WO2012002362A1 - バーナの燃焼方法 - Google Patents

バーナの燃焼方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012002362A1
WO2012002362A1 PCT/JP2011/064757 JP2011064757W WO2012002362A1 WO 2012002362 A1 WO2012002362 A1 WO 2012002362A1 JP 2011064757 W JP2011064757 W JP 2011064757W WO 2012002362 A1 WO2012002362 A1 WO 2012002362A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
burner
oxygen
periodic change
burners
vibration state
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/064757
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康之 山本
公夫 飯野
義之 萩原
智之 羽路
Original Assignee
大陽日酸株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陽日酸株式会社 filed Critical 大陽日酸株式会社
Priority to ES11800826T priority Critical patent/ES2729938T3/es
Priority to EP11800826.7A priority patent/EP2589865B1/en
Priority to CN201180030058.5A priority patent/CN102959330B/zh
Priority to US13/805,836 priority patent/US9581332B2/en
Priority to KR1020127033342A priority patent/KR101778706B1/ko
Publication of WO2012002362A1 publication Critical patent/WO2012002362A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/28—Disposition of burners to obtain flames in opposing directions, e.g. impacting flames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2205/00—Pulsating combustion
    • F23C2205/10—Pulsating combustion with pulsating fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2205/00—Pulsating combustion
    • F23C2205/20—Pulsating combustion with pulsating oxidant supply

