(57)【要約】【課題】低速度燃料流のための燃焼方法において、効率を向上させること。【解決手段】本発明によれば、速度１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の燃料ガスを、少なくとも速度６０．９６メートル／秒（２００フィート／秒）の原動ガス流と混合して、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度の流れを形成し、この混合流を酸化剤で燃焼させる、燃焼方法が提供される。具体的には、加熱された煙道ガスによって再生器が加熱され、続いて、燃料と煙道ガスの混合物がこの再生器を通過させられて、吸熱反応により合成ガスが生成される際に低速度の燃料が生成され、この合成ガスは、原動ガス流と共に炉内へ供給される。原動ガス流は、火口の内側にて、燃料用のダクト内で、又は火口の外側の壁面の、特定の距離に位置する箇所から供給されてよい。いずれの実施形態によっても、火炎の形状をより良好に制御できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内で燃焼を行う方法であって、前記炉は、加熱された合成ガスを前記炉に入れることが可能な火口と、酸化剤を前記炉内へ噴射可能な１つ以上の酸化剤口と、前記炉に接続され、かつガス状燃焼生成物を前記炉から排出可能な排気口と、を備える熱化学的再生器を備え、前記方法は、
（ｉ）加熱された合成ガスを、速度５０フィート／秒未満の運動量Ｆで前記火口を通って前記炉へと流し込むことと、
（ｉｉ）少なくとも速度１００フィート／秒の運動量Ｍの原動ガスの少なくとも１つの流れを、前記火口内部にて噴射し、前記原動ガス流に前記合成ガスを取り込むと共に、得られた合成流を前記炉内へ噴出させることと、
（ｉｉｉ）総運動量Ｏの酸化剤の１つ以上の流れを、前記１つ以上の酸化剤口を通って前記炉内へ噴射し、前記噴射された酸化剤と、前記原動ガス流に取り込まれた前記燃料流とを混合して、可視炎を形成することであって、前記可視炎は、前記炉の壁面及びクラウンに接触することなく、前記炉内へと噴出させられ、前記酸化剤のそれぞれの流れの軸は、前記火口の内周から３インチ〜３０インチの位置にある、ことと、
（ｉｖ）運動量Ｘのガス状燃焼生成物を、前記炉から前記排気口を通って排出することであって、合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、前記運動量Ｘの１５０％を超える、ことと、を含む、方法。
【請求項２】
原動ガスの少なくとも２つの流れが、各火口において、水平方向に互いに対して発散する角度で、前記加熱された合成ガスへと噴射され、水平方向に幅広な可視炎を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炉内で燃焼を行う方法であって、前記炉は、加熱された合成ガスを前記炉に入れることが可能な火口と、酸化剤を前記炉内へ噴射可能な１つ以上の酸化剤口と、前記炉に接続され、かつガス状燃焼生成物を前記炉から排出可能な排気口と、を備える熱化学的再生器を備え、前記方法は、
（ｉ）加熱された合成ガスを、速度５０フィート／秒未満の運動量Ｆで前記火口を通って前記炉へと流し込むことと、
（ｉｉ）少なくとも速度１００フィート／秒の運動量Ｍの原動ガスの少なくとも１つの流れ、及び総酸化剤運動量Ｏの酸化剤の１つ以上の流れを、前記火口の外側の壁における箇所から前記炉内へと噴射し、周囲の炉内ガス及び合成ガスを取り込んで可視炎を形成することであって、前記可視炎は、前記炉の壁面及びクラウンに接触することなく、前記炉内へと噴出させられ、前記原動ガス及び酸化剤のそれぞれの流れの軸は、前記火口の内周から３インチ〜３０インチの位置にある、ことと、
（ｉｉｉ）運動量Ｘのガス状燃焼生成物を、前記炉から前記排気口を通って排出することであって、合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、前記運動量Ｘの１５０％を超える、ことと、を含む、方法。
【請求項４】
原動ガスの少なくとも２つの流れが、各火口において、水平方向に互いに対して発散する角度で、前記加熱された合成ガスへと噴射され、水平方向に幅広な可視炎を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）前記炉の内部に接続された出口を有するダクトへと５０フィート／秒未満の速度で燃料ガスを送ることと、
（ｉｉ）前記ダクトにおいて、少なくとも速度１００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを、前記出口の方向にて、前記燃料ガスに噴射することであって、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の６０％未満である、ことと、
（ｉｉｉ）少なくとも５０体積％の前記燃料ガスを前記原動ガス流に取り込むことにより、前記燃料ガスと前記原動ガスの混合物を含み、かつ５０フィート／秒を超える速度の、少なくとも１つの混合流を、前記ダクトにおいて形成することと、
（ｉｖ）前記ダクトから前記炉へと５０フィート／秒を超える速度で前記混合流を送ることと、
（ｖ）前記混合流を、前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法。
【請求項６】
炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）熱化学的再生器からの合成ガスである燃料ガスを、前記炉の内部に接続された出口を有するダクトへと５０フィート／秒未満の速度で送ることと、
（ｉｉ）前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、前記ダクト内にある内径Ｄのノズルから、前記ダクト内の前記合成ガスへと、少なくとも速度１００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の６０％未満であり、
（ｉｉｉ）前記原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、前記ダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記ダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、前記ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で行われることにより、前記ダクトにおいて、前記合成ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記合成ガスと前記原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記ダクト内で形成される、ことと、
（ｉｖ）前記ダクトから前記炉へと５０フィート／秒を超える速度で前記混合流を送ることと、
（ｖ）前記混合流を、前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法。
【請求項７】
原動ガスと燃料ガスの前記混合物の酸素含有量は、前記混合物中の前記燃料ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な量未満であり、前記混合物中の前記燃料ガスの残部を燃焼させるために、酸素を含むガス状酸化剤の１つ以上の補助的な流れが、前記炉内へと噴射される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
炉内で燃焼を行う方法であって、
（Ａ）炉内で燃料を燃焼させて、ガス状燃焼生成物を生成することと、
（Ｂ）
（１）（ｉ）冷却された第１の再生器内へ前記ガス状燃焼生成物の一部分を送り、前記第１の再生器を通過させて、前記第１の再生器を加熱すると共に、前記ガス状燃焼生成物の前記一部分を冷却することと、
（ｉｉ）前記第１の再生器からの、ガス状燃焼生成物の前記冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第２の再生器に送り、前記第２の再生器において、前記ガス状燃焼生成物と前記燃料を、前記第２の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びＣＯを含む合成ガスを形成することと、
（ｉｉｉ）前記第２の再生器で形成された前記合成ガスを、５０フィート／秒未満の速度で、前記炉の内部に接続された出口を有する第１のダクトへと送ることと、
（ｉｖ）前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、前記第１のダクト内にある内径Ｄのノズルから、前記第１のダクト内の前記合成ガスへと、少なくとも速度１００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、前記合成ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記合成ガスの質量流量の６０％未満であり、
前記原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、前記第１のダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記第１のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、前記第１のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で行われることにより、前記第１のダクトにおいて、前記合成ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記合成ガスと前記原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記第１のダクト内で形成される、ことと、
（ｖ）前記混合流を、５０フィート／秒を超える速度で前記第１のダクトから前記炉へと送り、前記混合流を、前記炉へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させること、並びに、
（２）（ｉ）冷却された第２の再生器内へ前記ガス状燃焼生成物の一部分を送り、前記第２の再生器を通過させて、前記第２の再生器を加熱すると共に、前記ガス状燃焼生成物の前記一部分を冷却することと、
（ｉｉ）前記第２の再生器からの、ガス状燃焼生成物の前記冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第１の再生器に送り、前記第１の再生器において、前記ガス状燃焼生成物と前記燃料を、前記第１の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びＣＯを含む合成ガスを形成することと、
（ｉｉｉ）前記第１の再生器で形成された前記合成ガスを、５０フィート／秒未満の速度で、前記炉の内部に接続された出口を有する第２のダクトへと送ることと、
（ｉｖ）前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、前記ダクト内にある内径Ｄのノズルから、前記第２のダクト内の前記合成ガスへと、少なくとも速度１００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、前記合成ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記合成ガスの質量流量の６０％未満であり、
前記原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、前記第２のダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記第２のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、前記第２のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で行われることにより、前記第２のダクトにおいて、前記合成ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記合成ガスと前記原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記第２のダクト内で形成される、ことと、
（ｖ）前記混合流を、５０フィート／秒を超える速度で前記第２のダクトから前記炉へと送り、前記混合流を前記炉へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させること、の（１）及び（２）を交互に行うことと、を含む、方法。
【請求項９】
前記原動ガスの酸素含有量は、少なくとも７５体積％である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
