JP3711086B2 - Venturi cluster, burner apparatus and method of using the cluster - Google Patents

Venturi cluster, burner apparatus and method of using the cluster Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の誘導流が通過すると別の流体の流れが誘導されるベンチュリー管に関する。本発明は、更に、可燃性混合物の一つ以上の成分の流れを誘導して、燃焼域に導入する混合物を形成する工業用のバーナーに関する。本発明は、酸素に富んだ可燃性混合物を形成し取り扱うことのできるバーナー装置にも関連している。
【0002】
【従来の技術】
一つの流体(誘導流体)の流れをによって別の流体(被誘導流体)の流れを誘導するベンチュリー装置は公知である。これらの装置は、一般的に、入口端、スロート及び出口端によって構成されている。一般的に云って、スロートは入口端よりも小さい流れ領域を有し、したがってスロートに低圧領域を提供する。誘導流体はベンチュリー管の入口端からチューブを通って流れ、被誘導流体の源は誘導流体の流れによって装置のスロートに形成される低圧領域と流体的に連通している。こうして、被導入流体はスロートに引き込まれて誘導流体に混合される。
【0003】
ベンチュリー装置は、流体燃料が空気流を誘導してベンチュリー管内に燃料と空気の混合物を形成するのに使用される。しかし、燃焼空気を用いて燃料の流れを誘導することにも役立つこともある。別の例では、ベンチュリー管を通る空気或いは燃料の流れを用いて、再循環煙道ガスその他の希釈材の流れを誘導して火炎温度を制御したり、窒素酸化物の生成に影響を与えることもできる。
【0004】
広範に使用されているのにも関わらず、ベンチュリー管には一定の制限がある。先ず、被誘導流体の流れを引き出すためのベンチュリー管の能力は、誘導流体の利用可能な圧力と所与の用途に必要なその量によって制限される。更に、有効なベンチュリー管の長さはスロートの直径に直接関連している。したがって、作業環境の物理的寸法はベンチュリー管の能力に限定的な影響を与える。
【0005】
更に広い意味においては、工業用バーナーにおける窒素酸化物の削減及び/又は減少は常に望ましい目的である。以前にも気体状燃料の一部を段階的に薄い燃料の一次可燃性燃料/空気混合物と関連させて使用することによって、窒素酸化物をある程度減らすことが可能であった。燃料の薄い一次混合物は、過剰な空気が加えられることによって、火炎温度が低下して窒素酸化物が削減するので、或る用途においては望ましいことが多い。次に段階的に気体がバーナーの周囲に配置された気体チップ又はバーナーノズルの下流端の中心を貫通して延在する中心気体チップから段階的に気体が燃焼域に導入される。二次燃料は、希釈材として煙道ガスが利用可能な環境において燃焼する。この構成は、窒素酸化物を必ずしも所望のレベルまで削減するものではなかった。
【0006】
或る例では、過剰な空気によってもたらされる過剰な質量によって、燃料の薄い一次混合物が比較的高い速度で燃焼域に導入される。この速度は、時として火炎速度が高くなり過ぎて不安定な火炎状態をもたらす場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の原理と構想によれば、一つの重要な態様においては、複数のベンチュリー管からなるベンチュリー・クラスターを具えた複合型ベンチュリー構造が提供される。本発明の態様によれば、複合型ベンチュリー構造は少なくとも二つのベンチュリー管を有するものと定義される。望ましくは、この構造は少なくとも三本の、時には六本のベンチュリー管を有し、特定の用途においては六本以上のベンチュリー管を有する場合もある。本発明の重要な目的は、バーナー分野において現在なお残っている問題、特に酸化窒素のレベルが高いと云う問題を実際に解決することにある。即ち、本発明は、前述の問題を解決し解消する装置及び方法を提供するものである。更に、本発明は、ベンチュリー管に全般的に関連する問題を解決するものである。複数のベンチュリー管を設けことによって表面積が増加するので、所与の容積の誘導流体でより大きな被誘導物質の流れを引き出すことができる。更に、所与の誘導流体の流れに対して、束内のベンチュリー管のスロートは小さいスロートを有しているので、長さが短くなる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
クラスターの各ベンチュリー管は、入口、スロート及び出口を有し、それぞれ、誘導流体を通すことによって被誘導物質の流れを生じさせるように配置・構成されている。各ベンチュリー管において、この作用は被誘導物質と誘導流体の混合物それぞれを形成し、この混合物は次に各ベンチュリー管から排出される。この構造は、ベンチュリー管の出口に接続されてこれと流体的に連通するように配置された入口端を有するコレクターも具えていることが望ましい。こうして、出口から排出された誘導流体と被誘導物質の混合物それぞれは、集められて相互に混合されて単一の混合流となってコレクターの出口から排出される。被誘導物質は流体物質であることが多い。しかし、本発明の広義の態様と意図によれば、この被誘導物質は、粉末やフレーク状の物質等の流動可能な固体状の物質であってもよい。
【0009】
本発明の複合型ベンチュリー構造のベンチュリー管は、必須ではないが細長くて基本的に真っ直ぐなチューブであることが望ましい。必須ではないが、このチューブは互いに基本的に平行に配置されていることが望ましい。このベンチュリー管は基本的に同じ物理的能力を有しているが、このことは本発明の必須の或いは重要な特長ではなく、事実、所与のクラスターのベンチュリー管の少なくとも1本が、同じクラスター内の他のベンチュリー管と異なる物理的能力を有することが望ましい多くの適用例がある。
【0010】
本発明の別の重要な態様においては、複合型ベンチュリー構造は新規なバーナー・アセンブリの構成部品をなしている。本発明のこの態様によれば、ベンチュリー・クラスター及びコレクターに加えて、バーナー・アセンブリはコレクターの出口端に取付けられてこれと流体的に連通するバーナーチップを具えている。こうして、このチップはコレクターから流体の単一の混合流を受けて、これを燃焼域に向かわせるように配置されている。
【0011】
本発明の重要な一つの実施形態においては、チップは細長く、チップから出た単一混合流をチップの長手方向軸に対してほぼ半径方向に燃焼域に向かわせるように構成・配置されている。このチップは、チップを取り巻く丸い平らな火炎を形成するように構成されていることが望ましい。
【0012】
本発明の別の重要な実施形態においては、チップは細長く、チップから出た単一の混合流をチップの長手方向軸に対してほぼ軸方向に燃焼域に向かわせるように構成・配置されている。このチップは前記軸に沿って延びる円筒状の火炎を形成するように構成されていることが望ましい。
【0013】
一般的には、気体状燃料か空気の何れかが誘導流体であるが、ベンチュリー管の少なくとも1本は誘導流体として気体状燃料によって作動するように構成・配置されていることが望ましい。気体状燃料が誘導流体として使用される場合は、空気か再循環煙道ガスの何れかが被誘導流体となる。望ましくは、少なくとも一本のベンチュリー管は、誘導流体としての空気によって作動するように構成・配置されている。こうして、気体状燃料が誘導流体として使用され、空気が被誘導流体である場合には、コレクターで形成される単一混合流は流体燃料と空気の混合物を含むものとなる。同様に、気体状燃料が誘導流体として使用され、再循環煙道ガスが被誘導流体である場合には、単一混合流は流体燃料と煙道ガスの混合物を含むものとなる。幾つかの適用例に対しては、気体状燃料が誘導流体として使用されて所与のクラスターの一本のベンチュリー管内に空気の流れを誘導し、そしてクラスターの別のベンチュリー管内には煙道ガスの流れを誘導する。こうして、単一混合流は流体燃料、空気及び再循環煙道ガスの混合物を含むものとなる。クラスター内の一本以上のベンチュリー管は被誘導流体としての希釈材によって作動するように構成・配置され、これによって単一混合流は流体燃料と希釈材とを含むものとなる。希釈材は、燃焼反応プロセスに対して不活性なスチーム、窒素、炭酸ガス等の入手可能な気体である。
【0014】
本発明の重要な態様によれば、コレクターは細長く、その両端の間に延在する中心軸を有するように配置されていることが好ましい。アセンブリは、コレクターの軸に沿ってコレクターを貫通して延在する中心の燃料チューブを具えていることも望ましい。理想的には、この中心燃料チューブはバーナーチップを貫通して延び、バーナーチップの下流端の中心に位置する開口を通って突出する下流端部分を有している。本発明の好適実施態様によれば、このアセンブリは中心燃料チューブの下流端部分に位置する燃料ノズルを具えている。
【0015】
理想的には、コレクターの入口端はクラスターの各ベンチュリー管のための各開口セグメントを具え、ベンチュリー管の出口は各セグメントに接続されている。このセグメントは、混合流がコレクターの内部に均等に分配されるように一組となって中心燃料チューブを取り囲んで延在している。チップが、このチップを出た単一混合流をチップの長手方向軸に対してほぼ半径方向に燃焼域に向かわせるように構成・配置されている場合には、燃料ノズルは二次燃料を燃焼域に供給するように構成・配列されていることが望ましい。一方、チップが、このチップを出た単一混合流をチップの長手方向軸に対してほぼ軸方向に燃焼域に向かわせるように構成・配置されている場合には、燃料ノズルは、チップの下流端にから軸方向に隔たった域内の位置に連続する一次火炎を提供するように構成・配置されていることが望ましい。後者の場合、理想的には燃焼域のチップの下流端から充分に離れた位置に燃料ノズルが設けられ、単一混合流が燃料ノズルに接近した場合にその速度が火炎維持速度よりも大きくならないように、単一混合流が膨張して速度が低下するようにしている。
【0016】
他の態様においては、本発明は、必須ではないが一本以上のベンチュリー管あ具えたバーナーチューブ構造を具えたバーナー・アセンブリを提供する。しかし、このバーナーチューブ構造は互いに隔たった入口端と出口端を有する細長いバーナー導管を具えている。この導管はベンチュリー管であってもよい。別の例では、これは単なる中空のチューブ又はパイプであってもよい。この導管は、それに沿って好ましくは気体状燃料の形を取った流体燃料と好ましくは空気の形を取った酸素を含んだ可燃性気体混合物をその入口端から出口端まで向かわせるように構成・配置されている。本発明のこの態様によれば、導管の出口端にはバーナーチップが設けられ、このバーナーチップは、中心軸と導管の出口端から隔たった下流端とを有していることが望ましい。このチップは、導管からの可燃性混合物を受け入れて、チップの下流端の一つ以上の孔を通じてこれをチップの軸に沿う方向に燃焼域に向かわせるように配置・構成されている。
【0017】
本発明のこの態様のアセンブリは、更に、軸に沿ってチップを貫通して延在する細長い中心燃料チューブを具えている。この燃料チューブはチップの下流端を貫通して軸方向にチップから突出していることが望ましく、そして燃料チューブはバーナーチップの下流端から離れて燃焼域に位置する下流端部分を有する。このチップの下流端の孔は燃料チューブの周囲に配置され、それによって燃焼域に向かう混合物は燃料チューブを取り囲んで軸に沿って燃料チューブの下流端部分の方に下流端から外に延在するほぼ円筒状をなす。理想的には、このアセンブリは、バーナーチップの下流端から充分に離れた域内の位置に配置された燃料チューブの下流端部分に燃料ノズルを具え、混合物がチップの下流端を離れた後に膨張して、それが燃料ノズルの近傍に到達する前に火炎速度より低い速度まで減速されるようになっている。本発明のこの形態においては、バーナー・アセンブリは、可燃性混合物が非常に燃料の薄い燃料と空気の混合物で構成されている状況で使用されるのに適している。
【0018】
本発明の構想と原理によれば、ほぼドーム形状をなしバーナーチップが設けられている。この新規な本発明のバーナーチップは、中心軸を有するほぼリング形状のベース部分と、該軸に沿う方向に延在する細長い、並列された、円周に沿って間隔を置いて配置された、長手方向に湾曲したリブとを具えている。これらのリブは、それぞれ、ベースに取付けられた第一端とベースから隔たった第二端とを有し、該第二端は第一端よりも軸の近くに位置している。ベース部分とリブとは一緒になって、チップの内側に空気と流体燃料の混合物の流れを受け入れるように構成された領域を形成し、リブはそれ自体で湾曲したスロットを形成し、スロット同士の間を通ってチップの前記内側領域から、半径方向と軸に沿って延在するベクトルを含む方向の両方に混合物が外に流れ出すことができるようになっている。本発明によれば、バーナーチップはリブの第二端に接続された王冠型部分を具え、この王冠型部分は、各スロットに整合した軸方向と半径方向に延在する複数の不連続部分を具え、この不連続部分を通過する空気/流体燃料の混合物が、スロットを通って流れる空気/流体燃料の混合物に対してより著しい軸方向の流れを有するように構成されている。これらの不連続部分はそれを通じて空気/流体燃料の混合物を流し、燃焼域の外側に予備段階の混合領域を形成するように位置決めされていることが望ましい。王冠型部分は、軸方向に整合した気体用ノズル収容開口も有している。
【0019】
本発明の一好適実施形態においては、前段に述べたチップが、前述の複合型ベンチュリー構造を具えたバーナー・アセンブリと組み合わせて使用されている。
【0020】
本発明は、第一流体の流れが装置を通過する際に第二流体の流れを第一流体に誘導するベンチュリー装置の能力を増強する方法も提供する。この方法は、第一流体を少なくとも二つの、好ましくは少なくとも三つの、場合によっては六つ以上の分流部分に分離し、第一流体の分流部分各々を各ベンチュリー管を通過させて、第二流体の流れを別々に分流部分各々に誘導し、それによって第一及び第二流体の、個々に分流した混合物を形成し、これらの、個々に分流した混合物を混合して、一本のベンチュリー管を通じて第一流体の全量を流すことによって得られるであろう濃度よりも高い濃度の第二流体を含んだ第一及び第二流体の混合物を形成する。本発明によれば、第一流体は望ましくは気体状燃料であり、第二流体は望ましくは空気である。
【0021】
本発明は、更に、第一流体の流れが装置を通過する際に第二流体の流れを第一流体に誘導するように構成されたベンチュリー装置の長さを短くする方法を提供する。本発明のこの態様においては、この方法は第一流体を少なくとも二つの、好ましくは少なくとも三つの、場合によっては六つ以上の分流部分に分離し;第一流体の分流部分各々を各ベンチュリー管を通過させて、第二流体の流れを別々に第一流体の分流部分各々に誘導し、それによって第一及び第二流体の混合物を形成し;これらの分流混合物それぞれを混合して、同じ長さの一本のベンチュリー管を通じて第一流体の全量を流すことによって得られるであろう濃度よりも高い濃度の第二流体を含んだ、第一及び第二流体の混合物を形成する。
【0022】
更に、本発明はベンチュリー装置を作動させる方法を提供し、少なくとも二本のベンチュリー管を用意し、各ベンチュリー管は入口、スロート及び出口を有し、それぞれ、誘導流体がこれを通過する際に被誘導物質の流れを起こさせ、それによって被誘導物質と誘導流体との混合物を形成し、該混合物をその出口から排出し、第一誘導流体を第一のベンチュリー管を通過させ、それによって第一の被誘導物質の流れを起こさせて第一誘導流体と第一被誘導物質からなる第一混合物を形成し、該第一混合物を第一ベンチュリー管の出口から排出し;第二誘導流体を第二のベンチュリー管を通過させ、それによって第二の被誘導物質の流れを起こさせて第二誘導流体と第二被誘導物質からなる第二混合物を形成し、該第二混合物を第二ベンチュリー管の出口から排出し;そして第一及び第二混合物を集めて互いに混合して前記流体と物質からなる単一の混合流を形成する。
【0023】
更に、本発明は、可燃性混合物をバーナーのノズルに供給するためのベンチュリー装置を具えたバーナーを操作する方法を提供し、該バーナーは少なくとも二本のベンチュリー管を具え、各ベンチュリー管は入口、スロート及び出口を有し、それぞれが誘導流体がこれを通過する際に被誘導流体の流れを誘導して被誘導及び誘導流体の各混合物を形成し、この混合物をその出口から排出するように作動し、前記ベンチュリー管の第一管に第一誘導流体を通し、それによって第一被誘導流体の流れを誘導し、第一誘導流体と第一被誘導流体からなる第一混合物を形成し、該第一混合物を前記第一ベンチュリー管の出口から排出し;前記ベンチュリー管の第二管に第二誘導流体をを通し、それによって第二被誘導流体の流れを誘導し、第二誘導流体と第二被誘導流体とで構成される第二混合物を形成し、第二ベンチュリー管の出口から第二混合物を排出し;そして第一及び第二混合物を集めて互いに混合して前記流体の単一の可燃性混合流を形成する。理想的には、第一及び第二の誘導流体はそれぞれ気体状燃料であり、第一及び第二の被誘導流体はそれぞれ空気である。別の例では、第一被誘導流体は空気であり、第二被誘導流体は再循環煙道ガス或いはスチーム、窒素、炭酸ガス等の不活性気体その他の希釈材である。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明は多くの新規な特長を提供し、これらの特長は組み合わされても或いは単独でも有用である。特に、これらの特長は、流体燃料を燃焼させるように構成されたバーナー及び/又はバーナー・アセンブリと接続させるのに有用である。この流体燃料は燃料オイル等であってもよいが、好ましくは天然ガス、プロパン、ブタン、水素等の気体状燃料である。
【0025】
本発明の原理と構想を具体化した一つのバーナー・アセンブリが図1〜図5に符号20で示されている。このバーナー・アセンブリ20はほぼ円筒状の外側シェル22と、燃料マニホールド26に接続された周縁に取付けられた一組の二次燃料ノズル24とを具えている。図2、4及び5に見られるように、このアセンブリ20は、6本の別個のベンチュリー管32で構成されたベンチュリー・クラスター(venturi cluster)30を有する複合ベンチュリー構造28も具えている。各ベンチュリー管32はその下端即ち上流端の入口34と(図2に示すのと同様に)、スロート36と、その上端即ち下流端の出口38とを有している。図2、4、6及び7に見られるように、入口34からスロート36まで延びているベンチュリー管の入口端部分35は外側に拡がって、実質的に円錐或いはベルの形をなしている。
【0026】
個々のベンチュリー管32は、それぞれ、単に誘導流体を通過させることによって被誘導物質に流れに起こさせるように構成され配置されている、バーナー技術の当業者にとっては周知の種類の従来型のベンチュリー構造であってもよい。この現象によって、被誘導物質と誘導流体の各混合物がベンチュリー管内に形成され、ベンチュリー管の下流端の出口38を通って排出される。
【0027】
