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公開番号2025140822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040419
出願日2024-03-14
発明の名称混焼専焼バーナの燃焼方法および混焼専焼バーナ
出願人大陽日酸株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類F23C 1/00 20060101AFI20250919BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】安全に燃焼状態を維持しつつ、同一のバーナで操業中に燃料種を炭化水素燃料の専焼から炭化水素-水素混焼、水素専焼への切り替えを行うことができる混焼専焼バーナの燃焼方法を提供する。
【解決手段】燃料が炭化水素ガス、水素ガス、またはこれらの混合ガスであり、燃焼状態を炭化水素ガス専焼、炭化水素ガスと水素ガスとの混焼および水素専焼に連続的に切り替え可能であり、燃料の噴出流速は、炭化水素ガス専焼のときは、7m/s以上の第1流速V1であり、水素ガス専焼のときは、28m/s以上の第2流速V2であり、混焼のときは、下限値が第1流速V1であって、上限値が第2流速V2である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料が炭化水素ガス、水素ガス、またはこれらの混合ガスであり、燃焼状態を炭化水素ガス専焼、炭化水素ガスと水素ガスとの混焼および水素専焼に連続的に切り替え可能な混焼専焼バーナの燃焼方法であって、
前記燃料の噴出流速は、
炭化水素ガス専焼のときは、７ｍ／ｓ以上の第１流速であり、
水素ガス専焼のときは、２８ｍ／ｓ以上の第２流速であり、
混焼のときは、下限値が前記第１流速であって、上限値が前記第２流速である混焼専焼バーナの燃焼方法。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
火炎の発熱量が一定となるように前記炭化水素ガスと前記水素ガスの噴出流速を調整する、請求項１記載の混焼専焼バーナの燃焼方法。
【請求項３】
前記混合ガスは、前記炭化水素ガスと前記水素ガスが混合した状態でバーナに供給される、請求項１に記載の混焼専焼バーナの燃焼方法。
【請求項４】
中心で噴出される前記燃料の周囲で噴出される支燃性ガスの噴出速度が、前記燃料の噴出速度の１／２以下１／８以上である、請求項１に記載の混焼専焼バーナの燃焼方法。
【請求項５】
噴出される前記燃料の周囲に噴出される支燃性ガスが酸素のみである、請求項１に記載の混焼専焼バーナの燃焼方法。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか１項に記載の混焼専焼バーナの燃焼方法に使用する混焼専焼バーナであって、
中心に配置される燃料噴出口と、
前記燃料噴出口の周囲に配置される支燃性ガス噴出口と、を備える二重管構造であり、
前記支燃性ガス噴出口の外周側には、支燃性ガスを噴出する少なくとも２本のステージングノズルが設けられる混焼専焼バーナ。
【請求項７】
請求項６に記載の混焼専焼バーナの燃焼方法であって、
前記支燃性ガス噴出口と前記ステージングノズルとに供給される支燃性ガスの総流量に対する、前記ステージングノズルとに供給される支燃性ガスの流量の割合が５０％以上である混焼専焼バーナの燃焼方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、混焼専焼バーナの燃焼方法および混焼専焼バーナに関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼排ガスにおいて二酸化炭素の排出を抑制するバーナとして、水素にメタンを主成分とした都市ガスを混合させて燃焼させる混焼バーナが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、都市ガスと水素ガスとがそれぞれ別のノズルから噴出する構造の水素混焼バーナが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０２５７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にバーナから噴出するガスの速度が遅いと逆火のおそれがある。あるいは噴流が弱いため、外部からの擾乱の影響により失火しやすい状態となる。一方で、噴出ガスの速度があまりに速いと火炎が浮き上がることから失火しやすい状態となる。このようなことから、適切な噴出速度に制御することが求められている。
【０００５】
さらに水素を燃料とする場合は、炭化水素燃料として代表的なメタンや天然ガスに対して、水素の層流燃焼速度は５倍程度と知られており、水素を用いたバーナではさらに逆火しやすくなる。あるいは火炎が上流側で形成されやすいため、バーナの先端の熱負荷が大きく、溶損等のおそれがある。
【０００６】
一般的に、水素ガスは低位発熱量がメタンガスや都市ガスに対して１／３～１／４と低いため、同じエネルギーを得るためには３～４倍の流量が必要となる。今後、炭化水素から水素への燃料転換する過程を考えると、炉の操業中にメタンや天然ガスの専焼状態から水素混焼、水素専焼への切り替えを行うことが想定される。操業中にバーナやバーナノズルを交換することは難しいため、同一のバーナ、バーナノズルでメタンあるいは天然ガス専焼の状態から水素混焼、水素専焼に渡って使用可能であることが望ましい。したがって、燃料種が変わり、噴出流速が３～４倍変わっても十分安定な燃焼状態を維持することが求められていた。
上述した特許文献１においても、水素専焼にした場合には、水素が都市ガスのノズルに逆流し、ノズル内部で火炎を形成するおそれがある。すなわち、都市ガスの専焼状態から水素混焼、水素専焼への切り替えを行うことが困難であることから、その点で改善の余地があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安全に燃焼状態を維持しつつ、同一のバーナで操業中に燃料種を炭化水素燃料の専焼から炭化水素－水素混焼、水素専焼への切り替えを行うことができる混焼専焼バーナの燃焼方法および混焼専焼バーナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る混焼専焼バーナの燃焼方法は、燃料が炭化水素ガス、水素ガス、またはこれらの混合ガスであり、燃焼状態を炭化水素ガス専焼、炭化水素ガスと水素ガスとの混焼および水素専焼に連続的に切り替え可能な混焼専焼バーナの燃焼方法であって、前記燃料の噴出流速は、炭化水素ガス専焼のときは、７ｍ／ｓ以上の第１流速であり、水素ガス専焼のときは、２８ｍ／ｓ以上の第２流速であり、混焼のときは、下限値が前記第１流速であって、上限値が前記第２流速であることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された混焼専焼バーナの燃焼方法では、バーナ先端から噴出する燃料の噴出流速を炭化水素ガス専焼のときに７ｍ／ｓ以上の第１流速とし、水素ガス専焼のときに２８ｍ／ｓ以上の第２流速とし、混焼のときに下限値が第１流速、上限値が第２流速とすることにより、混焼専焼バーナあるいはノズルを交換することなく、同一のバーナで操業中に燃料種を炭化水素燃料の専焼から炭化水素－水素混焼、水素専焼に切り替えても安全に燃焼状態を維持することができ、安全かつ安定的に混焼専焼バーナを使用することができる。混焼時の７ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲外の場合には、燃焼状態が不良となり、安定した燃焼が維持できない。
【００１０】
また、本発明に係る混焼専焼バーナの燃焼方法は、火炎の発熱量が一定となるように前記炭化水素ガスと前記水素ガスの噴出流速を調整することが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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