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JPH0642722A - 高温腐食性環境の低ＮＯｘでの酸素燃料加熱方法及び装置 - Google Patents

高温腐食性環境の低ＮＯｘでの酸素燃料加熱方法及び装置

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Publication number
JPH0642722A
JPH0642722A JP5090753A JP9075393A JPH0642722A JP H0642722 A JPH0642722 A JP H0642722A JP 5090753 A JP5090753 A JP 5090753A JP 9075393 A JP9075393 A JP 9075393A JP H0642722 A JPH0642722 A JP H0642722A
Authority
JP
Japan
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burner
flame
length
fuel
inches
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5090753A
Other languages
English (en)
Inventor
Aleksandar Georgi Slavejkov
アレクサンダー．ジョージ．スラヴェコフ
Zbigniew Zurecki
ズビグニュー．ズリッキー
Mahendra L Joshi
マヘンドラ．ラジャラム．ジョシ
James K Nabors
ジェームス．キース．ナボーズ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Combustion Tec Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Combustion Tec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products and Chemicals Inc, Combustion Tec Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of JPH0642722A publication Critical patent/JPH0642722A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D2900/00004—Burners specially adapted for generating high luminous flames, e.g. yellow for fuel-rich mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温生産炉で酸素燃料バーナー加熱する場合
火炎の高い光度を維持しながらバーナーでの沈着及び腐
食ならびに燃焼による環境汚染防止。 【構成】 低ＮＯｘ生成物をもつ酸素燃料火炎発生方法
及び装置であって、バーナーの延焼速度及び直径によっ
て規定される通路に沿って同心オリフィスバーナーで発
生される２相乱流拡散火炎の閉じ込め及び指向を特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、ガラス、セラミ
ック材料等のような異なる産物に対して工業溶融炉で高
温度を発生するため使用される酸素燃料加熱方法及び装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス溶融炉のような完全或いは部分燃
焼加熱高温炉では汚染は、頻繁に出会う問題である。窒
素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、炭酸ガ
