JP7184471B2

JP7184471B2 - 蓄熱式燃焼設備

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Publication number: JP7184471B2
Application number: JP2021010456A
Authority: JP
Inventors: 祐作河本
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2041-01-26
Also published as: JP2022114243A

Description

本発明は、蓄熱部に収容された蓄熱材に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱させて給排気部を通して炉内に導き、この燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて炉内で燃焼させる蓄熱式燃焼装置と、燃料供給ノズルから燃料を供給するのを停止した状態で、炉内における燃焼後の燃焼排ガスを、給排気部を通して蓄熱材が収容された蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させ、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる蓄熱式燃焼装置とが対になって設けられ、この対になった蓄熱式燃焼装置において燃焼と蓄熱とを交互に切り換えて行う蓄熱式燃焼設備において、前記の燃料にアンモニア等の低燃焼性燃料を用いた蓄熱式燃焼設備に関するものである。特に、前記のように燃料にアンモニア等の低燃焼性燃料を燃焼させるにあたり、アンモニア等の低燃焼性燃料の燃焼が行われなくなって失火した際に、アンモニア等の低燃焼性燃料が燃焼されない状態で、蓄熱式燃焼装置の蓄熱部を通して外部に排出されるのを簡単かつ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。

従来から、工業炉等においては、燃焼排ガスの熱を利用して効率のよい燃焼を行うために、炉内において燃焼された燃焼排ガスの熱を蓄熱部に収容させた蓄熱材に蓄熱させ、燃焼用空気を前記の蓄熱部における蓄熱材に蓄熱された熱により加熱させ、このように加熱された燃焼用空気を、給排気部を通して炉内に導き、この燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて炉内において燃焼させる蓄熱式燃焼装置と、燃料供給ノズルから燃料を供給するのを停止した状態で、炉内における燃焼後の燃焼排ガスを、給排気部を通して蓄熱材が収容された蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させ、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる蓄熱式燃焼装置とを対にして設け、この対になった蓄熱式燃焼装置において燃焼と蓄熱とを交互に切り換えて行うようにした蓄熱式燃焼設備が用いられている。

また、従来の蓄熱式燃焼設備においては、前記のように加熱された燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて炉内において燃焼させるにあたり、その燃料としては、一般に燃焼性の高い炭化水素系燃料が使用されていた。

しかし、前記の蓄熱式燃焼装置において、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。

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。

ここで、炭化水素系燃料以外の燃料として、従来からアンモニア等の低燃焼性燃料を用いることが知られているが、アンモニア等の低燃焼性燃料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いという問題があった。

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や、特許文献２に示されるように、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。

また、従来においては、特許文献３～６に示されるように、前記のような蓄熱式燃焼設備において、窒素酸化物ＮＯｘが含まれる燃焼排ガスが導かれる位置にアンモニアを噴出させて、燃焼後の燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘを減少させるようにしたものが提案されている。

しかし、アンモニア等の低燃焼性燃料は、前記のように燃焼性が悪くて、燃焼時に失火しやすく、前記のような蓄熱式燃焼装置において、アンモニア等の低燃焼性燃料の燃焼時の火炎が失火した場合、燃焼されなかったアンモニア等の低燃焼性燃料が外部に排気され、特に低燃焼性燃料を用いた場合、アンモニアは有毒で、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り、前記の特許文献１～６に示される何れのものにおいても、このような問題を解決するための手段は全く示されていなかった。

実公昭５０－８２５７号公報特開２０１６－１３０６１９号公報特開平７－２９３８１５号公報特開平１０－１１０９４１号公報特開２０００－６５３１６号公報特許第３０４５４３０号公報

本発明は、蓄熱部に収容された蓄熱材に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱させて給排気部を通して炉内に導き、この燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて炉内で燃焼させる蓄熱式燃焼装置と、燃料供給ノズルから燃料を供給するのを停止した状態で、炉内における燃焼後の燃焼排ガスを、給排気部を通して蓄熱材が収容された蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させ、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる蓄熱式燃焼装置とが対になって設けられ、この対になった蓄熱式燃焼装置において燃焼と蓄熱とを交互に切り換えて行う蓄熱式燃焼設備において、前記の燃料にアンモニア等の低燃焼性燃料を用いた場合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。

