(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状炉壁および炉床を有する低窒素酸化物生成垂直円筒炉であって、
隣接する燃焼ゾーンに希薄可燃性燃料ガス空気混合気を垂直に導入するための炉の炉床上にアレイ状に配列された複数の一次バーナと、
一次バーナの上方に上向きの角度で二次燃料ガスを放出するための、一次バーナより上であって、炉の円筒状炉壁の対向する側上の複数の二次燃料ガスノズルと、
を含み、二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスを炉内に導入するためのものであり、二次燃料ガスは炉内の燃焼排ガスと混合し、過剰な空気と共に燃焼し、燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、そして窒素酸化物の生成を低減し、前記二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスが一次バーナからの燃料ガス空気混合気によって封入若しくは包囲されないように一次バーナから分離され且つ離れて配置されており、それにより、二次燃料ガスは、燃料ガス空気混合気と混合する前に、炉内の燃焼排ガスと混合することができ、
一次バーナの周りに垂直に且つ炉の円筒状炉壁に近接して配置された複数のプロセス管を含み、燃焼する燃料空気混合気からの熱がプロセス管に放射される、低窒素酸化物生成垂直円筒炉。
【請求項２】
円筒状炉壁および炉床を有する低窒素酸化物生成垂直円筒炉であって、
隣接する燃焼ゾーンに希薄可燃性燃料ガス空気混合気を垂直に導入するための炉の炉床上にアレイ状に配列された複数の一次バーナと、
炉内に二次燃料ガスを垂直に放出するための、炉の炉床上の二次燃料ガスノズルと、一次バーナの上方に上向きの角度で二次燃料ガスを放出するための、一次バーナより上であって、炉の円筒状炉壁の対向する側上の複数の二次燃料ガスノズルと、
を含み、二次燃料ガスノズルは二次燃料ガスを炉内に導入するためのものであり、二次燃料ガスは炉内の燃焼排ガスと混合し、過剰な空気と共に燃焼し、燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、そして窒素酸化物の生成を低減し、前記二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスが一次バーナからの燃料ガス空気混合気によって封入若しくは包囲されないように一次バーナから分離され且つ離れて配置されており、それにより、二次燃料ガスは、燃料ガス空気混合気と混合する前に、炉内の燃焼排ガスと混合することができ、
一次バーナの周りに垂直に且つ炉の円筒状炉壁に近接して配置された複数のプロセス管を含み、燃焼する燃料空気混合気からの熱がプロセス管に放射される、低窒素酸化物生成垂直円筒炉。
【請求項３】
二次燃料ガスノズルが、二次燃料ガスを、燃焼ゾーンの一次バーナとは反対の側の炉内の位置に向ける、請求項１または２に記載の低窒素酸化物生成炉。
【請求項４】
各二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスを複数の方向に放出する燃料送出開口部を有している、請求項１または２に記載の低窒素酸化物生成炉。
【請求項５】
炉床及び頂部を有する低窒素酸化物生成炉であって、
隣接する燃焼ゾーンに希薄可燃性燃料ガス空気混合気を垂直に導入するための炉の炉床上の一次バーナのアレイと、
一次バーナの上方に上向きの角度で二次燃料ガスを放出するための、炉の炉壁の対向する側上の複数の二次燃料ガスノズルと、
を含み、二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスを炉内に導入するためのものであり、二次燃料ガスは炉内の燃焼排ガスと混合し、過剰な空気と共に燃焼し、燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、そして窒素酸化物の生成を低減し、前記二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスが一次バーナからの燃料ガス空気混合気によって封入若しくは包囲されないように一次バーナから分離され且つ離れて配置されており、それにより、二次燃料ガスは、燃料ガス空気混合気と混合する前に、炉内の燃焼排ガスと混合することができ、
