JPS6020648B2 - 燃焼排ガス中のＮＯｘ低減法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多段燃焼法に関し、特に燃焼ガス中の窒素酸
化物Ｎ○×及び一酸化炭素Ｃ０、炭火水素等の他の大気
汚染物質を低減し、清浄な燃焼ガスとして大気中へ放出
し得る燃焼ガス処理方法に関するものである。

燃焼ガス中のＮ○ｘは、一酸化窒素ＮＯがほとんどで、
残り‘ま二酸化窒素Ｎ０２である場合が多い。

タ大気保全の立場から、これらＮ○×の除去方法の開発
は現在積極的に行われている。従来、主に使用されてい
るＮ○×低減方法として、次のものが挙げられる。

‘１｝ 低ＮＯＭヒ燃焼法 低過剰空気燃焼法、多段燃焼法、排ガス再循環法等各手
法が考えられている。

これらの手法は燃焼城での酸素Ｑ濃度を低下させること
、及び火炎温度を低下させることを基本原理としており
〜Ｎ瓜の低減に伴いＣ０、分解炭化水素等の未燃物の発
生量が増大するため、実用上Ｎ○×の低減には限界があ
る。‘２｝ 選択的又は非選択的触媒還元法 燃焼ガス中にアンモニアＮ瓜「水素日２、炭化水素等の
ガス状還元怪物質を注入、混合させた後、触媒層を通過
させることによりＮ○×を窒素Ｎ２に還元する方法であ
るが、この方法は、触媒の劣化及び再生上の取り扱い、
触媒として使用する重金属の徴粉等による二次公害〜設
備簾〜 ランニングコスト等種々の技術的「経済的問題
が多い。

‘３１選択的又は非選択的無触媒還元法燃焼ガス中に直
接Ｎ比又はこの他に比，Ｃ○，炭化水素等の易酸化性物
質を単独又は組み合わせた還元性物質を注入し〜Ｎ○ｋ
を還元する方法（例えば袴開昭４９−４７２４４ ５０
−？７７４号公報参照）があるが「還元性物質及びこの
物質の作用によって生成する物質による低温熱回収部の
損傷及び大気放出による新たな公害発生等の問題がある
。

また、操作条件によっては還元性物質の分解により逆に
Ｎ瓜の発生「増大を伴うこともある。上記‘１｝の低Ｎ
○ｘ化燃焼法及び上記｛３’の無触媒還元法は「比較的
安価で簡便な低Ｎ○ｘ化手法であるが、上述したように
ト未燃物等の有害物質の発生を伴い易く、Ｎ○×低減効
果には限界があり、実用上３０％以上の低減は難しい。
本発明者等は「多段燃焼法（以下ＯＦＡ法という）の研
究中、ＯＦＡ法の二次空気の吹き込み位置を従来とは全
く異なった場所に移したところ、或る条件の燃焼ガスに
対しては二次空気そのものが酸化作用と同時にかなりの
還元作用を有することを確認した。

このＮ○×をＮ２に還元する作用を効果的に実用化する
には、二次空気吹き込み位置における燃焼ガスの条件確
保が必要でも このためには二次空気を吹き込む前に例
えば炭化水素等を吹き込むことが有効であり〜かっこの
炭化水素自身もＮ○×の還元効果を有することが判明し
た。もちろそ、炭化水素吹き込み法以外の方法、例えば
主バーナの燃焼自体を改良する方法等により、上記のよ
うな条件を確保することもできる。以上の知見に基づい
て燃焼ガスを清浄化する方法、すなわち本発明方法を完
成するに至った。本発明は「‘１１ Ｎ０×を含有する
温度８５０〜１３００℃でかつ酸素濃度が零または略零
の燃焼ガスに「空気を多段に分割して混入するに際し、
前に混入した空気中の酸素の燃焼反応が略終了する領域
に次の分割空気が混入するように、一定間隔をおいて蟻
次混合、燃焼させることにより該燃焼ガス中のＮＯ広を
低減させることを特徴とする燃焼ガスの処理方法。

‘２１ Ｎ○×を含有する温度９５０〜１４００℃でか
つ酸素濃度が約５％以下の燃焼ガスに該燃焼ガス中の酸
素と燃焼したと仮定したときに該燃焼ガス中の酸素濃度
が雰または略奪となるような量の炭化水素を１段または
多段に分割して順次混合〜燃焼させて得られる燃焼ガス
の温度８５０〜１３００℃の領域に、該燃焼ガス中に存
在している分解炭化水素および一酸化炭素等未燃物を完
全に酸化したと仮定したときに残存する酸素濃度がｉ．
５％以上になるような量の空気を多段に分割して混入す
るに際し、前に混入した空気中の酸素の燃焼反応が略終
了する領域に次の分割空気が混入するように〜一定間隔
をおいて順次混合も燃焼させることにより「上記禾燃物
を実質的に路完全に酸化させると同時に燃焼ガス中のＮ
○ｋを低減させることを特徴とする燃焼ガスの処理方法
とを要旨とするものである。

