JPH07332616A - 窒素酸化物低減のための段階的燃焼 - Google Patents
窒素酸化物低減のための段階的燃焼Info
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- JPH07332616A JPH07332616A JP7167829A JP16782995A JPH07332616A JP H07332616 A JPH07332616 A JP H07332616A JP 7167829 A JP7167829 A JP 7167829A JP 16782995 A JP16782995 A JP 16782995A JP H07332616 A JPH07332616 A JP H07332616A
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- F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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- F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00006—Liquid fuel burners using pure oxygen or O2-enriched air as oxidant
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料、特に液体燃料を効果的且つ効率的に燃
焼させることにより窒素酸化物の発生量を一層低減する
こと。 【構成】 燃料通路（５）及び１次酸化体通路（７）に
加え、少なくとも１つの噴霧流体通路（１３）が形成さ
れる。噴霧流体通路（１３）は、少なくとも１つの液体
燃料の流れを、その流れの軸線から１５°未満、好まし
くは１０°未満の角度範囲で噴霧拡散させるように設計
され且つ正しく位置決めされる。
焼させることにより窒素酸化物の発生量を一層低減する
こと。 【構成】 燃料通路（５）及び１次酸化体通路（７）に
加え、少なくとも１つの噴霧流体通路（１３）が形成さ
れる。噴霧流体通路（１３）は、少なくとも１つの液体
燃料の流れを、その流れの軸線から１５°未満、好まし
くは１０°未満の角度範囲で噴霧拡散させるように設計
され且つ正しく位置決めされる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に流体燃料燃焼に関
し、詳しくは、窒素酸化物形成最小化のために有益な液
体燃料燃焼に関する。
し、詳しくは、窒素酸化物形成最小化のために有益な液
体燃料燃焼に関する。
【０００２】
【従来技術】多くの燃焼プロセスに於て著しく大量の窒
素酸化物が発生する。窒素酸化物は汚染物質として知ら
れるものであり、燃焼中の発生量を減らすことが望まれ
る。窒素酸化物発生量を低減するために、酸素富化空気
或は技術的純酸素を酸化体として空気に代替させること
で、燃焼帯域中に入る酸素量と等量当りの導入窒素量を
低減させている。しかしながら、酸素富化空気或は技術
的純酸素を酸化体として使用すると燃焼プロセス温度が
高くなる。高温下での燃焼は、窒素酸化物形成のために
は動力学的に好条件でありまたバーナー、特に非水冷式
のバーナーの構造寿命に悪影響を与える。米国特許第
５，０７６，７７９号及び第５，２４２，２９６号に
は、窒素酸化物形成を抑制する燃焼法が記載される。こ
の燃焼法では、酸化体の流れを酸化体混合帯域中の炉ガ
スで稀釈して稀釈流れを形成し、次いで燃料をこの稀釈
流れの存在下に反応帯域中で燃焼させることにより窒素
酸化物形成にとっての好条件を回避することが含まれ
る。燃料は初期に於て、亜化学量論量の酸化体の存在下
に部分燃焼した後、稀釈流れの存在下に完全燃焼する。
これらの方法は窒素酸化物発生量を著しく低減するもの
ではあるが、尚一層の窒素酸化物発生量低減が求められ
ている。液体燃料の使用に関し、窒素酸化物発生量低減
のための有効な燃焼法に対する需要が増えている。液体
燃料の噴霧及び燃焼に関連する複雑化が窒素酸化物発生
量低減を困難なものとしている。炉壁の耐火物ポート内
部に使用するバーナーが非水冷式のものである場合、バ
ーナーから放出される液体燃料が耐火物ポートと接触し
てすすを堆積させ、結局、バーナーを故障させる。
素酸化物が発生する。窒素酸化物は汚染物質として知ら
れるものであり、燃焼中の発生量を減らすことが望まれ
る。窒素酸化物発生量を低減するために、酸素富化空気
或は技術的純酸素を酸化体として空気に代替させること
で、燃焼帯域中に入る酸素量と等量当りの導入窒素量を
低減させている。しかしながら、酸素富化空気或は技術
的純酸素を酸化体として使用すると燃焼プロセス温度が
高くなる。高温下での燃焼は、窒素酸化物形成のために
は動力学的に好条件でありまたバーナー、特に非水冷式
のバーナーの構造寿命に悪影響を与える。米国特許第
５，０７６，７７９号及び第５，２４２，２９６号に
は、窒素酸化物形成を抑制する燃焼法が記載される。こ
の燃焼法では、酸化体の流れを酸化体混合帯域中の炉ガ
スで稀釈して稀釈流れを形成し、次いで燃料をこの稀釈
流れの存在下に反応帯域中で燃焼させることにより窒素
酸化物形成にとっての好条件を回避することが含まれ
る。燃料は初期に於て、亜化学量論量の酸化体の存在下
に部分燃焼した後、稀釈流れの存在下に完全燃焼する。
これらの方法は窒素酸化物発生量を著しく低減するもの
ではあるが、尚一層の窒素酸化物発生量低減が求められ
ている。液体燃料の使用に関し、窒素酸化物発生量低減
のための有効な燃焼法に対する需要が増えている。液体
燃料の噴霧及び燃焼に関連する複雑化が窒素酸化物発生
量低減を困難なものとしている。炉壁の耐火物ポート内
部に使用するバーナーが非水冷式のものである場合、バ
ーナーから放出される液体燃料が耐火物ポートと接触し
てすすを堆積させ、結局、バーナーを故障させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】燃料、特に液体燃料を
効果的且つ効率的に燃焼させることにより窒素酸化物の
発生量を一層低減することであり、液体燃料を、非水冷
式のバーナー及びランスを使用して、有意量のすすを堆
積させることなく燃焼させることであり、低い火炎温度
で液体燃料を燃焼させることである。
効果的且つ効率的に燃焼させることにより窒素酸化物の
発生量を一層低減することであり、液体燃料を、非水冷
式のバーナー及びランスを使用して、有意量のすすを堆
積させることなく燃焼させることであり、低い火炎温度
で液体燃料を燃焼させることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、窒素酸