原動ガスと合成ガスの前記混合物の酸素含有量は、前記混合物中の前記合成ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な量未満であり、前記混合物中の前記合成ガスの残部を燃焼させるために、酸素を含むガス状酸化剤の１つ以上の補助的な流れが、前記炉内へと噴射される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内に燃焼させるための反応物質が低速度で導入される燃焼方法に関し、ここで、当該炉は、材料が炉内に供給され、炉内で生じる燃焼熱によって加熱及び／又は溶融される、ガラス溶解炉などである。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６，１１３，８７４号には、ガラス溶解炉などの炉内で発生した煙道ガスの熱を利用するための熱化学的再生器（ＴＣＲ）として公知である有用な技術が記載されている。この技術では、再生器に煙道ガスを通過させ、この煙道ガスによって再生器を加熱する。この再生器を出た煙道ガスの一部分は、ガス燃料と混合され、得られた混合物は、十分に加熱された他の再生器へと供給され、混合物中の各成分の吸熱反応によって合成ガスへと変換される。続いて、得られた合成ガスは、当該合成ガスが形成された再生器から炉内へと供給され、燃焼させられる。こうした操作を行う各再生器は、適当な間隔で逆転させられる。
【０００３】
この技術は全体として多くの有益な特徴を有しているが、本発明者らは、驚くべきことに、当該技術の効率を向上させる方法を発見した。
【発明の概要】
【０００４】
したがって、本発明の一態様は、炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）炉の内部に接続された出口を有するダクトへと５０フィート／秒（１５．２４ｍ／秒）未満の速度、好ましくは、２５フィート／秒（７．６２ｍ／秒）未満の速度で燃料ガスを送ることと、
（ｉｉ）ダクトにおいて、少なくとも速度２００フィート／秒（６０．９６ｍ／秒）の原動ガスの少なくとも１つの流れを燃料ガスに噴射することであって、燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の６０％未満である、ことと、
（ｉｉｉ）少なくとも５０体積％、好ましくは少なくとも７０体積％の燃料ガスを原動ガス流に取り込むことにより、燃料ガスと原動ガスの混合物を含み、かつ５０フィート／秒を超える速度の、少なくとも１つの混合流を、ダクトにおいて形成することと、
（ｉｖ）当該ダクトから当該炉へと５０フィート／秒を超える速度で当該混合流を送ることと、
（ｖ）混合流を、当該炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法である。
【０００５】
本発明の他の態様は、炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）熱化学的再生器からの合成ガスを、炉の内部に接続された出口を有するダクトへと５０フィート／秒未満、好ましくは、２５フィート／秒未満の速度で送ることと、
（ｉｉ）炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、ダクト内にある内径Ｄのノズルから、ダクト内の合成ガスへと、少なくとも速度１００フィート／秒（３０．４８ｍ／秒）、好ましくは、少なくとも２００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の６０％未満であり、
（ｉｉｉ）原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、ダクトにおいて合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、ダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が５又は４〜２５となる条件下で行われることにより、ダクトにおいて、合成ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、合成ガスと原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、ダクト内で形成される、ことと、
（ｉｖ）当該ダクトから当該炉へと５０フィート／秒を超える速度で当該混合流を送ることと、
（ｖ）混合流を、当該炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法である。
【０００６】
本発明の好ましい態様は、炉内で燃焼を行う方法であって、
（Ａ）炉内で燃料を燃焼させて、ガス状燃焼生成物を生成することと、
（Ｂ）以下の（１）及び（２）を交互に行うことと、を含む、方法。
（１）（ｉ）冷却された第１の再生器内へガス状燃焼生成物の一部分を送り、第１の再生器を通過させて、第１の再生器を加熱すると共に、ガス状燃焼生成物の当該一部分を冷却することと、
（ｉｉ）当該第１の再生器からの、ガス状燃焼生成物の当該冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第２の再生器に送り、第２の再生器において、ガス状燃焼生成物と燃料を、第２の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びＣＯを含む合成ガスを形成することと、
（ｉｉｉ）第２の再生器で形成された当該合成ガスを、５０フィート／秒未満の速度、好ましくは、２５フィート／秒未満の速度で、炉の内部に接続された出口を有する第１のダクトへと送ることと、
（ｉｖ）炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、第１のダクト内にある内径Ｄのノズルから、第１のダクト内の合成ガスへと、少なくとも速度１００フィート／秒、好ましくは、少なくとも２００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、合成ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される合成ガスの質量流量の６０％未満であり、
原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、第１のダクトにおいて合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、第１のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、第１のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が５又は４〜２５となる条件下で行われることにより、第１のダクトにおいて、合成ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、合成ガスと原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、第１のダクト内で形成される、ことと、
（ｖ）当該混合流を、５０フィート／秒を超える速度で当該第１のダクトから当該炉へと送り、混合流を当該炉へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させること、並びに、
（２）（ｉ）冷却された第２の再生器内へガス状燃焼生成物の一部分を送り、第２の再生器を通過させて、第２の再生器を加熱すると共に、当該燃焼生成物の一部分を冷却することと、
（ｉｉ）当該第２の再生器からの、ガス状燃焼生成物の当該冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第１の再生器に送り、第１の再生器において、ガス状燃焼生成物と燃料を、第１の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びＣＯを含む合成ガスを形成することと、
（ｉｉｉ）第１の再生器で形成された当該合成ガスを、５０フィート／秒未満の速度、好ましくは、２５フィート／秒未満の速度で、炉の内部に接続された出口を有する第２のダクトへと送ることと、
（ｉｖ）炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、第２のダクト内にある内径Ｄのノズルから、第２のダクト内の合成ガスへと、少なくとも速度１００フィート／秒、好ましくは、少なくとも２００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、合成ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される合成ガスの質量流量の６０％未満であり、
原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、第２のダクトにおいて合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、第２のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、第２のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が５又は４〜２５となる条件下で行われることにより、第２のダクトにおいて、合成ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、合成ガスと原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、第２のダクト内で形成される、ことと、
（ｖ）当該混合流を、５０フィート／秒を超える速度で当該第２のダクトから当該炉へと送り、混合流を当該炉へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させること。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）炉の内部に接続された出口を有するダクトへと５０フィート／秒未満の速度で燃料ガスを送ることと、
（ｉｉ）ダクトにおいて、少なくとも速度２００フィート／秒の原動ガスの少なくとも１つの流れを燃料ガスに噴射することであって、燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の６０％未満である、ことと、
（ｉｉｉ）燃料ガスと原動ガスの混合物を含み、かつ当該出口方向に５０フィート／秒を超える運動量平均速度を有する、少なくとも１つの混合流を、ダクトにおいて形成することと、
（ｉｖ）当該ダクトから当該炉内へと当該混合流を送ることと、
（ｖ）混合流を、当該炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法である。
【０００８】
この実施形態を実行するために好ましい条件は、以下を含む：
当該原動ガスの総運動量は、当該燃料ガスの運動量の５倍を超える；
燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の３０％未満である；
燃料ガスに噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の５％超かつ２０％未満である；
Ｎを、ダクトにおいて燃料ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、ダクトに送られる燃料ガスの総質量流量の、ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、ダクトにて、炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置にある内径Ｄのノズルから、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で、原動ガスが燃料ガスへと噴射されることにより、ダクトにおいて、燃料ガスが原動ガス流へと取り込まれると共に、燃料ガスと原動ガスの混合物を含み、５０フィート／秒を超える速度の少なくとも１つの混合流が、ダクト内で形成される；
原動ジェットは、酸素、蒸気、再循環煙道ガス、又は燃料ガスを含む；
原動ガスの少なくとも２つの流れが、少なくとも２００フィート／秒の速度で、水平方向において互いに対して発散する角度で、当該出口に向かうダクト内の燃料ガスへと噴射され、燃料ガスに噴射される原動ガスのそれぞれの流れの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガスの質量流量の１０％未満である；
当該炉は、燃料ガスを炉内へ送るダクトを少なくとも２つ有するガラス溶解炉であり、各ダクトは、炉の側壁を通って炉の内部に接続された出口を有する。
【０００９】
本発明は、ガス流の相対的な運動量に関して定義される好ましい実施形態を含む。
【００１０】
一実施形態は、炉内で燃焼を行う方法であって、炉は、加熱された合成ガスを炉に入れることが可能な火口と、酸化剤を炉内へ噴射可能な１つ以上の酸化剤口と、炉に接続され、かつガス状燃焼生成物を炉から排出可能な排気口と、を備える熱化学的再生器を備え、本方法は、
（ｉ）速度５０フィート／秒未満の運動量Ｆの加熱された合成ガスを、火口を通って炉へと流し込むことと、
（ｉｉ）少なくとも速度１００フィート／秒の運動量Ｍの原動ガスの少なくとも１つの流れを、火口に接続されたダクトの内部にて噴射し、原動ガス流に当該合成ガスを取り込むと共に、得られた合成流を炉内へ噴出させることと、
（ｉｉｉ）総運動量Ｏの酸化剤の１つ以上の流れを、当該１つ以上の酸化剤口を通って炉内へ噴射し、噴射された酸化剤と、原動ガス流に取り込まれた燃料流とを混合して、可視炎を形成することであって、可視炎は、炉の壁面及びクラウンに接触することなく、炉内へと噴出させられ、酸化剤のそれぞれの流れの軸は、火口の内周から３インチ（７６．２ｍｍ）〜３０インチ（７６２ｍｍ）の位置にある、ことと、
（ｉｖ）運動量Ｘのガス状燃焼生成物を、炉から排気口を通って排出することであって、合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、運動量Ｘの１５０％を超える、ことと、を含む。
【００１１】
