(57)【要約】  本発明は、燃料並びに酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気を用いて、少なくとも１つのバーナー（５）による低ＮＯx燃焼のための方法および装置に関する。本発明による低ＮＯx燃焼は通常の溶解炉または均熱炉、特にアルミニウム均熱炉または回転式ドラム炉およびガラス溶解炉において、かなりの節約がなされる可能性をもって、用いることができる。
2009513920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料、並びに酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気を用いる、少なくとも１つのバーナー（５）による低ＮＯx燃焼のための方法。
【請求項２】
前記酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気を、混合物として前記バーナー（５）に供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バーナー（５）に供給される酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物を、好ましくは少なくとも１つのインジェクタ（６）を用いて生じることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記インジェクタ（６）を、好ましくは前記酸化剤または燃料と共に操作することを特徴とする請求項１〜３の一項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも５体積％の酸素の酸素含有量を有する酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物を、前記バーナー（５）に供給することを特徴とする請求項１〜４の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記バーナー（５）に供給する酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物は、２０℃〜１６００℃の温度であることを特徴とする請求項１〜５の一項に記載の方法。
【請求項７】
用いる前記酸化剤は、０．２〜４０ｂａｒの圧力で−２０〜４０℃の温度の酸素または少なくとも１０体積％の酸素を含有する酸素含有媒質であることを特徴とする請求項１〜６の一項に記載の方法。
【請求項８】
燃焼を８００℃〜２７００℃の火炎温度で行うことを特徴とする請求項１〜７の一項に記載の方法。
【請求項９】
酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または蒸気の前記混合物がバーナー口（１６）において生ずる速度は、２０〜８０ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１〜８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
ａ）酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または蒸気の前記混合物が、燃料よりも０．３〜４倍速い速度で前記バーナー（５）のバナー口（１６）から流出し、
ｂ）バーナー出力に基づいて１．５〜８Ｎ／ＭＷの全運動量流束を達成し、
ｃ）酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または蒸気の前記混合物の燃料に対する運動量流束密度の比が０．８〜３１であり、
ｄ）バーナーブロック（４）の出口において０．２〜０．５ＫＷ／ｍｍ2の出力密度に到達する
ことを特徴とする請求項１〜９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料の部分的自己炭化が、前記バーナー（５）の燃料チューブ（１８）内で、酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または蒸気の前記混合物との伝熱式熱交換（recuperative heat exchange）により起こることを特徴とする請求項１〜１０の一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化剤と燃料は、前記インジェクタ（６）の流出ノズル（１２）から、２０〜６６０ｍ／ｓの速度で流出することを特徴とする請求項１〜１１の一項に記載の方法。
【請求項１３】
