JP6557733B2 - 低速度燃料流のための燃焼方法 - Google Patents
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Description
(i)炉の内部に接続された出口を有するダクトへと50フィート/秒(15.24m/秒)未満の速度、好ましくは、25フィート/秒(7.62m/秒)未満の速度で燃料ガスを送ることと、
(ii)ダクトにおいて、少なくとも速度200フィート/秒(60.96m/秒)の原動ガスの少なくとも1つの流れを燃料ガスに噴射することであって、燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の60%未満である、ことと、
(iii)少なくとも50体積%、好ましくは少なくとも70体積%の燃料ガスを原動ガス流に取り込むことにより、燃料ガスと原動ガスの混合物を含み、かつ50フィート/秒を超える速度の、少なくとも1つの混合流を、ダクトにおいて形成することと、
(iv)当該ダクトから当該炉へと50フィート/秒を超える速度で当該混合流を送ることと、
(v)混合流を、当該炉内へと噴射される1つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法である。
(i)熱化学的再生器からの合成ガスを、炉の内部に接続された出口を有するダクトへと50フィート/秒未満、好ましくは、25フィート/秒未満の速度で送ることと、
(ii)炉の内壁から上流側に距離Lの位置において、ダクト内にある内径Dのノズルから、ダクト内の合成ガスへと、少なくとも速度100フィート/秒(30.48m/秒)、好ましくは、少なくとも200フィート/秒の原動ガスの少なくとも1つの流れを噴射することであって、燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の60%未満であり、
(iii)原動ガスの少なくとも1つの流れを噴射することは、Nを、ダクトにおいて合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Rを、ダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、(L/D)×(N/R)の値が5又は4〜25となる条件下で行われることにより、ダクトにおいて、合成ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、合成ガスと原動ガスの混合物を含み、50フィート/秒を超える速度の少なくとも1つの混合流が、ダクト内で形成される、ことと、
(iv)当該ダクトから当該炉へと50フィート/秒を超える速度で当該混合流を送ることと、
(v)混合流を、当該炉内へと噴射される1つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法である。
(A)炉内で燃料を燃焼させて、ガス状燃焼生成物を生成することと、
(B)以下の(1)及び(2)を交互に行うことと、を含む、方法。
(1)(i)冷却された第1の再生器内へガス状燃焼生成物の一部分を送り、第1の再生器を通過させて、第1の再生器を加熱すると共に、ガス状燃焼生成物の当該一部分を冷却することと、
(ii)当該第1の再生器からの、ガス状燃焼生成物の当該冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第2の再生器に送り、第2の再生器において、ガス状燃焼生成物と燃料を、第2の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びCOを含む合成ガスを形成することと、
(iii)第2の再生器で形成された当該合成ガスを、50フィート/秒未満の速度、好ましくは、25フィート/秒未満の速度で、炉の内部に接続された出口を有する第1のダクトへと送ることと、
(iv)炉の内壁から上流側に距離Lの位置において、第1のダクト内にある内径Dのノズルから、第1のダクト内の合成ガスへと、少なくとも速度100フィート/秒、好ましくは、少なくとも200フィート/秒の原動ガスの少なくとも1つの流れを噴射することであって、合成ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される合成ガスの質量流量の60%未満であり、
原動ガスの少なくとも1つの流れを噴射することは、Nを、第1のダクトにおいて合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Rを、第1のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、第1のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、(L/D)×(N/R)の値が5又は4〜25となる条件下で行われることにより、第1のダクトにおいて、合成ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、合成ガスと原動ガスの混合物を含み、50フィート/秒を超える速度の少なくとも1つの混合流が、第1のダクト内で形成される、ことと、
(v)当該混合流を、50フィート/秒を超える速度で当該第1のダクトから当該炉へと送り、混合流を当該炉へと噴射される1つ以上の酸化剤流で燃焼させること、並びに、
(2)(i)冷却された第2の再生器内へガス状燃焼生成物の一部分を送り、第2の再生器を通過させて、第2の再生器を加熱すると共に、当該燃焼生成物の一部分を冷却することと、
(ii)当該第2の再生器からの、ガス状燃焼生成物の当該冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第1の再生器に送り、第1の再生器において、ガス状燃焼生成物と燃料を、第1の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びCOを含む合成ガスを形成することと、
