JPS5948134B2 - 高温炉からの燃焼ガス中のＮＯｘ減少方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温炉からの燃焼ガス中のＮＯｘ減少方法に関
するものである。

ガラス溶融炉を代表とする高温炉では、一般に、炉中で
何らかの物理的化学的反応を起さすものが多く、これら
の炉の燃焼ガス中のＮＯｘ発生濃度が高い場合か゛多い
。

このため大気汚染防止の観点から排ガス中のＮＯｘ濃度
減少技術の早期確立が望まれている。

燃料燃焼時排ガスに伴なって大気中に放出されるＮＯｘ
量を減少させる方法としては、炉口体での燃料燃焼時の
ＮＯｘ発生を抑える方法及び燃料燃焼によって発生した
ＮＯｘを別途除去する方法の二つの方法が検討されてい
る。

前者の方法としては、既にボイラーにおいて一部実施さ
れている二段燃焼法、排ガス循環法などの炎温度自体を
抑えることによるＮＯｘ発生の抑制方法があるが、かか
る技術は高温を必要不可欠とする高温反応炉では側底実
用し得ない。

たとえばガラス溶融炉において炉温度つまり炎の温度を
下げると製品ガラス中に泡やすし等の欠点を生じ、高温
反応炉本来の機能を維持できなくなる。

また後者の一且発生したＮＯｘを除去する方法としては
、乾式脱硝法と湿式脱硝法が知られている。

乾式脱硝法としては酸化鉄等の還元触媒を用いＮＨ３，
ＣｏなどによりＮＯｘを還元元する方法及び無触媒下に
Ｎ Ｈ３によりＮＯｘを還元する方法があり、いづれも
ボイラー等で一部実用段階にある。

しかして触媒を用いる乾式接触還元法では触媒も含め脱
硝装置が一般に高価であり且つその維持、運転にも多額
の費用がかかるという難点があると共に、これを高温反
応炉からの燃焼ガスに適用した場合には、その排ガスは
一般にダーティであるため触媒の能力及び寿命の著しい
低下を避は得ない場合が多いという欠点を有している。

たとえばガラス溶融炉からの燃焼ガス中にはＮＯＸと共
に燃料中の硫黄分から発生するＳＯｘ、ガラス原料の飛
散物、原料の分解物などのダストを混在したいわゆるダ
ーティ−ガスの状態にあり、詰まり現象など触媒への悪
影響を解決する手段・方法は確立できていない。

またＮＨａを用いた無触媒法は有効な適用温度は低いが
その範囲が極めて限られているという欠点があり、高温
炉からの燃焼ガスでがかる制御を行なうことは極めて困
難であると共に経済性にも劣る。

一方湿式脱硝法は、ＮＯｘを一旦酸化してＮ０２の形に
し、水またはアルカリ液に吸収させる方法であるが吸収
反応時にドラフトを保証するために必要な排風機にかな
り大きな動力を要すると共に、ＮＯ□を吸収した処理液
の後処理のために膨大な排水処理装置を必要とするなど
の欠点を有している。

本発明は極めて簡単な方法により、高温炉、特に高温反
応炉からの排ガス中のＮＯｘを効果的に減少せしめる方
法を提供するものである。

即ち本発明方法は、高温炉からの燃焼ガスが１１００℃
以上の温度域にある間に、別途空気又は酸素を導入する
ことなく、炭化水素またはその含酸素誘導体またはこれ
らを含む物質を前記炭化水素またはその含酸素誘導体ま
たはこれらを含む物質が不完全燃焼しない量的範囲内で
系に導入して、前記燃焼ガスと接触せしめることにより
、燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を減少せしめるものである。

本発明方法で対象とする排ガスはいわゆる高温炉からの
ものであれば本質的にはいずれでもよく、たとえばガラ
ス溶融炉、工業窯炉なと１１００℃以上の反応温度を要
する反応炉からの排ガスが適宜適用される。

