特開 2022-130326 バーナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022130326

(43)【公開日】2022-09-06

(54)【発明の名称】バーナ

(51)【国際特許分類】

   F23C 99/00 20060101AFI20220830BHJP

   F23D 14/22 20060101ALI20220830BHJP

   F23C 1/00 20060101ALI20220830BHJP

【ＦＩ】

F23C99/00 323

F23D14/22 Z ZAB

F23C1/00 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022723

(22)【出願日】2022-02-17

(31)【優先権主張番号】P 2021028123

(32)【優先日】2021-02-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】000221834

【氏名又は名称】東邦瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菊池 賢太

(72)【発明者】

【氏名】松浪 智広

(72)【発明者】

【氏名】茂木 徹

(72)【発明者】

【氏名】豊田 浩亘

(72)【発明者】

【氏名】村井 隆一

(72)【発明者】

【氏名】秋山 勝紀

(72)【発明者】

【氏名】樋野 翔馬

(72)【発明者】

【氏名】赤松 史光

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝人

【テーマコード（参考）】

3K019

3K065

3K091

【Ｆターム（参考）】

3K019AA06

3K019BA02

3K019BB01

3K019BD06

3K065TA01

3K065TC01

3K065TD05

3K065TD09

3K065TE02

3K065TH02

3K091AA01

3K091BB02

3K091BB25

(57)【要約】

【課題】排気ガス中の窒素酸化物を低減する。
【解決手段】バーナ１００は、炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第１噴射口（燃料噴射口１１２ｃ、混合ガス噴射口１１４ｃ）を含む第１噴射部１１０と、第１噴射口と離隔し炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第２噴射口１３８ａ、１３８ｂを含む第２噴射部１３０と、少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、燃料ガスに対する理論酸化剤量以上の目標酸化剤量の１／３以上２／３以下の酸化剤ガスとを第１噴射部１１０に供給する第１供給部１２０と、第１噴射部１１０に供給される酸化剤ガスの量と目標酸化剤量との差分の酸化剤ガスを第２噴射部１３０に供給する第２供給部１４０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第１噴射口を含む第１噴射部と、
前記第１噴射口と離隔し前記炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第２噴射口を含む第２噴射部と、
少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、前記燃料ガスに対する理論酸化剤量以上の目標酸化剤量の１／３以上２／３以下の酸化剤ガスとを前記第１噴射部に供給する第１供給部と、
前記第１噴射部に供給される前記酸化剤ガスの量と前記目標酸化剤量との差分の前記酸化剤ガスを前記第２噴射部に供給する第２供給部と、
を備えるバーナ。

【請求項2】

前記第１噴射口から噴射される前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流速ａと、前記第２噴射口から噴射される前記酸化剤ガスの流速ｂとの流速比ａ／ｂは、０．０５以上である請求項１に記載のバーナ。

【請求項3】

前記第１噴射口は、前記燃料ガスを噴射する燃料噴射口と、前記酸化剤ガスを噴射する酸化剤噴射口とを含む請求項１または２に記載のバーナ。

【請求項4】

前記第１噴射口は、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを含む混合ガスを噴射する請求項１または２に記載のバーナ。

【請求項5】

炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第１噴射口を含む第１噴射部と、
前記第１噴射口と離隔し、前記炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第２噴射口を含む第２噴射部と、
少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、酸化剤ガスとを前記第１噴射部に供給する第１供給部と、
前記酸化剤ガスを前記第２噴射部に供給する第２供給部と、
を備え、
前記第１噴射口から噴射される前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流速ａと、前記第２噴射口から噴射される前記酸化剤ガスの流速ｂとの流速比ａ／ｂは、０．０５以上であるバーナ。

【請求項6】

前記第１噴射部は、１の前記第１噴射口を有し、
前記第１噴射部と前記第２噴射部との間の距離は、前記第１噴射口の口径の１．８５倍以上６．０倍未満である請求項１から５のいずれか１項に記載のバーナ。

【請求項7】

前記第１噴射部は、複数の前記第１噴射口を有し、
前記第１噴射部と前記第２噴射部との間の距離は、複数の前記第１噴射口における２つの前記第１噴射口の中心を結ぶ仮想直線のうち、最も長い仮想直線の長さの１．８５倍以上６．０倍未満である請求項１から５のいずれか１項に記載のバーナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニアを燃焼させるバーナに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化を防止するために、ＣＯ_２（二酸化炭素）排出量の削減が求められている。このため、化石燃料に加えてアンモニアを燃焼させる技術が注目されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１１２２８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アンモニアを燃焼させる場合、化石燃料のみを燃焼させる場合と比較して、排気ガス中の窒素酸化物の濃度が上昇してしまうという問題がある。

