(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低発熱動作では低発熱燃焼ガス、高発熱動作では高発熱燃焼ガスでマルチガスバーナ（１）を作動させる方法であって、そのマルチガスバーナ（１）が、
第１ノズル（１１）、第２ノズル（１２）及び第３ノズル（１３）を伴う少なくとも１個のバーナランス（１０）と、
通流によって各自のノズル（１１，１２，１３）にそれぞれ連結された第１送給室（２１）、第２送給室（２２）及び第３送給室（２３）と、
その内部に向け上記少なくとも１個のバーナランス（１０）が突出している燃焼室（３）と、
を有する方法において、
高発熱動作に際し、第１ノズル（１１）を介しエアが送給されるのと同時に、第２ノズル（１２）を介しＯ2飢渇ガス、第３ノズル（１３）を介し高発熱燃焼ガスが燃焼室（３）内に送給され、そこでそれらが反応、特に燃焼し、エア及びＯ2飢渇ガスが燃焼用の酸素キャリアとして使用されること、並びに
低発熱動作に際し、第１ノズル（１１）を介しエアが燃焼用の酸素キャリアとして送給されるのと同時に、第２ノズル（１２）を介し低発熱燃焼ガスが燃焼室（３）内に送給され、そこでそれらが反応、特に燃焼すること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
外側ノズルが第１ノズル（１１）、中葉ノズルが第２ノズル（１２）、内側ノズルが第３ノズル（１３）として選定されたこと、
を特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法であって、
低発熱動作に際し、マルチガスバーナ（１）が約１．０５〜約１．２の範囲に属するλ値で作動すること、
を特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法であって、
高発熱動作に際し、マルチガスバーナ（１）が約１．４〜約２．０の範囲に属するλ値で作動し、その際に酸素プロバイダの約１５％〜３０％がＯ2飢渇ガスに由来すること、
を特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法であって、
低発熱動作におけるλ値、並びに高発熱動作におけるＯ2飢渇ガスの混合比及びλ値が、ホットガスのＯ2コンテンツが１０％未満となるよう設定されたこと、
を特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法であって、
燃焼ガスの量、λ値、並びにエア及びＯ2飢渇ガスに由来する燃焼用の酸素キャリアの組成が、火炎温度が１３００℃以下となるよう設定されたこと、
を特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の方法であって、
細砕動作、特に固体燃料用の細砕プラントに由来する循環プロセスガスが、Ｏ2飢渇ガスとして使用されること、
を特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の方法であって、
コーク生成炉ガスが高発熱ガス、溶鉱炉ガスが低発熱ガスとして使用されること、
を特徴とする方法。
【請求項９】
低発熱燃焼ガスによる低発熱動作及び高発熱燃焼ガスによる高発熱動作のためのマルチガスバーナ（１）であって、
燃焼室（３）と、
第１ノズル（１１）、第２ノズル（１２）及び第３ノズル（１３）を伴う少なくとも１個のバーナランス（１０）と、
燃焼室内にガスを送給すべく通流によって各自のノズル（１１，１２，１３）にそれぞれ連結された第１送給室（２１）、第２送給室（２２）及び第３送給室（２３）と、
を有し、ノズル（１１，１２，１３）の一端が燃焼室（３）内、他端が各自の送給室（２１，２２，２３）内で終端しており、
燃焼室（３）が、ノズル（１１，１２，１３）の端部付近にバーナマッフルを有しており、
第１送給室（２１）が燃焼用の酸素キャリアの送給用に構成されており、
第３送給室（２３）が高発熱燃焼ガスの送給用に構成されているマルチガスバーナにおいて、
第２送給室（２２）が低発熱燃焼ガス及びＯ2飢渇ガスの送給用に構成されていること、並びに
第２送給室（２２）内に低発熱燃焼ガス及びＯ2飢渇ガスを送給するための送給ユニットが、マルチガスバーナ（１）の動作モードに応じ、低発熱燃焼ガス及びＯ2飢渇ガスのうちどちらかが第２送給室（２２）内に導入されるよう構成されていること、
を特徴とするマルチガスバーナ。
【請求項１０】
請求項９記載のマルチガスバーナ（１）であって、
第１ノズル（１１）がバーナランス（１０）の外側ノズル、第２ノズル（１２）が中葉ノズル、第３ノズル（１３）が内側ノズルであり、