燃焼チャンバを取り囲む炉壁のうちのバーナーブロック内に配置され、酸化剤と燃料が供給される少なくとも１つのバーナーにより低ＮＯx燃焼を行うための装置であって、前記バーナー（５）がライン（７）によりインジェクタ（６）および熱交換器（８）に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記インジェクタ（６）は、軸方向に移動可能な流出ノズル（１２）を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記熱交換器（８）は、好ましくは、前記燃焼チャンバから炉内オフガスを排出する排気筒（２）内に配置されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記熱交換器（８）は、伝熱式熱交換器または蓄熱式熱交換器として設計されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記インジェクタ（６）が、前記パイプライン（７）内に配置されていることを特徴とする請求項１３〜１６の一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記インジェクタ（６）および／または前記熱交換器（８）が前記バーナー（５）内に配置されていることを特徴とする請求項１３〜１７の一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記バーナー（５）が、前記酸化剤混合物を供給するための少なくとも１つの接続（１４）と、前記燃料を供給するための少なくとも１つの接続（１５）を有することを特徴とする請求項１３〜１８の一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記バーナー（５）の前記燃料供給路および／または前記酸化剤混合物供給路（１８、２１）が、互いに対して本質的に同軸に設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記バーナー（５）は、オフガス開口（１９）の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１９または２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記バーナー（５）は、前記炉装置のオフガス側に、好ましくは前記オフガス開口（１９）または前記排気筒（２）内に配置されていることを特徴とする請求項１３〜２１の一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記媒質運搬ラインが、耐熱性で耐食性のＮｉＣｒまたはＯＤＳ合金から成ることを特徴とする請求項１３〜２２の一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記媒質運搬ラインは、外側に断熱材を有し、および／または内側に熱保護材を有し、これは好ましくはセラミック繊維またはセラミックブロックから成ることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記バーナー（５）を有する前記バーナーブロック（４）は、好ましくは、シリンダ状の開口を有することを特徴とする請求項１３〜２４の一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記バーナー（５）が、火炎監視のためのＵＶ光検出器（２０）を備えていることを特徴とする請求項１３〜２５の一項に記載の装置。
【請求項２７】
溶解炉または均熱炉における、好ましくはアルミニウム均熱炉または回転式ドラム炉（rotary drum furnace）またはガラス溶解炉における、請求項１３〜２６の一項に記載の装置および１〜１２の一項に記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、燃料および酸化剤、並びに／または炉内オフガス、並びに／または二酸化炭素、並びに／または蒸気を用いる、低ＮＯx燃焼のための方法および装置に関する。
【０００２】
既知の低ＮＯx燃焼において、ブロワにより吸引される炉内オフガスはバーナー炎を覆い、これによって火炎温度が低下し、結果としてＮＯxの熱放出が低下する。
【０００３】
しかしながら、この通常の燃焼は、炉装置内で再循環する炉内オフガスが酸化剤と完全に混合せず、故にオフガス中でのＮＯxの要求される放出は追加費用によってのみ実現することができるという欠点を有する。
【０００４】
高い投資費用が既知の低ＮＯx燃焼にはつきものであり、また装置、特に高負荷ブロワおよびパイプラインのメンテナンスには費用がさらに必要とされる。さらに、ブロワを稼動するためには外部エネルギーが必要とされる。
【０００５】
従って、通常の炉装置内で、経済的で低汚染物質（低ＮＯx）燃焼を可能にする方法および装置を提供することが本発明の目的である。
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法および請求項１３の特徴を有する装置により達成される。
【０００７】
本発明の有利な改良点を従属項に示す。
【０００８】
本発明によれば、酸化剤、および／または炉内オフガス、および／または二酸化炭素、および／または蒸気の混合物を、別個にバーナーに供給される燃料と共に、炉装置の炉の内層にあるバーナーブロックに配置されたバーナーを用いて燃焼させる。