すなわち、本発明においては、前記のような蓄熱式燃焼設備において、燃料にアンモニア等の低燃焼性燃料を使用して燃焼と蓄熱とを行うにあたりさせるにあたり、燃焼側の蓄熱式燃焼装置においてアンモニア等の低燃焼性燃料の燃焼が行われなくなって火炎が失火した際に、アンモニア等の低燃焼性燃料が燃焼されない状態で、蓄熱側における蓄熱式燃焼装置の蓄熱部を通して外部に排出されるのを簡単かつ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。

本発明に係る蓄熱式燃焼設備においては、前記のような課題を解決するため、蓄熱部に収容された蓄熱材に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱させて給排気部を通して炉内に導き、この燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて炉内で燃焼させる蓄熱式燃焼装置と、燃料供給ノズルから燃料を供給するのを停止した状態で、炉内における燃焼後の燃焼排ガスを、給排気部を通して蓄熱材が収容された蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させ、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる蓄熱式燃焼装置とが対になって設けられ、この対になった蓄熱式燃焼装置において燃焼と蓄熱とを交互に切り換えて行う蓄熱式燃焼設備において、前記の燃料に低燃焼性燃料を用い、各蓄熱式燃焼装置における燃焼時の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を設けると共に、高燃焼性燃料を燃焼させる処理用バーナーを各蓄熱式燃焼装置に対して設け、燃焼側の蓄熱式燃焼装置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、燃料供給ノズルから燃焼側の蓄熱式燃焼装置に燃料を供給するのを停止すると共に、高燃焼性燃料を蓄熱側の蓄熱式燃焼装置における処理用バーナーに供給し、この処理用バーナーにより燃焼されなかった低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、その燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の蓄熱部における蓄熱材に蓄熱させて排出させるようにした。

このように、燃焼側の蓄熱式燃焼装置における低燃焼性燃料の火炎が失火したことを火炎検知装置が検知すると、その結果を制御装置に出力し、この制御装置により、燃料供給ノズルから燃焼側の蓄熱式燃焼装置に燃料を供給するのを停止すると共に、高燃焼性燃料を蓄熱側の蓄熱式燃焼装置に対して設けられた処理用バーナーに供給し、この処理用バーナーにより燃焼されなかった低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、その燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の蓄熱部における蓄熱材に蓄熱させて排出させると、失火により燃焼されなかった低燃焼性燃料が外部に排出されるのが防止されると共に、低燃焼性燃料と高燃焼性燃料とを一緒に燃焼させた際における燃焼排ガスの熱が、蓄熱側の蓄熱式燃焼装置における蓄熱部の蓄熱材に蓄熱されるようになる。なお、処理用バーナーは、前記のように各蓄熱式燃焼装置に対して設けられていればよい。

ここで、本発明に係る蓄熱式燃焼設備においては、前記の処理用バーナーを各蓄熱式燃焼装置における前記の給排気部に設け、蓄熱式燃焼装置の燃焼時における火炎の失火が火炎検知装置によって検知されて制御装置に出力されると、この制御装置により、燃料供給ノズルから燃料を燃焼側の蓄熱式燃焼装置に供給するのを停止すると共に、蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気部に設けた処理用バーナーに高燃焼性燃料を供給して、燃焼されず蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気口に導かれた低燃焼性燃料をこの処理用バーナーにより高燃焼性燃料と一緒に燃焼させことが好ましい。なお、処理用バーナーを蓄熱式燃焼装置の近傍の炉内に設けることも可能であるが、前記のようにすると、燃焼排ガスが必ず蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気口を通して導かれるので、失火により燃焼されなかった低燃焼性燃料のほぼ全量が、炉内から蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気部に吸引され、この給排気部において、燃焼されなかった低燃焼性燃料のほぼ全量が処理用バーナーに供給された高燃焼性燃料によって確実に燃焼されるようになり、処理用バーナーを蓄熱式燃焼装置の近傍の炉内に設ける場合よりも、失火により燃焼されなかった低燃焼性燃料が外部に排出されるのを確実に防止できるようになる。

