(57)【要約】  本発明は、ディフューザを備えたガスインジェクタもしくはガスバーナに関する。これらのガスインジェクタもしくはガスバーナは調節により広い範囲で自由噴流バーナとして改変可能であり、特に再生式の空気予熱を行う産業炉、特に燃焼ガスとは別個に配置された空気供給を有する産業炉のために適している。ガス供給管（１）と開口（２）とが設けられており、両者の接続部が、自由噴流開き角を有するロングディフューザ（３）を形成している形式の、本発明によるガスインジェクタは、開口（２）の直径とガス供給管（１）の直径との比が３よりも小さいという特徴を有している。有利には、ガス供給管（１）内に、自由噴流開き角を形成する開口（８）を有する中央ノズル管（４）が、ガス分流を案内するためのリングギャップ（９）をガス供給管（１）と中央ノズル管（４）との間に形成しつつ配置されており、中央ノズル管の開口（８）の周面線（７）の仮想の延長線が、ロングディフューザ（３）の周面線へと移行する。分流の調整のために、閉鎖・調整装置が設けられている。
2007530901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生式に加熱される産業炉を減窒素酸化物で燃焼するためのガスインジェクタであって、ガス供給管（１）と開口（２）とが設けられており、両者の接続部が、自由噴流開き角を有するロングディフューザ（３）を形成している形式のものにおいて、開口（２）の直径とガス供給管（１）の直径との比が３よりも小さいことを特徴とするガスインジェクタ。
【請求項２】
ガス供給管（１）内に、自由噴流開き角を形成する開口を有する中央ノズル管（４）が、ガス分流を案内するためのリングギャップ（９）をガス供給管（１）と中央ノズル管（４）との間に形成しつつ配置されており、中央ノズル管の開口（８）の周面線（７）の仮想の延長線が、ロングディフューザ（３）の周面線へと移行する、請求項１記載のガスインジェクタ。
【請求項３】
中央ノズル管（４）の下流に、ガス分流調節のための閉鎖・調整装置が配置されている、請求項２記載のガスインジェクタ。
【請求項４】
閉鎖装置が、２つの別個の弁から成っており、該弁が全ガス供給管（１７）と、該全ガス供給管（１７）から分岐し、直接中央ノズル管（４）に送給する副ガス供給管（１５）とに配置されている、請求項３記載のガスインジェクタ。
【請求項５】
閉鎖装置が、中央ノズル管（４）の外周面上を軸方向で摺動可能な、ガス供給管（１）の内壁の円錐形の面と協働する円錐体（１１）として形成されている、請求項２記載のガスインジェクタ。
【請求項６】
閉鎖装置（１１；１６）が、中央ノズル管（４）の内径の５倍よりも大きく、中央ノズル管（４）の開口（８）から流動方向とは逆向きに後退して配置されている、請求項３から５までのいずれか１項記載のガスインジェクタ。
【請求項７】
ロングディフューザ（３）の開口（２）がその外周面に、水冷されるリング（５）を装備している、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスインジェクタ。
【請求項８】
水冷されるリング（５）が別個に配置されている、請求項７記載のガスインジェクタ。
【請求項９】
水冷されるリング（５）がガスインジェクタの軸線を中心に回転可能である、請求項７または８記載のガスインジェクタ。
【請求項１０】
ロングディフューザ（３）とリング（５）とが共に、ガス流動方向とは逆向きに拡幅するバーナ挿入開口（６）内に配置されており、水冷されるリング（５）とバーナ挿入開口（６）との間の間隔が最小限であり、ガスインインジェクタの軸線が開口（２）の中心点を中心として旋回可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載のガスインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディフューザを備えたガスインジェクタもしくはガスバーナに関する。これらのガスバーナもしくはガスインジェクタは調節により広い範囲で自由噴流バーナ（Ｆｒｅｉｓｔｒａｈｌｂｒｅｎｎｅｒ）として改変可能であり、特に再生式の空気予熱を行う産業炉（Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｏｆｅｎ）、特に燃焼ガスとは別個に配置された空気供給を有する産業炉のために適している。
【０００２】
