JP2009543012A - 炎の方向及び/又は軸角度を変更可能なバーナー並びにそれを実施する方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
殆んどの炉又は産業用ボイラは、非混合モード、即ち、酸化剤と燃料とが燃焼場所まで別個に到達するモードで作用するバーナーを使用する。燃料と酸化剤とは、その後、燃焼室内で、部分的に(耐火性ポート又は前室ブロック un bloc ouvreau ou d’une prechambre への炎の閉じ込め)又は全体的に混合される。この混合は、バーナーのパラメータを設計及び操作することにより制御され、バーナーの性能特性(作用範囲、加熱されるべき装入物への熱の移動、汚染物質の排出など)を決定する。バーナーによって提供される酸化剤及び燃料の種々のジェット又はフローの相互作用は、実際には、そのバーナーが設計されるときに決定される。いったんバーナーが作製されると、作用条件だけが変更され得る。これは、火室の上流のバーナー中で酸化剤/燃料混合物が生成される「プレミクス」バーナーにも当てはまる。試薬(reactifs)は、その後、単一の管によって射出される。
本発明の主題は、炎の方向及び/又は軸角度の幅広い変更を可能とし且つバーナー又は炉の作用を遮る必要がないバーナーである。本発明の他のねらいは、最適化された頑丈な(robuste)バーナーを用いて、このような変更を可能とすることである。
本発明は、流体のジェット(第1ジェット又は主ジェットと呼ぶ)と少なくとも1つの他の流体のジェット(第2ジェット又はアクチュエータジェットと呼ぶ)との相互作用であって、この主ジェットを送り出す手段(管、耐火性ポートなど)の内部で前記主ジェットが前記手段へと通じる前に起こる相互作用によって、炎の方向及び/又は軸角度を制御することを提案する。
・ジェットの/炎の方向は、流体の/炎の流路の断面に垂直であり、流れの方向、即ち、上流から下流へと向けられた単位ベクトルであるとして定義される。
本発明に係るバーナー及びその使用の態様の種々の特徴は、以下の詳細な説明からより容易に明らかとなり、非限定的な例を用いて与えられる典型的な形態を概略的に表す図が参照されるであろう。より詳細には:
(1)4つの対応する第2開口331、332、333、334は、流路の同一横断面上に配置されており、
(2)これら対応する第2開口331及び333の2つは、第1ジェットの軸と第1平面を定義し、この軸の両側に配置され、他の2つの第2開口332及び334は第1ジェットの軸と第2平面を定義し、第1平面は、好ましくは、第2平面に垂直である。
各々の一定の流速を仮定すれば、対応する第2ジェットは、対応する第2開口のレベルにおける流路の断面積及び第2ダクトの断面積の比の値が増加するにつれて、第1ジェット上へのますます増加する衝撃を有する。断面積比は、好ましくは、5と50との間、より好ましくは15と30との間から選ばれるであろう。全ての第2ジェットの流速の全体の流速に対する比は、この流速比が増加するほど炎の偏向及び/又は軸角度は増大することに注意して、典型的には0(第2ジェットがないとき)と0.5との間、好ましくは0と0.3との間、より好ましくは0と0.15との間で変化するであろう。
以下の例は、本発明及びそれが如何にして使用され得るかに関するより良い理解をもたらすであろう。図7は、異なった流体の分離射出を有したバーナーの例をより詳細に示している。
本発明に係るバーナーは、炎の入射角を変更可能とするために使用される。(用語「入射角」は、水平面に対する炎の角度を意味すると理解されるべきである)。入射角がゼロであるときは、炎は水平である。入射角が非ゼロであるときは、炎は、水平面から傾斜して、炉の精錬槽の炉床へと向けられている。
本発明に係るバーナーは、図13に描かれているように、水平面内における炎の向きを、各バーナーの制御比に応じて要求があり次第変化させ得るようにして定めるために使用される。
