JP2608598B2 - 蓄熱バーナにおけるＮＯｘの生成を抑制する方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的にいえば、炉を加熱するために蓄熱
型式のバーナに関し、より詳細には最終燃焼排出物中で
NOxの生成が最少である蓄熱バーナに関する。

〔従来技術〕

炉のための蓄熱型式のバーナは当該分野において種々
の型式と構造のものが良く知られているが、これらには
共通の特徴があり、排気ガスとしての高温燃焼排出物か
ら熱を引き出して蓄熱するための流入する燃焼空気を予
熱する熱の連続移動を伴う蓄熱ユニットが設けられてい
る。最も初期の蓄熱バーナ型式の炉は、炉の両側の適当
な場所にある２つのバーナと蓄熱ユニット（暫々“チェ
ッカー室”煉瓦の剛質構造である）を有する対称的な配
列のものである。このような蓄熱炉の燃焼は一方のバー
ナによって始まり、他方の側の蓄熱ユニットによる燃焼
排出物中に存在する熱の蓄積を伴う。蓄熱ユニットある
いは格子積煉瓦室（チェッカー室）の最適な加熱の後
に、炉内の空気流は燃焼空気を予熱するチェッカー室か
ら燃焼空気を引き出すように逆転される。従って、チェ
ッカー室のダクトは交互に燃焼生成物と燃焼空気とを搬
送し、バーナは交互にバーナあるいは煙道として機能す
る。

最近の蓄熱システムは完全な対称形ではなく、代りに
特定の対で用いられる蓄熱バーナを含む。対にされた蓄
熱バーナの夫々は、通常蓄熱ベッド形状の蓄熱ユニット
を具え、燃焼空気はバーナに至る途中にここを通過す
る。バーナは対で用いられるので、１つのバーナが燃焼
するとき、他方のバーナは煙道あるいは蓄熱ベッドとし
て機能とする。20〜120秒程度ごとに、炉内の流れは逆
転され、バーナの機能が交換する。即ち最初の燃焼バー
ナは排気ガスの排気／蓄熱ベッドとなり、第２バーナが
燃焼する。１組のバーナ配列の模範的なシステムは米国
特許第4,522,588号に見出される。

蓄熱システムについての従来からの問題は、チッ素の
結合した燃料の燃焼と、空気の極端は高温予熱と炎温度
の結果として生じる燃焼排出物中に必然的に存在する極
端に高いNOx濃度である。この結果、従来産業上広く受
け入れられてきた蓄熱システムは、増加した場所とプロ
セス条件中での標準的な放出にもはや適合できない。加
えて、従来の“蓄熱対”に用いられているバーナは構造
が限られ、炎の形状や特性を調整するのに適していな
い。NOx放出条件に適合するように炎の温度を調整する
ことにより、特定の用途に広く適用できる低NOxバーナ
装置が必要とされている。それ故に、従来のシステムの
蓄熱作用を具えながらも顕著なNOxの減少と応用への適
合性を具える蓄熱バーナシステムへの要求が根強くあ
る。

〔発明の構成〕

上記要求に適うように本発明は、燃料放出手段、バー
ナ室、蓄熱ベッドおよび蓄熱バーナ装置内に組み込まれ
たNOx生成抑制手段を有する１対の離れた第１、第２蓄
熱バーナを含む燃焼ガス流が炉を出て第２バーナ室を通
過し、該第２バーナに設けられた蓄熱ベッドを通過する
内、第１バーナが炉内部に高温ガスを送る燃焼状態にあ
るように、上記バーナは周期的に作動するように適合さ
れている。適当なバッフル即ちよく広くは燃焼ガスが初
期燃焼領域に戻る再循環を誘引する手段をバーナ装置に
組み込むことにより、あるいは、連続した燃焼噴射を通
じて燃料を段階的に供給することにより、あるいは燃焼
空気の連続的な導入ないし燃焼空気中の酸素量を減少す
るように制御された状態での燃焼空気と燃焼生成物とが
混合された混合（汚染）燃焼空気の使用を通じて燃焼空
気を段階的に供給することにより、あるいはファン入口
ないしバーナ構造内部での燃焼空気と燃料ガスとの混合
の何れかにより、NOxを実質的に減少することができ
る。

