JP2015121398A - 分散燃焼のプロセスおよびバーナ - Google Patents

Abstract

【課題】単純でコンパクトなバーナを用いた分散燃焼を提供する。【解決手段】バーナＢが、燃料／酸化剤ノズルＦＯＮと、燃料噴射軸に沿って燃料および一次の酸化剤のジェット、および二次の酸化剤のジェットをそれぞれ噴射する、いずれかの側に間隔をおいて配置された一対の動的ランスＤＬとを有する。作動流体のジェットは、燃料噴射軸から離れるように二次の酸化剤のジェットを流体的に角度付けるように二次の酸化剤のジェットに衝突する。離れる角度付けの作用は、一次および二次の酸化剤の噴射との間の酸化剤のステージングと共に、分散燃焼条件の実現を可能にする。【選択図】図４

Description

燃料の酸素による燃焼は、空気ベースの燃焼に比較して工業炉における熱利用（熱効率）を増加させるための知られた戦略である。酸素／燃料バーナ（Oxy-fuel burner）は、炎からロード（load）への放射熱伝達を増加させるより高い火炎温度を有する。しかし、より高い火炎温度は、特定の状況では、特に、二次アルミニウム溶解の場合などのより低い温度の炉の場合、マイナスの結果を有し得る。高い火炎温度により、ＮＯx形成の傾向が増加する。したがって、Ｎ2が、燃料を通じてまたは炉の中への換気によってのいずれかで燃焼ゾーンに入る場合、ＮＯx形成が、かなり増加し得る。また、より高い温度の炎は、炉内にホットスポットを引き起こし、また製品品質に悪影響を与える可能性がある。
アルミニウムの溶解のようなある特定の場合には、高い火炎温度が、金属酸化の速度を増加させる可能性もあり、したがって金属の損失になる。

上記の問題を克服するために、分散燃焼が、低い温度であるが、とても均一な温度で酸素燃焼を行うための戦略として開発されている。希釈燃焼、マイルド燃焼、または（炎がもはや目に見えない特定の状況における）無炎燃焼とも呼ばれ、この戦略の中心思想は、炉内のより低くかつより均一な温度分布を実現するように、燃焼前に炉のガス（大抵、Ｈ2ＯおよびＣＯ2の混合物）との反応物質を希釈化することである。希釈混合気の温度は、無炎モードを維持するために、自己発火温度を上回って保たれるべきである。従来の燃焼プロセスに見られる大量輸送と化学反応との間の複雑な相互作用とは異なり、大いに希釈された反応物質は、燃焼反応の時間スケールを増大させることによって、燃焼を反応速度制限プロセス（kinetic-limited process）にさせる。この遅い燃焼プロセスは、ピーク温度が低い高分散反応ゾーン（highly distributed reaction zone）を通じて現れ、それによってＮＯｘを大幅に減少させる。

大勢の者が、分散燃焼用のバーナを提案してきた。

国際公開第２００４／０２９５１１号は、バーナの酸素ノズルによってもたらされるエジェクタの効果を利用して、炉のガスの内部再循環を行う。燃料の下流噴射は、酸素が、燃料に到達する前に炉のガスと混合することを可能にする。国際公開第２００４／０２９５１１号は、燃料噴射の周囲に円に配置される６本の酸素供給管を含む。好ましくは、酸素供給管は、酸素を超音速で送る。

国際公開第２００４／０２９５１１号のバーナと同様に、米国特許第６，００７，３２６号は、炉内での低濃度の燃料と酸素の両方との燃焼に関係する。反応物質の希釈は、空間的に分離された反応物質を高速で噴射することで得られる。燃料および酸化剤は、周囲を上回る任意の温度まで予熱することができる。

米国特許出願第２００７０２５４２５１号は、無炎燃焼方式向きに設計されたバーナを開示する。このバーナは、異なる役割を担ういくつかの燃料噴射と酸化剤噴射とを含む。可能な中央フレーム安定装置は、燃料とガス状酸化剤とを炉または燃焼ゾーンに噴射するための複数のノズルによって囲まれる。これは、酸化剤として空気または酸素を使用することができる。

酸素を利用する一部の分散燃焼バーナは、反応物質の高速噴射に頼らなければならない。高速噴射は、通常、動作のために高圧の酸素と高圧の天然ガスを必要とする。この欠点のため、比較的低い圧力で酸素を利用するバーナを用いて分散燃焼を実現する必要がある。

酸化剤供給の圧力に関わらず、分散燃焼は、通常、燃料および酸化剤を炉の中に分離噴射することによって実現される。一方または両方の反応物質のジェットのいずれかが、例えば、高速の勾配の旋回流または渦発生体（bluff body）を用いてジェットの中への炉のガスのエントレインメント（entrainment）を容易にするように炉の中に噴射される。ジェット同士の間の距離は、２つの反応物質の流れが、互いに相互作用／互いに混合する前に、１つまたは両方の反応物質の十分な希釈を実現する目的で決定される。例えば、米国特許第５，９６１，３１２号は、バーナの設計を開示しており、燃料ジェットと空気ジェットとの間の距離Ｌが、式：（Ｌ／Ｄa）×［（Ｖa／Ｖo）5］＞１０によって与えられ、ただし、Ｄaは空気ノズルの直径であり、Ｖaは空気の速度であり、Ｖoは空気（１ｍ／秒）の単位速度である。同様に、米国特許第６，００７，３２６号は、低いＮＯxの生産のために希釈燃焼の状態を実現するために、燃料ジェットと酸化剤ジェットとの間に少なくとも６インチの距離、好ましくは２４インチの距離を必要とする。ジェット同士の間のこれらの間隔の要求は、しばしば、バーナを法外に大きくて嵩張ったものにさせ得る。

時には、反応物質のノズル同士の間の噴射に関してゼロではない角度も、反応物質が炉のガスによって希釈化されるまで反応物質の混合を遅らすために使用される。例えば、米国特許第５，７７２，４２１号は、燃料および酸化剤が、それらが初めに互いから離れるように発散するが、最終的には炉内で混合するように放出されるバーナの設計を開示する。しかし、発散ジェットの混合は、炉の幾何学的形状と、バーナの動作と、炉内のバーナの位置とに依存する。結果として、これらのバーナは、しばしば、ある特定の炉においておよび特定の動作条件の下でのみ有効である。

分散燃焼を実現するための別な戦略は、複数のノズルを用いて反応物質のうちの１つを炉内で分散させるものである。他の反応物質は、通常、炉のガスを閉じ込める（entrain）ように高速または高旋回のジェット（high velocity or high swirl jet）として供給される。例えば、米国特許第６，７７３，２５６号は、少燃料の火炎を実現するように、少量の燃料が酸化剤の流れに供給されるバーナを開示する。残りの燃料は、炎から一定の距離で複数の燃料ノズルを介して供給される。燃料ノズルは、所望のステージング（staging）に応じて炎に対して種々の角度で燃料を噴射するように設計することができる。そのような設計戦略は、製造するのに比較的費用がかかり制御が難しいものであり得る比較的大きい複雑なバーナになり得る。

