JP2588355B2 - オキシ・燃料燃焼装置 - Google Patents

オキシ・燃料燃焼装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、ガラス、セラミ
ック材料その他のような種々の製品の工業用溶解炉で高
温発生に用いられる酸素・燃料加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】完全又は部分燃焼加熱高温炉例えばガラ
ス溶解炉では、汚染の問題にしばしば直面する。環境保
護局の規制で許可された最高基準をしばしば超過する高
排出量の汚染物質例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化
硫黄（ＳＯ２）、二酸化炭素及びパーティキュレート
は、空気・燃料燃焼バーナーや酸素富化空気・燃料燃焼
バーナーを備える炉では典型的である。
【０００３】今まで、この問題は後燃焼汚染物質削減技
術を用いて取組まれてきた。しかし、これらの方法に
は、解決を極めて資本集約的にし、しかも運転には費用
が嵩む装置が必要である。もう１つ別の且つより効果的
な方法は、燃焼の工程で酸素を用いて窒素を空気から除
去し、ＮＯｘ及びパーティキュレートの放出を減らし
て、環境保護局の提案する指針以下にすることである。
そのうえ、燃焼に酸素を用いると、炉の加熱効率を増大
させることで二酸化炭素の放出を減少させ且つ、生産能
力の増大から回分化学品の節約に至る多数の他の利点を
結果としてもたらす。
【０００４】酸素・燃料バーナーは２つの主要群に分け
ることができる。これは、水冷式のもの及び気体冷却式
のものである。どちらの群のバーナーにとってもそれが
しばしば遭遇する問題は、希釈剤とキャリヤーガス例え
ば窒素の欠如であり、そのため揮発性回分成分が分圧が
増圧し、又バーナー構造に使用される金属性材料とセラ
ミック材料の腐食速度が加速されていることである。従
って、水冷式もしくは気体冷却式バーナーノズルに発生
するスケール付着（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）と腐食が高温炉
における最も共通する問題である。冷却されたバーナー
ノズルと炉ガスの間の大きい温度差が揮発性ならびに腐
食性化学種の凝縮と、バーナーノズル上の付着をもたら
す。これはアメリカン．グラス．レヴュー （Ａｍｅｒ
ｉｃａｎＧｌａｓｓ Ｒｅｖｉｅｗ）の１９９０年１２
月版のＤ．シャンプ（Ｓｈａｍｐ）とＤ．デーヴィス
（Ｄａｖｉｓ）による「パーカースバーグにおける酸素
燃焼（Ｏｘｙｇｅｎ Ｆｉｒｉｎｇ ａｔ Ｐａｒｋｅ
ｒｓｂｕｒｇ）」と題する論文に報告されている。気体
冷却式もしくは水冷が最適の流量で行われない場合の水
冷式バーナーにおいては、ノズル上の堆積は火炎の偏位
とバーナーノズル上のスケール付着をもたらし、バーナ
ーの損傷と破壊に繋がる。
【０００５】水冷式及び気体冷却式オキシ・燃料バーナ
ーが遭遇する２番目の問題は、バーナーの炉への設置を
可能にし及び／又は火炎の安定を可能にするためにしば
しば用いられる耐火バーナーブロックに、内径が火炎ジ
ェットの直径よりずっと大きい開口部を必要とし、腐食
性炉ガス又は前記ブロック内側の粒状物質の連行とバー
ナーとの接触をもたらすことである。この種のバーナー
は米国特許第４，６９０，６３４号に示されている。
【０００６】水冷式及び気体冷却式バーナー双方にとっ
て別の問題は、このような燃焼装置における高い燃焼速
度と急速な混合速度のため火炎輝度が低いことである。
これは、ガラス溶解炉のような高温炉では放射が主要な
伝熱機構であるため加熱効果を低下させる。
【０００７】そのうえ、水冷式オキシ・燃料バーナー
は、資本投下と維持費を必要とする。このようなバーナ