第１ノズル（１１）が、通流により第１送給室（２１）に連結されており、
第２ノズル（１２）が、通流により第２送給室（２２）に連結されており、
第３ノズル（１３）が、通流により第３送給室（２３）に連結されていること、
を特徴とするマルチガスバーナ。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のマルチガスバーナ（１）であって、
制御ユニットが設けられており、その制御ユニットが、低発熱動作中に、エアを第１送給室（２１）内、低発熱燃焼ガスを第２送給室（２２）内に導入し、且つ第３送給室（２３）への送給を阻止するよう構成されており、
同制御ユニットが、高発熱動作中に、エアを第１送給室（２１）内、Ｏ2飢渇ガスを第２送給室（２２）内、高発熱燃焼ガスを第３送給室（２３）内に導入するよう構成されていること、
を特徴とするマルチガスバーナ。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のうちいずれか一項記載のマルチガスバーナ（１）であって、
第１ノズル（１１）対第２ノズル（１２）対第３ノズル（１３）の断面積比が、使用されるλ値、低発熱及び高発熱燃焼ガス、並びに／又は個別の化学量論的エア条件に依存しており、特に約４．５〜４．９：６．０〜６．４：１の付近にあること、
を特徴とするマルチガスバーナ。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のうちいずれか一項記載のマルチガスバーナ（１）であって、
複数個のバーナランス（１０）が設けられており、各第１ノズル（１１）が通流によって第１送給室（２１）、各第２ノズル（１２）が第２送給室（２２）、各第３ノズル（１３）が第３送給室（２３）に連結されていること、
を特徴とするマルチガスバーナ。
【請求項１４】
プロセシングプラントであって、
請求項１０乃至１３のうちいずれか一項記載のマルチガスバーナ（１）と、熱プロセスと、を有し、その熱プロセスに由来する循環プロセスガスがＯ2飢渇ガスとして使用されるプロセシングプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチガスバーナを作動させる方法、並びに低発熱(low-calorific)及び高発熱(high-calorific)燃焼ガスで作動するマルチガスバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なマルチガスバーナには、大抵、燃焼室(combustion chamber)及び少なくとも１個のバーナランス(burner lance)が備わる。このバーナランスには第１、第２及び第３ノズルが装備される。更に、第１、第２及び第３送給室(feed chamber)が設けられ、それらが、燃焼室内にガスを送給すべく通流によって各自のノズルにそれぞれ連結される。当該少なくとも１個のバーナランスのノズルの片側は燃焼室内、他側は各送給室内で終端される。更に、ノズルの端部付近に位置するよう燃焼室内にバーナマッフル(burner muffle)が設けられる。複数個のバーナランスを伴うバーナのことをマルチプルランスバーナと呼ぶ。
【０００３】
一般的なバーナは例えば特許文献１及び２に記載されている。
【０００４】
そうしたガスバーナは高温ガス生成器(hot gas generator)内で使用され、その高温ガス生成器はプロセスガスの加熱、例えば鉄鉱石の溶解を目的とする加熱に使用される。石炭の細砕(grinding)−乾燥(drying)プロセスには、高温のプロセスガスが必要である。細砕及び乾燥された石炭は、更に、鉄鉱石の溶解に使用される。高温ガス生成器用の燃焼ガスとしては、通常、低発熱ガス（リーンガスとも呼ばれる）が、燃焼用の酸素キャリア特にエアと共に、ノズルを介し燃焼室内に送給され、そこで、酸素キャリアと混合され、点火され、燃焼される。
【０００５】
高温ガス生成器の適応性及び使用性を向上させるには、高温ガス生成器のバーナ（群）を他の燃焼ガス、例えば高発熱燃焼ガスでも作動させうるようにするのが望ましい。
【０００６】
その発熱量が高いため、高発熱燃焼ガスは、低発熱ガスに比べ、高い火炎温度で燃焼する。ここで考慮すべきことは、燃焼温度が約１３００℃超に上ることから、燃焼用の酸素キャリア、特に通常のエアを組成するＮ2の熱変換を通じＮＯxが発生することである。高発熱燃焼ガスを使用する際、通常、燃焼温度はこの臨界温度域を上回る値になる。しかしながら、ＮＯxの発生は、環境保護法令に従い厳に回避しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許第１９６  ２７  ２０３号明細書（Ｃ２）