【0005】

本発明は、このような課題に鑑み、排気ガス中の窒素酸化物を低減することが可能なバーナを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のバーナは、炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第１噴射口を含む第１噴射部と、第１噴射口と離隔し炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第２噴射口を含む第２噴射部と、少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、燃料ガスに対する理論酸化剤量以上の目標酸化剤量の１／３以上２／３以下の酸化剤ガスとを第１噴射部に供給する第１供給部と、第１噴射部に供給される酸化剤ガスの量と目標酸化剤量との差分の酸化剤ガスを第２噴射部に供給する第２供給部と、を備える。

【0007】

また、第１噴射口から噴射される燃料ガスおよび酸化剤ガスの流速ａと、第２噴射口から噴射される酸化剤ガスの流速ｂとの流速比ａ／ｂは、０．０５以上であってもよい。

【0008】

また、第１噴射口は、燃料ガスを噴射する燃料噴射口と、酸化剤ガスを噴射する酸化剤噴射口とを含んでもよい。

【0009】

また、第１噴射口は、燃料ガスと酸化剤ガスとを含む混合ガスを噴射してもよい。

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の他のバーナは、炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第１噴射口を含む第１噴射部と、第１噴射口と離隔し、炉の内部空間に向けて設けられる１または複数の第２噴射口を含む第２噴射部と、少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、酸化剤ガスとを第１噴射部に供給する第１供給部と、酸化剤ガスを第２噴射部に供給する第２供給部と、を備え、第１噴射口から噴射される燃料ガスおよび酸化剤ガスの流速ａと、第２噴射口から噴射される酸化剤ガスの流速ｂとの流速比ａ／ｂは、０．０５以上である。

【0011】

また、第１噴射部は、１の第１噴射口を有し、第１噴射部と第２噴射部との間の距離は、第１噴射口の口径の１．８５倍以上６．０倍未満であってもよい。

【0012】

また、第１噴射部は、複数の第１噴射口を有し、第１噴射部と第２噴射部との間の距離は、複数の第１噴射口における２つの第１噴射口の中心を結ぶ仮想直線のうち、最も長い仮想直線の長さの１．８５倍以上６．０倍未満であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、排気ガス中の窒素酸化物を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係るバーナを説明する図である。

【図2】第１噴射部の噴射口、および、第２噴射部の噴射口を炉の内部空間側から見た図である。

【図3】第１供給部によって供給される空気の比率と、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量との関係を説明する図である。

【図4】第１噴射部から噴出される混合ガスの流速と第２噴射部から噴出される空気の流速との流速比、および、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量の関係を説明する図である。

【図5】第１噴射部と第２噴射部との間の距離と混合ガス噴射口の口径との関係と、排気ガス中のＮＯｘの濃度との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0016】

［バーナ１００］
図１は、本実施形態に係るバーナ１００を説明する図である。図１に示すように、バーナ１００は、炉（例えば、ボイラを構成する火炉）を構成する炉壁１０に設けられる。バーナ１００は、アンモニアを少なくとも含む燃料ガスを燃焼させる。燃料ガスは、アンモニアのみを含んでもよいし、アンモニアに加えて炭化水素等を含んでもよい。炭化水素は、メタン、エタン、プロパン、ブタン等である。

【0017】

バーナ１００は、第１噴射部１１０と、第１供給部１２０と、第２噴射部１３０と、第２供給部１４０とを含む。

【0018】

第１噴射部１１０は、炉の内部空間に向けて設けられる。第１噴射部１１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを噴射する。ここでは、酸化剤ガスが、空気である場合を例に挙げる。本実施形態において、第１噴射部１１０は、燃料噴射ノズル１１２と、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４とを有する。

【0019】

燃料噴射ノズル１１２は、燃料ガスを噴射するノズルである。燃料噴射ノズル１１２は、本体１１２ａと、燃料供給管１１２ｂと、燃料噴射口１１２ｃ（第１噴射口）とを含む。本体１１２ａは、円筒形状の管体である。本体１１２ａの中心軸は、炉壁１０に対して交差（ここでは、略直交）する。

