(57)【要約】強固で、高効率な復熱装置のバーナが提供される。それは、選択的にウォームアップ作動のための少なくとも一つの燃焼チャンバを含み、他の構成によりフロックス作動を始動する。逆流モードにて熱排出ガスエネルギーによって燃焼空気を予熱するための復熱装置（３０）に熱交換パイプ（１６）が備えられ、該熱交換パイプは、熱交換のために配置され、平坦な隙間断面部位（３４）を有する部位（３１）と、ボリューム（２）に面して、隙間断面部位（３４）と異なるノズル断面部位（３５）を有する端部（３３）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボリューム（２）を加熱するための復熱装置のバーナ（１）であって、
該復熱装置のバーナは、逆流モードにおいて加熱された排出ガスによって燃焼空気を予熱するための復熱装置（３０）を含み、
該復熱装置（３０）は熱交換パイプ（１６）を含み、
該熱交換パイプは、熱交換のために配置された部位（３１）に設けた平坦な隙間断面部位（３４）と、ボリューム（２）に面する端部（３３）に設けた、隙間断面部位（３４）とは異なったノズル断面部位（３５）とを有し、
また、復熱装置は、燃料をボリューム（２）に注入するための燃料供給手段（２３）を含むことを特徴とする復熱装置のバーナ。
【請求項２】
隙間断面部位（３４）はノズル断面部位（３５）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項３】
隙間断面部位（３４）は隙間長さｓ及び隙間幅ｂを有し、隙間幅は、隙間長さｓの少なくとも４倍の寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項４】
熱交換パイプ（１６）は、空気入り口側の一端部に円形の断面部位を有することを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項５】
熱交換パイプ（１６）は、空気入り口側の一端部（３２）にフランジプレート（１２）が固定されることを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項６】
熱交換パイプ（１６）の少なくとも一つは、少なくとも選択的に供給される燃料が通じる接続部（１９）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項７】
波状金属薄板要素（２８）の少なくとも一つは、熱交換パイプ（１６）に近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項８】
波状金属薄板要素（２８）は、少なくとも一部位に触媒活性金属（２８ａ）を備えることを特徴とする請求項７に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項９】
熱交換パイプ（１６）の少なくとも一つは、少なくとも一部位に触媒活性金属（１６ａ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【請求項１０】
各熱交換パイプ（１６）は、熱交換のために配置された部位（３１）の円周よりも短い円周を有する少なくとも一つのテーパ端部（３３）を有し、前記熱交換パイプ（１６）は継ぎ目の無い一部品で形成されることを特徴とする請求項１に記載の復熱装置のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、加熱炉スペースまたはジェットパイプの内側スペースのようなボリュームを加熱するための復熱装置のバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
復熱装置のバーナは、例えば、工業用加熱炉の直接的なまたは間接的な加熱のために使用される。直接的な加熱では、燃料の酸化が加熱炉スペースで発生する。例えば、ジェットパイプによる間接的な加熱では、燃焼が、前記加熱炉スペース内に延び該加熱炉スペースに対して閉鎖されるパイプ（ジェットパイプ）内で発生し、この結果、前記パイプが加熱され熱放射される。
【０００３】
ジェットパイプを備えた、または備えていない復熱装置バーナの一例が特許文献１に開示されている。復熱装置は加熱炉壁部に配置され、標準的な長さは４００ｍｍであり、バーナ出力に応じて直径１００ｍｍ〜３００ｍｍである。この復熱装置は高温鋳造スチールまたはセラミックのリブセグメントで構成される。窒素酸化の発生を減少させるために、強い排出ガス再循環が加熱されたボリューム内に引き起こされ、この結果、いわゆる「無炎酸化」に導かれる。この作動は、フロックス作動（フロックス（ＦＬＯＸ）はベーエス−ベルメプロツェステクニーク  ゲーエムベーハーの登録商標である）として言及される。この構造のバーナの効率は６５％〜７５％である。
