SK68093A3

SK68093A3 - Method of developing of flame from oxygen and fuel with low contents of no/sub_x/ and device for performing of this method

Info

Publication number: SK68093A3
Application number: SK680-93A
Authority: SK
Inventors: Aleksandar G Slavejkov; Zbigniev Zurecki; Mahendra L Joshi; James K Nabors
Original assignee: Air Prod & Chem; Combustion Tec Inc
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-02-08

Abstract

V kyslíkovo-palivovom horáku (40) typu so stredným otvorom znázorneným šípkou (42) na zavedenie paliva ako je zemný plyn pred čelom (44) horáka (40) s množinou sústredných otvorov znázornených šípkami (46) na zaveB denie kyslíka okolo paliva v čele (44) horáka (40) so λ zdrojom zapaľovania sa vytvorí plameň (47). Plameň (47) í obsahuje jadro (48) kyslíkovo-palivovej zmesi bohatej na j palivo a je obklopené plášťom (50) zmesi chudobnej na • palivo. Obmedzený kyslíkovo-palivový plameň takto vy- , ' ' tvorený v predspaľovači (52) dosiahne účinok svietivého plameňa nízkej teploty so zníženým vyvíjaním NO*a vylučuje zavliekanie škodlivých nečistôt do predspaľovača (52).In an oxy-fuel burner (40) of the middle orifice type as shown by the arrow (42) for introducing fuel as is a natural gas in front of the plurality of burner (40) of the concentric holes shown by the arrows (46) on the front passing oxygen around the fuel at the front (44) of the burner (40) λ the ignition source creates a flame (47). Flame (47) 1 comprises a core (48) of an oxygen rich fuel mixture and is surrounded by a sheath (50) of a fuel-poor mixture • fuel. The limited oxygen-fuel flame thus formed in the precombustor (52) achieves a luminous effect low temperature flame with reduced NO * formation and elimination introducing harmful impurities into the precombustor (52).

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom Ν0_χ v korozívnom prostredí s vysokou teplotou, hlavne v priemyselných taviacich peciach na rozličné výrobky ako kovy, sklo, keramické materiály a podobne. Vynález sa dalej týka zariadenia na vykonávanie spôsobu definovaného vyššie.The invention relates to a process for exerting a flame of oxygen and a fuel _low-Ν0 χ in a corrosive environment of high temperature, particularly in industrial process furnaces for various products as metals, glass, ceramics and the like. The invention further relates to an apparatus for carrying out the method defined above.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V úplne alebo čiastočne spaľovaním vyhrievaných peciach na vysoké teploty, ako sú sklárske taviace pece, sú častým problémom nečistoty. Vysoké úrovne nečistôt, ako sú oxidy dusíka (Ν0_χ), oxid siričitý (S0₂), oxid uhličitý a čiastočky, ktorých množstvo často presahuje maximálnu úroveň dovolenú smernicami inštitúcií na ochranu životného prostredia, sú typické pre pece s horákmi na vzduch a palivo alebo na vzduch obohatený kyslíkom a palivo.Dirt is a common problem in totally or partially burning high temperature heated furnaces, such as glass melting furnaces. High levels of pollutants such as nitrogen oxides _(Ν0 χ), sulfur dioxide (S0 _2), carbon dioxide and particles that amount often exceeds the maximum level permissible directives institutions to protect the environment, are typical of furnace burners for air and fuel or for oxygen-enriched air and fuel.

y;y;

SiAre you

V minulosti bol problém riešený použitím. dodatočného spaľovania na zníženie obsahu nečistôt. Tieto procesy však /rj,In the past, the problem was solved using. post-combustion to reduce impurities. However, these processes / rj,

ΛΛ

·.«( f J vyžadujú zariadenia, ktoré investície i v prevádzke v použití kyslíka v procese vzduchu a obmedzenia Ν0_χ a činia riešenie vysoko nákladným na Iná a účinnejšia metóda spočíva spaľovania pre odstránenie dusíka zo zvláštnej emisie pod hodnoty dovolené smernicami inštitúcií na ochranu životného prostredia. Naviac použitie kyslíka na spaľovanie znižuje emisiu oxidu uhličitého zvýšením účinnosti ohrevu pece a prináša mnohé iné výhody plynúce zo zvýšenej produktivity a úspory dávok chemikálií.·. «(F J require equipment that invests even in operation using oxygen in the air process and limits obmedz0 _χ and makes the solution highly costly Another and more efficient method consists of burning to remove nitrogen from a particular emission below the permissible environmental standards In addition, the use of oxygen for combustion reduces carbon dioxide emissions by increasing the heating efficiency of the furnace and brings many other benefits resulting from increased productivity and savings in chemical dosages.

Horáky na kyslík a palivo môžu byť rozdelené do dvoch hlavných skupín, a to na vodou chladené a plynom chladené. Často sa vyskytujúci problém u horákov oboch skupín je neprítomnosť riediaceho a nosného plynu, napríklad dusíka, ktorý zvyšuje parciálne tlaky prchavých zložiek dávky a zvyšuje rýchlosť, korózie kovových a keramických materiálov použitých pri konštrukcii horáka. Nánosy - a korózie teda predstavujú najvšeobecnejšie problémy vodou alebo plynom chladených trysiek horákov v peciach na vysoké teploty. Velké rozdiely teplôt medzi chladenými tryskami horákov a pecnými plynmi spôsobujú kondenzáciu prchavých a korozívnych látok a nánosy na tryske horáka. To je popísané v pojednaní s názvom Oxygen Firing of Parkersburg, v časopise American Glass Review, december 1990, ktorého autormi sú D. Shamp a D. Davis. Vo vodou alebo plynom chladenom horáku, kde vodné chladenie nemá optimálnu rýchlosť prúdenia, môže nános na tryskách spôsobiť odchýlenie plameňa a náraz na trysku horáka vedúci k poškodeniu alebo deštrukcii horáka.Oxygen and fuel burners can be divided into two main groups, water-cooled and gas-cooled. A frequently encountered problem in burners of both groups is the absence of a diluent and carrier gas, such as nitrogen, which increases the partial pressures of the volatile components of the batch and increases the corrosion rate of the metal and ceramic materials used in the burner construction. Deposition - and corrosion are therefore the most general problems of water or gas cooled burner nozzles in high temperature furnaces. The large temperature differences between the cooled burner nozzles and the furnace gases cause condensation of volatile and corrosive substances and deposits on the burner nozzles. This is described in a paper entitled Oxygen Firing of Parkersburg, in the American Glass Review, December 1990 by D. Shamp and D. Davis. In a water or gas-cooled burner where water cooling does not have an optimum flow rate, deposition on the nozzles may cause the flame to deflect and impact the burner nozzle leading to burner damage or destruction.

