燃燒器的燃燒方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃燒器的燃燒方法，其為供給氧化劑流和燃料流而進行燃燒的燃燒器的燃燒方法，所述氧化劑流由從所述燃燒流的周圍或所述燃料流的附近噴出的一次氧化劑流、和多個二次氧化劑流構(gòu)成，使所述一次氧化劑流及多個所述二次氧化劑流的流量中的至少一個周期性地變化的同時，對所述氧化劑流中的氧濃度賦予周期性變化，對通過所述氧化劑流供給的供氧量除以理論需氧量的氧比賦予周期性變化，通過對所述氧濃度和所述氧比的周期性變化設(shè)置差，燃燒狀態(tài)成為周期性的振蕩狀態(tài)。
【專利說明】燃燒器的燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃燒器的燃燒方法。
[0002]本申請基于2011年I月26日向日本申請的特愿2011-014080號主張優(yōu)先權(quán)，并在此援用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，地球環(huán)境問題受到關(guān)注，其中氮氧化物(NOx)的削減是重要課題之一，是亟待解決的問題。作為該NOx削減方法，有關(guān)抑制生成的技術(shù)是重要的，已知有廢氣再循環(huán)、稀薄燃燒、濃淡燃燒、多段燃燒等，從エ業(yè)用到民用中被廣泛應(yīng)用。通過應(yīng)用了這些技術(shù)的低NOx燃燒裝置，在某種程度上NOx對策得到了進展，但進一歩要求更有效的NOx降低方法。
[0004]作為解決這些問題的方法，作為從以往就開始推進研究和開發(fā)的NOx降低方法之一，有使燃料、氧化劑的流量周期性地變化來進行ー種基于時間變化的濃淡燃燒的方法(以下，稱作“強制振蕩燃燒”)(專利文獻I?6)。
[0005]這些通過振蕩控制燃料或氧化劑中的ー種、或者燃料及氧化劑兩者的供給流量，使燃燒火焰的化學(xué)計量比變化，交替形成燃料過濃燃燒及燃料稀薄燃燒，由此實現(xiàn)NOx的降低。
[0006]此外，專利文獻7中公開了利用氧化劑通過純氧富化為高濃度時的脈動燃燒、所謂的強制振蕩燃燒的NOx降低方法、以及用于實施該方法的裝置。
[0007]此外，專利文獻8?14中公開有將燃料或氧化劑以多段噴出到爐內(nèi)或燃燒室的所謂的多段燃燒方法，并提及低NOx的效果。
[0008]專利文獻1:歐洲專利第0046898號說明書
[0009]專利文獻2:美國專利第4846665號說明書
[0010]專利文獻3:日本特開平6-213411號公報
[0011]專利文獻4:日本特開2000-171005號公報
[0012]專利文獻5:日本特開2000-1710032號公報
[0013]專利文獻6:日本特開2001-311505號公報
[0014]專利文獻7:日本特開平5-215311號公報
[0015]專利文獻8:日本特開平6-257723號公報
[0016]專利文獻9:日本特開平7-233920號公報
[0017]專利文獻10:日本專利第4132409號公報
[0018]專利文獻11:日本特開2007-232364號公報
[0019]專利文獻12:日本特開平6-213410號公報
[0020]專利文獻13:日本特表2004-523721號公報
[0021]專利文獻14:美國專利第5601425號說明書
[0022]然而，本申請發(fā)明人實施有關(guān)降低效果的追加試驗的結(jié)果，確認(rèn)了雖然看到NOx降低效果，但未能得到具有實用價值的降低效果，需要更進一歩革新的技術(shù)開發(fā)。[0023]基于這種背景，期望具有實用價值的NOx降低方法，但現(xiàn)狀為未提供有有效合適的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]為了解決上述課題，本申請發(fā)明人專心投身于具有實用價值的NOx降低方法的開發(fā)。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如下:通過向燃燒器供給多個氧化劑流，對從燃料周圍噴出的一次氧化劑流及從遠離期望的距離的位置噴出的二次氧化劑流的流量中的至少一個發(fā)生周期性的變化，與現(xiàn)有的相比顯著地表現(xiàn)出NOx降低效果。
[0025]即，本發(fā)明提供以下手段。
[0026](I) 一種燃燒器的燃燒方法，其為供給氧化劑流和燃料流而進行燃燒的燃燒器的燃燒方法，所述氧化劑流由從所述燃燒流的周圍或所述燃料流的附近噴出的一次氧化劑流、和多個二次氧化劑流構(gòu)成，使所述一次氧化劑流及多個所述二次氧化劑流的流量中的至少一個周期性地變化的同時，對所述氧化劑流中的氧濃度賦予周期性變化，對通過所述氧化劑流供給的供氧量除以理論需氧量的氧比賦予周期性變化，通過對所述氧濃度和所述氧比的周期性變化設(shè)置差，燃燒狀態(tài)成為周期性的振蕩狀態(tài)。
