JP3836542B2 - 同軸の燃料および酸化剤出口を有するオキシ−燃料バーナー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸的な通路が燃料および酸素を供給するオキシ−燃料バーナーに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
例えばガラス溶融炉に使用される、燃料および酸素を供給するための同軸的な通路を有するオキシ−燃料バーナーは、米国特許第４，９８６，７４８号、第５，１９９，８６６号、第５，２５６，０５８号、および第５，２６７，８５０号に開示されている。これらのバーナーにおいて、天然ガスを包含し得る燃料は、同軸的な酸化剤通路と半径方向内側に配置された通路を通して供給される。伝統的に、既知のバーナーの熱伝導プロファイルは、バーナー形状の改変により調節されているが、これは比較的高価であり、不都合である。したがって、より簡単で都合のよい方法で熱伝導プロファイルを調節し得ることが望ましい。
【０００３】
既知の炉の構成には、それぞれが異なる燃焼率（firing rate ）で操作し得る複数のバーナーが使用されている。同じバーナーの構成が、炉全体にわたって複数のバーナーに使用され、それらバーナーが異なる燃焼率で操作されるならば、各バーナーの火炎長は燃焼率により異なることとなる。それ故、１のバーナーから次のバーナーへと比較的一定の火炎長が望まれるような、既知のバーナーを使用する炉においては、バーナーが異なる燃焼率で操作された場合に適切な火炎長を達成するために炉内で異なるバーナーのバーナー構成を改変することが必要となり得る。これは、個々のバーナーの火炎長をバーナーの機械的改変を伴わずに調節できることが特に望ましい状況である。
【０００４】
加えて、ある種の用途には、ある運動量（momentum）を有する火炎を生成するバーナーを炉の１の領域に用い、同時に、異なる運動量を有する火炎を生成するバーナーを炉の異なる領域に使用することが望ましいことがある。しかしながら、これらの異なる運動量は、既知のバーナーを用いては、バーナーの構成を機械的に変更しなければ、同じ量の燃料については得られない。
【０００５】
操作的な理由で、バーナーを燃焼させるために使用する燃料の組成を変える場合（例えば、天然ガスの削減期間中に燃料としてプロパンで天然ガスを置き換える場合）、燃料密度および流量が有意に変わる場合に初期の火炎特性を維持するために、可変運動量バーナーが有用であり得る。
【０００６】
ある種の酸素ノズル、中央ノズルから半径方向に離間配置された燃料ノズル、および少なくとも１つの周辺酸素ノズルを備えた他のタイプのバーナーが米国特許第５，１０４，３１０号に開示されている。周辺酸素ノズルは、高速の、好ましくは音速の酸化剤流を提供する。この音速の外側酸化剤流は、より低い運動量の火炎に対していくつかの不利点を有する高運動量火炎を生成する。特に、高運動量火炎は、より短い火炎長と高火炎ピーク温度を有し、またそれらはよりキャリオーバーでより不所望の粒状物質の発生をもたらす。米国特許第５，１０４，３１０号に開示されているバーナーは、また、バーナーの外部の周りに位置する水ジャケットを使用するという欠点を有する。既知の水冷バーナーにおいて、表面の腐食を生じさせる、冷却表面上への種々の炉ガスの凝縮に関する問題がある。腐食した表面は破損を受けやすい。従って、水冷を必要としないバーナーを使用することが表面腐食および破損を有利に回避することとなる。上記特許に開示されたバーナーは、火炎の特性をバーナーの機械的改変を伴わずに変えることができないというさらなる欠点を有する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外側の酸化剤出口を形成する外側の酸化剤案内通路、内側の酸化剤出口を形成する内側の酸化剤案内通路、および燃料出口を形成する燃料案内通路を有するオキシ−バーナーに関する。上記出口は同軸的に配置され、燃料出口は外側のおよび内側の酸化剤出口の間に半径方向に離間配置されている。
【０００８】
