(57)【要約】  本発明は、燃料の１つの噴流、および酸素に富む含酸素ガスの少なくとも２つの噴流を注入する含酸素ガスを用いる燃料の燃焼方法に関する。本発明によれば、一次噴流として知られる酸素に富む含酸素ガスの第１の噴流を、燃料の噴流と接触し、および第１の不完全な燃焼を引き起こすように注入し、前記第１の燃焼により生じるガスは、燃料の少なくとも一部を含み、酸素に富む含酸素ガスの第２の噴流を、第１の燃焼により生じたガス中に存在する燃料の第１の部分とともに燃焼するように、燃焼の噴流から距離ｌ１隔てて注入する。さらに、低酸素の含酸素ガスを、第１の燃焼により生じるガス中に存在する燃料の第２の部分とともに燃焼するように、燃料の噴流から距離ｌ２隔てて注入し、ｌ２は、ｌ１よりも大きい。本発明は、この方法を行うために用いられるバーナー、およびガラス充填材の加熱のための、または再熱炉のための当該方法の使用に関する。
2007514916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の１つの噴流と、酸素に富む含酸素ガスの少なくとも２つの噴流を注入し、一次噴流と呼ぶ酸素に富む含酸素ガスの第１の噴流を、前記燃料の噴流と接触するように、および不完全な第１の燃焼を引き起こすように注入し、この第１の燃焼により生じるガスは、前記燃料の少なくとも一部をなお含有し、および酸素に富む含酸素ガスの第２の噴流を、前記第１の燃焼により生じるガス中に存在する前記燃料の第１の部分とともに燃焼するように、前記燃料の噴流から距離ｌ１隔てて注入するところの含酸素ガスを用いる燃料の燃焼方法であって、酸素の乏しい含酸素ガスを、前記第１の燃焼により生じるガス中に存在する前記燃料の第２の部分とともに燃焼するように、前記燃料の噴流から距離ｌ２隔てて注入し、ｌ２がｌ１よりも大きいことを特徴とする燃焼方法。
【請求項２】
前記酸素に富む含酸素ガスが、３０体積％よりも高い酸素濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素の乏しい含酸素ガスが、最大限で３０体積％までの酸素濃度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】
前記距離ｌ１が、５〜２０ｃｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記距離ｌ２が、３０ｃｍよりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記酸素に富む含酸素ガスの噴流により注入される酸素の量が、注入される酸素の総量の１０〜５０％に相当することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記酸素の乏しい含酸素ガスのための注入オリフィスの断面の面積が、前記距離ｌ２隔てて注入される前記酸素に富む含酸素ガスのための注入断面の面積の４〜１００倍であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記酸素の乏しい含酸素ガスを、注入前に予熱することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記酸素に富む含酸素ガスが、液体酸素貯蔵ユニットに少なくとも部分的に由来することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも２つのブロック（１、２、１４、１５、１６）から成り、並びに可燃ガス注入オリフィス（３、４）および少なくとも４つの含酸素ガス注入オリフィス（５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３）を含み、