ス、及び微粒子のような高い放出水準の汚染物質類は、
しばしば環境保護局規定によって許容される最高水準を
上回るものであるが、空気燃料燃焼及び酸素濃厚空気燃
料燃焼バーナーをもつ炉に対して代表的である。
【０００３】過去においてはこの問題は、後燃焼汚染物
質減少技術を使用することによって取り組んできた。し
かしながら、これらの方法は、その解決法には著しく資
本を集約させ且つ操業をコスト高にする装置を必要とす
る。
【０００４】別の又一層有効な方法は、燃焼工程で酸素
を使用して環境保護局によって提唱されるガイドライン
以下へ空気から窒素を除去し、且つＮＯｘ及び粒状放出
物を減少することである。更に、燃焼での酸素の使用
は、炉の加熱効率の改良により炭酸ガス放出を減少し且
つ増加せる生産能力からバッチ（回分）化学薬剤類の節
約に到るまでの多数の別の恩恵をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】酸素燃料バーナーは、
水冷却及びガス冷却される２つの大きい群へ分割でき
る。どちらの群のバーナーでもしばしば出会う問題は、
稀薄及びキャリヤガス、例えば窒素の欠乏であり、この
ガスが複数の揮発性バッチ成分の部分圧を増加し且つバ
ーナー構造に対して使用される金属及びセラミック材料
の腐食速度を促進する。従って、水或いはガス冷却ノズ
ル類での沈着及び腐食は、多数の高温炉の最も普通な問
題である。冷却バーナーノズルと炉ガスとの間の大きい
温度差は、揮発性及び腐食性核種の凝縮及びバーナーノ
ズルでの沈着を引き起こす。これは、アメリカガラス評
論雑誌の１９９０年１２月刊行のデー．シャンプ（Ｄ．
Ｓｈａｍｐ）及びデー．デービス（Ｄ．Ｄａｖｉｓ）に
よる「パーカースベルグ（Ｐａｒｋｅｒｓｂｅｒｇ）で
の酸素燃焼」と称される論文で報告される。水冷が最適
流量でないガス冷却或いは水冷却バーナー類では、それ
らのノズルでの沈着は、バーナーの損害或いは破壊をも
たらすバーナーノズルの火炎偏向及び衝突を引き起こす
可能性がある。
【０００６】水及びガス冷却酸素燃料バーナーで出会う
第２問題は、炉の中へこのバーナーを設置できるように
及び／又は火炎安定性を増加するようにしばしば用いら
れる耐火性バーナーブロックがこのブロックの内部に腐
食性炉ガス類或いは微粒子状材料の連行及びバーナーと
の接触をもたらす火炎ジェット直径よりはるかに大きい
内径をもつ開口を含むという事実である。この型式のバ
ーナーは、米国特許第４，６９０，６３４号に示されて
いる。
【０００７】水及びガス冷却バーナー双方に対する別の
問題は、このような燃焼装置（方式）で出会う高い燃焼
速度及び速い混合速度による低い火炎明（光）度であ
る。これは、ガラス溶融炉のような高温炉では放射が主
な熱伝達機構であるから熱効率を減少する。
【０００８】加うるに、水冷却酸素燃料バーナーは、資
本投資及び保守を必要とする。このようなバーナーは、
冷却水流で炉からかなりの熱を抽出することによって炉
の総合熱効率を低下する可能性がある。例えば、バーナ
ー冷却水流量５ガロン／分、及び押出し対投入水温度差
５０°Ｆに対して、バーナー当り熱損失は、ほぼ１２
５，０００英国熱量単位（以下Ｂｔｕと略す）／時とな
る。１０基のバーナーに対しては冷却水による熱損失
は、約３０，０００＄／年となる。更に、バーナーが適
宜保守されない場合、常に漏水の可能性があり又バーナ
ー使用に対して使用できる唯一の冷却手段が低品質の水
である場合、バーナー水冷管路の閉塞及び腐食の危険が
ある。
【０００９】ガス冷却酸素燃料バーナーは、燃料或いは
酸素供給が中断する場合に問題を起こす可能性がある。
このようなバーナーは、炉の燃焼口から直ちに除去して
炉内にある高温から可能性のある損害を防止する必要が
ある。このようなバーナーがこれを冷却するためバーナ
ー表面にある多数の金属フィンに頼る場合、これらのフ
ィンは、凝縮物を集め且つこのバーナーでの腐食の問題
をもたらす結果となる。
