(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ボリューム（２）を加熱する少なくとも一つのバーナの作動方法であって、
前記バーナは、無炎酸化モード（Ｃ）作動のための第１の燃料及び空気供給手段（１１）と、ウォームアップモード（Ａ）作動のための第２の燃料及び空気供給手段（２５）と、前記第１及び第２の燃料及び空気手段（１１、２５）を調整するための制御装置（１４）とを含み、
前記制御装置（１４）は、前記第１の燃料及び空気供給手段（１１）と前記第２の燃料及び空気供給手段（２５）とが作動する補助無炎酸化モード（Ｂ）が維持されるように制御して、該補助無炎酸化モード（Ｂ）は、加熱された前記反応ボリューム（２）が、使用される燃料の着火温度より低い温度の時に作動されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記制御装置（１４）は、
前記反応ボリューム（２）内の温度が第１温度の閾値よりも低い場合に作動する前記ウォームアップモード（Ａ）と、
前記反応ボリューム（２）内の温度が第１温度の閾値よりも高く、該第１温度よりも高い第２温度の閾値より低い場合に作動する前記補助無炎酸化モード（Ｂ）と、
前記反応ボリューム（２）内の温度が第２温度の閾値よりも高い場合に作動する前記無炎酸化モード（Ｃ）と、
を予め指定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の燃料及び空気供給手段（１１）により供給されたガス及び／または空気の割合は、前記第２の燃料及び空気供給手段（２５）により供給されたガス及び／または空気量に対して変動可能であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
復熱装置を備えたバーナ（１）であって、
反応ボリューム（２）に燃料を供給するための第１の燃料供給部（１０）と、
前記反応ボリューム（２）に燃焼空気を供給するための第１の空気供給部（５）と、
前記第１の燃料供給部（１０）及び前記第１の空気供給部（５）への燃料及び燃焼空気の供給量を調整して無炎酸化モード（Ｃ）を作動させるための第１の燃料及び空気供給手段（１１）と、
前記反応ボリューム（２）に連絡され、酸化反応を維持するように構成された燃焼スペース（１５）と、
前記燃焼スペース（１５）に燃料を供給するための第２の燃料供給部（２２）と、
前記燃焼スペース（１５）に燃焼空気を供給するための第２の空気供給部（１９）と、
前記第２の燃料供給部（２２）及び前記第２の空気供給部（１９）への燃料及び燃焼空気の供給量を調整してウォームアップモード（Ａ）を作動させるための第２の燃料及び空気供給手段（２５）と、
前記燃焼スペース（１５）及び前記反応ボリューム（２）への空気供給及び／または燃料供給を調整するように構成され、前記反応ボリューム（２）内で反応を補助するために前記燃焼スペース内に高温ガスを発生させる制御装置（１４）と、を含み、
該制御装置（１４）は、前記第１の燃料及び空気供給手段（１１）と前記第２の燃料及び空気供給手段（２５）とが作動する補助無炎酸化モード（Ｂ）が維持されるように制御して、該補助無炎酸化モード（Ｂ）は、加熱された前記反応ボリューム（２）が、使用される燃料の着火温度より低い温度の時に作動されることを特徴とするバーナ（１）。
【請求項５】
前記燃焼スペース（１５）は燃焼チャンバであることを特徴とする請求項４に記載のバーナ。
【請求項６】
前記燃焼チャンバ（１５）は火炎を維持するように構成されることを特徴とする請求項５に記載のバーナ。
【請求項７】
少なくとも一つの前記第１の空気供給部（５）は、排出ガス熱によって燃焼空気を加熱するための熱交換器を含むことを特徴とする請求項４に記載のバーナ。
【請求項８】
前記第１の空気供給部（５）及び前記第２の空気供給部（１９）は、それぞれ加熱されていない純粋な空気を供給することを特徴とする請求項４に記載のバーナ。
【請求項９】
前記第１の空気供給部（５）には第１調節部材（９）が備えられ、前記第２の空気供給部（１９）には第２調節部材（２１）が備えられることを特徴とする請求項４に記載のバーナ。
【請求項１０】