【０００４】
同様の公報がまた復熱装置のバーナを開示している。この復熱装置のバーナは、排出ガスで交互に加熱された２つの熱保存する復熱装置を含み、すなわち、それらは供給された燃焼空気に熱エネルギーを放出する。このような復熱装置のバーナでは、その効率を９０％まで高めることが可能になるが、２つの復熱装置による要求に応じた交互の作動及び常時の逆転作用によって、前記復熱装置は設備及び制御のためのコスト及び作動力が増加する結果となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第０６８５６８３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
これに鑑みて、本発明の目的は、効率を改善させた復熱装置のバーナを提供することである。
【０００７】
この目的は、クレーム１による復熱装置のバーナによって達成することができる。
【０００８】
本発明に係る復熱装置のバーナは、耐熱材料からなるいくつかのパイプ含む復熱装置を含み、該パイプは、例えば、ランドフィルガスのような低エネルギーガスが使用される時、燃焼空気、及び潜在的な燃料ガスまたはその一部を予熱するために使用される。復熱装置の熱交換パイプは、熱交換のために配置された部位にて平坦な隙間断面部位を有している。層流が隙間内にある時、熱変遷率αが隙間幅ｓに対して反比例して増加するので、非常に高い値αが小さな隙間幅で達成される。好ましくは、それらは、外側が排出ガスに晒され、内側には燃焼空気が流れる。加熱されたボリュームに面するその端部において、それは、隙間断面部位とは異なったノズル断面部位を有する。そのノズル断面部位は、例えば断面円形である。この断面部位は燃焼空気流の加速、及び高速で加熱されたボリューム内に流入する流出ジェットの形成を許容し、そして、その結果、排出ガスの再循環を発生させる。好ましくは、ノズル断面部位は、ジェット速度が例えば１００ｍ／ｓに達するような断面に形成される。この結果として、排出ガス再循環係数が、例えば４または５に到達するので、温度ピークの上昇及び熱窒素酸化物の生成を大部分防止する。
【０００９】
好ましくは、隙間断面部位はノズル断面部位よりも大きい。その結果、低流量がノズルよりも隙間領域で達成される。熱交換パイプには、好ましくは少なくとも一つのテーパ端部が備えられており、該端部は平坦な熱交換部位の円周よりも短い円周を有している。好ましくは、このようなパイプは、少なくとも一端が、好ましくは両端がテーパ状に形成された後の熱交換部位の円周にほぼ相当する円周を有するパイプによって製造され、すなわち、外径が、例えば、加工プロセスによって縮小後の断面パイプに縮小される。その後、熱交換部位が隙間形状を形成するために平坦に圧縮される。この場合、好ましくは、隙間長さｓ＜３ｍｍ及び隙間幅ｂ＞４ｓとして設定される。
【００１０】
低温側の熱交換パイプの端部は、フランジプレートの孔にシール構造、例えば、はんだ付けで取り付けられる。好ましくは、熱交換パイプは一端部だけが固定される。高温側は、選択的に、ひも状のものまたはスポット溶接のような接合手段で互いに固定してもよいし、自由端としてもよい。両方の場合、それらは伸縮自在となる。全てのパイプは同じ形状で連続的に製造される。
【００１１】
熱交換パイプの高温側端部を適切に屈曲させることにより、所望のジェット方向を事前に指定することが可能になる。例えば、円形に配置されたジェットパイプは、軸が円錐状の領域に位置するノズル端部を有している。
【００１２】
一方では、前記熱交換パイプは排出ガスから燃焼空気までの良好な熱移動を達成して、他方では、それらは圧力の最小損失を得る。これは、特に、平坦な隙間形状部位の断面がノズルの断面よりも大きいときに達成される。その際、隙間断面部位の流量がノズルよりも減少されるようになる。
【００１３】
さらに、各パイプ間の排出ガスチャネルは、排出ガスチャネルでの圧力損失を減少させるために若干大きな隙間幅で構成される。熱変遷は波状金属薄板構造の挿入物の補助的な加熱面によって補うことによって減少させることができる。これらは、熱交換パイプ間のスペーサのように同時に作動する。挿入される波状金属薄板及び／または熱交換パイプは、それらが排出ガスの浄化のために触媒活性金属を全体に、少なくとも一部に被覆された触媒として機能する。
【００１４】
