專利名稱：燒嘴的燃燒方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燒嘴的燃燒方法。
背景技術：
在大力宣傳地球環(huán)境的現在，以NOx表示的氮氧化物的削減是重要課題之一，也是當務之急。作為NO/削減方法，與抑制產生相關的技術 尤為重要，可以舉出排氣再循環(huán)、稀薄燃燒、濃淡燃燒、分級燃燒等，從工用到民用得到廣泛應用。通過應用這些技術的低NOx燃燒器，NO5^f策在某種程度上取得了進展，但還進一步尋求更有效的NOx降低方法。以往進行研究開發(fā)得到的NOx降低方法之一，存在并提出了以下方法，即使作為燃料或氧化劑的空氣等的流量周期性地變化，進行一種時間性的濃淡燃燒的方法(以后稱為強制脈動燃燒)(參考專利文獻I 6)。這些方法通過使燃料流體或氧化劑流體的一方，或者燃料流體和氧化劑流體的雙方的供給流量變化，以使燃燒火焰的氧比(供給氧量除以理論所需氧量的值)變化，從而交替形成燃料過濃燃燒和燃料稀薄燃燒，由此實現燃燒氣體中的NOx的降低。另外，在專利文獻7中公開了通過使用純氧作為氧化劑，利用作為高濃度的情況下的脈動燃燒即所謂的強制脈動燃燒的氮氧化物的降低方法、以及用于實施該方法的裝置。在普通的加熱爐和溶解爐中設置有多個燒嘴，對各燒嘴應用強制脈動燃燒時，如果不適當控制燃燒條件和脈動周期，則無法得到大幅的NOx降低效果。專利文獻I :歐洲專利第0046898號說明書專利文獻2 :美國專利第4846665號說明書專利文獻3 :特開平6-213411號公報專利文獻4 :特開2000-171005號公報專利文獻5 :特開2000-1710032號公報專利文獻6 :特開2001-311505號公報專利文獻7 :特開平5-215311號公報但是，發(fā)明人等為了確認這些現有技術的NOx降低效果而實施了復核試驗的結果是得知，對上述一些現有技術認可了 NOx降低效果，但是沒有得到具有實用性價值的降低效
果O

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的課題在于提供一種與現有相比發(fā)揮大幅的NOx降低效果且具有實用性價值的燒嘴的燃燒方法以及裝置。為了解決上述課題，本申請發(fā)明人等努力致力于具有實用性價值的NOx降低方法的開發(fā)。其結果是發(fā)現了通過使對燒嘴供給的燃料流體的流量或氧化劑流體的流量的至少一方發(fā)生周期性變化的同時，使氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，進行強制脈動燃燒，從而相比以往發(fā)現大幅的NOx降低效果。S卩，本發(fā)明的第一方案為一種燒嘴的燃燒方法，在爐中使兩個以上的燒嘴對置設置并燃燒，其特征在于，通過使供給到各燒嘴的燃料流體或氧化劑流體的流量之中的至少一方周期性地變化，并使所述氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，從而使供給氧量除以理論所需氧量的氧比周期性地變化，使所述燒嘴在周期性的脈動狀態(tài)下燃燒，對于所述燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化，在至少一個燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差。上述第一方案在，優(yōu)選在所述供給到各燒嘴的燃料流體的流量的周期性變化與所述氧濃度和所述氧比的周期性變化之間設置相位差。
上述第一方案中，優(yōu)選所述氧比的周期性變化的頻率為20Hz以下。上述第一方案中，優(yōu)選所述氧比的周期性變化的頻率為O. 02Hz以上。上述第一方案中，優(yōu)選周期性地變化的所述氧比的上限與下限之差為O. 2以上，I周期中的所述氧比的平均值為1.0以上。上述第一方案中，優(yōu)選在所有所述燒嘴中，使氧比的周期性變化或氧濃度的周期性變化之中的至少一個同步燃燒。上述第一方案中，優(yōu)選對置配置的所述燒嘴彼此的脈動狀態(tài)的周期性變化的相位差為π。