JPH06265109A - プラズマ助燃燃焼炉用バーナー - Google Patents
プラズマ助燃燃焼炉用バーナーInfo
- Publication number
- JPH06265109A JPH06265109A JP5407893A JP5407893A JPH06265109A JP H06265109 A JPH06265109 A JP H06265109A JP 5407893 A JP5407893 A JP 5407893A JP 5407893 A JP5407893 A JP 5407893A JP H06265109 A JPH06265109 A JP H06265109A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマエネルギーの補助で微粉炭を完全燃
焼させ、かつ、窒素酸化物の発生を抑制する。 【構成】 本発明は、バーナータイルを有する微粉炭燃
焼バーナーにプラズマトーチを組み込み、プラズマジェ
ットの高温部に微粉炭と一次空気を吹き込み、二次空気
をプラズマジェットを囲むように旋回させて供給するこ
とを特徴とする微粉炭バーナーである。
焼させ、かつ、窒素酸化物の発生を抑制する。 【構成】 本発明は、バーナータイルを有する微粉炭燃
焼バーナーにプラズマトーチを組み込み、プラズマジェ
ットの高温部に微粉炭と一次空気を吹き込み、二次空気
をプラズマジェットを囲むように旋回させて供給するこ
とを特徴とする微粉炭バーナーである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化石燃料の燃焼装置に
関し、特に、微粉炭を原料として利用するプラズマ助燃
燃焼炉用バーナー装置に関する。
関し、特に、微粉炭を原料として利用するプラズマ助燃
燃焼炉用バーナー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】微粉炭は固体燃料であるため、着火が困
難である。このため一般的には、微粉炭とともに、気体
の天然ガスや、液体化石燃料である石油等を多量に供給
して混焼して着火を行っている。図２は従来の補助燃料
による微粉炭バーナーの一例を示す。バーナー中心に補
助燃料と空気を吹き込む供給孔１があり、その外側に微
粉炭供給孔２があり、更にその外側に空気の供給孔３が
ある構造になっている。
難である。このため一般的には、微粉炭とともに、気体
の天然ガスや、液体化石燃料である石油等を多量に供給
して混焼して着火を行っている。図２は従来の補助燃料
による微粉炭バーナーの一例を示す。バーナー中心に補
助燃料と空気を吹き込む供給孔１があり、その外側に微
粉炭供給孔２があり、更にその外側に空気の供給孔３が
ある構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の微粉炭着火技術
では、天然ガスや石油との混焼によっており、微粉炭の
他に補助燃料のタンク、供給系が必要であり、過剰な設
備投資をせざるを得ない。図３は着火時に必要な補助燃
料の量を示す一例である。補助燃料の必要量は燃焼炉の
炉壁温度に強く依存し、炉壁が常温近い時は９０％以上
の補助燃料が必要であり、補助燃料無しで着火、持続燃
焼できるには炉壁温度９００℃以上にならなければなら
ない。この問題を解決すべく、プラズマ炎を燃焼場に吹
き込むことによりこれらの補助化石燃料が不要にできる
技術は公知である（特開昭５８−１８７７２２号公
報）。
では、天然ガスや石油との混焼によっており、微粉炭の
他に補助燃料のタンク、供給系が必要であり、過剰な設
備投資をせざるを得ない。図３は着火時に必要な補助燃
料の量を示す一例である。補助燃料の必要量は燃焼炉の
炉壁温度に強く依存し、炉壁が常温近い時は９０％以上
の補助燃料が必要であり、補助燃料無しで着火、持続燃
焼できるには炉壁温度９００℃以上にならなければなら
ない。この問題を解決すべく、プラズマ炎を燃焼場に吹
き込むことによりこれらの補助化石燃料が不要にできる
技術は公知である（特開昭５８−１８７７２２号公
報）。
【０００４】一方微粉炭を燃料とする燃焼においては、
石炭に含まれる窒素および空気中の窒素と酸素の反応に
より、多量の窒素酸化物が発生して、環境汚染を引き起
こすことが知られており、燃焼後の脱窒素酸化物処理が
不可欠であるとの問題が別途ある。これに対して窒素プ
ラズマを酸素分圧の低い雰囲気条件で窒素酸化物気体中
に吹き込むと窒素酸化物が減少させることができること
が知られている（参考論文：J. C. Hilliard and F. J.
