JPH06101820A - オキシ・燃料燃焼装置 - Google Patents

オキシ・燃料燃焼装置

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JPH06101820A
JPH06101820A JP5091957A JP9195793A JPH06101820A JP H06101820 A JPH06101820 A JP H06101820A JP 5091957 A JP5091957 A JP 5091957A JP 9195793 A JP9195793 A JP 9195793A JP H06101820 A JPH06101820 A JP H06101820A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 気体冷却オキシ・燃料バーナーは燃料もしく
は酸素供給が中断した場合、問題を提起する。このよう
なバーナーが、バーナー金属フィンに冷却を委ねる場
合、フィンが凝縮を取込んでバーナーとの腐食問題を起
こす。このような問題の克服。 【構成】 腐食性高温環境においてＮＯｘの形成を低下
させるオキシ・燃料装置で、同軸の高燃料相と外周部高
酸化剤相を有する輝度の高い火炎を通常発生させる自己
冷却調節可能オキシ・燃料バーナーを備え、前記火炎を
前記バーナーの火炎端に取付けられた前燃焼装置を通し
て配向させ、前記前燃焼装置はバーナーの燃焼速度で固
定された長さの直径に対する（Ｌ／Ｄ）比率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、ガラス、セラミ
ック材料その他同種類のもののような種々の製品用の工
業用溶融炉で高温発生に用いられる酸素・燃料加熱装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】完全又は部分燃焼加熱高温炉例えばガラ
ス溶融炉では、汚染の問題にしばしば直面する。環境保
護局の規制で許可された最高基準をしばしば超過する高
排出量の汚染物質例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化
硫黄（ＳＯ２）、二酸化炭素及び微粒子が空気・燃料燃
焼バーナーと酸素濃縮空気・燃料燃焼バーナーを備える
炉には典型的のものである。
【０００３】今まで、本問題は後燃焼汚染物質削減技術
を用いて取組まれてきた。しかし、これらの方法には、
解決を極めて資本集約的にし、しかも運転には費用が嵩
む装置が必要である。もう１つ別の且つより効果的な方
法は、酸素を燃焼の工程で用いて窒素を空気から排除
し、ＮＯｘを微粒子の放出を減らして、環境保護局の提
案する指針以下にすることである。そのうえ、酸素を燃
焼に用いると、炉の加熱効率を増大させることで二酸化
炭素の放出を減少させ且つ、生産能力の増大から回分薬
品の節約に至る多数の他の利点を結果としてもたらす。
【０００４】酸素・燃料バーナーは２つの主要群に分け
ることができる。これは、水冷式のもの及び気体冷却式
のものである。どちらの群のバーナーにとってもそれが
しばしば遭遇する問題は、希釈剤とキャリヤーガス例え
ば揮発性回分成分の分圧を増圧させ、又バーナー構造に
使用される金属性材料とセラミック材料の腐食速度を加
速させる窒素の不足である。従って、水冷式もしくは気
体冷却式バーナーノズルに発生するスケールの付着と腐
食が高温炉における最も共通する問題である。冷却され
たバーナーノズルと炉ガスの間の大きい温度差が揮発性
ならびに腐食性種の凝縮と、バーナーノズル上に付着を
もたらす。これはアメリカン．グラス．レヴュー（Ａｍ
ｅｒｉｃａｎ Ｇｌａｓｓ Ｒｅｖｉｅｗ）の１９９０
年１２月版のＤ．シャンプ（Ｓｈａｍｐ）とＤ．デーヴ
ィス（Ｄａｖｉｓ）による「オキシジェン、ファイアリ
ング．アット．パーカースバーグ（Ｏｘｙｇｅｎ Ｆｉ
ｒｉｎｇ ａｔ Ｐａｒｋｅｒｓｂｕｒｇ）」と題する
論文に報告されている。水冷が最適の流量で行われない
場合の気体冷却式もしくは水冷式バーナーにおいては、
ノズル上の堆積は、火炎の偏位と、バーナーの損傷と破
壊に繋がるバーナーノズル上のスケール付着をもたら