【００１０】本発明の目的は、高温生産炉で酸素燃料バ
ーナー加熱する場合火炎の高い光度を維持しながらバー
ナーで発生する沈着及び腐食ならびにバーナー燃焼によ
る環境汚染を有効に防止する酸素燃料加熱方法及び装置
を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、高温生産炉で
酸素燃料加熱を使用する方法及び装置であって、その火
炎が燃料稀薄或いは酸素濃厚酸素燃料火炎の外被の内部
に燃料濃厚酸素燃料火炎を遮蔽し且つ所定の横断面をも
つ所定の通路に沿って前記火炎遮蔽を閉じ込めることに
よって発生され、予備燃焼器内で２相乱流拡散火炎発生
の結果を達成し、従ってバーナー破壊をもたらす腐食性
核種の吸入を防止し且つＮＯｘの発生を減少することを
特徴とする。
【００１２】
【作用】前述のように、先行技術の酸素燃料バーナー類
は、従来の空気燃料バーナーでの諸問題を克服する目的
をもつ工業炉を加熱するため使用された。本発明の明細
書では、用語「オキシ（ｏｘｙ）或いは酸素」は、酸素
３０％以上をもつ任意のガス状酸化剤を意味する。換言
すれば、本発明の明細書ではオキシ或いは酸素燃料は、
空気を除いた総ての酸化剤を含んでいる。更に、本発明
の明細書では、燃料類は、限定されないが若干だけ挙げ
ると、燃料油、加熱油、廃油、スラリー類等のような液
体燃料は勿論メタン、天然ガス、プロパン等を含む通常
ガス状燃料を意味する。
【００１３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるよ
うに、先行技術のバーナー類は、酸素燃料バーナー１
０、１２或いは１４及び発散部１６、大直径円筒１８或
いは小直径円筒２０バーナーブロックを使用できた。図
３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の装置の場合、その火炎形状
２２、２４及び２６は、ほぼ同一である。発散ノズル或
いはバーナーブロック、及び大直径バーナーブロック１
８の場合、そのノズルの形状は、それぞれ複数の矢印２
８及び３０によって示されるようにその火炎の中へ炉内
に含まれる雰囲気の吸込みをもたらす。これは、米国特
許第４，６９０，６３５号の明細書でも論じられてい
る。バーナーブロック１６、１８の大直径開口は、金属
或いは耐火性バーナー材料から高温火炎を離して維持す
るため使用される高い燃料及び／又は酸素ジェット速度
と組み合わせてそれらのバーナーブロックの中へ炉ガス
類及び微粒子類のかなりの再循環及び連行を誘発し、米
国特許第４，３７８，２０５号及び第４，５４１，７９
６号で論じられるように沈着及び腐食をもたらす。それ
らのバーナーブロックでの沈着は、火炎の方向、形状及
び安定性を変更する可能性があり又火炎温度の集中され
る増加及びバーナーの速やかな破壊をもたらす結果とな
る。その上、ノズル出口範囲の沈着或いはくびれは、入
力ガスでの好ましくない圧力増加をもたらすかも知れな
い。帯域制御炉類では、この圧力不均衡は、制御困難な
らびに装填物に対する不均一な熱分布をもたらす恐れが
ある。高い酸素燃料火炎温度に晒される場合非破壊を確
保するため、バーナーブロックのうちには安定化された
二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）のような極めて高価な
高温セラミック材料からつくられるものもある。このよ
うな材料類は、通常耐蝕性であり又前述の論文で著者シ
ャンプ及びデービスによって開示されるようにガラス溶
融環境で低い耐久性のものである。耐火性ブロックに対
する変形例は、米国特許第４，７９７，０８７号で図示
され且つ説明されるような水冷金属ブロックである。し
かしながら、水或いはガス冷却ノズル類での経験される
操作問題と同様なこの型式バーナーでの操作問題は、化
学的に腐食性炉環境では予想すべきものである。
【００１４】更に低い火炎光度は、このような燃焼装置