Definitions

  • the present invention relates to a burner combustion method.
  • NO X reduction method technique related to generation control is important, exhaust gas recirculation, lean burn, thick and thin fuel combustion, such as staged combustion and the like, are widely used up to the consumer from the industrial.
  • Patent Document 7 discloses a method for reducing nitrogen oxides using pulsating combustion, that is, so-called forced vibration combustion when pure oxygen is used as an oxidant, and an apparatus for carrying out the method. It is disclosed.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a combustion method and apparatus for a burner that is practically valuable and exhibits a significant NO x reduction effect as compared with the prior art.
  • the present inventors have been working intensively on the development of the NO X reduction method practically valuable.
  • at least one of the flow rate of the fuel fluid or the flow rate of the oxidant fluid supplied to the burner is caused to change periodically, and at the same time, the oxygen concentration in the oxidant fluid is changed periodically, thereby causing forced vibration combustion.
  • the first aspect of the present invention is a burner combustion method in which two or more burners are installed facing each other and burned in a furnace, At least one of the flow rates of the fuel fluid or the oxidant fluid supplied to each burner is changed periodically, and the oxygen concentration in the oxidant fluid is changed periodically to change the supply oxygen amount to the theoretical required oxygen.
  • the oxygen ratio divided by the amount is periodically changed, and the burner is burned in a periodic vibration state, Regarding the periodic change of the vibration state of the burner, a phase difference is provided between the periodic change of the vibration state of at least one burner and the periodic change of the vibration state of another burner. is there.
  • the frequency of the periodic change in the oxygen ratio is preferably 20 Hz or less.
  • the frequency of the periodic change in the oxygen ratio is preferably 0.02 Hz or more.
  • the difference between the upper limit and the lower limit of the oxygen ratio that periodically changes is preferably 0.2 or more, and the average value of the oxygen ratio in one cycle is preferably 1.0 or more.
  • At least one of the periodic change of the oxygen ratio or the periodic change of the oxygen concentration is combusted in all the burners.
  • the phase difference of the periodic change of the vibration state between the burners arranged facing each other is ⁇ .
  • the first aspect is burned using a burner array composed of one or more burners
  • Two or more burner arrays are arranged on the side wall of the furnace, It is preferable that the phase difference between the periodic change of the vibration state of the burner constituting each burner array and the periodic change of the vibration state of the burner constituting the burner array arranged adjacent to the burner array is ⁇ .
  • the first aspect is burned using a burner array composed of one or more burners
  • the side walls of the furnace are opposed, and n sets of burner arrays are arranged on one side wall
  • the phase difference between the periodic change of the vibration state of the burner constituting each burner array and the periodic change of the vibration state of the burner constituting the burner array arranged adjacent to the burner array is preferably 2 ⁇ / n. .
  • the furnace pressure can be kept constant by providing a phase difference between a periodic change in the vibration state of at least one burner and a periodic change in the vibration state of another burner. preferable.
  • a second aspect of the present invention is a burner combustion apparatus for installing and burning two or more burners facing each other in a furnace, At least one of the flow rates of the fuel fluid or the oxidant fluid supplied to each burner is changed periodically, and the oxygen concentration in the oxidant fluid is changed periodically to change the supply oxygen amount to the theoretical required oxygen. The oxygen ratio divided by the amount is periodically changed, and the burner is burned in a periodic vibration state,
  • a burner combustion apparatus characterized by providing a phase difference between the periodic change of the vibration state of at least one burner and the periodic change of the vibration state of another burner with respect to the periodic change of the vibration state of the burner. is there.
  • the combustion device includes a fuel supply pipe for supplying the fuel, an oxygen supply pipe for supplying oxygen, and an air supply pipe for supplying air, and the oxidant is supplied by the supplied oxygen and air. Formed, It is preferable that the combustion device includes a forced vibration unit that forcibly vibrates the flow of fuel, oxygen, and air supplied to each of the pipes.
  • the combustion device includes a control system that changes a flow rate of the fuel fluid or the oxidant fluid or a period of the forced vibration based on data detected by the detector.
  • the NO X can be obtained combustion method which can significantly and reliably reduced.
  • the present invention can be applied not only to designing a new heating furnace but also to a combustion burner in an existing heating furnace.
  • FIG. 1 is a plan view showing a furnace according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a burner supply pipe used in the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3A and 3B are plan views showing the furnace of the first embodiment of the present invention.
  • 4 (a) and 4 (b) are plan views showing a furnace according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a furnace according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing a furnace according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a furnace according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a graph showing the relationship between the frequency and the NO X concentration in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between frequency and CO concentration in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the oxygen ratio and the NO x concentration in one example of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the oxygen ratio and the CO concentration in one example of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view showing the combustion apparatus of the present invention.
  • the combustion apparatus used in the first embodiment of the present invention includes a furnace 1, a burner 2 that forms a combustion flame 3 in the furnace 1, and a fuel fluid and an oxidation in the burner 2. It has a configuration including various pipes 5, 6, 7, and 8 that supply the agent fluid.
  • the furnace 1 may be a heating furnace or a melting furnace, and includes a side wall 1 a and a side wall 1 b that extend in the longitudinal direction and are arranged to face each other.
  • the side wall 1a is provided with a plurality of burners 2a
  • the side wall 1b is also provided with a plurality of burners 2b.
  • the furnace 1 has a so-called side burner type structure in which the burners 2a and 2b for forming the combustion flames 3a and 3b are provided on both side walls 1a and 1b in the longitudinal direction.
  • the number of burners 2a provided on the side wall 1a and the number of burners 2b provided on the side wall 1b are the same, but they may be different.
  • Each burner 2a, 2b is arranged so as to form combustion flames 3a, 3b from the provided side wall 1a or side wall 1b toward the opposite side wall 1b or side wall 1a. That is, the burner 2a forms the combustion flame 3a toward the side wall 1b, and the burner 2b forms the combustion flame 3b toward the side wall 1a.
  • the combustion flame 3 a of the burner 2 a and the combustion flame 3 b of the burner 2 b are alternately arranged in the furnace 1 to form the combustion flame 3.
  • each burner 2 burns in a periodic vibration state (forced vibration combustion).
  • the vibration state is controlled by a burner array unit composed of one or more burners 2.
  • the burner array 14a is formed by all the burners 2a provided on the side wall 1a, and the vibration states of the burners 2a are all controlled in the same manner.
  • the burner array 14b is formed by all the burners 2b provided in the side wall 1b, and all the vibration states of the burners 2b are similarly controlled. The combustion of each burner 2 will be described later.
  • each burner 2 is connected to a fuel supply pipe 5 for supplying a fuel fluid and an oxidant supply pipe 6 for supplying an oxidant fluid.
  • the oxidant supply pipe 6 has a structure branched upstream into an oxygen supply pipe 7 and an air supply pipe 8.
  • the fuel supply pipe 5, the oxygen supply pipe 7 and the air supply pipe 8 are provided with forced vibration means 51, 71 and 81 for forcibly vibrating the supplied fluid flow.
  • forcibly applying vibration to the flow of fluid refers to periodically adjusting the flow rate of the fluid.
  • the forced vibration means 51, 71, 81 is a flow meter that controls the flow rate control valves 52, 72, 82 and the flow rate control valves 52, 72, 82 provided in the supply pipes 5, 7, 8.
  • a control unit including 53, 73, 83.
  • the fuel supplied by the fuel supply pipe 5 may be any one as long as it is suitable for the fuel of the burner 2, and examples thereof include liquefied natural gas (LNG).
  • LNG liquefied natural gas
  • oxygen is supplied from the oxygen supply pipe 7, this oxygen does not necessarily need to be pure oxygen, and any desired one may be used as appropriate in relation to the oxygen concentration described later.
  • air is supplied from the air supply pipe 8
  • combustion exhaust gas can be used as air in addition to air taken from the atmosphere. When combustion exhaust gas is used, the oxygen concentration can be lowered to less than 21% (oxygen concentration in the air).
  • various detectors are preferably arranged in the furnace 1 as shown in FIG. That is, the temperature in the furnace 1 is measured by the temperature sensor 9 and the concentration of the exhaust gas (NO X , CO, CO 2 , O 2 ) discharged from the furnace 1 through the flue 10 is measured with the continuous exhaust gas concentration measuring device 11. Measure with Furthermore, the data detected by these detectors is recorded in the data recording unit 12. It is preferable to have a control system 13 that grasps the atmospheric condition in the furnace 1 based on this data and automatically changes the flow rate of the fuel fluid or oxidant fluid, the period of forced vibration, etc. appropriately. Specifically, the control system 13 forcibly vibrates the flow of fluid supplied from various pipes through the control unit 14, and as a result, the vibration state of the vibration combustion 15 in the burner 2 periodically changes. .
  • the oxidant fluid is composed of pure oxygen and air.
  • the forced vibration means 71 and 81 are controlled so that one or both of the flow rate of pure oxygen supplied from the oxygen supply pipe 7 and the flow rate of air supplied from the air supply pipe 8 change periodically over time. Has been.
  • the flow rate of pure oxygen and the flow rate of air may be controlled in any way as long as the oxygen concentration in the oxidant fluid changes periodically. Further, the sum of the flow rate of pure oxygen and the flow rate of air (that is, the flow rate of the oxidant fluid) may be constant or may change periodically.
  • the periodic change in the flow rate of pure oxygen and the flow rate of air may have the same waveform and the same fluctuation range, and the phase difference may be ⁇ .
  • the increase and decrease in the flow rate of pure oxygen and the flow rate of air are offset, so that the flow rate of the oxidant fluid supplied to the burner 2 is controlled to be constant.
  • the minimum values of the flow rates of pure oxygen and air are both controlled to be zero.
  • the oxygen concentration in the oxidant fluid can be changed in the range of about 21% to 100%.
  • the oxygen concentration of the oxidant fluid is equal to the oxygen concentration of air, and the oxygen concentration is about 21%.
  • the oxidant fluid is composed of pure oxygen only, and the oxygen concentration is 100%.
  • the flow rate of the oxidant fluid when the flow rate of the oxidant fluid is periodically changed, for example, the flow rate of pure oxygen may be periodically changed while supplying air at a constant amount.
  • the oxygen concentration in the oxidant fluid is maximized when the flow rate of pure oxygen is maximized, and the oxygen concentration in the oxidant fluid is minimized when the flow rate of pure oxygen is minimized.
  • the oxygen concentration in the oxidant fluid is about 21% to about 61%. It will change periodically in the range. That is, when the flow rate of pure oxygen is maximum, the flow rate ratio between pure oxygen and air is 1: 1, and the oxygen concentration in the oxidant fluid is about 61%. When the flow rate of pure oxygen is minimized, the oxidant fluid is composed of only air, and the oxygen concentration is about 21%.
  • the flow rate of the fuel fluid may be constant or periodically when the flow rate of the oxidant fluid is periodically changed. On the other hand, when the flow rate of the oxidant fluid is constant, the flow rate of the fuel fluid is periodically changed.
  • the oxygen ratio refers to a value obtained by dividing the amount of oxygen supplied to the burner 2 as the oxidant fluid by the theoretical amount of oxygen required to burn the fuel fluid supplied to the burner 2. Therefore, theoretically, a state where the oxygen ratio is 1.0 can be said to be a state where oxygen can be completely burned using excess or deficiency. Note that the theoretical required oxygen amount for LNG combustion is approximately 2.3 times that of LNG in terms of molar ratio, although it depends on the LNG composition.
  • At least one of the flow rates of the fuel fluid or the oxidant fluid changes periodically, and the oxygen concentration in the oxidant fluid also changes periodically, so that the oxygen ratio also changes periodically. Has changed.
  • the flow rate of the oxidant fluid is made constant and the flow rate of the fuel fluid is changed periodically, the flow rate of the oxidant fluid is set to 1, and the oxygen concentration of the oxidant is changed periodically within a range of 21 to 100%.
  • the flow rate of the fuel fluid (LNG) is periodically changed in the range of 0.05 to 0.65, the oxygen ratio is periodically changed in the range of 0.14 to 8.7.
  • the flow rate of the oxidant fluid when the flow rate of the oxidant fluid changes periodically, the flow rate of the fuel fluid can be made constant. At this time, for example, if the flow rate of the oxidant fluid is changed in the range of 1 to 2, the oxygen concentration of the oxidant is changed in the range of 21 to 61%, and the flow rate of the fuel fluid (LNG) is supplied at 0.3. The oxygen ratio changes periodically in the range of 0.3 to 1.75.
  • the relationship between the flow rate of the fuel fluid (LNG), the oxidant flow rate, the oxygen concentration of the oxidant, and the oxygen ratio is expressed by the same equation as the equation (1).
  • the frequency of the periodic change in the oxygen ratio is large, the NO X reduction effect is not sufficiently recognized, so it is preferably 20 Hz or less, more preferably 5 Hz or less. Conversely, if the frequency of the periodic change in the oxygen ratio is too small, the amount of CO generated increases, so 0.02 Hz or more is preferable, and 0.03 Hz or more is more preferable.
  • the difference between the upper limit and the lower limit of the oxygen ratio is preferably 0.2 or more.
  • the fuel fluid is preferably 1.0 or more, and more preferably 1.05 or more.
  • At least one of the flow rate of the fuel fluid (LNG) or the flow rate of the oxidant fluid and the oxygen concentration in the oxidant fluid are periodically changed to periodically change the oxygen ratio.
  • LNG fuel fluid
  • the flow rate of oxygen is changed in the range of 1.2 to 1.7
  • the flow rate of air is changed in the range of 0 to 9.2.
  • the oxygen ratio periodically changes in the range of 0.5 to 2.7
  • the oxygen concentration periodically changes in the range of 30 to 100%.
