(57)【要約】【課題】ターンダウン時のＮＯｘの生成を抑制する。【解決手段】水素ガス燃焼バーナーは、水素ガスを供給する水素ガス供給管１２と、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管１３と、水素ガス供給管１２から水素ガスの供給を受けるとともに、酸素含有ガス供給管１３から酸素含有ガスの供給を受け、水素ガスを燃焼させるバーナー部１１と、バーナー部１１に対し、水素ガス供給管１２を介して供給される水素ガスの供給量と、酸素含有ガス供給管１３を介して供給される酸素含有ガスの供給量を調整する調整機構１５と、酸素含有ガスに比べて酸素濃度が低い不活性ガスをバーナー部１１に供給する不活性ガス供給管１４と、を備え、調整機構１５の動作によりバーナー部に対する水素ガスの供給量を低下させた場合に、不活性ガスをバーナー部１１に供給するとともに、酸素含有ガス供給管１３によるバーナー部１１への酸素含有ガスの供給を、流速を低下させずに行う。【選択図】図１
2019039636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸素含有ガスを供給し、拡散燃焼方式で前記水素ガスを燃焼させる水素ガス燃焼バーナーの制御方法であって、
水素ガス燃焼バーナーは、
前記水素ガスを供給する水素ガス供給管と、
前記酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管と、
前記水素ガス供給管から前記水素ガスの供給を受けるとともに、前記酸素含有ガス供給管から前記酸素含有ガスの供給を受け、前記水素ガスを燃焼させるバーナー部と、
前記バーナー部に対し、前記水素ガス供給管を介して供給される前記水素ガスの供給量と、前記酸素含有ガス供給管を介して供給される前記酸素含有ガスの供給量を調整する調整機構と、
前記酸素含有ガスに比べて酸素濃度が低い不活性ガスを前記バーナー部に供給する不活性ガス供給管と、を備え、
前記調整機構の動作により前記バーナー部に対する前記水素ガスの供給量を低下させた場合に、前記不活性ガスを前記バーナー部に供給するとともに、前記酸素含有ガス供給管による前記バーナー部への前記酸素含有ガスの供給を、流速を低下させずに行う、
水素ガス燃焼バーナーの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス燃焼バーナーの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開２０１４−０３７９０６号公報がある。この公報に記載された燃焼バーナーは、燃焼炉の目標温度と実測温度の差から、燃料と空気の目標比を設定し、空気量の調節を行うことができる。
【０００３】
ここで図７は、水素と酸素含有ガス（空気）の比率と、発生する窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）の関係を示したものである。具体的には、図７は、水素を十分に燃焼させる空気比を１として、空気が多くなれば燃焼は十分に行われるが生成されるＮＯｘが増加し、空気が少な過ぎれば未燃水素が排出される状態となってしまうため、水素が十分に燃焼しつつＮＯｘの発生が少なくなる空気比を狙いとする状態を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０３７９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の燃焼バーナーにおいて、水素ガスを燃料として用いている場合に、バーナーの出力を落として水素ガスの供給量を下げると（以下、ターンダウン時）、水素ガスに対して供給される酸素の量が過剰な状態となり、ＮＯｘが生成されやすくなる。ＮＯｘが大量に発生する場合には、ＮＯｘを除去するための除去装置が必要となり、コストの増加に繋がる。
本発明は、ターンダウン時のＮＯｘの生成を抑制する水素ガス燃焼バーナーの制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる水素ガス燃焼バーナーの制御方法は、水素ガスと酸素含有ガスを供給し、拡散燃焼方式で前記水素ガスを燃焼させる水素ガス燃焼バーナーの制御方法であって、水素ガス燃焼バーナーは、前記水素ガスを供給する水素ガス供給管と、前記酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管と、前記水素ガス供給管から前記水素ガスの供給を受けるとともに、前記酸素含有ガス供給管から前記酸素含有ガスの供給を受け、前記水素ガスを燃焼させるバーナー部と、前記バーナー部に対し、前記水素ガス供給管を介して供給される前記水素ガスの供給量と、前記酸素含有ガス供給管を介して供給される前記酸素含有ガスの供給量を調整する調整機構と、前記酸素含有ガスに比べて酸素濃度が低い不活性ガスを前記バーナー部に供給する不活性ガス供給管と、を備え、前記調整機構の動作により前記バーナー部に対する前記水素ガスの供給量を低下させた場合に、前記不活性ガスを前記バーナー部に供給するとともに、前記酸素含有ガス供給管による前記バーナー部への前記酸素含有ガスの供給を、流速を低下させずに行う。