蓄熱バーナ装置はそれ故にバーナバッフルと共に空気
噴射を有する蓄熱バーナを含み、あるいは複数のガス噴
射を含み、該噴射が初期燃焼領域に燃焼ガスを戻す再循
環を誘引してNOxを抑制しかつ炎の形状と特性を定める
燃料／空気混合比を制御する。該バーナはガスまたは空
気の何れかの段階的燃焼を与え、あるいはバーナ内部で
の空気の混合（汚染）ないし燃焼ファンからの混合（汚
染）された空気の使用を通じてNOxを抑制する。本蓄熱
バーナのある種の態様は、燃焼ガスが初期燃焼領域へ戻
る再循環、混合空気の使用、および燃料または燃焼空気
の何れかの供給を段階化することを含む。

本発明はまた、その夫々の燃焼端が炉内部に連通する
互いに離れた一対の第１ダクトか、あるいはＵ字型の放
射状管バーナのチューブに接続して交互に炉内に高温燃
焼ガスを放射するか又は炉から高温排気ガスを排出する
室を具えたバーナを含む。各バーナは、燃焼空気取入ダ
クト／排気ガス排出ダクトに夫々接続し、そこに一体化
された蓄熱媒体ベッドを有する。混合（汚染）ダクトは
蓄熱ベッドの炉側にある２個のバーナの間を連結し、各
バーナの室内部分に連通する。ノズルは高速ガス流を中
間連結ダクトに交互に噴射するように各バーナ室に設置
される。該高速流は右側バーナで燃焼空気を予熱するた
めに炉から出る高温燃焼生成物（POC）を含む排出ガス
の一部を随伴する。高温排気ガスの残余は、後に（左側
バンクが燃焼状態のとき）逆に流れる燃焼空気へ熱を移
すために左側バンクの蓄熱媒体ベッドを通過する。

燃料ノズルあるいは他の噴射手段は、右側バーナ室で
燃料流を高温POC含有排気ガスと予熱燃焼空気との混合
物に導入し、これによりバーナ炎の中での抑制された即
ち減少されたNOx組成物が得られる。かなりの高温、例
えば、約1800゜F（1067℃）ないし2000゜F（1112℃）の
間で、予熱された燃焼空気が高温のPOC含有排気ガスと
混合（汚染）されるという事実によって、循環効率が向
上する一方で蓄熱体の大きさは格段に小さくなる。高温
混合（汚染）POC含有排気ガスの高BTU度が炉の効率を高
める一方で混合燃焼空気の低酸素濃度が炎温度を低下さ
せNOx組成物を最少にする。

本発明の好適な態様において、噴射されたガス流は炉
を出る高温排気ガス流に対して接線方向に噴射され、混
合（汚染）流に随伴される高密度POC層を形成するよう
に排気ガスに渦流を与える。本発明の蓄熱バーナは、NO
xを減少し、炎の温度と特性を制御し、さらに蓄熱シス
テムの高い熱効率特性を維持する。

〔発明の具体的記載〕

図示されるように炉室12が一対の蓄熱バーナ14を具え
る蓄熱システム10が第１図に示される。バーナ対は２個
の左右同一のバーナユニットを含む。左右のバーナユニ
ットはそれ自身の内部の室に熱を供給するように炉壁の
内側に装置されている。左右のバーナは直接炉室へ燃焼
生成物を交互に燃焼するように適合させられている。本
発明は、第11図において仮想線と（参照番号215）によ
って部分的に示される交互に燃焼される連続したＵ字型
の熱放射管蓄熱バーナシステムに関する。直接燃焼およ
び熱放射管での燃焼の何れの場合においても、本発明は
自己混合（自己汚染）低NOx蓄熱バーナ対を提供する。
当該分野で既知であるが、蓄熱型のバーナは高温の排気
ガスから排熱を回収することにおいて、従来熱放射管バ
ーナについて用いられていた通常の往復型予熱器よりも
明らかに効率が良い。

本発明を含む技術の一般概念として、各蓄熱バーナ14
は直接隣接する蓄熱ベッド18に接続しており、ここを通
じて燃焼空気／排気がバーナ14と燃焼空気／排気通路16
の間を通過する。燃焼空気は燃焼ブロア20の作用によっ
て一方のバーナ14に一時に供給され、左側バーナ14（第
１図上）が燃焼しているとき、左側燃焼空気弁22が開い
て左側排気弁24が閉じ、右側バーナ14が燃焼室12の煙道
として作用するように、右側燃焼空気弁22と右側排気弁
24がそれぞれ閉じおよび開く。この結果、左側バーナ14
の燃焼時、右側バーナ14の蓄熱ベッド18は燃焼排出物か
ら熱を回収する。炉内の流れが逆転すると、右側の蓄熱
ベッド18は左側蓄熱バーナ14への燃焼空気を予熱する。
制御弁27と共に図示された接続部26はファン入口21で燃
焼生成物を空気に混合する（空気を汚染する）手段とな
る。