【特許文献２】独国特許第４２  ０８  ９５１号明細書（Ｃ２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここに、本発明の目的は、相応の環境保護法令に従いつつ高発熱燃焼ガスを燃焼させることが可能で、とりわけ石炭細砕プラントと併用可能なように、マルチガスバーナを作動させる方法及びそうしたマルチガスバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的が、請求項１記載の特徴を有するマルチガスバーナ作動方法及び請求項１０記載の特徴を有するマルチガスバーナによって達成される。
【００１０】
更に秀逸な実施形態を従属形式請求項、明細書及び図面に示す。
【００１１】
請求項１によれば、第１、第２及び第３ノズルを伴う少なくとも１個のバーナランスと、通流によって各自のノズルにそれぞれ連結された第１、第２及び第３送給室と、その内部に向け当該少なくとも１個のバーナランスが突出している燃焼室と、を有するマルチガスバーナが、高発熱動作に際し、第１ノズルを介しエアが送給されるのと同時に、第２ノズルを介しＯ2飢渇ガス(depleted gas)、第３ノズルを介し高発熱燃焼ガスが燃焼室内に送給され、そこでそれらが反応、特に燃焼し、エア及びＯ2飢渇ガスが燃焼用の酸素キャリア又は酸素プロバイダとして使用されるよう、作動する。
【００１２】
本発明の下地となる知見は、ＮＯxの発生を回避するためには、最大量のＮＯxが産生されうる領域より低い温度になるよう、火炎温度を抑えることが必要である、というものである。この温度域は約１３００℃未満に位置する。
【００１３】
本発明によれば、これを、低発熱動作即ち低発熱燃焼ガスの燃焼に比べ大きなλ値にて燃焼を進行させことにより達成することができる。λ値は燃焼比又はエア比とも呼ばれるものであり、燃焼用に供給される酸素プロバイダ特にエアが、化学量論的に燃焼ガスの燃焼に必要とされる最少エア量に対し、有する比率を画定する。
【００１４】
高発熱ガスが燃焼するときには、より多くの燃焼エア、即ちより多量の燃焼用酸素プロバイダで燃焼が進行し、λ値が増加する。より多くの燃焼エアを付加導入することにより、燃焼ガスの完全燃焼に当たり、産生されたガスが除熱される。従って、ＮＯx発生に係る臨界温度域より低い温度で全燃焼プロセスを生起させることができる。
【００１５】
従来は、約２１％の酸素コンテンツを有する普通の外気が燃焼用の酸素プロバイダとして使用されていた。燃焼用の酸素プロバイダの量がより多いので、高温プロセスガス中の酸素コンテンツが増量する。これは、特に、石炭細砕プラント用のプロセスガスの産生に使用される高温ガス生成器内で、そのガスバーナを使用する際に問題である。そうした石炭細砕プラントは、例えば、無煙炭等の炭素キャリアの処理、ＰＣＩ(pulverised coal injection)法を用いた溶鉱炉／高炉内へのブローイング、或いは石炭ガス化プラント(coal gasification plant)の範疇で使用される。そうしたプラントでは、防爆目的上、プロセスガスの酸素コンテンツが１０％未満でなければならない。従って、λ値を大きくすることで高発熱燃焼ガスの使用を促すことはできない。これと同じ問題は、爆発リスク環境で使用される多くのプロセスガスで存在する。従って、高発熱燃焼ガスを使用する際には、ＮＯxを防ぐことだけでなく、産生される高温プロセスガスの酸素コンテンツがそのプロセスに依存し画定される比率未満になるようにすることが義務的に必要とされる。
【００１６】
従って、本発明の更なる核心的着想は、燃焼用の酸素プロバイダとして通常のエアを専ら使用することにではなく、通常のエア及びＯ2飢渇ガスに由来する燃焼用酸素プロバイダを混合させることに、見いだすことができる。その結果として、燃焼に使用される酸素プロバイダの総酸素コンテンツが通常のエアよりも少なくなる。そのため、前述した火炎温度所要低減が実現されるよう、大きなλ値でバーナを作動させることができる。それでいて、こうして燃焼に使用される酸素プロバイダの酸素コンテンツが少ないことを通じ、引き続き、そのプロセスガスを石炭細砕プラント等で使用できるよう、産生されたプロセスガスの酸素コンテンツを例えば１０％未満に抑えることができる。
【００１７】
本方法の秀逸な実施形態によれば、低発熱動作中に、エアが燃焼用の酸素プロバイダとして第１ノズルを介し送給されるのと同時に、低発熱燃焼ガスが第２ノズルを介し燃焼室内へと送給され、そこでそれらが反応、特に燃焼することとなる。これにより、低発熱燃焼ガスだけでなく高発熱燃焼ガスでもマルチガスバーナを作動させることが可能となり、しかもそれらの動作モード毎に別々のバーナを設ける必要がない。