化物の発生量を減少する状況下で流体燃料を燃焼する方
法であって、（ａ）燃焼帯域中に少なくとも１つの流体
燃料の流れを射出すること、（ｂ）該少なくとも１つの
流体燃料の流れの長さ部分の少なくとも１部分を、毎秒
２００フィート（約６０ｍ）未満の速度で射出した亜化
学量論量の少なくとも１つの１次酸化体の流れで取り巻
き且つ前記流体燃料を該１次酸化体の少なくとも１部分
を使用して部分的に燃焼させることにより、部分燃焼生
成物を形成すること、（ｃ）前記流体燃料の流れ及び一
次酸化体の流れから角度的に離れた位置から或は前記流
体燃料の流れ及び一次酸化体の流れの射出位置から距離
的に離れた位置から、或は前記流体燃料の流れ及び一次
酸化体の流れの射出位置と反対の位置から、２次酸化体
にして、前記１次酸化体に対する該２次酸化体の体積比
が１．５：１より大きく且つ２０：１未満であるところ
の２次酸化体の少なくとも１部分を射出すること、
（ｄ）該２次酸化体の流れを、体積％での濃度が約０．
５乃至約１５である大量の酸素を含有する大量の周囲ガ
スで稀釈すること、（ｅ）該稀釈した２次酸化体の流れ
を前記部分燃焼生成物と共に混合した後、前記部分燃焼
生成物を前記稀釈した２次酸化体の流れ中の酸素を使用
して燃焼させることを含んでなる窒素酸化物の発生量を
減少する状況下で流体燃料を燃焼する方法が提供され
る。
化物の発生量を減少する状況下で流体燃料を燃焼する方
法であって、（ａ）燃焼帯域中に少なくとも１つの流体
燃料の流れを射出すること、（ｂ）該少なくとも１つの
流体燃料の流れの長さ部分の少なくとも１部分を、毎秒
２００フィート（約６０ｍ）未満の速度で射出した亜化
学量論量の少なくとも１つの１次酸化体の流れで取り巻
き且つ前記流体燃料を該１次酸化体の少なくとも１部分
を使用して部分的に燃焼させることにより、部分燃焼生
成物を形成すること、（ｃ）前記流体燃料の流れ及び一
次酸化体の流れから角度的に離れた位置から或は前記流
体燃料の流れ及び一次酸化体の流れの射出位置から距離
的に離れた位置から、或は前記流体燃料の流れ及び一次
酸化体の流れの射出位置と反対の位置から、２次酸化体
にして、前記１次酸化体に対する該２次酸化体の体積比
が１．５：１より大きく且つ２０：１未満であるところ
の２次酸化体の少なくとも１部分を射出すること、
（ｄ）該２次酸化体の流れを、体積％での濃度が約０．
５乃至約１５である大量の酸素を含有する大量の周囲ガ
スで稀釈すること、（ｅ）該稀釈した２次酸化体の流れ
を前記部分燃焼生成物と共に混合した後、前記部分燃焼
生成物を前記稀釈した２次酸化体の流れ中の酸素を使用
して燃焼させることを含んでなる窒素酸化物の発生量を
減少する状況下で流体燃料を燃焼する方法が提供され
る。
【０００５】本発明の別の様相に従えば、液体燃料を窒
素酸化物の発生量を減少する状況下で燃焼するための方
法であって、（ａ）燃焼帯域中に少なくとも１つの液体
燃料の流れを、該少なくとも１つの液体燃料の流れの軸
線から１５°未満の角度で噴霧拡散する形態に於て提供
すること、（ｂ）亜化学量論量の１次酸化体の流れを、
環状流れ形態に於て毎秒約２００フィート（約６０ｍ）
の速度で、前記少なくとも１つの液体燃料の流れの長さ
部分の少なくとも１部分を包囲或は取り巻くように射出
すること、（ｃ）前記液体燃料の流れの内部に前記１次
酸化体の流れの少なくとも１部分を連行し、該連行した
１次酸化体を使用して前記液体燃料を部分的に燃焼させ
ることにより部分燃焼生成物を形成すること、（ｄ）少
なくとも１つの２次酸化体の流れを射出することによ
り、周囲ガスの循環パターンにして、大量の周囲ガスが
前記２次酸化体の流れの少なくとも１つの内部に連行さ
れることにより稀釈された流れを形成し該稀釈された流
れが前記部分燃焼生成物と混合される以前に於て体積％
で約１乃至３０パーセントの酸素濃度を有してなる周囲
ガスの循環パターンを確立すること、（ｅ）前記稀釈さ
れた流れを前記部分燃焼生成物と共に混合した後、前記
部分燃焼生成物を前記稀釈された流れの内部の酸素を使
用して燃焼させることを含んでなる液体燃料を窒素酸化
物の発生量を減少する状況下で燃焼するための方法が提
供される。ここで“周囲ガス”とは燃焼帯域、即ち炉の
内部のガスを意味し、“部分燃焼生成物”とは、これに
限定するわけではないが、完全燃焼及び不完全燃焼によ
る生成物としてのＣＯ2 、ＣＯ、Ｈ2 Ｏ、Ｈ2 水素そし
て未燃焼燃料を含む。
素酸化物の発生量を減少する状況下で燃焼するための方
法であって、（ａ）燃焼帯域中に少なくとも１つの液体
燃料の流れを、該少なくとも１つの液体燃料の流れの軸
線から１５°未満の角度で噴霧拡散する形態に於て提供
すること、（ｂ）亜化学量論量の１次酸化体の流れを、
環状流れ形態に於て毎秒約２００フィート（約６０ｍ）
の速度で、前記少なくとも１つの液体燃料の流れの長さ
部分の少なくとも１部分を包囲或は取り巻くように射出
すること、（ｃ）前記液体燃料の流れの内部に前記１次
酸化体の流れの少なくとも１部分を連行し、該連行した
１次酸化体を使用して前記液体燃料を部分的に燃焼させ
ることにより部分燃焼生成物を形成すること、（ｄ）少
なくとも１つの２次酸化体の流れを射出することによ
り、周囲ガスの循環パターンにして、大量の周囲ガスが
前記２次酸化体の流れの少なくとも１つの内部に連行さ
れることにより稀釈された流れを形成し該稀釈された流
れが前記部分燃焼生成物と混合される以前に於て体積％
で約１乃至３０パーセントの酸素濃度を有してなる周囲
ガスの循環パターンを確立すること、（ｅ）前記稀釈さ
れた流れを前記部分燃焼生成物と共に混合した後、前記
部分燃焼生成物を前記稀釈された流れの内部の酸素を使
用して燃焼させることを含んでなる液体燃料を窒素酸化
物の発生量を減少する状況下で燃焼するための方法が提
供される。ここで“周囲ガス”とは燃焼帯域、即ち炉の
内部のガスを意味し、“部分燃焼生成物”とは、これに
限定するわけではないが、完全燃焼及び不完全燃焼によ
る生成物としてのＣＯ2 、ＣＯ、Ｈ2 Ｏ、Ｈ2 水素そし
て未燃焼燃料を含む。
【０００６】
【実施例】図１乃至４を参照するに、流体燃料及び１次
酸化体が１つ以上のバーナー（３）から射出される。こ
れらのバーナー（３）は少なくとも１つの燃料通路
（５）と少なくとも１つの１次酸化体通路（７）とを具
備し、ノズル（９）と、このノズルの長さ部分の少なく
とも１部分を同心状態で取り巻いてなる包囲体（１１）
とを含んでいる。ノズル（９）の外面とこの包囲体（１
１）の内面との間には環状通路が形成され、この環状通
路が１次酸化体通路（７）を構成し、一方、ノズル
（９）は燃料通路（５）となる。
酸化体が１つ以上のバーナー（３）から射出される。こ
れらのバーナー（３）は少なくとも１つの燃料通路
