(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
富ガス又は貧ガス、若しくはこれらの混合ガスの燃焼によって加熱され、前記燃料ガスは燃焼室底部から供給され、燃焼用エアは燃焼室底部又は燃焼室底部と燃焼室仕切壁内に設けられたダクトを介して高さ方向に複数の供給口から供給されるコークス炉において、燃焼室底部のガス供給口から１〜２．５ｍの高さ位置において、水素を含む還元性ガスを、燃焼排ガスの流れに対して直角〜６０°上向きとなる角度で吹込むことを特徴とするコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法。
【請求項２】
ＮＯｘを還元分解させるための還元性ガスとして、コークス炉ガスを使用することを特徴とする請求項１記載のコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉における燃焼排ガス中のＮＯｘを低減させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉内での燃焼により発生する窒素酸化物にはNO，NO2 ，N2O ，N2O5等があるが、これらを総称してＮＯｘと称している。このＮＯｘは、サーマルＮＯｘ、プロムプトＮＯｘ、フューエルＮＯｘに分けられが、コークス炉においては燃焼空気中の窒素を起源とするサーマルＮＯｘが大部分を占めている。そして、その生成割合は下記の数式１で表され、この数式１よりサーマルＮＯｘの生成には、火炎温度、窒素濃度、酸素濃度が影響することが判る。
【０００３】
【数１】
dNOx/dt=N2×O21/2 ×exp(-k/T)
但し、ｋ：定数
Ｔ：火炎温度
ＮＯｘ，Ｎ2 ，Ｏ2 ：各組成濃度
【０００４】
ところで、コークス炉における燃焼排ガス中のＮＯｘ含有量を低減させる手段としては、▲１▼燃焼排ガスを再循環させることによって火炎温度を低下させる方法や、▲２▼部分的に燃焼させることによって酸素及び窒素濃度を減少させる方法が知られている。
【０００５】
このうち、▲１▼の燃焼排ガスを再循環させる方法は、コッパースサーキュレーション方式のコークス炉において実施されている。この場合、双子型燃焼室（ツインフリュー）の底部に設けられた１つ又は２つの開口を通じて燃焼側フリューに燃焼排ガスを混入せしめて火炎温度を低下させ、また、酸素濃度を下げることで、ＮＯｘ生成率を抑制している。
【０００６】
また、▲２▼の部分的燃焼によってＮＯｘの含有量を低減させるものは、多段加熱方式のコークス炉において実施されている。例えば特開昭６１- １３３２８６号や特開平１- ３０６４９４号では、燃焼排ガスの系内再循環とエア・ガスの多段燃焼の組合わせにおいて、ＮＯｘの含有量を効果的に低減させるには、燃焼排ガスの系内再循環と、下段空気の吐出量比、及び、第２燃焼段の配置を適当に組合せることが必要であるとしている。また、特表平４- ５０１８７６号では、さらに燃焼排ガスの炉外でのガス・エア希釈、燃焼室底部のサーキュレーション孔、富ガスノズル、貧ガスポート、の適正な配置が重要であるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法は、燃焼排ガスの再循環による火炎温度の低下と、部分的燃焼による酸素及び窒素濃度の減少の組み合わせであり、量的な改善による発生量の抑制に留まっていた。
【０００８】
したがって、▲１▼のコッパースサーキュレーション方式での燃焼排ガスの再循環方式では、排ガス循環量を任意に変更することができなかった。また、燃焼室の高さが６．５ｍ以上の大型コークス炉で、しかも乾留時間が１２時間以下の高稼働率操業においては、排ガスの体積が増大すること及び循環口の断面積の制約により、排ガス循環率を２０％以上に上げることができないという問題があった。
【０００９】
また、▲２▼の部分燃焼によるＮＯｘの低減方法は、カールスチル型コークス炉、オットー型コークス炉、及び日鉄Ｍ式コークス炉において「多段燃焼」という形で採用され、効果をあげているが、コークス炉でのＮＯｘ発生を更に低減させるためには、燃焼室の構造そのものを変更してＮＯｘの生成を抑制するか、または、生成したＮＯｘを分解する必要がある。
【００１０】
このうち、生成したＮＯｘを分解する方法としては、燃焼によって生成したＮＯｘを還元性ガスによって還元分解することは公知であるが、コークス炉への適応については、燃焼室は底焚き式で、しかも、形状が縦４５０〜６００ｍｍ、横８００〜１１００ｍｍ、高さ５０００〜７０００ｍｍときわめて特殊であること、及び、還元性ガスの吹込み位置・吹込み角度、並びに吹込み方法の問題があり、実施には至っていない。
【００１１】
一方、環境汚染防止に対する要求は年々厳しさを増してきており、法規制の上でも新設コークス炉のＮＯｘ排出規制値は既設炉のそれより相当厳しくなってきており、コークス炉建設ができなくなる可能性さえある。
