特許 7507699 工業炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】工業炉

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20240621BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

F23N5/24 106A

F23J15/00 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021004671

(22)【出願日】2021-01-15

(65)【公開番号】P2022109395

(43)【公開日】2022-07-28

【審査請求日】2021-10-01

【審判番号】

【審判請求日】2023-04-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087572

【弁理士】

【氏名又は名称】松川 克明

(72)【発明者】

【氏名】河本 祐作

【合議体】

【審判長】水野 治彦

【審判官】石黒 雄一

【審判官】槙原 進

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１８３８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３０１３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－２０１１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６３９８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F23N1/00-5/26

F23C9/08-99/00

F23G5/00-7/08

F23J13/00-99/00

F23K5/00-5/22

F23Q1/00-23/10

F27D17/00-99/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低燃焼性燃料供給管によって供給された低燃焼性燃料を、空気供給管によって供給された燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより炉内で燃焼させる工業炉において、前記の燃焼バーナーにおける火炎の状態を検知する火炎検知装置と、前記の火炎検知装置によって検知された火炎の状態が出力される制御装置と、高燃焼性燃料管によって供給された高燃焼性燃料を炉内で燃焼させる処理用バーナーとを設け、前記の燃焼バーナーにおける火炎の失火が前記の火炎検知装置によって検知されて前記の制御装置に出力されると、この制御装置により、前記の低燃焼性燃料供給管による燃焼バーナーへの低燃焼性燃料の供給を停止させる一方、前記の処理用バーナーに前記の高燃焼性燃料管を通して高燃焼性燃料を供給させると共に、前記の空気供給管とは異なる空気供給管を通して燃焼用空気を供給して、炉内における低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、炉内における低燃焼性燃料が外部に排気されるのを防止することを特徴とする工業炉。

【請求項2】

請求項１に記載の工業炉において、前記の低燃焼性燃料がアンモニアであることを特徴とする工業炉。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の工業炉において、前記の高燃焼性燃料が水素であることを特徴とする工業炉。

【請求項4】

請求項３に記載の工業炉において、高燃焼性燃料の水素を水素ボンベに収容させ、この水素ボンベから高燃焼性燃料管を通して水素を処理用バーナーに供給させることを特徴とする工業炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させる燃焼バーナーを備えた工業炉に関するものである。特に、前記の燃焼バーナーにおいてアンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼させている火炎が失火した場合に、前記のアンモニア等の低燃焼性燃料が工業炉の炉内から外部に排気されるのを簡単な設備によって確実に防止できるようにした点に特徴を有するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させる燃焼バーナーにおいては、一般に、燃料として、燃焼性の高い炭化水素系燃料が使用されている。

【0003】

しかし、このように燃焼バーナーにおいて炭化水素系燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させた場合、二酸化炭素などの温室効果ガスが多く発生するという問題があった。

【0004】

そして、近年においては、二酸化炭素などの温室効果ガスを削減することが要望され、燃料に炭化水素系燃料以外のものを用いることが検討されている。

【0005】

また、従来から、燃焼バーナーにおける燃料として、低燃焼性燃料のアンモニアを用いることが知られている。

【0006】

しかし、アンモニアは炭化水素系燃料に比べて燃焼性が悪くて、燃焼時に失火しやすく、失火されて燃焼されなかったアンモニアが工業炉の炉内から外部に排気されて環境に悪影響を及ぼすという問題があり、またアンモニアを十分に燃焼させるように燃焼条件を強くすると、燃焼時にＮＯｘが発生しやすくなるという問題があった。

【0007】

そして、従来においては、燃焼性が悪い低燃焼性燃料のアンモニアを燃焼させるにあたって、特許文献１に示されるように、燃料にアンモニアを噴出させるバーナーチップの下流側にディフューザーを配置し、アンモニアを自然吸引された燃焼用空気と一緒にディフューザーの周辺を迂回させて混合させ、このように混合されたアンモニアと燃焼用空気とを、渦流状態にしてディフューザーの上側に滞留させて燃焼させ、アンモニアの燃焼性を高めるようにしたものが提案されている。

【0008】

しかし、特許文献１のように燃焼用空気を自然吸引させる場合、多くのアンモニアを燃焼させる大型の燃焼バーナーに用いることは困難であり、また前記のようにアンモニアと燃焼用空気とを渦流状態にしてディフューザーの上側に滞留させて、アンモニアを一気に燃焼させるようにした場合、燃焼時における火炎温度が高くなって、ＮＯｘの発生が多くなるという問題もあった。

【0009】

また、特許文献２においては、低燃焼性燃料のアンモニアと燃焼用空気とを予混合させて均一化させた後、このように予混合させたガスを、スワラにより旋回させて強く攪拌しながら燃焼させて、アンモニアの燃焼性を高めるようにしたものが提案されている。