[0027](2)根據(jù)上述(I)所述的燃燒器的燃燒方法，多個所述二次氧化劑流從以所述燃料流為中心對稱的位置噴出。
[0028]( 3 )根據(jù)上述(I)或(2 )所述的燃燒器的燃燒方法，所述一次氧化劑流相對于所述氧化劑流的流量的流量比率為10%以上70%以下。
[0029](4)根據(jù)上述(I)?(3)的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述二次氧化劑流的流量周期性地變化。
[0030](5)根據(jù)上述(4)所述的燃燒器的燃燒方法，所述二次氧化劑流的流量的周期性變化的頻率為0.0lHz以上20Hz以下。
[0031](6)根據(jù)上述(I)?(5)的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，周期性地變化的所述氧比的上限和下限之差為0.2以上，一個周期中的所述氧比的平均值為1.0以上。
[0032]( 7 )根據(jù)上述(I)?(6 )的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧濃度及所述氧比的周期性變化為相同頻率。
[0033](8)根據(jù)上述(7)所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧濃度與所述氧比的周期性變化的相位差為π /2以上3 π /2以下。
[0034](9)根據(jù)上述(I)?(8)的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述燃料流的流量周期性地變化，所述燃料流的流量的周期性變化及所述氧比的周期性變化為相同頻率，所述燃料流的流量與所述氧比的周期性變化的相位差為π/2以上3π/2以下。
[0035](10)根據(jù)上述(I)?(9)的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧化劑流體由氧和空氣構(gòu)成。
[0036](11)根據(jù)上述(I)?(9)的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧化劑流體由氧和燃燒廢氣構(gòu)成。
[0037](12)根據(jù)上述(10)或(11)所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧實質(zhì)上為純氧。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，可以獲得能夠顯著且可靠地降低NOx的燃燒器的燃燒方法。此外，本發(fā)明不僅僅能夠適用于設(shè)計新燃燒裝置的情況，而且也能夠適用于已設(shè)計的燃燒裝置?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0039]圖1為示意性地表示本發(fā)明第I實施方式的燃燒器的側(cè)視圖。
[0040]圖2為示意性地表示本發(fā)明第I實施方式的燃燒器的俯視圖。
[0041]圖3為表不用于本發(fā)明第I實施方式的燃料噴嘴的一例的不意圖。
[0042]圖4A為表不用于本發(fā)明第I實施方式的一次氧化劑噴嘴的一例的不意圖。
[0043]圖4B為表示用于本發(fā)明第I實施方式的二次氧化劑噴嘴的一例的示意圖。
[0044]圖5為表示本發(fā)明第I實施方式的燃燒器的管道的一例的示意圖。
[0045]圖6為表示本發(fā)明第I實施方式的氧流量及空氣流量的周期性變化的圖的一例。
[0046]圖7為表示本發(fā)明第I實施方式的氧流量及空氣流量的周期性變化的圖的一例。
[0047]圖8為表示本發(fā)明ー實施例中的頻率與NOx濃度的關(guān)系的圖表。
[0048]圖9為表示本發(fā)明ー實施例中的頻率與CO濃度的關(guān)系的圖表。
[0049]圖10為表示本發(fā)明ー實施例中的頻率與傳熱效率的關(guān)系的圖表。
[0050]圖11為表示本發(fā)明ー實施例中的頻率與NOx濃度的關(guān)系的圖表。
[0051]圖12為表示本發(fā)明ー實施例中的頻率與NOx濃度的關(guān)系的圖表。
【具體實施方式】
[0052]以下，對本發(fā)明的優(yōu)選例進行說明，但本發(fā)明不限于這些例子。在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可進行結(jié)構(gòu)的附加、省略、置換及其他變更。