以下、本発明を周辺技術との関連において説明する
が、第２〜第５、第９図によって示される態様は参考例
である。

第２図を参照すると、蓄熱バーナは図示するようにバ
ーナ30を含み、これから燃料ノズル32（耐火物中に埋設
されている）が開口34での燃焼に燃料を供給する。一
方、燃料ノズルは当該分野において既知の手段によって
断熱され又は空気により冷却される。バーナの対（一方
のみ図示）は、第１図に示しかつ当該分野で知られてい
るように、隣接する炉室での燃焼を提供する。燃焼空気
は空気吸込部36を通じてバーナ30に供給され、図示され
るように蓄熱ベッド38を通過する。燃料ノズル32は燃料
管路40に設けられている。燃料ノズル32に隣接して配設
されているのはバーナバッフル42であり、これは燃焼空
気流を開口34に導く。

バーナバッフル42の構造は第2a図に一層明瞭に表わさ
れており、同図は第２図の2a−2a線に沿った断面図であ
る。バーナバッフル42は図示するように離れた４つのバ
ーナバッフル孔44を有する概ね円筒形状の構造である。
（第２図において、バーナバッフル孔44は、燃料管路40
の端部のノズルの上下に示され、各孔44の出口は燃料ノ
ズル32の先端と同一平面である。）第2a図に示すよう
に、空気の通路はバーナバッフルの孔を通じる以外は塞
さがれている。４つの孔を通じて燃料ノズル32のすぐ上
流へ導かれた燃焼空気の噴射効果はバッフル面に低圧領
域を造り出し、それが燃焼ガスの初期燃焼帯域への再循
環を引き起し、かくして炎温度を下げ、燃焼排出物中の
NOxレベルを実質的に低下させる。図示されるように、
離れた４つの孔を用いることにより、これら孔の間の燃
焼ガスに対する適当な再循環領域が与えられる。同様の
燃焼空気の噴射作用は燃料流を燃焼空気に導き、それは
空気と燃料の必要な混合をもたらし、炎の形状と特徴に
大きな影響を及ぼす。燃焼空気孔の角度と方向は炎の形
状と特徴を制御するように調整することができる。NOx
を最少にする観点からは４つ孔バーナバッフル42が好ま
しいが、燃焼空気孔の数と配置は必要に応じ変更でき、
第２図の蓄熱バーナ30に組み込むことができる。

バーナバッフル42の大きさは変化させうるが、バッフ
ルの一例は外径が6 1/2インチ（16.51cm）であり、図示
するようにこれに応じた大きさの孔を具える。バッフル
の径は通常５ないし30インチ（12.7〜76.2cm）の間の範
囲である。４つ孔バッフル42が好ましいが、NOxの減少
を最大にするバッフルとして６、８、９および12孔のバ
ッフルもまたNOxを減少し、それ故また第２図の蓄熱バ
ーナ30に組み込むことができる。

再び第２図を参照すると、バーナ30は組立てられた外
部金属ケース（図示せず）によって構成されており、適
当な断熱材で充分に断熱されている。燃料管路ノズルは
金属を含む標準の材料で組み立てられており、このよう
な金属構造物は適当に断熱され、または充分に露出して
いる場合（第２及び第５図参照）には空気冷却され、あ
るいは他の実施態様においては耐火物中に埋設されまた
はそれによって覆われる。蓄熱ベッド38の組み立てに用
いられる適当な材料は当該分野において既知である。

第３図は開口ブロック52と開口54を有するバーナ50の
部分図である。空気吸込部と蓄熱ベッドは前記の態様と
同一であり、それ故にそれらの構造は第３図に詳細には
示されていない。燃焼には燃料孔56によって燃料が供給
され、該孔は図示する傾いた態様で開口54に燃料を噴射
する。（耐火物で囲まれた燃料孔に代えて、通常の燃料
路とノズルを用いてもよい。）２つの燃料孔56が第３図
に示されているが、例えば均等な間隔の同心平面上の配
列である４、６、８、または10個の燃料孔を含む追加の
燃料孔を設けてもよい。前方に傾いた燃料孔は、NOxを
抑えながら、燃焼ガスが初期（第１段）燃焼域に戻る再
循環を引き起すように機能する。燃料の噴出はまた燃焼
空気を伴送して燃料と空気の混合を促進し炎の形状と特
性に影響を及ぼす。