（５）と少なくとも１つの１次酸化体通路（７）とを具
備し、ノズル（９）と、このノズルの長さ部分の少なく
とも１部分を同心状態で取り巻いてなる包囲体（１１）
とを含んでいる。ノズル（９）の外面とこの包囲体（１
１）の内面との間には環状通路が形成され、この環状通
路が１次酸化体通路（７）を構成し、一方、ノズル
（９）は燃料通路（５）となる。
【０００７】液体燃料を使用する場合、これらの燃料通
路（５）及び１次酸化体通路（７）に加え、少なくとも
１つの噴霧流体通路（１３）が形成される。望ましい噴
霧流体通路（１３）は、少なくとも１つの液体燃料の流
れを、その流れの軸線から１５°未満、好ましくは１０
°未満の角度範囲で噴霧拡散させるように設計され且つ
適切に位置決めされる。図３及び４では噴霧流体通路
（１３）は、ノズル（９）の長さ部分の少なくとも１部
分を中間包囲体（１５）（例えば、このノズルと包囲体
（１１）との間に配置した流体導管）で同心状態に取り
巻いてなる中間環状通路の形態に形成される。
路（５）及び１次酸化体通路（７）に加え、少なくとも
１つの噴霧流体通路（１３）が形成される。望ましい噴
霧流体通路（１３）は、少なくとも１つの液体燃料の流
れを、その流れの軸線から１５°未満、好ましくは１０
°未満の角度範囲で噴霧拡散させるように設計され且つ
適切に位置決めされる。図３及び４では噴霧流体通路
（１３）は、ノズル（９）の長さ部分の少なくとも１部
分を中間包囲体（１５）（例えば、このノズルと包囲体
（１１）との間に配置した流体導管）で同心状態に取り
巻いてなる中間環状通路の形態に形成される。
【０００８】本発明の１具体例ではノズル（９）は、所
望の狭い角度範囲で液体燃料を噴霧拡散させる状態で射
出するために有益であり、内面及び外面を有し、内面が
燃料通路（５）を画定し、この燃料通路（５）は燃料ポ
ート（１７）で終端している。またこの燃料通路（５）
は少なくとも２つの長さ部分を含み、第１の長さ部分
（５ａ）は断面積或は直径が比較的大きく、第２の長さ
部分（５ｂ）は、第１の長さ部分（５ａ）と連通しまた
燃料ポート（１７）に向ってその断面積が減少（半径方
向に減少する状態で傾斜する）し、好ましくは円錐形態
を有する。燃料ポート（１７）は、燃料通路（５）から
の燃料を受ける入口（１９）と、燃料放出のための出口
（２１）とを具備する。
望の狭い角度範囲で液体燃料を噴霧拡散させる状態で射
出するために有益であり、内面及び外面を有し、内面が
燃料通路（５）を画定し、この燃料通路（５）は燃料ポ
ート（１７）で終端している。またこの燃料通路（５）
は少なくとも２つの長さ部分を含み、第１の長さ部分
（５ａ）は断面積或は直径が比較的大きく、第２の長さ
部分（５ｂ）は、第１の長さ部分（５ａ）と連通しまた
燃料ポート（１７）に向ってその断面積が減少（半径方
向に減少する状態で傾斜する）し、好ましくは円錐形態
を有する。燃料ポート（１７）は、燃料通路（５）から
の燃料を受ける入口（１９）と、燃料放出のための出口
（２１）とを具備する。
【０００９】燃料ポート（１７）の入口（１９）は通常
は第２の長さ部分（５ｂ）の端部位置に位置付けられ、
その断面積或は直径は第２の長さ部分（５ｂ）の開放端
部の断面積或は直径と等しい或はそれよりも小さい。燃
料ポート（１７）は少なくとも３つのセクション、即
ち、第１のセクション（１７ａ）、第２のセクション
（１７ｂ）、第３のセクション（１７ｃ）とを有する。
第１のセクション（１７ａ）は燃料通路（５）の第２の
長さ部分（５ｂ）の端部位置での断面積或は直径と等し
い或はそれよりも小さい断面積或は直径を有し、第２の
セクション（１７ｂ）は出口（２１）に向けて若干減少
する断面積或は直径を有し、第３のセクション（１７
ｃ）の断面積或は直径は、第１のセクション（１７ａ）
の断面積或は直径よりも小さくなっている。一般に、燃
料通路（５）の断面積或は直径は燃料ポート（１７）の
それよりも大きい。
は第２の長さ部分（５ｂ）の端部位置に位置付けられ、
その断面積或は直径は第２の長さ部分（５ｂ）の開放端
部の断面積或は直径と等しい或はそれよりも小さい。燃
料ポート（１７）は少なくとも３つのセクション、即
ち、第１のセクション（１７ａ）、第２のセクション
（１７ｂ）、第３のセクション（１７ｃ）とを有する。
第１のセクション（１７ａ）は燃料通路（５）の第２の
長さ部分（５ｂ）の端部位置での断面積或は直径と等し
い或はそれよりも小さい断面積或は直径を有し、第２の
セクション（１７ｂ）は出口（２１）に向けて若干減少
する断面積或は直径を有し、第３のセクション（１７
ｃ）の断面積或は直径は、第１のセクション（１７ａ）
の断面積或は直径よりも小さくなっている。一般に、燃
料通路（５）の断面積或は直径は燃料ポート（１７）の
それよりも大きい。
【００１０】中間包囲体（１５）は噴霧流体通路（１
３）を形成するために有益であり、所望の角度範囲で拡
散する状態での燃料噴霧形成を促進するものであり、外
面及び内面を有し、ノズル（９）の少なくとも１部分を
同心状態に包囲する。この中間包囲体（１５）とノズル
（９）の内面との間には噴霧流体通路（１３）、例えば
環状通路と、噴霧流体ポート（２３）、例えば環状噴霧
流体ポートとが位置付けられる。噴霧流体通路（１３）
はこの噴霧流体ポート（２３）で終端し、噴霧流体ポー
ト（２３）はこの噴霧流体通路（１３）からの噴霧流体
を受ける入口開口（２５）と、噴霧流体を放出するため
の出口開口（２７）とを具備する。噴霧流体通路（１
３）は通常は噴霧流体ポート（２３）の断面積或は直径
よりも大きな断面積或は直径を有する。噴霧流体通路
（１３）を画定する、中間包囲体（１５）の内面の少な
くとも１部分及びノズル（９）の外面の少なくとも１部
分とは、ノズル（９）の長手方向軸線（Ｃ）から約５°
乃至３０°、好ましくは約１２°から約１８°の角度範
囲での角度（Ａ）で出口開口（２７）に向けて減径する
円錐形態を有している。仮にこれらバーナー（３）をガ
ス冷却式の２重燃料バーナーとして使用する場合、追加
的な包囲体を使用して別の燃料、例えば、固形燃料粒状
物或はガス状燃料を含む流体や追加的な１次酸化体を射
出するための追加の通路（例えば追加的な環状通路）を
形成する必要がある。
３）を形成するために有益であり、所望の角度範囲で拡
散する状態での燃料噴霧形成を促進するものであり、外
面及び内面を有し、ノズル（９）の少なくとも１部分を
同心状態に包囲する。この中間包囲体（１５）とノズル
（９）の内面との間には噴霧流体通路（１３）、例えば
環状通路と、噴霧流体ポート（２３）、例えば環状噴霧
流体ポートとが位置付けられる。噴霧流体通路（１３）
はこの噴霧流体ポート（２３）で終端し、噴霧流体ポー
ト（２３）はこの噴霧流体通路（１３）からの噴霧流体
