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JP4264005B2 - NOx low emission burner with high fuel gas recirculation rate - Google Patents

NOx low emission burner with high fuel gas recirculation rate Download PDF

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JP4264005B2
JP4264005B2 JP2003578825A JP2003578825A JP4264005B2 JP 4264005 B2 JP4264005 B2 JP 4264005B2 JP 2003578825 A JP2003578825 A JP 2003578825A JP 2003578825 A JP2003578825 A JP 2003578825A JP 4264005 B2 JP4264005 B2 JP 4264005B2
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Description

本発明は炭化水素の水蒸気分解に使用される高温炉に用いられるようなバーナーの改良に関する。本発明は、特に、より高い燃焼排ガス再循環(FGR)速度を用いる窒素酸化物(NOx)低放出のFGRバーナーに関する。   The present invention relates to improvements in burners such as those used in high temperature furnaces used for steam cracking of hydrocarbons. The present invention is particularly directed to nitrogen oxide (NOx) low emission FGR burners that use higher flue gas recirculation (FGR) rates.

大型炉やボイラーで使用されるバーナーから放出される汚染物質を削減させようという近年の関心の結果,バーナーの構造はかなり変化した。過去において、バーナー構造の改良は主として熱分配を改善する目的とされた。ますます厳しい環境規則は、バーナー構造の焦点を規制される汚染物質を最小にすることにシフトさせた。     As a result of recent interest in reducing pollutants emitted from burners used in large furnaces and boilers, the structure of the burners has changed considerably. In the past, improvements to burner structures have been primarily aimed at improving heat distribution. Increasingly strict environmental regulations shifted the focus of the burner structure to minimize regulated contaminants.

窒素酸化物(NOx)は空気中において高温で形成される。しかし、これらの化合物は酸化窒素と二酸化窒素を含むが、これらだけに限られるものではない。NOxの放出の削減は大気汚染を減少させ、政府規則を満たす必要な目標である。近年、NOxを放出するさまざまな可動及び固定放出源が調査の結果増えてきて規制されるようになってきた。   Nitrogen oxides (NOx) are formed at high temperatures in air. However, these compounds include, but are not limited to, nitric oxide and nitrogen dioxide. Reducing NOx emissions is a necessary goal to reduce air pollution and meet government regulations. In recent years, various mobile and stationary sources that emit NOx have been increasingly regulated as a result of research.

NOxの低放出レベルを達成するための1つの戦略は炉の排気流を処理するためにNOx還元触媒を付設することである。選択的接触還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)として知られているこの戦略は、より厳しい規則を満たすことにおいて有効であり、バーナー構造の代替的改良の要求をそれほど引き起こすものではないが、非常にコストが高い。   One strategy to achieve a low NOx emission level is to install a NOx reduction catalyst to treat the furnace exhaust stream. This strategy, known as Selective Catalytic Reduction (SCR), is effective in meeting stricter rules and does not cause much demand for alternative improvements to the burner structure, but is very costly Is expensive.

大型工業炉で使用されるバーナーは液体燃料かガス燃料のどちらかを使用することができる。液体燃料バーナーは、より完全な燃焼を可能にするために、燃焼の前に蒸気に燃料を混ぜ、かつ、燃焼ゾーンにおいて燃料に燃焼のための空気を混ぜる。   Burners used in large industrial furnaces can use either liquid fuel or gas fuel. A liquid fuel burner mixes fuel with steam before combustion and mixes fuel with air for combustion in the combustion zone to allow for more complete combustion.

ガス燃焼式バーナーは、空気と燃料を合成するのに使用される方法によって、プリミックスバーナーか生ガスバーナーのいずれかに分類される。これらの2つのバーナーはまた、構成と、使用されるバーナーチップのタイプにおいて異なる。   Gas fired burners are classified as either premix burners or raw gas burners, depending on the method used to synthesize the air and fuel. These two burners also differ in configuration and type of burner tip used.

生ガスバーナーは燃料を直接空気流に注ぐので、燃料と空気の混入は燃焼と同時に起こる。気流は燃料流に対してさほど変化しないので、自然通風バーナーのエアレジスタの設定は、発火速度が変化した後に、変えられなければならない。したがって、頻繁な調整が必要であるかもしれない。さらに、多くの生のガスバーナーは輝炎を発生させる。   Since raw gas burners pour fuel directly into the air stream, fuel and air contamination occurs simultaneously with combustion. Since the airflow does not change much with respect to the fuel flow, the setting of the air register of the natural draft burner must be changed after the firing rate has changed. Therefore, frequent adjustments may be necessary. In addition, many raw gas burners generate a luminous flame.

プレミックスバーナーは、燃焼の前に、燃料の一部又は全てを燃焼用空気の一部又は全てに混ぜる。予混合が燃料流に存在するエネルギを使用することによって実行されるので、気流は燃料流に十分に比例する。その結果、したがって、調整がより少なくてすむ。燃料と空気を予混合することはまた、必要な火炎特性を達成することを容易にする。これらの特性のために、プレミックスバーナーは様々な水蒸気分解炉の構成にしばしば適合する。   A premix burner mixes some or all of the fuel with some or all of the combustion air prior to combustion. The airflow is sufficiently proportional to the fuel flow because premixing is performed by using the energy present in the fuel flow. As a result, less adjustment is therefore required. Premixing fuel and air also facilitates achieving the required flame characteristics. Because of these properties, premix burners are often compatible with various steam cracking furnace configurations.

床燃焼式プレミックスバーナーは多くの蒸気クラッカーと蒸気改質装置で使用される。その主な理由は、このバーナーが炉の背の高い放射部において比較的一定の熱分布プロフィールを作る能力を備えるためである。炎が非発光であるので、金属管の温度管理を容易にしている。したがって、プレミックスバーナーはそのような炉のための選択されるバーナーである。プレミックスバーナーはまた、特別な熱分布プロフィールか他のタイプの炉において必要とされる火炎形状のために設計されうる。   Floor burning premix burners are used in many steam crackers and steam reformers. The main reason is that this burner has the ability to create a relatively constant heat distribution profile in the tall radiant section of the furnace. Since the flame is non-luminous, temperature management of the metal tube is facilitated. The premix burner is therefore the chosen burner for such a furnace. Premix burners can also be designed for special heat distribution profiles or flame shapes required in other types of furnaces.

ガス燃焼式工業炉では、NOxは、燃焼用空気流と共にバーナーに引き込まれた窒素の酸化によって形成される。NOxの形成は、高温と豊富な酸素の両方が存在する炎領域において主として起こると広く信じられている。エチレン炉が炭化水素処理工業で使用される最も高い温度炉のものであるので、これらの炉内のバーナーは高レベルのNOxを放出するという自然傾向にある。   In gas-fired industrial furnaces, NOx is formed by the oxidation of nitrogen drawn into the burner along with the combustion air stream. It is widely believed that NOx formation occurs primarily in the flame region where both high temperature and abundant oxygen are present. Since ethylene furnaces are among the highest temperature furnaces used in the hydrocarbon processing industry, the burners within these furnaces tend to naturally release high levels of NOx.

