JPH0676842B2 - 多重オキシダント噴射式燃焼方法及び装置 - Google Patents
多重オキシダント噴射式燃焼方法及び装置Info
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- JPH0676842B2 JPH0676842B2 JP2115954A JP11595490A JPH0676842B2 JP H0676842 B2 JPH0676842 B2 JP H0676842B2 JP 2115954 A JP2115954 A JP 2115954A JP 11595490 A JP11595490 A JP 11595490A JP H0676842 B2 JPH0676842 B2 JP H0676842B2
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- oxidant
- fuel
- injection
- flow
- combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
-
- 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
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
- Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃料とオキシダントを燃焼帯域内へ噴射して
それらを混合し燃焼させるための燃焼方法及び装置に関
する。
それらを混合し燃焼させるための燃焼方法及び装置に関
する。
従来の技術 燃焼分野における最近の重要な進展は、米国特許第4,37
8,205号及び第4,541,796号に開示された吸引器（アスピ
レータ）型バーナーである。この技術は、極度に高い温
度を伴うことなく、又酸素燃焼の混合不良特性を伴うこ
となく、オキシダント（酸素又は酸素富化空気等の酸化
体）による燃焼を可能にするものであり、それによっ
て、高いレベルの窒素酸化物（NOx）の発生なしに、か
つ、燃焼帯域内に局部的なホットスポット（高温点）を
生じさせることなく、燃焼を達成させる。この燃焼法
は、燃料噴射点とオキシダント噴射点との間に大きな間
隔を設定し、オキシダントを燃料と混合させ燃焼させる
前に、炉ガス（燃焼帯域内のガス）をオキシダント流内
へ吸引（アスピレート）させることによって達成され
る。
8,205号及び第4,541,796号に開示された吸引器（アスピ
レータ）型バーナーである。この技術は、極度に高い温
度を伴うことなく、又酸素燃焼の混合不良特性を伴うこ
となく、オキシダント（酸素又は酸素富化空気等の酸化
体）による燃焼を可能にするものであり、それによっ
て、高いレベルの窒素酸化物（NOx）の発生なしに、か
つ、燃焼帯域内に局部的なホットスポット（高温点）を
生じさせることなく、燃焼を達成させる。この燃焼法
は、燃料噴射点とオキシダント噴射点との間に大きな間
隔を設定し、オキシダントを燃料と混合させ燃焼させる
前に、炉ガス（燃焼帯域内のガス）をオキシダント流内
へ吸引（アスピレート）させることによって達成され
る。
ある種の物質の燃焼、例えば危険な廃物の焼却等におい
ては、燃焼の際に、燃焼帯域内にNOxの発生源となりう
る高レベルの窒素又は窒素成分が存在する。更に、例え
ば危険な廃物の焼却に使用される回転キルンのようなあ
る種の燃焼帯域は、比較的長く、かつ、幅狭である。拡
散火炎の形で燃焼を行うことによってNOxの発生を減少
さえ、より均一な温度分布を達成することができること
は知られているが、そのような拡散火炎は、幅狭の燃焼
帯域においては、火炎が燃焼帯域の壁に衝突し、壁を過
熱させ易いので、得られない。
ては、燃焼の際に、燃焼帯域内にNOxの発生源となりう
る高レベルの窒素又は窒素成分が存在する。更に、例え
ば危険な廃物の焼却に使用される回転キルンのようなあ
る種の燃焼帯域は、比較的長く、かつ、幅狭である。拡
散火炎の形で燃焼を行うことによってNOxの発生を減少
さえ、より均一な温度分布を達成することができること
は知られているが、そのような拡散火炎は、幅狭の燃焼
帯域においては、火炎が燃焼帯域の壁に衝突し、壁を過
熱させ易いので、得られない。
発明が解決しようとする課題 本発明は、従来技術の上記のような問題を解決すること
を企図したものである。
を企図したものである。
発明の目的 従って、本発明の目的は、より均一な温度分布を達成
し、かつ、たとえ燃焼帯域内に相当な量の窒素又は窒素
