WO1999042762A1

WO1999042762A1 - Procede de combustion dans un dispositif de combustion

Info

Publication number: WO1999042762A1
Application number: PCT/JP1999/000608
Authority: WO
Inventors: Taizo Nagahiro
Original assignee: Ueno, Sinji
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 1999-08-26
Also published as: JPH11237006A; EP0976978A4; EP0976978A1

Description

明細書燃焼装置における燃焼方法技術分野

本発明は、強制送風式、あるいは自己吸気式のボイラーやストーブ、あるいは焼却炉などの燃焼装置における燃焼方法に関するものである。背景技術

従来、燃焼装置での燃焼では、特に始動時に安定した完全燃焼が得られず、そのため煙や一酸化炭素ガスの発生やダイォキシン等の有害な大気汚染物質の発生を防ぐことが困難であつた。特に有害な大気汚染物質の発生を防ぐことは重要である。

従来、競争用自動車の高速エンジン、あるいは超音速戦闘機のジヱットェンジン等の内燃機関では、燃料の節約、あるいは極限のスピードを達成させる等の目的で、燃料に水を予備混合、あるいは燃焼室内に水を噴射させる技術手段を用いることが知られている。

一方、外燃機関、すなわち燃焼装置の代表である重油ボイラー等においては、重油の液状化、および煤塵（黒煙）防止の目的で、加圧熱水、あるいは水蒸気を重油に予備混合、および、あるいは火炎中に直接噴射させて、完全燃焼を促進させることが知られている。

しかしながら、前述の従来の技術手段である、水、あるいは水蒸気を燃焼に予備混合、あるいは装置内に噴射して完全燃焼を促進させる方法は、始動時に装置内の温度が充分に上昇するまでに時間を要し、その間水分子の熱解離による活性基酸の活性ラジカル類の安定した生成が期待できなかった。

このように、従来の技術手段は、燃焼の始動時での安定性、すなわち燃焼の初期に、水、あるいは水蒸気を燃料に予備混合、あるいは装置内に噴射するタイミングゃ量の制御面での困難な問題が多々あり、特に装置内部の昇温期間において、煤煙等の有害な大気汚染物質の排出は不可避であった。本発明は、燃焼装置の始動時においても、比較的容易に、安定した完全燃焼の制御が可能で、煤煙や一酸化炭素ガス、あるいはダイォキシン類などの有害な大気汚染物質を排出しない燃焼方法を提供することにある。発明の開示

本発明の燃焼方法は、燃焼装置における燃焼の際や燃料と共に廃棄物を燃焼させる際に、空気の供給に加えて過酸化水素水を混合させて燃焼させることを特徴とするもので、これにより完全燃焼を促進させるもので、特に始動時においても安定した燃焼を可能にし、一酸化炭素や有害な大気汚染物質の排出を防止するようにしたものである。

本発明は、燃焼装置の始動時において、まだ装置内部が、水分子を熱解離させるのに充分な高温度になつていない状態において、燃焼の連鎖反応を強制的に促進させるための手段として、過酸化水素水を燃焼部に供給したところ、燃焼部の温度が飛躍的に上昇し、完全燃焼が助長される現象を発見したことにもとづくものである。

この現象は、燃焼部に供給された過酸化水素が、まず先に比較的低い温度下で解離し活性基酸素原子、いわゆる活性酸素ラジカルを放出して、燃焼部での燃焼の連鎖反応を助長すると共に、水分子の解離を誘発して、活性基酸素原子ゃ活性基水素原子等の活性ラジカル類を生成させる。続いてそれらの活性ラジカル類、燃焼部に存在している炭素や水素や炭化水素水などの可燃性物質と複雑に結合し合う結果、種々の活性ラジカル類が連鎖的に生成され、燃焼部での燃焼が非常な高温状態で、又瞬時に促進されて、完全燃焼に至るためと推測される。

本発明の方法において用いられる助燃剤としての過酸化水素水として水で希釈された濃度が 0. 0 1重量％乃至 1 0重量％が好ましく、更に 0. 0 1重量％乃至 1重量％であること力一層望ましい。

又、本発明装置に供給される過酸化水素水の供給量としては、燃料供給量の 5重量％乃至 1 4 0重量％、好ましくは 2 0重量％乃至 7 0重量％である。図面の簡単な説明第 1図は燃焼実験で用いた燃焼炉の構成を示す図、第 2図は前記燃焼炉中の燃焼部の拡大図、第 3図は前記燃焼炉の噴射装置の構成を示す図、第 4図は前記燃焼炉の気化器の構成を示す拡大図である。発明を実施するための最良の形態

