JPH0849812A - 燃焼炉とその低NOx燃焼方法 - Google Patents

燃焼炉とその低NOx燃焼方法

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JPH0849812A
JPH0849812A JP6204574A JP20457494A JPH0849812A JP H0849812 A JPH0849812 A JP H0849812A JP 6204574 A JP6204574 A JP 6204574A JP 20457494 A JP20457494 A JP 20457494A JP H0849812 A JPH0849812 A JP H0849812A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、従来技術の有するこのような問題
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、高温の燃焼用空気が供給される燃焼炉においてNO
xの発生を低減する燃焼炉及びその低NOx燃焼方法を
提供しようとするものである。 【構成】 本発明は、蓄熱燃焼において燃焼用空気供給
口1と燃料供給口2とを距離Lだけ離すと共に、前記空
気5噴流と燃料6噴流が異なる方向に噴射されるように
双方の供給口間に噴出角度αを持たせた燃焼炉10を用
いて、700℃以上の高温燃焼用空気5と燃料6を、そ
れぞれの噴流の主流部が重ならないように炉10内に噴
射して燃料6と空気5の混合を抑制し、また、燃焼域へ
の排ガスの巻き込みによる緩慢な燃焼状態を維持する燃
焼炉及び低NOx燃焼方法である。前記燃料の噴出速度
は60m/sec以上であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種工業炉及びボイラ
の燃焼に伴う窒素酸化物(以下NOxという)の生成量
の抑制のための低NOx燃焼方法に係わり、特にセラミ
ックス等の蓄熱体を用いた顕熱回収装置によって100
0℃以上の高温まで予熱した高温燃焼用空気を使用する
燃焼炉における低NOx燃焼方法に関する。
【0002】
【従来の技術】燃焼炉における多量のNOxの発生は、
高い酸素濃度、そして、急速な高温燃焼に起因すること
が大きい。しかし、従来一般の燃焼においては、主とし
て燃焼効率の向上等の観点から、火炎の短炎化が図られ
ており、火炎を短炎化するには、燃焼用空気と燃料とを
早期に混合均一化し、急速な燃焼を行わせることが必要
である。このような急速燃焼のもとでは、火炎温度は高
くなり、且つ、炉内高温域も広がり、加えて燃焼帯にお
ける局所酸素濃度が増大する。その結果、多量のNOx
が生成されてしまい、燃焼効率と公害との両者間のジレ
ンマに悩まされているという問題を有していた。
【0003】そこで、図4に示すような低NOx燃焼方
法が提案されている。図4に示す燃焼方法は、特開平1
−300103号公報に掲載されているものである。図
4(a)において、燃焼用空気供給口51と燃料供給口
52とが距離L2だけ離されて炉壁50に設けられてい
る。そして、前記燃焼用空気供給口51と周囲炉内壁5
0とが炉内再循環流を形成するのに十分な距離L3だけ
離されている。
【0004】このような構造の燃焼炉50における燃焼
方法は、それぞれの供給口51、52から炉内へ噴射さ
れた空気と燃料の混合が悪く、それぞれ炉内の高温排ガ
スと混合した後、図2中Dで混合されるので、酸素濃度
が低い場での燃焼となり、NOxが低減される。また、