この構造28は、入口端42を有するコレクター40も具えていて、図2に示されているように、そのコレクター40は、ベンチュリー管32の出口38に接続され、これに流体的に連通するように配置されている。当業者ならば判るであろうが、出口38に隣接するベンチュリー管32の上端39は、図5に模式的に示されているように、この出口38とコレクター40の入口端42とを結ぶ滑らかな推移域41を提供する適宜な形状を有している。このような構成のお陰で、ベンチュリー管の下流端で出口38を離れた各混合物はコレクター40に集められて相互に混合され、単一の混合された流れを形成する。相互混合作用を円滑にするために、コレクター40は図示のように半径方向に拡がった部分43を具えている。
【0028】
ベンチュリー・クラスターは6本の別個のベンチュリー管を具えているように図2、4及び5には描かれているが、当業者であれば判るように、このクラスターは平行な流れのための配置された2本のベンチュリー管のみを具えていてもよい。逆にこのクラスターは、所定の用途の必要性に応じて、6本以上例えば12本以上のベンチュリー管を具えることもできる。
【0029】
当業者にとって明らかなように、ベンチュリー管の誘導流体には種々のものがある。更に、被誘導物質はこれと同じであるとは限らない。例えば、バーナーの場合、誘導流体は気体状の化石燃料や水素等の流体であり、一方被誘導物質は、空気、又は、回収された煙道ガス、蒸気、炭酸ガス若しくは窒素等の燃焼不活性希釈物質であってもよい。別の例では、誘導流体は空気であり、被誘導物質は流体燃料或いは希釈物質であってもよい。いずれの場合でも、それぞれのベンチュリー管32で生成された各混合物は、コレクター40で相互にうまく混合されて一つの混合流を形成し、ベンチュリー・クラスター30がバーナーとして使用された場合には酸化物、流体燃料及び適宜な希釈物質を含むことになる。
【0030】
本発明の構想と原理をバーナーと結び付けて使用するためには、誘導流体は流体状の特に気体状の燃料であることが好ましく、被誘導物質は気体好ましくは空気を含んだ酸素であることが望ましい。この目的のために、バーナー・アセンブリ20は、図示されていない共通の燃料源に接続された一組の燃料気体入口チューブ44を具えている。このバーナー・アセンブリ20は、好ましくは各ベンチュリー管32に一つずつ設けられた一組の制御ハンドル46も具えている。これらのハンドル46は、普通のやり方で各制御エレメント48を対応するベンチュリー管32の入口34に近づけそしてこれから遠ざけるように動かすことが可能であり、これによって入口チューブ44を経て入口34に流入する加圧燃料気体の結果として、周囲の空気ボックスから対応するベンチュリー管32に引き込まれる空気の量を制御する。空気ボックスは図1に符号50で概略的に示されている。
【0031】
前述の構成によって、対応するチューブ44を通じて燃料気体が各ベンチュリー管内に排出されると、空気ボックス50からの空気は各入口34とこれに対応するエレメント48との間の間隙52を通じて入口34に引き込まれる。入口34に引き込まれる空気の量は、対応するハンドル46を使用してエレメント48を上昇及び/又は下降させることによって間隙52の幅を変化させて制御可能である。チューブ44を経て入口34に流入する燃料気体によって入口34に引き込まれるこの空気は、チューブ44から排出された燃料気体と一緒になって燃料気体と空気の混合物を形成し、これはベンチュリー管32を通じて流れて、出口38を経てベンチュリー管38から排出される。
【0032】
空気制御装置の詳細は、三本のベンチュリー管からなるバーナー機構の構成部品として図6と図7に特に詳しく図示されている。これに関して、図6と図7のベンチュリー管32、チューブ44、ハンドル46及び制御エレメント48は、図1と図2のアセンブリ20の対応する構成部品と基本的には同じであることに留意されたい。したがって、ハンドル46が一方向に回されると間隙52は拡がり、反対方向に回されると間隙52は狭まる。図6と図7の機構は以下に述べる目的のための中央燃料供給パイプ70も具えている。
【0033】
ベンチュリー管32からの各混合物はコレクター40に集められて相互に混ぜられ、燃料気体と空気の単一の混合流を形成し、この混合流はバーナーチップ (burner tip) 54に入り、バーナー機構20の上端58をほぼ取り囲む燃焼域56内に配分される。図2から判るように、コレクター40はバーナー・アセンブリ20の長手方向中心軸60に沿った方向に延び、出口即ち下流端62にはバーナーチップ54が設けられていることが望ましい。
【0034】
ベンチュリー管32はクラスター30内の流れが平行になるように配置されていることが好ましく、ベンチュリー管内で形成された各混合物は共通のコレクター40に供給され、そこで互いに一緒になって空気と燃料からなる単一の燃焼可能なプレミックスを形成する。このプレミックスは次に、コレクターの下流端62に設けられた共通のプレミックスチップ54に向かう。プレミックスチップ54は、このチップの内側の圧力が、一本のベンチュリー管のみが使用されている場合に通常現れる圧力と基本的に同じになるように構成されている。これによって、一本のベンチュリー管の場合と同じ気体速度に関連する圧力低下が保証される。複数のベンチュリー管を使用することによって、同じ速度で空気をこの一つの気体ジェットの中に拡散させる複数の気体スパッド(噴射器)の使用が可能になる。三本の(或いは用途における必要性に応じて更に多くの)ジェットの付加された表面積によって、かなり多くの空気をジェット中に拡散させることが可能になる。これによって、更に多くの空気をジェットの運動量によってベンチュリー管の開口に随伴させることも可能になる。なぜならば、被誘導流体の随伴量は誘導流の表面積によって変化するからである。随伴される付加空気は、使用される気体ジェットの数と気体がスパッド(噴射器)を離れた時点の気体の運動量との関数である。
【0035】
本発明の一実施形態においては、図1、図2及び図3に関して前に述べたように、ベンチュリー・クラスター30は6本のベンチュリー管32を具えている。本発明の別の有用な形態においては、クラスター30は2本以上、3本以上又は6本以上のベンチュリー管を具えている。例えば、3本のベンチュリー管を使用したバーナー・アセンブリが図6と図7に示されている。これに関して、唯一の制限は各クラスターのベンチュリー管が共通のコレクター40内に排出され、そこで各ベンチュリー管からの個々の混合物が一緒に混ぜられて単一の混合流を形成することである。上述の実施形態においては、誘導流体は燃料気体であり、被誘導流体は空気である。
【0036】
本発明の好ましい形態においては、個々のベンチュリー管の容量は同じである。しかし、本発明の広義の意図によれば、所与のクラスターの中の個々のベンチュリー管は同じでなくてもよい。即ち、所与のクラスターの中の1本以上のベンチュリー管の容量が同じクラスターの中の1本以上の他のベンチュリーの容量と違っていてもよい。更に、所与のクラスターの1本以上のベンチュリー管の誘導流体が同じクラスターの中の1本以上の他のベンチュリー管の誘導流体と異なっていてもよい。更に、所与のクラスターの中の1本以上のベンチュリー管の被誘導流体が同じクラスターの中の1本以上の他のベンチュリー管の被誘導流体と異なっていてもよい。これに関する一例として、所与のクラスターの中の1本のベンチュリー管の被誘導流体が空気であり、同じクラスターの中の別の1本のベンチュリー管の被誘導流体が煙道ガス又は窒素やスチーム等の希釈物質である。更に、バーナーの別の例として、誘導流体は空気であり、被誘導流体は燃料気体であってもよい。バーナー技術の当業者であれば容易に理解されるように、本発明の構想と原理によって一つのベンチュリー・クラスターに有用に採用可能なベンチュリー管の容量、誘導流体及び被誘導流体は膨大な数の組合せが可能である。
【0037】
所与の時刻に所与の用途に使用されるべきベンチュリー管の数は、バーナーの発熱とその用途に適したバーナーの形状とによって決められる。非常に低い窒素酸化物(NOX )の用途においては、炉から煙道ガスを引き出すのに1本以上のベンチュリー管が使用され、残りのベンチュリー管は気体と空気のために使用される。この炉の煙道ガスはコレクター40内で他のベンチュリー管からの燃料と空気の混合物と混合され、その結果、全体の燃焼流に質量を加える。この付加された質量による火炎への負荷の増加は、反応速度の減速と共に火炎温度を低下させ、その結果、窒素酸化物の放出を少なくする。この構想は、他のバーナーの設計において一次燃料要素として気体と空気の均質なプレミックス混合物を使用することと相俟って、他のタイプのバーナーにおいて窒素酸化物をうまく減少させ、広い範囲の発熱をもたらす。
【0038】
多数のベンチュリー管を使用して燃料と空気のプレミックスを供給することによって、非常に燃料の薄いプレミックスを提供することが可能になる。このような薄い燃料のプレミックスは必要な燃料の全量の約55%或いはそれ以下の量を含み、一方、全燃料を燃焼させるのに必要な全部の酸素を含んでいることが望ましい。次に残りの燃料が多段ノズルを通じて二次燃料として供給される。燃焼の下限の真近に燃料気体対空気の比率を維持するこの非常に薄いプレミックスの構想は、一次火炎によって生じる熱に最大の負荷を与える。複数のベンチュリー管を有する機構は、多段気体として燃料の濃い気体流を段階的に供給する能力を最大限に生かして、非常に薄い燃料のプレミックスを使用する構想をうまく利用することができる。多段気体ジェットに随伴する燃料気体と一緒になった希釈されたプレミックス気体流は、窒素酸化物の減少のための新たなきっかけとなった。このバーナーの構成における窒素酸化物の放出は、容量で3ppm まで低下したことが観測された。
【0039】
前述のように、独立した収束式ベル型入口35に設けられた分離した複数のジェットの表面領域が図2、図4、図5及び図6に示され、空気の随伴を更に良好にしている。これは、大きい一つのジェットを数個の小さいジェットに分割したことによってジェットの表面積が増えたことと直径が減少したことに起因するものである。ジェットのサイズはポートの直径と周囲の流体内におけるジェットの拡がりとの関数として減少する。気体ポートの設計に大きく関与している拡がりの角度もジェットの表面積を決めるものである。別々の気体ポートと複数のベンチュリー管を用いて形成された各ジェットは、同じ燃料圧力で供給された場合、同じ速度で空気を随伴し、拡散するであろう。この拡散/随伴速度は、非常に薄い燃料のプレミックスを供給するバーナーの能力を増大させるであろう。望ましいことではないが、複数ベンチュリー・クラスターからのプレミックスの組成は、混合物が引火限界より下にある時点で調節することができる。燃焼される燃料の引火限界内にプレミックス組成物を維持することによって、空気の量を最大にすることが可能になり、この空気はやがて火炎に対する熱負荷を最大にするであろう。この付加的な熱負荷は火炎温度を低下させ、結果として熱による窒素酸化物の形成を減らすであろう。
【0040】
本発明の原理と構想を具体化したバーナー・アセンブリの別の実施形態が図11に符号120によって概略的に示されている。図11において、図1〜図5に示されたのと基本的に同じ構成部品には同じ符号が付されている。図11には、二本だけのベンチュリー管32を有するベンチュリー・クラスター30が示されているが、前述のように図11のクラスター30は、利用可能な空間さえあれば、3本又は4本又はそれ以上のベンチュリー管を持つことが可能である。図11に示されているように、各ベンチュリー管32は、スロート36と出口38との間に延在する細長い基本的に真っ直ぐなチューブ64を具えている。図から判るように、チューブ64は互いに平行に配列されている。特に、チューブ64は流体が平行に流れるように配列されている。しかし、この点に関して、図11に示された構成はクラスター30の性能にとっては重要なものではないことに留意すべきである。当業者ならば理解できるように、ベンチュリー管の下流側部分64は真っ直ぐでなくてもよく、或いは互いに平行に位置決めされていなくてもよい。
【0041】
図11のバーナー・アセンブリのバーナーチップ154は図10に更に詳細に示されているが、軸60の方向に延びていることが望ましく、コレクター40から受け取った燃料と空気の単一の混合流を外側に導いて軸60に沿った方向に領域56内に入れるように構成され、配列されている。この目的のために、チップ154はその下流端67に複数の開口66を具え、これらの開口66は、この燃料と空気の混合流を図11に示されているように軸60に沿って流すように位置決めされている。
【0042】
図11に示されているように、各ベンチュリー管32は入口パイプ或いはスパッド68を介して燃料気体を供給され、空気流は可動制御エレメント48(図11には示されていないハンドル46)を用いて前述と同じように制御されている。こうして、図11の実施形態においては、燃料気体は誘導流体であり空気が被誘導流体である。図11のアセンブリ120は細長い中心一次燃料チューブ70も具えており、このチューブは図示のようにアセンブリ120の中心軸60に沿って延在し、チップ154の下流端67の孔69を通じて突出している。小さなベンチュリー管72がチューブ70の上流端74に設けられ、チューブ70に対する一次燃料の供給が入口燃料スパッド或いはパイプ76を介しておこなわれる。こうして、空気と燃料の一次混合物が、燃焼域56に設けられたチューブ70の下流端部分80の上に位置する一次ノズル78の方にチューブ70に沿って流される。本発明によれば、ノズル78に供給される物質は空気/燃料のプレミックスであることが望ましいが、安定化の目的のために生の燃料をノズル78に供給してもよい。
【0043】
図11から判るように、開口66がチューブ70を取り囲んで配置されている。こうして、燃料と空気の可燃性混合物がこれらの開口66を通じてチップ154から排出される際には、この混合物はチューブ70を取り囲むようにノズル78の方に延びる円筒状をなしている。この可燃性混合物に点火すると、軸60に沿って延びるほぼ円筒状の火炎が形成される。
【0044】
後述する目的のための火炎ホルダー82がノズル78の直下のチューブ70に取付けられている。この火炎ホルダー82とノズル78の好ましい実施形態の詳細が図13と図14に示されている。しかし、図13に示されたバーナーチップ254は図11のバーナーチップ154とは異なり、後者はその端壁156に複数の開口66を有しているのに対し、バーナーチップ254の方は下流側端256が基本的に広く開いた円筒状をなしている。
【0045】
図13を参照すると、火炎ホルダー82はノズル78から離れた頂点84を有する円錐形状をなしていることが望ましい。好ましくはこの頂点84はチップ254の上端256の上方約20.3cm(約8in)の箇所に設けられている。本発明の好ましい一つの形態においては、火炎ホルダー82は、チューブ70が約2.54cm(1in)直径のパイプで作られている場合には約10.2cm(約4in)の外径を有し、仮付け溶接や取付けねじ等によってチューブ70に取付けられた特殊形状のプレートで形成されている。軸60と火炎ホルダー82の円錐のスカート83とのなす角度αは45度であることが望ましい。
【0046】
最も好ましい形態においては、ホルダー82は、チューブ70を取り囲むパターンで分布している約6.35mm(1/4in)の直径を有する複数の孔86を有している。これらの孔86は、理想的にはホルダー82の表面積の約30%が開口領域となるような充分な大きさと数を有している。しかし、この点に関して、本発明の原理と構想によればこの開放領域は、ホルダー82の表面積の約10%以下から約75%以上までの範囲にあることが必要なことに留意しなければならない。このために、本発明によれば、ホルダーは炉へのバーナーの主たる開口の直径に応じて種々の直径を有している。こうして、ホルダー82の直径は炉へのバーナーの主たる開口の直径の1/4から炉へのバーナーの主たる開口と同じ直径まで変化することができる。更に、角度αは約30度以下から80度以上までの範囲にある。前述のことと関連して、ホルダー82の形状は重要な要素ではなく、チップ154、254を離れた可燃性混合物を偏向させて火炎ホルダー82の下流側300に低圧を形成し、点火が安定して維持される停滞した低速域に可燃性混合物を引き込むのに役立つのであれば、殆ど任意の形状を使用できる。
【0047】
ノズル78は図14に示された形状であることが望ましく、六角形の棒材を穿孔し機械加工して作製されたピースで作られたベース88と、開いた上端92を有する円筒状のカップ部分90を具えている。ベース88は孔94を具え、カップ部分90は孔96を具えており、これらの孔94と96はノズル78が所望の一次火炎を提供する結果を得るのに必要な大きさと位置になっている。カップ部分90は火炎が周囲の気体の流れによってベース88の開放端87から吹き飛ばされるを防いでいる。この流れが無い場合には、カップ部分90は不要である。
【0048】
図11、図13及び図14に概略的に示された構成は、非常に優れた窒素酸化物低減性能を提供する。前述のように、複数のベンチュリー管を設ける構想は、それ自体で実質的な窒素酸化物低減を可能にする非常に燃料の薄いプレミックスの提供を可能にする。この複数のベンチュリー管を設ける構想を図11、図13及び図14の構成と結び付ければ、非常に薄いプレミックスの低速域での安定化によって更に窒素酸化物が低減される。
【0049】
図11を参照すると、全燃料の約10%未満、好ましくは2%未満のごく小部分がスパッド76を経て誘導され、空気ボックス50から空気を引き出すのに使用される。この燃料と空気はバーナーの中心を通るチューブ70において予備混合される。前述したように、チューブ70を介して生の燃料を供給することが望ましい場合もある。チューブ70は一次プレミックス気体用チップ154を通過して、一次即ち主プレミックス用チップ154の上方に或る距離を置いて設けられた遮蔽されたノズル78で終わっている。この距離は、プレミックスがチップ154を離れる際の速度と圧力及びバーナーの大きさに応じて約7.62cm(約3in)未満から約38.1cm(約15in)を越える長さまで変えられる。こうして、主プレミックス用チップ154の上端156の上方に設けられた高い位置にあるノズル78に、小さい一次火炎が確実に得られる。孔空きプレートで作られた円錐状の火炎ホルダー82が高い位置にあるノズル78の真下に設けられ、チップ154からの主プレミックス混合物がノズル78に隣接して形成された安定した一次火炎に引き込まれる位置を提供する。こうして、円錐82と一次ノズル78は、チップ154から供給された非常に燃料の薄いプレミックスにおいて安定した火炎を維持する機構を提供する。安定した火炎が確立されれば、ノズル78の出口端92で発生した一次火炎は消火されて更に窒素酸化物を減らすことができる。
【0050】
前述のように、バーナーチップ154の出口から実質的に上方に離れた位置に一次火炎を位置決めすることによって、主チップ154から出た後の空気/燃料の主たる混合物を膨張させて減速させる機会を提供する。このように、プレミックスを火炎の速度より大きくない速度まで低下させことは、非常に燃料の薄いプレミックスの火炎の安定化にとって望ましい。非常に燃料の薄い可燃性混合物を使用する場合に生じる深刻な問題は、火炎速度が燃料の含量と共に直接変化することである。即ち、非常に燃料の薄い混合物においては火炎速度は非常に遅くなる。混合物の温度も火炎速度に影響を及ぼし、温度が高いと火炎速度も速くなり、逆もまた真である。換言すれば、可燃性混合物が非常に燃料の薄いものであって、非常に多くの過剰な空気を含んでいると、主バーナーチップから出てくる流れの速度が火炎速度を上回って、この状態ではバーナーチップから火炎が吹き飛ばされることがある。
