JPH074623A - 分岐フローノズルを使用する燃料バーナ装置および方法 - Google Patents
分岐フローノズルを使用する燃料バーナ装置および方法Info
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- JPH074623A JPH074623A JP6003755A JP375594A JPH074623A JP H074623 A JPH074623 A JP H074623A JP 6003755 A JP6003755 A JP 6003755A JP 375594 A JP375594 A JP 375594A JP H074623 A JPH074623 A JP H074623A
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- fuel
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- 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
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- 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
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- 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
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2201/00—Staged combustion
- F23C2201/20—Burner staging
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D2900/00006—Liquid fuel burners using pure oxygen or oxygen-enriched air as oxidant
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00012—Liquid or gas fuel burners with flames spread over a flat surface, either premix or non-premix type, e.g. "Flächenbrenner"
- F23D2900/00013—Liquid or gas fuel burners with flames spread over a flat surface, either premix or non-premix type, e.g. "Flächenbrenner" with means for spreading the flame in a fan or fishtail shape over a melting bath
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 本バーナはホットスポットの形成とオキシダ
ントおよび燃料流内への供給粒子の同伴、更にNOxの
生成等を制約・制限する燃焼に適合可能とする。 【構成】 上方、下方オキシダントノズルに挟まれた燃
料ノズルを持つオキシダント中で燃料を燃焼するバーナ
の燃料ノズルと上方、下方オキシダントノズルは広く均
一なフレームを生じ、ホットスポットを生まない外方向
に分岐した扇形状の燃料とオキシダントジェットを発生
する。上方、下方の第2のオキシダントノズルは段階的
燃焼のためであり、燃料が燃焼し、オキシダントは、上
方、下方オキシダントノズル手段で、亜当量的な比で供
給され、第2の上方、下方オキシダントノズルによって
供給されるオキシダントにより燃焼は完了する。内部で
は通路を通るオキシダント流が等速で徐々に、分岐した
形の複数の部分流に分割され、ノズルからの扇形オキシ
ダント流の減衰を防止する。
ントおよび燃料流内への供給粒子の同伴、更にNOxの
生成等を制約・制限する燃焼に適合可能とする。 【構成】 上方、下方オキシダントノズルに挟まれた燃
料ノズルを持つオキシダント中で燃料を燃焼するバーナ
の燃料ノズルと上方、下方オキシダントノズルは広く均
一なフレームを生じ、ホットスポットを生まない外方向
に分岐した扇形状の燃料とオキシダントジェットを発生
する。上方、下方の第2のオキシダントノズルは段階的
燃焼のためであり、燃料が燃焼し、オキシダントは、上
方、下方オキシダントノズル手段で、亜当量的な比で供
給され、第2の上方、下方オキシダントノズルによって
供給されるオキシダントにより燃焼は完了する。内部で
は通路を通るオキシダント流が等速で徐々に、分岐した
形の複数の部分流に分割され、ノズルからの扇形オキシ
ダント流の減衰を防止する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オキシダント中で燃料
を燃焼するための燃料バーナ装置および方法に関する。
さらに詳しくは、本発明は、オキシダントが酸素または
酸素富化空気である上記燃料バーナ装置および方法に関
する。本発明は、また、特に、本発明に従う燃料バーナ
装置および方法で使用されるオキシダントノズルを形成
するのに適当である、平坦(flat)で、分岐した均一流体
流を発生することのできるノズルに関する。
を燃焼するための燃料バーナ装置および方法に関する。
さらに詳しくは、本発明は、オキシダントが酸素または
酸素富化空気である上記燃料バーナ装置および方法に関
する。本発明は、また、特に、本発明に従う燃料バーナ
装置および方法で使用されるオキシダントノズルを形成
するのに適当である、平坦(flat)で、分岐した均一流体
流を発生することのできるノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料バーナは、処理さるべき物質が、溶
融した、例えば、ガラス、銅、アルミニウム、鉄および
鋼である多くの工業的用途において使用される。燃料か
ら利用できる熱を最大限にするために、燃料が酸素また
は酸素富化空気であるオキシ燃料(oxy-fuel)バーナが開
発された。これらのバーナは、一般に、極めて集中した
パワー出力を有するフレームを生じ、これが、ひいて