また、本発明に係る蓄熱式燃焼設備においては、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。アンモニアＮＨ_３は特に有害で刺激臭もあり、このアンモニアＮＨ_３が高燃焼性燃料によって燃焼されるようにすると、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。

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、特に水素Ｈ_２を用いることが好ましい。このように、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、前記の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。なお、アンモニアＮＨ_３を燃焼させた場合にも二酸化炭素は発生しないので、低燃焼性燃料にアンモニアＮＨ_３を用い、高燃焼性燃料に水素Ｈ_２を用いるようにすると、失火したときでも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、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ことができ、大掛かりな設備を設けなくても、必要に応じて、処理用バーナーに高燃焼性燃料の水素Ｈ_２を供給することが、安価な設備で簡単に行えるようになる。

本発明における蓄熱式燃焼設備においては、前記のように燃焼側の蓄熱式燃焼装置における低燃焼性燃料の火炎が失火したことを火炎検知装置が検知すると、その結果を制御装置に出力し、この制御装置により、燃料供給ノズルから燃料を供給するのを停止すると共に、高燃焼性燃料を蓄熱側の蓄熱式燃焼装置における処理用バーナーに供給し、失火によって燃焼されなかった低燃焼性燃料をこの処理用バーナーにおいて高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、その燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の蓄熱部における蓄熱材に蓄熱させて排出させるようにしたため、失火により燃焼されなかった低燃焼性燃料が外部に排出されるのを簡単かつ確実に防止できると共に、低燃焼性燃料と高燃焼性燃料とを一緒に燃焼させた際における燃焼排ガスの熱を有効に利用できるようになる。

本発明の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備において、燃焼と蓄熱とを交互に切り換えるようにした対になった蓄熱式燃焼装置における燃焼側の蓄熱式燃焼装置に低燃焼性燃料を供給して燃焼させる一方、燃焼後の燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置における蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させ、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる状態を示した概略断面説明図である。同実施形態に係る蓄熱式燃焼設備において、燃焼側の蓄熱式燃焼装置における低燃焼性燃料の燃焼火炎が失火したことを火炎検知装置が検知した場合に、制御装置により、燃焼側の蓄熱式燃焼装置に対する低燃焼性燃料の供給するのを停止すると共に、蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気部に設けた処理用バーナーから高燃焼性燃料を供給して、炉内からこの給排気部に導かれた未燃焼の低燃焼性燃料をこの高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、燃焼後の燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置における蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させた後、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる状態を示した概略断面説明図である。同実施形態に係る蓄熱式燃焼設備において、図２に示すように処理した後、依然として炉内に未燃焼の低燃焼性燃料が残っている場合に、蓄熱と燃焼を切り換えて、各蓄熱式燃焼装置に対する低燃焼性燃料の供給を停止した状態で、前回の蓄熱側における蓄熱式燃焼装置における蓄熱部に燃焼用空気を供給して炉内に導く一方、前回の燃焼側の蓄熱式燃焼装置の給排気部に設けた処理用バーナーに高燃焼性燃料を供給して、炉内からこの給排気部に導かれた未燃焼の低燃焼性燃料を、この処理用バーナーにより高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、燃焼後の燃焼排ガスをこの蓄熱式燃焼装置における蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させた後、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる状態を示した概略断面説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る蓄熱式燃焼設備は、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。

この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、図１～図３に示すように、対になった蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂを炉１内に向けて対向するように設けており、このように対になった蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて、燃焼と蓄熱とを交互に切り換えて行うようにしている。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、燃料として低燃焼性燃料のアンモニアＮＨ_３を用いている。

そして、この実施形態の蓄熱式燃焼設備における各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて、前記の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、それぞれ蓄熱材ｘが収容された蓄熱部１１ａ，１１ｂに燃焼用空気Ａｉｒを導き、前記の蓄熱材ｘに蓄熱された熱により燃焼用空気Ａｉｒを加熱させて、それぞれの給排気部１２ａ，１２ｂを通して炉１内に供給させると共に、各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける前記の給排気部１２ａ，１２ｂの近傍に設けた各燃料供給ノズル１３ａ，１３ｂから前記のアンモニアＮＨ_３を、それぞれ給排気部１２ａ，１２ｂの近傍に供給して、前記の燃焼用空気Ａｉｒと混合させて炉１内で燃焼させるようにしている。