【０００９】
この目的のために、酸化剤をインジェクタに０．２〜４０ｂａｒの圧力で供給し、有利には、これは炉内オフガスを用いて熱交換器内で２０〜９００℃に加熱される。また、酸化剤を加熱することなくインジェクタに直接供給してもよい。
【００１０】
ノズル（これは、フロー末端側においてインジェクタ内を軸方向に移動することができる）から流れ出る際に膨張する酸化剤は、２０〜６６０ｍ／ｓの速度でガス噴流を発生させることにより、インジェクタ内に減圧を生じさせ、炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または炉内オフガスとの熱交換により水から生じる過熱された蒸気のいずれかを、酸化剤の噴流中に吸い込む吸引作用を引き起こし、続いてこの混合物は温度をつりあわせながら、インジェクタをバーナーに接続しているラインにおいてバーナーに供給される。
【００１１】
通常の吹き込みノズル、またはいくつかの他の等価な技術的手段をインジェクタに代えて用いることができ、これは、炉装置の燃焼チャンバから炉内オフガスを排出するために備えられている排気筒内に有利には配置される。
【００１２】
酸化剤に代わるものとして、燃料ガスを０．２〜４０ｂａｒの圧力でインジェクタに供給することができる。この場合には、酸化剤をバーナーに加える。
【００１３】
２０℃〜１６００℃、好ましくは９００℃の温度、５〜７０ｍ／ｓの速度でバーナーに供給される酸化剤、および／または炉内オフガス、および／または二酸化炭素、および／または蒸気の混合物は、少なくとも５体積％の酸素含有量を有する。
【００１４】
例えば、バーナーブロック内に後退して配置されているバーナーは、有利には並流式バーナー（parallel-flow burner）であり、燃料および酸化剤、並びに／または炉内オフガス並びに／または二酸化炭素並びに／または蒸気をバーナー口に供給するための、互いに実質的に同軸に配置されている２つのチューブ（内チューブと外チューブ）を有する。燃料または酸化剤混合物は、内チューブまたは外チューブを通ってバーナー口に移動することができる。
【００１５】
用いる酸化剤は、少なくとも１０体積％の酸素含有量を伴う酸素含有媒質である。
【００１６】
用いる燃料は、あらゆる通常のガス状または液状燃料でよく、特に有利には天然ガスである。
【００１７】
有利には酸化剤と共に操作されるインジェクタは、バーナーに供給される混合物の取り込み量および濃度および温度を制御するための軸方向に移動可能なノズルを備える。これは、インジェクタに外部エネルギーを供給すること、つまりさらなるコストを必要とすることの必要性を取り除く。
【００１８】
酸素、二酸化炭素および水を加熱するために用いられ、炉装置の燃焼チャンバから炉内オフガスを排出する排気筒内に有利には配置されている熱交換器は、有利には通常の伝熱式熱交換器または蓄熱式熱交換器である。
【００１９】
用いるバーナーは、好ましくは、通常の並流式バーナーであり、酸化剤のための少なくとも１つの供給路と燃料のための少なくとも１つの供給路を有し、好ましくはシリンダ状の、同軸に配置したチューブを含む。
【００２０】
本発明によるバーナー設計は、酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または蒸気の混合物が、バーナーのバーナー口から燃料の０．３〜４倍速い速度で流出することを可能にし、その結果としてバーナーの出力に基づいて１．５〜８Ｎ／ＭＷの全運動量流束、および０．８〜３１の酸化剤と炉内オフガスの混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、その結果、バーナーブロックの出口において０．２〜０．５ＫＷ／ｍｍ2の出力密度に到達する。
【００２１】
酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素（ＣＯ2）および／または蒸気の混合物の出口速度は、バーナー口において２０〜８０ｍ／ｓである。
【００２２】
バーナーは、炉装置のオフガス側に、好ましくは炉装置の燃焼チャンバから炉内オフガスを排出する排気筒中に配置されていてもよいし、または炉装置の燃焼チャンバを取り囲む炉壁におけるその意図される使用に適する他の位置のどこにでも配置されていてもよい。
【００２３】
また、インジェクタと熱交換器がバーナー中に配置されていることも可能である。このタイプのインジェクタ／熱交換器配置は、特にバーナーが炉のオフガス側に設置されている際に、例えば回転式ドラム炉（rotary drum furnace）の場合のように、炉内オフガスがバーナー口の周りの環状の間隙から抽気される場合には有利である。この場合において、酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の混合物を復熱的に炉内オフガスにより加熱する。
