JP2001296018A - 非吹込みガスの巻込みを変えることができる、環境内へのガス吹込み方法およびシステム - Google Patents

非吹込みガスの巻込みを変えることができる、環境内へのガス吹込み方法およびシステム

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JP2001296018A JP2001069033A JP2001069033A JP2001296018A JP 2001296018 A JP2001296018 A JP 2001296018A JP 2001069033 A JP2001069033 A JP 2001069033A JP 2001069033 A JP2001069033 A JP 2001069033A JP 2001296018 A JP2001296018 A JP 2001296018A
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オリビエ・シャロン
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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】 環境内へガスを吹き込むためのシステムであ
って、吹込みガスをより遠くまで送って燃料ジェットを
広範囲に広げるとともに、より高い導入ガス濃度を有す
るシステムを提供する。 【解決手段】 環境内たとえば炉内へガスを吹き込むた
めのシステムであって、内部導管がガス供給源と連絡し
て第１の質量流量のガスを送るためのものであり、外部
導管がガス供給源と連絡して第２の質量流量のガスを送
るためのものであるシステムが開示される。第１の質量
流量は第２の質量流量よりも大きく、好ましくは少なく
とも２倍である。内部導管の末端は、好ましくは所定の
距離だけ外部導管の末端から後退している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、工業用途
における吹込み（lancing）デザイン、より詳細には燃
焼環境へ吹き込まれるガスの燃焼促進特性の改善に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】吹込みは、工業用途における燃焼を改善
するために用いられるプロセスである。典型的に吹込み
は、ガスを一次火炎（primary flame）または燃料のフ
ローに導入して、火炎の安定性を維持し、燃料点火プロ
セスを促進することを伴う。これは特に、低品質燃料を
用いることが多く火炎近傍にダストが多量に存在するロ
ータリーキルンのような用途の場合に当てはまる。これ
らの用途では通常、吹込みガスとして酸素を用いる。
【０００３】一次火炎または燃料への吹込みガスの暴露
は最大であることが、理想的である。最大限に暴露する
ためには、吹込みガスを燃料環境に深く侵入させて、燃
料ジェットを広範囲に広げなければならない。そのた
め、従来は高速度のランスが用いられているが、これは
周囲の媒体を多量に巻込むことが多いという不都合な点
を有する。多くの燃焼用途において、煙道ガス、窒素、
微粒子、およびダストが巻込まれると、吹込みガスの濃
度が低下する可能性がある。その結果、均一な火炎温度
プロファイルおよび理想的な燃焼状態を保つことが難し
くなる。
【０００４】さらに高速度ランスは、高い供給圧力およ
び高い運転コストを必要とする場合がある。加えて、ラ
ンス出口が高速度であると早期点火の可能性が増えるた
めに、高速度ランスでは微粒子およびＮＯxの放出が大
きくなって安全上のリスクが増す可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、吹込みガスを
より遠くまで送って燃料ジェットを広範囲に広げるとと
もに、より高い導入ガス濃度を有する吹込みプロセスが
必要とされる。さらに、高速度も高い供給圧力も必要と
せず、環境上のリスクも安全上のリスクも伴わない費用
効率の高い吹込みプロセスが必要とされる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスを環境内
へ吹き込むための方法およびシステムであって、吹込み
ガス内に巻込まれる非吹込みガスの量を、吹込みガスお
よび非吹込みガスの質量流量比および速度比に依存して
変えることができる方法およびシステムを提供する。詳
細には、ガス供給源と連絡して第１の質量流量のガスを
送るための内部導管と、ガス供給源と連絡して第２の質
量流量のガスを送るための外部導管とを備え、第１の質
量流量は第２の質量流量よりも大きいシステムが提供さ
れる。
【０００７】本発明の他の態様においては、第１の質量
流量のガスを内部導管を通して導入し、第２の質量流量
のガスを外部導管を通して導入し、第１の質量流量は第
２の質量流量よりも大きい方法が提供される。
【０００８】本発明のさらに他の態様においては、内部
導管の末端は、外部導管の末端から所定の距離だけ後退
している。
【０００９】Ｐａで与えられる圧力は、特に指示がない