を受ける入口開口（２５）と、噴霧流体を放出するため
の出口開口（２７）とを具備する。噴霧流体通路（１
３）は通常は噴霧流体ポート（２３）の断面積或は直径
よりも大きな断面積或は直径を有する。噴霧流体通路
（１３）を画定する、中間包囲体（１５）の内面の少な
くとも１部分及びノズル（９）の外面の少なくとも１部
分とは、ノズル（９）の長手方向軸線（Ｃ）から約５°
乃至３０°、好ましくは約１２°から約１８°の角度範
囲での角度（Ａ）で出口開口（２７）に向けて減径する
円錐形態を有している。仮にこれらバーナー（３）をガ
ス冷却式の２重燃料バーナーとして使用する場合、追加
的な包囲体を使用して別の燃料、例えば、固形燃料粒状
物或はガス状燃料を含む流体や追加的な１次酸化体を射
出するための追加の通路（例えば追加的な環状通路）を
形成する必要がある。
【００１１】少なくとも１つのバーナー（３）の先端部
を、少なくとも１つの炉壁（３１）内に画定される少な
くとも１つの第１の耐火物ポート（２９）の少なくとも
１つの内側開口（２８）から後退させることにより、こ
れらバーナーを非水冷式バーナーとして使用することが
出来る。第１の耐火物ポート（２９）は各々内側開口
（２８）を具備し、これら内側開口（２８）が炉壁（３
１）内部に形成した燃焼帯域（３３）に対面する。一般
に、内側開口（２８）の直径は約０．２５乃至１０イン
チ（約６．４乃至１６．４ｍｍ）の範囲内にある。各バ
ーナー（３）を、少なくとも第１の耐火物ポート（２
９）の内側開口（２８）の直径分の距離この耐火物ポー
トの内側開口（２８）から後退させることにより、各バ
ーナー（３）を水冷手段を用いることなく使用出来るこ
とが分かった。この距離分の後退でバーナーの先端温度
が低下するのである。バーナー（３）を、燃焼プロセス
に対する相容性を有する任意の材料で製造可能である。
それらの材料には、中でも、ステンレス鋼、金属、セラ
ミックスそしてプラスチックがある。
を、少なくとも１つの炉壁（３１）内に画定される少な
くとも１つの第１の耐火物ポート（２９）の少なくとも
１つの内側開口（２８）から後退させることにより、こ
れらバーナーを非水冷式バーナーとして使用することが
出来る。第１の耐火物ポート（２９）は各々内側開口
（２８）を具備し、これら内側開口（２８）が炉壁（３
１）内部に形成した燃焼帯域（３３）に対面する。一般
に、内側開口（２８）の直径は約０．２５乃至１０イン
チ（約６．４乃至１６．４ｍｍ）の範囲内にある。各バ
ーナー（３）を、少なくとも第１の耐火物ポート（２
９）の内側開口（２８）の直径分の距離この耐火物ポー
トの内側開口（２８）から後退させることにより、各バ
ーナー（３）を水冷手段を用いることなく使用出来るこ
とが分かった。この距離分の後退でバーナーの先端温度
が低下するのである。バーナー（３）を、燃焼プロセス
に対する相容性を有する任意の材料で製造可能である。
それらの材料には、中でも、ステンレス鋼、金属、セラ
ミックスそしてプラスチックがある。
【００１２】使用する流体燃料は液体燃料、ガス状燃
料、固体燃料を含有する流体或はそれらの混合物で良
い。オイル或は石炭のような燃料は化学的に結合した窒
素を含む。ここで“化学的に結合した窒素”とは、化学
的配合物（分子窒素を除く）に化学的に付着した窒素原
子を意味する。化学的に結合した窒素を具備してなる幾
つかの化学的配合物には、中でも、窒素を具備するアミ
ン、アミド及びヘテロサイクリック配合物が含まれる。
もし、使用する液体燃料が高粘度のものである場合、こ
の液体燃料を燃料通路（５）に送る以前に予熱する。流
体燃料の速度を１次酸化体のそれよりも大きくし、流体
燃料の部分燃焼の安定化を促進させるのが好ましい。
料、固体燃料を含有する流体或はそれらの混合物で良
い。オイル或は石炭のような燃料は化学的に結合した窒
素を含む。ここで“化学的に結合した窒素”とは、化学
的配合物（分子窒素を除く）に化学的に付着した窒素原
子を意味する。化学的に結合した窒素を具備してなる幾
つかの化学的配合物には、中でも、窒素を具備するアミ
ン、アミド及びヘテロサイクリック配合物が含まれる。
もし、使用する液体燃料が高粘度のものである場合、こ
の液体燃料を燃料通路（５）に送る以前に予熱する。流
体燃料の速度を１次酸化体のそれよりも大きくし、流体
燃料の部分燃焼の安定化を促進させるのが好ましい。
【００１３】液体燃料を使用する場合、液体燃料を有効
且つ効果的に燃焼させるべく拡散させるための噴霧流体
を使用する。好ましい噴霧技術は、この噴霧流体により
噴霧される液体燃料の流れが、液体燃料を低速、例えば
毎秒５０フィート（約１５ｍ）未満の速度で射出する場
合でさえも、所望の狭い角度範囲で一定に噴霧拡散され
るようなものである。好ましい噴霧技術には、噴霧流体
をマッハ約０．５乃至１．２の速度で射出し、液体燃料
をノズル（９）の長手方向軸線（Ｃ）から約５°乃至３
０°、好ましくは約１２°から約１８°の角度範囲での
角度（Ａ）で噴霧拡散させることが含まれる。環状の噴
霧流体ポート（２３）から射出された噴霧流体が、液体
燃料の流れに含まれる１次酸化体の少なくとも１部分を
実質的に連行することにより液体燃料を部分燃焼せしめ
る。所望の狭い角度範囲で噴霧拡散される限りに於て、
また１次酸化体の少なくとも１部分が液体燃料の流れ内
部に連行される限りに於て、別の噴霧技術を使用するこ
とが出来る。この所望の狭い角度範囲での角度で噴霧拡
散することにより、非水冷式のオイル燃料バーナーの使
用が促進されるのみならず、液体燃料の、窒素酸化物発
生量を低減する状態での有効且つ効率的な燃焼も助長さ
れる。使用する噴霧流体は、これに限定するものではな
いが、蒸気、二酸化炭素、アルゴン、窒素、空気、酸素
富化空気及び純酸素を含む任意のガス状物質として良
い。
且つ効果的に燃焼させるべく拡散させるための噴霧流体
を使用する。好ましい噴霧技術は、この噴霧流体により
噴霧される液体燃料の流れが、液体燃料を低速、例えば
毎秒５０フィート（約１５ｍ）未満の速度で射出する場
合でさえも、所望の狭い角度範囲で一定に噴霧拡散され
るようなものである。好ましい噴霧技術には、噴霧流体
をマッハ約０．５乃至１．２の速度で射出し、液体燃料
をノズル（９）の長手方向軸線（Ｃ）から約５°乃至３
０°、好ましくは約１２°から約１８°の角度範囲での
角度（Ａ）で噴霧拡散させることが含まれる。環状の噴
霧流体ポート（２３）から射出された噴霧流体が、液体
燃料の流れに含まれる１次酸化体の少なくとも１部分を
実質的に連行することにより液体燃料を部分燃焼せしめ
る。所望の狭い角度範囲で噴霧拡散される限りに於て、
また１次酸化体の少なくとも１部分が液体燃料の流れ内
部に連行される限りに於て、別の噴霧技術を使用するこ
とが出来る。この所望の狭い角度範囲での角度で噴霧拡