は、溶融物において、ホットスポットを生じさせる。典
型的には、このようなバーナは、高パワー出力を生ずる
ために、高速のオキシダントと、高質量流速の燃料とを
使用する。これらが合わさって、集中した加熱は、溶融
物内に揮発性物質を生じやすく、高速は、供給物を炉の
排出物に同伴しやすい。同伴された供給物および発生し
た揮発性物質は、それにより、失われて大気を汚染した
り、または、炉内もしくは炉とともに使用される排熱回
収システム中に集積する堆積物を形成したりする。
融した、例えば、ガラス、銅、アルミニウム、鉄および
鋼である多くの工業的用途において使用される。燃料か
ら利用できる熱を最大限にするために、燃料が酸素また
は酸素富化空気であるオキシ燃料(oxy-fuel)バーナが開
発された。これらのバーナは、一般に、極めて集中した
パワー出力を有するフレームを生じ、これが、ひいて
は、溶融物において、ホットスポットを生じさせる。典
型的には、このようなバーナは、高パワー出力を生ずる
ために、高速のオキシダントと、高質量流速の燃料とを
使用する。これらが合わさって、集中した加熱は、溶融
物内に揮発性物質を生じやすく、高速は、供給物を炉の
排出物に同伴しやすい。同伴された供給物および発生し
た揮発性物質は、それにより、失われて大気を汚染した
り、または、炉内もしくは炉とともに使用される排熱回
収システム中に集積する堆積物を形成したりする。
【0003】オキシ燃料バーナにおけるなおさらなる問
題点は、酸素または酸素富化空気内における高温燃焼
が、汚染NOxを生成することである。
題点は、酸素または酸素富化空気内における高温燃焼
が、汚染NOxを生成することである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以下記載するように、
本発明は、従来技術における装置および方法よりも、ホ
ットスポットを形成しにくく、オキシダントおよび燃料
流内に供給粒子を同伴しにくく、さらに、NOx形成が
制限される燃焼への使用にも容易に適合可能な燃焼バー
ナ装置および方法を提供する。
本発明は、従来技術における装置および方法よりも、ホ
ットスポットを形成しにくく、オキシダントおよび燃料
流内に供給粒子を同伴しにくく、さらに、NOx形成が
制限される燃焼への使用にも容易に適合可能な燃焼バー
ナ装置および方法を提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料ノズル手
段と、上方および下方ノズル手段とを含むオキシダント
中で燃料を燃焼するための燃料バーナを提供する。燃料
ノズル手段は、外方向に伸長し、分岐したフレームを有
するオキシダント内で燃焼するのに適合した外方向に分
岐した扇形形状の燃料ジェットを発生させる。上方およ
び下方オキシダントノズル手段は、別個のものであり、
互いに、かつ、前記燃料ノズル手段とは異なる、それぞ
れ、燃料ジェットの上および下に位置し、外方向に分岐
した扇形形状の上方および下方のオキシダントジェット
を発生する。オキシダントジェットは、燃料ジェットよ
りも低速であり、オキシダントは、燃料に吸引される。
段と、上方および下方ノズル手段とを含むオキシダント
中で燃料を燃焼するための燃料バーナを提供する。燃料
ノズル手段は、外方向に伸長し、分岐したフレームを有
するオキシダント内で燃焼するのに適合した外方向に分
岐した扇形形状の燃料ジェットを発生させる。上方およ
び下方オキシダントノズル手段は、別個のものであり、
互いに、かつ、前記燃料ノズル手段とは異なる、それぞ
れ、燃料ジェットの上および下に位置し、外方向に分岐
した扇形形状の上方および下方のオキシダントジェット
を発生する。オキシダントジェットは、燃料ジェットよ
りも低速であり、オキシダントは、燃料に吸引される。
【0006】本発明のもう一つの態様において、本発明
は、オキシダント中で燃料を燃焼させる方法を提供す
る。このような方法に従えば、燃料ジェットは、外方向
に分岐した扇形形状に発生され、燃料ジェットは、オキ
シダント内で、外方向に伸長し、かつ、分岐したフレー
ムとして燃焼する。上方および下方オキシダントジェッ
トは、別個のものであり、相互に、かつ、燃料ジェット
とは異なり、それぞれ、燃料ジェットの上および下の位
置で発生され、燃料ジェットよりも低速を有し、それに
より、オキシダントは燃料中に吸引される。
は、オキシダント中で燃料を燃焼させる方法を提供す
る。このような方法に従えば、燃料ジェットは、外方向
に分岐した扇形形状に発生され、燃料ジェットは、オキ
シダント内で、外方向に伸長し、かつ、分岐したフレー
ムとして燃焼する。上方および下方オキシダントジェッ
トは、別個のものであり、相互に、かつ、燃料ジェット
とは異なり、それぞれ、燃料ジェットの上および下の位
置で発生され、燃料ジェットよりも低速を有し、それに
より、オキシダントは燃料中に吸引される。
【0007】本発明のこれら前述の態様においては、燃
料ジェットおよびオキシダントノズルは、外方向に分岐
し、かつ、扇形形状であり、広い面積にわたって燃焼す
る外方向に伸長するフレームを発生する。広範な燃焼面
積は、高レベルの熱を溶融物に加えるとともに、溶融物
内において、ホットスポットを無くすという長所を有す
る。上方および下方オキシダントノズル手段は、低速、
したがって、高圧オキシダントジェットを発生させ、ひ
いては、オキシダントを燃料中に吸引するための圧力差
を生じさせる。しかし、オキシダントジェットは、低速
であるので、これらは、供給粒子を同伴しにくく、燃料
ジェットをシールドする役割を果たす。
料ジェットおよびオキシダントノズルは、外方向に分岐
し、かつ、扇形形状であり、広い面積にわたって燃焼す
る外方向に伸長するフレームを発生する。広範な燃焼面
積は、高レベルの熱を溶融物に加えるとともに、溶融物
内において、ホットスポットを無くすという長所を有す
る。上方および下方オキシダントノズル手段は、低速、
したがって、高圧オキシダントジェットを発生させ、ひ
いては、オキシダントを燃料中に吸引するための圧力差
を生じさせる。しかし、オキシダントジェットは、低速
であるので、これらは、供給粒子を同伴しにくく、燃料
ジェットをシールドする役割を果たす。
【0008】なおもう一つの態様において、本発明は、
平坦(flat)で、均一に分岐した流体流を発生するための
ノズルを提供する。このノズルは、特に、上方および下
方オキシダントノズル手段として適当である。このノズ
ルは、通路を含む本体部分を含む。通路は、流体流を排