【0020】

本体１１２ａの後部（本体１１２ａにおける炉壁１０側に対する逆側（図１中、左側、以下「後端」という）の部分）に、燃料供給管１１２ｂが接続される。また、本体１１２ａの先端（本体１１２ａにおける炉壁１０側（図１中、右側）、以下「先端」という）に、開口である燃料噴射口１１２ｃが形成される。燃料噴射口１１２ｃは、炉の内部空間を向いている。

【0021】

第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４は、燃料ガスと空気（一次空気）とを含む混合ガスを噴射するノズルである。第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４は、本体１１４ａと、第１酸化剤供給管１１４ｂと、混合ガス噴射口１１４ｃ（第１噴射口）とを有する。本体１１４ａは、円筒形状の管体である。本体１１４ａは、燃料噴射ノズル１１２の本体１１２ａと同軸上に、本体１１２ａを囲むように配置される。つまり、燃料噴射ノズル１１２の本体１１２ａと、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａとによって、二重円筒構造が形成される。図１では、本体１１４ａにおける炉壁１０側（図１中、右側、以下「先端」という）に位置する先端部１１４ｄが先端に向かうにつれて径が漸減する形状の場合の例を示しているが、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の形状はこれに限らない。

【0022】

本体１１４ａの後部（本体１１４ａにおける炉壁１０側に対する逆側（図１中、左側、以下「後端」という）の部分）に、第１酸化剤供給管１１４ｂが接続される。本体１１４ａの後端は、燃料噴射ノズル１１２の本体１１２ａの後端よりも炉壁１０側に位置する。

【0023】

また、本体１１４ａの先端に、開口である混合ガス噴射口１１４ｃが形成される。混合ガス噴射口１１４ｃは、炉の内部空間に臨む。

【0024】

なお、本実施形態において、燃料噴射ノズル１１２の燃料噴射口１１２ｃは、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａ内に位置するように設けられる。つまり、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の混合ガス噴射口１１４ｃは、燃料噴射ノズル１１２の燃料噴射口１１２ｃよりも炉の内部空間側に設けられる。

【0025】

第１供給部１２０は、燃料ガスおよび空気を第１噴射部１１０に供給する。本実施形態において、第１供給部１２０は、燃料供給系統１２２と、酸化剤供給系統１２４とを含む。燃料ガスは、燃料供給系統１２２から、燃料供給管１１２ｂを介して本体１１２ａ内に供給される。本体１１２ａ内に供給された燃料ガスは、本体１１２ａ内の空間を流れる。本体１１２ａ内を通過した燃料ガスは、燃料噴射口１１２ｃから本体１１４ａの先端部１１４ｄ内に形成される空間に向けて噴射される。

【0026】

空気は、酸化剤供給系統１２４から、第１酸化剤供給管１１４ｂを介して本体１１４ａ内に供給される。本体１１４ａ内に供給された空気は、本体１１４ａ内の空間を流れる。そして、本体１１４ａの先端部１１４ｄに到達した空気は、先端部１１４ｄ内の空間において、燃料噴射口１１２ｃから噴射された燃料ガスと混合される。燃料ガスと空気とを含む混合ガスは、混合ガス噴射口１１４ｃから炉の内部空間に噴射される。

【0027】

こうして、混合ガス噴射口１１４ｃから噴射された混合ガスは、不図示の着火装置によって着火され、炉の内部空間において火炎が形成される。

【0028】

第２噴射部１３０は、第１噴射部１１０によって形成される火炎に対し、径方向外側から空気（二次空気）を供給する。

【0029】

本実施形態において、第２噴射部１３０は、主流路１３２と、分岐流路１３４ａ、１３４ｂと、第２酸化剤供給管１３６と、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂとを有する。主流路１３２は、バーナ本体ブロック１３２ａ内および耐火材製バーナヘッド１３２ｂ内に形成される流路である。主流路１３２は、円筒形状である。主流路１３２は、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａと同軸上に、本体１１４ａを囲むように配置される。主流路１３２における炉壁１０側（図１中、右側、以下「先端」という）は、分岐流路１３４ａ、１３４ｂに分岐される。分岐流路１３４ａ、１３４ｂは、耐火材製バーナヘッド１３２ｂ内に形成される流路である。分岐流路１３４ａ、１３４ｂは、主流路１３２よりも小径の円筒形状である。