この設計は、炎の形状と特性を特定の条件に適合させ
て変えるように、個々の燃料噴射の角度を方向について
変えることができる。該噴射の数と配置（バーナの中心
線に対する角度と回転角度）は、炎の形状および特性、
ならびにNOx抑制の程度を制御するために変化させるこ
とができる。図示される複数の噴射配列は、供給マニホ
ルドと各噴射口との間の個々の自動化された遮断弁と共
に用いられ、燃料の必要が減少した再に伴送エネルギー
と混合エネルギーを維持するように噴射の数を減少でき
る付随的な利点を与える。例えば、６噴射配列は、残り
の使用されている噴射の最大噴射エネルギーを維持しな
がら、２噴射を遮断して2/3流量に、４噴射を遮断して1
/3に減少できる。第３図に示すように向い合う燃料孔56
は相対的に90゜の角度で燃料を吹込むが、吹込みはバー
ナの中心線に対して約30゜ないし約150゜の間の相対角
度において効果的であり、また吹込み点に対して第２の
角度を設けることにより回転運動を与えてもよい。

第４および５図は、燃焼が段階的である低NOx蓄熱バ
ーナの別の態様を示す。第４図のバーナにおいて段階的
な燃料導入は段階的な燃焼を達成し、第５図のバーナに
おいて段階的な空気導入は段階的な燃焼を生ずる。先づ
第４図を参照すると、バーナ60は、蓄熱ベッド61と開口
62を有し、第１段燃料孔64と第２段燃料孔66を有する。
第１段燃料孔64への燃料の供給は、燃料の30〜70％が該
第１段燃料孔64によって吹込まれるように制限される。
第２段燃料孔66は、第１段燃料孔64と開口62との間に位
置し、燃料（30〜70％）の残りを燃焼場所に吹込む。段
階的燃焼のための燃焼空気は蓄熱ベッド61を経て入る。
この２段階配列は、対をなす孔64,66によって引き起こ
される燃焼ガスと燃焼空気との伴送の結果としてだけで
なく、第１段階の燃焼場所に充分に過剰な空気が存在す
る結果として、これは初期燃焼領域の温度を低下しNOx
の生成を抑制する、NOxの生成を減少するように機能す
る。２個の燃料孔の２組が夫々、前記第３の態様の目的
のために図示されるが、２段階燃焼の各々における２個
の燃焼ノズルより多く、好ましくは均等な間隔で同心円
平面上の形態で用いてもよい。他の態様に関し、バーナ
60は、炉内の流れが逆転した時、煙道として機能するよ
うに適合させられている。

第５図を参照すると、段階的な燃焼空気により段階的
な燃焼を行うバーナの必要な部分が図示されている。蓄
熱ベッド72を有するバーナ70は燃料路80、燃料ノズル
（何れも耐火物中に埋設され、または断熱されまたは空
気冷却されている）および開口78を具えている。蓄熱ベ
ッド72を経てバーナ70に流入する燃焼空気は第１空気通
路74および第２空気通路76の手段によって２段階に燃料
と混合する。第１次および第２次燃焼は、第１空気通路
74を通過する、燃料ノズル82の位置で30〜70％の燃焼空
気の初期供給量によって達成される。燃焼空気の残りの
30〜70％は開口78における第２次燃焼を行うように第２
空気通路76を通して流れる。この段階的空気供給燃焼手
段は初期（第１次）燃焼領域での燃料過多で燃焼させ、
炎の温度を下げ、NOxの生成を抑制する。

好適な構造は空気の段階的供給構造がそれが曝される
高温に応じて適当なセラミックで造られたものである。
空気孔76の配列は、孔の数、長さ、方向および回転角度
に関し最少のNOxを生成し、かつ炎の形状と特性を制御
するように調整することができる。第４図に示される空
気流構造と比較して、第１および第２空気通路74,76を
通過する相対的に一層制限された空気流にもかかわら
ず、前記二つの態様は蓄熱システムでの使用に適してお
り、両バーナは、炉内の流れの方向が逆転した時に煙道
として機能することができる。第１図に示す構成により
ファン口で混合（汚染）された空気は、第２図、第３
図、第４図および第５図に記載される態様に適用するこ
とができ、これはこれらの態様のみによって可能な水準
以下にNOxを実質的に抑制する。

