(57)【要約】本発明は、回転炉の燃焼域に炎を生成するための方法及びバーナに関する。バーナは、少なくとも、回転炉外部から回転炉内へ伸びるバーナ管４と、燃料をバーナ管へ導入する手段３と、一次空気を、バーナ管を介して回転炉の燃焼域へ導く手段とを備える。本発明の固有の特徴は、ガス・タービンに生成された燃焼ガスを一次空気としてバーナ管に導くために、接続管７を介してバーナをガス・タービン１、２に接続することである。
2005530980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、回転炉外部から前記回転炉内へ伸びるバーナ管と、燃料を前記バーナ管へ導入する手段と、一次空気を、前記バーナ管を介して前記回転炉の燃焼域へ導く手段とを備えたバーナによって前記回転炉の前記燃焼域に炎を生成する方法であって、バーナに接続されたガス・タービンに生成される燃焼ガスを一次空気として使用することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記タービンの前記燃焼ガスの温度は、４００℃から８００℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃料をバーナ管の排出端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４】
前記燃料を前記バーナ管の前端へ供給し、前記ガス・タービンから流入する一次空気を混合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ガス・タービンからの前記一次空気が前記バーナ管に接線方向で供給されるように一次空気が前記接続管を介して供給され、燃料が接続管に供給されることによって、サイクロン形の中間バーナを前記バーナ管に形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
回転炉の燃焼域に炎を生成するためのバーナにおいて、少なくとも、前記回転炉の外部から前記回転炉内に伸びるバーナ管（４）と、燃料を前記バーナ管に供給する手段（３）と、一次空気を、前記回転炉の前記燃焼域を介して前記回転炉の燃焼域へ導く手段とを備えたバーナであって、接続管（７）を介してガス・タービン（１、２）に接続されて、前記ガス・タービンに生成された燃料ガスを一次空気として前記バーナ管へ導くことを特徴とするバーナ。
【請求項７】
前記接続管（７）は、前記バーナ管に対して傾斜していることを特徴とする請求項６に記載のバーナ。
【請求項８】
前記接続管（７）は、前記バーナ管に対して軸方向に配置されることを特徴とする請求項６に記載のバーナ。
【請求項９】
前記接続管（７）は、前記バーナ管に対して接線方向にあることを特徴とする請求項６に記載のバーナ。
【請求項１０】
前記バーナは、前記バーナ管における温度を上昇させるために、燃料を前記接続管に導入する手段をさらに含むことを特徴とする請求項６又は９に記載のバーナ。
【請求項１１】
前記バーナ管（４）、接続管（７）及びガス・タービン（１、２、１１）は、一つのユニットとして構成され、前記回転炉に対するその位置を調整可能であることを特徴とする請求項６から１０までのいずれかに記載のバーナ。
【請求項１２】
前記ユニットは、冷却空気ファン（６）をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転炉の燃焼域にバーナによって炎を生成する方法及びバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転炉は、典型的には様々な固体物質を処理するのに使用され、特に処理に高温が必要な場合に使用される。また、典型的には、処理プロセスは吸熱性で、すなわち外部熱を炉の外から炉に導入することを必要とする。この種のプロセスのいくつかの例としては、例えば、酸化鉱石及び酸化濃縮物の還元、並びに焼塊及び石灰の燃焼の如き様々な化合物の焼成が挙げられる。炉から出る処理材料は、しばしば高温で、熱の経済性を高めるために、例えば炉に導入されている燃焼空気を予備加熱することによって、その内部の熱を回収する。