【0051】
主たる燃料と空気の混合物がチップ端から出てきて炉の空間に拡がって速度が低下し、熱い周囲からの放射によって段々に加熱された後まで点火を遅らせることによって、火炎速度が再び流れの速度より速くなり、火炎が高い位置にあるノズル78とホルダー82によって提供される安定域内の安定条件に容易に維持される状況が作り出される。低速域で安定した状態で主気体の点火と燃焼が主プレミックス用チップ出口から実質的に離れた箇所で行われることによって、天然ガスの場合には5ppm に近い、精製されたブレンド燃料ガス(例えば25%の水素、25%のプロパン、50%のメタン)の場合には3ppm 未満の従来では得ることのできなかった窒素酸化物の低減性能が得られる。これに加えて、既に希釈されている燃料の薄いプレミックスは、主チップを出た後に膨張して遅くなり、それによって点火前に更に希釈されつつある炉の煙道生成物を随伴する。これも窒素酸化物の低減に大いに寄与する。
【0052】
図11に示された構成によれば、中心ベンチュリー管72を全く燃料の薄い状態ではあるが安定した引火限界に保つことができ、且つ周囲の複数のベンチュリー管/共通のコレクター140を駆動して、引火限界以下であって、かつ炉の温度に依存して燃料の酸化を完全に行うことのできる極めて燃料の薄い混合物にすることができる。
【0053】
本発明の別の態様によれば、チューブ70内の燃料/空気の混合物は、複数のベンチュリー管32を具えたクラスター機構によって供給される。この機構は図17に概略的に示されている。この場合、全体のアセンブリは別個の二つのベンチュリー・クラスターを含み、外側のクラスターはバーナーチップ154に空気/燃料のプレミックスを供給し、内側のクラスターはチューブ70に空気/燃料のプレミックスを供給する。内側の複数ベンチュリー・バンドルが外側のベンチュリー・バンドルによって完全に取り囲まれている別の構成が図16に模式的に示されている。図16に示されているように、外側のベンチュリー・バンドルはベンチュリー管32と共通のコレクター140とを具え、内側のベンチュリー・バンドルはベンチュリー管72と共通のコレクター340とを具えている。外側の複数ベンチュリー・バンドルの中に内側の複数ベンチュリー・バンドルが入っているこれらの場合には、内側クラスターは安定した引火限界内で作動し、外側クラスターは非常に薄い燃料の空気/燃料プレミックスを提供して窒素酸化物の低減に必要な最良の条件を作りだすように作動する。この種の構成によれば、内側バンドルに6本以上のベンチュリー管を有し、外側バンドルに12本以上のベンチュリー管を有する非常に大きなバーナーを容易に作ることできる。
【0054】
図12を参照すると、本発明の原理と構想が、プレミックスがチップ354から放射状に出る輻射型バーナーにも適用されていることが判る。この点に関して、2001年3月12日に出願された係属中の共通に譲渡された米国出願番号 09/803,808 を参照するもので、この出願の開示は本出願中に参考として包含しここに参考として提示します。こうして、図12に概略的に示されているバーナー・アセンブリ320は、このバーナー・アセンブリを軸方向に貫通して延びる一方向に細長いバーナーチップ354を具え、このバーナーチップは、コレクター40から受け入れられた単一の混合流を軸60に対してほぼ半径方向に燃焼域56に向けるように構成され、配置されている。したがって、バーナーチップ354はチップ354を取り囲む丸い平らな火炎を形成するように構成され、配置されている。更に図12を参照すると、このアセンブリ320は中心チューブ170を具え、二次燃料をノズル178を介して燃焼域に供給する。
【0055】
本発明の特に好ましい形態においては、バーナーチップ354は図8と図9に示された形状を有し、そこでチップ354はほぼリング形状のベース部分98と中心軸100とを有する。更にチップ354は細長い、並列された、円周に沿って所定間隔で配置された、長手方向に延びる湾曲した複数のリブ102を有する。これらのリブ102はベース部分98に装着された第一端104と、ベース部分98から離れた第二端106とを有する。第二端106は第一端104よりも軸60の近くに位置している。リブ102とベース部分98は、コレクター40から燃料と空気の一つの混合物の流れを受け入れるように構成された領域108をチップ354の内側に形成している。リブ102は互いの間に複数の湾曲したスロット110を形成している。図8と図9から明らかなようにこれらのスロット110は、領域108の混合物が、該領域108から外向きに、半径方向と軸60に沿って延びるベクトルを含む方向とに流れ、チップ354の外側の燃焼域56に入るように配列され、位置決めされている。
【0056】
図8と図9に示された好ましい形態においては、チップ354はチップ354の各第二端106に接続された王冠型部分112も具えている。好ましくは、この王冠型部分112は、軸方向と半径方向に延在する複数の不連続箇所114を具え、これらの不連続箇所114は、これを通じて領域108を出て行く混合物がスロット110自体を通って領域108を出て行く混合物よりも著しい軸方向の流れとなるように、特定のスロット110と整合して設けられている。理想的には、不連続箇所114はこれを通って流れる軸方向の混合物が燃焼域56の外側の前段階の混合領域116(図12参照)を形成し、不連続箇所114を通じて流れた燃料と空気の混合物が矢印115で示された方向にこの領域116を取り囲んで、燃焼のために燃焼域に戻る前に煙道ガスによって希釈されるように回転する。これに対して、スロット110から流れるプレミックスの流れの方向が、概略的に矢印117で示されている。本発明の特に好ましい形態においては、チップ354の王冠型部分112は、軸方向に整合した気体用中心ノズル収容開口118を具えている。
【0057】
本発明の一つの態様では、組合せベンチュリー・クラスターを具えて100%プレミックスによって高い発熱を得ることができる輻射壁型バーナーが提供される。本発明以前にはこうしたことは不可能であった。以前には、達成できる最高の発熱は二次空気によって約1.79×103MJ/h(1.7MMBTU/h)程度であった。しかし、二次空気は、すべての空気がベンチュリー管セクションにおける空気/燃料のプレミックスとして供給される場合よりも高い窒素酸化物を発生する。この障壁は、平行な流体の流れのための単一のクラスターの中に配置された複数のベンチュリー管からなる複合ベンチュリー・クラスターを具えたここに開示された新しい設計によって打ち破られた。
【0058】
本発明によって、段階的な燃料供給による窒素酸化物の低減、特定形状における騒音の減少、バーナーの外部の煙道ガスを随伴する段階的な気体ジェット、急速な窒素酸化物の低減、二次空気の調節を行わないための作業の簡単化、短い輪郭の火炎、追加されるプレミックスのチップ速度による高いターンダウン比率、高い安定性、COの発生の低減、(付加される質量の流れと大きな熱伝達による)プレミックスチップの冷却、付加されるチップ速度によるフラッシュバック問題の減少が得られる。
【0059】
本発明は複数のベンチュリー管の構成に関し、就中、プレミックス用途のための非常に薄い燃料混合物用に過剰な空気を提供する構成に関する。特に、本発明は、輻射壁バーナーが軸方向の火炎を提供するバーナーのいずれかに関連して有用である。本発明は、窒素酸化物低減機構として100%或いは部分的プレミックスで形成された一次可燃性混合物による大型プロセスヒーターと関連させても有用である。しかし、本発明の複数のベンチュリー管を具えた構成は汎用的な適用性を有し、ベンチュリー管が必要な時には一般的な用途に適用可能である。特に、本発明の複数のベンチュリー管を具えた構成は、質量の移動と拡散を増大させることによって、以前に思われていたよりも多くの空気を随伴するように作動する。更に、本発明の複数のベンチュリー管を具えた構成は、典型的なタンクと容器の換気、空気の取り扱い、固体の輸送及び取り扱い、及び短いベンチュリー管を使って大量の物質を移動させることを要するあらゆる場合に好適に適用可能である。
【0060】
以前には、輻射壁型バーナーは、他の空気源を使用しなければ約1.58×103MJ/h(1.5MMBtu/h)以上の発熱に達することは不可能であった。平行な複数のベンチュリー管を用いることにより、ベンチュリー管同士の間の確実な相互作用を保証するように細部に注意して正しい形状に作製すれば、約10.6×103MJ/h(10MMBtu/h)以上の発熱を達成することが可能である。
【0061】
本発明の一つの形態によれば、本発明をベンチュリー管噴射器が付加されて能力が増強され或いは窒素酸化物を低減させるようにしたモジュラー型バーナーに適用することが可能である。この構想においては、バーナーは複数のベンチュリー管によって構成され、後でベンチュリー管を追加して性能を向上させたり、スチームや煙道ガスその他の不活性ガスを加えて窒素酸化物を低減させたりしてもよい。別の形態においては、本発明は窒素酸化物を低減するための希釈材として煙道ガスを使用することに限定されず、質量を付加すると共に火炎を冷却する他の任意の希釈材を用いることが可能である。このような希釈材は、窒素やスチームや炭酸ガス等の不活性気体から精製PSAガス等の低いBTU値の燃料その他の任意の割合の可燃性気体を含む蒸気や気体流を添加された燃料まで広がっている。
【0062】
他の形態において、本発明は、炉の側壁ではなく床や屋根に取付け可能な種々のプロセスヒーター型バーナーに適用可能である。これらは自由に直立した丸い或いは平らな火炎を形成する。これらは、火炎によって壁が加熱されなくてもよい炉で機能する。
【0063】
更に別の形態においては、燃料を単一以上の噴射器内で可動流体として使用する代わりに、上述の特徴を有するスチームその他の圧縮された希釈気体が可動流体として使用される。
【0064】
典型的な複写壁型バーナーは単一の気体用スパッドの動力を使用して大気中の空気を随伴させている。平行な複数のベンチュリー管或いは噴射器を使用するこの新しい構想は、燃焼工業に新たな一面を与える。バーナー技術に適用された場合の本発明の利点は次の通りである。
(1)燃料気体と空気の均質性が良好なので火炎が短くなる。
(2)絞り比が大きい(従来技術の装置では3:1であるのに対して、10:1となる)。
(3)バーナーの周囲の騒音が減る。
(4)燃焼ジェットによって生じるホットスポットにタイルが曝されることがなく、孔があくことが防がれる。
(5)100%プレミックスを使用するので、二次的な追加が不要となる。
(6)バーナーの作用が非常に安定になる。
(7)バーナーがフラッシュバックを生じることなく、計算した通りに作動できる。
(8)煙道ガスの注入と混合によって、即発窒素酸化物及びサーマル窒素酸化物の両方とも低下させることができる。
(9)燃料の段階的供給が単一の内部チップ又は複数の放射状チップによって容易に行われる。
(10)チップ速度が速いので、揮発性燃料によるフラッシュバックが減少する。
(11)以前に可能であると考えられていたよりの大量の発熱が得られる。
【0065】
本発明の構想と原理によれば、前述の開示の主題である新規な組合せベンチュリー・クラスターを具えたバーナーは、上方、下方或いは水平方向に点火するように構成することができる。更に、本発明の複数のベンチュリー管からなるバーナーは、燃料オイル等の可燃性液体を燃焼させるのに使用される。したがって、このバーナーは、容易に且つ少しの物理的変更によって、組合せ点火機構に適用可能である。本発明のバーナーは種々の形状に容易に改変可能であることも注目に値する。例えば、このバーナーは、前述の円形火炎でなく、矩形その他の所望の形状にすることができる。
【0066】
前述の説明からも明らかなように、本発明は、燃料/空気のプレミックスを中心の一次火炎ノズルに供給し、或いは純粋な燃料を二次燃料を燃焼域に供給する中心ノズルに供給する中心燃料チューブと組み合わされたベンチュリー・クラスターを使用することを意図しているものである。
【0067】
本発明の原理と構想は、外側の複数ベンチュリー・クラスターの中に設けられた内側の複数ベンチュリー・クラスターを具えた大きなバーナー機構を提供するのに適用可能である。
【0068】
本発明は、単独で又は流体燃料を燃焼させるように構成されたバーナー及び/又はバーナー・アセンブリと組み合わされて役立つ多くの新規な特長を提供する。これらの流体燃料は燃料オイル等であってもよいが、天然ガス、プロパン、ブタン、水素等の気体状燃料であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の構想と原理を具体化した複合型複数ベンチュリー・クラスターを具えたバーナー・アセンブリの正面図である。
【図2】図2は、内部部品を見せるために一部を断面にしてアセンブリが示されている他は図1と同じ図である。
【図3】図3は、図1のバーナー・アセンブリの平面図である。
【図4】図4は、図2の4−4線で切断した断面図である。
【図5】図5は、図2の5−5線で切断した断面図である。
【図6】図6は、本発明の構想と原理を具体化した別の複合型複数ベンチュリー・クラスターの一部を示す、部分断面した正面図である。
【図7】図7は、図6の複合型ベンチュリー・クラスターの取り囲まれた部分7を示す拡大詳細図である。
【図8】図8は,本発明の複合型ベンチュリー・クラスターと組み合わせて使用されてバーナー・アセンブリを形成する本発明の構想と原理を具体化したバーナーチップの一実施形態の斜視図である。
【図9】図9は、図8のバーナーチップの平面図である。
【図10】図10は、本発明の複合型ベンチュリー・クラスターと組み合わせて使用されてバーナー・アセンブリを形成する本発明の構想と原理を具体化したバーナーチップの別の実施形態の斜視図である。
【図11】図11は、本発明の構想と原理を具体化したバーナー・アセンブリの更に別の実施形態の概略図である。
【図12】図12は、本発明の構想と原理を具体化したバーナー・アセンブリの更に別の実施形態の概略図である。
【図13】図13は、本発明の構想と原理を具体化したバーナー・アセンブリの更に別の実施形態の下流部分を示す部分断面した正面図である。
【図14】図14は、図13のバーナー・アセンブリの詳細を示す拡大断面図である。
【図15】図15は、図13のバーナー・アセンブリの平面図である。
【図16】図16は、中心ベンチュリーの束が外側ベンチュリーの束で取り囲まれていることを除いて、図11と図17のバーナー・アセンブリと同じバーナー・アセンブリの模式図である。
【図17】図17は、図11のバーナー・アセンブリの更に他の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
20…バーナー・アセンブリ
22…円筒状シェル
24…二次燃料ノズル
26…燃料マニホールド
28…複合型ベンチュリー構造
30…ベンチュリー・クラスター
32…ベンチュリー管
34…入口
36…スロート
38…出口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a venturi tube in which another fluid flow is induced when a fluid induced flow passes through. The invention further relates to an industrial burner that induces the flow of one or more components of the combustible mixture to form a mixture for introduction into the combustion zone. The invention also relates to a burner device capable of forming and handling an oxygen-rich combustible mixture.
[0002]
[Prior art]
Venturi devices that induce the flow of another fluid (induced fluid) by the flow of one fluid (guide fluid) are known. These devices are generally constituted by an inlet end, a throat and an outlet end. Generally speaking, the throat has a smaller flow area than the inlet end, thus providing a low pressure area for the throat. The induced fluid flows from the inlet end of the venturi tube through the tube, and the source of the induced fluid is in fluid communication with the low pressure region formed at the throat of the device by the flow of the induced fluid. Thus, the fluid to be introduced is drawn into the throat and mixed with the induction fluid.
[0003]
Venturi devices are used where fluid fuel induces an air flow to form a fuel and air mixture in the venturi tube. However, it may also help to direct fuel flow using combustion air. In another example, the flow of air or fuel through a venturi tube is used to induce a flow of recirculated flue gas or other diluent to control flame temperature or affect the production of nitrogen oxides. You can also.
[0004]
Despite its widespread use, the Venturi tube has certain limitations. First, the venturi's ability to draw a flow of induced fluid is limited by the available pressure of the induced fluid and its amount required for a given application. Furthermore, the effective venturi length is directly related to the throat diameter. Thus, the physical dimensions of the work environment have a limited impact on the venturi capacity.
