JP5801675B2 - バーナおよびバーナ燃焼方法 - Google Patents

バーナおよびバーナ燃焼方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5801675B2
JP5801675B2 JP2011219431A JP2011219431A JP5801675B2 JP 5801675 B2 JP5801675 B2 JP 5801675B2 JP 2011219431 A JP2011219431 A JP 2011219431A JP 2011219431 A JP2011219431 A JP 2011219431A JP 5801675 B2 JP5801675 B2 JP 5801675B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow
burner
nozzle
pressure
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011219431A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013079753A (ja
Inventor
康之 山本
康之 山本
公夫 飯野
公夫 飯野
義之 萩原
義之 萩原
智之 羽路
智之 羽路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyo Nippon Sanso Corp filed Critical Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority to JP2011219431A priority Critical patent/JP5801675B2/ja
Publication of JP2013079753A publication Critical patent/JP2013079753A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5801675B2 publication Critical patent/JP5801675B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/56—Nozzles for spreading the flame over an area, e.g. for desurfacing of solid material, for surface hardening, or for heating workpieces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/84—Flame spreading or otherwise shaping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14482—Burner nozzles incorporating a fluidic oscillator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07005—Injecting pure oxygen or oxygen enriched air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

本発明は、バーナおよびバーナ燃焼方法に関するものである。
一般に、鉄鋼用加熱炉やガラス溶解炉等の工業用の高温加熱プロセスでは、炉内下部にビレットや溶融ガラスなどの被加熱物があり、その上部空間に火炎が作られ、火炎からの熱放射によって加熱あるいは溶解する構造になっている。
そのためバーナの火炎には、熱放射の強い火炎であることとともに、被加熱物を均一に加熱できるような火炎であることが求められている。
熱放射の強い火炎を作る方法として、特許文献１には、中央部の燃料ノズルから燃料流れを噴出し、それと同時に燃料ノズルを取り囲む環状酸素ノズルから酸素流れを噴出する構造のバーナを用いる方法が開示されている。
この方法は、ノズルからの燃料流れと酸素流れの噴出速度を遅くすることで、燃料と酸素の混合を遅くし、火炎軸方向に大きな火炎を作ることで、火炎からの熱放射を高めている。
また、特許文献２には、横方向に偏平な火炎を作ることにより、被加熱物から見て火炎の面積を大きくして、熱放射を高めるようにしたバーナを用いる方法が開示されている。
また、特許文献３には、複数のノズルから燃料流れと酸化剤流れを別々に噴射することにより、横方向に偏平な火炎を作り、被加熱物から見て火炎の面積を大きくすることで熱放射を高めたバーナを用いる方法が開示されている。
このバーナは、複数の燃料ノズルと酸化剤ノズルを有し、複数の燃料ノズルから噴射した燃料流れでシート状の燃料流を作り、複数の酸化剤ノズルから噴射されたシート状の酸化剤流れを、この燃料流に当てることで扁平な火炎を形成することができる。
また、特許文献４、５には、燃料ノズルの上下から酸化剤流れを角度を付けて噴射し、バーナから離れた１点で、酸化剤流れを燃料流れの上下両方から同時に衝突させて燃焼させることにより、横方向に偏平な火炎を形成させるバーナが開示されている。
このバーナでは、酸化剤の噴出角度を大きくすることで、より偏平な火炎が形成され、熱放射が大きくなることが示されている。
特開平３−１８６１１１号公報 特開平７−４６２３号公報 特開平９−１１２８１４号公報 特開２０００−１６１６１４号公報 特開２０００−１６１６１５号公報
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、流速を遅くすることで火炎の推進力が弱まり火炎が浮き上がるため、熱放射は大きくない。また、火炎の浮き上がりが炉天井部を損傷する原因にもなるため、熱放射を高めるには限界がある。
また、特許文献２に記載された方法では、燃料と酸素の接触面積が大きく、燃料と酸素の混合が良いため、火炎長が短くなるという問題がある。
また、特許文献３に記載された方法では、バーナが、複数のノズルから燃料流れと酸化剤流れを噴射する構造のため、一本当たりから噴射される燃料と酸化剤の量が少なく、運動量が低下して火炎長が短くなり、バーナから離れた位置での熱放射が小さくなるという問題がある。
また、特許文献４、５に記載された方法では、火炎が短くなり、バーナから離れた位置での熱放射が弱くなるという問題がある。
また、燃料流れと酸化剤流れの衝突点をバーナから離れた位置にすることで、離れた位置で偏平な火炎を形成できるとしているが、離れた位置で衝突させた場合、酸化剤流れの運動量が小さくくなり、偏平な火炎が形成できない。
さらに、衝突するまでに、酸化剤流れおよび燃料流れともに多くの炉内ガスを巻き込むため緩慢に燃焼するようになり、火炎温度が低くなるので熱放射が弱くなるという問題もある。
上述のように、従来のバーナでは、火炎の偏平化などの方法により熱放射を大きくする工夫がなされていたが、火炎長が短くなるためバーナから離れたところの熱放射は小さくなるといった問題があった。
また、火炎の偏平化にも限界があり、広い範囲を一本のバーナで均一に加熱することができないといった問題があった。