前記第１調節部材（９）と前記第２調節部材（２１）とは独立して調節されることを特徴とする請求項９に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、詳細には、燃料の着火温度より低いボリューム温度でボリュームを加熱するために再循環排気ガス流を燃料酸化させるための方法、同様に、前記方法を作動させるバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１により、無炎燃料酸化によって加熱される加熱ボリュームとして、例えば、加熱炉スペースまたはジェットパイプの内側スペースが知られている。無炎酸化するために、燃焼ガスの強い再循環が、影響するボリュームに流入される。予熱空気及び燃料が前記燃焼ガスに注入される。その際、熱エネルギーの一定の放出が、１５００℃より低い反応温度で最小の熱窒素酸化物と共にボリュームの大きな部位に発生する。しかしながら、これは、加熱炉スペース内の十分な温度の広がりが要求される。特許文献１と同様に特許文献２によると、これがバーナに一体化された燃焼チャンバによって達成され、燃料及び燃焼空気が前記燃焼チャンバに噴射される。合成混合が燃焼チャンバで着火される。上昇した高温ガスは燃焼チャンバから離れて加熱されたボリュームに到達する。このように、バーナは２つの作動モードを作動させる。
【０００３】
１．加熱されるボリューム内の温度が使用される燃料の着火温度よりも低い間の燃焼チャンバ内での安定火炎による燃焼。
【０００４】
２．前記ボリュームの温度が着火温度を超えた直後の加熱されたボリューム内の燃焼チャンバ外の燃焼。空気の高排出振動数がボリューム内の燃焼ガスの必要な強い再循環に影響して、これにより、高温と熱窒素酸化物の生成を防止する。
【０００５】
加熱されるボリュームには、例えば、そのボリュームのサイズまたは形状によって徐々に加熱するまたは加熱すべきであるという適用のケースがある。必要な工程仕様の最終温度が比較的低く、例えば、燃料の着火温度より低くすることが可能である。
【０００６】
これらのケースにおいて、加熱炉スペースが火炎によって加熱されたならば、高温が（火炎内及び上に）局所的に発生して、その結果、窒素酸化物が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第０６８５６８３号明細書
【特許文献２】国際公開出願２００７／０１７０５６号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の課題は、着火温度よりも低い温度で加熱スペースの窒素酸化物を減少させることである。
【０００９】
この課題は、クレーム１による方法と、クレーム４によるバーナによって解決することができる。
【００１０】
本発明に係る方法を達成するために、バーナは、フロックス（ＦＬＯＸ：ベーエス−ベルメテクニークゲーエムベーハーの登録商標である）作動（無炎酸化モード）のための第１の燃料及び空気供給手段と、ウォームアップ作動（ウォームアップモード）のための第２の燃料及び空気供給手段とを含む。加えて、バーナは、前記燃料及び空気手段を調整するために制御手段を含む。制御手段は、第１の燃料及び空気供給手段と、第２の燃料及び空気供給手段とが作動する間、補助フロックスモード（補助無炎酸化モード）を維持するように構成される。選択的に、制御手段は、またフロックスモードとウォームアップモードとの間を切替可能に構成されてもよい。
【００１１】
本発明に係る補助フロックスモードは、加熱されたボリュームが、使用される燃料の着火温度より低い温度の時に使用される。加熱されたボリュームを維持するための再循環流は、燃料の安定無炎酸化を安全に維持するために十分に加熱されない。熱エネルギーの損失は、第２の燃料及び空気供給手段によって同時に供給された熱源から伝達される。例えば、この熱源は、安定火炎が生じる燃焼チャンバである。この燃焼チャンバの高温排出ガスがボリューム内にジェットのように流入して、加熱されたボリュームの低温再循環ガスと混合する。この結果、低いボリューム温度にもかかわらず発生する、フロックス作動における（排出）ガス流が発生する。