す。
【０００５】水冷式及び気体冷却式オキシ・燃料バーナ
ーが遭遇する２番目の問題は、バーナーの炉への設置を
可能にすることと、火炎の安定を可能にすること、又は
そのいずれかにしばしば用いられる耐火バーナーブロッ
クに、腐食性炉ガス又は前記ブロック内側の粒状物質の
連行と、バーナーとの接触をもたらす内径が火炎ジェッ
トの直径よりずっと大きい開口部を必要とする。この種
のバーナーは米国特許第４，６９０，６３４号に示され
ている。
【０００６】水冷式及び気体冷却式バーナー双方にとっ
て別の問題は、このような燃焼装置が遭遇する高燃焼速
度と急速混合速度のため火炎輝度が低いことである。こ
れは、ガラス溶融炉のような高温炉では放射が主要な伝
熱機構であるため加熱効果を低下させる。
【０００７】そのうえ、水冷式オキシ・燃料バーナー
は、資本投下と維持費を必要とする。このようなバーナ
ーは、それからのかなりの熱を冷却水の流れで抜取るこ
とで炉の全加熱効率を低下させることがある。例えば、
冷却水流量が７分間当り５ガロン（約１８．９３ｌ）、
又出力から入力水温度差が５０°Ｆ（約１０℃）のバー
ナーにとって、１バーナー当りの熱損失が１時間当りほ
ぼ１２５，０００Ｂｔｕである。１０バーナーつき炉に
とっては、それが水冷式であるため熱損失は年間約３
０，０００ドルにのぼる。そのうえ、バーナーが適当に
保全されない場合、炉への水漏れの可能性があり、更
に、不良水質が使用者の利用できる唯一の冷却手段であ
る場合、バーナーの水冷通路の目詰りと腐食の危険があ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】気体冷却オキシ・燃料
バーナーは燃料もしくは酸素供給が中断した場合、問題
を提起する可能性がある。このようなバーナーは炉内の
燃焼入口から即座に除去して、炉内に存在する高温から
起こると考えられる損傷を防ぐ必要がある。このような
バーナーが、バーナー面にある金属フィンにバーナーの
冷却を委ねる場合、これらのフィンは凝縮を取込んで、
その結果バーナーとの腐食問題を起こす。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス溶融炉
のような生産炉に必要な高温発生に用いられる調節可能
なオキシ・燃料燃焼（加熱）装置に関する。バーナー
は、希燃料もしくは高酸素オキシ・燃料相又は混合物の
シースの内側に高燃料オキシ・燃料相又は混合物を遮蔽
して火炎を発生させ、又前燃焼装置での酸素と燃料の流
れの緩混合特性のため火炎温度が低い２相乱流拡散火炎
の成果を達成できるよう予め決めた横断面を有する予め
決めた流路に沿って火炎の遮蔽を制限して、腐食種の吸
込を防ぎ且つ、ＮＯｘの発生を減少させることができ
る。
【００１０】
【作用】上記に詳述したように、先行技術オキシ・燃料
バーナーは通常の空気・燃料バーナーで起こる問題を克
服するという考えで工業炉の加熱に用いられてきた。こ
の発明に関して、「オキシ」又は「酸素」という用語
は、３０％以上の酸素を含む気体酸化剤すべてを言うも
のとして扱われる。換言すれば、本発明に関しては、オ
キシ又はオキシ・燃料には空気を除くすべての酸化剤が
含まれる。そのうえ、本発明に関して言うならば、燃料
は、枚挙にいとまがないが、メタン、天然ガス、プロパ
ン、硫化水素その他同種類のものばかりでなく、液体燃
料例えば燃料油、加熱油、廃油、スラリーその他同種類
のものを含むが、それらに限定されることはない。
【００１１】完全あるいは部分燃焼加熱高温炉例えばガ
ラス溶融器でしばしば遭遇する問題は、所定の燃焼速度
に左右されて変化する特性を有する調節可能なオキシ・
燃料火炎が必要となることである。炉の設計、燃焼量、
燃焼速度、燃料吸入方式、燃料分布及びバーナー位置に
より、前記オキシ・燃料火炎の長さ、形状、輝度ならび
に運動量の調節性が有効な炉の運転には不可欠である。
先述の条件のすべてを調節する能力を有する運転者は、
炉の熱効率の向上のみならず炉の処理量の質と生産性双
方の向上という利点を享受することになる。そのうえ、
調節性と火炎ガス運動量は、炉の耐火材への好ましくな
い火炎の衝突、煙道による過度の粒子連行と、環境保護
