JP5080516B2 - 燃料燃焼バーナー及び方法 - Google Patents
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Description
・反応物の流れが一様でなく、その結果炎の性質が一様でなくなる。
・反応物の流れに大きな乱れがあり、混合と燃焼が所望する速度を超える速度になる。
・燃料ノズル先端に固体の炭素が蓄積されて成長し、炎を歪ませることになる。
・より熱くてより短い炎がプロセス炉内の熱伝導と温度の分布を不完全にする。このような結果は、一般に炉の耐火物の寿命を縮め、製品の歩留まりを低下させる。
・主燃料/酸化剤混合物からそらす(ステージングする)ことができる酸化剤の割合に限界がある。この限界は、バーナーアセンブリをプロセス炉から分離する耐火物バーナーブロック(時として予備燃焼器と呼ばれる)へ燃料と酸化剤の一部を放出するバーナーで起こる。この限界の主たる結果は、放射熱伝導の速度が小さくなり、燃料効率が低下し、NOxの放出が増加することである。
・バーナー構成部品の高温故障が早くなる。
・バーナー燃焼速度(燃料流量)の範囲が制限される。
・図12 − 方形エッジ
・図13 − 丸エッジ
・図14 − 単一角の、分離流ナイフエッジ
・図15 − 単一角の、張りつき(attached)流ナイフエッジ
これらの従来技術の設計のおのおのには、下記で述べるように、少なくとも一つの固有の欠点がある。
・一次チップ角α: 0<α<15°
・転向半径R: 絶対不可欠ではないが、R>1/64inが推奨される
・二次角β: β<90°
12 燃料
14 燃料入口
16 燃料入口セクション
18 燃料通過セクション
20 燃料出口セクション
22 燃料出口
24 酸化剤
30 酸化剤出口セクション
50 案内羽根
140 ノズルチップ
147 テーパー付き直線部分
148 ノーズ
Claims (14)
- 燃料を燃焼させるためのバーナーであって、
複数の燃料セクションを有し、各燃料セクションが他の燃料セクションと互いに連通していて且つ燃料の流れを送るのに適合している燃料導管であり、次のもの、すなわち、
第一の燃料入口と該第一の燃料入口から間隔をあけた第一の燃料出口を有する燃料入口セクションであって、第一の流動断面積を有し、該第一の燃料入口に入り該第一の燃料出口から出てゆく燃料の流れを送るのに適合している燃料入口セクション、
燃料取入れ口と該燃料取入れ口から間隔をあけた燃料取出し口を有する燃料通過セクションであって、該燃料取入れ口に入り該燃料取出し口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第二の流動断面積を有し、該第二の流動断面積が該燃料取入れ口における最初の流動断面積から該燃料取出し口における別の流動断面積へ変化する、燃料通過セクション、及び
第二の燃料入口と該第二の燃料入口から間隔をあけた第二の燃料出口を有する燃料出口セクションであって、該第二の燃料入口に入り該第二の燃料出口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第三の流動断面積を有し、該第三の流動断面積が該燃料出口セクションの全体にわたって実質的に一様である、燃料出口セクション、
を含む燃料導管と、
複数の酸化剤セクションを有し、各酸化剤セクションが他の酸化剤セクションと互いに連通していて且つ酸化剤の流れを送るのに適合している第一の酸化剤導管であり、次のもの、すなわち、
酸化剤の流れを送るのに適合しており、そして第四の流動断面積を有する酸化剤プレナムであって、該酸化剤プレナムの少なくとも一部分は該燃料入口セクション、該燃料通過セクション、及び該燃料出口セクションの少なくとも一つの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤プレナム、及び
酸化剤の流れの少なくとも一部分を送るのに適合しており、そして第五の流動断面積を有する酸化剤出口セクションであって、該第五の流動断面積は該第四の流動断面積未満であるかそれと等しく、該酸化剤出口セクションの全体にわたって実質的に一様であり、該酸化剤出口セクションの少なくとも一部分は該燃料出口セクションの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤出口セクション、を含む第一の酸化剤導管、
