JPH10238711A - 燃料を酸化剤で燃焼する燃焼方法およびそのための装置 - Google Patents

燃料を酸化剤で燃焼する燃焼方法およびそのための装置

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JPH10238711A
JPH10238711A JP9317402A JP31740297A JPH10238711A JP H10238711 A JPH10238711 A JP H10238711A JP 9317402 A JP9317402 A JP 9317402A JP 31740297 A JP31740297 A JP 31740297A JP H10238711 A JPH10238711 A JP H10238711A
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Louis C Philippe
ルイス・シー・フィリップ
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】火炎長および形状を調整可能なバーナ組立体 【解決手段】少なくとも１の流体燃料入口と少なくとも
１の流体酸化剤入口１９と、燃料入口から複数の燃料出
口３に燃料を移送する手段とを備え、流体燃料はこの燃
料出口から燃焼チャンバ内に燃料流として流出し、更
に、流体酸化剤を酸化剤入口１９から少なくとも１の酸
化剤出口２０ａ，２０ｂに酸化剤を搬送する手段を備
え、流体酸化剤はこの酸化剤出口から燃焼チャンバ内に
酸化剤流として流出し、これらの燃料出口と酸化剤出口
とは物理的に分離され、燃料流と酸化剤流とを、燃料流
体が安定した広くかつ明るい火炎で燃焼する角度および
速度とする形状に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファーネスの燃焼
チャンバ内に燃料と酸化剤とを分離して導入する手段を
提供し、燃料を広くかつ明るい火炎で酸化剤で燃焼し、
これにより、燃料と酸化剤との燃焼による酸化窒素（Ｎ
Ｏx ）の形成を最小とする燃焼方法およびそのための装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】例えばガラスあるいはフ
リットの溶融、鉄および非鉄材料の精練等の工業用高温
プロセスは、種々の原材料を溶融物に変換し、この後、
鋳造し、成形し、あるいは次の工程に送るために大量の
エネルギを用いる。この工程は、一般に、１日当り５０
０トンあるいはそれ以上の溶融材料を生産可能な大きな
ファーネス内で行われる。天然ガス、霧化された燃料
油、あるいはプロパン等の化石燃料を、酸素を含有する
酸化剤と共にファーネス内で燃焼することは、エネルギ
の供給方法として好ましいものである。場合によって
は、電気加熱で補うこともある。多くは、燃料と酸化剤
とがバーナを通してファーネス内に導入され、火炎を形
成する。火炎から溶融される材料へのエネルギの移転
は、材料の表面における対流と、表面への輻射あるいは
輻射が透過する場合は材料内への放射との組合わせによ
り行われる。通常は大きな輻射の火炎（通常は輝炎と称
される）が好ましく、これは良好な熱移動したがって高
燃料を提供するからである。
【０００３】火炎による加熱については、溶融すべき材
料の表面上に火炎から均等にエネルギを分配することが
極めて重要である。このようにしない場合は、高温領域
と低温領域とが混在し、好ましいものではないからであ
る。このようなファーネス内で溶融された材料で製造さ
れる製品は、その質が劣る場合がある。例えば、溶融ガ
ラス浴内では、低温領域にガラス塊（glass stones）が
形成され、高温領域におけるガラスの揮発が促進され
る。更に、浴をより良好に覆うため、広い火炎が好まし
い。
【０００４】多くの国、特に米国では、ＮＯx の排出に
関して、次第に厳格になる規則が発表されている。した
がって、ＮＯx の形成が制限される燃焼技術の開発が重
要である。極めて高温のプロセスでは、ＮＯx の形成
は、火炎およびファーネスの高温領域内における酸素お
よび窒素分子の長い滞留時間により促進される。酸化剤
として、空気の代りにほぼ純粋な酸素（約９０％あるい
はそれ以上のＯ2 ）を使用することは、全ての窒素が除
去されるため、ほぼ９０％までＮＯx の排出を減少する
ことができる。しかし、空気をほぼ純粋の酸素で置換え
ることは、火炎の温度を上昇し、したがって窒素と酸素
との反応性の高い領域がファーネス内に形成され、空気
で燃焼した場合と比較して全体的には減少するとして
も、この窒素と酸素との反応性の高い領域でＮＯx の形
成がこれに比例して増加する。更に、実際には、全ての
窒素をファーネスから排除することは不可能であり、こ
れは、工業用ファーネスが空気の漏れに対して密ではな
く、燃料は通常ある程度の窒素を含有し、例えば真空揺
動吸着プラント（Vacuum Swing Adsorption plant （VS
A ）で製造された酸素等の非低温源からの酸素は僅かな
残留窒素濃度を有するからである。
【０００５】ファーネスを加熱するために燃料と酸素と
を燃焼する通常の方法は、後混合酸素−燃料バーナを使
用する。従来の酸素−燃料バーナは、燃料および分子酸
素が高濃度の酸化剤用の入口を持つ金属ボディと、別個
の同軸状に配向されたチャンネルでバーナチップに配置
されたマルチインジェクタに送る手段とを備える。これ
らのバーナは、バーナチップで細いペン状の形状を持つ
高温の火炎を形成し、これは、ファーネス壁の過熱を防
止するために、ファーネス内に十分奥まで配置すること
が必要である。高温の結果、ファーネスが溶解すること
があり、これらのバーナの重要な欠点は、冷却を要する
ことであり、通常は水等が循環するジャケットで冷却す
る。このようなバーナは、例えば英国特許第１２１５９
２５号に記載されている。特にファーネス内雰囲気が凝
縮可能な蒸気を含有するときに、冷却ジャケットの腐食
という重大な問題が生じる。
【０００６】ガス冷却された酸素−燃料バーナは、水冷
却バーナを改善したものである。このバーナのボディ
は、バーナブロックとも称される耐火レンガにより炉内
輻射から保護されており、これはファーネス内に開口す
るほぼ円筒状の凹部を有する。バーナは、通常、凹部の
背部に装着されており、通常は凹部内に配置された同心
状の燃料および酸化剤のインジェクタを含み、ファーネ
スの内壁から内部に配置されている。このレンガおよび
