炉の低窒素化改修に関するパラドックスについて、ご議論を歓迎します

1800を1300に下げることで工程要件を満たせるかどうか。もし100度のお湯を沸かす場合、このような改良によって熱効率は確実に向上する。1800度と1300度で発生する熱量の価値に大きな違いがあるのであれば、本末転倒だ

1800と1300はあくまで例に過ぎず、正確な数値はわかりません。自分の論理的思考に問題がないか知りたいだけです。ご返答ありがとうございます！

この論理は炉を中心としたもので、信頼性に欠けます。人々がより重視するのは、1トンの製品がいくつのトンの標準石炭を消費するかという、最も根本的なエネルギー消費量です。もし改造によって工程が変わり生産効率が下がり、余計なエネルギーを消費してしまうのであれば、それは損にしかなりません

この投稿は最終的に、2019年2月13日14時33分に「時代の先駆者」によって編集されました。加熱炉における熱伝達とは、温度差があることによって生じる熱エネルギーの移動です。フーリエの熱伝導の法則の物理的意味とは、温度勾配がその駆動力であるということです。したがって、加熱炉のバーナーにおける低窒素燃焼のためには燃焼温度を下げなければならず、その結果加熱炉の炎の温度が低窒素燃焼前よりも低下し、「駆動力」が減少する。これは必然的に熱エネルギーの移動に影響を与え、加熱炉の熱効率を直接的に低下させる。 加熱炉の熱効率に影響を与える主な要因は、排煙温度、燃料の燃焼率、煙炎のエネルギー利用率、および燃焼温度です。業界の共通認識として、排煙温度を下げることが加熱炉に与える影響は最も大きく、排煙温度が17～20℃下がるごとに。加熱炉の熱効率が1パーセント向上；燃料の燃焼率が高いほど、加熱炉の熱効率は高くなる；煙炎エネルギーの利用率は忘れ去られた要素だ；低窒素燃焼を行わない場合、燃焼温度も見過ごされがちな要素です。加熱炉の熱効率に与える影響の順位は、排煙温度、煙炎エネルギー利用率、燃焼温度、燃料燃焼率の順かもしれない。 “「燃料分級と空気分級の2つの方法によって低窒素燃焼を実現する」というのは、「燃料燃焼率」という範疇におけるものに過ぎず、さらに国内外での燃料燃焼率に関する研究は今なお続けられている。また、さまざまなバーナーにおける燃料燃焼率の優劣について、権威ある検証結果も存在しない。あるタイプの低窒素バーナーは燃料の燃焼率が比較的高く、加熱炉の熱効率に対する正の影響が不十分であり、燃焼温度の低下がもたらす負の影響を補うことができない。なぜなら、これら2つの要因の影響度合いが異なるからである。特に注意すべき点は、低窒素燃焼の条件には低酸素燃焼も含まれ、過剰空気係数を制御しなければならないことである。制御に偏差が生じると、不完全燃焼が悪化し、燃料の燃焼率が低下し、一酸化炭素の数値が基準を超えます。 通常の低窒素バーナーは加熱炉の熱効率を低下させ、加熱炉の運用の柔軟性が失われたり、炎が不安定になったり、一酸化炭素濃度が基準値を超えたりする現象が生じます；高効率かつ低窒素のバーナーのみが、加熱炉の熱効率を向上させ、運転の柔軟性を高め、炎が乱れることなく、一酸化炭素濃度も基準値を超えないようにすることができます。

燃料と空気の分級によって既に低酸素燃焼が実現されており、空気は分級されているものの、全体的な空気量は一定である（例えば天然ガスを燃焼させる際の空気過剰係数は1.15で、低窒素バーナーを使用しても全空気量は同じである）。高効率低窒素バーナーがなぜ炉の熱効率を向上させられるのか、その理由がよく分からないのですが、どこにあるのでしょうか？