(iii)第1の再生器で形成された当該合成ガスを、50フィート/秒未満の速度、好ましくは、25フィート/秒未満の速度で、炉の内部に接続された出口を有する第2のダクトへと送ることと、
(iv)炉の内壁から上流側に距離Lの位置において、第2のダクト内にある内径Dのノズルから、第2のダクト内の合成ガスへと、少なくとも速度100フィート/秒、好ましくは、少なくとも200フィート/秒の原動ガスの少なくとも1つの流れを噴射することであって、合成ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される合成ガスの質量流量の60%未満であり、
原動ガスの少なくとも1つの流れを噴射することは、Nを、第2のダクトにおいて合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Rを、第2のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、第2のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、(L/D)×(N/R)の値が5又は4〜25となる条件下で行われることにより、第2のダクトにおいて、合成ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、合成ガスと原動ガスの混合物を含み、50フィート/秒を超える速度の少なくとも1つの混合流が、第2のダクト内で形成される、ことと、
(v)当該混合流を、50フィート/秒を超える速度で当該第2のダクトから当該炉へと送り、混合流を当該炉へと噴射される1つ以上の酸化剤流で燃焼させること。
(i)炉の内部に接続された出口を有するダクトへと50フィート/秒未満の速度で燃料ガスを送ることと、
(ii)ダクトにおいて、少なくとも速度200フィート/秒の原動ガスの少なくとも1つの流れを燃料ガスに噴射することであって、燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の60%未満である、ことと、
(iii)燃料ガスと原動ガスの混合物を含み、かつ当該出口方向に50フィート/秒を超える運動量平均速度を有する、少なくとも1つの混合流を、ダクトにおいて形成することと、
(iv)当該ダクトから当該炉内へと当該混合流を送ることと、
(v)混合流を、当該炉内へと噴射される1つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法である。
当該原動ガスの総運動量は、当該燃料ガスの運動量の5倍を超える;
燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の30%未満である;
燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の5%超かつ20%未満である;
Nを、ダクトにおいて燃料ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Rを、ダクトに送られる燃料ガスの総質量流量の、ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、ダクトにて、炉の内壁から上流側に距離Lの位置にある内径Dのノズルから、(L/D)×(N/R)の値が4〜25となる条件下で、原動ガスが燃料ガスへと噴射されることにより、ダクトにおいて、燃料ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、燃料ガスと原動ガスの混合物を含み、50フィート/秒を超える速度の少なくとも1つの混合流が、ダクト内で形成される;
原動ジェットは、酸素、蒸気、再循環煙道ガス、又は燃料ガスを含む;
原動ガスの少なくとも2つの流れが、少なくとも200フィート/秒の速度で、水平方向において互いに対して発散する角度で、当該出口に向かうダクト内の燃料ガスへと噴射され、燃料ガスに噴射される原動ガスのそれぞれの流れの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の10%未満である;
当該炉は、燃料ガスを炉内へ送るダクトを少なくとも2つ有するガラス溶解炉であり、各ダクトは、炉の側壁を通って炉の内部に接続された出口を有する。
(i)速度50フィート/秒未満の運動量Fの加熱された合成ガスを、火口を通って炉へと流し込むことと、
(ii)少なくとも速度100フィート/秒の運動量Mの原動ガスの少なくとも1つの流れを、火口に接続されたダクトの内部にて噴射し、原動ガス流に当該合成ガスを取り込むと共に、得られた合成流を炉内へ噴出させることと、
(iii)総運動量Oの酸化剤の1つ以上の流れを、当該1つ以上の酸化剤口を通って炉内へ噴射し、噴射された酸化剤と、原動ガス流に取り込まれた燃料流とを混合して、可視炎を形成することであって、可視炎は、炉の壁面及びクラウンに接触することなく、炉内へと噴出させられ、酸化剤のそれぞれの流れの軸は、火口の内周から3インチ(76.2mm)〜30インチ(762mm)の位置にある、ことと、
(iv)運動量Xのガス状燃焼生成物を、炉から排気口を通って排出することであって、合成運動量F+M+Oは、運動量Xの150%を超える、ことと、を含む。
(i)速度50フィート/秒未満の運動量Fの加熱された合成ガスを、火口を通って炉へと流し込むことと、
(ii)少なくとも速度100フィート/秒の運動量Mの原動ガスの少なくとも1つの流れ、及び総酸化剤運動量Oの酸化剤の1つ以上の流れを、火口の外側の箇所から炉内へと噴射し、周囲の炉内ガス及び合成ガスを取り込んで可視炎を形成することであって、可視炎は、炉の側壁及びクラウンに接触することなく、炉内へと噴出させられ、原動ガス及び酸化剤のそれぞれの流れの軸は、火口の内周から3インチ〜30インチの位置にある、ことと、