バーナは、周部の環状のガス流で冷却され、これは通常
は酸化剤ガスである。このようなバーナが米国特許第５
３４６３９０号および第５２６７８５０号に記載されて
いる。この形式のバーナは、ファーネスに達する前にバ
ーナ内で燃焼が開始する。したがって、火炎は、狭い軸
対称のジェットとして円筒状の凹部内に閉込められかつ
これで導かれ、ファーネス内の溶融物を不十分にカバー
する。これらの火炎は、高ピーク温度を有し、比較的大
量のＮＯx を生成し、これは、酸素と燃料とが燃焼生成
物で薄められることなく直接接触するからである。
【０００７】これらのガス冷却されたバーナの欠点は、
火炎がファーネスの耐火壁を過熱しかつ損傷させる可能
性があることであり、これは壁内で火炎が形成されるか
らである。更に、ファーネス内雰囲気が耐火壁の耐火材
と化学反応するときに、火炎の下側の再循環領域自体
が、耐火材の摩耗を促進する。
【０００８】英国特許第１０７４８２６号および米国特
許第５２９９９２９号は、平坦な火炎を形成するため
に、平行列に配置した多数の酸素および燃料インジェク
タを交互に配置したバーナを開示する。これは、溶融物
を覆うことに関して改善するものであるが、これらのバ
ーナは比較的大量のＮＯx を生成する。これらのバーナ
の他の欠点は、平坦な火炎を形成可能に組上げるのが構
造的に複雑なことである。
【０００９】更に、耐火物の摩耗を減少するために、離
隔したインジェクタからの流れにより燃料と酸化剤とを
燃焼チャンバ内に噴出することが知られている。このよ
うな装置の１つが米国特許第５３０２１１２号に記載さ
れており、ここでは、燃料と酸化剤とのジェットがファ
ーネス内に、収束する角度で噴出され、２つのジェット
が収束する点で酸化剤と燃料ガスとが良好に混合し、し
たがって燃焼速度を増大するが、火炎を短くする。しか
し、このようなバーナの火炎は高ピーク温度を有し、大
量の酸化窒素がファーネス内に形成される。この高ピー
ク温度を低下し、ＮＯx の形成を大きく減少するため、
米国特許第４３７８２０５号には、燃料及び／又は酸化
剤のジェットを極めて高速で噴出し、燃料および酸化剤
ガスの噴射を用いることを提案しており、燃料及び／又
は酸化剤のジェットがファーネスの雰囲気中に含まれる
燃焼生成物を同伴し、燃料と酸化剤との間の実際の燃焼
の前に希釈される。しかし、これらのバーナで形成され
た火炎は、その第９欄、５８−６５行目に記載されてい
るように、ほとんど見ることができない。したがって、
ファーネスのオペレータは、燃焼ゾーンの位置を特定し
及び／又は制御すること、および、バーナ装置が実際に
作動しているか否かを知ることが極めて困難であり、こ
れは極めて危険なものである。ガラス溶融等の所定の用
途では、輝炎が望ましく、これはこのような火炎からの
熱移動が、見ることのできない火炎からの場合よりもよ
り効果的であるからである。このバーナの他の問題は、
捕捉された燃焼成生物がファーネス内におけるガス流の
循環を促進し、これがファーネスの耐火壁の摩耗を促進
することである。
【００１０】火炎から負荷への熱伝達の改善に用いられ
る他の技術が米国特許第４９０９７３３号および第４９
２７３５７号に記載されており、これでは、全体的に酸
素の比率を増加されたガスが非軸対称のランスを通し
て、火炎とファーネス内の負荷との間に噴出される。こ
の技術では、火炎温度が上昇し、これにより酸化窒素が
より多く形成される。さらに、上述の技術では、比率を
増加されたガスは、火炎を負荷に向けて移動するために
高速で噴出することが必要である。上述のように、この
問題はファーネス内におけるガスの最循環流を強くし、
これはファーネスの対か壁の摩耗を促進する。
【００１１】更に、高速の酸化剤を使用することは高圧
の酸化剤源を使用することを必要とし、これは、酸化剤
ガスが高圧で生成されあるいは供給されること（燃料ガ
スは比較的高圧である）、あるいは、通常はＶＳＡユニ
ットで供給される低圧酸化剤ガス等の酸化剤ガスがファ
ーネス内に噴出される前に再度圧縮する必要のあること
を意味する。
【００１２】ガラス炉等の溶融ファーネスは、大きな資
本投資を表わす。したがって、生産性を維持しつつ可能
な限り使用寿命を延長することが望ましい。ファーネス
の経時変化のファクタの１つは上部構造の温度であり、
例えばガラス炉の天井部の摩耗および腐食速度は、ファ
ーネスが高温で作動したときに加速されることが証明さ
れている。これは、ガラスメーカにファーネスの早期修
理を強いるか、あるいは、重大な故障を防止するため
に、ファーネスのキャンペーンの終わりにファーネスの
引張り速度（pull rate）を減ずることを強いるもので
ある。比較的高温の火炎を形成する酸素−燃料ばねを装
備したファーネスの場合は、フレームが天井に向けて曲
がらないことが極めて重要であり、これは局部的な高温
スポットの形成を防止するためである。このような状況
は、ファーネス内の燃焼生成物の複雑茄流れのパターン
により曲げられる不安定な火炎のために生じることが知
られている。例えば燃料および酸化剤を低速でファーネ
ス内に噴出する低運動量バーナは、高速バーナの上記の
問題を解決するが、しかし、不安定な火炎を形成する傾
向にある。火炎の跳ね上がり（lofting ）を防止し、フ
ァーネス天井部作動温度を低下する燃焼方法は、工業界
に対して特に価値を有するものである。
【００１３】したがって、ＮＯx の排出を低減したワイ
ドで、平坦で、安定した輝炎を形成しつつ、特に酸化剤
ガスを低圧で作動可能で、更に火炎の長さを制御して使
用するファーネスに火炎を適合することのできるバーナ
が必要とされている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、酸化ガ
ス内に含まれる酸素で燃料を燃焼するための装置を提供
することを目的とする。本発明によると、燃料はファー
ネスの燃焼チャンバ内に噴射された少なくとも２つの流
れに配分され、完全燃焼に必要な酸素のほとんどは１又
は２であるのが好ましい少なくとも１の細長いオリフィ
ス（例えば図に示すほぼ楕円状のオリフィス）を通して
噴射され、この最大寸法に沿う軸線（以下、長軸線とも
称する）は、細長いオリフィスから出た酸化剤の流れが
燃料流に向けて収束し、加熱すべき材料の表面と平行な
広い火炎を形成するように、加熱すべき材料の表面に平
行に延びる。２つの隣接する燃料流が０°から約１５°
の範囲で、０°から約１０°であるのが好ましい角度を
形成する。主酸化剤とも称する少なくとも１の細長いオ
リフィスから流れる酸化剤の流れが、０°から約４５°