限り、ゲージ圧を示すものであることに注意されたい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のこれらおよびその他の特
徴は、本発明の現時点において好ましい実施形態につい
ての以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことによ
って、明らかになる。
【００１１】図１に示すのは、本発明に係る好ましいガ
ス吹込みシステム１０である。この好ましいシステム１
０は、内部導管２０と外部導管３０とを備える。内部導
管２０と外部導管３０とは、互いに同心で、同じまたは
異なるガス供給源と連絡している。内部導管２０は末端
４０を有し、外部導管３０は末端５０を有する。また内
部導管２０は内径ｄ1を有し、外部導管３０は内径ｄ2を
有する。直径ｄ1は好ましくは約１ｃｍないし約１６ｃ
ｍであり、最も好ましくは約２ｃｍないし約１０ｃｍで
ある。直径ｄ2は好ましくは約２ｃｍないし約３１ｃｍ
であり、最も好ましくは約５ｃｍないし約２１ｃｍであ
る。
【００１２】末端４０は、末端５０から距離Ｙだけ内部
に後退している。この距離Ｙは好ましくは、直径ｄ2の
約０．５ないし約６倍、または約１ｃｍないし約１８６
ｃｍであり、最も好ましくは直径ｄ2の約１ないし約４
倍、または約５ｃｍないし約８４ｃｍである。
【００１３】内部導管２０は、第１ガスＧ1を第１速度
ｕ1で送るためのものである。外部導管３０は、第２ガ
スＧ2を第２速度ｕ2で送るためのものである。第１速度
ｕ1は第２速度ｕ2よりも大きい。そのため、第１ガスＧ
1がダスト、微粒子、および望ましくないガスを環境か
ら巻込む程度が低くなる一方でこのガスが火炎近傍によ
り深く侵入することを保証するシールドされた遷移ゾー
ンが形成される。同様に、上述のシールドされた遷移ゾ
ーンを形成するために、第１ガスＧ1の質量流量（ある
時間の間に輸送される質量）は第２ガスＧ2の質量流量
よりも大きい。好ましくは、上述した巻込みが最小限に
なるように、第１ガスＧ1の質量流量は第２ガスＧ2の質
量流量の少なくとも２倍ないし３倍である。第１ガスＧ
1と第２ガスＧ2とが、それぞれ内部導管２０と外部導管
３０とを出た後に相互作用することによって、好ましく
はその目標（燃料ジェットまたは火炎の何れか一方）と
より激しく相互作用する幅広い吹込みジェットが得られ
る。
【００１４】第１ガスＧ1の質量流量は、好ましくは約
０．１トン／日（「ｔ／ｄ」）ないし約２００ｔ／ｄで
あり、最も好ましくは約１ｔ／ｄないし約１００ｔ／ｄ
である。第２ガスＧ2の質量流量は、好ましくは約０ｔ
／ｄないし約１００ｔ／ｄであり、最も好ましくは約０
ｔ／ｄないし約５０ｔ／ｄである。
【００１５】第１ガスＧ1の供給圧力は、好ましくは約
５００Ｐａないし約７００,０００Ｐａであり、最も好
ましくは約６５０Ｐａないし約４５０,０００Ｐａであ
る。第２ガスＧ2の供給圧力は、好ましくは約７０Ｐａ
ないし約１５０,０００Ｐａであり、最も好ましくは約
１５０Ｐａないし約７５,０００Ｐａである。
【００１６】第１ガスＧ1と第２ガスＧ2とは、同じ化学
組成であっても良いし異なっていても良い。ロータリー
キルンの用途においては、第１ガスＧ1は好ましくは酸
素富化空気であり、またはより好ましくは圧力スウィン
グ吸着（ＰＳＡ）プロセス、体積スウィング吸着（ＶＳ
Ａ）プロセス、もしくは温度スウィング吸着（ＴＳＡ）
プロセスによって得られる酸素である。これらは全て当
該技術分野において周知である。第１ガスＧ1はキルン
内部に深く吹き込まれる。第２ガスＧ2は好ましくは低
圧酸素であり、より好ましくはＰＳＡ、ＶＳＡ、または
ＴＳＡプロセスによって得られる低圧酸素である。この
デザインによって、キルン内の燃焼反応を維持するのに
必要な吹込み酸素量が減り、酸素供給に必要な圧力が減
る。第２ガスＧ2のその他の可能性としては、より好ま
しいものからそれほど好ましくないものまで様々である
が、空気、窒素、アルゴン、二酸化炭素、煙道ガス、お
よび蒸気が挙げられる。酸素富化空気または酸素を、低
温（cryogenic）空気分離ユニット（ＡＳＵ）（当該技
術分野において周知である）等からの液体酸素を気化さ
せることによって供給しても良いことが、当業者によっ
て理解されるであろう。ＰＳＡプロセス、ＶＳＡプロセ
ス、またはＴＳＡプロセスからの実質的に純粋（約９０
％）な酸素を用いることが好ましい。
【００１７】第１ガスＧ1が酸素で、第２ガスＧ2が窒素
またはアルゴンである場合、第１ガスＧ1と第２ガスＧ2
とを同じガス源によって供給しても良いし、異なるガス
源で供給しても良い。例えば、低温ＡＳＵによって、酸
素と、窒素またはアルゴンの何れか一方を供給しても良
い。その代わりに、液体酸素を気化させて酸素を供給す
るとともに、液体窒素を気化させて窒素を供給するかま
たはアルゴンを気化させてアルゴンを供給しても良い。
他の実施形態においては、ＰＳＡプロセス、ＶＳＡプロ
セス、またはＴＳＡプロセスによって酸素を供給すると
ともに、低温ＡＳＵによって窒素を供給しても良い。し
かし、低温ＡＳＵは典型的にＰＳＡプロセス、ＶＳＡプ