を含み、該燃料出口セクションの流動断面領域が非円形である、燃料燃焼バーナー。 - 該非円形である燃料出口セクションのアスペクト比(幅:高さ)が2:1より大きい、請求項1記載の燃料燃焼バーナー。
- 長手方向の軸線を有しそしてバーナーチップを含み、該バーナーチップが、
前記燃料の流れに隣接する第一の長いエッジと、
前記酸化剤の流れに隣接し、該長手方向の軸線と平行な線から約15°よりも小さな一次チップ角(α)を形成し、そして該長手方向の軸線と平行な上流面と交差する第二の長いエッジ、
を有し、該第一の長いエッジと該第二の長いエッジが、該一次チップ角(α)より大きくて、該第一の長いエッジに接し且つ該第一の長いエッジから燃料の流れの方向に延びる線から約90°より小さい二次チップ角(β)を形成している、請求項1記載の燃料燃焼バーナー。 - 該第二の長いエッジが、該一次チップ角(α)を形成する最初のテーパーがついた部分と、該第一の長いエッジで終える湾曲した部分を含む、請求項3に記載のバーナー。
- 該湾曲した部分が、次の転向半径R、すなわち、
R>1/64インチ(0.0.397mm)
を有する、請求項4に記載のバーナー。 - 燃料を燃焼させるためのバーナーであって、
複数の燃料セクションを有し、各燃料セクションが他の燃料セクションと互いに連通していて且つ燃料の流れを送るのに適合している燃料導管であり、次のもの、すなわち、
第一の燃料入口と該第一の燃料入口から間隔をあけた第一の燃料出口を有する燃料入口セクションであって、第一の流動断面積を有し、該第一の燃料入口に入り該第一の燃料出口から出てゆく燃料の流れを送るのに適合している燃料入口セクション、
燃料取入れ口と該燃料取入れ口から間隔をあけた燃料取出し口を有する燃料通過セクションであって、該燃料取入れ口に入り該燃料取出し口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第二の流動断面積を有し、該第二の流動断面積が該燃料取入れ口における最初の流動断面積から該燃料取出し口における別の流動断面積へ変化する、燃料通過セクション、及び
第二の燃料入口と該第二の燃料入口から間隔をあけた第二の燃料出口を有する燃料出口セクションであって、該第二の燃料入口に入り該第二の燃料出口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第三の流動断面積を有し、該第三の流動断面積が該燃料出口セクションの全体にわたって実質的に一様である、燃料出口セクション、
を含む燃料導管と、
複数の酸化剤セクションを有し、各酸化剤セクションが他の酸化剤セクションと互いに連通していて且つ酸化剤を送るのに適合している第一の酸化剤導管であり、次のもの、すなわち、
酸化剤の流れを送るのに適合しており、そして第四の流動断面積を有する酸化剤プレナムであって、該酸化剤プレナムの少なくとも一部分は該燃料入口セクション、該燃料通過セクション、及び該燃料出口セクションの少なくとも一つの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤プレナム、及び
酸化剤の流れの少なくとも一部分を送るのに適合しており、そして第五の流動断面積を有する酸化剤出口セクションであって、該第五の流動断面積は該第四の流動断面積未満であるかそれと等しく、該酸化剤出口セクションの全体にわたって実質的に一様であり、該酸化剤出口セクションの少なくとも一部分は該燃料出口セクションの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤出口セクション、
を含む第一の酸化剤導管と、
該第一の酸化剤導管に隣接する第二の酸化剤導管であって、該酸化剤の別の流れ又は別の酸化剤の流れを送るのに適合している第二の酸化剤導管、
を含み、該第二の酸化剤導管から出てゆく該酸化剤の別の流れ又は該別の酸化剤の流れが、該燃料出口セクションの該第二の燃料出口から出てゆく燃料の流れの該少なくとも一部分と該酸化剤出口セクションから出てゆく該酸化剤の流れの該少なくとも一部分の燃焼によって形成される火炎の下方の位置にあり、そして該燃料通過セクションに配置された少なくとも一つの案内羽根を更に含み、該燃料通過セクションの該燃料取入れ口における最初の流動断面積が該燃料通過セクションの該燃料取出し口における別の流動断面積よりも小さく、且つ、該燃料出口セクションの流動断面領域が非円形である、燃料燃焼バーナー。 - 該非円形である燃料出口セクションのアスペクト比(幅:高さ)が2:1より大きい、請求項6記載の燃料燃焼バーナー。
