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酸素燃焼技術

燃焼分野でのガスの応用
【はじめに】

普段我々が目にする燃焼という状態においては、酸素は必要不可欠な存在です。しかし、空気中にはむしろ窒素の方が多く含まれており、この窒素の存在が燃焼の効率を左右するといっても過言ではありません。
イワタニは、燃焼用空気の代わりに純酸素を用いることで、自由にデザインできる高効率低燃費の火炎を実現しました。
また、鋳鉄をはじめ、アルミ、銅、鉛の二次精錬等の非鉄分野、ロックウール製造、近年ではゴミ溶融、ガラス溶解分野へと様々な分野へと応用し実績を重ねつつあります。
   
【概要】

導入
酸素燃焼の有効性は、大きく分けて下記の2つにあります。
・炉の生産性スピードを高める。(生産性向上)
・燃料の消費量を減らす(燃料節減)
燃焼に空気を用いると、燃焼ガスの大部分(約70%)が窒素で、余分な空間を占め、また炉から熱を運び出してしまいます。これに対し、その空気の一部あるいは全部を酸素に置き換えると、次の2つの理由で生産量が増加します。1つは、窒素によって熱が奪われることなくなるため、加熱又は溶解されるべき材料に、有効に熱が消費されること。もう一つの理由は、炉を流れるガス全体の流速は限られていますが、窒素ガスの流速が減ることによって燃料の流速を高められることがあげられます。
酸素の吹き込み手段としては、下記の3方法が一般的に用いられます。

酸素燃焼の方法
  • 酸素富化
    燃焼用空気に数パーセント分の酸素を混ぜ、燃焼効率を上げる方法です。
  • 酸素バーナー
    燃焼用空気の代わりに純酸素ガスを用い、超高効率燃焼を実現します。
  • 酸素吹き込み
    従来の燃焼の補助手段として、バーナー下部或いは炉内に直接純酸素ガスを吹き込み
通常、2%の酸素富化(あるいはそれに相当する量の酸素による酸素バーナー又はアンダーショット酸素ランス)によって、15〜20%の生産量の増加及び約15%の燃料消費量の減少がなされます。ただし、用途や使い方によってこの値は異なってきます。また、燃料空気を全て酸素に置き換えた場合(すなわち、既存の空気燃焼システムを、100%酸素バーナーに切り替えた場合)、一層の生産量の向上と燃料節約が達成されます。
     
【応用分野】

高温を必要とする分野では、純酸素を用いた様々な応用技術が利用されています。さらに、高効率・省エネルギーといった生産性の向上だけでなく、NOxやSOxの排出量等も削減できるメリットがあり、今後も酸素利用の拡大が期待されています。
以下のように、酸素燃焼技術は様々な産業において応用利用されています。
  • 鋳鉄分野
    キュポラへの酸素燃焼
    純酸素バーナー型回転式鋳物溶解炉=レッドバレル=
    予熱用純酸素バーナー

  • 非鉄金属分野
    アルミ溶解炉における酸素燃焼技術

  • その他分野
    環境分野における酸素燃焼技術
    粉体球状化用純酸素バーナー
    ガラス溶解用酸素バーナー
【バーナーラインアップ 】

B型バーナー<セラミック予熱・フェライト系材料溶解>
オイル燃料専用のバーナーで無機質材料などの溶解に適した高速ジェットバーナーです。 B型バーナー<セラミック予熱・フェライト系材料溶解>

E型バーナー<フェライト系材料溶解>
バーナー先端のプレートを交換することで炉の形状に合わせたフレームの長さを自由にコントロールすることができる火炎長可変バーナーです。 E型バーナー<フェライト系材料溶解>

AB型バーナー<セラミックス予熱>
金属材料や耐火物の予熱に最適のバーナーです。非常にシンプルな構造なのでメンテナンス性に優れており、ランニングコストも大幅に抑えることができます。 AB型バーナー<セラミックス予熱>

多管式バーナー<粉体溶融>
鋳物砂や粉体をバーナー火炎中に供給し、不純物の除去や再生、球状化処理などを行うオリジナルタイプのバーナーです。 多管式バーナー<粉体溶融>

J型バーナー<無機質材料溶解>
オイル燃料専用のバーナーで無機質材料などの溶解に適した高速ジェットバーナーです。 J型バーナー<無機質材料溶解>

A型バーナー<非鉄金属材料溶解>
特にアルミニウム溶解に用いられるバーナーで、フレームの方向を自在に設定することができ、NOxの発生も大幅に軽減しました。 A型バーナー<非鉄金属材料溶解>
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