局が許可する最大量をしばしば超える汚染物質例えばＮ
Ｏｘの形成を妨げることになる。
【００１２】従来、運動量制御は単純ではあるが、ほと
んど実際的でない方法でおおむね達成されてきた。先ず
は、運動量増減の必要性により変化する一連の取替えの
きく固定域ノズル末口を使用することであった。これを
実施するには、適当な直径又は流域のノズルをバーナー
の火炎端で交換できるようにした。
【００１３】バーナーへの流れの上流圧力を変化させる
もう１つの技術を用いた。リミットオリフィス弁、蝶形
弁もしくはグローブ弁を用いると弁を横切る単純な圧力
降下を起こした。所定の弁の開放に対し、一般に運動量
の変化をもたらすバーナーに流れる上流圧力の変化が起
こる。しかし、この方法は更に、全流量を変えるが、こ
れはあらゆる場合、燃焼速度を考慮すると好ましくない
ものである。この方法は更に、火炎特性のわずかな増分
変化以外に使用できないという点に欠点がある。
【００１４】燃焼速度によるが、管形の選択が利用でき
る場合のあることもわかった。バーナー取付けに際し、
高燃焼速度には比較的大径の管を、又同様に、比較的低
い燃焼速度には比較的細径の管を選択することになる。
【００１５】前述の方法は、好ましい燃焼速度もしくは
火炎特性に左右されるノズルと管径の交換中工程を中断
する必要があるので、効率が悪く且つ時間浪費形であ
る。そのうえ、これらの装置と方法は、加熱に対しオキ
シ・燃料燃焼で運転する高温連続炉では極めて実際的で
ない。それは、全バーナーを、ガスと酸素の流れを閉鎖
した後、炉から引出してノズルのアセンブリを取替える
必要があるからである。
【００１６】上記の説明は、工業加熱環境に用いられる
バーナーの２つの一般形式；すなわち、水冷式と考えら
れるものと、気体冷却式と考えられるものを十分に検討
したものである。
【００１７】
【実施例】図１（ａ）と（ｂ）を参照。数字１０は本発
明のオキシ・燃料バーナー装置を示す。前記オキシ・燃
料バーナー装置はオキシ・燃料バーナー１２と前燃焼装
置１４を具備する。
【００１８】前記バーナー１２参照。このバーナーは、
前記バーナー１２の前方ハウジングと称することができ
る１番目のハウジング部分１６からなる。本部分１６に
は前記バーナー１２の火炎端と呼べる前端１８が備わ
る。前記ハウジング１６にはそれの近くにあって、フラ
ンジの形で適当なねじ山を切った部分２２を備える第２
の部分２０が備わり、前記第２の、もしくは前記バーナ
ー１２のハウジング部分２４を前記前部ハウジング１６
に嵌込みができる。前記部分１６と２４は、部分２４の
上のフランジ２８に嵌込む継ぎ輪２６を用いて同時に係
合して、技術上周知のＯリングその他同種類のもの（図
示せず）により封止が達成される。
【００１９】前記部分１６内に配置され、それに同軸の
ものが、時には酸素導管と呼ばれる管状部材３０であ
る。形状がほぼ円筒状であるが管状部材又は部分３０に
は先細・末広、前部３２が備わり、その機能は以下に説
明する。前記部分３０内に配置されたものが、以下に説
明される前方先細・末広ノズル形のほぼ円筒状横断面を
もった燃料導管３４もしくは排出端３６である。前記燃
料導管３４内に配置されたものが、前部で円錐台４０の
形で終るほぼ円筒状部分を有するガスキャップ、もしく
は燃料キャップ、或いはブラックボデー３８である。ほ
ぼ円形の横断面をもつ部分１６、３０、３４と３８を図
１（ｂ）に示された共通長手方向の軸に沿った同軸方式
で集成する。
【００２０】ハウジング部分２４には矢印４４で示され
るように酸素導管３０と燃料導管３４の間に決まる通路
と連絡する酸素入口４２が備わり、それにより酸素がバ
ーナーに導入され、それから前記バーナー１２のノズル
端１８を通って排出させる。バーナー１２は、燃料導管
３４と前記ガスキャップ３８の間のバーナーの部分に矢
印４８で示される燃料の導入を可能にする燃料入口４６
をハウジング部分２４に具備する。前記バーナー１２を
技術上周知のように取付け、それにより前記種々の副集
成部品の間に燃料と酸素の漏れをなくして、酸素と燃料
の混合がバーナーの火炎端１８において或いはその近く
で行われるようになる。バーナー１２には適当な調節可
能な機構５０、５２が備わり、それによって燃料導管３