窒素酸化物状態の燃焼チャンバまたは他の潜在的に存在する火炎による熱源内への発生が拡大するのは、燃料及び空気の全流れのうちほんの一部が影響しており、その結果、ボリュームの十分な火炎補助で加熱される場合と比較すると、窒素酸化物の発生がない。本方法は、また、フロックスモードと火炎モードとの間の完全な切換えがない場合に好適である。この結果として、フロックスモード及び火炎モードにおける加熱炉スペース内の温度推移を概算することができる。加えて、多種燃料モードが、すなわち、第１の燃料にて予熱源（燃焼チャンバ）を作動すること、また、相違する第２の燃料にて他の燃料供給装置を作動することによって可能になる。
【００１２】
好ましくは、本発明に係る方法は、前記補助フロックスモードだけでなく、加えて、第１温度閾値よりも低い場合に作動して、例えば、第２の燃料及び空気供給手段の独立的な調節によって達成するウォームアップモードを含む。例えば、この場合、燃焼チャンバだけが作動する。
【００１３】
加えて、本発明に係る方法は、さらに、第２温度閾値よりも高い場合に作動するモードで、第２の燃料及び空気供給手段だけが作動する際の純然たるフロックスモードを備えている。
【００１４】
本発明のバーナ及び本発明の方法は、特に、低温で起こる工程または長いウォームアップ段階を介して動作する工程時の熱エネルギー生成のために適切である。すなわち、詳細には、窒素酸化物の放出がウォームアップと移行期間との間で減少する。
【００１５】
本方法及びバーナは、ガス状燃料、液状燃料、及び例えば、空気または排出ガスによって流動化する任意の粒子状固体燃料に適している。
【００１６】
本発明の付加的な詳細は、明細書、図面またはクレームによって明りょうになる。その際、明細書では、本発明及び種々状態の必須形態に限定される。図面は付加的な詳細を示し、明細書の補足することを意図している。図面は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係るバーナの概略断面図である。
【図２】図２は、図１のバーナの正面図である。
【図３】図３は、バーナの他の実施形態の正面図である。
【図４】図４は、図１で示したバーナのモード作動で、２つの空気及び燃料供給装置１１及び２５（両方の二つの図）の個々の動作または作動を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、加熱炉スペース２、すなわち、例えばジェットパイプの内側スペースのような他のボリュームを加熱するために使用されるバーナ１を示している。加熱炉スペース２は、バーナ１が挿入される開口部４を有する加熱炉壁部３で囲まれている。バーナ１は、フランジ６あるいは間接的に他の手段によって加熱炉壁部３にシール結合されたアウタパイプ５を含む。アウタパイプ５は、加熱炉壁部３の略内面の高さに位置する空気排出用の開口部７を有し、それを通じて空気が加熱炉スペース２内に流れる。アウタパイプ５によって閉塞された供給管に空気を送り込むための接続部８が備えられ、該接続部８は、好ましくはバルブ９または他の調整部材によって制御される。
【００１９】
燃料供給パイプ１０は、アウタパイプ５と同心状に設けられ、それによって、前記パイプはまた燃料ランスとして言及される。前記供給パイプの口部は、加熱炉壁部３の内面の高さ、または燃料が加熱炉スペース２内にジェット流として案内される適当な位置に配置される。アウタパイプ５及び中央燃料供給パイプ１０が、第１の燃料及び空気供給手段１１を構成する。燃料供給パイプ１０は、例えば、バルブ１２によりあるいは他の好適な調整部材により燃料供給接続部１３に接続される。バルブ９、１２は、制御装置１４に接続され、そして、第１の燃料及び空気供給手段１１を制御する。制御装置１４は、例えば、マイクロコントローラベース装置またはそれに類似のものである。
【００２０】
燃焼チャンバ１５は、その内側に、好ましくは、前記燃焼チャンバに延びる燃料供給パイプ１０と共にアウタパイプ５を備えている。その口部は、好ましくは、加熱炉壁部３の内面の高さに位置している。アウタパイプ５の空気排出用の開口部７と共に、それは環状ノズル１６を形成する。しかしながら、燃焼チャンバ１５の口部１７は、アウタパイプ５の開口部の方向へ後退させることもできる。同様に、燃料供給パイプ１０の開口端部には、燃焼チャンバ１５及び加熱炉スペース２内に位置するその口部１７を経由して燃料ジェットを案内するために燃焼チャンバ１５内に配置されたノズル１８を備えている。