出するための導出口と、燃料流をこの通路に導入するた
めの通路への導入口とを有する。通路をその長手方向に
分割し、したがって、本質的に等しい大きさの流速を有
し、流体流の横断方向に徐々に分岐するように配向され
た複数の部分流に前記流体流を分割する。
平坦(flat)で、均一に分岐した流体流を発生するための
ノズルを提供する。このノズルは、特に、上方および下
方オキシダントノズル手段として適当である。このノズ
ルは、通路を含む本体部分を含む。通路は、流体流を排
出するための導出口と、燃料流をこの通路に導入するた
めの通路への導入口とを有する。通路をその長手方向に
分割し、したがって、本質的に等しい大きさの流速を有
し、流体流の横断方向に徐々に分岐するように配向され
た複数の部分流に前記流体流を分割する。
【0009】上述したように、本発明は、NOx形成を
低減するために適合することができる。従来技術のオキ
シ燃料バーナにおいては、大気中の窒素が酸素と反応し
て、熱NOxを生成する。また、燃料ラジカル、例え
ば、CHは、大気中の窒素と反応して即座にNOxを形
成することができる。本発明のこの態様においては、燃
料の燃焼は、熱および即座のNOx形成を低減するため
に2工程で起こる。2段階燃焼の第1の工程において
は、上方および下方オキシダントジェットによって供給
されるオキシダント内における燃料の燃焼は、亜当量的
である。バーナは、さらに、別個で、相互に、かつ、上
方および下方オキシダントノズル、ならびに、燃料ジェ
ット手段とは異なる第2の上方および下方オキシダント
ノズル手段を含む。上方および下方オキシダントノズル
および燃料ジェット手段は、燃料を完全燃焼するために
十分な量のオキシダントを供給するために、それぞれ、
上方および下方オキシダントジェットの上および下に位
置し、外方向に分岐した扇形形状の少なくとも1対の上
方および下方の第2のオキシダントジェットを発生させ
る。それにより、燃料の燃焼は、2工程燃焼の第2の工
程で完了する。十分な量のオキシダントとは、完全燃焼
に必要とされる丁度の量であるか、あるいは、過当量量
であることに留意すべきである。本発明のこの態様に含
まれる方法では、それぞれ、上方および下方オキシダン
トジェットの上および下の位置に、外方向に分岐した扇
形形状の少なくとも1対の上方および下方の第2のオキ
シダントジェットを発生させ、燃料を完全燃焼するため
に十分な量のオキシダントを供給する。こうした燃焼の
段階化は、NOx形成を低下させることが判明した。
低減するために適合することができる。従来技術のオキ
シ燃料バーナにおいては、大気中の窒素が酸素と反応し
て、熱NOxを生成する。また、燃料ラジカル、例え
ば、CHは、大気中の窒素と反応して即座にNOxを形
成することができる。本発明のこの態様においては、燃
料の燃焼は、熱および即座のNOx形成を低減するため
に2工程で起こる。2段階燃焼の第1の工程において
は、上方および下方オキシダントジェットによって供給
されるオキシダント内における燃料の燃焼は、亜当量的
である。バーナは、さらに、別個で、相互に、かつ、上
方および下方オキシダントノズル、ならびに、燃料ジェ
ット手段とは異なる第2の上方および下方オキシダント
ノズル手段を含む。上方および下方オキシダントノズル
および燃料ジェット手段は、燃料を完全燃焼するために
十分な量のオキシダントを供給するために、それぞれ、
上方および下方オキシダントジェットの上および下に位
置し、外方向に分岐した扇形形状の少なくとも1対の上
方および下方の第2のオキシダントジェットを発生させ
る。それにより、燃料の燃焼は、2工程燃焼の第2の工
程で完了する。十分な量のオキシダントとは、完全燃焼
に必要とされる丁度の量であるか、あるいは、過当量量
であることに留意すべきである。本発明のこの態様に含
まれる方法では、それぞれ、上方および下方オキシダン
トジェットの上および下の位置に、外方向に分岐した扇
形形状の少なくとも1対の上方および下方の第2のオキ
シダントジェットを発生させ、燃料を完全燃焼するため
に十分な量のオキシダントを供給する。こうした燃焼の
段階化は、NOx形成を低下させることが判明した。
【0010】明細書は、出願人が自分の発明と考える主
題を明確に指摘する特許請求の範囲で結論づけられる
が、本発明は、添付の図面と結び付けるとよりよく理解
されると考えられる。
題を明確に指摘する特許請求の範囲で結論づけられる
が、本発明は、添付の図面と結び付けるとよりよく理解
されると考えられる。
【0011】図1は、本発明に従うバーナの平面図であ
り;図2は、図1の立面図であり;図3は、図1の正面
図であり;図4Aは、図3の線4−4に沿った部分断面
図であり;図4Bは、図4Aの部分正面図であり;図4
Cは、図4Aの線4Cに沿った部分断面図であり;図4
Dは、図4Aの線4Dに沿った部分断面図であり;図5
は、オキシダントの段階化を用いる本発明に従うバーナ
のもう一つの実施態様の部分側面図であり、断面で示し
たバーナブロック内にセットされたものとして示されて
おり;図6は、図5の正面図であり;図7は、図5のバ
ーナにおいて使用されるノズルの立面図であり;図8
は、断面に描かれているバーナブロックを有する図5の
バーナから放出されるフレームの正面図であり;図9
は、図8の立面図である。
り;図2は、図1の立面図であり;図3は、図1の正面
図であり;図4Aは、図3の線4−4に沿った部分断面
図であり;図4Bは、図4Aの部分正面図であり;図4
Cは、図4Aの線4Cに沿った部分断面図であり;図4
Dは、図4Aの線4Dに沿った部分断面図であり;図5
は、オキシダントの段階化を用いる本発明に従うバーナ
のもう一つの実施態様の部分側面図であり、断面で示し
たバーナブロック内にセットされたものとして示されて
おり;図6は、図5の正面図であり;図7は、図5のバ
ーナにおいて使用されるノズルの立面図であり;図8
は、断面に描かれているバーナブロックを有する図5の
バーナから放出されるフレームの正面図であり;図9
は、図8の立面図である。
【0012】
【実施例】図1、図2および図3には、本発明に従うバ
ーナ10が図示されている。バーナ10は、燃料ノズル
12を含み、この燃料ノズル12は、以下に記載するよ
うに、外方向に分岐した扇形形状の燃料ジェットを発生
するように設計されている。このような燃料ジェット
は、適当な形状のオキシダントジェット内で外方向に伸
長する分岐したフレームとして燃焼する。上方および下
方オキシダントノズル14および16は、燃料ジェット