成分が存在していてもNOxの発生量を減少させるような
態様で、特に比較的幅狭の燃焼帯域内で燃料とオキシダ
ントを燃焼させるための方法及び装置を提供することで
ある。
し、かつ、たとえ燃焼帯域内に相当な量の窒素又は窒素
成分が存在していてもNOxの発生量を減少させるような
態様で、特に比較的幅狭の燃焼帯域内で燃料とオキシダ
ントを燃焼させるための方法及び装置を提供することで
ある。
課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、より均一な温度
分布を達成し、かつ、NOx発生量を減少させるような態
様で燃料とオキシダントを燃焼させるための方法であっ
て、 （Ａ）燃料流を燃焼帯域を通して流し、 （Ｂ）前記燃焼帯域内へオキシダントを少なくとも２つ
の流れとして噴射し、その際、少なくとも１つのオキシ
ダント流は、前記燃料流に対して実質的に平行に噴射
し、他の少なくとも１つのオキシダント流は、該平行噴
射のオキシダント流に対して半径方向外方へ角度をなし
て斜めに噴射し、 （Ｃ）前記燃焼帯域内から前記斜め噴射のオキシダント
流内へガスを吸引させ、その後、該ガスを含む該斜め噴
射流を前記平行噴射のオキシダント流の少なくとも１つ
の流れ内へ合流させ、 （Ｄ）得られた合流オキシダント流を燃料と混合させて
可燃混合物を生成し、該可燃混合物を燃焼させることか
ら成る燃焼方法を提供する。
分布を達成し、かつ、NOx発生量を減少させるような態
様で燃料とオキシダントを燃焼させるための方法であっ
て、 （Ａ）燃料流を燃焼帯域を通して流し、 （Ｂ）前記燃焼帯域内へオキシダントを少なくとも２つ
の流れとして噴射し、その際、少なくとも１つのオキシ
ダント流は、前記燃料流に対して実質的に平行に噴射
し、他の少なくとも１つのオキシダント流は、該平行噴
射のオキシダント流に対して半径方向外方へ角度をなし
て斜めに噴射し、 （Ｃ）前記燃焼帯域内から前記斜め噴射のオキシダント
流内へガスを吸引させ、その後、該ガスを含む該斜め噴
射流を前記平行噴射のオキシダント流の少なくとも１つ
の流れ内へ合流させ、 （Ｄ）得られた合流オキシダント流を燃料と混合させて
可燃混合物を生成し、該可燃混合物を燃焼させることか
ら成る燃焼方法を提供する。
本発明は、又、より均一な温度分布を達成し、かつ、NO
x発生量を減少させるような態様で燃料とオキシダント
を燃焼させるための装置であって、 （Ａ）燃料流を燃焼帯域を通して流すための燃料送給手
段と、 （Ｂ）前記燃焼帯域内へオキシダントを噴射するための
オキシダント噴射手段であって、オキシダント流を前記
燃料送給手段の燃料通し方向に対して実質的に平行に分
差するように向けられた少なくとも１つの平行向きオリ
フィスと、該平行向きオリフィスの噴射方向に対して半
径方向外方へ角度をなして斜めにオキシダント流を噴射
噴射するように向けられた少なくとも１つの斜め向きオ
リフィスとを含む少なくとも２つのオリフィスを有する
オキシダントノズルを備えたオキシダント噴射手段と、
から成る燃焼装置を提供する。
x発生量を減少させるような態様で燃料とオキシダント
を燃焼させるための装置であって、 （Ａ）燃料流を燃焼帯域を通して流すための燃料送給手
段と、 （Ｂ）前記燃焼帯域内へオキシダントを噴射するための
オキシダント噴射手段であって、オキシダント流を前記
燃料送給手段の燃料通し方向に対して実質的に平行に分
差するように向けられた少なくとも１つの平行向きオリ
フィスと、該平行向きオリフィスの噴射方向に対して半
径方向外方へ角度をなして斜めにオキシダント流を噴射
噴射するように向けられた少なくとも１つの斜め向きオ
リフィスとを含む少なくとも２つのオリフィスを有する
オキシダントノズルを備えたオキシダント噴射手段と、
から成る燃焼装置を提供する。
実施例 本発明の実施においては、燃料は、１つ又は１つ以上の
流れとして燃焼帯域を通して流すが、好ましくは単一の
流れとして、最も好ましくは、リング状（円形）に配列
した複数のオキシダント流の内側中央に位置する空気力
学的流れとして燃焼帯域内へ噴射する。燃料は、燃焼帯
域を通して流すことができる任意の種類の燃料であって
よい。そのような燃料の例としては、メタン及び天然ガ
ス等のガス燃料、燃料油、有機廃液等の液体燃料、ガス
媒体中に分散させた固形燃料粒子、及び、燃焼帯域を通
して搬送することができるその他の固形及び、又は液体
燃料が挙げられる。
流れとして燃焼帯域を通して流すが、好ましくは単一の
流れとして、最も好ましくは、リング状（円形）に配列
した複数のオキシダント流の内側中央に位置する空気力