【００２１】
好ましくは、燃焼チャンバ１５には、例えば、アウタパイプ５に同心状になるように配置された空気供給パイプ１９によって燃焼空気が供給される。それは、また一つまたはそれ以上の偏心パイプを含んでいる。空気供給パイプ１９は、好ましくは、予熱されていない新鮮な空気を供給する接続部２０に連通している。供給された空気流は、制御装置１４によって同じように制御されるバルブ２１または他の調整部材によって制御される。他の実施形態として、バルブ２１の代わりに、ダイヤフラム、スロットル、手動調整形バルブのようなものを使用することができる。この場合、まさに純然たるフロックスモードでは、任意の空気が燃焼チャンバ内に常時流れることになるが、これに耐容でき、すなわち多くの場合でそれが要求される。
【００２２】
加えて、燃焼チャンバ１５には、例えば、バルブ２３によって燃料供給接続部２４に接続される燃料供給パイプ２２によって燃料が供給される。好ましくは、バルブ２３は制御装置１４に接続され、前記制御装置１４によって制御される。
【００２３】
空気供給パイプ１９及び燃料供給パイプ２２は、制御装置１４によって制御されて作動する第２の燃料及び空気供給手段２５を構成して、そして、それが制御または調整される。フランジ２６によって、空気供給パイプ１９は、加熱炉スペース２の外部で気密的にアウタパイプ５に接続され、他のフランジによって、バーナヘッド２８と共に気密的に接続され、これによりシールされる。
【００２４】
好ましくは、燃焼チャンバ１５に付設されるものは、着火発電機３０と共に着火電極２９であり、前記着火発電機は制御装置１４により制御される。加えて、一つまたはそれ以上の温度センサー３１が備えられ、該温度センサーは、例えば、加熱炉スペース２の温度を検出するために加熱炉壁部３を、すなわちバーナ１を通って延びている。詳細には、温度センサーは、その温度検知部分３２が加熱炉スペース２内の循環流３３の温度を検知するように配置されている。
【００２５】
図１のバーナ１との相違は、すなわち、環状ノズル１６の代わりに一連の、例えば、個別の空気排出用の開口部１６ａ、１６ｂ・・・を環状に備えることも可能である。さらに、アウタパイプ５の代わりに復熱装置を備えることも可能であり、前記復熱装置の外側部は、例えば、加熱炉スペース２から放出された排出ガス流の排気管に接続される。このような復熱装置アウタパイプの外部と内部とには、熱交換を防ぐために突起、フィンまたはそれに類似したものが備えられる。さらに、供給された空気は、最初接続部８から流入してカラー、いわゆる扁平パイプによって扁平にされた熱交換パイプを通じて案内され、それによって、排出ガスは前記パイプの外周に沿って流れ、前記パイプの開口部１６ａ、１６ｂが、特定の予熱された新鮮な空気ジェットを加熱炉スペース２内に案内する。
【００２６】
以上説明されたバーナ１の作動は、少なくとも一つ補助フロックスモードの作動を許容するが、本実施形態では、三つの相違したモード作動が可能で、すなわち、（ａ）予熱モード、（ｂ）補助フロックスモード及び（ｃ）純然たるフロックスモードである。前記モードの説明のため図４を参照する。時間ｔ＝０（ゼロ）点では、初期作動の温度が限界温度Ｔ１、すなわち、３００℃よりも低い値であることが推測される。次に、制御装置１４が、バルブ２１、２３を開け、バルブ９、１２を閉めた状態に維持して第２の燃料及び空気供給手段２５だけを作動させる。加えて、着火パルスが着火電極２９で作り出される。次に、例えば、安定火炎状態の燃焼が燃焼チャンバ１５内に発生する。この燃焼の高温排出ガスが口部１７から排出されて加熱炉スペース２内に入る。前記排出ガスは、規定時間で前記加熱炉スペースを加熱する。図４の作動モードは、最初の時間ｔ１までの時間帯をモードＡとして定義される。その際、加熱炉スペース２内の温度Ｔは急激に増加する。ｔ１までの全時間帯では、第１の燃料及び空気供給手段１１は作動されず、一方第２の燃料及び空気供給手段２５だけが作動される。
【００２７】