の上および下に位置する外方向に分岐した扇形形状の上
方および下方オキシダントジェットを発生するために設
けられる。上方および下方オキシダントノズル14およ
び16の上方および下方オキシダントジェットは、燃料
ジェットよりも低速を有する。その結果、オキシダント
は、燃料よりも高圧を有し、オキシダントは、燃料に吸
引されることになる。したがって、本発明において、高
速燃料ジェットは、低速オキシダントジェットによりシ
ールドされ、従来技術のバーナにおいて生じていた供給
物の同伴を防止される。バーナ10は、特に、本質的に
純粋な酸素のオキシダント中で天然ガスを燃焼させるた
めに設計されたものである。本明細書で記載する教示
は、さらに一般に、種々の燃料ガス、例えば、水素、エ
タン、プロパン、ブタン、アセチレン、および、液体燃
料、例えば、デイーゼル燃料、加熱油等に適用性を有す
ることが理解される。さらに、オキシダントは、酸素富
化空気であってもよい。
ーナ10が図示されている。バーナ10は、燃料ノズル
12を含み、この燃料ノズル12は、以下に記載するよ
うに、外方向に分岐した扇形形状の燃料ジェットを発生
するように設計されている。このような燃料ジェット
は、適当な形状のオキシダントジェット内で外方向に伸
長する分岐したフレームとして燃焼する。上方および下
方オキシダントノズル14および16は、燃料ジェット
の上および下に位置する外方向に分岐した扇形形状の上
方および下方オキシダントジェットを発生するために設
けられる。上方および下方オキシダントノズル14およ
び16の上方および下方オキシダントジェットは、燃料
ジェットよりも低速を有する。その結果、オキシダント
は、燃料よりも高圧を有し、オキシダントは、燃料に吸
引されることになる。したがって、本発明において、高
速燃料ジェットは、低速オキシダントジェットによりシ
ールドされ、従来技術のバーナにおいて生じていた供給
物の同伴を防止される。バーナ10は、特に、本質的に
純粋な酸素のオキシダント中で天然ガスを燃焼させるた
めに設計されたものである。本明細書で記載する教示
は、さらに一般に、種々の燃料ガス、例えば、水素、エ
タン、プロパン、ブタン、アセチレン、および、液体燃
料、例えば、デイーゼル燃料、加熱油等に適用性を有す
ることが理解される。さらに、オキシダントは、酸素富
化空気であってもよい。
【0013】理解されると思うが、燃料は、フレームお
よびオキシダントジェットの長手方向に沿って燃焼す
る。それだけでは、未燃焼燃料は、加熱され、フレーム
の長手方向に沿って、漸次、より浮揚性になり、フレー
ムが上方向に伸び、熱負荷から遠ざかる。これを防止す
るために、下方のオキシダントノズル手段16は、下方
のオキシダントジェットが上方のオキシダントノズル1
4から発せられる上方のオキシダントジェットの質量流
速よりも速い質量流速を有するように設計することがで
きる。これは、主として、燃料の燃焼を高質量流速の下
方オキシダントジェットによって供給されるオキシダン
ト中で生じさせ、上方のオキシダントジェットによって
供給されるオキシダント中でより多くの未燃焼燃料を燃
焼させることとなる。理解されると思うが、本発明の一
実施態様は、等質量速度のオキシダントジェットを発生
する上方および下方オキシダントノズルで構成すること
ができる。
よびオキシダントジェットの長手方向に沿って燃焼す
る。それだけでは、未燃焼燃料は、加熱され、フレーム
の長手方向に沿って、漸次、より浮揚性になり、フレー
ムが上方向に伸び、熱負荷から遠ざかる。これを防止す
るために、下方のオキシダントノズル手段16は、下方
のオキシダントジェットが上方のオキシダントノズル1
4から発せられる上方のオキシダントジェットの質量流
速よりも速い質量流速を有するように設計することがで
きる。これは、主として、燃料の燃焼を高質量流速の下
方オキシダントジェットによって供給されるオキシダン
ト中で生じさせ、上方のオキシダントジェットによって
供給されるオキシダント中でより多くの未燃焼燃料を燃
焼させることとなる。理解されると思うが、本発明の一
実施態様は、等質量速度のオキシダントジェットを発生
する上方および下方オキシダントノズルで構成すること
ができる。
【0014】バーナ10は、頂部壁および底部壁20お
よび22と、側壁24および26とを有する細長い形状
の本体18を具備する。本体部分18を堅固とするため
に、曲げ強化部材28〜34が設けられている。中央燃
料ノズル12は、本体部分18を導出口40および42
と導入口44および46とを有する上方および下方通路
36および38を含む上方および下方オキシダントノズ
ル14および16に分割する。
よび22と、側壁24および26とを有する細長い形状
の本体18を具備する。本体部分18を堅固とするため
に、曲げ強化部材28〜34が設けられている。中央燃
料ノズル12は、本体部分18を導出口40および42
と導入口44および46とを有する上方および下方通路
36および38を含む上方および下方オキシダントノズ
ル14および16に分割する。
【0015】カップリングアセンブリ(coupling assemb
ly)48を本体部分18の後部に連結して、オキシダン
トを本体部分18に導入し、これは、上方および下方オ
キシダントノズル14および16の導入口44および4
6に流入し、しかる後、それらの導出口40および42
から流出する。
ly)48を本体部分18の後部に連結して、オキシダン
トを本体部分18に導入し、これは、上方および下方オ
キシダントノズル14および16の導入口44および4
6に流入し、しかる後、それらの導出口40および42
から流出する。
【0016】燃料ノズル12は、上方および下方の羽根
セット50および52により本体部分18内に支持され
ている。羽根50および52は、頂部壁および底部壁2
0および22、ならびに、燃料ノズル12に連結されて
いる。羽根50および52は、長手方向に通路36およ
び38を分割し、それにより、上方および下方通路36
および38を通過するオキシダント流を複数の部分流に
分割する。羽根50および52は、その部分流の流速
が、本質的に、等しい大きさを有し、オキシダント流の
横断方向に徐々に分岐するように配向するように特に設
計されている。これは、外方向に湾曲する羽根50およ
び52の最大曲率で引いた接線が、羽根50および52
が細分化する各通路40および42内のある位置におい
て全て交差するように設計することによって達成され