一方、各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて、炉１内においてアンモニアＮＨ_３を燃焼させた後の燃焼排ガスの熱をそれぞれ蓄熱部１１ａ，１１ｂに収容された蓄熱材ｘに蓄熱させる場合には、燃料供給ノズル１３ａ，１３ｂから燃料を供給させるのを停止させた状態で、炉１内における燃焼後の燃焼排ガスを、それぞれ給排気部１２ａ，１２ｂを通して蓄熱材ｘが収容された蓄熱部１１ａ，１１ｂに導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材ｘに蓄熱させ、このように蓄熱材ｘに熱を蓄熱させた後の燃焼排ガスを外部に排出させるようにしている。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、前記の各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各給排気部１２ａ，１２ｂにおいて、それぞれ高燃焼性燃料の水素Ｈ_２を燃焼させる処理用バーナー２０ａ，２０ｂを設け、各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに対して前記の水素Ｈ_２と燃焼用空気Ａｉｒとを供給して、各処理用バーナー２０ａ，２０ｂにより水素Ｈ_２を各給排気部１２ａ，１２ｂにおいて燃焼させるようにしている。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、前記のように各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて低燃焼性燃料のアンモニアＮＨ_３を燃焼させた場合における火炎の状態を検知するように、各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂに対応させてそれぞれ火炎検知装置３１ａ，３１ｂを設け、各火炎検知装置３１ａ，３１ｂによって検知された火炎の状態を制御装置３０に出力させ、この制御装置３０により以下に示すような制御を行うようにしている。

ここで、この実施形態における蓄熱式燃焼設備において、前記のように各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各蓄熱部１１ａ，１１ｂに燃焼用空気Ａｉｒを供給するにあたっては、給気装置４０から各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各蓄熱部１１ａ，１１ｂに向けて燃焼用空気Ａｉｒを導く空気案内経路４１の部分にそれぞれ開閉弁４１ａ，４１ｂを設けている。

そして、前記の開閉弁４１ａ，４１ｂを、前記の制御装置３０によって開閉させて、前記の給気装置４０から空気案内経路４１を通して各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各蓄熱部１１ａ，１１ｂに対する燃焼用空気Ａｉｒの供給と停止とを切り換えるようにしている。ここで、前記の開閉弁４１ａ，４１ｂについては、弁を開いた状態を白抜きで示す一方、弁を閉じた状態を黒塗りで示している。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備において、前記のように各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各給排気部１２ａ，１２ｂの近傍に設けた各燃料供給ノズル１３ａ，１３ｂから低燃焼性燃料のアンモニアＮＨ_３を炉１内に供給するにあたっては、アンモニアＮＨ_３を各燃料供給ノズル１３ａ，１３ｂに導く燃料案内経路５１の部分にそれぞれ開閉弁５１ａ，５１ｂを設けている。

そして、前記の開閉弁５１ａ，５１ｂを、前記の制御装置３０によって開閉させて、前記の燃料案内経路５１を通して各燃料供給ノズル１３ａ，１３ｂに供給するアンモニアＮＨ_３の供給と停止とを切り換えるようにしている。ここで、前記の開閉弁５１ａ，５１ｂについても、弁を開いた状態を白抜きで示す一方、弁を閉じた状態を黒塗りで示している。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、前記のように各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて、アンモニアＮＨ_３を燃焼させた後の炉１内における燃焼排ガスを、排気装置６０により各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各給排気部１２ａ，１２ｂから蓄熱材ｘが収容された蓄熱部１１ａ，１１ｂを通して吸引させて外部に排気させるにあたり、燃焼排ガスを各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂの蓄熱部１１ａ，１１ｂを通して排気装置６０に導く排気経路６１の部分にそれぞれ開閉弁６１ａ，６１ｂを設けている。