散することにより、非水冷式のオイル燃料バーナーの使
用が促進されるのみならず、液体燃料の、窒素酸化物発
生量を低減する状態での有効且つ効率的な燃焼も助長さ
れる。使用する噴霧流体は、これに限定するものではな
いが、蒸気、二酸化炭素、アルゴン、窒素、空気、酸素
富化空気及び純酸素を含む任意のガス状物質として良
い。
【００１４】射出される１次酸化体は、流体燃料と反応
するための亜化学量論量の酸素を含むことから流体燃料
を部分的に燃焼させる。酸素の所望の亜化学量論量は、
流体燃料の流れと反応するための酸素の化学量論量の約
１０乃至３０パーセントである。１次酸化体の速度は、
通常は毎秒２００フィート（約６０ｍ）未満、好ましく
は毎秒１００フィート（約３０ｍ）未満に維持され、窒
素酸化物の発生量を減少させ且つ部分燃焼の安定化を促
進する。使用する１次酸化体は、空気、酸素富化空気或
は技術的純酸素で良い。しかしながら、望ましい１次酸
化体は堆積パーセントで３０％を上回る酸素濃度の酸素
を含有している。追加の１次酸化体及び燃料（例えば別
の燃料）を追加の通路、例えば外側環状通路を通してバ
ーナー（３）内部に導入することが出来る。追加の１次
酸化体及び燃料を使用することにより、バーナー（３）
を２重燃料バ−ナーとして使用可能である。
するための亜化学量論量の酸素を含むことから流体燃料
を部分的に燃焼させる。酸素の所望の亜化学量論量は、
流体燃料の流れと反応するための酸素の化学量論量の約
１０乃至３０パーセントである。１次酸化体の速度は、
通常は毎秒２００フィート（約６０ｍ）未満、好ましく
は毎秒１００フィート（約３０ｍ）未満に維持され、窒
素酸化物の発生量を減少させ且つ部分燃焼の安定化を促
進する。使用する１次酸化体は、空気、酸素富化空気或
は技術的純酸素で良い。しかしながら、望ましい１次酸
化体は堆積パーセントで３０％を上回る酸素濃度の酸素
を含有している。追加の１次酸化体及び燃料（例えば別
の燃料）を追加の通路、例えば外側環状通路を通してバ
ーナー（３）内部に導入することが出来る。追加の１次
酸化体及び燃料を使用することにより、バーナー（３）
を２重燃料バ−ナーとして使用可能である。
【００１５】流体燃料及び１次酸化体を各バーナー
（３）から射出する間、２次酸化体の流れを少なくとも
１つのランス（３５）から射出する。このランス（３
５）は、炉壁（３１）の少なくとも１つの第２の耐火物
ポート（３７）の内部に配置する。この第２の耐火物ポ
ート（３７）は燃焼帯域（３３）に対面する内側開口
（３６）を具備する。ランス（３５）の先端はこの内側
開口（３６）から、内側開口（３６）の少なくとも直径
分の距離後退される。もしランス（３５）の先端がセラ
ミック材料性である場合にはそのように後退させる必要
は無い。このランスの設計形状或は先端の後退により、
ランス（３５）を水冷することなく運転可能であること
から、水冷に関わる腐蝕は回避される。
（３）から射出する間、２次酸化体の流れを少なくとも
１つのランス（３５）から射出する。このランス（３
５）は、炉壁（３１）の少なくとも１つの第２の耐火物
ポート（３７）の内部に配置する。この第２の耐火物ポ
ート（３７）は燃焼帯域（３３）に対面する内側開口
（３６）を具備する。ランス（３５）の先端はこの内側
開口（３６）から、内側開口（３６）の少なくとも直径
分の距離後退される。もしランス（３５）の先端がセラ
ミック材料性である場合にはそのように後退させる必要
は無い。このランスの設計形状或は先端の後退により、
ランス（３５）を水冷することなく運転可能であること
から、水冷に関わる腐蝕は回避される。
【００１６】このランス（３５）の位置が、２次酸化体
の流れを、１次酸化体及び燃料の流れが射出される位置
と反対の及び或は隣り合う位置から角度的に及び空間的
に離間した位置から射出させることになる。ランス（３
５）をバーナー（３）から角度的或は空間的に離間させ
る場合、この空間距離及び或は射出角度は、２次酸化体
の流れが、この２次酸化体の流れが部分燃焼生成物と反
応する以前に大量の周囲ガス、即ち燃焼帯域或は炉内部
のガスを連行するようなものである。例えば、２次酸化
体の流れを燃料流れと平行に射出する場合、２次酸化体
を射出する位置は、燃料及び１次酸化体の流れを射出す
る位置から少なくとも３インチ（約７．６ｃｍ）離すべ
きである。一方、ランス（３５）を、バーナー（３）を
位置付けた場所と反対側の及び或は隣り合う少なくとも
１つの炉壁に位置付けた場合、部分燃焼生成物及び２次
酸化体が交差する位置を２次酸化体の射出位置から十分
にはなれた位置とし、この２次酸化体の流れが部分燃焼
生成物と混合する以前に所望の稀釈流れが形成されるよ
うにする。所望の稀釈流れの酸素濃度は体積パーセント
で約１から約３０％、好ましくは約２乃至約２５％であ
る。この所望の稀釈流れは、周囲ガスが部分燃焼生成物
を燃焼させるために使用される前に２次酸化体の流れが
この周囲ガスを連行してなる、２次酸化体の流れとの周
囲ガス循環パターンを確立することにより形成される。
周囲ガスは通常、約０．５乃至約１５５の酸素濃度を含
有する。所望の稀釈流れを形成することにより火炎温度
及び窒素酸化物放出量は減少する。
の流れを、１次酸化体及び燃料の流れが射出される位置
と反対の及び或は隣り合う位置から角度的に及び空間的
に離間した位置から射出させることになる。ランス（３
５）をバーナー（３）から角度的或は空間的に離間させ
る場合、この空間距離及び或は射出角度は、２次酸化体
の流れが、この２次酸化体の流れが部分燃焼生成物と反
応する以前に大量の周囲ガス、即ち燃焼帯域或は炉内部
のガスを連行するようなものである。例えば、２次酸化
体の流れを燃料流れと平行に射出する場合、２次酸化体
を射出する位置は、燃料及び１次酸化体の流れを射出す
る位置から少なくとも３インチ（約７．６ｃｍ）離すべ
きである。一方、ランス（３５）を、バーナー（３）を
位置付けた場所と反対側の及び或は隣り合う少なくとも
１つの炉壁に位置付けた場合、部分燃焼生成物及び２次
酸化体が交差する位置を２次酸化体の射出位置から十分
にはなれた位置とし、この２次酸化体の流れが部分燃焼
生成物と混合する以前に所望の稀釈流れが形成されるよ
うにする。所望の稀釈流れの酸素濃度は体積パーセント
で約１から約３０％、好ましくは約２乃至約２５％であ
る。この所望の稀釈流れは、周囲ガスが部分燃焼生成物
を燃焼させるために使用される前に２次酸化体の流れが
この周囲ガスを連行してなる、２次酸化体の流れとの周
囲ガス循環パターンを確立することにより形成される。
周囲ガスは通常、約０．５乃至約１５５の酸素濃度を含
有する。所望の稀釈流れを形成することにより火炎温度
及び窒素酸化物放出量は減少する。
【００１７】２次酸化体を先の如く射出するに加え、２
