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公開番号2025149040
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-08
出願番号2024049470
出願日2024-03-26
発明の名称燃焼装置
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類F23N 5/24 20060101AFI20251001BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】燃料ガスとしてアンモニアを用いる場合に、外部へのアンモニアの排出量を十分に低減しながらも、経済性の向上及び運用における作業効率の向上を図り得る燃焼装置を提供する。
【解決手段】第1流量制御弁V1及び第2流量制御弁V2の弁開度を制御可能な制御装置Sを備え、炭化水素ガス通流配管L2は、アンモニアガス通流配管L1の第1流量制御弁V1の設置位置より下流側の下流側配管部位に対し、炭化水素ガスを通流可能な状態で連通接続されており、制御装置Sは、燃焼停止前に、第1流量制御弁V1を閉止状態とすると共に第2流量制御弁V2を開放状態として、アンモニアガス通流配管L1の下流側配管部位アンモニアガスを炭化水素ガスによりパージする炭化水素ガスパージ制御を実行する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料ガスと、酸素を含む酸化剤とを混合した混合気を燃焼する燃焼装置であって、
前記燃料ガスとしてのメタンを主成分とする炭化水素ガスを通流する炭化水素ガス通流配管と、
前記燃料ガスとしてのアンモニアガスを通流するアンモニアガス通流配管と、
前記アンモニアガス通流配管を通流する前記アンモニアガスの流量を調整可能な第１流量制御弁と、前記炭化水素ガス通流配管を通流する前記炭化水素ガスの流量を調整可能な第２流量制御弁と、前記第１流量制御弁及び前記第２流量制御弁の弁開度を制御可能な制御装置とを備え、
前記炭化水素ガス通流配管は、前記アンモニアガス通流配管の前記第１流量制御弁の設置位置より下流側の下流側配管部位に対し、前記炭化水素ガスを通流可能な状態で連通接続されており、
前記制御装置は、燃焼停止前に、前記第１流量制御弁を閉止状態とすると共に前記第２流量制御弁を開放状態として、前記アンモニアガス通流配管の前記下流側配管部位の前記アンモニアガスを前記炭化水素ガスによりパージする炭化水素ガスパージ制御を実行する燃焼装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記混合気に点火する点火装置を備え、
前記制御装置は、前記点火装置による点火前から点火時までは、前記第１流量制御弁を閉止状態とすると共に前記第２流量制御弁を開放状態とし、前記点火装置による点火後は、前記第１流量制御弁の開度を徐々に増加すると共に前記第２流量制御弁の開度を徐々に低下する点火時燃料流量制御を実行する請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記点火時燃料流量制御の実行後に、前記第１流量制御弁を開放状態とすると共に前記第２流量制御弁を閉止状態とするアンモニア燃焼制御へ移行する請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記第１流量制御弁の弁開度を所定の第１基準変化割合で増加させると共に、前記第２流量制御弁の弁開度を所定の第２基準変化割合で減少させて、すべての前記燃料ガスに対する前記アンモニアガスの混焼率を増加させる第１混焼率調整制御を実行可能であると共に、
前記混焼率が３０％以上６０％以下の場合に、前記第１流量制御弁の弁開度の変化割合を前記第１基準変化割合よりも大きい第１変化割合で増加させると共に、前記第２流量制御弁の弁開度を前記第２基準変化割合よりも大きい第２変化割合で減少させて、前記混焼率を増加する第２混焼率調整制御を、前記点火時燃料流量制御において実行する請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記炭化水素ガスパージ制御の前に、前記第２流量制御弁の開度を零より大きい燃焼下限開度以上の開度にした状態で前記第１流量制御弁の開度を徐々に低下して零とする停止時流量制御を実行可能に構成され、
前記第１流量制御弁の弁開度を第３基準変化割合で減少させると共に、前記第２流量制御弁の弁開度を第４基準変化割合で増加させて、すべての前記燃料ガスに対する前記アンモニアガスの混焼率を減少させる第３混焼率調整制御を実行可能であると共に、
前記混焼率が３０％以上６０％以下の場合に、前記第１流量制御弁の弁開度の変化割合を前記第３基準変化割合よりも大きい第３変化割合で減少させると共に、前記第２流量制御弁の弁開度を前記第４基準変化割合よりも大きい第４変化割合で増加させて、前記混焼率を減少する第４混焼率調整制御を、前記停止時流量制御において実行する請求項１又は２に記載の燃焼装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと、酸素を含む酸化剤とを混合して燃焼する燃焼装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、地球温暖化等の環境問題に対応するべく、二酸化炭素が排出されない脱炭素燃焼技術として、燃料ガスとしてアンモニアガスを用いると共に酸化剤として燃焼用空気を用いるアンモニアバーナ及び燃焼炉が知られている（特許文献１を参照）。