そして、前記の開閉弁６１ａ，６１ｂを、前記の制御装置３０によって開閉させ、前記の排気経路６１を通して燃焼排ガスを排気装置６０に導く蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂを切り換えるようにしている。ここで、前記の開閉弁６１ａ，６１ｂについても、弁を開いた状態を白抜きで示す一方、弁を閉じた状態を黒塗りで示している。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける給排気部１２ａ，１２ｂに設けた前記の各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに燃焼用空気Ａｉｒを供給するにあたって、前記の給気装置４０から燃焼用空気Ａｉｒを各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに導く処理用空気案内経路４２の部分にそれぞれ開閉弁４２ａ，４２ｂを設け、前記の制御装置３０によってこの開閉弁４２ａ，４２ｂを開閉させ、前記の給気装置４０から処理用空気案内経路４２を通して各処理用バーナー２０ａ，２０ｂへの燃焼用空気Ａｉｒの供給と停止とを切り換えるようにしている。

また、前記の各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに高燃焼性燃料の水素Ｈ_２を供給するにあたっては、水素Ｈ_２を収容させた水素ボンベ７０から各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに水素Ｈ_２を導く高燃焼性燃料案内経路７１にそれぞれ開閉弁７１ａ，７１ｂを設け、前記の制御装置３０によってこの開閉弁７１ａ，７１ｂを開閉させ、前記の水素ボンベ７０から高燃焼性燃料案内経路７１を通して各処理用バーナー２０ａ，２０ｂへの水素Ｈ_２の供給と停止とを切り換えるようにしている。なお、この実施形態においては、水素ボンベ７０から水素Ｈ_２を各処理用バーナー２０ａ，２０ｂ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を各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに供給することも可能である。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、炉１内におけるアンモニアＮＨ_３を検知するＮＨ_３検知センサー８０を設けている。

そして、この実施形態における蓄熱式燃焼設備において、一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおいてアンモニアＮＨ_３を燃焼させる一方、他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおいて燃焼排ガスの熱を蓄熱させて燃焼排ガスを排気させる場合、アンモニアＮＨ_３を燃焼させる一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおいては、図１に示すように、前記の空気案内経路４１に設けた一方の開閉弁４１ａを開けて、前記の給気装置４０から燃焼用空気Ａｉｒを一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおける蓄熱部１１ａに導いて、この燃焼用空気Ａｉｒを蓄熱部１１ａにおいて蓄熱された蓄熱材ｘにより加熱させ、このように加熱された燃焼用空気Ａｉｒを、この蓄熱式燃焼装置１０ａにおける給排気部１２ａを通して炉１内に供給すると共に、前記の燃料案内経路５１に設けた一方の開閉弁５１ａを開けて、アンモニアＮＨ_３を前記の燃料案内経路５１を通して一方の燃料供給ノズル１３ａに導き、この燃料供給ノズル１３ａからアンモニアＮＨ_３を、前記の給排気部１２ａを通して炉１内に供給される燃焼用空気Ａｉｒに向けて噴射させ、燃焼用空気Ａｉｒと混合させて燃焼させるようにする。

一方、前記のように燃焼排ガスの熱を蓄熱させて、燃焼排ガスを外部に排気させる他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおいては、前記の排気経路６１に設けた他方の開閉弁６１ｂを開け、前記のようにアンモニアＮＨ_３を燃焼用空気Ａｉｒと混合させて炉１内で燃焼させた後の燃焼排ガスを、前記の排気装置６０によりこの他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける給排気部１２ｂに吸引し、この燃焼排ガスを他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける蓄熱部１１ｂに導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材ｘに蓄熱させた後、この燃焼排ガスを前記の排気経路６１を通して排気装置６０に導いて外部に排気させるようにする。

そして、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、一方の蓄熱式燃焼装置１０ａと他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂとにおいて、アンモニアＮＨ_３を燃焼させる燃焼動作と、燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作とを切り換えるにあたっては、図示していないが、一方の蓄熱式燃焼装置１０ａと他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂとにおいて、前記の図１に示した場合とは逆の動作を行うようにする。