燃料出口および内側の酸化剤出口は、好ましくは、燃料案内通路からの燃料を内側の酸化剤案内通路からの酸化剤と、外側の酸化剤出口から軸方向内側にずれた（offset）位置で混合させるように位置している。内側の酸化剤案内通路を通る酸化剤の流量は、火炎の運動量および／または明るさ（luminosity）のような火炎の特性を制御するように変化される。
【０００９】
バーナーは、好ましくは、同軸的に配置された外側、中間および内側の筒状（cylindrical ）チューブを備えている。外側の筒状チューブは、外側の酸化剤案内通路を形成する。外側の筒状チューブは、バーナーブロックのような炉壁中に置かれた、外側の筒状チューブを延長する空隙（キャビティ）内に設置することができる。この場合、外側の酸化剤出口は、キャビティの末端となる。バーナーブロックなしでバーナーを使用する場合、外側の酸化剤出口は外側の筒状チューブ出口である。中間の筒状チューブは、外側のチューブから半径方向内側に離間配置され、燃料案内通路および燃料出口を形成する。内側のチューブは、中間のチューブから半径方向内側に離間配置され、内側の酸化剤案内通路および内側の酸化剤出口を形成する。好ましくは、燃料出口は、外側の酸化剤出口に対して軸方向内側にずれており、内側の酸化剤出口は、燃料出口に対して軸方向内側にずれている。
【００１０】
本発明は、オキシ−燃料バーナーにおいて酸化剤と燃料とを結合する方法にも関する。この方法は、外側の酸化剤流を外側の酸化剤案内通路中を導き、外側の酸化剤流を外側の酸化剤出口を通して排出することを含む。燃料流は、燃料案内通路内を導かれ、外側の酸化剤出口に対して同軸的に配置されかつそれから半径方向内側に離間配置された燃料出口を通して排出される。内側の酸化剤流は、内側の酸化剤案内通路中を導かれ、燃料出口に対して同軸的に配置されかつそれから半径方向内側に離間配置された内側の酸化剤出口を通して排出される。
【００１１】
燃料流は、好ましくは、外側の酸化剤流と混合される前に、内側の酸化剤流と混合される。
【００１２】
外側のおよび内側の酸化剤流の各々は、好ましくは、少なくとも８０％の酸素を含有し、総酸化剤の約５０％以下が内側の酸化剤流によって供給される。内側の酸化剤流は、好ましくは、外側の酸化剤流の排出速度よりも小さくない大きさ（magnitude ）の排出速度を有する。外側の酸化剤流の排出速度は、好ましくは、毎秒約１０ないし２００メートルの範囲内にある。燃料流は、好ましくは、毎秒２０ないし８０メートルの範囲内の排出速度を有する天然ガスを包含する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１および図２には、オキシ−燃料バーナー１０の出口部分１０Ａが示されている。この出口部分は、３つの同軸チューブ１２、１４、１６を有する。外側のチューブ１２と中間のチューブ１４との間に形成された外側の通路１８は、酸化剤を導く。中間のチューブ１４と中央のチューブ１６との間に形成された中間の通路２０は、燃料を導く。中央のチューブ１６により規定される軸方向通路２２は、酸化剤を導く。したがって、燃料チューブ２０は、内側の酸化剤通路２２と外側の酸化剤通路１８との間に位置することが明らかであろう。酸化剤流は、チューブ１２および１６の出口２４および２８を介して排出され、燃料流は、チューブ１４の出口２６を介して排出される。これら出口２４、２６、２８は、同軸的に配置されている。
【００１５】
本発明によるバーナー１０を使用する場合、総酸化剤の約５０％以下を内側の酸化剤通路２２により供給すべきである。出口２４、２８を通る酸化剤速度は、変化し得、内側の酸化剤出口２８を通る酸化剤速度は、外側の酸化剤出口２４での酸化剤速度と等しいかそれよりも高くすべきである。内側のおよび外側の酸化剤通路を通る総酸化剤流は、燃焼すべき燃料の量によって決定される。外側の出口２４を通る酸化剤速度は、約１０ないし５０ｍ／ｓの範囲内にあるべきであり、内側の酸化剤出口２８を通る酸化剤速度は、約１０ないし２００ｍ／ｓの範囲内にあるべきである。燃料出口２６を通る燃料速度は、約２０ないし８０ｍ／ｓの範囲内にあるべきである。
【００１６】
