JPS62500010A - 炎発生方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 炎発生方法および装置 技術分野 この発明は鋼スクラツプ、金属、磁器またはガラス等の材料を高温加熱、溶解、 精製および過熱する方法および装置に関する。開示される方法および装置は溶解 炉、工業加熱、熱処理炉、キルン、焼却炉、その他高温応用装置の主エネルギ源 としてまた副エネルギ源として使用される。

背景技術 今１］、スクラップの加熱および溶解は、空気または酸素とコークス、浦または ガスの燃焼による、または型別による熱等種々の技術により行われる。これら技 術各々は長所と欠点を有する。燃焼による空気を使用すると安価な酸化剤という 長所はあるが、空気は２１パーセントの酸素を３存するにずぎないため、つぎの ような欠点がある・低炎温度、低温スクラップ内の燃焼不安定、燃焼により放出 される熱を約５０バーセン］・浪費する煙道ガスの逃げによるスクラップの高温 時の熱利用の低能率である。

燃焼のため本質的に純酸素を使用する長所としては、商会温度、すぐれた燃焼安 定性、および高温煙道ガスによる熱浪費の大幅な減少がある。酸素の欠点として は、高価なこと、および酸素・燃料バーナ本体を冷却する必要があることである 。

電気エネルギの利用はきわめて高価であるが、便７ｆｉ　ｆｉ作動手段であると 共に製品が高品質である。

燃焼プロセスにおける４つの酸素導入方法が今日、つぎのように使用されている ： 炎が燃料・空気バーナを離れた後、酸素流を燃料・空気炎に注入すること； 両炎がそれらのバーナを離れた後、酸素・燃料バーナ炎を燃料・空気バーナ炎に 注入すること：燃焼空気を酸素濃縮エアバーナに供給する前に酸素を燃焼空気に 注入して酸素で燃焼空気を濃縮すること；燃料、酸素および空気の３つの流れを これらの混合物か燃焼される高温炉内で切開することにより前記３つの流れを燃 焼装置外部で混合すること。

最初の２つの酸素注入技術は、燃料・空気炎が十分Ｉよ寸法を有し、被加熱加工 品の上方に位置しさらにバーナ本体の外部で酸素注入ができるガラス溶解炉その 他高温炉で液体および固体炎温度を上昇させるには勧められる比較的低温の油ま たは石炭炎のコア内に高速酸素・燃！１炎または酸素ジェットを貝通させると、 前記コアを過熱するため、バーナ本体を過熱しないで、炎コアに存在する炭素微 粒子の放射熱束を増大する。燃焼ガスの酸素ｉ＆ｉ縮は炭化水素ガス、特に天然 、ガスを含む燃料に使用さイする。酸素濃縮エアバーナはいくつかの理由で広く 使用されていない。

空気で燃料を燃焼させるバーナは昔からあり、純酸素（酸素−燃料）または酸素 濃縮空気で燃料を燃焼させるバーナは周知である。さらにまた、酸素濃縮空気は バーナにおける酸化剤として使用されている。しかし、アートバーナの現状では 高温加熱において有用な全温度範囲で十分に作動ぜず、炎の化学的性質、温度、 速度および光度を介して経済的な作動は得られない。高温空気または濃縮空気に 使用されるようにしたバーナは典型的に、ガスを連続点火するバーナに耐火タイ ルを使用し炎を安定化している。しかし、酸素・燃料炎の温度はきわめて高いの で、耐火タイルは使用できず、このようなバーナは内部が水冷または空冷される 。バーナのタイルを除去すると低温で炎が不安定化するため、酸素濃縮エアバー ナのターンダウン比を制限する。

酸素・燃料および酸素濃縮バーナによく生ずる他の問題は余分の酸素が煙道ガス に存在することである。煙道ガスの過度酸化能と共に高炉温度により高価な炉構 成部分の劣化を早める。

また、天然ガスが燃料として使用される場合、酸素・燃料炎または酸素濃縮空気 、燃料炎は放射性はない。伝熱をｉｉＪ能にするため、炎は被加熱物に接しなけ ればならない。これは製品が歪曲し酸化するという問題を生ずる。

酸素濃縮エアバーナについての上記技術的、環境的かつ経済的問題が生ずるのは 、酸素濃縮空気を使用すると燃料の燃焼を早めかつ伝統的に構成された燃焼装置 の内側の制御が難しくなるからである。これらは典型的に、耐火張り燃焼トンネ ルを有しかつ、流れが伝統的なガス・空気比調整器により調整される酸素濃縮空 気の低圧にもとずく比較的遅い混合技術を使用する。

発明の開示 一般に、各ＢＴＵを被加熱物内に移送する合計費（運転および資本）は温度の関 数として各適用例により異なる。製品の温度の上昇に伴い、エネルギ源から被加 熱物へ付加的ＢＴＵを移送するのに費用が増す。一般に、同じ炉温条件で種々の 燃焼装置により燃焼される向背の炭化水素燃料により、炎から被加熱加工品へ仕 向けられる合計熱束は異なる。この原因は、異なる対流・放射熱束を生ずる異な る炎の化学的性質、温度、光度および速度のため、さらに加工材と燃焼ガス間で 行われる化学反応による付加的熱入力の影響のためであ°る。