で、約２．５°から約１０°の範囲の角度で燃料流に向
けて収束する。細長いオリフィスのアスペクト比（最大
幅（長軸）を最大高さ（あるいは長軸）で割った値）
は、約２から約８で、約４から６であるのが好ましい。
【００１５】本発明の好ましい装置では、燃料流は、加
熱すべき表面にほぼ平行であり、あるいは、加熱すべき
表面に対して＋１０°あるいは−１０°に配向され、主
酸化剤流は、燃料流および加熱すべき表面に向けて収束
する。
【００１６】本発明の他の目的は、ファーネス内の融成
物を加熱し、溶融ファーネスの天井を過熱から保護る火
炎を形成することにある。実際に、本発明のこの観点に
よると、ほぼ矩形のオリフィスから出る酸化剤の流れの
作用は、火炎を融成物に近接させて保持し、火炎が上昇
するのを防止する。
【００１７】本発明の他の目的は、少なくとも２つの燃
料流の回りに副酸化剤を供給し、主酸化剤流が燃焼チャ
ンバ内の燃料流と交差する前に、燃料の燃焼を開始し、
多量の煤が形成される燃料リッチの混合物を生成するこ
とにより、火炎の輝度を増大することにある。煤を伴う
燃料リッチの燃焼に続いて、主酸化剤流と共に、輝炎が
形成され、効果的な熱伝達が行われる。副酸化剤の流れ
は、この副酸化剤が燃料の完全燃焼するために必要な酸
化剤の全量の０から５０％の間の両を供給する。副酸化
剤の量は、燃料を完全燃焼するために必要な酸化剤の全
量の０と２５％との間の量を供給するのが好ましい。主
酸化剤および副酸化剤は性質の異なるものでもよく、例
えば主酸化剤を工業用純粋酸素（酸素濃度が８８％より
高い）とし、副酸化剤を周囲空気とすることができる。
【００１８】本発明の１の側面では、主酸化剤と副酸化
剤とを、これらの主酸化剤流および副酸化剤流中の酸素
の全量が燃料の完全燃焼を確保するために十分となるよ
うに、変化させることにより、火炎の輝度および火炎の
形状を変更する手段が設けられる。
【００１９】本発明の好ましい装置では、主酸化剤およ
び副酸化剤が同じ供給源から提供され、火炎の輝度およ
び形状は、ほぼ矩形オリフィスを通る主酸化剤流および
少なくとも２つの燃料流の回りを流れる副酸化剤流の配
分を変更することにより、変化される。この手段で、燃
料リッチ混合体中に形成される煤の量が増加すると、火
炎の輝度が増加し、火炎の形状は、燃料および酸化剤の
混合状態が変更されると、火炎の形状も変更される。
【００２０】更に、本発明の目的は、低ピーク温度のか
ねを形成し、したがって、燃焼過程における窒素酸化物
の放出を減少する燃焼方法を提供することである。
【００２１】更に本発明の目的は、少なくとも５０％の
酸素を含有する酸化ガスで燃料を燃焼させる方法および
装置を提供することにある。
【００２２】本発明の重要な側面は、バーナ組立体によ
り提供され、このバーナ組立体は、 ａ）低温端部と高温端部とを有し、更に燃料を噴出する
少なくとも１のキャビティと主酸化剤を噴出する１のキ
ャビティとを有し、この主酸化剤を噴出するキャビティ
は過熱すべき材料とほぼ平行な長軸を有する細長い開口
により、この高温端部で終わる耐火ブロックと、 ｂ）この耐火ブロックの低温端部に取外し可能に取付け
られた装着ブラケット組立体と、 ｃ）この装着ブラケットにより、耐火ブロックに取付け
られる金属バーナ組立体とを備え、この金属バーナ組立
体は、少なくとも１の酸化剤入口と、少なくとも２つの
酸化剤出口とを有し、第１酸化剤出口は、主酸化剤を噴
出するためのキャビティに開口し、第２酸化剤出口は、
燃料を噴出するための少なくとも１のキャビティに副酸
化剤を供給し、耐火ブロックの高温面の近部で燃料の燃
焼を開始し、この副酸化剤は、更に少なくとも１の燃料
キャビティの内壁に沿って酸化ガスの保護層を形成し、
この保護層で、耐火ブロック材料とバーナブロックを損
傷する可能性のある燃料との間の化学反応を防止し、更
に、 ｄ）バーナボディに取付けられた燃料分配装置を備え、
この燃料分配装置は１の燃料入口と燃料分配手段とを有
し、この燃料分配手段は燃料を噴出するための少なくと
も１のキャビティ内に延び、少なくとも２つの燃料流を
形成する。
【００２３】本発明の他の側面は、上述のバーナ組立体
であり、ここでは、主酸化剤および副酸化剤は同じ化学
成分を有し、更に酸化剤流を少なくとも２つの出口に分
配する手段を有する。
【００２４】本発明の他の側面は、上述のバーナ組立体
のバーナブロックのための主酸化剤キャビティの内部形
状にある。
【００２５】本発明の他の側面は、以下の説明および請
求の範囲から明瞭となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明による「燃料」の語は、室
温（約２５°Ｃ）あるいは予熱された状態での、例えば
メタン、天然ガス、液化天然ガス、プロパン、霧化され
た油（ガス状あるいは液状の形態）をいう。本発明によ
る「酸化剤」の語は、燃料を燃焼させることが可能な酸
素を含有するガスをいう。このような酸化剤は、空気、
例えば低温空気分離プラントで製造される「工業用（in
dustrially）」純粋酸素（９９．５％）等の少なくとも
５０容積％の酸素を含有する酸素濃縮空気、例えば真空
圧揺動吸着プロセス（vacuum swing adsorption proces
s ）で製造された非純粋酸素、又は、ろ過、吸着、吸収
あるいは膜分離等により、室温あるいは加熱された状態
で空気あるいは他の適宜の原料から製造された「不純
（impure）」酸素を含むものである。更に、重要なこと
は、ほとんどの場合には主および副酸化剤は同じ化学成
分であることが好ましいものであるが、しかし、異なる
ものであってもよいことである。すなわち、副酸化剤が
空気でかつ主酸化剤が純粋酸素でもよく、あるいは、こ
の逆でもよく、更に、副酸化剤が不純酸素でかつ主酸化
剤が工業用純粋酸素でもよく、この逆でもよい。本発明
の燃焼方法の原理は、以下に説明する種々の本発明の実
施の形態から明らかとなる。
【００２７】図１の（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の好
ましい実施の形態によるバーナ（バーナブロックを称す
ることもある）１の概略的な斜視図を示す。図１の
（Ａ）の装置では、燃料は、バーナブロックの高温面４
に配置された２つの出口３を通してファーネス２の燃焼
チャンバ内に噴出される。バーナブロック１からの複数
の燃料流の軸線は、同じ平面内にあり互いに０°（平行
配置）から約３０°の範囲の角度Ａを形成し、この角度
