(57)【要約】【課題】高空気比でガス燃料を燃焼させる場合でもＮＯｘの生成を十分に抑制することが可能な二段燃焼方法を提供する。【解決手段】ガス燃料に一次燃焼用空気と窒素ガスとを混合し、ガス燃料を燃焼させて一次燃焼ガスを発生させ、一次燃焼ガスに二次燃焼用空気を混合し一次燃焼ガスを燃焼させる。一次燃焼用空気と二次燃焼用空気とを合わせた全燃焼用空気の使用量は、空気比が２．０以上２．５以下となる量である。また、窒素ガスの使用量は、ガス燃料の０体積％超過２０体積％以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料に一次燃焼用空気と窒素ガスとを混合し、前記ガス燃料を燃焼させて一次燃焼ガスを発生させ、前記一次燃焼ガスに二次燃焼用空気を混合し前記一次燃焼ガスを燃焼させ、
前記一次燃焼用空気と前記二次燃焼用空気とを合わせた全燃焼用空気の使用量は、空気比が２．０以上２．５以下となる量であり、
前記窒素ガスの使用量は、前記ガス燃料の０体積％超過２０体積％以下である二段燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二段燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃料を二段燃焼方式で燃焼させる二段燃焼バーナーは、一次燃焼室と二次燃焼室とを備えている。一次燃焼室において、理論空気量未満の一次燃焼用空気でガス燃料を燃焼させ、一次燃焼ガスを発生させる。そして、一次燃焼ガスを一次燃焼室から二次燃焼室に移すとともに、二次燃焼室に二次燃焼用空気を供給し、一次燃焼ガスに含まれている可燃成分を燃焼させる（例えば特許文献１，２を参照）。
【０００３】
一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気の量は、二段燃焼バーナーが備えるダンパー等によって調整されるため、最適な空気比でガス燃料を燃焼させることができる。また、ガス燃料を二段階で燃焼させることにより、燃焼反応の急激な進行が抑制され火炎温度が低下するとともに、燃焼時の酸素濃度が低くなるので、二段燃焼バーナーを用いれば燃焼時のＮＯｘの生成が抑制される。
【０００４】
多くのガス燃料加熱炉は、熱効率の観点から、空気比１．１〜１．２の二段燃焼方式でガス燃料を燃焼させているが、設備上の理由、例えば燃焼ガスの温度を低下させる必要がある場合などでは、高空気比（例えば空気比２．０）の二段燃焼方式でガス燃料を燃焼させている。
しかしながら、このような高空気比でガス燃料を燃焼させる場合には、燃焼時の酸素濃度が十分に低くならないため、二段燃焼バーナーが備えるダンパー等で空気量調整を行っても、ＮＯｘの生成を十分に抑制することができない場合があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１４６０２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５４９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高空気比でガス燃料を燃焼させる場合でもＮＯｘの生成を十分に抑制することが可能な二段燃焼方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の一態様に係る二段燃焼方法は、ガス燃料に一次燃焼用空気と窒素ガスとを混合し、前記ガス燃料を燃焼させて一次燃焼ガスを発生させ、前記一次燃焼ガスに二次燃焼用空気を混合し前記一次燃焼ガスを燃焼させ、前記一次燃焼用空気と前記二次燃焼用空気とを合わせた全燃焼用空気の使用量は、空気比が２．０以上２．５以下となる量であり、前記窒素ガスの使用量は、前記ガス燃料の０体積％超過２０体積％以下であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の二段燃焼方法によれば、高空気比でガス燃料を燃焼させる場合でもＮＯｘの生成を十分に抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を説明する二段燃焼バーナーの図である。