炉の壁に配置され、バーナアレイに平行に延びる複数の水平プロセス管を含み、二次燃料ガスノズルは、一次バーナより上であって、プロセス管の間にあり、燃焼する燃料空気混合気からの熱がプロセス管に放射される、低窒素酸化物生成炉。
【請求項６】
炉床及び頂部を有する低窒素酸化物生成炉であって、
隣接する燃焼ゾーンに希薄可燃性燃料ガス空気混合気を垂直に導入するための炉の炉床上の一次バーナのアレイと、
炉に垂直に燃料ガスを放出するための、炉の炉床上の複数の二次燃料ガスノズルと、一次バーナの上方に上向きの角度で二次燃料ガスを放出するための、炉の炉壁の対向する側上の複数の二次燃料ガスノズルと、
を含み、二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスを炉内に導入するためのものであり、二次燃料ガスは炉内の燃焼排ガスと混合し、過剰な空気と共に燃焼し、燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、そして窒素酸化物の生成を低減し、前記二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスが一次バーナからの燃料ガス空気混合気によって封入若しくは包囲されないように一次バーナから分離され且つ離れて配置されており、それにより、二次燃料ガスは、燃料ガス空気混合気と混合する前に、炉内の燃焼排ガスと混合することができ、
炉の壁に配置され、バーナアレイに平行に延びる複数の水平プロセス管を含み、炉の炉壁の対向する側上の複数の二次燃料ガスノズルは、一次バーナより上であって、プロセス管の間にあり、燃焼する燃料空気混合気からの熱がプロセス管に放射される、低窒素酸化物生成炉。
【請求項７】
炉が、炉の対向する壁に配置され、バーナアレイに平行に延びる複数の水平プロセス管を含み、燃焼する燃料空気混合気からの熱がプロセス管に放射される、請求項５または６に記載の低窒素酸化物生成炉。
【請求項８】
炉が、炉の頂部に隣接して配置された追加のプロセスチューブを含み、燃焼する燃料空気混合気からの熱がプロセス管に放射される、請求項７に記載の低窒素酸化物生成炉。
【請求項９】
前記炉が、キャビン炉である、請求項５または６の低窒素酸化物生成炉。
【請求項１０】
二次燃料ガスノズルが、二次燃料ガスを、燃焼ゾーンの一次バーナとは反対の側の炉内の位置に向ける、請求項５または６に記載の低窒素酸化物生成炉。
【請求項１１】
各二次燃料ガスノズルは、二次燃料ガスを複数の方向に放出する燃料送出開口部を有している、請求項７に記載の低窒素酸化物生成炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００４年１月１５日に出願された米国特許出願第１０／７５８，６４２号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、遠隔段階式炉用バーナの構造に、そしてより詳細には、結果として窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成をより低下させる、バーナ群から分離され且つ離れた二次燃料ガスノズルの配置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスバーナ炉は、良く知られており、且つ長年の間、改質および熱分解操作およびそれらに類似したものに使用されている。放射壁バーナ炉（ｒａｄｉａｎｔ  ｗａｌｌ  ｂｕｒｎｅｒ  ｆｕｒｎａｃｅ）は、概して、炉壁における開口部への挿入に適合された環状耐火タイルに囲まれた、中央の燃料ガス−空気混合気バーナ管を有する放射壁を含んでいる。バーナノズルは、耐火タイルの内面におおむね平行に且つ隣接する方向に燃料ガス−空気混合気を放出する。燃料ガス−空気混合気の燃焼の結果、バーナタイルの面は、例えばプロセス管に熱を放射し、そしてそれによってプロセス管への所望されない火炎の衝突が回避される。放射壁バーナは、典型的には、炉壁に沿って数個の横列をなして設置される。このタイプの構造は、通常、放射壁バーナのマトリックスを備える壁領域からプロセス管への均一な熱入力を供給すべく設計される。
【０００４】
垂直円筒炉、キャビン炉、そしてボイラのような他の類似した炉も良く知られている。垂直円筒炉は、概して、燃料ガス−空気混合気を鉛直に放出し且つ燃焼させる炉の炉床上に１アレイ（ａｒｒａｙ）のバーナを含んでいる。プロセス管は、バーナのまわりに且つ炉の円筒壁に隣接して鉛直に配置され、それによって燃焼中の燃料ガス−空気混合気からの熱をプロセス管へ放射する。
【０００５】