すなわち「本発明においては〜前記した二次空気そのも
のが酸化作用と同時にかなりの還元作用を示す或る条件
の燃焼ガスとは、温度８５０〜１３００℃でかつ０２濃
度が零または略零、好ましくは−２〜ｉ％である燃焼ガ
スのことであり、この条件の燃焼ガスを確保するために
は、前記したように炭化水素注入法や主バーナの燃焼改
良法「その他適宜の方法が探られる。

なお「 上記の０２濃度が−２％とは「酸素不足のため
に禾燃物が存在している燃焼ガス中にト化学反応を考慮
しない単純計算上演合後の０２濃度が２％になるように
空気を混合させたとき、理論上ちようど上記未燃物が完
全燃焼して０２が消失する状態をいう。本発明では、上
記した条件の燃焼ガスに空気を２段または多段に分割し
て系外より注入し、該燃焼ガスと順次速やかに混合させ
る。

この場合、空気の注入量は、混合後の０２濃度が１．５
％以上になるように設定することが好ましい。また、本
発明では、通常のボィラ、加熱炉等で発生する０２濃度
約５％以下、好ましくは０．５〜２％、Ｃ○、分解炭化
水素等の未燃物は多少含まれていてもよく、ＣＯ濃度と
して１００〜１０，００功地程度の含有は許される燃焼
ガス流の温度９５０〜１４００℃の領域に、炭化水素を
１段又は多段に分割して系外より注入し、該燃焼ガスと
順次速やかに混合させることによって上記の０２濃度の
条件、すなわち零または略零、好ましくは−２〜１％を
確保し、この燃焼ガスの後流側温度８５０〜１３００ｏ
ｏの領域に、空気を２段または多段に分割して系外より
注入し、この燃焼ガスと順次速やかに混合させる。

この場合、上記炭化水素の注入量は、混合後の０２濃度
が上記の雲または略零、好ましくは−２〜１％となるよ
に設定し、かつ多段に分割して注入する場合は、１段目
の注入量は混合後の０２濃度が２％以下になるように設
定することが効果的である。

また、上記後流側での空気注入量は、前記のように混合
後の０２濃度が１．５％以上になるように設定する。な
お、この炭化水素注入法によれば、炭化水素注入時に、
上記の０２濃度条件が確保されると同時に燃焼ガス中の
ＮＯ皮がかなりＮ２に還元されるという効果をも奏する
ことができる。

この結果、最終的には燃焼排ガス中のＮ○×濃度は３０
％以上減少することができるばかりでなく、未燃物も実
質的に存在しなくなる（ＣＯ＜５瓜肌）、本発明方法の
特徴および効果を以下にまとめて列挙する。

‘１｝ 無触媒方式である。

｛２） Ｎ○×の還元及び酸化等に必要な系外供給物質
は、ボィラ、加熱炉等で通常使用されている炭化水素及
び空気であるので、特殊な取り扱いを必要とせず、新た
な二次公害発生の懸念はない。

脚 低Ｎ○ｘ化燃焼法と併用することにより極めて有効
にＮ○×低減を図ることができ、実質的に未燃物の発生
を伴わない。

■ 吹き込み用炭化水素としては、メタン、ェ夕ン、プ
ロパン等気体状のものはいうまでもなく、９５０〜１４
００℃の温度城において容易にガス化しうる液状のもも
のでもよく、たとえば「ガソリン（含ナフサ）、灯油類
も使用できる。

本発明方法は、Ｎ○ｋ含有燃焼ガスを発生する装置でか
つ、本発明適用のための燃焼ガスの所望条件（温度及び
酸素０２濃度）が改造も含め実現できる装簿、例えば、
ポイラ、各種工業用加熱炉等に適用することができる。
以下、本発明の基礎となった実験例を挙げて本発明方法
を更に詳述する。

実験例 １ 本実験に用いた実験装置を第１図に示す。

第１図において、燃焼ガス１は炉尻に設置したバーナ２
によって作られる。

燃焼用空気３は強制通風機４によって加圧され、いわゆ
る強制通風方式で炉内に送りこまれる。燃料２０は液状
、ガス状いずれのものも使用できる。本実験ではＡ〜Ｃ
重油、プロパンガスを使用した。この円筒形実験炉５の
内面は、燃焼ガス温度調節用の伝熱管群１３を除いた部
分は、主として耐火レンガ６が内張りされている。炉長
は約１８肌で、実用炉での実際の燃焼ガス流速を再現す
るため、流れ方向に数段階にわたって炉内座がいまられ
ており、内径はそれぞれ８０仇枕、７０物吻、５０仇駁
、３０仇蚊である。これら四つの異なった直径をもつセ
クションを、便宜上、燃焼ガスの上流側から、第１室７
、第２室８、第３室９、第４室１０とよぶことにする。
第１室７は、いわゆる熱風発生炉に相当し、ここで発生
した燃焼ガスは順次第２，３，４室を経て煙突１１より
大気中に放出される。第２室８の直前には、燃焼ガスの
温度および組成調節用空気取り入れ口１２が設置されて
いる。第３室９には、実用炉の対流熱回収部を想定して
一部伝熱管群１３を設け、海水１４にて冷却できるよう
にしてある。炭化水素（以下、アフタフュェルという）
１５および空気（以下ァフタェアという）１６の注入は
、炉長方向に約５０仇肋ピッチで設けた燃焼ガス組成、
温度等の計測孔１７を利用して種々の個所で行った。ア
フタフュヱルの炉内への注入にあたっては拡散混合促進
の観点から空気１８あるいはスチーム１９が同伴できる
ようにしてある。アフタフュェルとしては市販のプロパ
ンガス、メタンガス、ナフサ等を使用した。また勺燃焼
ガス中にアフタフュェル及びアフタヱアを分散するため
に使用した代表的吹き込み用注入管１５および１６の概
略図を第２図に示す。