次酸化体の導入量を、導入する１次酸化体量を下に調節
或は調整し、窒素酸化物の形成を更に減少する。例えば
図５及び６には、１次酸化体に対する２次酸化体の比率
を異ならせた状態での、２次酸化体の射出速度に対する
ＮＯX （窒素酸化物放出レベル）をプロットしたグラフ
が示される。このプロット図によれば、発生する窒素酸
化物の質量が、１次酸化体に対する２次酸化体の体積比
の増大と共に減少することが示される。１次酸化体に対
する２次酸化体の所望の体積比は１．５：１以上、好ま
しくは２．４：１と等しいか或はそれ以上であり、更に
好ましくは３：１以上２０：１未満である。
次酸化体の導入量を、導入する１次酸化体量を下に調節
或は調整し、窒素酸化物の形成を更に減少する。例えば
図５及び６には、１次酸化体に対する２次酸化体の比率
を異ならせた状態での、２次酸化体の射出速度に対する
ＮＯX （窒素酸化物放出レベル）をプロットしたグラフ
が示される。このプロット図によれば、発生する窒素酸
化物の質量が、１次酸化体に対する２次酸化体の体積比
の増大と共に減少することが示される。１次酸化体に対
する２次酸化体の所望の体積比は１．５：１以上、好ま
しくは２．４：１と等しいか或はそれ以上であり、更に
好ましくは３：１以上２０：１未満である。
【００１８】更に、２次酸化体の速度は窒素酸化物形成
を減少させるために高速とすべきである。図７及び８に
は、２次酸化体の背圧及び２持酸化体の射出速度の夫々
に対してのＮＯX （窒素酸化物放出レベル）をプロット
したグラフが示される。このプロット図によれば、発生
する窒素酸化物の質量が、２次酸化体速度或は２次酸化
体背圧が増大すると共に減少することが示される。所望
の２次酸化体速度は毎秒２５０フィート（約７５ｍ）好
ましくは毎秒３００フィート（約９０ｍ）以上、更に好
ましくは毎秒４００フィート（約１２０ｍ）以上であ
る。２次酸化体としては、空気、酸素富化空気或は技術
的純酸素を使用可能である。しかしながら、所望の２次
酸化体は、体積パーセントで３０％以上の酸素濃度を有
する。
を減少させるために高速とすべきである。図７及び８に
は、２次酸化体の背圧及び２持酸化体の射出速度の夫々
に対してのＮＯX （窒素酸化物放出レベル）をプロット
したグラフが示される。このプロット図によれば、発生
する窒素酸化物の質量が、２次酸化体速度或は２次酸化
体背圧が増大すると共に減少することが示される。所望
の２次酸化体速度は毎秒２５０フィート（約７５ｍ）好
ましくは毎秒３００フィート（約９０ｍ）以上、更に好
ましくは毎秒４００フィート（約１２０ｍ）以上であ
る。２次酸化体としては、空気、酸素富化空気或は技術
的純酸素を使用可能である。しかしながら、所望の２次
酸化体は、体積パーセントで３０％以上の酸素濃度を有
する。
【００１９】実際上、２次酸化体は、先に示したような
周囲ガスの循環パターンを確立するための所望の位置か
ら高速で射出され、周囲ガスと、１次酸化体との燃焼に
より生じた部分燃焼生成物とが、２次酸化体の流れのジ
ェット旋回効果によりこの２次酸化体の流れ中に連行さ
れる。２次酸化体の流れが高速であることと、この２次
酸化体の流れが燃料及び１次酸化体の射出位置から十分
離れた位置から射出されることとにより、２次酸化体と
燃料及び１次酸化体との混合は遅延される。この遅延に
より、２次酸化体が初期に於て周囲ガスと混合して所望
の稀釈流れを形成し、その一方で燃料と１次酸化体との
部分燃焼を介し部分燃焼生成物が形成される。生じた稀
釈流れは部分燃焼生成物を連行し且つ燃焼させる。
周囲ガスの循環パターンを確立するための所望の位置か
ら高速で射出され、周囲ガスと、１次酸化体との燃焼に
より生じた部分燃焼生成物とが、２次酸化体の流れのジ
ェット旋回効果によりこの２次酸化体の流れ中に連行さ
れる。２次酸化体の流れが高速であることと、この２次
酸化体の流れが燃料及び１次酸化体の射出位置から十分
離れた位置から射出されることとにより、２次酸化体と
燃料及び１次酸化体との混合は遅延される。この遅延に
より、２次酸化体が初期に於て周囲ガスと混合して所望
の稀釈流れを形成し、その一方で燃料と１次酸化体との
部分燃焼を介し部分燃焼生成物が形成される。生じた稀
釈流れは部分燃焼生成物を連行し且つ燃焼させる。
【００２０】本発明を更に説明するために以下の例を示
す。ここに示す例は例示目的のみのために示されるもの
であってこれに限定されるものではない。これらの例で
の全てのテストは直径３フィート（約９０ｃｍ）、長さ
８フィート（約２．４ｍ）の実験炉で実施された。実験
炉は少なくとも３つの炉壁を有し、これらの炉壁が実験
炉の内側チャンバーに開口する端部開口を具備する少な
くとも２つのポートを画定する。使用した燃料オイルの
化学特性を以下の表に示す。
す。ここに示す例は例示目的のみのために示されるもの
であってこれに限定されるものではない。これらの例で
の全てのテストは直径３フィート（約９０ｃｍ）、長さ
８フィート（約２．４ｍ）の実験炉で実施された。実験
炉は少なくとも３つの炉壁を有し、これらの炉壁が実験
炉の内側チャンバーに開口する端部開口を具備する少な
くとも２つのポートを画定する。使用した燃料オイルの
化学特性を以下の表に示す。
【表１】
【表２】
【００２１】オイルを140 °F ( 約60℃) の温度で送
り、バーナー入口温度を180 °F ( 約82.2℃) に保ち、
オイル粘度を１６ｃＳｔ（センチストークス）に維持し
た。バーナーを１ＭＭ Ｂｔｕ／ｈの燃焼率で燃焼し
た。窒素を炉の側壁の３か所から射出し、空気の侵入を
シミュレートした。この問題は工業炉で発生するからで
ある。ＮＯX 測定中の炉の耐火壁の平均温度を２８００
°F ( 約1537.8℃) に維持した。ＮＯX 測定結果を、Ｎ
Ｏを化学ルミネセントアナライザによる測定に基き表示
し、また燃料燃焼の百万ＢＴＵ当りのＮＯ2 のポンド量
として表示した。テストは図４に示すバーナーを使用し
て実施した。バーナーを炉壁内に画定される耐火物ポー
ト内部で、その先端部を約４インチ（約１０ｃｍ）（内
側開口の直径の２倍）の距離、内側開口から後退させて
配置した。酸素ランスを、炉壁内に画定される別の耐火
物ポート内部に、その先端部を耐火物ポートの入口開口
から約２インチ（約５ｃｍ）（この別の耐火物ポートの
内側開口の直径と等しい距離）後退させて配置した。
り、バーナー入口温度を180 °F ( 約82.2℃) に保ち、
オイル粘度を１６ｃＳｔ（センチストークス）に維持し
た。バーナーを１ＭＭ Ｂｔｕ／ｈの燃焼率で燃焼し
た。窒素を炉の側壁の３か所から射出し、空気の侵入を
シミュレートした。この問題は工業炉で発生するからで
ある。ＮＯX 測定中の炉の耐火壁の平均温度を２８００
