JPH0875111A

JPH0875111A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0875111A
Application number: JP6212261A
Authority: JP
Inventors: Hikari Hirano; 光平野; Masashi Nishigaki; 雅司西垣; Masahide Tsujishita; 正秀辻下; Naoya Fujimaru; 直也藤丸
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】装置がコンパクトであるとともに、発生する
ＮＯｘの量が少ない燃焼装置を得る。【構成】閉構造の燃焼炉２内に主燃焼バーナ４を備
え、主燃焼バーナ４の燃焼により発生する排ガスを燃焼
炉２より外部５へ排出する排ガス路６を備えた燃焼装置
に、排ガス路６の排ガス流入口１１を、燃焼炉２で主燃
焼バーナ４が備えられるバーナ設置側部位に設けるとと
もに、主燃焼バーナ４に形成される燃焼火焔Ｆから発生
する排ガスが、排ガス流入口１１へ循環する循環域１０
０内で、排ガス流入口１１に近接する部位に燃焼用酸素
含有ガスを供給して酸化域１０１を形成する酸化ガス供
給機構１４と、排ガス流入口１１に対して酸化域１０１
より離間した位置に燃料ガスを供給して還元域１０２を
形成する還元ガス供給機構１５を備えて、燃焼装置を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、閉構造の燃焼炉内に、
燃焼用酸素含有ガスにより燃料ガスを燃焼する主燃焼バ
ーナを備え、主燃焼バーナの燃焼により発生する排ガス
を燃焼炉より外部へ排出する排ガス路を備えた燃焼装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような燃焼装置は、燃焼炉に形成さ
れる燃焼火焔により発生される熱により、燃焼炉内に於
ける被処理物の加熱、乾燥、さらには、被処理物の溶融
処理等に利用されるが、この燃焼炉による熱の利用効率
を高くするとともに、燃焼により発生するＮＯｘの量を
適切な値まで低下させることが必要とされている。この
ような燃焼装置から発生するＮＯｘの量を減少させるた
めに、排ガスの流路内に、火焔Ｆに近接する部位から順
に、燃料ガスＧ１を供給した後、酸素含有ガスＧ２を供
給して、ＮＯｘの分解を行った後、残留する燃料ガスを
完全燃焼化する所謂リバーニング手法が知られている。
このような手法を採用する燃焼炉においては、図３に示
すように、主燃焼バーナにより形成される燃焼火焔Ｆの
先端側部位の燃焼炉が、バーナの軸芯（形成される火焔
の軸芯）に沿って延出され、その上手側（火焔近接部
位）Ａ１に燃料ガスＧ１が供給され、これより下流側
（火焔離間部位）Ａ２に酸素含有ガスＧ２が供給される
構成が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成を採用すると、燃焼炉がその長手方向に長くなり大型
化するとともに、還元域（リバーニング域）及び酸化域
（バーンアウト域）に於ける燃焼を再度、独立しておこ
なう必要があるため、リバーニング手法特有の全体とし
ての熱効率の低下という問題がある。さらに、従来の単
一の燃焼バーナを備えた炉に対して、ほぼその倍以上の
容積を備えた炉を使用する必要があるため、既存の炉に
適応し難いという問題がある。さらに、配管系が長くな
ったり、設備コストが嵩む上、バーナーとリバーニング
を１体とした燃焼装置を得ることが難しい。