【００１８】
この構成の下地となる知見は、低発熱動作時に低発熱燃焼ガス向けに使用されるノズルが高発熱動作では使用されない、というものである。このノズルは、従って、燃焼に利用可能な酸素プロバイダが産生されるよう、第１ノズルからのエアにＯ2飢渇ガスを混合させるのに、使用することができる。Ｏ2飢渇ガス用に別のノズルを設ける場合に比べたこのソリューションの長所は、その結果、使用されるバーナランスに設けるべきノズルが例えば４個ではなく３個になる、というものである。これにより、特に、そうしたバーナランスを１個又は複数個有するマルチガスバーナの建造深さ(construction depth)及び建造寸法(construction dimensions)が抑制される。
【００１９】
バーナランスの外側ノズル(outer nozzle)を第１ノズル、中葉ノズル(central nozzle)を第２ノズル、内側ノズル(inner nozzle)を第３ノズルとして選定するのが望ましい。この構成では、外側ノズルを通し、また低発熱動作か高発熱動作かによらず、燃焼室内にエアを常時吹き込むことができる。低発熱動作中には、そのノズルから吹き出された燃焼ガスが、吹き込まれたエアによってくるまれ、そのエアと効率的に混合されるよう、ひいてはそのエアと反応しうるよう、燃焼ガスが中葉ノズルを通り吹き込まれる。同様に、これは、内側ノズルを使用し高発熱燃焼ガスが吹き込まれる高発熱動作でも成り立つ。中葉ノズルをＯ2飢渇ガス向けに使用することにより、更に、内側ノズルを通じ吹き込まれた高発熱燃焼ガスを、エア及びＯ2飢渇ガスからなる燃焼用の酸素プロバイダと効率的に混合させることができる。
【００２０】
低発熱ガスの燃焼は、約１．０５〜約１．２の範囲に属するλ値で進行させるのが望ましい。その発熱量が、２０００ｋＪ／ｍN3〜４０００ｋＪ／ｍN3と低いため、燃焼温度が１３００℃未満となる。先に説明した通り、高発熱動作中は、火炎温度が所要の通り低減されるよう、マルチガスバーナを大きなλ値で作動させねばならない。使用する高発熱ガスの発熱量に応じ、λ値は、約１．５〜約２．０の範囲に属する値となる。例えばコークガス(coke gas)を燃焼させる場合、λ値は、燃焼用の酸素プロバイダの１５％〜３０％がＯ2飢渇ガスとなるよう１．６付近とするのが望ましい。
【００２１】
石炭細砕プラントその他の爆発クリティカルプロセスで産生されたプロセスガスを使用可能にするため、低発熱動作におけるλ値、並びに高発熱動作におけるＯ2飢渇ガスの混合量及びλ値が、産生された高温プロセスガス（言い換えればホットガス）のＯ2コンテンツが１０％未満となるようよう設定される。防爆指令を基に必要とされる限りにおいて、Ｏ2飢渇ガス混合量の相応調整を通じ、高温プロセスガスにおけるＯ2コンテンツの目標量を抑えることもできる。
【００２２】
低発熱動作では、低発熱燃焼ガスの燃焼値(combustion value)が比較的小さいことを通じ、格別なリソース無しにこれを実現することができる。
【００２３】
高発熱動作では、この点に関しまた選定されたλ値に応じ、燃焼用の酸素プロバイダの一部としてＯ2飢渇ガスを相応に混合させる必要がある。燃焼用の酸素キャリアにおける厳密なエア対Ｏ2飢渇ガス比は、基本的に、まさに使用されている高発熱燃焼ガス及びその際使用されるλ値に依存する。従って、産生されるプロセスガスにおける酸素コンテンツを、１０％よりもかなり少なくすることもできる。
【００２４】
更に、燃焼ガスの量、並びにエア及びＯ2飢渇ガスからなる燃焼用酸素プロバイダの組成及びλ値は、火炎温度計測値が約１３００℃の値を上回らないように設定することができる。燃焼用酸素プロバイダのうち燃焼ガスと反応しない部分が火炎温度の低減及び除熱に寄与するため、その際、λ値は、燃焼ガスの量即ち単位時間当たり体積流量及び燃焼用酸素プロバイダの量によって基本的に決定される。
【００２５】
本方法の秀逸な実施形態によれば、細砕−乾燥プロセス等に由来する循環プロセスガス、特に石炭細砕プラントに由来するそれがＯ2飢渇ガスとして使用される。エア輸送を伴う炭素含有固体燃料細砕動作の場合、エアスウェプトバーティカルローラミル等で見られるように、ガスは１０％未満の酸素コンテンツを有するプロセスガスとして使用されねばならない。これにより、いわゆる細砕−乾燥プロセスがしばしば進行し、そのプロセス中で細砕対象石炭又はその他のスターティング物質がまた乾燥され更にサイズ低減される。これとの関連では、既に説明した通り、高温プロセスガスが必要であるが、防爆上の理由でその酸素コンテンツは１０％未満でなければならない。これらのプロセスガスは、細砕動作から、マルチガスバーナ作動用のＯ2飢渇ガスとして転用することができる。マルチガスバーナを通じ産生された高温プロセスガスが細砕−乾燥動作に使用される場合、その細砕プロセスから総じてＯ2飢渇プロセスガスが除外されないよう、それらプロセスガスが引き続いて細砕プロセス内に還流される。無論、他のソースからのＯ2飢渇ガスを使用することもできる。