ーは、冷却水の流れがかなりの熱を奪うので炉の全加熱
効率を低下させることがある。例えば、冷却水流量が１
分間当り５ガロン（約１８．９３１）かつ入出力水温度
差が５０°Ｆ（約１０℃）のバーナーでは、１バーナー
当りの熱損失が１時間当りほぼ１２５，０００Ｂｔｕで
ある。１０バーナーの炉にとっては、それが水冷式であ
るため熱損失は年間約３０，０００ドルにのぼる。その
うえ、バーナーが適当に保全されない場合、炉への水漏
れの可能性があり、更に、不良水質が使用者の利用でき
る唯一の冷却手段である場合、バーナーの水冷通路の目
詰りと腐食の危険がある。
【０００８】気体冷却オキシ・燃料バーナーは燃料もし
くは酸素供給が中断した場合、問題を起こす可能性があ
る。このようなバーナーは、炉内火炎口から即座に除去
して、炉内に存在する高温から起こる損傷を防ぐ必要が
ある。このようなバーナーが、バーナー面にある金属フ
ィンでバーナーを冷却する場合、これらのフィン上に凝
縮が起こり、その結果バーナーの腐食問題を起こす。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス溶解炉
のような生産炉に必要な高温発生に用いられる調節可能
なオキシ・燃料燃焼（加熱）装置に関する。バーナー
は、貧燃料すなわち富酸素のオキシ・燃料相（又は混合
物）のシースの内側に富燃料のオキシ・燃料相（又は混
合物）を遮蔽して火炎を発生させ、かつ予備燃焼装置で
前記火炎の遮蔽を所定の横断面を有する所定の流路に沿
って制限して、酸素流と燃料流のおそい混合特性により
火炎温度が低い２相の乱流拡散型の火炎を達成し、よっ
て侵食的物質の吸込を防ぎ、またＮＯｘの発生を減少さ
せることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】上記に詳述したように、先行技術
のオキシ・燃料バーナーは通常の空気・燃料バーナーで
起こる問題を克服するという考えで工業炉の加熱に用い
られてきた。この発明に関して、「オキシ」又は「酸
素」という用語は、３０％以上の酸素を含む気体酸化剤
すべてを言うものとして扱われる。換言すれば、本発明
に関しては、オキシ又はオキシ・燃料には空気を除くす
べての酸化剤が含まれる。そのうえ、本発明に関して言
うならば、燃料は、通常用いられる気体燃料、例えば、
枚挙にいとまがないが、メタン、天然ガス、プロパン、
硫化水素その他の気体燃料のみならず、液体燃料例えば
燃料油、加熱油、廃油、スラリーその他同種類のものを
含むが、後者を用いることは少ない。液体燃料を用いる
場合、一般に、周知の液体燃料噴霧装置を介してバーナ
ーに燃料を供給する。
【００１１】完全あるいは部分燃焼加熱高温炉例えばガ
ラス溶解装置でしばしば遭遇する問題は、所定の燃焼速
度に応じて変化する特性を有する調節可能なオキシ・燃
料火炎の必要性である。炉の設計、燃焼量、燃焼速度、
負荷（被加熱向）のタイプ、負荷の分布及びバーナー位
置により、前記オキシ・燃料火炎の長さ、形状、輝度な
らびに運動量（ｍｏｍｅｎｔｕｍ）の調節性が効率的な
炉の運転には不可欠である。これらの条件のすべてを調
節する能力を有する運転者は、炉の熱効率の向上のみな
らず炉のスループットの質と生産性双方の向上という利
点を享受することになる。そのうえ、調節性と火炎ガス
運動量は、炉の耐火材への好ましくない火炎の衝突、煙
道による過度のパーティキュレートの連行と、環境保護
局が許可する最大量をしばしば超える汚染物質例えばＮ
Ｏｘの形成を防止する。
【００１２】従来、運動量制御は単純ではあるが、ほと
んど実際的でない方法でおおむね達成されてきた。先ず
は、運動量増減の必要性により変えられる一連の取替可
能な一定面積ノズル端を使用することであった。これを
