JPH0498005A - 接触燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、各種加熱装置の熱源として用いるための燃料
ガス又は未燃分を含む排ガスの燃焼処理にあたり、ＮＯ
ｘ発生量を出来るだけ抑えて、これらのガスを燃焼させ
るための接触燃焼方法に関するものである。

〔従来技術及びその問題点〕

ガスタービン、スチームリフォマー、ボイラー加熱炉等
の燃料ガスを熱源とする装置は数多い。

こうした装置に従来用いられている燃焼用バーナーは局
部的な高温を発生するため、最終的に得られる燃焼ガス
温度が１４００℃以下でも高温部で発生したＮＯｘ濃度
が著しく高くなることを避けられない。従来より理論燃
焼温度１４００℃以下の均一な燃料／空気混合ガスを燃
焼させればＮＯｘの生成は数ｐｐｍ以下に抑え得ること
が分かっている。

しかしながら、理論燃焼温度が１４００℃以下の場合に
は燃料濃度が希薄となり、爆発限界下限値に近くなるた
め均−予混合ガスをバーナーで着火することが難しくな
り、触媒燃焼を用いねばならなくなる。この場合、燃焼
触媒は耐熱性が低く　１０００℃以上には使えないため
、１．０００℃を超える均−予混合燃焼を実際に行うに
あたっては、前段で触媒燃焼させ、後段で気相燃焼させ
る２段燃焼方式が提案されている。しかし、この方式は
、前段触媒層を１０００℃以下に抑えねばならないこと
、後段を気相燃焼させるために不均一混合によるＮＯｘ
が生成しやすく、このＮ販の生成を防ぐ装置上の工夫が
いること等数々の難しい点があり、操作も面倒である。

一方、燃焼ゾーンにセラミックス成形体を着火源として
充填し、これを燃料ガスの発火温度をゆうにこえる高温
に加熱した後、これに燃料と空気との均一混合ガスを接
触させて燃焼させる方法も知られている。この場合、セ
ラミックス成形体は、燃焼開始時において、着火源とし
て発火温度迄何らかの方法で加熱することを必要とする
。このための加熱方法としては、あらかじめ燃料ガスの
燃焼により形成した高温燃焼ガスでセラミックス成形体
を加熱する方法が採用されている。しかし、この場合に
は、そのセラミックス成形体加熱用の高温燃焼ガスを製
造するために別に独立した燃焼室を設置することが必要
になる。このことは、燃焼装置を大型化し、かつ複雑化
するとともに、操作も複雑になるという問題がある。

〔発明の課題〕

本発明は、着火源としてセラミックス成形体を用い希薄
燃料／酸素含有混合ガスを該セラミックス成形体に接触
させながら燃焼させる方法において、前記燃焼開始時に
おけるセラミックス成形体の加熱に見られる前記問題を
解決する方法を提供することをその課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、完全燃焼した時の到達ガス温度
があらかじめ１４００℃以下に調節された燃料と酸素を
含有する混合ガスをセラミックス成形体と接触させなが
ら燃焼する方法において、該セラミックス成形体の少な
くとも一部に炭化珪素成形体を用いるとともに、該炭化
珪素成形体に通電用の電極を付設し、燃焼開始時に該電
極を通して通電することにより該成形体を発熱させると
ともに、この発熱した成形体に該混合ガスを接触させて
着火させることを特徴とする接触燃焼方法が提供される
。

本発明において着火源として用いるセラミックス成形体
は、その少なくとも一部が炭化珪素（ＳｉＣ）からなる
形成体で、通電用の電極を付設したものである。この炭
化珪素成形体は、その電極に通電することにより高温に
発熱させることができ、この発熱を利用して燃料ガスの
着火を行うことができる。

本発明で用いる炭化珪素成形体は、耐熱衝撃性が高く１
着火と消火を度々行う燃焼装置における着火源用セラミ
ックス成形体としては好適のものである。しかし、この
ものは、高温下における耐酸化性が低いという欠点を有
し、燃焼ガス中に生成されるスチーム及び燃料ガスに含
有されるスチームはその酸化を助長する。本発明者等は
、数多くの炭化珪素からなるハニカムを取り寄せて試験
したところ、いずれも高温下では酸化が進みシリカの生
成による白変膨張により最終的には成形体の崩壊が起こ
った。そして、この炭化珪素の酸化は分析の結果、単結
晶の表面から徐々に起ることがわかった。また、成形体
の表面及び内部を含みあらゆる部分の酸化が進んでいる
ことも分かった。