また、これらの蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて、前記のように炉１内でアンモニアＮＨ_３が燃焼用空気Ａｉｒと混合されて燃焼されている状態では、前記の制御装置３０により、前記の給気装置４０から燃焼用空気Ａｉｒを各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに導く処理用空気案内経路４２の部分に設けた各開閉弁４２ａ，４２ｂを閉じて、各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに燃焼用空気Ａｉｒを供給しないようにすると共に、水素Ｈ_２を収容させた水素ボンベ７０から各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに導く高燃焼性燃料案内経路７１に設けた各開閉弁７１ａ，７１ｂを閉じて、各処理用バーナー２０ａ，２０ｂに水素Ｈ_２を供給しないようにし、各処理用バーナー２０ａ，２０ｂによって水素Ｈ_２を各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける給排気部１２ａ，１２ｂ内で燃焼させないようにしている。

ここで、燃焼動作を行っている一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおいて、アンモニアＮＨ_３が燃焼されなくなって火炎が失火した場合、燃焼されずに炉１内に残ったアンモニアＮＨ_３が蓄熱動作を行っている他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂを通って外部に排出されるのを防止する必要が生じる。

このため、この実施形態における蓄熱式燃焼設備において、例えば、前記の図１に示すように燃焼動作を行っている一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおいて、アンモニアＮＨ_３が燃焼されなくなって火炎が失火した場合、図２に示すように、この蓄熱式燃焼装置１０ａにおける火炎の状態を検知する前記の火炎検知装置３１ａが、この蓄熱式燃焼装置１０ａにおける火炎の失火を検知すると、この火炎検知装置３１ａから前記の制御装置３０にこの結果を出力する。

そして、このように火炎検知装置３１ａから燃焼側の蓄熱式燃焼装置１０ａにおける火炎の失火が制御装置３０に出力されると、この制御装置３０によって燃焼側の蓄熱式燃焼装置１０ａの燃料供給ノズル１３ａにアンモニアＮＨ_３を案内する燃料案内経路５１に設けた開閉弁５１ａを閉じて、前記の燃料供給ノズル１３ａに対するアンモニアＮＨ_３の供給を停止させ、アンモニアＮＨ_３が炉１内に供給されないようにする。また、前記の制御装置３０により、前記の給気装置４０から燃焼用空気Ａｉｒを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置１０ｂに設けた処理用バーナー２０ｂに導く処理用空気案内経路４２における開閉弁４２ｂを開けて、蓄熱側の処理用バーナー２０ｂに燃焼用空気Ａｉｒを供給すると共に、水素Ｈ_２を収容させた水素ボンベ７０から蓄熱側の処理用バーナー２０ｂに導く高燃焼性燃料案内経路７１における開閉弁７１ｂを開けて、蓄熱側の処理用バーナー２０ｂに水素Ｈ_２を供給して、この処理用バーナー２０ｂにより、水素Ｈ_２を蓄熱側の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける給排気部１２ｂ内で燃焼させるようにする。

このようにすると、燃焼側の蓄熱式燃焼装置１０ａにおける火炎の失火によって燃焼されずに炉１内に残ったアンモニアＮＨ_３を含む燃焼排ガスが、前記の排気装置６０により蓄熱側の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける給排気部１２ｂに吸引され、この燃焼排ガスに含まれるアンモニアＮＨ_３が、前記の処理用バーナー２０ｂによりこの給排気部１２ｂ内で前記の水素Ｈ_２と一緒に燃焼され、このように燃焼された燃焼排ガスを含む燃焼燃焼排ガスが、蓄熱側の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける蓄熱部１１ｂに導かれて燃焼排ガスの熱が蓄熱材ｘに蓄熱された後、前記の排気経路６１を通して排気装置６０により外部に排気されるようになり、燃焼排ガスに含まれるアンモニアＮＨ_３が蓄熱側の蓄熱式燃焼装置１０ｂから外部に排気されるのが防止される。