る。図示されていないが、羽根は、後部方向で、上方お
よび下方オキシダントノズル14および16の導入口4
4および46に伸長している。羽根付き上方および下方
オキシダントノズルのさらなる長所は、外部冷却水がな
くとも、羽根が有効にバーナを自己冷却することができ
る点である。
セット50および52により本体部分18内に支持され
ている。羽根50および52は、頂部壁および底部壁2
0および22、ならびに、燃料ノズル12に連結されて
いる。羽根50および52は、長手方向に通路36およ
び38を分割し、それにより、上方および下方通路36
および38を通過するオキシダント流を複数の部分流に
分割する。羽根50および52は、その部分流の流速
が、本質的に、等しい大きさを有し、オキシダント流の
横断方向に徐々に分岐するように配向するように特に設
計されている。これは、外方向に湾曲する羽根50およ
び52の最大曲率で引いた接線が、羽根50および52
が細分化する各通路40および42内のある位置におい
て全て交差するように設計することによって達成され
る。図示されていないが、羽根は、後部方向で、上方お
よび下方オキシダントノズル14および16の導入口4
4および46に伸長している。羽根付き上方および下方
オキシダントノズルのさらなる長所は、外部冷却水がな
くとも、羽根が有効にバーナを自己冷却することができ
る点である。
【0017】前述したように、上方および下方オキシダ
ントノズル14および16は、下方オキシダントジェッ
トが上方オキシダントノズルジェットよりも速い質量流
速を有するように設計される。これは、上方および下方
オキシダントノズルの長方形の横断面を適当な大きさと
し、これらの断面積比を1より小さくすることにより行
われる。この比は、好ましくは、約0.125〜約0.
5の範囲である。
ントノズル14および16は、下方オキシダントジェッ
トが上方オキシダントノズルジェットよりも速い質量流
速を有するように設計される。これは、上方および下方
オキシダントノズルの長方形の横断面を適当な大きさと
し、これらの断面積比を1より小さくすることにより行
われる。この比は、好ましくは、約0.125〜約0.
5の範囲である。
【0018】オキシダントノズル14および16の設計
は、その他の用途においても使用することができること
に留意すべきである。例えば、オキシダントノズルは、
本明細書で提供されるように、燃料ジェットまたはバー
ナの下に、平坦で、扇形形状で、外方向に分岐したオキ
シダント領域を形成するのに、換言すれば、酸素ランス
目的(oxygen-lancing purpose)用に使用するように設計
することができる。
は、その他の用途においても使用することができること
に留意すべきである。例えば、オキシダントノズルは、
本明細書で提供されるように、燃料ジェットまたはバー
ナの下に、平坦で、扇形形状で、外方向に分岐したオキ
シダント領域を形成するのに、換言すれば、酸素ランス
目的(oxygen-lancing purpose)用に使用するように設計
することができる。
【0019】図4A〜図4Dを参照すると、燃料ノズル
12は、好ましくは、2つのセクション56および58
により形成される。燃料ノズル12は、したがって、チ
ャンバ60と、相互に離隔され、チャンバ60から徐々
に扇形に広がる等しい長さの複数の通路62とを有する
中央本体部分を有する。チャンバ60は、通路62と燃
料導入口64との間で連通し、燃料は、燃料導入口64
から流入し、通路62から流出する。通路62は、チャ
ンバ60から徐々に扇状に広がり、生成する燃料ジェッ
トを扇状に広げる。等しい長さの通路62は、等しい圧
力降下、したがって、等しい速度を生じ、燃料ジェット
は、ほとんど減衰することなく、扇形に広がるか、ある
いは、水平に分岐する。図示した実施態様においては、
燃料対オキシダントの平均速度の比は、ほぼ13.5〜
1である。長方形の横断面を有する導管66は、環状の
横断面から長方形の横断面に移行する移行部分70によ
り、カップリング68に連結する。燃料ノズル12が液
体燃料を燃焼するために使用される場合には、当分野で
は周知である適当な燃焼ノズルを通路62に取り付ける
ことができる。
12は、好ましくは、2つのセクション56および58
により形成される。燃料ノズル12は、したがって、チ
ャンバ60と、相互に離隔され、チャンバ60から徐々
に扇形に広がる等しい長さの複数の通路62とを有する
中央本体部分を有する。チャンバ60は、通路62と燃
料導入口64との間で連通し、燃料は、燃料導入口64
から流入し、通路62から流出する。通路62は、チャ
ンバ60から徐々に扇状に広がり、生成する燃料ジェッ
トを扇状に広げる。等しい長さの通路62は、等しい圧
力降下、したがって、等しい速度を生じ、燃料ジェット
は、ほとんど減衰することなく、扇形に広がるか、ある
いは、水平に分岐する。図示した実施態様においては、
燃料対オキシダントの平均速度の比は、ほぼ13.5〜
1である。長方形の横断面を有する導管66は、環状の
横断面から長方形の横断面に移行する移行部分70によ
り、カップリング68に連結する。燃料ノズル12が液
体燃料を燃焼するために使用される場合には、当分野で
は周知である適当な燃焼ノズルを通路62に取り付ける
ことができる。
【0020】図5、図6および図7を参照すると、本発
明の燃料バーナ装置の別の実施態様が図示されている。
図示した実施態様は、オキシダントを燃料に段階的に導
入して汚染NOxの放出を低減するとともに、水平に分
岐した、扇形形状で、フレームパターンの長手方向に沿
って減衰抵抗性である図8および図9に図示したような
フレームパターンを生じる。これは、燃料およびオキシ
ダントをオキシダントノズル14および16から亜当量
的量供給するか、あるいは、換言すれば、供給されるオ
キシダントが燃料の燃焼を完全には持続させないよう
に、バーナ10を使用して行われる。しかる後、燃料の
燃焼は、バーナ10に沿ってバーナブロック75内に設
けられた上方および下方の第2のオキシダントノズル7
2および74により、それぞれ、上方および下方オキシ
ダントジェットの上および下の位置に供給される外方向
に分岐した扇形形状の上方および下方の第2のオキシダ
ントジェット中で完了する。不完全燃焼は、燃焼の第1
工程で起こり、完全燃焼は、燃焼の第1工程の下流域に
位置する燃焼の第2工程で起こる。上述したように、本
発明で考えられている2段階燃焼は、NOxの放出を低
減させる。さらに、NOxの放出は、また、燃料ノズル
