JP2024507700A - 酸素燃料バーナ、点火及び炎制御システム、並びに点火及び炎を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 酸素燃料バーナ（１）及びその使用であって、酸素燃料バーナ（１）は、ハウジング（２）の下流端に長手方向に走る酸化剤供給チャネル（３）を画定するハウジング（２）と、同様にハウジングの長手方向に走る燃料供給チャネル（５）と、燃料供給チャネル（５）の内側で長手方向に走る酸化物注入器（４）と、酸化剤供給チャネル（３）の内側の点火及び炎制御電極（６）であって、点火及び炎制御電極（６）は、バーナ（１）をまず点火し、続いて炎制御を提供するように設計され、バーナの点火及び炎制御を自動的に制御するためのシステムに接続可能である、点火及び炎制御電極（６）を含む、酸素燃料バーナ（１）及びその使用。【選択図】図１

Description

本発明は、溶解炉のための酸素燃料バーナに関し、詳細にはミネラルウールの製造のための高炉に適切な酸素燃料バーナ及びその使用に関する。本発明は、そのようなバーナの点火及び炎制御を制御するためのシステム及び方法にも関する。

ミネラルウールの製造工程は、原材料溶解物（例えば玄武岩又はドロマイト）の獲得、次に前記溶解物から繊維への変質を含み、次いで典型的には繊維からミネラルウールシートが形成される。溶解物は、特定の高炉（キューポラ炉）内で原材料を溶解することによって獲得される。コークスは高炉用の燃料として使用され、前記コークスは、充填材料と混合され、炉の中に装填される。空気中に存在する酸素は、燃焼工程に必要な酸化剤として作用し、前記酸素は、炉の側壁に置かれた羽口を通って供給される。

コークスの価格は比較的高い。その上、特定の地理領域は原料炭の堆積に接近できず、又は地元のコークスは、常に必要な品質であるとは限らず、これにより、ミネラルウール製造業者は外国からコークスを購入することを強いられる。その場合、この型の燃料に発生する費用は、ミネラルウールを製造するために必要な費用のかなりの割合を占める。

キューポラ炉を使用するミネラルウールの製造に関連する費用を低減する公知の方法の１つは、炉に供給した気流内の酸素含有量を増加すること、すなわち酸素増感技術である。前記技術は、炉に供給された主要気流の中、又は各羽口の中に直接のいずれかの酸素の供給に関与し、具体的には原材料の溶解が起きる速度を高め、コークスの消費及び排気ガスの容積を低減することが可能になる。酸素増感技術は、例えば文献１、１９９８年にＣＲＣ ＰｒｅｓｓからＣｈａｒｌｅｓ Ｅ．Ｂａｕｋａｌ，Ｊｒ．によって編集された「Ｏｘｙｇｅｎ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ」に記載されている。

しかし前記技術が使用される時に、ミネラルウールを製造する工程で使用される主要燃料は依然として高額のコークスである。

コークスの消費を低減するために使用する別の解決策は、前記コークスを天然ガスなどのより安価の燃料と部分的に交換することに関与する。鋳鉄の生産に使用する熱風キューポラ炉では、１つの技術が、こうして首尾よく使用され、それによって「天然ガス酸素」ガス酸素バーナは、コークスの燃焼の結果として獲得したエネルギーの割合を、天然ガスと酸素の混合物の燃焼から生じたエネルギーと交換するために、羽口の中に直接又は前記羽口の上に嵌合される。一般的に言えば、そのようなアプローチは、コークスの消費を最高１０％まで低減し、排気ガス内の水素の溶解速度及び百分率を増加させる。同時に羽口の上にバーナを嵌合することは、炉の複雑な再設計を必要とする。

鉄溶解炉の壁内に嵌合することができるガス酸素バーナの設計は、例えば文献２、２０００年７月１８日に公開された米国特許第６０８９８５８号明細書から公知である。このようなバーナは、上流端及び下流端を有し、長手方向に走り、バーナの下流端に走り、下流端で酸化剤出口ポートの中に開く酸化剤供給チャネルを画定するハウジングと、前記長手方向に走り、酸化剤供給チャネルの内側に置かれる複数の燃料供給チャネルであって、各燃料供給チャネルは、バーナの下流端で開く、複数の燃料供給チャネルとを含む。