【００２６】
秀逸な実施形態によれば、コーク生成炉ガス(coking furnace gas)が高発熱ガスとして使用され、溶鉱炉ガス(blast furnece gas)が低発熱ガスとして使用される。マルチガスバーナから構築された高温ガス生成器を伴う石炭細砕プラントが、しばしば、鉱石調製及び処理の範疇内、例えば熔解プロセスにて使用される。溶鉱炉ガスは溶鉱炉の上端で産生されるガスであり、細砕−乾燥用及びバーナ作動用の好適な燃料として利用することができる。合成ガス、コークガス、天然ガスを始め様々な燃焼ガスを高発熱燃焼ガスとして使用することができる。低発熱ガスはリーンガス、高発熱ガスはリッチガスとも称することができる。本発明の技術的範囲内でエアという場合、それは、特に、約２１％の酸素コンテンツを有する普通の外気を意味するものとして理解されうる。燃焼プロセスの範疇内で燃焼ガスに添加されたガスは、本発明の技術的範囲内で、燃焼用の酸素プロバイダと称される。或いは、燃焼用の酸素キャリア又はプロバイダもまた燃焼エアとして称されうる。
【００２７】
本発明の技術的範囲内では、低発熱ガスを、その燃焼値又は発熱量が約２０００〜４０００ｋＪ／ｍN3の範囲に属するガスと見なすことができ、高発熱ガスを、その燃焼値又は発熱量が約１００００〜４００００ｋＪ／ｍN3の範囲に属するガスと見なすことができる。但し、本発明にとり、低発熱ガス及び高発熱ガスがどのような燃焼値を有するのかは重要でなく、寧ろ高発熱ガスが低発熱ガスより高い燃焼値を有することの方が重要である。
【００２８】
本発明は、更に、低発熱燃焼ガス及び高発熱燃焼ガスで作動するマルチガスバーナに関する。これに関しては、燃焼室と、第１、第２及び第３ノズルを伴う少なくとも１個のバーナランスと、燃焼室内にガスを送給すべく通流によって各自のノズルにそれぞれ連結された第１、第２及び第３送給室と、を備え、ノズルの一端が燃焼室内、他端が各自の送給室内で終端しており、燃焼室がノズルの端部付近にバーナマッフルを有する一般的なバーナが、第１送給室が燃焼用の酸素プロバイダの送給用に構成される点で、更に改良される。第２送給室は低発熱燃焼ガス及びＯ2飢渇ガスの送給用に構成される。第３送給室は高発熱燃焼ガスの送給用に構成される。更に、第２送給室内に低発熱燃焼ガス及びＯ2飢渇ガスを送給するための送給ユニットが設けられる。この送給ユニットは、マルチガスバーナの動作モードに応じ、低発熱燃焼ガス及びＯ2飢渇ガスのうちどちらかが第２送給室内に導入されるよう構成される。
【００２９】
少なくとも３個のノズルを有する一般的なバーナランスの場合、大抵、第１動作では、燃焼用酸素プロバイダ用のノズル及び第１燃焼ガス用の第２ノズルが使用され、第２動作では、第３ノズルが第２燃焼ガス用に使用されるのに加え第１ノズルが燃焼用酸素プロバイダ用に使用される。高発熱ガスの燃焼に当たり低発熱動作に比べ大きなλ値でマルチガスバーナを作動させる必要があり、従って、加熱されたプロセスガスの最大酸素コンテンツを保つためエアにＯ2飢渇ガスを混合させる必要がある、という本発明の着想を踏まえると、低発熱動作と違い高発熱動作中にはバーナランスの第２ノズルが使用されずそれによりデュアル機能が実現されうる、ということがわかる。このデュアル機能は、低発熱動作における低発熱燃焼ガスの送給及び高発熱動作におけるＯ2飢渇ガスの送給に見られる。
【００３０】
従って、４個のノズルが使用されそのノズルそれぞれが単一の機能のみを実行する場合に比し、本発明に係るマルチガスバーナには、その建造寸法が小さく、空間及び投資コストが節約され、且つより柔軟に使用できる、という長所がある。更に、４個のノズルを有するバーナランスの建造には３個のノズルを有するバーナランスの使用に比べより多くのリソースが必要であるため、素材及び支出コストも節約することができる。
【００３１】