前記燃焼用空気供給口51と周囲炉内壁50との間で炉
内再循環流を形成して炉内を燃焼させる。
【0005】一方、この燃焼方法では燃焼炉の温度が低
い場合にはCOやすすが発生し、火炎安定性に欠ける。
そこで、炉50内の温度が燃料の着火温度、例えば、7
50℃以下の低温時には、燃焼用空気供給口51内に設
けられたサブ燃料供給口53から燃料を噴出させ、燃焼
用空気と燃料とを早期に混合均一化し、急速な燃焼を行
わせる。燃料の着火温度、例えば、750℃以上に達す
ると、燃料供給口52からの燃料供給に切り換える。
尚、図4(b)は、B−B線断面図である。
【0006】ところで、燃焼用空気は炉内に噴射される
前に、燃焼効率向上の観点から排ガス顕熱回収装置によ
って予熱される。従来の顕熱回収装置は、熱交換器等に
よるもので、その予熱温度は炉内温度が1300℃であ
る場合、せいぜい400℃〜600℃程度であった。と
ころが、最近の蓄熱性の良いセラミックス等を用いた蓄
熱燃焼(リジェネレイティブ)バーナ等の顕熱回収装置
は、予熱空気温度を1000℃以上まで昇温する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、燃焼用空気
が、炉内に噴射される時には既に1000℃以上の高温
であるため、炉内温度が下がらず燃焼効率が低下しない
ものの上記従来のような燃焼方法では、高温の燃焼用空
気と燃料が炉内で燃焼反応すると、更に高温になり、多
量のNOxが発生してしまうという問題が生じる。燃焼
用空気供給口51と燃料供給口52との距離L2を更に
大きく離して混合を抑制することも考えられるが、炉全
体が大きくなってしまう。また、図4に示す燃焼炉では
燃料供給孔52が炉壁に設けられているためには大がか
りな工事を必要とする。
【0008】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、高温の燃焼用空気が供給される蓄熱燃焼において
NOxの発生を低減する燃焼炉及びその低NOx燃焼方
法を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、蓄熱燃焼において高温燃焼用空気と燃料
とを炉内に噴射供給する燃焼用空気供給口と燃料供給口
とを離すと共に、前記空気噴流軸と燃料噴流軸が異なる
方向に噴射されるように双方の供給口間に噴出角度を持
たせた燃焼炉である。
【0010】また、700℃以上の高温燃焼用空気と燃
料を炉内に噴射する際に、それぞれの噴流の主流部が重
ならないように前記高温燃焼用空気と燃料を炉内に噴射
し、燃料と空気の混合を抑制しながら炉内の排ガス自己
循環により、緩慢な燃焼状態を維持する低NOx燃焼方
法である。前記燃料の噴出速度は60m/sec以上で
あることが望ましい。
【0011】
【作用】顕熱回収装置の向上に伴い、炉内温度は、一
旦、燃料着火温度にまで上がると、燃焼用空気の供給等
よっては余り下がらず、略定常的に燃料着火温度以上を
保ち続ける。そこへ、高温燃焼用空気と燃料のそれぞれ
の噴流の主流部が重ならないように炉内噴射すると、そ
れぞれの噴流がそれぞれに炉内排ガスを巻き込みながら
低い酸素濃度で燃焼する。この燃焼は、燃焼用空気と燃
料とが直接混合して燃焼するよりも緩慢な燃焼で、急速
に高温にならない。そして、酸素濃度も低いためNOx
の発生が少なくなる。
【0012】そして、前記燃料の噴出速度は60m/s
ec以上であると、炉内に輝炎の火炎が延び、放射によ
る加熱率も大きくなる。炉内の加熱性も向上する。燃料
の噴射する方向で空気流のある方と反対側での燃料の熱