【００１２】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、還元性ガスの吹込み位置・吹込み角度、並びに吹込み方法を最適に規定することにより、特殊な形状のコークス炉における燃焼排ガス中のＮＯｘを効果的に低減させることができる方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法は、燃焼室底部のガス供給口から１〜２．５ｍの高さ位置において、水素を含む還元性ガスを、燃焼排ガスの流れに対して直角〜６０°上向きとなる角度で吹込むこととしている。そして、このようにすることで、燃焼室内で生成されたＮＯｘは還元反応によって分解し、低減する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法は、富ガス又は貧ガス、若しくはこれらの混合ガスの燃焼によって加熱され、前記燃料ガスは燃焼室底部から供給され、燃焼用エアは燃焼室底部又は燃焼室底部と燃焼室仕切壁内に設けられたダクトを介して高さ方向に複数の供給口から供給されるコークス炉において、燃焼室底部のガス供給口から１〜２．５ｍの高さ位置において、水素を含む還元性ガスを、燃焼排ガスの流れに対して直角〜６０°上向きとなる角度で吹込むものであり、ＮＯｘを還元分解させるための還元性ガスとしては、コークス炉ガスを使用することが経済的である。
【００１５】
すなわち、燃焼室底部から供給された富ガス（コークス炉ガス）又は貧ガス（高炉ガス）、若しくはこれらの混合ガスと燃焼用エアは、拡散燃焼しながら燃焼室内を上昇してゆくが、コークス炉の燃焼室のような狭く限定された空間内での燃焼は、解放された空間での燃焼に比べて燃焼領域が高さ方向で広範囲となる。
【００１６】
このようなコークス炉の燃焼室での燃焼においては、ガス供給量又はガス発熱量若しくは空気比によって最大燃焼点は異なるものの、本発明者が燃焼中の雰囲気温度、及び、燃焼室内の壁面温度を測定した結果、ガス供給口から１〜２．５ｍの高さで良好なＮＯｘ低減効果を示すことが判明した。
【００１７】
すなわち、燃焼が完了していないガス供給口から１ｍ未満の高さ位置では、水素ガスを含む還元性ガスを吹込んでも、下記化学式１の還元反応によってＮＯｘを分解することによるＮＯｘの低減効果は現れないので、本発明では、還元性ガスの吹込み位置を、ガス供給口から１．０ｍの高さ以上としている。一方、還元性ガスの吹込み位置が２．５ｍを超えると、燃焼排ガスの温度が低下し、ＮＯｘの還元分解反応が遅滞するので、本発明では、還元性ガスの吹込み位置を、ガス供給口から２．５ｍ未満の高さとしている。
【００１８】
【化１】
２ＮＯ＋Ｈ2 ＝Ｎ2 ＋２ＯＨ
【００１９】
ＮＯｘを含む燃焼ガスとより速く混合させるためには、還元性ガスの吹込み角度を燃焼排ガスの流れに対して直角〜６０°上向きに吹込むことが必要である。本発明者による実験では、吹込み角度を燃焼排ガスの流れと平行にした場合には、ＮＯｘの低減効果は得られなかった。なお、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法を実施する際の、還元性ガスの吹込み口の形状は、特に限定するものではないが、横幅を広くして、高さを抑えたスリット状のとなすことが望ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法を図１〜図８に示す一実施例に基づいて説明する。
図１は貧ガス加熱、或いは、富ガス加熱が可能な複式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、ＮＯｘの還元性ガス供給装置を敷設した図２の矢視Ａ−Ａ断面図、図２は図１のＢ−Ｂ水平断面図、図３は図１のＣ−Ｃ水平断面図、図４は富ガス加熱のみが可能な単式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、ＮＯｘの還元性ガス供給装置を敷設した図５の矢視Ｄ−Ｄ断面図、図５は図４のＥ−Ｅ水平断面図、図６は図４のＦ−Ｆ水平断面図、図７はエア多段型燃焼構造炉に燃焼排ガスの炉内再循環と、ＮＯｘの還元性ガス供給装置を併用した図８の矢視Ｇ−Ｇ断面図、図８は図７のＨ−Ｈ水平断面図である。
【００２１】
図１〜図３における複式炉では、貧ガス燃焼の場合、燃料ガスは、燃焼室１の底部１３に設けた貧ガス供給ダクト４を介して、貧ガス供給口９から単段で燃焼室１に供給される。また、富ガス燃焼の場合、燃料ガスは、同じく燃焼室１の底部１３に設けた富ガス供給ノズル６から単段で燃焼室１に供給される。
【００２２】
一方、燃焼用エアは一次エアと二次エアに大別され、一次エアは、燃焼室１の底部１３に設けた一次エア供給ダクト５を介して一次エア供給口１０から、また、二次エアは、仕切壁１２に設けた二次エア供給ダクト３を介して、一次エア供給口１０から例えば２．５ｍと３．５ｍの高さ位置に２箇所設けられた二次エア供給ノズル２から、夫々燃焼室１に多段で供給される。
【００２３】
７は水素を含んだ例えばコークス炉ガスの供給ダクトであり、この供給ダクト７は仕切壁１１に設けられている。コークス炉ガスはこの供給ダクト７を経て、前記一次エア供給口１０から例えば２ｍの高さ位置に設置された還元性ガス供給ノズル８を介して燃焼室１内に供給される。この還元性ガス供給ノズル８は、例えば図３に示すように、幅を広くし、高さを抑えたスリット型のものを採用し、かつ、燃焼室１への吹出し角度は、例えば燃焼排ガスの流れと直角になるようになしている。なお、図１〜図３中の１４は炉壁を示す。
【００２４】
