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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110027
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】高温ガス発生装置
(51)【国際特許分類】
F23D 14/24 20060101AFI20240807BHJP
F23D 14/78 20060101ALI20240807BHJP
F23L 7/00 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
F23D14/24
F23D14/24 B
F23D14/24 E
F23D14/78 A
F23L7/00 Z
F23D14/24 C
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014327
(22)【出願日】2023-02-02
(71)【出願人】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 康之
(72)【発明者】
【氏名】山口 雅志
(72)【発明者】
【氏名】羽路 智之
(72)【発明者】
【氏名】中林 宏行
【テーマコード（参考）】
3K017
3K019
3K023
【Ｆターム（参考）】
3K017DF02
3K019AA02
3K019BA01
3K019BA02
3K019BA04
3K019BB01
3K019BB03
3K019BD09
3K019BD11
3K023JA01
3K023JD01
(57)【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
【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。
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。
【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。
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／Ｎｍ３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。
【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。
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（Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｇａｓ；高炉ガス）等のような、低位発熱量が２０００Ｋｃａｌ／Ｎｍ３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】
【特許文献1】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】
上記課題を解決するため、鋭意検討を重ねた。この結果、燃焼室の底部におけるバーナの中心軸上から第１支燃性ガスを噴出させ、この周囲から第１燃料ガスを噴出させ、さらに、この周囲から第２燃料ガスを噴出させたうえで、燃焼室の側壁から第２燃料ガスに向けて旋回流を有するように第２支燃性ガスを噴出させることで、中心軸付近に低負荷燃焼用の火炎を形成させ、その外側に高負荷燃焼用の火炎を形成させられることを知見した。このように、二つの火炎を形成させることで、低負荷運転時は、低負荷燃焼用の火炎によって安定した燃焼状態を維持でき、高負荷運転時は、高負荷燃焼用の火炎によって安定した燃焼状態を維持できることをさらに知見した。これにより、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、幅広いターンダウンを確保することができ、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になることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、以下の態様を包含する。
即ち、本発明は、以下の態様を包含する。
【0012】
［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。
［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上記［１］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［２］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［３］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［２］～［４］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［１］～［５］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［６］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［７］に記載の高温ガス発生装置。
［９］ 前記燃料ガスは、低位発熱量が２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下であることを特徴とする上記［１］～［８］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［１］～［９］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［１］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［２］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［３］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［２］～［４］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［１］～［５］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［６］に記載の高温ガス発生装置。
［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上記［７］に記載の高温ガス発生装置。
［９］ 前記燃料ガスは、低位発熱量が２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下であることを特徴とする上記［１］～［８］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
［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上記［１］～［９］の何れかに記載の高温ガス発生装置。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る高温ガス発生装置によれば、上記のように、燃焼室の底部におけるバーナの中心軸上に開口した第１支燃性ガス噴出口と、平面視で第１支燃性ガス噴出口を取り囲むように配置された第１燃料ガス噴出口と、平面視で第１燃料ガス噴出口を取り囲むように配置された第２燃料ガス噴出口と、燃焼室の側壁に配置された第２支燃性ガス噴出口と、を備え、第２支燃性ガス噴出口が、第２支燃性ガスを、バーナの中心軸に沿った旋回流を有するように噴出する構成を採用している。
このように、第１支燃性ガス噴出口、第１燃料ガス噴出口、第２燃料ガス噴出口、及び、第２支燃性ガスを旋回流で噴出させる第２支燃性ガス噴出口を配置することで、バーナの中心軸付近に低負荷燃焼用の火炎を形成させ、その外側に高負荷燃焼用の火炎を形成させることができる。これにより、低負荷運転時は、中心軸付近に形成させた低負荷燃焼用の火炎によって安定した燃焼状態を維持でき、高負荷運転時は、低負荷燃焼用の火炎よりも外側に形成させた高負荷燃焼用の火炎によって安定した燃焼状態を維持できる。
従って、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、幅広いターンダウンを確保することができ、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になる。
このように、第１支燃性ガス噴出口、第１燃料ガス噴出口、第２燃料ガス噴出口、及び、第２支燃性ガスを旋回流で噴出させる第２支燃性ガス噴出口を配置することで、バーナの中心軸付近に低負荷燃焼用の火炎を形成させ、その外側に高負荷燃焼用の火炎を形成させることができる。これにより、低負荷運転時は、中心軸付近に形成させた低負荷燃焼用の火炎によって安定した燃焼状態を維持でき、高負荷運転時は、低負荷燃焼用の火炎よりも外側に形成させた高負荷燃焼用の火炎によって安定した燃焼状態を維持できる。
従って、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、幅広いターンダウンを確保することができ、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になる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】本発明の第１実施形態である高温ガス発生装置の構成を模式的に説明する図であり、高温ガス発生装置の内部構造を示すとともに、第１燃料ガス、第２燃料ガス、第１支燃性ガス、第２支燃性ガス、第１被予熱ガス及び第２被予熱ガスの各々の流れを、形成される火炎とともに示す、高温ガス発生装置の軸方向に沿った断面図である。