  • each burner 2 performs temporal concentration combustion according to the flow rate of the supplied fuel fluid, the flow rate of the oxidant fluid, and the change in the oxygen concentration in the oxidant fluid, and the vibration state changes periodically.
  • the vibration state specifically means that the combustion state fluctuates by changing the flow rate of at least one of the fuel and the oxidant.
  • a plurality of burners 2 are provided in the furnace 1, but are arranged to face the periodic change (vibration cycle) of the vibration state of each burner 2.
  • the phase difference from the vibration period of the burner 2 is controlled to be ⁇ .
  • the burner 2 arranged oppositely refers to the burner 2 provided at the opposite position of the opposite side walls 1a, 1b, but is required to be arranged at the opposite position in a strict sense. Instead, it refers to the burner 2 closest to the opposing position.
  • the burner 2 facing the burner 2a 1 refers to the burner 2b 1
  • the burner 2 facing the burner 2a 2 refers to the burner 2b 2 .
  • the burner array 14a is formed by all the burners 2a arranged on the side wall 1a, and the periodic changes in the flow rate of fuel fluid, the flow rate of air, and the flow rate of oxygen are all synchronized in each burner 2a.
  • the burner array 14b is formed by all the burners 2b arranged on the side wall 1b, and all the burners 2b are also synchronized. Therefore, as shown in FIG. 3A, when the burner 2a arranged on the side wall 1a burns most strongly, the burner 2b arranged on the side wall 1b burns weakest. On the contrary, as shown in FIG. 3B, when the burner 2a arranged on the side wall 1a burns weakest, the burner 2b arranged on the side wall 1b burns most strongly.
  • each burner 2a since the periodic changes in the flow rate of the fuel fluid, the air flow rate, and the oxygen flow rate are all synchronized, the periodic changes in the oxygen ratio and the oxygen concentration are also synchronized.
  • the term “synchronization” here means that the waveform, frequency, and phase are the same, and the fluctuation widths are not necessarily the same.
  • the fluctuation range may be different between the burner 2a 1 and the burner 2a 2 .
  • the burner 2a 1 and the burner 2b 1 are preferably configured such that the periodic change in the oxygen ratio and oxygen concentration has the same waveform, the same frequency, the same fluctuation range, and the phase difference is ⁇ .
  • the generation amount of the NO X can be significantly and reliably reduced. That is, in the conventional burner combustion method, at least one of the flow rate of the fuel fluid or the oxidant fluid supplied to the burner is changed, and only the oxygen ratio is changed periodically. In contrast, in this embodiment, at least one of the flow rate of the fuel fluid or the flow rate of the oxidant fluid is periodically changed, and at the same time, the oxygen concentration in the oxidant fluid is periodically changed. This makes it possible to greatly NO X reduction effect than the prior art is exhibited.
  • the burner combustion method of the present embodiment can be applied not only to designing a new heating furnace, but also to an existing heating furnace or a burner in a combustion furnace.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that a phase difference is provided in the vibration period of the adjacent burner 2, and the rest is the same as the first embodiment.
  • a plurality of burners 2a and burners 2b are provided on the side wall 1a and the side wall 1b, respectively.
  • Each burner 2 forms each burner array 24 by only one. That is, each burner 2a provided on the side wall 1a forms a burner array 24a, and each burner 2b provided on the side wall 1b forms a burner array 24b.
  • the adjacent burners 2 are controlled so that the phase difference of the vibration period is ⁇ .
  • the vibration period of each burner 2 is controlled such that the phase difference between the vibration period of the opposing burner 2 is ⁇ .
  • the phase difference between the vibration periods of the burner 2a 1 and the burner 2b 1 facing it is ⁇
  • the phase difference between the vibration periods of the burner 2a 2 and the burner 2b 2 facing it is ⁇ .
  • the oxygen concentration in the oxidant fluid is periodically changed, so that the NO X reduction effect can be significantly exhibited as compared with the prior art.
  • the vibration period of each burner 2 is controlled so that the phase difference between the vibration period of adjacent burners 2 is ⁇ .
  • the burners 2 that burn at a high oxygen ratio and a low oxygen concentration and the burners 2 that burn at a low oxygen ratio and a high oxygen concentration are alternately arranged along the longitudinal direction.
  • mixing is promoted by the temperature distribution in the furnace is more uniform, it is possible to further reduce the NO X generation amount.
  • the CO concentration in the exhaust gas can be further reduced.
  • the burner array 24 may be configured by a plurality of burners 2. That is, as shown in FIG. 5, a plurality of sets of burner arrays 34a composed of a plurality of burners 2a are provided on the side wall 1a of the furnace 1, and a plurality of sets of burner arrays 34b composed of a plurality of burners 2b are provided on the side wall 1b. I do not care.
  • the burner 2 constituting each burner array 34 and the burner 2 constituting the burner array 34 adjacent to the burner array 34 may be controlled so that the phase difference of the vibration period is ⁇ .
  • a burner 2a constituting the burner array 34a 1 the phase difference between the oscillation period of the burner 2a constituting the burner array 34a 2 and burner array 34a 3 may be set to [pi.
  • This embodiment is also the same as the first embodiment except that a difference is provided in the vibration period of the adjacent burner 2 from the first embodiment. That is, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, n burners 2a and 2b are provided on the side wall 1a and the side wall 1b of the furnace 1, respectively. Each burner 2 forms each burner array 44 by only one each. That is, each burner 2a provided on the side wall 1a forms a burner array 44a, and each burner 2b provided on the side wall 1b forms a burner array 44b.
  • the vibration period and phase difference of the adjacent burner 2 may be set to 2 ⁇ / n.
  • the vibration period of the burner 2a 1 the vibration period of the burner 2a 2 is disposed adjacent the burner 2a 3, the phase difference between [pi / 2
  • the vibration period of the burner 2a 2 and the vibration period of the burner 2a 3 are controlled so that the phase difference is ⁇ .
  • the vibration period of each burner 2 is controlled such that the phase difference between the vibration period of the opposing burner 2 is ⁇ .
  • the phase difference between the vibration periods of the burner 2a 1 and the burner 2b 1 facing it is ⁇
  • the phase difference between the vibration periods of the burner 2a 2 and the burner 2b 2 facing it is ⁇ .
  • the oxygen concentration in the oxidant fluid is periodically changed, so that the NO X reduction effect can be significantly exhibited as compared with the prior art. Furthermore, when the number of burners 2 arranged on the side wall of the furnace is n, the vibration period of each burner 2 is controlled so that the phase difference between the vibration period of adjacent burners is 2 ⁇ / n. . Thereby, since the flow fluctuations of the fuel fluid supplied into the furnace 1 and the oxidant fluid are suppressed to be small, the pressure in the furnace 1 can be made more uniform.
  • the burner array 44 may be configured by a plurality of burners 2. That is, as shown in FIG. 7, n sets of burner arrays 54a made up of a plurality of burners 2a are provided on the side wall 1a of the furnace 1, and n sets of burner arrays 54b made up of a plurality of burners 2b are provided on the side wall 1b. It doesn't matter. In that case, the burner array 54 and the burner 2 constituting the burner array 54 adjacent to the burner array 54 may be controlled so that the phase difference of the vibration period is 2 ⁇ / n.
  • the burners 2a constituting the burner array 54a 1 and the vibrations of the burners 2a constituting the burner array 54a 2 and the burner array 54a 3 are provided.
  • the phase difference of the period may be ⁇ / 2.
  • the fuel fluid was LNG
  • an oxidant fluid was formed by oxygen and air having an oxygen concentration of 99.6%
  • the oxygen ratio and the oxygen concentration in the oxidant fluid were periodically changed to perform forced vibration combustion.
  • the NO X reduction effect in this case will be described with reference to examples.
  • the present invention is not limited to the following examples, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the spirit of the present invention.
  • Example 1 As shown in FIG. 3, an experiment was performed using a combustion apparatus in which eight burners 2 were arranged in a furnace 1. Specifically, the oxygen ratio of all the burners 2 and the oxygen concentration waveform, fluctuation range and frequency of the oxidant are the same, the oxygen concentration in the oxidant is in the range of 33 to 100%, and the oxygen ratio is 0. It was made to change periodically in the range of .5 to 1.6, and the frequency was both 0.033 Hz. At this time, the average value (time average value) of the oxygen concentration in the oxidizing agent in one cycle was 40%, and the average value of the oxygen ratio was 1.05. In addition, the phase difference between the periodic changes in the oxygen concentration and the oxygen ratio was set to ⁇ .
  • the phase difference between the vibration period of the burner 2 provided on the side wall 1a and the vibration period of the burner 2 provided on the side wall 1b was set to ⁇ .
  • the NO X concentration in the combustion exhaust gas was measured using a chemiluminescence type continuous NO X concentration measuring device by continuously sucking the exhaust gas from the flue using a suction pump.
  • the concentration of the NO X in the combustion exhaust gas in the case of performing conventional oxygen-enriched combustion (the steady combustion) using the same apparatus was measured and the this value reference value NO X (ref) .
  • the value of NO X concentration was 90 ppm
  • the value of NO X (ref) was 850 ppm
  • the NO X concentration was reduced by about 90% compared to NO X (ref).
  • Example 2 For comparison, the same as in Example 1 except that the oxygen concentration is fixed at 40% and only the oxygen ratio is periodically changed in the range of 0.5 to 1.6 as in conventional forced vibration combustion.
  • the test was conducted under conditions.
  • the NO X concentration value was 410 ppm
  • the NO X (ref) value was 850 ppm.
  • NO X concentration was reduced by about 50%.
  • Example 2 to examine the effect on NO X concentration reducing effect of the vibration frequency of the burner 2, except frequency set to the same conditions as in Example 1, the frequency of the oxygen concentration in the oxidizing agent and the oxygen ratio In the range of 0.017 to 100 Hz. At this time, the oxygen ratio and the frequency of the oxygen concentration in the oxidizing agent were made the same.
  • the CO concentration in the combustion exhaust gas was measured using an infrared absorption type continuous CO concentration measuring device by continuously sucking the exhaust gas from the flue using a suction pump.
  • the results of NO X concentration are shown in Table 1 and FIG. 8, and the results of CO concentration are shown in Table 2 and FIG.
  • the CO concentration is not significantly affected by the frequency when the frequency is in the range of 0.017 to 100 Hz. In particular, when the frequency is 0.02 Hz or more, the CO concentration is less affected by the frequency. I understand that.
  • the fluctuation range of the oxygen ratio was investigated the effect of the NO X concentration reducing effect.
  • the oxygen concentration is periodically changed in a range of 30 to 100%, it was measured NO X concentration by changing the range to vary the oxygen ratio.
  • the lower limit of the oxygen ratio is 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5
  • the upper limit of the oxygen ratio is changed in the range of 1.1 to 7, and the NO in the exhaust gas is changed.
  • X concentration was measured.
  • the time average value of the oxygen ratio was 1.05, and the oxygen concentration in the oxidant fluid was 40%.
  • the oxygen ratio m is 0.5 to 5
  • the oxygen ratio m is 0.2 to 1.
  • the combustion time for m ⁇ 1.05 was adjusted to be shorter than the time for m> 1.05.
  • the fuel flow rate is constant and the average of the oxygen ratio and oxygen concentration is constant, the amount of oxygen used in a certain period of time is the same.
  • the measurement results of NO X concentration are shown in Table 3 and FIG. 10, and the measurement results of CO concentration are shown in Table 4 and FIG. 10 and FIG. 11, the horizontal axis represents the upper limit value m max of the oxygen ratio, the vertical axis represents the normalized NO X concentration or the normalized CO concentration, and the values in Tables 3 and 4 are , Normalized NO x concentration or normalized CO concentration.
  • the CO concentration increases as the upper limit value m max of the oxygen ratio increases, and in particular, when m max > 6, the CO concentration rapidly increases. Therefore, in the present invention, when it is desired to reduce the CO concentration together with the NO x concentration in the exhaust gas, it is understood that it is preferable to vary the oxygen ratio in the range of 0.3 to 6.
  • Example 4 in order to examine the influence of the fluctuation range of the oxygen concentration, the fuel flow constant, the oxygen ratio is varied in the range of 0.5 ⁇ 1.6, NO X emissions by changing the variation range of the oxygen concentration
  • the effect on In the test the lower limit of the oxygen concentration was 33%, and the upper limit value C max of the oxygen concentration was changed in the range of 50 to 100%.
  • the average oxygen ratio was 1.05, and the oxygen concentration in the oxidant was 40%.
  • the frequency of the oxygen ratio and oxygen concentration was 0.067 Hz, and the phase difference between the periodic changes in the oxygen ratio and oxygen concentration was ⁇ . The results are shown in Table 5.
  • Example 5 the NO X concentration reduction effect when the vibration period of each burner 2 was operated while shifting the phase of the vibration period of the adjacent burner 2 by ⁇ was examined. Specifically, with respect to the periodic changes in the oxygen ratio and oxygen concentration of all the burners 2, the waveforms, the vibration widths, and the frequencies were made the same, and every other phase was shifted by ⁇ and burned. Further, the vibration period of each burner 2 was shifted by ⁇ from the vibration period of the burner 2 provided at the opposing position.
  • the oxygen concentration in the oxidant was periodically changed in a range of 33 to 100%, and the oxygen ratio was changed in a range of 0.5 to 1.6.
  • the time-average oxygen concentration was 40%, and the oxygen ratio was 1.05.
  • the test was conducted at a frequency of periodic change of oxygen concentration and oxygen ratio at 0.033 Hz.
  • the phase difference between periodic changes in oxygen concentration and oxygen ratio was ⁇ .
  • Table 6 shows the measurement results of the NO X concentration.
  • Table 7 shows the measurement results of the CO concentration.
  • Example 5 From Table 6, it was found that in Example 5, the NO X concentration was further reduced as compared with Example 1. Furthermore, from Table 7, it was found that in Example 5, the CO concentration was further reduced as compared to Example 1.
  • Example 6 it was investigated NO X concentration reducing effect in the case of driving one side four burners phase shifted by [pi / 2.
  • the oxygen ratio and oxygen concentration waveforms, fluctuation ranges, and frequencies of all the burners 2 are the same, and are arranged on the side wall 1a and the side wall 1b, respectively, as shown in FIG.
  • the four burners 2 were combusted so that the vibration period of the four burners 2 was ⁇ / 2 in phase difference with the vibration period of the adjacent burners 2.
  • the vibration period of each burner 2 was made to shift ⁇ from the vibration period of the opposed burner 2.