【０００３】
炉で利用される熱源は、油、天然ガス及びカーボン・ダストの如き、液体、気体及び固体燃料を含む。バーナは、炉の高温端に取りつけられる。通常、バーナは、そのなかに配置された開口部を介して炉の末端から導入された多流路管の構成を有する。バーナの排出端は炉の内部に伸び、燃料の燃焼及び熱伝達の両方の観点で最適で、炉で実施されるプロセスによって設定される要件によって決まる場所に至る。いくつかの場合において、バーナ管は、炉末端の内面のレベルまでしか伸びないが、数メートルにわたって炉の中に伸びることもある。バーナ管には、燃料及び燃焼空気、またおそらくはプロセスの動作に必要な添加剤のための流路が設けられる。
【０００４】
特に、高温の製品（焼塊、石灰、所謂石灰泥）を製造する処理プロセスでは、その内部の熱を、そのプロセスに使用される燃料の着火に必要な燃焼空気中に伝達することによって回収する。このような場合、この空気（所謂二次空気）は、通常、バーナを迂回して炉内に送られ、着火、安定化（一定の着火点を維持する）、及び炎の形成に必要な所謂一次空気のみがバーナに通される。一次空気の割合は、個々のバーナ及び用途に応じて異なるが、最も典型的には燃焼空気の全体積の１０％から４０％である。燃料の着火を制御し、着火点を一定に保ち（炎を安定させ）、また炉内の炎の形成を制御するために、一次空気がバーナに送り込まれる。一次空気は、バーナ自身のファンによってバーナに導かれる。
【０００５】
しかし、この一次空気構成は、炎の制御と炉の熱の経済性の両方の観点で、いつも所望の結果をもたらすとは限らない。さらに、より厳格になる環境的要求は、窒素酸化物放出量に対してますます厳しい制約が設定する。例えば、一次空気の量を減らすと、典型的には、窒素酸化物放出量が減少するが、同時に、炎の形成の制御、並びに燃焼の中心の調節が複雑になる。これらは、結局は、例えばプロセスの熱の経済性に影響を与える要因になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、石灰炉の如き回転炉における燃焼をより効率的に制御すると同時に、従来技術のシステムと比較して、有害な放出物、例えば窒素酸化物の放出を減少させるための方法及びバーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固有の特徴は、添付の特許請求の範囲に開示されている。本発明は、基本的には、一次空気源として、空気の代わりにガス・タービンからの燃焼ガスを使用することに基づく。したがって、一次空気ファンはガス・タービンに置換されている。
【０００８】
公知のバーナでは、予備加熱されていないか、又はわずかに予備加熱され、典型的には例えば１５０℃から２００℃の温度の一次空気を数ｋＰａの加圧で導入される。空気は、その体積の約２１％の量の酸素を含むことが知られている。新しいバーナでは、タービンを出て、バーナ管に入るガスは、タービンの容量、及びバーナ管の圧力損失に応じて、大抵酸素含有量が１５％から１６％で、温度が４００℃から８００℃である。
【０００９】
ガス・タービンの排気ガスの対象物は、一次空気ファンによって導入される空気の対象物と全く同じであるが、本発明によるバーナの構成では、着火に向けて導入される空気の量は、知られているバーナよりも明らかに少なく、酸素及びガスの流量はより少なく、典型的には燃焼空気の全量のわずか４％から１０％である。ガス・タービンに必要とされる燃料流は、主用燃料流に比べて極めて小量で、通常はわずか数パーセントである。
【００１０】
そのバーナの固有の特徴は、複数の様々な燃料を、それらが３つのすべての形、例えば固体、液体及びガスの形をとっていても、その中で同時に燃焼できることである。
【００１１】
好ましくは、本発明を石灰泥炉、石灰炉及びセメント炉に応用できる。
【００１２】
二次空気の如き、一次空気の他に炉に必要とされる他の空気は、バーナを迂回する。典型的には、二次空気を炉で燃焼させた物質に接触させることによって加熱する。