産業上広く受け入れられるようになったNOxを低減する1つのテクニックはステージング(段階燃焼)として知られている。ステージングでは、一次火炎帯は空気が不十分(多富燃料)であるか燃料が不十分(希薄燃料)のどちらかである。バランスをとるための空気か燃料が二次火炎帯又は燃焼室のほかの場所でバーナーに注がれる。周知のとおり、多燃料状態又は希薄燃料状態の燃焼帯は、より化学量論に近い空燃比よりもNOxを形成しない。ステージングは一次火炎帯におけるピーク温度を低減し、NOxを削減させるように燃焼速度を変えることが判明した。NOxの形成がガス温度に関して指数関数的に増えるので、たとえそれが小さくてもピーク火炎温度を低下させることにより、NOxの放出を劇的に抑えることができる。しかしながら、このことは、火炎温度の低下に従って放射伝熱が減るという事実とバランスをとらなければならず、一方、一酸化炭素(CO)の放出、すなわち、不完全燃焼の示唆はもちろん実際に増加する。   One technique for reducing NOx that has become widely accepted in the industry is known as staging. In staging, the primary flame zone is either air deficient (rich fuel) or fuel deficient (lean fuel). Balancing air or fuel is poured into the burner in the secondary flame zone or elsewhere in the combustion chamber. As is well known, a combustion zone in a multi-fuel state or a lean fuel state does not form NOx more than an air-fuel ratio that is closer to stoichiometry. Staging has been found to reduce the peak temperature in the primary flame zone and change the burning rate to reduce NOx. Since NOx formation increases exponentially with gas temperature, NOx emissions can be drastically suppressed by lowering the peak flame temperature even if it is small. However, this must be balanced with the fact that the radiant heat transfer decreases as the flame temperature decreases, while the carbon monoxide (CO) emissions, i.e., the indication of incomplete combustion, is of course actually increased. To do.

プレミックスバーナーに関しては、用語「一次空気」は燃料と予混合された空気のことを意味し、「二次空気」、あるケースにおいては「三次空気」は適切な燃焼に必要であるバランスのための空気のことを意味する。生ガスバーナーにおいては、一次空気は、燃料により近い位置で協働する空気であり、二次及び三次空気は燃料により離れた位置で協働する空気である。燃焼性の上限は火炎が伝播されうる最大の燃料濃度を含む混合物(多燃料)のことを意味する。   With regard to premix burners, the term “primary air” means air premixed with fuel, and “secondary air”, in some cases “tertiary air” is for balance that is necessary for proper combustion. Means air. In the raw gas burner, the primary air is air that cooperates at a position closer to the fuel, and the secondary and tertiary air are air that cooperate at a position away from the fuel. The upper limit of flammability means a mixture (multi-fuel) containing the maximum fuel concentration at which a flame can propagate.

したがって、1セットのテクニックは、火炎温度を下げる段階式空気か段階式燃料バーナーを使用することによって、化学量論条件(多燃料又は多空気のいずれか一方)からほど遠いものにおいて、かつ、火炎が炉の中で加熱される流体にいくらかの熱を放射した後にだけ残りの空気か燃料を加えて初期燃焼を実行することにより、より低い火炎温度を実現する。   Therefore, one set of techniques is to use a staged air or staged fuel burner that lowers the flame temperature, at a distance from stoichiometric conditions (either multi-fuel or multi-air), and the flame is Lower flame temperatures are achieved by performing initial combustion with the remaining air or fuel added only after radiating some heat to the fluid being heated in the furnace.

より低い火炎温度を達成するための別のテクニックは、不活性材料で混合気を薄めることを含む。燃焼排ガス(燃焼反応の生成物)か蒸気が一般的に使用される希釈剤である。そのようなバーナーはそれぞれ、FGR(燃焼排ガス再循環)バーナー及び蒸気注入バーナーとして分類される。   Another technique for achieving lower flame temperatures involves diluting the mixture with an inert material. Combustion exhaust gas (product of combustion reaction) or steam is a commonly used diluent. Such burners are respectively classified as FGR (combustion exhaust gas recirculation) burners and steam injection burners.

米国特許No.5,092,761は、燃焼排ガスを再循環させることによって、プレミックスバーナーからのNOxの放出を低減する方法と装置を開示する。燃焼排ガスは、炉からパイプまでバーナー管のベンチュリ管部分を通り抜ける燃料ガスと燃焼用空気の吸引効果によって、パイプを介して、引っ張られる。燃焼排ガスは、燃焼の前に、一次空気室内の燃焼用空気に混ざり、一次空気室内の燃焼用空気の酸素(O)濃度を希釈して火炎温度を下げ、その結果、NOxの放出を抑える。 U.S. Pat. US Pat. No. 5,092,761 discloses a method and apparatus for reducing NOx emissions from a premix burner by recirculating flue gas. The combustion exhaust gas is pulled through the pipe by the suction effect of the fuel gas and the combustion air passing through the venturi pipe portion of the burner pipe from the furnace to the pipe. The combustion exhaust gas is mixed with the combustion air in the primary air chamber before combustion, and the oxygen (O 2 ) concentration of the combustion air in the primary air chamber is diluted to lower the flame temperature, thereby suppressing the release of NOx. .

米国特許No.5,092,761に開示されるタイプのバーナーを分析すると、煙道ガス再循環(FGR)比はほぼ5−10%の範囲にあることがわかる。   U.S. Pat. Analysis of the type of burner disclosed in US 5,092,761 reveals that the flue gas recirculation (FGR) ratio is in the range of approximately 5-10%.

FGR比は以下のように定められる。 The FGR ratio is determined as follows.

FGR比(%)=100[G/(F+A)]
ここで、Gはベンチュリ管の中に引っ張られた燃焼排ガス(lb)、Fはバーナー内で燃焼した燃料(lb)、Aはバーナー内に引っ張られた空気(lb)である。
FGR ratio (%) = 100 [G / (F + A)]
Here, G is the combustion exhaust gas (lb) pulled into the venturi, F is the fuel (lb) burned in the burner, and A is the air (lb) pulled in the burner.

このタイプの既存のバーナーのより高いFGR比を発生させる能力は、燃料オリフィス/ガススパッド/ベンチュリ管の組み合わせの吸引能力によって制限される。一次空気ダンパをさらに閉じることで一次空気室より低い圧力を発生させてFGR比を大きくすることを可能にすることができる。しかしながら、FGR比が大きくされると、火炎がFGRダクトへより巻込まれやすくなり燃焼温度を上げ、これがNOxを高めて金属部へ損傷をもたらすかもしれない。   The ability of this type of existing burner to generate higher FGR ratios is limited by the suction capability of the fuel orifice / gas spud / venturi combination. By further closing the primary air damper, it is possible to generate a lower pressure than the primary air chamber and increase the FGR ratio. However, when the FGR ratio is increased, the flame is more likely to be caught in the FGR duct, raising the combustion temperature, which may increase NOx and cause damage to the metal part.

商業的経験とモデルは、燃焼排ガス再循環レートが高くされたときに火炎がFGRダクト内に引っ張られる傾向があることを示した。しばしば、燃焼排ガス再循環量を抑制するのはこの現象である。火炎(フレーム)が燃焼排ガス再循環ダクトに直接入ると、バーナーベンチュリ管の温度は上昇する傾向があり、これがフレーム速度を上げ、再循環された燃焼排ガスによるNOxの低減効果を下げる。運転の視点から見ると、金属FGRダクトの寿命を保持するためにFGRダクト内に火炎を入れないようにするために燃焼排ガス再循環速度をより低くする必要がある。   Commercial experience and models have shown that the flame tends to be pulled into the FGR duct when the flue gas recirculation rate is increased. It is this phenomenon that often reduces the amount of flue gas recirculation. As the flame (flame) enters the flue gas recirculation duct directly, the temperature of the burner venturi tends to rise, which increases the flame speed and reduces the NOx reduction effect of the recirculated flue gas. From an operational point of view, the flue gas recirculation rate needs to be lower in order to keep flames out of the FGR duct in order to maintain the life of the metal FGR duct.