【0030】

主流路１３２の後部（主流路１３２における炉壁１０側に対する逆側（図１中、左側、以下「後端」という）の部分）に、第２酸化剤供給管１３６が接続される。主流路１３２の後端は、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａの後端よりも炉壁１０側に位置する。

【0031】

また、分岐流路１３４ａ、１３４ｂの先端に、開口である第２噴射口１３８ａ、１３８ｂが形成される。第２噴射口１３８ａ、１３８ｂは、炉の内部空間に臨む。第２噴射口１３８ａ、１３８ｂは、混合ガス噴射口１１４ｃと、混合ガス噴射口１１４ｃの半径方向に離隔して設けられる。なお、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂと燃料噴射口１１２ｃとの間の距離は、混合ガス噴射口１１４ｃの内壁面と燃料噴射口１１２ｃとの間の半径方向の距離よりも大きい。

【0032】

第２噴射口１３８ａ、１３８ｂは、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃと略同一平面上に設けられる。つまり、分岐流路１３４ａ、１３４ｂの先端の軸方向の位置は、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃの軸方向の位置と略一致する。

【0033】

図２は、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃ、および、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａ、１３８ｂを炉の内部空間側から見た図である。図２に示すように、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃの中心と、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａの中心とは、距離Ｌｎ離隔している。同様に、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃの中心と、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ｂの中心とは、距離Ｌｎ離隔している。距離Ｌｎは、混合ガス噴射口１１４ｃの口径Ｄ（直径）の１．８５倍以上６．０倍未満である。

【0034】

図１に戻って説明すると、第２供給部１４０は、空気を第２噴射部１３０に供給する。本実施形態において、第２供給部１４０は、酸化剤供給系統１４２を含む。空気は、酸化剤供給系統１４２から、第２酸化剤供給管１３６を介して主流路１３２内に供給される。主流路１３２内に供給された空気は、主流路１３２内の空間を流れる。そして、空気は、主流路１３２から分岐流路１３４ａ、１３４ｂに導かれ、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂから炉の内部空間に噴射される。

【0035】

［第１供給部１２０および第２供給部１４０の空気量の比］
続いて、上記第１供給部１２０によって第１噴射部１１０（第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４）に供給される空気量と、第２供給部１４０によって第２噴射部１３０に供給される空気量との関係について説明する。

【0036】

第１供給部１２０および第２供給部１４０は、合計で、目標空気量の空気を供給する。目標空気量は、第１供給部１２０によって第１噴射部１１０（燃料噴射ノズル１１２）に供給される燃料ガスに対する理論空気量以上の所定の空気量である。理論空気量は、燃料ガスを完全燃焼させるために必要な最小の空気量である。目標空気量は、例えば、理論空気量の１．１倍～１．２倍である。

【0037】

図３は、第１供給部１２０によって供給される空気の比率と、排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）量との関係を説明する図である。図３中、横軸は、目標空気量に対する、第１供給部１２０によって供給される空気の比率を示す。図３中、縦軸は、炉の煙道（煙突）から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を示す。なお、ＮＯｘ量は、第１供給部１２０が目標空気量の空気を供給した場合、つまり、第２供給部１４０（第２噴射部１３０）を備えない場合の排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を１．００とする。

【0038】

図３に示すように、第１供給部１２０によって供給される空気の比率が、１／２（第２供給部１４０によって供給される空気の比率も１／２）以下の範囲では、比率が大きくなるにつれて、ＮＯｘ量が低減する。第１供給部１２０によって供給される空気の比率が、１／２の場合、ＮＯｘ量は、０．０８程度となる。

【0039】

一方、第１供給部１２０によって供給される空気の比率が、１／２超の範囲では、比率が大きくなるにつれて、ＮＯｘ量が増加する。例えば、第１供給部１２０によって供給される空気の比率が、４／５（第２供給部１４０によって供給される空気の比率は１／５）を超えると、ＮＯｘ量は１．００以上となる。

【0040】

なお、目標空気量の１／３未満の空気を供給した場合、ＮＯｘの量は、０．２５以下となるものの、燃料ガスの着火性が低下する。一方、目標空気量の２／３超の空気を供給した場合、ＮＯｘの量が０．３７５を上回ってしまう。