[0053][第I實施方式]
[0054]以下，使用附圖對適用本發(fā)明的第I實施方式的燃燒器的燃燒方法進行詳細的說明。以下說明中使用的附圖，為了容易理解特征，存在出于方便放大表示成為特征的部分的情況，各結(jié)構(gòu)要素的尺寸比例不一定與實際相同。
[0055]如圖1及圖2所示，用于本實施方式的燃燒器I大致由噴出燃料流(燃料流體)的燃料噴嘴2、噴出一次氧化劑流(一次氧化劑流體)的一次氧化劑噴嘴3、以及噴出二次氧化劑流(二次氧化劑流體)的多個二次氧化劑噴嘴4構(gòu)成。
[0056]如圖1所示，燃料噴嘴2、一次氧化劑噴嘴3及二次氧化劑噴嘴4均形成為筒狀，并且形成為其長度方向為同一方向。因此，燃料噴嘴2噴出燃料流的方向、一次氧化劑噴嘴3噴出氧化劑流的方向、以及二次氧化劑噴嘴4噴出氧化劑流的方向均為同一方向。不過，ニ次氧化劑噴嘴4的噴出方向不限于上述方式，不需要必須為同一方向。相對于一次氧化劑噴嘴3的長度方向，二次氧化劑噴嘴4只要設(shè)置為向外側(cè)至20°角度的范圍即可。
[0057]此外，燃料噴嘴2的設(shè)有噴出口的噴出面2a、一次氧化劑噴嘴3的設(shè)有噴出口的噴出面3a、以及二次氧化劑噴嘴4的設(shè)有噴出ロ的噴出面4a全部形成在同一平面上。因此，如圖1所示，當(dāng)從側(cè)面看燃燒器I時，燃燒噴嘴2的噴出面2a、一次氧化劑噴嘴3的噴出面3a以及二次氧化劑噴嘴4的噴出面4a可看成一條直線狀。
[0058]此外，一次氧化劑噴嘴3設(shè)置在燃料噴嘴2的周圍或燃料噴嘴2的附近。此處，設(shè)置在周圍或附近是指一次氧化劑噴嘴3和燃料噴嘴2配置在期望的距離內(nèi)，一次氧化劑噴嘴3實質(zhì)上配置在與燃料噴嘴2鄰接的位置。
[0059]由此，能夠從實質(zhì)上與噴出燃料流的位置鄰接的位置噴出氧化劑流。[0060]此外，本實施方式中，如圖2所示，燃料噴嘴2和一次氧化劑噴嘴3形成在同軸上。具體地，燃料噴嘴2形成為圓筒狀，一次氧化劑噴嘴3形成為包圍燃料噴嘴2的外周。SP，一次氧化劑噴嘴3的截面形狀形成為具有規(guī)定寬度h的環(huán)狀(面包圈狀)，燃料噴嘴2配置在以環(huán)狀形成的一次氧化劑噴嘴3的內(nèi)周內(nèi)。
[0061]不過，關(guān)于燃料噴嘴2和一次氧化劑噴嘴3的配置位置，不限于上述方式，不需要一次氧化劑噴嘴3的截面形狀必須為環(huán)狀，只要一次氧化劑噴嘴3實質(zhì)上配置在燃料噴嘴2的周圍或附近即可。
[0062]二次氧化劑噴嘴4在以燃料噴嘴2為軸中心的對象的位置配置有多個。因此，當(dāng)俯視時，如圖2所示，二次氧化劑噴嘴4配置在對于燃料噴嘴2點對稱的位置。二次氧化劑噴嘴4之間的距離I,作為基準(zhǔn),在燃料熱值IOOMcal下優(yōu)選10?50cm,更優(yōu)選30?50cm。此外，在期望熱值下的距離1，只要對于基準(zhǔn)熱值IOOMcal的期望熱值的1/3次冪來確定范圍即可。
[0063]不過，多個二次氧化劑噴嘴4的配置位置不限于上述方式，只要考慮燃料流、一次氧化劑流、二次氧化劑流的流速等，配置在從燃料噴嘴2的期望的距離范圍內(nèi)即可。
[0064]圖1及圖2中，描述了配置兩個二次氧化劑噴嘴4的情況，但不限于這些，也可以為3個以上。在3個以上的情況下，優(yōu)選當(dāng)俯視時，燃料噴嘴2配置在以各二次氧化劑噴嘴4為頂點的圖形的重心位置。以下，對設(shè)置兩個二次氧化劑噴嘴4的情況進行說明。
[0065]接著，對向各噴嘴供給流體的管道進行說明。
[0066]如圖3所示，燃料噴嘴2連接有供給燃料流的燃料供給管道5。作為燃料流，典型地能夠例示天然氣(LNG)，但也可以為重油等液體燃料。
[0067]此外，燃料供給管道5設(shè)有對燃料流的流量賦予周期性變化的強制振蕩機構(gòu)50。該強制振蕩機構(gòu)50具體指包括設(shè)置在燃料供給管道5的流量調(diào)節(jié)閥51和控制流量調(diào)節(jié)閥51的流量計52的控制單元。
[0068]如圖4A所示，一次氧化劑噴嘴3連接有供給一次氧化劑流的一次氧化劑供給管道
11。一次氧化劑供給管道11在上游分支成供給空氣的一次空氣供給管道6和供給氧的一次氧供給管道7。一次氧化劑流為空氣和氧的混合氣體，也可以使用氮氣、二氧化碳氣體、燃燒廢氣等來替代空氣。作為氧，優(yōu)選使用實質(zhì)上的純氧，例如工業(yè)用純氧。