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、酸化剤流れと燃料流れとを供給して燃焼させるバーナであって、前記酸化剤流れは、前記燃料流れの周囲または近傍から噴出する１次酸化剤流れと、前記燃料流れを中心とした対称な位置から噴出する複数の２次酸化剤流れとからなり、前記燃料流れ、前記１次酸化剤流れ、および前記２次酸化剤流れの各流れを形成する流体噴出流路のうち、少なくとも１つが、該流れの噴出口に向かって拡がるように形成され、側壁において対向する位置に２つの開口部が設けられており、前記開口部には、圧力を制御する圧力制御機構が設けられており、前記圧力制御機構によって、一方の開口部の圧力が静圧より低い圧力のときに、他方の開口部の圧力が静圧より高い圧力に制御されることにより、前記噴出口から噴出される前記流れの噴出方向が、該流れ以外の流れ側又はその反対側に変化することを特徴とするバーナである。
また、請求項２に係る発明は、前記圧力制御機構が、２つの前記開口部を接続する連通管からなることを特徴とする請求項１に記載のバーナである。
また、請求項３に係る発明は、前記連通管に調節弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバーナである。
また、請求項４に係る発明は、前記流れの噴出口に向かって拡がって形成された前記流体噴出流路の開き角が９０°以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバーナである。
また、請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のバーナを用いたバーナ燃焼方法であって、前記１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量と前記２次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の合計量に対する前記１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の比率が、１０％以上７０％以下であることを特徴とするバーナ燃焼方法である。
また、請求項６に係る発明は、前記燃料流れ、前記１次酸化剤流れ、および前記２次酸化剤流れの各流れを形成する前記流体噴出流路のうち、少なくとも１つについて、前記圧力制御機構によって、２つの前記開口部の圧力を静圧より低い圧力から高い圧力の範囲で周期的に変化させることを特徴とする請求項５に記載のバーナ燃焼方法である。
また、請求項７に係る発明は、前記燃料流れ、または前記１次酸化剤流れを形成する前記流体噴出流路について、前記圧力制御機構によって、２つの前記開口部の圧力を静圧より低い圧力から高い圧力の範囲で周期的に変化させることを特徴とする請求項５に記載のバーナ燃焼方法である。
また、請求項８に係る発明は、前記２次酸化剤流れの流速が２０ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載のバーナ燃焼方法である。
また、請求項９に係る発明は、前記開口部の圧力の周期的な変化の周波数が、０．００３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載のバーナ燃焼方法である。
本発明のバーナは、圧力制御機構が設けられていることから、バーナを回転させたり、振動させたりするための大掛かりな機械的駆動装置を使用することなく、火炎を周期的に揺動させることができ、一本のバーナで広い範囲を均一に加熱することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態のバーナの概略を示す平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態のバーナに用いられるノズルの噴出口を拡大して示す図であり、図２（ａ）は側面図で、図２（ｂ）は平面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の各ノズルによる各流れの噴出方向の変動の様子を示す概念図である。 図４は、本発明の各ノズルに用いられる圧力制御機構の一例を示す図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のバーナ燃焼方法を示す側面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態のバーナの概略を示す平面図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第２の実施形態のバーナ燃焼方法を示す側面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態であるバーナの概略を示す平面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明の第３の実施形態であるバーナ燃焼方法を示す側面図である。 図１０（ａ）ないし図１０（ｄ）は、本発明の第４の実施形態であるバーナ燃焼方法を示す側面図である。 図１１（ａ）ないし（ｅ）は、本発明の燃料ノズルおよび１次酸化剤ノズルの配置される位置関係についての一実施形態を示す平面図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、本発明の一実施例における放射熱流束を示すグラフである。 図１３は、本発明の一実施例における周波数とＮＯＸ排出量の関係を示すグラフである。 図１４は、本発明の一実施例における周波数とＮＯＸ排出量の関係を示すグラフである。 図１５は、本発明の一実施例における周波数とＮＯＸ排出量の関係を示すグラフである。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、本発明の一実施例における放射熱流束を示すグラフである。 図１７は、本発明の一実施例における周波数とＮＯＸ排出量の関係を示すグラフである。 図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、本発明の一実施例における放射熱流束を示すグラフである。 図１９は、本発明の一実施例における周波数とＮＯＸ排出量の関係を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態であるバーナおよびバーナ燃焼方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率が実際と同じであるとは限らない。
［第１の実施形態］
＜バーナ＞
図１は、本発明の第１の実施形態であるバーナ１を示す図である。
図１に示すように、バーナ１は、燃料流れを噴出する燃料ノズル２と、１次酸化剤流れを噴出する１次酸化剤ノズル３と、２次酸化剤流れを噴出する２次酸化剤ノズル４から概略構成されている。
燃料ノズル２、１次酸化剤ノズル３、および２次酸化剤ノズル４内には、それぞれ燃料流れ、１次酸化剤流れ、および２次酸化剤流れを形成する流体噴出流路が形成されている。
１次酸化剤ノズル３は、燃料ノズル２の周囲または近傍に設けられている。ここで、周囲または近傍に設けられているとは、１次酸化剤ノズル３と燃料ノズル２が、所望の距離内に配置されていることをいい、１次酸化剤ノズル３が、実質的に燃料ノズル２と隣接した位置に配置されていることをいう。