しかし前記文献は、高炉、詳細にはミネラルウールを製造用の高炉内でそのようなバーナを使用する可能性に関する情報は含まれていない。

別の同様の解決策は、文献３、２０１０年７月２９日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１８６５５２号明細書に記載されており、原料の溶解用の高炉、詳細にはキューポラ炉に関する。炉は固形燃料の燃焼を使用して加熱され、２１％の酸素を含有する注入ガスが炉に追加として供給される。炉は、少なくとも１つのバーナによっても加熱され、気体又は液体燃料及び気体酸化剤がバーナに供給される。上記の参考文献は、鋳鉄の生産用の炉に関するが、前記文献は、ミネラルウールの製造用の炉に追加としてそれに開示された技術的解決策を使用する可能性を述べている。従って示された文献は、コークスの燃焼の結果として獲得したエネルギーの割合を、より安価の燃料の燃焼から生じたエネルギーと交換するために、酸素増感技術と酸素燃料バーナの使用の組合せを表す解決策を提案している。しかし前記文献は、炉の羽口が酸素注入器又は酸素燃料バーナのいずれかを交互に具備することを提案しており、これは記載したデバイスの一方又は他方を羽口に具備するために、複雑な作業を実行する必要があるはずである。

更に炉が具備できるバーナ／注入器の総数は、炉の羽口の半数を表し、それによってバーナ／注入器の数が羽口の数に等しいはずである炉の使用と比べると、生産工程の柔軟性が低減する。

前述の文献は、バーナが自動点火及び炎制御デバイスを具備することについてのいかなる情報も含有しないことも注目に値し、それらを含むことは、高炉の効率を増すことを可能にするはずであり、高炉の安全作動を確保する上で重要である。

バーナの自動点火及び炎制御に使用するデバイスは、それら自体が先行技術から公知である。そのようなデバイスは、例えば文献４、（２０２０年１１月１２日にアクセスしたような）「Ｐｒｉｂｏｒｙ ｋｏｎｔｒｏｌｙａ ｐｌａｍｅｎｉ ｉ ｕｐｒａｖｌｅｎｉｙａ ｒｏｚｚｈｉｇｏｍ」／／ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｐｒｏｍａｖ．ｒｕ／ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ／ｐｒｉｂｏｒｙ－ｋｏｎｔｒｏｌｙａ－ｐｌａｍｅｎｉ－ｉ－ｕｐｒａｖｌｅｎｉｅ－ｒｏｚｚｈｉｇｏｍ／に記載されている。

同時に、固形燃料の節約を増加させ、最終製品の品質を向上させ、溶解炉、特にミネラルウールを製造するために使用する高炉の処理機能、費用対効果、環境適合性、及び安全性を向上させる一方で、最終製品の高品質を維持するように、溶解炉における酸素燃料バーナ及び酸素増感を使用する利点を人件費の低減と組み合わせる技術を更に開発する必要がある。

前述に基づいて、本発明は、酸素燃料バーナ及び酸素増感を使用する利点を人件費の低減と組み合わせることにより、固形燃料の節約を増加させ、最終製品の品質を向上させ、高炉の作動制御工程、特にミネラルウールの製造に使用する炉の処理機能、可撓性、環境適合性、及び安全性を向上させることを可能にする、技法的解決策を生成することに焦点を当てている。

前記技術的問題を解決するために、本発明の一態様によれば、酸素燃料バーナが提案され、前記バーナは、溶解炉の壁内に収納する（すなわち、適切であり又は適合される）機能を備えて設計され、
ハウジングであって、ハウジングは、ハウジングの上流端から下流端に、長手方向に走る酸化剤供給チャネルを画定し、ハウジングの下流端に出口ポート（すなわち酸化剤出口ポート）を備える、ハウジングと、
ハウジングの長手方向に走る燃料供給チャネルであって、燃料供給チャネルの出口ポート（すなわち燃料出口ポート）は、ハウジングの下流端に置かれる、燃料供給チャネルと、
燃料供給チャネルの内側で長手方向に走る酸化物注入器であって、酸化物注入器の出口ポート（すなわち酸化物出口ポート）は、ハウジングの下流端に置かれる、酸化物注入器と、酸化剤供給チャネルの内側を走り、まずバーナを点火し、続いて炎制御を提供する機能を備えて設計される点火及び炎制御電極であって、前記点火及び炎制御電極は、バーナの点火及び炎制御を自動的に制御するためのシステムに接続される機能を備えて設計される、点火及び炎制御とを含む。