また、このようにアンモニアＮＨ_３を含む燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置１０ｂに吸引させて、この蓄熱式燃焼装置１０ｂの給排気部１２ｂにおいて燃焼排ガスに含まれるアンモニアＮＨ_３を処理用バーナー２０ｂによって水素Ｈ_２と一緒に燃焼させた後においても、炉１内に依然としてアンモニアＮＨ_３が残っている場合には、炉１内におけるアンモニアＮＨ_３を前記のＮＨ_３検知センサー８０によって検知し、このＮＨ_３検知センサー８０による検知結果を前記の制御装置３０に出力する。

そして、このようにＮＨ_３検知センサー８０から炉１内にアンモニアＮＨ_３が残っていることが制御装置３０に出力されると、図３に示すように、図２の蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける燃焼と蓄熱とを切り換えて、各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂの燃料供給ノズル１３ａ，１３ｂにアンモニアＮＨ_３を案内する燃料案内経路５１に設けた開閉弁５１ａ，５１ｂを閉じて、アンモニアＮＨ_３が炉１内に供給させないままの状態で、前記の制御装置３０によって前記の空気案内経路４１に設けた一方の開閉弁４１ａを閉じる一方、他方の開閉弁４１ｂを開けて、前記の給気装置４０から燃焼用空気Ａｉｒを他方の蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける蓄熱部１１ｂに導き、この蓄熱部１１ｂにおいて蓄熱された蓄熱材ｘにより燃焼用空気Ａｉｒを加熱させ、このように加熱された燃焼用空気Ａｉｒを、この蓄熱式燃焼装置１０ｂにおける給排気部１２ｂを通して炉１内に供給する。

また、前記の制御装置３０によって、前記の給気装置４０から前記の蓄熱式燃焼装置１０ｂに設けた処理用バーナー２０ｂに導く処理用空気案内経路４２における前記の開閉弁４２ｂを閉じると共に、水素Ｈ_２を収容させた水素ボンベ７０から前記の処理用バーナー２０ｂに導く高燃焼性燃料案内経路７１における前記の開閉弁７１ｂを閉じる一方、給気装置４０から燃焼用空気Ａｉｒを一方の蓄熱式燃焼装置１０ａに設けた処理用バーナー２０ａに導く処理用空気案内経路４２における開閉弁４２ａを開けて、一方の処理用バーナー２０ａに燃焼用空気Ａｉｒを供給すると共に、水素Ｈ_２を収容させた水素ボンベ７０から一方の処理用バーナー２０ａに導く高燃焼性燃料案内経路７１における開閉弁７１ａを開けて、この処理用バーナー２０ａに水素Ｈ_２を供給し、この処理用バーナー２０ａにより、水素Ｈ_２を一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおける給排気部１２ａ内で燃焼させるようにする。

また、前記の制御装置３０により前記の排気経路６１に設けた他方の開閉弁６１ｂを閉じて一方の開閉弁６１ａを開け、前記の排気装置６０によって、前記のように炉１内に依然として残っているアンモニアＮＨ_３を蓄熱式燃焼装置１０ｂから炉１内に供給された加熱された燃焼用空気Ａｉｒと一緒に、一方の蓄熱式燃焼装置１０ａにおける給排気部１２ａ内に吸引し、このように吸引されたアンモニアＮＨ_３を、前記の処理用バーナー２０ａにより、この給排気部１２ａ内で前記の水素Ｈ_２と一緒に燃焼させ、このように燃焼された燃焼排ガスをこの蓄熱式燃焼装置１０ａにおける蓄熱部１１ａに導いて、この燃焼排ガスの熱を蓄熱部１１ａにおける蓄熱材ｘに蓄熱させた後、前記の排気経路６１を通して排気装置６０により外部に排気させるようにする。このようにすると、アンモニアＮＨ_３が一方の蓄熱式燃焼装置１０ａから外部に排気されるのも防止される。

なお、依然として炉１内にアンモニアＮＨ_３が残っている場合には、炉１内におけるアンモニアＮＨ_３を前記のＮＨ_３検知センサー８０によって検知し、このＮＨ_３検知センサー８０による検知結果を前記の制御装置３０に出力し、前記のような操作を各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおいて繰り返して行い、各処理用バーナー２０ａ，２０ｂによって炉１内に残っているアンモニアＮＨ_３が前記のＮＨ_３検知センサー８０によって検知されなくなるまで繰り返して行う。