次に本発明の燃焼方法について、従来の燃焼方法と比較の上で実施例にもとづいて説明する。

まず本発明の実施例として、燃焼方法による燃焼実験に用いた燃焼装置について図面により説明する。

第 1図は、燃焼炉全体の構成を示す図で、 1は燃焼炉、 2は燃焼部、 3は燃料である灯油の噴射装置で気化器 4に接続している。 5は過酸化水素水噴射装置で気化器 6に接続している。 7は燃料噴射用ノズル、 8は過酸化水素水噴射用ノズル、 9は燃焼試験の際に固形可燃物を燃焼炉内におくためのトレイで、 1 0メッシュのステンレス製の網を 2枚重ねてある。 1 0はトレイ 9上に設けられた固形可燃物を投入するための燃焼菴である。又 1 1は燃焼炉壁面に形成された靦き窓、 1 2はヒンジ 1 3により開閉可能に取り付けられた蓋である。

第 2図は燃焼部 2を拡大して示した図で、 1 4、 1 5は夫々燃料噴射用ノズルおよび過酸化水素水噴射用ノズルを挿入する孔、 1 6は整流素子である。

第 3図は噴射装置の構成を示す図である。この噴射装置は、燃料である灯油と助燃剤である過酸化水素を燃焼装置へ効率よく送るもので、（A) が燃料噴射用、（B) が助燃剤噴射用である。

これら燃料噴射用噴射装置と助燃剤噴射用噴射装置とは実質上同じ構成であるので、したがって図面には同じ部品につ、ては同じ符号を用、て示してある。

第 3図において 2 1は灯油又は過酸化水素水を貯蔵するための内容積 4リットルのポリエチレン製の容器、 2 2はその上蓋、 2 3は各々直径 3 mmの空気導入孔 2 4が形成されており、吸引される空気の清浄フィルタ一として空気導入孔 2 4は平均開孔径 5 mのポリエステル繊維よりなる不織布、 2 5は灯油又は過酸化水素水の導出管である。容器 2 1と蓋 2 2の間には、各々の気密を保っために 0リングが挿入されている。灯油容器を 1組また 5種類の各濃度の過酸化水素水容器を 5組、および水のみの容器を 1組作製し、準備した。 2 6は、灯油容器又は過酸化水素水容器より、各々灯油および過酸化水素水をポンプへ供給するための導管、 2 7は灯油又は過酸化水素水を吸引、圧送するためのポンプであり、ポンプ 2 7の各々の吐出側には、その流れを吸入側へバイパスするためのバイパスライン 2 8力設置されており、又その途中には、バイパス流量を調節するためのニードル弁 2 9が設置されている。ポンプ 2 7の吐出側は、導管 3 0を経て流量計 3 1へ、さらに導管 3 2を経て気化器 3 3へ、更に導管 3 4を経て噴射ノズル 3 5へ接続されている。

第 4図は、気化器 3 3の具体的構造を拡大して示した図である。第 4図において、 5 1は気化器本体で、その上端、下端にはフランジ 5 2が熔接されており、盲フランジ 5 3に耐熱パッキン 5 4を装着し、ボルトナツト 5 5で固定し、取り付けられる構造となっている。また胴体の中央部には温度センサー揷入用の保護管 5 6が水平方向に熔接されており、気化器内の中心部の温度が測定できるようになつている。気化器内部には細いリボン状の切削屑 5 7が充填されており、本体の下部には液体供給口 5 8が、上部には気化したガスの排出口 5 9が各々設置されている。本体外部の胴体には二つ割りの円筒型バンドヒーター 6 0 が固定されており、その表面は耐熱保温材 6 1で覆われている。保護管 5 6には、熱電対 6 2が温度センサーとして挿入されており、充填剤 5 7の中心部の温度を一定に保っため、電子式自動電力調節器 6 3にバンドヒーター 6 0、および熱電対 6 2の各々のリード線を接続してある。

本発明の実施例として、前述の第 2図で示した燃焼炉を灯油燃焼装置として使用し、過酸化水素水が燃焼に与える影響を確認するための燃焼試験を行なつた。まず、燃焼試験の前に、安全のため灯油の全ラインの空気を窒素ガスでバージを行ない、前述の第 4図で示した 2組の気化器に接続されている電子式自動電力調節器 6 3を、温度が 5 0 0で、制限電流が 5 Aとなるように設定し、気化器中心部が所定の 5 0 0 °Cで安定するように予熱を行なつた。また、第 3図で示した燃料および過酸化水素水噴射用のポンプにつ、ている各々のダイヤフラム調整ノブを回して、吐出流量が毎分 5 0ミリリットルになるように目盛を合わせた。まず第 3図の（A) に示す燃焼噴射用噴射装置において、灯油バイパスライン 2 8のバイパス弁 2 9を全開にした状態で、灯油ポンプ 2 7を起動し、バイパス弁 2 9を徐々に閉じながら、前述の第 2図に示す燃焼部の整流素子 1 6のハネカム上部より放出される、ガス化された灯油ガスに着火し、火炎の安定を確認しながら、燃料噴射装置の灯油流量計 3 3の読みが毎分 3 0ミリリットルになるようにパイパス弁 2 9を調整した。

