の過熱水蒸気でもある。
よって、本願発明によれば、簡易な手段で高温の過熱水蒸気を大量に製造することができる。

前記の実施例２と同様にして、メタノール３０容量％水溶液と同量の純メタノールについて試験をした。
試験結果を図６に示す。
図１に示す装置を用いて、第１バーナ２よりＡ重油６．６Ｌ／Ｈを燃焼室１内に噴霧して加熱した。１時間加熱すると、燃焼理室出口連通部通路の温度計Ｔ２は８００℃に達し、ほぼ安定状態になったので、第２バーナ３よりメタノール３０容量％水溶液１５．２Ｌ／Ｈ（純メタノール４．６Ｌ／Ｈ、水１０．６Ｌ／Ｈ）を噴霧したところ、２０分後に燃焼室出口連通部Ｔ２で１４０℃上がり、９４０℃、熱処理室Ｔ３で６３０℃から７６０℃に１３０℃上がった。
一方、比較例として、純メタノール４．６Ｌ／Ｈを第２バーナ３から噴霧したところ、燃焼室出口連通部通路の温度計Ｔ２は８００℃からメタノール３０容量％水溶液と同じ１４０℃上がり、９４０℃に達したが、熱処理室温度計Ｔ３は６３０℃から７２０℃に上がるに止まった。
ここで、発電ボイラ、燃焼炉等で熱利用は熱処理室の温度と流量（熱流量）で決まるので、熱処理室における熱量はメタノール３０容量％水溶液を添加した場合は、同量の純メタノールを添加した場合に比較して、計算上約１９％増となった。
図７はその説明図である。
図７の結果から、メタノール３０容量％水溶液を添加した場合、３７６２０ｋｃａｌ／Ｈであって、その差（３７６２０−３１６４０＝５９８０ｋｃａｌ）である５９８０ｋｃａｌ／Ｈのエネルギーの純増となることが理解される。
上記のごとく、エタノール３０容量％水溶液では２３％の熱量アップ（実施例２）を得たが、メタノール３０容量％水溶液では１９％の熱量アップ（実施例３）に止まった。しかし最適条件で実施すれば２０％以上の熱量アップが充分望めると思われる。
本実施例においても、通路３０１及び熱処理室２０１内の高温のガスは、高温の水蒸気を多量に含む高温の過熱水蒸気であった。

図１の装置にて、まず重油６．６Ｌ／Ｈを噴霧して、燃焼室を加熱した。
温度計Ｔ１は燃焼室中央、温度計Ｔ２は燃焼室出口、温度計Ｔ３は熱処理室出口付近の温度を測定した。熱処理室は多目的の利用が考えられる場所で、発電、ボイラー、焼却炉等の利用が予定される。したがって、温度計Ｔ３の温度が高い程、熱効率は上がるはずである。
重油６．６Ｌ／Ｈで加熱後、メタノール３０容量％水溶液２１Ｌ／Ｈを噴霧した。
温度計Ｔ２は９６０℃から１０８０℃に１２０℃上昇、温度計Ｔ３は８００℃から９００℃に１００℃上昇した。以上は図８に示すとおりである。

本実施例も実施例１と同じ装置（図１）で行った。まず燃焼室の予熱としてＡ重油６．６Ｌ／Ｈで今回は重油での予熱時間は３０分をとり、温度計Ｔ２及びＴ３の温度がほぼ安定した時点で、メタノール３０容量％水溶液を２５Ｌ／Ｈ噴霧した。
温度計Ｔ２は９６５℃から１１００℃と１３５℃上がり、温度計Ｔ３も８１０℃から９４０℃まで１３０℃上昇となった。メタノール３０容量％水溶液の噴射量は実施例４では２１Ｌ／Ｈ、実施例５では２５Ｌ／Ｈの差があるので温度計Ｔ３の上昇も実施例４：９００℃（＋１００℃）、実施例５：９４０℃（＋１３０℃）と差が開いた。以上は図９に示すとおりである。