Druhý problém spojený s vodou a plynom chladenými horákmi je skutočnosť, že žiaruvzdorný blok horáka často používaný na umožnenie inštalácie horáka do pece a/alebo na zvýšenie stability plameňa má otvor s vnútorným priemerom väčším ako je priemer lúča plameňa, čo spôsobí vtiahnutie korozívnych pecových plynov alebo čiastočiek materiálov do vnútra bloku a ich styk s horákom. Tento typ horáka je popísaný v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4 690 634.A second problem associated with water and gas-cooled burners is the fact that the refractory burner block often used to allow the burner to be installed in the furnace and / or to increase flame stability has an opening having an inside diameter greater than that of the flame beam, causing corrosive furnace gases to be drawn. particles of materials into the interior of the block and their contact with the burner. This type of burner is described in U.S. Pat. No. 4,690,634.

Iný problém pri vodou i plynom chladených horákoch je nízka svietivosť plameňa vplyvom vysokej rýchlosti horenia a rýchleho zmiešavania vznikajúceho v takýchto spalovacích systémoch. To znižuje účinnosť ohrevu, mechanizmus prenosu tepla sklárska taviaca pec.Another problem with water-cooled and gas-cooled burners is the low luminous intensity of the flame due to the high combustion rate and rapid mixing occurring in such combustion systems. This reduces the heating efficiency, the heat transfer mechanism of the glass melting furnace.

pretože žiarenie je najmohutnejší v peci na vysoké teploty ako jebecause radiation is the most powerful in a high temperature furnace like

Naviac vodou chladené horáky na kyslík a palivo vyžadujú vysoké náklady na investície a údržbu. Tieto horáky môžu znížiť celkovú účinnosť pece odvádzaním značného množstva tepla z nej prúdom chladiacej vody. Napríklad pre horák s prietokom chladiacej vody 22,5 l.min^-1 a rozdielom teplôt vody na výstupe a na vstupe rovnakým 27,8 °C je strata tepla pre jeden horák asiIn addition, water-cooled oxygen and fuel burners require high investment and maintenance costs. These burners can reduce the overall efficiency of the furnace by removing a considerable amount of heat from it by a stream of cooling water. For example, for a burner with a cooling water flow rate of 22.5 l.min ^-1 and a difference in outlet and inlet water temperatures of the same 27.8 ° C, the heat loss for one burner is about

36,6 kW. Pre pec s desiatimi horákmi je cena tepla strateného vodným chladením asi $ 30 000 za jeden rok. Naviac je tu vždy možnosť, úniku vody do pece, keď horák nie je správne upevnený a je tu nebezpečenstvo upchania a korózie kanálov vodného chladenia horáka, ak je jediným prostriedkom chladenia dostupným užívateľovi voda nízkej akosti.36,6 kW. For a ten-burner furnace, the cost of heat lost by water cooling is about $ 30,000 per year. In addition, there is always the possibility of water leakage into the furnace when the burner is not properly mounted and there is a risk of clogging and corrosion of the burner water cooling channels if the only cooling means available to the user is low quality water.

Plynom chladené horáky na kyslík a palivo môžu predstavoval problém v prípade prerušenia dodávky paliva alebo kyslíka. Takéto horáky sa musia ihneď vybrať zo spaľovacej oblasti pece kvôli zamedzeniu možného poškodenia vysokou teplotou panujúcou v peci. Keď sú takéto horáky uložené v kovových koncovkách pri čelnej ploche horáka na jeho chladenie, tieto koncovky môžu zbieral kondenzáty a pôsobiť problémy korózie horáka.Gas-cooled oxygen and fuel burners may present a problem in the event of a fuel or oxygen supply interruption. Such burners must be immediately removed from the furnace combustion area in order to prevent possible damage from the high temperature prevailing in the furnace. When such burners are stored in metal ends near the front face of the burner to cool it, these ends can collect condensates and cause burner corrosion problems.

Úlohou vynálezu je odstrániť vyššie popísané nedostatky doterajšieho stavu techniky vytvorením nového systému na vyvíjanie plameňa z kyslíka a paliva.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-described drawbacks of the prior art by providing a new flame-evolving system from oxygen and fuel.

Podstata vynálezu rovnobežné priestoru priechod rovnobežnýmiSUMMARY OF THE INVENTION A parallel space passing parallel

Vynález rieši úlohu tým, že vytvára systém vyhrievania komory na vysokú teplotu, ktorého podstata spočíva v tom, že obsahuje v kombinácii predspalovač prispôsobený na pripojenie alebo na zasadenie do steny komory a majúci aspoň dve všeobecne čelá, z ktorých jedno je vystavené vnútornému komory, predspalovač obsahuje všeobecne valcový prechádzajúci predspalovačom medzi všeobecne čelami, priechod je prispôsobený na umiestnenie horáka na kyslík a palivo majúceho pozdĺžnu os, os horáka je súmiestná s osou priechodu a všeobecne valcový oneskorene miešací horák na kyslík a palivo typu majúceho predný koniec obsahujúci stredný otvor pre tekutinu obklopený vonkajším otvorom pre tekutinu alebo množinou otvorov, takže tekutina vystupujúca z vonkajšieho otvoru pre tekutinu obklopuje tekutinu vystupujúcu zo stredného otvoru, keď vystupuje z čela horáka umiestneného vo vnútri priechodu v predspaľovači, takže priechod siaha o určitú vzdialenosť, mimo čelný koniec horáka a táto vzdialenosť je nastavená v pomere 2 až 6 určenom podielom vzdialenosti (dĺžky) medzi čelným koncom horáka a koncom priechodu v bloku a priemeru čelného konca horáka, kde horák je zvolený, aby mal rýchlosť horenia zodpovedajúcu tepelnému výkonu od 73,2 kW do 11 712 kW.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problem by providing a high temperature chamber heating system comprising, in combination, a precombustor adapted to attach to or fit into the chamber wall and having at least two generally facing faces, one of which is exposed to the inner chamber, a precombustor. comprising a generally cylindrical pre-combustor passing between the generally faces, the passage adapted to accommodate an oxygen burner and fuel having a longitudinal axis, the burner axis coincident with the axis of the passage, and a generally cylindrical delayed oxygen burner and fuel of the type having a forward end comprising an external fluid opening or a plurality of apertures such that the fluid exiting the outer fluid opening surrounds the fluid exiting the central aperture as it exits the front of the burner located within the passageway in the precombustor so that the passageway extends to the a certain distance, outside the burner end, and this distance is set at a ratio of 2 to 6, determined by the ratio of the distance (length) between the burner end and the end of the block passage and the burner end diameter where the burner is selected to have a burning rate corresponding to the heat output from 73.2 kW to 11,712 kW.