【０００４】従って、本発明の目的は、上記の問題を解
決することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項１に係わる発明の第１の特徴構成は、排ガス路
の排ガス流入口を、燃焼炉で主燃焼バーナが備えられる
バーナ設置側部位に設けるとともに、前記主燃焼バーナ
に形成される燃焼火焔から発生する排ガスが、排ガス流
入口へ循環する循環域内で、排ガス流入口に近接する部
位に酸素含有ガスを供給して酸化域を形成する酸化ガス
供給機構と、排ガス流入口に対して酸化域より離間した
位置に還元ガスを供給して還元域を形成する還元ガス供
給機構を備えたことにある。さらに、請求項２に係わる
発明の第２の特徴構成は、前述の第１の特徴構成におい
て、前記燃焼炉が前記主燃焼バーナの軸芯方向に長い箱
型燃焼炉として構成されるともに、主燃焼バーナが箱型
燃焼炉の一方の長手方向端面部中央に配置され、排ガス
流入口が主燃焼バーナの配設側端面近傍に設けられてい
ることにある。さらに、請求項３に係わる発明の第３の
特徴構成は、前述の第１もしくは２の特徴構成におい
て、前記主燃焼バーナに前記酸化ガス供給機構及び前記
還元ガス供給機構が一体に備えられ、前記主燃焼バーナ
に形成される前記燃焼火焔の先端側から基端側へ前記燃
焼火焔の近傍部位を循環してくる前記排ガスに向かっ
て、前記酸化ガス供給機構が前記排ガスの下流側部位へ
前記酸素含有ガスを、前記還元ガス供給機構が前記排ガ
スの上流側部位へ前記還元ガスを供給する構成とされて
いることにある。さらに、請求項４に係わる発明の第４
の特徴構成は、前述の第１の特徴構成において、前記主
燃焼バーナへ供給される燃料ガスと燃焼用酸素含有ガス
との関係において、その空気比を１以下に設定する主燃
焼バーナ空気比制御手段を備えてあることにある。さら
に、請求項５に係わる発明の第５の特徴構成は、前述の
第１、２、３、４のいずれかの特徴構成において、前記
還元ガスが、前記主燃焼バーナに供給される前記燃料ガ
ス、前記燃料ガスより還元力の強い成分を抽出した還元
力富化ガスもしくはアンモニアガスのいずれかであるこ
とにある。そして、それらの作用・効果は次の通りであ
る。

【０００６】

【作用】本願第１の特徴構成を採用する場合は、燃焼炉
内に於ける主燃焼バーナと排ガス路に備えられる排ガス
流入口との位置関係により、燃焼炉内で燃焼火焔の先端
部からバーナの基端側に循環する排ガス循環流が形成さ
れる。当然、これは、燃焼火焔に沿ったものとなる。そ
して、この循環流の上流側（燃焼火焔の先端に近い側
で、バーナの基端側から離間した側）に、還元ガスが還
元ガス供給機構より供給されて、この部位で、脱硝が起
こる。一方、この循環流の下流側（燃焼火焔の先端から
離間する側で、バーナの基端側に近接した側）に、酸素
含有ガスが酸化ガス供給機構より供給されて、この部位
で、残余の燃焼分が燃焼処理される。ここで、本願の場
合は、排ガスが燃焼火焔の先端側から基端側へ循環さ
れ、この循環路内でＮＯｘの処理及び、残余の燃焼成分
の処理を行えるため、この反応に燃焼火焔からの熱を利
用できる。さらに、燃焼火焔の先端前方部位に還元域及
び酸化域を形成する空間部位を必要とすることはない。
従って、これらの反応部位を比較的小型に維持した状態
で、ＮＯｘ除去された良好な排ガスを排ガス路に送りだ
すことができる。結果、装置の小型化、熱効率の向上を
図ることができる。さらに、本願第２の特徴構成を採用
する場合は、燃料炉内に於ける排ガスの循環を、燃焼火
焔から発生する排ガスが、火焔の先端部位からその周部
に一様に炉横断方向に一旦広がった後、火焔の先端側か
らバーナ基端近傍部位まで循環して排ガス路に流入する
様にできるため、効率のよい最もコンパクトな構成とす
ることができる。さらに、本願第３の特徴構成を採用す
る場合は、主燃焼バーナに酸化ガス供給機構及び還元ガ
ス供給機構を備えて、燃焼火焔の周部を経てバーナ基端
側に戻ってくる排ガスに、所定の順序で、還元ガス、酸
素含有ガスを供給するため、上述の効果を得ることがで
きるとともに、例えば既設の燃焼炉に対して、その排ガ
スの排ガス流路構成を変更するとともに、バーナをこの
構成のものに交換するだけの操作で、低ＮＯｘで熱効率
のよい燃焼装置を得ることができる。さらに、本願第４
の特徴構成を採用する場合は、主燃焼バーナに空気比制
御手段を備えて、燃焼火焔の燃焼状態の空気比を１以下
に維持することで、還元域に於ける脱硝効果の高い中間
化学種であるＣＨ、ＣＨ₂、ＣＨ₃、Ｃ等の濃度を上げる
ことが可能となり、さらに強く、安定した脱硝効果を得
ることができる。さらに、本願第５の特徴構成を採用す
る場合においては、主燃焼バーナに供給される燃料ガス
を還元ガスとしても使用すると、配管、設備系を最も簡
単な構成で、これまでに説明した作用を奏する燃焼装置
を得ることができる。さらに、還元力富化ガスとする場
合について説明すると、例えば、このような燃焼装置に
おいて、その燃料ガスとしては、一般の商用都市ガスが
使用される場合が多い。こういった場合においては、そ
の都市ガスが炭素数の異なる複数の炭化水素ガスを適当
な割合で混合したものであるため、このガスよりＰＳＡ
等により、炭素数の高い成分が富化された還元力富化ガ
スを得ることができる。結果、還元域に於ける脱硝を、
高い効率でおこなうことができる。さらに、還元ガスと
してアンモニアを使用する場合は、その高い脱硝性能を
利用して、充分な脱硝をおこなうことができる。