他のこのような実施形態は、炉内で燃焼を行う方法であって、炉は、加熱された合成ガスを炉に入れることが可能な火口と、酸化剤を炉内へ噴射可能な１つ以上の酸化剤口と、炉に接続され、かつガス状燃焼生成物を炉から排出可能な排気口と、を備える熱化学的再生器を備え、本方法は、
（ｉ）速度５０フィート／秒未満の運動量Ｆの加熱された合成ガスを、火口を通って炉へと流し込むことと、
（ｉｉ）少なくとも速度１００フィート／秒の運動量Ｍの原動ガスの少なくとも１つの流れ、及び総酸化剤運動量Ｏの酸化剤の１つ以上の流れを、火口の外側の箇所から炉内へと噴射し、周囲の炉内ガス及び合成ガスを取り込んで可視炎を形成することであって、可視炎は、炉の側壁及びクラウンに接触することなく、炉内へと噴出させられ、原動ガス及び酸化剤のそれぞれの流れの軸は、火口の内周から３インチ〜３０インチの位置にある、ことと、
（ｉｉｉ）運動量Ｘのガス状燃焼生成物を、炉から排気口を通って排出することであって、合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、運動量Ｘの１５０％を超える、ことと、を含む。
【００１２】
これらの実施形態において、運動量の値Ｆ、Ｍ、Ｏ、及びＸはいずれも、（ポンド／時間）×（フィート／秒）などの同じ単位で表される必要がある。
【００１３】
前述の２つの実施形態において、好ましい条件には、以下が含まれる：
排気口は、本明細書に記載の「煙道サイクル」で動作している再生器への入口であり、「煙道サイクル」では、炉から高温のガス状燃焼生成物が再生器に流れ込むことによって、この再生器が加熱される。
【００１４】
合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、運動量Ｘの３００％を超える；
当該運動量Ｍは、運動量Ｘを超える；
当該酸化剤流のそれぞれの流れの運動量は、Ｌを超える；
当該原動ガスは、当該炉内へと噴射される総酸化剤流の５〜２０％を含む；
酸化剤の当該流れは、１００フィート／秒を超える速度で噴射される；
当該火口を通って当該炉に入る、当該加熱された合成ガスの密度は、当該排気口において当該炉を出る当該ガス状燃焼生成物の密度未満である；
原動ガスの少なくとも２つの流れが、各火口において、水平方向に互いに対して発散する角度で、当該加熱された合成ガスへと噴射され、水平方向に幅広な可視炎を形成する；
炉から熱化学的再生器への直接的な輻射熱の伝達が低減されるように、当該火口及び当該排気口の両方に角度が付けられている。
【００１５】
好ましくは、原動ガスと燃料ガスの混合物の酸素含有量は、混合物中の燃料ガス又は合成ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な量未満であり、混合物中の燃料ガス又は合成ガスの残部を燃焼させるために、酸素を含むガス状酸化剤の１つ以上の補助的な流れが、炉内へと噴射される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の異なる態様の模式図である。
【図１ａ】本発明の異なる態様の模式図である。
【図１ｂ】本発明の異なる態様の模式図である。
【図２】本発明の異なる態様の模式図である。
【図３】本発明の異なる態様の模式図である。
【図４】本発明が実施されるガラス炉の上面図である。
【図４ａ】本発明を実施可能な代替的実施形態の上面図である。
【図５】図４に示すガラス炉の側面図であり、図４の線Ａ−Ａに沿った断面を示す。
【図５ａ】本発明が実施されるガラス炉の代替的実施形態の上面図である。
【図６】炉の内側から見た図４及び図５のガラス炉の側面の正面図である。
【図７ａ】本発明の代替的実施形態を示すガラス炉の側面の正面図である。
【図７ｂ】本発明の代替的実施形態を示すガラス炉の側面の正面図である。
【図７ｃ】本発明の代替的実施形態を示すガラス炉の側面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、燃料又は酸化剤のうちのいずれかが低速度で炉に入る燃焼プロセス用に概ね適用可能である（本発明によって、燃料及び酸化剤のうちの１つ又は両方が低速度で炉に入ってもよいことを意味する）。本明細書に記載された原動ガス流、及び合成ガスなどの燃料ガスを取り込むための原動ガス流の使用は、低速度で噴射された燃料流又は酸化剤流を有する任意の炉と併せて有用な利点を提供する。
【００１８】
本発明は、好ましい形式の炉、すなわち、高温の煙道ガス排気流から利用可能な熱を再回収する熱回収プロセスを利用する炉に関して、特に詳細に本明細書に記載されている。この熱回収プロセスは、２つのサイクルで進行し、これらを、本明細書では煙道サイクル及び改質サイクルと称する。これらの２つのサイクルは、チェッカを充填した２つ以上の再生器で交互に行われる。熱回収プロセスは、「酸素−燃料」燃焼プロセス、すなわち、少なくとも５０体積％の酸素、好ましくは少なくとも７５又は８０体積％の酸素、より好ましくは少なくとも９０体積％の酸素、更には少なくとも９９体積％の酸素の酸素含有量を含むガス状酸化剤による燃料の燃焼を採用する炉及び他の燃焼装置と関連させて実行することが好ましく、これは、酸素−燃料燃焼によって生成された煙道ガスは、より高いＨ２Ｏ及びＣＯ２濃度を有し、これらの両方が、本発明の方法で利用される吸熱改質反応を促進するからである。煙道サイクルの間、この再生器内へ送り、通過させて炉から供給される高温の煙道ガスから、第１の再生器内のチェッカは、熱を抽出し、蓄える。その後、改質サイクルにおいて、第１の再生器を出る冷却された煙道ガスから、（本明細書では再循環煙道ガス又はＲＦＧと称する）一部が別の（第２の）再生器内に供給され、（本明細書では改質燃料又はＲＦと称する）燃料の流れと混合される。以下の説明において、純メタン（ＣＨ４）は、例示の目的で改質燃料として記載されている。他の良好な燃料には、任意の可燃性ガス、ガス混合物又は気化液体燃料が挙げられ、これには天然ガス、プロパン及びＬＰＧ（液化石油ガス）が挙げられるがこれらに限定されない。
【００１９】
改質サイクルにおいて、ＲＦＧ／改質燃料混合物は、本明細書に記載されているように、チェッカがすでに加熱されている第２の再生器に入り、その中を通って炉に向かって流れる。第２の再生器を通過するＲＦＧ／ＲＦ混合物の温度は、すでに予熱されたチェッカから熱を抽出することによって上昇し続ける。燃料のうちのいくつかは、チェッカを通過するときに加熱を受けて吸熱的に分解し、Ｈ２、他の炭化水素及び煤煙を形成してもよい。ＲＦＧ／ＲＦ混合物が第２の再生器を通過するとき、ＲＦＧ／ＲＦ混合物は、改質反応が発生し始め、かつ継続的に発生する温度に到達し、Ｈ２及びＣＯを含む生成物を生成する。改質反応は、吸熱性であり、改質反応を促進するために必要な熱は、加熱されたチェッカから吸収される。改質反応によって生成されたガス状組成物は、一般的には、Ｈ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＨ４、他の炭化水素及び煤煙を含む未反応ガスなどの１つ以上の成分を含む。このように生成されたガス状組成物は、本明細書では「合成ガス」と称される場合もある。合成ガスは、第２の再生器から炉内に入り、炉で酸化剤によって燃焼され、炉内の材料を加熱かつ／又は溶解するための熱エネルギーをもたらす。
【００２０】
ある時間が経過後、２つの再生器の動作は、反転される。すなわち、煙道サイクルで使用された再生器は、改質サイクルに切り替えられ、改質サイクルで使用された再生器は、煙道サイクルに切り替えられる。更なる期間の後、２つの再生器の動作は、再び反転される。反転するタイミングは、経過時間によって、又は煙道サイクル中の第１の再生器から出る煙道ガスの温度などの他の基準によって決定できる。反転プロセスは、所定の機構及び方式に従って実行され、弁は、特定のタイミングに基づいて開閉するように配列される。
【００２１】
本発明の動作及び制御は、まず、図１〜図３と関連して以下に記載される。端壁（３）に２つの再生器を備えるエンドポート燃焼式ガラス炉（ｅｎｄ−ｐｏｒｔ  ｆｉｒｅｄ  ｇｌａｓｓ  ｆｕｒｎａｃｅ）（１０）を例として使用する。但し、一対の再生器について本明細書に記載されている動作は、一対の再生器が図１ａに示すように炉（１０）の片側に並んでいるか、又は図１ｂに示すように炉（１０）の対向する両側に位置付けられている場合でも、同様に実行できる。再生器が炉の対向側にあるとき、ガス状燃焼生成物が、交互に、炉から出て、合成ガス（燃料ガス）が炉に入る再生器のそれぞれのポートは、炉の長手方向軸線に垂直な軸線上にある。
【００２２】
図１に示すように、エンドポート式ガラス炉（１０）は、側壁（１１）及び（１２）並びに（バッチ及び／又はカレットとして知られる）固体のガラス製造材料を含む供給材料（３０）を炉内に投入して加熱かつ溶解する供給ステーション（２０）を有する。炉（１０）から出る溶解ガラスの流れは、（９０）で表される。炉（１０）は、炉の左側の第１の再生器（１００）及び炉の右側の第２の再生器（２００）を備える。２つの再生器の垂直断面図は、図２及び図３で更に詳細に表示されている。図１ａ又は図１ｂに示すように位置付けられた一対の再生器（１００）及び（２００）は、互いに接続され、図１〜図３、図４〜図４ａ、図５〜図５ａ、図６〜図７及び図７ａ〜図７ｃを参照して以下で説明されるように動作する。
【００２３】
図２に見られるように、再生器（２００）は、煙道サイクル中にあり、炉（１０）の内部からの煙道ガス流（５０）は、ポートネック（２４０）に入り、その後、酸素計（２５０）を過ぎて再生器（２００）の上部空間（５３０）に流れる。煙道ガス流は、再生器（２００）内のチェッカ間の通路を通って流れるにつれて、（（５２０）で表される）チェッカを加熱し、チェッカのベッド全体の重量もまた支持するアーチ（５１０）に支持されているガス流路（５１５）を通ってチャンバの下部空間（５００）に入る。図１に見られるように、炉（１０）で生成された煙道ガスの一部（５２）は、部分的に開放された弁（３５０）を介して導管（７０）にバイパスされてもよく、その後、スタック（３４０）に入って排気される。これは、煙道ガスの一部（５２）が炉に再び入るのではなく、代わりに大気に排出されるか、かつ／又は貯留及び／若しくは更なる処理のための１つ以上の設備、又はそのような搬送先の任意の組み合わせに向けて搬送されることを意味する。最大限の熱回収を行うために、実質的に全ての炉の煙道ガスが煙道ガス流（５０）として再生器（２００）へ向かうように、弁（３５０）を閉鎖することが好ましい。
【００２４】
図１及び図２に見られるように、冷却された煙道ガス流（２０１）は、導管（２６０）内の再生器（２００）を出て、開放弁（２１０）及び酸素センサ（３１０）を通過し、その後、送風機（３００）の吸込み側に入る。送風機の圧側を離れる大部分の煙道ガス（３０１）は、ダンパ（３３０）、その後、流量計（３３２）を通過し、最終的にスタック（３４０）内に導かれ、これを通ってこの煙道ガスは、本明細書に定義されるようにシステムから排気される。煙道ガスの一部（３０３）は、導管（３２０）及び弁（３６０）を通過することによって再生器（１００）の底部に再循環される。これは、再循環煙道ガス（ＲＦＧ）である。この流れは、流量計（３２２）によって計量される。第２の再生器（１００）に供給されることとなる改質燃料は、弁（１２０）を介して導管（１３０）によって供給される。
【００２５】
図３に見られるように、流れ（１３０）からの改質燃料（ＲＦ）は、再生器（１００）の下部空間（４００）とも連通する導管（１２８）の位置（１２７）でＲＦＧ（３０３）
と交わり、混合する。このＲＦＧ／ＲＦ混合物は、アーチ（４１０）上のガス流路（４１５）を介して再生器（１００）のすでに予熱されたチェッカパック（４２０）に入る。再生器（１００）は、前のサイクルにおいて、煙道ガスが炉から再生器（１００）内に入り、通過したことによって、すでに加熱されている。ＲＦＧ／ＲＦ混合物の温度は、再生器（１００）のチェッカパックを通って流れるにつれて上昇する。燃料のうちの一部は、チェッカを通過するときに加熱されると、吸熱的に分解し、Ｈ２、他の炭化水素及び煤煙を形成し得る。ＲＦＧ／ＲＦの温度が改質温度に達すると、吸熱改質反応が発生し、改質燃料（例えば、ＣＨ４）がＲＦＧ中のＣＯ２及びＨ２Ｏと反応し、ＣＯ、Ｈ２及びいくらかの煤煙を形成する。吸熱改質反応に必要な熱は、加熱されたチェッカから得られる。ＲＦＧ／ＲＦ混合物が上部空間（４３０）に向かって移動し続ける間、改質反応が継続する。（本明細書では「改質」ガス流又は「合成ガス」ガス流と称される）ガス流（４２５）は、チェッカパック（４２０）の頂部から出る。流れ（４２５）は高温であり、ＣＯ、Ｈ２、煤煙、未反応ＣＨ４並びに未反応のＣＯ２及びＨ２Ｏなどの化学種を含む。合成ガス流（４２５）は、ポートネック（１４０）及び酸素センサ（１５０）を通過し、炉（１０）に入る。合成ガス流は、例えば、１８００Ｆ〜２５００Ｆの範囲の温度でチェッカパック（４２０）を出る。
【００２６】
図３に表され、以下でより十分に記載されている原動ガス流（１４２）は、開放弁（１４４）を通過し、流れ（４２５）内に混合される。生じた混合流（１４３）は、炉（１０）内に入り、炉（１０）で燃焼されて、ガラス製造材料などの炉内の材料を加熱かつ／又は溶解するために有用な追加の燃焼熱を生成する。合成ガスの燃焼用の酸化剤は、開放弁（１１５）を有する導管（１３５）によって供給される。この酸化剤は空気であってもよく、又は空気の酸素含有量、すなわち、少なくとも２１体積％よりも高い酸素含有量を有していてもよく、好ましくは７５若しくは８０体積％以上、より好ましくは９０体積％以上、又は更には少なくとも９９体積％であってもよい。
【００２７】