の高い燃焼速度及び速かな混合速度のため酸素天然ガス
バーナーに対して代表的である。これは、ガラス溶融装
置のような高温炉で放射が主な熱伝達機構であるから熱
効率を減少する。
【００１５】図３（ｃ）に示されるような小さい直径バ
ーナーブロックの使用は、その連行問題を最小にする
が、しかし先行技術ブロックに固有の若干の他の問題を
除去できない。
【００１６】図４（ａ）に示されるように、先行技術酸
素燃料バーナー３２が発散ノズル或いはバーナーブロッ
ク３４と共に使用され又燃焼工程に高いモーメンタムが
ある場合、明るくない火炎３６を発生する。明るくない
火炎３６は、前述のような固有の劣った伝熱特性のため
に炉及びその炉内にある材料類を加熱するには効率がよ
り低くなるだろう。バーナー３２が低モーメンタム酸素
燃料火炎を発生する場合、火炎３６は、明るくなるが、
しかし同時にその火炎は、炉或いは容器の屋根に向って
上昇する傾向があり、図４（ｂ）に示されるように加熱
される。火炎を上昇させ且つそれによって加熱を集中さ
せることは、従来のガラス溶融炉或いはガラス溶融装置
の炉頂のような溶融装置の屋根耐火物の寿命を短縮す
る。
【００１７】
【実施例】図１に示されるように、本出願人は、バーナ
ー４０の面４４の前方へ天然ガスのような燃料を導入す
るため矢印４２によって示される中央開口及びこのバー
ナーの面４４で燃料のまわりに酸素或いは酸化剤を導入
するため複数の矢印４６によって示されるような同心開
口或いは多数の同心開口を使用する型式の酸素燃料バー
ナー４０及び点火源を設ける場合、火炎４７を発生する
ことを発見した。火炎４７は、燃料稀薄或いは酸素濃厚
混合物の外被によって囲繞される燃料濃厚酸素燃料混合
物のコア４８からなる。図示されるような予備燃焼器或
いはノズル５２内にこのように発生される酸素燃料火炎
を閉じ込めることによって低ＮＯｘ発生をもつ低温の明
るい火炎の効果を達成し且つノズル、バーナーブロック
或いは予備燃焼器５２の中への有害な炉汚染物の連行を
除去する。
【００１８】本出願人は、予備燃焼器５２の形状寸法が
燃焼速度の関数であることを発見した。例えば、バーナ
ー４０が毎時０．２５乃至４０ミリオンＢｔｕ／時の速
度で燃焼できる場合、予備燃焼器５２の寸法は、バーナ
ーの面４４から予備燃焼器５２の排出端５４までの距離
が６乃至４８インチとなり、予備燃焼器５２の内側円筒
開口或いは通路の直径を２乃至８インチにすべきで、又
長さ対直径の比率（Ｌ／ｄ）を２乃至６にすべきように
決定しなければならない。本発明によると、好ましい予
備燃焼器の輪郭は、下記の表１に示される。
【００１９】
【表１】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 燃焼速度範囲 ターンダウン 長さ(L) 直径(d) L/d 比 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 0.25- 1.5MM 6 12−18″ 3.0− 3.5″ 3.4-5.1 1.0 - 3.0MM 3 12−18″ 3.5− 4.0″ 3.0-4.5 2.0 - 6.0MM 3 12−18″ 4.0− 4.5″ 2.8-4.0 4.0 -20.0MM 5 16−48″ 4.0− 8.0″ 2.0-6.0 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 上表１に示される数値類は、火炎光度、予備燃焼器温度
分布、及び実験試験燃焼の間収集された予備燃焼器圧力
の測定から得られた実験値である。これらの寸法は、バ
ーナー類及びバーナーブロック類を設計する従来の取り
組み方に逆行するものである。何故ならば、この「＃隙
間のない（或いはタイトな）」予備燃焼器が実際上流動
し、且つ反応するガスによって冷却及び遮蔽されるから
である。この場合使用されるように「隙間のない」と
は、火炎４７の外径と予備燃焼器５２の内径との間の小
さい隙間を言う。先行技術では、そのバーナーブロック