上述の欠点のため、単純でコンパクトなバーナを用いて分散燃焼を実現する必要がある。

バーナのコンパクトさが重要なファクタとみなされず、バーナが特定の炉の構成、および特定の動作条件に最適化される場合でも、燃料噴射と酸化剤噴射との間の距離が設定されると、燃料および酸化剤が固定噴射である従来のバーナではこの距離を修正することは不可能である。ガス燃料、液体燃料および固形燃料を燃焼できる単一のバーナ設計を与えることが望ましい場合、このことは重要になる。これは、異なる燃料、異なる最適な噴射条件を有するからである。最適な噴射条件の間のこの差は、種々のタイプの単一の一般的なクラスの粉炭などの燃料の間にさえも存在する。

上述の欠点のため、単一のバーナ設計で種々のタイプの燃料を用いて分散燃焼を実現する必要がある。

高いステージの燃焼（highly staged combustion）を実現するための重要な条件の１つは、高い炉の温度である。高いステージの燃焼のために燃焼室内部の完全燃焼を維持するために、炉は、８００℃を超えるまで予熱されなければならない。高いステージのバーナの大部分は、ステージングの前に所望の炉の温度を実現するために予熱器バーナを必要とする。例えば、国際公開第２００６／０３１１６３号は、炎とステージモードの両方で動作できるバーナを開示する。最初、炉が冷たいとき、燃料および酸化剤は、安定した炎を有するように同軸の開口（パイプインパイプ）から噴射される。炉の温度が燃料の自己発火温度に到達すると、燃料および酸化剤は、炉の内部で分散燃焼を有するように互いから空間的に分離されている開口から噴射される。ステージングされたバーナの設計のほとんど全てに関する問題は、公称の設計のパワーとは異なってバーナのパワーの点でしばしば性能が貧弱なことである。典型的には、これらのバーナは、公称のパワー条件でとてもよく動作するが、バーナの燃焼効率および排出特性は、しばしば、バーナのパワーが、公称のパワーから何か他のパワーに変更される瞬間にかなり低下する。ほとんどの工業炉にとってそのようなバーナのパワーの変更は、とてもよくある状況である。

上述の欠点のため、様々なバーナの出力で満足な分散燃焼を実現できるバーナの必要もある。

以下のステップを含む分散燃焼を実行する方法が開示される。燃料は、バーナブロックに配設された燃料ノズルから燃料噴射軸に沿って炉の中に燃料を噴射される。酸化剤は、一次の酸化剤ノズルから炉の中に噴射され、燃料および一次の酸化剤ノズルは、互いに対して同心で配設されている。燃料および一次の酸化剤は、炉内で燃焼される。一次の酸化剤から噴射される酸化剤の量は減少させられる。酸化剤の第１および第２のジェットは、バーナブロックにおける燃料ノズルの両側に配設された第１のおよび第２の動的ランス（dynamical lance）から炉の中に噴射される。二次の酸化剤の第１および第２のジェットが、燃料噴射軸から離れるように流体的に角度が付けられるように、作動流体の第１および第２のジェットは、酸化剤の第１および第２のジェットに対してそれぞれある角度で噴射される。

燃焼空間から離れるように面するようになされている第１の面、および燃焼空間に向かって面するようになされている第２の面を有するバーナブロックと、第１の面から第２の面へ延びる燃料／酸化剤ノズルであって、燃料／酸化剤ノズルが、外側チューブ内に同心で配設される内側チューブを備え、燃料／酸化剤ノズルが、燃料噴射軸に沿って炉の中に燃料および一次の酸化剤を噴射するようになされる、燃料／酸化剤ノズルと、燃料／酸化剤ノズルから等間隔で配置され、第１の面から第２の面へ延びる第１および第２の動的ランスとを備える分散燃焼を実行するためのバーナが開示される。第１の動的ランスの各々は、第１の面に隣接した入口端部と、第２の面に面する末端端部とを備える主本体であって、二次の酸化剤噴射チャンネル、および作動流体噴射チャンネルが、バーナブロックの第１の面から主本体の末端端部へ主本体を通じて延び、作動流体噴射チャンネルが、燃料／酸化剤ノズルから離れるように二次の酸化剤噴射チャンネルの側部に配設され、主本体の末端端部の上に配設されるキャップであって、キャップが、主本体の末端端部に嵌め合うようになされている嵌め合う端部と、第２の面に隣接した末端端部とを有し、キャップが、外側チューブの内径に対応するようにサイズが作製され、二次の酸化剤のジェットが、二次の酸化剤噴射チャンネルから現れ、末端端部の開口から出て行くことを可能にするようになされるキャップの末端端部中の開口をさらに有し、キャップが、作動流体噴射チャンネルとキャップの末端端部との間に流体連通を行うよう構成され、作動流体のジェットが、燃料噴射軸から離れるように二次の酸化剤のジェットを角度付けるように、二次の酸化剤噴射チャンネルから二次の酸化剤のジェットに衝突することを可能にするようになされているキャップとを備える。

上記のバーナと、燃料／酸化剤ノズルに流体連通する燃料源と、燃料／酸化剤ノズルに流体連通する酸化剤源と、動的ランスとを備える分散燃焼を実行するためのバーナシステムが開示される。

この方法、バーナ、および／またはバーナシステムは、以下の態様のうちの１つまたは複数を含むことができる。

−燃料がガスである。

−燃料が、霧化した液体である。

−燃料が粉状の固体である。

−燃料が粉炭である。

−粉炭が、流動化され、空気の搬送ガスまたはリサイクルした燃料ガスを用いて噴射される。

−炉の中に噴射される燃料および酸化剤の量を増加させ、一方、第１のおよび第２の作動流体のジェットとして噴射される作動流体の量を増加させ、それによって二次の酸化剤の第１および第２のジェットが、燃料噴射軸から離れるように流体的に角度が付けられる程度を減少させる。

−二次の酸化剤の追加の一部が、燃料ノズルの上下にそれぞれ配設される第１および第２の低速酸化剤ランス（low speed oxidant lance）から噴射され、二次の酸化剤の追加の一部が、第１および第２の動的ランスからの速度よりも小さい速度で噴射される。

−燃料および酸化剤の燃焼が、目に見えない炎を発生させる。

−作動流体の噴射が開始される前に、燃料および二次の酸化剤の第１および第２のジェットが、互いに平行に噴射される。

−作動流体の噴射が開始される前に、二次の酸化剤の第１および第２のジェットが、ある角度で燃料噴射軸から離れるように噴射され、
作動流体の噴射が開始された後、二次の酸化剤の第１および第２のジェットがより大きい角度で燃料噴射軸から離れるように噴射される。

− キャップの各々が、それぞれの動流体噴射チャンネルとキャップの末端開口との間に流体連通する空洞をさらに備え、
二次の酸化剤が末端開口から出る前に、作動流体噴射チャンネル、二次の酸化剤噴射チャンネル、空洞、および末端開口が、作動流体のジェットが、二次の酸化剤のジェットに衝突するように構成および適合される。