【図4】本発明の第２実施形態である高温ガス発生装置の構成を模式的に説明する図であり、高温ガス発生装置の内部構造を示すとともに、第１燃料ガス、第２燃料ガス、第１支燃性ガス、第２支燃性ガス、第１被予熱ガス及び第２被予熱ガスの各々の流れを、形成される火炎とともに示す、高温ガス発生装置の軸方向に沿った断面図である。
【図5】本発明の第３実施形態である高温ガス発生装置の構成を模式的に説明する図であり、高温ガス発生装置の内部構造を示すとともに、第１燃料ガス、第２燃料ガス、第１支燃性ガス、第２支燃性ガス、第１被予熱ガス及び第２被予熱ガスの各々の流れを、形成される火炎とともに示す、高温ガス発生装置の軸方向に沿った断面図である。
【図6】本発明の第４実施形態である高温ガス発生装置の構成を模式的に説明する図であり、高温ガス発生装置に備えられるバーナの要部を示すとともに、第１燃料ガス、第２燃料ガス、第１支燃性ガス、第２支燃性ガス、第３支燃性ガス、及び第１被予熱ガスの各々の流れを、形成される火炎とともに示す、高温ガス発生装置の軸方向に沿った断面図である。
【図7】本発明の第５実施形態である高温ガス発生装置の構成を模式的に説明する図であり、高温ガス発生装置に備えられるバーナの要部を示すとともに、第１燃料ガス、第２燃料ガス、第３燃料ガス、第１支燃性ガス、第２支燃性ガス、第３支燃性ガス、及び第１被予熱ガスの各々の流れを、形成される火炎とともに示す、高温ガス発生装置の軸方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明を適用した一実施形態である高温ガス発生装置について、図１Ａ及び図１Ｂ～図７を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0016】
＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態である高温ガス発生装置の構成について詳細に説明する。
図１Ａは、本実施形態の高温ガス発生装置１の内部構造を示すとともに、燃料ガスである第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、支燃性ガスである第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２、並びに、被予熱ガスである１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２の各々の流れを、形成される火炎Ｆの旋回流とともに示す、高温ガス発生装置１の軸方向に沿った断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示した高温ガス発生装置１に備えられるバーナ１０の要部を示す断面図である。図２は、図１Ａ中に示した高温ガス発生装置１のＡ－Ａ断面図である。図３Ａは、図１Ａ中に示した高温ガス発生装置１の第２燃料ガス噴出口１３ａに設けられる旋回羽根４０を拡大して示す断面図であり、図３Ｂは、旋回羽根４０を拡大して示す側面図、図３Ｃは、旋回羽根４０を拡大して示す平面図である。
以下に、本発明の第１実施形態である高温ガス発生装置の構成について詳細に説明する。
図１Ａは、本実施形態の高温ガス発生装置１の内部構造を示すとともに、燃料ガスである第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、支燃性ガスである第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２、並びに、被予熱ガスである１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２の各々の流れを、形成される火炎Ｆの旋回流とともに示す、高温ガス発生装置１の軸方向に沿った断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示した高温ガス発生装置１に備えられるバーナ１０の要部を示す断面図である。図２は、図１Ａ中に示した高温ガス発生装置１のＡ－Ａ断面図である。図３Ａは、図１Ａ中に示した高温ガス発生装置１の第２燃料ガス噴出口１３ａに設けられる旋回羽根４０を拡大して示す断面図であり、図３Ｂは、旋回羽根４０を拡大して示す側面図、図３Ｃは、旋回羽根４０を拡大して示す平面図である。
【0017】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態の高温ガス発生装置１は、燃料ガスである第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２と、支燃性ガスである第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガス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Ｇ３を生成させるバーナ１０を備える。
【0018】
また、高温ガス発生装置１は、バーナ１０の燃焼室１６側に一端２１が接続されるとともに、燃焼室１６と連通する加熱室２３を内部に有した円筒形状とされ、加熱室２３内に火炎Ｆを形成させながら１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２を供給することで、高温燃焼ガスＧ３と被予熱ガスとを混合して高温ガスＧ５を生成させ、燃焼室１６と反対側の他端２２に配置された排出口２５から高温ガスＧ５を排出する高温ガス発生炉２０を備える。
そして、本実施形態の高温ガス発生装置１は、バーナ１０に備えられる第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を形成させるものである。
そして、本実施形態の高温ガス発生装置１は、バーナ１０に備えられる第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を形成させるものである。
【0019】
より詳細には、本実施形態で説明する例の高温ガス発生装置１は、バーナ１０の燃焼室１６が、火炎Ｆの形成方向における先端１１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、燃焼室１６の底部１６ａに、中心軸Ｊに、第１支燃性ガスＧ２１を中心軸Ｊに沿った方向で噴出する第１支燃性ガス噴出口１４ａが開口している。また、燃焼室１６の底部１６ａには、平面視で第１支燃性ガス噴出口１４ａを取り囲むように配置され、第１燃料ガスＧ１１を第１支燃性ガスＧ２１と平行な方向で噴出する第１燃料ガス噴出口１２ａと、平面視で第１燃料ガス噴出口１２ａを取り囲むように配置され、第２燃料ガスＧ１２を第１支燃性ガスＧ２１及び第１燃料ガスＧ１１と平行な方向で噴出する第２燃料ガス噴出口１３ａと、が開口している。さらに、燃焼室１６の側壁１６ｂには、第２燃料ガスＧ１２に向けて第２支燃性ガスＧ２２を噴出する第２支燃性ガス噴出口１５ａが開口して配置されている。そして、図１Ａ及び図１Ｂ中に示すように、本実施形態の高温ガス発生装置１に備えられるバーナ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ものである。
【0020】
また、図示例の高温ガス発生装置１は、さらに、バーナ１０を冷却するための冷却ジャケット３０を備える。
【0021】
なお、本明細書においては、高温ガス発生装置１における中心軸Ｊに関し、高温ガス発生装置１を構成するバーナ１０及び高温ガス発生炉２０における中心軸の他、各ガスの旋回流等の中心軸に対しても同じ符号（Ｊ）を付与して説明する。
【0022】
本実施形態の高温ガス発生装置１は、上記構成を有し、所謂直接燃焼方式により、高温燃焼ガスＧ３と被予熱ガスとを高温ガス発生炉２０内で直接混合することで、例えば、２００～１７００℃の高温ガスＧ５を生成する装置である。
高温ガス発生装置１で生成される高温ガスＧ５は、例えば、鉄、非鉄等の製錬や、セラミックス焼成のプロセス等における雰囲気形成に利用されるものである。具体的には、高温ガスＧ５は、例えば、高炉の炉頂ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（Ｃｏｋｅｓ Ｏｖｅｎ Ｇａｓ；ＣＯＧ）、天然ガス、水素ガス（Ｈ２）、一酸化炭素ガス（ＣＯ）、還元性ガス、並びにそれらの混合ガス等の可燃性成分を含むガス、あるいは、酸素、酸素富化空気、空気、又は不活性ガスを、バーナ１０で生成された高温燃焼ガスＧ３と直接混合して得られるものである。
高温ガス発生装置１で生成される高温ガスＧ５は、例えば、鉄、非鉄等の製錬や、セラミックス焼成のプロセス等における雰囲気形成に利用されるものである。具体的には、高温ガスＧ５は、例えば、高炉の炉頂ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（Ｃｏｋｅｓ Ｏｖｅｎ Ｇａｓ；ＣＯＧ）、天然ガス、水素ガス（Ｈ２）、一酸化炭素ガス（ＣＯ）、還元性ガス、並びにそれらの混合ガス等の可燃性成分を含むガス、あるいは、酸素、酸素富化空気、空気、又は不活性ガスを、バーナ１０で生成された高温燃焼ガスＧ３と直接混合して得られるものである。
【0023】
本実施形態の高温ガス発生装置１は、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２として、低い発熱量の可燃性ガスを用いることが出来るものであり、例えば、低位発熱量が２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以下である燃料ガスを用いることができる。このような、燃料ガスとしては、例えば、天然ガスの他、燃料として、可燃性であること、及び水に不溶であること等の条件を満たすものを含むガスが挙げられる。
本実施形態の高温ガス発生装置１は、発熱量の低い燃料ガスを用いた場合であっても、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることができるものである。