アンモニアは、最小着火エネルギーが１７０ｍＪと比較的大きいと共に燃焼速度が７ｃｍ／ｓと比較的遅く、所謂、難燃性で着火し難い特徴を有する。また、悪臭防止法にて排出基準が設けられている、特定悪臭物質に分類される。
このため、特にバーナの燃焼停止時に未燃のアンモニアが、バーナや燃焼炉の外部へ漏洩しないことが重要である。
【０００３】
そこで、燃料ガスが通流する燃料ガス通流配管を、窒素ガスを通流する窒素パージを行うことにより、燃料ガス通流配管における逆火を防止する技術が知られている（特許文献２を参照）。当該特許文献２に開示の技術は、燃料ガス通流配管の途中に、パージ用の窒素ガス通流配管を連通接続すると共に当該窒素ガス通流配管を開閉する開閉弁を備え、パージが必要な場合に当該開閉弁を開放状態として、窒素ガスを燃料ガス通流配管に通流するパージ制御を実行可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１７８０８２号公報
特開２０１９－１６８２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示のバーナにおいて、上記特許文献２に開示される窒素ガスによるパージ制御を実行する構成が考えられるが、窒素ガスによるパージを行う場合、パージに用いる窒素は、燃焼に寄与しないにも関わらず、少なくともバーナの燃焼停止時に消費されるため、経済性の観点から改善の余地があった。また、窒素を供給するためには、窒素ボンベを用意する必要があるから、定期的なボンベの交換を要するため、運用における作業効率の観点からも改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスとしてアンモニアを用いる場合に、外部へのアンモニアの排出量を十分に低減しながらも、経済性の向上及び運用における作業効率の向上を図り得る燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための燃焼装置は、燃料ガスと、酸素を含む酸化剤とを混合した混合気を燃焼する燃焼装置であって、その特徴構成は、
前記燃料ガスとしてのメタンを主成分とする炭化水素ガスを通流する炭化水素ガス通流配管と、
前記燃料ガスとしてのアンモニアガスを通流するアンモニアガス通流配管と、
前記アンモニアガス通流配管を通流する前記アンモニアガスの流量を調整可能な第１流量制御弁と、前記炭化水素ガス通流配管を通流する前記炭化水素ガスの流量を調整可能な第２流量制御弁と、前記第１流量制御弁及び前記第２流量制御弁の弁開度を制御可能な制御装置とを備え、
前記炭化水素ガス通流配管は、前記アンモニアガス通流配管の前記第１流量制御弁の設置位置より下流側の下流側配管部位に対し、前記炭化水素ガスを通流可能な状態で連通接続されており、
前記制御装置は、燃焼停止前に、前記第１流量制御弁を閉止状態とすると共に前記第２流量制御弁を開放状態として、前記アンモニアガス通流配管の前記下流側配管部位の前記アンモニアガスを前記炭化水素ガスによりパージする炭化水素ガスパージ制御を実行する点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、記制御装置は、燃焼停止前に、第１流量制御弁を閉止状態とすると共に第２流量制御弁を開放状態として、アンモニアガス通流配管の下流側配管部位のアンモニアガスを炭化水素ガスによりパージする炭化水素ガスパージ制御を実行するから、例えば、燃焼停止後に、アンモニアガス通流配管にアンモニアが残留することを防止でき、当該アンモニアガス通流配管から、外部へ特定悪臭物質としてのアンモニアが排出されることを防止できる。
特に、当該炭化水素ガスパージ制御は、一般的なガス供給網にて供給可能な都市ガス１３Ａ等の炭化水素ガスによりパージするので、通常ボンベ等により供給される窒素によりパージする場合に比べて、ボンベの入れ替え作業等を省略でき、運用における作業効率の向上を図ることができると共に経済性の向上を図ることができる。
以上より、燃料ガスとしてアンモニアを用いる場合に、外部へのアンモニアの排出量を十分に低減しながらも、経済性の向上及び運用における作業効率の向上を図り得る燃焼装置を実現できる。
【０００９】
燃焼装置の更なる特徴構成は、
前記混合気に点火する点火装置を備え、
前記制御装置は、前記点火装置による点火前から点火時までは、前記第１流量制御弁を閉止状態とすると共に前記第２流量制御弁を開放状態とし、前記点火装置による点火後は、前記第１流量制御弁の開度を徐々に増加すると共に前記第２流量制御弁の開度を徐々に低下する点火時燃料流量制御を実行する点にある。
【００１０】
これまで説明してきたように、アンモニアは、最小着火エネルギーが１７０ｍＪと比較的大きいと共に燃焼速度が７ｃｍ／ｓと比較的遅く、所謂、難燃性で着火し難い特徴を有するため、アンモニアガス単体では、点火時に失火が発生したり、燃焼が不安定化する虞がある。
上記特徴構成の如く、点火時燃料流量制御を実行することで、点火前から点火時までは、第１流量制御弁を閉止状態とすると共に第２流量制御弁を開放状態とするから、点火時には、炭化水素ガスを燃料ガスとする混合気に点火することができる。これにより、点火時に失火が発生したり、燃焼が不安定化したりすることを防止できる。
更に、点火後には、燃料ガスにおけるアンモニアガスの割合を徐々に増加するから、瞬間的に炭化水素ガスから水素ガスへ切り換える場合に比べ、失火や燃焼不安定化が生じるリスクを十分に低減できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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