したがって、必要とされるものは燃料燃焼のためのバーナーであって、FGRダクト内に火炎が巻込まれるという問題を生じることなくFGR量を増やすことができ、NOxの放出をさらに削減することのできる燃料燃焼のためのバーナーである。   Therefore, what is needed is a burner for fuel combustion, and the amount of FGR can be increased without causing a problem that a flame is caught in the FGR duct, and the emission of NOx can be further reduced. It is a burner for fuel combustion.

本発明は蒸気分解などにおける炉に使用されるバーナーに関連する。バーナーは炉の第1火炎開口内に位置する。バーナーは一次空気室と、バーナー管であって、下流端、一次空気室と流体連通する上流端、およびバーナー管の下流端に設けられたバーナー先端であって、燃料の燃焼がバーナー先端の下流で生じるように炉の第1火炎開口に向けられたバーナーの先端を含むバーナー管と、炉の第2開口に位置する第1端部及び一次空気室へ開く第2端部を有する少なくとも1つの燃焼排ガス再循環ダクトと、第1火炎開口と、燃焼排ガス再循環ダクトの第1端部の間において炉内に延伸して第1火炎開口と第1端部の間の流路を実質的に長くして実質的に流れに対するバリアーを提供する壁とを含んでいる。   The present invention relates to burners used in furnaces such as in steam cracking. The burner is located in the first flame opening of the furnace. The burner is a primary air chamber and a burner pipe, a burner tip provided at a downstream end, an upstream end in fluid communication with the primary air chamber, and a downstream end of the burner pipe, and combustion of fuel is downstream of the burner tip. At least one having a burner tube including a burner tip directed to the first flame opening of the furnace as occurs at a first end located at the second opening of the furnace and a second end opening to the primary air chamber. The flue gas recirculation duct, the first flame opening, and the first end of the flue gas recirculation duct extend into the furnace to substantially pass the flow path between the first flame opening and the first end. A wall that is long and substantially provides a barrier to flow.

上で説明される壁の使用に加えて、本発明はFGRダクトの入口を火炎からさらに遠ざけるように有効に移動させて火炎の巻込みを避け、あるいは、少なくとも最小にする。したがって、燃焼排ガス再循環量を増加させて、全体的な火炎温度を低下させNOxの生産を抑えることができる。   In addition to the use of the walls described above, the present invention effectively moves the FGR duct inlet further away from the flame to avoid or at least minimize the entrainment of the flame. Therefore, the amount of combustion exhaust gas recirculation can be increased, the overall flame temperature can be lowered, and NOx production can be suppressed.

添付の図面(これらは発明の種々の実施の形態を非限定的な実施例として示す)を参照して、発明を以下にさらに説明する。   The invention is further described below with reference to the accompanying drawings, which illustrate various embodiments of the invention as non-limiting examples.

本発明を炉又は工業炉に使用するバーナーについて説明するが、本発明の教示は、例えば、ボイラーといった他の処理のための要素に適用できることは、当業者にとって明白である。したがって、ここにおいて、用語「炉」は炉、ボイラー及びその他の使用可能な処理のための要素を意味することを理解すべきである。   Although the present invention will be described with reference to a burner for use in a furnace or industrial furnace, it will be apparent to those skilled in the art that the teachings of the present invention can be applied to other processing elements such as, for example, boilers. Accordingly, it should be understood herein that the term “furnace” means a furnace, boiler, and other usable processing elements.

図1乃至3に言及すると、バーナー10は、炉床14に設けたウェル内に位置する自立型のバーナー管12を含む。バーナー管12は上流端16と、下流端18と、ベンチュリ管部分19を含む。バーナー先端20は下流端18に設けられており、環状のタイル22によって囲まれている。燃料オリフィス11(これはガススパッド24内に位置することができる)はガス燃料ライザー65の上端に位置し、かつ、上流端16に位置して燃料をバーナー管12に導入する。新鮮な空気、又は周囲の空気が調整ダンパ28を介して開口80を通して一次空気室の中に導入されてバーナー管12の上流端16において燃料と混合され、ベンチュリ管部分19を通って上方へ通過する。燃料と新鮮空気の燃焼はバーナー先端20の下流において生じる。   Referring to FIGS. 1-3, the burner 10 includes a self-supporting burner tube 12 located in a well provided in the hearth 14. The burner tube 12 includes an upstream end 16, a downstream end 18, and a venturi tube portion 19. The burner tip 20 is provided at the downstream end 18 and is surrounded by an annular tile 22. The fuel orifice 11 (which can be located in the gas spud 24) is located at the upper end of the gas fuel riser 65 and is located at the upstream end 16 to introduce fuel into the burner tube 12. Fresh air or ambient air is introduced into the primary air chamber through opening 80 via conditioning damper 28 and mixed with fuel at upstream end 16 of burner tube 12 and passes upward through venturi section 19. To do. Fuel and fresh air combustion occurs downstream of the burner tip 20.

複数の空気口30(図2,図3A及び図3B)は二次空気室32において始まり、炉床14を通って炉内に通じる。新鮮な空気又は周囲の空気は調整ダンパ34を介して二次空気室32に入り、米国特許No.4,629,413に説明されるように、段階空気口30を介して炉内に入り、二次燃焼、即ち、段階燃焼がなされる。   A plurality of air ports 30 (FIGS. 2, 3A and 3B) begin in the secondary air chamber 32 and pass through the hearth 14 into the furnace. Fresh air or ambient air enters secondary air chamber 32 via conditioning damper 34 and enters the furnace via stage air inlet 30 as described in US Pat. No. 4,629,413 for secondary combustion. That is, stage combustion is performed.

ダンパ34を介して二次空気室32に入り空気口30を通って炉内に入った、混合されていない低温の新鮮又は周囲空気はまた、ベンチュリ管部分19を通る燃料の吸引効果によって、燃焼排ガス再循環(FGR)ダクト76を介して一次空気室内に引っ張られる。ダクト76は、図示の場合、金属製FGRダクトである。   Unmixed cold fresh or ambient air that enters the secondary air chamber 32 through the damper 34 and enters the furnace through the air port 30 is also burned by the effect of fuel suction through the venturi section 19. It is pulled into the primary air chamber via an exhaust gas recirculation (FGR) duct 76. In the case of illustration, the duct 76 is a metal FGR duct.