【0010】

しかし、特許文献２のように、アンモニアと燃焼用空気とを予混合させたガスを、スワラにより旋回させて強く攪拌しながら燃焼させるようにした場合、特許文献１の場合と同様に、アンモニアが一気に燃焼されて火炎温度が高くなり、ＮＯｘの発生が多くなるという問題があった。

【0011】

また、前記の特許文献１、２に示される何れのものにおいても、前記のようにアンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼させている燃焼バーナーの火炎が失火した場合には、燃焼されなかったアンモニア等の低燃焼性燃料が工業炉の炉内から外部に排気され、特に低燃焼性燃料がアンモニアの場合には有毒で、僅か１ｐｐｍでも刺激臭を放つため、環境に悪影響を及ぼすという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】実公昭５０－８２５７号公報

【文献】特開２０１６－１３０６１９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、アンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼させる燃焼バーナーを備えた工業炉における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

【0014】

すなわち、本発明は、前記のようにアンモニアのような低燃焼性燃料を燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーで燃焼させる工業炉において、アンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼させている火炎が失火した場合においても、アンモニア等の低燃焼性燃料が工業炉の炉内から外部に排気されるのを簡単な設備によって確実に防止できるようにすることを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明に係る工業炉においては、前記のような課題を解決するため、低燃焼性燃料供給管によって供給された低燃焼性燃料を、空気供給管によって供給された燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより炉内で燃焼させる工業炉において、前記の燃焼バーナーにおける火炎の状態を検知する火炎検知装置と、前記の火炎検知装置によって検知された火炎の状態が出力される制御装置と、高燃焼性燃料管によって供給された高燃焼性燃料を炉内で燃焼させる処理用バーナーとを設け、前記の燃焼バーナーにおける火炎の失火が前記の火炎検知装置によって検知されて前記の制御装置に出力されると、この制御装置により、前記の低燃焼性燃料供給管による燃焼バーナーへの低燃焼性燃料の供給を停止させる一方、前記の処理用バーナーに前記の高燃焼性燃料管を通して高燃焼性燃料を供給させると共に、前記の空気供給管とは異なる空気供給管を通して燃焼用空気を供給して、炉内における低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、炉内における低燃焼性燃料が外部に排気されるのを防止するようにした。

【0016】

このように、燃焼バーナーにおける火炎の状態を検知する火炎検知装置と、火炎検知装置によって検知された火炎の状態が出力される制御装置と、高燃焼性燃料管によって供給された高燃焼性燃料を炉内で燃焼させる処理用バーナーとを設け、燃焼バーナーにおける火炎の失火を火炎検知装置によって検知して制御装置に出力し、この制御装置により、低燃焼性燃料供給管による燃焼バーナーへの低燃焼性燃料の供給を停止させると共に、高燃焼性燃料管を通して高燃焼性燃料を処理用バーナーに供給させて、炉内における低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させるようにすると、燃焼バーナーにおける火炎が失火した場合においても、燃焼されずに炉内に残った低燃焼性燃料が工業炉の炉内から外部に排気されるのが防止される。

【0017】

また、本発明に係る工業炉においては、前記のように高燃焼性燃料管を通して高燃焼性燃料を処理用バーナーに供給させて、炉内における低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させるにあたり、前記の処理用バーナーに空気供給管を通して燃焼用空気を供給するようにしたため、高燃焼性燃料が燃焼用空気によって確実に燃焼され、炉内における低燃焼性燃料が前記の高燃焼性燃料と一緒に確実に燃焼されるようになる。

【0018】

また、本発明に係る低燃焼性燃料燃焼バーナーにおいては、前記の低燃焼性燃料としてアンモニアＮＨ_３を用いることができる。そして、このように低燃焼性燃料にアンモニアＮＨ_３を用い、燃焼バーナーにおける火炎が失火してアンモニアＮＨ_３が燃焼されずに炉内に残った場合においても、このアンモニアＮＨ_３が炉内において高燃焼性燃料と一緒に燃焼され、アンモニアＮＨ_３が炉内から外部に排気されて、環境に悪影響を及ぼすということがなくなる。