Abstract

　炉（１）において、２本以上のバーナ（２）を対向させて設置し燃焼させるバーナの燃焼方法であって、　各バーナ（２）に供給する燃料流体もしくは酸化剤流体の流量のうち、少なくとも一方を周期的に変化させるとともに、前記酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させることによって、供給酸素量を理論必要酸素量で除した酸素比を周期的に変化させ、前記バーナ（２）を周期的な振動状態で燃焼し、　前記バーナ（２）の振動状態の周期的変化について、少なくとも１つのバーナ（２）の振動状態の周期的変化と、他のバーナ（２）の振動状態の周期的変化とに位相差を設けることを特徴とするバーナの燃焼方法を採用する。

Description

バーナの燃焼方法
　本発明は、バーナの燃焼方法に関する。
　地球環境問題が大きくクローズアップされる現在にあって、ＮＯＸで示される窒素酸化物の削減は重要課題の１つであり、急務である。ＮＯＸ削減方法としては、発生抑制に関する技術が重要であり、排ガス再循環、希薄燃焼、濃淡燃焼、多段燃焼などが挙げられ、工業用から民生用に至るまで広く応用されている。これらの技術を適用した低ＮＯＸ燃焼器により、ある程度ＮＯＸ対策は進展してきたものの、より効果的なＮＯＸ低減方法がさらに求められてきている。
　従来から研究、開発が進められてきたＮＯＸ低減方法の１つに燃料、または酸化剤となる空気等の流量を周期的に変化させて、一種の時間的な濃淡燃焼を行う方法（以後、強制振動燃焼という）があり、提案されてきた（特許文献１～６参照）。
　これらは燃料流体または酸化剤流体の一方を、または、燃料流体および酸化剤流体の両方の供給流量を変化させることで、燃焼火炎の酸素比（供給酸素量を理論必要酸素量で除した値）を変化させ、燃料過濃燃焼および燃料希薄燃焼を交互に形成することで燃焼ガス中のＮＯＸの低減を実現している。
　また、特許文献７には、酸化剤として純酸素を用いることで、高濃度としている場合の脈動燃焼いわゆる強制振動燃焼を利用した窒素酸化物の低減方法、およびその方法を実施するための装置について開示されている。
　一般的な加熱炉および溶解炉では、複数のバーナが設置されており、各バーナに強制振動燃焼を適用する場合、燃焼条件および振動周期を適正に制御しなければ、大幅なＮＯＸ低減効果を得ることができない。
欧州特許第００４６８９８号明細書 米国特許第４８４６６６５号明細書 特開平６－２１３４１１号公報 特開２０００－１７１００５号公報 特開２０００－１７１００３２号公報 特開２００１－３１１５０５号公報 特開平５－２１５３１１号公報
　しかしながら、発明者らが、これら先行技術によるＮＯＸ低減効果を確かめるために追試験を実施したところ、上記先行技術のいくつかには、ＮＯＸ低減効果が認められたものの、実用的に価値のある低減効果は得られないことがわかった。
　本発明が解決しようとする課題は、従来に比較して大幅なＮＯＸ低減効果を発揮する、実用的に価値のあるバーナの燃焼方法及び装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本願発明者らは、実用的に価値のあるＮＯＸ低減方法の開発に鋭意取り組んできた。その結果、バーナに供給される燃料流体の流量もしくは酸化剤流体の流量の少なくとも一方に周期的変化を起こさせると同時に、酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させて、強制振動燃焼とすることで、従来よりも大幅にＮＯＸ低減効果が発現することを見いだした。
　すなわち、本発明の第１の態様は、炉において、２本以上のバーナを対向させて設置し燃焼させるバーナの燃焼方法であって、
　各バーナに供給する燃料流体もしくは酸化剤流体の流量のうち、少なくとも一方を周期的に変化させるとともに、前記酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させることによって、供給酸素量を理論必要酸素量で除した酸素比を周期的に変化させ、前記バーナを周期的な振動状態で燃焼し、
　前記バーナの振動状態の周期的変化について、少なくとも１つのバーナの振動状態の周期的変化と、他のバーナの振動状態の周期的変化とに位相差を設けることを特徴とするバーナの燃焼方法である。
　上記第１の態様は、前記各バーナに供給する燃料流体の流量の周期的変化と、前記酸素濃度及び前記酸素比の周期的変化とに位相差を設けることが好ましい。
　上記第１の態様は、前記酸素比の周期的変化の周波数は２０Ｈｚ以下であることが好ましい。
　上記第１の態様は、前記酸素比の周期的変化の周波数は０．０２Ｈｚ以上であることが好ましい。
　上記第１の態様は、周期的に変化する前記酸素比の上限と下限の差は０．２以上であり、１周期における前記酸素比の平均値は１．０以上であることが好ましい。
　上記第１の態様は、前記バーナの全てにおいて、酸素比の周期的変化もしくは酸素濃度の周期的変化のうち少なくとも１つを同期して燃焼させることが好ましい。
　上記第１の態様は、対向して配置された前記バーナ同士の振動状態の周期的変化の位相差はπであることが好ましい。
　上記第１の態様は、１本以上のバーナからなるバーナアレイを用いて燃焼させる場合において、
　前記炉の側壁に２組以上のバーナアレイが配置されており、
　前記各バーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化と、前記バーナアレイと隣接して配置されたバーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化との位相差はπであることが好ましい。
　上記第１の態様は、１本以上のバーナからなるバーナアレイを用いて燃焼させる場合において、
　前記炉の側壁が対向しており、一方の側壁にｎ組のバーナアレイが配置されており、
　前記各バーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化と、前記バーナアレイと隣接して配置されたバーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化との位相差は２π／ｎであることが好ましい。
　上記第１の態様は、少なくとも１つの前記バーナの振動状態の周期的変化と、他のバーナの振動状態の周期的変化とに位相差を設けることによって、炉内圧力を一定に保持することが好ましい。
　本発明の第２の態様は、炉において、２本以上のバーナを対向させて設置し燃焼させるバーナの燃焼装置であって、
　各バーナに供給する燃料流体もしくは酸化剤流体の流量のうち、少なくとも一方を周期的に変化させるとともに、前記酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させることによって、供給酸素量を理論必要酸素量で除した酸素比を周期的に変化させ、前記バーナを周期的な振動状態で燃焼し、
　前記バーナの振動状態の周期的変化について、少なくとも１つのバーナの振動状態の周期的変化と、他のバーナの振動状態の周期的変化とに位相差を設けることを特徴とするバーナの燃焼装置である。
　上記第２の態様は、前記燃焼装置が、前記燃料を供給する燃料供給配管、酸素を供給する酸素供給配管、及び空気を供給する空気供給配管を含み、供給される酸素と空気により前記酸化剤が形成され、
　前記燃焼装置が、前記配管のそれぞれに、供給される燃料、酸素、及び空気の流れに強制的に振動を加える強制振動手段を備えることが好ましい。
　上記第２の態様は、前記炉内に、前記炉内の雰囲気状況を把握する検知器が配置されており、
　前記燃焼装置が、前記検知器によって検出されたデータをもとに、前記燃料流体もしくは前記酸化剤流体の流量、または前記強制振動の周期を変更する制御システムを備えることが好ましい。
　本発明により、ＮＯＸを大幅かつ確実に低減できる燃焼方法を得ることができる。本発明は新規の加熱炉を設計する場合のみならず、既設の加熱炉における燃焼バーナにも適用することが可能である。
図１は、本発明の第１の実施形態の炉を示す平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に用いられるバーナの供給配管を示す模式図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の炉を示す平面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の炉を示す平面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態の炉を示す平面図である。 図６は、本発明の第３の実施形態の炉を示す平面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態の炉を示す平面図である。 図８は、本発明の一実施例における周波数とＮＯＸ濃度の関係を示すグラフである。 図９は、本発明の一実施例における周波数とＣＯ濃度の関係を示すグラフである。 図１０は、本発明の一実施例における酸素比とＮＯＸ濃度の関係を示すグラフである。 図１１は、本発明の一実施例における酸素比とＣＯ濃度の関係を示すグラフである。 図１２は、本発明の燃焼装置を示す平面図である。
　以下、本発明を適用した一実施形態であるバーナの燃焼方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率が実際と同じであるとは限らない。
［第１の実施形態］
＜燃焼装置＞
　本発明の第１の実施形態に用いられる燃焼装置は、図１および図２に示すように、炉１と、炉１内に燃焼炎３を形成するバーナ２と、バーナ２に燃料流体および酸化剤流体を供給する各種の配管５，６，７，８とを備えた構成となっている。
　図１に示すように、炉１は、加熱炉であっても、溶解炉であってもよく、長手方向に延在し、互いに対向して配置された側壁１ａと側壁１ｂとを備えている。側壁１ａには複数のバーナ２ａが設けられており、側壁１ｂにも複数のバーナ２ｂが設けられている。このように、炉１は、長手方向の両側壁１ａ，１ｂに、燃焼炎３ａ，３ｂを形成するバーナ２ａ，２ｂが設けられたいわゆるサイドバーナ式の構成となっている。
　なお、本実施形態においては、側壁１ａに設けられるバーナ２ａの本数と、側壁１ｂに設けられるバーナ２ｂの本数を同一にしているが、異なっても構わない。
　各バーナ２ａ，２ｂは、それぞれ設けられた側壁１ａまたは側壁１ｂから対向する側壁１ｂまたは側壁１ａに向かって燃焼炎３ａ，３ｂを形成するように配置されている。すなわち、バーナ２ａは、側壁１ｂに向かって燃焼炎３ａを形成し、バーナ２ｂは、側壁１ａに向かって燃焼炎３ｂを形成する。バーナ２ａの燃焼炎３ａと、バーナ２ｂの燃焼炎３ｂは、炉１内において、それぞれ互い違いに配置されて、燃焼炎３を形成している。
　また、後述するように各バーナ２は周期的な振動状態で燃焼をするが（強制振動燃焼）、その際、振動状態は１本以上のバーナ２からなるバーナアレイ単位で制御される。
　本実施形態では、側壁１ａに設けられた全てのバーナ２ａによってバーナアレイ１４ａが形成されており、バーナ２ａの振動状態は全て同じように制御されている。また、側壁１ｂに設けられた全てのバーナ２ｂによって、バーナアレイ１４ｂが形成されており、バーナ２ｂの振動状態も全て同じように制御されている。各バーナ２の燃焼については、後述する。
　次に、図２に示すように、各バーナ２には、燃料流体を供給する燃料供給配管５と、酸化剤流体を供給する酸化剤供給配管６とが連結されている。また、酸化剤供給配管６は、上流において酸素供給配管７と空気供給配管８とに分岐した構成となっている。
　燃料供給配管５、酸素供給配管７及び空気供給配管８には、それぞれ供給される流体の流れに強制的に振動を加える強制振動手段５１，７１，８１が設けられている。
　ここで、流体の流れに強制的に振動を加えるとは、流体の流量を周期的に調整することを指す。強制振動手段５１，７１，８１とは、具体的には、各供給配管５，７，８に設けられた流量調節弁５２，７２，８２及び流量調節弁５２，７２，８２を制御する流量計５３，７３，８３を含むコントロールユニットのことを指す。
　燃料供給配管５によって供給される燃料は、バーナ２の燃料に適しているものであればどのようなものであっても構わず、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）等を挙げることができる。
　酸素供給配管７からは酸素が供給されるが、この酸素は、必ずしも純酸素である必要はなく、後述する酸素濃度との関係から適宜所望のものを用いればよい。
　空気供給配管８からは空気が供給されるが、空気として、大気中から取り込んだ空気以外に、燃焼排ガスを使用することもできる。燃焼排ガスを使用した場合は、酸素濃度を２１％（空気中の酸素濃度）未満に下げることができる。
　また、炉１内には、炉１内の状況に適時に対応するため、図１２に示すように、各種の検知器が配置されていることが好ましい。すなわち、炉１内の温度を温度センサー９で測定するとともに、炉１から煙道１０を通って排出される排気（ＮＯＸ，ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２）の濃度を連続排ガス濃度測定装置１１で測定する。更に、これらの検知器によって検出されたデータはデータ記録ユニット１２に記録される。このデータをもとに炉１内の雰囲気状況を把握して、自動的に燃料流体または酸化剤流体の流量、強制振動の周期等を適宜変更する制御システム１３を備えていることが好ましい。具体的には、制御システム１３はコントロールユニット１４を通して、各種の配管から供給される流体の流れに強制的に振動を加え、その結果、バーナ２における振動燃焼１５の振動状態が周期的に変化する。