[0069]一次空氣供給管道6及一次氧供給管道7分別設(shè)有對空氣的流量和氧的流量賦予周期性變化的強制振蕩機構(gòu)60、70。該強制振蕩機構(gòu)60、70具體分別指包括設(shè)置在一次空氣供給管道6或一次氧供給管道7的流量調(diào)節(jié)閥61、71、以及控制流量調(diào)節(jié)閥61、71的流量計62、72的控制單元。
[0070]作為一次氧化劑流，在使用氧濃度固定的氧化劑的情況下，只要供給預(yù)先被固定在所述濃度的氧化劑就足夠，因此一次氧化劑供給管道11不需要在上游分支，只要在一次氧化劑供給管道11設(shè)置強制振蕩機構(gòu)(省略圖示)即可。
[0071]二次氧化劑噴嘴4與一次氧化劑噴嘴3同樣地被控制。即，如圖4B所示，二次氧化劑噴嘴4連接有供給二次氧化劑流的二次氧化劑供給管道12。二次氧化劑供給管道12在上游分支為供給空氣的二次空氣供給管道8和供給氧的二次氧供給管道9。二次氧化劑流為空氣和氧的混合氣體，也可以使用氮氣、二氧化碳氣體、燃燒廢氣等來替代空氣。作為氧，優(yōu)選使用實質(zhì)上的純氧，例如工業(yè)用純氧。[0072]二次空氣供給管道8及二次氧供給管道9分別設(shè)有對空氣的流量和氧的流量賦予周期性變化的強制振蕩機構(gòu)80、90。該強制振蕩機構(gòu)80、90具體分別指包括設(shè)置在二次空氣供給管道8或二次氧供給管道9的流量調(diào)節(jié)閥81、91、以及控制流量調(diào)節(jié)閥81、91的流量計82、92的控制單元。
[0073]作為二次氧化劑流，在使用氧濃度固定的氧化劑的情況下，只要供給預(yù)先被固定在所述濃度的氧化劑就足夠，因此二次氧化劑供給管道12在上游不需要分支，只要在一次氧化劑供給管道12設(shè)置強制振蕩機構(gòu)(省略圖示)即可。
[0074]此外，二次氧化劑噴嘴4設(shè)有兩個，因此如圖5所示，二次氧化劑供給管道12在下游分支為兩個，形成為分別向二次氧化劑噴嘴4供給二次氧化劑流。
[0075]因此，在使向各二次氧化劑噴嘴4供給的二次氧化劑流的流量及氧濃度周期性地變化吋，一起以相同周期變化。
[0076]通過以上的管道5、11、12，對各噴嘴2、3、4供給燃料流或氧化劑流。通過控制各強制振蕩機構(gòu)50、60、70、80、90，從各噴嘴2、3、4噴出的流體流量被控制。
[0077]<流量的控制>
[0078]接著，對從各噴嘴2、3、4供給的流體的流量的控制進行說明。
[0079]在以下說明中，出于方便，設(shè)為從一次氧供給管道7及二次氧供給管道9供給純氧，從一次空氣供給管道6及二次空氣供給管道8供給空氣(氧濃度為約21%)，從燃料供給管道5供給液化天然氣(LNG)。
[0080]首先，對氧化劑流的流量及氧化劑流中的氧濃度的關(guān)系以一次氧化劑流為例進行說明。二次氧化劑流也為同樣的關(guān)系。
[0081]構(gòu)成一次氧化劑流的空氣和純氧的流量能夠分別通過強制振蕩機構(gòu)60及強制振蕩機構(gòu)70變化。
[0082]在一次氧化劑流的流量一定時，只要純氧和空氣的流量同時一定，則氧濃度一定。
[0083]另ー方面，即使將一次氧化劑流的流量設(shè)為一定，但例如圖6所示，將純氧的流量及空氣的流量的周期性變化設(shè)為相同波形、相同振幅，且將相位差設(shè)為n，就能夠使氧濃度周期性地變化。這樣構(gòu)成時，純氧的流量和空氣的流量的增減相抵消，因此一次氧化劑流的流量本身被控制為一定。
[0084]此時，通過將純氧及空氣的流量的最小值控制成均為0，能夠使一次氧化劑流中的氧濃度在約21%?100%的范圍變化。
[0085]即，純氧的流量為0時，一次氧化劑流的氧濃度與空氣的氧濃度相同，氧濃度為約21%。相反，空氣的流量為0時，一次氧化劑流僅由純氧構(gòu)成，氧濃度為100%。
[0086]此外，在使一次氧化劑流的流量周期性變化時，例如圖7所示，只要ー邊以一定量供給空氣，ー邊使純氧的流量定期地變化即可。此時，在純氧的流量最大時，氧濃度最大，在純氧的流量最小時，氧濃度最小。
[0087]例如，控制為純氧的流量的最大值與空氣的流量相同、且最小值為0，則氧濃度在約21%?約61%的范圍內(nèi)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1，一次氧化劑流中的氧濃度為約61%。此外，純氧的流量最小時，一次氧化劑流體僅由空氣構(gòu)成，氧濃度為約21%。
[0088]作為使一次氧化劑流的流量周期性地變化的方法，對使空氣的流量一定且使純氧的流量定期地變化的方法進行了說明，但也可以使純氧的流量一定且使空氣的流量周期性地變化，另外也可以使兩者的流量周期性地變化。
[0089]如上所述地控制氧化劑流的流量和氧濃度。
[0090]此處對氧比進行說明。氧比是指將作為氧化劑流供給至燃燒器3及燃燒器4的供氧量除以使供給至燃燒器2的燃料流體燃燒所需的理論需氧量的值。因此，理論上，氧比