酸化剤は、好ましくは、少なくとも８０％の酸素を含有するものであり、燃料は、好ましくは、天然ガスである。燃料および酸化剤は、図３に示す制御システムにより燃料供給源３０および酸化剤供給源３２から供給される。内側の酸化剤通路２２および外側の酸化剤通路１８に送られる酸化剤の速度は、それぞれ、弁３３、３４により制御される。すなわち、例えば、弁３３の適切な開放により内側の酸化剤通路２２に送られる酸化剤の量を増加させることにより、内側の酸化剤通路２２中の酸化剤の速度を増加させることができる。天然ガスの燃料通路２０への流れを制御するために、付加的な弁３５を設けることもできる。弁３３、３４、３５は、針弁または他の好適な弁であり得る。図３に示す制御システムは、酸化剤および燃料の流量を変えるために使用し得る制御システムの一例に過ぎない。他の好適な制御システムを本発明から離れることなく使用することができる。
【００１７】
図３は、また、好ましくはセラミック材料で作られたバーナーブロック４０内に設けられたバーナー１０を示す。本発明において、外側の酸化剤流は、セラミックバーナーブロックの内表面に沿って流れる。このことは、それがバーナーブロックの対流的冷却を提供し、バーナーまたはバーナーブロックの水冷の必要性を排除できるという点で非常に有利である。
【００１８】
上記バーナー１０の構成により、図３に示す制御システムによって燃料および酸化剤流の相対的流量を変化させることにより火炎の種々の特性を効果的に制御することができる。例えば、内側の酸化剤流を減少させることにより、バーナーのどのような改変をも行うことなく、火炎の長さおよび明るさを増加させることができ、火炎の運動量を減少させることができる。
【００１９】
炉の生産率の変化は、炉内のバーナーの燃焼率を増加または減少させることにより達成することができる。従来のバーナーにより生成した火炎の長さは、バーナーの燃焼率の増加に伴って増加するので、ある炉にとっては火炎が長すぎ、反対の壁に当たりえるか、短すぎて装入物のカバレージ（coverage）または加熱が不十分となる。本発明のバーナーを用いると、炉の生産が変化しても最適のカバレージを有するために外側の酸化物流に対し内側の酸化剤流を変化させることによって火炎長を調節することができる。調節可能な流量を提供することの重要な利点は、バーナーの燃焼率が変化したときに、最適な火炎長を維持できるということである。
【００２０】
火炎長を変化させることに加えて、火炎の明るさを変化させるために相対流量の制御を用いることができる。より明るい火炎はより高い輻射伝導をもたらすので、より良好な加熱効率を有する。すすを含有する火炎は、火炎中に次第に酸化される炭素粒子は強い可視光発生体であるので、非常に明るい。すすの形成は、火炎中に燃料に富む領域を生じさせることによって促進され得る。火炎の明るさは、本発明において、すすの形成のために、混合の少ない、より燃料に富む領域を生じさせる内側の酸化剤流を減少させることによって増大させることができる。
【００２１】
加えて、相対流量を変えることは、火炎の運動量の変化に影響を及ぼす。低運動量の火炎は、酸化剤と燃料の混合が良くないので一般に明るく、火炎中に燃料に富む領域がある。他方、高運動量の火炎は、目に見えない。高運動量火炎は、撹乱、したがって混合がより高いので、低運動量火炎よりも短い。また、低運動量火炎は、燃料分子が酸素分子と会うまでにより長時間を要するので、高運動量火炎よりも低温である。火炎の運動量を低下させることにより、高運動量火炎に見い出される高火炎ピーク温度が回避され、より少ない酸化窒素（ＮＯ_x ）が生成する。
【００２２】
低運動量火炎は、粉末化装入物に対して衝撃が少なく、より少ないキャリオーバーを生じ、結局より少ない粒状物（ＰＭ）発生を生じる。このことは、たとえばガラス炉において重要である。低運動量火炎は、また、炉内の他のガス流により火炎の偏り（偏向）をより受けやすい。例えばクラウンへの火炎の偏向は、耐火物摩耗の促進につながる。
【００２３】