本発明方法ではＮＯｘ低減用処理物質として炭化水素ま
たはその含酸素誘導体を用いることを本質とする。

ここで炭化水素としてはメタン、エタン、プロパン、ブ
タンなどの低級炭化水素が経済性などの理由から好まし
く用いられるが、処理温度が高温であることからも理解
されるように本質的にはより高級な炭化水素類たとえば
、ヘキサン、オクタン、デカン、ベンゼン、キシレンな
ども適宜用いられる。

また炭化水素の含酸素誘導体はその分子が炭素、水素、
酸素からなる化合物であれば本質的にはいずれでもよく
、たとえばメチルアルコール、エチルアルコール、プロ
ピルアルコールなどのアルコール類によって代表される
可燃性含酸素誘導体が適宜用いられる。

これらＮＯｘ低減用処理物質はそれぞれを単独で用いて
もよくまた２種以上を併用してもよく、またさらには他
の成分との混合物として用いてもよい。

本発明のＮＯｘ低減用処理物質を含有する混合物として
は、たとえば液化石油ガス（Ｌ、 Ｐ、 Ｇ）、灯油、
重油、都市ガス等があり、これらはいずれも極めて好適
に用いられる。

これらＮＯｘ低減用処理物質の添加量には特に制限はな
く少量であれば少量なりの効果がある。

通常は、発生ＮＯｘと等モル量程度からこれら処理物質
に由来するすすが出ない程度の量範囲で使用される。

具体的にはＮＯｘ発生量、残存酸素量などに応じで決定
される。

これらＮＯｘ低減用処理物質と燃焼ガスとを接触反応さ
せる際には、通常系に０．５〜１０％程度の酸素が残存
するため、特に空気や酸素を別途導入する必要はないが
、炉体耐人物の隙間から燃焼ガス中にもれ空気が吸引さ
れることは、通常の炉ではよく見られる現象であり、勿
論さしつかえない。

本発明のＮＯｘ低減用処理物質を接触させる際の燃焼ガ
スの温度は１１００℃以上であることが必要であり、こ
れ以下だと事実上ＮＯｘ濃度の減少効果はほとんどない
。

１１００℃以上であれば上限には特に制限はなく、広い
範囲で効果を発現する。

通常は１２００〜１５００℃程度が特に好ましい。

接触場所は炉の燃焼部から煙道部に至る適宜の個所が選
択される。

たとえば工業窯炉にあっては燃焼室から煙道出口までの
間あるいは熱回収装置を有する炉では熱回収装置内が、
またガラス溶融炉にあっては、溶融槽端部のポート附近
、蓄熱室内部、換熱室内部または煙道部の間の適宜の個
所が選択される。

ＮＯｘ低減用処理物質と燃焼ガスの接触は通常の気相化
学反応におけると同様、できるだけ接触面積を大きくま
た混合状態を良好にすることが望ましいが、必ずしも本
発明方法の実施のために特別の装置類は必要なく、ＮＯ
ｘ低減用処理物質を所定の個所に導入するためのノズル
類を備えるだけでも十分である。

かくして極めて容易且つ安価に高温炉からの排ガス中の
ＮＯｘを効率的に減少させることが可能となったのであ
る。

以下、ガラス溶融炉での実験結果を実施例として示す。

第１図は実験に使用した容量的７５０ｋｇの小型ガラス
溶融タンク炉の概略図である。

この炉は、ガラス溶融部１、大型のガラス溶融タンク炉
のそれと同様な構造をもつ内断面がｌｍＸ１ｍ内高さ約
２．７ｍの蓄熱室２（ただし、実験では、燃焼ガスは常
に一定方向に流れており、この部分において二次空気の
加熱は行っていない。

）、および煙道部３よりなり、１−２間は吹出部４によ
り連結されている。

ガラス溶融部１において、その下部に溶融ガラス５があ
り、その上部の燃焼６では、溶融槽１の端部に設けたバ
ーナー７からＡ重油を噴霧し、バーナーの囲りから導入
する二次空気によって燃焼し、炉を高温に保っている。