− キャップの各々が、それぞれの作動流体噴射チャンネルとキャップの末端端部との間に延びる穴をさらに備え、
作動流体噴射チャンネル、二次の酸化剤噴射チャンネル、穴、および末端開口が、二次の酸化剤が末端開口から出た後に、作動流体のジェットが、二次の酸化剤のジェットに衝突するように構成および適合される。

− 二次の酸化剤噴射チャンネルの各々が、燃料噴射軸に対してある角度を形成する軸に沿って延びる。

− 二次の酸化剤噴射チャンネルの各々が、燃料噴射軸に平行な軸に沿って延びる。

− 酸化剤が工業的に純粋な酸素である。

本発明の性質および目的のさらなる理解のため、添付図面と併せて以下の詳細な説明の参照がなされるべきである。この添付図面では、同様の要素は、同一または類似の参照番号で与えられる。

一次の燃料および酸化剤だけがバーナブロックから噴射される、本発明の方法の第１の実施形態の第１のステップの概略図。 二次の酸化剤の噴射が開始される、本発明の方法の第１の実施形態の第２のステップの概略図。 所望の程度の二次の酸化剤のステージングが実現される、本発明の方法の第１の実施形態の第３のステップの概略図。 二次の酸化剤が作動用ジェットによって燃料噴射軸から離れるように角度が付けられる、本発明の方法の第１の実施形態の第４のステップの概略図。 一次の燃料および酸化剤だけがバーナブロックから噴射される、本発明の方法の第２の実施形態の第１のステップの概略図。 二次の酸化剤の噴射が開始される、本発明の方法の第２の実施形態の第２のステップの概略図。 所望の程度の二次の酸化剤のステージングが実現される、本発明の方法の第２の実施形態の第３のステップの概略図。 二次の酸化剤が作動用ジェットによって燃料噴射軸から離れるように角度が付けられる、本発明の方法の第２の実施形態の第４のステップの概略図。 低速酸素ランスを含まない本発明のバーナの第１の実施形態の隠れた部分を示す概略正面図。 一次の燃料／酸化剤のノズルおよび二次の酸化剤のノズルがある平面の上下に配設される一対の低速酸素ランスを含む本発明のバーナの第２の実施形態の隠れた部分を示す概略正面図。 隠れた部分を示す動的ランスの第１の実施形態の等角概略図。 線Ｂ−Ｂに沿った図５Ａの動的ランスの断面図。 線Ｃ−Ｃに沿った図５Ａの動的ランスの断面図。 線Ｄ−Ｄに沿った図５Ａの動的ランスの断面図。 図５Ａの動的ランスについてとった長手方向のスライスの概略正面図。 隠れた部分を示す動的ランスの第２の実施形態の等角概略図。 図６Ａの動的ランスについてとった長手方向のスライスの概略正面図。

動的ランスを用いて実現される二次の酸化剤ジェットの流体ベクトリングを通じて炉内で酸化剤を広く分散できる分散燃焼用の単純でコンパクトなバーナが開示される。動的ランスは、燃料のジェットから離れるように二次の酸化剤の噴射ジェットの方向を変更するために、可動機械部分の代わりに酸化剤のさらなる部分を利用する。したがって、酸化剤は、固定された噴射軸を有する二次の酸化剤ノズルを用いて実現されるものよりもよりずっと大きい体積にわたって広げられる。酸化剤をよりずっと大きい体積にわたって広げることによって、バーナは、より大きい炉の温度の均一性、ならびに低い炉の温度の最大によって例示される分散燃焼モードで動作することができる。分散燃焼モードは、一次の酸化剤流をゼロまたはゼロ近くの流れまで減少させると同時に燃料および酸化剤のノズルの上下に配設される低速酸化剤ノズルから対応する量の酸化剤を噴射することによって強化することもできる。

本発明のバーナによって与えられる利点の１つは、幅広い様々な燃料を噴射することに対するその適応性である。バーナは、固体粒子燃料、液体燃料、またはガス燃料のいずれかを噴射させることができる。固体粒子燃料は、当業界でよく知られた技術により流動化され、空気の搬送ガスまたはリサイクルした炉／燃料ガスで運ばれる典型的には粉炭である。搬送ガスは、典型的には、約５％の体積／最小バーナパワーでの体積の酵素含有量を有する。液体燃料は、典型的には、燃料を噴霧に霧化するのに十分な速さで噴射される燃料オイルである。霧化した燃料オイルを噴射する技術は、当業者によく知られている。ガス燃料は、典型的には天然ガスである。

このバーナによって与えられる別の利点は、そのコンパクトなサイズである。従来の高いステージの燃焼または分散燃焼のバーナは、炉のガスのより大きいエントレインメントと、酸化剤と燃料のその完全燃焼前の遅れた混合とを実現するために、燃料噴射と二次の酸化剤噴射との間に広い間隔を必要とする。したがって、従来のバーナブロックは、比較
的大きくなり得る。一方、発明のバーナは、炉のガスのより大きいエントレインメントと、燃料および酸化剤の遅れた混合とをさらに可能にし、発明のバーナは、噴射点を比較的近くに配置し、燃料のジェットから離れるように二次の酸化剤のジェットを角度付けることによってそれをする。

このバーナによって与えられるさらに別の利点は、様々な炉の幾何学的形状に対するバーナの適応性である。炉の幾何学的形状およびバーナパワーは、二次の酸化剤の角度の付いたジェット内の炉のガスのエントレインメントの程度に影響を与え得る。言い換えると、ジェットがとても高い程度で角度付けられ、炉壁がジェットに十分に近い場合、さもなければ、炉のガスが閉じ込めできる最大の範囲が制限され得る。炉の幾何学的形状が、角度の付いたジェットをそのように制限しない場合、一般的に言えば、ジェットが角度付けられる程度が大きくなるにつれて、ジェットは炉のガスでより大きく希釈化されるにつれて、炉の温度全体は低くなり、炉の温度はより大きく均質になる。

このバーナによって与えられるさらに別の利点は、比較的幅広い範囲のバーナパワーにわたって望ましい燃料と酸化剤の混合物を実現し得るその能力である。反応物質の噴射角度が互いに対して固定されている空間的に分離された反応物質の噴射を有する分散燃焼バーナの場合をとってみる。そのようなバーナの設計は、典型的なバーナパワーで分散燃焼を実現する必要性によって推進される。そのような従来のバーナのパワーがその最適化されたパワーから減少するとき、一定の角度に沿った（または互いに平行な）反応物質の比較的低い圧力の噴射が、互いと混合する前に炉のガスとの反応物質の混合を増加させる傾
向となり、それによって不安定な炎をもたらす。一方、そのような従来のバーナのパワーが最適化されたパワーから増加するとき、一定の角度に沿った（または互いに平行な）比較的高い圧力の噴射が、反応物質が共に混合する前に、炉のガスと少なく混合し、それによって炎および炉内にホットスポットをもたらす。これは特に、部分的に燃焼した石炭粒子が対向する炉壁に打ち当たる前に全体の燃え尽き（total burnout）が生じない場合、粉炭のような固体粒子燃料にとって問題である。これらの問題に対処するために、燃料と酸化剤の最適な混合、および炉のガスの最適なエントレインメントが、バーナパワーが二次の酸化剤のジェットが燃料のジェットから角度付けられる程度を変えることによって簡単に変更されるので、維持することができる。実際には、過度の炉のガスエントレインメント、および比較的低いバーナパワーでの炎の不安定性は、二次の酸化剤のジェットが燃料のジェットから離れるように角度が付けられる程度を減少させることによって避けることができる。また、ホットスポットの生成、または比較的より高いバーナパワーにおける全体の燃え尽き前の炉壁に対する粒子炭の衝突は、二次の酸化剤のジェットが燃料のジェットから離れるように角度が付けられる程度を減少させることによって避けることができる。酸化剤および燃料がよりすぐに混合されるので、燃焼の生成物が対向する炉壁に衝突し過ぎる（over-impingement）ことなくより完全な燃焼を実現することができる。