第６図から第10図（および同様に第１図）は、燃焼生
成物による燃焼空気の混合によりNOxの生成を抑制する
種々の方法を示す。第６図を参照すると、本発明の実施
態様が図示されており、ここでは空気取入口94と蓄熱ベ
ッド92を具えたバーナ90に６個の燃料管96、６個のベン
チュリー98および６個の混合（汚染）ダクト100が取付
けられている。このバーナ90は開口101を通じて炉室に
延びている。この求心的配置の燃料管96の全部によっ
て、燃料はバーナ耐火物中のそれぞれのベンチュリー98
を通じてバーナに供給される。燃料管96からの高圧燃料
の噴射はベンチュリー98に負圧領域を生じ、この負圧領
域は炉ガスを炉室から混合ダクト100を通じて燃焼領域
へ戻るように誘引する。このような燃焼生成物の再循環
は燃焼中の炎を冷却し、NOxの生成を減少させる。もし
必要なら、燃料ガスが燃料管96を通じて全く流れず、循
環が中断している間、冷却を維持し、かつ、帯留するガ
ス状の炭化水素の分解（クラッキング）を防止するため
に、少量の燃焼空気および／または再循環された燃焼生
成物をバーナ90に通じることができる。バーナ90は逆流
時に煙道として効果的に機能する。

第６図には図示しないが、所望ならば、混合管100、
ベンチュリー98ないし求心配置燃料管96はまた前向きま
たは後向きの角度をとることができ、あるいは燃料およ
び誘引される燃焼生成物との双曲面流（hyperbolid str
eam）を生ずる接線方向の部材を具えることができる。
この角度と放射状の部材はそれぞれの応用に適するよう
に個別に構成される。これらの変更例は、特定の用途に
適するように炎の外形と幾何形状を変更するために用い
ることができる。これらのあるものは、第２、３、７、
９及び10図に関して実施することができる。

第８図は第６図中VIII−VIII線に沿った断面図であ
る。６個の均等な間隔の求心配置燃料管96とそれぞれベ
ンチュリー98は“平面同心”の配列において明瞭に図示
される。

第７、９および10図は、NOx抑制のために燃焼空気が
再循環される他の態様を表わす。第７図は空気取入口11
4を具えた蓄熱ベッド112と連続するバーナ110を表わ
す。バーナ110は、前述の実施態様と同様に、ベンチュ
リー120,122および混合（汚染）ダクト124を有するが、
これらの構成に図示するように第１および第２求心配置
燃料管路116,118を付加している。第１求心配置燃料管
路116は第１ベンチュリー120の内部に配設され、複数の
求心的燃料空気流を形成する。第２求心配置燃料管路11
8は第２ベンチュリー122の内部に配設され、それぞれの
ベンチュリー中の燃料流によって生じる圧力現象（負圧
領域）は本発明の前記実施態様によって生ずると同様に
燃焼生成物を混合ダクト124を通じて後方に誘引するよ
うに作用する。更に、第１求心配置燃料管路116と第２
求心配置燃料管路118との間で、炎の形状と特性を制御
するために燃料を段階的にしてもよい。燃焼生成物のバ
ーナへの再循環はNOxを最少にすることに寄与する。よ
り詳細には、燃料の多段化……および燃焼生成物の対応
する再循環……における変動に伴う流れの衝突は炎の幾
何形状を適切に決定できる乱流レベルを形成する。

第９図は第７図に示される態様に類似した関連態様を
示す。バーナ130は蓄熱ベッド132に続く空気取り入れ口
134を具える。燃焼は第１求心配置燃料管路136と第２求
心配置燃料管路138の手段によって行われる。直接接触
する第１および第２求心配置燃料管路136,138の各組
は、30゜より大きい相対角度、例えば図示するように45
゜の相対角度で燃料を集中させる。噴射された燃料の衝
突は、各ノズルを出る燃料の量の変動と共に、炎の幾何
学形状を適切に定めることのできる乱流レベルを形成す
る。集中室140それ自体は燃焼生成物の再循環を誘引せ
ず、前記態様の目的のために、空気取り入れ口134を経
由する燃焼空気は、後に変更して開示されるように第１
図に概略的に示される再循環手段を含むがこれに限定さ
れない適当な流路手段（図示せず）を経由して再循環さ
れた燃焼生成物と混合（汚染）される。