平坦なパイプは、好ましくは、円形またはリング構造で配置される。それらは、互いに同心である数個のリングのように配置される。同一の平坦なパイプが使用されるならば、隙間が個々のリング間で形成され、前記隙間は細長い一片で閉塞される。
【００１５】
復熱装置のバーナは、少なくとも、予熱された空気がジェットで注入され、供給された燃料が高い不活性ガスを含有したガス流に酸化するために復熱装置のバーナ前方の再循環排出ガスが流入する加熱されたボリューム内に無炎酸化物を流入させるために作動する。この作動モードは、８００℃を越えて予熱された加熱炉スペースに対して適している。
【００１６】
選択的に、着火温度（約８００℃）より低い温度での加熱炉スペース内で復熱装置のバーナを作動させるための他の作動モードを提供することが可能になる。そのために、復熱装置のバーナは燃焼チャンバを含み、燃焼ガス及び燃料の少なくとも一部が前記燃焼チャンバに導かれてそこで着火する。燃焼チャンバ内では火炎が発生して、前記火炎の高温排出ガスが火炎と共にバーナから選択的に流出し、その結果、ボリュームが加熱される。
【００１７】
選択的に、第３の作動モードが提供され、このモードは、促進または補助フロックスモードとして言及される可能性がある。それは、加熱されるボリューム内で使用される燃料の着火温度よりも低い温度間での復熱装置の作動のために適している。このモードでは、酸化の一部はバーナの燃焼チャンバ内で生じるようになる。この種の燃焼の高温排出ガスは、燃焼空気及び燃料の一部と共に加熱炉スペース内にジェットで流入して、そこで、加熱炉スペース内に注入された燃料の酸化が補助される。
【００１８】
さらに、本発明の好適な実施の形態の詳細は、明細書、図面またはクレームによって明りょうになる。その際、明細書では、本発明の必須の形態及び種々の状況に限定される。図面は付加的な詳細を示し、明細書の補足することを意図している。図面は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る復熱装置で加熱炉壁部の長手方向の部位を示す図である。
【図２】図２は、図１の復熱装置のバーナの断面図である。
【図３】図３は、図２の復熱装置の熱交換パイプの側面図である。
【図４】図４は、図３の熱交換パイプのIV‐IV線に沿う断面図である。
【図５】図５は、図３の熱交換パイプのV‐V線に沿う断面図である。
【図６】図６は、平坦な熱交換部位を形成する前の熱交換パイプの成形前形状の側面図である。
【図７】図７は、図６の成形前形状のVII‐VII線に沿う断面図である。
【図８】図８は、図３のIV‐IV線に沿う断面図で、熱交換パイプの他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、加熱炉スペース２を加熱するために使用され、加熱炉壁部３の開口に配置される復熱装置１を示している。復熱装置のバーナは燃焼空気及び燃料を供給するための、また排出ガスを移動させるためのバーナヘッド４を含む。これを達成するために、フロックスガス接続部５、ウォームアップガス接続部６、フロックス空気接続部７、ウォームアップ空気接続部８及び排出ガス流出のための排出ガス接続部９がバーナヘッド４に備えられている。フロックスガス接続部５及びフロックス空気接続部７は、加熱炉スペース２内での無炎酸化を伴った復熱装置のバーナ１の作動のために液状の蒸気、またはガス状の燃料及び空気を供給するために使用される。ウォームアップガス接続部６及びウォームアップ空気接続部８は復熱装置のバーナ１内の燃焼チャンバ１０を燃焼するために使用される。
【００２１】
燃焼チャンバ１０は、好ましくは炉側部に向かってテーパ状に延びるパイプ１１によって閉鎖され、該パイプはフランジプレート１２の一側に支持される。選択的に、フランジプレート１２は、バーナヘッド１と、加熱炉壁部３上のパイプソケット１４によって支持されるフランジ１３との間に適切なシールを介して支持される。フランジプレート１２には、好ましくは、パイプ１１及び該パイプの中心軸１５周りを同心円状に配置される多数の開口が備えられる。各開口には、例えば、高温鋼材で、例えば、ろう接結合のような適切な結合手段によって確実にシールされた前記パイプからなる熱交換パイプ１６が挿入される。各開口は、バーナヘッド４で空気配給チャネル１７に面している。選択的に、少数の開口は、別々の接続部１９に連絡された付加的な配給チャネル１８に面している。好ましくは、接続部１９は、フロックス空気接続部７と同心状となるように備えられる。この形態では、それが、通常、無炎酸化を維持する目的で、接続された熱交換パイプ１６へ供給するための空気を受け入れる。また一方、例えば、燃焼ガスのような他の流体を、接続部１９に連通する配給チャネル１８、すなわち、前記ガスを予熱するために空気配給チャネル１７から分かれた前記配給チャネルに供給することを可能にする。