【００２４】
酸化剤、炉内オフガス、二酸化炭素および蒸気を運ぶラインは、耐熱性で耐食性のＮｉＣｒまたはＯＤＳ合金から成り、内側および／または外側からの必要とされる熱保護を確実にする断熱材、好ましくはセラミック繊維を備える。
【００２５】
バーナーを有するバーナーブロックは、好ましくはシリンダ状の開口を有する。
【００２６】
バーナーには、炎を監視するためのＵＶ光検出器が備えられている。
【００２７】
本発明に従ってバーナーに供給される酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の混合物は燃焼の反応速度を低下させる。というのは、酸素と燃料との反応がＣＯ2および／またはＨ2Ｏ分子により妨害されるためである。
【００２８】
酸化剤と、炉内ガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気との混合は、高濃度の二酸化炭素と蒸気を伴う豊富な燃焼炎の形成をもたらす。既知の燃焼により達成されるものと比較してより大きな体積の炎、およびバーナー炎中のより高い濃度の二酸化炭素および／または蒸気は、放射帯のスペクトル領域において起こる二酸化炭素および／または蒸気のガス放射を有意に高め、結果として、処理される材料を、オフガス中のＮＯxのレベルを低下させる火炎温度により加熱することができる。二酸化炭素に関する放射帯は、２．４〜３μｍ、４〜４．８μｍ、１２．５〜１６．４μｍの範囲にあり、蒸気に関する放射帯は、１．７〜２μｍ、２．２〜３μｍおよび１２〜３０μｍの範囲にある。
【００２９】
酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の高粘度の混合物が２０℃〜１６００℃、好ましくは９００℃の温度で送給される結果として、この混合物はバーナー口において燃料と、燃焼が８００℃〜２７００℃の火炎温度で起こるように混合され、これは炉装置の熱的ＮＯxオフガスポテンシャルを有意に低下させる。
【００３０】
バーナーに供給される酸化剤および／または炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の混合物、並びに本発明に従って用いられるバーナーは、バーナーの燃料チューブ内において、またバーナーの設計に起因して、バーナー炎の燃料リッチなコアにおいて、燃料を少なくとも部分的に自己炭化させる。自己炭化または分解は無酸素領域内で、炭化水素の場合には１０００℃を超える温度で起こり、すすを生じる。バーナー炎中のすす粒子の加熱は、０．２〜２０マイクロメータの範囲において連続的な放射をもたらし、従って炎は冷やされ、炉装置からのＮＯxオフガスレベルはさらに低下する。
【００３１】
さらなる利点は、例えばガラス溶融浴における下層の改善された加熱である。というのは、液状ガラスは、０．３〜４マイクロメータの範囲における波長に対して半透明であるためである。
【００３２】
ＮＯxオフガスレベルは、さらに、好ましくは低Ｎ2酸化剤混合物および燃料の使用により低下する。
【００３３】
循環する炉内ガスは、炉装置の燃焼チャンバ中に存在する窒素酸化物をバーナー炎に供給し、続いてこれらの窒素酸化物は、バーナー炎の燃料リッチな領域において窒素（Ｎ2）を生じて減少する。
【００３４】
炉装置の燃焼チャンバ内で生じる非常に長い、滑らかな、視認できる炎は、アルミニウム均熱炉および回転式ドラム炉において特に有利な低ＮＯx燃焼を可能にする。
【００３５】
さらに、本発明による燃焼は安定であり、低ノイズである。ノイズレベルは５０〜８０デシベルである。
【００３６】
既知の無炎燃焼と異なり、本発明による低ＮＯx燃焼では、可視領域における火炎放射が、有利に、処理される材料への熱伝達を向上させる。
【００３７】
バーナー炎中の高い濃度と体積のＣＯ2／Ｈ2Ｏ蒸気は、さらに、ＣＯ2および／またはＨ2Ｏ蒸気のガス放射を高め、これは放射帯のスペクトル領域において起こり、例えば溶解ガラスの場合に、処理される材料への改善された熱伝達を確実にする。
【００３８】
さらに、ダスト含有生成物が導入される際に破壊的な影響を有する乱流および回旋が低減される。
【００３９】
インジェクタインサートは磨耗と、例えばこれまで用いられている高価な耐熱性材料から成るブロワについてかかる炉装置の維持費用を有意に低減する。さらに、ブロワを稼動するのにこれまで必要であった外部エネルギーの供給がもはや必要でない。
【００４０】
さらに、熱負荷およびその結果のパイプチューブに対する磨耗が減じられる。というのは、酸化剤と、炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気との混合は、輸送される媒質の温度を低下させるためである。
【００４１】
加えて、一次エネルギーを、酸化剤としての酸素および／または二酸化炭素および／または蒸気の、熱交換器内での炉内オフガスによる予備加熱により節約することができ、結果として、炉装置の稼動コストがさらに低下する。
【００４２】