Weinberg, "Effect of nitrogen-containingplasma on
stability, NO formation and sooting of flames", N
ature, vol.259 February 19, (1976), pp.556-557)。
しかし参考論文に述べられているように、雰囲気に酸素
がある程度以上存在すると逆に窒素酸化物が増加する。
したがって石炭を完全燃焼させるに充分な酸素を供給
し、かつ、窒素プラズマを吹き込んで窒素酸化物を減ら
すことは相反することで出来ないと考えられていた。本
発明は窒素プラズマを作用させ、微粉炭の着火を容易に
し、完全燃焼させながら、かつ、窒素酸化物の発生が抑
えられるという、従来相いいれないと考えられていたこ
とを可能にする、画期的なプラズマ助燃微粉炭燃焼の方
法を提供する。
石炭に含まれる窒素および空気中の窒素と酸素の反応に
より、多量の窒素酸化物が発生して、環境汚染を引き起
こすことが知られており、燃焼後の脱窒素酸化物処理が
不可欠であるとの問題が別途ある。これに対して窒素プ
ラズマを酸素分圧の低い雰囲気条件で窒素酸化物気体中
に吹き込むと窒素酸化物が減少させることができること
が知られている（参考論文：J. C. Hilliard and F. J.
Weinberg, "Effect of nitrogen-containingplasma on
stability, NO formation and sooting of flames", N
ature, vol.259 February 19, (1976), pp.556-557)。
しかし参考論文に述べられているように、雰囲気に酸素
がある程度以上存在すると逆に窒素酸化物が増加する。
したがって石炭を完全燃焼させるに充分な酸素を供給
し、かつ、窒素プラズマを吹き込んで窒素酸化物を減ら
すことは相反することで出来ないと考えられていた。本
発明は窒素プラズマを作用させ、微粉炭の着火を容易に
し、完全燃焼させながら、かつ、窒素酸化物の発生が抑
えられるという、従来相いいれないと考えられていたこ
とを可能にする、画期的なプラズマ助燃微粉炭燃焼の方
法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の機構で
構成される。すなわち、窒素ガスあるいは窒素を含むガ
ス（以下簡単のために窒素ガスと表現する）をプラズマ
化してプラズマジェットを発生させる機構と微粉炭をプ
ラズマジェット高温部に吹き込む機構と微粉炭とプラズ
マジェットの会合部に、空燃比０．３以上、０．６以下
になるよう流量が調整された酸素あるいは空気またはこ
れらの混合ガス（以下この領域に供給されるガスを一次
空気と表現する）を供給する機構（この一次空気は微粉
炭の搬送ガスとして微粉炭と同時に同じ経路で供給され
ても良い）及びプラズマ炎の外周を旋回するようにして
供給される、酸素あるいは空気またはこれらの混合ガス
（以下この様に供給されるガスを、二次空気と表現す
る）吹き込み機構並びにプラズマジェットを囲むバーナ
ータイルより構成される。
構成される。すなわち、窒素ガスあるいは窒素を含むガ
ス（以下簡単のために窒素ガスと表現する）をプラズマ
化してプラズマジェットを発生させる機構と微粉炭をプ
ラズマジェット高温部に吹き込む機構と微粉炭とプラズ
マジェットの会合部に、空燃比０．３以上、０．６以下
になるよう流量が調整された酸素あるいは空気またはこ
れらの混合ガス（以下この領域に供給されるガスを一次
空気と表現する）を供給する機構（この一次空気は微粉
炭の搬送ガスとして微粉炭と同時に同じ経路で供給され
ても良い）及びプラズマ炎の外周を旋回するようにして
供給される、酸素あるいは空気またはこれらの混合ガス
（以下この様に供給されるガスを、二次空気と表現す
る）吹き込み機構並びにプラズマジェットを囲むバーナ
ータイルより構成される。
【０００６】一次空気量は、空燃比０．３以上、０．６
以下であることが望ましく、二次空気量は、一次空気量
と二次空気量と合わせて１．１以上であることが望まし
い。多量の空気を供給することは燃焼ガス温度を低下さ
せることになるので、必要以上の空気供給は好ましくな
く、全空気量として空燃比は１．３以上にする必要はな
い。ここで言う空燃比とは、供給している微粉炭が完全
燃焼するのに必要な空気の理論量に対する実際供給して
いる空気の量の比で、定義される量である。なお、カッ
コ内の記号は、図面に示し後述する実施例の対応要素ま
たは対応事項をしめす。
以下であることが望ましく、二次空気量は、一次空気量
と二次空気量と合わせて１．１以上であることが望まし
い。多量の空気を供給することは燃焼ガス温度を低下さ
せることになるので、必要以上の空気供給は好ましくな
く、全空気量として空燃比は１．３以上にする必要はな
い。ここで言う空燃比とは、供給している微粉炭が完全
燃焼するのに必要な空気の理論量に対する実際供給して