キャビン炉および他の類似した炉は、概して、燃料ガス−空気混合気を垂直に放出し且つ燃焼する炉の方形炉床に１アレイをなす２個またはそれより多くのバーナを含んでいる。水平プロセス管は、バーナアレイと平行である炉の対向する側の炉壁に配置されている。追加のプロセス管が、炉の頂部近傍に配置されることも可能である。燃焼中の燃料ガス−空気混合気からの熱はプロセス管へ放射する。
【０００６】
大気中に導入される窒素酸化物（ＮＯｘ）のようなガス状汚染物質の量を制限する、より厳格な環境排出物質基準が政府当局から継続的に課せられている。このような基準は、空気の全部および燃料の一部が第１のゾーンで燃焼され、残りの燃料が第２の下流ゾーンで燃焼される段階式または二次燃料バーナ装置および方法の開発を導いてきた。このような段階式燃料バーナ装置および方法においては、第１のゾーンにおける空気の過剰が、燃焼中のガスの温度を低下させ、且つそれによって窒素酸化物の形成を低減させる希釈剤として機能する。望ましくは、炉燃焼排ガスは、燃焼中の二次燃料の温度を低下させ、且つそれによって窒素酸化物の形成を低減させる希釈剤として機能する。
【０００７】
同様に、バーナが燃料ガスと空気の一次燃料希薄混合気を燃焼させ、そして段階式燃料上昇管が二次燃料を放出する段階式バーナの設計も開発されている。二次燃料上昇管の位置は、バーナの製造業者とタイプに応じて変動し得るが、典型的には一次バーナのまわりおよび周囲近傍に配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
段階式バーナ群および炉の設計が改善され、それによってより低レベルの窒素酸化物を含有する燃焼ガスが生成されるようになったが、さらなる改善が必要である。したがって、バーナ群を用いて燃料ガスおよび空気を燃焼させ、それによってより低レベルの窒素酸化物を有する燃焼排ガスが生成される改善された方法が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
希薄一次燃料ガス−空気混合気を燃焼させる１つまたはそれより多くのバーナと、１つまたはそれより多くのバーナから分離され且つ離れて配置され二次燃料ガスを燃焼させる１つまたは１アレイまたはそれより多くのアレイの二次燃料ガスノズルとを用いる炉用バーナ構造が提供される。二次燃料ガスは、希薄一次燃料ガス−空気混合気および二次燃料ガスによって燃焼ゾーンに供給される全燃料のかなりの部分を構成する量で二次燃料ガスノズル内に導入される。望ましくは、二次燃料ガスノズルは、炉壁または炉床、またはそれら両方に配置され、そして二次燃料ガスを、バーナ群から燃焼ゾーンの反対側の位置を含む種々の位置に向けている。その結果として、炉が燃焼ガス内に残す窒素酸化物レベルが実質的に低減される。
【００１０】
壁バーナ炉における望ましい配置においては、炉壁は、少なくとも実質的に垂直であり、そして放射壁バーナは、横列および縦列に、ほぼ平行に且つほぼ均等に間隔をあけ、そして二次燃料ガスノズルは、各ノズルが上の横列における放射壁バーナの直下に配置されて、単一の横列に配置される。他の望ましい構造においては、放射壁バーナは、横列と縦列に、ほぼ均等に間隔を空けたバーナとほぼ平行であり、そして二次燃料ガスノズルは上側横列および下側横列として放射壁バーナの下方に配置され、上側横列の各ノズルは上の横列のバーナの直下に配置され、そして下側横列の各ノズルはその直上のノズルの水平位置の間の中間にある。さらに他の望ましい構造においては、放射壁バーナが、互いから中点へ半分だけオフセットされて、スタガ配置（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）となり、そして二次燃料ガスノズルは、放射壁バーナの直下に各ノズルがスタガ配置を継続すべく配置されて単一横列または２重横列に配置されている。さらに他の構造においては、二次燃料ガスノズルの第１の横列が全ての放射壁バーナの下に設置され、且つ二次ガスノズルの第２の横列が放射壁バーナの横列のほぼ中間上方に設置される。その他の望ましい配置においては、二次燃料ガスノズルはまた、炉床に設置され、そして炉は、炉床に二次燃料ガスノズルを伴っていようとなかろうと床バーナ（炉床バーナとも称される）を含み得る。望ましくは、二次燃料ガスノズルは、ノズルの縦軸に対してある角度で、燃料ガスを噴出すべく設計された少なくとも一つの燃料送出開口部を伴う口金を有している。さらに望ましくは、二次燃料ガスノズルは、多数の燃料送出開口部を有する。
【００１１】