上述第一方案中，優(yōu)選在使用一個以上的燒嘴組成的燒嘴陣列燃燒時，在所述爐的側壁上配置有兩組以上的燒嘴陣列，構成所述各燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與構成與所述燒嘴陣列相鄰配置的燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間的相位差為η。上述第一方案中，優(yōu)選在使用一個以上的燒嘴組成的燒嘴陣列燃燒時，所述爐的側壁對置，在一個側壁上配置有η組燒嘴陣列，構成所述各燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與構成與所述燒嘴陣列相鄰配置的燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間的相位差為2 π /η。上述第一方案中，優(yōu)選通過在至少一個所述燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差，從而使爐內壓力保持固定。本發(fā)明的第二方案為一種燒嘴的燃燒裝置，在爐中使兩個以上的燒嘴對置設置并燃燒，其特征在于，通過使供給到各燒嘴的燃料流體或氧化劑流體的流量之中的至少一方周期性地變化，并使所述氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，從而使供給氧量除以理論所需氧量的氧比周期性地變化，使所述燒嘴在周期性的脈動狀態(tài)下燃燒，對于所述燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化，在至少一個燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差。上述第二方案中，優(yōu)選所述燃燒裝置包括供給所述燃料的燃料供給配管、供給氧的氧供給配管以及供給空氣的空氣供給配管，由供給的氧與空氣形成所述氧化劑，所述燃燒裝置具備供給到各所述配管的燃料、氧以及空氣的流動強制性地施加脈動的強制脈動機構。
所述第二方案中，優(yōu)選在所述爐內配置有把握所述爐內的氣氛狀況的檢測器，所述燃燒裝置具備根據由所述檢測器檢測出的數據，變更所述燃料流體或所述氧化劑流體的流量、或者所述強制脈動的周期的控制系統(tǒng)。根據本發(fā)明，能夠得到可大幅且確實地降低NOx的燃燒方法。本發(fā)明不僅適用于設計新的加熱爐的情況，還能夠適用于已有的加熱爐中的燒嘴。


圖I是表示本發(fā)明的第一實施方式的爐的平面圖。圖2是表示用于本發(fā)明的第一實施方式的燒嘴的供給配管的示意圖。圖3 Ca)和圖3 (b)是表示本發(fā)明的第一實施方式的爐的平面圖?！?br> 圖4 (a)和圖4 (b)是表示本發(fā)明的第二實施方式的爐的平面圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實施方式的爐的平面圖。圖6是表示本發(fā)明的第三實施方式的爐的平面圖。圖7是表示本發(fā)明的第三實施方式的爐的平面圖。圖8是表示本發(fā)明的一實施例中的頻率與NOx濃度的關系的圖表。圖9是表示本發(fā)明的一實施例中的頻率與CO濃度的關系的圖表。圖10是表示本發(fā)明的一實施例中的氧比與NOx濃度的關系的圖表。圖11是表示本發(fā)明的一實施例中的氧比與CO濃度的關系的圖表。圖12是表示本發(fā)明的燃燒裝置的平面圖。
具體實施例方式下面，對作為應用本發(fā)明的一實施方式的燒嘴的燃燒方法，使用附圖詳細地進行說明。此外，以下的說明中使用的附圖，為了易于理解特征，方便起見有時會放大示出作為特征的部分，各結構要素的尺寸比不一定與實際相同。[第一實施方式]<燃燒裝置>用于本發(fā)明的第一實施方式的燃燒裝置如圖I和圖2所示，為具備爐I、在爐I內形成燃燒焰3的燒嘴2、以及對燒嘴2供給燃料流體和氧化劑流體的各種配管5、6、7、8的結構。如圖I所示，爐I可以是加熱爐，也可以是溶解爐，具備沿長度方向延伸，且相互對置配置的側壁Ia與側壁lb。在側壁Ia上設置有多個燒嘴2a，在側壁Ib上也設置有多個燒嘴2b。如此，爐I為在長度方向的兩側壁la、lb上設置有形成燃燒焰3a、3b的燒嘴2a、2b的所謂的側面燒嘴式的結構。此外，在本實施方式中，設置在側壁Ia上的燒嘴2a的個數與設置在側壁Ib上的燒嘴2b的個數相同，但也可以不同。各燒嘴2a、2b被配置為從分別設置的側壁Ia或側壁Ib朝向對置的側壁Ib或側壁Ia形成燃燒焰3a、3b。S卩，燒嘴2a朝向側壁Ib形成燃燒焰3a，燒嘴2b朝向側壁Ia形成燃燒焰3b。燒嘴2a的燃燒焰3a與燒嘴2b的燃燒焰3b在爐I內分別相互錯開配置，形成燃燒焰3。