このように構成することで、燃料流れを噴出する位置と、実質的に隣接した位置から１次酸化剤流れを噴出することができる。
また、燃料ノズル２は、１次酸化剤ノズル３の内側において、１次酸化剤ノズル３と同軸上に配置されている。
具体的には、燃料ノズル２は円筒状に形成されており、１次酸化剤ノズル３は、燃料ノズル２の外周を囲むように形成されている。すなわち、１次酸化剤ノズル３は、断面形状が所定幅を有したリング状（ドーナツ状）に形成されており、燃料ノズル２は、リング状に形成された１次酸化剤ノズル３の内周内に配置されている。
もっとも、燃料ノズル２と１次酸化剤ノズル３の配置位置については、上記形態に限定されず、また１次酸化剤ノズル３の断面形状もリング状である必要はなく、１次酸化剤ノズル３が、燃料ノズル２の周囲または近傍に配置されていればよい。
２次酸化剤ノズル４は、燃料ノズル２を軸中心とした、対称な位置に複数配置されている。したがって、２次酸化剤ノズル４を２つ用いた場合は、平面視した際に、２次酸化剤ノズル４は、燃料ノズル２に対して点対称な位置に配置されている。
この対象な位置に配置された２つの２次酸化剤ノズル４の間の距離ｈは、燃料流れや、１次酸化剤流れや、２次酸化剤流れの流速などを勘案して、適宜決めればよい。
なお、図１においては、２次酸化剤ノズル４を２つ配置する場合について描かれているが、これに限定されず、３つ以上でも構わない。３つ以上の場合は、平面視した際に、各２次酸化剤ノズル４を頂点とする図形の重心の位置に、燃料ノズル２が配置されるようにすればよい。
また、燃料ノズル２、１次酸化剤ノズル３、および２次酸化剤ノズル４のうち、少なくとも１つには圧力制御機構５が設けられている。
なお、以下の説明では、便宜上２次酸化剤ノズル４に圧力制御機構５が設けられている例について説明するが、圧力制御機構５は、燃料ノズル２や１次酸化剤ノズル３に設けられていても構わない。
圧力制御機構５が設けられた２次酸化剤ノズル４は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、２次酸化剤流れの噴出口６に向かって、径が拡がるように形成されている。言い換えれば、２次酸化剤ノズル４内に形成される流体噴出流路も、２次酸化剤流れの噴出口６に向かって拡がるように形成されている。
また、２次酸化剤ノズル４の側壁７には、対向する位置に２つの開口部８，９が設けられている。
そして、各開口部８，９には、２次酸化剤ノズル４内を流れる流体の開口部８，９付近の圧力を制御する圧力制御機構５が設けられている。この圧力制御機構５は、圧力調整装置１０と、圧力調整装置１０と各開口部８，９を結ぶ配管１１とからなる。
圧力制御機構５により、一方の開口部８の圧力が静圧より低い圧力に制御されるときには、他方の開口部９の圧力が静圧よりも高い圧力になるように制御され、２つの開口部８，９の圧力を交互に反転させるように構成されている。
そして、２つの開口部８，９の圧力を交互に反転させることで、本実施形態では、２次酸化剤流れの噴出方向を周期的に変化させることができる。
詳しく説明すると、圧力制御機構５を用いて、図３（ａ）に示すように、２次酸化剤ノズル４の側壁７に設けられた開口部８の圧力を静圧よりも低くし、対向する位置にある開口部９の圧力を静圧よりも高くすると、２次酸化剤流れは、開口部８が設けられた側壁７側に傾いて噴出することとなる。
逆に、圧力制御機構５を用いて、図３（ｂ）に示すように、開口部８の圧力を静圧よりも高くし、開口部９の圧力を静圧よりも低くすると、２次酸化剤流れは開口部９が設けられた側壁７側に傾いて噴出することとなる。
このようにして２次酸化剤流れの噴出方向を周期的に変化させて、２次酸化剤ノズル４から噴出させることができる。
なお、圧力制御機構５は、主として圧力調整装置１０から構成されており、この圧力調整装置１０を適宜制御することによって、一方の開口部８の圧力と他方の開口部９の圧力を周期的に交互に反転させている。
もっとも、圧力制御機構５の構成は、このような構成に限定されるものではなく、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、２つの開口部８，９を連通管１２によって接続するだけでも構わない。
このような構成を採用することで、自励振動現象が生じ、２つの開口部８，９の圧力を周期的に切り替えることが可能となっている。
この際、連通管１２に調節弁１３を設け、調節弁１３によって連通管１２の圧力抵抗を調節することで、自励振動による圧力の切り替えの周期を調節しても構わない。
なお、図２（ａ）に示すように、噴出口６に向かって拡がるように形成されている２次酸化剤ノズル４の開き角αは、被加熱部の加熱面の大きさに合わせて適宜決めればよいが、９０°以下とすることが好ましい。９０°よりも大きい場合は、２次酸化剤流れの噴出方向の振動が不安定となり、均一加熱することができなくなるからである。
＜バーナ燃焼方法＞
次に、上記したバーナ１を用いたバーナ燃焼方法について説明する。
本実施形態では、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、基本的には燃料ノズル２から燃料流れを噴出させ、１次酸化剤ノズル３から１次酸化剤流れを噴出させ、２次酸化剤ノズル４から２次酸化剤流れを噴出させて、燃料流れの噴出先に火炎Ａを形成させる。
燃料流れとしては、典型的には天然ガス（ＬＮＧ）を例示することができるが、重油などの液体燃料であっても構わない。
また、１次酸化剤流れや２次酸化剤流れとしては、例えば酸素と空気の混合ガスを例示することができ、空気の替わりに窒素ガス・炭酸ガス・排ガスなどを用いても構わない。また、酸素としては、工業用純酸素を用いてもよい。
また、本実施形態では、各２次酸化剤ノズル４から噴出する２次酸化剤流れの噴出方向を、それぞれ燃料流れ側とは反対側（外側）の方向と、燃料流れ側（内側）の方向とを交互に周期的に変化させている。
ここで、燃料流れ側とは反対側（外側）の方向に噴出させるとは、図５（ａ）に示すような状態のことをいう。すなわち、燃料ノズル２の上側に配置された２次酸化剤ノズル４ａからは、２次酸化剤ノズル４ａの外側である上側に向かって２次酸化剤流れを噴出させ、燃料ノズル２の下側に配置された２次酸化剤ノズル２ｂからは、２次酸化剤ノズル４ｂの外側である下側に向かって、２次酸化剤流れを噴出させる。
この際、２次酸化剤流れは、中心火炎Ａから離れた方向に噴出されるため、還元領域Ｂが広がる。
また、２次酸化剤流れを燃料流れ側に噴出させるとは、図５（ｂ）に示すような状態のことをいう。すなわち、２次酸化剤ノズル４ａからは、２次酸化剤流れを燃料流れ側である下側に向かって噴出させ、２次酸化剤ノズル４ｂからは、２次酸化剤流れを上側に向かって噴出させることをいう。
このように２次酸化剤流れの噴出方向を、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、交互に周期的に変化させることで、燃料ノズル２の噴出先に形成される火炎Ａが揺動することとなる。その結果、伝熱面積が拡大し、伝熱効率の向上、被加熱物の均一加熱が可能となる。
また、本実施形態では、２次酸化剤流れの流速は２０ｍ／ｓ以上とすることが好ましく、６０ｍ／ｓ以上とすることがより好ましい。２次酸化剤流れの流速を２０ｍ／ｓ以上とするとこで、ＮＯＸの発生を抑制することができるとともに、２次酸化剤流れが中心火炎から離れたときは還元領域が広がるため、ＮＯＸの発生を更に抑制することができる。