は、高温酸素燃料火炎からそれを離すため大きくなって
おり、そのため炉ガスを連行する結果となる。
【００２０】前記予備燃焼器は、収束或いは発散角が予
備燃焼器５２の長手方向軸に対して測定され、測定され
た収束及び発散角が±１５°より大きくない場合、内面
５６に対して収束及び発散形状をもつことができること
も判明した。その角は、図１にαとして図示される。
【００２１】図２を参照して、予備燃焼器５２の横手方
向中心線５３から予備燃焼器５２の内壁５６上で等しく
隔置される位置６０、６２までの距離が予備燃焼器５２
の酸素及び燃料混合物の濃度傾向に対してプロットされ
ている。
【００２２】図２に示されるようにバーナーの中心線で
はその傾向は、酸素より高い濃度の燃料になっている。
逆の傾向は、予備燃焼器５２の壁で事実に当て嵌まって
おり、従って同心の酸素燃料バーナーの使用が酸素濃厚
或いは燃料欠乏帯域或いは位相内に燃料濃厚位相或いは
帯域をつくり、従って２位相乱流拡散火炎を発生する。
【００２３】本発明は、２位相乱流拡散火炎の形成及び
安定化及び予備燃焼器５２の中への何等かの炉ガス吸入
なしに炉の中への前記火炎の導入を可能にする。火炎４
７は、予備燃焼器５２内で安定化され且つ予備燃焼器５
２の突出端５４を介して炉（図示せず）の中へ伸びる。
火炎４７の中心コア４８（燃料濃厚位相）は、明るく且
つ高温度に又予備燃焼器５２の内壁５６と接触しない。
より低温の環状外被５０或いは酸素濃厚個所（燃料稀薄
位相）は、火炎４７の明るい中心コア４８を取り囲み、
高い火炎温度から予備燃焼器５２の壁５６を保護し且つ
予備燃焼器５２の中への炉ガスの何等かの吸入を防止す
る。この２相火炎からの燃焼生成物は、予備燃焼器５２
内での燃料分解及びガス相核形成工程によってつくられ
ている煤粒子を含む。炉内部の残留燃料での煤の酸化
は、加熱される物品或いは装填物に対する有効放射性熱
伝達に適する極めて明るい火炎を生ずる。
【００２４】予備燃焼器５２の適当な操作に対して、そ
のノズル速度、例えば、天然ガス（Ｖｎｇ）及び酸素
（Ｖｏｘ）のバーナー４０の表面４４での速度が約６０
０フィート／秒より高くなければならず、又Ｖｎｇ／Ｖ
ｏｘの比率が０．３乃至６．０でなければならないこと
が判明した。しかしながら、本発明の装置を使用する場
合高い火炎光度（好ましい操作）に対して、より低い速
度を使用する必要があり、その比率Ｖｎｇ／Ｖｏｇが
１．０乃至１．５にされる。加熱用途に従って更にこの
予備燃焼器は、高及び低及び規定速度範囲に対応する高
モーメンタム及び低モーメンタム変形例へ分割してもよ
い。例えば、酸素燃料及び空気燃料両バーナーをもつ部
分転化炉では、高いモーメンターム操作は空気燃料バー
ナーの作用及び酸素燃料火炎形状安定性に関する大きい
煙道ガス容積を最小にする必要がある。これに反して、
完全転化酸素燃料炉では、低モーメンタムが好ましい。
何故ならばこの様式がより低い火炎温度及びより高い火
炎光度を提供するからである。
【００２５】この予備燃焼器は、そのバーナーが化学量
論的比率の外側で、例えば、段階燃焼方法で燃焼される
場合使用できる。この予備燃焼器の中へそのバーナーを
介して所用酸素５０％以下を噴射する（例えば酸素／天
然ガス１／１以下で３）場合、酸素及び燃料は、逆の構
成にして且つその予備燃焼器に使用される燃料流の中へ
導入してもよい。
【００２６】規定の設計及び操作範囲が前述のように使
用される場合、本発明の予備燃焼器５２は、高温炉で代
表的に用いられる温度よりも低い温度で操作する。この
ためそのバーナー或いは炉のオペレータに対し広い寛容
度を与える驚くべき結果となる。何故ならば所定の炉の
構造に通常使用される材料と予備しない材料以外に特定
の材料を必要としないからである。
【００２７】実際上前記操作或いは設計パラメータが守
られず、例えば、Ｌ／ｄ比率が２以下の場合に予備燃焼
器を使用する場合、この予備燃焼器の直径は、余りに大