＜酸化剤流体の流量及び酸化剤流体中の酸素濃度＞
　次に、酸化剤流体の流量及び酸化剤流体中の酸素濃度について説明する。なお、以下の説明においては、便宜上、酸素供給配管７、空気供給配管８及び燃料供給配管５からは、それぞれ純酸素、空気（酸素濃度は約２１％）及び液化天然ガス（ＬＮＧ）が供給されるものとして説明する。また、本明細書で使用される酸素濃度の単位はｖｏｌ％で表される。
　本実施形態では、酸化剤流体は、純酸素及び空気から構成されている。強制振動手段７１，８１によって、酸素供給配管７から供給される純酸素の流量と空気供給配管８から供給される空気の流量の一方または双方が、経時的にみて周期的に変化するように制御されている。
　純酸素の流量及び空気の流量は、酸化剤流体中の酸素濃度が周期的に変化しているのであれば、どのように制御されていても構わない。また、純酸素の流量及び空気の流量の和（すなわち、酸化剤流体の流量）は、一定であっても、周期的に変化していても構わない。
　酸化剤流体の流量を一定にする場合は、例えば純酸素の流量及び空気の流量の周期的変化を同波形、同変動幅にし、位相差をπとすればよい。このように構成すれば、純酸素の流量と空気の流量の増減は相殺されるので、バーナ２に供給される酸化剤流体の流量は一定に制御されることとなる。
　また、この場合は、純酸素及び空気の流量の最小値は、いずれも０となるように制御されていることが好ましい。このように制御することによって、酸化剤流体中の酸素濃度を約２１％～１００％の範囲で変化させることが可能となる。
　すなわち、酸化剤流体中に占める純酸素の流量が０の場合、酸化剤流体の酸素濃度は空気の酸素濃度と等しくなり、酸素濃度は約２１％となる。逆に、酸化剤流体中に占める空気の流量が０の場合は、酸化剤流体は純酸素のみから構成されることとなり、酸素濃度は１００％となる。
　一方、酸化剤流体の流量を周期的に変化させる場合は、例えば空気を一定量で供給しながら、純酸素の流量を定期的に変化させればよい。この場合は、純酸素の流量が最大となるときに、酸化剤流体中の酸素濃度は最大となり、純酸素の流量が最小となるときに、酸化剤流体中の酸素濃度は最小となる。
　例えば、純酸素の流量の最大値を、空気の流量と同じになるようにし、最小値を０となるように制御すれば、酸化剤流体中の酸素濃度は、約２１％～約６１％の範囲で周期的に変化することとなる。すなわち、純酸素の流量が最大のときは、純酸素と空気の流量比が１対１となり、酸化剤流体中の酸素濃度は約６１％となる。また、純酸素の流量が最小となるときは、酸化剤流体は空気のみで構成されることとなり、酸素濃度は約２１％となる。
　なお、酸化剤流体の流量を周期的に変化させる方法として、空気の流量を一定とし、純酸素の流量を定期的に変化させる方法について説明したが、純酸素の流量を一定として、空気の流量を周期的に変化させてもよく、また、両方の流量を周期的に変化させても構わない。
＜燃料流体の流量＞
　燃料流体の流量は、酸化剤流体の流量を周期的に変化させている場合には、一定であっても周期的に変化していても構わない。一方、酸化剤流体の流量を一定にする場合は、燃料流体の流量を周期的に変化させることとなる。
＜酸素比＞
　次に、酸素比について説明する。ここで酸素比とは、酸化剤流体としてバーナ２に供給される供給酸素量を、バーナ２に供給される燃料流体を燃焼させるのに必要とされる理論必要酸素量で除した値をいう。したがって、理論的には、酸素比１．０の状態が、酸素を過不足なく用いて完全燃焼することが可能な状態といえる。
　なお、ＬＮＧの燃焼における理論必要酸素量は、ＬＮＧ組成にもよるが、モル比にして、おおよそＬＮＧの２．３倍である。
　本実施形態では、燃料流体もしくは酸化剤流体の流量の少なくとも一方が周期的に変化しており、また、酸化剤流体中の酸素濃度も周期的に変化していることから、酸素比も周期的に変化している。
　例えば、酸化剤流体の流量を一定にし、燃料流体の流量を周期的に変化させる場合は、酸化剤流体の流量を１とし、酸化剤の酸素濃度を２１～１００％の範囲で周期的に変化させ、燃料流体（ＬＮＧ）の流量を０．０５～０．６５の範囲で周期的に変化させると、酸素比は０．１４～８．７の範囲で周期的に変化する。燃料流体（ＬＮＧ）の流量Ｑｆ［Ｎｍ３／ｈ］、酸化剤流量ＱＯ２［Ｎｍ３／ｈ］、酸化剤の酸素濃度ＸＯ２［ｖｏｌ％］、酸素比ｍ［－］の関係は式（１）で表される：
　ｍ＝（ＱＯ２×ＸＯ２／１００）／（Ｑｆ×２．３）・・・（１）
　また、酸化剤流体の流量が周期的に変化している場合は、燃料流体の流量を一定にすることが可能となる。この際、例えば酸化剤流体の流量を１～２の範囲で変化させ、酸化剤の酸素濃度を２１～６１％の範囲で変化させ、燃料流体（ＬＮＧ）の流量を０．３で供給すれば、酸素比は０．３～１．７５の範囲で周期的に変化する。燃料流体（ＬＮＧ）の流量、酸化剤流量、酸化剤の酸素濃度、酸素比の関係は、式（１）と同じ式で表される。
　なお、酸素比の周期的変化の周波数は大きいと、ＮＯＸの低減効果が十分には認められなくなるので、２０Ｈｚ以下であることが好ましく、５Ｈｚ以下であることがより好ましい。逆に、酸素比の周期的変化の周波数は小さ過ぎると、ＣＯの発生量が増大してしまうので、０．０２Ｈｚ以上であることが好ましく、０．０３Ｈｚ以上であることがより好ましい。
　また、酸素比の上限と下限の差が小さいと、ＮＯＸの低減効果が十分には認められなくなるので、酸素比の上限と下限の差は、０．２以上であることが好ましい。
　また、酸素比の時間平均値（１周期における平均値）は、小さいと燃料流体が不完全燃焼となるので、１．０以上であることが好ましく、１．０５以上であることがより好ましい。
　以上のように、本実施形態では、燃料流体（ＬＮＧ）の流量または酸化剤流体の流量の少なくとも一方、および酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させて、酸素比を周期的に変化させる。
　これらの周期的変化は、燃料流体の流量、酸素の流量および空気の流量を変化させることで制御されている。例えば、燃料流体の流量を０．５～１．５の範囲で変化させ、酸素の流量を１．２～１．７、空気の流量を０～９．２の範囲で変化させて供給すると、酸素比は０．５～２．７の範囲で周期的に変化し、酸素濃度は３０～１００％の範囲で周期的に変化する。
＜バーナの燃焼＞
　次に、バーナ２の燃焼について説明する。各バーナ２は、供給される燃料流体の流量、酸化剤流体の流量、および酸化剤流体中の酸素濃度の変化に応じて、時間的な濃淡燃焼を行い、振動状態が周期的に変化して燃焼する。なお本発明において振動状態とは、具体的には燃料もしくは酸化剤の少なくとも一方の流量を変化させることによって、燃焼状態が変動することを意味する。
　本実施形態では、図１に示すように、炉１内には複数のバーナ２が設けられているが、各バーナ２の振動状態の周期的変化（振動周期）と、対向して配置されたバーナ２の振動周期との位相差がπとなるように制御されている。
　ここで、対向して配置されたバーナ２とは、対向する側壁１ａ、１ｂの対抗する位置に設けられたものを指すが、厳密な意味で対向する位置に配置されることを要求しているのではなく、対抗する位置に最も近いバーナ２のことを指す。例えば、バーナ２ａ１にとって対向するバーナ２とは、バーナ２ｂ１を指し、バーナ２ａ２にとって対向するバーナ２とは、バーナ２ｂ２のことを指す。
　本実施形態では、側壁１ａに配置された全てのバーナ２ａによってバーナアレイ１４ａが形成されており、各バーナ２ａは燃料流体の流量、空気の流量、酸素の流量の周期的変化が全て同期している。また、側壁１ｂに配置された全てのバーナ２ｂによってバーナアレイ１４ｂが形成されており、各バーナ２ｂも全て同期している。したがって、図３（ａ）に示すように、側壁１ａに配置されたバーナ２ａが最も強く燃焼する際には、側壁１ｂに配置されたバーナ２ｂが最も弱く燃焼する。反対に、図３（ｂ）に示すように、側壁１ａに配置されたバーナ２ａが最も弱く燃焼する際に、側壁１ｂに配置されたバーナ２ｂが最も強く燃焼する。
　各バーナ２ａは、全て燃料流体の流量、空気の流量、酸素の流量の周期的変化が同期しているので、酸素比および酸素濃度の周期的変化も同期している。なお、ここでいう同期とは、波形、周波数、位相が同一であることを指し、変動幅は必ずしも同一でなくても構わない。例えば、バーナ２ａ１とバーナ２ａ２とで変動幅が異なっていてもかまわない。
　また、バーナ２ｂについても同様で、各バーナ２ｂは、全て酸素比および酸素濃度の周期的変化は同期しているが、変動幅は異なっていても構わない。
　酸素比を同期させると、一方の側壁１ａ，１ｂに設けられたバーナ２ａ，２ｂが同時に酸素比の低い条件となるため、酸素不足の領域が広くなり、ＮＯＸ低減効果が大きくなり、好ましい。また、酸素濃度を同期させると、一方の側壁１ａ，１ｂに設けられたバーナ２ａ，２ｂが同時に酸素濃度の低い条件となるため、局所的な高温領域が形成されず、ＮＯＸの低減効果が大きくなり、好ましい。
　また、バーナ２ａとバーナ２ｂの関係について、位相差がπであるだけでなく、酸素比または酸素濃度の周期的変化のうち少なくとも１つは、同一周波数、同一波形であることが好ましい。
　また、対向するバーナ２同士は、変動幅が同一であることが好ましい。例えば、バーナ２ａ１とバーナ２ｂ１は、酸素比および酸素濃度の周期的変化が、同一波形、同一周波数、同一変動幅で、位相差がπとなるように構成されているのが好ましい。
　以上説明したような本実施形態のバーナの燃焼方法によれば、ＮＯＸの発生量を大幅かつ確実に低減できる。
　すなわち、従来のバーナの燃焼方法では、バーナに供給される燃料流体の流量もしくは酸化剤流体の流量の少なくとも一方のみを変化させて、酸素比のみを周期的に変化させていた。これに対し、本実施形態では、燃料流体の流量もしくは酸化剤流体の流量の少なくとも一方を周期的に変化させると同時に、酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させている。これにより、従来よりも大幅にＮＯＸ低減効果が発現することができる。
　また、炉に配置された複数のバーナについて、振動状態の周期的変化（振動周期）を全て同じにした場合、大きなＮＯＸ低減効果は得られるものの、バーナへの燃料流体と酸化剤流体の流量が大きく変動するため、炉内圧力の変動が大きくなる。これに対し、本実施形態では、バーナ２の振動状態の周期的変化について、少なくとも１つのバーナ２の振動周期と、他のバーナ２の振動周期とに位相差が設けられている。これにより、大きなＮＯＸ低減効果を得るとともに、炉１内に供給される燃料流体と酸化剤流体の流量の変動が小さくなるので、バーナ２が炉１に与える圧力を均一化させることができる。
　特に、対向して設けられたバーナ２同士の位相差をπとすることで、よりＮＯＸ低減効果を得るとともに、炉１内圧力を一定にすることができる。
　また、本実施形態のバーナの燃焼方法は、新規の加熱炉を設計する場合のみならず、既設の加熱炉や燃焼炉におけるバーナにも適用することが可能である。
［第２の実施形態］
　次に、本発明を適用した第２の実施形態に係るバーナの燃焼方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
　本実施形態は、第１の実施形態とは、隣接するバーナ２の振動周期に位相差が設けられている点が異なり、他は第１の実施形態と同様である。
　図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態でも、側壁１ａおよび側壁１ｂに、それぞれ複数のバーナ２ａおよびバーナ２ｂが設けられている。各バーナ２は、それぞれ１本のみで各バーナアレイ２４を形成している。すなわち、側壁１ａに設けられた各バーナ２ａは、それぞれがバーナアレイ２４ａを形成しており、側壁１ｂに設けられた各バーナ２ｂは、それぞれがバーナアレイ２４ｂを形成している。
　また、本実施形態では、隣接するバーナ２は、振動周期の位相差がπになるように制御されている。例えば、図４（ａ）に示すように、バーナ２ａ１が最も強く燃焼する際には、隣に配置されたバーナ２ａ２とバーナ２ａ３は、最も弱く燃焼する。一方、図４（ｂ）に示すように、バーナ２ａ１が最も弱く燃焼する際には、隣に配置されたバーナ２ａ２とバーナ２ａ３は、最も強く燃焼する。
　この際、各バーナ２の振動周期は、それぞれ対向するバーナ２の振動周期と位相差がπとなるように制御されている。例えば、バーナ２ａ１と、それと対向するバーナ２ｂ１の振動周期の位相差はπであるし、バーナ２ａ２と、それと対向するバーナ２ｂ２の振動周期の位相差はπである。
　本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させているので、従来よりも大幅にＮＯＸ低減効果が発現することができる。
　更に、各バーナ２の振動周期が、それぞれ隣接するバーナ２の振動周期と位相差がπになるように制御されている。その結果、長手方向に沿って、高酸素比かつ低酸素濃度で燃焼するバーナ２と、低酸素比かつ高酸素濃度で燃焼するバーナ２が交互に配置されることになる。これにより、混合が促進され、炉内の温度分布がより均一化されることにより、ＮＯＸ発生量をより低減化することができる。また、排ガス中のＣＯ濃度をより下げることができる。
　なお、上記実施形態では、バーナアレイ２４が１本のバーナ２から構成される場合について説明したが、複数のバーナ２から構成されていても構わない。