【０００７】

【発明の効果】結果、燃焼炉を小型化できるとともに、
全体としての熱効率の良好な燃焼装置を得ることができ
た。さらに、既設の炉（装置）に対しても簡単な改造
で、良好な燃焼状態を得ることができる燃焼装置を得る
ことができた。

【０００８】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１には、本願の燃焼装置１の平面図が示されている。こ
の燃焼装置１は、平面視方形に構成された閉構造の燃焼
炉２を備えるとともに、その一方の長手方向端面３の中
央に主燃焼バーナ４を備え、さらに、この主燃焼バーナ
４の燃焼により燃焼火焔Ｆから発生する排ガスを外部５
へ排出する排ガス路６を備えて構成されている。

【０００９】図示するように、前記燃焼炉２は、主燃焼
バーナ４の軸芯方向に長い箱型燃焼炉として構成されて
いる。主燃焼バーナ４には、これに燃料ガスとしての炭
化水素ガス（一般的な都市ガス）を供給する燃料ガス供
給機構７と、燃焼用酸素含有ガスとしての空気を供給す
る燃焼用酸素含有ガス供給機構８を備えて構成されてい
る。さらに、主燃焼バーナ４へ供給される燃料ガスと燃
焼用酸素含有ガスとの関係において、その空気比を調節
する空気比制御手段９が備えられている。従って、主燃
焼バーナ４に於ける空燃比は任意の状態に制御可能であ
るが、本願の目的である低ＮＯｘ燃焼においては、この
空燃比を１以下に設定して炉の運転をおこなうことが好
ましく、この空燃比を１以下に設定する手段を主燃焼バ
ーナ空気比制御手段１０と呼ぶ。以上の構成によって、
主燃焼バーナ４においては、両者のガスが混合されて燃
焼される。

