JP2006337016A - 炉燃焼システム及び燃料燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個のバーナを使用した燃焼装置におけるＮＯｘ及びＣＯ排出物を低減するシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】炉燃焼システムは、複数個のバーナと、少なくとも二つのバーナの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートとを含み、各バーナは、他のバーナから離間し、かつ第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れで燃焼させて火炎を生成し、酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を少なくとも二つの火炎の間に軸方向へ送達し、また、少なくとも一つの噴流は、制御された流量で酸化体ポートから送達されるように、構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、窒素（ＮＯｘ）及び一酸化炭素（ＣＯ）排出物を低減する燃焼システム及び方法に係り、特に局所化されたＮＯｘ低減（ステージング技術により生成されるもの等）とは対照的にＮＯｘのグローバル（全体的）な低減を生み出すシステムならびに方法に関する。

多くのプロセスヒータやボイラは、様々な理由からＮＯｘ排出法令遵守の問題に直面している。例えば、多くの垂直筒状プロセスヒータは、平均して１００ｐｐｍを超すＮＯｘを生成する。これらのヒータの大半は、旧式のデザインからなり、非常に高い燃焼強度（＞５００，０００Ｂｔｕ／ｈ−ｆｔ^２）でもって運転される。ヒータ内の複数個のバーナは、通常、密なバーナ圏内に密集させてあり、個々の火炎は中央にて合流し、また、それに由来してより高温の燃料リッチ域を生み出している。一本化された火炎は、ヒータの中央の合体された燃料リッチ域に起因するサーマルＮＯｘとプロンプトＮＯｘの両方を生み出す。

筒状ヒータでは、バーナは通常円形幾何構造内に組み込まれるが、壁面燃焼ボイラでは、通常複数個のバーナがボイラの炉の側壁上にマトリックスとして組み込まれる。これらの両応用例におけるバーナの間隔は、単位体積当り最大の熱流が導き出されるよう最小限まで低減させられる。しかしながら、密に詰め込んだバーナの構成は、個別の火炎の合流、ピーク火炎温度の上昇、燃料リッチ域の形成、ＮＯｘ排出物の増大などを導く。

壁面燃焼ボイラ内の典型的な石炭燃焼バーナは、平均して４００ｐｐｍｖのＮＯｘすなわち２００ｍｇ／ＭＪのＮＯｘ排出物を生み出す。現在、大半の低ＮＯｘバーナには或る種の空気ステージングプロセスを組み込んであるが、燃焼壁に組み込んだバーナのごく近傍に生成される不要な火炎合流と貧弱な火炎安定性（より高位のステージングレベルで）に由来して、空気ステージングの限界は明らかである。ステージングレベルの高いバーナは、燃料リッチの一次火炎化学量論（φ＞１．３）に由来して、火炎の安定性の問題を抱えている。

個々のステージ化空気噴流用のポートを装備した低ＮＯｘバーナを含む多くの従来例が存在する。しかしながら、これらの例の噴流は、燃焼プロセスの特定のバーナを変更することに特化されている。この種の空気ステージングの目標は、燃焼空気（酸化体）が不足する一次火炎を生成すること、すなわち、より低い断熱的火炎温度、すなわちより低いサーマルＮＯｘ形成比を有する燃料リッチの火炎を生成することにある。一次火炎から得られる燃料リッチの混合物は、一つもしくはそれ以上のステージ化空気噴流を用いて下流側で燃焼させられる。かくして、空気ステージングは、（１）燃料リッチの一次燃焼及び（２）一つもしくはそれ以上のステージ化空気噴流を用いた第２のステップにおけるＣＯ及びＨＣ（高炭素）の破壊の２段階プロセスからなる。この種の空気ステージングプロセスの主な欠点は、以下に記載する通りである。

（１）第１のステップ、すなわち一次の燃料リッチの燃焼では、ＣＨ型結合の形成に起因する著量のプロンプトＮＯｘ形成が導かれ、よって、ＨＣＮ及びＮＯの形成が導かれる。
［ＮＯ］＝ｋ［Ｎ₂］∫［Ｃ_xＨ_y］ｄθ
Ｃ_xＨ_x←→ＣＨ＋Ｃ_x-1Ｈ_y-1

（２）ステージ化空気噴流は、隣接するバーナからのものではなくて、特定のバーナから生成されるＨＣとＣＯの二次燃焼のために設計されたものである。
ＣＨ＋Ｎ₂→ＨＣＮ＋Ｎ
ＨＣＮ＋Ｏ₂→ＮＯ＋…

（３）個別バーナ専用のステージ化空気噴流は、複数の火炎の合流により生まれる否定的なプロセスへの影響（燃料リッチの火炎、より高ピークの温度、より高いＮＯｘ排出物）を変えることはない。合流或いは合体した火炎が複合して影響を及ぼす結果、実際には、伝熱の欠如及び中央火炎域内での酸化体の利用可能性の欠如に起因する高温スポットの生成によって、ＮＯｘの排出が増幅せしめられる。

（４）各バーナに特化された個々のステージ化空気流は、流量、流速、旋回流又は他の流動特性を、合流すなわち一本化された火炎の適切な混合及び性能の要件に合致させるよう設計されていない。得られるプロセスは、ＮＯｘ低減目的に対処するのに不適切である。事実、一本化された火炎は、空気ステージング噴流を備えた各バーナによってもたらされる個々のＮＯｘ低減の利点を払拭してしまうこともある。

要するに、従来の個々のバーナ空気ステージングプロセスが「局在化された」低ＮＯｘプロセスであるのに対し、本発明は、「グローバル」な低ＮＯｘプロセス及び炉燃焼システムを提供する。

複数個のバーナを使用したプロセスヒータ、ボイラあるいはその他の同様な燃焼装置からのＮＯｘ及びＣＯ排出物を低減するシステム及び方法を提供することが望ましい。

また、この種のプロセスヒータ、ボイラ及び燃焼装置において、複数個のバーナの火炎合流効果、これと関連するピーク火炎温度及び生成ＮＯｘ排出物を低減するシステム及び方法を提供することが望ましい。

さらに、より低いＮＯｘ及びＣＯ排出物、より高い総熱伝達、より高いヒータ減量運転と自然通気ヒータ向けの改善された通気管理を有する改良されたプルセスヒータを提供することが望ましい。

さらにまた、低減された高温スポット、改善された伝熱特性、増大した燃料効率及びピーク火炎温度の低下に起因する管材の長寿命化を有するボイラ或いはプロセスヒータ内の改善された炉を提供することが望ましい。