第１ブロック（１、２）は、１つの燃料注入オリフィス（３、４）、および少なくとも２つの含酸素ガス注入オリフィス（５、６、７、８）を有し、第１の含酸素ガス注入オリフィス（５、６）は、前記燃料注入オリフィス（３、４）と接触するように位置し、第２の含酸素ガス注入オリフィス（７、８）は、前記燃料注入オリフィス（３、４）から距離ｌ１隔てて位置し、並びに
第２ブロック（１４、１５）は、前記第１ブロックの前記燃料注入オリフィス（３、４）から距離ｌ２隔ててそれぞれ位置する、少なくとも第３および第４の含酸素ガス注入オリフィス（９、１０、１１、１２）を有し、ｌ２は、ｌ１よりも大きく、および前記第４の含酸素ガス注入オリフィス（１１、１２）は、前記第３のオリフィス（９、１０）の面積の４〜１００倍の面積を有する
分離注入バーナー集成装置。
【請求項１１】
前記第１の含酸素ガス注入オリフィス（５、６）が、前記燃料注入オリフィス（３、４）の中心に位置することを特徴とする請求項１０に記載のバーナー集成装置。
【請求項１２】
前記燃料注入オリフィス（３、４）から距離ｌ２隔てて位置し、前記第３の注入オリフィス（９、１０）の面積の４〜１００倍の面積を有する第５の含酸素ガス注入オリフィス（１３）を有する第３ブロック（１６）を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載のバーナー集成装置。
【請求項１３】
２つの第１ブロック（１、２）、２つの第２ブロック（１４、１５）および１つの第３ブロック（１６）を含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のバーナー集成装置。
【請求項１４】
ガラス装填物を加熱するための、または再加熱炉のための、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法の使用。
【請求項１５】
酸素の連続的な製造が中断された際の、請求項１〜８のいずれか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、酸素製造ユニットにより製造された酸素の供給が中断される段階中で用いることができる、酸素に富む含酸素ガスおよび酸素の乏しい含酸素ガスを用いる段階的な燃焼方法に関する。
【０００２】
含酸素ガスを用いる燃焼方法は、一般的に、極低温ユニットまたはＶＳＡ（真空スイング吸着）ユニットのような、連続的な酸素製造ユニットによりもたらされる酸素を用いる。これらのユニットによりもたらされる酸素の供給における中断の危険を予想して、液体酸素貯蔵容器が、一般的には、燃焼が行われる場所の近傍に備えられる。このタンクの貯蔵コストを削減するため、および非常に大量の酸素を貯蔵する（これは、燃焼部位を、事故多発危険部位と分類し得る）ことを回避するために、一般的に、この貯蔵タンクの容量を削減することが好ましい。しかしながら、貯蔵の容量のこの削減は、供給の中断中、十分に長い時間、燃焼に供給することを常には可能にしない。１つの解決策は、燃焼に空気を供給し得るが、一般的に、空気よりも酸素がより豊富であるガスを用いるバーナーは、大量の流量の空気の使用を可能にしない。
【０００３】
従って、本発明の目的は、酸素の連続的な供給における中断の場合に、空気を用いる操作を可能にする燃焼方法、および通常は空気よりも酸素に富むガスを用いて操作する関連するバーナーを提供することである。
【０００４】
この目的のために、本発明は、含酸素ガスを用いる燃料の燃焼方法であって、燃料の１つの噴流と、酸素に富む含酸素ガスの少なくとも２つの噴流を注入し、一次噴流と呼ぶ酸素に富む含酸素ガスの第１の噴流を、燃料の噴流と接触するように、および不完全な第１の燃焼を引き起こすように注入し、この第１の燃焼により生じるガスは、燃料の少なくとも一部をなお含有しており、酸素に富む含酸素ガスの第２の噴流を、第１の燃焼により生じたガス中に存在する燃料の第１の部分とともに燃焼するように、燃料の噴流から距離ｌ１隔てて注入し、このプロセスにおいて、酸素の乏しい含酸素ガスを、第１の燃焼により生じるガス中に存在する燃料の第２の部分とともに燃焼するように、燃料の噴流から距離ｌ２隔てて注入し、ｌ２は、ｌ１よりも大きい燃焼方法に関する。