提案された酸素燃料バーナは、溶解炉の羽口のそれぞれの中に嵌合することができる。各バーナが酸化物注入器を含有する限り、炉の中に嵌合されたバーナ及び酸化物注入器の数は、ミネラルウールの製造工程が制御される可撓性を増加し、炉の周囲の熱エネルギーの更に多い分配を獲得することが可能になる、炉の羽口がバーナと注入器を交互に具備することによる解決策と比べると、バーナ及び酸化物注入器の数の２倍を超す。更に、同じ型のバーナを具備した炉に関する作業を実行するのに費やす時間は、異なるデバイス、すなわちバーナと注入器を具備した炉に必要な時間より少ない。

更に酸化物注入器がバーナの内側に嵌合するという事実は、酸素燃料バーナがバーナの炎の脈動を変えることができるので、熱エネルギーは、溶解物の中心に伝達され、原料が溶解している間に高品質の最終製品を獲得するために不可欠な溶解物の領域全体を横切る温度の均一を確実にする。

自動点火及び炎制御デバイスの存在により、全体としてバーナ及び炉の安全レベルを高めることが可能になる。点火及び炎制御の自動デバイスを具備しない酸素燃料バーナの作動中、「フレームアウト」が起きることがある、すなわち燃焼せずに燃料及び酸化剤／酸化物を注入することがあり、これは緊急事態及び機器の損傷を生じることがある。

点火及び炎制御の自動デバイスを使用することにより、前記現象を除去することが可能になる。本発明者らによって実行された試験の結果に基づいて、天然ガスが燃料として使用された場合、本発明による高炉内の点火及び炎制御の自動デバイスを使用することにより、従来の燃料（例えばコークス）の３０％を天然ガスと交換することができ、炉の処理能力機能を１０％だけ増加することが発見された。従って本発明によれば、高炉にバーナを具備することにより、高額のコークスの実質的な割合を別のより安価な型の燃料と交換することが可能になる。

更に本発明によるバーナの使用により、炉の作動中に有害排出物の量を低減することが可能になる。

本発明の実施形態によれば、点火及び炎制御電極はイオン化電極である。

本発明の実施形態によれば、酸化物注入器は、亜音速で酸化物を供給する機能を備えて設計される。

本発明の実施形態によれば、酸化物注入器は、超音速で酸化物を供給する機能を備えて設計される。

本発明の実施形態によれば、酸化物注入器は、ラバールノズルを具備する。

本概念では、用語「酸化物」及び「酸化剤」は、どちらも燃焼酸化物、例えば空気、酸素富化空気、又は酸素などを指す。用語「酸化剤」は、バーナ・ハウジングによって画定された酸化剤供給チャネルを用いて供給される燃焼酸化物に使用される。用語「酸化物」は、ハウジングの長手方向に燃料供給チャネル内で延在する、酸化物注入器を用いて供給される燃焼酸化物に使用される。

本発明の好ましい実施形態によれば、酸化物注入器を通って導入された酸化物内の酸素の濃度は、酸化剤供給チャネルを通って導入された酸化剤内の酸素の濃度より高い。

本発明の実施形態によれば、燃料は天然ガスである。

本発明の実施形態によれば、バーナは、点火及び炎制御電極からバーナの横方向に３～４ｍｍの距離に位置付けられた接地電極を含有し、接地電極並びに点火及び炎制御電極の下流先端は、バーナのハウジングの下流先端から等距離に位置付けられる。

本発明の実施形態によれば、酸化物注入器の下流先端からバーナのハウジングの下流先端までの距離は、酸化物注入器の外径ｄに等しい一方で、点火及び炎制御電極の下流先端からバーナのハウジングの下流先端までの距離は、０．５ｄに等しい。

本発明の実施形態によれば、酸素燃料バーナは、溶解炉の壁内に置かれた羽口の中に嵌合される機能を備えて設計され、バーナのハウジングの下流先端から羽口の下流先端までの距離は、２Ｄ～３Ｄであり、但し、Ｄは羽口の内径である。