実施するには、適当な直径又はフロー面積のノズルをバ
ーナーの火炎端で交換できるようにされていた。
【００１３】バーナーへの流れの上流圧力を変化させる
もう１つの技術も用いられた。リミットオリフィス弁、
蝶形弁もしくはグローブ弁を用いると弁を横切る単純な
圧力降下を起こした。所定の弁の開放により、バーナー
へ流れる上流の圧力の変化が起こり一般に運動量の変化
がもたらされた。しかし、この方法は更に全流量も変え
るので、これは燃焼速度を考慮すると必ずしも全ての場
合に好ましいものではない。また、この方法は火炎特性
のわずかな増加のために使用できるにすぎないという欠
点がある。
【００１４】燃焼速度によるが、管径の選択が利用でき
る場合のあることもわかった。バーナー取付けに際し、
高い燃焼速度には比較的大径の管を、又同様に、比較的
低い燃焼速度には比較的細径の管を選択することにな
る。
【００１５】前述の方法は、好ましい燃焼速度もしくは
火炎特性に応じてノズルや管径の交換の間、工程を中断
する必要があるので、効率が悪く且つ時間浪費性であ
る。そのうえ、これらの装置と方法は、オキシ・燃料燃
焼で加熱して運転する高温の連続炉では極めて実際的で
ない。それは、ガスと酸素の流れを閉鎖した後、バーナ
ー全体を炉から取出してノズルのアセンブリを取替える
必要があるからである。
【００１６】上記の説明は、工業加熱環境に用いられる
バーナーの２つの一般形式；すなわち、水冷式と考えら
れるものと、気体冷却式と考えられるものを十分に検討
したものである。
【００１７】図１（ａ）と（ｂ）を参照。数字１０は本
発明のオキシ・燃料バーナー装置を示す。前記オキシ・
燃料バーナー装置はオキシ・燃料バーナー１２と予備燃
焼装置１４を具備する。
【００１８】前記バーナー１２参照。このバーナーは、
前記バーナー１２の前方ハウジングと称することができ
る１番目のハウジング部分１６からなる。本部分１６に
は前記バーナー１２の火炎端と呼べる前端１８が備わ
る。前記ハウジング１６は近くにフランジの形で適当な
ねじ山を切った部分２２を備える第２の端部２０を有
し、前記バーナー１２の第２のもしくはハウジング部分
２４を前方ハウジング１６と結合できる。前記部分１６
と２４は、部分２４の上のフランジ２８に一致する継ぎ
輪２６を用い、一体化することができ、封止は技術上周
知のＯリングその他同種類のもの（図示せず）により達
成できる。
【００１９】前記部分１６内にそれと同軸に配置された
ものが、時には酸素導管と呼ばれる、管状部材３０であ
る。管状部材又は部分３０は形状がほぼ円筒状であるが
縮小・拡開の先方部分３２を有し、その機能は以下に説
明する。部分３０内に配置されたものが、前方縮小・拡
開ノズル形のほぼ円筒状横断面をもった燃料導管３４も
しくは排出端３６であり、以下に説明される。燃料導管
３４内に配置されたものが、ほぼ円筒状部分を有し先方
部分で円錐台４０の形の端部を持つガスキャップ、もし
くは燃料キャップ、或いはブラッフボデー３８である。
ほぼ円形の横断面をもつ部分１６、３０、３４、３８を
図１（ｂ）に示された共通長手方向の軸線に沿って同軸
的に集成する。
【００２０】ハウジング部分２４には矢印４４で示され
るように酸素導管３０と燃料導管３４の間に形成される
通路と連絡する酸素入口４２が備わり、それにより酸素
がバーナーに導入され、それから前記バーナー１２のノ
ズル端１８を通って排出させる。バーナー１２は、ハウ
ジング部分２４に、燃料導管３４と前記ガスキャップ３
８の間のバーナーの部分に矢印４８で示されるように燃
料の導入を可能にする燃料入口４６を具備する。前記バ
ーナー１２を技術上周知のように取付け、それにより前
記種々の集成部品の間に燃料と酸素の漏れをなくして、
酸素と燃料の混合がバーナーの火炎端１８或いはその近