本実施形態の高温ガス発生装置１は、発熱量の低い燃料ガスを用いた場合であっても、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることができるものである。
【0024】
ここで、本発明において説明する「低位発熱量」とは、熱量計で測定された高位発熱量から、水蒸気の凝縮潜熱に水蒸気量を乗じた値を差し引いたものであり、例えば、次式［（低位発熱量）＝（高位発熱量）－（水蒸気の凝縮潜熱）×（水蒸気量）］で算出することができる（再公表特許ＷＯ２０１４／１４８５３６の段落００８７を参照）。
また、発熱量の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ２３０１：２０１１「燃料ガス及び天然ガス－分析・試験方法」で規定されており、例えば、「８．２ 計算によって求める方法（ガスクロマトグラフ法）」に規定された方法で、計算によって求めることができる。
また、発熱量の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ２３０１：２０１１「燃料ガス及び天然ガス－分析・試験方法」で規定されており、例えば、「８．２ 計算によって求める方法（ガスクロマトグラフ法）」に規定された方法で、計算によって求めることができる。
【0025】
また、本実施形態で説明する第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２としては、例えば、酸素富化空気、又は、酸素等が挙げられる。
また、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２としては、例えば、窒素ガス（Ｎ２）等が挙げられる。
また、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２としては、例えば、窒素ガス（Ｎ２）等が挙げられる。
【0026】
バーナ１０は、火炎Ｆを形成する燃焼室１６と、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａと、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第２支燃性ガス噴出口１５ａと、を備える。
【0027】
燃焼室１６は、図示例においては、先端１１側が拡径するように開口し、有底円錐形状に形成された凹部とされ、縦断面で略台形状とされる。バーナ１０は、上述したように、この燃焼室１６内において火炎Ｆを発生させることで、バーナ１０の下流側、即ち、高温ガス発生炉２０に向けて高温燃焼ガスＧ３を生成する。
【0028】
燃焼室１６の内部には、上述したように、第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ、第２燃料ガス噴出口１３ａ、及び第２支燃性ガス噴出口１５ａが開口し、燃焼室１６内において、第１燃料ガス噴出口１２ａから噴出する第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガス噴出口１３ａから噴出する第２燃料ガスＧ１２と、第１支燃性ガス噴出口１４ａから噴出する第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガス噴出口１５ａから噴出する第２支燃性ガスＧ２２とで火炎Ｆが形成される。
【0029】
第１支燃性ガス供給路１４は、バーナ１０の中心軸Ｊ上に配置されており、図１Ａ及び図１Ｂに示す例においては、詳細を後述する第１燃料ガス供給路１２に取り囲まれるように、この第１燃料ガス供給路１２と同軸で配置される。また、第１支燃性ガス供給路１４は、燃焼室１６の底部１６ａに開口した第１支燃性ガス噴出口１４ａから燃焼室１６内に向けて、バーナ１０の軸方向で第１支燃性ガスＧ２１を噴出するように設けられる。
第１支燃性ガス噴出口１４ａは、燃焼室１６内に開口していれば、その平面視形状等は特に限定されず、任意に設計することが可能である。
第１支燃性ガス噴出口１４ａは、燃焼室１６内に開口していれば、その平面視形状等は特に限定されず、任意に設計することが可能である。
【0030】
第１燃料ガス供給路１２は、図示例では、燃焼室１６の底部１６ａにおいて中心軸Ｊよりも外側の位置に開口した第１燃料ガス噴出口１２ａから、バーナ１０の軸方向で第１燃料ガスＧ１１を噴出する。上述したように、図１Ａ及び図１Ｂに示す例においては、第１燃料ガス供給路１２が第１支燃性ガス供給路１４を取り囲むように配置されている。
第１燃料ガス供給路１２は、例えば、図示略の燃料流路管や燃料制御部を介して第１燃料ガスＧ１１が充填されたタンク等に接続されることで、この第１燃料ガスＧ１１を、第１燃料ガス噴出口１２ａから燃焼室１６内に向けて噴出する。
第１燃料ガス供給路１２は、例えば、図示略の燃料流路管や燃料制御部を介して第１燃料ガスＧ１１が充填されたタンク等に接続されることで、この第１燃料ガスＧ１１を、第１燃料ガス噴出口１２ａから燃焼室１６内に向けて噴出する。
【0031】
第１燃料ガス噴出口１２ａは、詳細な図示は省略するが、例えば、燃焼室１６の底部１６ａにおける、中心軸Ｊを中心とした円周上において、中心軸Ｊ上に配置された第１支燃性ガス噴出口１４ａを取り囲むように、複数且つ均等間隔で配置される。
なお、複数の第１燃料ガス噴出口１２ａは、燃焼室１６の底部１６ａに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
なお、複数の第１燃料ガス噴出口１２ａは、燃焼室１６の底部１６ａに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
【0032】
第２燃料ガス供給路１３は、図示例では、燃焼室１６の底部１６ａにおいて、上記の第１燃料ガス噴出口１２ａよりも外側の位置に開口した第２燃料ガス噴出口１３ａから、バーナ１０の軸方向で第２燃料ガスＧ１２を噴出する。第２燃料ガス供給路１３は、上記の第１燃料ガス供給路１２と同様、例えば、図示略の燃料流路管や燃料制御部を介して第２燃料ガスＧ１２が充填されたタンク等に接続されることで、この第２燃料ガスＧ１２を、第２燃料ガス噴出口１３ａから燃焼室１６内に向けて噴出する。
【0033】
第２燃料ガス噴出口１３ａは、詳細な図示は省略するが、例えば、燃焼室１６の底部１６ａにおける、中心軸Ｊを中心とした円周上において、上記の第１燃料ガス噴出口１２ａを取り囲むように、複数且つ均等間隔で配置される。
また、複数の第２燃料ガス噴出口１３ａは、複数の第１燃料ガス噴出口１２ａと同様、燃焼室１６の底部１６ａに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
また、複数の第２燃料ガス噴出口１３ａは、複数の第１燃料ガス噴出口１２ａと同様、燃焼室１６の底部１６ａに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
【0034】
第２支燃性ガス供給路１５は、図示例では、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口した第２支燃性ガス噴出口１５ａから、燃焼室１６の側壁の接線方向に第２支燃性ガスＧ２２を噴出する。より具体的には、第２支燃性ガス噴出口１５ａは、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。
【0035】
第２支燃性ガス噴出口１５ａは、詳細な図示は省略するが、例えば、燃焼室１６の側壁１６ｂにおいて、中心軸Ｊを中心とした円周上で、第１燃料ガス噴出口１２ａを平面視で外側から囲むように、複数で均等間隔にて配置される。
また、複数の第２支燃性ガス噴出口１５ａも、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
なお、上記の複数の第２支燃性ガス噴出口１５ａは、詳細な図示は省略するが、中心軸Ｊを中心とした円周上で１列に配置された構成を採用できるが、これには限定されない。複数の第２支燃性ガス噴出口１５ａは、例えば、中心軸Ｊに対して直交する方向で異なる位置に、中心軸Ｊを中心とした円周上で２列以上配置されてもよい。
また、複数の第２支燃性ガス噴出口１５ａも、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
なお、上記の複数の第２支燃性ガス噴出口１５ａは、詳細な図示は省略するが、中心軸Ｊを中心とした円周上で１列に配置された構成を採用できるが、これには限定されない。複数の第２支燃性ガス噴出口１５ａは、例えば、中心軸Ｊに対して直交する方向で異なる位置に、中心軸Ｊを中心とした円周上で２列以上配置されてもよい。
【0036】
図１Ａ及び図１Ｂに示す例の高温ガス発生装置１に備えられるバーナ１０は、第１燃料ガス噴出口１２ａに、第１燃料ガスＧ１１を旋回流として噴出するための旋回羽根４１が配置されているとともに、第２燃料ガス噴出口１３ａに、第２燃料ガスＧ１２を旋回流として噴出するための旋回羽根４０が配置されている。
旋回羽根４０は、図１Ａ及び図１Ｂ中では詳細な構造を省略しているが、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように（図１Ａ及び図１Ｂも参照）、第２燃料ガス噴出口１３ａ及び第２燃料ガス供給路１３の内部において、第２燃料ガス噴出口１３ａの中心軸、即ち、バーナ１０の中心軸Ｊに対して傾斜するように、第２燃料ガス供給路１３の内管外周面に配置されている。なお、図３Ａ～図３Ｂにおいては、図示の都合上、第１燃料ガス供給路１２の長さ方向における一部を省略して示している。