加熱サイクルの低温段階で製品に伝熱を行う費用のかからない方法は、炎速度を 増大してエネルギ源から被加熱物への対流熱束を増大することである。製品温度 が約１５００〜１７００°Ｆをこえた場合、もつとも能率的な伝熱方法は、炎温 度と炎光度を増大してエネルギ源から製品への放射熱を増大することである。炎 の温度を上げると第１パワーにより対流熱束を増大するが、第４パワーにより放 射熱束を増大する。従って、酸素の利用は高温明間中にはより効果的である。対 流加熱から放射加熱への炎の変換は本発明では、燃料・空気・酸素・炎の化学的 性質を連続的に最適化して温度、速度、光度および熱入力を制御することによっ て行われる。本発明による燃焼プロセスの最適化は、プロセス酸化能力を連続的 に制御して、前記燃料流を２つの異なる酸素および（または）空気硫酸化ガスと 混合することによって、また、前記２つの酸化流を別々に、燃焼装置の強く液体 冷却１．た燃焼室の内側で燃焼される燃料流と接触・混合させることによっ゛Ｃ 燃料流の酸化をより制御可能にしたことによる。

着火ザイクル中前記２つの異なる酸化ガスに含有される空気と酸素の割合を制御 可能に変化させると、着火速度とは別の炎特性を制御する新しい方法を得る。こ れにより、たとえば、炎速度、従って、加熱サイクルの低温期間中に対流伝熱を 増大することによって、さらに、加熱サイクル高温期間中に炎の光度を増大する ことによっ′ζ、炎から被加熱加工品への伝熱効率を最高にすることができる。

さらにまた、溶解の場合、被加熱物の構成部分が品質を減じないで発熱反応を介 して酸化されれば、余分の酸化混合物または純酸素（冶金酸素）は被加熱物の高 恩帯域へ仕向けられ製品の表面と内側に強い発熱反応を発生する。製品の内側を 貫通すべく冶金酸素の能力を改善するには、濃縮酸素流を炎パターンにより被加 熱加工面の最高温帯域へ送出するように炎パターンの中心線に沿って超音速度で または高圧で導入する。

さらに、酸素流の速度損失を少なくしかつ酸素流の能力を最大化して被加熱溶解 製品内に貫通するため、バーブにもっとも近い被加熱製品面の方へＦ向きの別の 酸素流を設けることが望ましい。

さらにまた、溶解と加熱の場合、アルミニウム等披加熱製品の構成部分が酸化に きわめて感応するときには、酸化剤の不１ｉする燃料の多い高温炎を形成するこ とが望ましい。これは本発明において酸素流を燃料流内に包囲して被加熱物が高 い濃度の酸化剤と接触しないで炎温度を」−Ｈさせることによって行われる。

金属スクラップの加熱、溶解および精製のため本発明の利用は、正規組成に近い 合Ｊ１゛酸素・燃料比で、燃焼工程中に連続点火子として使用される、安定燃焼 帯域を形成するため流体燃料と混合する炎コアの内側に導入される酸素と共に流 体・燃料空気炎でスクラップパイルを初期加熱する工程と、これも正規組成に近 い合計酸素・燃料比で炎温度を上げるため酸素・空気比を高める工程ど１［ｉ０ ０’　Ｆ以上に予熱されたとき高温スクラップパイルに仕向けられる余分の酸素 ジェットを流体燃料争空気・酸素炎を介し導入して発熱酸化反応を開始し、スク ラップ溶解を速する工程と、精製中溶融金属を流体燃料・空気炎（または流体燃 料・空気・酸素炎）で加熱する工程と、音速以上に維持される高速で溶融金属へ 流体・空気炎（または流体燃料・空気・酸素炎）を介し仕向けられる余分の冶金 酸素ジェットで溶融金属を酸化することにより溶融金属を精製する工程とを含む 。

新規な燃焼方法および炎発生装置より生ずる多数の改良を説明する。

まず、空気流により燃焼室の冷水による冷却壁と接触しないようにした容積部の 内側の炭化水素燃料と酸素流を強く混合すると、前記容積部は冷却されず、同時 に、大部分の空気が燃焼プロセスに入る前に反応し２てきわめて高温の安定化帯 域を創成するため酸素とガスの残余時間が得られる。また、きわめて高い酸素濃 度を存する第１酸化ガスと共に炭化水素ガスを燃焼することにより放出される熱 により、高い光度の炎コアを形成する残部ガスの部分的熱分解に必要な熱放出を 得る。

第２に、ガスとｆｊ！素とのきわめて高い反応速度により、燃焼室の内側にきわ めて強い熱放出を生じ、燃焼室を離れる前に高レベルの燃焼ガス膨張を生ずるた め、きわめて高い炎速度を得る。

第３に、多（の融解作動において、高温炎は燃焼装置のノズル部分にあるスクラ ップに打ち当り、そのため閉そくによる高い空気力学的抵抗を生ずる。燃料、酸 素および空気流は異なる圧力で炎発生型燃焼室内に導入されるため、これら名流 れはスクラップの空気力学的抵抗または閉そくにより異なる影響をうける。酸素 およびガス管路の高圧によりそれらの流れを加熱および融解サイノル中前記空気 力学的麦化にごくわずかだけ感知させるが、比較的低圧の比較的多量の燃焼空気 は多少影響をうける。

このような状態において、流量調整弁が完全に開弁じても、空気の流れにより、 所定量の酸素を燃焼トンネルに送出して所望の着火速度を維持することはできな い。炎発生器の制御系は、連続空気流センサを介しこの問題を認識しかつ、酸素 流を増大することにより正しく反応し空気の不足を補償しバーナ出口を閉そくす る材料を介し融解するためより高温の炎を創成することができる。酸素流がスク ラップの空気力学的抵抗に影響される場合、余分の酸素吸込期間中に同様な問題 が生ずる。