一般的に、熱回収プロセスは、図１に見られるように、煙道サイクルにおける一方の再生器及び改質サイクル内におけるもう一方の再生器で約２０〜４０分間、又は改質再生器内のチェッカが冷却されすぎて、所望する吸熱化学反応を促進するための十分な熱を提供しなくなるまで進行する。その時点で、本明細書の説明を続けると、再生器（２００）が煙道サイクル中であり、再生器（１００）が改質サイクル中であった場合に、炉（１０）は、再生器（２００）が熱回収のために改質サイクルに移行し、再生器（１００）が蓄熱のために煙道サイクルへと移行する反転を受ける。反転の前に、再生器（１００）の残留合成ガスは、炉（１０）にパージされることとなる。この例において、再生器へ供給される改質燃料を、送風機（３００）からのＲＦＧの流れを継続させたまま、まず弁（１２０）を閉鎖することによって止める。再生器（１００）内の残留合成ガスは、所定時間にわたってＲＦＧによってパージされるため、再生器内のほぼ全ての合成ガスが炉に放出され、完全燃焼する。
【００２８】
反転時、炉からの煙道ガスは再生器（１００）を通過し、その一部は（本明細書に定義されるように）排気に送られ、一方で、一部又は残余は燃料と混合され、この混合物は、再生器（２００）を通過させられてから、炉内に送られる。閉鎖されていた弁（１１０）が開放され、弁（２１０）が閉鎖され、弁（３６０）が閉鎖され、かつ弁（３８０）が開放されることによって、加熱された煙道ガスが再生器（１００）から送風機（３００）へ向かって、かつ送風機（３００）を通り抜けて進んで行くことが可能となり、そして、この煙道ガスの一部（３０３）を、閉鎖されていたが現在は開放されている弁（２２０）を通って入る改質燃料（２３０）と混合された後に、再生器（２００）内へ送ることができる。開放されていた弁（１１５）は、閉鎖されており、弁（１１５）を介して酸化剤によって促進される燃焼は、この段階では発生しないため、弁（２２５）が開放される。改質燃料及び再循環煙道ガスから生じる混合物は、本明細書に記載されるように、前のサイクルにおいて再生器（１００）で発生した吸熱反応を再生器（２００）で受けて、合成ガス（４２５）を生成し、この合成ガス（４２５）は、炉（１０）内へ送られ、そこで弁（２２５）を介して供給される酸化剤（２３５）によって燃焼される。
【００２９】
反転時に、弁（１４４）もまた閉鎖され、弁（２４４）は、開放され、その結果、原動ガス流（２４２）は、再生器（２００）から生じる合成ガスと混合し、生じた混合物は、燃焼のために炉（１０）に入る。
【００３０】
熱回収プロセスの間、炉（１０）は、合成ガス炎（４０）並びにバーナ炎（６２）及び（６４）の両方が共存するように、（６０）及び（６５）などの他のバーナと共に燃えてもよい。更に、バーナ（６０）及び（６５）は、場合によっては、改質再生器（１００）又は（２００）が上述したパージシーケンスを受けている場合には、反転プロセス中に燃えていてもよく、又は燃えていなくてもよい。最大限の熱回収を行うために、バーナ（６０）及び（６５）が合成ガス炎（４０）と共に燃えていないことが好ましい。また、パージシーケンスの間にバーナ（６０）及び（６５）が燃えていないことが好ましい。
【００３１】
炉において所望の火炎特性を得るために、広い表面積にわたる良好な火炎範囲を伴い、火口から反対側の壁に噴出する長い火炎を生成することが重要である。ガラス炉においてこの所望の火炎特性を得ることによって、効果的なガラス溶解及び良好な清澄性能がもたらされる。
【００３２】
しかし、ＴＣＲによって形成された合成ガスから生成される長い火炎を得るために、当該技術分野の空気再生器のバーナ設計の状態にならって、酸素インジェクタランスを合成ガスの下方に設置し、ガラス炉において所望の火炎形状を形成するように酸素を噴射して試みたところ、当該技術分野の再生器設計原理の状態が効果的ではないことが見出された。計算流体力学（ＣＦＤ）プログラムを使用して、一般的な容器ガラス炉及び火炎形状をシミュレートし、熱伝達条件を、酸素ジェットの数、位置、噴射速度及び方向を変えながら分析した。酸素噴射ノズル近傍の一部の合成ガスは、酸素ジェット内に速やかに取り込まれて、局所火炎を形成するが、一部の合成ガス流は、燃焼用の酸化剤と混合する前に、燃料ガスを高濃度で接触壁及びクラウン耐火表面に向ける、炉内の既存の炉内ガス対流の自然循環パターンに従った。この条件は、全く望ましくなく、耐火物損傷、局所過熱、排気口を通って散逸する未燃焼燃料及び炉に投入されたバッチ材料への熱分配を減少させる可能性がある。
【００３３】
ＴＣＲポートを通って炉に入る高温合成ガスの非常に低い速度によって引き起こされると理解されている、無制御の燃料流条件（すなわち、無制御の火炎形状）を防止するために、２つの異なる一般的手法が発見された。第１の手法は、合成ガス流内で原動ガスを使用して、低速度合成ガスを、明確に定めたより高速度のガス流へと変換することである。第２の手法は、十分な数の高速度ジェットを合成ガスポート周辺に設置して、合成ガスを周囲の炉内ガスと共に複数の酸化剤ジェット内に取り込み、火炎形状及び火炎温度の両方を制御することである。更に、燃焼壁に位置する火口に由来する低速度合成ガス燃料流用に、燃焼壁から反対側の炉の壁に向かって噴出する長い酸素−燃料火炎を形成する方法もまた見出された。以下にこれらの発明を詳細に記載する。
【００３４】
本発明における原動ガス流の実施を考えると、炉又は他の燃焼チャンバにおいて低いピーク火炎温度を有する明確な輪郭を持つ火炎を、５０ｆｔ／秒未満、より好ましくは２５ｆｔ／秒未満の燃料又は酸素の低速度流から生成することを（特に酸素−燃料燃焼によって）採用することができ、低い質量流量を有する少なくとも１つの高運動量の原動ガス流（１４２）は、炉に接続されたガス供給経路（ダクト）（交互に（１４０）及び（２４０））内の低速度流内に導入されて、ポート出口（１４３）の方向により高速度の混合流を形成し、その混合流は、炉内に供給される。原動ガス流の速度は、少なくとも１００ｆｔ／秒であるものとし、好ましくは少なくとも２００ｆｔ／秒、より好ましくは少なくとも４００ｆｔ／秒（１２１．９２ｍ／秒）である。混合流は、炉に入って混合後、５０ｆｔ／秒を超えるガス速度、より好ましくは１００ｆｔ／秒を超えるガス速度を有する。
【００３５】
本発明は、原動ガス流が供給される燃料又は酸素流のいずれか一方が低いガス密度及び３０ｆｔ／秒未満又は更には１５ｆｔ／秒（４．５７ｍ／秒）未満の経路内速度を有するとき、特に有用である。本発明によって、（合成ガス又は他の燃料ガスの燃焼によって形成された）火炎が炉のクラウンに向かって打ち上がる又は上昇するリスクが回避されることが見出され、このことは、非常に高温の火炎温度によるクラウンの損傷のリスクを回避する。実際に、本発明は、本明細書に記載されたように原動ガス内に取り込まれる燃料ガス又は合成ガスの密度が、炉での燃焼によって形成されたガス状燃焼生成物の密度よりも低い場合に、特に有用である。
【００３６】
混合流の噴射点と、炉に入る酸化剤などの任意の補助的な流れの噴射点とは、高いＮＯｘ排出を伴う高温火炎を形成する場合がある迅速な局所混合を防止するために離間されていてもよい。混合流の速度は、原動ガス流及び原動ガス流が供給される元の低速度流の運動量平均速度として定義される。２つ以上の原動ガス流が採用されるとき、炉に入る流れのうち少なくとも１つが１００ｆｔ／秒を超える速度を有することが好ましく、好ましくは、全ての流れが１００ｆｔ／秒を超える速度を有することが好ましい。全ての原動ガス流の全質量流量は、原動ガスが供給される低速度燃料流の質量流量の、６０％未満、好ましくは３０％未満、最も好ましくは２０％未満、又は更には１５％である。好ましくは、それぞれの原動ガス流は、炉で燃焼される燃料又は酸化剤から構成される。原動ガスは、最も好ましくは、炉で燃焼されることとなる酸素を含む。特に本明細書に記載された熱化学的再生器の方法からの合成ガスの燃焼で使用する場合、原動ガス流が、少なくとも７５体積％の酸素、好ましくは少なくとも９０体積％の酸素を含むことが特に好ましい。別の好ましい態様では、燃料ガス又は合成ガス内に噴射される原動ガスの質量流量は、原動ガスが噴射される燃料ガス又は合成ガスの完全燃焼に必要な酸素の化学両論的質量流量の、１０％（又は更には５％）〜３５％、好ましくは４％〜２５％（又は更には２０％）を提供する。
【００３７】
熱化学的再生器を使用する炉において本発明を使用するために、原動ガス流は、好ましくは、原動ガス流が供給される流れ内にある燃料の燃焼に使用される酸化剤の一部（すなわち、化学両論的必要量の１００％未満）から構成される。圧縮ＲＦＧ、蒸気、燃料ガス及び空気などの任意の他のガスは、原動ガスとして使用できる。この燃焼酸化剤の一部を含む原動ガス流は、低速度燃料流が再生器から炉へと通過する燃料供給ダクトの内側に設置された１つ又は複数のノズルを介して供給される。燃焼酸化剤の一部を含む原動ガス流は、好適な噴射ノズルの使用によって生成された非常に高い運動量を有する高速である。高運動量の原動ガス流は、周辺の低速度燃料の一部を取り込み、混合し、かつ燃焼させるだけではなく、残留する未燃焼の低速度燃料を取り込み、推進し、かつ燃料と原動ガス流との間の運動量交換を介して所望の位置に向かって燃焼筐体（炉）内へと方向付ける。燃料ガス又は合成ガスの少なくとも５０体積％、好ましくは少なくとも７０体積％、より好ましくは少なくとも９０体積％は、炉に入る前に低速度燃料ガスダクトで原動ガス流内に取り込まれ、炉へと渡る混合流を形成する。噴射される原動ガスの質量流量に対する取り込まれる燃料ガスの質量流量の比は、リセス距離Ｌとノズル端部の直径Ｄ（原動ガス流は、ノズル端部を通ってダクト内に供給される）との比、すなわち、Ｄで除したＬにほぼ比例し、リセス距離Ｌは、（ノズルの端部（６７０）における）ダクト内への噴射点と、炉への、すなわち、ダクトが終端する炉内側の内側表面へのダクト出口との間の距離として定義される（Ｌは、図５で（６９０）として示した空間である）。したがって、原動ガス内への所望の量の合成ガスの取り込みをもたらすＬ／Ｄの好ましい範囲は、本明細書に記載された関係を使用する、燃料供給ダクト及び原動ガスノズルの特定の形状による導通試験によって任意の所定の器具について定義できる。
【００３８】
補助的な酸化剤（本明細書では「二次酸化剤」とも称する）の流れは、混合流において炉内へと推進された残留燃料の完全燃焼のために、混合流を運搬するダクトから離間された１つ以上の噴射点から燃焼筐体内へと導入できる。好ましくは、補助的な酸素は、合成ガスダクトの中心線下方の２〜４つの噴射点から噴射される。より好ましくは、補助的な酸素は、炉内に含まれる材料と接触する炉の下方部分内の雰囲気の少なくとも一部において酸化性雰囲気を維持するように、合成ガスダクトの下方の２〜４つの噴射点から噴射される。
【００３９】
低速度燃料用のこの燃焼プロセスでは、原動ガス流及び任意の補助的な酸化剤流の運動量は、原動ガスが供給される流れの運動量よりも大幅に大きい。したがって、炉内の流れ場特性（流れ方向、速度の大きさ及び流れ再循環区域の位置など）は、これらの２つの酸化剤流用に設計された運動量の方向（すなわち、ベクトル角）及び大きさによって強く影響され、かつほとんど決定される。当該燃焼プロセス中に炉流れ特性を変更又は修正できるこの追加機能は、炉において最適化された熱特性及び所望の温度分布を達成するために特に有利である。更なる利点には、ＮＯｘ排出の低減、煙道ガス内への微粒子キャリーオーバーの低減、及びガラス炉におけるエネルギー利用効率の増加、及び炉内の溶解ガラス製造材料又は他の材料の近傍のガス状雰囲気の酸化還元状態（すなわち、より酸化性か又はより酸化性が低いか、より還元性か又はより還元性が低いか）を調節する能力が挙げられる。したがって、本発明により、生成される生成物の特性の向上を補助する場合が多い、炉内の投入材を覆う酸化性雰囲気を確立することが可能である。
【００４０】
原動ガス流は、炉内で主火炎を形成する前に、低速度燃料流を取り込んで燃焼筐体内へと推進することとなるため、原動ガス流がダクト内に供給されて、低速度流と混合される位置は、低速度燃料流のほとんどを取り込み、かつ炉の煙道ガスがダクトに取り込まれることを制限又は最小化するように、炉自体の高温の内壁から離れたダクト内の奥へと置かれる。
【００４１】
本発明の燃焼方法はまた、最適な炉の熱性能が達成されるように、炉内の全体的な流れパターンに影響するように実施することもできる。これは、高速ジェットを使用して、低速ジェットを燃焼の目的のためのみに取り込み、全体的な炉の流れパターンに顕著に影響することはないバーナとは異なる。例えば、ガラス炉の用途では、炉の耐火壁又はクラウンの過熱を防ぎ、かつガラス表面近傍で低い局所ガス速度を有して、アルカリ気化を最小化するために、好ましい炉の流れ場が得られるように、本発明の実施に際して原動ガス流及び二次酸化剤流を設計できる。全体的な炉の流れ場を制御する本方法は、以下でより詳細に更に記載されている。
【００４２】
高速度及び低質量流量を有する原動ガス流を使用することによって、燃料又は酸素流の希薄化は、非燃焼性ガス（Ｎ２、ＣＯ２、蒸気、再循環煙道ガスなど）が使用されるとき、最小化される。炉内への非燃焼性ガスの噴射は、炉エネルギー効率を低減すると思われるため、原動ガス流の質量流量の最小化は、特に重要である。少ない流量の可燃性ガスが使用される（例えば、原動ガスが酸素流内に供給される燃料であるか、又は燃料流内に供給される酸素若しくは空気の原動ガス流である）とき、ガス経路内の反応によって発生した熱は、少なく、かつガス経路の過熱を防止する。これは、熱化学的再生器（ＴＣＲ）運転における予熱燃料流の場合と同様に、低速流が高温にあるとき、重視すべき点である。
【００４３】