第10図を参照すると、バーナ150に入る燃焼空気は図
示されるように空気取り入れ口152に続く蓄熱ベッド154
を最初に通過する。直線状の燃料管路156は同軸の環状
燃料管路158と組をなす。（環状燃料管路158は、図示し
ないが、所望により有孔環状ノズルを有する。）組み合
わされた同軸の燃料管路は、同軸の流れを生じ、それぞ
れのベンチュリー160に至る。この同軸燃料管路は明ら
かに同軸の燃料／燃料流を形成するが、燃料／空気およ
び燃料／燃焼生成物の流れもまた本発明を含む本技術の
範囲内において意図される。同軸流はベンチュリー160
は負圧領域を形成し、これは逆に混合（汚染）ダクト16
2を経た炉からの燃焼生成物の再循環を誘引する。本発
明の第８実施態様の目的のために、環状燃料管路158を
出る流体は最も好ましくは、その中のエネルギー源を有
する低圧冷却空気であり、これはその構造安定性を促進
するために冷却媒体を直線状の燃料管路156に供給す
る。（低圧冷却空気エネルギー源は本技術の他の態様に
も用いられる。）既に述べた態様についてと同様に、燃
焼生成物の再循環はNOxの生成を抑制する。

ここに図示した本発明を含む本技術のあらゆる態様に
おいて、示された位置に複数の、放射状に配置された燃
料ノズルが設けられる。さらには、燃料ノズルを出る燃
料の収束および／または伴送は、概ね30゜から約150゜
の燃料ノズル収束角度によって達成される。これらの蓄
熱システムに用いられる典型的な燃料はガスまたは石油
である。耐火物は当分野において周知であり、概ね個々
の方法の適用について要求される仕様に従って製造され
たセラミック組成物である。

第11図および第12図に示される本発明の実施態様にお
いて、燃焼生成物（POC）を含有する高温排気ガスは離
れた設置されたファン手段（図示せず）によって生じた
強制あるいは誘引された流の影響によって炉内部210を
出て第１ダクト212を経由しバーナ204の非燃焼排気状態
にあるバーナ室214に入る。流体圧力あるいは高圧エネ
ルギー源、これは空気、POCまたはガス状燃料を含む、
は供給管路220を通じて吸引され、好ましくは高速でノ
ズルを通じ、そこに連通している燃焼室214に放出され
る。ノズル222は中間連結ダクト224の長手方向軸と同軸
に一直線状に設けられている。ダクト224はその端部が
隔てられた左右のバーナ204,204′のバーナ室214,214′
に連通している。中間連結ダクト224は好ましくは第12
図および第15図に示すようなバーナ室214,214′の側壁
から分岐する。ノズル222から放出された高流速ガス流
はバーナ室214に流入する高温排気ガスを部分的に誘引
する。このように誘引された高温排気ガスの部分は高速
ガス流に合流され、中間連結ダクト224を通じて流れ
る。高運動エネルギーがノズル222を出るガス流に付与
され、これはこのガス流および左側バーナ204から右側
バーナ204′へ中間連結ダクトを通じて補助ファンやブ
ロアの必要なしに運ばれる排気ガス部分を移動するのに
充分である。

炉206の第１ダクト212から排出されバーナ室214に入
る高温排気ガスの大部分は、既知の構造を有する左側の
蓄熱ベッドまたは蓄熱器216を通じて下向きに流れ、こ
れらは排気ガスからかなりの熱量を引き出し燃焼サイク
ルが逆転したときに後で燃焼空気を予熱するために蓄熱
する。第12図に最適に示されるように、冷却された排気
ガスはダクト218の経路から蓄熱ベッド216を出て弁組立
体230の開口226を通じて排気される。回転可能な弁板23
2は冷却された排気ガスを弁230の排気口226に向かわ
せ、同時に冷却燃焼空気を開口228の経路から内部に誘
く。燃焼空気口228は、負圧流状態のとき直接大気に開
してもよく、また、全て既知の加圧、ファン駆動システ
ムに接続してもよい。冷却燃焼空気は弁230を通過して
ダクト218′に入り予熱された蓄熱ベッド216を通じて上
向きに流れる。蓄熱ベッド216′に蓄積された熱は流入
してくる燃焼空気を予熱するのに費やされ、これは右側
のバーナ室214′のバーナ204′に入る。ノズル222から
の高速ガス流とこれに随伴された高温排気ガスは、中間
連結ダクト224を出てバーナ室214′に入り、ここで予熱
された燃焼空気と混合し、その酸化物水準を低下するこ
とによって燃焼空気流を汚染ないし希釈する。達成され
る混合（汚染）の程度は、供給管路220とノズル222を通
じて導入された高速ガス流の流量と流速によって制御さ
れる。例えば、燃焼空気流の混合は、右側バーナ204′
のバーナ室214′を出る混合された空気とガス流につい
て測定した場合、約15％から約21％の間の範囲に制御さ
れる。