　すなわち、図５に示すように、炉１の側壁１ａに複数本のバーナ２ａからなるバーナアレイ３４ａを複数組設け、側壁１ｂに複数本のバーナ２ｂからなる複数組のバーナアレイ３４ｂを設けるようにしても構わない。その場合は、各バーナアレイ３４を構成するバーナ２と、前記バーナアレイ３４と隣接するバーナアレイ３４を構成するバーナ２とで、振動周期の位相差がπとなるように制御すればよい。例えば、バーナアレイ３４ａ１を構成するバーナ２ａと、バーナアレイ３４ａ２およびバーナアレイ３４ａ３を構成するバーナ２ａの振動周期の位相差をπとすればよい。
［第３の実施形態］
　次に、本発明を適用した第３の実施形態に係るバーナの燃焼方法について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。
　本実施形態も、第１の実施形態とは、隣接するバーナ２の振動周期に差が設けられている点が異なり、他は第１の実施形態と同様である。
　すなわち、図６に示すように、本実施形態では、炉１の側壁１ａおよび側壁１ｂに、それぞれｎ本のバーナ２ａおよびバーナ２ｂが設けられている。各バーナ２は、それぞれ１本のみで各バーナアレイ４４を形成している。すなわち、側壁１ａに設けられた各バーナ２ａは、それぞれがバーナアレイ４４ａを形成しており、側壁１ｂに設けられた各バーナ２ｂは、それぞれがバーナアレイ４４ｂを形成している。
　また、本実施形態では、隣接するバーナ２の振動周期と位相差が２π／ｎとなるように制御されている。例えば、側壁１ａにバーナ２ａが４本設けられた場合は、バーナ２ａ１の振動周期と、隣接して配置されたバーナ２ａ２とバーナ２ａ３の振動周期とは、位相差がπ／２となるように制御されており、バーナ２ａ２の振動周期とバーナ２ａ３の振動周期とは、位相差がπとなるように制御されている。
　この際、各バーナ２の振動周期は、それぞれ対向するバーナ２の振動周期と位相差がπとなるように制御されている。例えば、バーナ２ａ１と、それと対向するバーナ２ｂ１の振動周期の位相差はπであるし、バーナ２ａ２と、それと対向するバーナ２ｂ２の振動周期の位相差はπである。
　本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させているので、従来よりも大幅にＮＯＸ低減効果が発現することができる。
　更に、炉の側壁に配置されたバーナ２の本数がｎ本の際に、各バーナ２の振動周期が、それぞれ隣接するバーナの振動周期と位相差が２π／ｎとなるように制御されている。これにより、炉１内に供給される燃料流体と、酸化剤流体の流量変動が小さく抑えられるので、より炉１内の圧力を均一化することができる。
　なお、上記実施形態では、第１の実施形態と同様に、バーナアレイ４４が１つのバーナ２から構成される場合について説明したが、複数のバーナ２から構成されていても構わない。
　すなわち、図７に示すように、炉１の側壁１ａに、複数本のバーナ２ａからなるバーナアレイ５４ａをｎ組設け、側壁１ｂにも、複数本のバーナ２ｂからなるバーナアレイ５４ｂをｎ組設けるようにしても構わない。その場合は、バーナアレイ５４を構成するバーナ２と、前記バーナアレイ５４と隣接するバーナアレイ５４を構成するバーナ２とで、振動周期の位相差が２π／ｎとなるように制御すればよい。例えば、炉１の側壁１ａに、２本のバーナ２ａかなるバーナアレイ５４ａを４組設けた場合は、バーナアレイ５４ａ１を構成するバーナ２ａと、バーナアレイ５４ａ２およびバーナアレイ５４ａ３を構成するバーナ２ａの振動周期の位相差をπ／２とすればよい。
　以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　以下、燃料流体をＬＮＧとし、酸素濃度９９．６％の酸素と空気とで酸化剤流体を形成し、酸素比と酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させ、強制振動燃焼をさせた場合のＮＯＸ低減効果について、実施例を示して説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
　実施例１では、図３に示すように、炉１内に８本のバーナ２が配置された燃焼装置を用いて実験を行った。具体的には、全てのバーナ２の酸素比と酸化剤中の酸素濃度の波形、変動幅および周波数を同じにし、酸化剤中の酸素濃度は、３３～１００％の範囲で、酸素比は０．５～１．６の範囲で周期的に変化するようにし、周波数をともに０．０３３Ｈｚとした。このとき、１周期における酸化剤中の酸素濃度の平均値（時間平均値）を４０％とし、酸素比の平均値を１．０５とした。また、酸素濃度と酸素比の周期的変化の位相差がπとなるようにした。
　また、側壁１ａに設けられたバーナ２の振動周期と、側壁１ｂに設けられたバーナ２の振動周期は、位相差がπとなるようにした。
　なお、燃焼排ガス中のＮＯＸ濃度は、煙道から吸引ポンプを用いて連続的に排ガスを吸引し、化学発光式の連続式ＮＯＸ濃度測定装置を用いて測定した。
　試験結果の解析にあたり、同じ装置を用いて従来の酸素富化燃焼（定常燃焼）を実施した場合の燃焼排ガス中のＮＯＸの濃度を測定し、この値を基準値ＮＯＸ（ｒｅｆ）とした。
　実施例１では、ＮＯＸ濃度の値は９０ｐｐｍ、ＮＯＸ（ｒｅｆ）の値は８５０ｐｐｍとなり、ＮＯＸ（ｒｅｆ）と比較して、ＮＯＸ濃度は約９０％減となった。
　比較のため、従来の強制振動燃焼のように、酸素濃度を４０％に固定し、酸素比のみを０．５～１．６の範囲で周期的に変化させる外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。
　比較例１では、ＮＯＸの濃度の値は４１０ｐｐｍ、ＮＯＸ（ｒｅｆ）の値は８５０ｐｐｍとなり、ＮＯＸ（ｒｅｆ）と比較して、ＮＯＸ濃度は約５０％減に留まった。
　次に、実施例２では、バーナ２の振動周波数のＮＯＸ濃度低減効果への影響を調べるため、周波数以外を実施例１と同じ条件に設定し、酸素比と酸化剤中の酸素濃度の周波数を０．０１７～１００Ｈｚの範囲で変えた。この際、酸素比と酸化剤中の酸素濃度の周波数は同じにした。
　なお、燃焼排ガス中のＣＯ濃度は、煙道から吸引ポンプを用いて連続的に排ガスを吸引し、赤外吸収式の連続式ＣＯ濃度測定装置を用いて測定した。
　ＮＯＸ濃度の結果を表１及び図８に、ＣＯ濃度の結果を表２及び図９に示す。
　なお、ＣＯ濃度の試験結果の解析にあたり、同じ装置を用いて従来の酸素富化燃焼（定常燃焼）を実施した場合の燃焼排ガス中のＣＯ濃度を測定し、この値を基準値ＣＯ（ｒｅｆ）とした。また、図８および図９において、横軸は、酸素濃度及び酸素比の周波数を表しており、縦軸は、基準値ＮＯＸ（ｒｅｆ）を用いて規格したＮＯＸ濃度（ＮＯＸ／ＮＯＸ（ｒｅｆ））、または、基準値ＣＯ（ｒｅｆ）を用いて規格化したＣＯ濃度（ＣＯ／ＣＯ（ｒｅｆ））を表している。また、比較のため、ＮＯＸ濃度については、従来の強制振動燃焼のように、酸素濃度を４０％に固定し、酸素比のみを０．５～１．６の範囲で周期的に変化させた場合の結果についても表１および図８に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１及び図８から明らかなように、周波数を２０Ｈｚ以下にすることで、急激にＮＯＸが減少する傾向にあり、酸素比および酸化剤中の酸素濃度の周期的変化の周波数は、２０Ｈｚ以下にすると、ＮＯＸ濃度低減効果がより得られることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２および図９から明らかなように、周波数が０．０１７～１００Ｈｚの範囲では、ＣＯ濃度は、周波数による影響をあまり受けず、特に０．０２Ｈｚ以上であれば、周波数による影響をより受けないことが分かる。
　次に、実施例３では、燃料流量を一定として、酸素比の変動幅がＮＯＸ濃度低減効果に与える影響を調べた。具体的には、酸素濃度を３０～１００％の範囲で周期的に変化させ、酸素比を変動させる範囲を変えてＮＯＸ濃度を測定した。
　酸素比の下限を０．１、０．２、０．３、０．４、０．５とした各場合について、酸素比の上限を１．１～７の範囲で変化させ、排ガス中のＮＯＸ濃度を測定した。
　なお、酸素比の時間平均値を１．０５、酸化剤流体中の酸素濃度を４０％とした。例えば、酸素比ｍが０．５～５の場合、ｍ＜１．０５となる燃焼時間をｍ＞１．０５の時間より長くするようにし、逆に、酸素比ｍが０．２～１．２の場合、ｍ＜１．０５となる燃焼時間をｍ＞１．０５の時間より短くするように調整した。ここで、燃料流量が一定であり、酸素比、酸素濃度の平均は一定なので、ある一定時間に使用される酸素量は同じとなる。
　ＮＯＸ濃度の測定結果を表３および図１０に、ＣＯ濃度の測定結果を表４および図１１に示す。なお、図１０および図１１の横軸は、酸素比の上限値ｍｍａｘであり、縦軸は規格化されたＮＯＸ濃度または規格化されたＣＯ濃度であり、表３および表４の値は、規格化されたＮＯＸ濃度または規格化されたＣＯ濃度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３、表４、図１０および図１１から、酸素比の下限値ｍｍｉｎが大きくなるにつれて、ＮＯＸ濃度は高くなり、ＣＯ濃度が下がる傾向にあることが分かる。
　表３および図１０から、ｍｍｉｎ＝０．５のグラフは、ｍｍａｘが大きくなる（酸素比の振幅が大きくなる）にしたがって、ＮＯＸが減少していくが、ｍｍａｘ＞５では、ＮＯＸ濃度は一定となる。また、ｍｍｉｎ＝０．３のグラフは、ｍｍｉｎ＝０．５のグラフよりＮＯＸ濃度は下がるが、ｍｍｉｎ＝０．２と、ｍｍｉｎ＝０．３とでは、ほぼ変らない。
　したがって、ＮＯＸ濃度とＣＯ濃度の双方を下げたいときは、酸素比の下限値ｍｍｉｎは、０．３であることが好ましい。
　また、表４および図１１から、酸素比の上限値ｍｍａｘが大きくなるにつれて、ＣＯ濃度が上昇することが分かり、特にｍｍａｘ＞６となると、ＣＯ濃度が急激に上昇することがわかる。
　よって、本発明において、排ガス中のＮＯＸ濃度とともに、ＣＯ濃度を下げたいときは、酸素比を０．３以上６以下の範囲で変動させることが好ましいことがわかる。
　実施例４では、酸素濃度の変動幅の影響を調べるため、燃料流量を一定として、酸素比を０．５～１．６の範囲で変動させ、酸素濃度の変動幅を変えてＮＯＸ排出量への影響を調べた。試験では、酸素濃度下限を３３％にし、酸素濃度の上限値Ｃｍａｘを５０～１００％の範囲で変化させた。平均の酸素比は１．０５、酸化剤中酸素濃度は４０％とした。
また、酸素比及び酸素濃度の周波数を０．０６７Ｈｚとし、酸素比と酸素濃度の周期的変化の位相差をπとした。結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から、酸素濃度の変動幅を大きくすると、ＮＯＸ濃度の低減効果がより大きくなることがわかった。
　次に、実施例５では、図４に示すように、各バーナ２の振動周期を、それぞれ隣接するバーナ２の振動周期と位相をπずらして運転した場合のＮＯＸ濃度低減効果について調べた。具体的には、全てのバーナ２の酸素比と酸素濃度の周期的変化について、それぞれ波形、振動幅および周波数を同じにし、一つ置きに位相をπずらして燃焼させた。また、各バーナ２の振動周期は、それぞれ対向する位置に設けられたバーナ２の振動周期と位相がπずれるようにした。
　また、酸化剤中の酸素濃度は、３３～１００％の範囲で、酸素比は、０．５～１．６の範囲で周期的に変化させるようにした。このとき、時間平均の酸素濃度は４０％とし、酸素比は１．０５になるようにした。酸素濃度と酸素比の周期的変化の周波数を０．０３３Ｈｚで試験を行った。酸素濃度と酸素比の周期的変化の位相差はπとした。
　ＮＯＸ濃度の測定結果を表６に示す。また、ＣＯ濃度の測定結果を表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表６より、実施例５では、ＮＯＸ濃度は、実施例１に比べ更に低下することが分かった。さらに、表７より、実施例５では、ＣＯ濃度は、実施例１に比べ更に低下することが分かった。
　次に、実施例６では、片側４本のバーナの位相をπ／２ずつずらして運転した場合のＮＯＸ濃度低減効果について調べた。具体的には、実施例１と同じように、全てのバーナ２の酸素比と酸素濃度の波形、変動幅および周波数を同じにし、図６に示すように、側壁１ａおよび側壁１ｂにそれぞれ配置された４本の各バーナ２の振動周期を、それぞれ隣接するバーナ２の振動周期と位相差がπ／２となるようにして燃焼させた。また、各バーナ２の振動周期は、対向するバーナ２の振動周期と位相がπずれるようにした。
　ＮＯＸ濃度を測定すると、実施例１と同等でＮＯＸ／ＮＯＸ（ｒｅｆ）＝０．３であった。また、実施例６では、炉圧変動幅を測定したところ、±１ｍｍＡｑ以下であり、定常燃焼時と同等の圧力変動まで抑えられた。
　ＮＯＸ低減効果を発揮する、実用的に価値のあるバーナの燃焼方法及び装置を提供することができる。
　１　　炉
　１ａ，１ｂ　　側壁
　２，２ａ，２ｂ，２ａ１，２ａ２，２ａ３，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３　　バーナ
　３，３ａ，３ｂ　　燃焼炎
　１４ａ，１４ｂ，２４，２４ａ，２４ｂ，３４，３４ａ，３４ｂ，４４，４４ａ，４４ｂ，５４，５４ａ，５４ｂ　　バーナアレイ
　５　　燃料供給配管
　６　　酸化剤流体供給配管
　７　　酸素供給配管
　８　　空気供給配管
　９　　温度センサー
　１０　　煙道
　１１　　連続排ガス濃度測定装置（ＮＯＸ，ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２）
　１２　　データ記録ユニット
　１３　　制御システム
　１４　　コントロールユニット
　１５　　振動燃焼