(iii)運動量Xのガス状燃焼生成物を、炉から排気口を通って排出することであって、合成運動量F+M+Oは、運動量Xの150%を超える、ことと、を含む。
排気口は、本明細書に記載の「煙道サイクル」で動作している再生器への入口であり、「煙道サイクル」では、炉から高温のガス状燃焼生成物が再生器に流れ込むことによって、この再生器が加熱される。
当該運動量Mは、運動量Xを超える;
当該酸化剤流のそれぞれの流れの運動量は、Lを超える;
当該原動ガスは、当該炉内へと噴射される総酸化剤流の5〜20%を含む;
酸化剤の当該流れは、100フィート/秒を超える速度で噴射される;
当該火口を通って当該炉に入る、当該加熱された合成ガスの密度は、当該排気口において当該炉を出る当該ガス状燃焼生成物の密度未満である;
原動ガスの少なくとも2つの流れが、各火口において、水平方向に互いに対して発散する角度で、当該加熱された合成ガスへと噴射され、水平方向に幅広な可視炎を形成する;
炉から熱化学的再生器への直接的な輻射熱の伝達が低減されるように、当該火口及び当該排気口の両方に角度が付けられている。
と交わり、混合する。このRFG/RF混合物は、アーチ(410)上のガス流路(415)を介して再生器(100)のすでに予熱されたチェッカパック(420)に入る。再生器(100)は、前のサイクルにおいて、煙道ガスが炉から再生器(100)内に入り、通過したことによって、すでに加熱されている。RFG/RF混合物の温度は、再生器(100)のチェッカパックを通って流れるにつれて上昇する。燃料のうちの一部は、チェッカを通過するときに加熱されると、吸熱的に分解し、H2、他の炭化水素及び煤煙を形成し得る。RFG/RFの温度が改質温度に達すると、吸熱改質反応が発生し、改質燃料(例えば、CH4)がRFG中のCO2及びH2Oと反応し、CO、H2及びいくらかの煤煙を形成する。吸熱改質反応に必要な熱は、加熱されたチェッカから得られる。RFG/RF混合物が上部空間(430)に向かって移動し続ける間、改質反応が継続する。(本明細書では「改質」ガス流又は「合成ガス」ガス流と称される)ガス流(425)は、チェッカパック(420)の頂部から出る。流れ(425)は高温であり、CO、H2、煤煙、未反応CH4並びに未反応のCO2及びH2Oなどの化学種を含む。合成ガス流(425)は、ポートネック(140)及び酸素センサ(150)を通過し、炉(10)に入る。合成ガス流は、例えば、1800F〜2500Fの範囲の温度でチェッカパック(420)を出る。
それぞれの酸化剤流は、50体積%超、好ましくは75体積%超の酸素濃度を有しなければならない。
(1)酸素の運動量「O」、原動ガスの運動量「M」及び炉内へと噴射される燃料(合成ガス)流の運動量「F」の合計は、排気口を出る煙道ガス流の運動量「X」の少なくとも100%、好ましくは150%超、又は更には300%超であること。
(2)低速度合成ガス流及び周囲の炉内ガスは、原動ガス流及び酸化剤流内に取り込まれ、前壁に向かって噴出されること。
(3)ポート(図7a、図7b及び図7cを参照)は、ポート間に十分な離間距離を伴ってかつ直近の側壁から離れて端壁に設置されるか、又はポートは、側壁に近接して位置し、原動ガス及び酸素ジェットは、側壁に接触する火炎の燃料リッチゾーンを防止するために直近の側壁から離れて角度が付けられていること。
Claims (3)
- 炉内で燃焼を行う方法であって、
(i)前記炉の内部に接続された出口を有するダクトへと15.24メートル/秒(50フィート/秒)未満の速度で燃料ガスを送ることと、
(ii)前記ダクトにおいて、少なくとも速度60.96メートル/秒(200フィート/秒)の原動ガスの少なくとも1つの流れを前記燃料ガスに噴射することであって、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の60%未満である、ことと、
(iii)前記燃料ガスと前記原動ガスの混合物を含み、かつ前記出口方向に15.24メートル/秒(50フィート/秒)を超える運動量平均速度を有する、少なくとも1つの混合流を、前記ダクトにおいて形成することと、
(iv)前記ダクトから前記炉内へと前記混合流を送ることと、
(v)前記混合流を、前記炉内へと噴射される1つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法。 - Nを、前記ダクトにおいて前記燃料ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Rを、前記ダクトに送られる燃料ガスの総質量流量の、前記ダクトへと噴射される原動ガスの全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、前記ダクトにて、前記炉の内壁から上流側に距離Lの位置にある内径Dのノズルから、(L/D)×(N/R)の値が4〜25となる条件下で、前記原動ガスが前記燃料ガスへと噴射されることにより、前記ダクトにおいて、前記燃料ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記燃料ガスと前記原動ガスの混合物を含み、15.24メートル/秒(50フィート/秒)を超える速度の少なくとも1つの混合流が、前記ダクト内で形成される、請求項1に記載の方法。
- 原動ガスの少なくとも2つの流れが、少なくとも60.96メートル/秒(200フィート/秒)の速度で、水平方向において互いに対して発散する角度で、前記出口に向かう前記ダクト内の前記燃料ガスへと噴射され、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスのそれぞれの流れの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の10%未満である、請求項1に記載の方法。
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