一次のＮＯＸ減少手段が、従来の形式で加熱される高温浴炉、特にガラス溶融浴において、特に効果的に燃料供給のテクノロジにて講じられることが知られている。確かに、炉ジオメトリおよび燃焼空気供給のデザインを有害物質排出に関して最適化するために多大な努力が払われてきたが、特に構造上の関係が確定されている１０年よりも長い高い装置稼働時間に基づき、この手段は初めて極めて遅くに講じられ、その数は極めて限定されており、誤開発はキャンペーン（Ｏｆｅｎｒｅｉｓｅ）の終了後に初めて解消されることができる。さらに、一次のＮＯＸ減少手段は、技術的に正しく使用されると、エネルギ節約、出力向上、稼働時間延長および品質保証につながるが、有効性および有害物質減少の、達成される高いレベルを維持するためには、かなりの程度のセンサ技術、インテリジェントオートメーションおよびオペレータの注意力を必要とすることが知られている。
【０００３】
高温プロセス、例えばガラス溶融におけるＮＯＸ減少の基本思想にしたがい、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２０６５０号明細書から、バーナ・ノズルブロックコンビネーション（Ｂｒｅｎｎｅｒ−Ｄｕｅｓｅｎｓｔｅｉｎｋｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）が公知となっており、かつドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２４７６９号明細書から、２０°の開き角と、円筒形のバーナ挿入孔内での７０ｍｍの最小の開口直径とを有し、下流に配置されるノズルブロックを有していない自由噴流バーナが公知となっている。これらの装置は低乱流の燃焼ガス供給により、燃焼ガスおよび燃焼空気の遅延された混合を生ぜしめ、引下げられた火炎根部温度により個々の使用において出発レベルに関して容認可能なＮＯＸ減少効果を達成する。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２４７６９号明細書のような構造は、典型的な出力範囲の流量変動に反応する可能性を全く有しておらず、乱流を生ぜしめる中央ノズルを装備している。中央ノズルはガス供給管の内側に当付けられて前方のポジションでのみ有効であり、そこでＮＯＸ減少運転からの急速な離脱を引き起こす。ディフューザ根部の横断面の単独での減少は、技術的に必要な火炎形状を方向および長さの点で、変化する燃料流量に適合させるには不十分である。
【０００５】
僅かな流量時、ガス流出速度が急激に低下するという問題が生じる。それにより、別個に供給される燃焼空気はその明らかに高いインパルスによりガス噴流を妨害することができる。その際、自由噴流特性は失われ、方向および長さにより規定されている、被加熱物（Ｗａｅｒｍｅｇｕｔ）に対する火炎の所望のポジショニングに対して、もはやアクティブに影響を及ぼすことはできない。極端な事例では、燃焼空気が燃焼ガスをインジェクタ開口から吸引し、元来意図された遅延された混合および開始反応が既に直接燃焼空気供給の引裂きエッジで開始してしまう。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２０６５０号明細書の構成で発生するような、断続的に供給される燃焼ガスと耐火材料との接触を回避するために、インジェクタ開口を下流に配置されるバーナノズルブロックなしに燃焼室内に配置する、これまで公知となっている解決策の利点は、それにより帳消しにされてしまう。
【０００６】
欧州特許第０５１３４１４号明細書から、軸方向で摺動可能な円錐形のノズルにより、直接主流出ノズルに、多様な流動関係を実現する装置が公知である。
【０００７】
欧州特許第０５１３４１４号明細書のような解決策は、手間のかかる円錐形のノズルにより調節されねばならないガス噴流が、最適な遅延された混合のために必要な流出区間（Ａｕｓｌａｕｆｓｔｒｅｃｋｅ）を有しておらず、しかも下流に配置されたノズルブロックが付加的に乱流を惹起するという欠点を有している。
【０００８】
構造的に長期的に固定された空気供給に対して相対的な燃焼ガス供給の技術は、公知の解決策では、耐火材料、ひいては生産物品質および装置稼働時間に関する危険を惹起するか、または狭い範囲でのみのＮＯＸ減少運転を許可するという部分的にかなりの欠点を有している。
【０００９】