くで行われるようにする。バーナー１２には適当な調節
可能な機構５０、５２が備わり、それによって燃料導管
３４とガスキャップ３８が以下に説明されるようにバー
ナー１２内を長手方向に移動できる。導管３８は流体形
式アクセスキャップ５４と合わせて、それによってバー
ナーアセンブリーを液体燃料の燃焼に用いることができ
る。火炎端１８に並置されたバーナー１２の前方端に取
付けられたものが、予備燃焼装置１４である。予備燃焼
装置１４は炉の温度により耐火材料もしくは金属で組立
て、独立形装置として形成しても、あるいは必要であれ
ば、外側構造体の内側に配置してもよい。予備燃焼装置
１４の内部構造６０を、図面に示され又技術上周知のレ
シービングスロット６２、６４に挿入された締結具もし
くは埋封締結具によりバーナー１２のハウジング１６
に、固定されたフランジ５６に固定する。
【００２１】以下に説明されるバーナーの燃焼速度に従
って決められるであろう直径を持つ円筒状通路が予備燃
焼装置１４内に形成される。前記通路６６は予備燃焼装
置１４の長さを伸びて、火炎を包囲し案内して、バーナ
ー１２の火炎端１８から予備燃焼装置１４の排出端６８
の外側方向に放出する。予備燃焼装置１４は加熱される
べき炉もしくは容器の壁体に取付け、当該容器その他に
用いられる耐火材料ブロック或いは外面の他の材料の形
にして炉壁への挿入を都合よくすることができる。
【００２２】予備燃焼装置１４の結合構造は燃焼速度の
関数である。例えば、バーナー１２は１時間当り２．５
×１０５〜４×１０7Ｂｔｕ（６３×１０６〜１００８
０×１０６ｃａｌ）の速度で燃焼できる場合、予備燃焼
装置１４の寸法は、バーナー１２のフェイス又は火炎端
１８から予備燃焼装置１４の排出端６８までの距離もし
くは長さが１２インチ乃至４８インチ（約３０．５乃至
１２１．８７ｃｍ）の間であり、予備燃焼装置１４の内
部円筒状開口部或いは通路の直径は２インチ乃至８イン
チ（約５．０８乃至２０．３１ｃｍ）であり、長さの直
径に対する比（Ｌ／Ｄ）が２乃至６になるようにすべき
である。本発明に調和した好ましい予備燃焼装置の形状
は表１に示される。
【００２３】
【表１】 上表に示した数字は、実験燃焼中に収集された火炎輝
度、予備燃焼装置温度分布と予備燃焼装置圧力の測定か
ら導かれた実験値である。これらの寸法はバーナーとバ
ーナーブロックの設計の伝統的方法に反している。これ
は、この「密」な予備燃焼装置が流れると反応ガスによ
り実際に冷却、遮蔽されるからである。この明細書で使
用される「密（ｔｉｇｈｔ）」という用語は、予備燃焼
装置１４の通路の内径と、バーナー１２により形成され
る火炎の間の小さい寸法差を言う。先行技術では、バー
ナーブロックはそれらを熱いオキシ・燃料火炎に近づけ
ないでおくために大きかったし、その結果として炉ガス
が連行された。
【００２４】予備燃焼装置は排出端６８において内面６
６に対し先細もしくは拡開形であって差支えないが、予
備燃焼装置１４の長手方向軸に対し測定して、内面６６
に対し収束角もしくは拡開角が±１５゜の角度以下であ
ることを条件とする。
【００２５】本発明によるバーナーは２つの共流環状ジ
ェットからなる基礎流れ構成を提供する。酸素は酸素導
管３０と燃料導管３４の間に形成される通路を通る環の
形でバーナー１２の先方端から排出される。燃料は燃料
導管３４の先方端３６とガスキャップ３８の外側表面の
間の環状オリフィスを通ってバーナー１２の火炎端１８
を出る。２つの環状流れの流路は個々の導管を、導管の
先方部もしくは尖端部を酸素と燃料双方の圧力降下を最
少限に止めるように設計をして集成して形成される。１
つの実施例では、ノズルは、酸素導管、燃料導管もしく
はガスキャップにおいて先方端からそれぞれの部分の形
が円筒状になる場所までの部分である。様々の流れの寸