ロセス、またはＴＳＡプロセスよりも高い圧力でガスを
供給するため、低温ＡＳＵによって酸素を供給するとと
もに、ＰＳＡプロセス、ＶＳＡプロセス、またはＴＳＡ
プロセスによって窒素を供給することが好ましくあり得
る。
【００１８】乱流ジェットの基本的な特性は当該技術分
野において周知であり、G.N.Abramovichによって彼の「T
heory of Turbulent Jets」(1963)の中で説明されてい
る。乱流ジェットの基本的な特性を図２および図３に示
す。図２は、ジェットノズル１００のすぐ下流のコアゾ
ーン１１０を示している。コアゾーン１１０では、吹込
みガスの質量、速度、および濃度がまだ変化していな
い。コアゾーンは、ジェットノズル１００の直径ｄ0の
約４倍の長さまで続く。コアゾーン１１０の下流には遷
移ゾーン１２０があり、ここでは吹込みガスの質量、速
度、および濃度が、フローの方向と垂直な方向に移って
いる。この遷移ゾーン１２０は、ジェットノズル１００
の直径ｄ0の約８倍の長さまで続く。遷移ゾーン１２０
の下流には相似（similarity）ゾーン１３０があり、こ
こではメインフローの方向に垂直な全ての断面における
速度プロファイルが、濃度分布および温度分布と同様
に、同一の関数によって記述される。
【００１９】図３に標準的なランスの性能を示す。図３
は、Ｘ／ｄ0が１５に等しいときに、吹込みガスの質量
Ｍが約５倍増加することを示している。Ｘは吹込みガス
の侵入距離である。標準的なランスの軸方向におけるこ
の質量Ｍの増加は、周囲のガス（この場合は空気、また
は空気と燃焼生成物との組み合わせ）から不純物が巻込
まれることに起因する。また同じ距離において、吹込み
ガスの速度Ｕが約６０％だけ低下し、吹込みガスの濃度
Ｃが約７０％だけ低下している。Ｍ0、Ｕ0、Ｃ 0は、そ
れぞれ吹込みガスの初期質量、初期速度、初期濃度であ
る。このように、周知の標準的な吹込みプロセスを工業
用途においてより効果的にするためには、侵入距離Ｘを
増加させるとともに、吹込みガス内への不純物の巻込み
を最小限に抑えなくてはならない。
【００２０】提案された装置の従来のランスに対する利
点をさらに示すために、以下の例を計算流体力学（ＣＦ
Ｄ）シミュレーション（当該技術分野において周知であ
る）によってシミュレートした。所定量の酸素を、従来
のランスおよび本発明に係るシステムの両方を用いて、
燃焼環境内に導入する。吹込みガスと環境との間の相互
作用を評価するために、酸素は窒素からなる媒体中に吹
き込む。シミュレーションは、FLUENT UNSソフトウェア
を用いて行う。このソフトウェアは当該技術分野におい
て一般的に用いられており、Fluent社から販売される。
【００２１】本発明についてシミュレートしたケース
は、外部導管（内径が０．０９２ｍ）内に同心で配置さ
れた内部導管（内径が０．０５６ｍで外径が０．０６０
ｍ）を備えるものである。３つのケースについて評価し
た。
【００２２】１．従来すなわち単一ジェットのランスに
おいて、内部導管を通して酸素のみを２７７メーター／
秒（「ｍ／ｓ」）の速度で吹き込む。このケースは、図
４ないし図９において「１００／０」で表す。
【００２３】２．酸素を内部導管を通して２００ｍ／ｓ
の速度で、また外部導管を通して５０ｍ／ｓの速度で吹
き込む。内部導管によって酸素質量流量の７５％が運ば
れ、外部導管によって酸素質量流量の残りの２５％が運
ばれる。このケースは、図４ないし図８、図１０におい
て「７５／２５」で表す。
【００２４】３．酸素を内部導管を通して１４０ｍ／ｓ
の速度で、また外部導管を通して８９ｍ／ｓの速度で吹
き込む。内部導管によって酸素質量流量の５０％が運ば
れ、外部導管によって酸素質量流量の残りの５０％が運
ばれる。このケースは、図４ないし図８、図１１におい
て「５０／５０」で表す。
【００２５】１００／０のケースにおける酸素の速度が
他よりも大きいのであれば、１００／０のケースにおけ
る酸素の侵入距離が最も長いことが予想されるであろ
う。しかし以下の結果によれば、本発明を用いた場合、
７５／２５および５０／５０のケースにおける酸素の侵
入距離が、１００／０のケースにおけるそれを上回る場
合がある。
【００２６】図４ないし図８に、吹き込まれた環境内部
における酸素質量比の変化を、媒体内部の種々の軸方向
位置における径方向について示す。図４は、ランス出口
から０．３ｍの侵入距離における酸素質量比の径方向変
化を示す。本発明の５０／５０のケースにおいて酸素ジ
ェットの幅が最も広いとともに、１００／０（比較例）
のケースにおいて酸素ジェットの幅が最も狭く、望まし
くない巻込みが生じることになる。このことは、従来の
単一ジェットの吹込み方法では、清浄で比較的純粋なジ
ェットを必要とする用途においては不十分であることを
示している。本発明の７５／２５のケースは、他の２つ
のケースの間に位置し、単一ジェットのランスよりも改
善されていることを示す。実際７５／２５のケースは、
０．０ｍの径方向位置において、１００／０のケースの
酸素濃度よりも２６％だけ高い酸素濃度を示している。
また５０／５０のケースは、０．０ｍの径方向位置にお