内側の酸化剤チューブ１６中に酸化剤がほとんどまたはまったく存在しない場合、長く、勢いがなく（lazy）、明るい火炎が生じる。長い火炎は、浴のより大きなカバレージをもたらす増大した表面積故に、いくつかの工業ユーザーに有利である。しかしながら、低運動量操作から生じる火炎は、炉内の他の火炎またはガス流との相互作用に敏感である。火炎および／または流れを囲むことの効果は、浴表面に熱スポットを生じさせ、全体的な火炎形状の不安定性、あるいはクラウンおよび耐火物の損傷をもたらす。
【００２４】
内側の酸化剤チューブ１６に注入された酸化剤の添加は、より短く、より強く、より高い運動量の火炎を、特により高い内側酸化物流量において、生じさせる。内側のおよび外側のチューブ間の注入酸化剤の割合を変えることにより、運動量を変えることができる。内側のチューブ１６を通る酸化物の高流量は、運動量を増加させ、燃料と酸化剤との増大した混合によりより短く安定で明るい火炎を生じさせる。
【００２５】
すなわち、本発明により、炉の操作者は、火炎の中心に存在する酸化剤の比率を調節することにより、個々の工業用途のために火炎形状を容易に仕立てることができる。
【００２６】
火炎の特性は、また、チューブ１２、１４、１６の相対的な軸方向および半径方向の位置を変えることにより、およびバーナーブロック４０中のバーナー１０の位置を変更することにより、制御することができる。例えば、図１には、中間のチューブ１４が、外側のチューブ１２の出口２４から軸方向内側に距離Ｘだけ離間して配置されているものとして示されている。同様に、軸方向チューブ１６の出口２８は、中間のチューブの出口２６から軸方向内側に距離Ｙだけ離間して配置されているものとして示されている。この出口関係の結果、燃料がバーナーの先端に存在する前に、内側の酸化剤流と燃料流との事前混合が達成される。したがって、燃料の一部は内側の酸化剤流と反応して、火炎の明るさを増大させるためにすすおよび／またはカーボンを生成することができる。
【００２７】
図９ないし図１２は、バーナーブロック４０に設置されたバーナー１０の種々の好ましい形態を示し、図１３ないし図１６は、バーナーブロック用いないで使用するためのバーナー１０の種々の好ましい形態を示している。図９ないし図１２に示すように、バーナー１０をバーナーブロック４０内に設ける場合、外側の酸化剤チューブ１２は、好ましくは、燃料チューブ１４および内側の酸化剤チューブ１６よりも短い。外側の酸化剤チューブ１２は、バーナーブロック４０中の筒状開口により延長され、外側の酸化剤出口２４は、バーナーブロック４０の部分によって形成されることとなる。
【００２８】
すなわち、外側の酸化剤通路は、外側のチューブとバーナーブロックの双方により規定され得る。図１３ないし図１６に示すように、バーナーがバーナーブロック内に設置されない場合、外側の酸化剤チューブ１２は、好ましくは、燃料チューブ１４と同じかそれよりも長い。
【００２９】
中間の燃料チューブ１４の軸方向の長さ程度は、図９、図１１、図１３および図１４に示すように、内側の酸化剤チューブ１６と一致させることができる。しかしながら、中間の燃料チューブ１４は、好ましくは、図１０、図１２、図１５および図１６に示すように、内側の酸化剤チューブ１６から外側に延出している。内側の酸化剤チューブが燃料チューブを超えて延出している形態は、燃料と外側の酸化剤との混合により内側の酸化剤チューブの過剰加熱に至り得るので、望ましくない。
【００３０】
２つの内側チューブの個々の位置は、好ましくは、式
Ｄ１＜Ｚ＜３（Ｄ２−Ｄ１）
（ここで、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ、中央のチューブ１６および中間のチューブ１４の内径、Ｚは、燃料出口２６から内側の酸化剤出口２８までの距離）により規定される。図１に示す態様において、Ｚは負である。従って、上記式によれば、内側の酸化剤出口２８は、好ましくは、内側の酸化剤チューブの直径Ｄ１よりも大きくない距離打で燃料チューブ内に後退する。上記式により規定されるこの形態は、過剰燃焼が中間の燃料チューブ１４内で生じることを防止し、かくして内側の酸化剤通路２２からの酸素と燃料との反応の燃焼生成物が中間の燃料チューブ１４に衝突することを防止する。
【００３１】