旋回羽根４１は、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第１燃料ガス供給路１２の内部において、第１燃料ガス噴出口１２ａの中心軸、即ち、バーナ１０の中心軸Ｊに対して傾斜するように、第１燃料ガス供給路１２の内管外周面に配置されている。なお、旋回羽根４１は、設置される供給路の位置等を除き、図３Ａ～図３Ｃに示した旋回羽根４０と同様の構造を有するものなので、詳細な図示は省略し、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示した旋回羽根４０とともに参照しながら説明する（図１Ａ及び図１Ｂも参照）。
旋回羽根４０は、図１Ａ及び図１Ｂ中では詳細な構造を省略しているが、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように（図１Ａ及び図１Ｂも参照）、第２燃料ガス噴出口１３ａ及び第２燃料ガス供給路１３の内部において、第２燃料ガス噴出口１３ａの中心軸、即ち、バーナ１０の中心軸Ｊに対して傾斜するように、第２燃料ガス供給路１３の内管外周面に配置されている。なお、図３Ａ～図３Ｂにおいては、図示の都合上、第１燃料ガス供給路１２の長さ方向における一部を省略して示している。
旋回羽根４１は、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第１燃料ガス供給路１２の内部において、第１燃料ガス噴出口１２ａの中心軸、即ち、バーナ１０の中心軸Ｊに対して傾斜するように、第１燃料ガス供給路１２の内管外周面に配置されている。なお、旋回羽根４１は、設置される供給路の位置等を除き、図３Ａ～図３Ｃに示した旋回羽根４０と同様の構造を有するものなので、詳細な図示は省略し、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示した旋回羽根４０とともに参照しながら説明する（図１Ａ及び図１Ｂも参照）。
【0037】
旋回羽根４０及び旋回羽根４１としては、例えば、回転することなく、第２燃料ガス供給路１３の内管側、もしくは、第１燃料ガス供給路１２の内管側に固定された構成を採用できる。
【0038】
また、図３Ｂ及び図３Ｃに示す例では、４枚の旋回羽根４０が、第２燃料ガス供給路１３の内管外周面において、円周方向で等間隔に配置され、旋回羽根４０の径方向における最外部が、第２燃料ガス供給路１３の外管内面に当接又は近接する。また、図示は省略するが、旋回羽根４１も、旋回羽根４０の場合と同様、４枚の旋回羽根４１が、第１燃料ガス供給路１２の内管外周面において、円周方向で等間隔に配置され、旋回羽根４１の径方向における最外部が、第１燃料ガス供給路１２の外管内面に当接又は近接する。
【0039】
旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は、特に限定されないが、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２に旋回流を効果的に付与する観点から、例えば、４０～６０°の範囲の角度とすることがより好ましい。
ここで、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２の流量及び噴出速度から第１燃料ガス供給路１２及び第２燃料ガス供給路１３の外径及び内径を決定し、後述する式（１）で表されるスワール数を設定することで、下記式（１）から求めることができる。例えば、スワール数が０．６５である場合には、下記式（１）から得られる、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は４０°となり、スワール数が１．４である場合には、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は６０°となる。
ここで、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２の流量及び噴出速度から第１燃料ガス供給路１２及び第２燃料ガス供給路１３の外径及び内径を決定し、後述する式（１）で表されるスワール数を設定することで、下記式（１）から求めることができる。例えば、スワール数が０．６５である場合には、下記式（１）から得られる、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は４０°となり、スワール数が１．４である場合には、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度は６０°となる。
【0040】
なお、図示例では、旋回羽根４０を４箇所に設けた例を挙げているが、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の設置数は特に限定されず、第１燃料ガス供給路１２又は第２燃料ガス供給路１３内の５箇所以上に設けられていてもよいし、４箇所未満に設けた構成を採用してもかまわない。
また、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度や設置数は、バーナ１０の大きさや、旋回流の強さを勘案しながら適宜変更すればよい。
また、旋回羽根４０及び旋回羽根４１の中心軸Ｊに対する傾斜角度や設置数は、バーナ１０の大きさや、旋回流の強さを勘案しながら適宜変更すればよい。
【0041】
第１燃料ガス供給路１２から供給される第１燃料ガスＧ１１は、旋回羽根４１を通過して第１燃料ガス噴出口１２ａから噴出し、第２燃料ガス供給路１３から供給される第２燃料ガスＧ１２は、旋回羽根４０を通過して第２燃料ガス噴出口１３ａから噴出する。このとき、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２は、旋回羽根４１もしくは旋回羽根４０の傾斜に沿って流れるため、バーナ１０の中心軸Ｊの回りを旋回するように流れながら、燃焼室１６内に噴出する。また、旋回羽根４０及び旋回羽根４１は、第２支燃性ガス噴出口１５ａが発生させる旋回流と同じ方向の旋回流を発生させる。
【0042】
本実施形態においては、第１燃料ガス噴出口１２ａに上記構成の旋回羽根４１を、また、第２燃料ガス噴出口１３ａに上記構成の旋回羽根４０を備えることにより、第１燃料ガス噴出口１２ａ又は第２燃料ガス噴出口１３ａにおける、下記式（１）で表されるスワール数が０．６５以上であることがより好ましい。
【0043】
【数1】
【0044】
但し、上記式（１）において、Ｓ：スワール数（－）、ｄ２：第１燃料ガス噴出口１２ａ（第１燃料ガス供給路１２）又は第２燃料ガス噴出口１３ａ（第２燃料ガス供給路１３）の外管内径、ｄ５：第１燃料ガス噴出口１２ａ（第１燃料ガス供給路１２）又は第２燃料ガス噴出口１３ａ（第２燃料ガス供給路１３）の内管外径、α：旋回羽根４１又は旋回羽根４０の中心軸Ｊに対する傾斜角度（°）である。
【0045】
一般に、旋回流の特性、即ち旋回強度は、上記式（１）で定義されるスワール数（Ｓ）によって表され、このスワール数（Ｓ）の値が大きくなるほど強い旋回流となり、スワール数が０．６５以上であることで強力な旋回流が得られる（例えば、特開２００４－１０８６５６号公報の段落００２５－００２６を参照）。
【0046】
バーナ１０は、第２燃料ガス噴出口１３ａに上記構成の旋回羽根４０を配置し、さらに、第１燃料ガス噴出口１２ａに旋回羽根４１を配置した場合には、第２燃料ガス噴出口１３ａから噴出される第２燃料ガスＧ１２に旋回流が生じ、また、第１燃料ガス噴出口１２ａから噴出される第１燃料ガスＧ１１にも旋回流が生じる。さらに、第２支燃性ガス噴出口１５ａから噴出される第２支燃性ガスＧ２２が、第２燃料ガスＧ１２及び第１燃料ガスＧ１１に向けて、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により、旋回流の中心軸の近傍に逆流域が形成される。これにより、燃焼室１６内で形成される火炎Ｆ、具体的には高負荷燃焼用火炎ＦＢが旋回流を有するとともに、旋回流の中心軸、即ち、バーナ１０の中心軸Ｊの近傍に逆流域を有するものとなる。
【0047】
さらに、バーナ１０は、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２に旋回流を生じさせるとともに、第２支燃性ガスＧ２２が、第２燃料ガスＧ１２及び第１燃料ガスＧ１１に向けて、これら第２燃料ガスＧ１２及び第１燃料ガスＧ１１の旋回流に対する接線方向で噴出させることで、旋回流の中心軸の近傍に逆流域を形成することができる。これにより、上記同様、燃焼室１６内で形成される高負荷燃焼用火炎ＦＢが旋回流を有するとともに、旋回流の中心軸の近傍に逆流域を有するものとなる。
【0048】
高温ガス発生炉２０は、上述したように、加熱室２３内に火炎Ｆを形成させながら１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２を供給することで、高温燃焼ガスＧ３と各被予熱ガスＧ４１，Ｇ４２とを混合して高温ガスＧ５を生成させ、燃焼室１６と反対側の他端２２に配置された排出口２５から高温ガスＧ５を排出する。
【0049】
上述したように、高温ガス発生炉２０は、バーナ１０の下流側である先端１１側に一端２１が接続されるとともに、バーナ１０の燃焼室１６と連通する加熱室２３を内部に有した、概略円筒形状に構成されている。即ち、加熱室２３には、バーナ１０の燃焼室１６で形成された火炎Ｆが、下流側である他端２２側に向かって広がるように形成される。
【0050】
加熱室２３の内部には、被予熱ガスとして１次被予熱ガスＧ４１を供給する１次被予熱ガス噴出口２６ａ、及び、被予熱ガスとして２次被予熱ガスＧ４２を供給する２次被予熱ガス噴出口２７ａが開口している。
【0051】
１次被予熱ガス噴出口２６ａは、高温ガス発生炉２０の一端２１側における、バーナ１０の外周側から加熱室２３の内部に向けて１次被予熱ガスＧ４１を噴出する位置で配置されている。即ち、１次被予熱ガス噴出口２６ａは、例えば、平面視で環状のスリット形状に構成され、バーナ１０の外側を取り囲むように環状に構成された１次被予熱ガス供給路２６を介して、加熱室２３の内部に１次被予熱ガスＧ４１を均一に噴出・供給する。