Ａは０°から１０°の範囲であるのが好ましい。燃料の
燃焼に対して必要な酸素のほとんどは、バーナブロック
１の高温面４に配置された細長いオリフィス５を通して
噴出される。図１の（Ａ）および（Ｂ）に示す実施の形
態では、細長いオリフィス５はスロットである。このス
ロット５から流れる酸化剤は、０°から約２０°の範囲
の燃料流の方向と、角度Ｂを形成する。この角度Ｂは約
２．５°から約１０°の範囲にあるのが好ましい。この
スロットのアスペクト比（最大高さに対する最大幅の比
あるいは最大幅を最大高さで割った値）は、約２から約
８であり、約４から約６であるのが好ましい。
【００２８】図１の（Ｂ）では、バーナブロック１の燃
料流の軸線は、同じ平面内にあり、互いに０°から約３
０°の範囲の角度Ａを形成する。図１の（Ｂ）のバーナ
では、燃料をシート内で広げることが可能であり、した
がって広くかつ平坦な燃焼ゾーンを形成する。
【００２９】図２は、図１の（Ａ）あるいは（Ｂ）のバ
ーナブロックを、図１の（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿う側部断
面図を示し、４つの部分を有する主酸化剤キャビティ９
の内部形状を示す。燃料流は、バーナブロックの円筒状
キャビティ７に配置されて出口オリフィス３に開口する
インジェクタ６から始まる。これらのキャビティは同じ
形状であり、スロット５に対して対称的に配置されるの
が好ましい。副酸化剤は、インジェクタ６とキャビティ
７との間に配置された通路８内に流れる。副酸化剤は、
燃料の完全燃焼に必要な全酸素量の０％から５０％まで
を供給する。副酸化剤が燃料の完全燃焼に必要な酸素の
２０％より多くを供給する場合は、バーナで形成された
火炎がバーナブロックの出口で分離する傾向があり、こ
れは火炎の長さに悪影響を与える。したがって、燃料の
完全燃焼に必要な酸素の２０％よりも少ないことが好ま
しい。インジェクタ６はキャビティ７内で心だしされ、
ブロック１の高温面４から、このキャビティのオリフィ
ス３の径の０から約２倍の範囲の距離だけ、内部に凹設
されるのが好ましい。
【００３０】主酸化剤キャビティ９の内部形状は、４つ
の部分を備えるのが好ましい。第１部分１０はほぼ円筒
状で、第２部分１０ａは第１部分と同じ径のほぼ円筒状
で、第１部分の軸線に対して角度Ｂを形成し、第２部分
１０ａに連続的に取付けられた第３部分１１は約１０°
から約１２０°の範囲で約１０°から約４５°の範囲が
好ましい角度Ｃのほぼ円錐状であり、第４部分は１２は
第２部分１０ａを主酸化剤オリフィス５に接続する。
【００３１】これらの部分１０，１０ａ，１１，１２の
好ましい形状が図２および図３に断面図で示してあり、
第４部分１２の広がり角度は、第３部分１１の広がり角
度Ｃに等しい。
【００３２】本発明の他の実施の形態では、少なくとも
２つの燃料流を形成する手段がバーナブロックの同じキ
ャビティ内に装備されている。このような配置を図４に
示しており、２つの燃料インジェクタ６がバーナブロッ
クの１のキャビティ７内に配置されている。副酸化剤流
は、燃料インジェクタ６とキャビティ７との間に設けら
れた通路内を流れる。
【００３３】このような配置の他の例が図５に示してあ
り、別個の燃料流を形成する少なくとも２つの液体燃料
オリフィス１４で終端する液体燃料インジェクタ１３
が、キャビティ７内に配置されている。
【００３４】図６は、図１の実施の形態と同様である
が、複数の燃料を使用するように形成した本発明の他の
実施の形態を示し、バーナブロック内に追加のオリフィ
ス１５を配置することにより、他の燃料インジェクタが
形成され、燃料ガスが使用される場合はオリフィス３を
通して燃料が噴出され、オリフィス１５は使用されず、
また、燃料油等の液体燃料を使用する場合は、オリフィ
ス１５を通して燃料が噴出され、オリフィス３は使用さ
れない。
【００３５】燃料として天然ガスが使用される場合は、
バーナの公称燃焼速度で、インジェクタ６における燃料
速度は約２０ｍｓ-1から約１５０ｍｓ-1の範囲にあり、
約３０ｍｓ-1から約８０ｍｓ-1が好ましい。酸化剤の酸
素濃度が８８％よりも大きいときは、オリフィス５にお
ける酸化剤速度は約５ｍｓ-1から約８０ｍｓ-1であり、
約１０ｍｓ-1から約２５ｍｓ-1であるのが好ましい。主
酸化剤速度に対する天然ガス速度の比は、約２から約４
の範囲であるのが好ましい。所定の公称燃焼速度に形成
された本発明のバーナは、公称速度の３０％から２５０
％で使用できることが判明した。
【００３６】図７の（Ａ）および（Ｂ）は、燃料インジ
ェクタようの他の好ましいキャビティ８を示し、この場
合におけるオリフィス３の径は、キャビティ８の残部の
径よりも大きい。これは、高温のファーネス内雰囲気か
らのインジェクタチップ６ａの保護を改善するもので、
ブロック１を過熱することなく、インジェクタ６を高温
面４から更に凹設する。図７の（Ｂ）では、燃料キャビ
ティがブロックからの出口で、好適に丸められあるいは
輪郭形成された縁部を有することが認められる。
【００３７】本発明の燃焼方法では、加熱すべき表面
（ファーネス負荷）の上側で少なくとも２つの流れで噴
出される。したがって、燃料は、この負荷の上側で広が
り、負荷の上で均等な熱フラックスの分布を得ることが
できる。図１の（Ａ）および（Ｂ）における角度Ａの増
大と同様な態様で、燃料流間の角度が増加することによ
り、より広い燃焼ゾーンが形成される。しかし、後述す
るように、燃料流間の角度が５°を越えて増大すると、
火炎が分離し、これは、負荷が溶融ガラスの場合に重要
なファクタである燃焼ゾーンの均等性を阻害するため望
ましくない。更に、燃料流間の角度が増大すると、火炎
長が著しく短くなる。
【００３８】燃料を燃焼するための酸化剤の主供給源
は、図１の（Ａ）および（Ｂ）、図４、図５および図６
に楕円状のスロット５で示す細長いオリフィスである。
酸化剤の主流（換言すると、スロット５から噴出する酸
化剤）は、角度Ｂで燃料流に向けて配向され、更に、加
熱すべき表面に対しても配向されている。角度Ｂを減少
すると、主酸化剤と燃料との間の混合が遅れ、これによ
り、燃焼ゾーンが長くなる。しかし、非常に小さい角度
Ｂは、燃焼ゾーンが不安定となるため、望ましくない。
一方、角度Ｂが増大すると火炎の安定性が増大するが、
しかし火炎長が減少し、火炎が負荷に向けて押される。
この角度Ｂは、火炎がファーネスの負荷に近付くのを防
止することを望むときに、約２．５°と約１０°との間
であることが望ましいことが判明した。例えば鉄および