きくなり、そのためその予備燃焼器内で２位相火炎を発
生できない。更に、高いノズル速度は、図４（ｂ）に示
されるようにその火炎を上方へ湾曲し且つ炉屋根耐火材
を過熱させないようにしなければならない。従って、高
温乱流は、強力な酸素燃料混合、高い火炎温度及び予備
燃焼器の中への炉ガスの吸引をもたらすのに必要であ
る。これは、その予備燃焼器が図３（ｃ）に示されるよ
うな従来の小さい直径のバーナーブロックとして使用さ
れる場合であるだろう。
【００２８】これに反して、もしＬ／ｄ比率が６より大
きい場合、その予備燃焼器の直径は、余りに小さくなる
か或いはその長さが余りに大きくなり、そのため予備燃
焼器内に許容できない程の高い火炎温度をもたらす。こ
のため予備燃焼器の両端の間での余りに大きい温度勾配
を誘発し且つ予備燃焼器５２の構造材料内の亀裂伝播を
促進する。
【００２９】本発明による装置は、予備燃焼器５２がＬ
／ｄ比率３．２を備える通路をもつ場合試験された。そ
の予備燃焼器をその中へ装備した炉の温度は、２４時間
の間約２，４００°Ｆで維持された。その試験をしてい
る間、若干の炉構成部材（例えばノズル、取り付け板、
予備燃焼器）の温度はモニタされた。燃焼速度１．６ミ
リオンＢｔｕ／時の定常状態条件下で記録される温度
は、下記の通りであった。即ち、平均炉温度２，４１０
°Ｆ、平均予備燃焼器温度ノズル端で１，５８０°Ｆ及
び排出端５４或いは炉端で、１，９７０°Ｆである。予
備燃焼器の後部で測定される静圧は、燃焼速度約１ミリ
オンＢｔｕ／時に対して大気圧以上であった。これは、
予備燃焼器の中への炉ガスの吸引がないことを意味す
る。何故ならば炉が若干負圧で操作されたからである。
火炎光度は、３ミリオンＢｔｕ／時まで高くしてそれ以
上で徐々に減少した。
【００３０】前述に付加して、予備燃焼器は、炉壁と同
じ材料からＬ／ｄ比率４でつくられて、完全酸素天然ガ
ス燃焼繊維ガラス溶融炉で試験された。その予備燃焼器
は、試験開始前の温度が２，２０４°Ｆであった炉壁を
介してバッチ（回分）装入側に隣接して装備された。本
発明の装置を使用する試験全体の間、その予備燃焼器表
面及び取り囲む炉壁耐火材の温度は、燃焼開始後数時間
で約５０°Ｆだけ低下し、従って酸素冷却及び保護炉耐
火材の有効性を証明した。火炎光度は、燃焼速度１．５
ミリオンＢｔｕ／時まで高かった。１乃至２．５ミリオ
ンＢｔｕ／時の範囲の燃焼速度での５週間連続運転後、
その予備燃焼器は点検され、且つ内部室の表面或いは壁
で腐食或いは沈着の何等の徴候なく清浄であると判明し
た。天然ガス及び酸素の噴射に使用されたバーナーのノ
ズルも、何等沈着或いは腐食の徴候のないことが判明し
た。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明による方法及
び装置は、高温の工業溶融炉を酸素燃料加熱するため独
特の予備燃焼器とバーナーとの組み合わせを用いる２位
相乱流拡散火炎の発生によりそれら装置の腐食及び沈着
を防止し、且つ環境汚染物ＮＯｘ、ＳＯ２、ＣＯ２等の
発生を減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略説明図である。
【図２】本発明の予備燃焼器の中心線から内面上での半
径方向に向かい会った点までの距離をこの予備燃焼器の
酸素燃料混合物の濃度に対して作図した線図である。
【図３】先行技術の酸素燃焼バーナー及び加熱炉の中へ
このバーナーを取り付けるバーナーブロックを示す図で
あって、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ発散バーナ
ーブロックノズル、大直径円筒バーナーブロックノズル
及び小直径円筒バーナーブロックノズルをもつものの概
略説明図である。
【図４】火炎形状への速度の効果を示す発散形式の先行
技術を示す図であって、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ酸