本発明のバーナーとともに使用するためのバーナーブロック４０の例が図４ないし図８に示されている。各バーナーブロック４０は、その裏面に、バーナー１０を挿入するための円筒状孔４２を含む。円筒状孔４２を規定する壁は、外側の酸化剤チューブ１２の延長部を形成し、円筒状孔は外側の酸化剤通路１８の一部を構成する。円筒状孔４２は、内部形状が図４ないし図８に示す形態のいずれか１つ、すなわち円錐形、円筒形、徐々の段差形状または他の既知の形状を取り得るバーナーブロックキャビティ４４または燃焼室に開口している。図５および図８に示すようなバーナーブロック４０の好ましい態様において、円筒状孔４２とキャビティ４４との間には、壁が外側の酸素流に及ぼす影響を減少させるために、なめらかな遷移表面４６が存在する。
【００３２】
加えて、バーナーブロック４０のキャビティ４４は、図１７に示すように、火炎域４８を妨害しないように形成すべきである。火炎域４８は、中間の燃料チューブ１４の出口２６から約１０゜の角度をもって円錐状に延出する領域を含む。図１７は、当図の上部に示されている円錐状バーナーブロック、および図の下部に示されている円筒状バーナーブロックを含む２つの異なる形態のバーナーブロック４０を示している。図１７に示すバーナーブロックの壁は、火炎域を妨害しない。
【００３３】
図１および図２に示したバーナーについて５０ｋｗバーナーを用いて行った実験において、以下のパラメータを使用した。
【００３４】
天然ガス排出速度 ４５．７ｍ／ｓ
外側の酸化剤排出速度 １０〜１５ｍ／ｓ
内側の酸化剤排出速度 ０〜５８ｍ／ｓ
距離Ｘ＝０．５ｉｎ
距離ｙ＝１ｉｎ。
【００３５】
それぞれ図６および図７に示すように円筒状または円錐状バーナーキャビティを有するバーナーブロック中に火炎を放出するようにバーナーを配置したとき、火炎の明るさは減少した内側の酸化剤流により増大することが見い出された。また、内側の酸化剤流を増加させたとき、火炎の長さおよび明るさは減少した。
【００３６】
バーナーブロックを使用しなかったとき、内側の酸化剤流を増加させることによって火炎はより大きな運動量を持った。また、図１に示すように内側の酸化剤出口２８を燃料出口２６から軸方向後側にずらし、燃料出口を外側の酸化剤出口２４から軸方向後側にずらしたとき、火炎の明るさは増大した。
【００３７】
３つのバーナー（バーナー１、バーナー２およびバーナー３）を用いてさらに実験を行った。この場合の内側酸化剤チューブ１６、燃料チューブ１４および外側の酸化剤チューブ１２の内径および外径を下記表１にｍｍで示す。下記表２〜表６に示すように、火炎の長さは、内側の酸化剤通路２２を通る酸化剤の比率および速度を増加させることにより、一般的に減少した。表２〜表６中の速度は、秒当りのメートルで示されている。
【００３８】
【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【００３９】
加えて、以下の寸法を有する工業的な５００ｋｗスケールのバーナーについて数値的なシミュレーションを行った。
【００４０】
Ｄ_1in ＝ １１ｍｍ； Ｄ_1out ＝ １３ｍｍ
Ｄ_2in ＝ ２６ｍｍ； Ｄ_2out ＝ ３３ｍｍ
Ｄ_3in ＝ ５５．９ｍｍ
【００４１】
シミュレーションは、Ｏ2 を内側のチューブに注入したとき可視火炎長中に実験的に観察される傾向を説明するために有用である。モデルには、熱、質量および運動量を支配する等式を解くための計算流体力学（computational fluid dynamic （ＣＦＤ））コードとともに軸対称形状を用いた。計算は、内側に注入したＯ₂ の異なる比率についてバーナーを励起する運動量フラックス（flux）の効果を評価した。モデル化の結果は、内側のＯ₂ を０％から１５％まで増加させることによって出口面での総運動量が２９％増加することを示している。これらの結果は、図１８にまとめられており、そこには、バーナーの入口および出口面を通る総運動量フラックスが示されている。
【００４２】
数値計算は、内側の酸化剤流の増加がバーナー出口でのより高い火炎運動量をもたらすという実験観察を確認している。実験観察と数値計算との一致は、以下に示すような火炎中のヒドロキシラジカル（ＯＨ）発生の測定されたプロファイルと火炎中の計算されたＯＨ濃度との間に見い出された相関によりさらに確認されている。