本発明の実施形態によれば、酸素燃料バーナは、２５０～６５０℃の温度で７００～１，２００ｍ^３／ｈｒの送風供給流量を有する羽口の中に嵌合する機能を備えて設計される。

本発明の別の態様によれば、上述した酸素燃料バーナの点火及び炎制御を制御するためのシステムが提案される。前記システムは、点火デバイスと、燃焼信号デバイスと、燃料、酸化剤／酸化物及び計器用空気の流れを調節し、燃料、酸化剤／酸化物及び計器用空気をバーナに供給する、ガス酸素ユニットに接続する機能を備えて設計された締切弁ユニットと、ガス酸素ユニット、点火デバイス、燃焼信号デバイス及び締切弁ユニットと連通する機能を備えて設計された制御ユニットとを含む。

本発明の実施形態によれば、点火デバイスは高圧変圧器源である。

本発明の第３の態様によれば、上述したシステムを使用して、溶解炉内に嵌合された酸素燃料バーナの点火及び炎制御を制御するための方法が提案され、方法は、以下のステップ、すなわち
ガス酸素ユニットのスイッチがオンになっていることを確認する信号を受信するステップと、
作動させるために必要なバーナの数が決定されるステップと、
締切弁ユニット内の締切弁は、燃料及び酸化剤／酸化物を選択されたバーナに供給するために開くステップと、
選択されたバーナの火花点火のスイッチをオンにするステップと、
火花点火のスイッチをオフにするステップと、
バーナ内の炎は、監視工程中に監視されるステップを含み、
各バーナ内の炎の存在が決定され、炎が全てのバーナ内に存在することが見出された時に、
作動は続けられるが、１つ又は複数のバーナ内に炎がないことを見出された場合、火花点火は、対応するバーナのスイッチをオンにし、
バーナの点火の試みに失敗した数の集計が持続され、前記数が特定値より大きい場合、ガス及び酸化剤／酸化物の関連したバーナへの供給は停止される。

本発明の実施形態によれば、バーナの点火の試みに失敗した数の特定値は、５に等しい。

次に添付図面を参照して本発明についてより詳細に記載する。

図１は、本発明による溶解炉用のバーナの長手方向部の概略形を示す。 図２は、本発明による酸素燃料バーナの点火及び炎制御を制御するためのシステムの機能ブロック図を示す。

図１は、本発明の第１の態様による酸素燃料バーナ１の長手方向部の概略形を示す。

酸素燃料バーナ１は、溶解炉、特にミネラルウールを製造するための高炉の羽口の中に嵌合するように設計される。

バーナ１は、上流端及び下流端を有し、バーナの長手方向に走るハウジング２を含む。

本発明による酸素燃料バーナ１の設計は、酸化剤を供給するための２つのチャネル、すなわち酸化剤供給チャネル３及び酸化物注入器４によって形成されたチャネルを組み込む。酸化剤供給チャネル３は円筒形状であり、バーナのハウジング２によって形成され、バーナの上流端から下流端に走り、ハウジングの下流先端で酸化剤出口ポートの中に開く。

酸素燃料バーナ１は、酸化剤供給チャネル３の内側に示された長手方向に走る燃料供給チャネル５も含む。

バーナに使用する燃料は、あらゆる適切な液体又は気体の炭化水素燃料、例えば天然ガスであることが可能である。

本発明によれば、酸化物注入器４は、燃料供給チャネル５の内側で長手方向に走り、ハウジングの下流端に置かれた出口ポートを有する。

点火及び炎制御電極６は、酸化剤供給チャネル３の内側に置かれ、前記電極は、バーナ１をまず点火し、続いて炎の制御のために使用される。

この電極は、例えばイオン化電極であることが可能である。

上述した点火及び炎制御電極は、バーナの点火及び炎制御を自動的に制御するためのシステムに接続される機能を備えて設計され、そのシステムは以下に記載される。

酸化物注入器４は、亜音速又は超音速で酸化物を供給する機能を備えて設計され、ラバールノズルを具備することができる。

バーナは、好ましくは点火及び炎制御電極６からバーナの横方向に３～４ｍｍの距離に位置付けられた、接地電極（図に示されていない）も含むことができ、接地電極並びに点火及び炎制御電極６の下流先端は、バーナのハウジング２の下流先端から等距離に位置付けられる。その上、酸化物注入器４の下流先端からバーナのハウジング２の下流先端までの距離Ｌ１は、好ましくは酸化物注入器４の外径に等しい一方で、点火及び炎制御電極６の下流先端からバーナのハウジング２の下流先端までの距離Ｌ２は、０．５ｄに等しい。示された距離のそのような値は、バーナの信頼できる点火を確実にし、点火が起きない見込みを低減するために必要である。