Podía výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu od 73,2 kW do 424,35 kW a pomer dĺžky k priemeru je medzi 3,4 a 5,1 a dĺžka priechodu je od 30,48 cm doAccording to a preferred embodiment of the present invention, the burner has a heat output range of 73.2 kW to 424.35 kW and a length to diameter ratio of between 3.4 and 5.1 and a passage length of from 30.48 cm to 30.48 cm.

45,72 cm.45.72 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu od 282,9 kW do 848,7 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 3,0 do 4,5 a dĺžka priechodu je od 30,48 cm do 45,72 cm.According to another preferred embodiment of the present invention, the burner has a heat output range of 282.9 kW to 848.7 kW and a length to diameter ratio of 3.0 to 4.5 and a passage length of 30.48 cm to 45.72 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu od 565,8 kW do 1 697,4 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 2,8 do 4,0 a dĺžka priechodu je odo 30,48 cm do 45,72 cm.According to another preferred embodiment of the present invention, the burner has a heat output range of 565.8 kW to 1697.4 kW and a length to diameter ratio of 2.8 to 4.0 and a passage length of 30.48 cm to 45.72 cm. .

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu má horák rozsah tepelného výkonu odo 1 131,6 kW do 5 658 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 2 do 6a dĺžka priechodu je od 40,64 cm do 121,92 cm.According to a further preferred embodiment of the present invention, the burner has a heat output range of 1 131.6 kW to 5 658 kW and a length to diameter ratio of 2 to 6 and a passage length of 40.64 cm to 121.92 cm.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je priechod v predspaíovači všeobecne valcový s maximálnym zbiehavým alebo rozbiehavým tvarom u čela vystaveného komore v uhle 15° meranom vzhíadom k pozdĺžne osi priechodu.According to another preferred embodiment of the present invention, the passage in the precombustor is generally cylindrical with a maximum convergent or divergent shape at the face exposed to the chamber at an angle of 15 ° measured relative to the longitudinal axis of the passage.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu stredný otvor horáka vymedzuje priechod paliva a obklopujúci otvor tekutiny vymedzuje priechod oxidizéru.According to a further preferred embodiment of the present invention, the central burner opening defines the passage of fuel and the surrounding fluid opening defines the passage of the oxidizer.

Podía dalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu stredný otvor horáka vymedzuje stredný priechod oxidizéru a obklopujúci priechod tekutiny vymedzuje priechod paliva.According to a further preferred embodiment of the present invention, the central burner aperture defines the central passage of the oxidizer and the surrounding fluid passage defines the fuel passage.

Vynález dalej vytvára spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a palivo s nízkym obsahom Ν0_χ na ohrev komory na vysokú teplotu, ktorého podstata spočíva v tom, že sa vytvorí plameň kyslíka a paliva, typu v ktorom jadro fázy bohaté na palivo je obklopené plášťom fázy chudobnej na palivo, plameň sa vyvinie a usmerní do valcového tvaru na vzdialenosť z bodu, kde je plameň vyvíjaný, do bodu, kde môže byť zavedený do vyhrievacieho zariadenia, vzdialenosť (dĺžka) sa určí z pomeru dĺžky k priemeru plameňa v jeho bode vzniku medzi 2 a 6, keď tepelný výkon je od 73,2 kW do 11 712 kW.The invention further provides a method of generating a flame from oxygen and a low 0 _χ fuel to heat a high temperature chamber by forming an oxygen and fuel flame of the type wherein the core of the fuel-rich phase is surrounded by a sheath of the fuel-poor phase. the fuel, the flame is developed and directed to a cylindrical shape over the distance from the point where the flame is being developed, to the point where it can be introduced into the heater, the distance (length) being determined from the length to diameter ratio at its point of origin between 2 and 6 when the heat output is from 73.2 kW to 11,712 kW.

Podía výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 73,2 kW do 424,35 kW a pomer dĺžky k priemeru je od 3,4 do 5,1, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm a priemer je od 7,62 cm do 8,89 cm.According to a preferred embodiment of the present invention, the heat output is from 73.2 kW to 424.35 kW and the length to diameter ratio is from 3.4 to 5.1, the length is from 30.48 cm to 45.72 cm and the diameter is from 7 , 62 cm to 8.89 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 282,9 kW do 848,7 kW, pomer dĺžky k priemeru je od 3,0 do 4,5, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm a priemer je od 8,89 cm do 10,16 cm.According to another preferred embodiment of the present invention, the heat output is from 282.9 kW to 848.7 kW, the length to diameter ratio is from 3.0 to 4.5, the length is from 30.48 cm to 45.72 cm, and the diameter is from 8.89 cm to 10.16 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 565,8 kW do 1 697,4 kW, pomer dĺžky k priemeru je od 2,8 do 4,0, dĺžka je od 30,48 cm do 45,72 cm a priemer je od 10,16 cm do 11,43 cm.According to a further preferred embodiment of the present invention, the heat output is from 565.8 kW to 1697.4 kW, the length to diameter ratio is from 2.8 to 4.0, the length is from 30.48 cm to 45.72 cm, and the diameter is from 10.16 cm to 11.43 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu je tepelný výkon od 1 131,6 kW do 5 658 kW, pomer dĺžky k priemeru je od 2 do 6, dĺžka je od 40,64 cm do 121,92 cm a priemer je od 10,16 cm do 20,32 cm.According to another preferred embodiment of the present invention, the heat output is from 1 131.6 kW to 5 658 kW, the length to diameter ratio is from 2 to 6, the length is from 40.64 cm to 121.92 cm, and the diameter is from 10.16 cm up to 20.32 cm.

Podía ďalšieho výhodného vyhotovenia predloženého vynálezu tvar plameňa má maximálne zbiehanie alebo rozbiehanie v bode, kde plameň vstupuje do ohrievacieho prístroja, pričom uhol je meraný vzhľadom k pozdĺžnej osi komory.According to a further preferred embodiment of the present invention, the flame shape has a maximum convergence or divergence at the point where the flame enters the heater, the angle being measured relative to the longitudinal axis of the chamber.