【図２】窒素ガスの使用量と燃焼ガス中のＮＯｘ濃度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図１を参照しながら詳細に説明する。まず、ガス燃料を二段燃焼方式で燃焼させる二段燃焼バーナーの構成について説明する。図１の二段燃焼バーナーは、一方の端部（図１においては左側の端部）が開口し他方の端部（図１においては右側の端部）が閉口した外筒部材１と、外筒部材１の内側に同軸に配され両端部が開口した内筒部材２と、外筒部材１の内周面と内筒部材２の外周面との間に挟まれたダンパー３と、を備えている。以下、図１の二段燃焼バーナーの説明においては、説明の便宜上、外筒部材１の開口端部が形成されている側（図１においては左側）を「火口側」と記し、外筒部材１の閉口端部が形成されている側（図１においては右側）を「基部側」と記す。
【００１１】
ダンパー３は外筒部材１の軸方向略中間位置に配されており、外筒部材１の内部空間はダンパー３によって軸方向に２つに仕切られ、火口側の内部空間と基部側の内部空間に分離されている。
また、外筒部材１の基部側部分には、空気を供給する配管２１が接続されており、外筒部材１の基部側の内部空間に空気が供給されるようになっている。以下、この外筒部材１の基部側の内部空間を「空気室１１」と記す。
【００１２】
一方、内筒部材２の内側の軸方向略中間位置には、ガス燃料と窒素ガスの混合ガスを噴出する噴出口２３が配されている。この噴出口２３には、ガス燃料と窒素ガスの混合ガスを供給する配管２５が接続されていて、噴出口２３から混合ガスが火口側へ向かって噴出するようになっている。すなわち、配管２５の下流側端部が噴出口２３に接続しているとともに、配管２５の上流側端部が２つの枝配管２６、２７に分岐しており、一方の枝配管２６からガス燃料が供給され、他方の枝配管２７から窒素ガスが供給されて、ガス燃料と窒素ガスが配管２５内で混合されるようになっている。よって、混合ガスが噴出口２３から内筒部材２の内部空間のうち火口側の部分に噴出される。なお、この内筒部材２の火口側の内部空間が、ガス燃料の一次燃焼が行われる一次燃焼室１３をなしている。
【００１３】
また、内筒部材２の両端部のうち基部側の端部は空気室１１内に位置しているので、内筒部材２の内部空間のうち基部側の部分は、空気室１１の空気を一次燃焼用空気として一次燃焼室１３に送る一次燃焼用空気供給路２８をなしていて、一次燃焼用空気を一次燃焼室１３に供給できるようになっている。よって、一次燃焼室１３にガス燃料、窒素ガス、及び一次燃焼用空気が供給され、ガス燃料の一次燃焼が行われる。
【００１４】
他方、外筒部材１の火口側の内部空間は、内筒部材２の火口側の端部よりも火口側の部分と、内筒部材２の外方側の部分とからなる。これらのうち、内筒部材２の火口側の端部よりも火口側の部分には、一次燃焼によって発生した一次燃焼ガスが一次燃焼室１３から送られるようになっている。なお、この外筒部材１の内部空間のうち内筒部材２の火口側の端部よりも火口側の部分が、一次燃焼ガスに含まれている可燃成分を燃焼させる二次燃焼が行われる二次燃焼室１５をなしている。
【００１５】
また、外筒部材１の内部空間のうち内筒部材２の外方側の部分は、空気室１１からダンパー３を介して二次燃焼室１５に二次燃焼用空気を供給する二次燃焼用空気供給路２９をなしている。ダンパー３によって供給量が調整された二次燃焼用空気が、二次燃焼用空気供給路２９によって二次燃焼室１５に供給される。よって、二次燃焼室１５に一次燃焼ガス及び二次燃焼用空気が供給され、ガス燃料の二次燃焼が行われる。
この二段燃焼バーナーにおいては、一次燃焼用空気及び二次燃焼用空気の供給量は所望の値に調整することができるようになっているので、ガス燃料を所望の空気比で燃焼させることができる。
【００１６】
次に、図１の二段燃焼バーナーを用いて、空気比２．０以上２．５以下の高空気比でガス燃料を燃焼させる方法について説明する。
枝配管２６にガス燃料を通すとともに、枝配管２７に窒素ガスを通すと、ガス燃料と窒素ガスが配管２５内で混合され、ガス燃料と窒素ガスの混合ガスが配管２５を通って噴出口２３から一次燃焼室１３に噴出される。
【００１７】
一方、配管２１により空気室１１に空気を供給すると、図１において空気室１１に示した矢印のように、空気室１１内の空気の一部が一次燃焼用空気供給路２８を通って一次燃焼用空気として一次燃焼室１３に供給されるとともに、空気室１１内の空気の他部が二次燃焼用空気供給路２９を通って二次燃焼用空気として二次燃焼室１５に供給される。