另外，如后所述各燒嘴2在周期性的脈動狀態(tài)下進行燃燒(強制脈動燃燒)，此時，脈動狀態(tài)以一個以上的燒嘴2組成的燒嘴陣列為單位進行控制。在本實施方式中，由設置在側壁Ia上的所有的燒嘴2a形成燒嘴陣列14a，燒嘴2a的脈動狀態(tài)被控制為全部相同。另外，通過設置在側壁Ib上的所有的燒嘴2b形成燒嘴陣列14b,燒嘴2b的脈動狀態(tài)也被控制為全部相同。對于各燒嘴2的燃燒將在后面描述。接著，如圖2所示，各燒嘴2上連結有供給燃料流體的燃料供給配管5和供給氧化劑流體的氧化劑供給配管6。另外，氧化劑供給配管6為在上游分支為氧供給配管7與空氣供給配管8的結構。在燃料供給配管5、氧供給配管7和空氣供給配管8中分別設置有對供給的流體的
流動強制性地施加脈動的強制脈動機構51、71、81。這里，對流體的流動強制性地施加脈動是指周期性地調整流體的流量。強制脈動機構51、71、81具體而言是指包括設置在各供給配管5、7、8上的流量調節(jié)閥52、72、82以及控制流量調節(jié)閥52、72、82的流量計53、73、83的控制單元。通過燃料供給配管5供給的燃料只要是適于燒嘴2的燃料則可以為任何燃料，例如可以舉出液化天然氣(LNG)等。從氧供給配管7供給氧，但該氧并不必須為純氧，可根據后述的與氧濃度的關系適當使用所希望的氧。從空氣供給配管8供給空氣，但作為空氣除了從大氣中獲取的空氣以外，還可以使用燃燒排氣。在使用燃燒排氣的情況下，能夠使氧濃度下降到不滿21% (空氣中的氧濃度)。另外，優(yōu)選地，為了即時應對爐I內的狀況，如圖12所示，在爐I內配置有各種檢測器。即，通過溫度傳感器9測定爐I內的溫度，并通過連續(xù)排氣濃度測定裝置11測定從爐I通過煙道10排出的排氣(N0X、CO、CO2, O2)的濃度。進而，通過這些檢測器檢測出的數據記錄在數據記錄單元12中。優(yōu)選地，具備根據該數據把握爐I內的氣氛狀況，自動地適當變更燃料流體或氧化劑流體的流量、強制脈動的周期等的控制系統(tǒng)13。具體而言，控制系統(tǒng)13通過控制單元14，對從各種配管供給的流體的流動強制性地施加脈動，其結果是燒嘴2中的脈動燃燒15的脈動狀態(tài)周期性地變化。<氧化劑流體的流量以及氧化劑流體中的氧濃度>接著，對氧化劑流體的流量以及氧化劑流體中的氧濃度進行說明。此外，在以下的說明中，為方便起見，對從氧供給配管7、空氣供給配管8和燃料供給配管5分別供給純氧、空氣(氧濃度約為21%)和液化天然氣(LNG)的情況進行說明。另外，在本說明書中使用的氧濃度的單位以vol%表示。在本實施方式中，氧化劑流體由純氧和空氣構成。通過強制脈動機構71、81，從氧供給配管7供給的純氧的流量與從空氣供給配管8供給的空氣的流量的一方或雙方被控制為隨著時間的推移周期性地變化。只要是氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，則可以任意控制純氧的流量和空氣的流量。另外，純氧的流量與空氣的流量之和(即，氧化劑流體的流量)可以固定，也可以周期性地變化。在使氧化劑流體的流量固定的情況下，例如可以使純氧的流量和空氣的流量的周期性變化為同波形、同波動幅度、相位差為H。如此構成時，由于純氧的流量與空氣的流量的增減相抵消，因此供給到燒嘴2的氧化劑流體的流量被控制為固定。另外，優(yōu)選地，在這種情況下，純氧和空氣的流量的最小值均被控制為O。通過如此進行控制，能夠使氧化劑流體中的氧濃度在約21% 100%的范圍內變化。即，純氧在氧化劑流體中所占的流量為O時，氧化劑流體的氧濃度與空氣的氧濃度相等，氧濃度約為21%。反之，空氣在氧化劑流體中所占的流量為O時，氧化劑流體僅由純氧構成，氧濃度為100%。另一方面，在使氧化劑流體的流量周期性地變化的情況下，例如可以一邊以固定量供給空氣，一邊使純氧的流量定期變化。這種情況下，純氧的流量最大時，氧化劑流體中的氧濃度最大，純氧的流量最小時，氧化劑流體中的氧濃度最小。