ガラス炉用の熱化学再生式廃熱回収システムでは、煙道ガスの排気及び予熱燃料ガスの供給の両方が、同じダクト経路（すなわち、再生器ポートネック）を交互に共有する。これは、ダクトサイズが両方の使用に共通であることを意味する。ポート入口での煙道ガスの速度は、２０ｆｔ／秒（６．１０ｍ／秒）から５０フィート／秒まで、又は更には６０ｆｔ／秒（１８．２９ｍ／秒）までの範囲に一般的に設定されて、バッチ粒子のキャリーオーバーを防止し、かつ再生器内のチェッカパックの広い断面積を覆う均一な流れ分布を促進する。煙道ガスの速度はまた、排気送風機の出力によって、かつ、高温ダクトが配列された耐火物の内部表面での高速度から生じる摩耗条件によって、制限されている。ＴＣＲからの燃料ガス体積流量は、炉からの煙道ガス流量よりも実質的に少ないため、燃料ガスは、結果として生じた低速度を共有ダクトにわたって有する。本発明は、酸化剤を含む原動ガス流と組み合わせた燃料ガス流に対するより高い運動量及びより高い速度ベクトルを与えることによって、燃焼空間内への低速度燃料ガス流の放出速度を改善する。これは、原動ガスジェットを用いない燃料ガスの燃焼空間への入口での運動量がそれ自体の流れ方向を維持するには小さすぎる場合に、効率的燃焼を実施するために重要である。増加させた運動量及び速度ベクトルを用いずに、燃料ガスは、燃焼用の酸化剤と混合する前に、燃料ガスを高濃度で接触壁及びクラウン耐火表面に向ける、燃焼空間内の既存の対流セルの自然循環パターンに従うこととなる。この条件は、非常に望ましくなく、耐火物損傷、局所過熱、煙道出口を通って散逸する未燃焼燃料及びプロセス投入材への熱分配を減少させる可能性がある。本発明は、燃料ガス流が燃焼空間に入るにつれて燃料ガス流に対する運動量及び方向の両方を与え、利用可能な体積内で燃焼を完結する方法に、結果として生じた混合物が向けられるようにし、有利な熱放出パターン、低いＮＯｘ及びＣＯ排出、並びに溶融面からの過剰な揮発物発生を防止するためのガラス表面での制御された速度を提供することによって、これらの全ての不要な条件を解決する。
【００４４】
低圧燃料は、工業的用途用に燃料ジェットの運動量及び速度を増加させるために、より高圧に圧縮されてもよい。しかしながら、通常、本方法は、安全運転を達成するために多大な安全措置及び冗長性を要し、燃料圧縮コストをすぐに増加させる。燃料圧縮はまた、利用可能なエンジニアリング材料によって限定され、許容最高燃料温度に制限される。例えば、約２水柱インチ（すなわち、２’’−Ｈ２Ｏ）の供給圧力での高温かつ低圧の合成ガス燃料並びにＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４及び煤煙を含む合成ガス燃料の組成は、５００Ｆ未満の中程度の温度であっても圧縮するために非常にコストがかかるだろう。２０００Ｆ超に予熱されたＴＣＲからの合成ガスに関して、その流れを圧縮する実用的な方法は存在しない。
【００４５】
本発明は、原動ガス流の圧力を利用して、特に原動ガスが酸化剤である場合に、原動ガスの高速度流を生み出すノズルを使用することにより、低速度燃料を燃焼筐体内へと向け、送達するものである。これらのノズルを、高温耐火材料で製造してもよく、任意選択的に、使用のための水冷式又は空冷式の金属ランスの先端に取り付けてもよい。酸素は、ＶＰＳＡ装置又は液体酸素供給などの市販の供給源から第１及び第２の酸化剤流として機能する十分な高圧で提供されてもよいため、本発明は、コストがかかる燃料圧縮機器を必要とせず、簡便に、安全かつ非常に経済的に適用できる。
【００４６】
低速度燃料燃焼用の本方法及び装置はまた、ＮＯｘ排出の低下及びピーク火炎温度の低減の更なる利点を有する。これは、米国特許第６，３９４，７９０号及び同第５，６０１，４２５号に記載されたように、低速度燃料は、多段燃焼方法で燃焼筐体に供給された少なくとも２つの酸化剤によって高速度混合流に変換されかつ燃焼されるからである。
【００４７】
本発明の更に別の技術的利点は、炉全体の流れパターン及び流れ特性を独特なノズル設計によって変更又は修正することができ、その結果、適切な量の流れ運動量及び流れの流れ角度が原動ガス流及び補助的な酸化剤流に提供されることである。
【００４８】
以下の説明は、図４、図４ａ、図５、図５ａ、図６〜図７及び図７ａ〜図７ｃを参照し、米国特許第６，１１３，８７４号に記載された形式の煙道ガス熱回収用の熱化学熱再生器（ＴＣＲ）を備えるガラス炉における本発明の代表的な実施及び動作を記載する。
【００４９】
ガラス炉（１０）は、炉の壁（３）の左側に再生器（１００）及び壁（３）の右側に再生器（２００）を有する。上述したように、再生器（１００）及び（２００）はそれぞれ、本明細書ではそれぞれポートネック（１４０）及び（２４０）とも称するダクトに接続され、そのダクトは、ガラス炉（１０）の内部に接続している。図４及び図５では、再生器（１００）は、合成ガス（４２５）がチェッカパック（４２０）における燃料及び再循環炉煙道ガスの熱化学改質によって生成される改質サイクルにおいて示されている。この合成ガス流（４２５）は、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｎ２、他の炭化水素化学種及び煤煙から通常構成される。合成ガス流は、２０００Ｆ又は２１００Ｆよりも一般的により高い温度及び１８未満、又は更には１４未満の重量平均分子量（すなわち、ガス密度は、０．０１ｌｂ／ｆｔ３未満又は更には０．００７ｌｂ／ｆｔ３未満である）を有するが、その圧力は、非常に低く、０．１水柱インチ未満、又は更には０．５水柱インチ未満（０．１’’又は更には０．５’’−Ｈ２Ｏ未満）程度、炉常圧より大きい。合成ガス流（４２５）は、平面（６３０）を通るポートネック（１４０）に入り、壁（３）の内側表面の平面である平面（６４０）を通って燃焼用の炉内へと出る。
【００５０】
図５を参照すると、原動ガス流（１４２）は、弁（１４４）を通過し、耐火ノズル（６７０）を有する金属ランス（６６０）へ送られる。原動ガス流（１４２）は、合成ガス又は炉に供給されている他の燃料ガスを燃焼するために使用される燃焼酸化剤の一部であってもよい。耐火ノズル（６７０）は、好ましくは、全燃焼酸化剤流の１０％の処理量を有するように設計され、酸化剤噴射速度は、約９８０ｆｔ／秒（２９８．７０ｍ／秒）の音速で閉塞された。ランス及びノズル組立体は、上記で定義された平面（６４０）から距離（６９０）の奥へと置かれたノズル（６７０）の放出端部を備えるポートネック（ダクト）（１４０）の内側に設置された。ノズル（６７０）は、その放出端部において多数の孔（図示せず）を備えることができ、酸化剤が孔を通って（複数の）方向に流れるようにその放出端部が好ましく設計されたとき、ポートネック（１４０）内側の耐火物の過熱を回避する。
【００５１】
原動ガス流（１４２）は、低速度合成ガス（４２５）のほとんどを取り込む高速度流としてノズル（６７０）から排出され、それによりポートネック（ダクト）（１４０）内で混合燃料流（６００）を形成する。混合流（６００）は、ダクト（１４０）の内側から外側に通過して、炉（１０）内へ送られる。混合燃料流は、十分な運動量を有し、炉（１０）の頂部（クラウン）に向かって上向きに打ち上がることを抑え、代わりに、耐火ノズル（６７０）の設計によって支援された好ましい方向（６３０）で炉（１０）の内部へと貫通し、火炎が炉の内壁及びクラウンに接触又は衝突することを最小化又は回避している。
【００５２】
図４ａは、互いに対して発散する角度で位置付けられた２つのノズル（６６０）がある実施形態を説明する。原動ガスの流れは、ダクト（１４０）の内側へ両方のノズル（６６０）から排出されて、ダクト（１４０）の内側の流れ（４２５）と混合し、結果として生じた混合流（６００）は、ダクトから炉（１０）の内部へ渡る。
【００５３】
当然ながら、再生器が改質サイクルで動作している場合、原動ガスを噴射するために使用されることとなるランス（６６０）を、両方の再生器（１００）及び（２００）が有しているが、ランス（６６０）は、改質サイクルで動作している再生器においてのみ使用される。
【００５４】
１つ以上の補助的な酸化剤流（７５０）は、合成ガス又は燃料ガスの完全燃焼のための燃焼酸化剤の残余を噴射するための、耐火ブロック（７３５）の内側のそれ自体のランス（７６０）及びノズル（７７０）をそれぞれ通って炉の内部に供給されてもよい。原動ガス流（１４２）内に取り込まれなかった低速度合成ガス（６２０）は、燃焼のために炉内へ渡る補助的な酸化剤流（７８５）内へ取り込まれてもよい。（複数の）ノズル（７７０）における噴射孔は、補助的な酸化剤が原動ガス流（１４２）によって推進された未燃焼合成ガス又は燃料ガス流と混合する前に周囲の炉のガスを取り込むように設計され、その結果、所望の主火炎（７９０）は、ガラス溶解用などの炉内の投入材の加熱用に形成される。主火炎（７９０）は、（ガラス製造用のバッチ及び／又はカレット材料などの）固体（８００）及び溶融液体（８１０）を含んでもよい炉内の投入材（８００及び８１０）に輻射及び対流熱エネルギーを与える。炉内部からの煙道ガス（５０）は、再生器（２００）へと向けられ、その内部のチェッカを上述のように予熱する。図６は、炉の内側から壁（３）の一部を見た図である。図６に見られるように、ノズル（７７０）は、ダクト（１４０）の排出口（１４０Ａ）の水平中心線の下方に位置し、好ましくは、ダクト排出口（１４０Ａ）の下方にある。２つのノズル（７７０）が図示されているが、好ましくは、それぞれの排出口（１４０Ａ）に２〜４つのかかるノズル（７７０）が存在する。
【００５５】
実際の好ましい実施では、燃料ガス又は合成ガス用、原動ガス流用及び補助的な酸化剤流用の、上述のインジェクタと機能的に等価な追加のインジェクタもまた、図４及び図５では示していないが、ポートネック（ダクト）（２４０）及び炉右側の（複数の）耐火ブロック（８３５）に設置されるであろう。これらの噴射装置は、合成ガスが再生器（２００）で生成され、炉煙道ガスが再生器（１００）に向けられて、チェッカパック（４２０）を予熱するＴＣＲプロセスが反転されたときに使用されるであろう。
【００５６】
本発明の更に別の利点は、原動ガスの使用により炉内への低速度反応物の適切な分配を可能とし、その分配下で、炉と再生器とを接続するダクトは、直線的ではなく、再生器の方向に対して垂直方向又は水平方向に角度が付けられていることである。
【００５７】
図５ａを参照すると、ポートネック（１４０）は、再生器（１００）の上向き方向に対して鋭角を有するように示されている。再生器のクラウン（４３２）の高さは、炉（１０）内のガラス表面（８１１）よりも約７．５フィート（約２．２９メートル）高い。この異常に大きな高さの差異は、再生器が掘削することなく既存の基礎上に設置されたからである。この場合、高運動量原動ガスは、ランス（６６０）に由来し、また「ポンピング」効果をもたらし、低速度、低密度かつ高浮力の合成ガス（４２５）をより高い位置の再生器上部空間からより低い位置の炉燃焼空間に向かって引き寄せる。このポンピング効果は、送風機（３００、図１）が圧側に生じさせる必要がある圧力要件を有益に低減し、それ故に、プロセス運転コストを低減する。更に、ポートネック（２４０）もまた、ポートネック（１４０）と同様に鋭角に角度が付けられているため、炉（１０）内の火炎（７９０）及び高温壁は、煙道サイクル中である再生器（２００）のより低温の再生器上部空間（５３０、図２）上で直接視界に入らない。高温炉からのより低温の再生器上部空間へのこの遮られた視界は、炉（１０）から再生器（２００）への直接の輻射熱伝達を低減し、炉周囲への出口輻射損失を低減し、ＴＣＲ熱回収効率を増加させる。
【００５８】
本発明はまた、例えば、ポートネックが水平方向に角度が付けられ、かつ再生器に接続されているガラス炉にも適用できる。原動ランスのこの適用は、チェッカパック（４２０）の頂部進路がガラス表面（８１１）とほぼ同じ高さにあるとき、それ故に、再生器のクラウンの高さが炉のクラウンとほぼ同じ高さにあるとき生じ得る。図４ａは、ポートネック（１４０、２４０）が水平方向に角度が付けられ、原動ランス（６６０）が改質再生器（１００）のポートネック（１４０）に設置されている、かかるＴＣＲ熱回収装置を上から見た図である。この場合、炉の後壁（３）において平面（６４０）を通って炉から出る放射熱流束は、ポートネック（２４０）の角度が付けられた壁（２４２、２４３）によって部分的に遮断されて炉（１０）へと反射されて戻り、それ故に、ポート輻射熱損失の低減及びＴＣＲプロセスの熱回収効率の向上において同様の効果を有する。
【００５９】
他の好ましい動作条件は、以下のとおりである。
それぞれの酸化剤流は、５０体積％超、好ましくは７５体積％超の酸素濃度を有しなければならない。
【００６０】
ダクト内に供給されたときに燃料流又は他の流れと混合するそれぞれの原動ガス流は、ノズル出口で２００ｆｔ／秒から音速までの速度、又は更には超音速を有しなければならない。基準点に関して、燃焼筐体（炉）の圧力が１ａｔｍの場合には、ノズル出口でのＯ２（７０Ｆ吸気）の音速は、９８０ｆｔ／秒であり、７０Ｆ空気に関して、ノズル出口での音速は、１０３０ｆｔ／秒である）。
【００６１】
所定の燃料流内に供給される原動ガスは、好ましくは、その燃料流中の燃料の燃焼用として炉内に供給される全燃焼酸素の（体積で）１％〜５０％（より好ましくは５％〜３０％、更により好ましくは５％〜１５％）を含むものとする。
【００６２】