分解による還元反応で、脱硝反応も進む。
【0013】
【実施例】次に、図面を参照しつつ本発明を説明する。
図1(b)は本発明の燃焼に用いられる燃焼炉10の一
具体例を示す断面概要図である。図1(a)は図1
(b)のA−A線断面図であり、図2は図1(b)のC
−C線断面図である。
【0014】図1(b)において、バーナタイル8に、
燃焼用空気供給口1と燃料供給口2とが距離Lだけ離さ
れ、一体形で設けられ、このLは空気噴流と燃料噴流の
主流がバーナ近傍で重ならないように噴射するのに必要
最小限の長さで良く、噴射角度にもよるがL/D=1〜
2で十分である。ここで、Dは空気噴射口の径である。
また、バーナタイル8の燃焼用空気供給口1と燃料供給
口2とが炉10内壁に面一に合わされている。これは、
噴流の運動量によって炉内の高温排ガスを巻き込み、燃
焼帯への自己排ガス循環を有効に行うものである。燃焼
用空気供給口1は水平に真っ直ぐ、燃料供給口2の先端
は角度αだけ水平から傾いており、燃焼用空気5と燃料
6を異なる向きに炉内に噴射するようになっている。角
度αは、約5〜45°の範囲で選択する。最も好ましく
は約15°である。
【0015】バーナタイル8の燃焼用空気供給口1の下
方に顕熱回収装置のセラミックス等の蓄熱体4が設けら
れている。顕熱回収装置は、蓄熱体4によって、高温の
燃焼排ガスからは熱を吸収して出入口9から排出し、出
入口9から供給された空気へは熱を供給する。燃焼用空
気供給口1を通る空気は顕熱回収装置によって1000
℃以上まで昇温される。燃焼用空気供給口1の中心の図
左方延長上には更に、サブ燃料供給口3が設けられてお
り、炉10内の温度が400℃以下の低温時に安全対策
上から燃料を噴出させ、燃焼用空気と燃料とを早期に混
合均一化し、安定な燃焼を行わせる炉をウォーミングア
ップさせるためのものである。
【0016】燃焼炉10には、図1(a)に示すよう
に、上記のようなバーナタイル8が一対設けられ、これ
らに対向する側の炉壁中央に補助煙道7が設けられてい
る。この補助煙道7は、一対のバーナタイル8から供給
される空気5及び燃料6の燃焼排ガスを対面側へ引き込
むようにして、炉内全体に行き渡らせる働きがある。
尚、一対のバーナ部8は任意に交番運転する。
【0017】このような構造の燃焼炉10の運転を説明
する。運転開始時の炉内温度が、400℃以下の低温時
には、サブ燃料供給口3から燃料を噴出させ、燃焼用空
気と燃料とを早期に混合均一化し、急速な燃焼を行わせ
る。そして、400℃以上に達すると、燃料供給口2か
らの燃料も供給する。その後のサブ燃料供給口3からの
燃料供給は、炉の使用方法によって異なるが所定温度ま
で同時併用したり、炉内温度が所定温度よりも下がり、
急速な燃焼を行わせて炉内温度を上昇させる必要がある
時にだけ補充的に供給することとなる。
【0018】このような構造の燃焼炉10の低NOx燃
焼方法においては、炉内温度が1300℃である場合、
燃料6と顕熱回収装置によって1000℃以上まで昇温
された高温の燃焼用空気5とが、それぞれの噴流の主流
部が重ならないように供給口1、2から炉内へ噴射され
る。すると、それぞれの噴流がそれぞれに炉内排ガスを
巻き込みながら順次混合して燃焼する。その燃焼は、燃
焼用空気5と燃料6とが直接混合して燃焼するよりも緩
慢な燃焼で、局所的な高温部をもたない。そして、酸素
濃度も低いためNOxの発生が少なくなる。その結果、
高温の燃焼用空気が供給される燃焼効率の良い燃焼炉に
おいてNOx発生を充分に低減する。
【0019】この時、燃料と燃焼用空気の流速比を0.