いて、１００／０のケースの酸素濃度よりも３４％だけ
高い酸素濃度を有する。加えて、ジェット幅は、この２
つのジェットのケースに対して著しく広い。
【００２７】同様の傾向が、図５ないし図８において明
らかである。図５は、ランス出口から０．５ｍの侵入距
離における径方向の酸素分布を示す。この場合、７５／
２５のケースは、０．０ｍの径方向位置において、１０
０／０のケースの酸素濃度よりも２８％だけ高い酸素濃
度を示す。同時に、５０／５０のケースは、０．０ｍの
径方向位置において、１００／０のケースの酸素濃度よ
りも４１％だけ高い酸素濃度を有する。今回も、ジェッ
ト幅は、この２つのジェットのケースに対して著しく広
い。
【００２８】図６に、ランス出口から１．０ｍの侵入距
離における径方向の酸素分布を示す。７５／２５のケー
スは、０．０ｍの径方向位置において、１００／０のケ
ースの酸素濃度よりも２６％だけ高い酸素濃度を示す。
５０／５０のケースは、０．０ｍの径方向位置におい
て、１００／０のケースの酸素濃度よりも５３％だけ高
い酸素濃度を示す。そして今回も、ジェット幅は、この
２つのジェットのケースに対して著しく広い。
【００２９】図７に、ランス出口から２．０ｍの侵入距
離における径方向の酸素分布を示す。径方向位置が０．
０ｍにおいては、７５／２５のケースと５０／５０のケ
ースは酸素濃度が１００／０のケースよりも高いが、径
方向位置が約０．１８ｍ以降においては３つのケース全
ての酸素濃度は殆ど同じである。
【００３０】図８に、ランス出口から３．０ｍの侵入距
離における径方向の酸素分布を示す。この結果は、７５
／２５のケースの優位性を明らかに示している。径方向
位置が０．０ｍにおける７５／２５のケースの酸素濃度
は、１００／０のケースと比べると２０％高く、５０／
５０のケースと比べると２５％高い。また７５／２５の
ケースは、径方向への広い領域において常に他よりも高
い酸素濃度を示す。このように７５／２５のケースは、
ランス出口から３．０ｍの侵入距離において、１００／
０のケースおよび５０／５０のケースの両方よりも明ら
かに好ましい。
【００３１】図９に、１００／０のケースについての２
次元の酸素質量比分布を示す。この分布は、侵入距離が
１ｍにおいて「ネック部」を有する。図１０は、７５／
２５のケースについての２次元の酸素質量比分布を示
す。７５／２５のケースは、１００／０のケースで観察
されるネック部がない。また７５／２５のケースは、１
００／０のケースよりもジェットが長い。この長いジェ
ットは、より小さい入口速度を用いることによって得ら
れている。入口速度が小さいことで、入口圧力も低くな
る。この態様を下表１に示す。
【００３２】図１１に、５０／５０のケースについての
酸素質量比分布を示す。５０／５０のケースは、１００
／０のケースよりも連続的に成長しており、ジェット内
の酸素濃度がより高い。酸素濃度が高いためにジェット
内への巻込みが減少し、媒体への影響を大きくできる。
５０／５０のケースは、１００／０のケースで観察され
るネック部がないが、ジェット長さは他の２つのケース
よりも短い。この結果は、内部導管の入口速度が非常に
小さいためにジェットの侵入が多少減少することに起因
し得るものである。すなわち、７５／２５のケースの入
口速度は小さいために長いジェットが生成されたが、５
０／５０のケースの入口速度は小さすぎて長いジェット
を保てない。７５／２５のケースによって実現される長
いジェットは、１００／０のケースおよび５０／５０の
ケースによって実現される短いジェットよりも好まし
い。
【００３３】表１に、燃焼環境内へ吹き込まれるガスの
平均圧力を示す。この結果は、１００／０のケースが、
入口速度が大きいために最も高い供給圧力を必要とする
ことを示す。７５／２５のケースが必要とする圧力は、
１００／０のケースよりも約５０％低い。５０／５０の
ケースが必要とする圧力は、１００／０のケースよりも
約６０％低い。このように、本発明と同様の同心導管の
構成を用いる７５／２５および５０／５０のケースにお
いては、低い供給圧力が可能であるため、著しいコスト
削減が図られるであろう。また、７５／２５のケースに
よってもたらされる低い供給圧力および長いジェットの
組み合わせは、１００／０のケースおよび５０／５０の
ケースによる結果よりも好ましい。このように、内部導
管を通る質量流量が外部導管よりも大きい同心導管のラ
ンスは、明らかに好ましい実施形態である。
【００３４】
【表１】 上の結果は、本発明の同心導管ランスが従来の単一導管
の吹込みデザインよりも明らかに有利であることを示し
ている。この改善は、吹込みガスの侵入距離の増加、吹
込みガスの幅の増加、および吹込みガスが必要とする圧
力の低下によって明白である。ジェット侵入距離、幅、
入口圧力、吹込みガスの選択、温度、および濃度レベル
などの多くの変数について、最適化を行うことが可能で
ある。吹込みガスを節約できるという重要なことが、特
に燃焼用途において予想される。
【００３５】上述した詳細な説明は、実例であって何ら
限定を意味しないとみなされることを意図しており、全
ての均等物を含む請求の範囲によって本発明の範囲が規