それにより、公知の解決策では、被加熱物への火炎の熱伝達の品質、ＮＯＸ減少の程度、最新の生産装置の燃焼の柔軟性に関する高まる要求にもはや応えられない。熱伝達および有害物質減少の熱力学的に最適な状態へのますますの接近と共に、簡単な、支配可能なかつ再現可能な器械への、この最適な状態を安定に維持し、利点を完全に、経済的かつ環境的に有益なものにする要求は上昇している。
【００１０】
それゆえ、本発明の課題は、公知の技術の欠点を回避すると同時に、作業範囲を同時に拡張しつつ、妨害されない自由噴流の利点を維持することである。
【００１１】
本発明によりこの課題は、請求項１に記載した特徴を備えたガスインジェクタにより解決される。本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【００１２】
その際、本発明による思想は、インジェクタの構成に関して、ディフューザの直径比と二重自由噴流技術の導入とに基づいている。開口と供給管との直径比を狭く制限するという新しいコンセプトにより、ほぼすべての使用事例で、最短の時間でガス流に低乱流の自由噴流特性を、前記欠点を甘受する必要なしに付与することができる。ロングディフューザの特性は開口の絶対的な寸法設定により規定および制限されず、広い範囲で、燃焼ガス供給の、流動技術的に最適な条件を示す。最適な運転点を規定するための、時間のかかる「トライアル・アンド・エラー法（ｔｒｉａｌ  ａｎｄ  ｅｒｒｏｒ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）」は省略され、パラメータは簡単に別の装置に転用可能である。実施された実験では、導入期（Ｅｉｎｆａｈｒｐｈａｓｅ）が数ヶ月から数週間に減じられることができた。特に、改善された熱伝達、それに由来する燃料流量の低下およびガスインパルスの減少により発生し得る、耐火材料のための危険は排除される。１〜２年後に初めて明白となるエロージョンおよび面的なチッピングのようなネガティブな効果はそれにより回避されることができる。
【００１３】
本発明について以下に実施例を基に図面を参照しながらより詳細に説明する。
図１：バーナ挿入開口に組付けられた本発明によるガスインジェクタの前方の部分を横から見た断面図である。
図２：第１の実施形態の閉鎖・調整装置を備えた本発明によるガスインジェクタ全体の断面図である。
図３：第２の実施形態の閉鎖・調整装置を備えた本発明によるガスインジェクタ全体の断面図である。
【００１４】
図１には、バーナ挿入開口６の端部におけるロングディフューザ（Ｌａｎｇｄｉｆｆｕｓｏｒ）３の開口の位置により規定されている、本発明によるガスインジェクタのポジションが示されている。本発明によるガスインジェクタはガス供給管１と開口２とを備えて形成されている。その際、ガス供給管１と開口２との間の接続は自由噴流開き角（Ｆｒｅｉｓｔｒａｈｌｏｅｆｆｎｕｎｇｓｗｉｎｋｅｌ）を有するロングディフューザ３を形成する。３よりも小さなガス供給管１と開口２との直径比により規定されるロングディフューザ３の本発明による構成は、幅広い使用多様性での低乱流の燃料供給を保証する。
【００１５】
高い割合で、低乱流の燃料供給の安定性および柔軟性は、ロングディフューザ３の根部における第２の自由噴流の導入により向上される。このことは中央ノズル管４により実現される。中央ノズル管４の開口はやはり自由噴流開き角として、有利には約２０°の自由噴流開き角として形成されている。中央ノズル管４の開口８の周面線の仮想の延長線７は直接ロングディフューザ３の周面線へと移行する。その際、中央ノズル管４は有利にはガス供給管１内に、リングギャップ９を中央ノズル管４とガス供給管１の内周面との間に形成しつつ配置されている。有利にはさらに、閉鎖・調整装置１１または１６が、中央ノズル管４およびリングギャップ９を通る分流を調整するために設けられている。それにより、中央ノズル管４およびリングギャップ９を通る分流の比の付加的な変更が可能であり、多様な燃料流量での低乱流の自由噴流の調節を許可する。それというのも、両分流が低乱流でロングディフューザ３内に進入し、それにより、異なる入力パラメータにもかかわらず完全な熱伝達能およびＮＯＸ−減少作用を発揮するような距離を開口８に対して置いて、分流の分割が実施されるからである。
【００１６】