例如，如果進行控制使純氧的流量的最大值與空氣的流量相同，并使最小值為0，則氧化劑流體中的氧濃度在約21% 約61%的范圍內周期性地變化。即，純氧的流量最大時，純氧與空氣的流量比為I比1，氧化劑流體中的氧濃度約為61%。另外，純氧的流量最小時，氧化劑流體僅由空氣構成，氧濃度約為21%。此外，作為使氧化劑流體的流量周期性地變化的方法，對使空氣的流量固定，使純氧的流量定期變化的方法進行了說明，但也可以使純氧的流量固定，使空氣的流量周期性地變化，另外，還可以使兩方的流量周期性地變化。<燃料流體的流量>在使氧化劑流體的流量周期性地變化時，燃料流體的流量可以固定也可以周期性地變化。另一方面，使氧化劑流體的流量固定時，使燃料流體的流量周期性地變化。〈氧比〉接著，對氧比進行說明。這里氧比是指作為氧化劑流體供給到燒嘴2的供給氧量除以使供給到燒嘴2的燃料流體燃燒所需的理論所需氧量的值。因此，理論上，氧比I. O的狀態(tài)可以說是能夠不多不少地使用氧進行完全燃燒的狀態(tài)。此外，LNG的燃燒中的理論所需氧量根據LNG組成而不同，但以摩爾比計大概是LNG 的 2. 3 倍。在本實施方式中，由于燃料流體或氧化劑流體的流量的至少一方周期性地變化，另外，氧化劑流體中的氧濃度也周期性地變化，因此氧比也周期性地變化。例如，在使氧化劑流體的流量固定，使燃料流體的流量周期性地變化的情況下，使氧化劑流體的流量為1，使氧化劑的氧濃度在21 100%的范圍內周期性地變化，使燃料流體(LNG)的流量在O. 05 O. 65的范圍內周期性地變化時，氧比在O. 14 8. 7的范圍內周期性地變化。燃料流體(LNG)的流量Qf [NmVh ]、氧化劑流量Q02 [Nm3/h ]、氧化劑的氧濃度X02 [vol%]、氧比m [一]的關系由式(I)表不。m= (QO2XXO2/100) / (QfX2. 3) ...... (I)另外，在氧化劑流體的流量周期性地變化的情況下，能夠使燃料流體的流量固定。此時，例如若使氧化劑流體的流量在I 2的范圍內變化，使氧化劑的氧濃度在21 61%的范圍內變化，以O. 3供給燃料流體(LNG)的流量，則氧比在O. 3 I. 75的范圍內周期性地變化。燃料流體(LNG)的流量、氧化劑流量、氧化劑的氧濃度、氧比的關系以與式(I)相同的式子表不。
此外，由于當氧比的周期性變化的頻率大時，不能充分確認NOx的降低效果，因此優(yōu)選為20Hz以下，更優(yōu)選氧比的周期性變化的頻率為5Hz以下。反之，由于當氧比的周期性變化的頻率過小時，CO的產生量增大，因此氧比的周期性變化的頻率優(yōu)選為O. 02Hz以上，更優(yōu)選為O. 03Hz以上。另外，由于當氧比的上限與下限之差小時，不能充分確認NOx的降低效果，因此氧比的上限與下限之差優(yōu)選為O. 2以上。另外，由于當氧比的時間平均值(I周期中的平均值)小時，燃料流體不完全燃燒，因此氧比的時間平均值優(yōu)選為1.0以上，更優(yōu)選為1.05以上。如上所述，在本實施方式中，使燃料流體(LNG)的流量或氧化劑流體的流量的至少一方、以及氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，從而使氧比周期性地變化。
這些周期性變化通過使燃料流體的流量、氧的流量以及空氣的流量變化來控制。例如，使燃料流體的流量在O. 5 I. 5的范圍內變化，使氧的流量在I. 2 I. 7，使空氣的流量在O 9. 2的范圍內變化并供給時，氧比在O. 5 2. 7的范圍內周期性地變化，氧濃度在30 100%的范圍內周期性地變化?！礋斓娜紵到又?，對燒嘴2的燃燒進行說明。各燒嘴2按照供給的燃料流體的流量、氧化劑流體的流量以及氧化劑流體中的氧濃度的變化，進行時間性濃淡燃燒，脈動狀態(tài)周期性地變化并燃燒。此外，在本發(fā)明中，脈動狀態(tài)具體而言是指通過使燃料或氧化劑的至少一方的流量變化，從而燃燒狀態(tài)波動的意思。在本實施方式中，如圖I所示，在爐I內設置有多個燒嘴2，進行控制以使各燒嘴2的脈動狀態(tài)的周期性變化(脈動周期)與對置配置的燒嘴2的脈動周期之間的相位差為π。