３個のノズルを有するこうしたバーナランスには、外側パイプ(outer pipe)、中央パイプ(central pipe)、並びに外側パイプ・中央パイプ間に位置する中間パイプ(intermediate pipe)を設けることができる。これらのパイプは、互いに同軸となるよう各自指向配置され、また環状ギャップ又はフロー断面が形成されるよう互いに離隔配置される。こうして、バーナランスは、互いに同軸状に挿入された３本のパイプから形成され、それによって形成されたフロー断面それぞれがこれを通じ別々の送給室に連結される。外側パイプ・中間パイプ間環状ギャップが外側ノズルを形成し、中間パイプ・中央パイプ間環状ギャップが中葉ノズルを形成し、中央パイプが内側ノズルを形成する。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、第１ノズルがバーナランスの外側ノズル、第２ノズルが中葉ノズル、第３ノズルが内側ノズルである。更には、第１ノズルが通流によって第１送給室に連結され、第２ノズルが第２送給室に連結され、第３ノズルが第３送給室に連結される。従って、低発熱動作，高発熱動作のいずれでも、外側ノズルを通じエアが導入されることになる。低発熱動作に際し低発熱燃焼ガスがその隣の中葉ノズルを通じ導入されるので、燃焼用酸素プロバイダであるところのエアと燃焼ガスとの間の効率的な混合が実現される。
【００３３】
同様に、高発熱動作に際しては、外側ノズルを通じエアが、中葉ノズルを通じＯ2飢渇ガスが導入されるので、それらを互いに事前混合させることができる。高発熱燃焼ガスは内側ノズルを通じ導入される。ここでもまた、エア及びＯ2飢渇ガスからなる燃焼用酸素キャリアと燃焼ガスを効率的に混合させることができる。
【００３４】
更に、低発熱動作に際し、エアを第１送給室内に導入し、低発熱燃焼ガスを第２送給室内に導入し、且つ第３送給室への供給を阻止するよう、制御ユニットが構成、配設される。この制御ユニットは、更に、高発熱動作に際し、エアを第１送給室内に導入し、Ｏ2飢渇ガスを第２送給室内に導入し、高発熱燃焼ガスを第３送給室内に導入するよう、構成される。こうした制御ユニットを使用することによって、低発熱動作に際し、低発熱燃焼ガスに加えＯ2飢渇ガスが第２送給室内に誤導入されないようにすることができる。そうした誤導入は燃焼室内不可制御燃焼挙動につながりかねない。
【００３５】
第２及び第３ノズルに対する第１ノズルの断面積比は、４．４〜５．０：５．９〜６．３：１の範囲内、特に４．７：６．２：１にするのが望ましい。この断面積比は、また、使用するガスに従いそこから逸脱するよう、且つ使用するλ値、低発熱及び高発熱燃焼ガス、ガスの各自化学量論的エア条件、及び／又は作動若しくはブローイン圧力に基本的に依存するよう、設計することができる。対応するガスに生じうるスルーフローを基本的に決定づけるそうした断面積コンフィギュレーションを通じ確実になる通り、然るべく形成されたマルチガスバーナで且つ両動作モードで、十分なホットガスを産生させることができる。特に、一方では低発熱燃焼ガス、他方の作動状態ではＯ2飢渇ガスというように、二種類のガスを対象に使用されるので、この目的にとり、第２ノズルの構成は重要であろう。
【００３６】
複数個のバーナランスを設け、各バーナランスの第１ノズルを通流により第１送給室に連結し、各第２ノズルを通流により第２送給室に連結し、各第３ノズルを通流により第３送給室に連結するのが有益である。最少のケースでは、１個のバーナランスで、無欠なマルチガスバーナが構成される。バーナランス個数の選定を通じ、所望のバーナ出力が実現される。個別のバーナランスは、バーナ拡張時にスケールアップを行う必要がないよう所定の出力に標準化される。これとの関係で参照されるのは“ナンバリングアップ”、即ち、幾何形状、フロー挙動等に関連した修正臨界を各バーナコンフィギュレーションで考慮する必要がないことである。マルチガスバーナ内で複数個のバーナランスを使用することによって、そのマルチガスバーナの出力を総体として高めることができる。加えて、そのバーナランスを使用することにより、より良好なレギュレーティング挙動を実現することができる。これの本質的な理由はバーナランスバンドルの“レシプロカルサポート”、即ち出力を下方調整することができ且つ個別の火炎が消えないよう多くのバーナランスが“イグニション源”として繰り返し機能することである。従って、燃焼に関わるコンポーネントのプレ圧力が低圧力域内の値となるけれども、低発熱ガスですら、１：１５のレギュレーティング比を実現することができる。
【００３７】
送給室の配設個数がたった３個であることから、マルチガスバーナの構造が全体として簡略になる。
【００３８】
本発明は、更に、本発明に係るマルチガスバーナを有するプロセシングプラントに関するものであり、これは固体燃料用細砕プラント例えば石炭細砕プラントを有する。特に、Ｏ2飢渇ガス源として使用される手段として石炭細砕プラントが設けられたローラミルであり得る。Ｏ2飢渇ガスは細砕プロセス、特に細砕／乾燥プロセスに由来する循環プロセスガスであり得る。無論、そうしたコンフィギュレーションを他の様々な熱プロセスで使用すること、即ち複数種類のガスを使用すること、プロセスガスにおけるＯ2コンテンツを抑えそれを循環ガスとして使用すること、高いレギュレーティング比にすること等も可能である。