これにより、水素ガスの供給量にあわせて不活性ガスを混入させ酸素濃度を低下させるとともに、酸素含有ガスの流速を低下させずに供給して燃焼を実行できる。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、ターンダウン時のＮＯｘの生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる水素ガス燃焼バーナー装置の図である。
【図２】実施の形態２にかかる水素ガス燃焼バーナー装置の図である。
【図３】実施の形態３にかかる水素ガス燃焼バーナー装置の図である。
【図４】実施の形態４にかかる水素ガス燃焼バーナー装置の図である。
【図５】実施の形態５にかかる水素ガス燃焼バーナー装置の図である。
【図６】実施の形態６にかかる水素ガス燃焼バーナー装置の図である。
【図７】関連する空気比と発生するＮＯｘの量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
・実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、水素ガス燃焼バーナー装置１は、バーナー部１１と、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３と、不活性ガス供給管１４と、調整機構１５と、を有する。
【００１０】
バーナー部１１には、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３が夫々連結されている。バーナー部１１には、水素ガス供給管１２から水素ガスが供給されるとともに、酸素含有ガス供給管１３から酸素含有ガスが供給された状態で、拡散燃焼方式により水素ガスを燃焼させる。
【００１１】
水素ガス供給管１２は、水素ガス供給源（図示せず）からバーナー部１１に対して水素ガスを供給するための管である。すなわち、水素ガス供給管１２の一端は水素ガス供給源に連結され、他端がバーナー部１１に連結している。水素ガス供給管１２には、後述する調整機構１５Ａが設けられており、調整機構１５Ａの動作により水素ガスの供給量が制御される。例えば、バーナー部１１における出力を下げたい場合には、調整機構１５Ａによって、水素ガス供給管１２を介して供給される水素ガスの供給量を低下させる。
【００１２】
酸素含有ガス供給管１３は、酸素含有ガス供給源（図示せず）からバーナー部１１に対して酸素含有ガスを供給するための管である。すなわち、酸素含有ガス供給管１３の一端は酸素含有ガス供給源に連結され、他端がバーナー部１１に連結している。酸素含有ガス供給管１３には、後述する調整機構１５Ｂが設けられており、調整機構１５Ｂの動作により酸素含有ガスの供給量が制御される。なお、酸素含有ガスとは、常温の空気、予熱空気、排ガスを混合した空気、窒素を混合した空気など、バーナー部１１において燃料となる水素ガスが混入されていない酸素を含むガスであれば、種類は問わない。
【００１３】
不活性ガス供給管１４は、酸素含有ガス供給管１３に不活性ガスを供給するための管である。不活性ガス供給管１４は、一端が不活性ガス供給源（図示せず）に連結され、他端が酸素含有ガス供給管１３に連結されている。ここで、不活性ガス供給管１４を流れる不活性ガスは、燃料となる水素ガスが混入しておらず、窒素や排気ガスなどが混入された空気である。なお、この不活性ガスの酸素濃度は、酸素含有ガス供給管１３に流れている酸素含有ガスの酸素濃度より低い。不活性ガス供給管１４を流れる不活性ガスは、後述する調整機構１５Ｃの動作により、ターンダウン時に酸素含有ガス供給管１３に流れ込むように制御される。酸素含有ガス供給管１３において、不活性ガスが酸素含有ガスと混合されることにより、バーナー部１１に流入するガスの酸素濃度は、不活性ガスと混合される前の酸素含有ガスの酸素濃度より低くなる。
【００１４】
なお、不活性ガス供給管１４は、酸素含有ガス供給管１３内に不活性ガスを供給する際に、酸素含有ガス供給管１３を流れる酸素含有ガスとほぼ同方向に不活性ガスが流れる状態で供給可能であるように、酸素含有ガス供給管１３に連結されていてもよい。例えば不活性ガス供給管１４において、酸素含有ガス供給管１３と連結される端部側が、バーナー部１１側を向いた状態となるようにして、酸素含有ガス供給管１３と連結されていてもよい。
【００１５】
調整機構１５は、水素ガス供給管１２、酸素含有ガス供給管１３、不活性ガス供給管１４にそれぞれ設けられており、水素ガス、酸素含有ガス、不活性ガスの供給量や流速を調整する。例えば調整機構１５はバルブであり、開閉動作によって夫々のガスの供給量や流速を変更する。水素ガス供給管１２に設けられた調整機構を調整機構１５Ａ、酸素含有ガス供給管に設けられた調整機構を調整機構１５Ｂ、不活性ガス供給管１４に設けられた調整機構を調整機構１５Ｃとして説明する。