這里，對置配置的燒嘴2是指設置在對置的側壁la、Ib的相對的位置上的燒嘴，但并不要求在嚴格意義上配置在對置的位置，而是指離相對的位置最近的燒嘴2。例如，對燒嘴2&1來說對置的燒嘴2是指燒嘴2bi，對燒嘴2a2來說對置的燒嘴2是指燒嘴2b2。在本實施方式中，由配置在側壁Ia上的全部燒嘴2a形成燒嘴陣列14a，各燒嘴2a的燃燒流體的流量、空氣的流量、氧的流量的周期性變化全部同步。另外，由配置在側壁Ib上的全部燒嘴2b形成燒嘴陣列14b，各燒嘴2b也全部同步。因此，如圖3 (a)所示，配置在側壁Ia上的燒嘴2a最強燃燒時，配置在側壁Ib上的燒嘴2b最弱燃燒。相反，如圖3 (b)所示，配置在側壁Ia上的燒嘴2a最弱燃燒時，配置在側壁Ib上的燒嘴2b最強燃燒。由于各燒嘴2a的燃料流體的流量、空氣的流量、氧的流量的周期性變化全部同步，因此氧比以及氧濃度的周期性變化也同步。此外，這里所說的同步是指波形、頻率、相位相同，波動幅度可以不必相同。例如，燒嘴2 與燒嘴2a2的波動幅度可以不同。另外，對于燒嘴2b也同樣，各燒嘴2b的氧比以及氧濃度的周期性變化全部同步，但波動幅度可以不同。使氧比同步時，由于設置在一方的側壁la、lb上的燒嘴2a、2b同時變?yōu)檠醣鹊偷臈l件，因此氧不足的區(qū)域擴大，NOx降低效果增大，故而優(yōu)選。另外，使氧濃度同步時，由于設置在一方的側壁la、lb上的燒嘴2a、2b同時變?yōu)檠鯘舛鹊偷臈l件，因此不會形成局部的高溫區(qū)域，NOx的降低效果增大，故而優(yōu)選。另外，優(yōu)選地，對于燒嘴2a與燒嘴2b的關系不僅相位差為，而且氧比或氧濃度的周期性變化之中的至少一個為相同頻率、相同波形。另外，優(yōu)選地，對置的燒嘴2彼此的波動幅度相同。例如，優(yōu)選地，燒嘴2 與燒嘴21^被構成為氧比以及氧濃度的周期性變化為相同波形、相同頻率、相同波動幅度，相位差為 O 根據如以上說明的本實施方式的燒嘴的燃燒方法，能夠大幅且確實地降低NOx的
產生量。S卩，在現有的燒嘴的燃燒方法中，僅使供給到燒嘴的燃料流體的流量或氧化劑流體的流量的至少一方變化，僅使氧比周期性地變化。與此相對，在本實施方式中，使燃料流體的流量或氧化劑流體的流量的至少一方周期性地變化的同時，使氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化。據此，能夠發(fā)現相比現有大幅提高的NOx降低效果。另外，對于配置在爐內的多個燒嘴，在使脈動狀態(tài)的周期性變化(脈動周期)全部相同的情況下，可得到大的NOx降低效果，但是由于燒嘴的燃料流體與氧化劑流體的流量大幅波動，因此爐內壓力的波動增大。與此相對，在本實施方式中，對于燒嘴2的脈動狀態(tài)的周期性變化，在至少一個燒嘴2的脈動周期與其他燒嘴2的脈動周期之間設置有相位差。據此，由于得到大的NOx降低效果，并且供給到爐I內的燃料流體與氧化劑流體的流量的波動減小，因此能夠使燒嘴2對爐I施加的壓力均勻化。特別是通過使對置設置的燒嘴2彼此的相位差為π，能夠進一步得到NOx降低效果的同時，還能夠使爐I內壓力固定。另外，本實施方式的燒嘴的燃燒方法不僅適用于設計新的加熱爐的情況，還能夠適用于已有的加熱爐或燃燒爐中的燒嘴。[第二實施方式]接著，對應用本發(fā)明的第二實施方式所涉及的燒嘴的燃燒方法進行說明。此外，本實施方式為第一實施方式的變形例，對于同樣的部分省略說明。本實施方式與第一實施方式的不同點在于，在對相鄰的燒嘴2的脈動周期設置有相位差，其他與第一實施方式同樣。如圖4 (a)和圖4 (b)所示，本實施方式也在側壁Ia和側壁Ib上分別設置有多個燒嘴2a和燒嘴2b。各燒嘴2分別僅由一個形成各燒嘴陣列24。S卩，設置在側壁Ia上的各燒嘴2a分別形成燒嘴陣列24a，設置在側壁Ib上的各燒嘴2b分別形成燒嘴陣列24b。另外，在本實施方式中，相鄰的燒嘴2被控制為脈動周期的相位差為31。例如，如圖4 (a)所不，當燒嘴Za1最強燃燒時,相鄰配置的燒嘴2a2與燒嘴2a3最弱燃燒。另一方面，如圖4 (b)所示，當燒嘴2 最弱燃燒時，相鄰配置的燒嘴2a2與燒嘴2a3最強燃燒。