また、従来技術よりも良好な性能をもたらし、従来技術の多くの困難及び欠点を克服してより良好でかつより多くの有利な結果をもたらす、プロセスヒータ及びボイラにおける燃料燃焼のためのシステム及び方法を提供することが望ましい。

本発明は、炉燃焼システム及び炉内燃料燃焼方法にある。本発明はまた、炉内において燃料の燃焼期間中に生成する複数の燃焼生成物から窒素酸化物が排出されるのを低減する方法及びシステムも包含する。

炉燃焼システムの第１の実施形態は、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナと、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートとを含む。第１のバーナは、ある燃料の第１の流れ（以下、「第１の燃料流」ともいう）を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合されている。第２のバーナは、第１のバーナから離間させてあり、上記燃料の第２の流れ（以下、「第２の燃料流」ともいう）又はその他の燃料の流れ（以下、「他の燃料流」ともいう）を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合されている。酸化体ポートは、第１の酸化体又は第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流（ジェット）を第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。酸化体ポートからは、少なくとも一つの噴流が制御された流量でもって送達される。少なくとも一つの噴流において、第１の酸化体又は第２の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料流及び第２の燃料流のうち少なくとも一つ又は他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。

第１の実施形態の炉燃焼システムにおいて、多くの変更が可能である。一変更例では、制御された流量は、少なくとも一部、ダンパにより制御される。別の変更例では、酸化体ポートは、第１のバーナ及び第２のバーナからほぼ等距離に配置される。さらに別の変更例では、少なくとも一つの噴流が旋回流を含む。本発明の一変更例では、この旋回流は、約０．２〜約０．６の範囲のスワール数を有する。

別の変更例では、少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する。さらに別の変更例では、少なくとも一つの噴流は、炉燃焼システムと共に運転される炉の運転に必要な全酸化体の約５％〜約５０％を提供する。さらに別の変更例では、少なくとも一つの噴流は、約２０ｆｔ／ｓ〜約１，０００ｆｔ／ｓの範囲の速度を有する。

別の変更例では、第１の火炎及び第２の火炎のうちの少なくとも一つは、燃料リッチである。さらに別の変更例では、第１の火炎が第２の火炎と合流する。また、さらなる変更例では、第１のバーナ及び第２のバーナのうちの少なくとも一つは、燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つを可変分布させた状態で送達するように適合されている。

炉燃焼システムの第２の実施形態は、複数の火炎を生成するようにした複数個のバーナと、複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートとを含む。各バーナは、他のバーナから離間されており、かつ第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって第１の燃料又は他の燃料の流れを燃焼させて火炎を生成するように適合されている。酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。少なくとも一つの噴流は、制御された流量でもって酸化体ポートから送達される。少なくとも一つの噴流内の第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。

炉燃焼システムの第３の実施形態は、内部及び長手方向の軸を有する炉において用いられるシステムにある。このシステムは、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナと、炉の内部において複数個のバーナの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートとを含む。各バーナは、他のバーナから離間されており、かつ第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。複数個のバーナは、炉の長手方向の軸周りにおいて離間させたほぼ円形のパターンでもって炉内部に配置されている。酸化体ポートは、各バーナからほぼ等距離にあり、複数の火炎のうちの少なくとも二つの間で第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つを軸方向へ送達するように適合されている。少なくとも一つの噴流は、酸化体ポートから制御された流量で送達される。少なくとも一つの噴流内の第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。

炉燃焼システムの第４の実施形態は、第３の実施形態に類似するが、但し、複数個の燃料ステージング管を含む。各燃料ステージング管は、他の燃料ステージング管とは離間されており、複数個の燃料ステージング管がバーナのうち少なくとも一つを囲繞している。少なくとも一つの燃料ステージング管は、少なくとも一つの他の燃料ステージング管が第１の燃料及び他の燃料のうち少なくとも一つの他の流れを送達する第２の流量とは異なる第１の流量で、第１の燃料及び他の燃料の少なくとも一つの流れを送達するように適合されている。

炉燃焼システムの第５の実施形態は、内壁を有する炉において用いられるシステムにある。このシステムは、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナと、複数の酸化体ポートとを含み、各酸化体ポートは、複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞されている。各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。各酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。複数個のバーナは、第１のマトリックスを形成しており、また、複数個の酸化体ポートは、第１のマトリックスに隣接する第２のマトリックスを形成している。少なくとも一つの噴流は、酸化体ポートから制御された流量で送達される。少なくとも一つの噴流内の第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。本実施形態の一変更例では、第１のマトリックス及び第２のマトリックスは、それぞれ、炉の内壁の上もしくはその近傍に形成される。

炉燃料システムの第６の実施形態は、頂部及びこの頂部に対向する底部を有する炉において用いられるシステムにある。このシステムは、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナと、複数個のバーナのうちの二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートを含む。各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一つの噴流を複数の火炎のうち二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。酸化体ポート及び複数個のバーナのうちの二つは、炉の頂部に隣接させてあり、複数の火炎のうちの二つが複数個のバーナのうち二つから炉の底部へ向けて送達される。少なくとも一つの噴流は、酸化体ポートから制御された流量で送達される。少なくとも一つの噴流中の第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。

本発明のもう１つの面は、炉内での燃料の燃焼期間中に生成される複数の燃焼生成物からの排出窒素酸化物を低減するシステムにある。このシステムの一実施形態は、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナと、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートとを含む。第１のバーナは、第１の酸化体の第１の流れを第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合されている。第２のバーナは、第１のバーナから離間されており、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合されている。酸化体ポートは、第１の酸化体、第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する。少なくとも一つの噴流は、少なくとも一部、ダンパにより制御された制御流量でもって酸化体ポートから送達される。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体、第２の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料流及び第２の燃料流のうちの少なくとも一つ又は他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。少なくとも一つの噴流は、炉の運転に必要な酸化体の全量の約５％〜約５０％を提供する。

炉内燃料燃焼方法の第１の実施形態は、複数の工程を包含する。第１の工程は、複数の火炎を生成するように適合された、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数個のバーナを設けることである。第１のバーナは、第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合されている。第２のバーナは、第１のバーナから離間されていて、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合されている。第２の工程は、第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させることである。第３の工程は、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させることである。第４の工程は、第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎を生成することである。第５の工程は、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートを設けることである。ここで、酸化体ポートは、第１の酸化体、第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。第６の工程は、少なくとも一つの噴流を制御された流量で、酸化体ポートから第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達することである。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体又は第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一部は、第１の燃料流及び第２の燃料流の少なくとも一つ又は他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させるものである。