４とガスキャップ３８が以下に説明されるようにバーナ
ー１２内を長手方向に移動できるようになる。導管３８
を流体形式アクセスキャップ５４に嵌込み、それによっ
てバーナーアセンブリーを液体燃料の燃焼に用いること
ができる。火炎端１８に並置されたバーナー１２の前端
に取付けられたものが、前燃焼装置１４である。前記前
燃焼装置１４は炉の温度により耐火材料もしくは金属で
組立て、孤立形装置として形成するかあるいは、必要の
場合は、外部構造形状の内側に配置できる。前燃焼装置
１４の内部構造６０をバーナー１２のハウジング１６に
図面に示され、又技術上周知のレシービングスロット６
２、６４に挿入された埋封締結具もしくは締結具により
固定されたフランジ５６に固定する。
【００２１】以下に説明されるバーナーの燃焼速度に合
って決められる直径の円筒状通路を前記前燃焼装置１４
内に形成する。前記通路６６は前記前燃焼装置１４の長
さを伸びて、前記前燃焼装置１４の排出端６８の外側方
向にバーナー１２の火炎端１８から噴出する火炎を取囲
み案内する。前燃焼装置１４を加熱される炉もしくは容
器の壁体に取付け、前記容器に用いられた耐火材料ブロ
ックとしても、又その他の形にもでき、或いは外面を他
の材料にしてそれの炉壁への挿入を都合よくできる。
【００２２】前燃焼装置１４の結合構造は燃焼速度の関
数である。例えば、バーナー１２は１時間当り０．２５
乃至４億万Ｂｔｕの速度で燃焼できる場合、前記前燃焼
装置１４の寸法は、前記バーナー１２の面又は火炎端１
８から前記前燃焼１４の排出端６８までの距離もしくは
長さが１２インチ乃至４８インチ（約３０．５乃至１２
１．８７ｃｍ）の間であり、又前記前燃焼装置１４の内
部円筒状開口部或いは通路の直径は２インチ乃至８イン
チ（約５．０８乃至２０．３１ｃｍ）であり、又長さの
直径に対する比（Ｌ／Ｄ）が２乃至６になるようにする
ことがよい。本発明に調和した好ましい前燃焼装置の形
状は下表１に示される。
【００２３】
【表１】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 燃焼速度範囲 ターンダウン 長さ(L) 直径(d) Ｌ：ｄ比 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 0.25- 1.5MM 6 12−18″ 3.0− 3.5″ 3.4-5.1 1.0 - 3.0MM 3 12−18″ 3.5− 4.0″ 3.0-4.5 2.0 - 6.0MM 3 12−18″ 4.0− 4.5″ 2.8-4.0 4.0 -20.0MM 5 16−48″ 4.0− 8.0″ 2.0-6.0 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 上表に示した数字は、実験燃焼中に収集された火炎輝
度、前燃焼装置温度分布と前燃焼装置圧力の測定から導
かれた実験値である。これらの寸法はバーナーとバーナ
ーブロックの設計の伝統的方法に反している。これは、
この「密」前燃焼装置は実際に流れガスと反応ガスによ
り冷却、遮蔽されるからである。この明細書で使用され
る「密」という用語は、その燃焼装置１４の通路の内径
と、バーナー１２により起こされた火炎の間の小さい寸
法差を言う。先行技術では、バーナーブロックはそれら
を熱オキシ・燃料火炎に近づけないでおくには大きく、
それは結果として炉ガスの連行をもたらした。
【００２４】前燃焼装置は排出端６８において内面６６
に対し収束角もしくは拡散角が±１５°の角度以下であ
ることを条件で、内面６６に対し先細もしくは末広形で
あって差支えなく、前記角度は前燃焼装置１４の長手方
向軸に対し測定される。
【００２５】本発明によるバーナーは２つの共流環状ジ
ェットからなる基礎流れ構成を提供する。酸素はバーナ
ー１２の前端から、酸素導管３０と燃料導管３４の間に
決まる通路を通る環の形で排出される。燃料は燃料導管
３４の前端３６とガスキャップ３８の外面の間の環状オ
リフィスを通ってバーナー１２の火炎端１８を出る。２
つの環状流れの流路は個々の導管を、酸素と燃料双方の
圧力降下を最少限に止める設計をした導管の前部もしく