法（例えば面積幾何学）は、酸素と燃料の実験知識、流
速、必要となる流速調節範囲、流れ中の乱流許容量、前
記共流酸素・燃料流れの火炎特性に基き設計する。詳述
すれば、酸素導管の先端を適当な半径で丸くすると２つ
の重要な機能に役立つ。１番目は予備燃焼装置１４内の
燃料と酸素の流れの遅延及び漸時混合を容易にすること
である。燃料導管３４の「角形エッジ」タイプ（曲線端
をもたない）の先端３６は流れ分離（境界層はがれ）効
果を誘発することが見い出された。２番目には、境界層
はがれが先端３６の縁の陰影に低圧領域を発生させる。
この停滞領域で局部燃焼が起こってすす付着と尖端過熱
に繋がることがわかった。先端３６に曲線端を設ける
と、前記境界層はがれ効果が、前記前端３６の局部燃焼
現象と温度と共に劇的に減少した。
【００２６】図１（ａ）及び（ｂ）に示すバーナーは、
バーナー１２のハウジング１６の内部で軸方向に、燃料
導管３４を酸素導管３０に対して移動し、また、燃料導
管３４とガスキャップ３８とを相互に移動させることに
より、酸素と燃料の混合比を変化させるために使用でき
る。図２（ａ）は、ガスキャップ３８と円錐台コーン４
０が紙面上かつ図１（ａ）及び（ｂ）の配向においてず
っと左側に離された位置にあるような、酸素導管３０、
燃料導管３４及びガスキャップ３８の配置（図３の位置
１３）である。図２（ｂ）は、酸素導管３０、燃料導管
３４及びガスキャップ３８が、バーナー１２の火炎端１
８に位置している配置である。図２（ｂ）の位置は酸素
と燃料が位置１（図３参照）に対応し、図２（ａ）の位
置は酸素と燃料が位置１３（図３参照）に対応してい
る。図２（ｃ）は酸素が位置１（図３参照）にあり、燃
料が位置１３（図３参照）にある配置、図２（ｄ）は酸
素が位置１３、燃料が位置１にある配置を示す。前述し
た所から酸素の位置１は、酸素導管３０の収束−開拡先
端部と燃料導管３４の放出端３６が同一面上に存在する
位置である。燃料の１位置は、燃料導管３４の放出端と
ガスキャップ３８の円錐台コーン４０とが同一面上にあ
る位置である。これに対して、酸素と燃料の位置１３で
は、図示するように、補足し合う部品が、完全には後戻
りされ、また左側の端部位置にある。各種のバーナー部
品の引き込み動作は、それぞれの調節機構（５０、５
２）の助けをかりて手動で行われる。引き込みを行う
と、燃料と酸素とについて火炎端での実際の流量面積を
変化させることができる。
【００２７】種々の位置設定をすると前記火炎端１８で
燃料と酸素流れの双方の間にほとんど線形動作がでる。
従って、燃料と酸素双方が位置１３の場合の流れ面積
は、位置１における対応する流れ面積に比較してほぼ３
倍の増加になりうる。これは、規定の燃焼速度（もしく
は規定の流量で）での燃料と酸素両方について速度をほ
ぼ３００％変化させることができることを意味する。
【００２８】図３は酸素の流れ面積の燃料の流れ面積に
対する比を位置設定の関数として示すグラフである。曲
線位置は１から位置１０までの指数関数的減衰を示す。
位置１０では、燃料流れ面積は最大値まで広がるのに対
し酸素流域は位置１３までずっと増大する（図３）。曲
線の降下が上述の理由により位置で見られる。両調節機
構の全軸方向移動はほぼ１．６２５インチ（４．１２８
ｃｍ）である。上述のノズルは上記で検討した予備燃焼
装置１４のパラメーター内で作動するよう設計されてい
る。
【００２９】本発明によるバーナーは気体燃料例えば天
然ガス（Ｖｎｇ）と酸素（Ｖｏｘ）の双方の速度変化を
可能にする。流量次第で、１乃至１３の位置設定が高運
動量から低運動量までの選択を与えて火炎の調節ができ
る。高温炉（例えばガラス溶解装置）において、高火炎
輝度と長炎（好ましい運転）には、低速（より高い位置
設定）を用いた方がよい。換言すれば、ＶｎｇとＶｏｘ