【００４３】
バーナー出口でのＯＨ濃度と空間的分布の評価は、計算流体力学（ＣＦＤ）モデル化を用いることによって行うことができる。出口での温度、圧力および種の濃度の知見は、熱力学平衡計算を行うために必要な情報を提供する。図１９に示す結果は、ＯＨモル分率ピークの位置が内側Ｏ₂ の注入とともにバーナーの中心軸から離れてシフトし、さらにＯ₂ を注入することにより最大シフトに達することを示している。また、図１９に１５％の場合について示されているように、内側ＯＨピークは、より多量の存在するＯ2 による冷却のために追加のＯ2 注入により減少する。
【００４４】
図１９のモデル化の結果を証明するために、測定されたＯＨプロファイルについての比較を同じ定性的特徴が観察されるかどうかを見るべく行った。ＯＨラジカル発生の測定は、ＯＨラジカルによって発生した光のみを検出器に到達させるフィルターを備えた紫外感受性ビデオカメラを用いて行う。実験の総合ＯＨプロファイルは、パイロット炉から得た。図２０に示す結果は、ＯＨピークが内側のチューブ中へのＯ₂ 注入によりバーナーの中心軸から離れてシフトするという同じ定性的特徴をまさに示している。１５％の場合について、バーナーの内部におけるＯＨピークの微細な変位およびピークの減少でさえ観察されている。しかしながら、観察されたＯＨピークの空間的位置は、モデルとは類似していない。これはおそらく実験とモデルとの燃焼率が３０％異なることによる。それにもかかわらず、これらの結果間の定性的類似性は、バーナーブロック内における詳細な流体の機械的および熱的プロセスのＣＦＤモデル化にある正当性を付け加えるものである。
【００４５】
通常のサンプリング技術を用いてＮＯ_x についてのバーナーの評価をパイロット炉内で行った。燃焼生成物を採取するために、パイロット炉の煙道内に水冷吸引プローブを挿入した。プローブ内のすべての化学反応をガスの急速な冷却により凍結する。ガス試料をろ過し、乾燥し、特定の分析器により分析した。内側の酸化剤チューブ１６に注入された異なるＯ₂ 流について測定を行った。オキシ−燃料燃焼は、酸化剤からＮＯ_x の給源を実質的に除去することによりＮＯ_x を本質的に排除するものであるが、空気漏れ、燃焼および非純粋Ｏ₂ がＮＯ_x 形成に寄与する。ＮＯ_x 生成に対して有する追加のＮ₂ の影響を調べるために、燃料および／またはＯ₂ にＮ₂ を注入した。
【００４６】
図２１は、内側チューブ内に注入されたＯ₂ の割合が増すにつれ、ＮＯ_x 生成が増加することを示している。この結果は驚くべきものではない。モデル化計算によって、温度も上昇し熱的ＮＯ_x 生成に至ることが示されているからである。このことは、ＯＨイメージ化（imaging ）実験においても明らかであり、そこでは観察された多量のＯＨは内側チューブに注入されたＯ₂ についてより高い火炎温度を示唆している。
【００４７】
内側の酸化剤流の流量を変化させることに加えて、内側の酸化剤通路２２を通る酸化剤の変動する流れ（oscillating flow）を生成させるために、ソレノイド弁を使用することができる。変動する流れを使用すると、火炎により生成されるＮＯ_x を４０％まで減少させることが可能である。
【００４８】
加えて、外側の酸化剤流の軸から離れて位置する燃料注入は、ＮＯ_x 生成を減少させることがわかった。図２２に示すバーナーの代わりの態様において、中間のチューブ５２および内側のチューブ５４の、外側酸化剤チューブ５０内の非同軸的位置への移動は、同軸配置に対して有利なＮＯ_x 減少をもたらし得る。
【００４９】
本発明を特定の態様に関して説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく種々の変形、改変を行うことができ、均等物を使用することができるということは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバーナーの長手方向断面図。
【図２】バーナーの排出端を示す図。
【図３】本発明のバーナーが挿入されるバーナーブロックの長手方向断面図。