°F ( 約1537.8℃) に維持した。ＮＯX 測定結果を、Ｎ
Ｏを化学ルミネセントアナライザによる測定に基き表示
し、また燃料燃焼の百万ＢＴＵ当りのＮＯ2 のポンド量
として表示した。テストは図４に示すバーナーを使用し
て実施した。バーナーを炉壁内に画定される耐火物ポー
ト内部で、その先端部を約４インチ（約１０ｃｍ）（内
側開口の直径の２倍）の距離、内側開口から後退させて
配置した。酸素ランスを、炉壁内に画定される別の耐火
物ポート内部に、その先端部を耐火物ポートの入口開口
から約２インチ（約５ｃｍ）（この別の耐火物ポートの
内側開口の直径と等しい距離）後退させて配置した。
【００２２】バーナー及びランスを相互に平行状態で組
み込み且つ相互に約６インチ（約１５．２ｃｍ）離間さ
せた。ランスからは２次酸化体を射出し、バーナーから
はオイル、噴霧流体そして１次酸化体を射出し、オイル
を部分的に燃焼した。蒸気、空気及び酸素を噴霧流体と
した。射出した噴霧流体の量は、この噴霧流体／オイル
の質量比率が約５０％に維持されるようなものであっ
た。図５では噴霧流体として蒸気を使用した。図６では
空気を使用した。２次酸化体の射出速度及び２次酸化体
／１次酸化体の体積比を変更し、図５及び６のプロット
を得た。図５及び６に示したプロットは、２次酸化体／
１次酸化体の体積比の、窒素酸化物放出量に対する影響
を示している。つまり、これら図５及び６によれば、窒
素酸化物の放出量は、２次酸化体／１次酸化体の体積比
を増大させることにより減少し得ることが示されてい
る。図７及び８は、２次酸化体の射出速度の、窒素酸化
物放出量に対する影響を示している。１次酸化体の射出
量は、図７及び８の夫々に対し、バーナーを介し導入さ
れる酸素量が全導入酸素量の約３０％及び約４０％を構
成するようなものである。図７及び８に示すプロット
は、２次酸化体の射出速度を増大すると窒素酸化物放出
量が減少することを示している。
み込み且つ相互に約６インチ（約１５．２ｃｍ）離間さ
せた。ランスからは２次酸化体を射出し、バーナーから
はオイル、噴霧流体そして１次酸化体を射出し、オイル
を部分的に燃焼した。蒸気、空気及び酸素を噴霧流体と
した。射出した噴霧流体の量は、この噴霧流体／オイル
の質量比率が約５０％に維持されるようなものであっ
た。図５では噴霧流体として蒸気を使用した。図６では
空気を使用した。２次酸化体の射出速度及び２次酸化体
／１次酸化体の体積比を変更し、図５及び６のプロット
を得た。図５及び６に示したプロットは、２次酸化体／
１次酸化体の体積比の、窒素酸化物放出量に対する影響
を示している。つまり、これら図５及び６によれば、窒
素酸化物の放出量は、２次酸化体／１次酸化体の体積比
を増大させることにより減少し得ることが示されてい
る。図７及び８は、２次酸化体の射出速度の、窒素酸化
物放出量に対する影響を示している。１次酸化体の射出
量は、図７及び８の夫々に対し、バーナーを介し導入さ
れる酸素量が全導入酸素量の約３０％及び約４０％を構
成するようなものである。図７及び８に示すプロット
は、２次酸化体の射出速度を増大すると窒素酸化物放出
量が減少することを示している。
【００２３】本発明を使用することにより窒素酸化物放
出量は著しく低減される。液体燃料燃焼時の窒素酸化物
放出量の低減は特に注目すべきである。なぜなら、本発
明により提供されるところの、噴霧拡散の角度が極めて
狭幅である液体燃料の流れを使用しての窒素酸化物放出
量低減は、液体燃料噴霧及び燃焼に関わる複雑化によっ
て当業者の意図せざるものであったからである。更に、
噴霧拡散の角度範囲が極めて狭幅である液体燃料の流れ
を、窒素酸化物発生量を低下する状態で使用出来ること
から、バーナーを水冷することなく且つ長期の使用によ
る故障を生ずることも無く使用可能である。以上本発明
を具体例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変
更を成し得ることを理解されたい。
出量は著しく低減される。液体燃料燃焼時の窒素酸化物
放出量の低減は特に注目すべきである。なぜなら、本発
明により提供されるところの、噴霧拡散の角度が極めて
狭幅である液体燃料の流れを使用しての窒素酸化物放出
量低減は、液体燃料噴霧及び燃焼に関わる複雑化によっ
て当業者の意図せざるものであったからである。更に、
噴霧拡散の角度範囲が極めて狭幅である液体燃料の流れ
を、窒素酸化物発生量を低下する状態で使用出来ること
から、バーナーを水冷することなく且つ長期の使用によ
る故障を生ずることも無く使用可能である。以上本発明
を具体例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変
更を成し得ることを理解されたい。
【００２４】
【発明の効果】燃料、特に液体燃料を効果的且つ効率的
に燃焼させることによる窒素酸化物の発生量の一層の低
減が可能となり、液体燃料を、非水冷式のバーナー及び
ランスを使用して、有意量のすすを堆積させることなく
燃焼させることが可能となり、低い火炎温度で液体燃料
を燃焼させることが可能となる。
に燃焼させることによる窒素酸化物の発生量の一層の低
減が可能となり、液体燃料を、非水冷式のバーナー及び
ランスを使用して、有意量のすすを堆積させることなく
燃焼させることが可能となり、低い火炎温度で液体燃料
を燃焼させることが可能となる。
【図１】本発明の具体例での１次酸化体、２次酸化体及
び燃料の導入に関連する種々の構造部分の部分断面図で
ある。
び燃料の導入に関連する種々の構造部分の部分断面図で
ある。
【図２】本発明の具体例での１次酸化体、２次酸化体及
び燃料の導入に関連する種々の構造部分の部分断面図で
ある。
び燃料の導入に関連する種々の構造部分の部分断面図で
ある。
【図３】本発明の他の具体例での液体燃料噴霧装置の部
分断面図である。
分断面図である。
【図４】本発明の他の具体例での、図３の液体噴霧装置
を具備してなる液体燃料バーナーの部分断面図である。
を具備してなる液体燃料バーナーの部分断面図である。
【図５】本発明の更に別の具体例での、特定の、１次酸
化体の流れに対する２次酸化体の流れの体積比を使用す
ることの重要性を例示してなるグラフである。
化体の流れに対する２次酸化体の流れの体積比を使用す
ることの重要性を例示してなるグラフである。
【図６】本発明の更に別の具体例での、特定の、１次酸
化体の流れに対する２次酸化体の流れの体積比を使用す
ることの重要性を例示してなるグラフである。
化体の流れに対する２次酸化体の流れの体積比を使用す
ることの重要性を例示してなるグラフである。
【図７】本発明の更に別の具体例での、特定速度で２次
酸化体を射出することの重要性を例示してなるグラフで
ある。
酸化体を射出することの重要性を例示してなるグラフで
ある。