1.0的狀態(tài)是指能夠不多不少地使用氧而完全燃燒的狀態(tài)。LNG的燃燒中理論需氧量也會根據(jù)LNG組成不同而不同，以摩爾比計大約為LNG的2.3倍。
[0091]接著，對本實施方式的燃料流、一次氧化劑流及二次氧化劑流的控制進行說明。
[0092]在本實施方式中，使燃料流的流量一定，使一次氧化劑流和二次氧化劑流的流量中的至少一個周期性地變化。此外，控制為由一次氧化劑流和二次氧化劑流構(gòu)成的氧化劑流中的氧濃度周期性地變化的同時，對氧比也賦予周期性變化。
[0093]控制為對該氧濃度的周期性變化和氧比的周期性變化設(shè)置差。特別地，優(yōu)選控制為低氧比且高氧濃度的狀態(tài)、和高氧比且低氧濃度的狀態(tài)周期性地產(chǎn)生。
[0094]此處，對周期性變化設(shè)置差是指除波形、頻率、相位完全一致的情況之外的情況。例如，即使氧比及氧濃度的波形同時為正弦波且為相同頻率，只要相位上產(chǎn)生差，就是對周期性變化設(shè)置差。
[0095]作為如上所述的控制的一例，可舉出控制為使供給至一次氧化劑流的空氣的流量與純氧的流量同時一定，并使供給至二次氧化劑流的純氧的流量一定，對供給至二次氧化劑流的空氣的流量賦予周期性變化。
[0096]此時，一次氧化劑流的流量一定，但二次氧化劑流的流量周期性地變化。
[0097]此外，整體上看氧化劑流時，供給至一次氧化劑流的空氣和純氧、以及供給至二次氧化劑流的純氧的流量一定，但供給至二次氧化劑流的空氣的流量周期性地變化，因此氧濃度也周期性地變化。具體地，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，氧濃度最小，相反，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，氧濃度最大。
[0098]此夕卜，由于燃料流的流量一定，理論需氧量一定。
[0099]整體上看氧化劑流時，關(guān)于被供給的氧的絕對量，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，氧量最大，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，氧量最小。
[0100]因此，關(guān)于供氧量除以理論需氧量的氧比，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，氧比最大，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，氧比最小。
[0101]S卩，根據(jù)上述控制的例，在氧濃度最小時氧比最大，在氧濃度最大時氧比最小，氧濃度和氧比的周期性變化上產(chǎn)生差。
[0102]上述控制為一例，不限于這樣的控制，只要適當(dāng)?shù)貙⒐┙o至一次氧化劑流的空氣和純氧、以及供給至二次氧化劑流的空氣和純氧的流量控制在期望的范圍即可。
[0103]特別地，優(yōu)選使二次氧化劑流的流量周期性地變化，此時頻率優(yōu)選為0.0lHz以上20Hz以下，更優(yōu)選為0.02Hz以上2Hz以下。
[0104]此外，一次氧化劑流在氧化劑流的流量中所占的流量，以時間平均計優(yōu)選為10%以上70%以下，更優(yōu)選為10%以上50%以下。
[0105]反過來說，二次氧化劑流在氧化劑流的流量中所占的流量，以時間平均計優(yōu)選為30%以上90%以下，更優(yōu)選為50%以上90%以下。[0106]此外，氧化劑流中的氧濃度，優(yōu)選為5%以上100%以下，更優(yōu)選為21%以上100%以下。
[0107]關(guān)于氧比，控制為周期性地發(fā)生變化，但氧比的上限與下限之差(S卩，氧比的振幅)優(yōu)選為0.2以上。此外，氧比以時間平均計優(yōu)選為1.0以上，更優(yōu)選為1.05以上。
[0108]此外，氧比和氧濃度的周期性變化優(yōu)選為相同的頻率，此時相位差優(yōu)選為/2以上3 /2以下(即，氧比和氧濃度的相位差的絕對值為/2以上)，相位差更優(yōu)選為。
[0109]根據(jù)本實施方式的燃燒器的燃燒方法，氧化劑流由從燃料流的周圍或附近噴出的一次氧化劑流、和多個二次氧化劑流構(gòu)成，因此與現(xiàn)有的通過ー個氧化劑流燃燒的情況相比，氧化劑流的供給方法不同。而且，通過使氧濃度及氧比周期性地變化，對這些周期性變化設(shè)置差，能夠顯著且可靠地降低N0X。