本発明のこの典型的な態様は、例えば、炉に設置された異なった型のセンサ、特には、熱流束、温度、又は、ことによると化学組成のセンサ(例えばTDL型レーザーダイオード)によって与えられる炉の異なった作動パラメータに応じて、炎の水平及び垂直の両方の移動を制御することを可能とする。
この熱流速は、必要であれば、炉の炉床に垂直な同一の母線上の2つの異なった深さにおいて浴中に浸された2つの熱電対間で読み取られた温度差を通じて評価され得る。
a.煙道ガスの組成は、抽出後における分析(慣用的な分析器、TDLなど)又は、その場での吸収(レーザーダイオード又は他の手段)若しくは電気化学的プローブによって、それ自体で知られている仕方で測定され得る。
バーナー又は産業用の炉床からの窒素酸化物の排出を低減するための全ての主たる技術は、流体又は炎の流れの局所的な性質を使用して、それらの生成を制限している。特には、それらは、温度、又は試薬(燃料、酸素)の濃度、又は炎及び/又は燃焼生成物中における試薬の滞留時間を減少させることを目的とする。これら技術の1つは、試薬の温度若しくは濃度を減少させるか又は滞留時間を減少させるために、試薬又は炎中の煙道ガスを十分に飛沫同伴することにある。このために、バーナーは、高速(強インパルス)で且つ炎の良い安定化と両立する煙道ガスの飛沫同伴又は再循環の最大速度を得るのに十分なほど離された燃料及び/又は酸化剤のジェットを得るべく寸法を定められている。安定化限界は、炭化水素についての一酸化炭素等の、燃焼生成物中の燃焼残渣の出現において検出される。ある条件では、排出を減少させるために特に好ましい「フレイムレス」燃焼レジームを達成することが可能である。
燃焼技術が非プレミクス型であるならば、制御は、燃料、酸化剤又はその両方について、例5と類似の仕方で、非実体的に実行され得る。
Claims (21)
- ・酸化剤若しくは燃料又は酸化剤−燃料プレミクスの第1ジェットを主流出開口へと向けるための流路と、
・第2ジェットの射出のための少なくとも1つの第2ダクトと
を具備し、
・前記少なくとも1つの第2ダクトは、前記主開口の上流に位置した第2開口を通じて前記流路上へと開いており、対応する前記第2ジェットと前記第1ジェットとの間の相互作用位置において、前記対応する第2ジェットの軸と前記第1ジェットの軸に垂直な平面との間の角度θが、0゜以上且つ90゜未満、好ましくは0゜から80゜、より好ましくは0゜から45゜であるように、前記流路に対して位置を定められており、
・前記少なくとも1つの第2開口は、前記主開口から、第1開口の断面積sの平方根の10倍以下の距離L、好ましくはL≦5×√s、また好ましくはL≦3×√sだけ離間している
バーナーであって、
・前記バーナーは、各々の対応する第2ジェットのインパルスを制御する手段を備え、
前記バーナーは、少なくとも1つの対応する第2ジェットのインパルスを変化させることにより炎の方向及び/又は軸角度を変化させることを可能とすることを特徴とするバーナー。 - 前記制御手段は、各々の対応する第2ジェットの前記インパルスと前記第1ジェットのインパルスとの間の比を制御する請求項1に記載のバーナー。
- 対応する第2開口の上流での前記第1ジェットの軸に対する前記バーナーからの前記流出口における炎の角度を変更可能とすべく、前記対応する第2開口のレベルにおいて前記第1ジェット及び前記第2ジェットの軸が交差又は略交差するように、前記流路に対して位置を定められている少なくとも1つの第2ダクトを具備した請求項1又は2に記載のバーナー。
- 2つの対応する第2開口が第1ジェットの軸に垂直な同一の平面上に位置し、これら2つの対応する第2開口のレベルにおいて前記対応する第2ジェットの軸が前記第1流体ジェットの軸と交差又は略交差するように、前記流路に対して位置を定められた少なくとも2つの第2ダクトを具備した請求項3に記載のバーナー。
- 前記2つの対応する第2開口は、前記2つの開口のレベルにおいて前記第1ジェットの軸と同一平面上にあり、前記第1ジェットのこの軸の両側に配置されている請求項4に記載のバーナー。