図1に示すように、本発明の1局面において、FGRダクト76の開口82がバーナー先端20の底部から物理的にさらに離れるように、FGRダクト76は入口84において外側に傾けられている。したがって、この傾けられたFGRダクトの入口84はバーナーの火炎がFGRダクト内に連行されることを防ぎ、あるいは、少なくとも減少させる。この実施の形態は、バーナー10により高速の燃焼排ガス再循環(FGR)を与えることができる。このようなより高い燃焼排ガス再循環(FGR)速度は、ひいては、全体的火炎温度及びNOxの産生を低減する。   As shown in FIG. 1, in one aspect of the present invention, the FGR duct 76 is tilted outward at the inlet 84 so that the opening 82 of the FGR duct 76 is physically further away from the bottom of the burner tip 20. Thus, this tilted FGR duct inlet 84 prevents, or at least reduces, burner flames from being entrained in the FGR duct. In this embodiment, the burner 10 can provide high-speed flue gas recirculation (FGR). Such higher flue gas recirculation (FGR) rates, in turn, reduce overall flame temperature and NOx production.

図3A及び図3Bに言及し、火炎開口23は半径Rの円形であり、ダクト開口82に火炎が連行されることを防ぐために、ダクト開口82の火炎開口23からの横方向の離間距離dは0.5R以上である。ダクト入口84が外側に傾斜していることはまた、比較的小さいバーナーボックス17を連続して使用することを可能にする。そういったFGRバーナーは、その高さを6フィートのオーダ(約1.8m乃至2.1m)、幅が3フィートのオーダ(約0.9m乃至1.2m)とすることができることに注意されたい。   Referring to FIGS. 3A and 3B, the flame opening 23 is circular with a radius R, and in order to prevent the flame from being entrained in the duct opening 82, the lateral distance d of the duct opening 82 from the flame opening 23 is It is 0.5R or more. The fact that the duct inlet 84 is inclined outwards also allows the relatively small burner box 17 to be used continuously. Note that such FGR burners can be on the order of 6 feet in height (about 1.8 m to 2.1 m) and on the order of 3 feet in width (about 0.9 m to 1.2 m).

図2及び5に言及し、希釈剤として燃料ガスを使用することに加え、希釈を介してより低い火炎温度を達成するための別の技術手段は水蒸気放射を介してなされるものである。これは、水蒸気放射管15を介して達成される。水蒸気を一次空気室又は二次空気室へ放射することとしても良い。好ましくは、水蒸気をベンチュリ管部分19の上流に放射する。   Referring to FIGS. 2 and 5, in addition to using fuel gas as a diluent, another technical means for achieving lower flame temperatures through dilution is through water vapor radiation. This is achieved via the water vapor radiating tube 15. Water vapor may be emitted to the primary air chamber or the secondary air chamber. Preferably, water vapor is radiated upstream of the venturi tube portion 19.

発明のオプションの実施の形態では、FGRダクト76の開口82とバーナー火炎の底部の間の有効距離をより大きくしている。この実施の形態において、物理的な壁95がバーナー先端20とFGR76の開口82の間に設けられている。壁95もまたバーナー火炎がFGRダクト76内に連行されることを防止し、あるいは、少なくとも低減し、故に、より高速度の燃焼排ガス再循環(FGR)がバーナー10に付与される。このようなより高速度の燃焼排ガス再循環はひいては全体的な火炎温度及びNOx産生を低減する。本発明の教示に従って、壁95は、図3Aに示すように、直線的(まっすぐ)とすることができ、あるいは、図3Bに示すように、湾曲したものとすることができ、又は、当業者にとって明確であるように、その他の形状とすることができる。   In an optional embodiment of the invention, the effective distance between the opening 82 of the FGR duct 76 and the bottom of the burner flame is increased. In this embodiment, a physical wall 95 is provided between the burner tip 20 and the opening 82 of the FGR 76. Wall 95 also prevents, or at least reduces, burner flames from being entrained in FGR duct 76, thus providing higher speed flue gas recirculation (FGR) to burner 10. Such higher speed flue gas recirculation in turn reduces overall flame temperature and NOx production. In accordance with the teachings of the present invention, the wall 95 can be straight (straight) as shown in FIG. 3A, or can be curved, as shown in FIG. Other shapes can be used, as will be clear to the user.

例えば、10乃至15%のOを含有する燃料ガスは、バーナー管12ベンチュリ管部分19を通過する燃料の吸引効果によって、好ましくは5乃至15%のO、より好ましくは2乃至10%のO、特に好ましくは2乃至5%のOと共に、FGRダクト76を介して炉床付近から引っ張られる。このように、一次空気と燃料ガスは、燃焼帯の手前である一次空気室において混合される。故に、燃料と混合される不活性材料の量が増えて火炎温度を下げ、その結果、NOxの放出を低減する。 For example, the fuel gas containing 10-15% O 2 is preferably 5-15% O 2 , more preferably 2-10%, due to the suction effect of the fuel passing through the burner tube 12 venturi portion 19. It is pulled from near the hearth via the FGR duct 76 with O 2 , particularly preferably 2-5% O 2 . In this way, the primary air and the fuel gas are mixed in the primary air chamber that is in front of the combustion zone. Thus, the amount of inert material mixed with the fuel increases and lowers the flame temperature, thereby reducing NOx emissions.

ダンパ28を全体的又は部分的に閉じることで、一次空気室26内に引っ張られる新鮮な空気の量を制限し、それにより、燃料ガスを炉床から引っ張るのに必要な真空を与える。   Closing the damper 28 in whole or in part limits the amount of fresh air drawn into the primary air chamber 26, thereby providing the vacuum necessary to pull the fuel gas from the hearth.

有利なことに、20%乃至80%の燃料と、20%乃至80%の周囲空気の混合物が流路(FGRダクト)76を介して引っ張られるべきである。50%の燃料と、50%の周囲空気の混合物を使用することが特に好ましい。この好ましい燃料と周囲空気の比率は、空気口30に対するFGRダクト76の適当な設置や設計によって達成される。すなわち、空気口30の幾何学的条件(これは、空気口のバーナー管からの距離、空気口の数及び空気口のサイズを含むが、これらに限定されるものではない)を変えて燃料ガスと周囲空気の望ましい比率を得ることができる。   Advantageously, a mixture of 20% to 80% fuel and 20% to 80% ambient air should be pulled through the flow path (FGR duct) 76. It is particularly preferred to use a mixture of 50% fuel and 50% ambient air. This preferred fuel to ambient air ratio is achieved by proper installation and design of the FGR duct 76 relative to the air inlet 30. That is, changing the geometric conditions of the air port 30 (this includes, but is not limited to, the distance of the air port from the burner tube, the number of air ports, and the size of the air ports) And the desired ratio of ambient air can be obtained.

オプションとして、ベンチュリ管部分19によって与えられる推進力を大きくして、燃料と、水蒸気及び燃料ガスと、空気と、それらの混合物の流れをバーナー管12内に導くために、1本又は2本以上の水蒸気放出管15が流れの方向に配設されている。   Optionally, one or more to increase the propulsive force provided by the venturi tube portion 19 to direct the flow of fuel, water vapor and fuel gas, air, and mixtures thereof into the burner tube 12. The water vapor discharge pipe 15 is arranged in the flow direction.