燃焼チャンバ内での低温度レベルにおける均一な温度分布（バーナー炎）を伴い、その結果、有意に低下されたＮＯxオフガスポテンシャルを伴う本発明による低ＮＯx燃焼は、あらゆる通常の炉装置において用いることができ、特に有利にはアルミニウム均熱炉またはガラス溶解炉において用いることができる。
【００４３】
本発明を、図面に示す例示的な実施形態に基づいて以下により詳細に説明する。
【００４４】
図１に示す炉装置は、燃焼チャンバを取り囲む炉の内層１を備え、オフガス開口１９と排気筒２を有しており、これは炉内のオフガスを排出し、並びにパイプライン３およびバーナー５を有するバーナーブロック４を有し、バーナー５はパイプライン７によりインジェクタ６と排気筒２内に位置する熱交換器８とに接続している。
【００４５】
オフガス開口１９を通って燃焼チャンバから流出する炉内オフガスは、熱交換器８の周囲を流れる際に冷却されて、排気筒２を通って炉装置から流出する。
【００４６】
酸化剤として、−２０〜４０℃の温度、０．２〜４０ｂａｒの圧力で用いるガス状酸素は、注入口９を通って熱交換器８に流入する。
【００４７】
伝熱式熱交換器または蓄熱式熱交換器として設計されている熱交換器８を通って流れる酸素は、熱交換器８の周囲を流れる炉内オフガスにより加熱され、熱交換器８の流出口１０を通ってインジェクタ６に、注入口１１を通って２０〜９００℃の温度で流れる。
【００４８】
インジェクタ６の流出ノズル１２から２０〜６６０ｍ／ｓの速度で流出する酸素は膨張することで、２０〜６６０ｍ／ｓの速度で流れる酸素噴流を生じる。
【００４９】
酸素噴流の速い流速は、インジェクタ６の位置１３において減圧を生じ、その減圧の吸引作用は、燃焼チャンバから炉内オフガスをパイプライン３を通って酸素噴流中に吸い込み、長さｘの混合区域として設計されたパイプライン７において、これは酸素噴流と温度をつりあわせながら混合された後、酸素と炉内オフガスの混合物は２０〜１６００℃の温度で連絡部１４を通してバーナー５に供給され、バーナー５にはさらなる連絡部１５を介してガス状燃料として天然ガスが供給される。
【００５０】
酸素と炉内オフガスを通すパイプラインは、耐熱性のＮｉＣｒまたはＯＤＳ合金から成り、内側に熱保護材を備え、および／または外側に断熱材を備えており、これは例えばセラミック繊維またはセラミックブロックを有する。
【００５１】
並流式バーナー（parallel-flow burner）として用いるバーナー５は、有利には、内チューブと外チューブを有しており、ガス状燃料として用いる天然ガスは、内チューブとして配置されている燃料チューブ１８を通ってバーナー口１６に流れ、酸素と炉内オフガスの混合物は、燃料チューブ１８を収容しており、環状の間隙２１として設計されている外チューブを通ってバーナー口１６に流れて、処理する材料を加熱するための炉装置の燃焼チャンバにおいて、長く、滑らかで、視認できるバーナー炎を生じる。
【００５２】
燃料の部分的な自己炭化は、バーナー５の燃料チューブ１８内で、酸化剤と炉内オフガスの混合物との伝熱式熱交換（recuperative heat exchange）を通じて起こる。
【００５３】
本発明によるバーナー構造は、酸化剤と炉内オフガスの混合物が、バーナーのバーナー口１６から、燃料よりも０．３〜４倍速い速度で流出することを可能にし、その結果として、バーナー出力に基づいて１．５〜８Ｎ／ＭＷの全運動量流束と、０．８〜３１の酸化剤と炉内オフガスの混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、結果としてバーナーブロック４の出口で０．２〜０．５ＫＷ／ｍｍ2の出力密度に到達する。
【００５４】
酸化剤と炉内オフガスの混合物は、バーナー口１６から２０〜８０ｍ／ｓの速度で流出する。
【００５５】
燃焼チャンバ中で処理された材料を燃焼するバーナー炎は、８００〜２７００℃の火炎温度を有する。
【００５６】
バーナー５を収容しているバーナーブロック４は、好ましくは、シリンダ状の開口を有している。
【００５７】
バーナーは有利には、火炎を監視するためのＵＶ光検出器２０を備えている。
【００５８】
炉内オフガスがダスト、または攻撃的であるか、酸化を促進する他の物質を含む場合には、図２に図式的に示す炉装置を有利には用いる。この炉装置はその燃焼チャンバを取り囲む炉の内層１を備え、オフガス開口１９と排気筒２を有しており、これは炉内のオフガスを排出し、また熱交換器８を収容しており、並びにバーナー５を備えるバーナーブロック４を有し、パイプライン７によりインジェクタ６と熱交換器８とに接続している。
【００５９】
燃焼チャンバからオフガス開口１９を通って流れる炉内オフガスは、水が供給されている熱交換器８の周囲を流れる際に冷却された後、炉装置から排気筒２を介して流出する。
【００６０】
熱交換器８を通って流れる際に、流入口９を通って熱交換器８に供給される水は、熱交換器８の周囲を流れる炉内オフガスとの熱交換により蒸発した後に、インジェクタ６中に位置１３において２０〜９００℃の過熱蒸気として流入する。
