Oxygen enrichment combustion of digestion gases: micro flames due to exhaust heat recirculation and safety control based on international safety standards

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05821
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 門脇 敏 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 教授 (20185888)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 勝身 俊之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (60601416)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 熱工学 / マイクロ火炎 / 消化ガス / 酸素富化 / 国際安全規格

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，未利用バイオマスの有効利用とエネルギーの高効率利用を目的として，バイオメタンガスなどの消化ガス（またはバイオガス）を燃料とする酸素富化燃焼（または酸素燃焼）を取り扱っている．消化ガスを酸素富化燃焼させるために，マイクロ対向流バーナーを用いている．燃焼装置の設計・製作および実験の遂行は，安全確認型の考えをベースとする国際安全規格に基づいて行っている．本実験では，消化ガス・酸素マイクロ対向流拡散火炎の厚みやその径に及ぼすバーナー内径やバーナー間距離，並びにガス流量の影響を調べている．そして，火炎厚みに与える火炎伸長の効果を精査している．
本年度は，燃料としてメタンおよび消化ガスを採用し，縦型の対向流バーナーを用いている．そして，対向流拡散火炎の基本特性を実験的に調べ，可燃領域や火炎スケール（火炎厚みと火炎径）に及ぼす種々のパラメーターを調べている．実験で得られた主な知見は次の通りである．
・ガス流量と消化ガス中のメタン混合比率は可燃領域に影響を与えており，それらの減少と共に可燃領域は単調に狭くなる．また，ガス流量とメタン混合比率が小さくなると共に，火炎スケールは小さくなる．加えて，火炎厚みと火炎径は，バーナー間隔が小さくなると共に減少する．
・火炎伸長率は火炎厚みに大きな影響を及ぼしており，それが増大すると共に火炎は薄くなる．さらに，火炎厚みをバーナー内径と酸素の流速で標準化した値は，火炎伸長率の平方根に反比例する．得られた知見は，英文学術雑誌で公表している．
・燃料が上方から（酸素が下方から）供給されるとき，メタン混合比率が十分大きい場合，火炎が形成される最小のバーナー間隔は，燃料が下方から供給されるときと比較すると狭くなる．また，火炎スケールは大きくなる．これは，バーナー壁面の温度の違いによるものである．本実験で得られた知見は，国際会議で発表する予定である．

Research Products

• [Journal Article] Oxygen combustion of CH4-CO2 mixture in a small-scale counterflow (2018)
  • Author(s): Kadowaki, S., Kohatsu, K., Uehara, K., Katsumi, T., Thwe Thwe Aung, and Suzuki, M.
  • Journal Title: Journal of Thermal Science and Technology Volume: 13 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1299/jtst.2018jtst0021
  • Peer Reviewed / Open Access