【０００５】
本発明は、少なくとも２つのブロックから成り、可燃ガス注入オリフィスおよび少なくとも４つの含酸素ガス注入オリフィスを含む分離注入バーナー集成装置であって、
第１ブロックは、燃料注入オリフィスおよび少なくとも２つの含酸素注入オリフィスを有し、第１の含酸素ガス注入オリフィスは、燃料注入オリフィスと接触するように位置しており、第２の含酸素ガス注入オリフィスは、燃料注入オリフィスから距離ｌ１隔てて位置しており、および
第２ブロックは、第１のブロックの燃料注入オリフィスから距離ｌ２隔ててそれぞれ位置する、少なくとも第３および第４の含酸素ガス注入オリフィスを有し、ｌ２は、ｌ１よりも大きく、および第４の含酸素ガス注入オリフィスは、第３のオリフィスの面積の４〜１００倍の面積を有する
分離注入バーナー集成装置に関する。
【０００６】
最後に、本発明は、酸素の連続的な製造が中断された際の、上記の方法の使用に関する。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点は、以下に続く記載を読むことにより明らかになるであろう。限定されない例として、本発明を、本発明によるバーナー集成装置の概略図である図１により説明する。
【０００８】
従って、本発明は、含酸素ガスを用いる燃料の燃焼方法であって、燃料の１つの噴流と、酸素に富む含酸素ガスの少なくとも２つの噴流を注入し、一次噴流と呼ぶ酸素に富む含酸素ガスの第１の噴流を、不完全な第１の燃焼を引き起こすように、燃料の噴流と接触するように注入し、この第１の燃焼により生じるガスは、燃料の少なくとも一部をなお含有しており、酸素に富む含酸素ガスの第２の噴流を、第１の燃焼により生じるガス中に存在する燃料の第１の部分とともに燃焼するように、燃料の噴流から距離ｌ１隔てて注入し、この方法において、酸素の乏しい含酸素ガスを、第１の燃焼により生じるガス中に存在する燃料の第２の部分とともに燃焼するように、燃料の噴流から距離ｌ２隔てて注入し、ここで、ｌ２は、ｌ１よりも大きい燃焼方法に関する。従って、本発明は、燃料の燃焼に必要とされる含酸素ガスを、少なくとも３つの噴流の形態に分割する、段階的な燃焼方法から成る。１つの段階的な燃焼方法は、燃料の完全な燃焼に必要とされる含酸素ガスの量を、燃料の流れから種々の距離において導入される少なくとも２つの相補的な含酸素ガス流に分割することにある。つまり、含酸素ガスの第１の相補的な流れを、燃料の流れから非常に近接した距離において導入する。燃料の流れに最も近いこの流れを、一次流と呼び、これは、制御された温度において燃料を部分的に燃焼させ、ＮＯｘの生成を制限する。含酸素ガスの少なくとも他方の相補的な流れを、含酸素ガスの一次流と比べて燃料からより長い距離において導入する。これは、第１の含酸素ガスと反応しなかった燃料の燃焼を完了することを可能にする。この流れを、二次流と呼ぶ。本発明によれば、まず、一次噴流を、燃料の噴流と接触するように注入する。これは、燃料の噴流と、酸化剤の一次噴流との間の距離が、（これらの２つの噴流を隔てる、考えられるダクト壁の存在を別として）ゼロであることを意味する。この一次噴流は、酸素に富む含酸素ガスの噴流である。本発明によれば、酸素に富む含酸素ガスは、３０体積％よりも高い酸素濃度、好ましくは少なくとも９０体積％の酸素濃度を有する。一般に、酸素に富む含酸素ガスは、液体酸素貯蔵ユニットに部分的に由来する。注入される含酸素ガスが、３０体積％よりも高い酸素濃度、好ましくは少なくとも９０体積％の酸素濃度を有するように、液体酸素は、空気により希釈され得る。酸化剤の第２の噴流および第３の噴流を、燃料の噴流および一次噴流からある距離において注入し、これらは、一次噴流により開始された燃料の燃焼を完了するために必要とされる酸化剤の量を供給することを可能にする。本発明によれば、第２の噴流の含酸素ガスは酸素に富み、この第２の噴流を、距離ｌ１隔てて注入する。好ましくは、距離ｌ１は、５〜２０ｃｍである。重ねて本発明によれば、第３の噴流は酸素に乏しく、ｌ１よりも大きい距離ｌ２隔てて注入し、酸素の乏しい含酸素ガスに関連する。「酸素の乏しい」という語は、最大限で３０体積％までの酸素濃度を有する含酸素ガスを意味すると解釈される。好ましくは、これは空気である。距離ｌ２は、有利には、３０ｃｍよりも大きい。