ここで、図4乃至7に言及して本発明の別の実施の形態を論ずる。この実施の形態において、バーナー10は炉床14のウェル内に位置する自立したバーナー管12を含む。バーナー管12は上流端16と、下流端18と、ベンチュリ管部分19を含む。バーナー先端20は下流端18に位置され、環状のタイル22によって囲まれている。燃料オリフィス11(これはガススパッド内に位置することができる)はガス燃料ライザー65の上端に位置し、かつ、前記上流端16に位置し、燃料をバーナー管12に導く。新鮮な空気又は周囲空気が調整ダンパ28を介して一次空気室26の中に導かれてバーナー管12の上流端16において燃料に混合され、そしてベンチュリ管部分19内を上方に通過する。燃料と新鮮な空気の燃焼はバーナー先端20の下流で生じる。   Now, another embodiment of the present invention will be discussed with reference to FIGS. In this embodiment, the burner 10 includes a free-standing burner tube 12 located in the well of the hearth 14. The burner tube 12 includes an upstream end 16, a downstream end 18, and a venturi tube portion 19. The burner tip 20 is located at the downstream end 18 and is surrounded by an annular tile 22. A fuel orifice 11 (which can be located in the gas spud) is located at the upper end of the gas fuel riser 65 and at the upstream end 16 to direct fuel to the burner tube 12. Fresh air or ambient air is directed into the primary air chamber 26 via the regulating damper 28 and mixed with fuel at the upstream end 16 of the burner tube 12 and passes upwardly through the venturi tube section 19. The combustion of fuel and fresh air occurs downstream of the burner tip 20.

複数の空気口30(図5及び図6)は二次空気室32において始まり、炉床14を貫通し炉内に通じる。新鮮な空気又は周囲空気は調整ダンパ34を介して二次空気室32に入り、米国特許No.4,629,413に説明されるように段階空気口30を通過し炉内に入り二次燃焼、即ち、段階燃焼を生じさせる。   A plurality of air ports 30 (FIGS. 5 and 6) begin in the secondary air chamber 32 and pass through the hearth 14 and into the furnace. Fresh air or ambient air enters secondary air chamber 32 via conditioning damper 34, passes through stage air inlet 30 and enters the furnace as described in US Pat. No. 4,629,413, ie secondary combustion. Causes combustion.

ダンパ34を介して二次空気室32に入り、かつ、空気口30を通って炉内に入った混合されていない低温の新鮮空気又は周囲空気は、また、ベンチュリ管部分19を通過する燃料の吸引効果によって、流路(FGRダクト)76を介して一次空気室26内に引っ張られる。流路76は、図示の場合、金属FGRダクトである。   The unmixed cold fresh air or ambient air that enters the secondary air chamber 32 via the damper 34 and enters the furnace through the air port 30 also causes the fuel to pass through the venturi section 19. Due to the suction effect, the air is pulled into the primary air chamber 26 through the flow path (FGR duct) 76. The flow path 76 is a metal FGR duct in the case of illustration.

図4乃至7に言及し、壁60は、バーナー12の下流端18に設けたバーナー先端20の周囲を囲ってバーナー先端20の下流の火炎の底部と、炉の第2開口(FGRダクト)76及び前記少なくとも1つの空気口30との間にバリアーを与える。   Referring to FIGS. 4-7, the wall 60 surrounds the burner tip 20 at the downstream end 18 of the burner 12 and surrounds the bottom of the flame downstream of the burner tip 20 and the second opening (FGR duct) 76 of the furnace. And a barrier between the at least one air port 30.

本発明の1実施の形態において、壁60は燃料ガスや空気がそれを貫通しないように孔無しである。本発明の別の実施の形態において、壁60はその周囲に離間して配設された複数の壁孔61を有する。図示の実施の形態において、開口61は、その形状が長方形であり、壁60の周囲に沿って離間して壁の底部に配設されている。複数の壁開口61を用いることの利点はそれらの開口の配列にあり、その配列は火炎に到達する段階空気口30からの酸素量を減少させるように最適化されたものであり、火炎に対する酸素の干渉レベルを減少させる。当業者であれば理解することができるものであるが、各壁開口は、このように配列された場合、空気口30から火炎までの有効流路を最長化するように配列されている。しかしながら燃焼排ガスは有利に火炎に入ることが許容されていて、NOx放出レベルを低減することを可能にしている。   In one embodiment of the invention, the wall 60 is perforated so that fuel gas and air do not penetrate it. In another embodiment of the present invention, the wall 60 has a plurality of wall holes 61 spaced around its periphery. In the illustrated embodiment, the opening 61 has a rectangular shape, and is arranged at the bottom of the wall so as to be spaced along the periphery of the wall 60. The advantage of using a plurality of wall openings 61 is in the arrangement of those openings, which is optimized to reduce the amount of oxygen from the stage air inlet 30 to reach the flame, and the oxygen to the flame Reduce the interference level. As will be appreciated by those skilled in the art, each wall opening is arranged to maximize the effective flow path from the air port 30 to the flame when arranged in this manner. However, the flue gas is advantageously allowed to enter the flame, making it possible to reduce the NOx emission level.

本発明の好ましい実施の形態によると、各空気口30は、空気口30から壁開口61を介して火炎の底部に流入する酸素の量を最小にするために、互いに隣接する2つの壁開口61の間に配設されている。   According to a preferred embodiment of the present invention, each air port 30 has two wall openings 61 adjacent to each other in order to minimize the amount of oxygen flowing from the air ports 30 through the wall openings 61 to the bottom of the flame. Between the two.

観察及び照明用のポート50(図5)は照明具(図示省略)がバーナー10の内部にアクセスすることを可能にする。   An observation and illumination port 50 (FIG. 5) allows a luminaire (not shown) to access the interior of the burner 10.

図8及び9(ここでは同様な要素に同様な番号が用いられている)に言及し、ここに本発明の別の実施の形態を示す。この実施の形態において、本発明の上述の隔壁と、傾斜ダクトの教示は、1又は2つ以上のバーナーを有し、炉の排ガス300と流体連通する外部FGRダクトを用いる炉に関して適用することができる。炉内に数個のバーナー310を設け、これらのすべてのバーナーが炉の排ガスを外部FGRダクト376に供給できることは当業者であれば、理解されるものである。バーナー管12の下流端18に設けたバーナー先端20の周囲を囲む壁60は、バーナー先端20における火炎の底部と、前記少なくとも1つの空気口30の間にバリアーを与えることが理解される。   Reference is now made to FIGS. 8 and 9 (where like numbers are used for like elements), which shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the above-described bulkhead and inclined duct teachings of the present invention may be applied with respect to a furnace having one or more burners and using an external FGR duct in fluid communication with the furnace exhaust gas 300. it can. One skilled in the art will appreciate that there are several burners 310 in the furnace, all of which can supply the furnace exhaust to the external FGR duct 376. It will be appreciated that the wall 60 surrounding the burner tip 20 at the downstream end 18 of the burner tube 12 provides a barrier between the flame bottom at the burner tip 20 and the at least one air port 30.

本発明の燃焼排ガス再循環システムの使用を通じて上に説明した利点と同様な利点は、図10乃至13を参照して以下に説明するように、フラットフレームバーナーにおいて達成される。図10及び11は、図1に示す新規なバーナー構成と同様なラットフレームバーナー構成を示し、一方、図12及び13は、図4に示す新規なバーナー構成と同様なラットフレームバーナー構成を示す。   Advantages similar to those described above through the use of the flue gas recirculation system of the present invention are achieved in a flat frame burner, as described below with reference to FIGS. 10 and 11 show a rat frame burner configuration similar to the new burner configuration shown in FIG. 1, while FIGS. 12 and 13 show a rat frame burner configuration similar to the new burner configuration shown in FIG.