第２図Ａ？ Ｂはアフタフュヱル注入管、第２図Ｃ，Ｄ
はアフタェア注入管を示す。まず、第２図Ａのアフタフ
ュェル注入管ＡＦ−Ｍ型について説明すると、ライン１
より流入する所定量のァフタフュェルは、３／餌管２の
円管壁に軸万向に６段〜各段ごとに円周方向に２個づっ
開けられた噴出孔（蓬８．４肋）３より燃鱗ガス中に噴
出する。

なお〜 ４は炉内煙道、５は耐火レンガであり、第１図
の６に相当する。次に、第２図Ｂのアフタフュェル注入
管ＡＦ−Ｓ型について説明すると、１１′２８管２を炉
内煙道４の中央部まで挿入し「その先端２′からアフタ
フュェルが噴出する単純構造のものである。なおｔ第２
図Ａ，８に示す両型の注入管とも「拡散効果を増大させ
るための同伴ガス（空気、スチームなど）も使用でき、
この同伴ガスはライン６より導入される。またｔ第２図
Ｃのアフタェア注入管ＡＡ−Ｍ型は「第２図Ａに示すア
フタフュェル注入管ＡＦ−Ｍ型とほぼ同様の形式のもの
で〜 ライン１から流入する所定量のアフタェアは、２
Ｂ管２に円管壁に鞠方向に６段「各段ごとに円周方向に
２個づっ設けられた噴出孔（径２劫舷）３より炉内煙道
４の燃焼ガス中に噴出する。

第２図Ｄのァフタェア注入管ＡＡ−Ｓ型は、第２図Ｂに
示すアフタフュェル注入管ＡＦ−Ｓ型とほぼ同様の形式
のものであるがｔ このＡＡ−Ｓ型では、２Ｂ管２は炉
内中央部でなく炉壁部に先端２′が開□するように設け
、炉壁からアフタェアを吹き込むようにする。これは噴
出流のもつ運動量で燃焼ガス中に吹き出す空気が充分分
散する場合であって、分散能力を考慮して吹き込み位置
は任意に変更できるようにしてある。なお〜アフタフュ
ェル注入管に比べアフタェア注入管の径が大きいのは単
に吹き込み流量が大きいためである。

以上、Ｍ型とＳ型の代表的２つの注入管について説明し
たが、注入管の働きは要するに燃焼ガスと注入物を速や
かに分散、混合できるものであればよく、分散能力に応
じて、注入管２の本数、噴出孔３の孔数は変更する必要
がある。また、実用上はアフタフュェルおよびアフタェ
アの両注入管は、８５０℃以上の高温燃焼ガス中にさら
されるので「注入管保護の観点から二重管方式にして空
気、水、スチーム等の冷却媒体を用いて冷却することが
必要である。

先ず、前記第１図の装置により、燃焼発熱量３０〜１８
０万Ｋｃａ’／日、燃焼空気比＾０．８〜２．０の条件
下で燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスにアフタェアを
吹き込んだときの基本特性について調べた。

すなわち、プロパンガス１１０ｋｇ／日を用いて空気比
入０．職及び１．１５の条件で燃焼ガスを発生させ、鰹
道中の稜々の個所に第２図Ｃに示すＡＡ−Ｍ型の注入管
を移動させてアフタェアを吹き込んだ時の特性を調べた
。

この結果を第３図に示す。なお、アフタュア注入前後の
燃焼ガスの０２濃度は〜 それぞれ、＾が０．班のとき
−０．５％、２％、＾が１．１５のとき３％、５．５％
であった。また、アフタェア注入前のＮＯ戊濃度は、入
が０．職のとき約１５＆風、＾が１．１５のとき約２０
０脚肌で、該Ｎ○×の約９５％がＮＯで、残りはＮ０２
であった。第３図において、機軸はアフタェァ吹き込み
位置直前の燃焼ガス温度「縦軸はアフタヱア吹き込み後
のＮＯ濃度及びＮ○×濃度を、吹き込み前のＮＯは濃度
（Ｎ○ｘ）。で割った値を百分率（％）で表わしたもの
である。図中、曲線１は上記の空気比入０．９８で燃焼
させたときの燃焼ガスのアフタェア吹き込み後のＮＯ濃
度〜曲線２は空気比入０．９８で燃焼させたときの燃焼
ガスのアフタヱァ吹き込み後のＮ仇濃度、曲線３は空気
比入１．１５で燃焼させたときの燃焼ガスのアフタェア
吹き込み後のＮＯ濃度、曲線４は空気比入１．１５で燃
焼させたときの燃焼ガスのァフタヱア吹き込み後のＮ○
ｘ濃度の観測結果である。なお「本明細書中で述べるＮ
０×、ＮＯ及びＣＯ値は「すべて次式により０％０２濃
度レベルに換算したものである。