図示する燃焼状態を通じて、燃料は右側バーナ204′
の内部にある燃料管路205′を通じて導入される。少量
の流入した外部空気が、右側が燃焼状態の間、これらの
部分を冷却するために供給管路220′とノズル222′を通
じて好適に流される。同時に右側が燃焼状態のとき、左
側の燃料管路205もそこを流れる少量の外部清浄空気やP
OCの流れによって好適に冷却される。

初期燃焼は右側バーナ204′のバーナ燃焼室214′で開
始し、炉の開放内部210あるいはダクト212′に接続して
いる熱放射管215の内部の燃焼室にダクト212′を通じて
拡がる。耐火断熱材234,234′の層はダクト212,212′を
包み込み、支持構造208または放射状管215を燃焼の高温
から保護している。断熱材236の層はまたバーナ204,20
4′、蓄熱ベッド216,216′および中間連結ダクト224の
周囲に好適に用いられ、熱損失を最少にする。外側の保
護金属表面238は不注意な損傷に対して断熱材層236を保
護するために設けられている。

右側の燃焼状態サイクルは、POCを含有する排気ガス
が左側バーナ204の第１ダクト212の燃焼室を通じて炉21
6を出ることにより達成される。前述したように、これ
らの排気ガス部分は蓄熱ベッド216を通じて流れる残余
部分と共に中間連結ダクト224に誘引される。冷却され
た排気ガスは、負圧流システムによって設けられた吸引
管に流出されるか、あるいは燃焼空気口228が加圧空気
供給システムの影響下にあるとき煙道に開口する排気口
226に連通する該煙道に流出される。

所定時間経過後、燃焼方向は図示される右側状態から
左側状態に逆転される。燃焼／排気ダクト212,212′に
おけると同様に、ダクト218,218′及び224における燃焼
空気と排気ガスの方向は第11、12図に示す方向さら逆転
される。左側バーナ204が燃焼状態のとき、弁板232は想
像線232′に示す位置に回転され、該弁板は蓄熱ベッド2
16における予熱のために冷却燃焼空気をダクト218を通
じ上方へ向ける。この状態で、弁板232′はダクト218′
から出る冷却された排気ガスを同時に排気口226を経て
排気煙道に向ける。

本発明の基本構成を具体化する僅かに変更された装置
240が第13〜15図示される。該装置204は、燃料流が中間
連結ダクト224から出る排気ガスの渦流に接線方向から
導入される以外は概ね前述と同様の態様で作動する。第
５図に示すように、ノズル222からの高速ガス状の噴流
は排気ガス流の一部をチャンバ214から中間連結ダクト2
24へ誘引する。チャンバ214側壁のダクト224の接線方向
取入口とダクト224のノズル222の同軸配列はチャンバ21
4中の排気ガスに渦流を形成し、これはノズル222からの
高速ガス流によってダクト224を通過するように誘引さ
れた高密度高温POCの外層を形成する。このPOC密集層を
渦流化する特徴はまた第11、12図の実施態様においても
達成される。第14図に示すように複数の燃焼導管205′
な複数の燃料流をチャンバ214′に接線方向から供給
し、更に燃焼混合物に所望の渦流を与える。燃料は入口
ダクト209およびバーナ室214′を囲む連通環状マニホル
ド207′の経路を経て導管205′に供給される。

燃焼空気を処理（汚染）するために燃焼プロセスに循
環された排気ガス/POCは炉室に入るガスとほぼ等しい温
度である。結果的に、蓄熱器216,216′の大きさは仮り
に該蓄熱器に入る流れについて混合（汚染）が行われる
ならそれより充分に小さくてよい。更に蓄熱器に直接混
合空気を用いるものに比較して、自己混合（汚染）排気
ガス/POC流がバーナ室214,214′に噴射されたとき約180
゜F（1067℃）から2000゜F（1112℃）の温度であるとい
う事実によって、循環効率が向上する。これらの明確な
経済的利点が達成される一方でNOx抑制の望ましい生態
的目標が達成される。