最初の温度閾値Ｔ１に到達するとすぐに補助フロックスモードＢが開始される。その際、制御装置１４は、第１の燃料及び空気供給手段１１を作動し、第２の燃料及び空気供給手段を停止させて、それは、バルブ９、１２、２１、２３を適切に機能させることにより達成される。図４に示されるように、これは、０％または１００％から始動して連続的にまたは除々に増加される。補助フロックスモードＢでは、供給空気及び供給燃料の一部が、高温排出ガス流を発生させるために燃焼チャンバ１５内で燃焼される。その他は、環状ノズル１６及びノズル１８によって加熱炉スペース２内に噴射される。その際、その配分は、好ましくは、再循環流３３の比較的低温ガスと燃焼チャンバ１５の高温ガスとの混合ガスが着火温度Ｔ２より高い温度を有する混合ガスとなるように、再循環流３３の計測温度を使用して決定されている。結果として、燃料ランスまたはノズル１８を通じて噴射された一定の割合の燃料は、再循環流３３の温度が必要とされる限界温度Ｔ２よりも低い温度であるにも関わらず無炎酸化が発生してしまう排出ガス／空気ジェットによって運ばれる。
【００２８】
燃焼チャンバ１５の高温ガスによる無炎酸化の補助は、図４の曲線I及びII（実線）によって示されるように、温度Ｔの上昇に伴って連続的に減少する。
【００２９】
他の実施形態として、プロセスが図４の曲線III、IV（点線）によって示すように一つまたはそれ以上のステップに切り替わり、すなわち、連続的調節の初期または末期のステップを示している。両方の場合、燃焼チャンバ１５内の燃焼された燃料の一部の割合は、全体の１０％〜５０％に限定される。
【００３０】
制御装置１４が、再循環流３３の上昇温度が限界温度Ｔ２、すなわち、例えば使用される燃料の着火温度、実施例として８００℃に指定された前記限界温度Ｔ２よりも高い状態を検知すると、前記制御装置は、燃料及び空気供給手段２５を完全に停止し、加熱炉スペース２内のフロックス作動に完全に依存する。この作動モードＣでは、空気及び燃料供給手段１１を通じる空気の流れが継続される。
【００３１】
本発明では、フロックスモード（モードＣ）だけでなく、詳細には、加熱炉スペースの低温、すなわち、ウォームアップ中（モードＡ及び特有のＢ）に好ましくまたは必然的に発生する温度でも窒素酸化物の値をより低くすることが可能である。低い窒素酸化物値は、熱源、例えば、燃焼チャンバ１５によって、フロックス作動のためには実質的に低すぎる温度である再循環ガス流３３が加熱炉チャンバ２あるいは無炎状態の他のボリューム、詳細には、部分的な温度ピークが１５００℃を超えることのない加熱炉チャンバ２あるいは無炎状態の他のボリューム内の加熱ガス流が使用される燃料の一部（大部分）に反応するために加熱されることで達成される。
【００３２】
本発明に係る発明は、フロックス作動のための第１の燃料及び空気供給手段１１と、熱上昇作動のための第２の燃料及び空気供給手段２５とを備えた少なくとも一つのバーナの作動に関する。制御装置１４は、燃料及び空気供給手段１１、２５を、すなわち、熱上昇のために、フロックス作動のための必要な温度がバーナの直前の領域で到達するように制御するために備えられている。
【符号の説明】
【００３３】
１  バーナ，２  加熱炉スペース，３  加熱炉壁部，４  開口部，５  パイプジャケット，６  フランジ，７  空気出口用の開口部，８  接続部，９  バルブ，１０  燃料供給パイプ，１１  第１の燃料及び空気供給手段，１２  バルブ，１３  燃料供給接続部，１４  制御装置，１５  燃焼チャンバ／燃焼スペース，１６  環状ノズル，１７  燃焼チャンバ１５の口部，１８  ノズル，１９  空気供給パイプ，２０  接続部，２１  バルブ，２２  燃料供給パイプ，２３  バルブ，２４  燃料供給接続部，２５  第２の燃料及び空気供給手段，２６、２７  フランジ，２８  バーナヘッド，２９  着火電極，３０  着火発電機，３１  温度センサー，３２  温度検知部分，３３  再循環流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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