このようにすると、火炎の失火によって燃焼されずに炉１内に残ったアンモニアＮＨ_３が、前記のように各蓄熱式燃焼装置１０ａ，１０ｂにおける各処理用バーナー２０ａ，２０ｂによって燃焼され、炉１内に残ったアンモニアＮＨ_３が外部に排出されるのを確実に防止できるようになる。

１：炉
１０ａ：蓄熱式燃焼装置
１０ｂ：蓄熱式燃焼装置
１１ａ：蓄熱部
１１ｂ：蓄熱部
１２ａ：給排気部
１２ｂ：給排気部
１３ａ：燃料供給ノズル
１３ｂ：燃料供給ノズル
２０ａ：処理用バーナー
２０ｂ：処理用バーナー
３０：制御装置
３１ａ：火炎検知装置
３１ｂ：火炎検知装置
４０：給気装置
４１：空気案内経路
４１ａ：開閉弁
４１ｂ：開閉弁
４２：処理用空気案内経路
４２ａ：開閉弁
４２ｂ：開閉弁
５１：燃料案内経路
５１ａ：開閉弁
５１ｂ：開閉弁
６０：排気装置
６１：排気経路
６１ａ：開閉弁
６１ｂ：開閉弁
７０：水素ボンベ
７１：高燃焼性燃料案内経路
７１ａ：開閉弁
７１ｂ：開閉弁
８０：ＮＨ３検知センサー
Ａｉｒ：燃焼用空気
Ｈ２：水素
ＮＨ３：アンモニア
ＮＯｘ：窒素酸化物
ｘ：蓄熱材

Claims

蓄熱部に収容された蓄熱材に蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱させて給排気部を通して炉内に導き、この燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて炉内で燃焼させる蓄熱式燃焼装置と、燃料供給ノズルから燃料を供給するのを停止した状態で、炉内における燃焼後の燃焼排ガスを、給排気部を通して蓄熱材が収容された蓄熱部に導いて燃焼排ガスの熱を蓄熱材に蓄熱させ、この蓄熱部を通して燃焼排ガスを外部に排出させる蓄熱式燃焼装置とが対になって設けられ、この対になった蓄熱式燃焼装置において燃焼と蓄熱とを交互に切り換えて行う蓄熱式燃焼設備において、前記の燃料に低燃焼性燃料を用い、各蓄熱式燃焼装置における燃焼時の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を設けると共に、高燃焼性燃料を燃焼させる処理用バーナーを各蓄熱式燃焼装置に対して設け、燃焼側の蓄熱式燃焼装置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、燃料供給ノズルから燃焼側の蓄熱式燃焼装置に燃料を供給するのを停止すると共に、高燃焼性燃料を蓄熱側の蓄熱式燃焼装置における処理用バーナーに供給し、この処理用バーナーにより燃焼されなかった低燃焼性燃料を高燃焼性燃料と一緒に燃焼させ、その燃焼排ガスを蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の蓄熱部における蓄熱材に蓄熱させて排出させることを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項１に記載の蓄熱式燃焼設備において、前記の処理用バーナーを各蓄熱式燃焼装置における前記の給排気部に設け、蓄熱式燃焼装置の燃焼時における火炎の失火が火炎検知装置によって検知されて制御装置に出力されると、この制御装置により、燃料供給ノズルから燃焼側の蓄熱式燃焼装置への燃料を供給するのを停止すると共に、蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気部に設けた処理用バーナーに高燃焼性燃料を供給して、燃焼されず蓄熱側の蓄熱式燃焼装置の給排気部に導かれた低燃焼性燃料をこの高燃焼性燃料により燃焼させることを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項１又は請求項２に記載の蓄熱式燃焼設備において、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蓄熱式燃焼設備。
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の蓄熱式燃焼設備において、前記の高燃焼性燃料が水素であることを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項４に記載の蓄熱式燃焼設備において、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水素を前記の処理用バーナーに供給することを特徴とする蓄熱式燃焼設備。