[0110]此外，通過燃燒器的燃燒，假設(shè)主要在熔爐、加熱爐等熱利用設(shè)備或裝置中的利用時，理所當(dāng)然地，從節(jié)能的觀點出發(fā)提高熱利用效率也是最重要的命題，此外還要求抑制ニ氧化碳的排出。根據(jù)本實施方式的燃燒器的燃燒方法，能夠滿足這些要求。
[0111]而且，本實施方式的燃燒器的燃燒方法，不僅能夠適用于設(shè)計新的燃燒裝置的情況，還能適用于已設(shè)計的燃燒裝置中的燃燒器。
[0112][第2實施方式]
[0113]接著，對應(yīng)用了本發(fā)明的第2實施方式的燃燒器的燃燒方法進行說明。
[0114]本實施方式為第I實施方 式的變形例,對同樣的部分省略說明。
[0115]本實施方式與第I實施方式相比在控制為使燃料流的流量周期性地變化的方面上不同，其他的燃燒器結(jié)構(gòu)相同。
[0116]本實施方式的燃料流的流量周期性地變化，燃料流的流量的周期性變化和氧比的周期性變化被控制為相同頻率。
[0117]此外，燃料流的流量和氧比的周期性變化的相位差被控制為/2以上3^1/2以下(即，燃料流的流量和氧比的周期性變化的相位差的絕對值為n/2以上)，該相位差優(yōu)選為
JI o
[0118]作為這樣的控制的一例，可舉出如下方法。即，使供給至一次氧化劑流的一次空氣的流量和一次氧的流量同時一定，供給至二次氧化劑流的純氧的流量一定，對供給至二次氧化劑流的空氣的流量賦予周期性變化，與該周期性變化的相位差成為n的方式控制燃料流的流量。
[0119]此時，一次氧化劑流的流量一定，但二次氧化劑流的流量周期性地變化。
[0120]此外，由于二次氧化劑流的流量周期性地變化，氧濃度也周期性地變化，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，氧濃度最小，相反，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，氧濃度最大。
[0121]整體上看氧化劑流時，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，氧量最大，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，氧量最小。
[0122]另ー方面，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，燃料流的流量最小，理論需氧量最小。與此相對，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，燃料流的流量最大，理論需氧量最大。
[0123]因此，關(guān)于供氧量除以理論需氧量的氧比，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最大時，氧比最大，在供給至二次氧化劑流的空氣的流量最小時，氧比最小。
[0124]S卩，根據(jù)上述控制的例子，控制氧濃度、氧比及燃料流的流量的周期性變化，使得在氧濃度最小時，氧比最大且燃料流的流量最小，在氧濃度最大時，氧比最小且燃料流的流
量最小。
[0125]上述控制為一例，不限于這樣的控制，只要適當(dāng)?shù)貙⑷剂狭?、供給至一次氧化劑流的空氣和純氧、以及供給至二次氧化劑流的空氣和純氧的流量控制在期望的范圍即可。
[0126]本實施方式的燃燒器的燃燒方法也與第I實施方式相同地，與現(xiàn)有的通過一個氧化劑流燃燒的情況相比，氧化劑流的供給方式不同，因此能夠顯著且可靠地降低N0X。
[0127]以上，基于實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施方式，顯然在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠進行各種變更。
[0128]例如，在使燃料流的流量、構(gòu)成一次氧化劑流及二次氧化劑流的空氣或氧的流量周期性地變化時，不僅僅為顯示正弦波的周期性變化，也可以為流量變化成為矩形波或三角波的供給模式。
[0129]以下，示出實施例對使二次氧化劑流的流量周期性地變化而燃燒燃燒器時的、NOx降低效果進行說明。本發(fā)明不限于以下實施例，在不變更其要旨的范圍內(nèi)能夠適當(dāng)變更來實施。
[0130]實施例1
[0131]實施例1中，使用燃燒器I進行實驗，所述燃燒器I在長方體的試驗爐的側(cè)面，如圖1及圖2所示，將一次氧化劑噴嘴3配置成包圍燃料噴嘴2的外周，將兩個二次氧化劑噴嘴4在同一平面上配置在以燃料噴嘴2為軸中心左右對稱的位置。兩個二次氧化劑噴嘴4之間的距離I設(shè)為50cm，從二次氧化劑噴嘴4噴出的二次氧化劑流的流速設(shè)為100m/s。在試驗爐的底部，在與噴嘴的噴出方向正交的方向上配置多個水冷管，在各水冷管的入口和出口插入測溫電阻元件。