また、２次酸化剤ノズル４の開口部８，９における圧力の周期的な変化の周波数、すなわち２次酸化剤流れの噴出方向の切り替え周期の周波数は、０．００３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下の範囲で制御することが好ましい。周期が２０Ｈｚより大きいと、振動により燃料と酸化剤の混合が促進されてしまうので、ＮＯＸの低減効果が小さくなるとともに、火炎長も短くなるので、バーナから離れた位置での放射熱流速が小さくなって好ましくなく、また、０．００３Ｈｚより小さいと、局所的に放射熱流速が大きくなり、均一加熱ができなくなるからである。
また、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量と、２次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の合計量に対する、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の比率が、１０％以上７０％以下であることが好ましい。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態であるバーナおよびバーナ燃焼方法について説明する。本実施形態は第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態と同様の部分については適宜説明を省略する。
＜バーナ＞
図６に示すように、本実施形態のバーナ２１も、第１の実施形態と同様に、燃料ノズル２２と、１次酸化剤ノズル２３と、２次酸化剤ノズル２４から構成されており、２次酸化剤ノズル２４は、燃料ノズル２２を軸中心とした対称な位置に２個配置されている。
また、１次酸化剤ノズル２３は、燃料ノズル２２を左右で挟むように、燃料ノズル２２の近傍に２個配置されている。
本実施形態の２次酸化剤ノズル２４は、第１の実施形態と異なり、圧力制御機構が設けられていないため、２次酸化剤ノズル２４から噴出する２次酸化剤流れは、噴出方向が変動しない。
一方、燃料ノズル２２および１次酸化剤ノズル２３には、第１の実施形態の２次酸化剤ノズル４に設けられた圧力制御機構５と同様な圧力制御機構２５，２６が設けられており、同様な原理により、噴出方向を変動させることができる。
すなわち、燃料ノズル２２および１次酸化剤ノズル２３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す２次酸化剤ノズル４と同様に、両方とも各ノズル２２，２３の噴出口（図示略）に向かって拡がるように形成されており、各ノズル２２，２３の側壁において、対向する位置に２つの開口部（図示略）が設けられている。
また、各開口部には、開口部付近の流体の圧力を制御する圧力制御機構２５，２６が設けられている。そして、この圧力制御機構２５，２６により、一方の開口部の圧力が静圧より低い圧力のときに、他方の開口部の圧力が静圧よりも高い圧力になるように制御され、２つの開口部の圧力を周期的に交互に反転させるように構成されている。
なお、噴出口に向かって拡がるように形成されている燃料ノズル２２および１次酸化剤ノズル２３の開き角は、被加熱部の加熱面の大きさに合わせて適宜決めればよいが、ともに９０°以下とすることが好ましい。９０°よりも大きい場合は、燃料流れないし１次酸化剤流れの噴出方向の振動が不安定となり、均一加熱することができなくなるからである。
＜バーナの燃焼方法＞
次に、上記したバーナ２１を用いたバーナ燃焼方法について説明する。
本実施形態では、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、２次酸化剤流れを一定方向に噴出させながら、燃料ノズル２２から噴出する燃料流れと、１次酸化剤ノズル２３から噴出する１次酸化剤流れの噴出方向を同一になるようにしながら、周期的に噴出方向を変化させるように制御する。
具体的には、図７（ａ）に示すように、１次酸化剤流れと燃料流れを共に２次酸化剤ノズル２４ａ側（図７では左側）に噴出する状態と、図７（ｂ）に示すように、２次酸化剤ノズル２４ｂ側（図７では右側）に噴出する状態とが、交互になるように周期的に制御する。
この際、図７（ａ）の状態では、燃料流れの噴出方向には還元領域Ｃが形成されるとともに、燃料ノズル２２の下流と２次酸化剤ノズル２４ｂの下流に挟まれた空間に緩慢混合領域Ｄが形成される。一方、図７（ｂ）の状態では、逆に燃料ノズル２２の噴出方向に還元領域Ｃが形成され、燃料ノズル２２の下流と２次酸化剤ノズル２４ａの下流とで挟まれた空間に緩慢混合領域Ｄが形成される。
本実施形態のバーナ燃焼方法では、上記のように燃料流れ及び１次酸化剤流れの噴出方向を制御した結果、火炎が揺動し、被加熱物に対して広い範囲を加熱することが可能となる。また、１次酸化剤流れおよび燃料流れの噴出方向の切り替え周期を適正範囲にすることで、均一な加熱が可能となる。
また、本実施形態でも、よりＮＯＸの発生を抑制することができることから、２次酸化剤流れの流速は２０ｍ／ｓ以上とすることが好ましく、６０ｍ／ｓ以上とすることがより好ましい。
また、よりＮＯＸの発生を抑制できるとともに火炎長も長くでき、均一加熱ができるようになることから、１次酸化剤流れおよび燃料流れの噴出方向の切り替え周期の周波数は、０．００３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下の範囲で制御することが好ましい。
また、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量と、２次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の合計量に対する、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の比率が、１０％以上７０％以下であることが好ましい。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態であるバーナおよびバーナ燃焼方法について説明する。本実施形態は第１の実施形態または第２の実施形態の変形例であり、同様の部分については適宜説明を省略する。
＜バーナ＞
本実施形態のバーナ３１も、図８に示すように、第１の実施形態と同様、燃料ノズル３２と、１次酸化剤ノズル３３と、２次酸化剤ノズル３４から構成されている。具体的には、１次酸化剤ノズル３３は、燃料ノズル３２を左右で挟むように燃料ノズル３２の近傍に２個配置され、２次酸化剤ノズル３４は、燃料ノズル３２を軸中心とした対称な位置に２個配置されている。
また、本実施形態では、燃料ノズル３２、１次酸化剤ノズル３３および２次酸化剤ノズル３４のいずれにも、圧力制御機構３５，３６，３７が設けられている。
すなわち、燃料ノズル３２、１次酸化剤ノズル３３および燃料ノズル３４は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す２次酸化剤ノズル４と同様に、いずれも各ノズル３２，３３，３４の噴出口（図示略）に向かって拡がるように形成されており、各ノズル３２，３３，３４の側壁において、対向する位置に２つの開口部（図示略）が設けられている。