は１秒当り６００フィート（約１８２．８７ｍ）以下、
又Ｖｎｇ／Ｖｏｘが０．３乃至０．６である方がよい。
しかし、本発明のバーナーを使用する場合高火炎輝度
（好ましい運転）には、低速でかつＶｎｇ／Ｖｏｘ比を
１．０乃至１．５にする方がよい。
【００３０】オキシ・燃料火炎特性は多数の幾何学的パ
ラメーターならびに流体パラメーターにより影響され
る。酸素と気体燃料例えば天然ガスの双方の火炎端１８
における軸方向速度と乱流剪断応力の分布を図４及び図
５に示す。両極端の位置設定として位置１と１３を用い
て、変化を説明する。図４（ｂ）と図５（ｂ）に示され
るように、位置１において界面速度と乱流剪断応力は最
高である。これに反して、位置１３（図４（ａ）と図５
（ａ））では、界面速度と乱流剪断応力は最低である。
壁と燃料・酸素の界面における乱流剪断応力の効果は燃
料と酸素の流れ双方に乱流変動（乱流の強さ）を導入す
ることである。乱流の強さが強いほど燃料・酸素界面で
の混合比が高くなる。この燃料と酸素の高い混合比は予
備燃焼装置１４と炉の内部に起こる燃焼工程を促進す
る。表２は、バーナー位置設定１と１３が、様々な流体
パラメーターに及ぼす影響及びそれが変化させる火炎特
性を示す。
【００３１】
【表２】 最も影響を及ぼすパラメーターは乱流の強さと混合比で
ある。これらの２つのパラメーターは火炎、温度、長さ
とその輝度を変えることに重要の役割を演ずる。低い方
の位置設定（例えば１、２、３）は高運動量短炎特性を
示すのに対し、高い方の位置設定（例えば７、８、９）
は低運動量長炎特性を示す。例えば、オキシ・燃料バー
ナーと空気・燃料バーナーの双方を備える部分変換炉で
は、前者は高運動量方式で運転して、空気・燃料バーナ
ーと高い気体体積がオキシ・燃料火炎の形状と安定性に
及ぼす影響を最大限にする必要がある。しかし、完全変
換オキシ・燃料炉では、低運動量がより低い火炎温度と
より高い火炎輝度を提供するので好ましい。
【００３２】集成装置が積極封止を有するようなバーナ
ーの製造には外部空気の侵入を最小限にする必要があ
る。部品は流体密（気密）につくってあるので、バーナ
ーを囲む周囲のすなわち冷い空気が炉内部に侵入（影
響）しないので、外部熱の必要量が減少して、燃料の節
約となる。そのうえ、シール状態における燃焼は、空気
のバーナー集成装置への吸込みを防ぎ、外部の空気の炉
内への侵入（リーク）を最少限にして、ＮＯｘ生成に使
われる窒素の主な原因を減らすことになる。
【００３３】本発明のバーナーは通常、例えばガラス溶
解炉のような高い放射環境に置かれる。このような炉で
は、バーナーの先方端は連続的に２，６００゜Ｆ（約
１，４２６．７℃）の温度に暴露される。普通の合金は
すべてなんらかの形で外部もしくは内部の冷却なしには
この温度には耐えられない。しかし、本発明のバーナー
は標準の運転中に２つの冷却方式で運転する。その第１
は、バーナーを通って流れる燃料及び／又は酸素による
強制対流冷却であり、第２はバーナー本体の熱伝導及び
自由対流冷却によるものである。熱伝導と自由対流によ
り周囲に熱を放散させるには少くとも２１インチ（約５
３．３ｃｍ）の長さとほぼ２３０平方インチ（約１，４
８３．８７ｃｍ２）の表面積が適当である。
【００３４】本発明によるバーナーを工業用ガラス繊維
製造設備で酸素・油燃焼と試運転に用いた。本発明のバ
ーナーを８基の酸素・天然ガスバーナーで通常加熱され
る炉に設置した。通常の酸素・天然ガスバーナーのうち
１つを本発明によるバーナーと取替え、＃２と＃６の燃
料油の双方を用いて燃焼させた。前記バーナーでの燃焼
速度は１時間当り５乃至１８ガロン（約１８．９乃至６
８．１リットル）の間で変化し（７ガロンで約１，００
万Ｂｔｕを発熱させる）し、試験中平均して１時間当り
１２ガロンを消費した。バーナーの火炎は、燃焼速度に