【００１０】前記排ガス路６の排ガス流入口１１は、燃
焼炉２で主燃焼バーナ４が備えられるバーナ設置側部位
である、前記一方の長手方向端面３に隣接する周壁部１
６に、主燃焼バーナ４を挟んで一対備えられており、一
対の排ガス流入口６ａ、６ｂから排ガス路６に導入され
た排ガスは、合流されて熱交換器１２に導入された後、
外部５に排出する構成が採られている。そして、この熱
交換器１２において、前記主燃焼バーナ４に導かれる燃
焼用酸素含有ガスとしての空気が予熱される。以上の燃
焼炉２、主燃焼バーナ４、排ガス流入口１１の配置構成
を採用することにより、図１に矢印で示すように、主燃
焼バーナ４に形成される燃焼火焔Ｆから発生する排ガス
は、火焔Ｆから、一旦、火焔Ｆの先端部に到った後、前
方側の端部面１３に当たった後、バーナ基端側に配設さ
れる排ガス流入口１１まで、火焔Ｆの周りをこれに沿っ
て循環する。そして、本願の燃焼装置１においては、こ
の排ガス流入口１１へ循環する循環域１００内で、排ガ
ス流入口１１に近接する部位に酸素含有ガスを供給して
酸化域（バーンアウト域）１０１を形成する酸化ガス供
給機構としての空気供給機構１４及び、排ガス流入口１
１に対して酸化域１０１より離間した位置に燃料ガスを
供給して還元域（リバーニング域）１０２を形成する還
元ガス供給機構としてのリバーニング燃料ガス供給機構
１５が備えられている。従って、排ガスの流路に沿っ
て、その上流側に還元域１０２が、前記排ガス流入口の
入口近傍部位に酸化域１０１が形成される。

【００１１】以下に具体的の構成について説明する。主燃焼バーナ４２００００ｋｃａｌ／ｈｒＰＡＸバーナ空気二段燃焼方式（燃焼ガス旋回は施さない）運転状況本願の燃焼装置単一の燃焼バーナを備えた従来装置主燃焼バーナ主燃焼バーナインプット１８００００１８００００ｋｃａｌ／ｈｒ空気比０．９５１．０５還元ガス供給機構１５追加燃料ガス２０００００ｋｃａｌ／ｈｒ酸化ガス供給機構１４追加空気３８０ｍ³／ｈｒ炉内温度１２００℃ 排ガス内に於けるＮＯｘ状況還元ガス及び酸化ガス供給機構を備えるものと、備えな
いものとで、前者が後者の半分以下であった。即ち、本
願の構成を採用することにより、排ガス中のＮＯｘ濃度
の低減化を図ることができた。

【００１２】〔別実施例〕（イ）上記の実施例においては、主燃焼バーナ４に対
して、還元ガス供給機構１５及び酸化ガス供給機構１４
を別個に備えている例を示したが、これらの機構を主燃
焼バーナ４と一体として構成することも可能であり、実
用上都合が良い。即ち、主燃焼バーナ４に形成される燃
焼火焔Ｆの先端側から基端側へ燃焼火焔の近傍部位を循
環してくる排ガスに向かって、酸化ガス供給機構１４が
前記排ガスの下流側部位へ酸素含有ガスを、還元ガス供
給機構１５が排ガスの上流側部位へ燃料ガス（還元ガス
として働く）を供給するものとしておくと、この構成の
バーナを従来の炉に備えられるバーナと交換し、排ガス
路の位置を調節するだけで、低ＮＯｘ燃焼を実現でき
る。ここで、主燃焼バーナに供給される燃料ガス、燃焼
用空気含有ガスを、両機構に夫々供給される所要のガス
として利用するのが好ましい。（ロ）さらに、上記の実施例においては、酸化ガス供
給機構に供給される燃焼用酸素含有ガスの予熱について
は述べなかったが、主燃焼バーナに供給されるガスと同
様に、熱交換器により予熱してもよい。（ハ）燃料ガスとしては、上記のメタンを主成分とす
る都市ガスの他、プロパン、ブタン等も使用できる。（ニ）さらに、上記の実施例においては、主燃焼バー
ナに供給される燃料ガスを還元ガス供給機構から供給す
るガス（還元ガスとしての役割を果たす）と共用した
が、このガスは還元性能が重視されるため、前記の燃料
ガスとは別種のものを供給してもよい。この場合の燃焼
装置構成例を図２に示した。この様な目的に使用される
還元ガスとしては、上記のように燃料ガスをそのまま使
用する他に、還元ガス供給機構へのガス供給配管に、Ｐ
ＳＡ等を配設し、プロパン、ブタン等を一般的な都市ガ
スから分離もしくは富化して、還元力富化ガスとして使
用することもできる。さらに、還元力の強いアンモニア
等をそのまま使用することもできる。（ホ）さらに、排ガス流入口の位置としては、炉のバー
ナ設置側位置で、燃焼火焔に沿って基端側に帰還する循
環流が生じる位置であれば、任意の位置が選択できる。