[0005]
In a broader sense, the reduction and / or reduction of nitrogen oxides in industrial burners is always a desirable objective. Previously, it was possible to reduce nitrogen oxides to some extent by using a portion of the gaseous fuel in conjunction with the primary combustible fuel / air mixture in a stepwise manner. A thin primary mixture of fuel is often desirable in certain applications because excess air is added to lower the flame temperature and reduce nitrogen oxides. The gas is then introduced into the combustion zone stepwise from a gas tip disposed stepwise around the burner or a central gas tip extending through the center of the downstream end of the burner nozzle. Secondary fuel burns in an environment where flue gas is available as a diluent. This configuration did not necessarily reduce the nitrogen oxides to the desired level.
[0006]
In one example, the excess mass provided by excess air introduces a thin primary mixture of fuel into the combustion zone at a relatively high rate. This speed sometimes leads to an unstable flame condition where the flame speed becomes too high.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In accordance with the principles and concepts of the present invention, in one important aspect, a composite venturi structure is provided that includes a venturi cluster of a plurality of venturi tubes. In accordance with an aspect of the invention, a composite venturi structure is defined as having at least two venturi tubes. Desirably, the structure has at least three, sometimes six, venturi tubes, and in certain applications may have six or more venturi tubes. An important object of the present invention is to actually solve the problems still present in the burner field, in particular the problem of high levels of nitric oxide. That is, the present invention provides an apparatus and method that solves and eliminates the aforementioned problems. Furthermore, the present invention solves the problems generally associated with Venturi tubes. By providing a plurality of venturi tubes, the surface area is increased, so that a greater flow of induced material can be drawn with a given volume of induction fluid. Further, for a given flow of inductive fluid, the venturi throat in the bundle has a small throat, thus reducing its length.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Each Venturi tube of the cluster has an inlet, a throat, and an outlet, and is arranged and configured to cause a flow of the induced substance by passing the induction fluid. In each Venturi tube, this action forms a respective mixture of induced material and induced fluid, which mixture is then discharged from each Venturi tube. The structure preferably also comprises a collector having an inlet end connected to and in fluid communication with the outlet of the venturi tube. Thus, each of the mixture of the induced fluid and the induced substance discharged from the outlet is collected and mixed with each other to be discharged as a single mixed flow from the outlet of the collector. The induced material is often a fluid material. However, according to the broad aspect and intention of the present invention, the induced substance may be a flowable solid substance such as a powder or flaky substance.
[0009]
The venturi tube of the composite venturi structure of the present invention is not essential, but is preferably an elongated and basically straight tube. Although not essential, it is desirable that the tubes be arranged essentially parallel to each other. Although this Venturi tube has essentially the same physical capabilities, this is not an essential or important feature of the present invention, in fact, at least one of the Venturi tubes in a given cluster is the same cluster. There are many applications where it is desirable to have different physical capabilities than other Venturi tubes within.
[0010]
In another important aspect of the present invention, the composite venturi structure is a component of a novel burner assembly. In accordance with this aspect of the invention, in addition to the venturi cluster and collector, the burner assembly includes a burner tip attached to and in fluid communication with the outlet end of the collector. Thus, the tip is arranged to receive a single mixed flow of fluid from the collector and direct it toward the combustion zone.
[0011]
In one important embodiment of the present invention, the tip is elongated and configured and arranged to direct a single mixed stream exiting the tip toward the combustion zone substantially radially with respect to the longitudinal axis of the tip. . The tip is preferably configured to form a round flat flame surrounding the tip.
[0012]
In another important embodiment of the present invention, the tip is elongated and is configured and arranged to direct a single mixed stream exiting the tip toward the combustion zone approximately axially relative to the longitudinal axis of the tip. Yes. The tip is preferably configured to form a cylindrical flame extending along the axis.
[0013]
In general, either gaseous fuel or air is the inducing fluid, but it is desirable that at least one of the venturi tubes be constructed and arranged to operate with the gaseous fuel as the inducing fluid. When gaseous fuel is used as the guiding fluid, either air or recirculating flue gas is the induced fluid. Desirably, at least one Venturi tube is constructed and arranged to operate with air as the inductive fluid. Thus, when gaseous fuel is used as the guiding fluid and air is the induced fluid, the single mixed stream formed by the collector will contain a mixture of fluid fuel and air. Similarly, if gaseous fuel is used as the guiding fluid and the recirculating flue gas is the induced fluid, a single mixed stream will contain a mixture of fluid fuel and flue gas. For some applications, gaseous fuel is used as an inductive fluid to direct the flow of air into one venturi tube of a given cluster, and the flue gas in another venturi tube of the cluster To guide the flow. Thus, a single mixed stream will contain a mixture of fluid fuel, air and recirculating flue gas. One or more Venturi tubes in the cluster are constructed and arranged to operate with a diluent as the induced fluid so that a single mixed stream includes fluid fuel and diluent. The diluent is an available gas, such as steam, nitrogen, carbon dioxide, which is inert to the combustion reaction process.
[0014]
According to an important aspect of the invention, the collector is preferably elongated and arranged with a central axis extending between its ends. The assembly also preferably comprises a central fuel tube extending through the collector along the collector axis. Ideally, the central fuel tube has a downstream end portion extending through the burner tip and protruding through an opening located in the center of the downstream end of the burner tip. According to a preferred embodiment of the present invention, the assembly comprises a fuel nozzle located at the downstream end portion of the central fuel tube.
[0015]
Ideally, the inlet end of the collector comprises each open segment for each venturi tube of the cluster, and the venturi tube outlet is connected to each segment. The segments extend around the central fuel tube as a set so that the mixed flow is evenly distributed within the collector. The fuel nozzle burns secondary fuel when the tip is configured and arranged to direct a single mixed stream exiting the tip toward the combustion zone approximately radially with respect to the longitudinal axis of the tip. It is desirable to be configured and arranged so as to supply to the area. On the other hand, if the tip is configured and arranged to direct a single mixed stream exiting the tip toward the combustion zone approximately axially with respect to the longitudinal axis of the tip, the fuel nozzle It is desirable to be constructed and arranged so as to provide a continuous primary flame at a position in an area axially separated from the downstream end. In the latter case, the fuel nozzle is ideally provided at a position sufficiently away from the downstream end of the tip of the combustion zone, and when the single mixed flow approaches the fuel nozzle, the speed does not become higher than the flame maintenance speed. In this way, the single mixed stream expands to reduce the speed.
[0016]
In another aspect, the present invention provides a burner assembly with a burner tube structure that includes one, but not necessarily, one or more venturi tubes. However, the burner tube structure comprises an elongated burner conduit having an inlet end and an outlet end that are spaced apart from each other. This conduit may be a venturi tube. In another example, this may be just a hollow tube or pipe. This conduit is constructed so that a combustible gas mixture containing fluid fuel, preferably in the form of a gaseous fuel, and oxygen, preferably in the form of air, is directed from its inlet end to its outlet end along it. Has been placed. In accordance with this aspect of the present invention, the outlet end of the conduit is provided with a burner tip, which preferably has a central axis and a downstream end spaced from the outlet end of the conduit. The tip is arranged and configured to receive the combustible mixture from the conduit and direct it through the one or more holes at the downstream end of the tip toward the combustion zone in a direction along the tip axis.
[0017]
The assembly of this aspect of the invention further comprises an elongate central fuel tube extending through the tip along the axis. The fuel tube preferably projects axially out of the tip through the downstream end of the tip, and the fuel tube has a downstream end portion located in the combustion zone away from the downstream end of the burner tip. A hole at the downstream end of the tip is located around the fuel tube so that the mixture toward the combustion zone extends out of the downstream end around the fuel tube and along the axis toward the downstream end portion of the fuel tube. It is almost cylindrical. Ideally, the assembly includes a fuel nozzle at the downstream end portion of the fuel tube located in a location sufficiently far from the downstream end of the burner tip, and expands after the mixture leaves the downstream end of the tip. Thus, it is decelerated to a speed lower than the flame speed before it reaches the vicinity of the fuel nozzle. In this form of the invention, the burner assembly is suitable for use in situations where the combustible mixture is comprised of a very thin fuel and air mixture.
[0018]
According to the concept and principle of the present invention, the burner tip is provided in a substantially dome shape. The novel burner tip of the present invention has a generally ring-shaped base portion having a central axis and elongated, side-by-side, circumferentially spaced extensions extending in a direction along the axis. And ribs curved in the longitudinal direction. Each of these ribs has a first end attached to the base and a second end spaced from the base, the second end being located closer to the shaft than the first end. Together, the base portion and the ribs form a region configured to receive a flow of air and fluid fuel mixture inside the tip, the ribs forming curved slots on their own, The mixture is allowed to flow out from the inner region of the chip through both in the radial direction and in the direction including the vector extending along the axis. In accordance with the present invention, the burner tip includes a crown-shaped portion connected to the second end of the rib, the crown-shaped portion including a plurality of discontinuous portions extending axially and radially aligned with each slot. In particular, the air / fluid fuel mixture passing through the discontinuity is configured to have a more significant axial flow relative to the air / fluid fuel mixture flowing through the slot. These discontinuities are preferably positioned to flow the air / fluid fuel mixture therethrough and form a pre-stage mixing zone outside the combustion zone. The crown-shaped portion also has a gas nozzle receiving opening aligned in the axial direction.
[0019]
In one preferred embodiment of the present invention, the tip described above is used in combination with a burner assembly having a composite venturi structure as described above.
[0020]
The present invention also provides a method for enhancing the ability of a venturi device to direct a second fluid flow to the first fluid as the first fluid flow passes through the device. The method separates the first fluid into at least two, preferably at least three, and possibly six or more diverted portions, each of the diverted portions of the first fluid being passed through each Venturi tube, Are separately guided to each of the diverted portions, thereby forming an individually diverted mixture of the first and second fluids, and mixing these individually diverted mixtures through a single venturi tube. A mixture of first and second fluids is formed that includes a second fluid at a higher concentration than would be obtained by flowing the entire amount of the first fluid. According to the present invention, the first fluid is preferably a gaseous fuel and the second fluid is preferably air.
[0021]
The present invention further provides a method for reducing the length of a venturi device configured to direct a second fluid flow to the first fluid as the first fluid flow passes through the device. In this aspect of the invention, the method separates the first fluid into at least two, preferably at least three, and possibly six or more diverted portions; each diverted portion of the first fluid is connected to each Venturi tube. Passing the second fluid stream separately into each of the first fluid diverted portions thereby forming a mixture of the first and second fluids; mixing each of these diverted mixtures to the same length Forming a mixture of the first and second fluids, including a concentration of the second fluid that is higher than would be obtained by flowing the entire amount of the first fluid through a single Venturi tube.
[0022]
In addition, the present invention provides a method of operating a venturi device, providing at least two venturi tubes, each venturi tube having an inlet, a throat, and an outlet, each of which is covered as the guiding fluid passes through it. A flow of inducer is caused, thereby forming a mixture of induced material and inducer fluid, the mixture is discharged from its outlet, and the first inducer fluid is passed through the first venturi tube, thereby Of the first induced fluid to form a first mixture of the first induced fluid and the first induced material, discharging the first mixture from the outlet of the first venturi; A second venturi tube, thereby causing a flow of a second induced material to form a second mixture of the second induced fluid and the second induced material, and the second mixture is It discharged from the outlet of the tube; and in mixtures with one another attracting first and second mixtures to form a single mixed stream comprising said fluid and material.
[0023]
The present invention further provides a method of operating a burner comprising a venturi device for supplying a combustible mixture to a burner nozzle, the burner comprising at least two venturi tubes, each venturi tube being an inlet, Each having a throat and an outlet, each of which induces a flow of the induced fluid as the guiding fluid passes through it to form a mixture of the induced and guiding fluids and discharges the mixture from the outlet Passing a first induction fluid through the first tube of the Venturi tube, thereby inducing a flow of the first induced fluid to form a first mixture of the first induction fluid and the first induced fluid, Discharging the first mixture from the outlet of the first venturi tube; passing a second induction fluid through the second tube of the venturi tube thereby inducing a flow of the second induced fluid; And a second induced fluid is formed, the second mixture is discharged from the outlet of the second venturi tube; and the first and second mixtures are collected and mixed together to produce a simple mixture of the fluids. A combustible mixed stream is formed. Ideally, the first and second induced fluids are each gaseous fuel, and the first and second induced fluids are each air. In another example, the first induced fluid is air and the second induced fluid is a recirculating flue gas or an inert gas such as steam, nitrogen, carbon dioxide, or other diluent.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a number of novel features that can be combined or used alone. In particular, these features are useful in connection with a burner and / or burner assembly configured to burn fluid fuel. The fluid fuel may be a fuel oil or the like, but is preferably a gaseous fuel such as natural gas, propane, butane, or hydrogen.
[0025]
One burner assembly embodying the principles and concepts of the present invention is shown at 20 in FIGS. The burner assembly 20 includes a generally cylindrical outer shell 22 and a set of secondary fuel nozzles 24 attached to the periphery connected to a fuel manifold 26. As seen in FIGS. 2, 4 and 5, the assembly 20 also includes a composite venturi structure 28 having a venturi cluster 30 composed of six separate venturi tubes 32. Each venturi 32 has a lower or upstream inlet 34 (similar to that shown in FIG. 2), a throat 36, and an upper or downstream outlet 38. As seen in FIGS. 2, 4, 6 and 7, the venturi inlet end portion 35 extending from the inlet 34 to the throat 36 extends outwardly and is substantially conical or bell-shaped.
[0026]
Each individual venturi tube 32 is of a conventional type of venturi structure of the type well known to those of ordinary skill in the burner art, each configured and arranged to cause a material to be induced to flow by simply passing a guiding fluid. It may be. By this phenomenon, each mixture of the induced substance and the induced fluid is formed in the venturi tube and is discharged through the outlet 38 at the downstream end of the venturi tube.
[0027]
The structure 28 also includes a collector 40 having an inlet end 42 which, as shown in FIG. 2, is connected to and in fluid communication with the outlet 38 of the venturi tube 32. Is arranged. As will be appreciated by those skilled in the art, the upper end 39 of the venturi 32 adjacent to the outlet 38 is a smooth connection between the outlet 38 and the inlet end 42 of the collector 40, as schematically shown in FIG. A suitable transition region 41 is provided. Thanks to such a configuration, each mixture leaving the outlet 38 at the downstream end of the venturi tube is collected in the collector 40 and mixed together to form a single mixed stream. In order to facilitate the intermixing action, the collector 40 includes a radially extending portion 43 as shown.
[0028]
Although the Venturi cluster is depicted in FIGS. 2, 4 and 5 as comprising six separate Venturi tubes, as will be appreciated by those skilled in the art, this cluster is arranged for parallel flow. There may be provided only two venturi tubes that have been made. Conversely, this cluster can also include 6 or more, for example, 12 or more Venturi tubes, depending on the needs of a given application.
[0029]
As is apparent to those skilled in the art, there are a variety of venturi guiding fluids. Furthermore, the induced substance is not necessarily the same. For example, in the case of a burner, the induction fluid is a fluid such as gaseous fossil fuel or hydrogen, while the induced substance is air or combustion inert gas such as recovered flue gas, steam, carbon dioxide or nitrogen It may be a diluted material. In another example, the induced fluid may be air and the induced material may be a fluid fuel or a diluent material. In any case, each mixture produced in each Venturi tube 32 is well mixed with each other at the collector 40 to form a single mixed stream, and oxide when the Venturi cluster 30 is used as a burner. , Fluid fuel and appropriate diluent material.
[0030]
In order to use the concept and principle of the present invention in conjunction with a burner, the inducing fluid is preferably a fluid, especially gaseous fuel, and the induced material is a gas, preferably oxygen containing air. desirable. For this purpose, the burner assembly 20 comprises a set of fuel gas inlet tubes 44 connected to a common fuel source not shown. The burner assembly 20 also includes a set of control handles 46, preferably one for each venturi tube 32. These handles 46 are capable of moving each control element 48 closer to and away from the inlet 34 of the corresponding Venturi tube 32 in the usual manner, thereby adding additional fluid flowing into the inlet 34 via the inlet tube 44. As a result of the pressurized fuel gas, it controls the amount of air drawn into the corresponding venturi 32 from the surrounding air box. The air box is shown schematically at 50 in FIG.
[0031]
With the configuration described above, as fuel gas is exhausted through the corresponding tube 44 into each venturi, air from the air box 50 is drawn into the inlet 34 through the gap 52 between each inlet 34 and its corresponding element 48. It is. The amount of air drawn into the inlet 34 can be controlled by varying the width of the gap 52 by raising and / or lowering the element 48 using the corresponding handle 46. This air drawn into the inlet 34 by the fuel gas flowing into the inlet 34 through the tube 44 together with the fuel gas discharged from the tube 44 forms a mixture of fuel gas and air, which passes through the venturi 32. It flows through the outlet 38 and is discharged from the venturi tube 38.
[0032]
Details of the air control device are shown in particular detail in FIGS. 6 and 7 as components of a burner mechanism consisting of three Venturi tubes. In this regard, it should be noted that the venturi tube 32, tube 44, handle 46 and control element 48 of FIGS. 6 and 7 are essentially the same as the corresponding components of the assembly 20 of FIGS. . Therefore, when the handle 46 is turned in one direction, the gap 52 widens, and when the handle 46 is turned in the opposite direction, the gap 52 narrows. The mechanism of FIGS. 6 and 7 also includes a central fuel supply pipe 70 for the purposes described below.
[0033]
Each mixture from the venturi tube 32 is collected in the collector 40 and mixed together to form a single mixed flow of fuel gas and air, which enters the burner tip 54 and burner mechanism 20 Is distributed within a combustion zone 56 that substantially surrounds the upper end 58 of the engine. As can be seen in FIG. 2, the collector 40 preferably extends in a direction along the longitudinal central axis 60 of the burner assembly 20 and is provided with a burner tip 54 at the outlet or downstream end 62.