また、各開口部には、開口部付近の流体の圧力を制御する圧力制御機構３５，３６，３７が設けられている。そして、この圧力制御機構３５，３６，３７により、一方の開口部の圧力が静圧より低い圧力のときに、他方の開口部の圧力が静圧よりも高い圧力になるように制御され、２つの開口部の圧力を交互に反転させることができる。
なお、噴出口に向かって拡がるように形成されている各ノズル３２、３３、３４の開き角は、被加熱部の加熱面の大きさに合わせて適宜決めればよいが、いずれも９０°以下とすることが好ましい。９０°よりも大きい場合は、燃料流れ、１次酸化剤流れないし２次酸化剤流れの噴出方向の振動が不安定となり、均一加熱することができなくなるからである。
＜バーナの燃焼方法＞
次に、上記バーナ３１を用いたバーナ燃焼方法について説明する。
本実施形態では、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、燃料ノズル３２から噴出する燃料流れと、１次酸化剤ノズル３３から噴出する１次酸化剤流れと、２次酸化剤ノズル３４から噴出する２次酸化剤流れについて、いずれも噴出方向が同一になるようにしながら、噴出方向を周期的に変動させながら制御する。
具体的には、図９（ａ）に示すように、燃料流れ、１次酸化剤流れ、および２次酸化剤流れをいずれも２次酸化剤ノズル３４ａ側（図９では左側）に噴出する状態と、図９（ｂ）に示すように、いずれも２次酸化剤ノズル３４ｂ側（図９では右側）に噴出する状態とが、交互になるように周期的に制御する。
このように制御することで、火炎が揺動し、被加熱物に対して広い範囲を加熱することが可能となる。また、燃料流れ、１次酸化剤流れ、及び２次酸化剤流れの噴出方向の切り替え周期を適正範囲にすることで、均一な加熱が可能となる。
また、本実施形態でも、よりＮＯＸの発生を抑制することができることから、２次酸化剤流れの流速は２０ｍ／ｓ以上とすることが好ましく、６０ｍ／ｓ以上とすることがより好ましい。
また、よりＮＯＸの発生を抑制できるとともに火炎長も長くでき、均一加熱ができるようになることから、燃料流れ、１次酸化剤流れ、及び２次酸化剤流れの噴出方向の切り替え周期の周波数は、０．００３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下の範囲で制御することが好ましい。
また、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量と、２次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の合計量に対する、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の比率が、１０％以上７０％以下であることが好ましい。
［第４の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態であるバーナ燃焼方法について説明する。本実施形態は第３の実施形態の変形例であり、第３の実施形態と同様なバーナを用いていることから、バーナについては説明を省略する。
本実施形態では、図１０（ａ）ないし図１０（ｄ）に示すように、燃料ノズル３２から噴出する燃料流れと、１次酸化剤ノズル３３から噴出する１次酸化剤流れが、共に噴出方向が同一となるようにしながら周期的に変動するように制御する。また、２次酸化剤ノズル３４から噴出する２次酸化剤流れの噴出方向については、燃料流れないし１次酸化剤流れとは異なった周期で変動するように制御する。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、まず燃料ノズル３２から噴出する燃料流れ、１次酸化剤ノズル３３から噴出する１次酸化剤流れ、および２次酸化剤ノズル３４から噴出する２次酸化剤流れを、いずれも２次酸化剤ノズル３４ａ側（図１０では左側）に噴出する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、２次酸化剤ノズル３４ｂから噴出する２次酸化剤流れのみ噴出方向を反対側に変動させ、２次酸化剤ノズル３４ｂの外側（図１０では右側）に向けて噴出するようにする。
その後、図１０（ｃ）に示すように、燃料ノズル３２から噴出する燃料流れ、および１次酸化剤ノズル３３から噴出する１次酸化剤流れを、ともに反対側である２次酸化剤ノズル３４ｂ側（図１０では右側）に向けて噴出する。
そして、図１０（ｄ）に示すように、２次酸化剤ノズル３４ａから噴出する２次酸化剤流れを、反対側である２次酸化剤ノズル３４ｂ側（図１０では右側）に向けて噴出する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、２次酸化剤ノズル３４ａから噴出する２次酸化剤流れのみ噴出方向を反対側に変動させ、２次酸化剤ノズル３４ａの外側（図１０では左側）に向けて噴出するようにする。
その後、図１０（ｂ）に示すように、燃料ノズル３２から噴出する燃料流れ、および１次酸化剤ノズル３３から噴出する１次酸化剤流れを、ともに反対側である２次酸化剤ノズル３４ａ側（図１０では左側）に向けて噴出する。
そして、図１０（ａ）に示すように、２次酸化剤ノズル３４ｂから噴出する２次酸化剤流れを、反対側である２次酸化剤ノズル３４ａ側（図１０では左側）に向けて噴出する。
以上を１周期として、各ノズル３２，３３，３４から噴出する各流れの噴出方向を周期的に変動させるように制御する。
このように制御する結果、火炎が揺動し、被加熱物に対して広い範囲を加熱することが可能となる。また、１次酸化剤流れおよび燃料流れの噴出方向の切り替え周期を適正範囲にすることで、均一な加熱が可能となる。
加えて、本実施形態のように制御することで、より還元雰囲気が形成され、ＮＯＸの生成をより抑制することができる。
また、本実施形態でも、よりＮＯＸの発生を抑制することができることから、２次酸化剤流れの流速は２０ｍ／ｓ以上とすることが好ましく、６０ｍ／ｓ以上とすることがより好ましい。
また、よりＮＯＸの発生を抑制できるとともに火炎長も長くでき、均一加熱ができるようになることから、燃料流れ、１次酸化剤流れ、及び２次酸化剤流れの噴出方向の切り替え周期の周波数は、０．００３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下の範囲で制御することが好ましい。
また、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量と、２次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の合計量に対する、１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の比率が、１０％以上７０％以下であることが好ましい。
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、燃料ノズルと１次酸化剤ノズルの位置関係について、図１１（ａ）に示すように、圧力制御機構（図示略）が設けられた燃料ノズル４１を囲うように、断面形状が略矩形の筒状の１次酸化剤ノズル４２を配置してもよい。
また、図１１（ｂ）に示すように、圧力制御機構（図示略）が設けられた燃料ノズル４３を上下で挟むように、１次酸化剤ノズル４４が設けられていてもよい。
