JPH0611106A - 加熱炉の燃焼方法 - Google Patents

加熱炉の燃焼方法

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JPH0611106A
JPH0611106A JP4192965A JP19296592A JPH0611106A JP H0611106 A JPH0611106 A JP H0611106A JP 4192965 A JP4192965 A JP 4192965A JP 19296592 A JP19296592 A JP 19296592A JP H0611106 A JPH0611106 A JP H0611106A
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JP
Japan
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carbon dioxide
combustion
oxygen
heating furnace
gas
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JP4192965A
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English (en)
Inventor
Masato Fujioka
政人 藤岡
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱炉、均熱炉等の炭素含有燃料の燃焼で発
生する炭酸ガスの排出を抑制するため、被熱物の加熱炉
と炭酸ガスの分離装置、有機化合物合成装置等とを一体
システムで構成し、加熱炉の燃料原単位と炭酸ガスの回
収効率を改善。 【構成】 水を電気分解して酸素と水素とを発生させ、
この水素と排ガス中の濃縮した炭酸ガスとからメタノー
ル等の有機化合物を合成し、この有機化合物と炭素含有
燃料とを燃焼して被熱物の加熱を行う加熱炉の燃焼方法
に於て、水素製造時に発生する酸素を使用して酸素富化
燃焼を行うと共に、必要に応じて顕熱回収後の燃焼排ガ
スの一部をバーナに循環供給するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスラブ、ビレット等の被
熱物を所定の目標温度に加熱する加熱炉の燃焼方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】地球温暖化の原因物質の一つとして、鉄
鋼加熱炉、発電ボイラ等の炭素含有燃料の燃焼で発生す
る炭酸ガス(CO2)がある。この炭酸ガスの固定化方
法としては、植物、藻・菌類、海洋生物等の光合成を利
用した生物的な固定化方法と、有機化学品合成、ポリマ
ー合成、光触媒、接触水素化法等による化学的な固定化
方法とがある。
【0003】このうち、接触水素化法は、単位時間、単
位面積当たりの炭酸ガスの固定化能が大きく、大量の炭
酸ガスの処理が可能であり、メタン(CH4)、エタン
(C26)、エチレン(C24)等の低級炭化水素か
ら、オイル、ワックス等の高級炭化水素や、メタノール
(CH3OH)、エタノール(C26O)等のアルコー
ル類までを含めた幅広い有機化合物の合成が可能であ
る。
【0004】この接触水素化法を利用した加熱炉の燃焼
方法としては、例えば、「ケミカル・エンジニヤリン
グ」1990年6月号の第47頁〜第49頁に記載の如
く、電気分解装置6にて水を電気分解して酸素(O2
と水素(H2)とを発生させ、この水素と加熱炉1から
排出される排ガス中から炭酸ガス分離装置10で分離し
た濃縮した炭酸ガスとから有機化合物合成装置13にて
有機化合物の燃料を合成し、この有機化合物を燃焼して
被熱物を加熱するものがある(図2参照)。この方法
は、排ガス中の濃縮した炭酸ガスと水素とからメタノー
ル等の有機化合物の燃料を合成して再利用することを目
的とし、酸素は系外で化学原料等として利用するもので
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の加熱炉の燃焼方法に於ては、水の電気分解で発生し
た酸素を系外で使用するため、系内の加熱炉で酸素富化
燃焼を行う場合に比して排ガス量、即ち、排ガス損失熱
量が大きく、従って、加熱炉の燃料原単位が高いという
問題があった。これに加えて、空気燃焼のため、酸素富
化燃焼に比して燃焼ガス中の炭酸ガス濃度が低いため、
炭酸ガス分離装置での炭酸ガスの回収効率が低く、炭酸
ガス分離装置が大型化するという問題があった。
【0006】本発明は、このような従来技術の問題点を
改善するべく案出されたものであり、その主な目的は、
加熱炉の燃料原単位の低減および炭酸ガスの回収効率の