学的流れとして燃焼帯域内へ噴射する。燃料は、燃焼帯
域を通して流すことができる任意の種類の燃料であって
よい。そのような燃料の例としては、メタン及び天然ガ
ス等のガス燃料、燃料油、有機廃液等の液体燃料、ガス
媒体中に分散させた固形燃料粒子、及び、燃焼帯域を通
して搬送することができるその他の固形及び、又は液体
燃料が挙げられる。
オキシダントは、少なくとも１つのノズルを通して、好
ましくは燃料導入地点から半径方向に離隔させて燃焼帯
域内へ噴射する。オキシダントは、空気、酸素富化空
気、又は99.5％を越える酸素濃度を有する実質的に純粋
な酸素等であってよいが、25％を越える平均酸素濃度を
有することが好ましい。燃焼帯域内には、漏入空気など
の他の源からの酸素も存在する場合がある。
ましくは燃料導入地点から半径方向に離隔させて燃焼帯
域内へ噴射する。オキシダントは、空気、酸素富化空
気、又は99.5％を越える酸素濃度を有する実質的に純粋
な酸素等であってよいが、25％を越える平均酸素濃度を
有することが好ましい。燃焼帯域内には、漏入空気など
の他の源からの酸素も存在する場合がある。
本発明によれば、オキシダントは、オキシダント噴射ノ
ズルから少なくとも２つの流れとして燃焼帯域内へ噴射
する。それらのオキシダント流の少なくとも１つは、燃
料流を燃焼帯域を通して流す方向、即ち燃料送給手段の
燃料通し方向に対して実質的に平行に噴射する。ここ
で、「平行」とは、流れの中心軸線に関して平行という
ことであり、「実質的に平行」とは、基準軸線に対して
約５゜以内の角度にあることをいう。オキシダント流、
及び燃料流（それが空気力学的流れである場合）は、燃
焼帯域内へ噴射され、燃焼帯域を通る間にほぼ円錐状に
膨張すること、又、場合によってはそれらの流れが回転
成分又は角度成分を有することが知られている。
ズルから少なくとも２つの流れとして燃焼帯域内へ噴射
する。それらのオキシダント流の少なくとも１つは、燃
料流を燃焼帯域を通して流す方向、即ち燃料送給手段の
燃料通し方向に対して実質的に平行に噴射する。ここ
で、「平行」とは、流れの中心軸線に関して平行という
ことであり、「実質的に平行」とは、基準軸線に対して
約５゜以内の角度にあることをいう。オキシダント流、
及び燃料流（それが空気力学的流れである場合）は、燃
焼帯域内へ噴射され、燃焼帯域を通る間にほぼ円錐状に
膨張すること、又、場合によってはそれらの流れが回転
成分又は角度成分を有することが知られている。
本発明によれば、少なくとも１つのオキシダント流を平
行噴射のオキシダント流に対して角度をなして、即ち斜
めに燃焼帯域内へ噴射する。その角度即ち傾斜角は、約
10〜45゜の範囲内とすることが好ましく、約10〜35゜の
範囲内とすることが最も好ましい。ここでいう「角度」
又は「傾斜角」とは、対象とされる２つの流れの中心軸
線によって画定される角度のことである。複数の斜め噴
射オキシダント流を用いる場合は、それらのオキシダン
ト流の傾斜角をいずれも平行噴射のオキシダント流に対
して同じ傾斜角にしてもよく、あるいは、１つ又はそれ
以上のオキシダント流を平行噴射のオキシダント流に対
して異る傾斜角とすることもできる。
行噴射のオキシダント流に対して角度をなして、即ち斜
めに燃焼帯域内へ噴射する。その角度即ち傾斜角は、約
10〜45゜の範囲内とすることが好ましく、約10〜35゜の
範囲内とすることが最も好ましい。ここでいう「角度」
又は「傾斜角」とは、対象とされる２つの流れの中心軸
線によって画定される角度のことである。複数の斜め噴
射オキシダント流を用いる場合は、それらのオキシダン
ト流の傾斜角をいずれも平行噴射のオキシダント流に対
して同じ傾斜角にしてもよく、あるいは、１つ又はそれ
以上のオキシダント流を平行噴射のオキシダント流に対
して異る傾斜角とすることもできる。
ノズルを通して燃焼帯域内へ噴射するオキシダントのう
ちの好ましくは30〜70％、最も好ましくは30〜50％は、
平行流れ流として噴射し、残りを斜め流れ流として噴射
する。又、ノズルを通して平行流れ流として燃焼帯域内
へ噴射するオキシダントの運動量は、ノズルを通して燃
焼帯域内へ噴射するオキシダントの全運動量の少なくと
も40％とすることが好ましい。
ちの好ましくは30〜70％、最も好ましくは30〜50％は、
平行流れ流として噴射し、残りを斜め流れ流として噴射
する。又、ノズルを通して平行流れ流として燃焼帯域内
へ噴射するオキシダントの運動量は、ノズルを通して燃
焼帯域内へ噴射するオキシダントの全運動量の少なくと
も40％とすることが好ましい。
第１図は、本発明に使用するためのオキシダント噴射ノ