燃料ガス又は合成ガスの少なくとも５０体積％、好ましくは７０体積％、より好ましくは少なくとも９０体積％は、燃料ダクト内で原動ガス内に取り込まれ、炉内へ渡る混合流を形成する。上述したように、取り込まれる合成ガス又は他の燃料ガスの質量流量の、噴射される原動ガスの質量流量に対する比は、ＬとＤとの比、すなわち、原動ガスノズルの直径Ｄで除したリセス距離Ｌにほぼ比例する。リセス距離Ｌは、ダクトの噴射点と、炉へのダクト出口平面、すなわち、ダクトが終端する炉内側の内側表面との間の、ランス（６６０）の軸線に沿った距離（６９０）として定義される。ダクトに関するＬ／Ｄ比の好ましい範囲は、ダクト内に供給される原動ガスの流れの数、Ｎ、及びダクトを通過する合成ガスの全質量流量のダクト内に供給されている原動ガス流の全質量流量に対する比Ｒに依存する。これらの変数がＤと同じ単位で表されるＬと組み合わせられ、Ｒが無次元になるようにＲの根拠である質量流量が同じ単位で表される場合、式（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）は、好ましくは５（又は更には４）〜２５、より好ましくは８〜１５又は１６となる。この関係は、式（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の所望の値を与えるようにそれぞれの所定の動作状態において、Ｌ、Ｄ、Ｎ及びＲのうち任意の１つ以上の適切な値を与えることによって満たされてもよい。すなわち、Ｌは、それぞれのノズル（６７０）のダクト内での配置によって与えられ、Ｄは、所望の直径を有するノズル（６７０）を提供することによって与えられ、適切な数Ｎのランス（６６０）及びノズル（６７０）は、本明細書に記載されたようにそれぞれのランス（６６０）に原動ガスが供給されるダクト内に提供することができ、Ｒの値は、合成ガス及び原動ガスの適切な全質量流量を実施することによって与えることができる。
【００６３】
好ましくは、所定のダクト内に供給される原動ガスの全ては、ダクト内に位置付けられた１つ以上のランス（６６０）（すなわち、合計Ｎ個のランス）を介して供給される。ダクト内の原動ガス流の好ましい数、Ｎは、ダクトの断面積及び炉内の所望の火炎形状のサイズ及び形状によって決定される。ダクトの断面積が２〜４、又は更には６以上の大きさであるとき、それ自体のランス（６６０）を介してそれぞれ供給される原動ガス流は、利用可能なダクト空間内部で原動ガス内への合成ガスの５０〜９０％（好ましくは７０〜９０％）の取り込みを達成するために適切であってもよい。それぞれの原動ガス流の方向は、補助的な酸化剤流の方向及び数と組み合わせて異なる火炎形状を形成するように調節できる。図６は、ダクト用の１つのランス（６６０）に相当する１つのノズル（６７０）が存在する、すなわち、Ｎが１に等しい実施形態を示す。２つ以上のノズル（６７０）がダクト内に採用されている場合、式（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）は、ダクト内へ原動ガスを供給するノズルの総数であるＮと、ダクトを通過する合成ガスの全質量流量及びＮ個のノズル全てを介して供給されている原動ガスの全質量流量に基づいて決定されるＲと、によって決定される。実際に採用されてもよい好適な次元Ｌ及びＤ並びに合成ガス及び原動ガスの好適な質量流量は、本発明が採用されている炉のポートごとの全体サイズ及び燃焼率を含む因子に依存することとなる。したがって、Ｌの代表的な非限定値は、１０〜８０インチ（２５４〜２０３２ｍｍ）であってもよく、Ｄの代表的な非限定値は、１／４インチ〜１インチ（６．３５〜２５．４ｍｍ）であってもよく、合成ガス質量流量の代表的な非限定値は、１０００〜４０００ポンド毎時（ｌｂｓ／ｈｒ）（４５３．５９〜１８１４．３７ｋｇ／ｈｒ）であってもよく、また、本明細書に記載された質量流量比、酸素含有量及び速度を含む値に準拠して本明細書に記載されたように選択された原動ガス質量流量を伴う。本発明は、原動ガスが酸素を含む必要がない実施形態で実施することもできる。原動ガスは、代わりに、蒸気、圧縮空気、天然ガス、二酸化炭素、圧縮再循環煙道ガス又は炉に適合する任意の他のガス状組成物を含む任意のガスであってもよい。
【００６４】
複数の原動ガス流は、炉内の火炎の形状を制御するために使用されてもよく、その結果、火炎は、幅広くなり、用途の使用に好適な長さ及び方向もまた有する。幅広い火炎の必要性は、長手方向における炉長が長くなる、いわゆる横断燃焼式炉では特に重要である。例えば、フロートガラスを作製する空気−燃料燃焼炉では、５〜７組の再生器ポートは、炉の側壁に設置されている。それぞれの火炎は、一方の側壁から反対側の側壁へと横断して噴出し、複数の火炎は、バッチ／カレットの溶解及びガラス溶解物の清澄が連続して起こる炉の広い表面領域にわたる良好な火炎被覆範囲をもたらす。そのような炉がＴＣＲ熱回収システムを備える酸素−燃料燃焼に転換されるとき、壁熱損失を低減しかつ転換のコストを低減するためにＴＣＲポートの数を減らすことが望ましい。しかし、ポートの数を減らしたとき、火炎の数が減り、特に酸素−燃料火炎のサイズが同じ燃焼率の空気火炎のサイズよりも概ね大幅に小さくなるため、火炎被覆範囲が低減される。火炎被覆が小さいというこの問題は、より広い表面領域を覆う幅広い火炎をそれぞれのポートから作り出すことによって克服できる。複数の原動ガス流は、それぞれのランスが１つ以上のノズル（６７０）を有して、対応する数のランス（６６０）によってダクトに供給されてもよい。それぞれのノズルは、原動ガスが通って流れる単一又は複数のオリフィスを有してもよい。複数のオリフィスが１つのノズルに提供されている場合には、それぞれのオリフィスの向き及びサイズは、同じであってもよく、又は同じでなくてもよい。これらの原動ランスは、垂直方向若しくは水平方向に、又は低速度燃料若しくは酸化剤流が通って流れ、その後、炉に入るダクトの断面積の任意の適切な位置に位置し、かつ交互に配置されてもよい。幅広い火炎を作り出すための複数の原動ガス流を収容するこれらのランスの配列が、ダクトの形状及び断面積に依存することができることが予測される。ダクト内で適用可能なこれらの原動ランスの数が利用可能なダクトの断面積によって限定され得ることに留意することもまた重要である。これは、それぞれのノズルオリフィスからの混合流（６００）がダクト出口（６４０）で、かつ炉（１０）内で幅広い火炎を発生させめために互いに干渉しないように、それぞれの原動ランス（６６０）が同じダクト内の他のランスから十分な離間距離を必要とする場合があるからである。
【００６５】
本発明は、燃料流（合成ガス）が炉に入る前に原動ガスが燃料流において使用されない代替の実施形態においてもまた実施できる。これらの実施形態では、高速度酸化剤流は、燃料流が炉に入るポート開口部にごく接近して炉内へと噴射される。それぞれの酸化剤流は、周囲の炉内ガス及び低速度燃料流の一部を取り込む。取り込まれた炉内ガスは、局所火炎温度を低減するための希釈剤として作用し、火炎長をより長くし、またＮＯｘの生成の低減に役立つ。これらの実施形態では、酸化剤流は、燃料ポート開口部の周りに離間された開口部を通って噴射され、ほとんどの低速度燃料流を燃焼用の酸化剤流内へと取り込み、クラウンへと上昇するか、又は煙道ガス排気口へ短絡する無制御の火炎の形成を防止するように、１００ｆｔ／秒超、好ましくは１５０ｆｔ／秒（４５．７２ｍ／秒）、より好ましくは６０．９６ｍ／秒（２００ｆｔ／秒）超の速度で噴射される。好ましい配列では、２〜８個の酸素インジェクタは、それぞれのポートの周りに設置され、それぞれのポートを通って、燃料（合成ガス）が炉内へと噴射される。４本の酸素流を使用する例は、炉の内側から壁（３）の一部を見ている図である図７ａ、図７ｂ及び図７ｃに示されている。これらの図に見られるように、４個の酸化剤ノズル（７８０）は、ダクト開口部（１４０Ａ）の周りに位置し、４本の別個の酸化剤ジェット流が生じている。酸化剤ノズルがダクト開口部から大きく離れて離間しているとき、図７ａに見られるように、それぞれの酸化剤ノズルから生じる酸化剤流は、より多くの周囲の炉内ガスを取り込み、酸化剤ジェットがダクト出口（１４０Ａ）を出てくる低速度燃料流を取り込む前に、酸化剤ジェットの濃度を希釈する。その結果生じる火炎は、より低い火炎温度を有する。酸化剤ノズルがダクト開口部により近く位置するとき、図７ｂ及び図７ｃに見られるように、それぞれの酸化剤ノズルから生じる酸化剤流は、酸化剤流がダクト出口（１４０Ａ）を出てくる低速度燃料流を取り込む前に、より少ない周囲の炉内ガスを取り込む。その結果生じる火炎は、より高い火炎温度を有する。したがって、火炎の形状及び全体的な方向並びに火炎温度は、酸化剤ノズルの合計数、それぞれのノズルの位置及び角度並びにそれぞれのノズルからの酸化剤流量及びジェット速度によって制御できる。好ましくは、それぞれの酸化剤噴射ノズルの軸線は、燃焼壁の内側表面に接続された燃料ポートの内部周囲から３インチ〜３０インチ離された端壁に設置される。より好ましくは、それぞれの酸化剤噴射ノズルの軸線は、燃焼壁の内側表面に接続された燃料ポートの内部周囲から５インチ（１２７ｍｍ）〜２０インチ（５０８ｍｍ）離された燃焼壁に設置される。
【００６６】
良好な火炎形状及び熱分布は、以下の流れ条件に合致するとき、本明細書に記載されたようなＴＣＲを備え、燃料が炉内へと噴射される燃料ポートを備え、本明細書に記載されたように噴射される原動ガスを備え、排気口としての導管（７０）などであって、ガス状燃焼生成物（「煙道ガス」）は、排気口を通って炉を出て排気される、排気口としての導管（７０）などを備える、酸素−燃料燃焼エンドポート式炉において得られることが見出された。
（１）酸素の運動量「Ｏ」、原動ガスの運動量「Ｍ」及び炉内へと噴射される燃料（合成ガス）流の運動量「Ｆ」の合計は、排気口を出る煙道ガス流の運動量「Ｘ」の少なくとも１００％、好ましくは１５０％超、又は更には３００％超であること。
（２）低速度合成ガス流及び周囲の炉内ガスは、原動ガス流及び酸化剤流内に取り込まれ、前壁に向かって噴出されること。
（３）ポート（図７ａ、図７ｂ及び図７ｃを参照）は、ポート間に十分な離間距離を伴ってかつ直近の側壁から離れて端壁に設置されるか、又はポートは、側壁に近接して位置し、原動ガス及び酸素ジェットは、側壁に接触する火炎の燃料リッチゾーンを防止するために直近の側壁から離れて角度が付けられていること。
【００６７】
酸化剤、原動ガス及び炉内に供給される燃料（合成ガス）流の運動量の値、並びに炉を出るガス状燃焼生成物（煙道ガス）の運動量の値は、炉の燃焼率に依存することが理解されよう。ガラス炉などの炉では、一般的な燃焼率は、火口（すなわち、炉内で燃焼が起こるポート）ごとに５００万〜６０００万ＢＴＵ毎時程度であってもよい。この大きさの燃焼率を有する炉に関して、それぞれの運動量に対する一般的な値は、（本明細書では「Ｏ」と称する）酸素の運動量に対して１２０，０００〜１，５００，０００ポンド／時×フィート／秒（ｌｂ／ｈｒ×ｆｔ／秒）程度、（本明細書では「Ｍ」と称する）原動ガスの運動量に対して９０，０００〜１，１００，０００（ｌｂ／ｈｒ×ｆｔ／秒）程度、（本明細書では「Ｆ」と称する）燃料ガスの運動量に対して１０，０００〜１２０，０００（ｌｂ／ｈｒ×ｆｔ／秒）程度、及び（本明細書では「Ｘ」と称する）ガス状燃焼生成物の運動量に対して６０，０００〜７００，０００（ｌｂ／ｈｒ×ｆｔ／秒）程度である。
【００６８】
酸素ジェットが直近の側壁に近接して設置され、前壁に向かって、側壁と平行に噴射される場合、酸素ジェットは、コアンダ効果に起因して側壁に向かって曲がり、側壁に接触する燃料リッチな火炎を生じるであろう。この条件は、酸素ジェットを側壁から離して角度が付けられることによって回避できる。酸素ジェットの最適な角度は、炉の構成及び酸素ジェットの配置に依存する。
【００６９】
本発明では、それぞれの酸化剤流の運動量は、好ましくは燃料流の運動量よりも大きい。したがって、流れ方向、速度の大きさ及び流れ再循環ゾーンの位置などの炉内の流れ場特性は、それぞれの酸化剤流について設計された運動量の方向（すなわち、ベクトル角）及び大きさによって強く影響されかつほとんど決定される。それぞれの酸化剤流の流れ条件を変えることによって炉の流れ特性を変更する能力は、炉において最適化された熱特性及び所望の温度分布を達成する、所望の火炎形状を作り出すために特に有利である。更に、その能力は、ＮＯｘ排出及び粒子のキャリーオーバーを最小化するため、かつガラス炉において最高の燃料エネルギー利用効率を達成するために火炎を設計することに役立つ。
【００７０】
熱化学的再生器を備える酸素−燃料燃焼炉がエンドポート式構成で配置されたとき、炉内の全体流れパターンは、空気燃焼再生炉の全体流れパターンと異なることが見出された。従来の空気火炎の設計がＴＣＲ火炎設計に適用される場合、火口から出てくる低速度改質燃料の一部は、排気口へ短絡され、炉内で不要な加熱パターンを生成した。燃料又は酸素流のいずれか一方の排気口への短絡を防止する重要な流れ変数は、酸素及び炉内に噴射される燃料流の全運動量が排気口から出る煙道ガス流の運動量の少なくとも１００％、好ましくは１５０％にすることであることを本発明者らは見出した。更に、酸素流のいずれか一方の燃料が排気口から出る煙道ガスの運動量の３０％未満を有する場合、より弱い流れは、噴射口に近いより強い流れ内にすぐに取り込まれて、前壁に向かって噴射されるはずである。
【００７１】
本発明はまた、炉に入る燃料を完全に燃焼するために必要な酸素の残余を第２の酸化剤が提供しなくてもよい実施形態において実施可能である。燃料を完全に燃焼させるために必要な酸素の量を（原動ガスを含む混合流が燃料を炉内へと推進した後に）顕著に異なる噴射位置を有する２つ以上の酸化剤流から提供することは、有利であり得る。例えば、第２の酸化剤流は、混合燃料流が炉に入る位置にごく近接して噴射されるが、その一方で第３の酸化剤流は、第２の酸化剤流が火炎中で実質的に消費された後に供給される。この第３の酸化剤流に対する一般的な位置は、煙道ガスが炉から出る開口部により近い。酸化剤流のこの配列の利点は、燃焼プロセスによるＮＯｘ生成の低減である。ＮＯｘ排出を低減するために燃焼プロセスを段階分けする本方法は、公知であるが、非常に低い運動量の燃料流用の燃焼プロセスと組み合わせることは、新規である。
【００７２】
また、本願は以下の項目に係る発明を開示する。
（項目１）
炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）前記炉の内部に接続された出口を有するダクトへと１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の速度で燃料ガスを送ることと、
（ｉｉ）前記ダクトにおいて、少なくとも速度６０．９６メートル／秒（２００フィート／秒）の原動ガスの少なくとも１つの流れを前記燃料ガスに噴射することであって、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の６０％未満である、ことと、
（ｉｉｉ）前記燃料ガスと前記原動ガスの混合物を含み、かつ前記出口方向に１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える運動量平均速度を有する、少なくとも１つの混合流を、前記ダクトにおいて形成することと、
（ｉｖ）前記ダクトから前記炉内へと前記混合流を送ることと、
（ｖ）前記混合流を、前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法。
（項目２）
前記原動ガスの総運動量は、前記燃料ガスの運動量の５倍を超える、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の３０％未満である、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の５％超かつ２０％未満である、項目１に記載の方法。
（項目５）
Ｎを、前記ダクトにおいて前記燃料ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記ダクトに送られる燃料ガスの総質量流量の、前記ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、前記ダクトにて、前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置にある内径Ｄのノズルから、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で、前記原動ガスが前記燃料ガスへと噴射されることにより、前記ダクトにおいて、前記燃料ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記燃料ガスと前記原動ガスの混合物を含み、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記ダクト内で形成される、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記原動ジェットは、酸素、蒸気、再循環煙道ガス、又は燃料ガスを含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
原動ガスの少なくとも２つの流れが、少なくとも６０．９６メートル／秒（２００フィート／秒）の速度で、水平方向において互いに対して発散する角度で、前記出口に向かう前記ダクト内の前記燃料ガスへと噴射され、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスのそれぞれの流れの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の１０％未満である、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記炉は、燃料ガスを前記炉内へ送るダクトを少なくとも２つ有するガラス溶解炉であり、各ダクトは、前記炉の側壁を通って前記炉の内部に接続された出口を有する、項目７に記載の方法。
（項目９）
炉内で燃焼を行う方法であって、前記炉は、加熱された合成ガスを前記炉に入れることが可能な火口と、酸化剤を前記炉内へ噴射可能な１つ以上の酸化剤口と、前記炉に接続され、かつガス状燃焼生成物を前記炉から排出可能な排気口と、を備える熱化学的再生器を備え、前記方法は、
（ｉ）加熱された合成ガスを、速度１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の運動量Ｆで、前記火口を通って前記炉へと流し込むことと、
（ｉｉ）少なくとも速度３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）の運動量Ｍの原動ガスの少なくとも１つの流れを、前記火口内部にて噴射し、前記原動ガス流に前記合成ガスを取り込むと共に、得られた合成流を前記炉内へ噴出させることと、
（ｉｉｉ）総運動量Ｏの酸化剤の１つ以上の流れを、前記１つ以上の酸化剤口を通って前記炉内へ噴射し、前記噴射された酸化剤と、前記原動ガス流に取り込まれた前記燃料流とを混合して、可視炎を形成することであって、前記可視炎は、前記炉の壁面及びクラウンに接触することなく、前記炉内へと噴出させられ、前記酸化剤のそれぞれの流れの軸は、前記火口の内周から３インチ〜３０インチの位置にある、ことと、
（ｉｖ）運動量Ｘのガス状燃焼生成物を、前記炉から前記排気口を通って排出することであって、合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、前記運動量Ｘの１５０％を超える、ことと、を含む、方法。
（項目１０）
前記合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、前記運動量Ｘの３００％を超える、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記運動量Ｍは、前記運動量Ｘを超える、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記酸化剤流のそれぞれの流れの運動量は、Ｘを超える、項目９に記載の方法。
（項目１３）
前記原動ガスは、前記炉内へと噴射される総酸化剤流の５〜２０％を含む、項目９に記載の方法。
（項目１４）
酸化剤の前記流れは、３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）を超える速度で噴射される、項目９に記載の方法。
（項目１５）
前記火口を通って前記炉に入る、前記加熱された合成ガスの密度は、前記排気口において前記炉を出る前記ガス状燃焼生成物の密度未満である、項目９に記載の方法。
（項目１６）
前記火口と前記排気口の両方は、前記炉の端壁に接続されている、項目９に記載の方法。
（項目１７）
前記炉は、少なくとも２対のポートを有し、ポートの各対は、火口と排気口を含み、前記ポートは、前記炉の互いに反対側の側壁に位置し、ポートの各対の前記ポート間の軸線は、前記炉の長手方向軸線に対して垂直である、項目９に記載の方法。
（項目１８）
原動ガスの少なくとも２つの流れが、各火口において、水平方向に互いに対して発散する角度で、前記加熱された合成ガスへと噴射され、水平方向に幅広な可視炎を形成する、項目９に記載の方法。
（項目１９）
前記炉から前記熱化学的再生器への直接的な輻射熱の伝達が低減されるように、前記火口及び前記排気口の両方に角度が付けられている、項目９に記載の方法。
（項目２０）
炉内で燃焼を行う方法であって、前記炉は、加熱された合成ガスを前記炉に入れることが可能な火口と、酸化剤を前記炉内へ噴射可能な１つ以上の酸化剤口と、前記炉に接続され、かつガス状燃焼生成物を前記炉から排出可能な排気口と、を備える熱化学的再生器を備え、前記方法は、
（ｉ）加熱された合成ガスを、速度１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の運動量Ｆで、前記火口を通って前記炉へと流し込むことと、
（ｉｉ）少なくとも速度３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）の運動量Ｍの原動ガスの少なくとも１つの流れ、及び総酸化剤運動量Ｏの酸化剤の１つ以上の流れを、前記火口の外側の壁における箇所から前記炉内へと噴射し、周囲の炉内ガス及び合成ガスを取り込んで可視炎を形成することであって、前記可視炎は、前記炉の壁面及びクラウンに接触することなく、前記炉内へと噴出させられ、前記原動ガス及び酸化剤のそれぞれの流れの軸は、前記火口の内周から３インチ〜３０インチの位置にある、ことと、
（ｉｉｉ）運動量Ｘのガス状燃焼生成物を、前記炉から前記排気口を通って排出することであって、合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、前記運動量Ｘの１５０％を超える、ことと、を含む、方法。
（項目２１）
前記合成運動量Ｆ＋Ｍ＋Ｏは、前記運動量Ｘの３００％を超える、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
前記原動ガス及び前記酸化剤流のそれぞれの流れの運動量は、前記運動量Ｘを超える、項目２０に記載の方法。
（項目２３）
酸化剤の前記流れは、３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）を超える速度で噴射される、項目２０に記載の方法。
（項目２４）
酸化剤の前記流れのうちの少なくとも１つは、前記火口より上方から噴射される、項目２０に記載の方法。
（項目２５）
前記火口を通って前記炉に入る、前記加熱された合成ガスの密度は、前記排気口において前記炉を出る前記ガス状燃焼生成物の密度未満である、項目２０に記載の方法。
（項目２６）
前記火口及び前記排気口は、前記炉の壁面に接続されている、項目２０に記載の方法。
（項目２７）
前記炉は、少なくとも２対のポートを有し、ポートの各対は、火口と排気口を含み、前記ポートは、前記炉の互いに反対側の側壁に位置し、ポートの各対の前記ポート間の軸線は、前記炉の長手方向軸線に対して垂直である、項目２０に記載の方法。
（項目２８）
原動ガスの少なくとも２つの流れが、各火口において、水平方向に互いに対して発散する角度で、前記加熱された合成ガスへと噴射され、水平方向に幅広な可視炎を形成する、項目２０に記載の方法。
（項目２９）
前記炉と前記熱化学的再生器との間での直接的な輻射熱の交換を防止するように、前記火口及び前記排気口の両方に角度が付けられている、項目２０に記載の方法。
（項目３０）
炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）前記炉の内部に接続された出口を有するダクトへと１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の速度で燃料ガスを送ることと、
（ｉｉ）前記ダクトにおいて、少なくとも速度３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）の原動ガスの少なくとも１つの流れを、前記出口の方向にて、前記燃料ガスに噴射することであって、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の６０％未満である、ことと、
（ｉｉｉ）少なくとも５０体積％の前記燃料ガスを前記原動ガス流に取り込むことにより、前記燃料ガスと前記原動ガスの混合物を含み、かつ１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度の、少なくとも１つの混合流を、前記ダクトにおいて形成することと、  （ｉｖ）前記ダクトから前記炉へと１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度で前記混合流を送ることと、
（ｖ）前記混合流を、前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法。
（項目３１）
炉内で燃焼を行う方法であって、
（ｉ）熱化学的再生器からの合成ガスである燃料ガスを、前記炉の内部に接続された出口を有するダクトへと１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の速度で送ることと、
（ｉｉ）前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、前記ダクト内にある内径Ｄのノズルから、前記ダクト内の前記合成ガスへと、少なくとも速度３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の６０％未満であり、
（ｉｉｉ）前記原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、前記ダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記ダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、前記ダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で行われることにより、前記ダクトにおいて、前記合成ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記合成ガスと前記原動ガスの混合物を含み、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記ダクト内で形成される、ことと、
（ｉｖ）前記ダクトから前記炉へと１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度で前記混合流を送ることと、
（ｖ）前記混合流を、前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させることと、を含む、方法。
（項目３２）
前記原動ガスは、酸素を含む、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目３３）