- 前記2つの対応する第2開口のレベルにおける前記第1ジェットの軸と前記2つの対応する第2開口の1つとにより定義される平面は、前記第1ジェットの軸と前記2つの対応する第2開口の他の1つとにより定義される平面と垂直である請求項4に記載のバーナー。
- 4つの対応する第2開口が前記第1ジェットの軸に垂直な同一の平面上にあり、これら4つの第2開口のレベルにおいて前記対応する第2ジェットの軸が前記第1ジェットの軸と交差又は略交差しており、これら対応する第2開口のうち2つが第1平面上で前記第1ジェットの軸と同一平面上にあり且つこの軸の両側に位置し、対応する第2開口の他の2つが第2平面内で前記第1ジェットの軸と同一平面上にあり且つこの軸の両側に位置するようにして、前記流路に対して位置を定められた少なくとも4つの第2ダクトを具備した請求項4乃至6の何れか1項に記載のバーナー。
- 少なくとも1つの第2ダクトは、その軸の周りにおける流体の合成ジェットの回転を生成、保持又は強化して、これにより前記バーナーの前記流出口において前記炎の前記軸角度を変化させることを可能とするために、前記対応する第2開口のレベルにおいて流体の前記対応する第2ジェットの軸が流体の前記第1ジェットの軸と実質的には同一平面上にないように、前記流路に対して位置を定められている請求項1乃至7の何れか1項に記載のバーナー。
- 前記対応する第2ジェットの軸が前記第1ジェットの軸と実質的には同一平面上になく、前記対応する第2ジェットが前記第1ジェットの軸の周りの回転と同一の方向に向けられているように、前記流路に対して位置を定められた少なくとも2つの第2ダクトを具備した請求項8に記載のバーナー。
- 前記2つの対応する第2開口は、前記第1開口の軸の両側に配置されている請求項9に記載のバーナー。
- 少なくとも1つの第2ダクトは、対応する前記第2開口のレベルにおいて前記第2ダクトが厚みe及び高さlを有し、前記高さlは前記厚みeの0.5倍以上であり、好ましくは0.5×eと5×eとの間であるように、前記流路に対して位置を定められている請求項1乃至10の何れか1項に記載のバーナー。
- 第1流体ジェットのインパルスと第2流体ジェットのインパルスとの比を制御するための手段を具備した請求項1乃至11の何れか1項に記載のバーナー。
- 前記流路の少なくとも一部分がその内部に配置された物質のブロックを具備し、前記主開口は前記ブロックの外面又は表面の1つの上に配置されている請求項1乃至12の何れか1項に記載のバーナー。
- 前記第1及び/又は第2ジェットのインパルスを制御するための手段を具備した請求項1乃至13の何れか1項に記載のバーナー。
- 前記流路の端に置かれた耐火性ポートと、前記耐火性ポート内に配置された第2開口を通じて前記流路上へと開いている少なくとも1つの第2ダクトとを具備した請求項1乃至14の何れか1項に記載のバーナー。
- 炎を用いて装入物を加熱する方法であって、前記炎は、請求項1乃至15の何れか1項に記載のバーナーを使用することにより生成される方法。
- 前記炎の方向及び/又は軸角度が、第1ジェットを少なくとも1つの第2ジェットと相互作用させることによって変化させられる請求項16に記載の方法。
- 前記第1ジェットは、酸化剤、又は燃料、又は酸化剤及び燃料のプレミクスを含有したジェットである請求項17に記載の方法。
- 前記装入物の表面の少なくとも一部を掃射するために、前記炎の前記方向が変化させられる請求項16乃至18の何れか1項に記載の方法。
- 前記装入物の表面の少なくとも一部を掃射するために、少なくとも2つの交差平面内で前記炎の前記方向が変化させられる請求項19に記載の方法。
- 第1相では前記炎が装填物へと向けられ、第2相では前記炎が前記装入物に実質的に平行に向けられる請求項16乃至20の何れか1項に記載の方法。
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