提案された酸素燃料バーナ１の構成要素は、バーナを製造するための技術のこの分野で従来使用され、耐熱の必要レベルを確実にする材料から製造される。バーナ１は、（冷却剤として空気、水又は別の媒体を使用する）あらゆる型の冷却システムを有することができる。しかし冷却システムの寸法は、バーナ１の直径が必要な限度を超えて増加しないことが重要である。一般的に言うと、酸素燃料バーナ１の外径は、バーナが嵌合される羽口（図に示されていない）の直径の３分の１を超えてはならない。

更にバーナのハウジング２の下流先端は、好ましくは羽口の下流先端から２Ｄ～３Ｄの距離で適合され、但し、Ｄは羽口の内径である。示された距離は、デバイスの作動に不良がないことを確保するために選択される。バーナがより短い距離に位置付けられる、すなわち溶解帯域に近過ぎる場合、溶解物がバーナの中に進入する危険がある一方で、バーナを溶解帯域から離し過ぎて位置付けると、完全には加熱されず、作動帯域内で羽口が過熱される。好ましくは送風が、２５０～６５０℃の温度で７００～１，２００ｍ^３／ｈｒの流量で羽口に供給される。示された送風パラメータは、溶解炉内で原材料を溶解するために本発明で使用される生産工程の特定の特性により、詳細には酸素内の天然ガスを燃焼させる工程を、溶解炉の特定の設計特性によって指定される。

酸素燃料バーナ１の設計により、バーナが４つの異なる作動モードで作動することができる。

第１の作動モードでは、酸化物注入器４を通って供給される酸化物はない。バーナの酸化剤供給チャネル３及び燃料供給チャネル５のみが作動する。

第２の作動モードでは、特定量の酸化物が亜音速で酸化物注入器４を通って供給され、残量の酸素は、酸化剤供給チャネル３を通って供給される酸化剤を介して供給される。

第３の作動モードでは、酸素の大部分が酸化剤として供給され、酸化剤は酸化剤供給チャネル３を通過する一方で、酸素の少ない部分が酸化物を介して供給され、酸化物は亜音速で酸化物注入器４を通して供給される。

第４の作動モードでは、酸化物は、炉内に存在する溶融物に酸化物を最大限浸透させるために、酸化物注入器４を通して超音速で供給される。

本発明による酸素燃料バーナ１は、溶解炉の羽口の中に嵌合するように設計される。このような酸素燃料バーナ１を具備した炉は、原材料の溶解に必要な２つのエネルギー源を有する。エネルギーの一部は、固形燃料（コークス）の燃焼の結果として獲得される一方で、他方の部分は、液体又は気体燃料と酸化剤／酸化物に存在する酸素の混合物の燃焼から生じるエネルギーである。

２つのエネルギー源の間のエネルギーの分配、並びに各羽口におけるバーナを用いて獲得されたエネルギーの量を制御することにより、処理能力を高め、高炉の作動可撓性及び作動安全性を確保することが可能になる。

圧力センサは、炉の各羽口内に嵌合することができる。そのような圧力センサは、例えばバーナの上流で羽口の前方帯域内に嵌合することができる。センサの位置付けは、センサが以下に記載される機能を行うことができるのであれば、炉の設計に依存して変えることができる。個々のバーナへの燃料の流れ全体の分配の制御は、バーナが嵌合される羽口内の気圧を調整することによって行うことができる。こうしてバーナの上流領域を遮断する固体材料によって目詰まりが生じた場合、センサは圧力の低下を登録し、バーナの電力は、固体材料を溶解し、遮断を除去するために高くされる。