肋：２，≧；２′肋′ Ｎ。

＝２．半２′Ｎ。′Ｃ。

＝２．＄′Ｃ。′（ここで、Ｎ○×、ＮＯ及びＣＯは０
％０２換算値、ＮＯｘ′、ＮＯ′、ＣＯ′は実預血２濃
度０２′における実測値である。

）第３図に曲線３，４に示すように、Ｑ濃度が３％で燃
焼が完結している燃焼ガス中にアフタヱアを吹き込んで
もＮ○×低減に全く効果がないが、曲線１，２に示すよ
うに、Ｑ濃度が−０．５％の場合は、１２００『０以下
の温度城にアフタェアを投入すると、明らかに脱硝効果
がみられ、９５び０近傍でその効果は最大であった。

また、第３図中斜線で示した帯状の部分は燃焼ガス中に
初期より存在しているＮ０２塁に相当すると考えると、
０２濃度が−０．５％の場合は、曲線１，２に示すよう
に、８００００以下低温度城ではＮＯからＮ０２への転
換が起こり、低温になるに従いＮＱの発生量が増大して
行くことが見し、出された。

すなわち高温度城ではＮ○ｋの脱硝反応のみが起こり、
温度が低くなるに従いＮＯのＮ０２への酸化反応を共存
いまじめ、やがて酸化反応の方が支配的になることが確
認された。また、１２００００以上ではＮ０ｘは減少せ
ず、むしろ増加の煩向にあつた。なお、第３図において
、領域Ｑはアフタェア吹き込みにより生成されたＮ０２
相当分、領域８はアフタェア吹き込みによりＮ２に還元
されたＮＯ相当分、領域ｙはアフタヱア吹き込み後に存
在するＮＯ相当分である。

以上のことから、従来のＯＦＡ法では、二次空気は１３
００００以上の領域で使用されており、この場合二次空
気の使用によりＮ○ｘは増大する傾向にあるが、一次空
気の燃焼域でのＮＯ戊低減効果が支配的となって総合的
にはＮ○ｋの低減が図られていることが推定される。

次に前述のアフタェアの場合と同様にアフタフュェルと
してプロパンガスを燃焼ガス中に吹き込んだときの特然
を調べ、この結果を第４図に示す。

この場合、プロパンガス１３０ｋ９／日を用いて空気比
入１．１及び１．６の条件で燃焼ガスを発生させ、鰹道
中の種々の個所に第２図Ａに示すＡＦ−Ｍ型の注入管を
移動させて、アフタフュェルとしてのプロパンガスを吹
き込んだ。なお、プロパンガス注入前後の燃焼ガスの０
２濃度は、それぞれ、＾が１．１のとき２％、０％、入
＝１．６のとき９％、８％であった。プロパンガス吹き
込み前のＮ○ｘ濃度は、入が１．１のとき約２００肌、
入が１．６のとき約２５０脚で、核Ｎ０×の約９５％が
ＮＯで、残りはＮＱであつた。第４図において、機軸プ
ロパンガス吹き込み位置直前の燃焼ガス温度、縦軸はプ
ロパンガス吹き込み後のＮＯ濃度及びＮ○×濃度を、吹
き込み前のＮ０ｋ濃度（Ｎ○ｘ）。

で割った値を百分率（％）で表わしたものである。図中
、曲線１は上記の空気比＾１．１で燃焼させたときの燃
焼ガスのプロパンガス吹き込み後のＮＱ裏度、曲線２は
空気比＾１．１で燃焼させたときの燃鱗ガスのプロパン
ガス吹き込み後のＮ○×濃度、曲線３は空気比入１．６
で燃焼させたときの燃嫌ガスプロバンガス吹き込み後の
ＮＯ濃度、曲線４は空気比＾１．６で燃焼させたときの
燃焼ガスのプロパンガス吹き込み後のＮ○ｋ濃度の観測
結果、斜線で示した帯状の部分は燃焼ガス中に初期より
存在しているＮＱ相当分である。第４図の曲線１，２に
示すように、Ｑ濃度が２％の燃焼ガスにプロパンガスを
吹き込んだ場合の特性は、１４００ｑｏ以上の領域では
吹き込みプロパンガスは完全燃焼してしまいＮ○ｘは増
大の傾向にあるが、１４００℃付近からＮ０ｋのＮ２へ
の還元反応がはじまり、７００℃付近で最大の反応率を
示し、７００ｑｏ以下ではＮＯのＮＱへの酸化反応も共
存し、温度が低くなるに従い酸化反応の方が支配的にな
ることが確認された。