Vynález ďalej vytvára spôsob vyvíjania plameňa z kyslíka a paliva s nízkym obsahom ΝΟ_χ v stupňovom spalovaní na ohrev komory na vysokú teplotu, ktorého podstata spočíva v tom, že sa vyvíja a smeruje plameň vo valcovom tvare na vzdialenosť z bodu, kde je plameň vyvíjaný, do bodu, kde môže byt zavedený do ohrievacieho prístroja, vzdialenosť (dĺžka) je určená z pomeru dĺžky cesty k priemeru plameňa v jeho bode vzniku medzi 2 a 6, ked tepelný výkon plameňa je medzi 73,2 kW a 11 712 kW.The invention further provides a method of generating a flame from oxygen and a low ΝΟ _χ fuel in a staged combustion to heat a high temperature chamber by developing and directing a cylindrical flame at a distance from the point where the flame is developed, to the point where it can be introduced into the heater, the distance (length) is determined from the ratio of the path length to the flame diameter at its point of origin between 2 and 6 when the heat output of the flame is between 73.2 kW and 11,712 kW.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález schematicky doterajšieho horáka do je znázornený na výkresoch, kde obr. la, lb a lc znázorňujú kyslíkovo-palivové horáky podlá stavu techniky a horákový blok použitý na montáž ohrievanej pece a znázorňujú rozbiehavú trysku velkého priemeru a valcovú a 2b znázorňujú schematicky horákového bloku, valcovú trysku trysku malého priemeru, obr. 2a kyslíkovo-palivový horák a horákový blok rozbiehavého typu podlá známeho stavu techniky a znázorňujú vplyv rýchlosti na tvar plameňa, obr. 3 je schematické znázornenie zariadenia podlá predloženého vynálezu a obr. 4 je diagram závislosti vzdialenosti od osi k radiálne protiľahlým bodom na vnútornom povrchu predspalovača podlá predloženého vynálezu na koncentráciách kyslíkovo-palivových zmesí v predspalovači.The invention of the prior art burner into is shown in the drawings. 1a, 1b and 1c show prior art oxy-fuel burners and a burner block used to mount a heated furnace and show a large diameter diverting nozzle and a cylindrical nozzle, and 2b show schematically a burner block, a cylindrical nozzle of a small diameter nozzle; Fig. 2a shows an oxy-fuel burner and a diverging-type burner block according to the prior art and show the effect of velocity on the flame shape; 3 is a schematic representation of a device according to the present invention; and FIG. 4 is a plot of distance from axis to radially opposed points on the inner surface of the precombustor of the present invention based on the concentrations of oxy-fuel mixtures in the precombustor.

Príklad vyhotovenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Ako bolo uvedené vyššie, kyslíkovo-palivové horáky podlá doterajšieho stavu techniky boli používané na ohrev priemyselných pecí v snahe prekonať problémy zvyčajných vzduchovo-palivových horákov. Pokial je v predloženom popise použitý výraz kyslíkovoalebo kyslíkový, jedná sa o nejaký plynný oxidizér, obsahujúci viac ako 30 % kyslíka. Jedná sa teda o akékoľvek oxidizéry okrem vzduchu. Palivo znamená normálne plynné palivá zahrňujúce bez obmedzenia metán, zemný plyn, propán a podobne, ako i kvapalné palivá, ako palivové oleje, vykurovacie oleje, surové oleje, kaše a pod.As mentioned above, prior art oxygen-fuel burners have been used to heat industrial furnaces in an attempt to overcome the problems of conventional air-fuel burners. When used in the present description, the term oxygen or oxygen is a gaseous oxidizer containing more than 30% oxygen. They are therefore any oxidizers except air. Fuel means normal gaseous fuels including, without limitation, methane, natural gas, propane and the like, as well as liquid fuels such as fuel oils, fuel oils, crude oils, slurries and the like.

Ako je zrejmé z obr. la, lb a lc, horáky podía známeho stavu techniky obsahovali kyslíkovo-palivový horák 10, 12 alebo 14 a rozbiehavý veíkopriemerový valcový horákový blok 18 alebo malopriemerový valcový horákový blok 20.. Pri prístroji podía obr. la, lb a lc je tvar plameňa 22, 24 a 26 všeobecne rovnaký.As shown in FIG. 1a, 1b and 1c, the prior art burners comprise an oxy-fuel burner 10, 12 or 14 and a diverging large-diameter cylindrical burner block 18 or a small-diameter cylindrical burner block 20. In the apparatus of FIG. 1a, 1b and 1c, the shape of the flame 22, 24 and 26 is generally the same.

V prípade rozbiehavej trysky alebo horákového bloku 16. a veíkopriemerového horákového bloku 18 tvar trysky pôsobí sanie ovzdušia obsiahnutého vo vnútri pece do plameňa, ako je znázornené šípkami 28 a .30. To je tiež vysvetlené v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4 690 635. Otvor väčšieho priemeru v horákových blokoch 16, 18 v spojení s vysokými rýchlosťami lúčov paliva a/alebo kyslíka použitých na udržanie vysokej teploty plameňa v odlahlosti od kovových alebo žiaruvzdorných materiálov horákov pôsobí podstatnú recirkuláciu a vťahovanie pecových plynov a čiastočiek do horákových blokov, čo pôsobí nánosy a koróziu, ako je uvedené v patentovom spis Spojených štátov amerických č. 4 378 205 a č. 4 541 796. Nános v horákových blokoch môže meniť smer, tvar a stabilitu plameňa a môže mať za následok miestne zvýšenie teplôt plameňa a rýchlu deštrukciu horáka. Ďalej môže nános alebo zúženie výstupnej plochy trysky spôsobiť nežiaduce stúpnutie tlaku vstupného plynu.In the case of a diverging nozzle or burner block 16 and a large diameter burner block 18, the shape of the nozzle causes the air contained within the furnace to be sucked into the flame, as shown by arrows 28 and 30. This is also explained in U.S. Patent 4,690,635. A larger diameter orifice in the burner blocks 16, 18 in conjunction with the high velocities of the fuel and / or oxygen beams used to maintain the high flame temperature away from the metal or refractory burner materials acts. substantially recirculating and drawing furnace gases and particles into the burner blocks, causing deposition and corrosion, as disclosed in U.S. Pat. No. 4,378,205 and no. The deposition in the burner blocks may change the direction, shape and stability of the flame and may result in a local increase in flame temperatures and rapid burner destruction. Furthermore, deposition or constriction of the nozzle outlet surface may cause an undesirable increase in the inlet gas pressure.

V pásmovo riadených peciach môže táto nerovnováha tlaku spôsobiť nerovnaké rozloženie tepla k záťaži ako i ťažkosti riadenia. Na zaistenie chodu pri vystavení vysokým teplotám kyslíkovopalivového plameňa sa niektoré horákové bloky vyrábajú z velmi drahých vysokoteplotných keramických materiálov, ako je stabilizovaný oxid zirkoničitý (ZrO₂). Takéto materiály nie sú zvyčajne odolné voči korózii a majú malú trvanlivosť v sklárskych peciach, ako uvádzajú Shamp a Davis v pojednaní zmienenom vyššie. Alternatívou žiaruvzdorného bloku je kovový, vodou chladený blok popísaný v patentovom spise Spojených štátov amerických číslo 4 797 087. Jednako však v chemicky agresívnom prostredí pece môžu byť očakávané prevádzkové problémy s týmto typom horáka podobné ako s vodou alebo vzduchom chladenými tryskami.In zone-controlled furnaces, this pressure imbalance can cause unequal heat distribution to the load as well as control difficulties. To ensure operation when exposed to high oxy-fuel flame temperatures, some burner blocks are made from very expensive high temperature ceramic materials such as stabilized zirconia (ZrO ₂ ). Such materials are not usually corrosion resistant and have low durability in glass furnaces, as reported by Shamp and Davis in the discussion mentioned above. An alternative to the refractory block is the metal, water-cooled block described in U.S. Pat. No. 4,797,087. However, in a chemically aggressive furnace environment, operating problems with this type of burner can be expected to be similar to water or air-cooled nozzles.