例えば万一目詰まりが羽口の上流に起きた場合、炎の脈動を増加させ、熱が炉の中心を確実に貫くために、酸素の総量の１／１０～１／３が前述の酸化物注入器４を通って供給されることが可能である。事実、酸化物注入器４は酸化物ランスとして作用する。

更にバーナの燃料供給チャネル５の中への燃料の供給は、溶解温度及び炉の内側の温度、排気ガスの温度、又は冷却ループ内の水温などのパラメータを使用して制御することができる。

バーナの総温度出力は、燃料の流れ、酸化剤供給チャネル３を通って供給された酸化剤の流れ、及び酸化物注入器４を通る酸化物の流れを調節することにより、同様に作動バーナの数を調節することにより調節することができる。

バーナ１によって発生された総温度出力は、全バーナ１の間に等しく分配することができる。更に最も効率的な炎を炉の中に貫通させ続けるために、一部のバーナ１のスイッチをオフにすることができる。

溶解物への均一な熱伝達を確実にするために、バーナのスイッチをオンにする順番及び前記バーナの出力を制御することは、適切なプログラムを使用して行うことができる。

充填材料の成分、コークスの品質及び液体又は気体燃料の量、並びに酸化剤／酸化物内の酸素の量及び濃度は、蒸気の量及び排気ガスの全成分に影響を及ぼす。一酸化炭素及び水素の濃度が増加すると、後燃焼及び炉の出口の過熱を招く。前記欠陥を緩和するために、バーナの炎は、燃料及び酸化剤／酸化物の供給を調整することによって増減される。

本発明は、溶解工程及び煙の成分を大きく変えることなく、コークスの燃焼から獲得したエネルギーの３０％超を、別の燃料の燃焼から獲得したエネルギーと交換することを可能にする。

酸素燃料バーナの点火及び炎制御を制御することは、その中で原材料、詳細にはミネラルウールを製造するための原材料の溶解物が生産される炉の各羽口内に嵌合される、酸素燃料バーナ１の点火及び炎制御を制御するためのシステムを用いて実行される。前述のシステムの機能ブロック図が図２に示されている。

前述のシステムは、点火デバイス（ＩＤ）と、燃焼信号デバイス（ＣＳＤ）と、制御ユニット（ＣＵ）と、特定の圧力、流れ及び一方ガスの他方のガスに対する割合で、燃料、酸化剤／酸化物及び計器用空気をバーナに供給するために、燃料、酸化剤／酸化物及び計器用空気の流れを自動的又は半自動的調節させるように設計された、ガス酸素ユニット（ＧＯＵ）に接続する機能を有する締切弁ユニット（ＣＶＵ）とを組み込む。

ガス酸素ユニットは、枠に嵌合された燃料パイプ、気体酸化剤パイプ、及び計器用空気パイプ、並びにパイプに直列に嵌合された燃料及び酸化剤調整弁を組み込む技術デバイス及びパイプ継手を含む。

燃料パイプ及び気体酸化剤パイプの出口は、締切弁ユニットを介してバーナ１の対応する弁に、詳細には燃料チャネル５及び酸化剤供給チャネル３に接続される。

ガス酸素ユニットの燃料パイプ入口は、燃料源に接続される。気体酸素パイプ入口は、空気送風機などの酸化剤源に接続される。

酸化物注入器４に酸化物を供給するパイプの入口は、別個の酸化剤源（ＳＯＡ）に、例えば酸素含量が２１％を超える空気源に接続される。

点火デバイスは、高圧変圧器源であってもよく、その設計は、それ自体が公知である。

ＮＰＰ Ｐｒｏｍａ製のＬＵＣｈ－ＫＥ炎センサは、例えば燃焼信号デバイスとして使用することができる。

制御ユニットは、ガス酸素ユニット、締切弁ユニット及び点火デバイスに制御信号を送信し、燃焼信号デバイス及びガス酸素ユニットから信号を受信する機能を備えて設計された、プログラマブル・ロジック・コントローラを組み込む。制御ユニットは、酸化物注入器４への酸化物の供給も制御する。