前記原動ガスの酸素含有量は、少なくとも７５体積％である、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
原動ガスと燃料ガスの前記混合物の酸素含有量は、前記混合物中の前記燃料ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な量未満であり、前記混合物中の前記燃料ガスの残部を燃焼させるために、酸素を含むガス状酸化剤の１つ以上の補助的な流れが、前記炉内へと噴射される、項目３２に記載の方法。
（項目３５）
ガス状酸化剤の前記１つ以上の補助的な流れは、前記ダクトからの前記出口の水平方向中心線より下方から、前記炉内へと噴射される、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
ガス状酸化剤の前記１つ以上の補助的な流れは、前記ダクトの出口より下方から噴射される、項目３４に記載の方法。
（項目３７）
前記燃料ガスは、前記炉内において、少なくとも７５体積％の酸素を含む酸化剤によって燃焼させられる、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目３８）
前記燃料ガスは、４．５７メートル／秒（１５フィート／秒）未満の速度で前記ダクトへと送られる、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目３９）
前記ダクト内にて前記燃料流へと噴射される原動ガスの前記少なくとも１つの流れの速度は、少なくとも１２１．９２メートル／秒（４００フィート／秒）である、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４０）
前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の３０％未満である、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４１）
前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の１５％未満である、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４２）
前記原動ガスは、酸素を含み、前記燃料ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な酸素の質量流量の５％〜３５％を供給する、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４３）
前記混合流は、３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）を超える速度で、前記ダクトから前記炉内へと送られる、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４４）
前記燃料ガスの少なくとも９０体積％が前記原動ガス流に取り込まれ、前記ダクト内において前記少なくとも１つの混合流を形成する、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４５）
前記原動ガス内に取り込まれた前記燃料ガスの密度は、前記混合流の前記燃焼によって形成された、前記ガス状生成物の密度よりも低い、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４６）
前記炉は、前記炉内における前記燃料ガスの燃焼によって加熱される投入材を収容し、前記燃焼により、前記炉内の前記投入材を覆う酸化性雰囲気が形成される、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４７）
前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流による前記混合流の前記燃焼により、前記炉の内壁又は天井に対する視認可能な接触を生じない火炎が形成される、項目３０又は３１に記載の方法。
（項目４８）
炉内で燃焼を行う方法であって、
（Ａ）炉内で燃料を燃焼させて、ガス状燃焼生成物を生成することと、
（Ｂ）
（１）（ｉ）冷却された第１の再生器内へ前記ガス状燃焼生成物の一部分を送り、前記第１の再生器を通過させて、前記第１の再生器を加熱すると共に、前記ガス状燃焼生成物の前記一部分を冷却することと、
（ｉｉ）前記第１の再生器からの、ガス状燃焼生成物の前記冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第２の再生器に送り、前記第２の再生器において、前記ガス状燃焼生成物と前記燃料を、前記第２の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びＣＯを含む合成ガスを形成することと、
（ｉｉｉ）前記第２の再生器で形成された前記合成ガスを、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の速度で、前記炉の内部に接続された出口を有する第１のダクトへと送ることと、
（ｉｖ）前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、前記第１のダクト内にある内径Ｄのノズルから、前記第１のダクト内の前記合成ガスへと、少なくとも速度３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、前記合成ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記合成ガスの質量流量の６０％未満であり、
前記原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、前記第１のダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記第１のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、前記第１のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で行われることにより、前記第１のダクトにおいて、前記合成ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記合成ガスと前記原動ガスの混合物を含み、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記第１のダクト内で形成される、ことと、
（ｖ）前記混合流を、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度で前記第１のダクトから前記炉へと送り、前記混合流を前記炉へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させること、並びに、
（２）（ｉ）冷却された第２の再生器内へ前記ガス状燃焼生成物の一部分を送り、前記第２の再生器を通過させて、前記第２の再生器を加熱すると共に、前記ガス状燃焼生成物の前記一部分を冷却することと、
（ｉｉ）前記第２の再生器からの、ガス状燃焼生成物の前記冷却された一部分の少なくとも一部、及び燃料を、加熱された第１の再生器に送り、前記第１の再生器において、前記ガス状燃焼生成物と前記燃料を、前記第１の再生器内での吸熱反応により反応させて、水素及びＣＯを含む合成ガスを形成することと、
（ｉｉｉ）前記第１の再生器で形成された前記合成ガスを、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）未満の速度で、前記炉の内部に接続された出口を有する第２のダクトへと送ることと、
（ｉｖ）前記炉の内壁から上流側に距離Ｌの位置において、前記ダクト内にある内径Ｄのノズルから、前記第２のダクト内の前記合成ガスへと、少なくとも速度３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）の原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することであって、前記合成ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記合成ガスの質量流量の６０％未満であり、
前記原動ガスの少なくとも１つの流れを噴射することは、Ｎを、前記第２のダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガス流の数とし、Ｒを、前記第２のダクトに送られる合成ガスの総質量流量の、前記第２のダクトへと噴射される原動ガスの流れ、又は全ての流れの総質量流量に対する比としたときに、（Ｌ／Ｄ）×（Ｎ／Ｒ）の値が４〜２５となる条件下で行われることにより、前記第２のダクトにおいて、前記合成ガスが前記原動ガス流へと取り込まれると共に、前記合成ガスと前記原動ガスの混合物を含み、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度の少なくとも１つの混合流が、前記第２のダクト内で形成される、ことと、
（ｖ）前記混合流を、１５．２４メートル／秒（５０フィート／秒）を超える速度で前記第２のダクトから前記炉へと送り、前記混合流を前記炉へと噴射される１つ以上の酸化剤流で燃焼させること、の（１）及び（２）を交互に行うことと、を含む、方法。
（項目４９）
前記原動ガスは、酸素を含む、項目４８に記載の方法。
（項目５０）
前記原動ガスの酸素含有量は、少なくとも７５体積％である、項目４９に記載の方法。
（項目５１）
原動ガスと合成ガスの前記混合物の酸素含有量は、前記混合物中の前記合成ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な量未満であり、前記混合物中の前記合成ガスの残部を燃焼させるために、酸素を含むガス状酸化剤の１つ以上の補助的な流れが、前記炉内へと噴射される、項目４９に記載の方法。
（項目５２）
ガス状酸化剤の前記１つ以上の補助的な流れは、前記第１のダクト又は前記第２のダクトからの前記出口の中心線より下方から、前記炉内へと噴射される、項目５１に記載の方法。
（項目５３）
ガス状酸化剤の前記１つ以上の補助的な流れは、前記第１のダクト又は前記第２のダクトからの前記出口より下方から、前記炉内へと噴射される、項目５１に記載の方法。
（項目５４）
前記燃料及び前記合成ガスは、前記炉内において、少なくとも７５体積％の酸素を含む酸化剤によって燃焼させられる、項目４８に記載の方法。
（項目５５）
前記第１のダクトに送られる前記合成ガス、及び前記第２のダクトに送られる前記合成ガスは、４．５７メートル／秒（１５フィート／秒）未満の速度で送られる、項目４８に記載の方法。
（項目５６）
前記第１のダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガスの前記少なくとも１つの流れの速度は、少なくとも１２１．９２メートル／秒（４００フィート／秒）であり、前記第２のダクトにおいて前記合成ガスへと噴射される原動ガスの前記少なくとも１つの流れの速度は、少なくとも１２１．９２メートル／秒（４００フィート／秒）である、項目４８に記載の方法。
（項目５７）
前記第１のダクト内の前記合成ガス、及び前記第２のダクト内の前記合成ガスへと噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記合成ガスの質量流量の３０％未満である、項目４８に記載の方法。
（項目５８）
前記第１のダクト内の前記合成ガス、及び前記第２のダクト内の前記合成ガスへと噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記燃料ガスの質量流量の１５％未満である、項目４８に記載の方法。
（項目５９）
前記第１のダクト及び前記第２のダクトへと噴射される前記原動ガスは、酸素を含み、各ダクトにおいて前記合成ガスに噴射される前記原動ガスの質量流量は、前記原動ガスが噴射される前記合成ガスの完全燃焼に化学量論的に必要な酸素の質量流量の５％〜３５％を供給する、項目４８に記載の方法。
（項目６０）
前記第１のダクトから前記炉内へと送られる前記混合流、及び前記第２のダクトから前記炉内へと送られる前記混合流は、３０．４８メートル／秒（１００フィート／秒）を超える速度で送られる、項目４８に記載の方法。
（項目６１）
前記合成ガスの少なくとも７０体積％が、前記第１のダクト及び前記第２のダクトにおいて前記原動ガス流に取り込まれ、前記ダクトにおいて、前記少なくとも１つの混合流を形成する、項目４８に記載の方法。
（項目６２）
前記原動ガス内に取り込まれた前記合成ガスの密度は、前記混合流の前記燃焼によって形成された、前記ガス状生成物の密度よりも低い、項目４８に記載の方法。
（項目６３）
前記炉は、前記炉内における前記燃料ガスの燃焼によって加熱される投入材を収容し、前記燃焼により、前記炉内の前記投入材を覆う酸化性雰囲気が形成される、項目４８に記載の方法。
（項目６４）
前記炉内へと噴射される１つ以上の酸化剤流による前記混合流の前記燃焼により、前記炉の内壁又は天井に対する視認可能な接触を生じない火炎が形成される、項目４８に記載の方法。
【図１】
2019090608.tif 000003
【図１ａ】
2019090608.tif 000004
【図１ｂ】
2019090608.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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