[0034]
The Venturi tubes 32 are preferably arranged so that the flow in the cluster 30 is parallel, and each mixture formed in the Venturi tubes is fed to a common collector 40 where they are combined with each other from air and fuel. To form a single combustible premix. This premix then goes to a common premix chip 54 provided at the downstream end 62 of the collector. The premix tip 54 is configured so that the pressure inside the tip is essentially the same as the pressure that would normally appear when only one Venturi tube is used. This ensures a pressure drop associated with the same gas velocity as in the case of a single Venturi tube. The use of multiple venturi tubes allows the use of multiple gas spuds (injectors) that diffuse air into the single gas jet at the same speed. The added surface area of the three jets (or even more as needed in the application) allows a significant amount of air to diffuse into the jet. This also allows more air to accompany the venturi opening through the jet momentum. This is because the accompanying amount of the induced fluid varies depending on the surface area of the induced flow. The additional air entrained is a function of the number of gas jets used and the momentum of the gas when the gas leaves the spud.
[0035]
In one embodiment of the present invention, the Venturi cluster 30 includes six Venturi tubes 32 as previously described with respect to FIGS. In another useful form of the invention, the cluster 30 comprises two or more, three or more, or six or more venturi tubes. For example, a burner assembly using three venturi tubes is shown in FIGS. In this regard, the only limitation is that the venturi tubes of each cluster are discharged into a common collector 40 where the individual mixtures from each venturi tube are mixed together to form a single mixed stream. In the above-described embodiment, the guiding fluid is a fuel gas and the induced fluid is air.
[0036]
In a preferred form of the invention, the capacity of the individual venturi tubes is the same. However, according to the broad intent of the present invention, the individual Venturi tubes in a given cluster may not be the same. That is, the capacity of one or more venturis in a given cluster may be different from the capacity of one or more other venturis in the same cluster. Further, one or more venturi guiding fluids in a given cluster may be different from one or more other venturi guiding fluids in the same cluster. Further, the induced fluid of one or more venturi tubes in a given cluster may be different from the induced fluid of one or more other venturi tubes in the same cluster. As an example in this regard, the induced fluid of one venturi tube in a given cluster is air and the induced fluid of another venturi tube in the same cluster is flue gas or nitrogen or steam Diluted substances such as Further, as another example of the burner, the guiding fluid may be air and the induced fluid may be a fuel gas. As will be readily appreciated by those skilled in the art of burner technology, there are a vast number of Venturi tube capacities, induced fluids and induced fluids that can be usefully employed in a Venturi cluster according to the concepts and principles of the present invention. Combinations are possible.
[0037]
The number of venturi tubes to be used for a given application at a given time is determined by the heat generation of the burner and the shape of the burner suitable for that application. Very low nitrogen oxides (NO X ), One or more venturi tubes are used to draw flue gas from the furnace, and the remaining venturi tubes are used for gas and air. The furnace flue gas is mixed in the collector 40 with the fuel and air mixture from the other venturi tubes, thus adding mass to the entire combustion stream. This increased load on the flame due to the added mass reduces the flame temperature as the reaction rate slows, resulting in less nitrogen oxide emissions. This concept, coupled with the use of a homogeneous premixed mixture of gas and air as the primary fuel element in other burner designs, successfully reduces nitrogen oxides in other types of burners, resulting in a wide range of Causes fever.
[0038]
By using a large number of venturi tubes to provide a fuel and air premix, it is possible to provide a very thin premix of fuel. Such a thin fuel premix preferably contains about 55% or less of the total amount of fuel required, while containing all the oxygen necessary to burn the total fuel. The remaining fuel is then supplied as secondary fuel through the multistage nozzle. This very thin premix concept that maintains the fuel gas to air ratio close to the lower combustion limit places the greatest load on the heat generated by the primary flame. Mechanisms with multiple venturi tubes can take advantage of the concept of using a very thin fuel premix, taking full advantage of the ability to step-by-stage fuel-rich gas flow as a multistage gas. The diluted premix gas stream combined with the fuel gas associated with the multi-stage gas jet provided a new trigger for nitrogen oxide reduction. It was observed that nitrogen oxide emissions in this burner configuration had dropped to 3 ppm by volume.
[0039]
As described above, the surface areas of the separated jets provided at the independent converging bell inlet 35 are shown in FIGS. 2, 4, 5 and 6 to further improve the air entrainment. . This is due to the fact that by dividing one large jet into several smaller jets, the surface area of the jet has increased and the diameter has decreased. The jet size decreases as a function of port diameter and jet spread in the surrounding fluid. The divergence angle, which is largely involved in the design of the gas port, also determines the surface area of the jet. Each jet formed using a separate gas port and multiple venturi tubes will entrain and diffuse air at the same velocity when supplied at the same fuel pressure. This diffusion / entrainment rate will increase the burner's ability to deliver a very thin fuel premix. Although not desirable, the composition of the premix from multiple venturi clusters can be adjusted when the mixture is below the flammability limit. By maintaining the premix composition within the flammability limits of the fuel being burned, it is possible to maximize the amount of air, which will eventually maximize the heat load on the flame. This additional heat load will lower the flame temperature and consequently reduce the formation of nitrogen oxides by heat.
[0040]
Another embodiment of a burner assembly embodying the principles and concepts of the present invention is schematically illustrated in FIG. In FIG. 11, the same components as those shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. FIG. 11 shows a Venturi cluster 30 having only two Venturi tubes 32, but as mentioned above, the cluster 30 of FIG. It is possible to have more Venturi tubes. As shown in FIG. 11, each Venturi tube 32 comprises an elongated, essentially straight tube 64 that extends between the throat 36 and the outlet 38. As can be seen from the figure, the tubes 64 are arranged in parallel to each other. In particular, the tubes 64 are arranged so that fluids flow in parallel. However, in this regard, it should be noted that the configuration shown in FIG. 11 is not critical to the performance of the cluster 30. As can be appreciated by those skilled in the art, the downstream portion 64 of the venturi tube may not be straight, or may not be positioned parallel to each other.
[0041]
The burner tip 154 of the burner assembly of FIG. 11 is shown in more detail in FIG. 10 but preferably extends in the direction of the shaft 60 and provides a single mixed flow of fuel and air received from the collector 40. It is constructed and arranged so as to be guided outside and into the region 56 in a direction along the axis 60. For this purpose, the tip 154 has a plurality of apertures 66 at its downstream end 67 that allow the fuel and air mixed flow to flow along the axis 60 as shown in FIG. So that it is positioned.
[0042]
As shown in FIG. 11, each Venturi tube 32 is supplied with fuel gas via an inlet pipe or spud 68 and the air flow uses a movable control element 48 (handle 46 not shown in FIG. 11). Are controlled in the same manner as described above. Thus, in the embodiment of FIG. 11, the fuel gas is the induced fluid and the air is the induced fluid. The assembly 120 of FIG. 11 also includes an elongated central primary fuel tube 70 that extends along the central axis 60 of the assembly 120 as shown and projects through a hole 69 at the downstream end 67 of the tip 154. . A small venturi 72 is provided at the upstream end 74 of the tube 70 and primary fuel is supplied to the tube 70 through an inlet fuel spud or pipe 76. Thus, a primary mixture of air and fuel flows along the tube 70 toward the primary nozzle 78 located on the downstream end portion 80 of the tube 70 provided in the combustion zone 56. According to the present invention, the material supplied to the nozzle 78 is preferably an air / fuel premix, but raw fuel may be supplied to the nozzle 78 for stabilization purposes.
[0043]
As can be seen from FIG. 11, an opening 66 is disposed surrounding the tube 70. Thus, when a combustible mixture of fuel and air is discharged from the tip 154 through these openings 66, the mixture has a cylindrical shape extending toward the nozzle 78 so as to surround the tube 70. When the combustible mixture is ignited, a substantially cylindrical flame extending along the axis 60 is formed.
[0044]
A flame holder 82 for the purpose described later is attached to the tube 70 directly below the nozzle 78. Details of the preferred embodiment of the flame holder 82 and nozzle 78 are shown in FIGS. However, the burner tip 254 shown in FIG. 13 is different from the burner tip 154 of FIG. 11 in that the latter has a plurality of openings 66 in its end wall 156, whereas the burner tip 254 is on the downstream side. The end 256 is basically a wide open cylinder.
[0045]
Referring to FIG. 13, the flame holder 82 preferably has a conical shape with a vertex 84 remote from the nozzle 78. Preferably, the apex 84 is located about 8 inches above the upper end 256 of the tip 254. In one preferred form of the invention, the flame holder 82 has an outer diameter of about 10.2 cm (about 4 in) when the tube 70 is made of a pipe having a diameter of about 2.54 cm (1 in). The plate is formed of a specially shaped plate attached to the tube 70 by tack welding or mounting screws. The angle α formed by the shaft 60 and the conical skirt 83 of the flame holder 82 is preferably 45 degrees.
[0046]
In the most preferred form, the holder 82 has a plurality of holes 86 having a diameter of about ¼ inch distributed around the tube 70 in a pattern. These holes 86 are of sufficient size and number so that approximately 30% of the surface area of the holder 82 is ideally an open area. In this regard, however, it should be noted that according to the principles and concepts of the present invention, this open area should be in the range of about 10% or less to about 75% or more of the surface area of the holder 82. . To this end, according to the invention, the holder has various diameters depending on the diameter of the main opening of the burner to the furnace. Thus, the diameter of the holder 82 can vary from a quarter of the diameter of the main burner opening to the furnace to the same diameter as the main opening of the burner to the furnace. Further, the angle α is in a range from about 30 degrees or less to 80 degrees or more. In connection with the foregoing, the shape of the holder 82 is not a critical factor, but deflects the combustible mixture away from the tips 154, 254 to create a low pressure on the downstream side 300 of the flame holder 82, stabilizing ignition. Almost any shape can be used as long as it helps to draw the combustible mixture into the stagnant low speed range that is maintained.
[0047]
The nozzle 78 is preferably in the shape shown in FIG. 14 and is a cylindrical cup having a base 88 made of a piece made by drilling and machining a hexagonal bar and an open upper end 92. A portion 90 is provided. Base 88 includes holes 94 and cup portion 90 includes holes 96 that are sized and positioned to obtain the result that nozzle 78 provides the desired primary flame. . The cup portion 90 prevents the flame from being blown off from the open end 87 of the base 88 by the surrounding gas flow. In the absence of this flow, the cup portion 90 is not necessary.
[0048]
The configuration schematically shown in FIGS. 11, 13 and 14 provides very good nitrogen oxide reduction performance. As previously mentioned, the concept of providing a plurality of venturi tubes allows for the provision of a very thin premix of fuel that in itself allows for substantial nitrogen oxide reduction. Combining this concept of providing a plurality of Venturi tubes with the configuration of FIGS. 11, 13 and 14 further reduces nitrogen oxides by stabilizing the very thin premix in the low speed range.
[0049]
Referring to FIG. 11, a small portion of less than about 10%, preferably less than 2% of the total fuel is directed through the spud 76 and used to draw air from the air box 50. The fuel and air are premixed in a tube 70 that passes through the center of the burner. As previously mentioned, it may be desirable to supply raw fuel through the tube 70. The tube 70 passes through the primary premix gas tip 154 and ends with a shielded nozzle 78 provided at a distance above the primary or main premix tip 154. This distance can vary from less than about 3 inches to more than about 15 inches depending on the speed and pressure at which the premix leaves the chip 154 and the size of the burner. In this way, a small primary flame is reliably obtained at the high nozzle 78 provided above the upper end 156 of the main premix chip 154. A conical flame holder 82 made of a perforated plate is provided directly below the elevated nozzle 78 and the main premix mixture from the tip 154 is drawn into a stable primary flame formed adjacent to the nozzle 78. Provide a location. Thus, the cone 82 and primary nozzle 78 provide a mechanism to maintain a stable flame in a very fuel thin premix supplied from the tip 154. If a stable flame is established, the primary flame generated at the outlet end 92 of the nozzle 78 can be extinguished to further reduce nitrogen oxides.
[0050]
As mentioned above, positioning the primary flame at a position substantially upwardly away from the outlet of the burner tip 154 provides an opportunity to expand and slow down the main air / fuel mixture after exiting the main tip 154. provide. Thus, reducing the premix to a speed that is not greater than the flame speed is desirable for stabilization of a very fuel thin premix flame. A serious problem that occurs when using a very thin flammable mixture of fuel is that the flame speed varies directly with the fuel content. That is, the flame speed is very slow for very thin fuel mixtures. The temperature of the mixture also affects the flame speed, the higher the temperature, the faster the flame speed and vice versa. In other words, if the combustible mixture is very thin and contains too much excess air, the flow velocity coming out of the main burner tip will exceed the flame velocity and this state Then, the flame may be blown off from the burner chip.
[0051]
The flame speed is again reduced to the flow speed by slowing the ignition until the main fuel and air mixture emerges from the tip end, spreads into the furnace space, slows down and is heated gradually by hot ambient radiation. A situation is created that is faster and is easily maintained at a stable condition within the stability range provided by the nozzle 78 and holder 82 in a higher position. A refined blended fuel gas (nearly 5 ppm in the case of natural gas) is achieved by igniting and burning the main gas at a location that is substantially away from the main premix tip outlet in a stable state at low speeds. In the case of 25% hydrogen, 25% propane, 50% methane, for example, a nitrogen oxide reduction performance of less than 3 ppm, which could not be obtained conventionally, is obtained. In addition, a thin premix of fuel that has already been diluted expands and slows after exiting the main tip, thereby entraining furnace flue products that are being further diluted prior to ignition. This also greatly contributes to the reduction of nitrogen oxides.
[0052]
According to the configuration shown in FIG. 11, the central venturi 72 can be kept at a stable flammability limit even though the fuel is thin, and a plurality of surrounding venturi / common collectors 140 can be driven. It is possible to obtain a very thin mixture of fuels which is below the flammability limit and which can be fully oxidized depending on the furnace temperature.
[0053]
According to another aspect of the invention, the fuel / air mixture in the tube 70 is supplied by a cluster mechanism comprising a plurality of venturi tubes 32. This mechanism is shown schematically in FIG. In this case, the entire assembly includes two separate Venturi clusters, the outer cluster supplies the air / fuel premix to the burner tip 154 and the inner cluster supplies the air / fuel premix to the tube 70. To do. Another configuration in which the inner multiple venturi bundle is completely surrounded by the outer venturi bundle is shown schematically in FIG. As shown in FIG. 16, the outer venturi bundle includes a venturi tube 32 and a common collector 140, and the inner venturi bundle includes a venturi tube 72 and a common collector 340. In these cases where the inner multiple venturi bundle is contained within the outer multiple venturi bundle, the inner cluster operates within stable flammability limits and the outer cluster is a very thin fuel air / fuel premix. To provide the best conditions necessary for nitrogen oxide reduction. According to this kind of configuration, it is possible to easily make a very large burner having 6 or more venturi tubes in the inner bundle and 12 or more venturi tubes in the outer bundle.
[0054]
Referring to FIG. 12, it can be seen that the principles and concepts of the present invention are also applied to a radiant burner where the premix exits radially from the tip 354. In this regard, reference is made to pending commonly assigned US application Ser. No. 09 / 803,808 filed Mar. 12, 2001, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Present as Thus, the burner assembly 320 shown schematically in FIG. 12 comprises an elongated burner tip 354 in one direction extending axially through the burner assembly, the burner tip being received from the collector 40. The single mixed flow is constructed and arranged to direct the combustion zone 56 substantially radially with respect to the axis 60. Accordingly, the burner tip 354 is constructed and arranged to form a round flat flame that surrounds the tip 354. Still referring to FIG. 12, this assembly 320 includes a central tube 170 and supplies secondary fuel to the combustion zone via nozzle 178.
[0055]
In a particularly preferred form of the invention, the burner tip 354 has the shape shown in FIGS. 8 and 9 where the tip 354 has a generally ring-shaped base portion 98 and a central axis 100. Further, the tip 354 has a plurality of longitudinally extending curved ribs 102 that are elongated, juxtaposed, and arranged at predetermined intervals along the circumference. The ribs 102 have a first end 104 attached to the base portion 98 and a second end 106 remote from the base portion 98. The second end 106 is located closer to the axis 60 than the first end 104. Ribs 102 and base portion 98 define a region 108 inside tip 354 that is configured to receive a flow of a mixture of fuel and air from collector 40. The ribs 102 form a plurality of curved slots 110 between each other. As apparent from FIGS. 8 and 9, these slots 110 flow from the region 108 outwardly from the region 108 in a direction including a radial direction and a vector extending along the axis 60. Arranged and positioned to enter the outer combustion zone 56.
[0056]
In the preferred form shown in FIGS. 8 and 9, the tip 354 also includes a crown-shaped portion 112 connected to each second end 106 of the tip 354. Preferably, the crown-shaped portion 112 includes a plurality of discontinuities 114 extending axially and radially, which discontinuities 114 allow the mixture exiting the region 108 through the slot 110 itself. It is provided in alignment with a particular slot 110 so that there is a significant axial flow through the mixture through the region 108. Ideally, the discontinuity 114 is such that the axial mixture flowing therethrough forms a previous mixing region 116 (see FIG. 12) outside the combustion zone 56 and the fuel flowing through the discontinuity 114. The air mixture surrounds this region 116 in the direction indicated by arrow 115 and rotates to be diluted by the flue gas before returning to the combustion zone for combustion. On the other hand, the direction of the premix flow flowing from the slot 110 is schematically indicated by an arrow 117. In a particularly preferred form of the invention, the crown-shaped portion 112 of the tip 354 includes an axially aligned central nozzle receiving opening 118 for gas.
[0057]
In one aspect of the present invention, a radiant wall burner is provided that has a combined venturi cluster and can achieve high heat generation with 100% premix. This was not possible before the present invention. Previously, the highest exotherm that can be achieved is approximately 1.79 × 10 6 by secondary air. Three It was about MJ / h (1.7MMBTU / h). However, secondary air generates higher nitrogen oxides than if all air is supplied as an air / fuel premix in the venturi section. This barrier was overcome by the new design disclosed herein with a composite venturi cluster consisting of a plurality of venturi tubes arranged in a single cluster for parallel fluid flow.
