JPS5844281B2 - ネンシヨウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクリーン燃料の燃焼を効率よく行なうために、
総合的なコントロールを行なう方法に関する。

クリーンエネルギーとして注目されているＬＮＧ（液化
天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）または水素は、硫
黄その他の腐食成分を含まないので、これらを燃料とす
る原動機や定置用燃焼装置においては、排ガス湿度を十
分低く設計して熱サイクルの効率を大きくすることが可
能である。

しかし、これらの燃料はその排ガス中に多量の水分を含
むので（ＬＮＧ約１７容量饅、水素約３４容量％）、排
ガス温度をあまり低く抑えると水分が凝縮して水となり
白煙が発生する。

筐た、この場合には排ガス温度が低いので排煙の浮力上
昇高さが小さくなり、排煙拡散の点からみても好筐しく
ない。

ところで近年、原動機の設置場所は種々の制約を受け、
立地条件によっては補給水あるいは機内用水の確保が困
難になりつつあり、将来の原動機の増加に伴い益々この
傾向に拍車をかけている。

筐たＬＮＧや水素燃料の場合、クリーンエネルギーとは
いってもＮＯｘを相当量に排出し、白煙と同時Ｋ Ｎ
Ｏｘ対策を取入れることが必須となる。

更に水素燃料の場合は輸送管および水素燃料機器類材料
の水素脆化、家庭用機器として使用する場合は特に爆発
範囲、燃焼速度が極めて大きいこと、および着火エネル
ギーが小なることが実用化の障害となってふ・す、これ
らを制御する技術の開発が要望されている。

本発明者等は上記のような問題点を解決するために次の
ことを目的として研究を重ねた。

１）排ガス温度を低く抑え、サイクルの熱回収率をよく
する。

２）排ガスの白煙化を防止する。

３）新たなエネルギーを必要としない水分回収（遣水方
法） ４）排ガスのＮＯｘの制御 ５）燃え易い燃料の燃焼特注の制御（爆発範囲、燃焼速
度、着火エネルギーなど） ６）燃焼用機器類材料の水素脆化の防止 発明者は、クリーン燃料の場合よく燃焼管理筐たは処理
された排ガスは、そのま１酸素絶縁不活性ガスとして材
用できることに着目した。

例えば水素燃焼の場合、理論燃焼排ガスはＮ２ とＨ２
０のみからなる。

Ｎ２０をＩＮｍ″／Ｎｍ３とした場合。理論空気量は２
．３８ Ｎｍｓ／Ｎｍ”、Ｎ２は１．８８Ｎｍ″／Ｎｍ
３となるから排ガス中のＮ２とＮ２０の合計は２．８８
Ｎ ｍ３／Ｎ ｍ３となる。

またＬＮＧの場合、その排ガス中の成分は、大略Ｎ２７
２％、Ｈ２Ｏ１７優、ＣＯ２８％、０２３条となる。

そこでまず１）水分回収装置を設置して排ガス中の水分
を回収すると同時に熱回収を行なうことを考えた。

次いで２）水分を除去した殆んど純粋なＮ２ ガスの一
部を燃料ガス中に循環させて流量を調節したり、回収水
の一部を高温燃焼領域に噴射して混合燃焼させることに
よりａ）効果的な排ガス中のＮＯｘの低減、ｂ）燃焼器
機材の水素脆化の防止、Ｃ）燃え易い燃料の燃焼特性の
制御等、総合的なコントロールを行なうことを考えた。

即ち、本発明はこのような水分回収と、それに伴う排ガ
ス中の有効な不活性ガスの純度を高め、これを再循環し
て公害成分の制御、並びに燃焼特性の制御を行なう総合
的な排ガス利用無公害燃焼とエネルギー回収との組合せ
システムに関し、燃焼して比較的多量の水を生成する燃
料を燃焼させる系において、該燃料の燃焼排ガス通過部
に水分回収装置を設置して水分を回収すると同時に、そ
の水分のうち一部釦よび前記水分回収装置の下流側の燃
焼排ガスの一部を前記燃料を燃焼させる燃焼室に再循環
することを特徴とする燃焼方法を骨子とするものである
。

本発明を第１図にしたがって更に詳しく説明する。

各種燃焼器の燃焼室または炉１とその排ガス・ダクト系
２において、排ガス系に水分回収装置３を設置する。

燃料供給管４から燃料を燃焼室ＩＫ送り燃焼させた後の
排ガスは排ガスダクト系２Ｆｃ入る。

排ガス系の水分回収装置３は空気式水冷器５と冷却系６
とに通じて作動していて、排ガスの露点よりも低い塩度
に保持された固体昔たは液体表面で結露させ、排ガス全
体は未飽和状態の′！！１排出させるようになっている
。