この発明の目的は、燃料・空気・酸素炎の化学的性質、温度、速度、光度および 熱入力を連続的に最適化することにより、熱発生と利用の効率を増大することに よってエネルギ消費および、加熱、溶解ならびに精製作動の費用を少なくするこ とにある。

また、この発明の目的は、高温材料を酸化および精製のためバーナ炎を介し亜音 速または超音速酸素ジェットを導入することにある。

この発明の他の目的は、燃料流の内側に導入される高い濃度の酸化痢を有する高 温減少炎と、酸素と被加熱物との接触を少なくするため燃料流の外側の酸素濃度 の少ない酸化剤とを創成することによってアルミニウム等感知物の酸化を少なく させる装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、加熱サイクル中、余分の酸素流を炎を介して高温製品へ 送出することによって銅等加熱、融解される製品の酸化を最大化させる装置Ｎを ｂＷ供することにある。

この発明の他の１−１的は、広い作動範囲にわたり炎の安定性を確実にするバー すを提供することにある。

この発明のもう１つの［１的は煙道ガス量と汚染で減少させる加、襖ｌＪ法およ び装（ｉｔを提供するこ吉１丁ある。

この発明の他の１−１的は材ｔ１の加熱、融解および精製を自動的に制御し最適 化づ゛ることにある。

これらおよび他の［１的と利益は図面についての以下の説明より明らかになる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の第１実施例を示す炎発生器の中心部の側溝断面図、第２図は第 １図の■−■線で破断［７た第１図の炎発生器の後横断面図、第３図は本発明の 第２実施例を示ず突発ｉｌｌ器の中心部の側溝断面図、第４図は第３図のＩＶ− ＩＶ線で破断した第３図の炎発生器の後横断面図、第５図は本発明の第３実施例 を示す炎発生器の中心部の側溝断面図、第６図は第５図の■−■線で破断した第 ５図の炎発生器の後横断面図、第７図は本発明の第４実施例を示す炎発生器の中 心部の側溝断面図、第８図は第７図の■−■線で破断じた第７図の炎発生器の後 横断面図、第９図は本発明の第Ｊおよび第３実施例にたいする。ｉｒｑ御系の路 線図、第１０図は本発明の第２実施例にたいする制御系の路線図、第１１図は本 発明の第４実施例にたいする制御 発明を実施するための最良の形態 以Ｆ、好ましい実施例を図面について説明する。６図において同じ符号は同じ部 分を示している。

第１図および第２図は、定生器燃焼ブロック２を備える炎発生器１の第１実施例 を示す。水冷ジャケット３は発生器燃焼ブロック２を包囲１，、！ｊ２いに隣接 して設けた水入口４と出［］５と、冷却水を燃焼ブロック２の周囲に循環させる ため人口４と出口５間に設けた分割板６とを有する。酸素導管７は燃焼ブロック ２を介（７て酸素通路８に接続して酸素を燃焼ブロックの円すい燃焼室９内に導 入する。流体燃料導管１０は流体燃料を、燃焼ブロック２を介して複数個の燃料 通路１１へ送り、前記通路は燃焼帯域９内の燃焼ブロックの中心線−トの地点へ 燃料を仕向けるよう傾斜ｌ７た酸素通路８を中心に対称的に間隔をおいている。

さらに、空気供給導管１２は空気を燃焼ブロック２を介して複数個の空気通路１ ３へ送る。なるべく、空気通路１３は燃料通路１１から半径方向外方に対称的に 間隔をあけ、燃焼帯域９の円すい面に開口１４を有する。酸化ガスを供給して燃 焼反応させるのに加えて、開口１４を介して導入されたガスは燃焼室の壁が高温 燃焼しないようにすると共に、液体冷却体と接触しまた、壁と燃焼物との間に薄 ガス膜を形成することによって、炎が冷却しないように作用する。さらにまた、 燃焼ブロフク２は、低温空気を空気通路３に、また低温燃料を、燃焼室９に導入 されるに伴い、燃料通路１１に流通させることによって、さらに冷却される。空 気と蒸気気温を排出するためスロットが冷却ジャケット３に設けられる。フラン ジ１６は炎発生器を炉に固定する手段である。

場合により、炎長さまたは放射性を最大にするため、導管７を介し中央蒸気とし て燃料をまた、導管１１を介し酸素または空気・酸素混合物を導入すると有利で ある。

第３図および第４図は炎発生器２０の第２実施例を示す。前述の実施例と同様に 、この実施例は燃焼ブロック２１と、水入口２３と、水出口２４と、分割板２５ と、排出スロット２６と共に水冷ジャケット２２とを含む。

さらに、燃料導管２７と、燃料通路２８と、空気導管２９と空気通路３０とは前 述の実施例と同様である。第１酸素導管３１は中心線に沿い燃焼プロ・ソク２１ を介し通路３２に接続し、先細、末広ノズル３３により超音波酸素ジェットを被 加熱物に仕向ける。亜音速酸素ジェットを燃焼室へ送出するため、第２酸素導管 ３４が、中心線に平行で通路３２と通路２８間で半径方向に間隔をおいた燃焼ブ ロック２１を介し通路３５に接続される。

第５図および第６図は第１実施例と同じの、本発明の第３実施例を示し、ここで 燃焼室９は円すい形ではなく、空気通路１３が、燃焼室内でうす流を生じさせる ため燃焼室９内に接線状に向けられている点が第１実施例と異なる。超音波酸素 ジェツトを被加熱物に仕向けるため、酸素通路にはまた先細・末広ノズル１７を をする。酸素通路８はまたノズルに多数の穴を有する。このようにすると、炎発 生器の適応性を増大して炎の物性や燃焼室の中心部分を介して仕向けられる過度 の酸素ジェットを変える。