制御ユニットは、各々のバーナを制御し、炉内に嵌合された全てのバーナの全作動を調和させる。

溶解炉内に嵌合された各バーナは、上に記載された点火及び炎制御システムを具備する。

点火及び炎制御システムを使用して、溶解炉内に嵌合されたバーナの点火及び炎制御を制御することは、次のアルゴリズムに従って実行される。

システムの始動は、一旦ガス酸素ユニットのスイッチがオンになっていることを確認する信号を受信すると実行される。一旦そのような信号を受信すると、炉の羽口内に嵌合された全てのバーナの、活性化に必要なバーナの数が決定され、締切弁ユニット内のそれぞれのバーナの締切弁は、燃料及び酸化剤／酸化物を選択されたバーナに供給するために開く。

その後、選択されたバーナの火花点火のスイッチはオンにされる。これを達成するために、制御ユニットは、点火のスイッチをオンにするために、選択されたバーナの点火デバイスに信号を送信し、その信号を受信後、点火デバイスは、点火及び炎制御電極とバーナのハウジングとの間に火花を誘発し、それによって燃料空気混合物が燃焼する。例えば高圧源及びイオン化電極を使用する火花点火の原理は広く公知であり、本出願で詳細には考察しない。

例えばその持続時間が約３秒であることが可能な特定の時間の後、火花点火のスイッチをオフにし、炎が制御される。

炎制御は、バーナのイオン化電極も使用して実行される。イオン化電極を使用して炎を制御する原理も、当業者には公知である。

イオン化電極からの信号は、燃焼信号デバイスによって受信され、燃焼信号デバイスは次いでユニットに信号を発し、ユニットは点火及び締切弁ユニットを制御する。

各バーナ内の炎は、炎制御工程の一部として監視される。炎が全てのバーナ内に存在していることが発見された場合、作動は続けられる。

炎がバーナのいずれか１つにない場合、バーナの締切弁は、一時的に閉じ、次いで締切弁は再開し、対応する信号をこのバーナの点火デバイスに送信することによって、このバーナの火花点火のスイッチをオンにする。

前記方法を実施するコースでは、各バーナを点火する試みの失敗の集計が持続され、失敗した試みの数が特定値を超える場合、ガス及び酸化剤／酸化物の供給は、制御デバイスによって締切弁に送信された信号に応答して、締切弁を閉じることによって停止される。

失敗した試みの数は、例えば５に等しくてもよい。

従って本発明によって供給された技法の解決策は、酸素燃料バーナ及び酸素増感を使用する利点を人件費の低減と組み合わせることにより、固形燃料の節約を増加させ、最終製品の品質、処理能力、可撓性、環境適合性、及び高炉、特にミネラルウールの製造に使用する炉の作動を制御するための工程の安全性を向上させることが可能になる。

略語の凡例
ＣＵ 制御ユニット（Ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）
ＣＳＤ 燃焼信号デバイス（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ－ｓｉｇｎａｌｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）
ＩＤ 点火デバイス（Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）
ＳＯＡ 酸化剤源（Ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ）
ＣＶＵ 締切弁ユニット（Ｃｕｔ－ｏｆｆ ｖａｌｖｅｓ ｕｎｉｔ）
ＧＯＵ ガス酸素ユニット（Ｇａｓ－ｏｘｙｇｅｎ ｕｎｉｔ）

Claims (15)