また、曲線３．４に示すように、０２濃度９％の燃焼ガ
スにプロパンガスを吹き込んだ場合の特性も０２濃度２
％の場合とほぼ同様の傾向を示すが、この場合、還元反
応は余り顕著に起こらないかわりに、低温城でのＮＯの
Ｎ０２への酸化効率が極めて高いことが注目される。以
上、第３図及び第４図について説明したように、アフタ
ェアまたはアフタフュェル吹き込み位置直前の燃焼ガス
の温度及びこのガ．ス中の０２濃度条件によっては、ア
フタヱアまたはアフタフュェルを燃焼ガス中に吹き込む
ことにより、かなりのＮ○×の還元脱硝が期待できるこ
とが判明した。

また、上記実験の結果、第５図及び第４図では触れなか
ったが、アフタェア吹き込みによる分解炭化水素、ＣＯ
等未燃物の酸化反応特性、及びァフタフュェル吹き込み
による分解炭化水素、ＣＯ等未燃物の発生特性が、これ
らの吹き込み位置での燃焼ガスの条件に支配され、一般
にはァフタヱアによって上記禾燃物を実質的に消去する
ことは難しく、実用化不可能なまでの発生量を伴う場合
が多いことも明らかとなった。

そこで本発明では「アフタェア及びアフタフュェルによ
るＮ○×の低減化のみならずアフタェアにる禾燃物の清
浄化を組み合わせた手法として、前記したように、温度
８５０〜１３００℃、０２濃度宅または略纂、好ましく
は−２〜１％、かつ分解炭化水素、ＣＯ等の未燃物濃度
１００〜１０，０００脚程度なる条件の燃焼ガス中に、
アフタエアを吹き込み燃隣ガス中のＱ濃度を１．５％以
上にするという手法により、Ｎ○×を低減し、未燃物を
実質的に含まない清浄な燃焼ガスとするものである。

この時、Ｑ濃度１．５％以上としたのは、これ以下では
未燃物質が完全に燃焼除去されないからである。また、
上記のアフタェア吹き込み前の燃焼ガスの０２濃度−２
〜１％、及び分解炭化水素、ＣＯ等未燃物濃度１００〜
１０，００■血なる条件が通常のボィラ、工業用加熱炉
等では満たされないため、アフタェアを吹き込む前にア
フタフュェルを吹き込み上記条件を確保すると共に、ア
フタフュェル自身の還元作用によりＮ○ ｘを更に低減
させようとするものである。次に、上記手法の効果を確
認するための実験例を挙げる。

実験例 ２ 第１図に示す装置を用い、プロパンガス１３０ｋ９／日
を用いて発生した燃焼ガス中にアフタフュェルとしての
プロパンガスとアフタェアのいずれか一方を多段に吹き
込んだ。

吹き込み用注入管としては第２図Ａに示すＡＦ−Ｍ型及
び第２図Ｃに示すＡＡ−Ｍ型を複数個使用した。結果を
第５図及び第６図に示す。第５図は、０２濃度１％の燃
焼ガス中にプロパンガスを１段（第５図中、矢印ａの個
所）、ァフタェァを３段（第６図中、矢印ｂ，ｃ，ｄの
個所）に分割し吹き込んだときのものである。

吹き込み直前の燃焼ガスの温度はそれぞれ、１３５０℃
（第５図中、矢印ａ）、１１２０ｑ○（第５図中、矢印
ｂ）、１０３０ｑｏ（第５図中、矢印ｃ）、及び９００
ｑｏ（第５図中、矢印ｄ）であった。プロパンガスの吹
き込み量は１３ｋｇ／日、アフタヱアの吹き込み量は上
流側から、６０ｋ９／日、６０ｋ９／日、２４０ｋ９／
日であった。なお、第５図中の矢印Ｇは燃焼ガス流れ方
向を示す。このときの燃焼ガス中の０２とＮ○ｋの各濃
度変化は第５図に示す通りであった。

１８０脚あったＮＯ広はプロパンガスの吹き込みにより
１２瓜風となり、更にアフタェアを順次吹き込むことに
より磯跡、４朝脚、最終には３或血となり、未燃物の存
在は実質的には認められなかった。

また、最初１％あった燃焼ガス中の０２濃度はプロパン
ガス及びアフタェア吹き込みにより−ｉ．２％ｔ −０
．６％、０％、２％と順次変化した。なお、比較のため
に、アフタェアを１段にして全量３６０ｋ９／日を１１
２０℃（第５図中、矢印ｂ）の燃焼ガス雰囲気の個所に
吹き込んだところ、１２０肌あったＮ０×が９Ｑ風１こ
しか減少せず、多段にアフタェアを吹き込むことにより
極めて有効にＮ○ｋを減少させうろことが確認された。