炉内燃料燃焼方法の第１の実施形態には多くの変更例が存在する。一つの変更例では、制御された流量の少なくとも一部をダンパにより制御する。別の変更例では、酸化体ポートを第１のバーナ及び第２のバーナからほぼ等距離に配置する。さらに別の変更例では、少なくとも一つの噴流が旋回流を含む。この変更例では、旋回流は、約０．２〜約０．６の範囲のスワール数を有する。

別の変更例では、少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する。さらに別の変更例では、少なくとも一つの噴流は、炉の運転に必要な酸化体全量の約５％〜約５０％を提供する。また、さらに別の変更例では、少なくとも一つの噴流は、約２０ｆｔ／ｓ〜約１，０００ｆｔ／ｓの範囲の速度を有する。

別の変更例では、第１の火炎及び第２の火炎のうちの少なくとも一つは、燃料リッチである。さらに別の変更例では、第１の火炎が第２の火炎に合流する。また、さらに別の変更例では、第１のバーナ及び第２のバーナのうちの少なくとも一つは、燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つが可変分布の状態で送達されるように適合されている。

炉内燃料燃焼方法の第２の実施形態は、複数の工程を包含する。第１の工程は、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを設けることである。ここで、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。第２の工程は、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させることである。第３の工程は、複数の火炎を生成することである。第４の工程は、複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートを設けることである。ここで、酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体を複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。第５の工程は、酸化体ポートからの少なくとも一つの噴流を制御された流量で、複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達することである。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるものである。

炉内燃料燃焼方法の第３の実施形態は、炉が内部及び長手方向の軸を備えたものであり、複数の工程を包含する。第１の工程は、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを設けることである。各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。複数のバーナは、炉の内部において、その炉の長手方向の軸の周りに離間させたほぼ円形のバターンで配置される。第２の工程は、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させることである。第３の工程は、複数の火炎を生成することである。第４の工程は、炉の内部において、複数個のバーナの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートを設けることである。ここで、酸化体ポートは、各バーナからほぼ等距離にあり、第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一つの噴流を複数の火炎の少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。第５の工程は、少なくとも一つの噴流を制御された流量で、酸化体ポートから複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達することである。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。

炉内燃料燃焼方法の第４の実施形態は、炉が内部及び長手方向の軸を備えたものであり、上記した第３の実施形態に類似するが、３つの追加の工程を包含する。第１の追加工程は、複数個の燃料ステージング管を設けることである。ここで、各燃料ステージング管は、他の燃料ステージング管から離間されてある。複数個の燃料ステージング管で、バーナ群のうちの少なくとも一つを囲繞している。少なくとも一つの燃料ステージング管は、少なくとも一つの他の燃料ステージング管で第１の燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つの他の流れを送達する第２の流量とは異なる第１の流量で、第１の燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つの流れを送達するように適合されている。第２の追加工程は、少なくとも一つの燃料ステージング管から、第１の燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つの流れを第１の流量で送達することである。第３の追加工程は、少なくとも一つの他の燃料ステージング管から、第１の燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つの他の流れを第２の流量で送達することである。

炉内燃料燃焼方法の第５の実施形態は、炉が内壁を備えたものであり、複数の工程を包含する。第１の工程は、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを設けることであり、この工程において、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。第２の工程は、複数個の酸化体ポートを設けることであり、この工程において、各酸化体ポートは、複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞される。各酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一つの噴流を複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。複数個のバーナは、第１のマトリックスを形成しており、また、複数個の酸化体ポートは、その第１のマトリックスに隣接する第２のマトリックスを形成している。第３の工程は、酸化体ポートからの少なくとも一つの噴流を、制御された流量で複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達することである。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料のうち少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。本実施形態の一変更例では、第１のマトリックス及び第２のマトリックスは、それぞれ、炉の内壁の上もしくはその近傍に形成される。

炉内燃料燃焼方法の第６の実施形態は、炉が頂部及び頂部に対向する底部を備えたものであり、複数の工程を包含する。第１の工程は、複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを設けることであり、この工程において、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されている。第２の工程は、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させることである。第３の工程は、複数の火炎を生成することである。第４の工程は、複数個のバーナのうちの二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートを設けることである。ここで、酸化体ポートは、第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一つの噴流を複数の火炎のうちの二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。複数個のバーナのうちの二つの中の酸化体ポートは、炉の頂部に隣接しており、また、複数の火炎のうちの二つは、複数個のバーナのうちの二つから炉の底部へ向けて送達される。第５の工程は、酸化体ポートからの少なくとも一つの噴流を、制御された流量で複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達することである。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料又は他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされる。

本発明のもう１つの面は、炉内での燃料燃焼期間中に生成する複数の燃焼生成物からの排出窒素酸化物を低減する方法にある。本方法の一実施形態は、複数の工程を包含する。第１の工程は、複数の火炎を生成するように適合された、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数個のバーナを設けることである。ここで、第１のバーナは、第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合されている。第２のバーナは、第１のバーナから離間されており、燃料の第２の流れ又は他の燃料の流れを第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合されている。第２の工程は、燃料の第１の流れを第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させることである。第３の工程は、燃料の第２の流れ又は他の燃料の流れを第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させることである。第４の工程は、第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎を生成することである。第５の工程は、第１のバーナ及び第２のバーナを含む複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートを設けることである。ここで、酸化体ポートは、第１の酸化体、第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を、第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されている。少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する。第６の工程は、酸化体ポートからの少なくとも一つの噴流を、制御された流量で第１の火炎及び第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達することである。この工程において、制御された流量は、少なくとも一部がダンパにより制御される。少なくとも一つの噴流のうちの第１の酸化体、第２の酸化体又は他の酸化体の少なくとも一部は、第１の燃料流及び第２の燃料流の少なくとも一つ又は他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させる。この少なくとも一つの噴流は、炉の運転に必要な酸化体全量の約５％〜約５０％を提供する。

以下、本発明を、その一例として添付の図面を参照して説明する。

本発明の動的バーナ再構成（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｕｒｎｅｒ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ＤＢＲ）は、高燃焼強度ヒータ及びボイラ内で火炎干渉や高生成ＮＯｘを克服する新規な方法を提供する。バーナ構成体の中心又はその近傍にある酸化体ポートからの単一の酸化体噴流（又は複数の酸化性噴流）は、補助燃焼空気すなわち酸化体の動的配置をもたらし、よって、火炎を合成することで燃料リッチの燃焼の影響を低減し、かつ燃料リッチバーナ火炎に対する影響を低減する。