定されることを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による吹込みシステ
ムを示す概略断面図。
【図２】乱流ジェット理論による、吹込みガスが周知の
標準的なランスのランスチップを出た後に典型的に通る
コアゾーン、遷移ゾーン、相似ゾーンを示す概略図。
【図３】乱流ジェット理論による、周知の標準的なラン
スのランスチップからの規格化された距離の関数として
の吹込みガスの質量分布、軸方向速度分布、および濃度
分布のプロット。
【図４】本発明の好ましい吹込みシステムのランスチッ
プから０．３ｍの侵入距離における、径方向位置の関数
としての酸素質量比のプロット。
【図５】本発明の好ましい吹込みシステムのランスチッ
プから０．５ｍの侵入距離における、径方向位置の関数
としての酸素質量比のプロット。
【図６】本発明の好ましい吹込みシステムのランスチッ
プから１．０ｍの侵入距離における、径方向位置の関数
としての酸素質量比のプロット。
【図７】本発明の好ましい吹込みシステムのランスチッ
プから２．０ｍの侵入距離における、径方向位置の関数
としての酸素質量比のプロット。
【図８】本発明の好ましい吹込みシステムのランスチッ
プから３．０ｍの侵入距離における、径方向位置の関数
としての酸素質量比のプロット。
【図９】１００／０のケース（比較例）のシミュレーシ
ョンにおける酸素質量比分布のプロット。
【図１０】本発明の好ましい吹込みシステムの７５／２
５のケースのシミュレーションにおける酸素質量比分布
のプロット。
【図１１】本発明の好ましい吹込みシステムの５０／５
０のケースのシミュレーションにおける酸素質量比分布
のプロット。
【符号の説明】
１０…ガス吹込みシステム ２０…内部導管 ３０…外部導管 ４０、５０…末端 Ｇ1…第１ガス Ｇ2…第２ガス ｕ1…第１速度 ｕ2…第２速度 １００…ジェットノズル １１０…コアゾーン １２０…遷移ゾーン １３０…相似ゾーン ｄ0、ｄ1、ｄ2…直径 ｙ…後退距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マヘンドラ・エル・ジョシ アメリカ合衆国、イリノイ州 60561、ダ リアン、ホリー・アベニュー 1922 (72)発明者 オリビエ・シャロン アメリカ合衆国、イリノイ州 60611、シ カゴ、イー・オンタリオ 401 (72)発明者 ハーレー・エー・ボーダーズ アメリカ合衆国、コロラド州 80126、ハ イランズ・ランチ、エス・ベルモア、プレ イス 9687

Claims (48)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 環境内へガスを吹込むためのシステムで
    あって、 ガス供給源と連絡して第１の質量流量のガスを送るため
    の内部導管と、 ガス供給源と連絡して第２の質量流量のガスを送るため
    の外部導管とを備え、 第１の質量流量は第２の質量流量よりも大きいことを特
    徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 第１の質量流量は、第２の質量流量の少
    なくとも２倍であることを特徴とする請求項１記載のシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 第１の質量流量は、第２の質量流量の少
    なくとも３倍であることを特徴とする請求項１記載のシ
    ステム。
  4. 【請求項４】 第１の質量流量は少なくとも１０トン／
    日であり、第２の質量流量は少なくとも５トン／日であ
    ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  5. 【請求項５】 第１の質量流量は少なくとも５０トン／
    日であり、第２の質量流量は少なくとも２５トン／日で
    あることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】 第１の質量流量は少なくとも１００トン
    ／日であり、第２の質量流量は少なくとも５０トン／日
    であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  7. 【請求項７】 第１の質量流量は少なくとも１５０トン
    ／日であり、第２の質量流量は少なくとも７５トン／日
    であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  8. 【請求項８】 内部導管の末端は、外部導管の末端より
    も所定の距離だけ後退していることを特徴とする請求項
    １記載のシステム。
  9. 【請求項９】 内部導管の末端の内径は約１ないし約１
    ６ｃｍであり、外部導管の末端の内径は約２ないし約３
    １ｃｍであることを特徴とする請求項８記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】 内部導管の末端の内径は約２ないし約
    １０ｃｍであり、外部導管の末端の内径は約５ないし約