【００６１】
−２０〜４０℃、０．２〜４０ｂａｒの圧力で酸化剤として用いられるガス状酸素は、流入口１１を通ってインジェクタ６に流れる。インジェクタ６の流出ノズル１２から流出する際に膨張する酸素噴流はその速度を２０〜３４０ｍ／ｓにまで上昇させ、その結果としてインジェクタ６の位置１３において減圧が生じ、その減圧の吸引作用が、インジェクタ６を通って流れる酸素噴流中に位置１３において過熱蒸気を吸い込み、酸素噴流と温度をつりあわせながら、長さｘの混合部位として設計されているパイプライン７においてこれを酸素噴流と混合し、酸素／蒸気混合物は、２０〜１６００℃の温度で、連結部１４を通してバーナーに流れ、バーナーにはガス状燃料として連結部１５を通じて天然ガスが供給される。
【００６２】
酸素と蒸気が流れるパイプラインは耐熱性で耐食性のＮｉＣｒまたはＯＤＳ合金から成り、内部側から熱保護を考慮して設計され、または外側から断熱を考慮して設計されており、例えばセラミック繊維またはセラミックブロックを有する。
【００６３】
並流式バーナーとして用いられるバーナー５は有利には、内チューブと外チューブを有し、ガス状燃料として用いられる天然ガスは、内チューブとして配置されている燃料チューブ１８を通ってバーナー口１６に流れ、酸素と蒸気の混合物は、内チューブを収容し、環状の間隙２１として設計されている外チューブを通ってバーナー口１６に流れ、これによって、処理される材料を加熱するための炉装置の燃焼チャンバにおいて８００℃〜２７００℃の火炎温度を有する長く、滑らかで、視認できるバーナー炎を生じる。
【００６４】
燃料の部分的な自己炭化はバーナー５の燃料チューブ１８内で、酸化剤と蒸気の混合物との伝熱式熱交換により起こる。
【００６５】
本発明によるバーナー設計は、酸化剤と蒸気の混合物が、バーナーのバーナー口１６から、燃料よりも０．３〜４倍速い速度で流出することを可能にし、その結果として、バーナー出力に基づいて１．５〜８Ｎ／ＭＷの全運動量流束と、０．８〜３１の酸化剤と蒸気の混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、結果として、バーナーブロック４の出口において０．２〜０．５ＫＷ／ｍｍ2の出力密度に到達する。
【００６６】
酸化剤と蒸気の混合物は、バーナー口１６から２０〜８０ｍ／ｓの速度で流出する。
【００６７】
バーナーブロック４は、好ましくは、シリンダ状の開口を有する。
【００６８】
バーナーは、火炎監視のためのＵＶ光検出器を備える。
【００６９】
炉内オフガスがダスト、または他の攻撃的な若しくは酸化促進物質を含んでいる場合には、図３に図式的に示す炉装置を用いる。この炉装置は、燃焼チャンバを取り囲む炉の内層１を備え、オフガス開口１９および排気筒２を有し、これは炉内オフガスを排出するように設計され、熱交換器８を備え、並びにバーナー５を有するバーナーブロック４を有し、バーナー５はインジェクタ６に接続し、また熱交換器８にパイプライン７により接続している。
【００７０】
燃焼チャンバからオフガス開口１９を通って流れる排ガスは、二酸化炭素が供給されている熱交換器８の周囲を流れる際に冷却された後、炉装置から排気筒２を通って流出する。
【００７１】
熱交換器８の流入口９を通って供給される液状、または好ましくはガス状の二酸化炭素は、熱交換器８の周囲を流れる炉内オフガスとの熱交換により２０℃〜９００℃にまで加熱され、流出口１０を通ってインジェクタ６に位置１３で流れる。
【００７２】
酸化剤として−２０〜４０℃の温度、０．２〜４０ｂａｒの圧力で用いられるガス状酸素は、インジェクタ６に流入口１１を通って供給される。インジェクタ６を通って流れる酸素は、インジェクタの流出ノズル１２から流出する際に膨張し、従ってその流速は２０〜３４０ｍ／ｓにまで上昇し、その結果としてインジェクタ６において位置１３で減圧が生じ、その減圧の吸引作用が二酸化炭素を酸素噴流中に吸い込み、二酸化炭素は酸素噴流と温度をつりあわせながら、長さｘの混合部位として設計されているパイプライン７において混合された後、酸素と二酸化炭素の混合物は２０〜１６００℃の温度で連結部１４を通ってバーナー５に流れ、バーナーには、ガス状燃料として天然ガスがさらなる連結部１５を介して供給される。
【００７３】
酸素と二酸化炭素が流れるパイプラインは耐熱性で耐食性のＮｉＣｒまたはＯＤＳ合金から成り、その内側には熱保護材が設けられており、および／または外側には断熱材が設けられており、これは例えばセラミック繊維を有する。
【００７４】
並流式バーナーとして用いられるバーナー５は有利には、内チューブと外チューブを有しており、ガス状燃料として用いられる天然ガスはバーナー口１６に、内チューブとして配置されている燃料チューブ１８を通って供給され、酸素と二酸化炭素の混合物はバーナー口１６に、燃料チューブ１８を収容し、環状の間隙２１として設計されている外チューブを通って供給されて、８００〜２７００℃の温度を有する長い、滑らかな、視認できるバーナー炎を、処理される材料を加熱するための炉装置の燃焼チャンバにおいて生ずる。