【００１３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の燃焼装置の構成を示す図

【図２】本願の別実施例の燃焼装置の構成を示す図

【図３】従来のリバーニングを使用する燃焼装置の構成
を示す図

【符号の説明】

２燃焼炉４主燃焼バーナ５外部６排ガス路１０主燃焼バーナ空気比制御手段１１排ガス流入口１４酸化ガス供給機構１５還元ガス供給機構１００循環域１０１酸化域１０２還元域Ｆ燃焼火焔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤丸直也大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉構造の燃焼炉（２）内に、燃焼用酸素
含有ガスにより燃料ガスを燃焼する主燃焼バーナ（４）
を備え、前記主燃焼バーナ（４）の燃焼により発生する
排ガスを前記燃焼炉（２）より外部（５）へ排出する排
ガス路（６）を備えた燃焼装置であって、前記排ガス路（６）の排ガス流入口（１１）を、前記燃
焼炉（２）で前記主燃焼バーナ（４）が備えられるバー
ナ設置側部位に設けるとともに、前記主燃焼バーナ（４）に形成される燃焼火焔（Ｆ）か
ら発生する前記排ガスが、前記排ガス流入口（１１）へ
循環する循環域（１００）内で、前記排ガス流入口（１
１）に近接する部位に酸素含有ガスを供給して酸化域
（１０１）を形成する酸化ガス供給機構（１４）と、前
記排ガス流入口（１１）に対して前記酸化域（１０１）
より離間した位置に還元ガスを供給して還元域（１０
２）を形成する還元ガス供給機構（１５）を備えた燃焼
装置。
【請求項２】前記燃焼炉（２）が前記主燃焼バーナ
（４）の軸芯方向に長い箱型燃焼炉として構成されると
もに、前記主燃焼バーナ（４）が前記箱型燃焼炉（２）
の一方の長手方向端面部中央に配置され、前記排ガス流
入口（１１）が前記主燃焼バーナ（４）の配設側端面近
傍に設けられている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】前記主燃焼バーナ（４）に前記酸化ガス
供給機構（１４）及び前記還元ガス供給機構（１５）が
一体に備えられ、前記主燃焼バーナ（４）に形成される
前記燃焼火焔（Ｆ）の先端側から基端側へ前記燃焼火焔
（Ｆ）の近傍部位を循環してくる前記排ガスに向かっ
て、前記酸化ガス供給機構（１４）が前記排ガスの下流
側部位へ前記酸素含有ガスを、前記還元ガス供給機構
（１５）が前記排ガスの上流側部位へ前記還元ガスを供
給するものである請求項１もしくは２記載の燃焼装置。
【請求項４】前記主燃焼バーナ（４）へ供給される前
記燃料ガスと前記燃焼用酸素含有ガスとの関係におい
て、その空気比を１以下に設定する主燃焼バーナ空気比
制御手段（１０）を備えてある請求項１記載の燃焼装
置。
【請求項５】前記還元ガスが、前記主燃焼バーナ
（４）に供給される前記燃料ガス、前記燃料ガスより還
元力の強い成分を抽出した還元力富化ガスもしくはアン
モニアガスのいずれかである請求項１、２、３又は４記
載の燃焼装置。