許可の更新により窯や炉の NOx 制限が 100 ～ 150 mg/Nm3 に引き下げられたばかりで、使用中のバーナーが 10 年以上前に指定されたものである場合、最も費用対効果の高い修正は通常、下流に取り付けられた大規模なガス処理システムではなく、バーナー自体から始まります。
簡単に言えば、低 NOx バーナーは、窒素酸化物を後で除去するのではなく、炎内で窒素酸化物が生成するのを防ぎます。燃料と空気の混合方法を制御することで、ピーク火炎温度と局所的な酸素過剰を NOx が発生する条件以下に抑えます。通常、ガス燃焼装置では排出量が 30 ～ 60% 削減され、下流のすべての除害段階が縮小されます。この記事の残りの部分では、設計がどのように機能するか、さまざまな燃料からどのような削減が期待されるか、購入契約に署名する前に確認すべきことについて説明します。
産業排ガス中の NOx は 3 つの経路を通じて形成され、適切なバーナー設計はそれぞれを異なる方法でターゲットにします。
したがって、設計タスクには 2 つの部分があります。ピーク火炎温度とガスがそこで過ごす時間を下げること、そしてすでに形成されたものを分解するのに十分な時間、窒素含有燃料を酸素が豊富な高温ゾーンから遠ざけることです。
| 編成ルート | 何がそれを動かすのか | 最も重要な場所 | バーナー設計の対応 |
|---|---|---|---|
| サーマルNOx | 局所的な酸素過剰による約 1,300 °C を超える火炎温度 | 天然ガスおよび軽油の燃焼。高温炉 | エアステージング、排ガス再循環、過剰空気の削減 |
| 燃料NOx | 石炭、石油コークス、重油、廃棄物に含まれる窒素結合 | 固体燃料キルン、混焼、多燃料焼成 | 燃料ステージング、一次ゾーンの削減、段階的バーンアウトエア |
| 即時NOx | 燃料豊富な炭化水素の火炎面化学 | ほとんどの工業用火災では軽度 | 改良されたプライマリゾーンミキシング制御 |
ほとんどの市販の低 NOx バーナーは、3 つの技術を異なる割合で組み合わせています。どれもエキゾチックではありません。エンジニアリングは、火炎の安定性、熱伝達、炉が実際に提供する形状とのバランスを取ることにあります。
すべての燃焼用空気を一度に燃料と混合するのではなく、バーナーは制御された空気不足を一次ゾーンに供給し、残りを下流に追加します。一次火炎は燃料を豊富に含んだ状態で作動し、ピーク温度を抑え、サーマル NOx の酸素を枯渇させます。バーンアウトゾーンでは、より低く平らなプロファイルに沿って燃焼が完了します。目に見える結果は、わずかに長くて柔らかい炎です。そのため、火炎の形状は炉に一致する必要があります。
燃料段階設計では、燃料の一部が主火炎の下流に噴射され、最終燃焼ゾーンの前にすでに形成されている NOx を分解する還元ゾーンが形成されます。多くのキルンバーナーは、高温の排ガスを炎の根元（内部再循環）に取り込み、外部ダクトを使用せずに酸素を希釈し、ピーク温度をさらにトリミングします。
過剰な酸素はサーマルNOxの原料となります。従来の設定では、多くの場合、炉内で 5% 以上の O2 が使用されます。調整された低 NOx システムは、CO を制限内に保ちながら 1 ～ 3% の帯域をターゲットにします。このマージンは実際のお金と実際の NOx ですが、空燃比制御ループと測定が維持されている場合にのみ維持されます。
工業炉用低NOxバーナー このバーナーは、排ガス再循環による段階的燃焼を使用して、上記で説明した 1 ～ 3% の過剰酸素帯域をターゲットにし、CO を制限内に維持しながら NOx を削減し、高い燃焼効率を維持します。 製品を見る→ マルチチャンネル ロータリー キルン バーナーでは、これらの機能が別々のチャンネル (コア燃料、軸方向空気、旋回空気、輸送空気) にマッピングされるため、オペレーターは固定された形状を受け入れるのではなく、使用中の火炎の形状を変更します。 GENERALFLAME は、特許取得済みの ALVS 調整バーナーにより調整機能が向上し、高温でのノズル調整精度の損失が軽減されると述べています。この詳細は、キルンが数か月にわたって停止するまで稼働すると重要になります。
現実的な期待により、痛みを伴う予期せぬ調達が回避されます。大きさのオーダーのスタック数値 (必ず最初に O2 参照基準を確認してください):