    ２１ｃｍであることを特徴とする請求項８記載のシステ
    ム。
  11. 【請求項１１】 後退距離は、外部導管の末端の内径の
    約０．５ないし約６倍であることを特徴とする請求項８
    記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 後退距離は、外部導管の末端の内径の
    約１ないし約４倍であることを特徴とする請求項８記載
    のシステム。
  13. 【請求項１３】 後退距離は、約１ないし約１８６ｃｍ
    であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 後退距離は、約５ないし約８４ｃｍで
    あることを特徴とする請求項８記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 内部導管を通して送られるガスは約５
    ００Ｐａないし約７００,０００Ｐａの圧力で供給さ
    れ、外部導管を通して送られるガスは約７０Ｐａないし
    約１５０,０００Ｐａの圧力で供給されることを特徴と
    する請求項１記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 内部導管を通して送られるガスは約６
    ５０Ｐａないし約４５０,０００Ｐａの圧力で供給さ
    れ、外部導管を通して送られるガスは約１５０Ｐａない
    し約７５,０００Ｐａの圧力で供給されることを特徴と
    する請求項１記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスは酸素であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスは空気であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスは窒素であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスは二酸化炭素で
    あることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスは煙道ガスであ
    ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスはアルゴンであ
    ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  23. 【請求項２３】 内部導管を通して送られるガスは酸素
    であり、外部導管を通して送られるガスは蒸気であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のシステム。
  24. 【請求項２４】 内部導管を通して送られるガスに対す
    るガス供給源と、外部導管を通して送られるガスに対す
    るガス供給源とが同じであることを特徴とする請求項１
    記載のシステム。
  25. 【請求項２５】 内部導管を通して送られるガスに対す
    るガス供給源と、外部導管を通して送られるガスに対す
    るガス供給源とが異なることを特徴とする請求項１記載
    のシステム。
  26. 【請求項２６】 環境内へガスを吹き込むための方法で
    あって、 第１の質量流量のガスを内部導管を通して送る工程と、 第２の質量流量のガスを外部導管を通して送る工程とを
    含み、 内部導管と外部導管とは同心であり、第１の質量流量は
    第２の質量流量よりも大きいことを特徴とする方法。
  27. 【請求項２７】 第１の質量流量は、第２の質量流量の
    少なくとも２倍であることを特徴とする請求項２６記載
    の方法。
  28. 【請求項２８】 第１の質量流量は、第２の質量流量の
    少なくとも３倍であることを特徴とする請求項２６記載
    の方法。
  29. 【請求項２９】 第１の質量流量は少なくとも１０トン
    ／日であり、第２の質量流量は少なくとも５トン／日で
    あることを特徴とする請求項２６記載の方法。
  30. 【請求項３０】 第１の質量流量は少なくとも５０トン
    ／日であり、第２の質量流量は少なくとも２５トン／日
    であることを特徴とする請求項２６記載の方法。
  31. 【請求項３１】 第１の質量流量は少なくとも１００ト
    ン／日であり、第２の質量流量は少なくとも５０トン／
    日であることを特徴とする請求項２６記載の方法。
  32. 【請求項３２】 第１の質量流量は少なくとも１５０ト
    ン／日であり、第２の質量流量は少なくとも７５トン／
    日であることを特徴とする請求項２６記載の方法。
  33. 【請求項３３】 内部導管の末端は、外部導管の末端よ
    りも所定の距離だけ後退していることを特徴とする請求
    項２６記載の方法。
  34. 【請求項３４】 内部導管の末端の内径は約１ないし約
    １６ｃｍであり、外部導管の末端の内径は約２ないし約
    ３１ｃｍであることを特徴とする請求項３３記載の方