バーナは、幅広い様々なプロセスに使用することができるが、バーナの動作は、ガラスおよび金属のような固体の溶融および精製の充填の場合などの溶融段階（melting phase）とその後に続く精製段階（refining phase）を伴う燃焼プロセスにおいて特に有益である。

本発明のバーナの動作の第１の段階（加熱段階）中、燃料および一次の酸化剤は、反応物質が燃焼させられる（工業炉などの）燃焼室に他の反応物質によって包み込まれる一反応物質のジェットとしてチューブインチューブ型の燃料／酸化剤ノズルを通じて噴射される。この包み込まれたジェットは、燃料によって包み込まれた一次の酸化剤の中央ジェットを含むことができるが、より典型的には、ジェットは、一次の酸化剤によって包み込まれる燃料の中央ジェットである。加熱段階中、二次の酸化剤が、燃料／酸化剤ノズルの両側の動的ランスから噴射され得るが、典型的にはこうではない。

加熱段階は、燃料および酸化剤の自己発火温度に到達するまで続き得る。天然ガスなどのガス燃料については、典型的には、これは、７００℃より大きく、または８００℃より大きい。

燃料／酸化剤ノズルの両側に等しい間隔をおいて配置された第１および第２の動的ランスは、二次の酸化剤を供給する。最終的に分散燃焼を実現するために、燃料−酸化剤ノズルからの一次の酸化剤の噴射が減少させられるが、加熱段階から第２の動作段階（分散燃焼段階）への移行中に二次の酸化剤の噴射が開始される。炉の中へ同じ全流量の酸化剤が望まれる場合、二次の酸化剤の噴射の増加が、一次の酸化剤の噴射の減少に対応することになる。加熱段階から分散燃焼段階へのこの移行が継続されるとき、二次の酸化剤の量はさらに増加し、一次の酸化剤の量はさらに減少する。これは、酸化剤の所望の一部（すなわち、所望のステージング） が、（燃料／酸化剤ノズルからの）一次の酸化剤の量に比べて、（動的ランスからの）二次の酸化剤として噴射されるまで続く。

第１の段階から第２の段階への移行中、作動流体噴射チャンネルを通じて作動流体が流れることを可能にするように弁が開放され、作動流体噴射チャンネルの各チャンネルは、燃料／酸化剤ノズルの反対側で二次の酸化剤噴射チャンネルに隣接して配設される。作動流体の流れは、ある角度で二次の酸化剤の流れに衝突する。作動流体と二次の酸化剤流との間の角度関係により、二次の酸化剤のジェットは、作動流体の噴射の開始前に二次の酸化剤ジェットが噴射された向きの最初の軸に対して燃料のジェットから離れるように角度が付けられる。

適宜、第１の段階から第２の段階への移行の始まりと終わりとの間のある点で、一次の酸化剤の流量はゼロに減少させられてもよく、対応する量の酸化剤全体が一対の低速ランスから噴射されてもよく、その一方は燃料／酸化剤ノズルの上に配設され、その他方は燃料／酸化剤ノズルの下に配設される。このオプションが選択される場合、典型的には、二次の酸化剤の動的なジェットの速度は６０ｍ／秒より大きく、一方、低速の二次の酸化剤噴射の速度は、二次の酸化剤ジェットの速度よりも低く、典型的には少なくとも５ｍ／秒である。一次の酸化剤の代わりに低速酸化剤を噴射することによって、目に見える炎がないことが観察される無炎燃焼の実現が可能となることを発明者らは見出している。

加熱段階から分散燃焼段階への移行の燃焼時、二次の酸化剤ジェットが所望の程度の角度付けに到達し、一次の酸化剤と二次の酸化剤との間の酸化剤の所望の程度のステージングに到達し、低速酸化剤の適宜の噴射が実行される。これらの条件は、分散燃焼段階を通じて継続され得る。分散燃焼段階中、典型的には、酸化剤の全体量の９０〜９５％ が二次の酸化剤として噴射される一方、たった１０〜５％が一次の酸化剤として噴射される。
必要であれば、ステージングの程度は、炎がもはや目に見える炎ではなく、無炎燃焼が実現されるまで経験的なやり方で変更することができる。望まれる分散燃焼の程度に応じて、低い程度のステージングも可能である。加えて、炉の幾何学的形状の制約により比較的より短い炎が必要である場合、低い程度のステージングは、望ましいものであり得る。

作動流体の流量は、典型的には、動的ランスからの酸化剤の流れ全体の１〜２０％である。作動流体の速度は、典型的には、公称のバーナパワーで１００ｍ／秒未満であるが、燃料および一次の酸化剤の速度は、それぞれ、公称のバーナパワーで、典型的には１００〜２００ｍ／秒および７５〜１５０ｍ／秒である。

酸化剤は、空気、工業的に純粋な酸素、または酸素リッチにされた空気であってもよいが、典型的には、酸化剤は、（体積で）少なくとも９０％の純度を有する工業的に純粋な酸素である。一次の酸化剤は、典型的には、第１の段階中、バーナの酸化剤の流量全体の７５〜１００％を構成し、第２の段階中、自己発火温度を超えるバーナの酸化剤の流量全体のたった０〜１０％（典型的には、８５０℃を上回る酸化剤の流量全体の０〜１０％）を構成する。一方、二次の酸化剤は、典型的には、公称のバーナパワーで７５〜２００ｍ／秒の速度を有し、第１の段階中、バーナの酸化剤の流量全体の０〜２５％を構成するが、第２の段階中、自己発火温度を超えた燃焼室温度で９０〜１００％程度を構成する（典型的には、８５０℃を上回る酸化剤の流量全体の９０〜１００％）。

作動流体は、酸化剤、空気、またはアルゴンなどの不活性ガス、またはリサイクルした燃料ガスのさらなる部分であってもよい。

動的ランスは、安定した炎の生成をやはり可能にする所望の任意の距離だけ燃料／酸化剤ノズルから離れていてもよいが、典型的には、各動的ランスの中心は、燃料／酸化剤ノズルの最も内側のチューブの内径の約６倍だけ燃料／酸化剤ノズルの中心から離れている。この距離は、普通は、二次の酸化剤と炉のガスとの間で十分な程度の混合をもたらす。

ジェットは非常に乱流であるので、ジェット拡散率（jet spread rate）はレイノルズ数Ｒｅの関数ではないと仮定することができる。したがって、ジェット直径は、式（１）のように書くことができる。