[0058]
The present invention reduces nitrogen oxides by gradual fuel supply, reduces noise in certain shapes, gradual gas jet with flue gas outside the burner, rapid nitrogen oxide reduction, secondary air Simplification of work without adjustment, short contour flame, high turndown ratio due to added premix tip speed, high stability, reduced CO generation, (additional mass flow and large Cooling of the premix chip (by heat transfer) and reduction of flashback problems due to the added chip speed.
[0059]
The present invention relates to multiple venturi tube configurations, and in particular to configurations that provide excess air for very thin fuel mixtures for premix applications. In particular, the present invention is useful in connection with any burner in which the radiant wall burner provides an axial flame. The present invention is also useful in connection with large process heaters with primary combustible mixtures formed with 100% or partial premix as a nitrogen oxide reduction mechanism. However, the configuration including a plurality of venturi tubes of the present invention has general applicability, and can be applied to general uses when a venturi tube is required. In particular, the multiple venturi tube configuration of the present invention operates to entrain more air than previously thought by increasing mass transfer and diffusion. In addition, the multi-venturi configuration of the present invention requires typical tank and container ventilation, air handling, solids transport and handling, and moving large quantities of material using short venturi tubes. It can be suitably applied to all cases.
[0060]
Previously, radiant wall burners would be about 1.58 × 10 unless another air source was used. Three It was impossible to reach a fever higher than MJ / h (1.5MMBtu / h). By using a plurality of parallel Venturi tubes and making them in the correct shape with careful attention to detail to ensure a reliable interaction between the Venturi tubes, approximately 10.6 × 10 Three Heat generation over MJ / h (10MMBtu / h) can be achieved.
[0061]
According to one aspect of the present invention, the present invention can be applied to a modular burner in which a venturi tube injector is added to enhance the capacity or reduce nitrogen oxides. In this concept, the burner is made up of multiple venturi tubes that can later be added to improve performance, or steam, flue gas or other inert gases can be added to reduce nitrogen oxides. May be. In another form, the invention is not limited to using flue gas as a diluent to reduce nitrogen oxides, but to use any other diluent that adds mass and cools the flame. Is possible. Such diluents range from inert gases such as nitrogen, steam and carbon dioxide to fuels with low BTU value fuels such as purified PSA gas and other fuels containing vapors or gas streams containing any proportion of combustible gas It has spread.
[0062]
In other forms, the present invention is applicable to a variety of process heater type burners that can be attached to the floor or roof rather than to the side walls of the furnace. They form a free upright round or flat flame. They function in a furnace where the walls do not have to be heated by the flame.
[0063]
In yet another form, instead of using fuel as a moving fluid in one or more injectors, steam or other compressed dilution gas having the characteristics described above is used as the moving fluid.
[0064]
A typical copy wall burner uses the power of a single gas spud to entrain atmospheric air. This new concept of using multiple parallel venturi tubes or injectors provides a new dimension to the combustion industry. The advantages of the present invention when applied to burner technology are as follows.
(1) Since the homogeneity of fuel gas and air is good, the flame is shortened.
(2) Large aperture ratio (3: 1 in prior art devices, but 10: 1).
(3) Noise around the burner is reduced.
(4) The tile is not exposed to the hot spot generated by the combustion jet, and the formation of holes is prevented.
(5) Since a 100% premix is used, secondary addition is unnecessary.
(6) The action of the burner becomes very stable.
(7) The burner can operate as calculated without causing flashback.
(8) Both prompt and thermal nitrogen oxides can be reduced by flue gas injection and mixing.
(9) The staged supply of fuel is facilitated by a single internal chip or multiple radial chips.
(10) Since the chip speed is high, flashback due to volatile fuel is reduced.
(11) Larger heat generation than previously thought possible.
[0065]
In accordance with the concepts and principles of the present invention, a burner with a novel combined venturi cluster that is the subject of the foregoing disclosure can be configured to ignite upward, downward, or horizontally. Furthermore, the burner consisting of a plurality of venturi pipes of the present invention is used to burn a combustible liquid such as fuel oil. Therefore, this burner can be applied to the combination ignition mechanism easily and with a few physical changes. It is also noteworthy that the burner of the present invention can be easily modified into various shapes. For example, the burner can be rectangular or any other desired shape rather than the circular flame described above.
[0066]
As is apparent from the foregoing description, the present invention provides a center for supplying a fuel / air premix to a central primary flame nozzle, or for supplying pure fuel to a central nozzle that supplies secondary fuel to a combustion zone. It is intended to use a Venturi cluster combined with a fuel tube.
[0067]
The principles and concepts of the present invention are applicable to providing a large burner mechanism with an inner multiple venturi cluster provided within an outer multiple venturi cluster.
[0068]
The present invention provides a number of novel features that are useful alone or in combination with a burner and / or burner assembly configured to burn fluid fuel. These fluid fuels may be fuel oil or the like, but are preferably gaseous fuels such as natural gas, propane, butane and hydrogen.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a burner assembly with a composite multi-venturi cluster embodying the concepts and principles of the present invention.
FIG. 2 is the same view as FIG. 1 except that the assembly is shown partly in cross section to show the internal parts.
FIG. 3 is a plan view of the burner assembly of FIG. 1;
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG.
FIG. 6 is a partial cross-sectional front view showing a portion of another composite multi-venturi cluster that embodies the concepts and principles of the present invention.
7 is an enlarged detail view showing an enclosed portion 7 of the composite venturi cluster of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a perspective view of one embodiment of a burner tip embodying the concepts and principles of the present invention used in combination with a composite venturi cluster of the present invention to form a burner assembly.
FIG. 9 is a plan view of the burner chip of FIG. 8;
FIG. 10 is a perspective view of another embodiment of a burner tip embodying the concepts and principles of the present invention used in combination with a composite venturi cluster of the present invention to form a burner assembly. .
FIG. 11 is a schematic diagram of yet another embodiment of a burner assembly embodying the concepts and principles of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram of yet another embodiment of a burner assembly embodying the concepts and principles of the present invention.
FIG. 13 is a partial cross-sectional front view showing the downstream portion of yet another embodiment of a burner assembly embodying the concepts and principles of the present invention.
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view showing details of the burner assembly of FIG. 13;
FIG. 15 is a plan view of the burner assembly of FIG. 13;
FIG. 16 is a schematic view of the same burner assembly as that of FIGS. 11 and 17, except that the central venturi bundle is surrounded by the outer venturi bundle.
FIG. 17 is a schematic view of yet another embodiment of the burner assembly of FIG.
[Explanation of symbols]
20 ... Burner assembly
22 ... Cylindrical shell
24 ... Secondary fuel nozzle
26 ... Fuel manifold
28 ... Composite type venturi structure
30 ... Venturi cluster
32 ... Venturi tube
34 ... Entrance
36 ... Throat
38 ... Exit

Claims (85)

ベンチュリークラスターと、細長いコレクターと、細長い管状セグメントとを具備する複合型ベンチュリー構造体であって:A composite venturi structure comprising a venturi cluster, an elongated collector, and an elongated tubular segment:
前記ベンチュリークラスターは、少なくとも2本のベンチュリー管を含んでいて、前記ベンチュリー管各々は、導管を形成する細長いベンチュリー管主ボデー部分と、ベンチュリー管入口と、ベンチュリー管出口とを備えており、前記ベンチュリー管各々は、誘導流体を通過させることによって被誘導物質の流れを生じさせるように配置・構成され、それによって被誘導物質と誘導流体との混合物それぞれは前記ベンチュリー管出口から排出されており;The venturi cluster includes at least two venturi tubes, each of the venturi tubes comprising an elongate venturi main body portion forming a conduit, a venturi tube inlet, and a venturi tube outlet; Each tube is arranged and configured to cause a flow of induced material by passing the induced fluid, whereby each mixture of induced material and induced fluid is discharged from the venturi tube outlet;
前記細長いコレクターは、前記ベンチュリー管出口から排出された被誘導物質と誘導流体との前記混合物それぞれを受け入れるために、かつ前記誘導流体と前記被誘導物質との単一混合液を提供するべく前記混合物を集めて相互混合するために配置・構成されていて、前記コレクターは、内部混合チャンバを形成する外周壁面と、入口端部と、出口端部と、前記両端部間に延在している長手方向に延在する中心軸とを備えており、前記細長いベンチュリー管主ボデー部分は前記中心軸に対してほぼ平行的に配列されていて;The elongated collector is adapted to receive each of the mixture of induced material and induced fluid discharged from the venturi tube outlet and to provide a single mixture of the induced fluid and the induced material. The collector is arranged and configured to collect and intermix, and the collector has an outer peripheral wall forming an internal mixing chamber, an inlet end, an outlet end, and a longitudinal length extending between the ends. A central axis extending in a direction, wherein the elongated venturi main body portion is arranged substantially parallel to the central axis;
前記細長い管状セグメントそれぞれは前記ベンチュリー管各々のためのものであって、前記管状セグメントが、前記コレクターの前記入口端部と前記ベンチュリー管出口とを相互接続かつ相互連通するべく配置・構成されていて、前記管状セグメントは、対応するベンチュリー管の前記出口に接続された入口と、前記コレクターの前記入口端部に接続された出口とを備えており、さらに前記管状セグメント各々が、前記中心軸に対して所定角度で前記コレクターの前記入口端部から外向きに遠ざかるように延伸するべく配向されているので、前記管状セグメントの前記入口及び前記対応するベンチュリー管の入口は、前記中心軸から半径方向に離間した位置に配列されており、その離間距離は、前記中心軸から前記管状セグメントの前記出口が前記コレクターと接続されている地点への距離より長い距離となっている;複合型ベンチュリー構造体。Each of the elongate tubular segments is for each of the venturi tubes, and the tubular segments are arranged and configured to interconnect and communicate the inlet end of the collector and the venturi tube outlet. Each of the tubular segments includes an inlet connected to the outlet of a corresponding venturi tube and an outlet connected to the inlet end of the collector, each tubular segment further with respect to the central axis. Oriented to extend outwardly away from the inlet end of the collector at a predetermined angle so that the inlet of the tubular segment and the inlet of the corresponding venturi tube are radially from the central axis. Arranged at spaced apart positions, the spaced distance from the central axis of the outlet of the tubular segment And it has a longer distance than the distance to the point being connected to the collector; composite venturi structure.
前記ベンチュリー管の入口すべてがほぼ同一面にある請求項1に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure of claim 1, wherein all of the venturi inlets are substantially coplanar. 前記ベンチュリークラスターが少なくとも3本の前記ベンチュリー管を備えている請求項1に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure according to claim 1, wherein the venturi cluster includes at least three of the venturi tubes. 前記ベンチュリークラスターが少なくとも6本の前記ベンチュリー管を備えている請求項3に記載の複合型ベンチュリー構造体。4. The composite venturi structure according to claim 3, wherein the venturi cluster comprises at least six of the venturi tubes. 前記ベンチュリー管各々の入口端がベル型をしている請求項1,3又は4に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure according to claim 1, 3 or 4, wherein an inlet end of each of the venturi pipes has a bell shape. 前記被誘導物質が流体である、請求項1に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure according to claim 1, wherein the induced substance is a fluid. 前記被誘導物質が流動性固形物である、請求項1に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure according to claim 1, wherein the induced substance is a fluid solid. 前記ベンチュリー管が、同一の物理的容量である、請求項1,3又は4に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure according to claim 1, 3 or 4, wherein the venturi tubes have the same physical capacity. 前記ベンチュリー管の少なくとも一本が他の前記ベンチュリー管と異なる物理的容量である、請求項1,3又は4に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure according to claim 1, 3 or 4, wherein at least one of the venturi tubes has a physical capacity different from that of the other venturi tubes. 前記中心軸に沿って前記コレクターを通過する中心管を具備する、請求項1に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure of claim 1, comprising a central tube passing through the collector along the central axis. 前記複合型ベンチュリー構造体が、前記中心管の上流端部と接続された一本のベンチュリー管を含んでいる、請求項10に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure of claim 10, wherein the composite venturi structure includes a single venturi tube connected to an upstream end of the central tube. 前記複合型ベンチュリー構造体が、前記中心管の上流端部と接続された複数のベンチュリー管を含んでいる、請求項10に記載の複合型ベンチュリー構造体。The composite venturi structure of claim 10, wherein the composite venturi structure includes a plurality of venturi tubes connected to an upstream end of the central tube. 第一及び第二ベンチュリークラスター装置を含んでいる複合型ベンCombined ben including first and second venturi cluster devices チュリー構造体であって、第一及び第二ベンチュリークラスター装置が、ベンチュリークラスターとコレクターとを具備していて:A Turley structure, wherein the first and second venturi cluster devices comprise a venturi cluster and a collector:
前記ベンチュリークラスターは、少なくとも2本のベンチュリー管を具え、各前記ベンチュリー管各々は、入口、スロット及び出口を有し、誘導流体を通過させることによって被誘導物質に流れを生じさせるように配置・構成され、それによって被誘導物質と誘導流体との混合物それぞれは前記出口から排出されており;The venturi cluster includes at least two venturi tubes, and each of the venturi tubes has an inlet, a slot, and an outlet, and is arranged and configured to cause a flow of the induced substance by passing the induction fluid. Whereby each mixture of induced substance and induced fluid is discharged from the outlet;
前記コレクターは、前記ベンチュリー管の出口に接続されると共にこれと流体的に連通するように配置された入口端部を有し、それによって前記出口から排出された誘導流体と被誘導物質との混合物それぞれは集められて相互に混合されて、前記誘導流体と前記被誘導物質との単一混合流を形成していて;The collector has an inlet end connected to and in fluid communication with the outlet of the venturi tube, whereby a mixture of induced fluid and induced material discharged from the outlet Each collected and mixed together to form a single mixed flow of the inducing fluid and the induced material;
前記第一ベンチュリークラスター装置の前記ベンチュリー管は離間していて、前記コレクターは中心スペースを提供するように環状であって、前記第二ベンチュリークラスター装置は前記中心スペースに配列されている;複合型ベンチュリー構造体。The venturi tubes of the first venturi cluster device are spaced apart, the collector is annular to provide a central space, and the second venturi cluster device is arranged in the central space; a composite venturi Structure.
ベンチュリークラスターと、細長いコレクターと、細長い管状セグメントとバーナーチップとを具備するバーナー・アセンブリであって:A burner assembly comprising a venturi cluster, an elongated collector, an elongated tubular segment and a burner tip:
前記ベンチュリークラスターは、少なくとも2本のベンチュリー管を含んでいて、前記ベンチュリー管各々は、導管を形成する細長いベンチュリー管主ボデー部分と、ベンチュリー管入口と、ベンチュリー管出口とを備えており、前記ベンチュリー管各々は、誘導流体を通過させることによって被誘導流体の流れを生じさせるように配置・構成され、それによって被誘導流体と誘導流体との混合物それぞれは前記ベンチュリー管出口から排出されており;The venturi cluster includes at least two venturi tubes, each of the venturi tubes comprising an elongate venturi main body portion forming a conduit, a venturi tube inlet, and a venturi tube outlet; Each of the tubes is arranged and configured to cause a flow of the induced fluid by passing the induced fluid, whereby each mixture of the induced fluid and the induced fluid is discharged from the venturi tube outlet;
前記コレクターは、前記ベンチュリー管出口から排出された被誘導流体と誘導流体との前記混合物それぞれを受け入れるために、かつ前記誘導流体と前記被誘導流体との単一混合液を提供するべく前記混合物を集めて相互混合するために配置・構成されていて、前記コレクターは、内部混合チャンバを形成する外周壁面と、入口端部と、出口端部と、前記両端部間に延在している長手方向延伸中心軸とを備えており、前記細長いベンチュリー管主ボデー部分は前記中心軸に対してほぼ平行的に配列されていて;The collector receives the mixture of induced fluid and induced fluid discharged from the venturi tube outlet, respectively, and provides the mixture to provide a single mixture of the induced fluid and the induced fluid. Arranged and configured for collection and intermixing, the collector comprising an outer peripheral wall forming an internal mixing chamber, an inlet end, an outlet end, and a longitudinal direction extending between the ends An elongated central axis, and the elongated venturi main body portion is arranged substantially parallel to the central axis;
前記細長い管状セグメントそれぞれは前記ベンチュリー管各々のためのものであって、前記管状セグメントが、前記コレクターの前記入口端部と前記ベンチュリー管出口とを相互接続かつ相互連通するべく配置・構成されていて、前記管状セグメントは、対応するベンチュリー管の前記出口に接続された入口と、前記コレクターの前記入口端部に接続された出口とを備えており、さらに前記管状セグメント各々が、前記中心軸に対して所定角度で前記コレクターの前記入口端部から外向きに遠ざかるように延伸するべく配向されているので、前記管状セグメントの前記入口及び前記対応するベンチュリー管の入口は、前記中心軸から半径方向に離間した位置に配列されており、その離間距離は、前記中心軸から前記管状セグメントの前記出口が前記コレクターと接続されている地点への距離より長い距離となっており;Each of the elongate tubular segments is for each of the venturi tubes, and the tubular segments are arranged and configured to interconnect and communicate the inlet end of the collector and the venturi tube outlet. Each of the tubular segments includes an inlet connected to the outlet of a corresponding venturi tube and an outlet connected to the inlet end of the collector, each tubular segment further with respect to the central axis. Oriented to extend outwardly away from the inlet end of the collector at a predetermined angle so that the inlet of the tubular segment and the inlet of the corresponding venturi tube are radially from the central axis. Arranged at spaced apart positions, the spaced distance from the central axis of the outlet of the tubular segment It has a longer distance distance to a point which is connected to the collector;
前記バーナーチップは、前記コレクターの出口端に取付けられると共にこれと流体的に連通し、前記バーナーチップは前記コレクターからの流体の前記単一混合流を受け入れて、これを燃焼域に向かわせるように配置されている;バーナー・アセンブリ。The burner tip is attached to and in fluid communication with the outlet end of the collector such that the burner tip receives the single mixed flow of fluid from the collector and directs it toward the combustion zone. In place; burner assembly.