[0132]燃料使用LNG，燃料流的流量設(shè)為一定，以時間平均計的氧比設(shè)為1.05，以時間平均計的氧化劑流(一次氧化劑流和二次氧化劑流的合計)中的氧濃度設(shè)為一般能夠期待廢氣量降低的40%。
[0133]此外，以時間平均計，相對于包含于一次氧化劑流的氧的流量與包含于二次氧化劑流的氧的流量的合計量(即，供給至燃燒器I的氧量)，包含于一次氧化劑流的氧的流量設(shè)為30%，包含于二次氧化劑流的氧的流量設(shè)為70%。換言之，從一次氧化劑流供給理論需氧量的31.5%的氧，從二次氧化劑流以時間平均計供給理論需氧量的73.5%。
[0134]一次氧化劑流的流量設(shè)為一定，并使二次氧化劑流的氧和空氣的流量周期性地變化。使氧濃度為21%以上100%以下，氧比為0.6以上1.5以下，使其周期在0.017Hz?IOOHz的范圍變化，進行了試驗，并測定了 NOx排出量、CO濃度和傳熱效率。NOx排出量的結(jié)果表示在圖8中，CO濃度的結(jié)果表示在圖9中，傳熱效率的結(jié)果顯示在圖10中。另外，NOx的排出量是通過使用吸入泵從煙道連續(xù)吸入廢氣并使用化學(xué)發(fā)光式的連續(xù)式NOx濃度測定裝置進行了測定。CO濃度是通過使用吸入泵從煙道連續(xù)吸入廢氣并使用紅外吸收式的連續(xù)式CO濃度測定裝置進行了測定。傳熱效率是通過從配置在試驗爐的底部的水冷管中流動的水的溫度變化和流量計算傳熱量而求得。
[0135]在分析試驗結(jié)果時，作為現(xiàn)有技術(shù)使用在燃料噴嘴的周圍配置有氧化劑噴嘴的結(jié)構(gòu)的燃燒器，氧濃度固定在40%，測定了普通燃燒時的NOx排出量、CO濃度及傳熱效率。該值分別設(shè)為基準(zhǔn)值NOx (ref)、基準(zhǔn)值CO (ref)及基準(zhǔn)值傳熱效率(ref)。
[0136]圖8至圖10中，橫軸表示頻率，縱軸表示使用基準(zhǔn)值NOx (ref)標(biāo)準(zhǔn)化的NOx排出量(N0x/N0x (ref))、使用基準(zhǔn)值CO (ref )標(biāo)準(zhǔn)化的CO濃度(CO/CO (ref))或使用基準(zhǔn)值傳熱效率(ref)標(biāo)準(zhǔn)化的傳熱效率(傳熱效率/傳熱效率(ref ))。
[0137]由圖8可知，通過使用二次氧化劑流使其流量周期性地變化能夠顯著降低NOx排出量。此外，可知在二次氧化劑流的流量的頻率為20Hz處，具有NOx排出量急劇增加的趨勢，優(yōu)選使頻率在20Hz以下。
[0138]此外，由圖9可知，具有二次氧化劑流的使用與否及其流量的周期性變化的頻率不怎么對CO濃度帶來影響的趨勢。
[0139]此外，由圖10可知，通過使二次氧化劑流的流量周期性地變化能夠提高傳熱效率。此外，具有傳熱效率不怎么受二次氧化劑流的頻率的影響的趨勢。
[0140]實施例2
[0141]接著，在實施例2中，改變兩個二次氧化劑噴嘴4之間的距離I來調(diào)查了對NOx排出量的影響。具體地，使兩個二次氧化劑噴嘴4之間的距離I為10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的五個條件下，使二次氧化劑流的頻率在0.017Hz?IOOHz的范圍變化。在其他條件與實施例I相同的條件下進行。
[0142]圖11中表示了 NOx排出量的測定結(jié)果。
[0143]圖11中，橫軸表示頻率，縱軸表示根據(jù)實施例1中的基準(zhǔn)值NOx (ref)標(biāo)準(zhǔn)化的NOx排出量。
[0144]由圖11可知，通過使二次氧化劑噴嘴4之間的距離I變大，NOx排出量減少。此夕卜，可知在二次氧化劑流的流量的頻率為20Hz處，具有NOx排出量急劇增加的趨勢，因此優(yōu)選使頻率在20Hz以下。
[0145]實施例2中也測定了 CO濃度，結(jié)果具有噴嘴之間的距離不怎么對CO濃度帶來影響的趨勢。
[0146]此外，實施例2中也測定了傳熱效率，具有噴嘴之間的距離不怎么對傳熱效率帶來影響的趨勢。
[0147]實施例3
[0148]接著，實施例3中，通過變更噴嘴徑改變二次氧化劑流的流速，調(diào)查了對NOx排出量的影響。具體地，針對二次氧化劑流的流速為10m/s、20m/s、30m/s、60m/s、100m/s、200m/s>300m/s的七個條件，使二次氧化劑流的頻率在0.017Hz?IOOHz的范圍變化。在其他條件與實施例1相同的條件下進行。
[0149]圖12中表示了 NOx排出量的測定結(jié)果。在圖12中,橫軸表示頻率,縱軸表示以實施例I中基準(zhǔn)值NOx (ref)為基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的NOx排出量。