【００２２】
熱交換パイプ１６は、端部がフランジプレート１２に支持されたパイプ２１によって外側が閉鎖された環状の交換ガスチャネル２０内に配置される。その交換ガスチャネルは、バーナヘッド４内の交換ガス集合部２２に導かれる。
【００２３】
パイプ１１内には、フロックス作動時加熱炉２に燃料を供給するために、中心軸１５に同心となるように配置された中央ガスランスの構造内に燃料パイプ２３が配置される。燃料パイプ２３と同心状に、予熱ガス接続部６に接続された他のパイプ２４が配置され、それによって、ガス排出口２５が前記パイプの端部に備えられる。これらのガス排出口は中心軸１５に対して対角線上に燃料ジェットを発生させる。ガス排出口２５から若干の距離に、燃焼チャンバ１０内に導入された空気を渦状にするための網プレート２６がパイプ２４上に備えられる。加えて、好ましくは、着火及びモニター電極２７が燃焼チャンバ１０内に延びる。
【００２４】
好ましくは、熱交換パイプ１６の全ては、特に、同じ構成を有している。これらの間に、例えば、図２で詳細に明らかである波状金属薄板要素２８の構造からなる充填部材が備えられる。波状の前記要素は、中心軸１５に対して同心状でいくつかの円上に配置された各熱交換パイプ１６に接触されており、間隔をおいて各熱交換パイプ１６を支持している。加えて、それらは、排出ガス流から吸収した熱エネルギーを対流手段、すなわち、ほとんど熱放射によって各熱交換パイプ１６に移送している。波状金属薄板要素２８は、例えば、高温スチールからなる。これらの波形状は、好ましくは中心軸１５と平行に延びる。加えて、図２に示されるように、細長い一片２９が各熱交換パイプ１６間の過大なスペース構造を補うために各熱交換パイプ１６間に備えられている。各熱交換パイプ１６及び波状金属薄板要素２８は、好ましくは、排出ガス処理のために、完全にまたは部分的に触媒活性金属１６ａ、２８ａにより被覆されている。
【００２５】
本発明の、細長い一片２９及び波状金属薄板要素２８と、最終的にはパイプ１１及び２１、各熱交換パイプ１６とが選択的に統合されて、例えば、外径Ｄが１３０ｍｍ（図２）、長さＬが４００ｍｍ（図３）を有し、７２本のパイプから構成される可能性のある復熱装置３０を形成する。図３に示されるような、復熱装置３０の熱交換パイプ１６は、他の全ての熱交換パイプを示すものである。前記パイプは、熱交換のために配置された平坦部位３１、端部３２、３３及び選択的に介在される変遷部位を有する。図４及び図５に示されるように、部位３１は、部位３３（図５）または３２とは相違した断面部位を有する。部位３１は、好ましくは、間隔長さｓに対して４倍以上となる間隔幅ｂを有する隙間断面部位３４に形成されている。本発明の他の実施形態によれば、例えば、内部領域から内面までが隙間断面部位３４であり、ｓ＝１．５ｍｍ及びｂ＝１５ｍｍとなる。これに反して、部位３３は、例えば、径ｄ＝２．５ｍｍを有するノズル断面部位３５に形成される。結果的に、隙間断面部位３４はノズル断面部位３５より大きくなる。
【００２６】
ノズル断面部位３５は、熱交換パイプ１６の一体部位として備えられても良いし、別部材として備えられても良い。加えて、部位３３は直線状でも良いし、図示されるように、単純に屈曲して良いし、弓形状またはＳ字形状でも良い。このパイプは、例えば、大径を有するパイプから製造される。これは、その端部３６、３７が、例えば、図６に示すように、適切な加工プロセスによってテーパ状に形成される。最初の径は、端部３６、３７間に配置された部位３８で設定される。このように、熱交換パイプ１６の成形前形状３９は、図７に示すような断面円形状である。この断面円形状は、その後、図４に示すような隙間断面部位３４を形成するために、樹脂再成形工程で平坦にされる。
【００２７】
好ましくは、隙間断面部位３４は、平坦壁部４０、４１によって仕切られている。図８に示すように、壁部４０及び／または壁部４１には、隙間断面部位３４内に延びる同一サイズまたは相違するサイズの突起物４２が備えられており、好ましくは、これらが互いに接触している。これら突起物４２は、隙間断面部位３４の潰れを防ぐために壁部４０、４１の支持部材として形成される。突起物４２は、また、壁部４０、４１の間に溶接接合を形成するために使用される。これは、特に、薄壁の熱交換パイプ１６の構造を可能にする。
【００２８】
以上記載された復熱装置のバーナ１は、０．９５ｍ２の全熱移送面を備えている。それは次のように作動する。
【００２９】