Ďalej je pre horáky na kyslík a zemný plyn typická nízka svietivosti plameňa vplyvom vysokej rýchlosti horenia a rýchleho zmiešavania takých systémov spaľovania. To znižuje účinnosť ohrevu, pretože žiarenie je najmocnejší mechanizmus prenosu tepla v peci s vysokou teplotou ako je sklárska taviaca pec.Further, oxygen and natural gas burners are characterized by low flame luminosity due to the high combustion rate and rapid mixing of such combustion systems. This reduces heating efficiency because radiation is the most powerful heat transfer mechanism in a high temperature furnace than a glass melting furnace.

Použitie horákového bloku malého priemeru znázorneného na obr. lc zmenší problém unášania na minimum, avšak neodstráni niektoré iné problémy vlastné horákovým blokom podľa doterajšieho stavu techniky.The use of the small diameter burner block shown in FIG. 1c minimizes the drift problem to a minimum, but does not eliminate some of the other prior art burner block problems.

Ako je znázornené na obr. 2a, keď je použitý kyslíkovo-palivový horák 32 podľa doterajšieho stavu techniky s rozbiehavou tryskou alebo horákovým blokom 34 a je vysoká hybnosť v spaľovacom procese, vyvíja sa nesvietivý plameň 36. Nesvietivý plameň 36 je menej účinný na ohrev pece a materiálov v nej uložených s ohľadom na zlé charakteristiky prenosu tepla, ako bolo uvedené vyššie. Keď horák 32 vyvíja kyslíkovo-palivový plameň nízkej hybnosti, plameň 36 sa stane svietivým, avšak súčasne má snahu vychýliť sa k stropu vyhrievanej pece alebo nádoby, ako je zrejmé z obr. 2b. Ak sa pripustí vychýlenie plameňa, a teda vznik miestneho ohrevu, značne sa zníži životnosť žiaruvzdorného stropu sklárskej taviacej pece.As shown in FIG. 2a, when a prior art oxy-fuel burner 32 with a diverting nozzle or burner block 34 is used and there is a high momentum in the combustion process, a non-shining flame 36 develops. The non-shining flame 36 is less efficient to heat the furnace and the materials contained therein. due to poor heat transfer characteristics as mentioned above. When the burner 32 develops an oxygen-fuel flame of low momentum, the flame 36 becomes luminous, but at the same time tends to tilt to the ceiling of the heated furnace or vessel as shown in FIG. 2b. If the flame deflection is allowed and local heating is generated, the service life of the refractory ceiling of the glass melting furnace is considerably reduced.

Ako je zrejmé z obr. 3, prihlasovatelia zistili, že ked sa vytvorí kyslíkovo-palivový horák 40 typu so stredným otvorom znázorneným šípkou 42 na zavedenie paliva ako je zemný plyn pred čelom 44 horáka 40 a sústredný otvor alebo množina sústredných otvorov znázornených šípkami 46 pre zavedenie kyslíka alebo iného oxidizéru okolo paliva v čele 44 horáka a zdroj zapaľovania, vytvorí sa plameň 47. Plameň 47 obsahuje jadro 48 kyslíkovo-palivovej zmesi bohatej na palivo obklopené plášťom zmesi 50 chudobnej na palivo alebo bohatej na kyslík. Obmedzený kyslíkovo-palivový plameň takto vytvorený v predspaľovači alebo v tryske 52 dosiahne účinku svietivého plameňa nízkej teploty so zníženým vyvíjaním Ν0_χ a vylučuje zavliekanie škodlivých nečistôt do trysky, horákového bloku alebo predspaľovača 52.As shown in FIG. 3, the Applicants have found that when an oxy-fuel burner 40 with a central orifice shown by arrow 42 is introduced to introduce fuel such as natural gas in front of burner face 44 and a concentric orifice or plurality of concentric orifices shown by arrows 46 for introducing oxygen or other oxidizer around The flame 47 comprises a core 48 of a fuel-rich oxy-fuel mixture surrounded by a housing of the fuel-poor or oxygen-rich mixture 50. The limited oxygen-fuel flame thus formed in the precombustor or nozzle 52 achieves the effect of a low temperature luminous flame with reduced vyvíj0 _χ evolution and avoids the introduction of harmful impurities into the nozzle, burner block or precombustor 52.

Prihlasovatelia zistili, že geometria predspaíovača 52 je funkciou rýchlosti horenia. Napríklad kečť horák 40 je schopný horenia pri tepelnom výkone od 73,2 kw do 11 712 kw, rozmery predspaíovača 52 majú byť také, že vzdialenosť alebo dĺžka od cela 44 horáka k vypúšťaciemu koncu 54 predspaíovača 52 je od 15,24 cm do 121,92 cm, priemer vnútorného valcového otvoru alebo priechodu predspaíovača 52 má byť od 5,08 cm do 20,32 cm a pomer dĺžky k priemeru (L/d) má byt od 2 do 6. Podía vynálezu sú prednostné usporiadania predspaíovača znázornené v tabuíke 1.Applicants have found that the geometry of the precombustor 52 is a function of the combustion rate. For example, when the burner 40 is capable of burning at a heat output of from 73.2 kw to 11,712 kw, the dimensions of the pre-burner 52 should be such that the distance or length from the burner cell 44 to the discharge end 54 of the pre-burner 52 is from 15.24 cm to 121. 92 cm, the diameter of the inner cylindrical bore or passage of the precombustor 52 should be from 5.08 cm to 20.32 cm and the length to diameter (L / d) ratio should be from 2 to 6. According to the invention, preferred configurations of the precombustor are shown in Table 1. .

Tabuíka 1Table 1

Tepelný horenia thermal burning výkon (kW) power (KW) Zníže- nie diminution not Dĺžka (cm) length (Cm) Priemer (cm) average (Cm) Pomer L/d ratio L / d 73.2 - 73.2 - 439.2 439.2 6 6 30.48- 45.72 30.48- 45.72 7.62- 8.89 7.62- 8.89 3.4-5.1 3.4-5.1 292.8 - 292.8 - 878.4 878.4 3 3 30.48- 45.72 30.48- 45.72 8.89-10.16 8.89-10.16 3.0-4.5 3.0-4.5 585.6 - 585.6 - 1756.8 1756.8 3 3 30.48- 45.72 30.48- 45.72 10.16-11.43 10:16 to 11:43 2.8-4.0 2.8-4.0 1171.2 - 1171.2 - 5856.0 5856.0 5 5 40.64-121.92 40.64-121.92 10.16-20.32 10:16 to 20:32 2.0-6.0 2.0-6.0

Čísla v tabuíke 1 sú empirické hodnoty odvodené z merania svietivosti plameňa, priebehu teploty predspaíovača a tlaku v predspaľovači, zaznamenané v priebehu pokusného horenia. Tieto rozmery sa líšia od tradičných hodnôt pri návrhu horákov a horákových blokov, pretože tento tesný predspaíovač je chladený a stienený prúdiacimi a reagujúcimi plynmi. Výraz tesný tu znamená malú vôíu medzi vonkajším priemerom plameňa 47 a vnútorným priemerom predspaíovača 52.. V doterajšom stave techniky boli horákové bloky široké, aby boli horúceho kyslíkovo-palivového plameňa, čo malo vťahovanie pecových plynov.The numbers in Table 1 are empirical values derived from the measurement of flame luminance, the course of the precombustor temperature and the precombustor pressure recorded during the experimental combustion. These dimensions differ from the traditional values in the design of burners and burner blocks because this tight pre-burner is cooled and shielded by the flowing and reacting gases. The term tight here means a small clearance between the outer diameter of the flame 47 and the inner diameter of the precombustor 52. In the prior art, the burner blocks were wide to be a hot oxy-fuel flame, which had the drawing of furnace gases.

vzdialené od za následokremote from the result

Zistilo sa tiež, že predspaíovač môže mať zbiehavý alebo rozbiehavý tvar k vnútornému povrchu 56, pričom uhol zbiehania alebo rozbiehania nie je väčší ako ±15°, pričom uhol sa meria vzhíadom k pozdĺžnej osi predspaíovača 52,. Uhol a je znázornený na obr. 3 .It has also been found that the precombustor may have a converging or diverging shape to the inner surface 56, wherein the angle of inclination or divergence is not greater than ± 15 °, the angle being measured relative to the longitudinal axis of the precombustor 52 ,. The angle α is shown in FIG. 3.

Na obr. 4 je závislosť, vzdialenosti od priečnej strednej časti 58 predspalovača 52 k rovnako umiestneným miestam 62, 62 na vnútornej stene 56 predspalovača 52 na koncentrácii zmesi kyslíka a paliva v predspalovači 52.In FIG. 4 is a dependence of the distance from the transverse center portion 58 of the precombustor 52 to the equally spaced locations 62, 62 on the inner wall 56 of the precombustor 52 to the concentration of the oxygen-fuel mixture in the precombustor 52.

Ako je zrejmé z obr. 4, pri strednej čiare horáka je sklon k vyššej koncentrácii paliva ako kyslíka. Opačný sklon je pri stene predspalovača 52, ukazuje sa teda, že použitie sústredného kyslíkovo-palivového horáka vytvára fázu bohatú na palivo alebo pásmo vo vnútri pásma alebo fázy bohatej na kyslík alebo chudobnej na palivo, takže sa vytvorí dvojfázový turbulentný difúzny plameň.As shown in FIG. 4, there is a tendency for a higher fuel concentration than oxygen at the burner midline. The opposite slope is at the wall of the precombustor 52, so it appears that the use of a concentric oxygen-fuel burner creates a fuel rich phase or a zone within the oxygen rich or fuel-poor zone or phase so that a two-phase turbulent diffusion flame is formed.

Vynález umožňuje tvorbu a stabilizáciu dvojfázového turbulentného difúzneho plameňa a jeho zavedenie do pece bez vsávania pecových plynov do predspalovača 52.. Plameň 47 je v predspalovači 52 stabilizovaný a zasahuje do pece (nie je znázornené) vyčnievajúcim koncom 54 predspalovača 52. Stredné jadro 48 (fáza bohatá na palivo) plameňa 47 je svietivá a pri vysokej teplote a neprichádza do styku so stenami 56 predspalovača 52.. Chladnejší prsteňovitý plášť 50 alebo fáza bohatá na kyslík (chudobná na palivo) obklopuje svietivé stredné jadro 48 plameňa 47, chladí a chráni steny 56 predspalovača 52 pred vysokými teplotami plameňa a zamedzuje vsávaniu pecových plynov do predspalovača 52. Produkty spalovania z tohto dvojfázového plameňa obsahujú sadze, častice, ktoré boli vytvorené krakovaním paliva a nukleačným procesom plynnej fázy vo vnútri predspalovača 52. Oxidácia sadzí so zvyšným palivom vo vnútri pece dáva velmi svietivý plameň vhodný na žiarivý prenos tepla do zahrievaného výrobku. Bolo zistené, že kvôli správnej činnosti predspalovača 52 rýchlosti v tryskách, napríklad rýchlosť, v čele 44 horáka 40 zemného plynu (V^g) a kyslíka (V_QX) nemajú byť vyššie ako 182,88 m.s^-1 a pomer Vng/VQX má byť od 0,3 do 6,0. Jednako však kvôli vysokej svietivosti plameňa (výhodná prevádzka) pri použití zariadení podľa vynálezu majú byť použité nižšie rýchlosti pri pomere ^vng^vox od 1,0 do 1,5. V závislosti na použití ohrevu má byť predspalovač ďalej rozdelený na typ s vysokou hybnosťou a s nízkou hybnosťou, zodpovedajúci vysokým a nízkym špecifickým rozsahom rýchlostí. Napríklad v čiastočne konverznej peci s kyslíkovo-palivovými i vzduchovo-palivovými horákmi sa žiada prevádzka s vysokou hybnosťou kvôli minimalizácii účinku vzduchovo-palivových horákov a velkého množstva plynov unikajúcich do sopúcha na stabilitu tvaru kyslíkovo-palivového plameňa. Na druhej strane v plne konverznej kyslíkovo-palivovej peci je výhodná nízka hybnosť, pretože tento režim dáva nižšie teploty plameňa a vyššiu svietivosť, plameňa.The invention allows for the formation and stabilization of a two-phase turbulent diffusion flame and its introduction into the furnace without the inlet of the furnace gases into the precombustor 52. The flame 47 is stabilized in the precombustor 52 and extends into the furnace (not shown) projecting end 54 of the precombustor 52. the flame 47 is luminous and at high temperature and does not come into contact with the walls 56 of the precombustor 52. A cooler annular shell 50 or an oxygen-rich (fuel-poor) phase surrounds the luminous center core 48 of the flame 47, cools and protects the walls 56 The combustion products of the two-phase flame contain soot, particles that have been formed by fuel cracking and the gas phase nucleation process within the precombustor 52. Oxidation of the soot with the remaining fuel in the furnace is within the combustion chamber. very lit. a flame suitable for radiant heat transfer to the heated product. It has been found that for proper operation of the pre-combustor 52, the velocity in the nozzles, for example the velocity, at the head 44 of the natural gas burner 40 (V µg) and oxygen (V _QX ) should not exceed 182.88 ms ^-1 and Vng / VQX ratio be from 0.3 to 6.0. However, because of the high flame luminosity (preferred operation) using the devices of the invention, lower rates should be used at a ratio ⁱⁿ ng ⁱⁿ ox of 1.0 to 1.5. Depending on the use of the heating, the precombustor is to be subdivided into a type of high momentum and low momentum, corresponding to high and low specific speed ranges. For example, in a partial conversion furnace with both oxy-fuel and air-fuel burners, high momentum operation is required to minimize the effect of air-fuel burners and large amounts of gas leaking into the furnace on the oxygen-fuel flame shape stability. On the other hand, in a fully converting oxy-fuel furnace, low momentum is preferred because this regime gives lower flame temperatures and higher flame luminosity.

Predspalovač sa môže použiť, ked horák horí mimo stechiometrický pomer, napríklad v stupňovom spalovacom procese. Ked sa menej ako 50 % požadovaného kyslíka vháňa horákom do predspalovača (napríklad ked pomer kyslíka k zemnému plynu je menší ako 1/1), kyslík a palivo môžu byť privádzané v obrátenej konfigurácii a prúd paliva použitý na chladenie predspalovača. Ked sú uvedené rozsahy návrh a činnosti použité tak, ako je vyššie uvedené, predspalovač 52 podlá vynálezu pracuje pri nižších teplotách ako sú typické teploty v peci s vysokými teplotami. To je prekvapujúci výsledok, dávajúci značnú volnosť horáku alebo operátorovi pece, pretože nie sú požadované žiadne zvláštne materiály okrem materiálov znášanlivých a materiálov normálne používanými v konštrukcii danej pece.The precombustor can be used when the burner burns outside the stoichiometric ratio, for example in a staged combustion process. When less than 50% of the required oxygen is injected by the burner into the precombustor (for example, when the ratio of oxygen to natural gas is less than 1/1), the oxygen and fuel may be fed in an inverted configuration and the fuel stream used to cool the precombustor. When the above design and operation ranges are used as described above, the precombustor 52 of the invention operates at lower temperatures than typical temperatures in a high temperature furnace. This is a surprising result, giving considerable freedom to the burner or furnace operator, since no particular materials other than compatible materials and materials normally used in the design of the furnace are required.

Ked v skutočnosti pracovné parametre alebo parametre návrhu nie sú splnené, napríklad je použitý predspalovač tam, kde pomer L/d je menší ako 2, priemer predspalovača vyjde príliš velký, čo nedovoluje vytvorenie dvojfázového plameňa vo vnútri predspalovača. Naviac sú potrebné vysoké rýchlosti v tryskách na zamedzenie zakrivenia plameňa a prehriatie žiaruvzdorného stropu pece, ako je zrejmé z obr. 2b. Je teda žiadaný vysoko turbulentný prúd spôsobujúci intenzívne zmiešavanie kyslíka s palivom, vysoké teploty plameňa a vsávanie pecových plynov do spalovača. To by bol prípad, ked by bol použitý predspalovač ako zvyčajný horákový blok malého priemeru, ako je zrejmé z obr. lc.If in fact the working or design parameters are not met, for example, a precombustor is used where the L / d ratio is less than 2, the diameter of the precombustor will come out too large, which does not allow the formation of a two-phase flame within the precombustor. In addition, high nozzle speeds are required to prevent the flame from curving and overheating the refractory ceiling of the furnace, as shown in FIG. 2b. Thus, a highly turbulent stream causing intensive mixing of oxygen with fuel, high flame temperatures, and inlet of the furnace gases into the burner is desired. This would be the case if a precombustor was used as a conventional burner block of small diameter, as shown in FIG. c.

Na druhej strane, ked pomer L/d je väčší ako 6, je priemer predspalovača príliš malý alebo dĺžka je príliš veľká, čo vedie na neprípustné vysokú teplotu plameňa v predspalovači. To tiež môže vyvinúť príliš veíký teplotný gradient medzi koncami predspaíovača a podporovať prenos trhlín v materiáli konštrukcie predspaíovača 52.On the other hand, when the L / d ratio is greater than 6, the diameter of the precombustor is too small or the length is too large, resulting in an impermissibly high flame temperature in the precombustor. This may also develop an excessively large temperature gradient between the ends of the precombustor and promote the transfer of cracks in the material of the precombustor structure 52.

Zariadenie podía vynálezu bolo skúšané, ked predspalovač 52 mal priechod s pomerom L/d = 3,2. Teplota pece, do ktorej bol predspalovač inštalovaný, bola udržiavaná na 1 315,6 °C počas 24 hodín. V priebehu skúšky boli merané teploty niektorých súčastí horáka (trysky, upevňovacie dosky, predspalovače). Naviac bol meraný tlak v zadnej časti horákového bloku. Zaznamenané teploty za ustálených podmienok pri tepelnom výkone 452,64 kW boli: stredná teplota pece 1 321,1 °C, stredná teplota predspaíovača na konci trysky 44 bola 860,0 °C a na vypúšťacom konci 54 alebo konci pece 1 076,7 °C. Statický tlak meraný na zadnej strane predspaíovača bol nad tlakom ovzdušia pri tepelnom výkone nad 282,9 kW. To znamená,, že nebolo žiadne vsávanie pecových plynov do predspalovača, lebo pec bola prevádzkovaná pri miernom podtlaku. Svietivosť plameňa bola vysoká až do tepelného výkonuThe device according to the invention was tested when the precombustor 52 had a passage with a ratio L / d = 3.2. The temperature of the furnace in which the precombustor was installed was maintained at 1315.6 ° C for 24 hours. During the test, the temperatures of some components of the burner (nozzles, mounting plates, precombusters) were measured. In addition, the back pressure of the burner block was measured. The temperatures recorded under steady-state conditions at a thermal power of 452.64 kW were: mean oven temperature 1321.1 ° C, mean pre-burner temperature at nozzle end 44 was 860.0 ° C, and at discharge end 54 or end of furnace 1 076.7 ° C. The static pressure measured at the rear of the precombustor was above atmospheric pressure at a thermal power above 282.9 kW. That is, there was no suction of the furnace gases into the precombustor because the furnace was operated at a slight vacuum. The luminous intensity of the flame was high up to the heat output

848.7 kW. Nad touto hodnotou mierne poklesla.848.7 kW. Above this, it fell slightly.

Ďalej bol predspalovač s L/d = 4 vyrobený z rovnakého materiálu ako steny pece a bol skúšaný v sklárskej taviacej peci na sklenené vlákna na kyslík a zemný plyn. Predspalovač bol inštalovaný blízko dávkovacej strany do steny pece s teplotouFurther, the L / d = 4 precombustor was made of the same material as the furnace walls and was tested in a glass-melting furnace for oxygen and natural gas. The precombustor was installed near the feed side into the furnace wall at a temperature

1206.7 °C pred spustením skúšky. V priebehu celej skúšky so zariadením podlá vynálezu bola teplota čela predspalovača a okolitej žiaruvzdornej steny pece znížená o 27,8 °C niekolko hodín po zapálení pece. Takto sa ukázala účinnosť chladenia kyslíkom a ochrana žiaruvzdorných častí pece. Svietivosť plameňa bola vysoká až do tepelného výkonu 424,35 kW. Po piatich týždňoch plynulej prevádzky pri tepelných výkonoch medzi 282,9 kW a 707,25 kW bol predspalovač preskúšaný a bolo zistené, že jej čistý, bez známok korózie alebo nánosu na čele alebo na stenách vnútornej komory. Tryská horáka použitá pre vháňanie zemného plynu a kyslíka tiež nejavila žiadne známky nánosu či korózie.1206.7 ° C before starting the test. Throughout the test with the apparatus of the invention, the temperature of the precombustor face and the surrounding refractory wall of the furnace was reduced by 27.8 ° C several hours after the furnace was ignited. This has shown the effectiveness of oxygen cooling and the protection of the refractory parts of the furnace. The luminous intensity of the flame was high up to a heat output of 424.35 kW. After five weeks of continuous operation at heat outputs between 282.9 kW and 707.25 kW, the precombustor was tested and found to be clean, with no signs of corrosion or deposition on the forehead or walls of the inner chamber. The burner nozzle used to inject natural gas and oxygen also showed no signs of deposition or corrosion.

Claims

A high temperature chamber heating system, characterized in that it comprises in combination a precombustor adapted to attach or fit into the chamber wall and having at least two generally parallel faces, one of which is exposed to the interior of the chamber, the precombustor comprising a generally cylindrical passage extending therethrough a pre-combustor between generally parallel faces, the passage is adapted to accommodate an oxygen and fuel burner having a longitudinal axis, the burner axis coincident with the passage axis, and a generally cylindrical, delayed oxygen and fuel burner having a forward end comprising a central fluid port surrounded by an outer port for a fluid or a plurality of apertures, such that the fluid exiting the outer fluid aperture surrounds the fluid exiting the central aperture extending from the front of the burner located within the passage in the pre-burner so that the passage extends to a distance from the front end of the burner, and this distance is set at a ratio of 2 to 6, determined by the ratio of the distance (length) between the front end of the burner and the end of the passage in the block and the diameter of the front end of the burner where the burner is selected to have a burning rate 73.2 kW to 11,712 kW.

2. The system of claim 1, wherein the burner has a heat output range of 73.2 kW to 424.35 kW and a length to diameter ratio of between 3.4 and 5.1 and a passage length of 30.48 cm. to

45.72 cm.

3. The system of clause 1, characterized by a heat output range of 282.9 kW to 848.7 to a diameter of 3.0 to 4.5 and a passage length

45.72 cm.

in that the burner has a kW and the length ratio is from 30.48 cm to 'r. ·

4. The system of claim 1, wherein the burner has a heat output range of 565.8 kW to 1697.4 kW and a length to diameter ratio of 2.8 to 4.0 and a passage length of 30.48. cm do

45.72 cm.

5. The system of claim 1, wherein the burner has a heat output range of 1 131.6 kW to 5 658 kW and a length to diameter ratio of 2 to 6 and a passage length of from 40.64 cm to 121.92 cm. .

6. The system of claim 1, wherein the passage in the precombustor is generally cylindrical with a maximum convergent or divergent shape at a face exposed to the chamber at an angle of 15 [deg.] Measured relative to the longitudinal axis of the passage.

7. The system of claim 1 wherein the central burner aperture defines the passage of fuel and the surrounding fluid aperture defines the passage of the oxidizer.

8. The system of claim 1 wherein the central burner aperture defines a central oxidizer passage and the surrounding fluid passage defines a fuel passage.

9. A method of generating a flame from oxygen and a low ΝΟ _χ fuel for heating a high temperature chamber, the method comprising producing an oxygen and fuel flame of the type in which the core of the fuel-rich phase is surrounded by a fuel-lean phase, flame is developed and guided into a cylindrical shape for the distance from the point where the flame is developed to the point where it can be introduced into the heater, the distance (length) being determined from the length to diameter ratio of the flame at its point of origin between 2 and 6 when the heat output is from 73.2 kW to 11,712 kW.

10. The method of item 9, wherein the power is from 73.2 kW to 424.35 kW and the length ratio

3.4 to 5.1, the length is from 30.48 cm to 45.72 cm, 7.62 cm to 8.89 cm.

by heat to diameter is from and diameter is from

11. The method of item 9, wherein the power is from 282.9 kW to 848.7 kW, the length ratio is 3.0 to 4.5, the length is from 30.48 cm to 45.72 cm, 8.89 cm to 10 cm. , 16 cm.

by heat to diameter is from and diameter is from

12. The method of item 9, the power is from 565.8 kW to 1697.4 2.8 to 4.0, the length is from 30.48 to 10.16 cm to 11.43 cm.

characterized in that the thermal kW, the length to diameter ratio is from cm to 45.72 cm and the diameter is from

13. The method of item 9, the power being from 1 131.6 kW to 5 658 2 to 6, the length being from 40.64 cm to cm to 20.32 cm.

characterized in that the thermal kW, the length to diameter ratio is from 121.92 cm and the diameter is from 10.16

14. The method of claim 9, wherein the flame shape has a maximum convergence or divergence at the point where the flame enters the heater, the angle being measured relative to the longitudinal axis of the chamber.

15. A method of generating a flame from oxygen and a low ΝΟ _χ fuel in staged combustion to heat a high temperature chamber, the process of developing and directing a cylindrical flame at a distance from the point where the flame is being developed to a point, where it can be introduced into the heater, the distance (length) is determined from the ratio of the path length to the flame diameter at its point of origin between 2 and 6 when the heat output of the flame is between 73.2 kW and 11.712 kW.