より望ましい配置では、垂直プロセス管を有する垂直円柱炉において、燃料ガス希薄空気混合気を垂直に放出し且つ燃焼させる一次バーナが炉の炉床に配置されている。１つまたは１アレイの二次燃料ガスノズルは、炉の炉床、炉の炉壁、またはそれら両方にも配置され、それによって二次燃料ガスノズルは、一次バーナから分離され且つ離れている。二次燃料は、二次燃料ガスノズルまたはノズル群によって、炉内における燃料ガスと混合すべく、そしてそれによって燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、且つ窒素酸化物の形成を低減させるべく、過剰空気と共に燃焼される。
【００１２】
水平プロセス管を有するキャビン炉および他の類似した炉における望ましい配置においては、垂直に燃料ガス希薄空気混合気を放出し且つ燃焼する一次バーナは、炉の炉床に配置される。１つまたは１アレイの二次燃料ガスノズルも、炉の炉床に、炉の炉壁に、またはそれらの両方に配置され、それによって二次燃料ガスノズルは、一次バーナから分離され且つ離れている。二次燃料は、二次燃料ガスノズルまたはノズル群によって、まず炉内において燃焼排ガスと混合し、それによって燃焼中の燃料ガスの温度を低下させそして窒素酸化物の形成を低減させるべく過剰空気と共に燃焼する。
【００１３】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関連して採用したときに結果として生じる望ましい実施の形態の説明の解釈に基づいて当業者に容易に明白に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の望ましい放射壁炉用バーナの構造は、環状耐火タイルを含み、一定の間隔を置いて炉の壁に結合された燃料ガス希薄空気混合気を燃焼させる多数の放射壁バーナの横列と、二次燃料ガスノズルに二次燃料ガスを導入するための手段を有する放射壁バーナから分離され且つ離れて設置される二次燃料ガスノズルのアレイとを利用し、そして二次燃料ガスが、燃料ガス−空気混合気と二次燃料ガスによって燃焼ゾーンに供給される総燃料のかなりの部分を構成する。望ましくは、二次燃料ガスノズルは、放射壁バーナの横列に隣接する炉壁に、または炉床上に、あるいはその両方に配置され、放射壁バーナから燃焼ゾーンの反対側の位置を含む種々の位置へ、二次燃料ガスを向ける。その結果として、炉に残る燃焼ガス中の窒素酸化物レベルは低減される。
【００１５】
図面を参照すると、図１は、在来の段階式燃料放射壁バーナ１０のバーナ縦列１１を示している。段階式燃料放射壁バーナ１０は、一次燃料ガスと空気の燃料ガス希薄混合気が供給される放射壁バーナ口金１２からなっている。二次燃料ガス上昇管１４は、その二次燃料ガス口金１６に燃料ガスを供給する。二次燃料ガス口金１６の位置は、典型的には、図１に示されるように放射壁バーナ口金１２の中心、または放射壁バーナ口金１２の周囲である。図１に示されるように、バーナ口金１２から放出する燃料ガス−空気流は、遮断層１８及び２０を形成し、二次燃料ガス２２を封入または包囲する。二次燃料ガス２２の周りの燃料ガス−空気遮断層１８及び２０は、燃焼排ガス２４の充分な取り込み（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）を妨げ、窒素酸化物の排出を増加させる。
【００１６】
本発明の遠隔段階式燃料技術においては、各放射壁バーナ１０から、または各放射壁バーナ１０近傍の二次燃料ガスが排除される。その代わりとして、二次燃料ガスは、遠隔位置において炉に注入される。図２に示されるように、例えばバーナ縦列１１の下方に設置される遠隔二次燃料ガスノズル２６に二次燃料ガスを移動させることによって、二次燃料ガス２２は、燃焼ゾーン２８において燃料ガス−空気混合気１８と混合するのに先立って、炉燃焼排ガス２４と混合することができる。遠隔位置に配置された１つまたはそれより多くの遠隔二次燃料ガスノズル２６を使用し、且つ二次燃料ガスパターンを提供することによって、最先端技術を用いた放射壁バーナの設計と比較して、炎の質が改善されるだけでなく、窒素酸化物の排出量の低減も達成されることが見出されている。
【００１７】
図３を参照すると、本発明の改良された放射壁炉用バーナの構造が図解されており、そして概して数字３０で示されている。多数の放射壁バーナ１０の横列３２が、炉の炉壁３１内に挿入されている。放射壁バーナ１０は、炉壁３１の面全体にわたって放射方向に燃料ガス−空気混合気を放出する。壁からの放射熱、ならびに高温ガスからの熱放射が、例えば熱伝達用に設計されたプロセス管またはその他のプロセス装置に伝達される。