これは、炭化珪素が細孔を有しており、その細孔中を酸
素が自由に拡散し又発生したＣＯ□等がそこを通路とし
て自由に成形体外に排出されるためである。炭化珪素に
見られるこうした耐酸化性の欠点は、炭化珪素成形体に
気孔率を１％以下に保持することにより改良し得ること
が判明した。この炭化珪素成形体の気孔率を１％以下に
保持する方法の１つとしては、炭化珪素の単結晶サイズ
（粒子サイズ）に幅広い分布を持たせて充填密度を上げ
、これを成形し、焼結する方法である。この場合、炭化
珪素の粒子サイズの分布の一例をあげれば、平均粒径０
．５〜１０．の粒子が３０〜６０重量％、平均粒径ｌＯ
〜３０趨の粒子が３０〜６０重量％、平均粒径３０〜１
５０声の粒子が５〜２０重量でである。また、炭化珪素
成形体の気孔率を１％以下にする他の方法としては、炭
化珪素成形体の細孔内に金属酸化物を含有させる方法が
ある。この方法によれば、炭化珪素成形体の気孔率を実
質的に零％（細孔容積０．００１ｃｃ／ｇ以下）にする
ことができる、この場合、金属酸化物としては、燃焼時
温度で溶融しないように、少なくとも１４００℃の融点
を有するものであり、好ましくは１４３０〜１５５０℃
の融点を有するものである。金属酸酸化物の融点がこれ
以上高くなると金属酸化物を溶融して炭化珪素成形体の
細孔内に含浸させる設備及び操作が難かしくなるので好
ましくない。炭化珪素成形体の細孔内に含浸させる金属
酸化物としては、例えば、コージライト、各種金属酸化
物の複合シリケート（ウィレマイト、ＣａＯ・ＭｇＯ・
２ＳｉＯ□、ＣａＯ・Ａｎ２０３・２ＳｉＯ２等）が挙
げられる。

本発明で用いるセラミックス成形体において、その形状
は出来るだけ表面積が大きい事が望ましい。接触面積が
大になればそれだけ装置を小型化できるからである。し
かしながら成形体の表面積を大きくするために、成形体
を微小な粒子状或は極端には微粒子状にすることでは別
の不都合が生じる。それは、ガスの流路抵抗が大きくな
って、ガス供給側の負荷が増大すること、あるいはセラ
ミックス成形体層が閉塞し易いことなどである。

従って、セラミックス成形体は燃焼ガスの流路抵抗を出
来るだけ小さくするために、柱状、管状。

発泡体状あるいはハニカム状、さらにはこれらの組合せ
の形状で用いるのが望ましい、このセラミックス成形体
（以下接触体とも言う）の必要表面積は使用する燃料種
及び燃焼温度によって異なるが、燃料がメタンで、燃焼
温度１４００℃を想定すると、燃料流量１モル／秒当た
り５Ｍ以上にするのがよい。

接触体の外部面積がこれ以下になると、メタンガスは着
火しにくくなり、水素、ブタン、灯油では未燃分かのこ
り易くなる。また、この表面積が大きい時は燃焼ゾーン
の滞留時間を小さくすることができるが、この表面積が
それほど大きくない時には滞留時間を大きくせねばなら
ない。

本発明の接触燃焼を実施するためには、炭化珪素成形体
に通電し、高温に発熱させる。発熱温度は、成形体表面
温度で、メタンを主成分とする燃料では１０００℃程度
、それ以外の、燃料１例えば、Ｈよ、ＣＯ、プロパン、
ブタン、灯油等では８００℃程度である。成形体の温度
は印加する電圧で調節することかできる。

次に、成形体の表面温度が燃料ガスが充分着火する温度
になった時点で、燃料／酸素含有混合ガスを成形体の充
填された燃焼ゾーンへ導入し、着火燃焼させる。混合ガ
スが着火したところで通電を停止する。この操作は成形
体表面に接触させた白金−Ｒｈ熱電対による温度検出に
よって自動的に行うことができる。混合ガスの着火燃焼
後は、混合ガスの燃焼による発熱のために成形体は常時
着火温度以上に加熱されているため、燃焼は安定に維持
される。成形体の全てが通電発熱体である必要はないが
、燃焼開始時に燃焼が安定に持続し得る程度の表面積は
必要である。その表面積は、燃料流量１モル／秒当り少
なくとも５ｍを必要とし、好ましくはｌ０ｍ１あればよ
い。

本発明で用いる燃料と酸素を含有する混合ガスは、燃料
濃度の希薄のもので、一般には、完全燃焼した時の到達
ガス温度が１２００〜１４００℃に調節されたものであ
る。混合ガス中の燃料の具体的濃度は、その燃料の種類
及びあらかじめ設定された完全燃焼した時の到達ガス温
度によって適宜法められる。燃料としては、水素、−酸
化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス
、灯油、軽油、メタノール、ＬＰＧ、都市ガス等が挙げ
られる。

酸素含有ガスとしては、酸素、空気、酸素富化空気が挙
げられる。

〔発明の効果〕

本発明の接触燃焼法においては、着火源として用いるセ
ラミックス成形体が電気抵抗体である炭化珪素で形成さ
れ、燃焼開始におけるセラミックス成形体の加熱をその
セラミックス成形体に対する通電による発熱を利用する
ため、セラミックス成形体加熱用の燃焼ガスを形成する
ための特別の燃焼室の使用が不要となり、燃焼装置の構
造が簡単になり、かつ装置全体が小型化されるとともに
、操作も簡単になる。

特許呂願人　溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研
究組合 代理人弁理士池浦敏明（ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）完全燃焼した時の到達ガス温度があらかじめ１４
   ００℃以下に調節された燃料と酸素を含有する混合ガス
   をセラミックス成形体と接触させながら燃焼する方法に
   おいて、該セラミックス成形体の少なくとも一部に炭化
   珪素成形体を用いるとともに、該炭化珪素成形体に通電
   用の電極を付設し、燃焼開始時に該電極を通して通電す
   ることにより該成形体を発熱させるとともに、この発熱
   した成形体に該混合ガスを接触させて着火させることを
   特徴とする接触燃焼方法。