酸化体ポートからの酸化体の流量は、バーナの燃焼強度、個別バーナの化学量論及び相対的間隔に従って慎重に制御される。酸化体は、中央の燃料リッチ域をパージし、ピーク火炎温度を低下させ、そしてサーマルＮＯｘ形成速度及びプロンプトＮＯｘ形成速度の両方を低減させる。加えて、この構成により、バーナを動的に再構成することに由来して、延長された減量運転が可能となる。利点としては、プロセス管に対するより良好な伝熱及び低ＮＯｘ排出物を挙げることができる。

本発明者らは、垂直筒状炉の底部内にダンパ制御酸化体ポートを組み込むことで、炉内の高温中央域の形成及び範囲を最小化できることを発見した。中央における単一の酸化体噴流（或いは複数の酸化体噴流）は、合流火炎との改善された混合をもたらし、また、比較的低温の媒体（空気、酸素リッチの空気又はその他の酸化体）をもたらすことの結果、中央域から熱を運び去ることができる。中央域が比較的低温となったとき、より多量の伝熱がプロセス管の近傍で発生する。その結果、内部バーナ圏から注入される燃料噴射の燃焼強度を低下させることができる。

この構成の場合には、酸化体として空気を用いることで、比較的高い燃焼強度の垂直筒状ヒータのデザインにおいて２２ｐｍ未満のＮＯｘ排出物を生じた。中央空気噴流は、中央における燃料リッチ域を能動的に一掃し、全体的な火炎ガス温度を低下させ、サーマルＮＯｘ形成及びプロンプトＮＯｘ形成の両方を低減する。空気流の量を変更することで、全体的な燃焼容量に応じて、複数の火炎の個別バーナ混合パターン及び伝熱特性を変えることができる。最終的な利点としては、より低いＮＯｘ及びＣＯ排出物、より高い総熱伝達、より高いヒータ減量運転及び自然通気ヒータ用の改善された通気管理を挙げることができる。

本発明は、複数の火炎が合流して容認できない全体的火炎特性を生み出す部位での１以上の戦略的位置における燃焼空気又は酸素リッチ空気（又は他の酸化体）の注入をもたらす。ＤＢＲは動的であり、何故ならそれは酸化体流特性（流量、旋回流、速度、過剰レベル）に合わせその場で微調整できるからである。それ故、ＤＢＲ酸化体は、ヒータ或いはボイラの燃焼容量に基づき要求があり次第、流量、速度、濃縮度又はスワール数を増減させることができる。これが、バーナの再構成である。何故なら、複数のバーナ火炎がここでＤＢＲ酸化体を利用或いは共用して合流火炎の過剰燃料域において完全燃焼させ、比較的低温の酸化体を用いて合流火炎域を一掃し、ピーク火炎温度を低下させるとともに全体的なＮＯｘ排出物を低減するからである。ＮＯｘ排出物の低減に加え、他の利点としては、ヒータ或いはボイラ内部の高温スポットの低減、改善された伝熱特性、増大した燃料効率及び低下したピーク火炎温度に起因する管の長寿命化を挙げることができる。

図１は、典型的な従来の垂直筒状炉プロセスヒータ１０を示したものであり、図示のプロセスヒータ１０は、炉壁１４に沿って設けられたプロセス管１２及び互いに密集させた多数の高燃焼率バーナ１６を有する。バーナは、バーナ圏直径（ｂｕｒｎｅｒ ｃｉｒｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ；ＢＣＤ）上に配置されており、また、プロセス管は、管圏直径（ｔｕｂｅ ｃｉｒｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ；ＴＣＤ）上に配置されている。通常、１〜１６個のバーナを２〜３のＴＣＢ／ＢＣＤ比で配置する。複数個のバーナの火炎は、ヒータの流動力学に起因して中央で一本化する。伝熱及び収束火炎の欠如の結果、非常な高温の燃料リッチ域が中央に形成される。中央の火炎再循環域に原因して、非常に多量のサーマルＮＯｘ及びプロンプトＮＯｘ排出物が生成する。

標準的な工業的実施の場合、他の各バーナ内で燃料流量を遮断することが行われている。その結果、火炎の干渉が低減され、中央における高温域が低減される。しかしながら、このことによって、特定のバーナを設計容量を超えて燃焼させることになり、炉壁に対する熱分布は不均一となり、高温スポットが引き起こされる。このことは、ヒータ性能に悪影響を及ぼし、プロセス管の寿命を短縮する。

本発明は、炉又は密集バーナの中央域内或いはその近傍に位置する一つもしくはそれ以上の酸化体ポートを介して酸化体を導入するものである。このことは、ある割合の燃焼空気をもたらし、次のような結果を導く。

１）バーナの燃料流と反応して低温火炎を生成する。
２）効果的な空気一掃をもたらすことで合流火炎の影響を低減する。
３）合流火炎の中央において燃料リッチ域を低減する。
４）合流火炎域から熱を運び出し、高温の蓄積を低減し、ＮＯｘ排出物を低減する（ＤＢＲポートの戦略的配置を用いることで約３０％〜７５％のＮＯｘ低減が可能）。
５）プロセス管に対してより多くの熱分配を行い、かつ低い熱伝達に由来してＮＯｘを生成し得る中央領域へはより少ない熱分配を行うことで、負荷に対する熱流の一様性を改善する。
６）改装を実施し得る解決策をもたらす。

図２は、ヒータの内周縁上にプロセス管１２を有する垂直筒状ヒータ１０における本発明の一実施形態の平面図を示したものである。本実施形態では、旋回流ダンパ制御ＤＢＲポート或いは酸化体ポート２０が、複数個のバーナ１６を有するヒータの中央に組み込んである。図示の如く、これらの低ＮＯｘバーナは、バーナ燃焼空気流出口周りに離間させた燃料ステージング管２２を有する。最大の利点を得るべく，外部（プロセス管により近い）燃料ステージング管にはより高い燃料分配管を適合させ、内部（ヒータ中央に対向）燃料ステージング管にはより低い燃料分配管を適合させてある。

ヒータの炉内の自然通気に由来して、ＤＢＲ空気は、中央域内において同伴される。（本明細書では、空気がＤＢＲ酸化体であるとして本発明を説明したが、当業者であれば、酸素リッチ空気或いは他の酸化体もまた用いることができることが理解されるであろう。また、本発明は、自然通気以外のその他の種類の炉にも使用できることが理解されるであろう。）中央（旋回）ＤＢＲ空気噴流は、中央域内の温度を低下させ、（全体として複数火炎の収束に起因する）燃料リッチの燃焼を解消する。複数のバーナを、（内周管とそれらの個別燃焼強度を調整することで）浮き上がりすなわちオン・ザ・フライの構成とすることができ、よって、中央で低温火炎を生成することができ、また、旋回ＤＢＲ酸化体噴流上に火炎を係留させることで複数のバーナ火炎に対する安定性をもたらすことができる。