は尖端部と集成してできる。１つの実施例では、ノズル
が、酸素導管、燃料導管もしくはガスキャップの前端か
ら、それぞれの部分の形が円筒状になる場所までを測定
したその部分となる。様々の流れ寸法（例えば流域の
形）を、酸素と燃料の実験知識、流速、必要となる流速
調節範囲、流れ中の乱流許容量と前記共流酸素・燃料流
れの火炎特性に基き設計する。詳述すれば、前記酸素導
管の前端を適当な半径で円筒状にすると２つの重要な機
能に役立つ。１番目は前記前燃焼装置１４内の燃料と酸
素の流れの遅延・漸時混合を容易にすることである。燃
料導管３４の「スクエアエッジ」タイプ（曲線端をもた
ない）の前端３６が境界層はがれ効果を誘発する。２番
目には、境界層はがれが前記前端３６の縁の陰影に低圧
領域を発生させる。この停滞領域で、すす付着と尖端過
熱に繋がる局部燃焼が起こっていることがわかった。前
記前端３６に曲線端をつけると、前記境界層はがれ効果
が、前記前端３６の局部燃焼現象と温度と共に劇的に低
下した。
【００２６】図１（ａ）と（ｂ）のバーナーは、前記燃
料導管を酸素導管３０に対し、又燃料導管３４とガスキ
ャップ３８を互いに対し、前記バーナー１２のハウジン
グ１６の内側軸方向に沿って移動させることで酸素と燃
料の混合率の変更に使用できる。図２（ａ）は前記酸素
導管３０、燃料導管３４とガスキャップ３８の位置を、
ガスキャップ３８と円錐台４０が図面の平面の最左端の
位置と、図１（ａ）と図２（ｂ）の配向と考えられると
ころに収縮させた位置１３として示されたところの位置
決めを示す。図２（ｂ）は前記酸素導管３０、燃料導管
３４とガスキャップ３８がバーナー１２の火炎端１８と
一緒にある位置を示す。これは酸素と燃料の双方の位置
と考えられるのに対し、図２（ａ）の位置は酸素と燃料
双方の位置１３と考えられていた。図２（ｃ）は酸素の
位置１と燃料の位置１３と考えられているのに対し、図
２（ｄ）は酸素位置１３と燃料位置１を示す。前述の説
明から、酸素位置１が前記酸素導管３０の収束・拡散前
部３２と、燃料導管３４の排出端３６が同一平面にある
位置であることがわかる。燃料位置１は、燃料導管３４
の排出口３６と前記ガスキャップの円錐台４０が同一平
面にある時である。換位的に、酸素もしくは燃料いずれ
かの位置１３は、図面に示されているように相補部品が
完全に収縮した位置かあるいは左手位置にある時であ
る。種々のバーナー部品の収縮工程は個々の調節機構
（５０、５２）の助けを借りて手動で行われる。収縮に
より、燃料と酸素の火炎端における実際の流域を変える
ことができる。
【００２７】種々の位置設定をすると前記火炎端１８で
燃料と酸素流れの双方の間にほとんど線形動作がでる。
従って、燃料と酸素双方の位置１３における流域の増加
が、位置１における対応する流域に比較してほぼ３倍に
もなりうる。これは、規定の燃焼速度（もしくは規定の
流量で）での燃料と酸素両方の速度のほぼ３００％変化
させることができる。
【００２８】図３は酸素の流域の燃料流域に対する比を
位置設定の関数として示すグラフである。曲線位置は１
から位置１０までの指数関数的減衰を示す。位置１０で
は、燃料流域は最大値まで広がるのに対し酸素流域は図
３に示されるように位置１３までずっと増大する。曲線
の沈下が上述の理由により位置で見られる。両調節機構
の全軸方向移動はほぼ１．６２５インチである。上述の
ノズルは上記で検討した前燃焼装置１４のパラメーター
内で作動するよう設計されている。
【００２９】本発明によるバーナーは気体燃料例えば天
然ガス（Ｖｎｇ）と酸素（Ｖｏｘ）の双方の速度変化を
容易にする。流量次第で、１乃至１３の位置設定が高運
動量から低運動量までの選択を与えて火炎の調節ができ
る。高温炉（例えばガラス溶融装置）において、高火炎
輝度と長炎（好ましい運転）には、低速（高位置設定）
を用いた方がよい。換言すれば、ＶｎｇとＶｏｘは１秒
当り６００フィート（約１８２．８７ｍ）以下、又Ｖｎ
ｇ対Ｖｏｘが０．３乃至０．６である方がよい。しか
し、高火炎輝度（好ましい運転）で本発明のバーナーを
使用する時は、前記Ｖｎｇ対Ｖｏｘ比を１．０乃至１．
５にして用いる方がよい。
【００３０】オキシ・燃料火炎特性は多数の幾何学なら