【００１８】
各放射壁バーナ１０には、空気の流速が一次ガスに関する化学量論よりも大きい一次燃料ガスと空気の混合気が供給される。望ましくは、空気の流速は、一次燃料ガスと二次燃料ガスを完全に燃焼させるために必要とされる化学量論的流速の約１０５％から約１２０％の範囲内である。二次燃料ガスは、二次燃料ガスノズル２６を通って炉に放出される。図３のバーナ構造は、放射壁バーナの縦列３４の下方に配置された各二次燃料ガスノズルを用いて横列３２に配列された二次燃料ガスノズル２６を示している。二次燃料ガスノズルは、以下詳細に説明されるように、概して放射壁バーナに向かう方向に燃料ガスを放出するように作られている。
【００１９】
望ましいパターンの追加の例が、図４Ａから図４Ｄに図解されている。放射壁バーナ１０の横列はほぼ平行であり得、バーナ１０は縦列３４においてほぼ均等に間隔があけられ得、そして二次燃料ガスノズル２６は、図３に示されるように、各ノズルが上方の横列をなす放射壁バーナ１０の直下になるように単一の横列３２に配置されるか、あるいは図４Ａに示されるようにオフセットされて配置され得る。図４Ｂに示されるように、他の望ましい構造においては、放射壁バーナ１０は、ほぼ平行な縦列に並べられ、放射壁バーナ１０は、縦列３４においてほぼ均等に間隔をあけて配置され、そして放射壁バーナ１０の下方に配置される二次燃料ガスノズル２６は、上側横列３６と下側横列３８の、２列の横列に並べられ、上側横列３６の各二次燃料ガスノズルは、上方の横列をなすバーナの下方にあり、下側横列３８の各二次燃料ガスノズルは、その直上に横列３６をなす二次燃料ガスノズルの水平位置の中ほどに位置する。図４Ｃに示されるさらに他の望ましい構造においては、放射壁バーナ１０が、互いから中点にオフセットされ、結果として、放射壁バーナの下方に設置される二次燃料ガスノズル２６によりダイヤモンド状のパターンとなり、且つ当該パターンを継続する。図４Ｄに示される、さらに他の望ましい構造においては、放射壁バーナ１０の約半分が、直下に配置された二次燃料ガスノズル２６の横列４２を伴って、横列と縦列４０にほぼ均等に間隔をあけて配置される。残りの放射壁バーナ１０は、二次燃料ガスノズルの横列４２の下方にあり、且つ縦列４４に配列される。二次燃料ガスノズル２６の第２の横列４６は、バーナ縦列４４の直下に設置される。
【００２０】
放射壁バーナ１０を有する炉壁３１およびそれに結合された二次燃料ガスノズル２６は、あたかも壁が鉛直であるかのように上述されているが、壁は鉛直方向からある角度とすることもでき、あるいは壁が水平であることもできることが理解されるべきである。
【００２１】
さて、図５Ａから図５Ｆを参照すると、本発明に従った二次燃料ガスノズル２６の代替的な配列が、床バーナ５４（炉床バーナとも称される）を有する場合と有していない場合とで示されている。図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、多数の放射壁バーナ１０の横列が、炉の壁３１内に挿入されている。先に述べたように、バーナ１０は、炉壁３１の面を横切る方向に燃料ガス−空気混合気を放出する。各放射壁バーナには、空気の流速が、一次ガスに対する化学量論よりも大きい、すなわち、化学量論的流速の約１０５％から約１２０％の範囲内である、一次燃料ガス−空気混合気が供給される。二次燃料ガスは、放射ガスバーナ１０の縦列の下方に配置される二次燃料ガスノズル２６を通って炉内に放出される。加えて、二次燃料ガスノズル２６は、過剰な空気および炉燃焼排ガスと混合する追加の二次燃料ガスを供給すべく、炉の床に配置され、それによって、低レベルの窒素酸化物が生成される。
【００２２】
図５Ｃおよび図５Ｄを参照すると、放射壁バーナ１０と二次燃料ガスノズル２６の類似した配列が図解されている。加えて、燃料ガスと空気の余剰分とを混合する床バーナ５４が、炉壁３１の近傍に設けられ、そして二次燃料ガスノズル２６が放射壁バーナと床バーナの両方に向けて燃料ガスを放出し、それによって、低レベルの窒素酸化物が生成されるように、二次燃料ガスが、炉燃焼排ガスおよび余剰空気と容易に混合する。
【００２３】
図５Ｅおよび図５Ｆを参照すると、放射壁バーナと床バーナの両方に向けて燃料ガスを放出する二次燃料ガスノズル２６を設ける代わりに、追加の二次燃料ガスノズルが、床バーナにより生成される炉燃焼排ガスおよび余剰空気と混合すべく、炉の床に設けられ得て、それによって低レベルの窒素酸化物が生成される。