渦ダンパ調整を行なうと、空気流を制御することができ、また、それによって中央内の高温火炎循環域を除去或いは一掃することができる。全体的な利点としては、ＮＯｘの低減及び装填物に対する改善された伝熱を挙げることができる。旋回するＤＢＲ空気流は、各種バーナからの内部燃料流との良好な混合をもたらす。同時に、旋回するＤＢＲ空気流が内部燃料ガス循環をもたらして、酸素利用可能性を低減する。その結果、内部燃料噴流についての低温希釈燃焼域をもたらす。最終的な成果は、プロセス管に対する非常に均一な熱流及び著しくより低いＮＯｘ排出量である。

本発明者らは、３本のバーナの間に中心をもつＤＢＲポート或いは酸化体ポートを適合させた３本の垂直筒状ヒータにおいて、本発明を実証した。各低ＮＯｘバーナは、外周縁に１０本の燃料ステージング管を有し、７０対３０の燃料配分を内部領域（ＤＢＲポートに対向）とは対照的に外部領域内の燃料ステージング管間に設定した。

この構成の結果、１００ｐｐｍｖ（３％過剰の乾燥酸素で）の基本線ＮＯｘ排出を伴う３基のバーナの垂直筒状ヒータ（３３ＭＭＢｔｕ／ｈ燃焼容量定格）において、２２ｐｐｍｖ未満（３％過剰の乾燥酸素で）のＮＯｘ排出を生じた。ヒータは、６００，０００Ｂｔｕ／ｈ・Ｆｔ２燃焼強度を上回って燃焼させた。中央ＤＢＲポートは、全燃焼空気の約３０％を提供した。

中央のＤＢＲ噴流は、中央の燃料リッチ域を能動的に一掃し、全火炎ガス温度を低下させ、サーマルＮＯｘ形成及びプロンプトＮＯｘ形成の両方を低減することができる。全燃焼容量に応じて空気流の量を変更することで、個々のバーナ混合パターン及び複数火炎の伝熱特性を変えることができる。最終的な利点としては、より低いＮＯｘ及びＣＯ排出物、より高い総熱伝達、より高いヒータの減量運転及び自然通気ヒータ用の改善された通気管理を挙げることができる。

図３は、壁面燃焼ボイラ４０における本発明の他の実施形態を示す。ここで、ＤＢＲポート或いは酸化体ポート２０は、バーナ１６のマトリックス間に戦略的に配置してある。酸化体ポートは、旋回翼２４を含む。各酸化体ポートは、４本の低ＮＯｘバーナにより囲繞してあり、それによって酸化体ポートとバーナのマトリックスを形成している。空気又は他の酸化体は、流れ制御付き空気供給多分岐管（図示せず）を介して酸化体ポートへ供給される。燃焼空気源の流れは、空気溜め２８を介してボイラの炉へ供給される。当業者であれば、空気或いは他の酸化体（例えば、酸素リッチの空気等）を、１個以上のファン（図示せず）を使用して、自然通気、誘導通気、強制通気又は平衡通気を用いて炉システム内に導入できることが理解されるであろう。

微粉炭燃焼ボイラの場合、ＤＢＲポートは、酸素リッチの空気も噴射でき、密集バーナを非常に高い当量比（φ＝２）で運転可能である。その結果、燃料リッチの燃焼が得られ、よって、火炎温度を低下させ、ＮＯｘ排出物を低減することができる。加えて、ＤＢＲ空気リッチにより、不安定な燃料リッチバーナの火炎を中央ＤＢＲの噴流周りで安定化させることができる。

ＤＢＲ噴流用の空気源は、バーナに供給されるものと同じ充満空気とすることができる。しかしながら、電磁弁を用いてＤＢＲポートの位置に応じてＤＢＲ空気を計測することもできる。ＤＢＲ空気分布は、ＤＢＲポートの高さに応じてプロファイルを形成することができる。空気又は酸素リッチの空気の濃度或いは分布は、壁面燃焼バーナの動作化学量論及び燃焼壁上のそれらのバーナの相対位置に基づいて較正することができる。

図４及び図５は、バーナ位置との関連においてＤＢＲバーナを取り付けた場合に得られる低ＮＯｘプロセスを示している。図４において、酸化体ポート２０は、４本のバーナ１６により囲繞されている。図示の実施形態では、ＤＢＲポートは、時計方向の回転を示す矢印３０により示した旋回流を生成する。バーナ及びＤＢＲポートの間の低温燃焼域３２は、ＮＯｘの形成を低減する。

図４は、ＤＢＲ噴流によって形成される低減域が合流火炎のネガティブな影響を低減することを示している。この合流は、ＤＢＲ噴流に起因する効果的なパージ処理によって最小化せしめられる。ＤＢＲ噴流は、直進噴流、リッチ化噴流、旋回空気噴流、旋回酸素リッチ噴流或いは当業者に理解されるようなその他の各種の噴流であることができる。噴流内の酸素濃度は、約５％を上回ることができ、約５０％ほどの高濃度であることができる。旋回噴流のスワール数は、約０．２〜０．６の範囲であることができる。

下記の第１表は、ＤＢＲ設計パラメータのいくつかの例を示したものである。下記の例は、何らの限定を意味するものではないものの、本発明の一部の実施形態に関するパラメータについて、典型的な範囲を示すことを意図している。

図５において、図４の場合と同様に、各酸化体ポート２０（マトリックスの周縁上のもの以外）は、複数個のバーナにより「囲繞」されている。本明細書において使用したとき、酸化体ポートが３個以上のバーナにより「囲繞」される場合、酸化体ポートは、隣接するバーナを結ぶ一連の仮想線が形成する幾何形状の周縁内に位置する。例えば、隣接バーナを接続している図１の仮想線は、図２の場合でも同様であり、円を形成する。図３及び図５において、幾何形状は、矩形（例えば、四角形或いは他の矩形）である。もちろん、以下のものに限定されるわけではないが、楕円、正多角形、不規則多面体等を含むその他の多くの可能な形状が存在する。また、酸化体ポートは、それを囲繞するバーナの間に中心を有することが望ましいが、このことが必須というわけではない。なぜなら、１個以上の酸化体ポートを中央以外の位置に配置できるからである。