蓄熱室２の内部は図に示したようにチェッカーレンガ８
を積んである。

したがって、溶融槽端部のバーナーから噴出した重油は
燃焼室で燃焼し、その燃焼ガスは溶融槽から吹出４をへ
て、蓄熱室２に入り、チェッカーレンガ８の隙間を通過
して、煙道へ入り、煙道出口９から図には示していない
が排風機によって大気中に放出される。

ＮＯｘ低減のための処理物質は次の１０〜１４の位置よ
り供給した。

すなわち溶融槽端部の吹出附近１０、蓄熱室天井１１．
蓄熱室内のチェッカーレンガを積んだ部分の上段１２、
中段１３、下段１４から燃焼ガス中に送入した。

処理物質を送入しない燃焼ガス（または未処理の排ガス
とよぶことにする）および処理物質を送入したときの処
理後の排ガスは煙道出口附近１５において採取し、連続
式ＮＯｘ分析計、および連続式０２分析計によって、Ｎ
Ｏｘ、０２濃度を測定した。

昼下の述べる実験は炉が定常状態になってから行なわれ
たが、炉、したがって蓄熱室温度も比較的低く、燃焼ガ
ス中のＮＯｘ濃度が比較的低い状態、およびこれらが比
較的高い状態の計２回について行なったものである。

このときの操炉条件の概略を表−１に示すが、測温位置
は１０〜１３の処理物質送入部附近および蓄熱室の煙道
出口、および排ガス採取位置１５附近である。

処理物質の送入点が、第１図において処理物質供給位置
１０．１１．１２．１３．１４の順に該処理物質と、燃
焼ガスの最初の接触温度は低くなり、排ガス採取位置ま
での距離は小さくなっていることになる。

実施例１ 処理物質としてり、Ｐ、Ｇｏ、都市ガス（４５００Ｋｃ
ａｌ／ｒｒ＋Ｆで公表されている組成はＶｏｌ、％で示
すとＣＯ５，ＨＨ２４６，ＣＨ４２２，ＣｍＨｎ５．
ＣＯ２１００２２，Ｎ２１０である）を送入したとき、
送入量が多すぎると処理後の排ガス中にススが発生した
が、ススが発生しないと思われた処理後の排ガス中の０
□濃度が１％の送入量のときの未処理、および処理後の
排ガス中のＮＯｘ濃度と送入点との関係を表−２に示す
が、未処理の排ガス中のＮＯｘ濃度は３２０ｐｐｍであ
った。

これらの実験は、表−１の第１回目の操炉条件のもとで
行なわれたが、いずれの送入点でも処理後の排ガス中の
ＮＯｘ濃度は減少しており、で示したとき送入点温度が
高いほど減少率は大きいことかわかる。

実施例２ 表−１の第２回目の操炉条件のもとで、処理物質として
都市ガスを送入したとき、その送入量と排ガス中のＮＯ
Ｘ、 Ｏ□濃度の関係を第２図及び第３図に示した。