【実施例】
【００１３】
添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００１４】
バーナの構成及び実施の原理が図１に示されている。バーナは、炉の端壁８における開口部を介して炉内に伸びる管４で形成されている。ガス・タービンからの排気ガス、すなわち一次空気は、バーナ管を介してバーナの排出端に導かれる。燃料、例えば重油をライン１２からその管３（バーナ・ランス）によって、バーナ管４の排出端１３に配置されたノズルに導くことによって従来のように導入することができる。従来の実施例は、それが一次空気で囲まれるように、バーナ管の内側に同心的に配置することを含むが、他の構成も可能である。燃料の質に応じて、それをバーナ管の前方端に供給することもでき、その場合は、管を流れる一次空気に混入され、形成された混合物内で燃焼することになる。
【００１５】
本発明によれば、ガス・タービンは、バーナに接続され、前記ガス・タービンはコンプレッサ１を含み、空気が、燃焼室２及びそれに接続されたタービン１１に導かれる。天然ガス又は油の如きライン９内の燃料、及びコンプレッサからの空気は燃焼室２に導かれ、燃焼ガス（すなわち一次空気）は、燃焼室から、コンプレッサを回転させるタービンを介して導かれる。燃焼室で必要な圧力を生成するためのタービン１１からのコンプレッサ１の必要動力は小さいため、タービンにおけるガスの温度低下は５０℃から１００℃にすぎない。
【００１６】
そのバーナ構成の固有の特徴は、燃焼室２で生成され、ガス・タービンを出るガス（一次空気）が、短い接続管７を通じて実際のバーナ管４に供給されることである。接続管７は、炉のバーナ端８の外側のバーナ管４に接続されるように最も好適に構成される。
【００１７】
燃焼室を備えたガス・タービン・ユニットは、比較的軽量である。要望に応じてガス・タービン・ユニットをバーナ管から離して配置することができるが、好ましくは、ガス・タービン・ユニットが、接続管を介してバーナ管に支持され、必要であればさらなる支持体に支持されるように、バーナ管と、ガス・タービン・ユニットと、その間の接続管とを一体化する。接続されたガス・タービン及びバーナ管で形成されたこの種のユニットの利点は、炉に対するその位置を変更できることである。これは、炉の動作に影響を与えるものでもある。バーナ管は、炉の縦軸の方向に配置されるとは限らず、炎から床までの伝熱を強化するために、典型的には、処理される対象材料床の方向に傾斜する。ガス・タービンとバーナ管との接続は、フレキシブル・ホースを使用する代わりに、必要な場合は、８００℃までの温度に耐えることが必要とされる静的な接続管を用いて行われるため、構造的にも固定接続が好ましい。おそらく必要とされるバーナのための冷却ファンを対応する方法でバーナ管に接続することができる。
【００１８】
図１によれば、タービンからのガスは、傾斜した接続管７を介して、バーナ管４に供給される。基本的には、ガスをバーナの側方から接線方向に供給してもよいし、バーナの末端を介して軸方向に供給してもよい。バーナ管におけるガス圧力損失（ガス・タービンの背圧）はガスの供給方向に依存し、軸方向の供給による損失が最小になり、接線方向の供給による損失が最大になるため、最適な構成をそれぞれの場合毎に決定しなければならない。
【００１９】
図２ａ及び図２ｂは、ガス・タービンからのガスがバーナに接線方向に導かれるバーナ構成を示す図である。図２ａによれば、バーナは、バーナ・ランス２３と、必要であればバーナ・ランス用ケーシング管３０と、バーナ管２４と、冷却空気筐体２５とを備える。本実施例において、バーナ管２４は、錐体２６を介してバーナ管の直線部２４に接続されるサイクロン部３２を備える。燃料は、ライン３３からバーナ・ランス２３へ供給される。ガス・タービンからのガスは、バーナ管とガス・タービンを接続し、サイクロン部３２に接線方向に取りつけられる接続管２７を介してサイクロン部３２へ導入される。炉の端壁には、参照番号２８が付されている。
【００２０】