バーナが二基だけの場合、用語「囲繞」に関する特殊な事例を構成している。この場合、「囲繞」は、酸化体の少なくとも一部を、その酸化体が二つのバーナを接続する直線により遮断されるよう配置しなければならないことを意味する。例えば、図６において、各酸化体ポートは隣接バーナ間の直線により遮断されているため、各酸化体ポートは、図６に示す複数個のバーナのうちの少なくとも二つにより「囲繞」される。

図６は、頂部燃焼改質器５０における本発明の一実施形態を示す。燃焼室は、複数列のプロセス管１２を封入している。プロセス管の各側に位置するバーナ１６は、燃焼室内において火炎１８を生成し、また、燃焼生成物は、ガス流出口４２を介して流出する。本発明の酸化体ポート２０のそれぞれは、図６に示す如く、二つのバーナにより「囲繞」されている。

以上、本明細書に開示した内容及び特許請求の範囲の記載を通じて、１種もしくはそれ以上の燃料と、１種もしくはそれ以上の燃料流と、１種もしくはそれ以上の酸化体と、１種もしくはそれ以上の酸化体の流れを参照して説明を行った。当業者であれば、特に特許請求の範囲及び図面を含む開示内容との関連で用語の用法を考慮することで、これらの用語の意味及び範囲を理解することができるであろう。なお、当業者やその他の者の理解をさらに支援するため、以下の段落においてこれらの用語をさらに説明する。

燃料は、燃焼からのエネルギ源である。産業にとって重要な燃料は、一般に炭化水素を主体とするものである。燃料は、純粋成分であることができ、さもなければ、複数の成分の混合物であって、その一部は不活性であるものであることができる。本明細書の開示内容との関連において、バーナに供給される燃料の流れは、単一種の燃料であることができ、さもなければ、複数種類の燃料であることができ、この場合、燃料は、バーナ接続時或いは燃焼時に混合してもよく、あるいは各種燃料オリフィスを介して放出されるまで別個のままであってもよい。最も一般的なガス燃料は、天然ガスであるが、精製用途及び発電用途では、天然ガス、プロパン、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、一酸化炭素、水素等と、例えば水、窒素及び二酸化炭素のような不活性物質の混合物が使用されている。液体燃料の場合、一般に使用される燃料は、＃２（ディーゼル）、＃４，＃６（Ｃ重油）、そして再生油又は廃燃料油である。固体燃料の場合、石炭、コークス、残渣油又は微粉炭が事業用ボイラや発電用途に幅広く用いられる。なお、本明細書に列挙した燃料は、例示の目的で示したものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、また、当業者に理解されるように、本発明は、その他の燃料ならびに各種の燃料及び燃料流の多くの組み合わせ及び混合物を用いて実施することができる。

酸化体は、燃料と反応して燃料中のエネルギを解放するのに必要な酸素源である。酸化体は、空気、純粋酸素、酸素リッチの空気、環境の酸素レベルよりも少ない量の酸素を有する減損空気、例えば、ガスタービン排気からの空気、これらの任意の種類の空気と炉がス、例えばガス再循環用途で使用されたものとの混合物であることができる。本明細書の開示内容との関連において、バーナへ供給される酸化体の流れは、単一供給源からの酸化体或いは複数供給源からの酸化体であることができ、また、これらの酸化体は、バーナの前或いはその内部で混合されてもよく、さもなければ、個別のままであってもよい。本明細書に列挙した酸化体は、例示のために示したものであり、本発明の範囲を限定する意図はなく、また、当業者に理解されるように、本発明は、その他の酸化体ならびに様々な酸化体及び酸化体流の多くの組み合わせ及び混合物を使用することができる。

本明細書では、本発明を特定の実施形態を参照して図示しかつ説明したが、本発明は、図示した細部に限定されるものではないということを理解されたい。むしろ、本発明においては、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内で本発明の精神を逸脱することなく様々な改変を行なうことができる。

複数個のバーナを備えた従来の垂直筒状プロセスヒータを模式的に示した斜視図である。 垂直筒状プロセスヒータにおける本発明の一実施形態を模式的に示した平面図である。 壁面燃焼ボイラにおける本発明の別の実施形態を模式的に示した斜視図である。 ４本のバーナで囲繞された本発明用の酸化体ポートを模式的に示した概略図である。 本発明用の酸化体ポート及びバーナのマトリックスを例えば壁面燃焼ボイラで使用した場合を模式的に示した概略図である。 酸化体ポートが下向き燃焼バーナにより囲繞された頂部燃焼改質器における本発明の別の実施形態を模式的に示した斜視図である。

符号の説明

１０ プロセスヒータ
１２ プロセス管
１４ 炉壁
１６ バーナ
２０ 酸化体ポート
２２ 燃料ステージング管

Claims (36)