【0041】

したがって、第１供給部１２０は、目標空気量の１／３以上２／３以下、好ましくは１／２の空気を、第１噴射部１１０（第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４）に供給する。これにより、第１供給部１２０は、燃料ガスの着火性を低下させることなく、ＮＯｘを低減することが可能となる。

【0042】

なお、第１供給部１２０が目標空気量未満の一次空気を供給することにより、混合ガス噴射口１１４ｃから炉の内部空間に噴出される混合ガス中の燃料ガス（アンモニア）が一次空気で燃焼されても、炉の内部空間において未燃のアンモニアが残存する。このため、炉の内部空間において、一次空気で燃焼したアンモニアによって生じるＮＯｘを、未燃のアンモニアで還元（脱硝）することができる。したがって、バーナ１００は、炉の内部空間において生じる排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能となる。

【0043】

そして、第２供給部１４０が、第１噴射部１１０に供給される空気量と目標空気量との差分の空気を第２噴射部１３０に供給する。これにより、バーナ１００は、未燃の燃料ガスを二次空気によって完全燃焼させることが可能となる。

【0044】

［第１噴射部１１０および第２噴射部１３０のガスの流速比］
続いて、混合ガス噴射口１１４ｃから噴出される混合ガスの流速と、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂから噴出される空気の流速との関係について説明する。

【0045】

図４は、混合ガス噴射口１１４ｃから噴出される混合ガスの流速と第２噴射口１３８ａ、１３８ｂら噴出される空気の流速との流速比、および、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量の関係を説明する図である。図４中、横軸は、混合ガス噴射口１１４ｃから噴出される混合ガスの流速ａと第２噴射口１３８ａ、１３８ｂから噴出される空気の流速ｂとの流速比ａ／ｂを示す。図４中、縦軸は、炉の煙道（煙突）から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を示す。なお、ＮＯｘ量は、第１供給部１２０が目標空気量の空気を供給した場合、つまり、第２供給部１４０（第２噴射部１３０）を備えない場合の排ガス気中に含まれるＮＯｘ量を１．００とする。

【0046】

図４に示すように、流速比ａ／ｂが大きくなるほど、つまり、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂから噴出される空気の流速ｂが低くなるほど、ＮＯｘ量は、低減する。例えば、流速比ａ／ｂが０．０５である場合、ＮＯｘ量は、０．１６程度となる。なお、流速ａおよび流速ｂが変更されても、流速比ａ／ｂが大きくなるほど、ＮＯｘ量は、低減する。

【0047】

したがって、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃおよび第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａ、１３８ｂは、流速比ａ／ｂが０．０５以上となるように口径が設計される。これにより、混合ガス噴射口１１４ｃから噴射される混合ガスの流速ａと、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂから噴射される空気の流速ｂとの流速比ａ／ｂが、０．０５以上となる。

【0048】

[第１噴射部１１０と第２噴射部１３０との間の距離Ｌｎ]
続いて、第１噴射部１１０と第２噴射部１３０との間の距離Ｌｎについて説明する。上記したように、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃの中心と、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａの中心との間の距離Ｌｎは、混合ガス噴射口１１４ｃの口径Ｄの１．８５倍以上６．０倍未満である。また、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃの中心と、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ｂの中心との間の距離Ｌｎは、混合ガス噴射口１１４ｃの口径Ｄの１．８５倍以上６．０倍未満である。

【0049】

図５は、第１噴射部１１０と第２噴射部１３０との間の距離Ｌｎと混合ガス噴射口１１４ｃの口径Ｄとの関係と、排気ガス中のＮＯｘの濃度との関係を示す図である。図５中、縦軸は、換算ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］を示し、横軸は、混焼率ＥＮＨ_３［％］を示す。なお、換算ＮＯｘ濃度は、下記式（１）を用いて算出される値である。
換算ＮＯｘ濃度＝実測ＮＯｘ濃度×（２１－換算Ｏ_２濃度）/(２１－実測Ｏ_２濃度) …式（１）
本実施形態では、換算Ｏ_２濃度を１１として、換算ＮＯｘ濃度を算出した。

【0050】

また、混焼率ＥＮＨ_３は、低位発熱量(Lower Heating Value: LHV)をベースとした際のアンモニアと都市ガスの混焼率［％］を示す。なお、混焼率ＥＮＨ_３：１００％の場合、燃料ガスは、アンモニアのみを含む。混焼率ＥＮＨ_３：０％である場合、燃料ガスは、都市ガスのみを含む。また、混焼率ＥＮＨ_３：０％超１００％未満である場合、燃料ガスは、アンモニアおよび都市ガスを含む。都市ガスは、例えば都市ガス１３Ａである。