ただし、ｘはジェットの軸であり、ｒ1/2は、軸方向速度がその中央値の半分に落ち込んだところであるジェットの半径である。上記の式を用いて、２つのジェットが出会う距離を計算することができる。ジェットと周囲のガスとの間の密度差は、この計算には含まれていない。それでも、この計算は、第１の近似として適切であり得る。乱流のジェットが距離ｘ移動するとき、ジェットと閉じ込めた質量流量の比が示される式は、以下の式（ＩＩ）として記述することができる。

Ｍｏ：ジェットの質量流量、
Ｍｘ：ｘまでのエントレインメントの全体の質量流量、
ｄｏ：ジェット直径,
ρ1：周囲密度、および
ρo：ジェット密度
である。

７２ｍｍの値が、式（ＩＩ）中のｘに用いられる場合、Ｍx／Ｍoの値は４．７２である。これは、ジェットが有さなければならない希釈の最小量を表す。より高いバーナパワーについて同じ希釈を得るためには、ジェットは、より長い距離を移動しなければならない。バーナパワー２ＭＷの場合、ジェットは、６５０ｍｍを移動しなければならない。これは、８７ｍｍの燃料／酸化剤ノズルと二次のランスとの間の距離をもたらす。そのような距離によって、大きいことが望ましくないバーナのサイズになり得る。そのような大きいことが望ましくないバーナのサイズを減少させるために、動的ランスが、燃料噴射軸から離れるように（１５など）わずかな角度だけ向けられてもよい。この角度付けは、燃料／酸化剤ノズルと動的ランスとの間の距離を、ほとんど５０％の減少となるたった４５ｍｍまで減少させる。このようにして、燃料／酸化剤ノズルと動的ランスとの間の間隔を増加させることなく、２つの反応物質が出会う最小距離（例えば６５０ｍｍ）を保つことができる。当業者は、ジェットが所与のバーナパワーのために出会う所望の距離を実現するように適用されてもよいことが理解されよう。

図１Ａ〜図１Ｄに、本発明のプロセスの第１の実施形態を示す。図１Ａに最もよく示されるように、燃焼プロセスの第１の（例えば、加熱）段階中、燃料および酸化剤の包み込まれたジェットの一次のジェットＰＪ：primary jetは、バーナブロックＢから噴射される。酸化剤の全量が、一次のジェットＰＪ中で噴射される。図１Ｂに最もよく示されるように、第１の（例えば、加熱）段階から第２の（例えば、分散燃焼）段階へ移行中、一次の部分と二次の部分との間の酸化剤のステージングは、最初の噴射軸Ａ1に沿った動的なジェットＤＪ：dynamical jetとして二次の酸化剤の噴射を開始することによって始められる。一次のジェットＰＪのより暗い線は、それに対応してより明るい線を有する動的なジェットＤＪとして噴射される酸化剤全体の比較的より少ない割合に比べて酸化剤全体の比較的より大きい割合を示す。図１Ｃに最もよく示されるように、移行は、一次の酸化剤と二次の酸化剤との間の所望の程度のステージングまで続き、動的なジェットＤＪのより暗い線および一次のジェットＰＪの比較的より明るい線は、それぞれ、二次の酸化剤の流れおよび一次の酸化剤の流れとして噴射される酸化剤全体の中で比較的大きい割合および比較的小さい割合を示している。図１Ｄに最もよく示されるように、作動用ジェットの噴射が開始され、その結果、動的なジェットＤＪは、それぞれの軸Ａ１に沿って角度θを形成するそれぞれの軸Ａ２に沿って噴射される。一次の流れと二次の流れとの間の酸化剤のステージングと共に、一次のジェットＰＪの噴射軸から離れる二次の酸化剤の動的なジェットＤＪのこの角度付けによって、分散燃焼になる。図示されていないが、一次および二次の酸化剤として噴射される酸化剤の量は、減少させることができ、対応する量の酸化剤は、一方が燃料／酸化剤ノズルの上に配設され、一方が燃料／酸化剤ノズルの下に配設された２つの低速酸化剤ランスから比較的低い速度で噴射することができる。

図２Ａ〜図２Ｄに、本発明のプロセスの第２の実施形態を示す。図２Ａに最もよく示されるように、燃焼プロセスの第１の（例えば、加熱）段階中、燃料および酸化剤の包み込まれたジェットの一次のジェットＰＪは、燃料噴射軸Ｐ1に沿ってバーナブロックＢから噴射される。酸化剤の全量が、一次のジェットＰＪ中で噴射される。図２Ｂに最もよく示されるように、第１の（例えば、加熱）段階から第２の（例えば、分散燃焼）段階へ移行中、一次の部分と二次の部分との間の酸化剤のステージングは、最初の噴射軸Ａ1に沿った動的なジェットＤＪとして二次の酸化剤の噴射を開始することによって始められる。噴射軸Ａ１は、それぞれの初期角度α1だけ燃料噴射軸Ｐ１から角度付けられる。一次のジェットＰＪのより暗い線は、それに対応してより明るい線を有する動的なジェットＤＪとして噴射される酸化剤全体の比較的より少ない割合に比べて酸化剤全体の比較的より大きい割合を示す。図２Ｃに最もよく示されるように、移行は、一次の酸化剤と二次の酸化剤との間の所望の程度のステージングまで続き、動的なジェットＤＪのより暗い線および一次のジェットＰＪの比較的より明るい線は、それぞれ、二次の酸化剤の流れおよび一次の酸化剤の流れとして噴射される酸化剤全体の中で比較的大きい割合および比較的小さい割合を示している。図２Ｄに最もよく示されるように、作動用ジェットの噴射が開始され、その結果、動的なジェットＤＪは、燃料噴射軸Ｐ1に対してそれぞれの角度α2 を形成する（ただし、α2＞α1）それぞれの軸Ａ２に沿って噴射される。これは、一次の流れと二次の流れとの間の酸化剤のステージングと共に、一次のジェットＰＪの噴射軸から離れる動的なジェットＤＪのさらなる角度付けによって、分散燃焼になる。図示されていないが、一次および二次の酸化剤として噴射される酸化剤の量は、減少させることができ、対応する量の酸化剤は、一方が燃料／酸化剤ノズルの上に配設され、一方が燃料／酸化剤ノズルの下に配設された２つの低速酸化剤ランスから比較的低い速度で噴射することができる。

図３に最もよく示されるように、バーナＢの第１の実施形態は、内側チューブから燃料を噴射し、外側チューブから一次の酸化剤を噴射するチューブインチューブ型の燃料／酸化剤ノズルＦＯＮ：fuel/oxidant nozzleを含む。一対の動的ランスＤＬ：dynamical lancesは、燃料／酸化剤ノズルＦＯＮの両側に等しい間隔をおいて配置される。各動的ランスＤＬは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣ：secondary oxidant injection channelと、燃料／酸化剤ノズルＦＯＮのその反対側に隣接して延びる作動燃料噴射チャンネルとを含む。燃料および酸化剤のジェットに平行な二次の酸化剤のジェットを噴射させるように構成される動的ランスＤＬの場合、作動流体の噴射が開始される前に、動的ランスＤＬの中心と燃料／酸化剤ノズルの中心との間の距離Ｌは、典型的には、燃料／酸化剤ノズルＦＯＮの最も内側のチューブの直径の少なくとも約６倍である。上述のように、動的ランスＤＬが、作動流体の噴射が開始される前に燃料および一次の酸化剤のジェットから離れる角度で二次の酸化剤ジェットを噴射するように構成される場合、距離Ｌは、最も内側のチューブの直径の６倍よりも小さい値に減少させることができる。