此時，各燒嘴2的脈動周期被控制為分別與對置的燒嘴2的脈動周期的相位差為^。例如，燒嘴2 和與其對置的燒嘴2bi的脈動周期的相位差為π，燒嘴2a2和與其對置的燒嘴2b2的脈動周期的相位差為Π。本實施方式也與第一實施方式同樣，由于使氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，因此能夠發(fā)現與以往相比大幅提高的NOx降低效果。進而，各燒嘴2的脈動周期被控制為分別與相鄰的燒嘴2的脈動周期的相位差為^。其結果是沿著長度方向，以高氧比且低氧濃度燃燒的燒嘴2與以低氧比且高氧濃度燃燒的燒嘴2交替配置。據此，通過促進混合，爐內的溫度分布進一步均勻化，從而能夠進一步降低NOx產生量。另外，能夠進一步降低排氣中的CO濃度。此外，在上述實施方式中，對燒嘴陣列24由一個燒嘴2構成的情況進行了說明，但還可以由多個燒嘴2構成。S卩，如圖5所示，還可以在爐I的側壁Ia上設置多組由多個燒嘴2a組成的燒嘴陣列34a，在側壁Ib上設置多組由多個燒嘴2b組成的多組燒嘴陣列34b。在這種情況下，可以控制以使構成各燒嘴陣列34的燒嘴2與構成與所述燒嘴陣列34相鄰的燒嘴陣列34的燒嘴2脈動周期的相位差為。例如，可以使構成燒嘴陣列34 的燒嘴2a與構成燒嘴陣列34a2和燒嘴陣列34a3的燒嘴2a的脈動周期的相位差為π。[第三實施方式]接著，對應用本發(fā)明的第三實施方式所涉及的燒嘴的燃燒方法進行說明。此外，本實施方式為第一實施方式的變形例，對于同樣的部分省略說明。·
本實施方式與第一實施方式的不同點在于，對相鄰的燒嘴2的脈動周期設置差，其他與第一實施方式同樣。S卩，如圖6所示，在本實施方式中，在爐I的側壁Ia和側壁Ib上分別設置有η個燒嘴2a和燒嘴2b。各燒嘴2分別僅由一個形成各燒嘴陣列44。S卩，設置在側壁Ia上的各燒嘴2a分別形成燒嘴陣列44a，設置在側壁Ib上的各燒嘴2b分別形成燒嘴陣列44b。另外，在本實施方式中，控制以使與相鄰的燒嘴2的脈動周期的相位差為2/n。例如，在側壁Ia上設置有四個燒嘴2a的情況下，控制以使燒嘴2 的脈動周期與相鄰配置的燒嘴2a2和燒嘴2a3的脈動周期之間的相位差為π /2，并控制以使燒嘴2a2的脈動周期與燒嘴2a3的脈動周期的相位差為π。此時，各燒嘴2的脈動周期被控制為分別與對置的燒嘴2的脈動周期的相位差為^。例如，燒嘴2 和與其對置的燒嘴2bi的脈動周期的相位差為π，燒嘴2a2和與其對置的燒嘴2b2的脈動周期的相位差為Π。本實施方式也與第一實施方式同樣，由于使氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，因此能夠發(fā)現與以往相比大幅提高的NOx降低效果。進而，當配置在爐的側壁上的燒嘴2的個數為η個時，各燒嘴2的脈動周期被控制為分別與相鄰的燒嘴的脈動周期的相位差為2 π /η。據此，由于能夠較小地抑制供給到爐I內的燃料流體與氧化劑流體的流量波動，因此能夠進一步使爐I內的壓力均勻化。此外，在上述實施方式中，與第一實施方式同樣，對燒嘴陣列44由一個燒嘴2構成的情況進行了說明，但還可以由多個燒嘴2構成。S卩，如圖7所示，還可以在爐I的側壁Ia上設置η組由多個燒嘴2a組成的燒嘴陣列54a，在側壁Ib上也設置η組由多個燒嘴2b組成的燒嘴陣列54b。在這種情況下，可以控制以使構成燒嘴陣列54的燒嘴2與構成與所述燒嘴陣列54相鄰的燒嘴陣列54的燒嘴2的脈動周期的相位差為2 π /η。例如，在爐I的側壁Ia上設置四組由兩個燒嘴2a組成的燒嘴陣列54a的情況下，可以使構成燒嘴陣列54 的燒嘴2a與構成燒嘴陣列54a2和燒嘴陣列54a3的燒嘴2a的脈動周期的相位差為π /2。以上基于實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實施方式，在不脫離其宗旨的范圍內能夠進行各種變更是不言而喻的。下面，對于使燃料流體為LNG，由氧濃度99. 6%的氧與空氣形成氧化劑流體，使氧比與氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，進行強制脈動燃燒時的NOx降低效果，示出實施例進行說明。本發(fā)明并不限定于以下的實施例，在不變更其宗旨的范圍內能夠適宜變更并實施。