次に、第 3図（B ) に示す過酸化水素水噴射用噴射装置において過酸化水素水バイパスライン 2 8のバイパス弁 2 9を全開にした状態で、、過酸化水素水ポンプ 2 7を起動し、バイパス弁 2 9を徐々に閉じながら、過酸化水素水流量計

3 3の読みをが毎分 3 0ミリリットルになるように調節して、、目視による燃焼排気ガス中の臭気や煤煙の有無等の火炎の様子の変化の観察、および火炎中央部の燃焼温度の測定を行なつた。

同時に燃焼排気ガス中の一酸化炭素ガスの濃度分析を行ない、灯油燃料への過酸化水素水の混合比率による、完全燃焼の度合いの変化を観察した。なお助燃剤として供給される過酸化水素水は、前述の第 3図における 5種類の濃度の過酸化水素水が充填されているポリエチレン容器 2 1を 5組準備し、各々を付け替えて燃焼試験を行なった。なお比較例として、水のみが充填されているポリェチレン容器を 1組準備し、水のみを供給した時、および灯油のみでの燃焼させた場合の 2例の比較試験を行なった。

試験結果を下記の表 1に示す。表 1

実施例比較例

A 0. 001 0. 01 0. 1 1. 0 10. 0 20. 0 水のみ全てなし

B 77 56 42 25 18 15 290 1260

D 1 1180 1250 1260 1420 1530 1560 1060 750

D 2 無 4 ¾πRιΐ 無無無有

D 3 due 無 m 無 m 無臭気僅か灯油臭気表 1において（A) は供給過酸化水素水濃度（w t %) 、 (B) は排ガス中の一酸化炭素（p p m) (D l ) 、（D 2 ) 、（D 3 ) は夫々観察結果で D 1は火炎の温度測定値、 D 2は排ガス中の煤の有無、 D 3は排ガスの臭気である。表 1に示すように排ガス中の一酸ィヒ炭素の量は、水のみ噴射した時又は全く噴射しない時に比べて極めて少ない。又火炎の温度は、本発明の方法によれば、比較例に比べて高くなつている。

この表 1から明らかなように一酸化炭素量および火炎温度は、過酸化水素水の温度が高ければ高い程、一酸化炭素の発生量が少なく火炎温度が高い。しかし、過酸化水素水の濃度があまり高くてもその効果の増大傾向が少なくなり、一方過酸化水素水の使用量が大になりコスト面では好ましくない。

これらのことを考慮すると、過酸化水素水の濃度は 0. 0 1〜1 0. 0重量 %が好ま、。過酸化水素水の濃度が 0 . 0 1重量％ょりも小であると表 1からもわかるように排ガス中の一酸化炭素の量を低く抑える点からやや不満足である。又過酸化水素水の濃度が 1 0. 0重量％以上になってもその供給量の増加の割には排ガス中の一酸ィヒ炭素の量の減少の割合が少なく、過酸化水素水の濃度を

1 0. 0重量％以上にあげてもあまり効果が犬になることはなく、逆にコスト高になる。

本発明の実施例 2として、第 1図で示した燃焼装置を使用し、過酸化水素水が燃焼に与える影響を確認するための燃焼試験を行なった。

この実施例 2は、固形可燃物を燃料を噴射して燃焼させる時の実験である。まず、第 1図におけるトレィ 1 0を燃焼炉内に固定し、その上に固形可燃物として、前述の予め準備してある塩化ビニール樹脂ボトルおよびぺット樹脂ボトルの粉砕混合屑を 3 0 0グラムを置いた。次に、前述の実施例 1と全く同様の操作を行ない、第 2図で示した燃焼部の整流素子 1 6のハネカム上部より放出されるガス化された灯油ガスに着火し、火炎の安定を確認しながら、第 3図（A) で示した灯油噴射装置の灯油流量計 3 1の読みが毎分 3 0ミリリットルになるように、バイパス弁 2 9を調整した。

同時に、前述の第 2図で示した燃焼竜 1 0内に置かれている固形可燃物への着火を確認した上で、前述の第 3図（B) で示した過酸化水素水噴射装置の過酸化水素水バイパスラインのバイパス弁 2 9を全開にした状態で、過酸化水素水ポンプ 2 7を起動し、バイパス弁 2 9を徐々に閉じながら、目視による燃焼部の火炎の様子の変化に注意して、灯油バイパス弁 2 9を全開にし、灯油ポンプ 2 7を停止させ、灯油の供給を停止した。