図４に最もよく示すように、バーナＢの第２の実施形態は、それが一対の低速酸化剤ランスＬＳＯＬ：low speed oxidant lanceも含むことを除いて、図３の第１の実施形態のものと同一である。低速酸化剤ランスＬＳＯＬの１つは、燃料／酸化剤ノズルＦＯＮおよび動的ランスＤＬがある水平平面の上に配設され、１つは燃料／酸化剤ノズルＦＯＮおよび動的ランスＤＬがある水平平面の下に配設される。

図５Ａ〜図５Ｅには、本発明の方法およびバーナの使用に適した動的ランスＤＬのタイプの１つが示されている。動的ランスＤＬは、主ノズル本体ＭＢ：main nozzle bodyと、キャップＣＰとを含む。中央に配設された反応物質噴射チャンネルＳＯＩＣと、作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣ：actuating fluid injection channelとは、主ノズル本体ＭＢを通じて延びる。キャップＣＰは、燃焼空間に面する主ノズル本体ＭＢの端部を覆う。二次の酸化剤ＳＯ：secondary oxidantは、二次の酸化剤噴射チャンネルを通じて流れ、二次の酸化剤噴射チャンネルから噴射される。第１の（例えば、加熱）段階から第２の（例えば、分散燃焼）段階へ移行中、または第２の段階中、作動流体ＡＦは、作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣを通じて流れる。作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣは、動的ランスＤＬの前面から見えないとき、図５Ａおよび図５Ｂ中の破線で示される。

主ノズル本体ＭＢの（燃焼空間に面する）終端が、キャップＣＰで覆われ、そこに連結される。キャップＣＰは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの軸と並んだ末端開口ＴＯ：terminal openingを有する。二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣからの二次の酸化剤ＳＯの流れが、末端開口ＴＯを通じて動的ランスＤＬへ続くように、末端開口ＴＯは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの直径に適合するような大きさに概して作製される。キャップＣＰは、主本体ＭＢの終端に面する側に空洞Ｃを含む。

この空洞は、キャップＣＰの軸方向に（上流から下流へ）延びて、動的ランスＤＬの軸に垂直な平面内にある平坦面で終わる。図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｅ中の外壁ＯＷ：outer wallは、丸みのある三角形の突出部を有する概して円形形状であるような空洞を示すが、空洞は、空洞が末端開口ＴＯと作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣとの間に延びてそれの間に流体連通をもたらす限り、任意の形状を有してもよい。

図５Ａ〜図５Ｅを続けて参照すると、二次の酸化剤ＳＯが、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの末端端部を流れ出し、キャップＣＰ中の末端開口ＴＯへ流れる。作動流体ＡＦの流れが作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣから出るとき、空洞の平坦面は、それが、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣから噴射される二次の酸化剤ＳＯの流れにほぼ直角で交差するように、作動流体ＡＦの流れの方向を向け直す。作動流体ＡＦのジェットは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣから二次の酸化剤ＳＯのジェットに交差するので、二
次の酸化剤ＳＯの中央ジェットは、その元の流れの軸から離れると共に、燃料／酸化剤ノズルからの燃料噴射の軸から離れるように曲げられ／そらされ／角度が付けられるようになされる。曲げ／そらしの角度は、作動流体ＡＦの圧力を制御することによって制御可能である。

図６Ａ〜図６Ｂに、本発明の方法およびバーナの使用に適した動的ランスＤＬの別のタイプを示す。動的ランスＤＬは、主ノズル本体ＭＢと、キャップＣＰとを含む。二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣおよび作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣは、主ノズル本体ＭＢを通じて延びる。キャップＣＰは、燃焼空間に面する主ノズル本体ＭＢの端部を覆う。二次の酸化剤ＳＯは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣを通じて流れ、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣから噴射される。第１の（例えば、加熱）段階から第２の（例えば、分散燃焼）段階へ移行中、または第２の段階中、作動流体ＡＦは、作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣを通じて流れる。作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣは、動的ランスＤＬの前面から見えないとき、図６Ａ中の破線で示される。

主ノズル本体ＭＢの（燃焼室に面する）終端は、キャップＣＰで覆われ、キャップＣＰに連結される。キャップＣＰは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの軸に並んだ末端開口ＴＯを有する。二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣから二次の酸化剤ＳＯの流れが、末端開口ＴＯを通じて動的ランスＤＬへ続くように、末端開口ＴＯは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの直径に適合するような大きさに概して作製される。キャップＣＰは、内部を貫いて穴開けされた２つの穴Ｈも含み、それらの各穴は、それぞれの作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣの出口と末端開口ＴＯから離間配置されたキャップＣＰの末端面との間で流体連通する。穴Ｈは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの軸に向かってある角度で穴開けされるが、穴Ｈは、キャップＣＰの末端開口ＴＯに交差しない。したがって、二次の酸化剤ＳＯは、末端開口ＴＯを貫くジェットの形態で二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣの末端端部を流れ出、一方、作動流体ＡＦは、作動流体噴射チャンネルＡＦＩＣの出口から穴Ｈの中に流れ、二次の酸化剤ＳＯのジェットに対してある角度でジェットの形態でキャップＣＰから外へ出る。作動流体ＡＦのジェットは、それが動的ランスＤＬから出た後に、二次の酸化剤ＳＯのジェットに交差する。作動流体ＡＦのジェットは、二次の酸化剤噴射チャンネルＳＯＩＣからの二次の酸化剤ＳＯのジェットに交差するので、二次の酸化剤ＳＯの中央ジェットは、その元の流れの軸から離れると共に、燃料／酸化剤ノズルからの燃料噴射の軸から離れるように曲げられ／そらされ／角度が付けられるようになされる。曲げ／そらしの角度は、作動流体ＡＦの圧力を制御することによって制御可能である。

動的ランスの２つの実施形態を上述したが、ジェットを流体的に曲げ／そらす／角度付けるのに適した当業界で知られている他の技法を、本発明の方法におけるものと等しい効果で使用することができることを当業者は理解されよう。例えば、他の適切な技法には、米国特許出願公開第２０１０００６８６６６号に教示されたものがあり、その内容は、全体として本明細書に組み込まれる。

天然ガス燃焼器が、図４の実施形態に適合して構築され、炉の底部に装着され、２０ｋＷおよび２５ｋＷの電力で上記開示の方法に従って動作された。熱電対が、屋根（番号８）および床部（番号５）に隣接した位置で炉壁の近くに配置された。３つの追加の熱電対（高いものから低いものへの順に番号２、３および４） が、第１の２つの熱電対の間に１７．７５ｃｍの間隔で壁の近くで同様の位置に配置された。２つのさらなる熱電対が、合計７個に関して、壁（番号１）の近くに配置した最も高い熱電対、および壁（番号９）の近くに配置した２番目に高い熱電対の位置と同様の垂直位置にバーナの上に直接配置された。