【0051】

また、図５中、実線は、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝１．８４である場合を示す。図５中、破線は、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝３．６８である場合を示す。図５中、一点鎖線は、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝５．５１である場合を示す。

【0052】

図５に示すように、混焼率ＥＮＨ_３：８０％未満である場合、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝１．８４である場合よりも距離Ｌｎ／口径Ｄ＝３．６８である場合の方が、換算ＮＯｘが低い。また、混焼率ＥＮＨ_３：８０％未満である場合、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝３．６８である場合よりも距離Ｌｎ／口径Ｄ＝５．５１である場合の方が、換算ＮＯｘが低い。つまり、距離Ｌｎ／口径Ｄが大きくなるほど、換算ＮＯｘが低くなる。

【0053】

また、混焼率ＥＮＨ_３：８０％以上である場合、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝１．８４である場合よりも距離Ｌｎ／口径Ｄ＝５．５１である場合の方が、換算ＮＯｘが低い。また、混焼率ＥＮＨ_３：８０％以上である場合、距離Ｌｎ／口径Ｄ＝５．５１である場合よりも距離Ｌｎ／口径Ｄ＝３．６８である場合の方が、換算ＮＯｘが低い。

【0054】

したがって、距離Ｌｎを口径Ｄの１．８５倍以上とすることにより、排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能となる。

【0055】

一方、距離Ｌｎを口径Ｄの６．０倍以上とすると、排気ガスに未燃のアンモニアが含まれることになる。したがって、距離Ｌｎを口径Ｄの６．０倍未満とすることにより、未燃のアンモニアが発生してしまう事態を回避することができる。

【0056】

つまり、距離Ｌｎを口径Ｄの１．８５倍以上６．０倍未満とすることにより、排気ガス中のＮＯｘ濃度を低減し、かつ、排気ガス中に未燃のアンモニア含まれてしまう事態を回避することができる。

【0057】

以上説明したように、本実施形態に係るバーナ１００は、排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能となる。これにより、バーナ１００は、大気汚染防止法のＮＯｘ排出基準値未満で、アンモニアを含む燃料ガスを燃焼させることができる。

【0058】

また、既存のプレート保炎型の炭化水素燃料用バーナに、第１供給部１２０、第２噴射部１３０、および、第２供給部１４０を取り付けるだけで、バーナ１００とすることができる。したがって、既存のプレート保炎型の炭化水素燃料用バーナを流用して、アンモニアを含む燃料ガスを低ＮＯｘで燃焼させることが可能となる。

【0059】

また、バーナ１００は、燃焼速度が遅いアンモニアの燃焼性を改善することができ、炉における熱効率を向上させることが可能となる。

【0060】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0061】

例えば、上述した実施形態において、酸化剤ガスとして空気を例に挙げた。しかし、酸化剤ガスは、燃料ガスを燃焼させることができればよい。酸化剤ガスは、空気の他、例えば、酸素富化空気、酸素であってもよい。なお、酸化剤ガスが空気以外である場合、上記理論空気量は、理論酸化剤量となり、目標空気量は目標酸化剤量となる。理論酸化剤量は、燃料ガスを完全燃焼させるために必要な最小の酸化剤ガスの量である。また、目標酸化剤量は、理論酸化剤量以上の所定の酸化剤ガス量であり、例えば、理論酸化剤量の１．１倍～１．２倍である。

【0062】

また、上記実施形態において、燃料噴射ノズル１１２の本体１１２ａおよび第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａが管体である場合を例に挙げた。しかし、燃料噴射ノズル１１２の本体１１２ａおよび第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａは、バーナ本体ブロック１３２ａ内および耐火材製バーナヘッド１３２ｂ内に形成される流路であってもよい。

【0063】

同様に、上記実施形態において、主流路１３２がバーナ本体ブロック１３２ａ内および耐火材製バーナヘッド１３２ｂ内に形成される流路であり、分岐流路１３４ａ、１３４ｂが耐火材製バーナヘッド１３２ｂ内に形成される流路である場合を例に挙げた。しかし、主流路１３２、および、分岐流路１３４ａ、１３４ｂは、管体であってもよい。