バーナー110は炉床114のウェル内に位置する自立型のバーナー管112を含む。バーナー管112は上流端116と、下流端118と、ベンチュリ管部分119を含む。バーナー先端120は下流端118に設けられ周囲タイル122によって周囲が囲まれている。燃料オリフィス111(これはガススパッド124内に配設することができる)は上流端116に配設され燃料をバーナー管112に導入する。新鮮なあるいは周囲の空気を一次空気室126に導入してバーナー管112の上流端において燃料に混合することができる。燃料と新鮮な空気の燃焼はバーナー先端120の下流において生じる。新鮮な二次空気はダンパ134を介して二次空気室132に入る。炉からの燃焼排ガスを一次空気室へ再循環するために、燃焼排ガス再循環流路176は炉床を貫通し一次空気室126まで延伸しているので、燃焼排ガスは、ダンパ128を通って開口180から一次空気室へ引かれた新鮮な空気と混合される。例えば、0乃至15%のOを含有する燃料は、バーナー管112のベンチュリ管部分119を通る燃料の吸引効果によって流路176を介して引かれる。一次空気及び燃料ガスは、燃焼帯よりも手前の一次空気室において混合される。 Burner 110 includes a self-supporting burner tube 112 located in the well of hearth 114. Burner tube 112 includes an upstream end 116, a downstream end 118, and a venturi tube portion 119. The burner tip 120 is provided at the downstream end 118 and is surrounded by a peripheral tile 122. A fuel orifice 111 (which can be disposed within the gas spud 124) is disposed at the upstream end 116 to introduce fuel into the burner tube 112. Fresh or ambient air can be introduced into the primary air chamber 126 and mixed with fuel at the upstream end of the burner tube 112. Fuel and fresh air combustion occurs downstream of the burner tip 120. Fresh secondary air enters the secondary air chamber 132 via the damper 134. In order to recirculate the combustion exhaust gas from the furnace to the primary air chamber, the combustion exhaust gas recirculation flow path 176 extends through the furnace floor to the primary air chamber 126, so that the combustion exhaust gas is opened through the damper 128. Mixed with fresh air drawn from 180 to the primary air chamber. For example, fuel containing 0-15% O 2 is drawn through the flow path 176 due to the suction effect of fuel through the venturi portion 119 of the burner tube 112. Primary air and fuel gas are mixed in the primary air chamber before the combustion zone.

運転において、燃料オリフィス111(これはガススパッド124内に配設される)は燃料をバーナー管112内に排出し、ここにおいて燃料は一次空気、再循環された燃焼排ガス、又はそれらの混合物と混合される。燃料、再循環された燃焼排ガス、一次空気、又はそれらの混合物は次にバーナー先端120から排出される。バーナー管112のベンチュリ管部分119におけるその混合物は多燃料可燃限界以下に維持され、即ち、燃焼を支持するために不十分な空気が存在する。二次空気の大部分はバーナー先端120から有限距離離れて追加される。   In operation, fuel orifice 111 (which is disposed in gas spud 124) discharges fuel into burner tube 112, where the fuel is mixed with primary air, recirculated flue gas, or mixtures thereof. The The fuel, recirculated flue gas, primary air, or mixture thereof is then discharged from the burner tip 120. The mixture in the venturi section 119 of the burner tube 112 remains below the multi-fuel flammability limit, i.e., there is insufficient air to support combustion. Most of the secondary air is added a finite distance away from the burner tip 120.

オプションとして、ベンチュリ管部分119によって与えられる推進力を増大して燃料と、水蒸気及び燃料ガスと、空気と、それらの混合物の流れをバーナー管112に導入するために1本又は2本以上の水蒸気放射管115を備えることができる。   Optionally, one or more steam to introduce the flow of fuel, steam and fuel gas, air, and mixtures thereof into burner tube 112 by increasing the thrust provided by venturi section 119. A radiation tube 115 may be provided.

ここで、先の実施の形態と共に図10及び11に言及すると、FGRダクト176の開口182がバーナー先端120の底部から物理的により離間するようにFGRダクト176を入口184において外側に傾斜させてもよい。従って、傾斜したFGRダクト内の入口184はバーナー火炎がFGRダクト176に連行されることを防止し又は少なくとも減少させる。これは、バーナー110に与えられるより高い燃焼排ガス再循環(FGR)速度を達成する。こういったより高いFGR速度は、引いては、全体的火炎温度及びNOxの産生を低減する。   Referring now to FIGS. 10 and 11 together with the previous embodiment, the FGR duct 176 may be inclined outwardly at the inlet 184 such that the opening 182 of the FGR duct 176 is physically more spaced from the bottom of the burner tip 120. Good. Accordingly, the inlet 184 in the inclined FGR duct prevents or at least reduces burner flames from being entrained in the FGR duct 176. This achieves a higher flue gas recirculation (FGR) rate provided to the burner 110. These higher FGR rates, in turn, reduce the overall flame temperature and NOx production.

入口184における外側への傾斜は、また、比較的小さいバーナーボックス117の連続使用を許容する。そういったFGRバーナーを高さが6フィートのオーダ、幅が3フィートのオーダとすることができることに留意されたい。   The outward slope at the inlet 184 also allows continuous use of a relatively small burner box 117. Note that such an FGR burner can be on the order of 6 feet in height and 3 feet in width.

図10と11に続いて言及すると、フラットフレームバーナーの実施の形態に関する本発明の利点は、FGRダクト176の開口182とバーナー火炎の底部の間の有効距離を大きくすることによってさらに高揚される。この実施の形態において、上述した物理的な壁195はバーナー先端120と、FGRダクト176の開口82の間に設置される。この壁は、また、バーナー火炎がFGRダクト176内に連行させることを防止又は少なくとも減少させ、よって、バーナー110により高い燃焼排ガス再循環(FGR)速度を与えることができる。こういったより高いFGR速度は、引いては、全体的な火炎温度及びNOx産生を低減する。   Continuing with FIGS. 10 and 11, the advantages of the present invention with respect to the flat frame burner embodiment are further enhanced by increasing the effective distance between the opening 182 of the FGR duct 176 and the bottom of the burner flame. In this embodiment, the physical wall 195 described above is installed between the burner tip 120 and the opening 82 of the FGR duct 176. This wall may also prevent or at least reduce the burner flame from entraining in the FGR duct 176, thus providing the burner 110 with a higher flue gas recirculation (FGR) rate. These higher FGR rates, in turn, reduce overall flame temperature and NOx production.

(図4の実施の形態と同様な)図12及び13に示すフラットフレームバーナーの実施の形態に関して、壁160は、バーナー先端120における火炎の底部と、炉の第2開口176及び前記少なくとも1つの空気口(図示省略)の両方との間にバリアーを与えるために、バーナー管112の上流端116に設けたバーナー先端120の周囲を囲む。壁160は火炎の底部に流れ込む酸素の量を減少させる。   With respect to the flat frame burner embodiment shown in FIGS. 12 and 13 (similar to the embodiment of FIG. 4), the wall 160 includes a flame bottom at the burner tip 120, a furnace second opening 176 and the at least one said In order to provide a barrier between both of the air ports (not shown), the periphery of the burner tip 120 provided at the upstream end 116 of the burner tube 112 is surrounded. Wall 160 reduces the amount of oxygen that flows into the bottom of the flame.