ズルの一実施例の正面図である。第１図を参照して説明
すると、この実施例では、オキシダント噴射ノズル１
は、６つのオリフィス２、３、４、５、６、７を有して
おり、そのうちオリフィス２、３、４、５は、オキシダ
ントを、例えば同様に真直に向けられたノズルオリフィ
スを通して噴射される燃料流に対して実質的に平行に燃
焼帯域内へ噴射するように真直に向けられている。これ
らのオリフィスは、「真直向きオリフィス」又は「平行
向きオリフィス」と称することとする。一方、オリフィ
ス５、７は、平行向きオリフィス２、３、４、５の向き
から角度をなして（この実施例では12゜の角度に）配向
されている。オリフィス５、７は、「斜め向きオリフィ
ス」と称することとする。この角度即ち傾斜角は、第１
図の線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である第２図に明示さ
れている。各ノズルは、１つ以上の斜め向きオリフィス
を有することが好ましい。オキシダント噴射ノズルに設
けるオリフィスの数が多ければ多いほど、各オリフィス
の噴射断面積を小さくする。又、オリフィスの噴射点の
噴射断面積が小さければ小さいほど、オリフィスを通し
て噴射されるオキシダントの噴射速度が高くなる。そし
て、噴射速度が高ければ高いほど、後に説明する吸引作
用が大きくなる。
ズルの一実施例の正面図である。第１図を参照して説明
すると、この実施例では、オキシダント噴射ノズル１
は、６つのオリフィス２、３、４、５、６、７を有して
おり、そのうちオリフィス２、３、４、５は、オキシダ
ントを、例えば同様に真直に向けられたノズルオリフィ
スを通して噴射される燃料流に対して実質的に平行に燃
焼帯域内へ噴射するように真直に向けられている。これ
らのオリフィスは、「真直向きオリフィス」又は「平行
向きオリフィス」と称することとする。一方、オリフィ
ス５、７は、平行向きオリフィス２、３、４、５の向き
から角度をなして（この実施例では12゜の角度に）配向
されている。オリフィス５、７は、「斜め向きオリフィ
ス」と称することとする。この角度即ち傾斜角は、第１
図の線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である第２図に明示さ
れている。各ノズルは、１つ以上の斜め向きオリフィス
を有することが好ましい。オキシダント噴射ノズルに設
けるオリフィスの数が多ければ多いほど、各オリフィス
の噴射断面積を小さくする。又、オリフィスの噴射点の
噴射断面積が小さければ小さいほど、オリフィスを通し
て噴射されるオキシダントの噴射速度が高くなる。そし
て、噴射速度が高ければ高いほど、後に説明する吸引作
用が大きくなる。
斜め流れ流として燃焼帯域内へ噴射するオキシダント
は、燃焼帯域内から該オキシダントの斜め流れ流へのガ
スの吸引を惹起させるのに十分な速度で燃焼帯域内へ噴
射する。一般に、オキシダントの斜め流れ流の噴射速度
は、45.7〜304.8m（150〜1000ft）／秒の範囲内とす
る。オキシダントの斜め流れ流へ吸引されるガスは、燃
焼帯域内への侵入空気、又は、未燃焼窒素や燃焼反応か
らの一酸化炭素及び水蒸気等の炉ガス、燃焼帯域内に存
在する固形及び、又は液体の危険廃物から発せられる溶
媒蒸気等の炭化水素等である。
は、燃焼帯域内から該オキシダントの斜め流れ流へのガ
スの吸引を惹起させるのに十分な速度で燃焼帯域内へ噴
射する。一般に、オキシダントの斜め流れ流の噴射速度
は、45.7〜304.8m（150〜1000ft）／秒の範囲内とす
る。オキシダントの斜め流れ流へ吸引されるガスは、燃
焼帯域内への侵入空気、又は、未燃焼窒素や燃焼反応か
らの一酸化炭素及び水蒸気等の炉ガス、燃焼帯域内に存
在する固形及び、又は液体の危険廃物から発せられる溶
媒蒸気等の炭化水素等である。
平行流れ流として燃焼帯域内へ噴射するオキシダント
は、燃焼帯域内から上記オキシダントの斜め流れ流へガ
スが吸引された後、そのオキシダントの斜め流れ流をオ
キシダントの平行流れ流内へ合流させるのに十分な速度
で平行向きオリフィスを通して燃焼帯域内へ噴射する。
本発明のこの重要な操作は、第４図に示されている。一
般に、オキシダントの平行流れ流の噴射速度は、45.7〜
304.8m（150〜1000ft）／秒の範囲内とし、オキシダン
トの斜め流れ流の噴射速度と同じにしてもよく、あるい
は異なる速度としてもよい。
は、燃焼帯域内から上記オキシダントの斜め流れ流へガ
スが吸引された後、そのオキシダントの斜め流れ流をオ
キシダントの平行流れ流内へ合流させるのに十分な速度