更に、図１１（ｃ）または図１１（ｄ）に示すように、圧力制御機構（図示略）が設けられた燃料ノズル４５を、上下または左右で挟むように、圧力制御機構（図示略）が設けられた１次酸化剤ノズル４６を配置する構成であってもよい。
また、図１１（ｄ）に示すように、圧力制御機構（図示略）が設けられた燃料ノズル４７の周囲を囲むように、圧力制御機構（図示略）が設けられた１次酸化剤ノズル４８を複数個（図１１（ｄ）では８個）配置してもよい。
以下、本発明の効果について、実施例を示して説明する。もっとも、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
（実施例１）
実施例１では、実験炉において第１の実施形態（２次酸化剤流れを振動）で示したようなバーナ燃焼方法によって、炉下面への放射熱流束を測定する試験を実施した。この際、２次酸化剤ノズル間距離ｈは４００ｍｍし、酸化剤噴出速度を１００ｍ／ｓとした。また、２次酸化剤ノズルの開き角αは３０°とした。
燃料として天然ガスを、酸化剤として酸素濃度４０％の酸素富化空気を用いた。燃料流量は１０Ｎｍ３／ｈとし、酸素流量は２４．２Ｎｍ３／ｈとし、時間平均の酸素比を１．０５として燃焼させた。また、供給する酸素量のうち、１次酸化剤ノズルから３０％を供給し、２次酸化剤ノズルから７０％を供給することとした。また、２次酸化剤ノズルから噴出する２次酸化剤流れの噴出方向の振動周期の周波数は０．５Ｈｚとした。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に、放射熱流束分布の結果を示す。
なお、図１２（ａ）は、バーナからの距離が１０００ｍｍの位置での結果を、図１２（ｂ）は、バーナからの距離が２０００ｍｍの位置での結果を示している。また、比較のため、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）においては、２次酸化剤ノズルに圧力制御機構を設けず、２次酸化剤流れの噴出方向を変動させない場合についての結果も併せて示している。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、２次酸化剤流れを振動させることにより、中心からの距離に対してフラットで高い放射熱流束が得られた。
また、図１３に、２次酸化剤流れの振動周期の周波数を０．００３Ｈｚ〜１００Ｈｚに変化させた際のＮＯＸ排出量の結果を示す。なお、図１３において縦軸は、定常燃焼（酸素濃度を４０％に固定した通常燃焼）時のＮＯＸ排出量を基準値（ＮＯＸｒｅｆ）として規格化した値（ＮＯＸ／ＮＯＸｒｅｆ）を表している。
図１３に示すように、２次酸化剤流れの噴出方向の変動の周期の周波数は、２０Ｈｚのところで急激にＮＯＸが増加する傾向にあることが認められ、周波数を２０Ｈｚ以下にすることが好ましいことが確認された。
（実施例２）
実施例２でも、実験炉において第１の実施形態で示したようなバーナ燃焼方法によって、２次酸化剤ノズル間距離（ｈ）を変えた際のＮＯＸ排出量への影響を調べた。
試験では、ノズル間距離を１００，２００，３００，４００，５００ｍｍの５条件とし、２次酸化剤流れの周期を０．００３〜１００Ｈｚの範囲で変化させた。
２次酸化剤流れの噴出速度を１００ｍ／ｓと、２次酸化剤ノズルの開き角αは３０°とした。燃料として天然ガスを、酸化剤として酸素濃度４０％の酸素富化空気を用いた。燃料流量は１０Ｎｍ３／ｈとし、酸素流量は２４．２Ｎｍ３／ｈとして、酸素比１．０５で燃焼させた。
また、供給する酸素量のうち、１次酸化剤ノズルから３０％を供給し、２次酸化剤ノズルから７０％を供給することとした。
図１４に、ＮＯＸ排出量の結果を示す。なお、図１４において縦軸は、定常燃焼（酸素濃度を４０％に固定した通常燃焼）時のＮＯＸ排出量を基準値（ＮＯＸｒｅｆ）として規格化した値（ＮＯＸ／ＮＯＸｒｅｆ）を表している。
図１４に示すように、ノズル間距離を大きくすることによりＮＯＸは減少することが認められた。また、２次酸化剤流れの噴出方向の変動の周波数については、２０Ｈｚのところで急激にＮＯＸが増加する傾向にあることが観察され、周波数を２０Ｈｚ以下にすることが好ましいことが確認された。
（実施例３）
実施例３でも、実験炉において第１の実施形態で示したようなバーナ燃焼方法によって、２次酸化剤流れの流速を１０、２０、３０、６０、１００、２００、３００ｍ／ｓの条件で変化させた際のＮＯＸ排出量への影響を調べた。
２次酸化剤ノズル間距離を４００ｍｍとし、２次酸化剤流れの噴出方向の変動周期の周波数を０．００３〜１００Ｈｚの範囲で変化させた。また、２次酸化剤ノズルの開き角αは３０°とした。
燃料として天然ガスを、酸化剤として酸素濃度４０％の酸素富化空気を用いた。燃料流量は１０Ｎｍ３／ｈとし、酸素流量は２４．２Ｎｍ３／ｈとして、酸素比１．０５で燃焼させた。
また、供給する酸素量のうち、１次酸化剤ノズルから３０％を供給し、２次酸化剤ノズルから７０％を供給することとした。
図１５に、ＮＯＸ排出量の結果を示す。なお、図１５において縦軸は、定常燃焼（酸素濃度を４０％に固定した通常燃焼）時のＮＯＸ排出量を基準値（ＮＯＸｒｅｆ）として規格化した値（ＮＯＸ／ＮＯＸｒｅｆ）を表している。
図１５に示すように、２次酸化剤流れの噴出流速を上昇させると、ＮＯＸ排出量が減少する傾向にあることが確認できた。また、流速が２０ｍ／ｓ以上であれば、ＮＯＸを大幅に低減でき、６０ｍ／ｓ以上にするとより好ましいことが認められた。
（実施例４）
実施例４では、実験炉において第２の実施形態（燃料流れ及び１次酸化剤流れを振動）で示したようなバーナ燃焼方法によって、炉下面への放射熱流束を測定する試験を実施した。この際、２次酸化剤ノズル間距離を４００ｍｍとし、燃料ノズル及び１次酸化剤ノズルの開き角αは３０°とした。
また、燃料として天然ガスを、酸化剤として酸素濃度４０％の酸素富化空気を用いた。燃料流量は１０Ｎｍ３／ｈとし、酸素流量は２４．２Ｎｍ３／ｈとして、酸素比１．０５で燃焼させた。
供給する酸素量のうち、１次酸化剤ノズルから３０％を供給し、２次酸化剤ノズルから７０％を供給することとした。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に、放射熱流束分布の結果を示す。
なお、図１６（ａ）は、バーナからの距離が１０００ｍｍの位置での結果を、図１６（ｂ）は、バーナからの距離が２０００ｍｍの位置での結果を示している。また、比較のため、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）において、燃料ノズル及び１次酸化剤ノズルに圧力制御機構を設けず、燃料流れ及び１次酸化剤流れの噴出方向を変動させない場合についての結果も併せて示している。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、燃料流れ及び１次酸化剤流れの両方を振動させることにより、２次酸化剤流れのみを振動させた場合と比較して、更に中心からの距離に対してフラットで高い放射熱流束が得られた。
また、図１７に、燃料流れ及び１次酸化剤流れの振動周期の周波数を０．００３Ｈｚ〜１００Ｈｚに変化させた際のＮＯＸ排出量の結果を示す。なお、図１７において縦軸は、定常燃焼（酸素濃度を４０％に固定した通常燃焼）時のＮＯＸ排出量を基準値（ＮＯＸｒｅｆ）として規格化した値（ＮＯＸ／ＮＯＸｒｅｆ）を表している。