非鉄金属の製造の製造の際に、火炎と加熱すべき表面と
が直接接触することを求められる用途では、大きな角度
Ｂが有益なことが判明した。
【００３９】主酸化剤流は、火炎をバーナの面の下方に
保持し、火炎がファーネスの天井部（ファーネスの天井
部は例えばガラスタンクファーネス内に存在する）に向
けて跳上がるのを防止し、エネルギが負荷に優先的に供
給されるために天井温度を効果的に減少する。更に、燃
焼ゾーンが側壁から離れたファーネスの内側に押圧さ
れ、これにより、側壁温度が低下する。本発明の燃焼方
法では、酸化剤と燃料との混合が段階的に行われ、した
がって、火炎温度が低く、酸化窒素の放出が少ない。副
酸化剤の噴出により更に、ガス流によりガスインジェク
タが好適に冷却され、燃料キャビティの内壁に沿う酸化
剤ガスの保護層が形成され、耐火バーナブロック材料と
何量ガスとの間の化学反応が防止される、利点が得られ
る。このような反応は、炭素と水素とを含有する燃料の
一部が、炭素原子Ｃと水素ガスＨ2とに熱分解され、続
いて、この炭素Ｃと水素Ｈ2 とが耐火材料と反応するこ
とによるものである。シリカを含有する耐火物について
は、シリカを失う中間反応は、 Ｓi Ｏ2(S)＋Ｃ(s) ＝Ｓi Ｏ(g) ＋ＣＯ(g) Ｓi Ｏ2(S)＋Ｃ＝Ｓi Ｏ(g) ＋ＣＯ2 である。水素については、反応は、 Ｓi Ｏ2(S)＋Ｈ2 ＝Ｓi Ｏ(g) ＋Ｈ2 Ｏ である。いずれの場合も、シリカＳi Ｏの亜酸化物は揮
発し、追加酸素が存在する部分で、燃焼チャンバ内で再
凝縮する。窒素の存在の下で、シリカと炭素との間に他
の反応が生じることが知られており、これにより、シリ
コンカーバイドＳi Ｃ(s)、シリコンニトリドＳi 3 Ｎ
4(S)、およびシリコン酸化ニトリドＳi Ｎ2 Ｏ(s)を生
じ、これらの全ては耐火構造を変化させ、バーナブロッ
クの寿命を低下させる。アルミナと共により高温で同様
な形式の反応が生じ、これによりＡｌ4 Ｏ4Ｃ(s) 、Ａ
ｌＮ(s) 、Ａｌ4 Ｃ3(S)およびＡｌＯ(g) 等の生成物
と、Ａ2 ｌＯ(g ) ガスを発生する。
【００４０】溶融したジルコニアを除き、バーナブロッ
クの製造に用いられる耐火材料は、全てがシリカとアル
ミナとを含むため、上述の還元作用（reduction mechan
isms）の影響を受ける。バーナブロックキャビティに沿
って燃料流の回りに副酸化剤を噴出することは、炭素お
よび水素が耐火材料と接触するのを防止することによ
り、バーナブロックを燃料から保護する。
【００４１】本発明の燃焼方法を、１．７ＭＭＢｔｕ／
ｈｒ（５００キロワット）、４メートル長の燃焼割合、
１平方メートル断面の高温パイロットファーネスで試験
した。火炎の形状および火炎の輝度を、ファーネスの屋
根に配置したペリスコープにビデオカメラを装着してモ
ニタした。カメラの前に青色フィルタを挿入し、炉壁に
よる放射の一部を排除した。燃焼方法を評価するため、
プロトタイプのバーナを形成し、幅４インチ（１０１．
６mm）で高さ０．７インチ（１７．８mm）のほぼ矩形形
状で丸められた縁部を有するスロット内に主酸化剤オリ
フィス５を配置した。主酸化剤流および副酸化剤流の双
方に使用する酸化剤は、９９．９５％の純粋酸素であ
る。スロットの出口における主酸化剤速度は、１５ｍｓ
-1に近い。天然ガスインジェクタ６は、図８の（Ａ）に
示すようにキャビティ３内に配置され、２つの異なるイ
ンジェクタのセットを使用することにより、インジェク
タの出口における天然ガス速度を２９ｍｓ-1から５５ｍ
ｓ-1に変更することができる。最も小さなインジェクタ
については、試験に用いたキャビティ３の径は、０．８
２４インチ（２０．９mm）および１．０４９インチ（２
６．６mm）とした。より大きな燃料キャビティ（１．０
４９インチ（２６．６mm））だけが、最も大きな天然ガ
スインジェクタに使用可能である。ガスインジェクタ間
の距離ｄは、４．５インチ（１１４．３mm）に固定され
る。主酸化剤スロットと燃料インジェクタとの間の距離
Ｈは、１．７５インチ（４４．４mm）から４．５インチ
（１１４．３mm）に変更することができる。角度Ａは０
から５度に変更でき、角度Ｂは０から１０度に変更でき
る。
【００４２】バーナに供給する酸化剤の全量を一定に保
持しつつ燃料インジェクタの回りに副酸化剤を噴射する
ことにより、火炎の輝度が増加することが観察された
（肉眼で）。３％ほどの副酸化剤で、火炎の輝度に明ら
かな（肉眼で）改善が認められた。最大の火炎輝度は、
燃料インジェクタの回りを流れる全酸化剤の約５％で得
られることが推測される。この結果は、燃料と副酸化剤
との間に生じて煤の形成が促進される燃料リッチ状態
で、燃料が部分的に燃焼することにより説明される。副
酸化剤流を全酸化剤の５％より多くに増加すると、火炎
の輝度が減少し、火炎が短くなることが判明した。これ
らの試験のため、副酸化剤の量を全酸化剤の約３％から
約１３％の範囲とした。これにより、燃料とより早い流
速に増速した酸化剤流との間の混合がより強化され、こ
れにより煤の形成が防止され、燃焼ゾーンが短くなっ
た。
【００４３】酸化窒素ＮＯx の放出割合は、副酸化剤の
量を上述の範囲に増加したときに、１０％より多く増加
することはなかった。３％の副酸化剤で、ＮＯx 濃度は
９４５ｐｐｍで、最大ＮＯx 濃度は、副酸化剤流を増大
した状態で１０３５ｐｐｍであった。同様な作動状態で
は、二重管構造（tube in tube）の酸素−燃料バーナは
約１８００ｐｐｍのＮＯx を発生する。これらの試験の
ため、天然ガス中に本来的に存在する窒素の他の窒素源
が燃焼チャンバ内に入るのを抑制することによりＮＯx
を最小とするようなことは行っておらず、特に、ファー
ネス圧は僅かに正としてあるが、全ての空気の侵入を防
止するほど高くはなく、ペリスコープレンズをパージす
るためにある程度の窒素をファーネス内に噴射した。
【００４４】更に、副酸化剤流を変えたときに負荷に対
する火炎の高さが変化することが判明した。副酸化剤流
が増加すると、火炎は負荷から更に遠くに移動した。こ
れは、ファーネス負荷とほぼ平行な方向に燃料キャビテ
ィから噴出されるガス流の大きなモーメントによるもの
である。更に、副酸化剤の増加で、バーナブロックの近
部の温度が上昇し、これは火炎からの熱の早期放射を示
す。したがって、主酸化剤流と副酸化剤流との間の酸化
剤流の配分に作用することにより、火炎長と、火炎輝度
と、負荷に対する火炎距離と、火炎の熱伝達の配分とを
変更することができる。
【００４５】隣接する燃料流間の角度Ａを増加すると、