本発明は特定の材料および実施態様に関係して説明さ
れたが、本発明は付随する特許請求の範囲に記載された
限りにおいてのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炉を２つの低NOx蓄熱バーナの概略図であ
り、ファン入口の空気を混合（汚染）する方法を示す。 第２図はバーナバッフルを有する低NOx蓄熱バーナの本
発明に関連する参考態様の断面図である。 第2a図は、第２図中2a−2a線に沿った断面図、 第３図は、燃焼空気と燃焼ガスとの伴出のための燃焼噴
射ノズルを有する蓄熱バーナの本発明に関連する別の参
考態様を示す断面図、 第４図および第５図は、段階的な燃焼のために用いられ
た２つの蓄熱バーナの断面図、 第６図は、燃焼生成物によって燃焼空気が混合（汚染）
される蓄熱バーナの本発明に関連する別の態様の断面
図、 第７図および第９図は集中ノズルの組を具えた蓄熱バー
ナの態様の断面図、 第８図は、第６図中VIII−VIII線に沿った断面図、 第10図は、第１及び第２の同心状の流れ（燃料／燃料、
燃料／空気、燃料／燃焼生成物）が燃焼領域に導入され
る蓄熱バーナの第３の実施態様の断面図、 第11図は、本発明による対になった加熱蓄熱バーナシス
テムの概略平面図、 第12図は第11図に表わした本発明の実施態様の正面概略
図、 第13図は、燃料送給の異なった様式を有する対をなすバ
ーナ型式における本発明の他の実施態様の概略平面図、 第14図は、第13図中XIV−XIV線に沿った、燃料噴射マニ
ホルドの横断面図、 第15図は、第３図中XV−XV線に沿った、ガス噴射左側バ
ンクバーナ室と内部連通ダクトの部分横断面図である。 図面中、 10……蓄熱システム、12……炉室 30,60,70,90,110,130,150,204……蓄熱バーナ 18,38,61,72,92,112,153,154……蓄熱ベッド 32,82……燃料ノズル、42……バーナバッフル 40,96,116,118,136,138,156,158……燃料管路 56,64,66……燃料孔 98,120,122,160……ベンチュリー 100,124,162……混合（汚染）ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−105328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−75606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−14028（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−142644（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−61545（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−19929（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭51−44201（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】間隔を置いた第１および第２のバーナの対
   （204、204′）からなり、そのバーナの各々が燃料と該
   バーナの各々に対応する蓄熱床（216、216′）から供給
   される予熱された初期燃焼空気の流れを混合する室を有
   し、該バーナの第２のもの（204′）が高温気体を炉内
   部（210、215）に導き、一方炉からの燃焼ガスの流れが
   炉（210、215）を離れて第１のバーナ室（204）を通っ
   て蓄熱床（216）へ進み、第１バーナ部と第２バーナ部
   が蓄熱と燃焼のために交互に使用される蓄熱バーナ装置
   であって： 炉内部に連通する二つのバーナの間の相互連結ダクト
   と、 初期燃焼空気流を該相互連結ダクトに導入するノズル手
   段と を有する装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の蓄熱バーナ装置であっ
   て、該ノズル手段が、該バーナ室の各々についてノズル
   （222、222′）を有し、各ノズルが該連結ダクトと実質
   的に同軸方向の噴出口を有する装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の蓄熱バーナ装置であっ
   て、該相互連結ダクトが該バーナ室の各々に対して接線
   的に配置されて、前記高温気体が渦巻き状に供給され、
   それによって富化された燃料ガスが連行される蓄熱バー
   ナ装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の蓄熱バーナ装置であっ
   て、該バーナ室（214、214′）の各々が該バーナ室（21
   4′）の空洞に対して接線方向に配置された複数個の燃
   料注入ノズル（205′）を備え、それによって気体流に
   渦流運動を付与して、高度に富化された燃焼済気体が連
   行される装置。
5. 【請求項５】炉（210、215）を出る気体から相互に熱を
   抽出するための蓄熱炉を有し、それを通って供給される
   初期燃焼空気流を加熱する一対の蓄熱バーナ（204、20
   4′）においてNOxガスの発生を抑制する方法であって、 炉（210）からの燃焼済ガスの流れを抽出し、 初期燃焼空気の流れとは別のガス流を該燃料済ガスの流
   れに注入し、 該燃焼済ガスを該注入されたガス流中に連行し、 注入されたガス流と連行された高温の燃焼済ガスの一部
   をバーナ室（214、214′）へ通し、 該バーナ室（214、214′）内での燃焼過程を該高温の燃
   料済ガスの一部で汚染し、それによってNOxガスの発生
   を抑制する方法。