で平行向きオリフィスを通して燃焼帯域内へ噴射する。
本発明のこの重要な操作は、第４図に示されている。一
般に、オキシダントの平行流れ流の噴射速度は、45.7〜
304.8m（150〜1000ft）／秒の範囲内とし、オキシダン
トの斜め流れ流の噴射速度と同じにしてもよく、あるい
は異なる速度としてもよい。
第３図は、本発明のバーナー装置即ち燃焼装置の一実施
例の正面図である。第３図を参照して説明すると、バー
ナー即ち燃焼装置10は、中央燃焼噴射ノズル14と、その
周りにリング状即ち円形に配列された８つのオキシダン
ト噴射ノズル11とから成る。各オキシダント噴射ノズル
11は、１つの真直向き即ち平行向きオキシダント噴射オ
リフィス12と、該オリフィス12の外側に12゜の傾斜角で
配向された２つの斜め向きオキシダント噴射オリフィス
13とから成る。中央燃料噴射ノズル14は、平行向きオキ
シダント噴射オリフィス12を通して噴射されるオキシダ
ントの自方向に平行に燃料を燃焼帯域21内へ噴射する。
第３図に示されらのと同様に常温流れがたバーナーを用
いてオキシダントの流れ態様を調べた。その際、オキシ
ダントは、最高152.4m/秒摩での範囲の速度でオリフィ
ス12及び13を通して燃焼帯域内へ噴射した。オキシダン
ト流れを可視化させるために燃焼帯域を通るオキシダン
トに煙を添加した。可視化されたオキシダントの流れ
は、第４図に図示されている。第４図から分るように、
バーナー10の各斜め向きオリフィス13から燃焼帯域内へ
噴射された斜め噴射オキシダント流20は、それらの噴射
地点の下流において、平行向きオリフィス12から噴射さ
れた平行噴射オキシダント流22内へ引込まれて合流す
る。即ち、この合流点23において、斜め噴射オキシダン
ト流20の実質的にすべてが、その前に上述したように該
斜め噴射オキシダント流に吸引された燃焼帯域からのガ
スと共に、平行噴射オキシダント流22内へ引込まれる。
かくして、合流された斜め噴射オキシダントと、吸引さ
れた燃焼帯域からのガスと、平行噴射オキシダントは、
燃料流と混合して可燃混合物を生成し、その混合物が燃
焼帯域内で燃焼される。
例の正面図である。第３図を参照して説明すると、バー
ナー即ち燃焼装置10は、中央燃焼噴射ノズル14と、その
周りにリング状即ち円形に配列された８つのオキシダン
ト噴射ノズル11とから成る。各オキシダント噴射ノズル
11は、１つの真直向き即ち平行向きオキシダント噴射オ
リフィス12と、該オリフィス12の外側に12゜の傾斜角で
配向された２つの斜め向きオキシダント噴射オリフィス
13とから成る。中央燃料噴射ノズル14は、平行向きオキ
シダント噴射オリフィス12を通して噴射されるオキシダ
ントの自方向に平行に燃料を燃焼帯域21内へ噴射する。
第３図に示されらのと同様に常温流れがたバーナーを用
いてオキシダントの流れ態様を調べた。その際、オキシ
ダントは、最高152.4m/秒摩での範囲の速度でオリフィ
ス12及び13を通して燃焼帯域内へ噴射した。オキシダン
ト流れを可視化させるために燃焼帯域を通るオキシダン
トに煙を添加した。可視化されたオキシダントの流れ
は、第４図に図示されている。第４図から分るように、
バーナー10の各斜め向きオリフィス13から燃焼帯域内へ
噴射された斜め噴射オキシダント流20は、それらの噴射
地点の下流において、平行向きオリフィス12から噴射さ
れた平行噴射オキシダント流22内へ引込まれて合流す
る。即ち、この合流点23において、斜め噴射オキシダン
ト流20の実質的にすべてが、その前に上述したように該
斜め噴射オキシダント流に吸引された燃焼帯域からのガ
スと共に、平行噴射オキシダント流22内へ引込まれる。
かくして、合流された斜め噴射オキシダントと、吸引さ
れた燃焼帯域からのガスと、平行噴射オキシダントは、
燃料流と混合して可燃混合物を生成し、その混合物が燃
焼帯域内で燃焼される。
発明の効果 本発明は、２つの重要な作用効果をもたらす。第１に、
オキシダントの一部を斜めに噴射することにより、流動
する燃焼反応体（オキシダントと燃料の流れ）の外側か
らの吸引作用の度合を高める。このことは、燃焼帯域内
に存在する固形及び、又は液体の危険廃物を燃焼させる
のに特に有利である。燃焼帯域内で固形及び、又は液体
の危険廃物から生じる揮発成分が斜め噴射のオキシダン
トの流れによって吸引され、オキシダントと共に燃焼さ
れるからである。更に、オキシダントの斜め噴射は、可
燃反応体を拡散させる働きをする。この高められた吸引
作用と、反応体の拡散とにより、燃焼反応の拡散お増大
させる働きをする。この燃焼反応の拡散の増大は、燃焼