分散燃焼条件下のバーナの動作中、各熱電対の位置の炉の温度は記録され、表Ｉにまとめた。表Ｉに見られるように、比較的良好な温度の均一性が観察された。加えて、バーナは、２０ｋＷで３０ｐｐｍ、および２５ｋＷで３６ｐｐｍのＮＯｘレベルをもたらしたに過ぎなかった。ＣＯレベルは、ゼロだった。低速ランスを利用したときは、炎が観察されなかった。

本発明を実施するための好適なプロセスおよび装置を説明した。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修正が上述の実施形態になされてもよいことが当業者には理解され、容易に明らかになろう。前述したものは、例示に過ぎず、その統合したプロセスおよび装置の他の実施形態は、添付の特許請求に範囲に定められた本発明の真の範囲から逸脱することなく用いられてもよい。

本発明を実施するための好適なプロセスおよび装置を説明した。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修正が上述の実施形態になされてもよいことが当業者には理解され、容易に明らかになろう。前述したものは、例示に過ぎず、その統合したプロセスおよび装置の他の実施形態は、添付の特許請求に範囲に定められた本発明の真の範囲から逸脱することなく用いられてもよい。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の記載事項をそのまま付記しておく。
［１］
分散燃焼を実行する方法であって、
バーナブロックに配設された燃料ノズルから燃料噴射軸に沿って炉の中に燃料を噴射するステップと、
一次の酸化剤ノズルから前記炉の中に酸化剤を噴射するステップであって、前記燃料ノズルおよび前記一次の酸化剤ノズルが、互いに同心に配設されている、酸化剤を噴射するステップと、
前記炉内で前記燃料および前記一次の酸化剤を燃焼させるステップと、
前記一次の酸化剤から噴射される酸化剤の量を減少させるステップと、
前記バーナブロックにおける前記燃料ノズルの両側に配設された第１および第２の動的ランスから前記炉の中に前記酸化剤の第１および第２のジェットを噴射させるステップと、
二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、前記燃料噴射軸から離れるように流体的に角度が付けられるように、酸化剤の第１および第２のジェットに対してそれぞれある角度で作動流体の前記第１および第２のジェットを噴射するステップと
を含む方法。
［２］
前記燃料がガスである、請求項１の方法。
［３］
前記燃料が、霧化した液体である、請求項１の方法。
［４］
前記燃料が粉状の固体である、請求項１の方法。
［５］
前記燃料が粉炭である、請求項４の方法。
［６］
前記粉炭が、流動化され、空気の搬送ガスまたはリサイクルした燃料ガスを用いて噴射される、請求項５の方法。
［７］
前記炉の中に噴射される前記燃料および前記酸化剤の量を増加させるステップと、
第１および第２の作動流体のジェットとして噴射される作動流体の量を減少させるステップであって、それによって二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、前記燃料噴射軸から離れるように流体的に角度が付けられる程度を減少させる、作動流体の量を減少させるステップと
をさらに含む、請求項１の方法。
［８］
それぞれ前記燃料ノズルの上下に配設される第１のおよび第２の低速酸化剤ランスから二次の酸化剤の追加の一部を噴射させるステップをさらに含み、
二次の酸化剤の前記追加の一部が、前記第１および第２の動的ランスからの速度よりも小さい速度で噴射される、請求項１の方法。
［９］
前記燃料および前記酸化剤の燃焼が、目に見えない炎を発生させる、請求項１の方法。
［１０］
前記作動流体の噴射が開始される前に、前記燃料および前記二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、互いに平行に噴射される、請求項１の方法。
［１１］
前記作動流体の噴射が開始される前に、二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、ある角度で前記燃料噴射軸から離れるように噴射され、
前記作動流体の噴射が開始された後、二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、より大きい角度で前記燃料噴射軸から離れるように噴射される
請求項１の方法。
［１２］
分散燃焼を実行するためのバーナであって、
燃焼空間から離れるように面するようになされている第１の面、および燃焼空間に向かって面するようになされている第２の面を有するバーナブロックと、
前記第１の面から前記第２の面へ延びる燃料／酸化剤ノズルであって、前記燃料／酸化剤ノズルが、外側チューブ内に同心で配設される内側チューブを備え、前記燃料／酸化剤ノズルが、燃料噴射軸に沿って炉の中に燃料および一次の酸化剤を噴射するようになされる、燃料／酸化剤ノズルと、
前記燃料／酸化剤ノズルから等間隔で配置され、前記第１の面から前記第２の面へ延びる第１および第２の動的ランスと
を備え、
前記第１の動的ランスの各々が、
前記第１の面に隣接した入口端部、および前記第２の面に面する末端端部を備える本体であって、二次の酸化剤噴射チャンネル、および作動流体噴射チャンネルが、前記バーナブロックの前記第１の面から本体の末端端部へ本体を通じて延び、前記作動流体噴射チャンネルが、前記燃料／酸化剤ノズルから離れるように前記二次の酸化剤噴射チャンネルの側部に配設される本体と、
前記本体の末端端部の上に配設されるキャップであって、キャップが、前記本体の末端端部に嵌め合うようになされている嵌め合う端部と、前記第２の面に隣接した末端端部とを有し、キャップが、前記外側チューブの内径に対応するようにサイズが作製され、二次の酸化剤のジェットが、前記二次の酸化剤噴射チャンネルから現れ、前記末端端部の開口から出て行くことを可能にするようになされるキャップの末端端部中の開口をさらに有し、キャップが、前記作動流体噴射チャンネルとキャップの末端端部との間に流体連通を行うよう構成され、作動流体のジェットが、前記燃料噴射軸から離れるように前記二次の酸化剤のジェットを角度付けるように、前記二次の酸化剤噴射チャンネルから二次の酸化剤のジェットに衝突することを可能にするようになされているキャップと
を備える、バーナ。
［１３］
前記キャップの各々が、それぞれの前記動流体噴射チャンネルとキャップの末端開口の間に流体連通する空洞をさらに備え、
前記二次の酸化剤が前記末端開口から出る前に、前記作動流体噴射チャンネル、二次の酸化剤噴射チャンネル、空洞、および末端開口が、前記作動流体のジェットが、前記二次の酸化剤のジェットに衝突するように構成および適合される、
請求項１２のバーナ。
［１４］
前記キャップの各々が、それぞれの前記作動流体噴射チャンネルと前記キャップの末端端部との間に延びる穴をさらに備え、
前記作動流体噴射チャンネル、二次の酸化剤噴射チャンネル、穴、および末端開口が、前記二次の酸化剤が前記末端開口から出た後に、前記作動流体のジェットが、前記二次の酸化剤のジェットに衝突するように構成および適合される、
請求項１２のバーナ。
［１５］
前記二次の酸化剤噴射チャンネルの各々が、前記燃料噴射軸に対してある角度を形成する軸に沿って延びる、請求項１２のバーナ。
［１６］
前記二次の酸化剤噴射チャンネルの各々が、前記燃料噴射軸に平行な軸に沿って延びる、請求項１２のバーナ。
［１７］
請求項１２の前記バーナと、前記燃料／酸化剤ノズルに流体連通する燃料源と、前記燃料／酸化剤ノズルおよび前記動的ランスに流体連通する酸化剤源とを備えるバーナシステム。
［１８］
前記燃料が燃料オイル油である、請求項１７のバーナ。
［１９］
前記燃料が、空気の搬送ガスまたはリサイクルした燃料ガスで流動化される粉炭である、請求項１７のバーナ。
［２０］
前記燃料が天然ガスである、請求項１７のバーナ。