【０００９】
一般に、含酸素ガスの全ての噴流により注入される酸素の総量は、ほぼ化学量論、すなわち、注入された燃料の完全な燃焼に必要とされる化学量論量に対して±１５％の間隔内にある。好ましくは、酸素に富む含酸素ガスの噴流により注入される酸素の量は、注入される酸素の総量の１０〜５０％、より好ましくは２５〜５０％に相当する。
【００１０】
１つの特有な態様によれば、酸素の乏しい含酸素ガスを、注入する前に予熱してもよい。
【００１１】
本発明は、また、少なくとも２つのブロックから成り、１つの可燃ガス注入オリフィスと、少なくとも４つの含酸素ガス注入オリフィスを含み、ここで、
第１ブロックは、１つの燃料注入オリフィスと、少なくとも２つの含酸素ガス注入オリフィスを有し、第１の含酸素ガス注入オリフィスは、燃料注入オリフィスと接触するように位置しており、第２の含酸素ガス注入オリフィスは、燃料注入オリフィスから距離ｌ１隔てて位置しており、並びに
第２ブロックは、第１のブロックの燃料注入オリフィスから距離ｌ２隔ててそれぞれ位置する、少なくとも第３のおよび第４の含酸素ガス注入オリフィスを有し、ｌ２は、ｌ１よりも大きく、および第４の含酸素ガス注入オリフィスは、第３のオリフィスの面積の４〜１００倍の面積を有する
分離注入バーナー集成装置に関する。
【００１２】
「ブロック」という語は、加熱炉の壁に挿入された耐火ブロックを意味すると解釈される。「オリフィス」という語は、ガスの噴流を供給するためのチューブを意味すると解釈される。このバーナー集成装置および制限されない体積の酸素源を用いる段階的な燃焼方法を実行する際は、第１のオリフィスは、酸素に富む第１の含酸素ガスが注入されることを可能にし、第２のおよび第３のオリフィスは、酸素に富む含酸素ガスが注入されることを可能にし、第４のオリフィス中にはガスは注入されない。この方法は、一次噴流および２つの二次噴流を伴う酸素に富む含酸素ガスを用いる段階的な燃焼方法に関する。酸素の連続的な製造の中断の間、バーナー集成装置は、上記した本発明による方法を実行することを可能にする。すなわち、第１および第２のオリフィスは、酸素に富む含酸素ガスの噴流の注入を可能にし、第３のオリフィス中にはガスは注入されず、および酸素の乏しい含酸素ガスが、第４のオリフィス中に注入される。
【００１３】
好ましくは、バーナー集成装置を、距離ｌ１が、５〜２０ｃｍであるように設計する。さらに、距離ｌ２は、有利には、３０ｃｍよりも大きい。第１の含酸素ガス注入オリフィスは、有利には、燃料注入オリフィスにおける中心に位置する。
【００１４】
１つの特有の態様によれば、バーナー集成装置は、燃料注入オリフィスから距離ｌ２隔てて位置し、第３の注入オリフィスの面積の４〜１００倍の面積を有する第５の含酸素ガス注入オリフィスを有する第３ブロックを含み得る。この態様によれば、集成装置は、従って、それぞれ燃料注入から距離ｌ２隔てた、大面積の２つのオリフィスを含む。後者の態様によれば、この集成装置は、有利には、２つの第１ブロック、２つの第２ブロックおよび１つの第３ブロックを含み得る。後者の場合において、第１および第２ブロックの第１の対における各オリフィスへのそれぞれの距離ｌ１およびｌ２は、第１および第２ブロックの第２の対における同じタイプの各オリフィスへのそれぞれの距離ｌ１およびｌ２と、好ましくは同じである。同じことが、第１および第２ブロックの第１の対のオリフィスの面積、並びに第１および第２ブロックの第２の対の同じタイプのオリフィスの面積に当てはまる。つまり、例えば、２つの第２ブロックの第２および第３の含酸素ガス注入オリフィスは、同じ距離ｌ１およびｌ２、並びに同じ面積値を有する。この方法の好ましい変形によれば、共通の第５のオリフィスは、第４のオリフィスの面積よりも大きい面積を有する。