【００３９】
制御及びレギュレーティングユニットとしても構成されうる制御ユニットにより、様々なガス、高発熱燃焼ガス、低発熱燃焼ガス、エア及びＯ2飢渇ガスの流入を、動作モードに応じ相応に設定することができる。これによる制御又はレギュレーションは、高発熱動作に際し、１３００℃未満の火炎温度で所要発熱量が得られる形態で、またその際の高温プロセスガスの酸素コンテンツ最大値が特に１０％未満の形態で生起する。同様に、低発熱動作における流入が、制御及びレギュレーティングユニットによって、火炎温度が過剰に高い温度に達しないで適切な発熱量が達成されるような形態で制御される。低発熱ガスを使用する際には、その場合のプロセスガス内で顕著なＯ2問題が生じないよう、低発熱量で低燃焼温度を発生させる。個別の特性は、特に、使用するガスの量及びガス相互間の比率を設定することにより画定することができる。
【００４０】
以下、例示的な実施形態及び模式的な図面を用い本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るマルチガスバーナの概略構造を示す図である。
【図２】本発明に係るマルチガスバーナを伴う石炭細砕プラントのプロセスダイアグラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１に、本発明に係るマルチガスバーナ１の概略構造を示す。この図に示すマルチガスバーナ１は、それぞれ３ランスバーナ又は３ノズルランスとして構成された２個のバーナランス(burner lance)１０を備えており、そのバーナランスは第１ノズル１１、第２ノズル１２及び第３ノズル１３を有している。バーナランス１０はそれぞれ燃焼室（combustion chamber)３内で終端している。
【００４３】
本発明に係るマルチガスバーナ１は、更に、第１送給室(feed chamber)２１、第２送給室２２及び第３送給室２３を有している。そのバーナランス１０のノズル１１，１２，１３は、互いに同軸に指向配置された３本のパイプで形成されている。第１ノズル１１は第１送給室２１内で終端している。第２ノズル１２は第２送給室２２内で終端しており、第３ノズル１３は第３送給室２３内で終端している。このような構成であるので、これらのノズル１１，１２，１３又はそのエンドパイプを、フランジ状連結を以て、各送給室２１，２２，２３の内壁にそれぞれ固定することができる。更に、スターティングバーナ１７がマルチガスバーナ１の中央に設けられており、そのマルチガスバーナ１の始動に使用されている。
【００４４】
更に、送給ライン(feed)３１が第１送給室２１向けに、送給ライン３２が第２送給室２２向けに、また送給ライン３３が第３送給室２３向けに設けられている。これに加え、第４の送給ライン３４が設けられており、これも第２送給室２２内で終端している。送給ライン３１，３２，３３，３４は、制御ユニット３６を介し制御することが可能なバルブを有している。
【００４５】
送給ライン３１はエア源に連結されている。そのエアは概ね通常の外気である。送給ライン３２は低発熱(low-calorific)燃焼ガス源に連結されている。このガスは例えば溶鉱炉ガス(blast furnace gas)である。そうした低発熱燃焼ガスはリーンガスとも呼ばれる。送給ライン３３は高発熱(high-calorific)燃焼ガス源に連結されており、そのガスはリッチガスとも称しうる。翻って、送給ライン３４はＯ2飢渇ガス(depleted gas)源に連結されている。このガスは、例えば、そのＯ2コンテンツが１０％未満のガスである。
【００４６】
低発熱動作に当たっては、エアが送給ライン３１を介し第１送給室２１に流入するよう、且つ低発熱燃焼ガスが送給ライン３２を介し第２送給室２２に流入するよう、制御ユニット３６が送給ライン３１、３２、３３及び３４のバルブを制御する。この制御により他の２個の送給ライン３３及び３４が閉止される。ノズル１１を通り燃焼室３に流入するエアと、ノズル１２を通り燃焼室３に流入する低発熱ガスと、の比は、λ値が１．１近辺になるよう調整される。
【００４７】
高発熱動作に当たっては、制御ユニット３６が送給ライン３１、３３及び３４のバルブを開放させる。その結果、エアが送給室２１に流入し、Ｏ2飢渇ガスが送給室２２に流入し、高発熱ガスが送給室２３に流入する。これらのガスは、ノズル１１，１２，１３によって燃焼室３に流入させ、そこで互いに反応させることができる。
【００４８】