応じて火炎の長さが１乃至５フィート（約３０．５乃至
１５２．４ｃｍ）で変化して非常に高い輝度を示した。
炉の周囲耐火材の温度は、前記の非常に高い輝度のオキ
シ・油火炎のために平均５０゜Ｆ（約１０℃）上昇し
た。予備燃焼装置の温度は、火炎が予備燃焼装置の内側
で非常に強かったが、炉の温度と同様であることがわか
った。最後に、バーナー集成装置の試験の終りの検査
で、ガラス溶解炉又は燃焼工程の高温によるなんら付着
も金属変色も見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による装置の先端部の構造の詳
細を示す部分破断及び断面平面図であって、（ｂ）は
（ａ）の線１ｂ−１ｂによる断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は本装置のバーナー部分の先
端の部分図で、夫々酸化剤の出口領域とガス流れ通路の
調節手段を示す図である。
【図３】図１のバーナーの位置設定を横軸にし、酸素通
路の横断面積に対するガス通路の横断面積の比率を縦軸
にするグラフである。
【図４】軸速度を横軸に、前燃焼装置の中心線から内壁
までの前記装置のバーナーの両極端の位置設定の位置を
縦軸にするグラフで、（ａ）及び（ｂ）は夫々各位置で
の状況を示す図である。
【図５】乱流ずり応力を横軸に、図４（ａ）と（ｂ）そ
れぞれのバーナー位置の界面位置を縦軸とするグラフ
で、（ａ）及び（ｂ）は夫々各位置での状況を示す図で
ある。
【符号の説明】
１…位置 １０…オキシ・燃料バーナー装置 １１…位置 １３…位置 １４…予備燃焼装置 １６…第１のハウジング部分 １８…先方端 ２０…第２の端 ２２…ねじ山を切った部分 ２４…第２のハウジング部分 ２６…継ぎ輪 ２８…フランジ ３０…管状部材 ３２…縮小・拡開前部 ３４…燃料導管 ３６…先方部縮小・拡開ノズル形状（排出端） ３８…ガスキャップ・燃料キャップ・ブラックボディ ４０…円錐台 ４２…酸素入口 ４４…通路と連絡方向 ４６…燃料入口 ４８…燃料導入方向 ５０…個別調節機構 ５２…個別調節機構 ５４…流体形式アクセスキャップ ５６…フランジ ５８…フランジ ６０…内部構造 ６２…レシービングスロット ６４…レシービングスロット ６６…円筒状通路（内面） ６８…排出端
フロントページの続き (72)発明者 アレクサンダー．ジョージ．スラヴェコ フ アメリカ合衆国．18104．ペンシルバニ ア州．アレンタウン．ムレイ．ドライ ヴ．216 (72)発明者 マヘンドラ．ラドハラム．ジョシ アメリカ合衆国．32714．フロリダ州. アルタモンテ．スプリングス．ナンバー 12．ブリッケンリッジ．ヴィレッジ. 564 (72)発明者 ジェームス．キース．ナボーズ アメリカ合衆国．32703．フロリダ州. アポプカ．ナンバー206．フォックス. ヒル．3008

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オキシ・燃料バーナーと該バーナーに取
    付けた予備燃焼器を具備するオキシ・燃料燃焼装置であ
    って、 前記オキシ・燃料バーナーは、略円筒状ハウジングと、
    該ハウジング内に離間して同心的に配置された燃料導管
    と、該燃料導管内に同心的に配置された燃料調節弁と、
    前記ハウジングと前記燃料導管の間に該ハウジングと同
    心的にかつ該ハウジングに沿って延在する酸素導管とを
    具備し、前記燃料導管は前記バーナーの主要部に沿って
    延在し、前記燃料調節弁は前記燃料導管と協働して前記
    ハウジングの火炎側の端面において環状の燃料流を形成
    するように構成され、前記燃料導管は前記酸素導管に対
    して長軸方向の位置が可変であり、かつ該燃料導管と該