第６図は、０２濃度１％の燃焼ガス中にプロパンガスを
３段（第６図中、矢印ｂ，ｃ，ｄの個所）、ァフタェァ
を１段（第６図中、矢印ａの個所）に分割し吹き込んだ
ときのものである。

吹き込み直前の燃焼ガスの温度はそれぞれ、１３５０ｏ
ｏ（第６図中、矢印ｂ）、１１３０ｑ０（第６図中、矢
印ｃ）、１０５０つ０（第６図中、矢印ｄ）、及び９５
０ｑｏ（第６図中、矢印ａ）であった。プロパンガスの
吹き込み量は上流側から、６．５ｋ９／日、３．２５ｋ
９／日、３．２５【９／日、アフタェアの吹き込み量は
、３６０ｋ９／日であった。なお「第６図中の矢印Ｇは
燃焼ガスの流れ方向を示す。このときの燃焼ガス中の０
２とＮ○ｋの各濃度変化は第６図に示す通りであった。

初期濃度１８０ｐｍあったＮ○ｘはプロパンガスの吹き
込みにより１４５脚、１０■血、７轍皿と順次減少し、
アフタェア吹き込みにより最終的には５斑皿となり、未
燃物の存在は実質的に確認されなかった。なお、比較の
ためにプロパンガスを１段にして全量１３ｋ９／日を１
３５０ｏｏ（第６図中、矢印ｂ）の燃焼ガス雰囲気の個
所に吹き込んだ結果は、上記第５図のところで示したよ
うに１２び血であり、多段にプロパンガスを吹き込むこ
とにより極めて有効にＮ○ｋを減少させうろことが確認
された。

なお、本発明方法においてアフタフュェルの燃焼ガス中
への拡散、混合効果を促進するために、該アフタフュェ
ルにスチーム、燃焼排ガス、空気等を同伴させることが
できる。この同伴効果を確認するために次の実験例を挙
げる。実験例 ３ 第１図に示す装置を用い、プロパンガス８０ｋ９ノ日を
空気量１２８５ｋ９／日で燃焼させて発生した燃焼ガス
中に、アフタフユヱルとしてのプロパンガスを同伴媒体
としてスチームまたは空気を用い、同伴量を種々変化さ
せて吹き込み、その後アフタェァを吹き込んで脱硝率を
測定した。

なお、スチームまたは空気同伴プロパンガス吹き込みは
「０２濃度０．２〜０．５％、温度１０２０〜１０６０
℃の燃焼ガス中に、注入管として第２図Ａに示すＡＦ一
Ｍ型を使用して行なった。プロパンガスの吹き込み量は
４ｋ９／日、プロパンガス吹き込み直前の燃焼ガス中の
ＮＯ力農度は１１功■であった。また、プロパンガス吹
き込み後のアフタェアの吹き込みは、Ｑ濃度０％、温度
９２０〜９５０ｑｏの燃焼ガス中に、吹き込み量３１２
ｋ９／日で行なった。この結果を第７図に示す。第７図
中、曲線１‘まスチームを同伴媒体とした場合、曲線２
は空気を同伴媒体とした場合である。第７図から、スチ
ームの同伴量を増す程、徐々に脱硝率は向上することが
確認された。

また、空気を使用した場合は拡散、混合効果の促進とい
うよりも、脱硝反応の支配因子である０２濃度を変える
ことによる影響の方が大きく、空気同伴の良否は一概に
いえないことが確認された。従って、上記同伴媒体とし
ては不活性なものであることが好ましいということがで
きる。次に、アフタフュェルとアフタェアの吹き込んで
燃焼ガス清浄化を行う際の主要因子の炉内変化情況につ
いて、実験例を用いて説明する。

実験例 ４ 第１図に示す装置を用い、６５５Ｘ９／日の空気量でプ
ロパンガス４０ｋ９／日を燃焼したときに生成する燃焼
ガス中に、約１１５０ｏｏの温度城でアフタフュェルと
して３．２５ｋ９／日の空気を同伴したプロパンガス２
ｋ９ノ日を第２図Ａに示すＡＦ−Ｍ型注入管を用いて注
入し、更に後流側の約９０００Ｃの温度域で１１５ｋ９
／日のアフタヱアを第２図Ｃに示すＡＡ一Ｍ型注入管を
用いて注入した。

この結果を第８図に示す。第８図において、上例の図お
よび下側の図とも、機軸は第１室（熱風発生炉）出ロか
らの距離〔机〕を示す。

上側の図は、燃焼ガスの炉内流速（曲線１）及び温度分
布（曲線２）と、炉内任意位置までの滞留時間（曲線３
）を表わしている。

下側の図は、燃焼ガス中のＣ○（曲線４）、Ｎ０（曲線
５）、Ｎ○×（：ＮＯ＋Ｎ０２）（曲線６）及びＱ（曲
線７）の各濃度分布であり、この図において、矢印ｂは
空気同伴プロパンガス吹き込み位贋、矢印ａはアフタェ
ア吹き込み位贋を示す。