このような動作を通じ、制御ユニット３６は、１．６付近のλ値がセットされるよう、ひいては燃焼用酸素キャリアの約３０％がＯ2飢渇ガスとなるよう、エア、Ｏ2飢渇ガス及び高発熱燃焼ガスの流入を制御する。バーナランス１１の燃焼室側の端部には、流出ガスを互いに効率的に混合させるべく、ノズルの各端部付近に渦化手段(swirl means)を設けることができる。
【００４９】
送給ライン３４に代え、室２２内に低発熱燃焼ガス，Ｏ2飢渇ガスの双方を供給できるような、他の構成を採ることもできる。例えば、低発熱ガスだけでなくＯ2飢渇ガスをも送給ライン３２を介し導入できるようにすることが、可能である。これは、相応の送給ライン及びスリーウェイバルブによって設備化することができる。その場合、送給ライン３４を省略することができる。
【００５０】
図２に、本発明に係るマルチガスバーナ１０を使用する高温ガス生成器(hot gas generator)を伴う石炭細砕プラント(coal grinding plant)のプロセスダイアグラムを示す。
【００５１】
ここに示したプロセシングプラントの中心的構成要素は、一方ではミルクラシファイアコンビネーション(mill-classifier combination)５２であり、これは、例えばエア循環動作が可能なバーティカルローラミル、とりわけＬＯＥＳＣＨＥ（商標）ローラミルでありうる。他方では、本発明に係るマルチガスバーナ１０を有する高温ガス生成器５１が設けられている。高温ガス生成器５１は、高温プロセスガスを生成するよう或いはそれらをそれぞれ加熱するよう動作し、これによって、それらプロセスガスは、ミルクラシファイアコンビネーション５２内細砕プロセスの範疇内で細砕対象素材、この場合粗炭(raw coal)を、細砕プロセスと併せ乾燥させるために使用される。この目的で、高温ガス生成器５１・ミルクラシファイアコンビネーション５２間にホットガス送給ライン５４が設けられている。
【００５２】
石炭細砕プラントは、いわば、高温ガス生成器５１が使用されるプロセシングプラントの一例に過ぎない。ミルクラシファイアコンビネーション５２に代え、生成された高温プロセスガスが使用される他のプラントコンポーネントを設けることもできる。
【００５３】
細砕対象となる粗炭は、コールバンカ(coal bunker)６１を介しミルクラシファイアコンビネーション５２へと送給される。ミルクラシファイアコンビネーション５２内では、粗炭が細砕によって炭塵(dust)化され、送給ライン５４を介しミルクラシファイアコンビネーション５２に流入するホットガスの働きで乾燥され、乾燥の後気流の働きでフィルタ６２の方向に移送される。
【００５４】
フィルタ６２では、生成された炭塵(carbon dust)が分離され、ダストバンカ(dust bunker)６３へと送給される。送給されてきた炭塵は、そのダストバンカ６３から排出させること、並びにその使用例えばＰＣＩプロセスでの使用向けに送給することができる。炭塵が除去されたプロセスガスは、更にその間に除熱され、プロセスガス循環手段５６を介し高温ガス生成器５１へと再び送給される。プロセスガスはそこで燃焼エネルギにより加熱され、ホットガス送給ライン５４を介しミルクラシファイアコンビネーション５２へと還流される。
【００５５】
高温ガス生成器５１のマルチガスバーナ１０は４種類の送給ラインを有している。送給ライン７１は低発熱燃焼ガス例えば溶鉱炉ガスの送給、送給ライン７２はエアの送給、送給ライン７３は高発熱燃焼ガス例えばコークガス(coke gas)の送給、送給ライン７４はガスのスターティングバーナへの送給を担う。例えば天然ガスをこの目的で使用することができる。
【００５６】
高発熱ガスでマルチガスバーナを点火する際、本発明に係る方法に従いＯ2飢渇ガスをエアに混合させられるようにするため、更に、プロセスガス循環手段５６内に循環ガス分岐要素５７が設けられている。この分岐要素５７は循環ガス送給ライン７６にて終端しており、その循環ガス送給ラインは低発熱燃焼ガス用の送給ライン内で終端している。
【００５７】
従って、高温ガス生成器１に備わるマルチガスバーナ１０の動作モードの選定によって、低発熱燃焼ガスを送給ライン７１を介し送給することも、循環されてきたプロセスガスから再生されたＯ2飢渇ガスとして循環ガス(recirculated gas)を送給することも可能となる。この循環されてきたプロセスガスのことを循環ガスとも称する。
【００５８】
従って、本発明に係る方法及び本発明に係るマルチガスバーナによれば、高温プロセスガス生成に係る環境及び安全法令に従いつつ、低発熱ガス，高発熱ガスの双方を使用することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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