いる空気の量の比で、定義される量である。なお、カッ
コ内の記号は、図面に示し後述する実施例の対応要素ま
たは対応事項をしめす。
【０００７】
【作用】本願の発明によれば、微粉炭がプラズマジェッ
ト高温部に吹き込まれ加熱され揮発成分が、気化し一次
空気と反応し燃焼する。空燃比が低いので、燃焼生成ガ
スは還元性である。この燃焼で窒素酸化物が生成する
が、生成した窒素酸化物はプラズマ中の解離窒素と反応
して、窒素ガスと酸素ガスに戻される。還元雰囲気なの
でプラズマ中の解離窒素と酸素との反応で窒素酸化物の
生成は抑制される。プラズマジェット外周を旋回して供
給される二次空気により還元性燃焼ガスは、更に燃焼反
応をおこないつつ、下流へ完全燃焼して吹き出されてい
く。この様にして、本願発明は、微粉炭燃焼での着火の
際、従来必要とした補助燃料を必要とせず、簡単なプラ
ズマジェット発生装置で、完全燃焼を可能とし、かつ大
気汚染物質として問題の多い窒素酸化物の発生を抑制で
きる。
ト高温部に吹き込まれ加熱され揮発成分が、気化し一次
空気と反応し燃焼する。空燃比が低いので、燃焼生成ガ
スは還元性である。この燃焼で窒素酸化物が生成する
が、生成した窒素酸化物はプラズマ中の解離窒素と反応
して、窒素ガスと酸素ガスに戻される。還元雰囲気なの
でプラズマ中の解離窒素と酸素との反応で窒素酸化物の
生成は抑制される。プラズマジェット外周を旋回して供
給される二次空気により還元性燃焼ガスは、更に燃焼反
応をおこないつつ、下流へ完全燃焼して吹き出されてい
く。この様にして、本願発明は、微粉炭燃焼での着火の
際、従来必要とした補助燃料を必要とせず、簡単なプラ
ズマジェット発生装置で、完全燃焼を可能とし、かつ大
気汚染物質として問題の多い窒素酸化物の発生を抑制で
きる。
【０００８】
【実施例】図１に、本発明の実施例を示す。図１はバー
ナータイルを有する本願発明のプラズマ助燃微粉炭バー
ナーの装置例である。バーナー中心軸上にプラズマジェ
ット発生用プラズマトーチが組み込まれており、プラズ
マトーチにはプラズマ作動ガスとして窒素ガスが供給さ
れる。プラズマジェット発生法はすでに種々の方法が公
知であり、例えば図示したような直流非移行型プラズマ
トーチ（４）を用いることができる。プラズマトーチ
（４）はタングステン陰極（５）、銅のノズル陽極
（６）からなり、プラズマガス供給孔（７）より窒素ガ
スが供給される。このプラズマトーチで作られたプラズ
マジェット（11）の高温領域に、微粉炭（10）および一
次空気が供給孔（８）より供給される。
ナータイルを有する本願発明のプラズマ助燃微粉炭バー
ナーの装置例である。バーナー中心軸上にプラズマジェ
ット発生用プラズマトーチが組み込まれており、プラズ
マトーチにはプラズマ作動ガスとして窒素ガスが供給さ
れる。プラズマジェット発生法はすでに種々の方法が公
知であり、例えば図示したような直流非移行型プラズマ
トーチ（４）を用いることができる。プラズマトーチ
（４）はタングステン陰極（５）、銅のノズル陽極
（６）からなり、プラズマガス供給孔（７）より窒素ガ
スが供給される。このプラズマトーチで作られたプラズ
マジェット（11）の高温領域に、微粉炭（10）および一
次空気が供給孔（８）より供給される。
【０００９】微粉炭と一次空気供給孔はプラズマトーチ
ノズルの外側のプラズマトーチノズルと同心円となる円
周上に複数個配置されている。更に、その外側に配置さ
れた二次空気供給孔（９）より、二次空気が供給され
る。二次空気供給孔はプラズマジェットに対し二次空気
が旋回流（12）を形成するよう、円周接線方向速度成分
を持って噴出する。プラズマジェットはバーナータイル
（13）で囲まれている。（14）は燃焼炉である。表１
に、種々の実施条件をまとめてある。
ノズルの外側のプラズマトーチノズルと同心円となる円
周上に複数個配置されている。更に、その外側に配置さ
れた二次空気供給孔（９）より、二次空気が供給され
る。二次空気供給孔はプラズマジェットに対し二次空気
が旋回流（12）を形成するよう、円周接線方向速度成分
を持って噴出する。プラズマジェットはバーナータイル
（13）で囲まれている。（14）は燃焼炉である。表１
に、種々の実施条件をまとめてある。
【００１０】
【表１】
【００１１】いずれの条件でも−２００メッシュの粒度
の微粉炭を用いた。微粉炭の完全燃焼理論空気量は、石
炭１ｋｇあたり、７．２４Ｎｍ3である。微粉炭供給量
は毎分０．１５ｋｇであり、プラズマガスは窒素ガスを
用いその供給量は毎分０．０１Ｎｍ3、投入している電
力は３．７ｋＷと一定である。条件１はバーナータイル
無しで、全空気を微粉炭と共に一次空気供給孔から供給
した場合、条件２はバーナータイル無しで、供給空気を
一次空気と二次空気にわけて供給した場合、条件３〜条
件８は共に、バーナータイル有りで、一次空気と二次空
気をわけて供給しており、その比率が異なっている。表
２は、表１の各条件での燃焼結果である。