実施例1
本発明の利点を示すために、本発明の火炎の底部と、燃焼排ガス再循環ダクト及び二次空気口の両方との間にバリアーを与えるためにバーナー先端の周囲を囲む壁を設けること無く、米国特許No.5,092,761に説明されるタイプの燃焼排ガス再循環を行うプレミックスバーナーをH(水素)を30%、天然ガスを70%含有する燃料ガスを用いて6,119,000BTU/hr(5,800,000BTU/hr)の燃焼速度で運転した。バーナーのNOx放出値は49ppmであった。
Example 1
To illustrate the advantages of the present invention, without providing a wall surrounding the periphery of the burner tip to provide a barrier between the bottom of the flame of the present invention and both the flue gas recirculation duct and the secondary air port, the premix burner of performing flue gas recirculation of the type described in U.S. Patent No.5,092,761 H 2 (hydrogen) 30%, using a fuel gas containing natural gas 70% 6,119,000BTU / hr ( It was operated at a burning rate of 5,800,000 BTU / hr) . The burner NOx release value was 49 ppm.

実施例2
本発明の火炎の底部と、燃焼排ガス再循環ダクト及び二次空気口の両方との間にバリアーを与えるためにバーナー先端の周囲を囲む壁を実施例1のプレミックスバーナーに設けた。バーナーをH30%、天然ガス70%を含有する燃料ガスを用いて6,135,000BTU/hrの燃焼速度で運転した。46.11ppmのNOx放出値が検出された。
Example 2
The premix burner of Example 1 was provided with a wall surrounding the tip of the burner to provide a barrier between the bottom of the flame of the present invention and both the flue gas recirculation duct and the secondary air port. The burner was operated at a burning rate of 6,135,000 BTU / hr using a fuel gas containing 30% H 2 and 70% natural gas. A NOx release value of 46.11 ppm was detected.

コンピュータによる流体力学モデル解析と、上述の市販ユニットによる実際の試験は、バーナー先端の周囲を囲む壁を持たない既存の構造は、炉内のFGRダクト上方に酸素高濃度帯を持つことを示した。この酸素の一部は火炎底部に流入し、多量の酸素が火炎底部に干渉する結果、NOxの高い産生の原因になると信じられている。そういった並流は好ましい混合と高燃焼速度を引き起こす一方、この効果により、より高い温度と、より高いNOx放出レベルを生じやすいと信じられている。この問題を解決する努力において、本発明に従い火炎と酸素再循環帯の間に壁を使用することが火炎と酸素再循環帯の干渉を大きく低減することが発見された。   Computer-based hydrodynamic model analysis and actual tests with the above-mentioned commercial units showed that the existing structure without the wall surrounding the burner tip has a high oxygen concentration zone above the FGR duct in the furnace. . Some of this oxygen flows into the bottom of the flame, and it is believed that a large amount of oxygen interferes with the bottom of the flame, resulting in high NOx production. While such co-currents cause favorable mixing and high burning rates, it is believed that this effect is likely to result in higher temperatures and higher NOx emission levels. In an effort to solve this problem, it has been discovered that using a wall between the flame and the oxygen recirculation zone in accordance with the present invention greatly reduces the interference between the flame and the oxygen recirculation zone.

本発明のいくつかのバーナーを床燃焼炭化水素水蒸気炉に関して説明してきたが、これらのバーナーをまた炉の他の反応を実行するために使用することができる。   Although several burners of the present invention have been described with respect to a bed burning hydrocarbon steam furnace, these burners can also be used to perform other reactions in the furnace.

ここで説明する燃焼排ガス再循環システムと方法論はまた、プレミックスバーナーを有する生ガスバーナーにおいてバーナー管の入口において燃焼排ガスだけが燃料ガスと混合されるという有用性をまた有することにも留意されたい。事実、ここで詳細に説明されるタイプのプレミックス段階空気バーナーは一次空気室のダンパドアーを閉じた状態で運転可能であり、非常に満足する結果を伴うものである。   It should also be noted that the flue gas recirculation system and methodology described here also has the utility that only flue gas is mixed with fuel gas at the inlet of the burner tube in a raw gas burner having a premix burner. . In fact, premix stage air burners of the type described in detail here can be operated with the damper door of the primary air chamber closed, with very satisfactory results.

本発明を特定の手段、材料及び実施の形態について説明してきたが、本発明はこういった特に開示されたものに限定されるものではなく、請求の範囲に相当する全ての同等なものを含むことが理解される。   Although the invention has been described with reference to specific means, materials and embodiments, the invention is not limited to these specifically disclosed, but includes all equivalents to the claims. It is understood.

本発明に従うバーナーの実施の形態の一部断面側面図である。1 is a partial cross-sectional side view of an embodiment of a burner according to the present invention. 図1の2−2線に沿う一部断面側面図である。It is a partial cross section side view which follows the 2-2 line of FIG. 図3Aは、図1の3−3線に沿う一部断面側面図である。図3Bは、図3Aの真直ぐな壁に代えて湾曲壁を採用した本発明の別の実施の形態を示す。3A is a partial cross-sectional side view taken along line 3-3 in FIG. FIG. 3B shows another embodiment of the present invention that employs a curved wall instead of the straight wall of FIG. 3A. 本発明に従う隔壁を備えるバーナーの別の実施の形態の一部断面側面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional side view of another embodiment of a burner comprising a septum according to the present invention. 図4の5−5線に沿う一部断面側面図である。It is a partial cross section side view which follows the 5-5 line of FIG. 図4の6−6線に沿う平面図である。It is a top view which follows the 6-6 line of FIG. 本発明に従う隔壁の斜視図である。It is a perspective view of the partition according to this invention. 外部FGRを用いた本発明の実施の形態の側面図である。It is a side view of an embodiment of the present invention using an external FGR. 外部FGRを用いた本発明の実施の形態の平面図である。It is a top view of an embodiment of the invention using an external FGR. 本発明のフラットフレームバーナーの実施の形態の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the embodiment of the flat frame burner of the present invention. 図10の10−10線に沿う図10のフラットフレームバーナーの実施の形態の一部断面側面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional side view of the embodiment of the flat frame burner of FIG. 10 taken along line 10-10 of FIG. 本発明のフラットフレームバーナーの別の実施の形態の一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of another embodiment of the flat frame burner of this invention. 図12の13−13線に沿う図12のフラットフレームバーナーの実施の形態の一部断面側面図である。FIG. 13 is a partial cross-sectional side view of the embodiment of the flat frame burner of FIG. 12 taken along line 13-13 of FIG.