第２図は比較的高温の溶融槽、蓄熱室天井から送入した
ときを第３図は比較的低温の蓄熱室の上、中、下段から
それぞれ送入したときの結果を示した。

いずれの図でも、都市ガスの送入量の増加とともに排ガ
ス中のＮＯｘ、 Ｏ□濃度は減少しており、排ガス中の
ＮＯｘを減少する都市ガスの効果は明らかである。

また、同−送入量においては、第３図の方がＮＯｘ、０
２濃度の減少量が大きい。

実施例３ 表−１の第２回目の操炉条件のもとで、処理物質として
り、Ｐ、 Ｇ、を送入したとき、その送入量と排ガス中
のＮＯｘ、０□濃度の関係を第４図に示した。

このときも、いずれの位置から送入してもり、Ｐ、Ｇ、
の送入量の増加とともに排ガス中のＮＯｘ。

０□濃度は減少しているが、同−送入量では、送入点温
度が高い方がＮＯｘ濃度の減少量は大きいことがわかる
。

送入点温度が最も高い溶融槽から送入したとき、ＮＯｘ
濃度は約７５０ｐｐｍから２００ｐｐｍに減少している
。

実施例４ 表−１の第２回目の操炉条件のもとで、処理物質として
エチルアルコールを用い、水冷装置をもつ特殊なバーナ
ーによって送入した。

測定結果を表−３に示す。

この結果によれば、エチルアルコールもＮＯｘ濃度の減
少に有効であることがわかる。

実施例５（比較例） 表−１の第１回目の操炉条件のもとで、処理物質として
ＣＯ，ＮＨ３を送入したときの結果を表−４、表−５に
それぞれ示した。

１これらの結果によれば、ＮＨ３，
ＣＯを送入すると、処理後の排ガス中の０２濃度は減少
しているにもかかわらずＮＯｘ濃度は逆に増加しており
、ＮＯｘ低減の処理物質とならないことを示している。

また表−４中には、比較のため、Ｌ、Ｐ、Ｇ、を溶融槽
から送入フし、処理後の排ガス中の０□濃度がＣＯ送入
時と同じような値としたが、処理後の排ガス中のＮＯｘ
濃度は減少している。

これらの処理物質の送入によって、送入点附近の温度が
上昇することが確認されたことから送入：した処理物質
が燃焼していることは明らかである。

しかしながらＮ Ｈ３及びＣＯではＮＯｘ減少効果は全
く認められず、本発明処理物質と処理温度との組合せが
著効を示すものであることが理解されよう。

実施例 ６ 実施例のエチルアルコールを灯油に変え、表−６の条件
下で同様に実施した結果を表−６に示す。

本実験はガラス溶融炉、およびこれに附属した蓄熱室に
おいて行っているが、通常の高温反応炉と比較して、特
別に変った耐火物を用いてなく、また溶融ガラスはすで
に別の炉で溶融したガラスカレットを予め炉内に投入し
であるだけで、原料ダストは全く飛散しない状態である
ので、特殊な条件は全くなく、これらの結果は高温反応
炉一般に適用しうろことは容易に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験に使用した小型のガラス溶融タンク炉の概
略図、第２図は処理物質として都市ガスを使用し、送入
点が溶融槽内、および蓄熱室天井のときの、都市ガス送
大量と排ガス中のＮＯｘ、 Ｏ□の濃度変化の関係を示
す線図、第３図は第２図において、送入点が蓄熱室であ
るときの線図、第４図は処理物質として、Ｌ、Ｐ、Ｇ、
を使用したときの送入量と排ガス中のＮＯＸ、 ０２濃
度変化の関係を示す線図である。 １・・・・・・溶融炉、２・・・・・・蓄熱室、３・・
・・・・煙道部、４・・・・・・吹出部、５・・・・・
・溶融ガラス、６・・・・・・燃焼室、７・・・・・・
バーナー、８・・・・・・レンガ、９・・・・・・煙道
出口、１０、１１．１２．１３．１４・・・・・・処理
物質の供給位置、１０・・・・・・溶融槽端部の吹出附
近、１１・・・・・・蓄熱室天井附近、１５・・・・・
・排ガス採取位置（煙道出口附近）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温炉からの燃焼ガスが１１００℃以上の温度域に
   ある間に、別途空気又は酸素を導入することなく、炭化
   水素またはその含酸素誘導体またはこれらを含む物質を
   前記炭化水素またはその含酸素誘導体またはこれらを含
   む物質が不完全燃焼しない量的範囲内で系に導入して、
   前記燃焼ガスと接触せしめることを特徴とする高温炉か
   らの燃焼ガス中のＮＯｘ減少方法。 ２ 高温炉が工業窯炉である特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３ 燃焼室から煙道出口までの間または熱回収装置を有
   する炉にあっては、該装置内に炭化水素またはその含酸
   素誘導体またはこれらを含む物質を導入し、燃焼ガスと
   接触せしめる特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 高温炉がガラス溶融炉である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ５ 溶融槽端部のボート附近、蓄熱室内部、換熱室内部
   または煙道部のいずれかの位置に炭化水素またはその含
   酸素誘導体またはこれらを含む物質を導入し燃焼ガスと
   接触せしめる特許請求の範囲第４項記載の方法。