【００１６】
不活性ガス供給管１４に設けられた調整機構１５Ｃは、バーナー部１１における燃焼の強弱の変更、すなわち、水素ガス供給管１２からバーナー部１１への水素ガスの供給量に応じて、不活性ガス供給管１４の開閉を変更し、酸素含有ガス供給管１３への不活性ガスの供給量を変更する。
【００１７】
例えば調整機構１５Ｃでは、調整機構１５Ａの動作によりバーナー部１１での燃焼を弱めるために水素ガスの供給を減少させターンダウン状態となった場合には、不活性ガスが酸素含有ガス供給管１３に流入する量が増加するように、バルブを開口させる。
【００１８】
これにより、酸素含有ガス供給管１３で流れるガスは、酸素含有ガスと不活性ガスの混合ガスとなる。バーナー部１１には、酸素含有ガス供給管１３から、酸素濃度が低下した混合ガスが供給される。
【００１９】
このとき、酸素含有ガス供給管１３を流れる混合ガスは、調整機構１５のバルブを開口する前の酸素含有ガスのみが流れているときに比べてガス全体の流量が多く、流速が増加した状態となる。
【００２０】
したがって、ターンダウン時であっても、空気比を低く維持したまま、バーナー部１１に供給される酸素含有ガスの流速を高めることができ、燃焼によって生じるＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００２１】
なお、燃焼範囲が広く、燃焼速度が速い水素燃料であっても、拡散燃焼方式で燃焼させているため逆火の危険がない。また、燃料として燃えやすく、失火しにくく、煤煙をださない水素を採用することにより、安定燃焼を図ることができ、空気比を低く保ちつつ燃焼量の範囲を大きく取ることができる。その結果、省エネに寄与することができる。さらに、燃焼時に二酸化炭素を排出せず、かつＮＯｘの発生を抑制でき、環境負荷物質の発生を低減できる。
【００２２】
・実施の形態２
図２に示すように、水素ガス燃焼バーナー装置２は、バーナー部１１と、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３と、不活性ガス供給管２４と、調整機構２５と、を有する。ここで、実施の形態１に示した水素ガス燃焼バーナー装置２と同一の機能を奏する構成物品に付いては同様の符号を付し、説明を省略する。なお調整機構２５は、不活性ガス供給管２４に設けられ、ガス流量、流速を調整するバルブである。
【００２３】
不活性ガス供給管２４は、一端部がバーナー部１１の近傍に設けられている。これにより不活性ガス供給管２４では、バーナー部１１における燃焼によって発生した燃焼ガス（排気ガス）を不活性ガスとして管内に流入させ、ターンダウン時には調整機構２５のバルブを開口することにより、この不活性ガスを酸素含有ガス供給管１３に供給する。
【００２４】
これによりターンダウン時には、バーナー部１１に供給される酸素含有ガスに不活性ガスを混入させることができ、バーナー部１１において、燃焼によって生じるＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００２５】
・実施の形態３
図３に示すように、水素ガス燃焼バーナー装置３は、バーナー部１１と、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３と、不活性ガス供給管３４と、調整機構３５と、窒素タンク３６と、を有する。なお調整機構３５は、不活性ガス供給管３４に設けられたガス流量、流速を調整するバルブである。
【００２６】
不活性ガス供給管３４は、一端部が窒素タンク３６に連結されており、他端部が酸素含有ガス供給管１３に連結されている。ターンダウン時には調整機構３５であるバルブを開口することで、不活性ガス供給管３４を介し、酸素含有ガス供給管１３に対して、窒素タンク３６に蓄積されている窒素を不活性ガスとして混入する。
【００２７】
これにより、バーナー部１１において、燃焼によって生じるＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００２８】
・実施の形態４
図４に示すように、水素ガス燃焼バーナー装置４は、バーナー部１１と、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３と、不活性ガス供給管４４と、調整機構４５と、窒素タンク４６と、を有する。なお調整機構４５は、不活性ガス供給管４４に設けられ、ガス流量、流速を調整するバルブである。
【００２９】
不活性ガス供給管４４は、一端部が窒素タンク４６に連結されており、他端部が水素ガス供給管１２に連結されている。ターンダウン時には調整機構４５であるバルブを開口することで、不活性ガス供給管４４を介し、水素ガス供給管１２に対して、窒素タンク３６に蓄積されている窒素を不活性ガスとして混入する。
【００３０】
これによりバーナー部１１に流入する酸素含有ガス供給管１３から酸素含有ガスの流量や流速を変更せずに、空気比を変更することができ、燃焼によって生じるＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００３１】