Claims (18)

階空気バーナー(10,310,100)であって、
(a)一次空気室(26,126)と、
(b)炉床(14,114)の第1火炎開口内に位置するバーナー管(12,112)であって、(i)下流端(18,118)と、(ii)前記一次空気室(26,126)に流体連通する上流端(16,116)と、(iii)前記バーナー管(12,112)の前記下流端(18,118)に設けられたバーナー先端(20,120)であって、該バーナー先端の下流において燃料の燃焼が生じるように前記炉の前記第1火炎開口に向けられたバーナー先端(20,120)とを含むバーナー管と、
(b2)前記バーナー先端(20,120)を囲み、前記第1火炎開口を形成するタイル(22、122)と、
(c)前記炉床(14,114)の前記第1火炎開口から横方向に離間する第2開口に位置する第1端部と、前記一次空気室(26,126)へ解放された第2端部とを有する少なくとも1つの燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)と、
(d)前記炉床(14,114)に対して垂直に設けられた壁(95,60,195,160)であって、前記炉床(14,114)から前記第1火炎開口と前記燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)の前記第1端部の間において前記炉内に延伸する壁と、
(e)少なくとも1つの空気口(30,130)と流体連通する二次空気室(32,132)と、
(f)前記燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)を介して前記炉から燃焼排ガスを引っ張るベンチュリ管(19,119)とを、
バーナー(10,310,100)。
A stage air burner (10,310,100),
(A) a primary air chamber (26, 126);
(B) a burner tube (12, 112) located in the first flame opening of the hearth (14, 114) , comprising (i) a downstream end (18, 118), and (ii) the primary air chamber ( 26, 126) and an upstream end (16, 116) in fluid communication, and (iii) a burner tip (20, 120) provided at the downstream end (18, 118) of the burner pipe (12, 112). A burner tube including a burner tip (20, 120) directed to the first flame opening of the furnace so that fuel combustion occurs downstream of the burner tip;
(B2) tiles (22, 122) surrounding the burner tip (20, 120) and forming the first flame opening;
(C) a first end located in a second opening laterally spaced from the first flame opening of the hearth (14, 114) and a second open to the primary air chamber (26, 126); At least one flue gas recirculation duct (76, 376, 176) having an end;
; (D) hearth a wall provided perpendicularly to the (14, 114) (95,60,195,160), said hearth (14, 114) prior to said first flame opening from Symbol a wall extending into the furnace between the first end before Symbol of flue gas recirculation duct (76,376,176),
(E) a secondary air chamber (32, 132) in fluid communication with at least one air port (30, 130);
(F) a venturi tube (19, 119) for pulling the combustion exhaust gas from the furnace via the combustion exhaust gas recirculation duct (76, 376, 176);
Including burner (10,310,100).
前記ベンチュリ管(19,119)は、バーナー管の一部(12,122)である請求項1のバーナー(10,310,100)。The burner (10, 310, 100) of claim 1, wherein the venturi tube (19, 119) is part of a burner tube (12, 122). 前記一次空気室(26,126)に流入する空気の量を制限し、それにより前記炉から燃焼排ガスを引っ張るための真空を与えるように前記一次空気室(26,126)へ解放された少なくとも1つの第1調整可能ダンパ(28,128)をさらに含んでなる請求項1又はのバーナー(10,310,100)。At least one released to the primary air chamber (26, 126) to limit the amount of air flowing into the primary air chamber (26, 126), thereby providing a vacuum to pull flue gas from the furnace. The burner (10, 310, 100) according to claim 1 or 2 , further comprising two first adjustable dampers (28, 128). 前記二次空気(32,132)に流入する空気の量を制限するために前記二次空気室(32,132)へ解放された少なくとも1つの第2調整可能ダンパ(34,134)とをさらに含んでなる請求項1ないし3のいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。At least one second adjustable damper (34, 134) released to the secondary air chamber (32, 132) to limit the amount of air flowing into the secondary air (32, 132); Burner (10, 310, 100) according to any one of claims 1 to 3 , comprising: 前記空気口(30,130)は複数であり、前記二次空気室(32,132)は該複数の空気口に流体連通する請求項のバーナー(10,310,100)。The burner (10, 310, 100) according to claim 4 , wherein the air port (30, 130) is plural and the secondary air chamber (32, 132) is in fluid communication with the plurality of air ports. 前記少なくとも1つの燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)の前記第1端部は、バーナー火炎を前記第2開口に連行することを最小にするために、前記第1開口から有効な距離離間している請求項1ないしのいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。The first end of the at least one flue gas recirculation duct (76, 376, 176) is an effective distance from the first opening to minimize entrainment of a burner flame to the second opening. spaced claims 1 are to according to any one of 5 the burner (10,310,100). 前記第1火炎開口は半径がRの円形であり、前記第2開口が前記第1火炎開口から横方向に離間する前記距離は、前記バーナー火炎を前記第2開口内に連行することを実質的に防止するために、0.5R以上である請求項1ないしのいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。The first flame opening is circular with a radius R, and the distance that the second opening is laterally spaced from the first flame opening substantially entrains the burner flame into the second opening. The burner (10, 310, 100) according to any one of claims 1 to 6 , wherein the burner is 0.5R or more. 前記少なくとも1つの燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)は前記一次空気室(26,126)から垂直方向に延伸し、かつ、前記第1端部において前記第1火炎開口から外側に角度をなし、前記第1火炎開口から横方向に離間する前記第2開口につながっている請求項1ないしのいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。The at least one flue gas recirculation duct (76, 376, 176) extends vertically from the primary air chamber (26, 126) and is angled outward from the first flame opening at the first end. The burner (10, 310, 100) according to any one of claims 1 to 7 , wherein the burner is connected to the second opening spaced laterally from the first flame opening. 前記壁(60,160)は前記バーナー先端(20,120)の周囲を囲む請求項1ないしのいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。It said wall (60, 160) is a burner according to any one of claims 1 to 8 surround the burner tip (20, 120) (10,310,100). 前記壁(60,160)は複数の壁開口(61,161)を有する請求項のバーナー。10. Burner according to claim 9 , wherein the wall (60, 160) has a plurality of wall openings (61, 161). 前記複数の壁開口(61,161)は前記壁の底部に位置する請求項10のバーナー。The burner of claim 10 , wherein the plurality of wall openings (61, 161) are located at the bottom of the wall. 前記壁開口(61,161)は長方形形状である請求項10のバーナー(10,310,100)。The burner ( 10 , 310, 100) of claim 10 , wherein the wall opening (61, 161) is rectangular . 前記第1火炎開口と、前記燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)の第1端部との間において前記炉内へ延伸する壁は部分的な壁(95,195)である請求項1のバーナー(10,310,100)。The wall extending into the furnace between the first flame opening and the first end of the flue gas recirculation duct (76,376, 176) is a partial wall (95,195). 1 burner (10, 310, 100). 前記第1火炎開口と、前記燃焼排ガス再循環ダクト(76,376,176)の第1端部との間において前記炉内へ延伸する部分的な壁(95,195)は湾曲し、前記バーナー先端(20,120)を部分的に囲む壁である請求項13のバーナー(10,310,100)。A partial wall (95, 195) extending into the furnace between the first flame opening and the first end of the flue gas recirculation duct (76, 376, 176) is curved and the burner 14. Burner (10, 310, 100) according to claim 13 , wherein the burner (10, 310, 100) is a wall partially surrounding the tip (20, 120). 前記バーナーはプレミックスバーナーである請求項1ないし14のいずれか1つに記載のバーナー。The burner according to any one of claims 1 to 14 , wherein the burner is a premix burner. 前記バーナーはフラットフレームバーナー(100)である請求項1ないし15のいずれか1つに記載のバーナー。 16. A burner according to any one of the preceding claims, wherein the burner is a flat frame burner (100). 前記炉は水蒸気分解炉である請求項1ないし16のいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。Burner according to the furnace of any one of claims 1 to 16, which is a steam cracking furnace (10,310,100). 少なくとも1つの水蒸気放射管(15,115)を含んでなる請求項1ないし17のいずれか1つに記載のバーナー(10,310,100)。At least one comprising steam emission pipe (15, 115) according to claim 1 to a burner according to any one of 17 (10,310,100).
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