1. 複数の火炎を生成するように適合されたものであって、
   第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合された第１のバーナ、及び
   該第１のバーナから離間されたものであって、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合された第２のバーナ
   を含む複数個のバーナ、及び
   前記第１のバーナ及び前記第２のバーナを含む前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞したものであって、前記第１の酸化体、前記第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を、前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に、軸方向へ送達するように適合された酸化体ポート
   を備えること、
   前記少なくとも一つの噴流は、制御された流量で前記酸化体ポートから送達されること、及び
   前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記第２の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料流及び前記第２の燃料流のうちの少なくとも一つ又は前記他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
   を特徴とする炉燃焼システム。
2. 前記制御された流量は、少なくとも一部がダンパにより制御される、請求項１に記載の炉燃焼システム。
3. 前記酸化体ポートは、前記第１のバーナ及び前記第２のバーナからほぼ等距離にある、請求項１に記載の炉燃焼システム。
4. 前記少なくとも一つの噴流は旋回流を含む、請求項１に記載の炉燃焼システム。
5. 前記旋回流は、約０．２〜約０．６のスワール数を有する、請求項４に記載の炉燃焼システム。
6. 前記少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する、請求項１に記載の炉燃焼システム。
7. 前記少なくとも一つの噴流は、本炉燃焼システムを用いて炉を運転するのに必要な全酸化体の約５％〜約５０％を提供する、請求項１に記載の炉燃焼システム。
8. 前記少なくとも一つの噴流は、約２０ｆｔ／ｓ〜約１，０００ｆｔ／ｓの範囲の速度を有する、請求項１に記載の炉燃焼システム。
9. 前記第１の火炎及び前記第２の火炎のうちの少なくとも一つは、燃料リッチである、請求項１に記載の炉燃焼システム。
10. 前記第１の火炎は前記第２の火炎と合流する、請求項１に記載の炉燃焼システム。
11. 前記第１のバーナ及び前記第２のバーナのうちの少なくとも一つは、前記燃料及び前記他の燃料のうちの少なくとも一つを可変分布させた状態で送達するように適合されている、請求項１に記載の炉燃焼システム。
12. 複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナであって、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合された複数個のバーナ、及び
    前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートであって、前記第１の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合された酸化体ポート
    を備えること、
    前記少なくとも一つの噴流は、制御された流量で前記酸化体ポートから送達されること、及び
    前記少なくとも一つの噴流内の前記１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする炉燃焼システム。
13. 内部及び長手方向の軸を有する炉内の炉燃焼システムであって、
    複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナであって、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合されており、そして該複数個のバーナは、前記炉の長手方向の軸周りにおいて離間したほぼ円形のパターンで前記炉の内部に配置されている、複数個のバーナ、及び
    前記炉の内部において前記複数個のバーナの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞した酸化体ポートであって、各バーナからほぼ等距離にあり、前記第１の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合された酸化体ポート
    を備えること、
    前記少なくとも一つの噴流は、制御された流量で前記酸化体ポートから送達されること、及び
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする炉燃焼システム。
14. 複数個の燃料ステージング管をさらに備え、各燃料ステージング管は、他の燃料ステージング管から離間されており、該複数個の燃料ステージング管は、前記バーナのうちの少なくとも一つを囲繞しており、少なくとも一つの燃料ステージング管は、前記第１の燃料及び他の燃料のうちの少なくとも一つの流れを、前記第１の燃料及び前記他の燃料のうちの少なくとも一つの他の流れが少なくとも一つの他の燃料ステージング管によって送達される第２の流量とは異なる第１の流量で送達するように適合されている、請求項１３に記載の炉燃焼システム。
15. 内壁を有する炉における炉燃焼システムであって、
    複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナであって、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合された複数個のバーナ、及び
    複数個の酸化体ポートであって、各酸化体ポートは、前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞されており、各酸化体ポートは、前記第１の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合されており、前記複数個のバーナは、第１のマトリックスを形成しており、かつ前記複数個の酸化体ポートは、前記第１のマトリックスに隣接する第２のマトリックスを形成している、複数個の酸化体ポート
    を備えること、
    前記少なくとも一つの噴流は、制御された流量で前記酸化体ポートから送達されること、及び
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする炉燃焼システム。
16. 前記第１のマトリックス及び前記第２のマトリックスは、それぞれ、前記炉の前記内壁の上部又はその近傍に形成されている、請求項１５に記載の炉燃焼システム。
17. 頂部及び該頂部に対向する底部を有する炉における炉燃焼システムであって、
    複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナであって、各バーナは、他のバーナから離間されており、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合された複数個のバーナ、及び
    前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞された酸化体ポートであって、第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの二つの間に軸方向へ送達するように適合されており、前記酸化体ポート及び前記複数個のバーナのうちの二つは、前記炉の前記頂部に隣接しており、前記複数の火炎のうちの二つは、前記複数個のバーナのうちの前記二つから前記炉の前記底部へ向けて送達される、酸化体ポート
    を備えること、
    前記少なくとも一つの噴流は、制御された流量で前記酸化体ポートから送達されること、及び
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料のうちの少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする炉燃焼システム。
18. 炉内において燃料を燃焼させる方法であって、下記の工程：
    複数の火炎を生成するように適合されたものであって、
    第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合された第１のバーナ、及び
    該第１のバーナから離間されており、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合された第２のバーナ
    を含む複数個のバーナを設けること、
    前記第１の燃料流を前記第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させること、
    前記第２の燃料流又は前記他の燃料流を前記第１の酸化体の第２の流れ又は前記第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させること、
    前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む前記複数の火炎を生成させること、
    前記第１のバーナ及び前記第２のバーナを含む前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞された酸化体ポートを提供するとともに、該酸化体ポートを、前記第１の酸化体、前記第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流が、前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達されるように適合させること、及び
    前記酸化体ポートからの少なくとも一つの噴流を、制御された流量で、前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達すること
    を含み、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体、前記第２の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一部で、前記第１の燃料流及び前記第２の燃料流のうちの少なくとも一つ又は前記他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させること
    を特徴とする燃料燃焼方法。
19. 前記制御された流量は、少なくとも一部がダンパにより制御される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記酸化体ポートは、前記第１のバーナ及び前記第２のバーナからほぼ等距離にある、請求項１８に記載の方法。
21. 前記少なくとも一つの噴流は旋回流を含む、請求項１８に記載の方法。
22. 前記旋回流は、約０．２〜約０．６のスワール数を有する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する、請求項１８記載の方法。
24. 前記少なくとも一つの噴流は、前記炉の運転に必要な全酸化体の約５％〜約５０％を提供する、請求項１８に記載の方法。
25. 前記少なくとも一つの噴流は、約２０ｆｔ／ｓ〜約１，０００ｆｔ／ｓの範囲の速度を有する、請求項１８に記載の方法。
26. 前記第１の火炎及び前記第２の火炎のうちの少なくとも一つは、燃料リッチである、請求項１８に記載の方法。
27. 前記第１の火炎は前記第２の火炎と合流する、請求項１８に記載の方法。
28. 前記第１のバーナ及び前記第２のバーナのうちの少なくとも一つは、前記燃料及び前記他の燃料のうちの少なくとも一つを可変分布させた状態で送達するように適合されている、請求項１８に記載の方法。
29. 炉内において燃料を燃焼させる方法であって、下記の工程：