火炎が短くなる。しかし、燃料流間の角度を５°を越え
て増加すると、火炎が小さな火炎に分かれることが観測
され、これは燃焼ゾーンの均等性を阻害するために受入
れられないことが判明した。更に、燃料流間の角度を増
加すると、火炎長が短くなった。
【００４６】主酸化剤流の方向と燃料の天然ガス流との
間の角度Ｂが減少すると、主酸化剤と燃料との間の混合
が遅れるようであり、この結果火炎が長くなる。極めて
小さい角度Ｂは、燃焼ゾーンが不安定となるために、望
ましいものではないことが判明した。一方、角度Ｂが増
加すると、火炎の安定性が増大するが、しかし火炎長が
短くなり、火炎を負荷に向けて押圧する。火炎がファー
ネスの負荷に近接するのを防止する必要のある場合は、
この角度Ｂは約２．５°から約１０°の範囲とすること
が好ましい。
【００４７】天然ガスインジェクタと主酸化剤インジェ
クタとの間の距離Ｈを変更するときは、火炎の安定性を
維持するために少なくとも３インチの距離が必要なこと
が判明した。天然ガス速度を増大すると、火炎の安定性
も増大することが判明した。しかし、与えられた天然ガ
ス速度では、火炎安定性における燃料キャビティ径の影
響は認められなかった。したがって、副酸化剤の速度
は、火炎の安定性に強い影響を与えないと思われる。
【００４８】図８の（Ｂ）に示す本発明の燃焼方法を、
高温パイロットファーネス内で１．７ＭＭＢｔｕ／ｈｒ
（５００キロワット）スケールで試験した。プロトタイ
プバーナの主酸化剤オリフィスは、縁部を丸めたほぼ楕
円状形状で、幅４インチ（１０１．６mm）、高さ０．７
インチ（１７．８mm）の寸法を有する。天然ガスが、
０．８２４インチ（２０．９mm）径のキャビティ内に心
だしされた３つのインジェクタで噴出される。対応する
天然ガスの速度は３７ｍｓ-1である。隣接するガスイン
ジェクタ間の距離ｄは、２インチ（５０．８mm）であ
る。天然ガスインジェクタと主酸化剤インジェクタとの
間の距離Ｈは、１．７５インチ（４４．５mm）と４イン
チ（１０１．６mm）との間で変更することができる。主
酸化剤流の方向とガス流の方向との間の角度Ｂは、５°
から１０°で変更できる。この構造では、分離した小さ
な火炎を形成することなく、図８の（Ａ）の構造による
火炎よりもより幅広の火炎を形成することができる。形
状変数Ａ，Ｂ，Ｈの変化と、図８の（Ａ）の構造で観察
された主酸化剤流と副酸化剤流との火炎形状、火炎安定
性および火炎輝度に対する配分との影響を、３つの燃料
インジェクタを有する構造で確認した。
【００４９】天然ガスインジェクタは、ファーネスの熱
から保護するために、バーナブロックの高温面から内側
に凹設することが好ましい。インジェクタチップ６ａ
（図７）からバーナ高温面４までの距離は、キャビティ
の最大内径の２倍を越えてはならず、キャビティの最大
内径の２倍を越えると、特に燃料インジェクタが完全に
キャビティ内で心だしされていない場合には、キャビテ
ィの内壁が燃料と副酸化剤との燃焼生成物と接触する虞
がある。
【００５０】上述のバーナ構造を、構造的には似ている
が主酸化剤スロットが図８の（Ｃ）に示すように互いに
４インチ（１０１．６mm）離隔した２つの孔あるいは楕
円形部により置き換えられた酸素−燃料バーナと比較し
た。単一の楕円形スロットを有するバーナはより安定し
た火炎を示すことが判明した。実際に、２つの酸素孔あ
るいは楕円形部を有するバーナからの火炎は、火炎の両
側（ウイング部）で安定性に欠け、この不安定性は、２
つの孔を単一の楕円形状スロットで置換えたときに完全
に排除された。
【００５１】本発明による実施の形態は、例えば図９の
（Ａ）および（Ｂ）に示すバーナ組立体を提供し、この
バーナ組立体は、 ａ）低温端部１６と高温端部４とを有し、更に燃料を噴
出する少なくとも１のキャビティ７と主酸化剤を噴出す
る１のキャビティ９とを有し、この主酸化剤を噴出する
キャビティは過熱すべき材料とほぼ平行な主軸を有する
細長い開口５により、この高温端部４で終わる耐火ブロ
ック１と、 ｂ）この耐火ブロックの低温端部に取外し可能に取付け
られた装着ブラケット組立体１７と、 ｃ）この装着ブラケットにより、耐火ブロック１に取付
けられる金属バーナ組立体１８とを備え、この金属バー
ナ組立体は、少なくとも１の酸化剤入口１９と、少なく
とも２つの酸化剤出口２０ａ，２０ｂとを有し、第１酸
化剤出口２０ａは、主酸化剤を噴出するためのキャビテ
ィ９に開口し、第２酸化剤出口２０ｂは、燃料を噴出す
るための少なくとも１のキャビティ７に副酸化剤を供給
し、耐火ブロック１の高温面４の近部で燃料の燃焼を開
始し、更に、 ｄ）バーナボディに取付けられた燃料分配装置を備え、
この燃料分配装置は１の燃料入口２１と燃料分配手段２
２とを有し、この燃料分配手段２２は燃料を噴出するた
めの少なくとも１のキャビティ７内に延び、少なくとも
２つの燃料流を形成し、更に。
【００５２】ｅ）酸化剤流を少なくとも２つの酸化剤出
口に配分する分割手段２３、を備える。
【００５３】図９の（Ｂ）は、インジェクタ６（３つ示
してある）を通る断面図を示す。明瞭にするため、図の
理解に不要な符号は省略してある。燃料配分手段２２は
ヘッダとして示してあり、このヘッダから３つの燃料イ
ンジェクタ６に供給される。
【００５４】図１０に例示すような、他の実施の形態で
は、分割手段２３が金属バーナ組立体１８の外側に配置
されており、これと流体連通し、酸化剤出口２０ａ，２
０ｂに、分割手段２３から供給された酸化剤が別個の入
口２４ａ，２４ｂから供給される。この実施の形態で
は、主および副酸化剤流を分離状態に保持するために、
ソリッドプレート２６が必要である。
【００５５】図１１の実施の形態では、入口２４ａ，２
４ｂは、独立した酸化剤源から供給され、化学成分およ
び温度を異なるものとすることができる。この実施の形
態では、主および副酸化剤流を分離状態に維持するため
に、ソリッドプレート２６が必要である。
【００５６】図１２は、本発明のバーナ組立体の他の実
施の形態の側部断面図であり、金属バーナ組立体１８
は、燃料インジェクタ１８ａの近部で丸められた形状を
有する。この構造は、他の実施の形態のものよりも簡単
に形成することができる。
【００５７】燃料インジェクタを使用する本発明の実施
の形態では、燃料インジェクタは、セラミックあるいは
ステンレス鋼等の金属でもよい。更に、バーナ組立体の
金属性の部材は、タイプ３１６等のステンレス鋼あるい
は「Ｈａｓｔａｌｌｏｙ」等の他の合金で形成すること
ができる。