1. 溶解炉の壁内に収容するように適合された酸素燃料バーナ（１）であって、
   ハウジング（２）であって、前記ハウジング（２）は、前記ハウジング（２）の上流端から下流端に、長手方向に走り、前記ハウジング（２）の前記下流端に酸化剤出口ポートを有する、酸化剤供給チャネル（３）を画定する、ハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）の前記長手方向に延在し、前記ハウジング（２）の前記下流端に置かれた燃料出口ポートを有する、燃料供給チャネル（５）と、
   前記燃料供給チャネル（５）の内側で前記長手方向に延在し、前記ハウジング（２）の前記下流端に置かれた酸化物出口ポートを有する、酸化物注入器（４）と、
   前記酸化剤供給チャネル（３）の内側に延在し、前記バーナ（１）をまず点火し、続いてバーナの炎制御を提供するように適合される、点火及び炎制御電極（６）であって、前記点火及び炎制御電極（６）は、バーナの前記点火及び炎制御を自動的に制御するためのシステムに接続するように適合される、点火及び炎制御電極（６）を含む、酸素燃料バーナ（１）。
2. 前記点火及び炎制御電極（６）はイオン化電極である、請求項１に記載の酸素燃料バーナ（１）。
3. 前記酸化物注入器（４）は、亜音速で酸化物を供給するように適合される、請求項１又は２に記載の酸素燃料バーナ（１）。
4. 前記酸化物注入器は、超音速で酸化物を供給するように適合される、請求項１又は２に記載の酸素燃料バーナ（１）。
5. 前記酸化物注入器（４）は、ラバールノズルを具備する、請求項４に記載の酸素燃料バーナ。
6. 前記酸化物注入器（４）を通って導入された前記酸化物内の酸素の濃度は、前記酸化剤供給チャネル（３）を通って導入された前記酸化剤内の酸素の濃度より高い、請求項１～５のいずれか一項に記載の酸素燃料バーナ。
7. 前記燃料は天然ガスである、請求項１～６のいずれか一項に記載の酸素燃料バーナ。
8. 前記バーナは、前記点火及び炎制御電極（６）から横方向に３～４ｍｍの距離に位置付けられた接地電極を含有し、前記接地電極並びに前記点火及び炎制御電極（６）の下流先端は、前記バーナの前記ハウジング（２）の前記下流先端から等距離に位置付けられる、請求項１～７のいずれか一項に記載の酸素燃料バーナ。
9. 前記酸素注入器（４）の前記下流先端から前記バーナの前記ハウジング（２）の前記下流先端までの距離（Ｌ１）は、前記酸化物注入器（４）の外径（ｄ）に等しい一方で、前記点火及び炎制御電極（６）の前記下流先端から前記バーナの前記ハウジング（２）の前記下流先端までの距離（Ｌ２）は、０．５ｄに等しい、請求項１～８のいずれか一項に記載の酸素燃料バーナ。
10. 溶解炉の壁に置かれた羽口の中に嵌合するように適合され、前記バーナの前記ハウジング（２）の前記下流先端から前記羽口の前記下流先端までの距離は、２Ｄ～３Ｄであり、但し、Ｄは前記羽口の内径である、請求項１～９のいずれか一項に記載の酸素燃料バーナ。
11. ２５０～６５０℃の温度で７００～１，２００ｍ^３／ｈｒの送風供給流量を有する羽口の中に嵌合するように適合される、請求項１０に記載の酸素燃料バーナ。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の前記酸素燃料バーナの前記点火及び炎制御を自動的に制御するためのシステムであって、点火デバイスと、燃焼信号デバイスと、燃料、酸化剤、酸化物及び計器用空気の流れを調節し、前記燃料、酸化剤、酸化物及び計器用空気を前記バーナに供給する、ガス酸素ユニットに接続する機能を備えて設計された締切弁ユニットと、前記ガス酸素ユニット、前記点火デバイス、前記燃焼信号デバイス、及び前記締切弁ユニットと連通する機能を備えて設計された制御ユニットとを含む、システム。
13. 前記点火デバイスは高圧変圧器源である、請求項１２に記載のシステム。
14. 請求項１２又は１３に記載の前記システムを使用して、溶解炉内に嵌合された酸素燃料バーナの前記点火及び炎制御を制御するための方法であって、以下のステップ、すなわち
    前記ガス酸素ユニットのスイッチがオンになっていることを確認する信号を受信するステップと、
    作動させるために必要なバーナの数が決定されるステップと、
    前記締切弁ユニット内の締切弁は、燃料酸化剤及び酸化物を前記選択されたバーナに供給するために開くステップと、
    前記選択されたバーナの火花点火のスイッチをオンにするステップと、
    火花点火のスイッチをオフにするステップと、
    前記バーナ内の前記炎は、監視工程中に監視されるステップを含み、
    各バーナ内の炎の存在が決定され、炎が全ての前記バーナ内に存在することが見出された時に、作動は続けられるが、１つ又は複数の前記バーナ内に炎がないことを見出された場合、火花点火は、前記対応するバーナのスイッチをオンにし、
    前記バーナの点火の試みに失敗した数の集計は持続され、前記数が特定値より大きい場合、ガス、酸化剤及び酸化物の前記対応するバーナ（１）への供給は停止される、方法。
15. 前記バーナ（１）の点火の試みに失敗した数の前記特定値は、５に等しい、請求項１４に記載の方法。