図１の装置にて、第１バーナ２より、Ａ重油６．６Ｌ／Ｈを噴霧して、燃焼室１内部を７００℃以上に加熱した後、第２バーナ３よりエタノール３０容量％水溶液を１５．２Ｌ／Ｈで噴霧した（エタノール４．６Ｌ＋水１０６Ｌ）。
温度計Ｔ２は７８０℃から１０００℃へ２２０℃急上昇、温度計Ｔ３は６３０℃から８２０℃へ１９０℃上昇した。８分後Ａ重油を６．６→５．１Ｌ／Ｈへと２３％減少させたので、温度計Ｔ２はエタノール添加前の水準に戻ったが、温度計Ｔ３は７０℃下がり７３０℃となったが、まだエタノール添加前の水準より１１０℃高い水準であった。以上は図１０に示すとおりである。

実施例６と同じ条件で試験を行い、再現性を調べた。まず、燃焼室を７００℃以上に加熱するために第１バーナでＡ重油６．６Ｌ／Ｈを噴霧して燃焼室の温度を上げた。
約４０分後、温度計Ｔ２は８００℃、温度計Ｔ３は６４０℃を示した。そこで、エタノール３０容量％水溶液１５．２Ｌ／Ｈを噴霧した。
温度計Ｔ２は９８０℃と１８０℃上がり、温度計Ｔ３は８００℃と１６０℃上昇した。
２０分後、パイロットのＡ重油を６．６Ｌ／Ｈから２２％減の５．１Ｌ／Ｈに落とした。
燃焼室出口の温度計Ｔ２は９８０℃から８２０℃に１６０℃下がったが、熱処理室出口温度計Ｔ３は８００℃から７３０℃に７０℃下がったに止まった。（当初のＡ重油のみの温度６４０℃に対し、まだ９０℃の差がある）。以上は図１１に示すとおりである。
この方式の熱利用は熱処理室の熱量によって決まるので、Ａ重油の量は更に２２％減、全体で４４％減が可能と考えられる。

メタノール３０容量％水溶液添加量を変えた試験である。
実施例４では２１Ｌ／Ｈ、実施例５では２５Ｌ／Ｈであったが、実施例８では１０．６Ｌ／Ｈ添加した。
したがって、本実施例では温度計Ｔ２は８００℃から９３５℃へと、１３５℃の上昇、温度計Ｔ３は６２５℃から７４５℃へと、１２５℃の小幅上昇であった。
その後、Ａ重油を６．６Ｌ／Ｈから１７％減の５．５Ｌ／Ｈに落としたが、利用できる熱量を決める温度計Ｔ３の温度は５５℃下がり、６９５℃となったが、当初のＡ重油６．６Ｌ／Ｈの時の温度６２５℃に比べ、まだ７０℃の開きがあった。以上は図１２に示すとおりである。
このことから、Ａ重油は更に１７％減、合計３４％減が可能と考えられる。

本実施例は、メタノール系廃水（メタノール４０容量％含有廃水、その他若干のアミン、ホルマリン等を含有）を添加して試験を行った例である。
先ず、燃焼室１に第１バーナ２よりＡ重油５．７Ｌ／Ｈを噴霧・燃焼して、約７０分加熱した。
燃焼室温度計Ｔ１が１０５０℃、燃焼室出口の温度計Ｔ２が７５０℃となった時点で、第２バーナ３より前記メタノール系廃水を１１．４Ｌ／Ｈで添加して燃焼させたところ、１０分後に温度が約２００℃上昇し、廃水噴霧３０分後には温度計Ｔ２は７５０℃から９８０℃に、２３０℃上昇した。以上は図１３に示すとおりである。
また、熱機関として使用できる熱処理室温度は６００℃から７６０℃に、１６０℃上昇した。これにより、メタノール系有機廃水を本願発明に使用できることが確認された。
従来、メタノール含有率４０容量％程度の廃水は、そのままでは燃焼しないので、廃棄物として廃棄物処理業者に有料で引き取ってもらっていたが、本願発明によればそれが燃料として十分に活用でき、かつ有料で廃棄物処理業者に引き取らせる費用も不要となった。
以上の実施例４〜９においても、通路３０１及び熱処理室２０１内の高温ガスは、水蒸気を多量に含む高温の過熱水蒸気であった。