図２ｂは、バーナ管とガス・タービンの接続を図２ａの線Ａ−Ａによる断面図で示している。ガス・タービンは、コンプレッサ２１と、燃焼室２２と、タービン３１とを備える。ガスは、サイクロン３２に接線方向に接続される接続管２７を介して、ガス・タービンからバーナ管のサイクロン部３２へ導かれる。燃料は、ライン２９を介して燃焼チャンバへ導入される。
【００２１】
必要な場合は、所謂中間燃焼によって、バーナの排出端における着火エネルギーの量を増やすことができる。通常は、バーナ管に供給される燃料が管内で燃焼できず、混合物がバーナから炉へ排出されるときにのみ燃焼するように、バーナ管の寸法を決める。一次空気の流動断面積を局所的に大きくすることによって、一次空気の流速を火炎前面の伝搬速度より小さくするゾーンをバーナ管に設けることによって、中間燃焼を可能にする。中間燃焼を実現する好ましい方法は、図２ａ及び図２ｂに示されるように、サイクロン形の中間バーナがバーナ管の前端に形成されるように、そのゾーンをバーナ管の前端に配置し、ガス・タービンからの排気ガスをバーナ管に接線方向に導くことである。このように、必要であれば、ガスの温度を１０００℃より高い温度まで上昇させることができる。温度上昇に必要な燃料は、通常は、図１のライン１０を介して、ガス・タービンとバーナ管の間の接続管７へ供給され、図２ｂの接続管２７へ供給される。中間燃焼に必要な空間は、必ずしもバーナ管の前端に配置される必要はなく、その内部の他の箇所に配置してもよい。
【００２２】
ガス・タービンからの排気ガスは、数百度（４００℃から８００℃）の温度を有するため、炉内に配置されたバーナの部分は、冷却一次空気を使用する場合より高温になる傾向がある。この理由により、本発明による構成では、バーナ管を冷却するのが好ましい。図に例示された基本構成によれば、バーナに同心の外部筐体５が設けられ、ファン６によって、筐体と実際のバーナ管４の間に冷却空気が導入され、その空気は、管の間の環状スロットを介して炉（炎）へ排出される。冷却空気の典型的な量は、全燃焼空気流のわずか１％から３％である。個々の目的において、保護を強化するために、バーナ管の周囲に断熱体を設けてもよい。
【００２３】
本発明によるバーナによって、空気で動作するバーナを使用する場合に比べて、窒素酸化物の量を減少させることができる。放出量を最小限にするための最も重要な方法は、一次空気（一次酸素）の量を減少させ、着火エネルギーの量の増加により、着火後の炎の温度上昇を促すことであると考えられる。高速燃焼は、炎及び炉の燃焼域における酸素不足をもたらし、それによって遊離酸素よりもはるかに低速でＮＯと反応するＯＨラジカルを介してほとんどサーマルＮＯが生成される。燃料に含まれる窒素のＮＯへの酸化は酸素含有量が減少するにつれて低減され、ＮＯの窒素分子への還元が増大する。
【００２４】
現在の回転炉バーナと比較して、その新規の手段は、炎の形態と燃焼率の両方の観点で炎の制御性を向上させるものでもある。後者は、タービンからの排気ガス流及びそのガス流の温度に影響するガス・タービンの能力によって調節される。燃焼速度は、炎の高さ及び燃焼温度、さらには炎から炉内で処理される材料への伝熱にも影響する。
【００２５】
バーナは、現在の回転炉バーナより大きいパワー調節域にも対応する。ガス・タービンの全能力に対応するエネルギーの量を、最良の場合には、着火エネルギーとしてバーナへ導入できるため、非常に小さいパワーでも安定した燃焼が可能になると同時に、バーナを消すことなく、非常に低量の燃料の主供給が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による好ましいバーナ構成を示す図である。
【図２ａ】本発明による第２の好ましいバーナ構成を示す図である。
【図２ｂ】本発明による第２の好ましいバーナ構成を示す図である。
【図１】
2005530980.tif 000003
2005530980.tif 000004
【国際調査報告】
2005530980.tif 000005
2005530980.tif 000006
2005530980.tif 000007