【００２４】
したがって、いま、当業者によって理解されるであろうように、放射壁バーナ１０と分離され且つ遠隔の二次燃料ガスノズルとの種々の組み合わせが、炉燃焼排ガス内の窒素酸化物レベルを低減させるべく、本発明に従った放射壁ガスバーナ炉において利用され得る。
【００２５】
本発明の構造および方法においては、どんな放射壁バーナも使用され得る。放射壁バーナの設計および動作は、当業者に良く知られている。利用され得る放射壁バーナの例としては、それらに限定されるものではないが、１９９３年１月１９日にＳｃｈｗａｒｔｚらに発行された、米国特許第５，１８０，３０２号明細書、および２００１年９月７日にＶｅｎｉｚｅｌｏｓらにより出願され、且つ「高性能／低窒素酸化物放射壁バーナ（Ｈｉｇｈ  Ｃａｐａｃｉｔｙ／Ｌｏｗ  ＮＯｘ  Ｒａｄｉａｎｔ  Ｗａｌｌ  Ｂｕｒｎｅｒ）」と題された米国特許出願第０９／９４９，００７号明細書に記述される壁バーナが含まれ、これらの開示は、引用によりここに組み込まれる。
【００２６】
次に、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃを参照すると、本発明の改善された垂直円筒炉用バーナ構造が図解されている。図６Ａを参照すると、炉の円筒壁６０の円周におよびその近くに配置された垂直プロセス管５８を有する垂直円筒炉５６が示されている。炉の床６４上に４個の一次バーナ６２が配置されるが、当業者によって理解されるように、より少ないまたはより多くのバーナ６２が使用され得る。バーナ６２は、燃料ガス希薄空気混合気を、鉛直に放出し且つ燃焼させる。図６Ａに示されるように、二次燃料ガスノズル６６が、一次バーナ６２から分離され且つ離れた位置に配置されて、炉床上に設けられる。必要とされるときは、追加の二次燃料ガスノズル６６が、炉床６４上に設けられ得る。矢印６７によって示されるように、二次燃料ガスは、炉内において燃焼排ガスと混合し、それによって燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、窒素酸化物の形成を低減させるべく、過剰空気と共に燃焼するように、二次燃料ガスノズル６６によって鉛直に向けられる。
【００２７】
図６Ｂに示されるように、代替的な配列においては、２個の二次燃料ガスノズル６８が、バーナ６２の上方で炉５６の円筒壁６０の対向する側に取り付けられている。必要とされるときは、ただ１個だけまたは２個よりも多くの二次燃料ガスノズル６８が、炉壁６０に設けられ得る。矢印６９によって示されるように、二次燃料ガスは、バーナ６２の上方において二次燃料ガスノズル６８によって上向き角度に向けられ、それによって二次燃料ガスは、炉内において燃焼排ガスと混合し、それによって燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、窒素酸化物の形成を低減すべく、過剰空気と共に燃焼される。
【００２８】
図６Ｃに示されるように、二次燃料ガスノズル６６および６８は、両方とも、窒素酸化物の形成を低減することが必要とされるときは、利用され得る。
【００２９】
さて、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃを参照すると、本発明の改善されたキャビン炉および他の類似した炉用バーナ構造が、図解されている。図７Ａを参照すると、反対側７４および頂部７６に配置された水平プロセス管７２を有するキャビン炉７０が示されている。３個の一次バーナ７８は、炉の床８０に配置されているが、より少ないかまたはより多くの個数も使用され得る。バーナ７８は、燃料ガス希薄空気混合気を鉛直に放出し且つ燃焼させる。図示のように、矢印８３によって示されるように二次燃料ガスを鉛直に向ける二次燃料ガスノズル８２が、バーナ７８の対向する側の炉床に設けられている。二次燃料ガスは、炉内において燃焼排ガスと混合され、それによって燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ且つ窒素酸化物の形成を低減させるべく過剰空気と共に燃焼される。
【００３０】
図７Ｂに示されるように、代替的な配列において、二次燃料ガスノズルは、炉７０の床８０において省かれる。代わりに、二次燃料ガスノズル８４が、プロセス管７２の間の対向する炉壁７４に設けられている。矢印８６によって示されるように、二次燃料ガスは、バーナ７８の上方に上向きの角度に向けられ、それによって二次燃料ガスは、炉内において燃焼排ガスと混合し、そして燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ且つ窒素酸化物の形成を低減させるべく過剰空気と共に燃焼する。