加熱炉スペース２を加熱するために、例えば、天然ガスがウォームアップガス接続部６を経由して供給され、空気がウォームアップ空気接続部８を経由して供給される。火炎が燃焼チャンバ１０内で着火され、それによって、前記火炎の高温排出ガスが、前記スペース内を加熱するために加熱炉スペース２内に流入する。これが起こる度に、復熱装置のバーナ１はフロックスモードの状態になる。
【００３０】
そのために、フロックス空気接続部７への空気供給とフロックスガス接続部５へのガス供給とが逆転する。次に、燃焼空気は加熱炉スペース内に熱交換パイプ１６を通じて流入して、図１で示すようなジェット４３を形成する。燃料は加熱炉スペース２内に、矢印４４で示すように、燃料パイプ２３を経由して導かれる。排出ガス再循環が発生する（矢印４５）。燃焼ガスの一部だけが、排出ガスチャネル２０に到達する（矢印４６）。
【００３１】
天然ガス３５ｋｗの燃焼のための３６ｍ３／ｈの空気供給では、排出ガスが加熱炉から復熱装置３０まで１０００℃で流れる際に２０℃から８８０℃まで予熱される。排出ガス接続部９での排出ガス温度は３００℃であり、そして、排出ガス損失は１４％である。半分の負荷（１７ｋｗ）では、空気予熱温度が９５０℃に増加して、それによって、排出ガス温度が２３０℃まで減少し、排出ガス損失が１０％に下降する。
【００３２】
熱交換パイプ１６の開口端部に相当する７２個の空気ジェットは、短い経路で多量の加熱炉ガスを吸い込むので反応ゾーン内の温度が１５００℃以下に維持され、これにより、熱窒素酸化物の生成を抑える。
【００３３】
（従来技術との比較）
特許文献１に開示されているようなリブ状パイプを備えた復熱装置と、本発明に係る平坦パイプを備えた復熱装置とが比較される。
【００３４】
【表１】
2010528248.tif 000003
【００３５】
これに基づくと、同一ボリュームにおいて、エネルギー消費が１６．３％低下し、加えて燃料使用量が５０％減少していることが明らかである。全体的に、強固で高効率な復熱装置のバーナが提供されている。このバーナは、選択的にウォームアップモードのための少なくとも一つの燃焼チャンバを含み、他の構成によりフロックスモードを作動させる。変遷作動は、燃料の一部、例えば前記燃料の１０％〜４０％が燃焼チャンバ１０に供給される一方、残りの燃料が、加熱炉スペース内に中央燃料パイプ２２によって導かれることを可能にする。したがって、燃焼チャンバ１０の燃焼空気の一部及び残りの燃焼空気が加熱炉スペース内に復熱装置３０を通じて導かれる。その際、それが、加熱炉チャンバ内がまだ十分に加熱されていない状態でもフロックス作動に達することを可能にする。相当長いウォームアップ段階または意図的に加熱炉スペース温度が低く維持される適用のケースでは、少なくとも燃料の一部がフロックス状態下で酸化され、これによって、窒素酸化物の放出の全体的な減少が達成される。
【００３６】
強固で、高効率な復熱装置のバーナが提供される。それは、選択的にウォームアップ作動のための少なくとも一つの燃焼チャンバを含み、他の構成によりフロックス作動を始動する。逆流モードにて熱排出ガスエネルギーによって燃焼空気を予熱するための復熱装置３０に熱交換パイプ１６が備えられ、該熱交換パイプは、熱交換のために配置され、平坦な隙間断面部位３４を有する部位３１と、ボリューム２に面して、隙間断面部位３４と異なるノズル断面部位３５を有する端部３３とを有する。
【符号の説明】
【００３７】
１  復熱装置のバーナ，２  加熱炉スペース，３  加熱炉壁部，４  バーナヘッド，５  フロックスガス接続部，６  予熱ガス接続部，７  フロックス空気接続部，８  予熱空気接続部，９  排出ガス接続部，１０  燃焼チャンバ，１１  パイプ，１２  フランジプレート，１３  フランジ，１４  パイプソケット，１５  中心軸，１６  熱交換パイプ，１７  空気配給チャネル，１８  配給チャネル，１９  接続部，２０  排出ガスチャネル，２１  バイプ，２２  交換ガス集合部，２３  燃料パイプ，２４  パイプ，２５  ガス排出口，２６  網プレート，２７  着火及びモニター電極，２８  波状金属薄板要素，１６ａ、２８ａ  触媒活性金属，２９  細長い一片，３０  復熱装置，３１、３２、３３  部位，３４  隙間断面部位，３５  ノズル断面部位，３６、３７  端部，３８  部位，３９  形状，４０、４１  壁部，４２  突起物，４３  ジェット，４４、４５、４６  矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2010528248.tif 000015
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