前記ベンチュリー管入口すべてがほぼ同一面に配列されている、請求項14に記載のバーナー・アセンブリ。The burner assembly of claim 14, wherein all of the venturi inlets are arranged in substantially the same plane. 気体燃料を前記ベンチュリー管入口に受け入れることにより空気流れを誘発し、かつ前記気体燃料を前記導管に通過させることを可能にするために、また前記空気と前記気体燃料との非常に燃料の薄い混合物を生成するためにさらに前記非常に燃料の薄い混合物を前記ベンチュリー管出口から排出するために、前記ベンチュリー管各々が配置・構成されている、請求項14に記載のバーナー・アセンブリ。A very thin mixture of the air and the gaseous fuel to induce an air flow by receiving gaseous fuel at the venturi inlet and to allow the gaseous fuel to pass through the conduit; 15. The burner assembly according to claim 14, wherein each of the venturi tubes is arranged and configured to further discharge the very fuel thin mixture from the venturi tube outlet to produce 前記ベンチュリー管の少なくとも1本が、誘導流体として気体燃料によって作動するように配置・構成されている請求項14に記載のバーナー・アセンブリ。15. A burner assembly according to claim 14, wherein at least one of the venturi tubes is arranged and configured to operate with gaseous fuel as a guiding fluid. 前記ベンチュリー管の少なくとも1本が、被誘導流体として空気によって作動するように配置・構成され、それによって前記単一混合流が流体燃料と空気とで構成されている請求項17に記載のバーナー・アセンブリ。18. A burner according to claim 17, wherein at least one of said venturi tubes is arranged and configured to be actuated by air as an induced fluid, whereby said single mixed flow is composed of fluid fuel and air. assembly. 前記ベンチュリー管の前記少なくとも1本が、被誘導流体として再循環煙道ガスによって作動するように配置・構成され、それによって前記単一混合流が流体燃料と再循環煙道ガスとで構成されている請求項17に記載のバーナー・アセンブリ。The at least one of the venturi tubes is arranged and configured to operate with recirculating flue gas as an induced fluid, whereby the single mixed flow is composed of fluid fuel and recirculating flue gas; The burner assembly according to claim 17. 前記ベンチュリー管の前記別の1本が、誘導流体として気体状燃料によって、被誘導流体として再循環煙道ガスによって作動するように配置・構成され、それによって前記単一混合流が流体燃料と空気と再循環煙道ガスとで構成されている請求項18に記載のバーナー・アセンブリ。The other one of the Venturi tubes is arranged and configured to operate with gaseous fuel as the guiding fluid and recirculating flue gas as the induced fluid, so that the single mixed stream is fluid fuel and air 19. A burner assembly according to claim 18, comprising a recirculating flue gas. 前記ベンチュリー管の少なくとも1本が、被誘導流体として燃焼不活性希釈材によって作動するように配置・構成され、それによって前記単一混合流が流体燃料と前記燃焼不活性希釈材とで構成されている請求項17に記載のバーナー・アセンブリ。At least one of the venturi tubes is arranged and configured to operate with a combustion inert diluent as an induced fluid, whereby the single mixed stream is composed of a fluid fuel and the combustion inert diluent. The burner assembly according to claim 17. 前記燃焼不活性希釈材が蒸気である、請求項21に記載のバーナー・アセンブリ。The burner assembly of claim 21, wherein the combustion inert diluent is steam. 前記燃焼不活性希釈材が窒素である、請求項21に記載のバーナー・アセンブリ。The burner assembly of claim 21, wherein the combustion inert diluent is nitrogen. 前記ベンチュリー管がそれぞれ誘導流体として気体状燃料によって、そして被誘導流体として空気によって作動するように配置・構成され、それによって前記単一混合流が気体状燃料と空気とで構成される請求項14に記載のバーナー・アセンブリ。15. The venturi is arranged and configured to operate with gaseous fuel as a guiding fluid and with air as a guided fluid, respectively, whereby the single mixed flow is composed of gaseous fuel and air. Burner assembly as described in 前記誘導流体が気体燃料である請求項14に記載のバーナー・アセンブリ。15. A burner assembly according to claim 14, wherein the induction fluid is a gaseous fuel. 前記誘導流体が燃料オイルである請求項14に記載のバーナー・アセンブリ。15. A burner assembly according to claim 14, wherein the induction fluid is fuel oil. 前記被誘導流体が空気を含んでいる請求項14,15又は26に記載のバーナー・アセンブリ。27. A burner assembly according to claim 14, 15 or 26, wherein the induced fluid comprises air. 前記燃焼不活性希釈材がCOThe combustion inert diluent is CO 22 である、請求項21に記載のバーナー・アセンブリ。The burner assembly according to claim 21, wherein ベンチュリークラスターと、コレクターと、バーナーチップとを具備するバーナー・アセンブリであって:A burner assembly comprising a Venturi cluster, a collector and a burner tip:
前記ベンチュリークラスターは、少なくとも2本のベンチュリー管を含んでいて、前記ベンチュリー管各々は、バーナー導管を形成する細長いベンチュリー管主ボデー部分と、ベンチュリー管入口と、ベンチュリー管出口とを備えており、(1)気体燃料が前記ベンチュリー管入口に導入される場合空気流れを誘発し、かつ前記気体燃料を前記導管に通過させるために、(2)前記空気と前記気体燃料の非常に燃料の薄い混合物を生成するために、(3)さらに前記非常に燃料の薄い混合物を前記ベンチュリー管出口から排出するために、前記ベンチュリー管各々が配置・構成されていて;The venturi cluster includes at least two venturi tubes, each of the venturi tubes including an elongated venturi main body portion forming a burner conduit, a venturi tube inlet, and a venturi tube outlet ( 1) In order to induce air flow when gaseous fuel is introduced into the venturi inlet and to pass the gaseous fuel through the conduit, (2) a very thin mixture of the air and the gaseous fuel is used. And (3) each venturi tube is arranged and configured to further discharge the very thin fuel mixture from the venturi tube outlet;
前記コレクターは、前記ベンチュリー管の前記出口と流体連通して接続され配列された入口端部を備えていて、従って前記ベンチュリー管出口から排出された空気と燃料との非常に燃料の薄い混合物それぞれが、集められ相互混合され、空気と燃料との非常に燃料の薄い単一混合流を提供しており;The collector has an inlet end connected and arranged in fluid communication with the outlet of the venturi tube, so that each very thin fuel and fuel mixture discharged from the venturi outlet is each Collected and intermixed to provide a very thin single mixed flow of air and fuel;
前記バーナーチップは、前記コレクターの出口端部と流体連通して接続され配列され、空気と燃料との非常に燃料の薄い前記単一混合流を前記コレクターから受け入れ燃焼域に導入している;The burner tip is connected and arranged in fluid communication with the outlet end of the collector and receives the single thin mixed stream of air and fuel from the collector and introduces it into the combustion zone;
バーナー・アセンブリ。Burner assembly.
前記燃焼域に補助燃料を供給するための第二燃料ノズルを含んでいる、請求項29に記載のバーナー・アセンブリ。30. The burner assembly according to claim 29, including a second fuel nozzle for supplying auxiliary fuel to the combustion zone. 前記ベンチュリー管は、前記非常に燃料の薄い混合物が、前記燃焼The Venturi tube allows the very thin mixture of fuel to burn 域に供給された燃料の燃焼を促進するために必要な空気すべてを含んでいるように配置・構成されている、請求項30に記載のバーナー・アセンブリ。31. A burner assembly according to claim 30, wherein the burner assembly is arranged and configured to include all of the air necessary to promote combustion of fuel supplied to the zone. 前記ベンチュリークラスターが少なくとも3本の前記ベンチュリー管を備えている請求項29に記載のバーナー・アセンブリ。30. A burner assembly according to claim 29, wherein the venturi cluster comprises at least three of the venturi tubes. 前記ベンチュリークラスターが少なくとも6本の前記ベンチュリー管を備えている請求項32に記載のバーナー・アセンブリ。The burner assembly according to claim 32, wherein the venturi cluster comprises at least six of the venturi tubes. 前記ベンチュリー管各々の入口端がベル型をしている請求項29,32又は33に記載のバーナー・アセンブリ。34. A burner assembly according to claim 29, 32 or 33, wherein the inlet end of each of the venturi tubes is bell-shaped. 前記ベンチュリー管各々が、お互いにほぼ平行的に配列されている直線部分を含んでいる、請求項34に記載のバーナー・アセンブリ。35. The burner assembly of claim 34, wherein each of the venturi tubes includes straight portions that are arranged substantially parallel to each other. 前記ベンチュリー管が、同一の物理的容量である、請求項29,32又は33に記載のバーナー・アセンブリ。34. A burner assembly according to claim 29, 32 or 33, wherein the venturi tubes have the same physical capacity. 前記ベンチュリー管の少なくとも一本が他の前記ベンチュリー管と異なる物理的容量である、請求項29,32又は33に記載のバーナー・アセンブリ。34. A burner assembly according to claim 29, 32 or 33, wherein at least one of the venturi tubes has a different physical capacity than the other venturi tubes. 前記コレクターは細長くて、かつ前記コレクターは前記端部間に延在する中心軸を含んでいる、請求項29,32又は33に記載のバーナー・アセンブリ。34. A burner assembly according to claim 29, 32 or 33, wherein the collector is elongated and the collector includes a central axis extending between the ends. 前記中心軸に沿って前記コレクターを通過する中心燃料チューブを備えている、請求項38に記載のバーナー・アセンブリ。39. A burner assembly according to claim 38, comprising a central fuel tube passing through the collector along the central axis. 前記コレクターの入口端部が各ベンチュリー管用の開口セグメントを含んでいて、前記ベンチュリー管の出口は対応するセグメントと流体連通的に各々接続されており、前記開口セグメントは前記中心燃料チューブ周囲に列をなして配列されている、請求項39に記載のバーナー・アセンブリ。The collector inlet end includes an open segment for each venturi tube, and the venturi tube outlets are each in fluid communication with a corresponding segment, the open segment in a row around the central fuel tube. 40. The burner assembly according to claim 39, arranged in a row. 前記中心燃料チューブの上流端が燃料源に接続されるように構成されている請求項39に記載のバーナー・アセンブリ。40. A burner assembly according to claim 39, wherein the upstream end of the central fuel tube is configured to be connected to a fuel source. 前記中心燃料チューブの上流端が空気/燃料のプレミックス源に接続されるように構成されている請求項39に記載のバーナー・アセンブリ。40. The burner assembly according to claim 39, wherein the upstream end of the central fuel tube is configured to be connected to an air / fuel premix source. 前記バーナー・アセンブリが前記中心燃料チューブの上流端に接続されたベンチュリー管を具えている請求項42に記載のバーナー・アセンブリ。43. The burner assembly according to claim 42, wherein the burner assembly comprises a venturi tube connected to an upstream end of the central fuel tube. 前記バーナー・アセンブリが前記中心燃料チューブの上流端に接続された複数のベンチュリークラスターを具えている請求項42に記載のバーナー・アセンブリ。43. The burner assembly according to claim 42, wherein the burner assembly comprises a plurality of venturi clusters connected to an upstream end of the central fuel tube. 前記中心燃料チューブが前記バーナーチップを貫通して延在し、そして前記バーナーチップの下流端の中心に位置する開口を通じて突出する下流端部分を有するところの、請求項40のいずれか一項に記載のバーナー・アセンブリ。41. A method according to any one of claims 40, wherein the central fuel tube has a downstream end portion extending through the burner tip and protruding through an opening located in the center of the downstream end of the burner tip. Burner assembly. 中心燃料チューブの下流端部分に燃料ノズルを具えているところの、請求項45に記載のバーナー・アセンブリ。46. A burner assembly according to claim 45, comprising a fuel nozzle at a downstream end portion of the central fuel tube. 前記チップは細長く、前記チップからの非常に燃料の薄い前記単一混合流を前記チップの長手方向軸に対してほぼ半径方向に前記燃焼域に向かわせるように構成・配置されているところの、請求項29又は45に記載のバーナー・アセンブリ。The tip is elongate and is configured and arranged to direct the single fuel mixture from the tip with very thin fuel toward the combustion zone in a substantially radial direction relative to the longitudinal axis of the tip; 46. A burner assembly according to claim 29 or 45. 前記チップが、前記チップを取り囲む丸い平らな火炎を形成するように構成・配置されているところの、請求項47に記載のバーナー・アセンブリ。48. A burner assembly according to claim 47, wherein the tip is constructed and arranged to form a round flat flame surrounding the tip. 前記チップは細長く、前記チップからの非常に燃料の薄い前記単一混合流を前記チップの長手方向軸に対してほぼ軸方向に前記燃焼域に向かわせるように構成・配置されているところの、請求項29又は45に記載のバーナー・アセンブリ。The tip is elongate and is configured and arranged to direct the single fuel mixture from the tip, which is very thin, to the combustion zone substantially axially with respect to the longitudinal axis of the tip; 46. A burner assembly according to claim 29 or 45. 前記チップが、前記軸に沿って延びる円筒状の火炎を形成するように構成・配置されているところの、請求項49に記載のバーナー・アセンブリ。50. A burner assembly according to claim 49, wherein the tip is configured and arranged to form a cylindrical flame extending along the axis. 前記燃料ノズルが二次燃料を前記燃焼域に提供するように構成・配置されているところの、請求項48に記載のバーナー・アセンブリ。49. The burner assembly according to claim 48, wherein the fuel nozzle is configured and arranged to provide secondary fuel to the combustion zone. 前記ベンチュリー管は、前記非常に燃料の薄い混合物が、前記燃焼域に供給された燃料の燃焼を促進するために必要な空気すべてを含んでいるように配置・The Venturi tube is arranged so that the very thin mixture of fuel contains all the air necessary to promote combustion of the fuel supplied to the combustion zone. 構成されている、請求項29又は51に記載のバーナー・アセンブリ。52. A burner assembly according to claim 29 or 51, wherein the burner assembly is constructed. 前記燃料ノズルが、前記チップの下流端から軸方向に隔たった燃焼域の位置に連続的な火炎を提供するように構成・配置されているところの、請求項50に記載のバーナー・アセンブリ。51. The burner assembly according to claim 50, wherein the fuel nozzle is constructed and arranged to provide a continuous flame at a location in a combustion zone axially spaced from the downstream end of the tip. チップから燃料ノズルの近傍に向かう単一混合流の速度が火炎維持速度よりも大きくならないように、前記位置が前記燃焼域の前記下流端から充分に離れているところの、請求項53に記載のバーナー・アセンブリ。54. The position of claim 53, wherein the position is sufficiently away from the downstream end of the combustion zone so that the velocity of a single mixed flow from the tip toward the vicinity of the fuel nozzle does not become greater than the flame maintenance rate. Burner assembly. バーナーチューブ構造体とバーナーチップと細長い中心燃料チューブと燃料ノズルとを具備しているバーナー・アセンブリであって:A burner assembly comprising a burner tube structure, a burner tip, an elongated central fuel tube and a fuel nozzle:
そのバーナーチューブ構造体は、互いに隔たった入口端と出口端を有する細長いバーナー導管を具え、前記導管はそれに沿って流体燃料と酸素を含んだ気体状混合物を前記入口から前記出口まで向かわせるように構成・配置されており;The burner tube structure includes an elongated burner conduit having an inlet end and an outlet end spaced apart from each other such that the conduit directs a gaseous mixture containing fluid fuel and oxygen from the inlet to the outlet. Configured and arranged;
そのバーナーチップは、前記導管の出口端にあり、前記バーナーチップは、中心軸と、導管の前記出口端から隔たった下流端とを有し、前記チップは導管から前記混合物を受けて、それを前記下流端の一つ以上の孔を通じて前記中心軸に沿う方向に燃焼域へ向かわせるように配置・構成されていて;The burner tip is at the outlet end of the conduit, the burner tip having a central axis and a downstream end spaced from the outlet end of the conduit, the tip receiving the mixture from the conduit and removing it. Arranged and configured to be directed to the combustion zone in a direction along the central axis through one or more holes in the downstream end;
その細長い中心燃料チューブは、前記中心軸に沿って前記チップを通って延在し、前記燃料チューブは前記チップから軸方向に前記下流端を貫通して突出し、前記燃料チューブはバーナーチップの前記下流端に対して隔たった関係で前記燃焼域に位置する下流端部分を有し、前記一つ以上の孔は前記燃料チューブの周囲に配置され、それによって前記一つ以上の孔を通じて燃焼域に向かう混合物は、前記燃料チューブを取り囲むほぼ円筒状をなし、そして前記軸に沿ってチップの下流端から外に出て燃料チューブの下流端部分の方に向かっており;The elongate central fuel tube extends through the tip along the central axis, the fuel tube protrudes axially from the tip through the downstream end, and the fuel tube is downstream of the burner tip. Having a downstream end portion located in the combustion zone in a spaced relationship with respect to the end, the one or more holes being disposed around the fuel tube and thereby through the one or more holes toward the combustion zone The mixture has a generally cylindrical shape surrounding the fuel tube and exits from the downstream end of the tip along the axis toward the downstream end portion of the fuel tube;
その燃料ノズルは、前記燃料チューブの前記下流端部分の上にあり、前記燃料ノズルはバーナーチップの前記下流端から充分に隔たった前記燃焼域の位置に設けられ、混合物が、チップの下流端を離れた後に膨張し、火炎速度より低い速度まで減速して燃料ノズルの近傍に到達することを可能にしている;The fuel nozzle is above the downstream end portion of the fuel tube, the fuel nozzle is provided at a position in the combustion zone sufficiently separated from the downstream end of the burner tip, and the mixture is disposed at the downstream end of the tip. Expands after leaving, allowing it to reach the vicinity of the fuel nozzle by decelerating to a speed lower than the flame speed;
ところのバーナー・アセンブリ。But the burner assembly.