【0019】

また、前記の高燃焼性燃料としては、水素Ｈ_２や炭化水素系燃料を用いることができるが、特に水素Ｈ_２を用いることが好ましい。水素Ｈ_２は燃焼しても二酸化炭素を発生しないので、高燃焼性燃料に水素Ｈ_２を用いると、炭化水素系燃料を用いた場合のように、低燃焼性燃料と一緒に燃焼させた際に、二酸化炭素などの温室効果ガスが発生するのを防止することができる。また、このように高燃焼性燃料に水素Ｈ_２を用いる場合には、簡単に設置して必要に応じて簡単に使用できるようにするため、水素Ｈ_２を水素ボンベ収容させ、この水素ボンベから高燃焼性燃料管を通して水素Ｈ_２を処理用バーナーに供給させるようにすることが好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明における工業炉においては、前記のように低燃焼性燃料供給管によって供給された低燃焼性燃料を、空気供給管によって供給された燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより炉内で燃焼させるにあたり、燃焼バーナーにおける火炎の状態を検知する火炎検知装置と、火炎検知装置によって検知された火炎の状態が出力される制御装置と、高燃焼性燃料管によって供給された高燃焼性燃料を炉内で燃焼させる処理用バーナーとを設け、燃焼バーナーにおける火炎の失火を火炎検知装置によって検知して制御装置に出力し、この制御装置により、低燃焼性燃料供給管による燃焼バーナーへの低燃焼性燃料の供給を停止させると共に、高燃焼性燃料管を通して高燃焼性燃料を処理用バーナーに供給させて、炉内における低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させるようにしたため、燃焼バーナーにおける火炎が失火した場合においても、燃焼されずに炉内に残った低燃焼性燃料が高燃焼性燃料と一緒に燃焼されるようになり、低燃焼性燃料が工業炉内から外部に排気されるのを簡単な設備によって防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る工業炉において、低燃焼性燃料供給管によって供給された低燃焼性燃料を、空気供給管によって供給された燃焼用空気と混合させて燃焼バーナーにより炉内で燃焼させる状態を示した概略断面説明図である。

【図2】同実施形態に係る工業炉において、燃焼バーナーにおける火炎が失火したことを火炎検知装置によって検知した場合に、制御装置により、低燃焼性燃料供給管による燃焼バーナーへの低燃焼性燃料の供給を停止させると共に、高燃焼性燃料管を通して高燃焼性燃料を処理用バーナーに供給させて、炉内における低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させる状態を示した概略断面説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態に係る工業炉を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る工業炉は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

【0023】

この実施形態における工業炉においては、図１及び図２に示すように、炉１０に設けた燃焼バーナー１１に対して、低燃焼性燃料供給管１２を通して低燃焼性燃料のアンモニアＮＨ_３を供給させると共に、ブロアー１３から空気供給管１４を通して燃焼用空気Ａｉｒを供給させて、前記のアンモニアＮＨ_３を燃焼用空気Ａｉｒと混合させて、燃焼バーナー１１により炉１０内で燃焼させ、このようにアンモニアＮＨ_３を燃焼させた後の燃焼排ガスを、炉１０内から煙道３１を通して煙突３０に導いて外部に排気させるようにしている。

【0024】

また、この実施形態においては、前記の燃焼バーナー１１における火炎の状態を検知する火炎検知装置２１を設け、この火炎検知装置２１によって検知された火炎の状態を制御装置２０に出力するようにしている。

【0025】

また、この実施形態においては、高燃焼性燃料に水素Ｈ_２を用い、水素Ｈ_２を収容させた水素ボンベ１５から、高燃焼性燃料管１６を通して水素Ｈ_２を処理用バーナー１７に供給し、この処理用バーナー１７により水素Ｈ_２を炉１０内で燃焼させるようにしている。なお、この実施形態においては、水素ボンベ１５から水素Ｈ_２を処理用バーナー１７に供給するようにしたが、水素Ｈ_２を連続して供給できる水素供給装置（図示せず）から水素Ｈ_２を処理用バーナー１７に供給することも可能である。

【0026】

また、この実施形態においては、水素Ｈ_２が処理用バーナー１７によって炉１０内で確実に燃焼されるようにするため、水素Ｈ_２を燃焼させる際には、空気供給管１８を通して燃焼用空気Ａｉｒを処理用バーナー１７に供給するようにしている。なお、処理用バーナー１７によって水素Ｈ_２を炉１０内で燃焼させるにあたり、炉１０内の温度が、水素Ｈ_２やアンモニアＮＨ_３の自己燃焼温度以上であり、炉１０内に水素Ｈ_２を燃焼させるのに必要な量の酸素が存在する場合には、必ずしも前記のように処理用バーナー１７に燃焼用空気Ａｉｒを供給する必要はないが、このようにすると、処理用バーナー１７によって水素Ｈ _２ を炉１０内で燃焼させるにあたり、炉１０内の温度が、水素Ｈ _２ やアンモニアＮＨ _３ の自己燃焼温度以下の場合や、炉１０内に水素Ｈ _２ を燃焼させるのに必要な量の酸素が存在しない場合においても、処理用バーナー１７において、燃焼用空気Ａｉｒにより、水素Ｈ _２ がアンモニアＮＨ _３ と一緒に確実に燃焼されるようになる。