水冷されるリング５の配置も安定性および柔軟性を向上するように働く。水冷されるリング５は大抵の場合全体的に金属から構成され、空冷される開口２を熱的な損耗から保護する。冷却水接続部１４は冷却媒体をインジェクタの開口領域に導く。水冷されるリング５は冷却水接続部１４のフィード部とリターン部との間で仕切り壁により閉鎖されている。それにより、冷却水は一度リングの中空体を通流し、再流出する。同時に、開口冷却リング５はバーナ挿入開口６に対して確かに非接触の、ただし近接した閉鎖を形成し、それにより望ましくない誤空気進入を阻止する。バーナ挿入開口６は流動方向で有利には円錐形に先細りして形成されている。その結果、後方に存在する自由空間１０内でのインジェクタ全体の鉛直方向および水平方向の傾動が可能になる。その結果、燃料自由噴流の方向および位置は進入する燃焼空気および被加熱物に対して相対的に規定されることができる。流動方向で円錐形に先細りしたバーナ挿入開口６の設置は、従来のバーナ・ノズルブロックコンビネーションから知られているように、流出する自由噴流を妨げることなく、最適化パラメータとしての自由空間１０の適当な使用を保証かつ拡張する。インジェクタの傾動のための自由空間１０の完全な使用可能性を保証するために、水冷されるリング５は有利にはインジェクタの軸線を中心に回転可能である。それにより、冷却水接続部１４はその都度、自由空間１０の、傾動のために要求されない部分に取付け可能である。
【００１７】
分流を中央ノズル管４内と、ガス供給管１と中央ノズル管４との間に設けられたリングギャップ９内とに有利な実施形態に示したように分割することは、ガス供給管１内またはガス供給管１外で実施されることができる。そのために、相応の閉鎖・調整装置が設けられている。
【００１８】
図２にはガス供給管１内での調整が示されている。ガス供給管１と中央ノズル管４との間には、軸方向で摺動可能な円錐体１１が配置されている。円錐体１１はガス供給管１の内壁の斜面と協働し、両者間のリングギャップ９を調整し、極端な調節位置では完全に閉鎖することができる。円錐体１１の軸方向の摺動はスピンドル１２または別の適当な装置を介して実施されることができる。スピンドル１２または別の適当な装置はスピンドル駆動装置１３により動かされる。リングギャップ９の完全な閉鎖はインジェクタの下側の作業点を成す。すなわち、ガス流の１００％が中央ノズル管４を通って流動する。円錐体１１を流動方向とは逆向きに引戻すことによるリングギャップ９の完全な開放は、フルの燃料流量を伴う上側の作業点を成す。中間位置は円錐体１１の摺動により無段階に調節可能である。
【００１９】
図３に示した第２の事例では、全ガス流がガス供給管１への進入前に管路技術的に分割される。副ガス供給管１５は、ガス供給管１に開口する全ガス供給部１７から分岐し、直接中央ノズル管４に送給する。両供給管路のそれぞれに、その都度のガス分流を調節するための弁１６が存在する。両分流、すなわちリングギャップ９を通る分流も、中央ノズル管４を通る分流も、別個に配置された弁１６により１００％遮断可能であり、かつその間で無段階に調節可能である。別の閉鎖・調整装置も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】バーナ挿入開口に組付けられた本発明によるガスインジェクタの前方の部分を横から見た断面図である。
【図２】第１の実施形態の閉鎖・調整装置を備えた本発明によるガスインジェクタ全体の断面図である。
【図３】第２の実施形態の閉鎖・調整装置を備えた本発明によるガスインジェクタ全体の断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ガス供給管
２  ロングディフューザの開口
３  ロングディフューザ
４  中央ノズル管
５  水冷されるリング
６  バーナ挿入開口
７  中央ノズル管の周面線の仮想の延長線
８  中央ノズル管の開口
９  リングギャップ
１０  自由空間
１１  円錐体
１２  スピンドル
１３  スピンドル駆動装置
１４  冷却水接続部
１５  副ガス供給管
１６  弁
１７  全ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007530901.tif 000006
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2007530901.tif 000008
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