3以上、とりわけ約0.5〜2にしておくと燃料と燃焼
用空気との混合が抑制され、それぞれの噴流がそれぞれ
に炉内排ガスを巻き込みながら燃焼することを促進す
る。また、それぞれの噴流と炉内排ガスとの混合をよく
するためには火炎の長さが炉径の半分以上になるように
噴出速度60m/sec以上で噴射するとよい。尚、噴
出速度が余りに速い場合は、炉内の排ガスと混合しても
燃焼反応が起こりにくく保炎できないので、炉に保炎用
バーナを備えさせて炎が消えない程度に僅かに着火させ
ておくことが必要である。
【0020】具体的な試験結果を以下に示す。燃焼用空
気供給口1と燃料供給口2との距離L/D=1.5、燃
料供給口2の水平からの傾きα=15°、燃料噴出速度
80m/s、空気噴出速度30〜40m/sとし、空気
の予熱温度が約1000℃で燃焼させた場合、サブ燃料
供給口3から噴射すると、1000ppmのNOx発生
したが、燃料供給口2から噴射すると10ppmまでに
低減できた。この時、火炎は輝炎で、大きく、放射によ
る加熱率も大きくなり、炉内の加熱性も向上した。燃料
の噴射する方向で空気流のある方と反対側で燃料の熱分
解による脱硝反応も進んでいた。
【0021】尚、上記実施例では、水平から所定角度の
傾きαを有する一つの燃焼用空気供給口1と一つの燃料
供給口2とが距離Lだけ離されてバーナタイル8に設け
られていたが、図3に示すように、水平から所定角度の
傾きを有する一つの燃料供給口2を中心とする所定半径
Lの同心円上に複数の燃焼用空気供給口1を設けてもよ
い。この場合は、炉内に噴射された燃料と燃焼用空気の
それぞれの噴流の向きを異ならせるために、前記燃料供
給口1の傾きと反対側に中心角θが240°以下の扇形
を形成するように複数の燃焼用空気供給口1を配置する
必要がある。また、前記所定半径Lはそれぞれの噴流の
主流部が重ならないようにするために充分に大きくとる
ことが肝要である。
【0022】
【発明の効果】上記のように本発明の燃焼炉及びその低
NOx燃焼方法は、燃料供給口と、燃焼用空気供給口と
を離すと共に、前記空気噴流軸と燃料噴流軸が異なる方
向に噴射されるように両者の間に噴出角度を持たせ、高
温燃焼用空気と燃料のそれぞれの噴流の主流部が重なら
ないように炉内に噴射することにより、それぞれの噴流
をそれぞれに炉内排ガスと十分反応させた後に燃焼空気
と燃料とを混合して燃焼させ、急速に高温にならない緩
慢なしかも酸素濃度が低い燃焼を実現し、高温の燃焼用
空気が供給される燃焼炉においてNOx発生を低減す
る。
【0023】この結果、燃料供給口と空気供給口とが一
体のバーナー体形のコンパクト構造となり、改造が容易
となる。また、上記蓄熱燃焼バーナでは空気供給口を高
温燃焼排ガスが通過するため、燃料供給口が空気供給口
の中にあると、燃料のコーキングや燃料の噴射孔の焼損
が発生する問題が生ずるが、本発明では燃料供給口と空
気供給口とが離れているので完全に解決できる。また、
本発明によると低温でも使用が可能であり操業性が良
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼に用いられる燃焼炉の一具体例を
示す断面概要図である。
【図2】図1のC−C線断面図である。
【図3】本発明の燃焼炉における燃焼用空気供給口と燃
料供給口を示す図である。
【図4】従来の燃焼に用いられる燃焼炉のを示す断面概
要図である。
【符号の説明】
1 燃焼用空気供給口 2 燃料供給口 4 セラミックス等(顕熱回収装置) 5 空気 6 燃料 7 煙道 8 バーナ部 10 燃焼炉 α 傾き L 供給口間距離

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄熱燃焼において高温燃焼用空気と燃料
    とを炉内に噴射して燃焼を行う燃焼炉であって、燃料供
    給口と、燃焼用空気供給口とを離すと共に、前記空気噴
    流軸と燃料噴流軸が異なる方向に噴射されるように両者
    の間に噴出角度を持たせたことを特徴とする燃焼炉。
  2. 【請求項2】 700℃以上の高温燃焼用空気と燃料を
    炉内に噴射して燃焼を行う燃焼炉の低NOx燃焼方法で
    あって、それぞれの噴流の主流部が重ならないように前
    記高温燃焼用空気と燃料を炉内に噴射し、燃料と空気の
    混合を抑制しながら炉内の排ガス自己再循環により緩慢
    な燃焼状態を維持することを特徴とする低NOx燃焼方
    法。
  3. 【請求項3】 前記燃料の噴出速度は60m/sec以
    上であることを特徴とする請求項2記載の低NOx燃焼
    方法。
JP6204574A 1994-08-04 1994-08-04 燃焼炉とその低NOx燃焼方法 Expired - Lifetime JP3052262B2 (ja)

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US9410700B2 (en) 2011-01-21 2016-08-09 Technip France Burner and a furnace comprising such a burner

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