【００７５】
燃料の部分的な自己炭化は、バーナー５の燃料チューブ１８内で、酸化剤と二酸化炭素の混合物との伝熱式熱交換により起こる。
【００７６】
本発明によるバーナー設計は、酸化剤と二酸化炭素の混合物がバーナーのバーナー口１６から、燃料よりも０．３〜４倍速い速度で流出することを可能にし、その結果として、バーナー出力に基づいて１．５〜８Ｎ／ＭＷの全運動量流束と、０．８〜３１の酸化剤と二酸化炭素の混合物の燃料に対する運動量流束密度の比を確実にし、結果として、バーナーブロック４の出口において０．２〜０．５ＫＷ／ｍｍ2の出力密度に到達する。
【００７７】
酸化剤と二酸化炭素の混合物は、バーナー口１６から２０〜８０ｍ／ｓの速度で流出する。
【００７８】
バーナーブロック４は、好ましくはシリンダ状の開口を有する。
【００７９】
バーナーは、火炎監視のためのＵＶ光検出器２０を備える。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】燃焼装置を有する炉装置を図式的に示す図。
【図２】燃焼装置を有する他の炉装置を図式的に示す図。
【図３】燃焼装置を有する第３の炉装置を図式的に示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１…炉の内層、２…排気筒（炉内オフガス）、３…パイプライン（炉内オフガス）、４…バーナーブロック、５…バーナー、６…インジェクタ、７…パイプライン、８…熱交換器、９…注入口（８）、１０…流出口（８）、１１…流入口（６）、１２…流出ノズル、１３…位置（６）、１４…連結部（５）、１５…連結部（５）、１６…バーナー口、１７…バーナー炎、１８…燃料チューブ、１９…オフガス開口、２０…ＵＶ光検出器、２１…環状間隙
【図１】
2009513920.tif 000003
【図２】
2009513920.tif 000004
【図３】
2009513920.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月29日(2008.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料、並びに酸化剤および炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気を用いる、少なくとも１つのバーナー（５）による低ＮＯx燃焼のための方法であって、
前記酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気を、インジェクタ（６）により生じる混合物として前記バーナー（５）に供給し、
前記バーナー（５）はパイプライン（７）によりインジェクタ（６）と、酸化剤、二酸化炭素または蒸気を加熱するための熱交換器（８）とに接続されており、
前記熱交換器（８）は、前記燃焼チャンバから前記炉内オフガスを排出する排気筒（２）内に配置されており、前記インジェクタ（６）は、前記ライン（７）内に配置されている方法。
【請求項２】
前記インジェクタ（６）を前記酸化剤と共に操作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バーナー（５）に供給される酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物は、少なくとも５体積％の酸素の酸素含有量を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記バーナー（５）に供給される酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物は、２０〜１６００℃の温度であることを特徴とする請求項１〜３の一項に記載の方法。
【請求項５】
用いる前記酸化剤は、０．２〜４０ｂａｒの圧力で−２０〜４０℃の温度の酸素または少なくとも１０体積％の酸素を含有する酸素含有媒質であることを特徴とする請求項１〜４の一項に記載の方法。
【請求項６】
燃焼を８００℃〜２７００℃の火炎温度で行うことを特徴とする請求項１〜５の一項に記載の方法。
【請求項７】
前記バーナー（５）がバーナー口（１６）を有しており、酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物が前記バーナー口（１６）において生ずる速度が、２０〜８０ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１〜６の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記バーナー（５）がバーナー口（１６）を有しており、
ａ）酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物が、前記バーナー口から流出する前記燃料の速度よりも０．３〜４倍速い速度で前記バーナー口（１６）から流出し、