前記混合物が気体状燃料と空気の混合物であり、前記バーナーチューブ構造体が、前記気体状燃料の流れを利用して空気流を誘導し、それによって前記混合物を形成するベンチュリー管を具えている請求項55に記載のバーナー・アセンブリ。The mixture is a mixture of gaseous fuel and air, and the burner tube structure comprises a venturi tube that induces an air flow utilizing the flow of the gaseous fuel, thereby forming the mixture. 56. A burner assembly according to item 55. 前記混合物が気体状燃料と空気の混合物であり、前記バーナーチューブ構造体が平行な流れを形成するように配列された複数のベンチュリー管で構成され、前記ベンチュリー管各々は前記気体状燃料の流れを利用して空気流を誘導し、それによって前記混合物を非常に燃料の薄い燃料と空気の混合物として生成するように構成・配置されている請求項55に記載のバーナー・アセンブリ。The mixture is a mixture of gaseous fuel and air, and the burner tube structure is composed of a plurality of venturi tubes arranged to form a parallel flow, and each of the venturi tubes carries the flow of the gaseous fuel. 56. The burner assembly according to claim 55, wherein the burner assembly is configured and arranged to utilize an air flow to thereby produce the mixture as a very thin fuel / air mixture. 前記バーナーチップがその前記下流端に端壁を具え、前記端壁は複数の前記孔と前記燃料チューブのための一つの中心開口を具えている請求項55に記載のバーナー・アセンブリ。56. A burner assembly according to claim 55, wherein the burner tip comprises an end wall at the downstream end thereof, the end wall comprising a plurality of the holes and a central opening for the fuel tube. ベース部分と複数のリブとを具備しているほぼドーム状をなすバーナーチップであって:A generally domed burner tip having a base portion and a plurality of ribs:
そのベース部分は、ほぼリング形状であって中心軸を有しており;Its base part is substantially ring-shaped and has a central axis;
その複数のリブは、細長い横並びに円周上に間隔を置いて配置されて長手方向に湾曲し、前記中心軸に沿う方向に延在し、前記ベース部分上に取付けられた第一端と前記ベース部分から離れた第二端とを有し、前記第二端は前記第一端よりも前記中心軸の近くに位置し、前記ベース部分と前記リブとはチップの内側に空気と流体燃料との混合物の流れを受け入れるように構成された領域を形成し、前記リブはそれ同士の間に湾曲した複数のスロットを形成し、前記混合物を前記領域から前記バーナーチップの外側の燃焼域に半径方向と前記軸に沿って延びるベクトルを含む方向の両方に流すことが可能である;The plurality of ribs are spaced elongate laterally as well as circumferentially spaced and curved longitudinally, extend in a direction along the central axis, and have a first end mounted on the base portion and the A second end remote from the base portion, wherein the second end is located closer to the central axis than the first end, and the base portion and the rib are air and fluid fuel inside the tip. Forming a region configured to receive a flow of the mixture, wherein the ribs form a plurality of curved slots therebetween, and the mixture is radially directed from the region to a combustion region outside the burner tip. And in a direction that includes a vector extending along the axis;
ところのほぼドーム状をなすバーナーチップ。However, the burner tip is almost domed.
前記リブの第二端に接続された王冠型部分を具えている請求項59に記載のバーナーチップ。60. A burner tip according to claim 59, comprising a crown-shaped portion connected to the second end of the rib. 前記王冠型部分が軸方向と半径方向に延在する複数の不連続部分を具え、前記不連続部分は、不連続部分を流れる空気/流体燃料の混合物がスロットを通って流れる空気/燃料の混合物に対してより著しい軸方向の流れを有するように各スロットに整合している請求項60に記載のバーナーチップ。The crown-shaped portion includes a plurality of discontinuous portions extending in an axial direction and a radial direction, and the discontinuous portion is an air / fuel mixture in which an air / fluid fuel mixture flowing through the discontinuous portion flows through a slot. 61. The burner tip of claim 60, wherein the burner tip is aligned with each slot to have a more significant axial flow relative to. 前記不連続部分は、空気/流体燃料の混合物が通過するように配置されていて、前記燃焼域の外側に予備段階混合領域を形成する請求項61に記載のバーナーチップ。62. The burner tip of claim 61, wherein the discontinuous portion is arranged to allow air / fluid fuel mixture to pass therethrough and forms a pre-stage mixing region outside the combustion zone. 前記王冠型部分が、軸方向に整合した気体ノズル収容開口をその中に有している請求項60に記載のバーナーチップ。61. A burner tip according to claim 60, wherein the crown-shaped portion has an axially aligned gas nozzle receiving opening therein. 複合型ベンチュリー構造体と前記複合型ベンチュリー構造体の下流端に設けられた請求項59に記載のバーナーチップとで構成されたバーナー・アセンブリであって、前記複合型ベンチュリー構造体がベンチュリー・クラスターとコレクターとを具備していて:60. A burner assembly comprising a composite venturi structure and a burner tip according to claim 59 provided at a downstream end of the composite venturi structure, wherein the composite venturi structure is a venturi cluster. With collectors:
そのベンチュリー・クラスターは、少なくとも2本のベンチュリー管を具え、各ベンチュリー管は入口、スロート及び出口を有し、それぞれは誘導流体をそれを通過させることによって被誘導流体の流れを誘導するように配置・構成され、それによって被誘導及び誘導流体の混合物それぞれは前記出口から排出されており;The venturi cluster comprises at least two venturi tubes, each venturi tube having an inlet, a throat, and an outlet, each arranged to induce a flow of induced fluid by passing the guiding fluid through it. Configured so that each mixture of induced and induced fluid is discharged from the outlet;
そのコレクターは、前記ベンチュリー管の出口に接続され且つ流体的に連通するように配置された上流端を有し、それによって前記出口から排出された誘導及び被誘導流体の混合物それぞれは集められ相互に混合され、前記流体の単一の混合流を形成し、前記バーナーチップは、前記コレクターの出口端に取り付けられ且つ流体的に連通させられ、そして前記コレクターからの前記流体の単一混合流を受け入れて、これを燃焼域に分配するように配置されている;The collector has an upstream end connected to and in fluid communication with the outlet of the venturi tube so that each of the mixture of induced and induced fluid discharged from the outlet is collected and mutually Mixed to form a single mixed flow of fluid, the burner tip being attached and fluidly connected to the outlet end of the collector and receiving the single mixed flow of fluid from the collector And arranged to distribute it to the combustion zone;
ところのバーナー・アセンブリ。But the burner assembly.
流体の前記単一混合流が燃料と空気とで構成されている請求項64に記載の複合型ベンチュリークラスター。The composite venturi cluster according to claim 64, wherein the single mixed flow of fluid is composed of fuel and air. 流体の前記単一混合流が非常に燃料の薄い流体燃料と空気との混合物で構成されている請求項65に記載の複合型ベンチュリークラスター。66. The composite venturi cluster of claim 65, wherein the single mixed stream of fluid is comprised of a very thin fuel fluid fuel and air mixture. 誘導流体の流れが装置を通過する場合に、被誘導物質の流れを誘導流体に導入するためのベンチュリー装置能力増大方法において、ベンチュリー装置能力増大方法が:In a Venturi device capacity increase method for introducing a flow of induced material into a guide fluid when a flow of the induction fluid passes through the device, the Venturi device capacity increase method includes:
前記第一流体を少なくとも二つの分流部分に分離する段階と;Separating the first fluid into at least two diverted portions;
前記第一流体の分流部分各々を各ベンチュリー管を通して、前記被誘導物質の流れを別々に誘導して前記分流部分各々に導入し、それによって前記被誘導物質と前記誘導流体との、分流した混合物それぞれを形成する段階と;Each of the diverted portions of the first fluid is individually guided through each venturi tube and the flow of the induced material is introduced into each of the diverted portions, whereby the diverted mixture of the induced material and the induced fluid. Forming each one;
それぞれの分流した混合物を混合して、前記誘導流体の全量を単一のベンチュリー管を通すことによって得られるであろう被誘導物質の濃度よりも高い濃度を有する被誘導物質との混合物を形成する段階と;Each diverted mixture is mixed to form a mixture with an induced material having a concentration higher than that of the induced material that would be obtained by passing the entire amount of the induced fluid through a single Venturi tube. Stages;
を含んでいるベンチュリー装置能力増大方法。Venturi device capacity increasing method comprising:
前記誘導流体が少なくとも三つの前記分流部分に分流される請求項67に記載のベンチュリー装置能力増大方法。68. A method according to claim 67, wherein the induction fluid is diverted into at least three of the diversion portions. 前記誘導流体が少なくとも六つの前記分流部分に分流される請求項67に記載のベンチュリー装置能力増大方法。68. A method according to claim 67, wherein said guiding fluid is diverted into at least six said diverted portions. 前記誘導流体が気体状燃料である請求項67に記載のベンチュリー装置能力増大方法。68. The method of increasing venturi device capacity of claim 67, wherein the inductive fluid is a gaseous fuel. 前記被誘導物質が空気である請求項70に記載のベンチュリー装置能力増大方法。The method for increasing the capacity of a venturi device according to claim 70, wherein the induced substance is air. 誘導流体の流れが装置を通過する際に被誘導物質を誘導流体の中にWhen the flow of the induction fluid passes through the device, the induced substance is introduced into the induction fluid. 導入するように構成されたベンチュリー装置長さ短縮方法において、ベンチュリー装置長さ短縮方法が:In a venturi device length reduction method configured to be introduced, a venturi device length reduction method includes:
前記誘導流体を少なくとも二つの分流部分に分離する段階と;Separating the induction fluid into at least two diverted portions;
前記誘導流体の分流部分各々を各ベンチュリー管を通して、前記被誘導物質の流れを別々に誘導して前記分流部分各々に導入し、それによって前記被誘導物質と前記誘導流体との、分流した混合物それぞれを形成する段階と;Each of the diverted portions of the induced fluid is individually guided through each venturi tube and introduced into the diverted portion by separately guiding the flow of the induced material, thereby each of the diverted mixtures of the induced material and the induced fluid. Forming a step;
それぞれの分流した混合物を混合して、前記誘導流体の全量を同じ長さの単一のベンチュリー管を通すことによって得られるであろう被誘導物質の濃度よりも高い濃度を有する被誘導物質との混合物を形成する段階と;Mixing each diverted mixture with an induced substance having a concentration higher than that of the induced substance that would be obtained by passing the entire amount of said guiding fluid through a single venturi tube of the same length. Forming a mixture;
を含んでいるベンチュリー装置長さ短縮方法。Venturi device length shortening method including.
ベンチュリー装置操作方法が:Venturi device operation method:
少なくとも二本のベンチュリー管を用意する段階であって、各ベンチュリー管は入口、スロート及び出口を有し、それぞれは誘導流体がこれを通過する際に被誘導物質の流れを誘導して、被誘導物質と誘導流体との混合物それぞれを形成し、この混合物をその出口から排出するように作動する段階と;Providing at least two venturi tubes, each venturi tube having an inlet, a throat, and an outlet, each of which induces a flow of the induced material as the induced fluid passes through it, Forming a mixture of the substance and the induction fluid, respectively, and operating to discharge the mixture from its outlet;
前記ベンチュリー管の第一管に第一誘導流体を通する段階であって、それによって第一被誘導物質の流れを誘導し、第一誘導流体と第一被誘導物質からなる第一混合物を形成し、前記第一混合物を前記第一ベンチュリー管の出口から排出する段階と;Passing a first induction fluid through the first tube of the venturi tube, thereby inducing a flow of the first induced material to form a first mixture of the first induced fluid and the first induced material; And discharging the first mixture from the outlet of the first venturi tube;
前記ベンチュリー管の第二管に第二誘導流体をを通する段階であって、それによって第二被誘導物質の流れを誘導し、第二誘導流体と第二被誘導物質からなる第二混合物を形成し、前記第二混合物を前記第二ベンチュリー管の出口から排出する段階と;Passing a second induction fluid through the second tube of the Venturi tube, thereby inducing a flow of the second induced material, and a second mixture comprising the second induced fluid and the second induced material Forming and discharging the second mixture from an outlet of the second venturi tube;
前記流体と物質の単一の混合流を形成するべく、前記第一及び第二混合物を集めて相互に混合する段階と;Collecting and mixing the first and second mixtures together to form a single mixed flow of the fluid and material;
を含んでいるベンチュリー操作方法。Venturi operation method including.
前記物質が流体である、請求項62,72又は73に記載のベンチュリー操作方法。74. A venturi operating method according to claim 62, 72 or 73, wherein the substance is a fluid. 前記物質が流動性固形物である、請求項62,72又は73に記載のベンチュリー操作方法。74. A venturi operating method according to claim 62, 72 or 73, wherein the substance is a flowable solid. 可燃性混合物をバーナーのノズルに供給するためのベンチュリー装置を具えたバーナー操作方法において、バーナー操作方法が:In a burner operating method comprising a venturi device for supplying a combustible mixture to a burner nozzle, the burner operating method includes:
少なくとも2本のベンチュリー管を用意する段階であって、各ベンチュリー管は入口、スロート及び出口を有し、それぞれは誘導流体がこれを通過する際に被誘導流体の流れを誘導して、被誘導と誘導流体との混合物それぞれを形成し、この混合物をその出口から排出するように作動する段階と;Providing at least two venturi tubes, each venturi tube having an inlet, a throat and an outlet, each of which induces a flow of the induced fluid as it passes through it, Forming a mixture of each of the gas and the inductive fluid and operating to discharge the mixture from its outlet;
前記ベンチュリー管の第一管に第一誘導流体を通する段階であって、それによって第一被誘導流体の流れを誘導し、第一誘導流体と第一被誘導流体からなる第一混合物を形成し、前記第一混合物を前記第一ベンチュリー管の出口から排出する段階と;Passing a first induced fluid through the first tube of the venturi tube, thereby guiding a flow of the first induced fluid to form a first mixture of the first induced fluid and the first induced fluid; And discharging the first mixture from the outlet of the first venturi tube;
前記ベンチュリー管の第二管に第二誘導流体を通する段階であって、それによって第二被誘導流体の流れを誘導し、第二誘導流体と第二被誘導流体からなる第二混合物を形成し、前記第二混合物を前記第二ベンチュリー管の出口から排出する段階と;Passing a second induced fluid through the second tube of the venturi tube, thereby guiding a flow of the second induced fluid to form a second mixture of the second induced fluid and the second induced fluid. And discharging the second mixture from the outlet of the second venturi tube;
前記流体同士の単一の可燃性混合流を形成するべく、前記第一及び第二混合物を集めて相互に混合する段階と;Collecting and mixing the first and second mixtures together to form a single combustible mixed stream of the fluids;
を含んでいるバーナー操作方法。Including burner operation method.
前記第一及び第二誘導流体がそれぞれ気体状燃料である請求項76に記載のバーナー操作方法。77. The burner operating method according to claim 76, wherein each of the first and second induction fluids is a gaseous fuel. 前記第一及び第二被誘導流体がそれぞれ空気である請求項77に記載のバーナー操作方法。78. A burner operating method according to claim 77, wherein the first and second induced fluids are each air. 前記第一被誘導流体が空気であり、前記第二被誘導流体が再循環煙道ガスである請求項77に記載のバーナー操作方法。78. A burner operating method according to claim 77, wherein the first induced fluid is air and the second induced fluid is recirculated flue gas. 前記被誘導流体の一方が希釈材である請求項76に記載のバーナー77. A burner according to claim 76, wherein one of the induced fluids is a diluent. 操作方法。Method of operation. 前記希釈材がスチームである請求項80に記載のバーナー操作方法。The burner operating method according to claim 80, wherein the diluent is steam. 前記希釈材が窒素である請求項80に記載のバーナー操作方法。The burner operating method according to claim 80, wherein the diluent is nitrogen. 前記流体の単一可燃性混合物流は、燃料の薄いものであって、かつ混合物の火炎速度を超える速度で燃焼域に供給されていて;The fluid single combustible mixture stream is thin of fuel and is fed to the combustion zone at a rate exceeding the flame rate of the mixture;
前記混合物が、膨張し、そのことにより前記火炎速度より大きくない速度まで減速することを可能にする段階と、前記火炎速度より大きくない前記速度が得られた後に初めて前記混合物に点火する段階と、を含んでいる;Allowing the mixture to expand and thereby decelerate to a speed not greater than the flame speed; igniting the mixture for the first time after obtaining the speed not greater than the flame speed; Contains;
請求項78に記載のバーナー操作方法。The burner operating method according to claim 78.
バーナー操作方法が:Burner operation method is:
燃料と空気からなる可燃性混合物を、前記混合物の火炎速度がそれがノズルを出る際の混合物の速度より遅くなる組成でノズルから燃焼域に供給する段階と;Supplying a combustible mixture of fuel and air from the nozzle to the combustion zone with a composition such that the flame speed of the mixture is slower than the speed of the mixture as it exits the nozzle;
前記混合物が、膨張し、そのことにより前記火炎速度より大きくない速度まで減速することを可能にする段階と;Allowing the mixture to expand and thereby decelerate to a speed not greater than the flame speed;
前記火炎速度より大きくない前記速度が得られた後に初めて前記混合物に点火する段階と;Igniting the mixture for the first time after obtaining the speed not greater than the flame speed;
を含んでいるバーナー操作方法。Including burner operation method.
前記混合物が非常に燃料の薄いものである、請求項84に記載のバーナー操作方法。85. A burner operating method according to claim 84, wherein the mixture is very thin in fuel.
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