温度の分布をより均一にし、かつ、NOxの発生量を減少
させる効果を生む。
オキシダントの一部を斜めに噴射することにより、流動
する燃焼反応体（オキシダントと燃料の流れ）の外側か
らの吸引作用の度合を高める。このことは、燃焼帯域内
に存在する固形及び、又は液体の危険廃物を燃焼させる
のに特に有利である。燃焼帯域内で固形及び、又は液体
の危険廃物から生じる揮発成分が斜め噴射のオキシダン
トの流れによって吸引され、オキシダントと共に燃焼さ
れるからである。更に、オキシダントの斜め噴射は、可
燃反応体を拡散させる働きをする。この高められた吸引
作用と、反応体の拡散とにより、燃焼反応の拡散お増大
させる働きをする。この燃焼反応の拡散の増大は、燃焼
温度の分布をより均一にし、かつ、NOxの発生量を減少
させる効果を生む。
第２に、平行噴射のオキシダントは、特に幅狭の燃焼帯
域の場合、斜め噴射のオキシダントが燃焼反応体の流れ
経路から外方へ逸脱して燃焼帯域の囲壁にぶつかること
がないように斜め噴射のオキシダントを内方へ引付ける
作用をする。更に、平行噴射のオキシダントは、斜め噴
射のオキシダントを引付けることによって、燃焼反応体
の流れの「塊」を増大させ、それによって流れの軸方向
の運動量を増大させる働きをする。このことは、オキシ
ダントと燃料の混合作用を高め、燃焼帯域内の熱分布を
より均一にするという有利な効果をもたらす。この効果
は、危険な廃物の焼却に使用される回転キルンに特有の
長くて幅の狭い燃焼帯域にとっては特に有利である。
域の場合、斜め噴射のオキシダントが燃焼反応体の流れ
経路から外方へ逸脱して燃焼帯域の囲壁にぶつかること
がないように斜め噴射のオキシダントを内方へ引付ける
作用をする。更に、平行噴射のオキシダントは、斜め噴
射のオキシダントを引付けることによって、燃焼反応体
の流れの「塊」を増大させ、それによって流れの軸方向
の運動量を増大させる働きをする。このことは、オキシ
ダントと燃料の混合作用を高め、燃焼帯域内の熱分布を
より均一にするという有利な効果をもたらす。この効果
は、危険な廃物の焼却に使用される回転キルンに特有の
長くて幅の狭い燃焼帯域にとっては特に有利である。
本発明の上述した有利な作用効果を実現するためには、
同じノズルを通して平行噴射されるオキシダントと、斜
め噴射されるオキシダントとを、互いに比較的近接させ
て燃焼帯域内へ噴射させる必要がある。即ち、これらの
２つのオキシダント（平行噴射されるオキシダントと、
斜め噴射されるオキシダント）の噴射点の半径方向の離
隔距離は、好ましくは、噴射オリフィス又は噴射オキシ
ダント流のうちの最も直径の大きいものの直径の10倍を
越えないように、最も好ましくは５倍を越えないように
すべきである。
同じノズルを通して平行噴射されるオキシダントと、斜
め噴射されるオキシダントとを、互いに比較的近接させ
て燃焼帯域内へ噴射させる必要がある。即ち、これらの
２つのオキシダント（平行噴射されるオキシダントと、
斜め噴射されるオキシダント）の噴射点の半径方向の離
隔距離は、好ましくは、噴射オリフィス又は噴射オキシ
ダント流のうちの最も直径の大きいものの直径の10倍を
越えないように、最も好ましくは５倍を越えないように
すべきである。
本発明の内容を更に説明し、それによって得られる作用
効果を立証するために、下記のような比較テストを実施
した。ただし、これらのテスト結果は、本発明の１つの
例として説明の目的で示されるものであり、本発明を限
定するものではない。
効果を立証するために、下記のような比較テストを実施
した。ただし、これらのテスト結果は、本発明の１つの
例として説明の目的で示されるものであり、本発明を限
定するものではない。
1.2×1.2×2.4m（４×４×8ft）の大きさの燃焼帯域内
でMM（1,000,000）BTU/時の燃焼率で本発明によるバー
ナーを作動させた。燃料は、天然ガスとし、中央燃料噴
射ノズルを通して噴射した。オキシダント噴射ノズルと
しては、中央燃料噴射ノズルの周りに６つのオキシダン
ト噴射ノズルを円形状に配列した。各オキシダント噴射
ノズルは、オキシダントを燃料の噴射方向に平行に噴射
する１つの平行向きオリフィスと、オキシダントを平行
噴射のオキシダント流の軸線から30゜の角度をなして斜
め外方に噴射する２つの斜め向きオリフィスを有するも
のであった。オキシダントとしては、実質的に純粋の酸
素を使用した。燃焼は、7.5％の過剰酸素状態で実施
し、燃焼のための酸素濃度を変更するために燃焼帯域内
へ空気を注入した。燃焼に参加する酸素の濃度を変えて
５つの燃焼反応実験を行った。煙道ガス中NOx含有量を