図１７に示すように、燃料流れと１次酸化剤流れの噴出方向の変動の周期の周波数は、２０Ｈｚのところで急激にＮＯＸが増加する傾向にあることが認められ、周波数を２０Ｈｚ以下にすることが好ましいことが確認された。
（実施例５）
実施例５では、実験炉において第３の実施形態（燃料流れ、１次酸化剤流れ及び２次酸化剤流れを振動）で示したようなバーナ燃焼方法によって、炉下面への放射熱流束を測定する試験を実施した。この際、２次酸化剤ノズル間距離を４００ｍｍとし、燃料ノズル、１次酸化剤ノズル及び２次酸化剤ノズルの開き角αは３０°とした。
また、燃料として天然ガスを、酸化剤として酸素濃度４０％の酸素富化空気を用いた。燃料流量は１０Ｎｍ３／ｈとし、酸素流量は２４．２Ｎｍ３／ｈとして、酸素比１．０５で燃焼させた。
供給する酸素量のうち、１次酸化剤ノズルから３０％を供給し、２次酸化剤ノズルから７０％を供給することとした。
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に、放射熱流束分布の結果を示す。
なお、図１８（ａ）は、バーナからの距離が１０００ｍｍの位置での結果を、図１８（ｂ）は、バーナからの距離が２０００ｍｍの位置での結果を示している。また、比較のため、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）において、燃料ノズル、１次酸化剤ノズル及び２次酸化剤ノズルに圧力制御機構を設けず、燃料流れ、１次酸化剤流れ及び２次酸化剤流れの噴出方向を変動させない場合についての結果も併せて示している。
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、燃料流れ、１次酸化剤流れ及び２次酸化剤流れの全てを振動させることにより、燃料流れ及び１次酸化剤流れのみを振動させた場合と比較して、更に中心からの距離に対してフラットで高い放射熱流束が得られた。
また、図１９に、燃料流れ、１次酸化剤流れ及び２次酸化剤流れの振動周期の周波数を０．００３Ｈｚ〜１００Ｈｚに変化させた際のＮＯＸ排出量の結果を示す。なお、図１９において縦軸は、定常燃焼（酸素濃度を４０％に固定した通常燃焼）時のＮＯＸ排出量を基準値（ＮＯＸｒｅｆ）として規格化した値（ＮＯＸ／ＮＯＸｒｅｆ）を表している。
また、図１９には、第３の実施形態に示したようなバーナ燃焼方法を行った場合だけでなく、第４の実施形態に示したようなバーナ燃焼方法を行った場合についての結果も示してある。
図１９に示すように、燃料流れ、１次酸化剤流れ及び２次酸化剤流れの噴出方向の変動の周期の周波数は、２０Ｈｚのところで急激にＮＯＸが増加する傾向にあることが認められ、周波数を２０Ｈｚ以下にすることが好ましいことが確認された。
また、第３の実施形態に示したようなバーナ燃焼方法よりも、第４の実施形態に示したようなバーナ燃焼方法の方が、よりＮＯＸ排出量が少ないことが確認された。
（実施例６）
実施例６では、実験炉において第２の実施形態（燃料流れ及び１次酸化剤流れを振動）で示したようなバーナ燃焼方法によって、燃焼試験を行った。この際、燃料ノズル及び１次酸化剤ノズルの開き角αを、３０°、６０°、９０°、１００°、１１０°に変化させて試験を行った。
燃料として天然ガスを、酸化剤として酸素濃度４０％の酸素富化空気を用いた。燃料流量は１０Ｎｍ３／ｈとし、酸素流量は２４．２Ｎｍ３／ｈとして、酸素比１．０５で燃焼させた。
供給する酸素量のうち、１次酸化剤ノズルから３０％を供給し、２次酸化剤ノズルから７０％を供給することとした。また、燃料流れ及び１次酸化剤流れの振動周期を２秒とした。
燃焼試験を行った結果、ノズルの開き角αは、９０°までは安定して振動することが確認できた。開き角αが１００°では振動が不安定になり、振動が継続して起こらない場合もあった。さらに開き角αを大きくして１１０°にした場合、振動は生じなくなった。
本発明は、バーナ及びバーナ燃焼方法に関するものなので、燃焼器を利用する製造業において幅広く利用することができる。
１，２１，３１・・・バーナ、２，２２，３２・・・燃料ノズル、３，２３，３３・・・１次酸化剤ノズル、４，２４，３４・・・２次酸化剤ノズル、５，３５，３６，３７・・・圧力制御機構、６・・・噴出口、７・・・側壁、８，９・・・開口部、１０・・・圧力調整装置、１１・・・配管、１２・・・連結管、１３・・・調節弁

Claims (9)

  1. 酸化剤流れと燃料流れとを供給して燃焼させるバーナであって、
    前記酸化剤流れは、前記燃料流れの周囲または近傍から噴出する１次酸化剤流れと、前記燃料流れを中心とした対称な位置から噴出する複数の２次酸化剤流れとからなり、
    前記燃料流れ、前記１次酸化剤流れ、および前記２次酸化剤流れの各流れを形成する流体噴出流路のうち、少なくとも１つが、該流れの噴出口に向かって拡がるように形成され、側壁において対向する位置に２つの開口部が設けられており、
    前記開口部には、圧力を制御する圧力制御機構が設けられており、
    前記圧力制御機構によって、一方の開口部の圧力が静圧より低い圧力のときに、他方の開口部の圧力が静圧より高い圧力に制御されることにより、前記噴出口から噴出される前記流れの噴出方向が、該流れ以外の流れ側又はその反対側に変化することを特徴とするバーナ。
  2. 前記圧力制御機構が、２つの前記開口部を接続する連通管からなることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
  3. 前記連通管に調節弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバーナ。
  4. 前記流れの噴出口に向かって拡がって形成された前記流体噴出流路の開き角が９０°以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバーナ。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のバーナを用いたバーナ燃焼方法であって、
    前記１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量と前記２次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の合計量に対する前記１次酸化剤流れに含まれる酸素の流量の比率が、１０％以上７０％以下であることを特徴とするバーナ燃焼方法。
  6. 前記燃料流れ、前記１次酸化剤流れ、および前記２次酸化剤流れの各流れを形成する前記流体噴出流路のうち、少なくとも１つについて、前記圧力制御機構によって、２つの前記開口部の圧力を静圧より低い圧力から高い圧力の範囲で周期的に変化させることを特徴とする請求項５に記載のバーナ燃焼方法。
  7. 前記燃料流れ、または前記１次酸化剤流れを形成する前記流体噴出流路について、前記圧力制御機構によって、２つの前記開口部の圧力を静圧より低い圧力から高い圧力の範囲で周期的に変化させることを特徴とする請求項５に記載のバーナ燃焼方法。
  8. 前記２次酸化剤流れの流速が２０ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載のバーナ燃焼方法。
  9. 前記開口部の圧力の周期的な変化の周波数が、０．００３Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載のバーナ燃焼方法。