びに流体パラメーターにより影響される。酸素と気体燃
料例えば天然ガス双方の火炎端１８における軸方向速度
と乱流ずり応力分布を図４（ａ）乃至図５（ｂ）に示
す。両極端位置設定は１と１３であり、変化を示すため
に用いられる。図４（ｂ）と図５（ｂ）に示されるよう
に、界面速度と乱流ずり応力は最高である。これに反し
て、位置１３（図４（ａ）と図５（ａ））では、界面速
度と乱流ずり応力は最低である。壁と、燃料・酸素界面
における乱流ずり応力の効果は燃料と酸素の流れ双方に
乱流変動（乱流の強さ）を導入することである。乱流の
強さが強いほど燃料・酸素界面の混合比が高くなる。こ
の燃料と酸素の高い混合比は前燃焼装置１４と炉の内部
に起こる燃焼工程を促進する。表２は、バーナー位置設
定１と１３が、その後火炎特性を変化させる様々な流体
パラメーターに及ぼす影響を示す。
【００３１】
【表２】 バーナーノズル位置設定が流体パラメーターと火炎特性に及ぼす影響 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― バーナー 天 然 天 然 天然ガス 天然ガス 天然ガス 火炎 火炎 火炎 位 置 ガ ス ガスと と と と 輝度 温度 の 設定への とＯ２ Ｏ２の Ｏ２の壁 Ｏ２ の Ｏ２の 長さ 変 更 流 域 界 面 ・界面ず 乱流強さ 混合比 速 度 れ応力 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 酸 素： 位置１ と ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ 天然ガス： 位置１ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 酸 素： 位置13 と ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ ↑ 天然ガス： 位置13 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ↑−増加傾向 ↓−減少傾向 最も影響を及ぼすパラメーターは乱流の強さと混合比で
ある。これらの２つのパラメーターは火炎、温度、長さ
とその輝度を変えることに重要の役割を演ずる。低い方
の位置設定（例えば１、２、３）は高運動量短炎特性を
示すのに対し、高い方の位置設定（例えば７、８、９）
は低運動量長炎特性を示す。例えば、オキシ・燃料と空
気・燃料バーナー双方を備える部分変換炉では、前者は
高運動量方式で運転して空気・燃料バーナーと大気体量
がオキシ・燃料火炎形状と安定性に及ぼす影響を最大限
にする必要がある。しかし、完全変換炉においては、低
運動量は、それがより低い火炎温度とより高い火炎輝度
を提供するので好ましい。
【００３２】集成装置に完全封止が備わるようにしたバ
ーナーの製造には外部空気の浸透を極少化する必要があ
る。部品を耐流体性につくってあるので、バーナーを囲
繞する周囲空気もしくは冷気は炉内部に吸込めないの
で、必要な外部の熱の量を減らすと結果として燃料の節
約となる。そのうえ、封止燃焼は空気のバーナー集成装
置への吸込みを防ぎ、外部の空気源の炉への漏洩を最少
限に止め、従って、ＮＯｘ生成の原因となる主要窒素源
を減らすことになる。
【００３３】本発明のバーナーは通常、例えばガラス溶
融炉のような放射線環境に曝らされる。このような炉で
は、バーナーの前端は連続して２，６００°Ｆ（約１，
４２６．７℃）の温度に暴露されるものである。普通の
合金ならばどれも、なんらかの形で外部もしくは内部の
冷却なしにはこの温度には耐えられない。しかし、本発
明のバーナーは標準の運転中に２つの冷却方式で運転す
る。その第１は、バーナーを通って流れる燃料と酸素又
はそのいずれかによる強制対流冷却であり、第２はバー
ナー本体による伝導、自由対流冷却によるものである。
伝導と自由対流により周囲に熱を放散させるには長さが
少くとも２１インチ（約５３．３ｃｍ）、表面積がほぼ
２３０平方インチ（約１，４８３．８７ｃｍ２）あれば
十分である。
【００３４】
【発明の効果】本発明によるバーナーを工業用繊維ガラ
ス製造設備で酸素・油燃焼と試運転に用いた。本発明の