【００５８】以上、本発明について説明してきたが、当
該分野における技術者であれば、本発明の範囲から逸脱
することなく上述の実施の形態に種々の変更を加えるこ
とが可能なことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態によるバーナブロ
ックの２つの例の概略的な斜視図、
【図２】４つの部分からなる主酸素キャビティの内部形
状を示すもので図１の（Ｂ）のＡ−Ａ線で示す部分を通
る図１の（Ａ）と（Ｂ）との一方のバーナブロックの側
部断面図、
【図３】連続的に隣接した２つの広がり部を有する主酸
素キャビティの内部構造の他の変形例を示す概略図、
【図４】本発明の好ましい実施の形態によるバーナブロ
ックの概略図、
【図５】他の実施の形態によるバーナブロックの概略
図、
【図６】更に他の実施の形態によるバーナブロックの概
略図、
【図７】オリフィス径が残部の形よりも大きい燃料イン
ジェクタ用の好ましいキャビティを示す本発明の２つの
実施の形態による耐火ブロックの側部立面図、
【図８】天然ガスインジェクタをキャビティ内に配置し
た本発明の実施の形態による３つの例のバーナブロック
の前部立面図、
【図９】本発明の好ましい実施の形態のバーナ組立体を
耐火ブロック内に設けた状態の説明図、
【図１０】図９と同様な他の実施の形態の説明図、
【図１１】図９と同様な更に他の実施の形態の説明図、
【図１２】図９と同様な更に他の実施の形態の側部断面
図。
【符号の説明】
１…バーナ、２…ファーネス、３…燃料出口、４…高温
面、５，１４，１５…オリフィス、６，１３，１８ａ…
インジェクタ、７，９…キャビティ、８…通路、１０…
第１部分、１０ａ…第２部分、１１…第３部分、１２…
第４部分、１６…低温端部、１７…装着ブラケット、１
８…金属バーナ組立体、１９…酸化剤入口、２０ａ，２
０ｂ…酸化剤出口、２１…燃料入口、２２…燃料分配手
段、２３…分割手段、２４ａ，２４ｂ…酸化剤入口、２
６…ソリッドプレート。

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ファーネスの燃焼チャンバ内で酸化ガス
    内に含まれた酸素により燃料を燃焼させる方法であっ
    て、ファーネスの燃焼チャンバ内に噴射された少なくと
    も２つの隣接した流れの燃料と、少なくとも１の細長い
    オリフィスを通して噴射された燃料を完全燃焼するため
    に必要な酸化剤の主要部とを配分し、各細長いオリフィ
    スは加熱されるべき面とほぼ平行な最も大きな形状部に
    沿う軸線（長軸）を有し、加熱すべき面と平行な広い火
    炎を形成するために、酸化剤流を燃料流に向けて収束さ
    せる、方法。
  2. 【請求項２】 その間に、０°から約１５°の範囲の角
    度を形成する２つの隣接する燃料流が形成される請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】 その間に、０°から約１０°の範囲の角
    度を形成する２つの隣接する燃料流が形成される請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】 １の細長いオリフィスから流れる酸化剤
    の単一流が主酸化剤を形成し、この主酸化剤流は０°か
    ら約４５°の範囲の角度で燃料流に向けて収束する請求
    項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 細長いオリフィスから流れる主酸化剤流
    は、２．５°から約１０°の範囲の角度で燃料流に向け
    て収束する請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 各細長いオリフィスは、約２から約８の
    範囲のアスペクト比（最大高さに対する最大幅の比）を
    有する請求項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 アスペクト比（最大高さに対する最大幅
    の比）は、約４から約６の範囲である請求項６に記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 燃料流は、加熱すべき面にほぼ平行であ
    る請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 燃料流は、加熱すべき面に対して＋１０
    °あるいは−１０°を越えない角度で配向され、主酸化
    剤流は、燃料流および加熱すべき面に向けて収束する請
    求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 副酸化剤が少なくとも２つの燃料流の
    回りに供給され、主酸化剤流が燃焼チャンバ内の燃料流
    と交差する前に燃料の燃焼を開始し、大量の煤が形成さ
    れる燃料リッチ混合体を形成することにより、火炎の光
    度を増大する請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 副酸化剤の流れは、燃料の完全燃焼に
    必要な酸化剤の全量の０から約５０％を供給する請求項
    １０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 副酸化剤の量は、燃料の完全燃焼に必
    要な酸化剤の単量の０から約２５％を供給する請求項１
    ０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 主酸化剤と副酸化剤とは成分が異なる
    請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 主酸化剤は、工業用純粋酸素（酸素濃
    度が８８％より多い）であり、副酸化剤は周囲空気であ
    る請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 主酸化剤流および副酸化剤流の酸化剤
    の全量が、燃料を完全燃焼し、火炎光度を調節するため
    に十分であるように、主酸化剤の流れと副酸化剤の流れ
    とが変えられる請求項１０に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 主酸化剤と副酸化剤とが同じ供給源か
    ら提供され、火炎の光度と形状とが、ほぼ矩形のオリフ