向上を実現し得る加熱炉の燃焼方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、水を電気分解して酸素と水素とを発生さ
せ、水素と排ガス中の濃縮した炭酸ガスとから有機化合
物を合成し、該有機化合物を炭素含有燃料と共に燃焼し
て被熱物の加熱を行う加熱炉の燃焼方法に於て、酸素を
バーナの燃焼用空気に混合することによって酸素富化燃
焼を行うことを特徴とする加熱炉の燃焼方法をを提供す
ることによって達成される。特に、顕熱回収後の排ガス
の一部をバーナに循環供給するものとすると良い。
【0008】
【作用】このようにすれば、水の電気分解で発生する酸
素をバーナの燃焼に使用するため、燃焼ガス量が減少し
て燃焼ガス中の炭酸ガス濃度が高濃度化する。このた
め、排ガス損失熱が減少して加熱炉の燃料原単位が低下
すると共に、炭酸ガス分離装置での炭酸ガスの回収効率
が向上し、大気中への炭酸ガスの排出量が低下する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の好適実施例について添付の図
面を参照して詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明の一実施例を示す加熱炉の
燃焼方法のシステムフロー図である。
【0011】図1に於て、耐火物の炉壁で構成した加熱
炉1には、バーナ2並びに燃焼ガス排出用の煙道3が設
けられており、スラブ、ビレット等の被熱物4をこの加
熱炉1に配置して加熱し得るようになっている。
【0012】バーナ2には、燃焼して炭酸ガスを生成す
る重油、灯油、LPG、コークス炉ガス等の炭素含有燃
料を供給する燃料配管5aと、後述する有機化合物を供
給する燃料配管5bとが接続されている。
【0013】また、水の電気分解装置6の酸素発生側
が、バーナ2に燃焼用空気を供給する空気配管7に酸素
配管8を介して接続されており、バーナ2に対して酸素
富化空気を供給するようになっている。
【0014】燃焼ガスが流出する煙道3には、排ガスの
排熱回収装置9、炭酸ガス分離装置10、煙突11が、
この順に連接配置されている。これに加えて排熱回収装
置9の出口が排ガス配管12を介してバーナ2に接続さ
れており、排熱回収装置9以降の低温の排ガスをバーナ
2に循環供給するようになっている。
【0015】水の電気分解装置6の水素発生側は、有機
化合物合成装置13に対して水素配管14を介して接続
されている。そして有機化合物合成装置13は、炭酸ガ
ス分離装置10に対して炭酸ガス配管15を介して接続
されている。
【0016】尚、各配管には、ブロワー、ブースター、
バルブ等が設けられるが、ここでは図示省略している。
【0017】次に上記実施例の作動機能について説明す
る。
【0018】先ず、被熱物4をバッチまたは連続で加熱
炉1内に装入する。
【0019】一方、燃焼して炭酸ガスを発生する炭素含
有燃料および有機化合物を各燃料配管5a・5bを介し
てバーナ2に供給し、酸素富化燃焼を行う。これによ
り、酸素富化空気中の窒素(N2)分が減少して燃焼排
ガス量が減少する。そのため、加熱炉1の燃料原単位が
低下すると共に、燃焼ガス中の炭酸ガス及び水蒸気が高
濃度となり、加熱炉1内のガス放射能が増加して被熱物
4の放射伝熱量が増加する。
【0020】これに加えて、排熱回収装置9以降の低温
の排ガスの一部がバーナ2に循環し、排ガス希釈燃焼が
行われる。これにより、バーナ2の燃焼ガス量が増加し
て酸素富化燃焼時の高温の火炎温度が低下するため、被
熱物が均一ソフト加熱され、しかも窒素酸化物の生成が
抑制される。
【0021】被熱物4を加熱した燃焼ガスは、煙道3か
ら排ガスとなって流出するが、排熱回収装置9によって
排ガスの顕熱が回収された後、低温の排ガスとなって一
部は排ガス管12を介してバーナ2に再循環供給され
る。そして残りの排ガスは、物理吸収法、化学吸収法、
膜分離法等の炭酸ガス分離装置10によって炭酸ガスが
分離された後、低濃度の炭酸ガスを含有した排ガスとな
って煙突11から大気中へ放出される。
【0022】尚、排熱回収装置9で回収された熱は、図
1には示されていないが、燃焼用空気の予熱、あるいは
蒸気の発生等に利用される。
【0023】他方、原子力発電、太陽光発電等の炭酸ガ
スを発生しない電気エネルギーを利用した電気分解装置
6によって水の電気分解(反応式:2H2O→2H2+O
2)が行われ、酸素と水素とが発生する。
【0024】この酸素は、酸素配管8を介して空気配管
7に供給され、酸素富化空気としてバーナ2に供給され
て酸素富化燃焼が行われる。
【0025】また、水素は、炭酸ガス分離装置10で濃
縮した炭酸ガスと共に有機化合物合成装置13に供給さ
れる。ここでは接触水素化法でメタン、エタン、メタノ
ール等の有機化合物が合成されるが、特にメタノール