    法。
  35. 【請求項３５】 内部導管の末端の内径は約２ないし約
    １０ｃｍであり、外部導管の末端の内径は約５ないし約
    ２１ｃｍであることを特徴とする請求項３３記載の方
    法。
  36. 【請求項３６】 後退距離は、外部導管の末端の内径の
    約０．５ないし約６倍であることを特徴とする請求項３
    ３記載の方法。
  37. 【請求項３７】 後退距離は、外部導管の末端の内径の
    約１ないし約４倍であることを特徴とする請求項３３記
    載の方法。
  38. 【請求項３８】 後退距離は、約１ないし約１８６ｃｍ
    であることを特徴とする請求項３３記載の方法。
  39. 【請求項３９】 後退距離は、約５ないし約８４ｃｍで
    あることを特徴とする請求項３３記載の方法。
  40. 【請求項４０】 内部導管を通して送るガスは約５００
    Ｐａないし約７００,０００Ｐａの圧力で供給され、外
    部導管を通して送るガスは約７０Ｐａないし約１５０,
    ０００Ｐａの圧力で供給されることを特徴とする請求項
    ２６記載の方法。
  41. 【請求項４１】 内部導管を通して送るガスは約６５０
    Ｐａないし約４５０,０００Ｐａの圧力で供給され、外
    部導管を通して送るガスは約１５０Ｐａないし約７５,
    ０００Ｐａの圧力で供給されることを特徴とする請求項
    ２６記載の方法。
  42. 【請求項４２】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスは酸素であることを特徴
    とする請求項２６記載の方法。
  43. 【請求項４３】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスは空気であることを特徴
    とする請求項２６記載の方法。
  44. 【請求項４４】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスは窒素であることを特徴
    とする請求項２６記載の方法。
  45. 【請求項４５】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスは二酸化炭素であること
    を特徴とする請求項２６記載の方法。
  46. 【請求項４６】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスは煙道ガスであることを
    特徴とする請求項２６記載の方法。
  47. 【請求項４７】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスはアルゴンであることを
    特徴とする請求項２６記載の方法。
  48. 【請求項４８】 内部導管を通して送るガスは酸素であ
    り、外部導管を通して送るガスは蒸気であることを特徴
    とする請求項２６記載の方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8469295B2 (en) * 2002-02-15 2013-06-25 Implant Sciences Corporation Trace chemical particle release nozzle
KR101215229B1 (ko) * 2005-10-28 2012-12-26 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 저-질소산화물 연소를 위한 방법 및 장치
US7581948B2 (en) * 2005-12-21 2009-09-01 Johns Manville Burner apparatus and methods for making inorganic fibers
US7802452B2 (en) 2005-12-21 2010-09-28 Johns Manville Processes for making inorganic fibers
FR2914986B1 (fr) * 2007-04-12 2015-04-10 Saint Gobain Isover Bruleur a combustion interne
US8578965B2 (en) * 2010-08-17 2013-11-12 Babcock & Wilcox Canada Ltd. Device and method for supplying a sorbent
CN111274708B (zh) * 2020-02-14 2022-04-29 哈尔滨工程大学 一种船用柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1030824A (en) * 1911-04-15 1912-06-25 Edward L Adreon Jr Burner.
US1279315A (en) * 1918-03-06 1918-09-17 John Foerst Hydrocarbon-burner.