本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法は、例えば上記したような構成のコークス炉を用いて実施するものであり、燃焼室１の底部１３の貧ガスガス供給口９から２ｍの高さ位置に設けた還元性ガス供給ノズル８から、還元性ガスとして例えばコークス炉ガスを、例えば燃焼排ガスの流れと直角になるように吹込むのである。
【００２５】
この図１〜図３に示すコークス炉を用いて、還元性ガス供給ノズル８から富ガスの２０％のコークス炉ガスを、燃焼排ガスの流れと平行な場合と直角に吹込んだ場合の、燃焼室１の高さ方向のＮＯｘ分布を示したのが図９である。この図９から、コークス炉ガスを燃焼排ガスの流れと平行に吹込んだ場合には、コークス炉ガスを吹込まない場合とほとんど変化がなく、効果はないのが判る。これに対して、コークス炉ガスを燃焼排ガスの流れと直角に吹込んだ場合には、コークス炉ガスを吹込まない場合と比較してＮＯｘは約２０％減少している。
【００２６】
図１０は図９と同様の条件で、還元性ガス（コークス炉ガス）の吹込み角度を変化させた場合のＮＯｘ低減効果の一例を示したものである。この図１０より明らかなように、還元性ガス（コークス炉ガス）の吹込み角度は、燃焼排ガスの流れに対して直角〜６０°上向きの場合にＮＯｘの低減効果がある。
【００２７】
図１１は図９と同様の条件で、還元性ガス（コークス炉ガス）の吹込み高さ位置を変化させた場合のＮＯｘ低減効果の一例を示したものである。この図１１より明らかなように、還元性ガス（コークス炉ガス）の吹込み高さ位置は、１．５〜２ｍ付近で最大のＮＯｘ低減効果がある。
【００２８】
本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法は、図１〜図３に示した構造の複式炉に限らないことは勿論であり、図４〜図６に示す、富ガスのみ供給可能な単式炉や、図７及び図８に示すように、燃焼室にサーキュレーション口１５を設けた燃焼排ガスの炉内再循環型のコークス炉にも適用が可能である。
【００２９】
図１２は多段燃焼炉において富ガス（コークス炉ガス）を燃焼させた時の、燃焼排ガスを炉内で再循環（サーキュレーション）させた場合の効果と、還元性ガスを吹込んだ場合の効果を組合せた結果を示したものである。燃焼排ガスを炉内で再循環させたものを併用した場合であっても、やはりＮＯｘは２０％程度低減しているのが判る。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るコークス炉燃焼排ガス中のＮＯｘ低減方法では、還元性ガスの吹込み位置・吹込み角度、並びに吹込み方法を最適に規定したので、特殊な形状のコークス炉であっても、燃焼排ガス中のＮＯｘを効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】貧ガス加熱、或いは、富ガス加熱が可能な複式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、ＮＯｘの還元性ガス供給装置を敷設した図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ水平断面図である。
【図３】図１のＣ−Ｃ水平断面図である。
【図４】富ガス加熱のみが可能な単式炉で、エア多段型燃焼構造炉に、ＮＯｘの還元性ガス供給装置を敷設した図５の矢視Ｄ−Ｄ断面図である。
【図５】図４のＥ−Ｅ水平断面図である。
【図６】図４のＦ−Ｆ水平断面図である。
【図７】エア多段型燃焼構造炉に燃焼排ガスの炉内再循環と、ＮＯｘの還元性ガス供給装置を併用した図８の矢視Ｇ−Ｇ断面図である。
【図８】図７のＨ−Ｈ水平断面図である。
【図９】燃料ガスとして富ガスを使用した時、還元性ガスを燃料ガスの２０％吹込んだ場合の効果を示す図である。
【図１０】図９と同じ条件で、還元性ガスの吹込み角度を変化させた場合の効果を示す図である。
【図１１】図９と同じ条件で、還元性ガスの吹込み高さ位置を変化させた場合の効果を示す図である。
【図１２】多段燃焼炉において富ガスを燃焼させた時の、燃焼排ガスを炉内で再循環させた場合の効果と、還元性ガスを吹込んだ場合の効果を組合せた結果を示したものである。
【符号の説明】
１    燃焼室
２    二次エア供給ノズル
３    二次エア供給ダクト
７    供給ダクト
８    還元性ガス供給ノズル
９    貧ガス供給口
１０  一次エア供給口
１１  仕切壁
１２  仕切壁
１３  底部
【図１】
0003712527.tif 000002
【図２】
0003712527.tif 000003
【図３】
0003712527.tif 000004
【図４】
0003712527.tif 000005
【図５】
0003712527.tif 000006
【図６】
0003712527.tif 000007
【図７】
0003712527.tif 000008
【図８】
0003712527.tif 000009
【図９】
0003712527.tif 000010
【図１０】
0003712527.tif 000011
【図１１】
0003712527.tif 000012
【図１２】
0003712527.tif 000013