は、他の有機化合物の合成に比して水素の消費量が少な
いため、最も経済的である。
【0026】この種の有機化合物の合成反応に於ては、
一般に触媒および一定の温度、圧力が必要であり、例え
ば、Cu−ZnO−La23を触媒に使用したメタノー
ルの合成反応では(反応式:CO2+3H2→CH3OH
+H2O)、300℃、110atmの反応条件で炭酸
ガスの転換率が約30%で純度99.9%のメタノール
が合成できる。
【0027】この有機化合物を燃料としてバーナ2に供
給して炭素含有燃料の補助燃料として使用することによ
り、炭素含有燃料の使用量が低減する。この結果、加熱
炉の燃料使用量が低減すると共に炭酸ガスの排出量が減
少するため、地球の温暖化抑制に役立つ。
【0028】次に本発明の効果を試算して求めた結果を
例示する。
【0029】燃料原単位が400×103Kcal/
t、排ガス損失熱が100×103Kcal/tのコー
クス炉ガス専焚の鋼材加熱炉を試算のベース条件とし、
従来技術のメタノール合成で空気燃焼(O2=21%)
を行うケースと、本発明技術のメタノール合成と酸素富
化燃焼(O2=50%)とを併用するケースについて、
加熱炉の燃料原単位、コークス炉ガスの使用量、及び炭
酸ガスの大気放出量の低減効果を試算した。
【0030】尚、コークス炉ガスの燃焼は、理論酸素比
1.0とし、メタノール合成量は従来技術と本発明技術
とで同一とした。
【0031】試算に使用したコークス炉ガス並びにメタ
ノールの燃料特性を表1に、また、試算結果を表2に示
す。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】この結果、従来技術によると、試算のベー
ス条件に対し、燃料原単位は同レベルであり、コークス
炉ガスおよび炭酸ガスの大気放出量は約28%まで低減
できることが分かった。
【0035】これに対し、本発明技術によると、試算の
ベース条件に対し、燃料原単位は約87%まで、コーク
ス炉ガスおよび炭酸ガスの大気放出量は約16%まで低
減できるという結果が得られた。即ち、従来技術に比し
て加熱炉の燃料原単位並びに炭酸ガスの大気放出量の低
減に極めて大きな効果が得られることが分かる。
【0036】尚、本実施例に於ては、有機化合物合成時
の経済性および燃料としての取扱い易さを勘案し、常
温、常圧で液体のメタノールを用いるものとしたが、メ
タン、エタン、エタノール等、他の有機化合物を合成し
て燃料とすることも、また、負荷変動調整のために酸
素、水素、有機化合物燃料等の貯蔵タンクを配管の途中
に設けること等も勿論可能であり、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変更を加えることが可能なことは言
うまでもない。
【0037】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による加熱炉の燃焼方法によれば、 有機化合物の合成反応に必要な水素製造時に発生する
酸素を利用して酸素富化燃焼を行うため、燃焼ガス量が
減少して炭酸ガスが高濃度化し、被熱物の伝熱量が促進
されると共に、排ガス損失熱が減少して加熱炉の燃料原
単位を低減できる。 排ガス中の炭酸ガス濃度が高いため、炭酸ガス分離装
置での炭酸ガスの回収効率が高く、従って、炭酸ガスの
大気排出量が減少して地球の温暖化を抑制できる。 被熱物の加熱炉、水の電気分解装置、有機化合物合成
装置を一体システムで構成したため、装置の運転管理が
容易である。 等の優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す加熱炉の燃焼方法のシ
ステムフロー図。
【図2】従来技術による加熱炉の燃焼方法のシステムフ
ロー図。
【符号の説明】
1 加熱炉 2 バーナ 3 煙道 4 被熱物 5a・5b 燃料配管 6 電気分解装置 7 空気配管 8 酸素配管 9 排熱回収装置 10 炭酸ガス分離装置 11 煙突 12 排ガス配管 13 有機化合物合成装置 14 水素配管 15 炭酸ガス配管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水を電気分解して酸素および水素を発生
    させ、前記水素と排ガス中の濃縮した炭酸ガスとから有
    機化合物を合成し、該有機化合物を炭素含有燃料と共に
    燃焼して被熱物の加熱を行う加熱炉の燃焼方法に於て、 前記酸素をバーナの燃焼用空気に混合することによって
    酸素富化燃焼を行うことを特徴とする加熱炉の燃焼方
    法。
  2. 【請求項2】 顕熱回収後の排ガスの一部をバーナに循
    環供給することを特徴とする請求項1に記載の加熱炉の
    燃焼方法。
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