なお、１次被予熱ガス噴出口２６ａは、上記のように、バーナ１０の周囲から加熱室２３の内部に開口するように配置されていれば、その配置間隔や形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。例えば、１次被予熱ガス噴出口２６ａを複数の噴出口から構成し、これら各噴出口がバーナ１０の外側を取り囲むように環状に配置された構成を採用することも可能である。
なお、１次被予熱ガス噴出口２６ａは、上記のように、バーナ１０の周囲から加熱室２３の内部に開口するように配置されていれば、その配置間隔や形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。例えば、１次被予熱ガス噴出口２６ａを複数の噴出口から構成し、これら各噴出口がバーナ１０の外側を取り囲むように環状に配置された構成を採用することも可能である。
【0052】
２次被予熱ガス噴出口２７ａは、加熱室２３の内側面における少なくとも３箇所以上で、高温ガス発生炉２０の中心軸Ｊに向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出する位置で同心円上（同一断面上）に配置されている。即ち、２次被予熱ガス噴出口２７ａは、図１Ａ中に示したように、２次被予熱ガスＧ４２同士を高温ガス発生炉２０の中心軸の近傍で衝突させることで、一端２１に接続されたバーナ１０側から、他端２２に配置された排出口２５側に向かうように気流を形成する。
なお、複数の２次被予熱ガス噴出口２７ａも、上記のように、加熱室２３の内側面に３箇所以上で、開口するように配置されていれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
なお、複数の２次被予熱ガス噴出口２７ａも、上記のように、加熱室２３の内側面に３箇所以上で、開口するように配置されていれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
【0053】
排出口２５は、上述したように、加熱室２３で生成された高温ガスＧ５を外部に排出するものであり、図示例は、加熱室２３に連通するとともに、その炉内壁から高温ガス発生炉２０の外部に向けて筒状に突出するように構成されている。
【0054】
上記構成により、高温ガス発生炉２０は、バーナ１０によって形成された、旋回流を有し、且つ、旋回流の中心軸の近傍に逆流域（循環流）を有する火炎Ｆが、２次被予熱ガスＧ４２と衝突することで、高温燃焼ガスＧ３の流れに澱みが生じる。これにより、高温燃焼ガスＧ３と、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２との反応時間が長くなって燃焼が促進されるとともに、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２との混合が促進される。
【0055】
なお、２次被予熱ガス噴出口２７ａは、加熱室２３の内側面における少なくとも３箇所以上で設けられていればよいが、４箇所以上で設けられていることが、加熱室２３内に噴出される２次被予熱ガスＧ４２に対称性をもたせる観点から、より好ましい。
【0056】
また、加熱室２３を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、高アルミナ質キャスタブル等の耐火物が挙げられるが、長寿命化の観点からは、耐火温度が１６００℃以上程度の耐火物を用いることが好ましい。
【0057】
また、加熱室２３の寸法としても、特に限定されるものではないが、例えば、図１Ａ中に示したような、火炎Ｆ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の範囲であることが好ましい。上記の比［Ｌ１／Ｄ］が１以上であることで、加熱室２３内における高温燃焼ガスＧ３と２次被予熱ガスＧ４２との混合を十分に行うことができ、排出口２５から排出される高温ガスＧ５が均一で高い温度となる。また、上記の比［Ｌ１／Ｄ］が３以下であることで、火炎Ｆによって加熱室２３の炉壁が溶損するのを防止できるので、高温ガスＧ５の温度が安定するとともに、高温ガス発生炉２０の高寿命化を図ることが可能になる。
【0058】
また、加熱室２３は、バーナ１０と接続される一端２１から、２次被予熱ガス噴出口２７ａの中心線までの距離Ｌ２と、炉内径Ｄとの比［Ｌ２／Ｄ］が０．７～２．１の範囲であることがより好ましい。上記の比［Ｌ２／Ｄ］が０．７以上であることで、２次被予熱ガスＧ４２のバーナ１０側への流れの影響が大きくなりすぎるのが抑制されるので、バーナ１０の良好な燃焼状態を維持でき、残存酸素濃度を低く抑制することが可能になる。また、上記の比［Ｌ２／Ｄ］が２．１以下であることで、燃焼ガスと２次被予熱ガスＧ４２との混合が十分に促進されるので、加熱室２３の炉内温度並びに炉壁温度が高くなりすぎるのを抑制できる。
また、上記と同様の理由から、上記の距離Ｌ２は、上記の炉内長Ｌ１に対して０．５～０．９の割合であることがより好ましい。
また、上記と同様の理由から、上記の距離Ｌ２は、上記の炉内長Ｌ１に対して０．５～０．９の割合であることがより好ましい。
【0059】
冷却ジャケット３０は、バーナ１０を冷却するためのものであり、図示例においては円筒状に構成され、第２支燃性ガス供給路１５を構成する流路管の外側を、環状空間を介して覆う二重管構造とされている。そして、この環状空間は、冷却水Ｗが通水される冷却水流路３０ａとされており、冷却水Ｗの通水によってバーナ１０を冷却可能に構成されている。
【0060】
図示例の冷却ジャケット３０は、入口３０ｂから冷却水Ｗが通水され、この冷却水Ｗが冷却水流路３０ａを通過して出口３０ｃから排出される。本実施形態の高温ガス発生装置１においては、冷却水Ｗが冷却水流路３０ａを通過する際に、バーナ１０を冷却する。
冷却ジャケット３０は、火炎による高温雰囲気や輻射熱からバーナ１０の各構成部品を保護するとともに、燃焼室１６内における過渡な加熱を抑制する。
冷却ジャケット３０は、火炎による高温雰囲気や輻射熱からバーナ１０の各構成部品を保護するとともに、燃焼室１６内における過渡な加熱を抑制する。
【0061】
上記の構成を備える本実施形態の高温ガス発生装置１によって得られる作用・効果について、以下に説明する。
本実施形態の高温ガス発生装置１によれば、上記構成により、まず、有底円錐形状とされた燃焼室１６の底部１６ａにおける中心軸Ｊ上から第１支燃性ガスＧ２１を直進流で噴出させるとともに、その周囲から、低負荷燃焼用の第１燃料ガスＧ１１を噴出させる（低負荷燃焼時）。さらに、第１燃料ガスＧ１１の周囲から、高負荷燃焼用の第２燃料ガスＧ１２を旋回流で噴出させるとともに、燃焼室１６の側壁１６ｂから、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させる（高負荷燃焼時）。このような各ガスの噴出形態を採用することにより、バーナ１０の中心軸Ｊ付近に低負荷燃焼用火炎ＦＡ（火炎Ｆ）を生じさせ、その外側に高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることができる。即ち、本実施形態の高温ガス発生装置１に備えられるバーナ１０は、主に第１支燃性ガスＧ２１と第１燃料ガスＧ１１とを燃焼させることで低負荷燃焼用火炎ＦＡを形成させ、また、主に第２支燃性ガスＧ２２と第２燃料ガスＧ１２とを燃焼させることで高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることにより、２種類の火炎を形成させる。
本実施形態の高温ガス発生装置１によれば、上記構成により、まず、有底円錐形状とされた燃焼室１６の底部１６ａにおける中心軸Ｊ上から第１支燃性ガスＧ２１を直進流で噴出させるとともに、その周囲から、低負荷燃焼用の第１燃料ガスＧ１１を噴出させる（低負荷燃焼時）。さらに、第１燃料ガスＧ１１の周囲から、高負荷燃焼用の第２燃料ガスＧ１２を旋回流で噴出させるとともに、燃焼室１６の側壁１６ｂから、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させる（高負荷燃焼時）。このような各ガスの噴出形態を採用することにより、バーナ１０の中心軸Ｊ付近に低負荷燃焼用火炎ＦＡ（火炎Ｆ）を生じさせ、その外側に高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることができる。即ち、本実施形態の高温ガス発生装置１に備えられるバーナ１０は、主に第１支燃性ガスＧ２１と第１燃料ガスＧ１１とを燃焼させることで低負荷燃焼用火炎ＦＡを形成させ、また、主に第２支燃性ガスＧ２２と第２燃料ガスＧ１２とを燃焼させることで高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることにより、２種類の火炎を形成させる。
【0062】
上記のように、低負荷燃焼用火炎ＦＡ、及び、高負荷燃焼用火炎ＦＢの２種類の火炎Ｆを形成させることにより、低負荷運転時は、低負荷燃焼用火炎ＦＡによって安定した燃焼状態を維持することができ、高負荷運転時は、高負荷燃焼用火炎ＦＢによって安定した燃焼状態を維持できる。これにより、未燃の支燃性ガス（第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２）、及び、未燃の燃料ガス（第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２）が、後述する高温燃焼ガスＧ３中に残存するのを抑制できるので、高温ガスＧ５を安定して発生させることが可能となる。
【0063】