JP2011219431A 2011-10-03 2011-10-03 バーナおよびバーナ燃焼方法 Active JP5801675B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011219431A JP5801675B2 (ja) 2011-10-03 2011-10-03 バーナおよびバーナ燃焼方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011219431A JP5801675B2 (ja) 2011-10-03 2011-10-03 バーナおよびバーナ燃焼方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013079753A JP2013079753A (ja) 2013-05-02
JP5801675B2 true JP5801675B2 (ja) 2015-10-28

Family

ID=48526265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011219431A Active JP5801675B2 (ja) 2011-10-03 2011-10-03 バーナおよびバーナ燃焼方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5801675B2 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8915731B2 (en) * 2010-12-30 2014-12-23 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Flameless combustion burner
JP6121024B1 (ja) * 2016-04-22 2017-04-26 大阪瓦斯株式会社 溶解炉用の燃焼装置、及びそれを備えた溶解炉
JP6482513B2 (ja) * 2016-09-16 2019-03-13 大陽日酸株式会社 バーナ
ES2908234T3 (es) 2016-12-19 2022-04-28 Praxair Technology Inc Quemador de fluido con chorro direccional
JP6633028B2 (ja) * 2017-07-10 2020-01-22 大陽日酸株式会社 酸素富化バーナ及び酸素富化バーナを用いた加熱方法
JP2019045008A (ja) 2017-08-30 2019-03-22 大陽日酸株式会社 バーナ及びバーナを用いた加熱方法
JP6756683B2 (ja) 2017-08-30 2020-09-16 大陽日酸株式会社 酸素富化バーナ及び酸素富化バーナを用いた加熱方法
US11098894B2 (en) 2018-07-11 2021-08-24 Praxair Technology, Inc. Multifunctional fluidic burner

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5110285A (en) * 1990-12-17 1992-05-05 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Fluidic burner
US5242110A (en) * 1991-12-02 1993-09-07 Praxair Technology, Inc. Method for changing the direction of an atomized flow
JPH06257723A (ja) * 1993-03-04 1994-09-16 Nippon Steel Corp 酸素バーナ
JP4132409B2 (ja) * 1999-06-02 2008-08-13 大陽日酸株式会社 燃焼装置
DE19934612A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-25 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zur aktiven Unterdrückung von strömungsmechanischen Instabilitäten in einem Verbrennungssystem sowie Verbrennungssystem zur Durchführung des Verfahrens
JP4242247B2 (ja) * 2003-10-07 2009-03-25 大陽日酸株式会社 バーナー又はランスのノズル構造及び金属の溶解・精錬方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013079753A (ja) 2013-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5801675B2 (ja) バーナおよびバーナ燃焼方法
US9285113B2 (en) Distributed combustion process and burner
CN111417822B (zh) 一种能用于固体燃料和气体燃料的氧化剂-多燃料烧嘴
JP2014507619A (ja) 固体材料を溶解するための方法
TWI776333B (zh) 用於燃料燃燒的燃燒器及其燃燒方法
TWI709712B (zh) 燃燒器
JP4242247B2 (ja) バーナー又はランスのノズル構造及び金属の溶解・精錬方法
US20120009532A1 (en) Distributed combustion process and burner
JP4913747B2 (ja) 酸化剤の循環的な供給を伴う燃焼方法
US11333353B2 (en) Burner and method for heating using burner
JP2021028567A (ja) バーナ
JP3741884B2 (ja) 酸素燃焼バーナと該バーナを持つ燃焼炉
EP3677832B1 (en) Oxygen-enriched burner and heating method using oxygen-enriched burner
JP2020051710A (ja) 加熱炉
JP6633028B2 (ja) 酸素富化バーナ及び酸素富化バーナを用いた加熱方法
CN110325794A (zh) 加热装置及加热方法
JP2012083045A (ja) バーナの燃焼方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140619

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150818

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150827

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5801675

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250