低窒素燃焼改修の恩恵を受けるのは海外から輸入されたバーナーであり、これは我々の政策決定者が欧米に買収されていることを意味している！

1. 燃焼生成物におけるNOxとCOxの曲線は逆相関にある。窒素削減と省エネも、燃焼の観点から見れば逆の関係にある。アメリカ南カリフォルニアでの9PPM@3%O2の場合は18mg/Nm3、またサンフランシスコ湾では5PPMで10mg程度の濃度を実現するためには、必然的にエネルギー消費が増加する。なぜなら、どのような窒素削減技術や排ガス処理方法を用いても、窒素を削減するためには事業主のコストが上昇するからだ。窒素削減は人類の環境保護のために行われるものである。2. 火管式、水管式、その他のタイプのボイラーであっても、複雑なものを単純化すればそれは熱交換器となる。もし1単位の温水や蒸気を生成するのに必要な天然ガスの量が変わらなければ、熱効率が低下することはないが、これはほぼあり得ない。燃焼による窒素酸化物について言えば、サーマルNOxである熱力型窒素酸化物が80％以上を占めているため、ほとんどの技術は燃焼速度を制御し、局所的な高温炎の温度を下げることに焦点を当てている。同じ熱交換器において、炎の温度が下がると熱放射効率は低下する。もちろん熱対流も存在し、比較的低温の煙ガスが熱交換器内に長く留まる場合、熱放射の低下分は熱対流によってある程度補うことができる。しかし、熱交換器は相変わらず同じ熱交換器であり、せいぜい煙突に自動調節式の遮板を取り付けて制御する程度で、その効果はごくわずかです。だから、熱交換器内部の設計や熱源の配置、全体の熱バランス計算は、CFDを使ってもあまり意味がない。 システムという概念を超えて、単位体積または単位質量のお湯や蒸気を加熱する場合、どのメーカーのバーナーを使っても消費される天然ガス量は変わらないため、ボイラーの熱効率も変わらないのである。 煙ガス中の酸素含有量が以前よりも高く、この機械の過剰空気係数が大きいとしか言えず、それでは間違いなく省エネにはならない。なぜなら、燃焼を助ける空気中のN2が無駄に加熱され、必然的に熱を持ち去って煙ガスと共に排出されるからだ。 ずっと窒素削減の話ですが、排ガス中のCOxについては気にされたことがありますか？窒素を下げなければ、バーナーの燃焼率が主に影響し、排ガス中のCOx濃度は5PPM程度まで下がるかもしれません。それに対して低窒素タイプでは30～50mgが多いですね。超低窒素の場合は、COxの制御がさらに難しくなるでしょう。 さらに、ガス分級と空気分級については、主に濃淡燃焼を行い、まず低酸素状態で燃焼させた後に酸素を供給することで、低窒素設計時にガスが噴出した直後に激しく燃焼して高温の炎が発生する状況を防ぎます。しかし、炎の遠方にある空気の分級部分は制御が難しく、これについては燃焼補助用空気の圧力を参考にしてください。それはどの型式のバーナーの燃料圧力よりもずっと低いはずです。この時は完全燃焼を確実にしなければならず、一部のメーカーでは過剰空気係数を少し大きくしているが、いずれにせよ換算した結果、現行のNOx規制を満たせば問題ない。 完全予混合の30mgの煙ガスの酸素含有量は6～8％くらいでしょう。FGRを加えた後に抽出される煙ガスの水やその他の不活性ガスの生成物が無駄に加熱されてしまったのでしょうか？FGRは熱対流効率を高めるが、その程度はわずかである。 次に、国内ではFGR 30mgを使用しないHybermixを用いて、炎に水や蒸気を噴射して炎の温度を速やかに下げる方向に進む可能性がありますが、これらの媒体も無駄に加熱されることでエネルギー消費が増えるでしょう。 以前、海外のボイラーメーカーに低窒素化改修後の熱効率の問題について尋ねたことがある。すると彼らは、もし熱効率を重視するのであれば、排ガスシステムに高性能な省エネ装置を設置する意味は何かと逆に尋ねてきた煙の量は多い時も少ない時もあり、温度も高い時も低い時もある。要するに、循環している加熱媒体を高温または低温にするだけなのだから、複雑な燃焼過程や熱交換過程にこだわる必要はない。結局のところ、これは改良に過ぎないのだ。

とてもプロフェッショナルな回答ですね、すごい！

とても専門的に答えてくれて、勉強になりました。現実として、バーナーの改造コスト＋燃焼ガスのエネルギーコストの増加分が、脱硝システムの運用コストを上回った場合、それはバーナーを改造する必要がないということになるのでしょうか？

運用コストの比較を10年間という基準で行う場合、バーナー＋ガスコストが後段の脱硝運用コストを上回ることはあり得ず、アンモニア水や尿素のコストやそれによる腐食も考慮する必要がある。尿素の方が安全性は高いがコストも高く、アンモニア水は安価だがアンモニアの漏れ抑制が容易で、米国仕様の2～5PPMレベルを達成するための一括購入コストも決して安くない。国内のリバースエンジニアリング技術により、Low NOxやUltra Low NOxバーナーの価格は下がる見込みだ。

改造後に元の工程設計条件を満たせなければ、本末転倒です。低窒素バーナーにはいろいろなタイプがあるでしょう。排ガス再燃焼型のものもあるのではないですか？