【0064】

また、上記実施形態において、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａ、１３８ｂが、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃと略同一平面上に設けられる場合を例に挙げた。しかし、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａ、１３８ｂは、第１噴射部１１０の混合ガス噴射口１１４ｃと略同一平面上に設けられずともよい。例えば、第２噴射部１３０の第２噴射口１３８ａ、１３８ｂは、火炎に向けて設けられてもよい。

【0065】

また、上記実施形態において、燃料噴射ノズル１１２の燃料噴射口１１２ｃが、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａ内に位置するように設けられる場合を例に挙げた。しかし、燃料噴射ノズル１１２の燃料噴射口１１２ｃは、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の混合ガス噴射口１１４ｃと略同一平面上に設けられてもよいし、第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４の本体１１４ａの先端から突出してもよい。この場合、混合ガス噴射口１１４ｃ（酸化剤噴射口）から一次空気が噴射され、炉の内部空間において混合ガスが生成される。また、混合ガス噴射口１１４ｃが一次空気を噴射する場合、燃料噴射口１１２ｃおよび混合ガス噴射口１１４ｃは、それぞれ複数設けられてもよいし、燃料噴射口１１２ｃが１つ設けられ、混合ガス噴射口１１４ｃが燃料噴射口１１２ｃを囲むように複数設けられてもよい。また、この場合、燃料噴射口１１２ｃから噴射される燃料ガスの流速ａおよび混合ガス噴射口１１４ｃから噴射される一次空気の流速ａと、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂから噴射される二次空気の流速ｂとの流速比ａ／ｂが、０．０５以上となるとよい。

【0066】

また、上記実施形態において、第１噴射部１１０が燃料噴射ノズル１１２と第１酸化剤ガス噴射ノズル１１４とを備える場合を例に挙げた。しかし、第１噴射部１１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスが流れる１のノズルを有していてもよい。この場合、混合ガスを噴射する第１噴射口を１または複数備える。

【0067】

また、上記実施形態において、第２噴射部１３０が、第２噴射口１３８ａ、１３８ｂを備える場合を例に挙げた。しかし、第２噴射部１３０が備える第２噴射口の数に限定はない。例えば、第２噴射部１３０は、第２噴射口を１つのみ備えていてもよいし、３以上備えていてもよい。なお、第２噴射部１３０は、第２噴射口を３つ以上備える場合、略同一円周上に略等間隔で複数の第２噴射口が設けられるとよい。また、第２噴射部１３０が複数の第２噴射口を備えることにより、燃料ガスを効率よく燃焼させることができる。

【0068】

また、上記実施形態において、流速比ａ／ｂが、０．０５以上となる場合を例に挙げた。しかし、第１供給部１２０が、燃料ガスと、目標酸化剤量の１／３以上２／３以下の空気とを第１噴射部１１０に供給し、第２噴射部１３０が第１噴射部１１０に供給される空気の量と目標空気量との差分の空気を第２噴射部１３０に供給すれば、流速比ａ／ｂは、０．０５未満であってもよい。

【0069】

また、上記実施形態において、第１供給部１２０が、燃料ガスと、目標酸化剤量の１／３以上２／３以下の空気とを第１噴射部１１０に供給し、第２噴射部１３０が第１噴射部１１０に供給される空気の量と目標空気量との差分の空気を第２噴射部１３０に供給する場合を例に挙げた。しかし、流速比ａ／ｂが、０．０５以上であれば、第１供給部１２０によって供給される空気量と、第２噴射部１３０によって供給される空気量との比に限定はない。

【0070】

また、上記実施形態において、第１噴射部１１０が、炉壁１０に形成される第１噴射口（混合ガス噴射口１１４ｃ）を１つ有する場合を例に挙げた。しかし、第１噴射部１１０が、炉壁１０に形成される複数の第１噴射口を有する場合、複数の第１噴射口の重心と、１または複数の第２噴射口の重心との間の距離Ｌｎを、複数の第１噴射口における２つの第１噴射口の中心を結ぶ仮想直線のうち、最も長い仮想直線の長さの１．８５倍以上６．０倍未満としてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１００ バーナ
１１０ 第１噴射部
１１２ｃ 燃料噴射口（第１噴射口）
１１４ｃ 混合ガス噴射口（酸化剤噴射口、第１噴射口）
１２０ 第１供給部
１３０ 第２噴射部
１３８ａ 第２噴射口
１４０ 第２供給部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】