    ィスを通して流れる主酸化剤流と少なくとも２つの燃料
    流の回りを流れる副酸化剤との間の酸化剤の配分を変え
    ることにより、変更される請求項１０に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ファーネスの燃焼チャンバ内で酸化ガ
    ス内に含まれた酸素により燃料を燃焼させるバーナ装置
    であって、ファーネスの燃焼チャンバ内に噴射された少
    なくとも２つの隣接した流れに燃料を配分する燃料イン
    ジェクタと、加熱すべき面にほぼ平行なその最も大きな
    形状部（長軸）に沿う軸線を有する少なくとも１の細長
    いオリフィスとを含むキャビティ手段を備え、この細長
    いオリフィスは、燃料の完全燃焼に必要な酸化剤の主要
    部を噴射可能であり、この細長いオリフィスは、酸化剤
    の主要部の流れを燃料流に向けて収束するように配向
    し、加熱すべき面とほぼ平行な広い火炎を形成するバー
    ナ装置。
  18. 【請求項１８】 少なくとも２つの隣接する燃料流を配
    分する手段は、燃料流を、０°から約１５°の範囲の角
    度をその間に形成して発散させるように形成される請求
    項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 少なくとも２つの隣接する燃料流を配
    分する手段は、燃料流を、０°から約１０°の範囲の角
    度をその間に形成して発散させるように形成される請求
    項１７に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 主酸化剤を形成する酸化剤の流れを配
    向するように形成された１の細長いオリフィスのみを備
    え、この酸化剤の流れは０°から約４５°の範囲の角度
    で燃料流に向けて収束する請求項１７に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 主酸化剤を形成する酸化剤流を、０°
    から約４５°の範囲の角度で燃料流に向けて収束するよ
    うに、配向する請求項２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 各細長いオリフィスは、約２から約８
    の範囲のアスペクト比（最大高さに対する最大幅の比）
    を有する請求項１７に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 各細長いオリフィスは、アスペクト比
    （最大高さに対する最大幅の比）を、約４から約６の範
    囲とする請求項２２に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 燃料キャビティは、加熱すべき面に対
    してほぼ平行に、燃料流を発散させるように配置されて
    いる請求項１７に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 燃料キャビティは、加熱すべき面に対
    して＋１０°あるいは−１０°を越えない角度で配向さ
    れ、主酸化剤キャビティは、主酸化剤流が燃料流および
    加熱すべき面に向けて収束するように配置されている請
    求項１７に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 副酸化剤キャビティが、少なくとも２
    つの燃料流インジェクタの回りに配置されている請求項
    １７に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 主酸化剤キャビティ（９）の内部形状
    は、４つの部分から形成されるのが好ましく、この第１
    部分（１０）はほぼ円筒状であり、第２部分（１０ａ）
    は、この第１部分と同じ径のほぼ円筒状で、第１部分の
    軸線と共に角度（Ｂ）を形成し、この第２部分（１０
    ａ）に、約１０°から約４５°の範囲が好ましい約１０
    °から約１２０°の範囲の角度（Ｃ）を持つほぼ円錐状
    の第３部分（１１）が連続的に取付けられ、第４部分
    （１２）は、第２部分（１０ａ）に主酸化剤オリフィス
    （５）を連続的に結合する請求項１７に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 第４部分（１２）の発散する角度は、
    第３部分（１１）の発散する角度（Ｃ）に等しい請求項
    ２７に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 バーナ組立体であって、 ａ）低温端部および高温端部と、燃料を噴出する少なく
    とも１のキャビティと、主酸化剤を噴出する１のキャビ
    ティと、この主酸化剤を噴出するキャビティは、加熱す
    べき材料とほぼ平行な長軸線を有する細長い開口により
    高温端部で終端する耐火ブロックと、 ｂ）この耐火ブロックの低温端部に取外し可能に取付け
    られた装着ブラケット組立体と、 ｃ）この装着ブラケットにより、耐火ブロックに取付け
    られる金属バーナ組立体とを備え、この金属バーナ組立
    体は、少なくとも１の酸化剤入口と、少なくとも２つの
    酸化剤出口とを有し、第１酸化剤出口は、主酸化剤を噴
    出するためのキャビティに開口し、第２酸化剤出口は、
    燃料を噴出するための少なくとも１のキャビティに副酸
    化剤を供給し、耐火ブロックの高温面の近部で燃料の燃
    焼を開始し、この副酸化剤は、更に少なくとも１の燃料
    キャビティの内壁に沿って酸化ガスの保護層を形成し、
    この保護層で、耐火ブロック材料とバーナブロックを損
    傷する可能性のある燃料との間の化学反応を防止し、更
    に、 ｄ）バーナボディに取付けられた燃料分配装置を備え、
    この燃料分配装置は１の燃料入口と燃料分配手段とを有
    し、この燃料分配手段は燃料を噴出するための少なくと
    も１のキャビティ内に延び、少なくとも２つの燃料流を
    形成する、バーナ組立体。
  30. 【請求項３０】 更に、少なくとも２つの酸化剤出口に
    酸化剤流を配分する分割手段を備える請求項２９に記載
    のバーナ組立体。
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