第７図および第８図は、さらに変更を示す本発明の第４実施例を示す。この実施 例は、燃焼ブロック４１と、通路４６を有する水冷ジャケット４２とを含む。さ らに、燃料導管４７と、燃料通路４８と、酸素導管４９と酸素通路５０とは前述 の各実施例と同じである。空気導入は、燃焼ブロック４１に通じかつ燃焼通路９ の内面に接線状に空気を仕向ける通路３９を介して行われる。また、通路が下方 に曲り燃焼ブロックの開口近くで開いて酸素が炎発生器４０の中心線にたいし下 方に傾斜した燃焼室から流れるまで、第２酸素導管４３はその長手に沿う燃焼ブ ロックの頂部を介し酸素を通路４４に供給する。この開口は超音波酸素ジェット を発生する先細・末広ノズル４５である。

第９図は炎発生器の第１または第３実施例にたいする制御系を示す。炎発生器１ が作動状態にあると、冷却水は給水管から水入口４へ供給されてから水ジャケッ トの内側の燃焼ブロック２の周囲を流れ出口５から逃げる。

熱雷対６３と圧力計６４とによって所要冷却速度が制御される。炎発生器ブロッ ク２０表面域全体を強力に冷却するためこのプロ、ｌりはきわめて高い熱伝導率 を有する銅その他の材料で製造される。

同時に、燃料は弁５９と、流量計６０と、制御弁６１とを介し燃料供給管路５８ から炎発生器１へ・ついで燃ｔ↓導青１０と複数個の燃料通路１１とを介し燃焼 室９内に送出される。工程が加熱、溶融または過熱の段階にあるかどうかにより 異なる方法により、酸化剤が燃焼室９内に送出される。被加熱材の温度が比較的 低いと、空気と酸素の比は比較的大きくなり、エアジエツトは流量計５６と、制 御弁５７と、＋ｔ！数個の空気通路１３とを介してブロア５５から燃焼室９内に 送出される。同時に、酸素ジェットは酸素管路６５から燃焼室内に次の２つの方 法の一方または両方法により送出される。第１に、弁６６と、流は計６７と、制 御弁６８と、酸素導管７と酸素通路８とを介する。第２に、弁５２と、流量計５ ３と、制御弁５４と、空気導管１２と、複数個の空気通路１３とを介する方法で ある。

自動制御装置６２は、温度センサ、エネルギトータライサーおよびタイマー等の センサにより設定される加熱ナイクルの段階にもとづき、さらに被加熱材の形式 にもとづく酸素、空気および燃料の種々瞬間流を制御する。

制御装置はまた、該装置に電気的入力を加えるため瞬間燃料、空気および酸素流 をも計量し、これはなるべく、加熱サイクル中に最適炎特性を制御するようプロ グラムされたマイクロプロセッサによる。

第１０図は第２実施例にたいする炎発生型制御系を示す。第９図と本質的に同じ であるが、酸素導管３４に、弁６９と、流量計７０と制御弁７１とを有する供給 管路を付加した点が異なる。

第１１図は第４実施例にたいする炎発生型制御系を示し、これは、可調整量の空 気を、管路８０と、モータ駆動弁８１と、酸素導管４９へのソレノイド８２とを 介し。

て第１酸化ガス中に導入可能にすることによって炎発生器作動に付加的適応性を 付与する。この実施例はまた、ソレノイド弁により閉そくされる。第１酸化ガス に代えて燃料流を、管路８３とソレノイド８４とを介して燃焼室の中心線に沿い 、導管４９へ導入すると同時に、ソレノイド８８により閉そくされる、燃料に代 えて第１酸化ガスを、管路８６とソレノイド弁８７とを介して前記中央燃料流を 中心に燃焼室内に導入することによって、炎パターンおよび炎光度を変えること もできる。

燃料と第１酸化ガス流とを上記のように置換する前に空気を管路８０と、モータ 駆動弁８１と、ソレノイド８２とを介して酸素導管４９へ流しまた、管路８９と ソレノイド９０とを介し導管４９へ流すことによって空気抜きを行わねばならな い。

典型的な方法によれば、第１または第３実施例を利用し、被加熱材の温度が上昇 すると、燃焼室９内にさらに酸素が導入されることによって、空気・酸素比が小 さくなり燃焼温度は上昇する。この段階中の燃料・合計酸素比は正規組成に近く 維持される。

彼如熱拐の温度が経済的に妥当な酸化の発熱反応の熱をｆＩＩ用する地点に達す ると、余分の酸素ジェットは酸素導管７と酸素通路８とを介し、また燃焼室９を 充てんする炎の中心を介し、融解のため酸化反応の熱発生する高温製品に向けて 送られる。余分の酸素ジェットの能力を増大して被加熱材に貫通ずるため酸素ジ ェットを超音速度で酸素通路８の先細・末広ノズル１７を介して吹込む。

これにより燃焼物と炉ふん囲気により酸素の希釈を減する。

また、余分の酸素ジェットは燃焼室９を充てんする炎を介して溶融材に向けて送 られ精製その他を行う。この余分の酸素ジェｙトの速度を音速以上に増大して、 先細・末広ノズルの使用により溶融材内に貫通するジェットの能力を改善できる 。同時に、燃料・空気、燃料・酸素または燃料・空気・酸素炎を溶融材に仕向け て酸化帯域のまわりや内側の材料を加熱できる。