水分回収装置を出た排ガスはライン７を経て煙突８より
外へ排出されるが、ライン７の途中で分岐管９をとり、
再循環送風機１０訟よび流量制御弁１１を経由して、排
ガスの一部を燃料供給管４に再循環させる。

循環カス量は流量制御弁１１によってコントロールされ
る。

また、この排ガスの一部を直接燃焼室に供給してもよい
。

一方、水分回収装置３によって回収された排ガス中の凝
縮水分は暖房、風呂などの温水として利用できるが、一
部を回収水タンク１２、流量制御弁１３を経由して燃焼
室１に噴射して燃焼を制御することもできる。

筐た水分回収装置３ど連結している空気式水冷却器５に
空気を通し、送風器１４、空気予熱器１５を経由して燃
料供給管４に送って燃焼用空気として使用する。

以上のような方法を採ることにより、次のような効果が
奏せられる。

１）排ガス中の水分を水分回収装置により除去するため ａ、排ガスを低温となる昔で熱利用しても白煙が出ない
。

（熱効率大）ｂ、殆んど純粋な水分を回収できる。

Ｃ０水分回収装置以後は水分による腐食、錆がない。

ｄ、水分回収装置以後の排ガスはＮ２ ガスを主成分と
する不活性ガスとなる。

２）水分回収装置より下流側の水分釦よび水溶成分を除
去した不活性ガスを再循環し燃料ガスと混合、燃料させ
るため ａ、排ガス中のＮＯｘ制御ができる〔水分や水溶成分を
除去した不活性ガスを循環させると、排ガス中の中間燃
焼生成物（ラジカル、例えばＨＣＮ等）や０２戒分が少
なくなる。

該中間燃焼生成物は、０□が多いと０２と作用してＮＯ
ｘを生じ、０２が少量の場合は直接Ｎ２を生じる。

従って、中間燃焼生成物や０２が少なければＮＯｘ生成
も少ないのである〕。

特に水素燃焼の場合、Ｎ２ との混合燃焼の効果は大
きく、第２図に示すように僅かに２８多のＮ２の添加量
でＮＯを１／１０以下に減らすことができる。

第２図において点線は水素を、実線は水素に２８優の窒
素を混合させて燃焼させた時のＮＯの発生率を示す。

なお、ＬＮＧ、ＬＰＧ燃料等に＄−いても、ホホ同様の
効果が得られることを確認している。

ｂ、純度の高い水素の場合、材料の低流水素脆化が問題
となるが、排ガスと燃料との混合により温度が高くなる
と同時に水素脆化が防止される。

Ｃ０水素のような燃え易い燃料の場合、爆発限界、燃焼
速度、着火エネルギー等の安全燃焼を支配する要素を、
不活性ガスとの混合の割合を調節することにより自由に
コントロールすることができる。

３）回収水の一部を燃料と混合燃焼させることにより、
更に水の回収割合を上げることができる。

水との混合燃焼作用によシ、水の蒸発潜熱（５４０ｃａ
ｅ／ｆ！ ） 分だけ多量の熱を燃焼中に消費される
ので、燃焼温度が大幅に低下し、更にＮＯｚおよびスモ
ークを低減できる。

また、スモークの低減は燃焼用の０２供給量を少なくし
、その結果、燃焼温度も低下してＮＯｘ低減効果に寄与
する。

４）不活性ガスと水を燃焼室に再循環させることによシ
、上記２）と３）の相乗作用が得られ、ＮＯｘ生成量が
著しく低減する。

すなわち、水の再循環により燃焼温度が低下し、また不
活性ガスの再循環により定圧比熱ＣｐＯ差で化学反応を
促進させることなく燃焼温度を低下させる。

しかも、低源の水勢よび不活性ガスが燃焼域に供給させ
ることにより、ＮＯｘ生成速度係数が小さくなり、ＮＯ
ｘ生成量が低下するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様を示すフローシートであ
る。 第２図は、本発明方法と従来法とで水素を燃焼させた際
の発生ＮＯ量を比較した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼して比較的多量の水を生成する燃料を燃焼させ
   る系において、該燃料の燃焼排ガス通過部に水分回収装
   置を設置して水分を回収すると同時に、その水分のうち
   一部および前記水分回収装置の下流側の燃焼排ガスの一
   部を前記燃料を燃焼させる。 燃焼室に再循環することを特徴とする燃焼方法。