Claims (13)

  1. 　炉において、２本以上のバーナを対向させて設置し燃焼させるバーナの燃焼方法であって、
    　各バーナに供給する燃料流体もしくは酸化剤流体の流量のうち、少なくとも一方を周期的に変化させるとともに、前記酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させることによって、供給酸素量を理論必要酸素量で除した酸素比を周期的に変化させ、前記バーナを周期的な振動状態で燃焼し、
    　前記バーナの振動状態の周期的変化について、少なくとも１つのバーナの振動状態の周期的変化と、他のバーナの振動状態の周期的変化とに位相差を設けることを特徴とするバーナの燃焼方法。
  2. 　前記各バーナに供給する燃料流体の流量の周期的変化と、前記酸素濃度及び前記酸素比の周期的変化とに位相差を設けることを特徴とする請求項１に記載のバーナの燃焼方法。
  3. 　前記酸素比の周期的変化の周波数が２０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバーナの燃焼方法。
  4. 　前記酸素比の周期的変化の周波数が０．０２Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  5. 　周期的に変化する前記酸素比の上限と下限の差が０．２以上であり、１周期における前記酸素比の平均値が１．０以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  6. 　前記バーナの全てにおいて、酸素比の周期的変化もしくは酸素濃度の周期的変化のうち少なくとも１つを同期して燃焼させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  7. 　対向して配置された前記バーナ同士の振動状態の周期的変化の位相差がπであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  8. 　１本以上のバーナからなるバーナアレイを用いて燃焼させる場合において、
    　前記炉の側壁に２組以上のバーナアレイが配置されており、
    　前記各バーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化と、前記バーナアレイと隣接して配置されたバーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化との位相差がπであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  9. 　１本以上のバーナからなるバーナアレイを用いて燃焼させる場合において、
    　前記炉の側壁が対向しており、一方の側壁にｎ組のバーナアレイが配置されており、
    　前記各バーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化と、前記バーナアレイと隣接して配置されたバーナアレイを構成するバーナの振動状態の周期的変化との位相差が２π／ｎであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  10. 　少なくとも１つの前記バーナの振動状態の周期的変化と、他のバーナの振動状態の周期的変化とに位相差を設けることによって、炉内圧力を一定に保持することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のバーナの燃焼方法。
  11. 　炉において、２本以上のバーナを対向させて設置し燃焼させるバーナの燃焼装置であって、
    　各バーナに供給する燃料流体もしくは酸化剤流体の流量のうち、少なくとも一方を周期的に変化させるとともに、前記酸化剤流体中の酸素濃度を周期的に変化させることによって、供給酸素量を理論必要酸素量で除した酸素比を周期的に変化させ、前記バーナを周期的な振動状態で燃焼し、
    　前記バーナの振動状態の周期的変化について、少なくとも１つのバーナの振動状態の周期的変化と、他のバーナの振動状態の周期的変化とに位相差を設けることを特徴とするバーナの燃焼装置。
  12. 　前記燃焼装置が、前記燃料を供給する燃料供給配管、酸素を供給する酸素供給配管、及び空気を供給する空気供給配管を含み、供給される酸素と空気により前記酸化剤が形成され、
    　前記燃焼装置が、前記配管のそれぞれに、供給される燃料、酸素、及び空気の流れに強制的に振動を加える強制振動手段を備える、請求項１１に記載のバーナの燃焼装置。
  13. 　前記炉内に、前記炉内の雰囲気状況を把握する検知器が配置されており、
    　前記燃焼装置が、前記検知器によって検出されたデータをもとに、前記燃料流体もしくは前記酸化剤流体の流量、または前記強制振動の周期を変更する制御システムを備える、請求項１２に記載のバーナの燃焼装置。
PCT/JP2011/064757 2010-06-29 2011-06-28 バーナの燃焼方法 WO2012002362A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES11800826T ES2729938T3 (es) 2010-06-29 2011-06-28 Método de combustión de quemador
EP11800826.7A EP2589865B1 (en) 2010-06-29 2011-06-28 Burner combustion method
CN201180030058.5A CN102959330B (zh) 2010-06-29 2011-06-28 烧嘴的燃烧方法
US13/805,836 US9581332B2 (en) 2010-06-29 2011-06-28 Burner combustion method
KR1020127033342A KR101778706B1 (ko) 2010-06-29 2011-06-28 버너의 연소 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010147576A JP5357108B2 (ja) 2010-06-29 2010-06-29 バーナの燃焼方法
JP2010-147576 2010-06-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012002362A1 true WO2012002362A1 (ja) 2012-01-05