- 燃料を酸化剤とともに燃焼させるための方法であって、
燃料の源を用意する工程、
少なくとも一つの酸化剤の源を用意する工程、
以下のものを含むバーナー、すなわち、
複数の燃料セクションを有し、各燃料セクションが他の燃料セクションと互いに連通していて且つ燃料の流れを送るのに適合している燃料導管であり、次のもの、すなわち、
第一の燃料入口と該第一の燃料入口から間隔をあけた第一の燃料出口を有する燃料入口セクションであって、第一の流動断面積を有し、該第一の燃料入口に入り該第一の燃料出口から出てゆく燃料の流れを送るのに適合している燃料入口セクション、
燃料取入れ口と該燃料取入れ口から間隔をあけた燃料取出し口を有する燃料通過セクションであって、該燃料取入れ口に入り該燃料取出し口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第二の流動断面積を有し、該第二の流動断面積が該燃料取入れ口における最初の流動断面積から該燃料取出し口における別の流動断面積へ変化する、燃料通過セクション、及び
第二の燃料入口と該第二の燃料入口から間隔をあけた第二の燃料出口を有する燃料出口セクションであって、該第二の燃料入口に入り該第二の燃料出口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第三の流動断面積を有し、該第三の流動断面積が該燃料出口セクションの全体にわたって実質的に一様である、燃料出口セクション、
を含む燃料導管と、
複数の酸化剤セクションを有し、各酸化剤セクションが他の酸化剤セクションと互いに連通していて且つ酸化剤の流れを送るのに適合している第一の酸化剤導管であり、次のもの、すなわち、
酸化剤の流れを送るのに適合しており、そして第四の流動断面積を有する酸化剤プレナムであって、該酸化剤プレナムの少なくとも一部分は該燃料入口セクション、該燃料通過セクション、及び該燃料出口セクションの少なくとも一つの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤プレナム、及び
酸化剤の流れの少なくとも一部分を送るのに適合しており、そして第五の流動断面積を有する酸化剤出口セクションであって、該第五の流動断面積は該第四の流動断面積未満であるかそれと等しくて、該酸化剤出口セクションの全体にわたって実質的に一様であり、該酸化剤出口セクションの少なくとも一部分は該燃料出口セクションの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤出口セクション、
を含む第一の酸化剤導管、
を含むバーナーを設ける工程、
該燃料の流れを該第一の燃料入口に送り、それによって該燃料の流れの少なくとも一部分を該第一の燃料入口から該第二の燃料出口へ送る工程、
該酸化剤の流れを該酸化剤プレナムに送り、それによって該酸化剤の流れの少なくとも一部分を該酸化剤プレナムから該酸化剤出口セクションへ送る工程、及び
該第二の燃料出口から出てゆく燃料の少なくとも一部分を該酸化剤出口セクションから出てゆく酸化剤の少なくとも一部分とともに燃焼させる工程、
を含み、該燃料出口セクションの流動断面領域が非円形である、燃料燃焼方法。 - 該非円形である燃料出口セクションのアスペクト比(幅:高さ)が2:1より大きい、請求項8記載の燃料燃焼方法。
- 燃料を酸化剤とともに燃焼させるための方法であって、
燃料の源を用意する工程、
少なくとも一つの酸化剤の源を用意する工程、
以下のものを含むバーナー、すなわち、
複数の燃料セクションを有し、各燃料セクションが他の燃料セクションと互いに連通していて且つ燃料の流れを送るのに適合している燃料導管であり、次のもの、すなわち、
第一の燃料入口と該第一の燃料入口から間隔をあけた第一の燃料出口を有する燃料入口セクションであって、第一の流動断面積を有し、該第一の燃料入口に入り該第一の燃料出口から出てゆく燃料の流れを送るのに適合している燃料入口セクション、
燃料取入れ口と該燃料取入れ口から間隔をあけた燃料取出し口を有する燃料通過セクションであって、該燃料取入れ口に入り該燃料取出し口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第二の流動断面積を有するとともに、少なくとも一つの案内羽根を含み、該第二の流動断面積が該燃料取入れ口における最初の流動断面積から該燃料取出し口における別の流動断面積へ変化する、燃料通過セクション、及び