この状態で、前述の第 2図で示したトレィ 1 0の上に置かれている固形可燃物が安定して燃焼していることを確認した上で、前述の第 3図で示した過酸化水素水パイパス弁 2 9を再度全開にした後、再度徐々にバイパス弁 2 9を閉じながら、過酸化水素水流量計 3 1の読みが毎分 3 0ミリリットルになるように調整し、、目視による燃焼排気ガス中の臭気や煤煙の有無などの火炎の様子の変化の観察、および火炎中央部の燃焼温度の測定を行なつた。

同時に燃焼排気ガス中の一酸化炭素ガス、およびダイォキシン類の濃度分析を行ない、塩化ビニール樹脂を含んだプラスチック再生屑への過酸化水素水の混合比率による、完全燃焼の度合いの変化を観察した。なお助燃剤として供給される過酸化水素水は、前述の第 3図における 5種類の濃度の過酸化水素水が充填されているポリエチレン容器 2 1を 5組準備し、各々を付け替えて燃焼試験を行なつた。なお比較例として、水のみが充填されているポリェチレン容器を 1組準備し、水のみを供給したとき、およびプラスチック再生屑のみでの燃焼させた場合の 2例の比較試験を行なつた。

試験結果を下記の表 2に示す。表 2

実施例比較例

A 0. 001 0. 01 0. 1 1. 0 10. 0 20. 0 水のみ全てなし

B 158 98 45 36 27 25 1320 2550

C 24 5. 1 1. 4 0. 4 0. 6 0. 5 63 1880

D 1 1100 1220 1310 1350 1430 1470 950 670 D 2 無無無 m 有

D 3 臭気僅か、無無無無塩酸臭気表 2において Cは排出ガスのうちの量を示し、又 A、 B、 D l、 D 2、 D 3 は表 2と同じである。

この表 2から、過酸化水素水の濃度は 0. 0 1〜 1 0. 0重量⁰ /₀であることが望ましい。つまり、一酸化炭素の発生量から、上記範囲が望ましいことは表 1 にお、て述べたのと同じである。又表 2に示すように過酸化水素水の濃度が大であればある程、ダイォキシンの発生量は減少する。そして前記濃度が 0 . 0 1重量％を超えるとダイォキシンの発生量は急激に減少する。しかし、過酸化水素水の濃度が 1 0 . 0重量％を超えるとその濃度の増大に伴うダイォキシンの発生量の減少傾向はあまり変わらなくなり、濃度の増大に伴う効果の増大はほとんどみられなくなる。逆に、前述のように過酸化水素水のコストの点からは好ましくない。したがって、表 2からも過酸化水素水の濃度は 0 . 0 1〜1 0 . 0重量％であることが望ましい。

以上の実施例 1および実施例 2における過酸化水素水の燃料に対する供給の割合は、約 5 9 %である。この割合は、 4 %乃至 1 4 0 %であることが好ましい。もし前記割合が 4 %以下の場合、本発明での効果が十分得られない。又 1 4 0 %を超えて前述のように希釈された過酸化水素水の分量が多くそれに含まれる水分量が多くなりすぎるために燃焼し得ないことがおこり得る。

又、前記過酸ィヒ水素水の燃料に対する供給割合は、 2 0重量％乃至 7 0重量

%の範囲内であれば最も望ましい。もし 2 0 %重量％以下の場合、一定の効果は得られるものの若干不十分である。又 7 0重量％を超えると、水分量が大になり好ましくない。産業上の利用可能性

本発明の燃焼方法によれば、強制送風式あるいは自己吸気式のボイラーゃストーブ、あるいは焼却炉等の燃焼装置において、燃焼中の火炎に過酸化水素水を供給することにより不完全燃焼による煤塵や一酸化炭素ガスやダイォキシン等の有害物質の排出を避けることができ、燃焼始動時においても安定した燃焼の制御が可能である。

Claims

請求の範囲

1 - 燃焼装置において燃料と廃棄物を燃焼させる際に空気の供給に加えて過酸化水素水を混合して燃焼させることを特徴とする燃焼方法。

2 . 前記供給する過酸化水素水の濃度が 1 0 . 0重量％以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の燃焼方法。

3 . 前記過酸化水素水の濃度が 0 . 0 1〜1 0 . 0重量％であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の燃焼方法。

4 . 前記過酸化水素水を火炎中に噴霧させることを特徴とする請求の範囲第 1 項、第 2項又は第 3項記載の燃焼方法。

5 . 水で希釈された過酸化水素水の燃料に対する供給割合が、燃料供給量の 5 重量％乃至 1 4 0重量％であることを特徴とする請求の範囲第 1項、第 2項、第 3項又は第 4項記載の燃焼方法。

6 . 水で希釈された過酸化水素水の燃料に対する供給割合が、燃料供給量の 2 0乃至 7 0重量％であることを特徴とする請求の範囲第 1項、第 2項、第 3項又は第 4項記載の燃焼方法。