[0150]由圖12可知，在使二次氧化劑流的流速上升時，具有NOx排出量減少的趨勢。特別地，可知流速優(yōu)選為20m/s以上，更優(yōu)選為60m/s以上。
[0151]實施例3中也測定了 CO濃度，結(jié)果具有二次氧化劑流的流速不怎么對CO濃度帶來影響的趨勢。
[0152]此外，在實施例3中也測定了傳熱效率，具有二次氧化劑流的流速不怎么對傳熱效率帶來影響的趨勢。
[0153]工業(yè)實用性
[0154]能夠提供一種發(fā)揮NOx降低效果、具有實用價值的燃燒器的燃燒方法。本發(fā)明涉及燃燒器的燃燒方法，在利用燃燒裝置的制造業(yè)中能夠廣泛利用。
[0155]符號說明
[0156]I 燃燒器
[0157]2 燃料噴嘴
[0158]3 一次氧化劑噴嘴
[0159]4 二次氧化劑噴嘴
[0160]5 燃料供給管道
[0161]11 一次氧化劑供給管道
[0162]12 二次氧化劑供給管道
[0163]50、60、70、80、90 強制振蕩機構(gòu)
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒器的燃燒方法，其為供給氧化劑流和燃料流而進行燃燒的燃燒器的燃燒方法， 所述氧化劑流由從所述燃燒流的周圍或所述燃料流的附近噴出的一次氧化劑流、和多個二次氧化劑流構(gòu)成， 使所述一次氧化劑流及多個所述二次氧化劑流的流量中的至少一個周期性地變化的同時， 對所述氧化劑流中的氧濃度賦予周期性變化， 對通過所述氧化劑流供給的供氧量除以理論需氧量的氧比賦予周期性變化， 通過對所述氧濃度和所述氧比的周期性變化設(shè)置差，燃燒狀態(tài)成為周期性的振蕩狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器的燃燒方法，多個所述二次氧化劑流從以所述燃料流為中心對稱的位置噴出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒器的燃燒方法，所述一次氧化劑流相對于所述氧化劑流的流量的流量比率為10%以上70%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述二次氧化劑流的流量周期性地變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器的燃燒方法，所述二次氧化劑流的流量的周期性變化的頻率為0.0lHz以上20Hz以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，周期性地變化的所述氧比的上限和下限之差為0.2以上，一個周期中的所述氧比的平均值為1.0以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧濃度及所述氧比的周期性變化為相同頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧濃度與所述氧比的周期性變化的相位差為π /2以上3 π /2以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?8的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述燃料流的流量周期性地變化，所述燃料流的流量的周期性變化及所述氧比的周期性變化為相同頻率，所述燃料流的流量與所述氧比的周期性變化的相位差為π/2以上3π/2以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?9的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧化劑流體由氧和空氣構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1?9的任一項所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧化劑流體由氧和燃燒廢氣構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的燃燒器的燃燒方法，所述氧實質(zhì)上為純氧。
【文檔編號】F23C15/00GK103429957SQ201280006770
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月26日
【發(fā)明者】羽路智之, 飯野公夫, 山本康之, 萩原義之 申請人:大陽日酸株式會社