12の通路62の間にスペースを設けることにより低下
される。通路62間の間隔は、燃焼ガスを燃料に吸引す
るための再循環域となり、それにより、NOx放出を低
減する。
明の燃料バーナ装置の別の実施態様が図示されている。
図示した実施態様は、オキシダントを燃料に段階的に導
入して汚染NOxの放出を低減するとともに、水平に分
岐した、扇形形状で、フレームパターンの長手方向に沿
って減衰抵抗性である図8および図9に図示したような
フレームパターンを生じる。これは、燃料およびオキシ
ダントをオキシダントノズル14および16から亜当量
的量供給するか、あるいは、換言すれば、供給されるオ
キシダントが燃料の燃焼を完全には持続させないよう
に、バーナ10を使用して行われる。しかる後、燃料の
燃焼は、バーナ10に沿ってバーナブロック75内に設
けられた上方および下方の第2のオキシダントノズル7
2および74により、それぞれ、上方および下方オキシ
ダントジェットの上および下の位置に供給される外方向
に分岐した扇形形状の上方および下方の第2のオキシダ
ントジェット中で完了する。不完全燃焼は、燃焼の第1
工程で起こり、完全燃焼は、燃焼の第1工程の下流域に
位置する燃焼の第2工程で起こる。上述したように、本
発明で考えられている2段階燃焼は、NOxの放出を低
減させる。さらに、NOxの放出は、また、燃料ノズル
12の通路62の間にスペースを設けることにより低下
される。通路62間の間隔は、燃焼ガスを燃料に吸引す
るための再循環域となり、それにより、NOx放出を低
減する。
【0021】上方および下方の第2のオキシダントノズ
ル72および74は、頂部壁および底部壁84,85,
86および87のセットに連結した対向する側壁76お
よび78(上方の第2のオキシダントノズル72に対す
る)、ならびに、80および82(下方の第2のオキシ
ダントノズル74に対する)を有し、頂部壁および底部
壁は、それぞれ、上方および下方の第2のオキシダント
ノズル72および74の側壁76および78、ならび
に、80および82に連結されて設けられている。ノズ
ルは、また、後壁88および90を具備する。ノズル7
2および74は、また、長方形の排出口92および94
と、上方および下方ノズル14および16の羽根34お
よび36と同一形状を有する羽根96および98を具備
する。排出口92および94は、上方および下方ノズル
14および16と同一比でオキシダントを注入するよう
に設計されているが、本発明の一実施態様は、排出口9
2および94が同一断面積を有することが可能であり、
したがって、恐らくは、上方および下方ノズル14およ
び16と同一比ではない。図示された実施態様において
は、ノズル72は、前面壁97を具備し、その内側に排
出口92が示されている。
ル72および74は、頂部壁および底部壁84,85,
86および87のセットに連結した対向する側壁76お
よび78(上方の第2のオキシダントノズル72に対す
る)、ならびに、80および82(下方の第2のオキシ
ダントノズル74に対する)を有し、頂部壁および底部
壁は、それぞれ、上方および下方の第2のオキシダント
ノズル72および74の側壁76および78、ならび
に、80および82に連結されて設けられている。ノズ
ルは、また、後壁88および90を具備する。ノズル7
2および74は、また、長方形の排出口92および94
と、上方および下方ノズル14および16の羽根34お
よび36と同一形状を有する羽根96および98を具備
する。排出口92および94は、上方および下方ノズル
14および16と同一比でオキシダントを注入するよう
に設計されているが、本発明の一実施態様は、排出口9
2および94が同一断面積を有することが可能であり、
したがって、恐らくは、上方および下方ノズル14およ
び16と同一比ではない。図示された実施態様において
は、ノズル72は、前面壁97を具備し、その内側に排
出口92が示されている。
【0022】ノズル72および74、ならびに、バーナ
10は、バーナブロック75内に設けられた通路10
0,102,および104内に設けられている。通路1
02は、バーナ10をノズル72および74より後退
し、ノズル72および74によってオキシダントを下流
域で注入可能とし、したがって、燃焼の第2工程であ
る。さらに、バーナ10の前方に位置し、通路102の
前面を形成するバーナブロック75の表面106,10
8,110および112は、バーナ10によって発生し
たフレームを徐々に分岐するように設計されている。
10は、バーナブロック75内に設けられた通路10
0,102,および104内に設けられている。通路1
02は、バーナ10をノズル72および74より後退
し、ノズル72および74によってオキシダントを下流
域で注入可能とし、したがって、燃焼の第2工程であ
る。さらに、バーナ10の前方に位置し、通路102の
前面を形成するバーナブロック75の表面106,10
8,110および112は、バーナ10によって発生し
たフレームを徐々に分岐するように設計されている。
【0023】従来からの瞬時分離取付部品114および
116は、それぞれ、第2のオキシダントを上方および
下方の第2のオキシダントノズル72および74に導入
するために、それぞれ、上方および下方の第2のオキシ
ダントノズル72および74に連結されている。
116は、それぞれ、第2のオキシダントを上方および
下方の第2のオキシダントノズル72および74に導入
するために、それぞれ、上方および下方の第2のオキシ
ダントノズル72および74に連結されている。
【0024】好ましい実施態様を参照しながら、本発明
を説明してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱する
ことなく、多くの付加および省略が可能であることは理
解されるであろう。
を説明してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱する
ことなく、多くの付加および省略が可能であることは理
解されるであろう。
【図1】本発明に従うバーナの平面図である。
【図2】図1の立面図である。
【図3】図1の正面図である。
【図4】図4Aは、図3の線4−4に沿った部分断面図
であり、図4Bは、図4Aの部分正面図であり、図4C
は、図4Aの線4Cに沿った部分断面図であり、図4D
は、図4Aの線4Dに沿った部分断面図である。
であり、図4Bは、図4Aの部分正面図であり、図4C
は、図4Aの線4Cに沿った部分断面図であり、図4D