素燃料バーナー及びバーナーブロックの概略説明図であ
る。
【符号の説明】
１０ 酸素燃料バーナー １２ 酸素燃料バーナー １４ 酸素燃料バーナー １６ 発散バーナーブロック １８ 大直径円筒バーナーブロック ２０ 小直径円筒バーナーブロック ２２ 火炎形状 ２４ 火炎形状 ２６ 火炎形状 ２８ 矢印 ３０ 矢印 ３２ 酸素燃料バーナー ３４ 発散バーナーブロック ３６ 明るくない火炎 ４０ 酸素燃料バーナー ４２ 矢印 ４４ バーナー４０の端面 ４６ 矢印 ４７ 火炎 ４８ 火炎コア ５０ 火炎外被 ５２ 予備燃焼器 ５６ 内壁 ５８ 中心線 ６０ 中心線からの壁上の対称点 ６２ 中心線からの壁上の対称点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593075843 コンブッション．テク．インコーポレーテ ッド アメリカ合衆国．32703．フロリダ州．ア ポプカ．クラーク．ストリート．2501 (72)発明者 アレクサンダー．ジョージ．スラヴェコフ アメリカ合衆国．18104．ペンシルバニア 州．アレンタウン．ミュレイ．ドライヴ. 216 (72)発明者 ズビグニュー．ズリッキー アメリカ合衆国．18062．ペンシルバニア 州．マッケンジー．ヴィレッジ．ウォー ク．ドライヴ．344 (72)発明者 マヘンドラ．ラジャラム．ジョシ アメリカ合衆国．32714．フロリダ州．ア ルタモンテ．スプリングス．ナンバー12. ブリッケンリッジ．ヴィレッジ．564 (72)発明者 ジェームス．キース．ナボーズ アメリカ合衆国．32703．フロリダ州．ア ポプカ．ナンバー206．フォックス．ヒル. 3008

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高温度に対して室を加熱する装置におい
    て、前記室壁に対し固着し、或いはこの室壁に取り付け
    るに適する予備燃焼器、前記予備燃焼器が少なくとも２
    つのほぼ平行面をもち、前記両面の１つが前記室の内部
    体積に対して露出され、前記予備燃焼器が前記ほぼ平行
    両面の間で前記予備燃焼器を介して伸びるほぼ円筒状通
    路を含んでおり、前記通路が長手方向軸をもつ酸素燃料
    バーナーを位置決めするため適しており、前記バーナー
    の軸が前記通路の長手方向軸に対して一致しており；及
    び前方端をもつ型式のほぼ円筒状後混合酸素燃料バーナ
    ー、前記前方端が同心の流体開口或いは多数の開口によ
    って囲繞される中心開口を含み、従って流体が前記バー
    ナーの前記前方端を出るとき流体の出る前記同心流体開
    口が前記流体の出る前記中心開口を囲繞し、前記バーナ
    ーが前記予備燃焼器の前記通路内に配設され、従って前
    記通路が前記バーナーの前記前方端を越えて一定距離伸
    び、前記距離が２乃至６の比率によって決定され、前記
    比率は、前記バーナーの該前方端と、前記予備燃焼器の
    前記通路の端との間の距離（長さ）を前記バーナーの前
    記前方端の直径によって除算することによって決定さ
    れ、この場合前記バーナーは、燃焼速度０．２５乃至４
    ０ミリオンＢｔｕ／時をもつよう選択される、前記諸特
    徴の組合せからなる装置。
  2. 【請求項２】 前記バーナーは、燃焼範囲０．２５乃至
    １．５ミリオンＢｔｕ／時及び前記長さ／直径比率は、
    ３．５乃至５．１をもち又前記通路の前記長さは、１２
    乃至１８インチである請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 前記バーナーは、燃焼範囲１乃至３．０
    ミリオンＢｔｕ／時及び前記長さ／直径比率は、３．０
    乃至４．５をもち又前記通路の前記長さは、１２乃至１
    ８インチである請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 前記バーナーは、燃焼範囲２乃至６．０