實施例I在實施例I中，如圖3所示，使用在爐I內配置有八個燒嘴2的燃燒裝置進行了實驗。具體而言，使所有的燒嘴2的氧比與氧化劑中的氧濃度的波形、波動幅度以及頻率相同，氧化劑中的氧濃度在33 100%的范圍內，氧比在O. 5 I. 6的范圍內周期性地變化，頻率均為O. 033Hz。此時，將I周期中的氧化劑中的氧濃度的平均值(時間平均值)設為40%，將氧比的平均值設為1.05。另外，氧濃度與氧比的周期性變化的相位差為π。另外，設置在側壁Ia上的燒嘴2的脈動周期與設置在側壁Ib上的燒嘴2的脈動周期的相位差為π。此外，從煙道使用抽取泵連續(xù)抽取排氣，使用化學發(fā)光式的連續(xù)式NOx濃度測定裝置測定了燃燒排氣中的NOx濃度。進行試驗結果的解析時，使用相同裝置測定實施以往的富氧燃燒(穩(wěn)定燃燒)時的燃燒排氣中的NOx的濃度，將該值作為基準值NOx (ref)。在實施例I中，NOx濃度的值為90ppm, NOx (ref)的值為850ppm,與NOx (ref)比較，NOx濃度減少約90%。為了進行比較，如以往的強制脈動燃燒，將氧濃度固定為40%，僅使氧比在O. 5 1.6的范圍內周期性地變化，除此之外以與實施例I同樣的條件進行了試驗。在比較例I中，NOx的濃度的值為410ppm, NOx (ref)的值為850ppm,與NOx (ref)比較，NOx濃度僅減少約50%。實施例2接著，在實施例2中，為了調查燒嘴2的脈動頻率對NOx濃度降低效果的影響，除了頻率以外設定為與實施例I相同的條件，在O. 017 IOOHz的范圍內改變氧比與氧化劑中的氧濃度的頻率。此時，氧比與氧化劑中的氧濃度的頻率相同。此外，從煙道使用抽取泵連續(xù)抽取排氣，使用紅外吸收式的連續(xù)式CO濃度測定裝置測定了燃燒排氣中的CO濃度。表I和圖8示出NOx濃度的結果，表2和圖9示出CO濃度的結果。此外，進行CO濃度的試驗結果的解析時，使用相同裝置測定實施以往的富氧燃燒(穩(wěn)定燃燒)時的燃燒排氣中的CO濃度，將該值作為基準值CO (ref)。另外，在圖8和圖9中，橫軸表示氧濃度及氧比的頻率，縱軸表示使用基準值NOx (ref )標準化的NOx濃度(NOx/NOx (ref ))，或者使用基準值CO (ref )標準化的CO濃度(CO/CO (ref))。另外，為了進行比較，對于NOx濃度，如以往的強制脈動燃燒，將氧濃度固定為40%，僅使氧比在O. 5 I. 6的范圍內周期性地變化時的結果也在表I和圖8中示出。[表 I]
權利要求
1.一種燒嘴的燃燒方法，在爐中使兩個以上的燒嘴對置設置并燃燒，其特征在于， 通過使供給到各燒嘴的燃料流體或氧化劑流體的流量之中的至少一方周期性地變化，并使所述氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，從而使供給氧量除以理論所需氧量的氧比周期性地變化，使所述燒嘴在周期性的脈動狀態(tài)下燃燒， 對于所述燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化，在至少一個燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差。
2.根據權利要求I所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，在供給到所述各燒嘴的燃料流體的流量的周期性變化與所述氧濃度和所述氧比的周期性變化之間設置相位差。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，所述氧比的周期性變化的頻率為20Hz以下。
4.根據權利要求I至權利要求3中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，所述氧比的周期性變化的頻率為O. 02Hz以上。
5.根據權利要求I至權利要求4中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，周期性地變化的所述氧比的上限與下限之差為O. 2以上，I周期中的所述氧比的平均值為I. O以上。