【図４】第１の代替態様による実質的に円筒状のバーナーブロックの側断面図。
【図５】第２の代替態様による実質的に円筒状のバーナーブロックの側断面図。
【図６】第３の代替態様による実質的に円筒状のバーナーブロックの側断面図。
【図７】第４の代替態様による実質的に円錐状のバーナーブロックの側断面図。
【図８】第５の代替態様による実質的に円錐状のバーナーブロックの側断面図。
【図９】バーナーブロックに設置された本発明の第１の態様によるバーナーの側断面図。
【図１０】バーナーブロックに設置された本発明の第２の態様によるバーナーの側断面図。
【図１１】バーナーブロックに設置された本発明の第３の態様によるバーナーの側断面図。
【図１２】バーナーブロックに設置された本発明の第４の態様によるバーナーの側断面図。
【図１３】バーナーブロックを用いない本発明の第５の態様によるバーナーの側断面図。
【図１４】バーナーブロックを用いない本発明の第６の態様によるバーナーの側断面図。
【図１５】バーナーブロックを用いない本発明の第７の態様によるバーナーの側断面図。
【図１６】バーナーブロックを用いない本発明の第８の態様によるバーナーの側断面図。
【図１７】バーナーが設置されたバーナーブロックの長手方向断面図であって、火炎域を示す図。
【図１８】数値シミュレーションによって予測されたバーナー入口および出口を通る総軸方向運動量フラックスを示すグラフ図。
【図１９】バーナーの出口面における、数値シミュレーションから予測されたヒドロキシラジカル（ＯＨ）モル分率を示すグラフ図。
【図２０】バーナーの出口での総合ＯＨ発生プロファイルを示すグラフ図。
【図２１】０．３２ＭＷバーナーからのＮＯ_x 生成を示すグラフ図。
【図２２】本発明による別の態様によるバーナーを示す端部図。
【符号の説明】
１０…オキシ−燃料バーナー
１２…外側のチューブ
１４…中間のチューブ
１６…内側のチューブ
１８…外側の通路
２０…中間の通路
２２…内側の通路
２４，２６，２８…出口
３０…燃料供給源
３２…酸化剤供給源
３３，３４，３５…弁
４０…バーナーブロック

Claims (8)

1. オキシ−燃料バーナー中で酸化剤と燃料を結合させて火炎を生成する方法であって、
   少なくとも８０％の酸素を含有する外側の酸化剤流を外側の酸化剤案内通路中を導き、および該外側の酸化剤流を外側の酸化剤出口を通して排出し、
   燃料流を燃料案内通路中を導き、および該燃料流を該外側の酸化剤出口に対して同軸的に配置されかつそれから半径方向内側に離間配置された燃料出口を通して排出し、
   少なくとも８０％の酸素を含有する内側の酸化剤流を内側の酸化剤案内通路中を導き、および該内側の酸化剤流を該燃料出口に対して同軸的に配置されかつそれから半径方向内側に離間配置された内側の酸化剤出口を通して排出し、該内側の酸化剤流および該外側の酸化剤流は総酸化剤流を提供し、
   該内側の酸化剤案内通路を流れる該総酸化剤流の比率を弁により制御して、該外側の酸化剤流に対する該内側の酸化剤流を変化させることにより、火炎の形状を制御する
   ことを包含する方法。
2. 該燃料流を該外側の酸化剤流と混合する前に該内側の酸化剤流と混合する請求項１記載の方法。
3. 総酸化剤の約５０％以下が該内側の酸化剤流によって供給される請求項１記載の方法。
4. 該内側の酸化剤流が、該外側の酸化剤出口を通る該外側の酸化剤流の排出速度以上の大きさの、該内側の酸化剤出口を通る排出速度を有する請求項１記載の方法。
5. 該内側の酸化剤流の排出速度が、約１０ないし２００ｍ／ｓの範囲内にある請求項４記載の方法。
6. 該燃料流が、２０ないし８０ｍ／ｓの範囲内の、該燃料出口を通る排出速度を有する天然ガス流を包含する請求項５記載の方法。
7. 該外側の酸化物流の該排出速度が、１０ないし５０ｍ／ｓの範囲内にある請求項４記載の方法。
8. 該内側の酸化剤通路を流れる総酸化剤流の比率が、該外側の酸化剤通路を流れる総酸化剤流の比率よりも大きい請求項１記載の方法。

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