空気の予熱、炉の圧力、負荷の変動、および燃料の窒素含有量はすべて、これらの数値を変動させます。だからこそ、信頼できるサプライヤーは、研究室のパンフレットから再現したものではなく、煙突で測定した、定義された燃料分析、負荷範囲、燃焼空気温度、および O2 基準に対する NOx を保証します。窯特有のチャンネル設計と調整の練習のために、 低NOxロータリーキルンバーナー技術ガイド さらに深くなっていきます。
低 NOx バーナーは、第一にプロセス装置であり、第二に排出装置です。同じ公称熱量でも、セメント窯、スポジュメン焼成炉、有害廃棄物焼却炉では大きく異なる挙動を示すため、燃料投入だけではなく、材料とプロセスのデータから開始するメーカーと協力することは有益です。たとえば、Jiangsu Jufeng Thermal Technology (GENERALFLAME) は、レピドライト、スポジュメン、フェロニッケル、酸化亜鉛、ペレット用途向けのプロセス固有のキルン バーナーを開発しており、製造品質だけでなくプロセスの理解も反映する外部の精査によって、Imerys Group の世界的なサプライヤーに選ばれたと報告しています。
GeneralFlame ALVS ロータリー キルン バーナー この特許取得済みのマルチチャンネル バーナーには、Laval 調整可能なノズルと可変ピッチの渦発生器が備えられており、オペレーターは使用中に火炎の形状を再形成し、リチウム材料からセメントまでプロセス固有の用途に適合させることができます。 製品を見る→ 天然ガスを燃料とするプラントは、エネルギー価格の変動に伴い、石炭、重油、または代替燃料を燃焼させる圧力に直面することがよくあります。共燃焼用に設計されたバーナーを使用すると、すべての燃料に対して 1 つの形状を犠牲にするのではなく、燃料ごとに火炎設定を再最適化できます。これは、バイオマス代替および廃棄物価値プロジェクトでますます一般的な要件です。
多燃料混焼キルンバーナー このバーナーは、軽油、ガスと石炭、ガスとバイオマス、ディーゼルと石炭の組み合わせで利用可能で、エネルギー価格の変化に応じてプラントが燃料ごとに火炎設定を再最適化できるようになり、バイオマス代替プロジェクトの重要なオプションとなります。 製品を見る→ サプライヤー候補とこのリストを確認してください。各項目は、改修で繰り返し見られる故障モードにマップされます。
最も一般的な購入ミスは、その逆の方向に進みます。工場で窒素含有燃料を燃焼させるときにクリーンガスの実験室 NOx データを選択したり、設計範囲に達しないようにバーナーのサイズを大きくしすぎたり、スケジュールが厳しいために現場での調整をスキップしたりします。これらのそれぞれがサウンドデザインを残念なインスタレーションに変えてしまいます。
100 ～ 150 mg/Nm3 マーク付近またはそれ以下では、燃焼制御だけでは固形燃料キルンのギャップを埋めることはほとんどできません。選択的無触媒還元では、約 850 ～ 1,050 °C の温度範囲内の排ガスに尿素またはアンモニアが注入され、触媒を使用せずに試薬が NOx を窒素と水に還元します。除去効率は通常 30% ～ 70% であり、温度ウィンドウと滞留時間がどれだけ安定して維持されるかに大きく依存します。
ここで、バーナーと軽減システムは別々に購入する必要がなくなります。安定した適切な段階の炎により、SNCR ランスが期待する温度ウィンドウが維持されます。炎がさまようと、試薬の消費量が増加し、効率が低下します。 GENERALFLAME は、キルン燃焼管理システムと SNCR システムを統合納品として提供しています。 ロータリーキルン用SNCRデノックスプロジェクト 2 つのテクノロジーがライブ インストールでどのようにペアリングされるかを示します。さらに厳しい制限の場合、SCR は依然として最終の下流ステップであり、明らかに高い資本コストがかかります。
低 NOx バーナーは付属品ではなく、プロセスの一部として扱ってください。現在のスタック NOx、許可制限、燃料窒素含有量の 3 つの数値から開始すると、バーナーの設計、調整、および下流の SNCR の適切な組み合わせが通常はすぐに明らかになります。窯特有のプロジェクト経験を持つサプライヤーは、最初の試運転訪問の前に炎を事前に成形することができ、これが今まで購入した中で最も安価な NOx 削減効果です。