    複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを提供するとともに、各バーナを、他のバーナから離間させ、かつ第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合させること、
    前記第１の燃料又は前記他の燃料の流れを前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の流れでもって燃焼させること、
    前記複数の火炎を生成させること、
    前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に酸化体ポートを配置しかつこれらのバーナで囲繞するとともに、前記酸化体ポートを、前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合させること、及び
    前記酸化体ポートからの前記少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に制御された流量で軸方向へ送達すること
    を含み、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一部で、前記第１の燃料又は前記他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させること
    を特徴とする燃料燃焼方法。
30. 内部及び長手方向の軸を有する炉内において燃料を燃焼させる方法であって、下記の工程：
    複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを提供するとともに、各バーナを、他のバーナから離間させ、かつ第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合させ、そして前記複数個のバーナを、前記炉の長手方向の軸周りにおいて離間したほぼ円形パターンで前記炉の内部に配置すること、
    前記第１の燃料又は前記他の燃料を前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の流れでもって燃焼させること、
    前記複数の火炎を生成させること、
    前記炉の内部において前記複数個のバーナの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞された一つの酸化体ポートを提供するとともに、前記酸化体ポートを、各バーナからほぼ等距離にあり、前記第１の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合させること、及び
    前記酸化体ポートからの前記少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に制御された流量で軸方向へ送達すること
    を含み、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする燃料燃焼方法。
31. 複数個の燃料ステージング管を配設するとともに、各燃料ステージング管を、他の燃料ステージング管から離間させ、該複数個の燃料ステージング管で前記バーナのうちの少なくとも一つを囲繞し、少なくとも一つの燃料ステージング管を、前記第１の燃料及び前記他の燃料のうちの少なくとも一つの他の流れが少なくとも一つの他の燃料ステージング管によって送達される第２の流量とは異なる第１の流量で前記第１の燃料及び前記他の燃料のうちの少なくとも一つの流れが送達されるように適合させること、
    前記少なくとも一つの燃料ステージング管から前記第１の燃料及び前記他の燃料のうちの少なくとも一つの前記流れを前記第１の流量で送達すること、及び
    前記少なくとも一つの他の燃料ステージング管から前記第１の燃料及び前記他の燃料の少なくとも一つの前記他の流れを前記第２の流量で送達すること
    をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 内壁を有する炉において燃料を燃焼させる方法であって、下記の工程：
    複数の火炎を生成するように適合された複数個のバーナを提供するとともに、各バーナを、他のバーナから離間させ、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合させること、
    複数個の酸化体ポートを提供するとともに、各酸化体ポートを、前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置しかつそれらのバーナで囲繞し、各酸化体ポートを、第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合させ、前記複数個のバーナで第１のマトリックスを形成し、かつ前記複数個の酸化体ポートで前記第１のマトリックスに隣接する第２のマトリックスを形成すること、及び
    前記酸化体ポートからの前記少なくとも一つの噴流を、前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に、制御された流量で軸方向へ送達すること
    を含み、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする燃料燃焼方法。
33. 前記第１のマトリックス及び前記第２のマトリックスは、それぞれ、前記炉の内壁の上又はその近傍に形成される、請求項３２に記載の方法。
34. 頂部及び該頂部に対向する底部を有する炉において燃料を燃焼させる方法であって、下記の工程：
    複数の火炎を生成するように適合された複数のバーナを提供するとともに、各バーナを、他のバーナから離間させ、第１の燃料又は他の燃料の流れを第１の酸化体又は他の酸化体の流れでもって燃焼させて火炎を生成するように適合させること、
    前記第１の燃料又は前記他の燃料の流れを前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の流れでもって燃焼させること、
    前記複数の火炎を生成させること、
    前記複数個のバーナの間に一つの酸化体ポートを配置しかつそれらのバーナで囲繞するとともに、前記酸化体ポートを、前記第１の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流を前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達するように適合させ、前記酸化体ポート及び前記複数個のバーナのうちの二つを前記炉の炉頂部に隣接させ、前記複数の火炎のうち二つを、前記複数個のバーナのうちの二つから前記炉の底部へ向けて送達すること、及び
    前記酸化体ポートからの前記少なくとも一つの噴流を、前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に、制御された流量で軸方向へ送達すること
    を含み、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記他の酸化体の少なくとも一部は、前記第１の燃料又は前記他の燃料の少なくとも一つの流れの少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされること
    を特徴とする燃料燃焼方法。
35. 炉内での燃料の燃焼期間中に生成される複数の燃焼生成物からの排出窒素酸化物を低減する方法であって、下記の工程：
    複数の火炎を生成するように適合されたものであって、
    第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合された第１のバーナ、及び
    前記第１のバーナから離間されており、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合された第２のバーナ
    を含む複数個のバーナを提供すること、
    前記第１の燃料流を前記第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させること、
    前記第２の燃料流又は前記他の燃料流を前記第１の酸化体の第２の流れ又は前記第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させること、
    前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む複数の火炎を生成させること、
    前記第１のバーナ及び前記第２のバーナを含む前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞された酸化体ポートを提供するとともに、該酸化体ポートを、前記第１の酸化体、前記第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流が、前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達されるように適合させ、その際、前記少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有すること、及び
    前記酸化体ポートからの少なくとも一つの噴流を、前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む前記複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に、制御された流量で軸方向へ送達するとともに、前記制御された流量を少なくとも一部、ダンパにより制御すること
    を含み、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記第２の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一部で、前記第１の燃料流及び前記第２の燃料流のうちの少なくとも一つ又は前記他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させ、その際、前記少なくとも一つの噴流で前記炉の運転に必要な全酸化体の約５％〜約５０％を提供すること
    を特徴とする排出窒素酸化物の低減方法。
36. 炉内での燃料の燃焼期間中に生成される複数の燃焼生成物からの排出窒素酸化物を低減するシステムであって、
    複数の火炎を生成するように適合されたものであって、
    第１の燃料流を第１の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第１の火炎を生成するように適合された第１のバーナ、及び
    前記第１のバーナから離間されており、第２の燃料流又は他の燃料流を第１の酸化体の第２の流れ又は第２の酸化体の第１の流れでもって燃焼させて第２の火炎を生成するように適合された第２のバーナ
    を含む複数個のバーナ、及び
    前記第１のバーナ及び前記第２のバーナを含む前記複数個のバーナのうちの少なくとも二つの間に配置されかつそれらのバーナで囲繞された酸化体ポートであって、前記第１の酸化体、前記第２の酸化体又は他の酸化体のうちの少なくとも一つの噴流が、前記第１の火炎及び前記第２の火炎を含む複数の火炎のうちの少なくとも二つの間に軸方向へ送達されるように適合されており、その際、前記少なくとも一つの噴流は、約５体積％〜約５０体積％の範囲の酸素濃度を有する、酸化体ポート
    を備えること、
    前記少なくとも一つの噴流は、少なくとも一部、ダンパにより制御される制御された流量で前記酸化体ポートから送達されること、
    前記少なくとも一つの噴流内の前記第１の酸化体又は前記第２の酸化体又は前記他の酸化体のうちの少なくとも一部は、前記第１の燃料流及び前記第２の燃料流のうちの少なくとも一つ又は前記他の燃料流の少なくとも一部の燃焼を完結させるのに必要とされ、前記少なくとも一つの噴流は、前記炉の運転に必要な全酸化体の約５％〜約５０％を提供すること
    を特徴とする排出窒素酸化物の低減システム。

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