の微粉炭を用いた。微粉炭の完全燃焼理論空気量は、石
炭１ｋｇあたり、７．２４Ｎｍ3である。微粉炭供給量
は毎分０．１５ｋｇであり、プラズマガスは窒素ガスを
用いその供給量は毎分０．０１Ｎｍ3、投入している電
力は３．７ｋＷと一定である。条件１はバーナータイル
無しで、全空気を微粉炭と共に一次空気供給孔から供給
した場合、条件２はバーナータイル無しで、供給空気を
一次空気と二次空気にわけて供給した場合、条件３〜条
件８は共に、バーナータイル有りで、一次空気と二次空
気をわけて供給しており、その比率が異なっている。表
２は、表１の各条件での燃焼結果である。
【００１２】
【表２】
【００１３】いずれの条件でも微粉炭は安定に着火でき
た。条件１と条件２の比較より一次空気と二次空気に分
割して空気を供給することが窒素酸化物の低減に必要な
ことを示している。条件３は最適条件に近い実施例であ
る。バーナータイルの存在で燃焼効率が向上し、ほぼ１
００％の燃焼となり、かつ、発生窒素酸化物濃度も８０
ｐｐｍと著しく低い値を示した。条件４は二次空気量が
不足しているために、燃焼が完全でない。条件５のごと
く一次空気が不足しても燃焼効率は低下する。条件８の
ように一次空気量が多すぎると窒素酸化物の濃度は上昇
する。一次空気の割合は、０．３以上０．６以下が望ま
しいことが実験の結果から判明した。
た。条件１と条件２の比較より一次空気と二次空気に分
割して空気を供給することが窒素酸化物の低減に必要な
ことを示している。条件３は最適条件に近い実施例であ
る。バーナータイルの存在で燃焼効率が向上し、ほぼ１
００％の燃焼となり、かつ、発生窒素酸化物濃度も８０
ｐｐｍと著しく低い値を示した。条件４は二次空気量が
不足しているために、燃焼が完全でない。条件５のごと
く一次空気が不足しても燃焼効率は低下する。条件８の
ように一次空気量が多すぎると窒素酸化物の濃度は上昇
する。一次空気の割合は、０．３以上０．６以下が望ま
しいことが実験の結果から判明した。
【００１４】
【発明の効果】本願の発明によれば、微粉炭を、プラズ
マジェットの高温により、効率良く、着火・持続燃焼出
来、かつ窒素酸化物の発生を抑制する事ができる。当然
のことながら、本願の発明は単に微粉炭の燃焼に適用で
きるだけでなく、難燃焼性の燃料に対しても同様の効果
が期待できることは明らかである。
マジェットの高温により、効率良く、着火・持続燃焼出
来、かつ窒素酸化物の発生を抑制する事ができる。当然
のことながら、本願の発明は単に微粉炭の燃焼に適用で
きるだけでなく、難燃焼性の燃料に対しても同様の効果
が期待できることは明らかである。
【図１】バーナータイルを有する本願発明のプラズマ助
燃微粉炭バーナーの装置例を示す図、
燃微粉炭バーナーの装置例を示す図、
【図２】従来の補助燃料により着火する微粉炭バーナー
の一例を示す図、
の一例を示す図、
【図３】従来の補助燃料による微粉炭着火法において燃
焼炉の炉壁温度とその温度で微粉炭着火を可能にする補
助燃料の必要量を示した例を示す図である。
焼炉の炉壁温度とその温度で微粉炭着火を可能にする補
助燃料の必要量を示した例を示す図である。
１ 補助燃料および一次空気供給孔、 ２ 微粉炭供給孔 ３ 二次空気供給孔 ４ プラズマトーチ ５ タングステン陰極、 ６ 銅ノズル陽極 ７ プラズマガス供給孔 ８ 微粉炭および一次空気供給孔 ９ 二次空気供給孔 １０ 微粉炭 １１ プラズマジェット １２ 二次空気旋回流 １３ バーナータイル １４ 燃焼炉
Claims (1)
- 【請求項１】 プラズマ炎からのエネルギー補助を受け
つつ微粉炭を燃焼させるバーナーにおいて、プラズマ炎
を囲むバーナータイルを有し、プラズマガスとして、窒
素あるいは窒素を含むガスを用い、プラズマ炎と微粉炭
が会合する領域に供給する空気量を空燃比０．３以上
０．６以下にし、会合部より下流に、プラズマ炎の外縁
に旋回流を形成する様に、さらに空気を供給することを
特徴とするプラズマ助燃燃焼炉用バーナー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5407893A JPH06265109A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | プラズマ助燃燃焼炉用バーナー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5407893A JPH06265109A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | プラズマ助燃燃焼炉用バーナー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265109A true