バーナーを８基の酸素・天然ガスバーナーで通常加熱さ
れる炉に設置した。通常の酸素・天然ガスバーナーの１
つを本発明によるバーナーと取替え、＃２と＃６の燃料
油の双方を用いて燃焼させた。前記バーナーでの燃焼速
度が１時間当り５乃至１８ガロン（約１８．９乃至６
８．１ｌ）に変動（７ガロンで約１，００万Ｂｔｕを発
熱させる）し、平均して試験中１時間当り１２ガロンを
消費した。バーナーの火炎は、燃焼速度にもよるが、火
炎の長さが１乃至５フィート（約３０．５乃至１５２．
４ｃｍ）で非常に輝いていることがわかった。炉の周囲
耐火材の温度は前記非常に輝度の高いオキシ・油火炎の
ため平均５０°Ｆ（約１０℃）の温度分上昇した。前燃
焼装置の温度は、火炎が前燃焼装置の内側で非常に強か
ったとはいえ、炉の温度と同様であることがわかった。
最後に、バーナー集成装置の試験の終りの検査で、ガラ
ス溶融炉又は燃焼工程の高温によるなんら付着も金属変
色も示さなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を一部断面図であって、
（ａ）は構造の詳細を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の線
１ｂ−１ｂによる断面図である。
【図２】本装置のバーナー部分の前端の部分図で、
（ａ）乃至（ｄ）は夫々酸化剤の出口領域とガス流れ通
路の調節手段を示す図である。
【図３】位置設定を横軸にし、図１のバーナーの酸素通
路の横断面積のガス通路の横断面積に対する比率を縦軸
にするグラフ。
【図４】軸速度を横軸に、前燃焼装置の中心線から内壁
までの前記装置のバーナーの両極端の位置設定の位置を
縦軸にするグラフで、（ａ）及び（ｂ）は夫々各位置で
の状況を示す図である。
【図５】乱流ずり応力を横軸に、図４（ａ）と（ｂ）そ
れぞれのバーナー位置の界面位置を縦軸とするグラフ
で、（ａ）及び（ｂ）は夫々各位置での状況を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ 位置 １０ オキシ・燃料バーナー装置 １１ 位置 １３ 位置 １４ 前燃焼装置 １６ 第１のハウジング部分 １８ 前端 ２０ 第２の端 ２２ ねじ山を切った部分 ２４ 第２のハウジング部分 ２６ 継ぎ輪 ２８ フランジ ３０ 管状部材 ３２ 先細・末広前部 ３４ 燃料導管 ３６ 前部先細・末広ノズル形状（排出端） ３８ ガスキャップ・燃料キャップ・ブラックボディ ４０ 円錐台 ４２ 酸素入口 ４４ 通路と連絡方向 ４６ 燃料入口 ４８ 燃料導入方向 ５０ 個別調節機構 ５２ 個別調節機構 ５４ 流体形式アクセスキャップ ５６ フランジ ５８ フランジ ６０ 内部構造 ６２ レシービングスロット ６４ レシービングスロット ６６ 円筒状通路（内面） ６８ 排出端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593075843 コンブッション．テク．インコーポレーテ ッド アメリカ合衆国．32703．フロリダ州．ア ポプカ．クラーク．ストリート．2501 (72)発明者 アレクサンダー．ジョージ．スラヴェコフ アメリカ合衆国．18104．ペンシルバニア 州．アレンタウン．ムレイ．ドライヴ. 216 (72)発明者 マヘンドラ．ラドハラム．ジョシ アメリカ合衆国．32714．フロリダ州．ア ルタモンテ．スプリングス．ナンバー12. ブリッケンリッジ．ヴィレッジ．564 (72)発明者 ジェームス．キース．ナボーズ アメリカ合衆国．32703．フロリダ州．ア ポプカ．ナンバー206．フォックス．ヒル. 3008

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 おおむね円筒状のハウジングで、前記ハ
    ウジング内に離間関係に且つ同軸に配置され、前記ハウ
    ジングの主要部分に沿って同一の拡がりを有し、且つ火
    炎端を有し、前記ハウジングの火炎端と同一平面内で終
    る燃料導管を備えるハウジングと；前記燃料導管内に同
    軸に配置され、前記燃料導管と協調して、前記ハウジン