【図８】本発明の更に別の具体例での、特定速度で２次
酸化体を射出することの重要性を例示してなるグラフで
ある。
酸化体を射出することの重要性を例示してなるグラフで
ある。
３ バーナー ５ 燃料通路 ７ １次酸化体通路 ９ ノズル １１ 包囲体 １３ 噴霧流体通路 １５ 中間包囲体 １７ 燃料ポート １９ 入口 ２１ 出口 ２３ 噴霧流体ポート ２５ 入口開口 ２７ 出口開口 ２８ 内側開口 ２９ 耐火物ポート ３１ 炉壁 ３５ ランス ３７ 第２の耐火物ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アーサー・ダブリュー・フランシス・ジュ ニア アメリカ合衆国ニューヨーク州モンロー、 アールディー１ボックス428 (72)発明者 ヒサシ・コバヤシ アメリカ合衆国ニューヨーク州パトナム・ バリー、バージャ・ストリート170
Claims (10)
- 【請求項１】 窒素酸化物の発生量を減少する状況下で
流体燃料を燃焼する方法であって、 （ａ）燃焼帯域中に少なくとも１つの流体燃料の流れを
射出すること、 （ｂ）該少なくとも１つの流体燃料の流れの長さ部分の
少なくとも１部分を、毎秒２００フィート（約６０ｍ）
未満の速度で射出した亜化学量論量の少なくとも１つの
１次酸化体の流れで取り巻き且つ前記流体燃料を該１次
酸化体の少なくとも１部分を使用して部分的に燃焼させ
ることにより、部分燃焼生成物を形成すること、 （ｃ）前記流体燃料の流れ及び一次酸化体の流れから角
度的に離れた位置から或は前記流体燃料の流れ及び一次
酸化体の流れの射出位置から距離的に離れた位置から、
或は前記流体燃料の流れ及び一次酸化体の流れの射出位
置と反対の位置から、２次酸化体にして、前記１次酸化
体に対する該２次酸化体の体積比が１．５：１より大き
く且つ２０：１未満であるところの２次酸化体の少なく
とも１部分を射出すること、 （ｄ）該２次酸化体の流れを、体積％での濃度が約０．
５乃至約１５である大量の酸素を含有する大量の周囲ガ
スで稀釈すること、 （ｅ）該稀釈した２次酸化体の流れを前記部分燃焼生成
物と共に混合した後、前記部分燃焼生成物を前記稀釈し
た２次酸化体の流れ中の酸素を使用して燃焼させること
を含んでなる窒素酸化物の発生量を減少する状況下で流
体燃料を燃焼する方法。 - 【請求項２】 ２次酸化体の流れは、１次酸化体に対す
る該２次酸化体の体積比が２．４：１よりも大きい状態
に於て射出されてなる請求項１の窒素酸化物の発生量を
減少する状況下で流体燃料を燃焼する方法。 - 【請求項３】 ２次酸化体の流れの速度は毎秒２００フ
ィート（約６０ｍ）よりも大きい請求項１の窒素酸化物
の発生量を減少する状況下で流体燃料を燃焼する方法。 - 【請求項４】 液体燃料を窒素酸化物の発生量を減少す
る状況下で燃焼するための方法であって、 （ａ）燃焼帯域中に少なくとも１つの液体燃料の流れ
を、該少なくとも１つの液体燃料の流れの軸線から１５
°未満の角度で噴霧拡散する形態に於て提供すること、 （ｂ）亜化学量論量の１次酸化体の流れを、環状流れ形
態に於て毎秒約２００フィート（約６０ｍ）の速度で、
前記少なくとも１つの液体燃料の流れの長さ部分の少な
くとも１部分を包囲或は取り巻くように射出すること、 （ｃ）前記液体燃料の流れの内部に前記１次酸化体の流
れの少なくとも１部分を連行し、該連行した１次酸化体
を使用して前記液体燃料を部分的に燃焼させることによ
り部分燃焼生成物を形成すること、 （ｄ）少なくとも１つの２次酸化体の流れを射出するこ
とにより、周囲ガスの循環パターンにして、大量の周囲
ガスが前記２次酸化体の流れの少なくとも１つの内部に
連行されることにより稀釈された流れを形成し該稀釈さ
れた流れが前記部分燃焼生成物と混合される以前に於て
体積％で約１乃至３０パーセントの酸素濃度を有してな
る周囲ガスの循環パターンを確立すること、 （ｅ）前記稀釈された流れを前記部分燃焼生成物と共に
混合した後、前記部分燃焼生成物を前記稀釈された流れ
の内部の酸素を使用して燃焼させることを含んでなる液
体燃料を窒素酸化物の発生量を減少する状況下で燃焼す
るための方法。 - 【請求項５】 少なくとも１つの２次酸化体の流れの射
出速度が、１次酸化体に対する２次酸化体の体積比率が
４：１よりも大きく且つ前記少なくとも１つの２次酸化
体の流れが液体燃料の流れの速度よりも大きな速度で流
動するようなものである請求項４の液体燃料を窒素酸化
物の発生量を減少する状況下で燃焼するための方法。 - 【請求項６】 （ａ）での少なくとも１つの液体燃料の
流れが、少なくとも１つの液体燃料の流れが、開口を具
備する少なくとも１つのノズルを通して軸線方向に射出
すること及び、前記少なくとも１つのノズルと該ノズル
の長さ部分の少なくとも１部分を取り巻く包囲体との間
に形成した環状開口を具備してなる環状通路を通して噴
霧流体を射出することにより形成され、前記噴霧流体
が、マッハ約０．５乃至約１．２の速度で射出され、前
記ノズルの開口の上流或は同一平面に位置付けた前記環
状開口から前記液体燃料の流れの軸線から約１２°から
約１８°の角度範囲で拡散噴霧されてなる請求項４の液
体燃料を窒素酸化物の発生量を減少する状況下で燃焼す
るための方法。 - 【請求項７】 少なくとも１つのノズルの先端が、燃焼
帯域を取り巻く少なくとも１つの壁により画定される少
なくとも１つの耐火物ポートの内側開口から少なくとも
該内側開口の直径と等しい距離分、該内側開口から後退
されてなる請求項６の液体燃料を窒素酸化物の発生量を
減少する状況下で燃焼するための方法。 - 【請求項８】 液体燃料に対する噴霧流体の体積比が約
０．４から約０．７の範囲である請求項６の液体燃料を
窒素酸化物の発生量を減少する状況下で燃焼するための
方法。 - 【請求項９】 ２次酸化体の流れが、少なくとも１つの
ノズルから空間的に離間され或は角度的に離間された或
は前記少なくとも１つのノズルを位置付けたと反対側の
或は隣り合う壁に位置付けたランスから射出されてなる
請求項６の液体燃料を窒素酸化物の発生量を減少する状
況下で燃焼するための方法。 - 【請求項１０】 ガス状燃料の流れ、固体燃料粒状物を
含有するガス状流れ、及びこれらの混合物から選択した
追加の燃料の流れを、包囲体と該包囲体の長さ部分の少
なくとも１部分を取り巻く第２の包囲体との間に形成さ
れてなる第２の環状開口から射出することと、前記第２
の包囲体と該第２の包囲体の長さ部分の少なくとも１部
分を取り巻く第３の包囲体との間に形成されてなる第３
の環状開口から追加の１次酸化体を射出することを含ん
でなる請求項６の液体燃料を窒素酸化物の発生量を減少
する状況下で燃焼するための方法。
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