【0027】

ここで、この実施形態において、前記の燃焼バーナー１１において低燃焼性燃料のアンモニアＮＨ_３を燃焼させるにあたっては、図１に示すように、前記の制御装置２０により低燃焼性燃料供給管１２に設けた開閉バルブ１２ａを開けて、アンモニアＮＨ_３を燃焼バーナー１１に供給させると共に、ブロアー１３を起動させて、空気供給管１４を通して燃焼用空気Ａｉｒを供給させる一方、前記の水素ボンベ１５から処理用バーナー１７に高燃焼性燃料の水素Ｈ_２を供給する高燃焼性燃料管１６に設けた開閉バルブ１６ａ及び空気供給管１８に設けた開閉バルブ１８ａを閉じて、処理用バーナー１７に水素Ｈ_２を供給させないようにする。なお、図では開閉バルブ１２ａ，１６ａ，１８ａの開の状態を白抜きで、閉の状態を黒塗りで示した。

【0028】

そして、前記のように低燃焼性燃料供給管１２を通して供給されたアンモニアＮＨ_３を、空気供給管１４を通して供給された燃焼用空気Ａｉｒと混合させて、前記の燃焼バーナー１１により炉１０内で燃焼させるようにしている。

【0029】

また、このように燃焼バーナー１１によってアンモニアＮＨ_３が炉１０内において燃焼されている火炎の状態を、前記の火炎検知装置２１によって検知し、その結果を、前記の制御装置２０に出力するようにしている。

【0030】

ここで、前記の燃焼バーナー１１により炉１０内で燃焼されているアンモニアＮＨ_３の火炎が失火して、アンモニアＮＨ_３が燃焼されなくなった場合には、図２に示すように、前記の火炎検知装置２１により燃焼バーナー１１における火炎の失火を検知し、この結果を、前記の制御装置２０に出力する。そして、この制御装置２０により、前記の低燃焼性燃料供給管１２における開閉バルブ１２ａを閉じて、燃焼バーナー１１に対してアンモニアＮＨ_３を供給させないようにする一方、前記の高燃焼性燃料管１６における開閉バルブ１６ａを開けて、前記の水素ボンベ１５から処理用バーナー１７に高燃焼性燃料の水素Ｈ_２を供給すると共に、前記の空気供給管１８における開閉バルブ１８ａを開けて、燃焼用空気Ａｉｒを処理用バーナー１７に供給し、燃焼されず炉１０内に残っているアンモニアＮＨ_３を、この高燃焼性燃料の水素Ｈ_２と一緒に燃焼させるようにする。

【0031】

このようにすると、燃焼バーナー１１によって燃焼されず炉１０内に残ったアンモニアＮＨ_３が高燃焼性燃料の水素Ｈ_２と一緒に燃焼され、アンモニアＮＨ_３が炉１０内から煙道３１を通して煙突３０に導かれて外部に排気されるのが防止され、環境に悪影響を及ぼすのを簡単に抑制できるようになる。

【0032】

また、この実施形態においては、高燃焼性燃料管１６を通して処理用バーナー１７に供給する高燃焼性燃料に水素Ｈ_２を用いるようにしたため、高燃焼性燃料に炭化水素系燃料を用いた場合のように、低燃焼性燃料のアンモニアＮＨ_３と一緒に燃焼させた際に、二酸化炭素などの温室効果ガスが発生するということがなくなる。

【0033】

さらに、この実施形態においては、高燃焼性燃料に水素Ｈ_２を水素ボンベ１５に収容させ、この水素ボンベ１５から高燃焼性燃料管１６を通して水素Ｈ_２を処理用バーナー１７に供給させるようにしたため、処理用バーナー１７に水素Ｈ_２を供給させるため設備を低コストで簡単に設置することができる。

【符号の説明】

【0034】

１０ ：炉
１１ ：燃焼バーナー
１２ ：低燃焼性燃料供給管
１２ａ ：開閉バルブ
１３ ：ブロアー
１４ ：空気供給管
１５ ：水素ボンベ
１６ ：高燃焼性燃料管
１６ａ ：開閉バルブ
１７ ：処理用バーナー
１８ ：空気供給管
１８ａ ：開閉バルブ
２０ ：制御装置
２１ ：火炎検知装置
３０ ：煙突
３１ ：煙道
Ａｉｒ ：燃焼用空気
Ｈ_２ ：水素（高燃焼性燃料）
ＮＨ_３ ：アンモニア（低燃焼性燃料）

【図1】

【図2】