【００３１】
図７Ｃに示されるように、二次燃料ガスノズル８２および８４は、両方とも、窒素酸化物の形成を低減することが必要とされるときに利用され得る。
【００３２】
異なるタイプの炉が、ここに説明されていると同時に、本発明の炉用バーナ構造は、いかなる燃焼炉においても窒素酸化物の形成を低減するために利用され得ることは、当業者によって理解されるであろう。
【００３３】
望ましくは、炉用バーナを流通する総燃料ガス−空気混合気は、燃焼ゾーン２８に供給される総燃料の約８０％未満を含む。
【００３４】
二次燃料ガスノズルは、炉内部に、約１インチから約１２インチまで延びる炉床または炉壁上に配置される。燃料ガスは、望ましくは約２０ｐｓｉｇから約５０ｐｓｉｇの範囲内の圧力にて供給される。
【００３５】
炉の炉壁に配置され且つ図１から図５に図解された二次燃料ガスノズルは、図８および図９に詳細に示されている。ノズルは、二次燃料ガスの流れを炉内に放出するために、単一の燃料ガス送出開口部４８を有し得る。開口部４８は、炉の壁に向かって、またはそこから離れて、長手方向軸から、約６０°から約１２０°の概略範囲内の角度αで二次燃料ガスを放出する。二次燃料ガスノズルは、長手方向軸を通る鉛直面の両側から、約１０°から約１８０°、そしてより好ましくは約２０°から約１５０°、の範囲内の角度βにわたる種々の方向に二次燃料ガスを放出するための追加側部送出開口部５２をも含み得る。
【００３６】
二次燃料ガスノズルが、垂直円筒炉、キャビン炉および他の類似した炉の炉壁または炉床に配置されるとき、それらは、多数の方向に二次燃料ガスを放出する燃料ガス送出開口部をその中に含み得る。
【００３７】
炉壁および炉床を有する本発明の低窒素酸化物生成炉は、
バーナまたはバーナ群に隣接する燃焼ゾーンに可燃性燃料ガス希薄空気混合気を導入する炉の炉壁または炉床における１つのまたは１アレイのバーナと、
二次燃料ガスを炉内に導入するバーナまたはバーナ群から分離され且つ離れて配置され、それによって炉内にて二次燃料ガスを燃焼排ガスと混合し、過剰な空気と共に燃焼し、燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、そして窒素酸化物の生成を低減する、１つまたは１アレイまたはそれより多くのアレイの二次燃料ガスノズルと
を備える。
【００３８】
それによって低減された窒素酸化物含有量の炉燃焼排ガスが形成される炉内において燃料ガスおよび空気を燃焼させるための本発明の方法は、次の
（ａ）炉の炉壁または炉床に配置された１つまたは１アレイのバーナに可燃性ガス希薄空気混合気を供給する工程と、
（ｂ）燃料ガス希薄空気混合気が、バーナまたはバーナ群から放出され、それによって混合気が比較的低い温度で燃焼されて、そこから低窒素酸化物含有量を有する炉燃焼排ガスが形成されるようにさせる工程と、そして
（ｃ）それによって二次燃料ガスが二次燃料ガスノズルから放出され、炉内にて炉燃焼排ガスと混合し、バーナからの過剰な空気と共に燃焼し、燃焼中の燃料ガスの温度を低下させ、そして窒素酸化物の生成を低減する、分離され且つ離れて配置された１つまたは１アレイまたはそれより多くのアレイの二次燃料ガスノズルに二次燃料ガスを供給する工程と、
からなる各工程を有する。
【００３９】
本発明の炉用バーナの構造と方法をさらに説明するために、次の実施例が与えられる。
【００４０】
（実施例）
遠隔段階化を行った放射壁バーナと行わない放射壁バーナを用いて、窒素酸化物の排出量の比較を行った。試験炉は、３つの縦列にそれぞれ４個ずつバーナを並べた１２の放射壁バーナのアレイを用いた。バーナは各縦列において５０インチずつ間隔があけられ、縦列は３６．５インチずつ離された。二次ガスを放射壁バーナの中心に供給しながら炉が作動され、ガス以外の炉内の窒素酸化物が長時間かけて計測された。その後に、バーナの中心から二次ガスを除去し、放射壁バーナの縦列に隣接して設置される遠隔ノズルに二次ガスを導いた後に、炉が作動された。
【００４１】
図１０は、遠隔段階化構造を有する炉と有していない炉からの窒素酸化物の排出量を比較する図である。データが実証するように、窒素酸化物の排出量は、遠隔段階化構造を用いると５０％低減される。
【００４２】