また、本実施形態によれば、上記のような、低負荷燃焼用火炎ＦＡ及び高負荷燃焼用火炎ＦＢの２種類からなる火炎Ｆを形成させることにより、バーナ１０における低負荷運転時の燃料噴出速度を、高負荷運転時と同等の４０ｍ／ｓ以上に設定することが可能となる。これにより、高温ガス発生装置１を低負荷運転する場合であっても、バーナ１０における第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａ、並びにその近傍に、燃料ガスに由来するカーボンが付着するのを防止できる。従って、低負荷運転時においても、バーナ１０における安定した燃焼状態を維持できる。
【0064】
さらに、本実施形態によれば、上記のような、低負荷燃焼用火炎ＦＡ及び高負荷燃焼用火炎ＦＢの２種類からなる火炎Ｆを形成させることにより、低負荷燃焼用火炎ＦＡがバーナ１０における着火源として機能する。これにより、より発熱量の低い燃料を第１燃料ガスＧ１１又は第２燃料ガスＧ１２に用いた場合でも、安定した燃焼で火炎Ｆを形成できる。
【0065】
より具体的に説明すると、本実施形態の高温ガス発生装置１は、まず、バーナ１０の中心軸Ｊ上から第１支燃性ガスＧ２１を噴出する構成により、第１燃料ガスＧ１１の循環によって燃焼の促進が図られ、より安定した低負荷燃焼用火炎ＦＡが形成される。また、火炎Ｆが、上述した逆流域を有する場合には、燃焼室１６における第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、並びに、第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２の滞留時間が長くなるので、未燃の燃料ガス及び支燃性ガスが残存するのを抑制できる。これにより、仮に、第１燃料ガスＧ１１又は第２燃料ガスＧ１２に発熱量の低いものを用いた場合であっても、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることができるとともに、高温ガス発生炉２０の小型化並びに長寿命化に寄与する。
【0066】
ここで、本実施形態で説明する、主に第１支燃性ガスＧ２１と第１燃料ガスＧ１１とを燃焼させることで形成される低負荷燃焼用火炎ＦＡとは、以下に説明するような特性を有する火炎のことをいう。即ち、本実施形態においては、燃料ガスの噴出口を第１燃料ガス噴出口１２ａと第２燃料ガス噴出口１３ａとに分けた構成を採用している。これにより、低負荷燃焼時は、主として第１燃料ガス噴出口１２ａから第１燃料ガスＧ１１を噴出させることで、低負荷であっても燃料ガスの噴出速度が保たれ、第１燃料ガスＧ１１の旋回流によって第１支燃性ガスＧ２１が巻き込まれることで各ガスの混合が促進され、安定した低負荷燃焼用火炎ＦＡが形成される。このような低負荷燃焼用火炎ＦＡは、上述したように、高温ガス発生装置１（バーナ１０）を低負荷で運転する場合に、安定した燃焼状態を維持することができる作用が得られるものである。
【0067】
一方、本実施形態で説明する、主に第２支燃性ガスＧ２２と第２燃料ガスＧ１２とを燃焼させることで形成される高負荷燃焼用火炎ＦＢとは、以下に説明するような特性を有する火炎のことをいう。即ち、本実施形態においては、高負荷燃焼時には、第１燃料ガス噴出口１２ａから噴出する第１燃料ガスＧ１１に加えて、第２燃料ガス噴出口１３ａからも第２燃料ガスＧ１２を噴出させることで、燃料ガスの噴出速度が高速になりすぎずに、火炎の吹き飛びを生じることなく、安定した高負荷燃焼用火炎ＦＢが形成される。このような高負荷燃焼用火炎ＦＢは、上述したように、低負荷燃焼用火炎ＦＡとは異なり、高温ガス発生装置１（バーナ１０）を高負荷で運転する場合に、安定した燃焼状態を維持することができる作用が得られるものである。
【0068】
さらに、本実施形態の高温ガス発生装置１によれば、上記のように、バーナ１０が、火炎Ｆを、旋回流を有するとともに、旋回流の中心軸Ｊの近傍に逆流域（循環流：バーナ１０側に逆流する流れ）を有するように、広がりをもった火炎として形成させた場合には、燃焼ガスの循環によって燃焼の促進が図られ、より安定した火炎Ｆが形成される。また、火炎Ｆが上記の逆流域を有する場合には、火炎Ｆと２次被予熱ガスＧ４２が中心軸Ｊ上で衝突し難くなるため、火炎Ｆの燃焼状態が安定するので、コンパクトな高温ガス発生炉２０であっても、高温燃焼ガスＧ３を効率よく安定して生成できる。さらに、火炎Ｆが逆流域を有することにより、燃焼室１６における第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、並びに、第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２の滞留時間が長くなるので、未燃の燃料ガス及び支燃性ガスが残存するのを抑制することが可能になる。これにより、高温ガス発生炉２０がコンパクトである場合や、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２として発熱量の低いものを用いた場合であっても、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることができるとともに、高温ガス発生炉２０を小型化並びに長寿命化することが可能になる。
【0069】
また、被予熱ガスを、１次被予熱ガスＧ４１と２次被予熱ガスＧ４２とに分け、１次被予熱ガスＧ４１をバーナ１０の周囲に配置した１次被予熱ガス噴出口２６ａから噴出させることにより、加熱室２３の炉壁と、広がった火炎Ｆとの間に１次被予熱ガスＧ４１が流れ、炉壁が高温になるのを抑制できる。特に、本実施形態で説明するバーナ１０のような、有底円錐形状に形成された凹部とされた燃焼室１６を有する場合、形成された火炎Ｆが、高温ガス発生炉２０の加熱室２３内で広がりやすい構成を採用した場合、炉壁温度が上昇するのを抑制し、長寿命化できる効果が得られる。
【0070】
また、２次被予熱ガスＧ４２は、加熱室２３の側面から中心軸Ｊに向けて噴出させ、火炎Ｆと衝突させることにより、加熱室２３の中心軸Ｊ付近で、バーナ１０側に向かう流れ（逆流域）と、排出口２５側に向かう流れとを形成させる。これらのうち、バーナ１０側に向かう２次被予熱ガスＧ４２は、バーナ１０の火炎Ｆによって生成された高温燃焼ガスＧ３に取り込まれ、この高温燃焼ガスＧ３とともに加熱室２３内を循環し、混合が促進される。また、火炎Ｆ中に２次被予熱ガスＧ４２が取り込まれることで火炎Ｆの温度上昇が抑制され、加熱室２３の炉壁温度が上昇するのを抑制できるので、耐火物からなる高温ガス発生炉２０を溶損させることなく高寿命化させることが可能になる。
【0071】
また、本実施形態の高温ガス発生装置１に備えられるバーナ１０によって形成された火炎Ｆは、２次被予熱ガスＧ４２が火炎Ｆの流れを阻害することがないので、安定した燃焼状態を維持することが可能になる。
【0072】
また、本実施形態の高温ガス発生装置１において、さらに、図示例のような冷却ジャケット３０を備えた構成を採用した場合には、以下のような効果が得られる。
即ち、冷却ジャケット３０を備えることにより、例えば、バーナ１０と冷却水Ｗとが直に接触するか、あるいは、バーナ１０と冷却水Ｗとが、他の構造物を介して接することで、バーナ１０を十分に冷却でき、溶損するのを防止できる。また、熱応力によってバーナ１０あるいは高温ガス発生装置１全体の変形や破損が生じるのを防止できるとともに、熱応力が繰り返し印加されることによって疲労破壊が生じるのを最小限に抑制でき、高寿命化を図ることが可能になる。
即ち、冷却ジャケット３０を備えることにより、例えば、バーナ１０と冷却水Ｗとが直に接触するか、あるいは、バーナ１０と冷却水Ｗとが、他の構造物を介して接することで、バーナ１０を十分に冷却でき、溶損するのを防止できる。また、熱応力によってバーナ１０あるいは高温ガス発生装置１全体の変形や破損が生じるのを防止できるとともに、熱応力が繰り返し印加されることによって疲労破壊が生じるのを最小限に抑制でき、高寿命化を図ることが可能になる。
【0073】
本実施形態の高温ガス発生装置１によれば、上記のように、バーナ１０が、燃焼室１６の底部１６ａに、第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ、第２燃料ガス噴出口１３ａが配置され、燃焼室１６の側壁１６ｂに、第２支燃性ガスＧ２２を旋回流で噴出させる第２支燃性ガス噴出口１５ａが配置されていることで、バーナ１０の中心軸Ｊ付近に低負荷燃焼用火炎ＦＡを形成させ、その外側に高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることができる。これにより、低負荷運転時は、中心軸Ｊ付近に形成させた低負荷燃焼用火炎ＦＡによって安定した燃焼状態を維持でき、高負荷運転時は、低負荷燃焼用火炎ＦＡよりも外側に形成させた高負荷燃焼用火炎ＦＢによって安定した燃焼状態を維持できる。従って、未燃の燃料ガスである第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、並びに、未燃の支燃性ガスである第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２が、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２中に残存するのを抑制しながら、幅広いターンダウンを確保することができ、バーナ１０が低負荷で燃焼する場合であっても高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
【0074】
ここで、本明細書において説明する「ターンダウン」とは、バーナの燃焼を制御することが可能な範囲のことであり、一般に、［バーナの定格燃焼量：制御可能な最低燃焼量］の比で表されるものである。例えば、ターンダウンが［４：１］である場合には、バーナの定格燃焼量から、この定格燃焼量の１／４の範囲において、連続して燃焼可能であることを示す。
【0075】