    酸素導管はそれらの両方の端部が前記バーナーの火炎側
    の端面に存在して該燃料導管を囲む環状の酸化剤通路オ
    リフィスを形成することが可能であり、前記燃料導管お
    よび前記燃料調節弁は相互に関して長軸方向の位置が可
    変であり、かつ該燃料導管と該燃料調節弁はそれらの両
    方の端部が前記バーナーの火炎側の端面に存在して環状
    の燃料通路手段を形成し、よって燃料を前記燃料通路に
    そして酸化剤を前記酸化剤通路に導入することが可能で
    あり、且つ、 前記予備燃焼器は略円筒状の中心通路を有し、該中心通
    路の一端は前記バーナーハウジングに気密に接続され、
    該中心通路の他端からは火炎が外部に加熱用に放出さ
    れ、該予備燃焼器の略円筒体の長軸は前記バーナーハウ
    ジングの長軸の延長をなし、前記予備燃焼器の前記略円
    筒状中心通路は２．０と６．０の間の長さ対直径の比
    （Ｌ／ｄ）を有し、かつ前記バーナーは６３×１０6 ｃ
    ａｌ／ｈｒと１００８０×１０6 ｃａｌ／ｈｒの間
    （０．２５×１０6 と４０．０×１０6 Ｂｔｕ／ｈｒの
    間）の燃焼速度で火炎を発生するように構成されている
    ことを特徴とするオキシ・燃料燃焼装置。
  2. 【請求項２】 前記燃料導管の前記火炎側端部の内側表
    面と前記燃料調節弁の先方端部の外側表面は、前記燃料
    調節弁又は前記燃料導管が相互に関して軸方向に移動す
    ると、前記燃料の環状オリフィスが可変に形成されるよ
    うに構成されている請求項１記載のオキシ・燃料燃焼装
    置。
  3. 【請求項３】 前記酸化剤導管の前記火炎側端部の内側
    表面と前記燃料導管の先方端部の外側表面は、前記燃料
    導管が前記酸化剤導管に関して軸方向に移動すると、前
    記酸化剤の環状オリフィスが可変に形成されるように構
    成されている請求項１記載のオキシ・燃料燃焼装置。
  4. 【請求項４】 前記燃料導管に燃料を導入する手段とし
    て液体燃料噴霧装置を含む請求項１記載のオキシ・燃料
    燃焼装置。
  5. 【請求項５】 前記酸化剤を酸素、空気富化酸素、その
    他の酸化剤およびこれらの混合物から選択し、加圧下で
    酸化剤導入手段から導入する請求項１記載のオキシ・燃
    料燃焼装置。
  6. 【請求項６】 前記燃料を天然ガス、合成天然ガス、プ
    ロパン、硫化水素、液体燃料、スラリーおよびこれらの
    混合物から選択し、気体として又は液体燃料噴霧装置を
    用いて液体として前記燃料通路に導入する請求項１記載
    のオキシ・燃料燃焼装置。
  7. 【請求項７】 前記予備燃焼器が、それが使用されるべ
    き容器に適合した外形を持つ材料から作製されている請
    求項１記載のオキシ・燃料燃焼装置。
  8. 【請求項８】 前記オキシ・燃料バーナーがステンレス
    鋼、合金鋼および耐熱合金から選択される請求項１記載
    のオキシ・燃料燃焼装置。
  9. 【請求項９】 前記予備燃焼器が前記オキシ・燃料バー
    ナーに脱着自在に取り付けられている請求項１記載のオ
    キシ・燃料燃焼装置。
  10. 【請求項１０】 前記オキシ・燃料バーナーが分解可能
    部材で構成されている請求項１記載のオキシ・燃料燃焼
    装置。
  11. 【請求項１１】 前記オキシ・燃料バーナーに、オキシ
    ・燃料燃焼装置を使用する場合に、該バーナーを外部構
    造物に指示する手段を具備せしめた請求項１記載のオキ
    シ・燃料燃焼装置。
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