は、図4Aの線4Dに沿った部分断面図である。
【図5】オキシダントの段階化を用いる本発明に従うバ
ーナのもう一つの実施態様の部分側面図であり、断面で
示したバーナブロック内にセットされたものとして示し
たものである。
ーナのもう一つの実施態様の部分側面図であり、断面で
示したバーナブロック内にセットされたものとして示し
たものである。
【図6】図5の正面図である。
【図7】図5のバーナにおいて使用されるノズルの立面
図である。
図である。
【図8】断面に描かれたバーナブロックを有する図5の
バーナから放出されるフレームの正面図である。
バーナから放出されるフレームの正面図である。
【図9】図8の立面図である。
10 バーナ 12 燃料ノズル 14 上方オキシダントノズル 16 下方オキシダントノズル 18 本体部分 20 頂部壁 22 底部壁 24,26 側壁 36,38 通路 40,42 導出口 44,46 導入口 48 カップリングアセンブリ 50,52 羽根 60 チャンバ 62 通路 64 燃料導入口 66 導管 68 カップリング 70 移行部分 72 第2の上方オキシダントノズル 74 第2の下方オキシダントノズル 75 バーナブロック 100,102,104 通路
Claims (13)
- 【請求項1】 外方向に伸長し分岐したフレームを有す
るオキシダント内で燃焼するのに適合した、外方向に分
岐した扇形形状の燃料ジェットを発生するための燃料ノ
ズル手段; および、 それぞれ、燃料ジェットの上および下に位置し、オキシ
ダントが燃料に吸引されるように、前記燃料ジェットよ
りも低速を有し、外方向に分岐した扇形形状の上方およ
び下方のオキシダントジェットを発生するための、別個
で、相互に、かつ、前記燃焼ノズルとは異なる、上方お
よび下方オキシダントノズル手段を含む、オキシダント
中で燃料を燃焼させるためのバーナ。 - 【請求項2】 未燃焼燃料が、フレームの長手方向に沿
って、漸次、より浮揚性となり; 前記下方オキシダン
トジェットが、前記上方オキシダントジェットの質量流
速よりも速い質量流速を有し、前記燃料の燃焼が、主と
して、前記下方のオキシダントジェットによって供給さ
れるオキシダント中で起こり、より浮揚性の未燃焼燃料
が、前記上方オキシダントジェットによって供給される
オキシダント中で燃焼する、請求項1に記載のバーナ。 - 【請求項3】 前記上方および下方オキシダントジェッ
トによって供給されるオキシダント内での前記燃料の燃
焼が、亜当量的に燃焼の第1工程で起こり;バーナが、
さらに、別個で、相互に、かつ、前記上方および下方オ
キシダントノズルならびに燃料ジェット手段とは異なる
第2の上方および下方オキシダントノズル手段であっ
て、前記燃焼の第1の工程の下流域に位置する燃焼の第
2工程において燃料を完全燃焼するために十分な量のオ
キシダントを供給するための、それぞれ、前記上方およ
び下方オキシダントジェットの上および下に位置し、外
方向に分岐した扇形形状の少なくとも1対の上方および
下方の第2のオキシダントジェットを発生する第2の上
方および下方オキシダントノズル手段を含む、請求項1
に記載のバーナ。 - 【請求項4】 前記上方および下方のオキシダントノズ
ル手段の各々が、オキシダントを排出するための導出口
と、オキシダント流を通路に導くための通路への導入口
とを有する通路; および、前記通路をその長手方向に
分割し、本質的に等しい大きさを有し、オキシダント流
を横断する方向に徐々に分岐するように配向された複数
の部分流に前記オキシダント流を分割する手段を有す
る、請求項1に記載のバーナ。 - 【請求項5】 前記通路が、長方形の横断面であり;
前記燃料ジェット手段が、チャンバ、該チャンバへの燃
料導入口、および、相互に離隔され、かつ、前記チャン
バから徐々に扇状に広がる、等しい長さの複数の通路を
有する中央本体部分を含み、燃料を前記燃料導入口から
前記チャンバ内に流入し、ついで、等しい圧力降下と速
度とで前記通路から合流させ燃料ジェットを発生する、
請求項4に記載のバーナ。 - 【請求項6】 前記通路分割手段が、複数の外方向に湾
曲する羽根を含む、請求項4または5に記載のバーナ。 - 【請求項7】 未燃焼燃料が、フレームの長手方向に沿
って、漸次、より浮揚性になり; 前記下方のオキシダ
ントノズル手段の前記通路の長方形横断面が、前記上方
のオキシダントノズル手段の横断面の面積よりも大き
く、下方のオキシダントジェットが、上方のオキシダン
トノズルジェットの質量流速よりも速く、燃料の燃焼
が、主として、前記下方オキシダントジェットによって
供給されるオキシダント中で起こり、さらにより浮揚性
の浮遊未燃焼燃料が、前記上方オキシダントジェットに
よって供給されるオキシダント中で燃焼する、請求項4
または5に記載のバーナ。 - 【請求項8】 平坦で、均一に分岐した流体流を発生す
るためのノズルであって、該ノズルが、流体流を排出す
るための導出口と、流体流を通路に導くための通路への
導入口とを有する通路を含む本体部分; および、前記
通路をその長手方向に分割し、本質的に等しい大きさを
有し、流体流を横断する方向に徐々に分岐するように配
向された複数の部分流に前記流体流を分割する手段を含
むノズル。 - 【請求項9】 前記通路分割手段が、複数の外方向に湾
曲する羽根を含む、請求項8に記載のノズル。 - 【請求項10】 前記通路が、長方形の横断面を有す
る、請求項9に記載のノズル。 - 【請求項11】 外方向に分岐した扇形形状の燃料ジェ
ットを発生させ、外方向に伸長し、かつ分岐したフレー
ムを有するオキシダント中でこの燃料ジェットを燃焼さ
せ; さらに、別個で、相互に異なり、それぞれ、燃料
ジェットの上および下の位置で燃料ジェットとは異なる
上方および下方のオキシダントジェットを発生させ、前
記燃料ジェットよりも低速とし、前記オキシダントを前
記燃料に吸引する各工程を含む、オキシダント中で燃料
を燃焼するための方法。 - 【請求項12】 未燃焼燃料が、フレームの長手方向に
沿って、漸次、より浮揚性となり; 前記下方オキシダ
ントジェットが、前記上方オキシダントジェットの質量
流速よりも速い質量流速を有し、前記燃料の燃焼が、主
として、前記下方のオキシダントジェットによって供給
されるオキシダント中で起こり、さらにより浮揚性の浮
遊未燃焼燃料が、前記上方オキシダントジェットによっ
て供給されるオキシダント中で燃焼する、請求項11に
記載のバーナ。 - 【請求項13】 前記上方および下方のオキシダントジ