１：燃焼室
２：第１バーナ
３：第２バーナ
４、５：耐熱反射体
１０１：燃焼室壁体
２０１：熱処理室
３０１：通路
Ｔ１〜Ｔ３：温度計

Claims

燃焼室内において、（１）第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室温度を７００℃以上の高温に加熱する工程と、（２）次いで第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温する工程とからなることを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
（１）燃焼室内において、第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内温度を７００℃以上の高温に加熱する工程と、（２）次いで燃焼室内において、第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温する工程と、（３）さらに前記燃焼室に連通して設けられた熱処理室内において、前記燃焼室から導入された燃焼ガスを完全燃焼させて高温に昇温することを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
（１）燃焼室内において、第１バーナにより燃料を噴霧燃焼して、燃焼室内に配設された耐熱反射体を７００℃以上に加熱する工程と、（２）次いで燃焼室内において、第２バーナにより有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、かつ前記加熱した耐熱反射体表面に衝突させて、室内温度を更に高温に昇温する工程とからなることを特徴とする前記１又は２に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
耐熱反射体が多数の透通孔を備えた、金属製又はセラミック製のものであることを特徴とする前記３に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
有機化合物水溶液の有機化合物が、沸点が１００℃以下で水溶性のものであることを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
有機化合物水溶液の有機化合物が、水に溶解するアルコール類、有機酸類、アルデヒト類、又はケトン類から選択されるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
有機化合物水溶液が、エタノール又はメタノールを１０〜５０容量％含むアルコール水溶液であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
第１バーナにより燃料を噴霧される燃料が、灯油、軽油等の石油類、アルコール等の有機溶媒、都市ガス、ＬＰＧ、天然ガス、水素ガス又はブラウンガスから選択されるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前記１〜７のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
有機化合物水溶液が、ダイオキシン、ＰＣＢなどのベンゼン環を骨格構造とする難分解性有害物を含み、それら有害物のベンゼン環が燃焼室内において分解されて無害化されることを特徴とする前記１〜８のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
前記１〜９に記載の方法を採用して、高温の過熱水蒸気を製造する方法。
（１）燃焼室と、（２）それに取り付けられた室内に燃料を噴霧して燃焼して室内温度を７００℃以上の高温にするための第１バーナと、（３）第１バーナに隣接して取り付けられ、有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温するための第２バーナとを備えてなることを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
（１）燃焼室と、（２）それに取り付けられた室内に燃料を噴霧して燃焼して室内温度を７００℃以上の高温にするための第１バーナと、（３）第１バーナに隣接して取り付けられ、有機化合物水溶液を前記第１バーナによる高温燃焼ガス中に噴霧して混合・燃焼させ、室内温度を更に高温に昇温するための第２バーナと、（４）前記燃焼室に連通して設けられた熱処理室とからなることを特徴とする燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
燃焼室と熱処理室の連通手段が、燃焼室の出口と熱処理室の入口との間に介設された縮径した通路であることを特徴とする前記１１に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
燃焼室内に耐熱反射体が配設されてなることを特徴とする前記１１〜１３のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
耐熱反射体が多数の透通孔を備えた、金属製又はセラミック製のものであることを特徴とする前記１３に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
沸点が１００℃以下で水溶性のものであることを特徴とする前記１０〜１４のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼方法。
第２バーナから噴霧される有機化合物水溶液が、エタノール又はメタノールを１０〜５０容量％含むアルコール水溶液であることを特徴とする前記１０〜１５のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
第１バーナにより燃料を噴霧される燃料が、灯油、軽油等の石油類、アルコール等の有機溶媒、都市ガス、ＬＰＧ、天然ガス、水素ガス又はブラウンガスから選択されるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする前記１０〜１６のいずれか１項に記載の燃料と有機化合物水溶液を使用する高温燃焼装置。
前記１１〜１８のいずれか１項に記載の装置を用いる過熱水蒸気製造装置。