    ミリオンＢｔｕ／時をもち又前記長さ対直径比率は２．
    ８乃至４．０であり又前記通路長は、１２乃至１８イン
    チである請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 前記バーナーは、燃焼範囲４乃至２０ミ
    リオンＢｔｕ／時又前記長さ対直径比率は、２乃至６で
    あり又前記通路長は、１６乃至４８インチである請求項
    １の装置。
  6. 【請求項６】 前記予備燃焼器の前記通路は、前記室に
    露出される前記面において前記通路の長手方向軸に対し
    て測定される３１５°の最大収束或いは発散形状をもつ
    ほぼ円筒状である請求項１の装置。
  7. 【請求項７】 前記バーナーの前記中心開口は、燃料通
    路を構成し又前記同心流体開口は、酸化剤通路を構成す
    る請求項１の装置。
  8. 【請求項８】 前記バーナーの前記中心開口は、中心酸
    化剤通路を構成し又前記同心流体開口は燃料通路を構成
    する請求項１の装置。
  9. 【請求項９】 高温に対して室を加熱する低ＮＯｘ酸素
    燃料火炎発生方法において、 燃料稀薄相の外被によって燃料濃厚相のコアを囲繞する
    型式の酸素燃料火炎を発生し；前記火炎を発生する個所
    から加熱装置へ前記火炎を導入できる個所までの距離の
    間円筒形状に前記火炎を閉じ込め且つ指向し、前記距離
    （長さ）は、その熱発生速度が０．２５乃至４０ミクロ
    ンＢｔｕ／時の場合、移動長対原点における火炎直径の
    比率２乃至６から決定される；ことを特徴とする前記方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記熱発生速度は、０．２５乃至１．
    ５ミリオンＢｔｕ／時であり、前記比率は、３．４乃至
    ５．１であり、前記長さは、１２乃至１８インチであ
    り、前記直径は、３．０〜３．５インチである請求項９
    の方法。
  11. 【請求項１１】 前記熱発生速度は、１．０乃至３．０
    ミリオンＢｔｕ／時であり、前記比率は、３．０乃至
    ４．５であり、前記長さは、１２乃至１８インチであり
    又前記直径は、３．５乃至４．０インチである請求項９
    の方法。
  12. 【請求項１２】 前記熱発生速度は、２．０乃至６．０
    ミリオンＢｔｕ／時であり、前記比率は、２．８乃至
    ４．０であり又前記長さは、１２乃至１８インチであり
    又前記直径は、４．０乃至４．５インチである請求項９
    の方法。
  13. 【請求項１３】 前記熱発生速度は、４．０乃至２０ミ
    リオンＢｔｕ／時であり、前記比率は、２．０乃至６．
    ０であり、前記長さは、１６乃至４８インチであり又前
    記直径は、４．０乃至８インチである請求項９の方法。
  14. 【請求項１４】 前記火炎形状は、前記火炎が前記加熱
    装置に入る個所で最大収束或いは発散角度をもち、前記
    角度が前記室の長手方向軸に対して測定される請求項９
    の方法。
  15. 【請求項１５】 高温に対して室を加熱する段階燃焼で
    低ＮＯｘ酸素燃料火炎発生方法において、 燃料濃厚相の外被によって酸素濃厚相のコアを囲繞する
    型式の酸素燃料火炎を発生し；前記火炎を発生する個所
    から加熱炉の中へ前記火炎を導入できる個所までの距離
    の間、円筒形状へ前記火炎を閉じ込め且つ指向し、前記
    距離（長さ）は、該熱発生速度が０．２５乃至４０ミリ
    オンＢｔｕ／時である場合、移動長対原点における火炎
    直径の比率２乃至６から決定される；ことを特徴とする
    前記方法。
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