測定した。その結果が第５図のグラフに曲線5Aとして示
されている。比較の目的で、同様の実験を行った。比較
実験においては６つの上述したオキシダント噴射ノズル
に代えて、単一の平行向きオキシダント噴射オリフィス
を有する６つのノズルを使用した。これらの比較実験の
結果は、第５図のグラフに曲線5Bとして示されている。
第５図のグラフから、本発明は、従来周知の真直噴射ノ
ズルを用いた場合に比べてNOxの発生量を大幅に抑制す
る態様での燃焼を可能にすることが分る。
でMM（1,000,000）BTU/時の燃焼率で本発明によるバー
ナーを作動させた。燃料は、天然ガスとし、中央燃料噴
射ノズルを通して噴射した。オキシダント噴射ノズルと
しては、中央燃料噴射ノズルの周りに６つのオキシダン
ト噴射ノズルを円形状に配列した。各オキシダント噴射
ノズルは、オキシダントを燃料の噴射方向に平行に噴射
する１つの平行向きオリフィスと、オキシダントを平行
噴射のオキシダント流の軸線から30゜の角度をなして斜
め外方に噴射する２つの斜め向きオリフィスを有するも
のであった。オキシダントとしては、実質的に純粋の酸
素を使用した。燃焼は、7.5％の過剰酸素状態で実施
し、燃焼のための酸素濃度を変更するために燃焼帯域内
へ空気を注入した。燃焼に参加する酸素の濃度を変えて
５つの燃焼反応実験を行った。煙道ガス中NOx含有量を
測定した。その結果が第５図のグラフに曲線5Aとして示
されている。比較の目的で、同様の実験を行った。比較
実験においては６つの上述したオキシダント噴射ノズル
に代えて、単一の平行向きオキシダント噴射オリフィス
を有する６つのノズルを使用した。これらの比較実験の
結果は、第５図のグラフに曲線5Bとして示されている。
第５図のグラフから、本発明は、従来周知の真直噴射ノ
ズルを用いた場合に比べてNOxの発生量を大幅に抑制す
る態様での燃焼を可能にすることが分る。
上記の実験において燃焼のための酸素濃度を約38％とし
た場合の燃焼反応の温度分布を、燃焼帯域内の４つの地
点で温度を測定することによって調べた。上述の本発明
によるオキシダント噴射ノズルを用いた場合の温度分布
は第６図のグラフの曲線6Aで示されており、従来周知の
真直噴射ノズルを用いた場合の温度分布は第６図のグラ
フの曲線6Bで示されている。第６図のグラフから、本発
明は、従来周知の真直噴射ノズルを用いた場合に比べて
より均一な温度分布を達成することができることが分
る。
た場合の燃焼反応の温度分布を、燃焼帯域内の４つの地
点で温度を測定することによって調べた。上述の本発明
によるオキシダント噴射ノズルを用いた場合の温度分布
は第６図のグラフの曲線6Aで示されており、従来周知の
真直噴射ノズルを用いた場合の温度分布は第６図のグラ
フの曲線6Bで示されている。第６図のグラフから、本発
明は、従来周知の真直噴射ノズルを用いた場合に比べて
より均一な温度分布を達成することができることが分
る。
叙上のように、本発明によれば、長く、細い燃焼帯域内
で、より均一な温度分布を達成し、かつ、NOxの発生量
を減少させるような態様で、特に酸素富化空気又は純粋
酸素による燃焼を可能にする。
で、より均一な温度分布を達成し、かつ、NOxの発生量
を減少させるような態様で、特に酸素富化空気又は純粋
酸素による燃焼を可能にする。
以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明
は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定される
ものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱すること
なく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変
更及び改変を加えることができることを理解されたい。
は、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定される
ものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱すること
なく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変
更及び改変を加えることができることを理解されたい。
第１図は、本発明の方法及び装置に使用するためのオキ
シダント噴射ノズルの一実施例の正面図である。 第２図は、第１図のノズルの断面図である。 第３図は、本発明のバーナー装置の一実施例の正面図で