第二の燃料入口と該第二の燃料入口から間隔をあけた第二の燃料出口を有する燃料出口セクションであって、該第二の燃料入口に入り該第二の燃料出口から出てゆく燃料の流れの少なくとも一部分を送るのに適合していて、且つ、第三の流動断面積を有し、該第三の流動断面積が該燃料出口セクションの全体にわたって実質的に一様である、燃料出口セクション、
を含む燃料導管と、
複数の酸化剤セクションを有し、各酸化剤セクションが他の酸化剤セクションと互いに連通していて且つ酸化剤を送るのに適合している第一の酸化剤導管であり、次のもの、すなわち、
酸化剤の流れを送るのに適合しており、そして第四の流動断面積を有する酸化剤プレナムであって、該酸化剤プレナムの少なくとも一部分は該燃料入口セクション、該燃料通過セクション、及び該燃料出口セクションの少なくとも一つの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤プレナム、及び
酸化剤の流れの少なくとも一部分を送るのに適合しており、そして第五の流動断面積を有する酸化剤出口セクションであって、該第五の流動断面積は該第四の流動断面積未満であるかそれと等しくて、該酸化剤出口セクションの全体にわたって実質的に一様であり、該酸化剤出口セクションの少なくとも一部分は該燃料出口セクションの少なくとも一部分の実質的に全部の周りに間隔をあけて位置する、酸化剤出口セクション、を含む第一の酸化剤導管、
を含むバーナーを設ける工程、
該燃料の流れを該第一の燃料入口に送り、それによって該燃料の流れの少なくとも一部分を該第一の燃料入口から該第二の燃料出口へ送る工程、
該酸化剤の流れを該酸化剤プレナムに送り、それによって該酸化剤の流れの少なくとも一部分を該酸化剤プレナムから該酸化剤出口セクションへ送る工程、
該第二の燃料出口から出てゆく燃料の少なくとも一部分を該酸化剤出口セクションから出てゆく酸化剤の少なくとも一部分とともに燃焼させる工程、
第二の酸化剤導管であって、該第二の酸化剤導管に入る該酸化剤の別の流れ又は別の酸化剤の流れを送るのに適合している第二の酸化剤導管を、該第一の酸化剤導管に隣接して設ける工程、
該酸化剤の別の流れ又は該別の酸化剤の流れを該第二の酸化剤導管に送り、それによって該酸化剤の別の流れの少なくとも一部分又は該別の酸化剤の少なくとも一部分を該第二の酸化剤導管から送る工程、及び
該第二の燃料出口から出てゆく燃料の少なくとも別の一部分を該第二の酸化剤導管から出てゆく該酸化剤の別の流れの少なくとも一部分又は該別の酸化剤の少なくとも一部分とともに燃焼させる工程、
を含み、該第二の酸化剤導管から出てゆく該酸化剤の別の流れ又は該別の酸化剤の流れが、該燃料出口セクションの該第二の燃料出口から出てゆく燃料の流れの該少なくとも一部分と該酸化剤出口セクションから出てゆく該酸化剤の流れの該少なくとも一部分の燃焼によって形成される火炎の下方の位置にあり、且つ、該燃料出口セクションの流動断面領域が非円形である、燃料燃焼方法。 - 該非円形である燃料出口セクションのアスペクト比(幅:高さ)が2:1より大きい、請求項10記載の燃料燃焼方法。
- 長手方向の軸線を有するバーナーであり、下記のものを有するバーナーチップ、すなわち、
前記燃料の流れに隣接する第一の長いエッジ、及び
前記酸化剤の流れに隣接し、そして該長手方向の軸線と平行な線から約15°よりも小さな一次チップ角(α)を形成し、且つ該長手方向の軸線と平行な上流面と交差する第二の長いエッジ、
を有するバーナーチップを含み、該第一の長いエッジと該第二の長いエッジが、該一次チップ角(α)より大きくて、該第一の長いエッジに接し且つ該第一の長いエッジから該燃料の流れの方向に延びる線から約90°よりも小さな二次チップ角(β)を形成している、該燃料を該酸化剤とともに燃焼させるためのバーナーを設ける工程、及び
該燃料の少なくとも一部分を該酸化剤の少なくとも一部分とともに該バーナーチップに隣接する箇所で燃焼させる工程、
を含む、請求項8又は10記載の燃料燃焼方法。 - 該第二の長いエッジが、
該一次チップ角(α)を形成する最初のテーパーがついた部分、及び
該第一の長いエッジで終える湾曲した部分、
を含む、請求項12に記載の方法。 - ガラスを溶融させる工程を更に含む、請求項12に記載の燃料を酸化剤とともに燃焼させるための方法。
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