ｂ）バーナー出力に基づいて１．５〜８Ｎ／ＭＷの全運動量流束を達成し、
ｃ）酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物の前記燃料に対する運動量流束密度の比が０．８〜３１であり、および
ｄ）バーナーブロック（４）の出口において０．２〜０．５ＫＷ／ｍｍ2の出力密度に到達する
ことを特徴とする請求項１〜７の一項に記載の方法。
【請求項９】
前記バーナー（５）が燃料チューブ（１８）を有しており、前記燃料の部分的自己炭化が前記燃料チューブ（１８）内で、酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の前記混合物との伝熱式熱交換（recuperative heat exchange）により起こることを特徴とする請求項１〜８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記インジェクタ（６）は流出ノズル（１２）を有しており、前記酸化剤が前記流出ノズル（１２）から２０〜６６０ｍ／ｓの速度で流出することを特徴とする請求項１〜９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
燃焼チャンバを取り囲む炉壁のうちのバーナーブロック内に配置され、請求項１〜１０の一項に記載したように酸化剤と燃料とが供給される少なくとも１つのバーナーにより低ＮＯx燃焼を行うための装置であって、
前記バーナー（５）はライン（７）により、酸化剤、二酸化炭素または蒸気を加熱するための熱交換器（８）と、酸化剤並びに炉内オフガスおよび／または二酸化炭素および／または蒸気の混合物を生じるためのインジェクタ（６）とに接続されており、
前記熱交換器（８）は、前記燃焼チャンバから前記炉内オフガスを排出する排気筒（２）内に配置され、前記インジェクタ（６）は、前記パイプライン（７）内に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記インジェクタ（６）が、軸方向に移動可能な流出ノズル（１２）を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記熱交換器（８）が、伝熱式熱交換器または蓄熱式熱交換器であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記バーナー（５）が、前記酸化剤混合物を供給するための少なくとも１つの接続（１４）と、前記燃料を供給するための少なくとも１つの接続（１５）を有することを特徴とする請求項１１〜１３の一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記バーナー（５）の前記燃料供給路および／または前記酸化剤混合物供給路（１８、２１）が、互いに対して本質的に同軸に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記炉はオフガス開口（１９）を有しており、前記バーナー（５）が前記オフガス開口（１９）の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記バーナー（５）が、前記炉のオフガス側に、好ましくは前記オフガス開口（１９）または前記排気筒（２）内に配置されていることを特徴とする請求項１１〜１５の一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記媒質運搬ラインが、耐熱性で耐食性のＮｉＣｒまたはＯＤＳ合金から成ることを特徴とする請求項１１〜１７の一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記媒質運搬ラインは、外側に断熱材を有し、および／または内側に熱保護材を有し、これは好ましくはセラミック繊維またはセラミックブロックから成ることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記バーナー（５）を有する前記バーナーブロック（４）は、好ましくは、シリンダ状の開口を有することを特徴とする請求項１１〜１９の一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記バーナー（５）が、火炎監視のためのＵＶ光検出器（２０）を備えていることを特徴とする請求項１１〜２０の一項に記載の装置。
【請求項２２】
溶解炉または均熱炉における、好ましくはアルミニウム均熱炉または回転式ドラム炉（rotary drum furnace）またはガラス溶解炉における請求項１１〜２１の一項に記載の装置および１〜１０の一項に記載の方法の使用。
【国際調査報告】
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2009513920.tif 000008
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