ある。 第４図は、第３図に示されたバーナー装置を用いた場合
のオキシダント流の流れ経路を示す概略図である。 第５図は、本発明に従って実施した燃焼から発生したNO
x発生量と、従来の真直ぐな向きのノズルだけを有すバ
ーナーを用いて実施した燃焼から発生したNOx発生量を
示すグラフである。 第６図は、本発明に従って燃焼を実施した場合の燃焼帯
域内の温度分布と、から発生したNOx発生量と、従来の
真直ぐな向きのノズルだけを有すバーナーを用いて燃焼
を実施した場合の燃焼帯域内の温度分布を示すグラフで
ある。 1:オキシダント噴射ノズル ２、３、４、5:平行向きオリフィス ６、7:斜め向きオリフィス 10:燃焼装置（バーナー） 11:オキシダント噴射ノズル 12:平行向きオリフィス 13:斜め向きオリフィス 14:中央燃料噴射ノズル
シダント噴射ノズルの一実施例の正面図である。 第２図は、第１図のノズルの断面図である。 第３図は、本発明のバーナー装置の一実施例の正面図で
ある。 第４図は、第３図に示されたバーナー装置を用いた場合
のオキシダント流の流れ経路を示す概略図である。 第５図は、本発明に従って実施した燃焼から発生したNO
x発生量と、従来の真直ぐな向きのノズルだけを有すバ
ーナーを用いて実施した燃焼から発生したNOx発生量を
示すグラフである。 第６図は、本発明に従って燃焼を実施した場合の燃焼帯
域内の温度分布と、から発生したNOx発生量と、従来の
真直ぐな向きのノズルだけを有すバーナーを用いて燃焼
を実施した場合の燃焼帯域内の温度分布を示すグラフで
ある。 1:オキシダント噴射ノズル ２、３、４、5:平行向きオリフィス ６、7:斜め向きオリフィス 10:燃焼装置（バーナー） 11:オキシダント噴射ノズル 12:平行向きオリフィス 13:斜め向きオリフィス 14:中央燃料噴射ノズル
Claims (4)
- 【請求項１】より均一な温度分布を達成し、かつ、NOx
発生量を減少させるような態様で燃料とオキシダントを
燃焼させるための方法であって、 （Ａ）燃料流を燃焼帯域を通して流し、 （Ｂ）前記燃焼帯域内へオキシダントを少なくとも２つ
の流れとして噴射し、その際、少なくとも１つのオキシ
ダント流は、前記燃料流に対して実質的に平行に噴射
し、他の少なくとも１つのオキシダント流は、該平行噴
射のオキシダント流に対して半径方向外方へ角度をなし
て斜めに噴射し、 （Ｃ）前記燃焼帯域内から前記斜め噴射のオキシダント
流内へガスを吸引させ、その後、該ガスを含む該斜め噴
射流を前記平行噴射のオキシダント流の少なくとも１つ
の流れ内へ合流させ、 （Ｄ）得られた合流オキシダント流を燃料と混合させて
可燃混合物を生成し、該可燃混合物を燃焼させることか
ら成る燃焼方法。 - 【請求項２】前記斜め噴射のオキシダントを複数の流れ
として噴射することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の燃焼方法。 - 【請求項３】より均一な温度分布を達成し、かつ、NOx
発生量を減少させるような態様で燃料とオキシダントを
燃焼させるための装置であって、 （Ａ）燃料流を燃焼帯域を通して流すための燃料送給手
段と、 （Ｂ）前記燃焼帯域内へオキシダントを噴射するための
オキシダント噴射手段であって、オキシダント流を前記
燃料送給手段の燃料通し方向に対して実質的に平行に噴
射するように向けられた少なくとも１つの平行向きオリ
フィスと、該平行向きオリフィスの噴射方向に対して半
径方向外方へ角度をなして斜めにオキシダント流を噴射
噴射するように向けられた複数の斜め向きオリフィスと
を含む少なくとも３つのオリフィスを有するオキシダン
トノズルを備えたオキシダント噴射手段と、から成る燃
焼装置。 - 【請求項４】前記オキシダントノズルは、複数の斜め向
きオリフィスを有することを特徴とする特許請求の範囲
第３項に記載の燃焼装置。
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|---|---|---|---|
| US349407 | 1989-05-08 | ||
| US07/349,407 US4969814A (en) | 1989-05-08 | 1989-05-08 | Multiple oxidant jet combustion method and apparatus |
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|---|---|
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