JPH06265109A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=12960582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5407893A Pending JPH06265109A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | プラズマ助燃燃焼炉用バーナー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06265109A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100441953C (zh) * | 2006-11-30 | 2008-12-10 | 艾佩克斯科技(北京)有限公司 | 微油等离子复合点火、稳燃方法及装置 |
| CN100460753C (zh) * | 2006-02-06 | 2009-02-11 | 总昌机械股份有限公司 | 粉体燃烧机 |
| US20110033807A1 (en) * | 2008-03-14 | 2011-02-10 | Yupeng Wang | Method for decreasing nitrogen oxides of a pulverized coal boiler using burners of internal combustion type |
| WO2010151026A3 (ko) * | 2009-06-23 | 2011-03-31 | Joo Sung Ho | 프라즈마를 이용한 버어너 |
| WO2014148804A1 (ko) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | 한국기계연구원 | 플라즈마 버너 |
| KR101453861B1 (ko) * | 2013-03-22 | 2014-10-22 | 한국기계연구원 | 플라즈마 버너 |
| KR101525140B1 (ko) * | 2013-11-11 | 2015-06-02 | 한국기계연구원 | 플라즈마 버너 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5407893A patent/JPH06265109A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100460753C (zh) * | 2006-02-06 | 2009-02-11 | 总昌机械股份有限公司 | 粉体燃烧机 |
| CN100441953C (zh) * | 2006-11-30 | 2008-12-10 | 艾佩克斯科技(北京)有限公司 | 微油等离子复合点火、稳燃方法及装置 |
| US20110033807A1 (en) * | 2008-03-14 | 2011-02-10 | Yupeng Wang | Method for decreasing nitrogen oxides of a pulverized coal boiler using burners of internal combustion type |
| US10364981B2 (en) * | 2008-03-14 | 2019-07-30 | Yantai Longyuan Power Technology Co., Ltd. | Method for decreasing nitrogen oxides of a pulverized coal boiler using burners of internal combustion type |
| WO2010151026A3 (ko) * | 2009-06-23 | 2011-03-31 | Joo Sung Ho | 프라즈마를 이용한 버어너 |
| AU2010263419B2 (en) * | 2009-06-23 | 2013-05-30 | Sung Ho Joo | Burner using plasma |
| RU2493486C1 (ru) * | 2009-06-23 | 2013-09-20 | Сунг Хо ДЖОО | Устройство для сжигания, использующее плазму |
| WO2014148804A1 (ko) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | 한국기계연구원 | 플라즈마 버너 |
| KR101453861B1 (ko) * | 2013-03-22 | 2014-10-22 | 한국기계연구원 | 플라즈마 버너 |
| KR101525140B1 (ko) * | 2013-11-11 | 2015-06-02 | 한국기계연구원 | 플라즈마 버너 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020108 |