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公開番号2024110027
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-15
出願番号2023014327
出願日2023-02-02
発明の名称高温ガス発生装置
出願人大陽日酸株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類F23D 14/24 20060101AFI20240807BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】未燃の燃料ガス及び支燃性ガスが被予熱ガス中に残存するのを抑制しながら、バーナが低負荷で燃焼する場合であっても高温ガスを効率よく安定して生成させることが可能な高温ガス発生装置を提供する。
【解決手段】各燃料ガスG11,G12と、各支燃性ガスG21,G22とで火炎Fが形成される燃焼室16を有し、火炎Fによって高温燃焼ガスを生成させるバーナ10と、バーナ10の燃焼室16側に一端が接続された加熱室23内に火炎Fを形成させながら各被予熱ガスを供給することで、高温燃焼ガスと各被予熱ガスとを混合して高温ガスを生成させ、他端に配置された排出口から高温ガスを排出する高温ガス発生炉20とを備え、バーナ10は、第2支燃性ガス噴出口15aが、第2支燃性ガスG22を、バーナ10の中心軸Jに沿った旋回流を有するように噴出することで、火炎Fを形成させる。
【選択図】図1B
特許請求の範囲【請求項１】
燃料ガスと支燃性ガスとで火炎が形成される燃焼室を有し、前記火炎によって高温燃焼ガスを生成させるバーナと、
前記バーナの前記燃焼室側に一端が接続されるとともに、前記燃焼室と連通する加熱室を内部に有した円筒形状とされ、前記加熱室内に前記火炎を形成させながら被予熱ガスを供給することで、前記高温燃焼ガスと前記被予熱ガスとを混合して高温ガスを生成させ、前記燃焼室と反対側の他端に配置された排出口から前記高温ガスを排出する高温ガス発生炉と、を備え、
前記バーナは、前記燃焼室が、前記火炎の形成方向における先端側が拡径するように開口した有底円錐形状とされており、
前記燃焼室の底部における前記バーナの中心軸上に開口し、前記支燃性ガスである第１支燃性ガスを、前記中心軸に沿った方向で噴出する第１支燃性ガス噴出口と、
前記燃焼室の底部に開口し、平面視で前記第１支燃性ガス噴出口を取り囲むように配置され、前記燃料ガスである第１燃料ガスを、前記第１支燃性ガスと平行な方向で噴出する第１燃料ガス噴出口と、
前記燃焼室の底部に開口し、平面視で前記第１燃料ガス噴出口を取り囲むように配置され、前記燃料ガスである第２燃料ガスを、前記第１支燃性ガス及び前記第１燃料ガスと平行な方向で噴出する第２燃料ガス噴出口と、
前記燃焼室の側壁に配置され、前記第２燃料ガスに向けて第２支燃性ガスを噴出する第２支燃性ガス噴出口と、を備え、
前記第２支燃性ガス噴出口は、第２支燃性ガスを、前記バーナの前記中心軸に沿った旋回流を有するように噴出することを特徴とする高温ガス発生装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１燃料ガス噴出口及び前記第２燃料ガス噴出口の何れか一方又は両方が、前記燃料ガスである前記第１燃料ガスもしくは前記第２燃料ガスを、前記バーナの前記中心軸に沿った旋回流を有するように噴出することを特徴とする請求項１に記載の高温ガス発生装置。
【請求項３】
前記第１燃料ガス噴出口及び前記第２燃料ガス噴出口の何れか一方又は両方に、前記燃料ガスである前記第１燃料ガスもしくは前記第２燃料ガスを旋回流として噴出させる旋回羽根が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の高温ガス発生装置。
【請求項４】
前記旋回羽根は、前記第１燃料ガス噴出口及び前記第２燃料ガス噴出口の何れか一方又は両方において、前記第１燃料ガス噴出口もしくは前記第２燃料ガス噴出口の中心軸に対して傾斜するように配置された複数の羽根部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の高温ガス発生装置。
【請求項５】
前記バーナは、前記第２燃料ガス噴出口におけるスワール数が０．６５以上であることを特徴とする請求項２～請求項４の何れか一項に記載の高温ガス発生装置。
【請求項６】
前記加熱室の内部には、前記被予熱ガスとして１次被予熱ガスを供給する１次被予熱ガス供給口と、前記被予熱ガスとして２次被予熱ガスを供給する２次被予熱ガス供給口とが開口しており、
前記１次被予熱ガス供給口は、前記高温ガス発生炉の一端側における、前記バーナの外周側から前記加熱室の内部に向けて前記１次被予熱ガスを噴出する位置で配置されており、
前記２次被予熱ガス供給口は、前記加熱室の内側面における少なくとも３箇所以上で、前記高温ガス発生炉の中心軸に向けて前記２次被予熱ガスを噴出する位置で同一断面上に配置されており、
前記２次被予熱ガス同士を前記高温ガス発生炉の前記中心軸の近傍で衝突させることで、前記一端に接続された前記バーナ側に向かう気流と、前記他端に配置された前記排出口側に向かう気流を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温ガス発生装置。
【請求項７】