ェットによって供給されるオキシダント内での前記燃料
の燃焼が、亜当量的で、燃焼の第1工程を構成し、;
本方法が、さらに、前記燃焼の第1工程の下流域に位置
する燃焼の第2工程における燃料を完全燃焼するために
十分な量のオキシダントを供給するために、それぞれ、
前記上方および下方オキシダントジェットの上および下
の位置で、外方向に分岐した扇形形状の少なくとも1対
の上方および下方の第2のオキシダントジェットを発生
することを含む、請求項11に記載のバーナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/023,511 US5299929A (en) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Fuel burner apparatus and method employing divergent flow nozzle |
| US023511 | 1993-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074623A true JPH074623A (ja) | 1995-01-10 |
| JP3426320B2 JP3426320B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=21815527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00375594A Expired - Fee Related JP3426320B2 (ja) | 1993-02-26 | 1994-01-18 | 分岐フローノズルを使用する燃料バーナ装置および方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5299929A (ja) |
| EP (1) | EP0612958B1 (ja) |
| JP (1) | JP3426320B2 (ja) |
| CN (1) | CN1094146A (ja) |
| AT (1) | ATE170967T1 (ja) |
| AU (1) | AU673871B2 (ja) |
| CA (1) | CA2110829C (ja) |
| DE (1) | DE69413091T2 (ja) |
| NZ (1) | NZ250362A (ja) |
| PL (1) | PL174969B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011007449A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Osaka Gas Co Ltd | 燃焼設備構造 |
| JP2017194253A (ja) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | 大阪瓦斯株式会社 | 溶解炉用の燃焼装置、及びそれを備えた溶解炉 |
Families Citing this family (79)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5546874A (en) * | 1994-12-22 | 1996-08-20 | Duquesne Light Company | Low nox inter-tube burner for roof-fired furnaces |
| US5694869A (en) * | 1994-12-29 | 1997-12-09 | Duquesne Light Company And Energy Systems Associates | Reducing NOX emissions from a roof-fired furnace using separated parallel flow overfire air |
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| US5567141A (en) * | 1994-12-30 | 1996-10-22 | Combustion Tec, Inc. | Oxy-liquid fuel combustion process and apparatus |
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| US5984667A (en) * | 1995-07-17 | 1999-11-16 | American Air Liquide, Inc. | Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams |
| EP0754912B1 (en) * | 1995-07-17 | 2004-06-09 | L'air Liquide, S.A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Combustion process and apparatus therefor containing separate injection of fuel and oxidant streams |
| US5611682A (en) * | 1995-09-05 | 1997-03-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Low-NOx staged combustion device for controlled radiative heating in high temperature furnaces |
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| US5975886A (en) * | 1996-11-25 | 1999-11-02 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Combustion process and apparatus therefore containing separate injection of fuel and oxidant streams |
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