    グの前記火炎端で環状燃料流れを発生させる燃料キャン
    プと；前記ハウジング内の前記燃料導管と前記ハウジン
    グの間に同軸に配置され、且つ前記ハウジング内に共存
    して伸びる酸化剤導管を具備し；前記燃料導管が前記酸
    化剤導管に関連しその長手方向軸に沿って、前記ハウジ
    ングの火炎端により決まる場所で終って、前記燃料導管
    を取囲む環状酸化剤通路オリフィスが決まる位置を含む
    種々の位置決めに適応できると共に、前記燃料導管と前
    記燃料キャップが互いに関連して、その長手方向軸に沿
    い、前記ハウジングの火炎端により決まる場所に終り、
    燃料を前記燃料通路に、又酸化剤を前記酸化剤通路に導
    入する環状燃料通路手段が決まる可変位置決めに適応で
    きるオキシ・燃料バーナーと：前記バーナー上に取付
    け、ほぼ円筒状の中心通路を備え、且つ一端が火炎に対
    し耐流体関係にあり、又他端が前記火炎に向って工業環
    境で加熱するよう適応できる前燃焼装置で、前記円筒が
    前記バーナーの前記ハウジングの長手方向軸の延長部で
    あると共に、前記通路が、２．０乃至６．０の長さの直
    径に対する比率を備えるように前記燃焼装置を構成配置
    し、前記バーナーを１時間当り０．２５乃至４０．０百
    万Ｂｔｕの燃焼速度で火炎を伝達する前燃焼装置と：の
    組合わせでなるオキシ・燃料燃焼装置。
  2. 【請求項２】 前記燃料導管の前記火炎端の内面と、前
    記燃料キャップの前端の外面を、前記燃料キャップもし
    くは前記燃料導管の互いに対し長手方向に移動させて運
    転員に前記燃料の可変環状オリフィスを使用できるよう
    に適応させたことを特徴とする請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 前記酸化剤導管の前記火炎端における内
    面と、前記燃料導管の前記火炎端における外面を、前記
    燃料導管の前記酸化剤導管に関連して長手方向に移動さ
    せて運転員に前記酸化剤の可変環状オリフィスを使用で
    きるように付形することを特徴とする請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 前記燃料導管に燃料を導入する前記手段
    が液体燃料噴霧装置を具備することを特徴とする請求項
    １の装置。
  5. 【請求項５】 前記酸化剤が、前記手段に導入される酸
    素、空気濃縮酸素、その他気体酸化剤とその混合物から
    なる群より選ばれ、且つ酸化剤を正の圧力をかけて導入
    することを特徴とする請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 前記燃料が天然ガス、メタン、合成天然
    ガス、プロパン、硫化水素、液体燃料、スラリーとその
    混合物からなる群より選ばれ、前記燃料を前記燃料通路
    に気体もしくは液体として液体燃料噴霧装置により導入
    することを特徴とする請求項１の装置。
  7. 【請求項７】 前記前燃焼装置を、使用する目的の容器
    として適応できる外形を備えた材料で製作することを特
    徴とする請求項１の装置。
  8. 【請求項８】 前記オキシ・燃料バーナーをステンレス
    鋼、合金スチール、高温合金とスーパー合金で製作する
    ことを特徴とする請求項１の装置。
  9. 【請求項９】 前記前燃焼装置を前記オキシ・燃料バー
    ナーに着脱自在に取付けることを特徴とする請求項１の
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記オキシ・燃料バーナーを実用上着
    脱可能部分に分けて製作することを特徴とする請求項１
    の装置。
  11. 【請求項１１】 前記オキシ・燃料バーナーに前記バー
    ナーを前記外部構造に、前記装置を使用する時に支持す
    る手段を具備させることを特徴とする請求項１の装置。
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