Claims (20)

1. 分散燃焼を実行する方法であって、
   バーナブロックに配設された燃料ノズルから燃料噴射軸に沿って炉の中に燃料を噴射するステップと、
   一次の酸化剤ノズルから前記炉の中に酸化剤を噴射するステップであって、前記燃料ノズルおよび前記一次の酸化剤ノズルが、互いに同心に配設されている、酸化剤を噴射するステップと、
   前記炉内で前記燃料および前記一次の酸化剤を燃焼させるステップと、
   前記一次の酸化剤から噴射される酸化剤の量を減少させるステップと、
   前記バーナブロックにおける前記燃料ノズルの両側に配設された第１および第２の動的ランスから前記炉の中に前記酸化剤の第１および第２のジェットを噴射させるステップと、
   二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、前記燃料噴射軸から離れるように流体的に角度が付けられるように、酸化剤の第１および第２のジェットに対してそれぞれある角度で作動流体の前記第１および第２のジェットを噴射するステップと
   を含む方法。
2. 前記燃料がガスである、請求項１の方法。
3. 前記燃料が、霧化した液体である、請求項１の方法。
4. 前記燃料が粉状の固体である、請求項１の方法。
5. 前記燃料が粉炭である、請求項４の方法。
6. 前記粉炭が、流動化され、空気の搬送ガスまたはリサイクルした燃料ガスを用いて噴射される、請求項５の方法。
7. 前記炉の中に噴射される前記燃料および前記酸化剤の量を増加させるステップと、
   第１および第２の作動流体のジェットとして噴射される作動流体の量を減少させるステップであって、それによって二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、前記燃料噴射軸から離れるように流体的に角度が付けられる程度を減少させる、作動流体の量を減少させるステップと
   をさらに含む、請求項１の方法。
8. それぞれ前記燃料ノズルの上下に配設される第１のおよび第２の低速酸化剤ランスから二次の酸化剤の追加の一部を噴射させるステップをさらに含み、
   二次の酸化剤の前記追加の一部が、前記第１および第２の動的ランスからの速度よりも小さい速度で噴射される、請求項１の方法。
9. 前記燃料および前記酸化剤の燃焼が、目に見えない炎を発生させる、請求項１の方法。
10. 前記作動流体の噴射が開始される前に、前記燃料および前記二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、互いに平行に噴射される、請求項１の方法。
11. 前記作動流体の噴射が開始される前に、二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、ある角度で前記燃料噴射軸から離れるように噴射され、
    前記作動流体の噴射が開始された後、二次の酸化剤の前記第１および第２のジェットが、より大きい角度で前記燃料噴射軸から離れるように噴射される
    請求項１の方法。
12. 分散燃焼を実行するためのバーナであって、
    燃焼空間から離れるように面するようになされている第１の面、および燃焼空間に向かって面するようになされている第２の面を有するバーナブロックと、
    前記第１の面から前記第２の面へ延びる燃料／酸化剤ノズルであって、前記燃料／酸化剤ノズルが、外側チューブ内に同心で配設される内側チューブを備え、前記燃料／酸化剤ノズルが、燃料噴射軸に沿って炉の中に燃料および一次の酸化剤を噴射するようになされる、燃料／酸化剤ノズルと、
    前記燃料／酸化剤ノズルから等間隔で配置され、前記第１の面から前記第２の面へ延びる第１および第２の動的ランスと
    を備え、
    前記第１の動的ランスの各々が、
    前記第１の面に隣接した入口端部、および前記第２の面に面する末端端部を備える本体であって、二次の酸化剤噴射チャンネル、および作動流体噴射チャンネルが、前記バーナブロックの前記第１の面から本体の末端端部へ本体を通じて延び、前記作動流体噴射チャンネルが、前記燃料／酸化剤ノズルから離れるように前記二次の酸化剤噴射チャンネルの側部に配設される本体と、
    前記本体の末端端部の上に配設されるキャップであって、キャップが、前記本体の末端端部に嵌め合うようになされている嵌め合う端部と、前記第２の面に隣接した末端端部とを有し、キャップが、前記外側チューブの内径に対応するようにサイズが作製され、二次の酸化剤のジェットが、前記二次の酸化剤噴射チャンネルから現れ、前記末端端部の開口から出て行くことを可能にするようになされるキャップの末端端部中の開口をさらに有し、キャップが、前記作動流体噴射チャンネルとキャップの末端端部との間に流体連通を行うよう構成され、作動流体のジェットが、前記燃料噴射軸から離れるように前記二次の酸化剤のジェットを角度付けるように、前記二次の酸化剤噴射チャンネルから二次の酸化剤のジェットに衝突することを可能にするようになされているキャップと
    を備える、バーナ。
13. 前記キャップの各々が、それぞれの前記動流体噴射チャンネルとキャップの末端開口の間に流体連通する空洞をさらに備え、
    前記二次の酸化剤が前記末端開口から出る前に、前記作動流体噴射チャンネル、二次の酸化剤噴射チャンネル、空洞、および末端開口が、前記作動流体のジェットが、前記二次の酸化剤のジェットに衝突するように構成および適合される、
    請求項１２のバーナ。
14. 前記キャップの各々が、それぞれの前記作動流体噴射チャンネルと前記キャップの末端端部との間に延びる穴をさらに備え、
    前記作動流体噴射チャンネル、二次の酸化剤噴射チャンネル、穴、および末端開口が、前記二次の酸化剤が前記末端開口から出た後に、前記作動流体のジェットが、前記二次の酸化剤のジェットに衝突するように構成および適合される、
    請求項１２のバーナ。
15. 前記二次の酸化剤噴射チャンネルの各々が、前記燃料噴射軸に対してある角度を形成する軸に沿って延びる、請求項１２のバーナ。
16. 前記二次の酸化剤噴射チャンネルの各々が、前記燃料噴射軸に平行な軸に沿って延びる、請求項１２のバーナ。
17. 請求項１２の前記バーナと、前記燃料／酸化剤ノズルに流体連通する燃料源と、前記燃料／酸化剤ノズルおよび前記動的ランスに流体連通する酸化剤源とを備えるバーナシステム。
18. 前記燃料が燃料オイル油である、請求項１７のバーナ。
19. 前記燃料が、空気の搬送ガスまたはリサイクルした燃料ガスで流動化される粉炭である、請求項１７のバーナ。
20. 前記燃料が天然ガスである、請求項１７のバーナ。

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