したがって、本発明は、上述された目的および利点ならびにそこに内在する目的および利点を獲得するようにうまく適合されている。多数の変更が、当業者によってなされ得るが、このような変更は添付された特許請求の範囲によって定義される本発明の技術思想の中に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】各バーナの中心での二次燃料ガスによる在来の段階化を用いる放射壁炉におけるガスフローパターンを示す図である。
【図２】燃料ガスの遠隔段階化を用いる放射壁炉における本発明のガスフローパターンを示す図である。
【図３】放射壁炉の壁上の望ましい遠隔段階化バーナの構造を示す図である。
【図４Ａ】放射壁炉の壁上の他の望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図４Ｂ】放射壁炉の壁上の他の望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図４Ｃ】放射壁炉の壁上の他の望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図４Ｄ】放射壁炉の壁上の他の望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図５Ａ】床バーナのある場合とない場合に炉床に追加の二次燃料ガス放出ノズルを含む放射壁炉における遠隔段階化構造を示す図である。
【図５Ｂ】床バーナのある場合とない場合に炉床に追加の二次燃料ガス放出ノズルを含む放射壁炉における遠隔段階化構造を示す図である。
【図５Ｃ】床バーナのある場合とない場合に炉床に追加の二次燃料ガス放出ノズルを含む放射壁炉における遠隔段階化構造を示す図である。
【図５Ｄ】床バーナのある場合とない場合に炉床に追加の二次燃料ガス放出ノズルを含む放射壁炉における遠隔段階化構造を示す図である。
【図５Ｅ】床バーナのある場合とない場合に炉床に追加の二次燃料ガス放出ノズルを含む放射壁炉における遠隔段階化構造を示す図である。
【図５Ｆ】床バーナのある場合とない場合に炉床に追加の二次燃料ガス放出ノズルを含む放射壁炉における遠隔段階化構造を示す図である。
【図６Ａ】垂直円筒炉における望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図６Ｂ】垂直円筒炉における望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図６Ｃ】垂直円筒炉における望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図７Ａ】キャビン炉における望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図７Ｂ】キャビン炉における望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図７Ｃ】キャビン炉における望ましい遠隔段階化構造を示す図である。
【図８】本発明に従って使用するための望ましい二次燃料ガス放出ノズルの側面図である。
【図９】図８の二次燃料ガス放出ノズルの上面図である。
【図１０】本発明の遠隔段階化技術を用いた場合、および用いない場合の試験炉からの窒素酸化物排出量を比較するグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  段階式燃料放射壁バーナ
１１  バーナ縦列
１２  放射壁バーナ口金
１４  二次燃料ガス上昇管
１６  二次燃料ガス口金
１８  燃料ガス−空気混合気
２０  燃料ガス−空気遮断層
２２  二次燃料ガス
２４  炉燃焼排ガス
２６、６６、６８、８２、８４  二次燃料ガスノズル
２８  燃焼ゾーン
３０  改良された放射壁炉用バーナ
３１  炉壁
３２、３６、３８、４２、４６  横列
３４、４０、４４  縦列
４８  二次燃料ガス送出開口部
５０  炉空間
５２  開口部
５４  床バーナ
５６  垂直円筒炉
５８  垂直プロセス管
６０  円筒壁
６２、７８  一次バーナ
６４、８０  炉床
７０  キャビン炉
７２  プロセス管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
0004750441.tif 000009
【図５Ｂ】
0004750441.tif 000010
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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