第２実施例による炎発生器２０の作動には炎発生器の第１または第３実施例にた いする上記すべての工程を含む。さらに、酸素は、先細・末広ノズル３３により 酸素導管３１を介して音速以ｌ二の速度で燃焼室３６の中央帯域に送出され一方 、複数個の酸素通路３５を介し亜音速で送出される。通路３５により送出される 複数個の酸素ジェットの位置は中央酸素ジエ、ソトを、夫々導管２７．２９．３ ４を介し送出される空気と酸素と燃料との燃焼によって燃焼室３６の内側に形成 される燃焼物から分離する。これにより、炎発生器の適応性を増大して炎と、燃 焼室の中央部分を介し仕向けられる余分の酸素ジェットとの物性を変える。

すべての実施例において、加勢、融解、精製および過熱サイクル中、熱人力、炎 速度、温度、光度、炎色囲体の形状および燃焼物の化学的性質は燃料、空気およ び酸素の供給量を変えて連続的に制御され、また、これらの方法を変えることに よってこれら成分を燃焼室内に導入して最低運転費で加熱条件を満足させる。従 って、バーナからの熱入力量はバーナに送入される炭化水素燃料スに直接関係す る。上記のように、本発明の方法と装置は酸素を、純酸素としてまたは空気また はそれらの混合物として工程に供給する。たとえば、燃焼工程に使用される燃料 ・合計酸素比を制御することによって、酸素と燃料の完全燃焼が生ずる正規組成 比が所望通りに保持されてバーナに導入される物質を能率的に利用することがで きる。さらにまた、一定の燃料・合計酸素比で、炎温度は酸化ガスにより高い酸 素濃度を与えることによって高められる。これはバーナへ供給される空気と純酸 素とを変化させて空気・合計酸素比を制御することによって達成される。純酸素 の供給は空気の使用よりも高価であることは明らかであるが、工程のある地点で 熱を製品により能率的に伝達するためにはより高い炎温度が望ましい。

伝熱を改瀉する他の方法は炎の放射性を増大することである。放射性の高い炎は 、炭化水素燃す−１よりの原子炭素を炎の−】ア内側の放ｎ・ｊ性の高い分子炭 素に変換することにより得られる。このことは本発明において、純酸素を燃料と 切期混合し炎のコア内で燃！１熱分解を行い、炎を、空気または空気・酸素混合 物等、酸素濃度が低い第２酸化剤流によって強く冷却した燃焼室から分離し２て 行われる。そのため、炎の中心で炭化水素燃料・酸素比を制御する一方他のすべ てのパラメータを所望の値に紺持することによって、炎の放射性が制御される。

さらに、高温で（たとえば、２７００°Ｆ以上のコア温度）空気との燃焼より生 ずるＮｏｘ放出を排除または大幅に減少するＩく−すを設けることが望ましい。

これは炎コア内側の空気を減少することによって行われる。そのため、燃焼室内 に導入される一定の合計空気含量について、炎の外側に導入される空気と炎の中 心に導入される空気との比を制御し小さくすることによってＮＯＸが減少される 。

ここに記載されるバーナは予熱空気または、酸化ガスとして予熱空気・酸素混合 物を利用する。またこれにより工程より廃熱を回収させ、予熱空気または予熱空 気・酸素混合物を得て作動をより能率的にさせることができる。

以−に本発明の好ましい実施例を説明したが、炎発生器の燃焼制御性をさらに改 博するため二種以」二の空気および酸素含有酸化ガスを使用する場合には他の装 置が使用される。なお、また、炎発生器本体の外部または内部で濯轡（内容に変 更なし） 酸化剤と燃料との部分的予混合または２つの酸化ガスの部分的混合を行う他の装 置も使用される。