・実施の形態５
図５に示すように、水素ガス燃焼バーナー装置５は、バーナー部１１と、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３と、第１の不活性ガス供給管５４Ａと、第２の不活性ガス供給管５４Ｂと、第１の調整機構５５Ａと、第２の調整機構５５Ｂと、窒素タンク５６を有する。
【００３２】
第１の不活性ガス供給管５４Ａと、第１の調整機構５５Ａと、窒素タンク５６は、実施の形態４に示した不活性ガス供給管４４、調整機構４５、窒素タンク４６と同様に動作を行う。すなわち、第１の不活性ガス供給管５４Ａは、一端部が窒素タンク５６に連結されており、他端部が水素ガス供給管１２に連結されている。ターンダウン時には第１の調整機構５５Ａであるバルブを開口することで、第１の不活性ガス供給管５４Ａを介し、水素ガス供給管１２に対して、窒素タンク５６に蓄積されている窒素を不活性ガスとして混入する。
【００３３】
さらに、第２の不活性ガス供給管５４Ｂ、第２の調整機構５５Ｂは、実施の形態２に示した不活性ガス供給管２４、調整機構２５と同様の動作を行う。すなわち、第２の不活性ガス供給管５４Ｂは、一端部がバーナー部１１の近傍に設けられている。これにより第２の不活性ガス供給管５４Ｂでは、バーナー部１１における燃焼によって発生した燃焼ガスを不活性ガスとして管内に流入させ、ターンダウン時には第２の調整機構５５Ｂであるバルブを開口することにより、この不活性ガスを酸素含有ガス供給管１３に供給する。
【００３４】
これにより、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３のそれぞれに不活性ガスを供給し、バーナー部１１において、燃焼によって生じるＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００３５】
・実施の形態６
図６に示すように、水素ガス燃焼バーナー装置６は、バーナー部１１と、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３と、第１の不活性ガス供給管６４Ａと、第２の不活性ガス供給管６４Ｂと、第１の調整機構６５Ａと、第２の調整機構６５Ｂと、第１の窒素タンク６６Ａと、第２の窒素タンク６６Ｂと、を有する。
【００３６】
第１の不活性ガス供給管６４Ａと、第１の調整機構６５Ａと、第１の窒素タンク６６Ａは、実施の形態４に示した不活性ガス供給管４４、調整機構４５、窒素タンク４６と同様に動作を行う。すなわち、第１の不活性ガス供給管６４Ａは、一端部が第１の窒素タンク６６Ａに連結されており、他端部が水素ガス供給管１２に連結されている。ターンダウン時には第１の調整機構６５Ａであるバルブを開口することで、第１の不活性ガス供給管６４Ａを介し、水素ガス供給管１２に対して、第１の窒素タンク６６Ａに蓄積されている窒素を不活性ガスとして混入する。
【００３７】
さらに、第２の不活性ガス供給管６４Ｂ、第２の調整機構６５Ｂ、第２の窒素タンク６６Ｂは、実施の形態３に示した不活性ガス供給管３４、調整機構３５、窒素タンク３６と同様の動作を行う。すなわち、第２の不活性ガス供給管６４Ｂは、一端部が第２の窒素タンク６６Ｂに連結されており、他端部が酸素含有ガス供給管１３に連結されている。ターンダウン時には第２の調整機構６５Ｂであるバルブを開口することで、第２の不活性ガス供給管６４Ｂを介し、酸素含有ガス供給管１３に対して、第２の窒素タンク６６Ｂに蓄積されている窒素を不活性ガスとして混入する。
【００３８】
これにより、水素ガス供給管１２と、酸素含有ガス供給管１３のそれぞれに不活性ガスとして窒素を供給し、バーナー部１１において、燃焼によって生じるＮＯｘ濃度を抑制することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１、２、３、４、５、６  水素ガス燃焼バーナー装置
１１            バーナー部
１２            水素ガス供給管
１３            酸素含有ガス供給管
１４            不活性ガス供給管
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ  調整機構
２４  不活性ガス供給管
２５  調整機構
３４  不活性ガス供給管
３５  調整機構
３６  窒素タンク
４４  不活性ガス供給管
４５  調整機構
４６  窒素タンク
５４Ａ、５４Ｂ  不活性ガス供給管
５５Ａ、５５Ｂ  調整機構
５６  窒素タンク
６４Ａ、６４Ｂ  不活性ガス供給管
６５Ａ、６５Ｂ  調整機構
６６Ａ、６６Ｂ  窒素タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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