前記加熱室は、前記火炎の形成方向に沿った方向の炉内長Ｌ１と、炉内径Ｄとの比［Ｌ１／Ｄ］が１～３の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の高温ガス発生装置。
【請求項８】
前記加熱室は、前記バーナと接続される前記一端から、前記２次被予熱ガス供給口までの距離Ｌ２と、前記炉内径Ｄとの比［Ｌ２／Ｄ］が０．７～２．１の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の高温ガス発生装置。
【請求項９】
前記燃料ガスは、低位発熱量が２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ
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以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温ガス発生装置。
【請求項１０】
さらに、前記バーナを外周側から冷却する冷却ジャケットを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高温ガス発生装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス発生装置に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、鉄、非鉄等の製錬やセラミックス焼成工程の雰囲気形成に利用される高温の不活性ガス、還元性ガス、酸化性ガスを発生させる方法として、燃料ガスと支燃性ガスとによって火炎を発生させるバーナを用いた方法が採用されている。
【０００３】
上記のような高温ガスを発生させる方法として、例えば、円筒状の高温ガス発生炉に設けたバーナによって高温燃焼ガスを生成させ、この高温燃焼ガスと被予熱ガスとを混合することで高温ガスを発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１に開示された方法では、被予熱ガスを一次被予熱ガスと二次被予熱ガスに分割し、一次被予熱ガスをバーナ近傍の炉内壁から接線方向に噴出させ、その下流側で二次被予熱ガスを中心軸に向けて噴出させる（特許文献１の図３～５を参照）。これにより、高温ガス発生炉の中心軸に沿って進む、バーナによって形成された高温燃焼火炎が、二次被予熱ガスと衝突することで、燃焼ガスの流れに澱みが生じるので、反応時間が長くなって燃焼が促進されるのと同時に、高温燃焼ガスと各被予熱ガスとの混合が促進される。
【０００４】
また、特許文献１には、バーナの外周側から一次被予熱ガスを噴出させるとともに、高温ガス発生炉の内壁から中心軸に向けて二次被予熱ガスを噴出させる方法が記載されている（特許文献１の図８，９を参照）。これにより、上記同様、高温ガス発生炉の中心軸に沿って進む、バーナによって形成された高温の燃焼火炎が、二次被予熱ガスと衝突することで、燃焼ガスの流れに澱みが生じるので、反応時間が長くなって燃焼が促進されるのと同時に、高温燃焼ガスと各被予熱ガスとの混合が促進される。
【０００５】
上記のように、特許文献１に記載された何れの方法においても、バーナによって形成された高温の燃焼火炎を、二次被予熱ガスと衝突させることで、燃焼ガスの流れに澱みを生じさせて反応時間を長くすることで、燃焼の促進、並びに、高温燃焼ガスと各被予熱ガスとの混合の促進の両方を図る方法とされている。特許文献１によれば、従来に比べてコンパクトな炉で高温ガスを発生できるとされている。
【０００６】
しかしながら、コンパクトな高温ガス発生炉を用いて、二次被予熱ガスを高温の燃焼火炎に向けて噴出させると、二次被予熱ガスがバーナ側に逆流し、バーナによって形成される火炎の燃焼状態が不安定になったり、燃焼状態を維持できなくなったりする懸念がある。特に、例えば、二次被予熱ガスの予熱温度が低い場合、バーナが低負荷で燃焼することになることから、燃焼状態が不安定になり、燃焼を維持できなくなるおそれがある。また、ＢＦＧ（ＢｌａｓｔＦｕｒｎａｃｅＧａｓ；高炉ガス）等のような、低位発熱量が２０００Ｋｃａｌ／Ｎｍ
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以下である、発熱量の低い燃料を用いた場合には、上記のような二次被予熱ガスの逆流に伴う問題が顕著に発生するおそれがある。
【０００７】
また、バーナが低負荷で燃焼する場合、燃料の噴出速度が遅くなることから、バーナのノズルにカーボンが析出・付着し、このカーボンが脱離して二次被予熱ガスに混入するおそれがあるとともに、ノズルに付着した、成長したカーボン付着物により、運転ができなくなる等の問題があった。
【０００８】
また、二次被予熱ガスに衝突した高温の燃焼火炎が炉壁に向かって流れることで、炉壁が高温になり、高温ガス発生炉を構成する耐火物を溶損させたり、炉の寿命が短くなったりするという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許第３３７８８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、被予熱ガスの温度を広範囲で調整でき、バーナが低負荷で燃焼する場合であっても高温ガスを効率よく安定して生成させることが可能な高温ガス発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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