第８図の上側と下側の図より次のことが解明された。○
｝ Ｎ○×濃度は、プロパンガスとアフタェア吹き込み
により１秒足らずの間に１４錨風のものが７弦血まで減
少し「 その後の変化はほとんどみられなかった。

｛２）ＣＯ濃度は、プロパンガス吹き込みにより１秒足
らずでＯ脚から約４，００啄肌まで増大し、アフタェア
吹き込みにより１秒足らずで２■風まで減少した。

｛３’ ０２濃度は、主燃焼ガスで約１％あったものが
プロパンガスの注入により、Ｑが消失し、アフタェアの
注入により約２％となった。

なお、処理後の燃焼ガス中のガス分析を行ったところ「
プロパンガス、ホルムアルデヒド、シアン化水素及びＮ
比の各成分の存在は実質上認められなかった。上記の実
験結果から分かるように、Ｎ○×の脱硝反応及びＣＯな
どの未燃物の酸化反応は極めて速く、反応物の拡散、混
合時間を除けば、純粋な反応時間は０．９段以下と考え
られる。

実験例 ５ 実験例４と同様な実用化実験を行ない「 そのデータの
一例を第１表に示す。

第１表 註）ァフタフュェルおよびァフタェァはいずれも１段吹
き込みとした。

実験番号５及び９は本発明の効果が十分いかされた場合
で「脱硝率はそれぞれ６０％及び８０％、未燃物は実質
的に存在しなかった。実験番号８では脱硝率は高いもの
の、発煙が生じ実用上問題がある。実験番号３及び７の
ような条件ではプロパンガス及びアフタェアを吹き込む
ことによりかなりＮ０×濃度は高くなってしまうことが
確認された。以下、本発明を実際のポィラに適用する場
合の実施態様例を列挙する。

実施態様例 １ ボィラに本発明を実施した場合について第９図を用いて
説明する。

燃料１と燃焼用空気ＩＱを用いてバーナ９により炉内に
火炎６が形成されｔ燃焼ガスは鏡射熱回収部及び対流熱
回収部３，亀，５を膿次流れて行く。

通常の場合「バーナ９により燃料１の完全燃焼が要求さ
れるが、本発明では燃焼ガスの後流側○２にアフタェア
８を入れるので、遊離炭素が発生する直前まで燃焼用空
気翼Ｄ‘ま減少させることができる。例えば燃料１がＣ
重油の場合は理論空気量程度まで、炭化水素系燃料であ
る場合は燃焼ガス流○，中に未燃物が５％程度存在する
まで、空気量をいまることができる。このような燃焼状
態にすることによりまずバーナ９での主燃焼部分で約２
０％のＮ○×削減ができる。次に燃焼ガスの温度が９５
０〜１４００ｑ○のところＧ，にアフタフュェル吹き込
み用注入管亀亀を用いてアフタェア７を吹き込む。吹き
込み後の燃焼ガス中の禾燃物が５〜１０％程度になるよ
うにアフタフュェルの吹き込み量を設定する。このアフ
タフュヱル吹き込みによりＮ○ｘは４０％程度減少する
。更に後流側で燃焼ガスの温度が８５０〜１３００ｑＣ
のところＧ２にアフタェア吹き込み用注入管１２を用い
て「空気８を吹き込む。吹き込み後の燃焼ガス中の０２
濃度が１．５％以上になるように吹き込み量を設定する
。このアフタェア吹き込みにより未燃物は実質上ゼロと
なり「Ｎ○ｘは更に４０％程度減少する。従って、ボィ
ラに本発明を適用することにより、通常燃焼時に比べ「
約７０％のＮＯ戊低減が達成できる。実施態様例 ２第
亀Ｑ図は工業炉加熱炉（オレフィン製造用分鱗炉、比、
ＮＨ３、メタノール等製造用改質炉、石油精製・石油化
学用加熱炉など）に本発明の基本操作を２段繰返して適
用した場合である。

燃料１と燃焼用空気２を用いて、バーナ９により炉内に
火炎６が形成され、燃焼ガスＧ，，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４は
頚射熱回収部及び対流熱回収部３，４，５を順次流れて
行く。