なお、図１Ａ及び図１Ｂ中においては詳細な図示を省略しているが、高温ガス発生装置１のバーナ１０に備えられる第１支燃性ガス供給路１４及び第２支燃性ガス供給路１５には、それぞれ、同一の供給管から支燃性ガス（第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２）を供給する構成としてもよいし、あるいは、別個の供給源から、それぞれ異なる供給管によって供給する構成としても構わない。同様に、第１燃料ガス供給路１２及び第２燃料ガス供給路１３には、それぞれ、同一の供給管から燃料ガス（第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２）を供給する構成としてもよいし、あるいは、別個の供給源から、それぞれ異なる供給管によって供給する構成としても構わない。
【0076】
＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図４を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ａの説明においては、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１と同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
以下に、本発明の第２実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図４を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ａの説明においては、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１と同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
【0077】
図４は、本実施形態の高温ガス発生装置１Ａの内部構造を示すとともに、第１燃料ガスＧ１１、第２燃料ガスＧ１２、第１支燃性ガスＧ２１、第２支燃性ガスＧ２２、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２の各々の流れを、形成される火炎Ｆとともに示す、高温ガス発生装置１Ａの軸方向に沿った断面図である。
【0078】
図４に示すように、本実施形態の高温ガス発生装置１Ａは、バーナ１０が、燃焼室１６と、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａと、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第２支燃性ガス噴出口１５ａとから構成される点で、図１Ａ及び図１Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１と同様である。
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ａは、高温ガス発生炉２０Ａが、加熱室２３の外周を外側から覆うように２次被予熱ガス供給管２９が備えられ、この２次被予熱ガス供給管２９に連通した２次被予熱ガス供給路２７を介して、２次被予熱ガス噴出口２７ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出させる構成とされている点で、第１実施形態の高温ガス発生装置１とは異なる。
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ａは、高温ガス発生炉２０Ａが、加熱室２３の外周を外側から覆うように２次被予熱ガス供給管２９が備えられ、この２次被予熱ガス供給管２９に連通した２次被予熱ガス供給路２７を介して、２次被予熱ガス噴出口２７ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出させる構成とされている点で、第１実施形態の高温ガス発生装置１とは異なる。
【0079】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ａは、第１実施形態の高温ガス発生装置１と同様、バーナ１０の燃焼室１６で形成される火炎Ｆによって高温燃焼ガスＧ３を生成させ、高温燃焼ガスＧ３と、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とを高温ガス発生炉２０Ａで直接混合することで高温ガスＧ５を生成する。
【0080】
２次被予熱ガス供給管２９は、図４に示す例では、加熱室２３の外周を外側から覆うよう円環状に構成され、被予熱ガス導入口２９ａから２次被予熱ガスＧ４２が導入される。そして、２次被予熱ガス供給管２９から２次被予熱ガス供給路２７に２次被予熱ガスＧ４２が流入することで、２次被予熱ガス噴出口２７ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出する構成とされている。
【0081】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ａによれば、図１Ａに示したような第１実施形態の高温ガス発生装置１に対し、さらに、加熱室２３の外周を外側から覆うように２次被予熱ガス供給管２９を有する高温ガス発生炉２０Ａを備えた構成を採用している。これにより、加熱室２３で生じる放散熱によって２次被予熱ガスＧ４２が予熱されるので、この２次被予熱ガスＧ４２を加熱室２３内に噴出することで、加熱室２３を構成する炉体からの熱損失を、投入熱量に対して極僅かとなるように抑制することが可能になる。
従って、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
従って、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
【0082】
＜第３実施形態＞
以下に、本発明の第３実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図５を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂの説明においても、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、並びに、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａと同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
以下に、本発明の第３実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図５を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂの説明においても、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、並びに、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａと同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
【0083】
図５は、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂの内部構造を示すとともに、第１燃料ガスＧ１１、第２燃料ガスＧ１２、第１支燃性ガスＧ２１、第２支燃性ガスＧ２２、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２の各々の流れを、形成される火炎Ｆとともに示す、高温ガス発生装置１Ｂの軸方向に沿った断面図である。
【0084】
図５に示すように、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂは、バーナ１０が、燃焼室１６と、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａと、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第２支燃性ガス噴出口１５ａとから構成される点で、図１Ａに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、並びに、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａと同様である。
また、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂは、高温ガス発生炉２０Ｂが、加熱室２３における他端２２側の領域の外周を外側から覆う２次被予熱ガス供給管２９Ｃを備え、この２次被予熱ガス供給管２９Ｃに連通した２次被予熱ガス供給路２７を介して、２次被予熱ガス噴出口２７ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出させる構成とされている点で、第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａと類似した構成とされている。
また、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂは、高温ガス発生炉２０Ｂが、加熱室２３における他端２２側の領域の外周を外側から覆う２次被予熱ガス供給管２９Ｃを備え、この２次被予熱ガス供給管２９Ｃに連通した２次被予熱ガス供給路２７を介して、２次被予熱ガス噴出口２７ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出させる構成とされている点で、第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａと類似した構成とされている。
【0085】