US2478557A (en) * 1947-09-13 1949-08-09 Walter H Bell Sprayer and sprayer head for fluent coating materials
US2598787A (en) * 1948-07-10 1952-06-03 Werner H Haak Torch with concentric gas, oxygen, and mixture outlets
GB1021855A (en) * 1963-01-26 1966-03-09 British Oxygen Co Ltd Improvements in or relating to the treatment of molten metal
US3470061A (en) * 1967-03-03 1969-09-30 Union Camp Corp Sodium polysulfide pulping process and regeneration
US4024229A (en) * 1970-11-06 1977-05-17 The Mead Corporation Production of polysulfide with PTFE coated catalyst
US3860479A (en) * 1971-06-18 1975-01-14 Union Camp Corp Catalytic oxidation of alkaline pulping liquor
DE2916635C3 (de) * 1979-04-25 1982-08-26 Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt Brennerkopf eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners
US4515553A (en) * 1980-04-10 1985-05-07 Kobe Steel, Ltd. Combustion method for reducing the emission of nitrogen oxides
JPS62247812A (ja) * 1986-04-18 1987-10-28 Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd 加圧式上向流深層濾過方法及びそれに用いる濾過器
BR8707994A (pt) * 1987-09-02 1990-05-22 Aga Ab Metodo para gerar uma chama ocidante,queimador e uso para um queimador
US5082526A (en) * 1989-01-23 1992-01-21 Pulp And Paper Research Institute Of Canada Process of producing kraft pulping liquor by the oxidation of white liquor in the presence of lime mud
US5209656A (en) * 1991-08-29 1993-05-11 Praxair Technology, Inc. Combustion system for high velocity gas injection
SE501204C2 (sv) * 1993-06-28 1994-12-05 Eka Nobel Ab Framställning av polysulfid genom elektrolys av vitlut som innehåller sulfid
FR2737138B1 (fr) * 1995-07-28 1997-08-22 Air Liquide Procede et dispositif de pulverisation d'un produit liquide
AU2607297A (en) 1996-05-03 1997-11-26 Quantum Technologies, Inc. Method and apparatus for making polysulfides by oxidizing sulfides
US5823762A (en) * 1997-03-18 1998-10-20 Praxair Technology, Inc. Coherent gas jet
US5931654A (en) * 1997-06-30 1999-08-03 Praxair Technology, Inc. Recessed furnace lance purge gas system
FR2797738A1 (fr) 1999-08-18 2001-02-23 Air Liquide Procede d'injection d'un gaz supersonique dans un four a arc electrique et four a arc pour la mise en oeuvre de ce procede

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