このとき、一次燃焼用空気と二次燃焼用空気とを合わせた全燃焼用空気の使用量が、空気比が２．０以上２．５以下となる量となるように、ダンパー３を調整して、二次燃焼室１５に供給される二次燃焼用空気の量を調整する。
【００１８】
一次燃焼室１３においては、ガス燃料と窒素ガスの混合ガスと一次燃焼用空気とが混合され、図示しない点火装置により点火されて、ガス燃料の一次燃焼が行われる。そして、一次燃焼により発生した一次燃焼ガスは火口側に送られ、一次燃焼室１３の下流側に位置する二次燃焼室１５に供給される。
二次燃焼室１５には、二次燃焼用空気供給路２９によって二次燃焼用空気が供給されるので、二次燃焼室１５において一次燃焼ガスと二次燃焼用空気が混合され、一次燃焼ガスに含まれている可燃成分を燃焼させる二次燃焼が行われる。二次燃焼により発生した二次燃焼ガスは火口側に送られ、外筒部材１の火口側の端部の開口（すなわち火口）から二次燃焼室１５の外部に放出される。
【００１９】
このような本実施形態の二段燃焼方法によりガス燃料を燃焼させれば、一次燃焼室１３に窒素ガスを供給しつつ低酸素濃度条件下で一次燃焼を行うので、一次燃焼におけるＮＯｘの生成が抑制される。その結果、最終的な二次燃焼ガス中のＮＯｘの濃度も低濃度となる。よって、空気比２．０以上２．５以下の高空気比でガス燃料を燃焼させる場合であっても、ＮＯｘの生成を十分に抑制することが可能である。
【００２０】
ここで、一次燃焼における窒素ガスの使用量は、ガス燃料の０体積％超過２０体積％以下とする。この範囲内であれば、失火（すなわち、ガス燃料の燃焼が継続しないこと）を防ぎつつＮＯｘの生成を十分に抑制することができる。
なお、ガス燃料の種類は特に限定されるものではなく、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン等の炭化水素化合物のガスを使用することができる。あるいは、これら炭化水素化合物を主成分とする天然ガスも使用可能である。さらには、コークス炉ガス、転炉ガス、高炉ガス等の製鉄所で生じる副生ガスも使用可能である。
また、窒素ガスの代わりに、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いてもよい。
【００２１】
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。ガス燃料として理論空気量４．２Ｎｍ3 ／Ｎｍ3 のコークス炉ガスを用い、図１の二段燃焼バーナーを用いて二段燃焼を行った。
一次燃焼室へのコークス炉ガスの供給量は１２０Ｎｍ3 ／ｈとし、空気比が２．２５となるように、一次燃焼用空気と二次燃焼用空気とを合わせた全燃焼用空気の使用量を調整した。
そして、一次燃焼室への窒素ガスの供給量を変化させて、一次燃焼における窒素ガスの使用量を、コークス炉ガスの０体積％、及び３体積％以上２０体積％以下の範囲内のいずれかとした。窒素ガスの使用量がコークス炉ガスの０体積％のものが比較例であり、３体積％以上２０体積％以下の範囲内のいずれかのものが実施例である。
【００２２】
これら実施例及び比較例の二段燃焼において生成した二次燃焼ガス中のＮＯｘの濃度を測定した。結果を図２のグラフに示す。なお、図２のグラフにおけるＮＯｘ濃度の数値は、窒素ガスの使用量がコークス炉ガスの０体積％である比較例のＮＯｘ濃度を１００とした場合の相対値である。
図２のグラフから、一次燃焼において窒素ガスを使用することにより、二次燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を５％以上低減できることが分かる。
【符号の説明】
【００２３】
３      ダンパー
１１      空気室
１３      一次燃焼室
１５      二次燃焼室
２１      配管
２５      配管
２６      枝配管
２７      枝配管
２８      一次燃焼用空気供給路
２９      二次燃焼用空気供給路
【図１】
2016003847.tif 000003
【図２】
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