Family

ID=45402069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/064757 WO2012002362A1 (ja) 2010-06-29 2011-06-28 バーナの燃焼方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9581332B2 (ja)
EP (1) EP2589865B1 (ja)
JP (1) JP5357108B2 (ja)
KR (1) KR101778706B1 (ja)
CN (1) CN102959330B (ja)
ES (1) ES2729938T3 (ja)
MY (1) MY166266A (ja)
PT (1) PT2589865T (ja)
TW (1) TWI502155B (ja)
WO (1) WO2012002362A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106122957A (zh) * 2016-06-16 2016-11-16 中冶长天国际工程有限责任公司 一种低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110151386A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-23 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Particulate Fuel Combustion Process and Furnace
JP5485193B2 (ja) 2011-01-26 2014-05-07 大陽日酸株式会社 バーナの燃焼方法
EP2642098A1 (de) * 2012-03-24 2013-09-25 Alstom Technology Ltd Gasturbinenkraftwerk mit inhomogenem Eintrittsgas
US9360257B2 (en) * 2014-02-28 2016-06-07 Air Products And Chemicals, Inc. Transient heating burner and method
DE102016123041B4 (de) * 2016-11-29 2023-08-10 Webasto SE Brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät und Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerätes

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0046898A1 (en) 1980-08-18 1982-03-10 Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie Po Tekhnologii Mashinostroenia "Tsniitmash" Method and apparatus for pulse-burning of fuel gases in industrial furnaces, particularly metallurgical furnaces
US4846665A (en) 1987-10-23 1989-07-11 Institute Of Gas Technology Fuel combustion
JPH05215311A (ja) 1991-07-23 1993-08-24 L'air Liquide 脈動燃焼方法及び装置
JPH06213411A (ja) 1993-01-14 1994-08-02 Tokyo Gas Co Ltd 濃淡燃焼方法
JPH10141629A (ja) * 1996-11-08 1998-05-29 Kobe Steel Ltd 廃棄物の処理方法および装置
JP2000171032A (ja) 1998-12-08 2000-06-23 Osaka Gas Co Ltd 加熱装置
JP2000171005A (ja) 1998-12-08 2000-06-23 Osaka Gas Co Ltd 燃焼制御方法
JP2001165410A (ja) * 1999-12-02 2001-06-22 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置の燃焼制御方法
JP2001311505A (ja) 2000-03-31 2001-11-09 L'air Liquide 酸素燃料の燃焼形状及び方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE372090B (ja) * 1972-11-03 1974-12-09 J Graffman
DE2818164A1 (de) * 1978-04-21 1979-10-31 Schering Ag 1,3-dibenzoesaeureester des 17alpha- ethinyl-7 alpha -methyl-1,3,5(10)-oestratrien- 1,3,17 beta -triols, verfahren zu ihrer herstellung und diese enthaltende pharmazeutische zusammensetzungen
US5470224A (en) 1993-07-16 1995-11-28 Radian Corporation Apparatus and method for reducing NOx , CO and hydrocarbon emissions when burning gaseous fuels
FR2711769B1 (fr) * 1993-10-29 1995-12-08 Air Liquide Procédé de combustion dans un four industriel.
US20030134241A1 (en) * 2002-01-14 2003-07-17 Ovidiu Marin Process and apparatus of combustion for reduction of nitrogen oxide emissions
FR2837913B1 (fr) * 2002-03-29 2004-11-19 Air Liquide Procede de dopage a l'oxygene utilisant la combustion pulsee
EP1645804A1 (de) 2004-10-11 2006-04-12 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines Brenners, insbesondere eines Brenners einer Gasturbine, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
FR2880409B1 (fr) 2004-12-31 2007-03-16 Air Liquide Procede de combustion d'un combustible liquide par atomisation a vitesse variable
DE102005001807A1 (de) * 2005-01-13 2006-07-20 Air Liquide Deutschland Gmbh Verfahren zum Erhitzen eines Industrieofens und dafür geeignete Vorrichtung
CN201242149Y (zh) 2006-12-04 2009-05-20 普莱克斯技术有限公司 燃烧器系统
US7632090B2 (en) * 2007-10-30 2009-12-15 Air Products And Chemicals, Inc. Burner system and method of operating a burner for reduced NOx emissions

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0046898A1 (en) 1980-08-18 1982-03-10 Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie Po Tekhnologii Mashinostroenia "Tsniitmash" Method and apparatus for pulse-burning of fuel gases in industrial furnaces, particularly metallurgical furnaces
US4846665A (en) 1987-10-23 1989-07-11 Institute Of Gas Technology Fuel combustion
JPH05215311A (ja) 1991-07-23 1993-08-24 L'air Liquide 脈動燃焼方法及び装置
JPH06213411A (ja) 1993-01-14 1994-08-02 Tokyo Gas Co Ltd 濃淡燃焼方法
JPH10141629A (ja) * 1996-11-08 1998-05-29 Kobe Steel Ltd 廃棄物の処理方法および装置
JP2000171032A (ja) 1998-12-08 2000-06-23 Osaka Gas Co Ltd 加熱装置
JP2000171005A (ja) 1998-12-08 2000-06-23 Osaka Gas Co Ltd 燃焼制御方法
JP2001165410A (ja) * 1999-12-02 2001-06-22 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置の燃焼制御方法
JP2001311505A (ja) 2000-03-31 2001-11-09 L'air Liquide 酸素燃料の燃焼形状及び方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106122957A (zh) * 2016-06-16 2016-11-16 中冶长天国际工程有限责任公司 一种低NOx清洁燃烧型点火炉及其燃烧控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI502155B (zh) 2015-10-01
MY166266A (en) 2018-06-22
JP2012013258A (ja) 2012-01-19
ES2729938T3 (es) 2019-11-07
KR101778706B1 (ko) 2017-09-14
CN102959330B (zh) 2015-02-11
US9581332B2 (en) 2017-02-28
EP2589865B1 (en) 2019-05-15
TW201211462A (en) 2012-03-16
EP2589865A1 (en) 2013-05-08
CN102959330A (zh) 2013-03-06
US20130095436A1 (en) 2013-04-18
PT2589865T (pt) 2019-06-19
JP5357108B2 (ja) 2013-12-04
EP2589865A4 (en) 2018-03-21
KR20130086296A (ko) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012002362A1 (ja) バーナの燃焼方法
US10156356B2 (en) Flame visualization control for a burner including a perforated flame holder
US5456594A (en) Pulsating combustion method and apparatus
JP5451455B2 (ja) バーナの燃焼方法
WO2012102206A1 (ja) バーナの燃焼方法
US20090111064A1 (en) Burner System And Method Of Operating A Burner For Reduced NOx Emissions
JP2012505987A (ja) 燃焼生成物を制御するための方法およびシステム
Shudo et al. NOx reduction and NO2 emission characteristics in rich-lean combustion of hydrogen
JP2008008569A (ja) ガス燃焼用バーナー、それを備えたガスオーブン及びガス燃焼用バーナーにおける一酸化炭素の生成量を低減する方法
US20210255063A1 (en) Variable composition gas mixture sensor
Tao et al. Macrostructure and NOx emission evolution characteristics of lean‐premixed flames under combustion instability
JP2008261606A (ja) 燃焼装置
JPH10288315A (ja) 燃焼装置
JP2007125485A (ja) 窒素酸化物および一酸化炭素の低減方法およびその装置
JP2004204787A (ja) 動力発生装置の制御装置
CN202328351U (zh) 一种应用于燃煤锅炉的烟量控制系统
US20190093886A1 (en) Flame visualization control for a burner including a perforated flame holder
SU1749618A1 (ru) Способ сжигани газообразного топлива
JP2002213714A (ja) 燃焼装置
Zhang et al. Experimental Investigation of Thermoacoustic Instabilities for a Model Combustor With Varying Fuel Components
JPH11257650A (ja) プラントのバーナ運転本数制御方法及びその制御装置
JPS6141809A (ja) ＮＯｘ低減ガス燃焼装置
CN104395673A (zh) 低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法
JPH07103419A (ja) 燃焼装置
JPS62245022A (ja) 燃焼制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180030058.5

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11800826

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011800826

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127033342

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13805836

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE