JP2010522864A - Hollow jet injector for liquid fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも一つの噴射器（injector)により燃料を供給する燃焼法および装置に関する。 The present invention relates to a combustion method and apparatus for supplying fuel by at least one injector.
更に詳細に、本発明は、ガラス炉内のガラスを溶融するための用途に関し、特に、浮動（float)タイプのフラットガラスを製造するための炉、または深みのあると容器を製造するための炉、例えば、限定的でないが蓄熱室（エネルギ回復装置）を使用しそれらと同様に転換により作動する炉について説明する。 More particularly, the present invention relates to an application for melting glass in a glass furnace, in particular a furnace for producing float-type flat glass, or a furnace for producing containers when deep. For example, but not limited to, a furnace that uses a heat storage chamber (energy recovery device) and operates by conversion as well as those will be described.
殆どの燃焼法、特にガラス炉に使用される燃焼法は、燃焼排ガス中の望ましくない窒素酸化物排出の問題に対面する。 Most combustion methods, particularly those used in glass furnaces, face the problem of undesirable nitrogen oxide emissions in the flue gas.
二酸化窒素ガスは人間かつ環境に有害である。実際に、一方で、二酸化窒素は、刺激性ガスであり、かつ呼吸器疾患の原因である。他方で、大気との接触により、窒素酸化物は徐々に酸性雨を形成する。最後に、それらは光化学汚染を発生する。これは、窒素酸化物が揮発性有機化合物および太陽熱放射と一緒になって、その濃度が低高度で上昇するときに、特に非常に温かい時期に、人間にとって、有害となる対流圏オゾンと呼ばれるオゾン発生の原因になることによる。 Nitrogen dioxide gas is harmful to humans and the environment. Indeed, on the other hand, nitrogen dioxide is an irritating gas and is responsible for respiratory diseases. On the other hand, nitrogen oxides gradually form acid rain upon contact with the atmosphere. Finally, they generate photochemical contamination. Ozone generation called tropospheric ozone, which is harmful to humans, especially when the concentration of nitrogen oxides, along with volatile organic compounds and solar radiation, rises at low altitudes, especially during very warm periods By causing it.
このことは、窒素酸化物に対する実施中の基準が徐々に厳しくなる理由である。かかる基準の非常な存在により、ガラス炉等の炉製造業者および作業員は、常時、窒素酸化物排出を最少に、好ましくは、燃焼排ガスのＳｍ３当たり、８００、更には、６００ｍｇ未満のレベルにするようにしている。 This is the reason why the ongoing standards for nitrogen oxides are becoming increasingly strict. Due to the great presence of such standards, furnace manufacturers and workers, such as glass furnaces, always have nitrogen oxide emissions to a minimum, preferably to a level of 800 or even less than 600 mg per Sm 3 of flue gas. Like to do.
窒素酸化物の形成に影響を与えるパラメタは、既に分析されている。パラメタとして温度は、１３００°Ｃを超えると過剰空気により窒素酸化物排出が急激に増加するので、必須であり、窒素酸化物濃度は酸素濃度または窒素濃度の√４で変化する。 Parameters affecting the formation of nitrogen oxides have already been analyzed. As a parameter, if the temperature exceeds 1300 ° C., nitrogen oxide emissions increase rapidly due to excess air, which is indispensable, and the nitrogen oxide concentration changes with √4 of the oxygen concentration or nitrogen concentration.
多くの技術が窒素酸化物排出を減少させるために提案されている。 Many techniques have been proposed to reduce nitrogen oxide emissions.
第一の方法は、窒素酸化物を窒素に変換するために排出ガスに還元剤を使用する。還元剤はアンモニアであってよいが、これはその保存および取り扱いの困難性等の欠点を生じる。更に、還元剤として天然ガスを利用することも可能であるが、これは炉の炭酸ガス排出により炉の消費に有害でありかつ炭酸ガス排出量を増加させる。蓄熱室等の炉の一定部分での還元剤の存在は、かかる領域の耐火物の加速腐食の原因になる。 The first method uses a reducing agent in the exhaust gas to convert nitrogen oxides to nitrogen. The reducing agent may be ammonia, but this creates disadvantages such as its storage and handling difficulties. Furthermore, it is possible to use natural gas as a reducing agent, but this is harmful to the consumption of the furnace due to the carbon dioxide emission of the furnace and increases the carbon dioxide emission. The presence of reducing agent in certain parts of the furnace, such as a heat storage chamber, causes accelerated corrosion of the refractory in such areas.
従って、絶対に必要ではないが、一次的と呼ばれる方法を採用することによりこの技術を放棄することが好ましい。一次的と呼ばれる方法は、上述したように形成された窒素酸化物を破壊する代わりに、窒素酸化物の、例えば、火炎内での形成を阻止することを試みる。一次的方法は、また、簡単であり、結果としてより一層経済的である。しかし、かかる方法は、上述の技術に完全に取って代わることはできないが、それを有利に補足する。いずれにしても、一次的方法は二次的方法の反応物消費を減少させるために必須前提条件である。 Therefore, although not absolutely necessary, it is preferable to abandon this technique by adopting a method called primary. A method called primary attempts to prevent the formation of nitrogen oxides, for example, in a flame, instead of destroying the nitrogen oxides formed as described above. The primary method is also simple and consequently more economical. However, such a method does not completely replace the technique described above, but advantageously supplements it. In any case, the primary method is an essential prerequisite for reducing the reactant consumption of the secondary method.
現存する方法は、幾つかのカテゴリに、非限定的に、分類される。 Existing methods are categorized into, but not limited to, several categories.
第一カテゴリは、無空気ゾーンが炉の燃焼室で創出される、所謂『ガス再燃焼』法を使用して窒素酸化物の形成を減少させる。この方法は、複数の蓄熱室のスタック(stacks)内の温度を上昇させる欠点を有し、かつ蓄熱室そしてそのスタックの特別設計を必要とし、特に密閉性と耐腐食性を条件とする。 The first category reduces the formation of nitrogen oxides using a so-called “gas reburning” process in which an airless zone is created in the combustion chamber of the furnace. This method has the disadvantage of raising the temperature in the stacks of the multiple heat storage chambers and requires special design of the heat storage chambers and their stacks, especially subject to sealing and corrosion resistance.
第二カテゴリは、窒素酸化物の形成を減少または防止するために火炎を調節する。この目的から、過剰燃焼空気を減少することが可能である。更に、温度ピークを制限し、他方で火炎の長さを維持し、かつ火炎前面の体積を増加して火炎の平均温度を低下する。かかる解決は、例えばＵＳ６０４７５６５およびＷＯ９８０２３８６に記載されている。ガラス溶融燃焼法が記載され、燃料および酸化剤が、その両方が接触して長時間にわたって拡散し、かつ／または窒素酸化物の排出を低減するために接触量を増大するように、供給される。 The second category adjusts the flame to reduce or prevent the formation of nitrogen oxides. For this purpose, it is possible to reduce excess combustion air. In addition, it limits the temperature peak, while maintaining the flame length and increasing the flame front volume to lower the flame average temperature. Such a solution is described for example in US Pat. No. 6,047,565 and WO 9802386. A glass melt combustion process is described and fuel and oxidant are supplied so that both are in contact and diffuse over time and / or increase contact to reduce nitrogen oxide emissions. .
一般的に、噴射器(injector)は燃料の推進に専用され、燃料は酸化剤により燃焼する機能を有する。従って、噴射器はバーナーの一部を形成し、バーナーの用語は、概ね、燃料および酸化剤を取り込む装置を指す。 Generally, an injector is dedicated to propelling fuel, and the fuel has a function of burning with an oxidant. Thus, the injector forms part of the burner, and the term burner generally refers to a device that takes in fuel and oxidant.
窒素酸化物減少目的で、ＥＰ９２１３４９（またはＵＳ６２４４５２４）は、少なくとも一つの噴射器を具備したバーナーを提案し、このバーナーは、燃料油タイプの液体燃料用吸入ダクト、液体燃料吸入ダクトを中心に同軸に設けられた噴射流体吸入ダクトを含み、液体燃料吸入ダクトは傾斜チャンネルを有する穿孔要素を含み、液体燃料を内側壁に実質的に合致した中空噴流(hollow jet)に形成し、傾斜チャンネルの各々の母線は少なくとも１０°、特に１５°から３０°、好適には２０°の角度を液体燃料吸入方向と形成する。 For the purpose of reducing nitrogen oxides, EP 921349 (or US 6244524) proposes a burner with at least one injector, which is coaxial with a fuel oil type liquid fuel intake duct, a liquid fuel intake duct as a center. A liquid fuel intake duct including a perforated element having an inclined channel to form liquid fuel into a hollow jet substantially conforming to the inner wall; The bus bar forms an angle with the liquid fuel suction direction of at least 10 °, in particular 15 ° to 30 °, preferably 20 °.
本発明の課題は、ＥＰ９２１３４９（またはＵＳ６２４４５２４）に基づいて実施できるものと比較して窒素酸化物を更に減少することにある。実際に、液体燃料吸入方向に対して傾斜チャンネルにより形成される角度の縮小は、発生する火炎を直接的に細長くし、火炎温度を更に均一し、かつ窒素酸化物を減少することが発見されている。 The object of the present invention is to further reduce nitrogen oxides compared to what can be carried out according to EP 921349 (or US 6244524). In fact, it has been discovered that the reduction in the angle formed by the inclined channel relative to the liquid fuel intake direction directly elongates the generated flame, makes the flame temperature more uniform, and reduces nitrogen oxides. Yes.
本発明の他の課題は、特に適当な長さおよび十分に大きい体積を有する火炎を発生し、最大範囲のガラス溶融およびバッチ材料の溶融を促進することにより、あらゆる鉱物ガラス溶融製造形態に適合し、最適熱伝達を可能にする燃焼炉および燃焼法を提案することにある。 Another object of the present invention is to adapt to all mineral glass melt production forms by generating a flame with a particularly suitable length and a sufficiently large volume, promoting the maximum range of glass melting and batch material melting. It is to propose a combustion furnace and a combustion method that enable optimum heat transfer.
本発明による噴射器は、蓄熱室またはユニット溶解装置等を装備した端燃焼炉(end-fired furnaces)または横断燃焼炉（cross-fired furnaces)等のガラス炉のいずれのタイプにも適合する。 The injector according to the present invention is compatible with any type of glass furnace such as end-fired furnaces or cross-fired furnaces equipped with heat storage chambers or unit melting devices or the like.
本発明は、液体燃料スプレー噴射器に関し、液体燃料吸入ダクトおよび噴射流体吸入ダクトを含み、前記液体燃料吸入ダクトが燃料を噴射器から噴射する前に中空回転噴流に形成するために複数の傾斜チャンネルにより穿孔された要素を含み、前記傾斜チャンネルの各々の母線は液体燃料吸入方向と１０°未満の角度を形成している。 The present invention relates to a liquid fuel spray injector, including a liquid fuel intake duct and an injection fluid intake duct, wherein the liquid fuel intake duct forms a plurality of inclined channels for forming a hollow rotating jet before injecting fuel from the injector. And each bus bar of the inclined channel forms an angle of less than 10 ° with the liquid fuel suction direction.
前記噴射器は、特に燃料油タイプの液体燃料用吸入ダクト、および液体燃料吸入ダクトを中心に概ね同心に配設された噴射流体吸入ダクトを含み、前記液体燃料吸入ダクトは、燃料を噴射器から噴射する前に、中空回転噴流に形成するために複数の傾斜チャンネルにより穿孔された要素を含み、前記傾斜チャンネルの各々の母線は液体燃料吸入方向と１０°未満の角度を形成している。 The injector includes a fuel oil type liquid fuel suction duct, and an injection fluid suction duct disposed substantially concentrically around the liquid fuel suction duct, wherein the liquid fuel suction duct removes fuel from the injector. Prior to injection, it includes elements perforated by a plurality of inclined channels to form a hollow rotating jet, with each bus bar forming an angle of less than 10 ° with the liquid fuel inlet direction.
液体燃料および噴射流体は、噴射器の外面上へ噴射される。一般的に、噴射流体は、液体燃料噴射オリフィスを中心に同心のオリフィスを介して発射する。液体燃料吸入ダクトの外面と液体燃料噴射器の外面の平面内にあるのが有利である。 Liquid fuel and injection fluid are injected onto the outer surface of the injector. In general, the injection fluid is fired through a concentric orifice about a liquid fuel injection orifice. Advantageously, it lies in the plane of the outer surface of the liquid fuel intake duct and the outer surface of the liquid fuel injector.
前記液体燃料吸入ダクトは液体燃料を外面を介して噴射するためにノズル内で終端する。この場合に、液体燃料吸入ダクトの外面はノズルの外面を形成する。前記噴射流体吸入ダクトは噴射流体を噴射するオリフィスにより穿孔されたブロック内で終端し、前記ノズルの少なくとも一部は前記ブロックへ挿入され、前記ノズルの外面（終端部）は前記ブロックの外面により形成される平面（この面は噴射流体と接触しない）に整合し、かつ前記オリフィスは前記ブロックの外面へ開口している。従って、前記噴射器の外面は前記ノズルの外面および前記ブロックの外面を加えたものに対応する。前記液体燃料吸入ダクトの外面がノズル内で終端するので、液体燃料吸入ダクトの外面はノズルの外面である。 The liquid fuel intake duct terminates in the nozzle for injecting liquid fuel through the outer surface. In this case, the outer surface of the liquid fuel suction duct forms the outer surface of the nozzle. The ejection fluid suction duct terminates in a block drilled by an orifice that ejects ejection fluid, at least a part of the nozzle is inserted into the block, and the outer surface (termination) of the nozzle is formed by the outer surface of the block And the orifice opens to the outer surface of the block. Accordingly, the outer surface of the injector corresponds to the sum of the outer surface of the nozzle and the outer surface of the block. Since the outer surface of the liquid fuel suction duct terminates in the nozzle, the outer surface of the liquid fuel suction duct is the outer surface of the nozzle.
液体燃料吸入ダクトから脱出する直前に非常に特殊な液体燃料流が形成されることにより、液体燃料の多様な液滴を得るのに適した、ダクトを離れるときの噴射流体、による液体燃料の効果的機械的噴射が可能になり、かつそれにより窒素酸化物発生源となる、過剰に急速に燃焼することを防止する。その結果として、所望火炎温度について、入口、従って火炎根で、燃料を必要とせず、それにより窒素酸化物発生の危険を低減する。 The effect of liquid fuel by the jet fluid when leaving the duct, which is suitable for obtaining various droplets of liquid fuel by forming a very special liquid fuel flow just before exiting from the liquid fuel intake duct Mechanical combustion is possible and thereby prevents excessively rapid combustion, which is a source of nitrogen oxides. As a result, for the desired flame temperature, no fuel is required at the inlet, and thus at the flame root, thereby reducing the risk of nitrogen oxide generation.
液体燃料は、少なくとも１．２ＭＰａの供給駆動圧力で噴射されてよい。 The liquid fuel may be injected with a supply driving pressure of at least 1.2 MPa.
好適には、液体燃料は１００°から１５０°の範囲、更に好適には１２０°から１４０°の範囲の温度で噴射される。 Preferably the liquid fuel is injected at a temperature in the range of 100 ° to 150 °, more preferably in the range of 120 ° to 140 °.
かかる温度範囲は、特にガラス炉筒の今日使用されている設備に使用されるいずれかのタイプの液体燃料を、吸入ダクトから噴射される直前に要求される粘度に、調節する作用をする。この粘度は、少なくとも５ｘ１０−６ｍ２／ｓ、特に１０−５から２ｘ１０−５ｍ２／ｓが有利である。 Such a temperature range serves in particular to adjust any type of liquid fuel used in the currently used installations of glass furnace tubes to the required viscosity just before being injected from the suction duct. This viscosity is advantageously at least 5 × 10 −6 m 2 / s, in particular from 10 −5 to 2 × 10 −5 m 2 / s.
液体燃料噴射の開口円錐の角度は、液体燃料を液体燃料吸入方向と共に、中空噴流に形成する要素内の傾斜チャンネルにより形成される角度に相関することが発見された。結果として、液体燃料は、少なくとも１０°、特に３°から８°の範囲の頂角を有する円錐形で噴射される。約５°の頂角が特に好適である。 It has been discovered that the angle of the opening cone of liquid fuel injection correlates with the angle formed by the inclined channel in the element that forms the liquid fuel into the hollow jet as well as the direction of liquid fuel intake. As a result, the liquid fuel is injected in a cone shape with an apex angle of at least 10 °, in particular in the range of 3 ° to 8 °. An apex angle of about 5 ° is particularly suitable.
液体燃料吸入ダクトの形状および大きさと独立に、かかる数値は、噴射流体噴流と液体燃料滴間の干渉、発明の内容に必要な干渉を得るのに役立つだけでなく、かかる液滴のサイズ分散に役立ち、そのようにして得られる火炎は全長に沿って均一温度を有する。 Independent of the shape and size of the liquid fuel intake duct, such numbers not only help to obtain the interference between the jet fluid jet and the liquid fuel droplets, the interference necessary for the subject matter of the invention, but also to the size distribution of such droplets. Useful, the flame so obtained has a uniform temperature along its entire length.
噴射流体について、７０Ｓｍ３／時間未満、概ね３０から６０Ｓｍ３／時間の流量で非常に有利に発射される。 The jet fluid is very advantageously fired at a flow rate of less than 70 Sm 3 / hour, generally 30 to 60 Sm 3 / hour.
噴射流体流量は、その流体の圧力に相関し、圧力は最大限低下させるべきである。上述のごとき最大流量にすることにより、十分な火炎長が既存のあらゆる形態のガラス炉について得られる。 The jet fluid flow rate correlates with the fluid pressure and the pressure should be reduced to the maximum. By setting the maximum flow rate as described above, a sufficient flame length can be obtained for any existing form of glass furnace.
液体燃料吸入ダクトは、筒状管およびノズルを含んでよい。ノズルは、特に螺合により、筒状管の端へ固定されてよい。本発明の噴射器に特に適したノズル形状は、筒状内壁を有する端片により長く引っ張られた円錐形揺動室を含むような形状である。作動時に、液体燃料流は回転により、即ち、傾斜チャンネルにより穿孔された要素を離れかつ噴射器から排除されるときに中空になる、即ち液滴スプレーになる。 The liquid fuel intake duct may include a tubular tube and a nozzle. The nozzle may be fixed to the end of the tubular tube, in particular by screwing. A particularly suitable nozzle shape for the injector of the present invention is such that it includes a conical rocking chamber that is elongated by an end piece having a cylindrical inner wall. In operation, the liquid fuel stream becomes hollow, i.e., a droplet spray, upon rotation, i.e. leaving the element drilled by the inclined channel and being removed from the injector.
特に好適な実施形態において、揺動室の頂角αは、少なくとも３０°、好適には５５°から６５°の範囲、特に６０°であり、それにより液体燃料流の圧力降下を最少にする。 In a particularly preferred embodiment, the rocking chamber apex angle α is at least 30 °, preferably in the range 55 ° to 65 °, in particular 60 °, thereby minimizing the pressure drop of the liquid fuel stream.
液体燃料の中空回転噴流を形成するために使用される要素は、液体燃料吸入ダクトを妨害し、かつ特に筒状で液体燃料吸入方向に対して傾斜したチャンネルにより穿孔されている。 The element used to form the hollow rotating jet of liquid fuel is perforated by a channel that obstructs the liquid fuel intake duct and is particularly cylindrical and inclined with respect to the liquid fuel intake direction.
上述要素は、液体燃料上に、回転流を付与し、それを中空噴流の形状に形成し、かつそれを吸入ダクトの出口で最適サイズ分散する液滴としてスプレーするのに十分に高レベルの機械的エネルギを付与する。 The above elements provide a sufficiently high level of machine on the liquid fuel to impart a rotating flow, form it in the shape of a hollow jet, and spray it as droplets that are optimally dispersed at the outlet of the suction duct. Energy.
上述チャンネルは、上記要素の周辺上に均一に分配されてよい。 The channels may be evenly distributed on the periphery of the element.
上記要素は、液体燃料吸入ダクトへ挿入される適宜形状を有し、かつ例えば、筒状、好適には、二つの実質的平行面（ペレット形状）を有してよい。これらの二面は、更に、液体燃料吸入方向に対して垂直方向に配向するのが好ましい。チャンネルを含む上記要素は、従って、特に筒状形態であってよく、その軸は液体燃料吸入方向に整合する。 The element has an appropriate shape to be inserted into the liquid fuel intake duct and may for example have a cylindrical shape, preferably two substantially parallel surfaces (pellet shape). These two surfaces are preferably oriented in a direction perpendicular to the liquid fuel suction direction. The element including the channel may thus be in particular a tubular form, whose axis is aligned with the liquid fuel intake direction.
更に有利には、上記チャンネルの各々の配向は、その母線が、液体燃料吸入方向に対して１０°未満、更には８°未満、６°未満、特に約５°の角度αを形成するように選択される。概ね、上記チャンネルの各々の配向は、液体燃料吸入方向に対して２°を超える、または３°を超える、更には４°を超える、角度αを形成するように選択される。 More preferably, the orientation of each of the channels is such that its generatrix forms an angle α of less than 10 °, even less than 8 °, less than 6 °, in particular about 5 ° with respect to the liquid fuel intake direction. Selected. In general, the orientation of each of the channels is selected to form an angle α that is greater than 2 °, or greater than 3 °, and even greater than 4 ° with respect to the liquid fuel intake direction.
このようなら特別配向は、対応するチャンネルを離れる液体燃料の『分割』噴流間の相乗効果を得るのに役立ち、そのようにして噴流が液体燃料がチャンネルを脱出するときに、チャンネルを含む要素（液体燃料排除のために端片に続く揺動室）に追従するいずれのダクトの内壁にも合致した単一中空噴流の下流における創出に寄与する。 This special orientation helps to obtain a synergistic effect between the “split” jets of liquid fuel leaving the corresponding channel, so that when the jet exits the channel, the element containing the channel ( It contributes to the downstream creation of a single hollow jet that matches the inner wall of any duct that follows the oscillating chamber following the end piece for liquid fuel exclusion.
チャンネルが上記要素を貫通し、各チャンネルはその要素の各側で特にオリフィスにより画定されている、即ちチャンネルごとに二つのオリフィスにより形成されている。一般的に、全チャンネルのオリフィスの中心は、その要素の一側に位置し、円形に均一に分配され、円の中心は噴射器の要素端の軸に対応する。従って、二つの円を形成することが可能であり、各円はその要素のいずれかの側に位置する。一般的に、二つの円の半径Ｒは、同一である。例えば、Ｒは、２．５から４．５ｍｍの範囲内であてよい。 A channel passes through the element and each channel is defined in particular by an orifice on each side of the element, i.e. formed by two orifices per channel. Generally, the center of the orifice of all channels is located on one side of the element and is evenly distributed in a circle, with the center of the circle corresponding to the axis of the injector element end. Thus, it is possible to form two circles, each circle located on either side of the element. In general, the radii R of the two circles are the same. For example, R may be in the range of 2.5 to 4.5 mm.
Ｓが上記要素内に含まれる全チャンネルの表面積である場合に、Ｓ／Ｒ比は６対１３ｍｍが好適である。 Where S is the surface area of all channels contained within the element, an S / R ratio of 6 to 13 mm is preferred.
本発明の他の特徴によれば、上記要素は、液体燃料吸入ダクト内のノズルの上流に封止状態で取り付けられてよく、好適には揺動室に対して取り付けられる。 According to another feature of the invention, the element may be mounted in a sealed state upstream of the nozzle in the liquid fuel suction duct and is preferably mounted to the rocking chamber.
『下流』および『上流』の用語は、液体燃料吸入方向を参照して理解されるべきである。 The terms “downstream” and “upstream” should be understood with reference to the liquid fuel intake direction.
噴射流体吸入ダクトについて、このダクトは少なくとも一つの筒状管を含むのが好ましく、管の端にはオリフィスが穿孔されたブロックが、好ましくは螺合により、設置され、かつ本発明によるノズルの少なくとも一部がそこへ挿入されている。 For the jetting fluid suction duct, this duct preferably comprises at least one tubular tube, at the end of which a block with an orifice drilled is installed, preferably by screwing, and at least the nozzle according to the invention Some are inserted there.
好適には、ブロックのオリフィスおよびそこへ挿入されるノズルの一部の外壁は同軸配置されている。この好適配置は、上記要素の自動センタリング、即ちブロックのオリフィスに対するノズルの一部の挿入、を確実にするために、螺合により得られる。 Preferably, the orifice of the block and the outer wall of the part of the nozzle inserted therein are arranged coaxially. This preferred arrangement is obtained by screwing to ensure the automatic centering of the elements, i.e. the insertion of a part of the nozzle into the orifice of the block.
この同心性は、特に一酸化炭素の出現の閾値を高める危険を伴う好ましくない燃焼原因となる中空噴流の周辺に燃料油タイプの液体燃料の非常に大きい液滴の形成の危険を招かない限り、有利である。 This concentricity, unless particularly incurring the danger of the formation of very large droplets of fuel oil type liquid fuel around the hollow jet causing undesired combustion with the risk of increasing the threshold of carbon monoxide appearance, It is advantageous.
上記ノズルの外面（終端部）は、ブロックの外面により形成される面に一致することが好ましい。即ち、噴射燃料と接触しない面でありかつブロックのオリフィスはその面に対して開口している。実際に、不正確な一致は、液体燃料および噴射流体がそれぞれの吸入ダクトを離れるときにそれらの空気力学の改良を暗示する。 The outer surface (terminal portion) of the nozzle preferably coincides with the surface formed by the outer surface of the block. That is, it is a surface that does not come into contact with the injected fuel, and the orifice of the block is open to that surface. Indeed, inaccurate matching implies an improvement in their aerodynamics as the liquid fuel and jet fluid leave their respective suction ducts.
有利には、本発明による噴射器は、冷却フィンを具備した板を含む封止装置を使用して耐火ブロック内に封止状態で取り付けられる。かかる封止組立体は、噴射器の下流端での望ましくない空気吸入を阻止する。そのような望ましくない空気は、最高に熱い部分を構成する火炎根内の酸素含有量を増加するので特に有害である。 Advantageously, the injector according to the invention is mounted sealed in a refractory block using a sealing device comprising a plate with cooling fins. Such a sealing assembly prevents unwanted air inhalation at the downstream end of the injector. Such undesirable air is particularly detrimental because it increases the oxygen content in the flame roots that make up the hottest part.
本発明による噴射器は、調節可能サポートに固定されてよく、換気ノズルは噴射器の下流端へ向けて配向し、更に具体的には上記板へ向けて配向されている。調節可能サポートは、好適には、傾斜、担持および移動、特に封止装置の板に対して付勢するために調節可能である。 The injector according to the invention may be fixed to an adjustable support, the ventilation nozzle being oriented towards the downstream end of the injector and more specifically towards the plate. The adjustable support is preferably adjustable for tilting, carrying and moving, in particular for biasing against the plate of the sealing device.
換気ノズルは、空気を送り、噴射器の下流端での過剰な局所的加熱を防止するのに役立つ。 Ventilation nozzles deliver air and help prevent excessive local heating at the downstream end of the injector.
液体燃料吸入ダクトは、少なくとも一つのディフューザを含んでよい。 The liquid fuel intake duct may include at least one diffuser.
本発明に使用される液体燃料は、ガラス炉内でガラスバッチ材料を加熱するために燃焼装置で通常に使用される液体化石燃料である。例えば、それは重油燃料であってよい。噴射流体は、同様に従来設備に普通に見られるものでありかつ上述の液体燃料をスプレーするのに役立つ。これは、例えば、空気（この場合、主な酸化剤として作用する二次的空気に対して一次空気を言う）。更に、それは、天然ガス、酸素（オキシ燃料燃焼の場合）、または蒸気であってよい。本発明は、特に、重油燃料タイプの燃料に適用され、かつ本発明による単一噴射器上のこの種の燃料の非常に大きい形状全体を循環するのに役立つ（５００から６００ｋｇ／時間）。 The liquid fuel used in the present invention is a liquid fossil fuel commonly used in combustion equipment to heat glass batch materials in a glass furnace. For example, it may be a heavy oil fuel. The jet fluid is likewise commonly found in conventional equipment and serves to spray the liquid fuel described above. This is, for example, air (in this case referring to primary air relative to secondary air acting as the main oxidant). Furthermore, it can be natural gas, oxygen (in the case of oxyfuel combustion), or steam. The invention applies in particular to heavy oil fuel type fuels and serves to circulate the entire very large shape of this type of fuel on a single injector according to the invention (500 to 600 kg / hour).
噴射器内の液体燃料流量もしくは流速(flow rate)は、取り付けられる炉のタイプ、外形等の作動パラメタ、および使用される液体燃料のタイプから決定されるべきである。これらの値は、試験を実施することにより特にチャートを作成できる当業者により困難なく決定されることができる。同様に、当業者は、揺動室、チャンネル、および内壁の端片のそれぞれの注意深く形成された表面を選択することができ、高速で要素を洗い流す液体燃料の摩擦により生じる最少の圧力滴を確保するようにする。 The liquid fuel flow rate or flow rate in the injector should be determined from the type of furnace installed, operating parameters such as profile, and the type of liquid fuel used. These values can be determined without difficulty by a person skilled in the art who can produce a chart in particular by carrying out the test. Similarly, one of ordinary skill in the art can select carefully formed surfaces for each of the rocking chamber, channel, and inner wall end pieces to ensure minimal pressure drops caused by friction of the liquid fuel flushing the element at high speed. To do.
本発明による噴射器は、燃焼室で僅かな窒素酸化物を発生する。例えば、炉は低流量の噴射流体により作動し、酸化剤の広く柔軟な使用を可能にし、究極的にはエネルギの見地から良好な結果を得る。 The injector according to the invention generates a small amount of nitrogen oxides in the combustion chamber. For example, the furnace operates with a low flow of jet fluid, allowing a wide and flexible use of the oxidant and ultimately obtaining good results from an energy standpoint.
本発明による噴射器は、酸化剤入口を更に含むバーナーに概ね一体化される。酸化剤は、空気、酸素富化空気、また純酸素であってよい。一般的に、噴射器は酸化剤入口下に設置される。酸化剤が空気または酸素富化空気の場合に、空気は、特に０．５から３ｍ２であってよい比較的大きい断面を有する開口を介して侵入し、複数の噴射器が各空気入口で結合されてよい。 The injector according to the invention is generally integrated in a burner further comprising an oxidant inlet. The oxidant may be air, oxygen enriched air, or pure oxygen. Generally, the injector is installed under the oxidant inlet. When the oxidant is air or oxygen-enriched air, the air enters through an opening with a relatively large cross-section, which may be in particular 0.5 to 3 m 2 , and multiple injectors are combined at each air inlet May be.
本発明は、特に光学的に高度のガラス、浮動法により形成されたフラットガラス、または深みのある容器（holloware)に特に適している。本発明による噴射器を具備した炉は、殆ど窒素酸化物を発生せず、ガラスの色に潜在的障害となる燃焼低下の危険を伴わない。 The invention is particularly suitable for optically advanced glass, flat glass formed by floating methods, or deep holloware. A furnace equipped with an injector according to the invention generates little nitrogen oxides and does not carry the risk of reduced combustion, which is a potential obstacle to the color of the glass.
本発明はＵＳ６０４５６５ＷＯ９８０２３８６に記載の方法を有利に補足してよい。 The present invention may advantageously supplement the method described in US604565 WO9802386.
図１は、本発明による噴射器１の一部の断面を示す。噴射器１は、二つの流体供給装置、即ち、液体燃料吸入ダクト２および噴射流体吸入ダクト３を含む。
FIG. 1 shows a cross section of a part of an injector 1 according to the invention. The injector 1 includes two fluid supply devices: a liquid
上述液体燃料吸入ダクトおよび噴射流体吸入ダクトは、それぞれの流体の流れの上流で、図示されていない液体燃料源および噴射流体源から発生する回路に連結される。 The liquid fuel suction duct and the jet fluid suction duct described above are connected to circuits generated from the liquid fuel source and the jet fluid source (not shown) upstream of the respective fluid flows.
液体燃料吸入ダクトは、筒状管２１で事実上構成され、その端にノズル２２が螺合されている。ノズル２２は、下流端に、筒状内壁２５を有する端片２４により延長されたフルスト円錐形(frustoconical)揺動室２３を含む。揺動室２３の頂角θは６０°である。
The liquid fuel suction duct is substantially constituted by a
ノズル２２の内側でシリンダ４が揺動室２３に対して当接封止する状態で取り付けられている。シリンダ４は液体燃料を中空噴流に形成する傾斜チャンネルを有する穿孔要素である。シリンダ４は、周辺に均一に配置されたチャンネル４１を含み、かつ相互に対して平行でありかつ図１の矢印により示された液体燃料吸入方向に対して実質的垂直の二つの面４２，４３を有する。液体燃料吸入方向は噴射流体吸入方向と同じである。
Inside the
チャンネル４１は筒状であり、その母線は上述吸入方向に対して５°のα角を形成する。 The channel 41 has a cylindrical shape, and its bus line forms an α angle of 5 ° with respect to the suction direction.
流体吸入ダクト３の噴射について、流体吸入ダクト３は筒状管３１を含み、その端にブロック３２が螺合され、ブロック３２の内側ショルダ３３は管３１の下流端に当接している。 Regarding the injection of the fluid suction duct 3, the fluid suction duct 3 includes a cylindrical tube 31, and a block 32 is screwed to the end thereof, and the inner shoulder 33 of the block 32 is in contact with the downstream end of the tube 31.
ブロック３２には、ノズル２２の一部の挿入に適した形状を有するオリフィス３４が形成されている。ブロック３２は、更に、オリフィス３４の側に、オリフィス３４内での端片２４の外壁２６の自動センタリングを確実にするために、筒状管３１にブロック３２を螺合するのに適した突出部３５を有する。
An orifice 34 having a shape suitable for insertion of a part of the
合致した形状により、二つの要素２６、３４の同心性は完全に保証され、それにより寸法の望ましくない変化、ダクト２を出る液体燃料滴のサイズ分散を防止する。
Due to the matched shape, the concentricity of the two elements 26, 34 is completely ensured, thereby preventing undesirable changes in dimensions, size distribution of the liquid fuel droplets exiting the
平面ＩＩにおけるノズルの終端部３６（ノズルの外面）の整合は完全に達成され、平面ＩＩはブロックの外面３７により形成される面、即ち、噴射流体と接触しない、オリフィス３４が開口する面である。
Alignment of the nozzle end 36 (nozzle outer surface) in plane II is completely achieved, plane II being the surface formed by the
かかる装置は、二つの流体がそれぞれの吸入ダクトから出るときに、それらの流体の空気力学を保持するのに役立つ。 Such a device serves to maintain the aerodynamics of the two fluids as they exit their respective suction ducts.
図２は図１のシリンダ４を更に詳細に示す側断面図（図２ａ）および平面図（図２ｂ）である。図２ｂは、シリンダが八つのチャンネル２０を含み、それぞれのチャンネルの中心は半径Ｒを有する円上に均一に分配されている。２ｂは、それらのチャンネルから現れるオリフィスを示すのみであり、一つのチャンネルを除き、オリフィスはその部分の上面から開口し、上方のオリフィス２１は連続円で示され、下方のオリフィス２２は点線の円で描かれている。明らかなように全チャンネルが同一である。図２ａは、シリンダの側面を示し、オリフィス２１および２２を有するチャンネルのみが示されている。このチャンネルの軸は、角度αをシリンダの軸と共に形成し、液体燃料吸入方向に対応する。本発明のかかる状況から、角度αは、１０°未満である。
2 is a side sectional view (FIG. 2a) and a plan view (FIG. 2b) showing the cylinder 4 of FIG. 1 in more detail. In FIG. 2b, the cylinder contains eight
図３は、図１による噴射器５を含むガラス炉の壁の垂直断面を示す。この特別形態において、噴射器５は傾斜、担持、および移動のために調節可能サポート６を含む。調節可能サポート６には噴射器５が固定され、噴射器５は冷却フィンを具備した板８により耐火ブロック７の壁に当接している。耐火ブロック７は、それ自体、炉９の壁の開口内に取り付けられている。 FIG. 3 shows a vertical section of the wall of the glass furnace containing the injector 5 according to FIG. In this special form, the injector 5 includes an adjustable support 6 for tilting, carrying and movement. An injector 5 is fixed to the adjustable support 6, and the injector 5 abuts against the wall of the refractory block 7 by means of a plate 8 with cooling fins. The refractory block 7 is itself mounted in the opening in the wall of the furnace 9.
噴射器５は、更に、上述の板に向けて配向された換気ノズル１０を含む。 The injector 5 further includes a ventilation nozzle 10 oriented towards the aforementioned plate.
同様に、図示されていない液体燃料および噴射流体供給源にそれぞれ連結される二つの可撓性吸入パイプ１１，１２が観察できる。 Similarly, two flexible suction pipes 11 and 12 can be observed, which are respectively connected to a liquid fuel and injection fluid supply not shown.
噴射器５の作用を次に説明する。 Next, the operation of the injector 5 will be described.
シリンダ４を通過するときに、筒状管２１に搬送される液体燃料は、傾斜チャンネル４１の数と同数の個別噴流(individual jets)に分割される。
When passing through the cylinder 4, the liquid fuel conveyed to the
個別噴流は揺動室２３へ侵入し、頂角θが６０°の値であることから最小の圧力滴により、揺動室の壁に衝突する。
The individual jet enters the rocking
傾斜チャンネル４１の均一分布および各チャンネル４１のシリンダ４の全周上の母線の傾斜αが５°である結果として、揺動室２３の壁に対する個別噴流の全てが如何なる干渉もなく遠心分離される。
As a result of the uniform distribution of the inclined channels 41 and the inclination α of the generatrix on the entire circumference of the cylinder 4 of each channel 41, all the individual jets against the wall of the rocking
揺動室内の遠心分離は、端片２４の内壁２５に合致する中空噴流の形状になることにより、下流で燃料を螺旋形軌道に追従させる役割をする。
Centrifugation in the oscillating chamber serves to cause the fuel to follow the spiral trajectory downstream by forming a hollow jet shape that matches the
それにより、液体燃料は、端片２４の出口で最大の機械的エネルギを獲得し、かつスプレー(spray)流体の影響下で、垂直方向に燃焼して最適のサイズ分散をする非常に微細な液滴になる。かかる分散は、噴射器から噴射される火炎に、主な酸化剤により一旦活性化したときに、その全長に沿って非常に均一な温度を付与する。 Thereby, the liquid fuel gains maximum mechanical energy at the outlet of the end piece 24 and is a very fine liquid that burns vertically under the influence of a spray fluid to achieve optimum size distribution. It becomes a drop. Such dispersion imparts a very uniform temperature along the entire length of the flame injected from the injector once activated by the main oxidant.
かかる燃料スプレーは、所定の燃料流量(fuel flow rate)で、シリンダ４を伴わない同一噴射器１により形成されるスプレーと比較して火炎を相当に長くする。 Such a fuel spray makes the flame considerably longer than a spray formed by the same injector 1 without the cylinder 4 at a predetermined fuel flow rate.
シリンダ４は、完全には充填されず、かつ本発明により内壁に実質的に合致した中空噴流が常時得られるような大きさでなければならない。 The cylinder 4 must be sized so that a hollow jet which is not completely filled and which substantially conforms to the inner wall according to the invention is always obtained.
上述の噴射器は、簡単かつ安価なデザインを有する。更に、上述の噴射器は完全かつ容易に取外し可能かつ既存設備に適応可能である。 The above-described injector has a simple and inexpensive design. Furthermore, the above-described injector is completely and easily removable and adaptable to existing equipment.
図面において、角度αは理解を容易にするために僅かに誇張されている。 In the drawings, the angle α is slightly exaggerated for ease of understanding.
１４４ｍ２（ガラス溶融表面積）端燃焼炉は、１３０°Ｃに加熱される液体燃料油の四つの噴射器を下設した空気入口流を含むバーナーを具備する。このバーナーは１５メガワットの能力を有する。各噴射器は直径２．３ｍｍの八つの孔を含む燃料油を回転するための要素を収容し、その軸は液体燃料油吸入方向に対して５°角を形成している。これらの孔の軸は３．７５ｍｍの半径を有する円上に設けられる。全燃料油の流量（全噴射器に供給される流量の総数）は２０００ｋｇ／時間であった。空気は燃料油に関して化学量論的条件でバーナーへ供給された。流体ガス内で測定された窒素酸化物はＳｍ３当たり５５０ｍｇであった。 The 144 m 2 (glass melt surface area) end burner furnace is equipped with a burner containing an air inlet stream underlaying four injectors of liquid fuel oil heated to 130 ° C. This burner has a capacity of 15 megawatts. Each injector contains an element for rotating fuel oil including eight holes with a diameter of 2.3 mm, the axis of which forms a 5 ° angle with respect to the liquid fuel oil suction direction. The axes of these holes are provided on a circle having a radius of 3.75 mm. The total fuel oil flow rate (total number of flow rates supplied to all injectors) was 2000 kg / hour. Air was supplied to the burner at stoichiometric conditions with respect to fuel oil. Nitrogen oxide measured in the fluid gas was 550 mg per Sm 3 .
（比較）
孔が液体燃料油吸入方向に対して２０°角を形成することを除き、実施例１の手順に従った。炉筒ガス内で測定した窒素酸化物は、Ｓｍ３当たり８００ｍｇであった。
(Comparison)
The procedure of Example 1 was followed except that the holes formed a 20 ° angle with respect to the liquid fuel oil suction direction. The nitrogen oxide measured in the furnace tube gas was 800 mg per Sm 3 .
１ 噴射器
２ 液体燃料吸入ダクト
３ 噴射流体吸入ダクト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記傾斜チャンネルの各々の母線は液体燃料吸入方向と１０°未満の角度を形成していることを特徴とする、液体燃料スプレー噴射器。 A liquid fuel injector comprising a liquid fuel suction duct and an injection fluid suction duct, the element perforated by a plurality of inclined channels to form fuel into a hollow rotating jet before the liquid fuel suction duct injects from the injector In
A liquid fuel spray injector, wherein each bus bar of the inclined channel forms an angle of less than 10 ° with the liquid fuel suction direction.
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