【００１５】
最後に、本発明は、ガラス装填物を加熱するための、または再加熱炉のための上記の方法の使用に関する。
【００１６】
本発明は、また、酸素の連続的な製造が中断された際の、上記の方法の使用に関する。
【００１７】
図１は、５つのブロックを含むバーナー集成装置を用いる、本発明による方法の実施を示す。
【００１８】
ブロック１、２、１４、１５、１６は、加熱炉１７の壁中に一体化され、正面から示される。ブロック１および２は、それぞれ、
燃料注入オリフィス３、４、
それぞれのオリフィス３および４の中央において中心に位置する、酸素に富む含酸素ガスを注入するための第１のオリフィス５、６、並びに
オリフィス３から距離ｌ１１隔てて、およびオリフィス４から距離ｌ１２隔ててそれぞれ位置する、酸素に富む含酸素ガスを注入するための第２のオリフィス７、８（ここで、ｌ１１＝ｌ１２）
を含む。
【００１９】
ブロック１４および１５は、それぞれ、
オリフィス３から距離ｌ２１隔てて、およびオリフィス４から距離ｌ２２隔ててそれぞれ位置する、酸素に富む含酸素ガスを注入するための第３のオリフィス９、１０（ここで、ｌ２１＝ｌ２２）、並びに
オリフィス３から距離ｌ２５隔てて、およびオリフィス４から距離ｌ２６隔ててそれぞれ位置する、酸素に乏しい含酸素ガスを注入するための第４のオリフィス１１、１２（ここで、ｌ２５＝ｌ２６）
を含む。第４のオリフィス１１、１２の面積は、対応する第３のオリフィス９、１０の面積の４〜１００倍である。
【００２０】
ブロック１６は、ブロック１およびブロック２の間に位置し、それぞれオリフィス３から距離ｌ２３隔てて、およびオリフィス４から距離ｌ２４隔てて位置する、酸素に乏しい含酸素ガスを注入するための第５のオリフィス１３を含む（ここで、ｌ２３＝ｌ２４）。第５のオリフィス１３の面積は、第３のオリフィス９または１０の面積の４〜１００倍である。
【００２１】
このバーナー集成装置および酸素源を用いる段階的な燃焼方法の実行中は、燃料を、オリフィス５および６により注入し、酸素に富む含酸素ガスを、オリフィス５、６、７、８、９および１０により注入する。オリフィス１１、１２および１３によりガスを注入しない。この方法は、一次噴流と２つの二次噴流を伴う酸素に富む含酸素ガスを用いる、段階的な燃焼方法に対応する。酸素の製造における中断、および制限された量における酸素の使用の間、このバーナー集成装置は、上記した本発明による方法を実行することを可能にする。すなわち、燃料を、常に、オリフィス３および４により注入し、酸素に富む含酸素ガスを、常に、オリフィス５、６、７および８により注入する。対照的に、オリフィス９および１０によりガスを注入せず、酸素に乏しいガスを、オリフィス１１、１２および１３により注入する。
【００２２】
上記した方法を実行することにより、空気よりも酸素により富むガスを用いて通常操作されるバーナーに、酸素の連続的な供給の中断の場合に、空気を供給することができる。
【００２３】
さらに、酸素の供給における中断、および貯蔵した酸素を使い果たした場合に、本発明によるバーナーを、全ての含酸素ガスの変わりに空気のみを用いて使用することができる。燃焼プロセスは、効率的なままである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるバーナー集成装置の概略図。
【図１】
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【国際調査報告】
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