6.根據權利要求I至權利要求5中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，在所有所述燒嘴中，使氧比的周期性變化或氧濃度的周期性變化之中的至少一個同步燃燒。
7.根據權利要求I至權利要求6中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，對置配置的所述燒嘴彼此的脈動狀態(tài)的周期性變化的相位差為η。
8.根據權利要求I至權利要求7中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于， 在使用一個以上的燒嘴組成的燒嘴陣列燃燒時， 在所述爐的側壁上配置有兩組以上的燒嘴陣列， 構成所述各燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與構成與所述燒嘴陣列相鄰配置的燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間的相位差為η。
9.根據權利要求I至權利要求7中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于， 在使用一個以上的燒嘴組成的燒嘴陣列燃燒時， 所述爐的側壁對置，在一個側壁上配置有η組燒嘴陣列， 構成所述各燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與構成與所述燒嘴陣列相鄰配置的燒嘴陣列的燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間的相位差為2 π /η。
10.根據權利要求I至權利要求9中的任一項所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于，通過在至少一個所述燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差，從而使爐內壓力保持固定。
11.一種燒嘴的燃燒裝置，在爐中使兩個以上的燒嘴對置設置并燃燒，其特征在于， 通過使供給到各燒嘴的燃料流體或氧化劑流體的流量之中的至少一方周期性地變化，并使所述氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，從而使供給氧量除以理論所需氧量的氧比周期性地變化，使所述燒嘴在周期性的脈動狀態(tài)下燃燒， 對于所述燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化，在至少一個燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差。
12.根據權利要求11所述的燒嘴的燃燒裝置，其特征在于，所述燃燒裝置包括供給所述燃料的燃料供給配管、供給氧的氧供給配管以及供給空氣的空氣供給配管，由供給的氧與空氣形成所述氧化劑， 所述燃燒裝置具備對于供給到各所述配管的燃料、氧以及空氣的流動強制性地施加脈動的強制脈動機構。
13.根據權利要求12所述的燒嘴的燃燒裝置，在所述爐內配置有把握所述爐內的氣氛狀況的檢測器， 所述燃燒裝置具備根據由所述檢測器檢測出的數據，變更所述燃料流體或所述氧化劑流體的流量、或者所述強制脈動的周期的控制系統(tǒng)。
全文摘要
采用一種燒嘴的燃燒方法，在爐(1)中使兩個以上的燒嘴(2)對置設置并燃燒，其特征在于，通過使供給到各燒嘴(2)的燃料流體或氧化劑流體的流量之中的至少一方周期性地變化，并使所述氧化劑流體中的氧濃度周期性地變化，從而使供給氧量除以理論所需氧量的氧比周期性地變化，使所述燒嘴(2)在周期性的脈動狀態(tài)下燃燒，對于所述燒嘴(2)的脈動狀態(tài)的周期性變化，在至少一個燒嘴(2)的脈動狀態(tài)的周期性變化與其他燒嘴(2)的脈動狀態(tài)的周期性變化之間設置相位差。
文檔編號F23C15/00GK102959330SQ201180030058
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權日2010年6月29日
發(fā)明者山本康之, 飯野公夫, 萩原義之, 羽路智之 申請人:大陽日酸株式會社