バーナ９により燃料１が完全燃焼され、燃焼ガスＧ，中
の０２濃度は３％、未燃物はゼロとする。まず、燃焼ガ
スが１２００℃程度のところＧ，に、アフタフュェル吹
き込み用注入管１２を用いてアフタフユェルを吹き込む
。該アフタフュェルの吹き込み量は計算上燃焼ガスＧ，
中の０２が吹き込みアフタフュェルの燃焼に全て寄与し
たとして、かつ燃焼ガス中に未藤物が１〜１０％存在す
るように設定する。この後流側で燃焼ガスの温度が１１
００午０程度のところＧ２に、アフタェア吹き込み用注
入管１３を用いてアフタェア８を吹き込む。アフタェア
の吹き込み量は計算上燃焼ガスＧ２中の未燃物１〜１０
％が完全に燃焼したとして、かつ燃焼ガス中に０２が０
．５〜２％存在するように設定する。更に、この後流側
で燃焼ガスの温度が１０００ｑ０程度のところＧ３及び
９００００程度のところ○４に、アフタフュェル７及び
アフタェア８を注入管１４及び１５を用いて吹き込む。
アフタフュェル及びアフタェアに吹き込み量は上述と同
様な計算に基づき、燃焼ガス中の未燃物及び０２がそれ
ぞれ、１〜５％、１．５〜２．５％程度になるように設
定する。これらの操作により、処理後の燃焼ガスＧ３中
の未燃物は実質上ゼロとなり、ＮＯ叫ま燃焼ガスＧ，中
の初期含有量に比べ約７０％の低減が達成できる。

実施態様例 ３ この実施態様例は実施態様例１で述べたボィラにおいて
ァフタフュェルを３段に分割して順次吹き込んだ場合で
あり、その概要を第１１図に示す。

アフタフュェル注入管を１１以外に新たに１３及び１４
を設けており、これらの注入管１１，１３，１ ４の設
置位置は燃焼ガス温度が１３００℃〜１０００００の範
囲にする。

またアフタフュェルの吹き込みは、吹き込み後の燃焼ガ
ス中の０２濃度が１％〜２％で、１段当たりの０２減少
濃度が０．５％以上となるようにする。その他の操作条
件等は実施態様例１に示す通りである。このようにァフ
タフュェルを多段に分割して吹き込むことにより、実施
態様例１の場合より更に一層のＮＯ広低減化を図ること
ができる。

実施態様例 ４ この実施態様例は、実施態様例３においてァフタフュェ
ル注入管１３及び１４をアフタェア注入管に置き換えて
、ァフタェァを３段に分割して吹き込んだ場合である。

各段のアフタヱア吹き込みは、吹き込み後の燃焼ガス中
の０２濃度が−１〜１．５％で、１段当たりの０２増加
濃度が０．５％以上となるようにする。また「最終段す
なわち３段目のアフタヱア吹き込みは、吹き込む直前の
燃焼ガス中のＱ濃度が１％以下のところで行なう。これ
は、燃焼ガス中の０２濃度が１．５％以上であると、該
最終段による脱硝は実質的に達成できないからである。
その他の操作条件等は実施態様例１と同様にする。この
ようにアフタェアを多段に分割して吹き込むことにより
、実施態様例１の場合より更に一層のＮ○×低減化を図
ることができる。

もちろん、アフタフュェル及びアフタェアの両方を多段
に分割して燃焼ガス中に吹き込むことも極めて有効な低
ＮＯ戊化手法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実験例で用いた燃焼装置の概略図、第
２図は第１図の燃焼装置に用いられたアフタフュェルお
よびアフタェア注入管の概略図、第３，４図は燃焼ガス
にアフタフュェルまたはアフタェアを吹き込んだ場合の
基本特性を示す図表、第５，６図はフフタフュェルの吹
き込みとァフタェアの吹き込みとを併用した場合の効果
を示す図表、第７図はアフタフュェル吹き込み時に同伴
媒体を用いた場合の効果を示す図表、第８図はアフタフ
ュェルとアフタェアとを吹き込んだ場合の主要因子の炉
内変化情況を示す図表、第９〜１１図は本発明の実施態
様例で用いた実炉の概略図である。 矛１図 オ２図 矛３図 矛４図 才５図 才６図 矛７図 矛８図 オ９図 オ１０図 オｎ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＮＯｘを含有する温度８５０〜１３００℃でかつ酸
   素濃度が零または略零の燃焼ガスに、空気を多段に分割
   して混入するに際し、前に混入した空気中の酸素の燃焼
   反応が略終了する領域に次の分割空気が混入するように
   、一定間隔をおいて順次混合、燃焼させることにより該
   燃焼ガス中のＮＯｘを低減させることを特徴とする燃焼
   ガスの処理方法。 ２ ＮＯｘを含有する温度９５０〜１４００℃でかつ酸
   素濃度が約５％以下の燃焼ガスに該燃焼ガス中の酸素と
   燃焼したと仮定したときに該燃焼ガス中の酸素濃度が零
   または略零となるような量の炭火水素を１段または多段
   に分割して順次混合、燃焼させて得られる燃焼ガスの温
   度８５０〜１３００℃の領域に、該燃焼ガス中に存在し
   ている分解炭火水素および一酸化炭素等未燃物を完全に
   酸化したと仮定したときに残存する酸素濃度が１．５％
   以上になるような量の空気を多段に分割して混入するに
   際し、前に混入した空気中の酸素の燃焼反応が略終了す
   る領域に次の分割空気が混入するように、一定間隔をお
   いて順次混合、燃焼させることにより、上記未燃物を実
   質的に略完全に酸化させると同時に燃焼ガス中のＮＯｘ
   を低減させることを特徴とする燃焼ガスの処理方法。