この発明をその好ましい実施例を特に参照して詳述したが、前述されかつ請求の 範囲に明記される発明の精神と範囲内で変更と変形がなしうるちのである。

ＦＩＥ、フ ＦＩＲ，ｆｆ 手続辛市正書（方式） 昭和６１年１０月３０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）加熱プロセスにおいて燃料と純酸素の消費を減ずるため、高温炉内部に向 けられる出口ノズルを有する液体冷却燃焼ブロック内の燃焼室に形成される前進 炭化水素炎で炭化水素流体燃料を燃焼する経済的方法において、 炭化水素流体燃料と２種の酸素基酸化ガスとを燃焼室へ別々に供給する工程と、 燃焼室壁の少なくとも１つの開口を介して前記第１酸化ガスを前記燃焼室出口ノ ズルへ仕向ける工程と、 前記炭化水素燃料が前記燃焼室全体に延長する光度の高い高温炎コアを創成する ことによって前記第１酸化ガスと混合して燃焼室内での燃焼を安定化させるよう に、前記炭化水素燃料を燃焼室壁の少なくとも１つの開口を介し前記第１酸化ガ スの上方でそれに向けて流れるよう前記燃焼室内に仕向ける工程と、 前記第２酸化ガスを、燃焼室壁の少なくとも１つの開口を介して炎コアにおける 前記炭化水素燃料のまわりでそれに向けて流れるよう前記燃焼室内に仕向ける工 程と、 所要の熱入力、燃焼物の化学的性質、温度、速度、放射性および燃焼ブロック温 度を得るため、前記炭化水素燃料、前記２つの酸化ガスおよび冷却液の流れを制 御する工程とより成る方法。 （２）前記第１酸化ガスは燃焼室の中心軸線に沿うジェットで仕向けられる請求 の範囲第１項に記載の炭化水素流体燃料燃焼方法。 （３）前記第２酸化ガスはまた前記燃焼室の外側の炭化水素燃料と混合して最終 炎パターンを創成するよう仕向けられる請求の範囲第１項に記載の炭化水素流体 燃料燃焼方法。 （４）前記第２酸化ガスは、前記炭化水素燃料と混合される前に液体冷却ブロッ クと接触することによって最初に前記炎コアが冷却されないように仕向けられる 請求の範囲第１項に記載の方法。 （５）燃焼物を、液体冷却ノズル開口を介して燃焼室から炉内部へ排出する工程 をさらに備える請求の範囲第１項に記載の方法。 （６）前記流れ制御工程は、前記燃料と前記酸化ガスを共に有効に使用できるよ うに前記２つの酸化ガスにおける燃料と合計酸素との比を制御する工程と、炭化 水素炎の温度を制御するための前記２つの酸化ガスに添加される空気と合計酸素 との比を制御する工程とより成る請求の範囲第１項に記載の炭化水素流体燃料燃 焼方法。 （７）前記流れ制御工程は、炭化水素炎の放射性を制御するため前記第１酸化ガ スに含有される炭化水素燃料と酸素との比を制御する工程をさらに供える請求の 範囲第６項に記載の炭化水素流体燃料燃焼方法。 （８）前記流れ制御工程は、炭化水素炎のコアの内側の空気量を減少することに よってＮｏｘ放出を少なくするため前記第２酸化ガス内の空気と前記第１酸化ガ ス内の空気との比を小さくする工程をさらに備える請求の範囲第７項に記載の炭 化水素流体燃料燃焼方法。 （９）プロセスが続くに伴い前記各制御工程の適切な比を決定するため現プロセ ス温度をモニタする工程をさらに備える請求の範囲第６項、第７項または第８項 に記載の方法。 （１０）プロセスが続くに伴い前記各制御工程に加えられるプロセスと各比の段 階を決定するためプロセスにたいする集積エネルギ人力を測定する工程をさらに 備える請求の範囲第６項、第７項または第８項に記載の方法。 （１１）前記各制御工程に加えられるプロセスと各比の段階を決定するためプロ セスを調時する工程をさらに備える請求の範囲、第６項、第７項または第８項に 記載の方法。 （１２）前記各制御工程は電子コンピュータ手段により行われる請求の範囲第９ 項に記載の方法。 （１３）前記各制御工程は電子コンピュータ手段により行われる請求の範囲第１ ０項に記載の方法。 （１４）前記各制御工程は電子コンピュータ手段により行われる請求の範囲第１ １項に記載の方法。 （１５）前記第１酸化ガスは純酸素である請求の範囲第１項、第２項、第６項ま たは第７項に記載の炭化水素流体燃料燃焼方法。 （１６）前記第２酸化ガスは空気である請求の範囲第１項、第３項、第４項また は第６項に記載の炭化水素流体燃料燃焼方法。 （１７）前記炭化水素燃料は前記第１酸化ガスを中心とする複数個のジェットで 燃焼室の多数の開口を介して前記燃焼室内に導入される請求の範囲第１項、第２ 項または第３項に記載の炭化水素流体燃料燃焼方法。 （１８）前記第２酸化ガスは前記炎コアに向いた複数個のジェットで燃焼室内に 導入される請求の範囲第１項第３項または第４項に記載の方法。 （１９）前記第２酸化ガスは少なくとも１つの接線方向に向いたジェットで燃焼 室内に導入される請求の範囲第１項または第６項に記載の方法。 （２０）前記酸化ガスは燃焼室の長手に沿い増分して高温炎コアに仕向けられる 請求の範囲第１項、第３項または第４項に記載の方法。 （２１）燃焼室に進入するジェットの速度が亜音速から超音速の範囲になるよう 燃焼室内への前記第１酸化ガスの送出を制御する工程をさらに備える請求の範囲 第１項または第２項に記載の炭化水素流体燃料燃焼方法。 （２２）第３酸化ガスが被加熱物の異なる区域を酸化するように、第３酸化ガス を前記燃焼室出口ノズルから燃焼室の中心線にたいし下方に仕向ける工程をさら に備える請求の範囲第１項に記載の方法。 （２３）前記第３酸化ガスは超音速度を有するジェットで導入される酸素である 請求の範囲第２２項に記載の方法。 （２４）燃焼ブロックをさらに冷却するため、前記燃料と前記第２ガスを燃焼室 内に仕向ける前に燃焼ブロックの複数個の通路を介して前記炭化水素燃料と前記 第２酸化ガスとを仕向ける工程をさらに備える請求の範囲第１項に記載の方法。 （２５）炉内の材料を加熱融解する方法において、ほぼ正規組成の燃料と合計酸 素との比で、空気および酸素と炭化水素燃料流を混合燃焼して形成される炎を彼 加熱材に仕向ける工程と、 材料のある成分の酸化の発熱反応が開始される材料の温度になるようほぼ正規組 成の燃料と合計酸素との比を維持しながら、材料の温度が上昇するに伴い、断熱 炎温度を上昇するため、混合物における合計酸素と合計空気との比を大きくする 工程と、燃焼物により連続的に加勢される炉における材料成分の酸化により付加 的熱を得るため実質的に正規組成以上の燃料と合計酸素との比を大きくするため 余分の酸素を導入する工程とより成る方法。 （２６）前記炎は液体冷却燃焼トンネル内で発生される請求の範囲第２５項に記 載の方法。 （２７）前記空気と酸素は異なる酸素濃度を有する２つの酸化ガス流内で混合さ れ、前記ガス流の一方は前記燃料流の内側に導入され、他方のガス流は前記燃料 流のまわりに導入される、請求の範囲第２６項に記載の方法。 （２８）前記燃焼トンネルの開口は被加熱、融解材により部分的に閉そくされる と、高温炎開口を閉そく材に仕向ける初期工程を行い、前記炎はほぼ正規組成の 比で炭化水素燃料流を酸素と混合、燃焼して形成され本方法の他の工程を実施す る前に前記燃焼トンネルの開口における材料に高温キャビティを創成して、本方 法の次の工程において低温炎の安定性を改善する請求の範囲第２５項に記載の方 法。 （２９）材料が大体融解された後、炎パターンを再調整するため、燃焼混合物に 供給される燃料と空気を減少する工程と、炎を介して超音速度で酸素ジェットを 材料に仕向ける工程と、精製の発熱酸化反応を続けるため、材料が前記再調整炎 により加熱される帯域における溶融材料内に前記超音速酸素ジェットを貫通する 工程とをさらに備える、材料の精製に使用される請求の範囲第２５項に記載の方 法。 （３０）前記第１酸素ジェットを燃焼室内に形成される燃焼物から分離するため 、前記第１酸素ジェットを包囲するよう第２酸素ジェットを亜音速度で仕向ける 工程をさらに備える請求の範囲第２９項に記載の方法。 （３１）前記酸素ジェットは炎の方向にたいし下方に仕向けられる請求の範囲第 ２９項に記載の方法。 （３２）各工程は、次工程へ進むもっとも経済的な地点を決定することを備える 請求の範囲第２５項、第２８項、第２９項または第３０項に記載の方法。 （３３）余分の酸素を導入する工程は空気を燃焼プロセスに関与させないで燃料 の燃焼を含む請求の範囲第２５項または第２９項に記載の方法。 （３４）燃焼空気を燃焼プロセスに導入する荊に予熱する工程をさらに備える請 求の範囲第２５項、第２７項または第２９項に記載の方法。 （３５）前記方法により、１つの炉内に複数個のこのような炎および酸素ジェッ トを得ることをさらに備える請求の範囲第２５項、第２６項、第２７項、第２９ 項または第３０項に記載の方法。 （３６）２つの異なる酸化ガス流であって、各ガス流が２０〜１００パーセント 範囲の可変酸素含有量を有しまた燃焼装置の燃焼室を介し被加熱材へ別々に仕向 される該ガス流を存する燃焼装置を介し炭素含有流体燃料の高温燃焼物を炉内に 導入することによって炉内の材料の加熱を制御する方法において、加熱プロセス の現段階を認識するため代表的技術上のパラメータを連続的に測定しかつ前記パ ラメータをプログラムされた制御装置の基本データとして使用する工程と、 空気、燃料および酸素の各瞬間流れを連続的に検出しかつ前記流れの代表的電気 信号を前記プログラムされた制御装置へ供給する工程と、 もっとも好ましい熱入力、炎温度、速度および燃焼物の放射性を維持することに より炎と被加熱材間の熱交換を最大化することによって加熱サイクルを経済化す るため、最適瞬間燃料流、空気流および酸素流を、加熱プロセスの認識ずみ現段 階にもとづいて前記プログラムされた制御装置によって連続的に形成する工程と 、 前記プログラムされた制御装置により形成された最適瞬間と一致するよう供給さ れた瞬間流を設定するため、流れ調整手段を介して、燃料、空気および酸素の供 給を連続的に制御する工程とより成る方法。 （３７）前記代表的技術上のパラメータはプロセスの温度を含む請求の範囲第３ ６項に記載の方法。 （３８）前記代表的技術上のパラメータは加熱の積算時間を含む請求の範囲第３ ６項に記載の方法。 （３９）前記代表的技術上のパラメータは積算エネルギ消費を含む請求の範囲第 ３６項に記載の方法。 （４０）第１酸化ガス流と第２酸化ガス流とにおいて燃焼装置に供給される酸素 と空気の合計流の比率を連続的に制御する工程をさらに備える請求の範囲第３６ 項に記載の方法。 （４１）被加熱材中に貫通するため、燃焼室全体に導入される酸素の合計量を平 衡するため酸素の流れを連続的に制御する工程をさらに備える請求の範囲第３６ 項に記載の方法。 （４２）被加熱材中に貫通するため、空気流の所望量の無能を訂正するため燃焼 室全体に導入される酸素の合計量を平衡させるべく燃料の流れを連続的に制御す る工程をさらに備える請求の範囲第３６項に記載の方法。 （４３）加熱または精製される材料の成分の発熱酸化反応を支持するためプロセ スに導入される余分の酸素量を連続的に制御する工程をさらに備える請求の範囲 第３６項、節３７項、第３８項、第３９項、第４０項、第４１項または第４２項 に記載の方法。 （４４）前記余分の酸素は超音速流でプロセスに導入される請求の範囲第４３項 に記載の方法。 （４５）加熱プロセスにおける燃料と純酸素の消費を減少する炭化水素流体燃料 バーナにおいて、出口ノズルを含む燃焼室を内設した燃焼ブロックと、 前記燃焼室を液体で冷却する手段と、 前記燃焼ブロックに炭化水素流体燃料と２っの酸素基酸化ガスとを別々に供給す る手段と、 燃焼室の少なくとも１つの開口を介して前記第１酸化ガスを前記燃焼室出口ノズ ルへ仕向ける手段と、前記燃焼室全体に延長する光度の高い高温炎コアを創成す ることによって前記液体冷却燃焼室内での燃焼を安定化するため前記炭化水素燃 料を前記第１酸化ガスと混合させるように前記第１酸化ガスのまわりの燃焼室壁 の少なくとも１つの開口を介し仕向けられる流れで前記炭化水素燃料を燃焼室内 に仕向ける手段と、 炎コア内の前記炭化水素燃料のまわりでその燃料の方へ仕向けられる流れで前記 第２酸化ガスを燃焼室の少なくとも１つの開口を介して前記燃焼室内に仕向ける 手段とを備えるバーナ。 （４６）燃焼室から燃焼物を排出することによって最終炎パターンを構成するた めの、前記燃焼ブロックの液体冷却出口手段をさらに備える請求の範囲第４５項 に記載のバーナ。 （４７）第１酸化ガスを仕向ける前記手段は前記燃焼室の中心軸線に沿うジェッ トで前記第１酸化ガスを仕向ける請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （４８）第２酸化ガスを仕向ける前記手段は、前記炎コァが前記炭化水素燃料と 混合される前に流体冷却燃焼ブロックと接触することによって前記ガスにより冷 却されないように、前記第２酸化ガスを仕向ける請求の範囲第４５項に記載のバ ーナ。 （４９）第１および第２酸化ガスを含有する酸素と空気によって導入される合計 酸素量の分配と速度を制御して最終炎パターン酸化能力、温度、光度および速度 を制御する手段をさらに備える請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５０）前記炭化水素燃料仕向け手段は前記第１酸化ガスに向けて傾斜される複 数個のジェットである請求の範囲第４５項または第４７項に記載のバーナ。 （５１）前記第２酸化ガス仕向け手段は前記炎コアの方へ傾斜される複数個のジ ェットである請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５２）前記第２酸化ガス仕向け手段は少なくとも１つの接線方向ジェットであ る請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５３）前記第２酸化ガス仕向け手段は燃焼室の長手に沿う増分で高温炎コアに 前記ガスを仕向ける請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５４）前記燃焼ブロックは高熱伝導率の材料で製造される請求の範囲第４５項 に記載のバーナ。 （５５）前記高熱伝導率の材料は銅である請求の範囲第５４項に記載のバーナ。 （５６）前記燃焼ブロックの燃焼室は一般に前記バーナ面における幅広端部にた いし円すいをなし、さらに前記節２酸化ガス通路は燃焼室の円すい面に開口して 膜を冷却する請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５７）第１酸化ガス仕向け手段は前記第１酸化ガスを超音速ジェットで導入す る手段を含む請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５８）第３酸化ガスが被加熱物の異なる区域を酸化するように、第３酸化ガス を前記燃焼室出口ノズルから燃焼室の中心線にたいし下方に仕向ける手段をさら に備える請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （５９）前記第３酸化ガスは超音速度のジェットで酸素導入される請求の範囲第 ５８項に記載のバーナ。 （６０）所要の熱入力、燃焼物の化学的性質および燃焼ブロック温度を得るよう に前記炭化水素燃料と前記２つの酸化ガスの流れを制御する手段をさらに備える 請求の範囲第４５項に記載のバーナ。 （６１）前記流れ制御手段は、前記燃料と前記酸化ガスとを共に能率的に使用で きるよう前記２つの酸化ガスにおける燃料と合計酸素との比を制御する手段と、 炭化水素炎の温度を制御するため前記２つの酸化ガスにおける空気と合計酸素と の比を制御する手段とを備える請求の範囲第６０項に記載のバーナ。 （６２）前記流れ制御手段は、化水素炎の放射性を制御するため前記酸化ガスに おける炭化水素燃料と酸素との比を制御する手段をさらに備える請求の範囲第６ １項に記載のバーナ。 （６３）前記流れ制御手段は、炭化水素炎のコアの内側の空気量を減少すること によってＮｏｘ放出を少なくするため前記第２酸化ガスにおける空気と前記第１ 酸化ガスにおける空気との比を最大化する手段をさらに備える請求の範囲第６２ 項に記載のバーナ。 （６４）プロセスの段階と前記流れ制御手段により付与される比とを決定するた め現プロセス温度を検出する手段をさらに備える請求の範囲第６０項、第６１項 、第６２項、または第６３項に記載のバーナ。 （６５）前記流れ制御手段はさらに、どのように前記バーナおよびプログラムさ れた情報から入力にもとづく前記制御手段を付与するかを連続的に決定するため の電子計算手段を備える請求の範囲第６４項に記載のバーナ。 （６６）第１酸化ガス仕向け手段は、前記燃焼ブロックを介し前記ブロックの中 心軸線に沿う前記燃焼ブロックの後ろから、前記第１酸化ガスの前記供給手段と ガス移送接続関係で、燃焼室への出校的狭い通路である請求の範囲第４５項に記 載のバーナ。 （６７）前記炭化水素燃料仕向け手段は、前記炭化水素燃料の前記供給手段と液 体移送接続関係で、前記燃焼ブロックを介し前記燃焼室の後ろから、前記第１酸 化ガス通路のまわりに間隔をおいて前記燃焼ブロックの燃焼室の中心軸線の方へ 傾斜した、燃焼室への複数個の比較的狭い通路である請求の範囲第６６項に記載 のバーナ。 （８８）前記第２酸化ガス仕向け手段は、前記第２酸化ガスの前記供給手段とガ ス移送接続関係で、前記燃焼ブロックを介し前記燃焼ブロックの後ろから前記炭 化水素燃料通路から半径方向外方に間隔をおいて前記燃焼ブロックの燃焼室の中 心軸線の方へ傾斜された燃焼室への複数個の比較的狭い通路である請求の範囲第 ６７項に記載のバーナ。 （６９）前記複数個のバーナは炉で使用される請求の範囲第６５項または第６８ 項に記載のバーナ。