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂは、高温ガス発生炉２０Ｂが、上記の２次被予熱ガス供給管２９Ｃに隣接するように、さらに、加熱室２３における一端２１側の領域における外周を外側から覆う１次被予熱ガス供給管２８を備える。また、高温ガス発生炉２０Ｂの一端２１側における、バーナ１０の外周側から加熱室２３の内部に向けて１次被予熱ガスＧ４１を噴出する位置で配置された１次被予熱ガス供給路２６が、１次被予熱ガス供給管２８に連通している。そして、１次被予熱ガス供給路２６を介して、１次被予熱ガス噴出口２６ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出できる構成とされている点で、第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａとは異なる。
【0086】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂも、第１実施形態の高温ガス発生装置１、並びに、第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａと同様、バーナ１０の燃焼室１６で形成される火炎Ｆによって高温燃焼ガスＧ３を生成させ、高温燃焼ガスＧ３と、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とを高温ガス発生炉２０Ｂ内で直接混合することで高温ガスＧ５を生成する。
【0087】
１次被予熱ガス供給管２８は、図５中に示す例では、加熱室２３の外周における一端２１側の領域を外側から覆うよう円環状に構成され、被予熱ガス導入口２８ａから１次被予熱ガスＧ４１が導入される。そして、１次被予熱ガス供給管２８から１次被予熱ガス供給路２６に１次被予熱ガスＧ４１が流入することで、１次被予熱ガス噴出口２６ａから加熱室２３内に向けて１次被予熱ガスＧ４１を噴出する構成とされている。
【0088】
また、２次被予熱ガス供給管２９Ｃは、図５中に示す例では、加熱室２３の外周における他端２２側の領域を外側から覆うよう円環状に構成され、上述した１次被予熱ガス供給管２８とは、加熱室２３の外周上で近接するように配置されている。また、図示例の２次被予熱ガス供給管２９Ｃには、第２実施形態の高温ガス発生装置１Ｂの場合と同様、被予熱ガス導入口２９ａから２次被予熱ガスＧ４２が導入される。そして、２次被予熱ガス供給管２９Ｃから２次被予熱ガス供給路２７に２次被予熱ガスＧ４２が流入することで、２次被予熱ガス噴出口２７ａから加熱室２３内に向けて２次被予熱ガスＧ４２を噴出する構成とされている。
【0089】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ｂによれば、図４に示したような第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａに対し、さらに、加熱室２３の外周における一端２１側の領域を外側から覆うように１次被予熱ガス供給管２８を有する高温ガス発生炉２０Ｃを備えた構成を採用している。これにより、加熱室２３で生じる放散熱によって、２次被予熱ガスＧ４２のみならず、１次被予熱ガスＧ４１も予熱される。そして、これら１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２を加熱室２３内に噴出することで、上記同様、加熱室２３を構成する炉体からの熱損失を、投入熱量に対して極僅かとなるように抑制することが可能になる。さらに、１次被予熱ガスＧ４１が１次被予熱ガス供給管２８で予熱されることで、加熱室２３内に広がるように形成される火炎Ｆの安定性が向上する効果が得られる。
従って、上記同様、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
従って、上記同様、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
【0090】
＜第４実施形態＞
以下に、本発明の第４実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図６を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃの説明においても、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａ、並びに図５に示した第３実施形態の高温ガス発生装置１Ｂと同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
以下に、本発明の第４実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図６を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃの説明においても、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａ、並びに図５に示した第３実施形態の高温ガス発生装置１Ｂと同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
【0091】
図６は、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃに備えられるバーナ１０Ｃの要部を示すとともに、第１燃料ガスＧ１１、第２燃料ガスＧ１２、第１支燃性ガスＧ２１、第２支燃性ガスＧ２２、第３支燃性ガスＧ２３、及び１次被予熱ガスＧ４１の各々の流れを、形成される火炎Ｆとともに示す、高温ガス発生装置１Ｃの軸方向に沿った断面図である。
【0092】
図６に示すように、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃは、バーナ１０Ｃが、燃焼室１６と、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａと、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第２支燃性ガス噴出口１５ａとから構成される点で、図１Ａ及び図１Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１と同様である。
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃは、バーナ１０Ｃが、さらに、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第３支燃性ガス噴出口１８ａを有した第３支燃性ガス供給路１８を備え、燃焼室１６内に向けて第３支燃性ガスＧ２３を噴出させる構成とされている点で、第１実施形態の高温ガス発生装置１とは異なる。
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃは、バーナ１０Ｃが、さらに、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第３支燃性ガス噴出口１８ａを有した第３支燃性ガス供給路１８を備え、燃焼室１６内に向けて第３支燃性ガスＧ２３を噴出させる構成とされている点で、第１実施形態の高温ガス発生装置１とは異なる。
【0093】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃは、第１実施形態の高温ガス発生装置１と同様、バーナ１０Ｃの燃焼室１６で形成される火炎Ｆによって高温燃焼ガスＧ３を生成させ、高温燃焼ガスＧ３と、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とを高温ガス発生炉２０で直接混合することで高温ガスＧ５を生成する（図１Ａも参照）。
【0094】
第３支燃性ガス供給路１８は、図６に示す例では、第２支燃性ガス供給路１５の外側に同軸で円環状に配置され、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口した第３支燃性ガス噴出口１８ａから、燃焼室１６の側壁の接線方向に第３支燃性ガスＧ２３を噴出する。より具体的には、第３支燃性ガス噴出口１８ａは、第３支燃性ガスＧ２３を、バーナ１０Ｃの中心軸Ｊに沿った旋回流を有するように噴出する。
【0095】
第３支燃性ガス噴出口１８ａは、詳細な図示は省略するが、例えば、燃焼室１６の側壁１６ｂにおいて、中心軸Ｊを中心とした円周上で、第２支燃性ガス噴出口１５ａを平面視で外側から囲むように、複数で均等間隔にて配置される。
また、複数の第３支燃性ガス噴出口１８ａも、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
なお、上記の複数の第３支燃性ガス噴出口１８ａは、詳細な図示は省略するが、中心軸Ｊを中心とした円周上で１列に配置されているが、これには限定されない。複数の第３支燃性ガス噴出口１８ａは、例えば、中心軸Ｊに対して直交する方向で異なる位置に、中心軸Ｊを中心とした円周上で２列以上配置されてもよい。
また、複数の第３支燃性ガス噴出口１８ａも、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
なお、上記の複数の第３支燃性ガス噴出口１８ａは、詳細な図示は省略するが、中心軸Ｊを中心とした円周上で１列に配置されているが、これには限定されない。複数の第３支燃性ガス噴出口１８ａは、例えば、中心軸Ｊに対して直交する方向で異なる位置に、中心軸Ｊを中心とした円周上で２列以上配置されてもよい。
【0096】
また、本実施形態においては、第３支燃性ガスＧ２３として、第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２と同じ支燃性ガスを用いることが可能である。
【0097】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ｃによれば、図１Ａ及び図１Ｂに示したような第１実施形態の高温ガス発生装置１に対し、さらに、第３支燃性ガス噴出口１８ａを有した第３支燃性ガス供給路１８を備えていることで、バーナ１０Ｃの負荷に応じて、各支燃性ガス供給路（噴出口）を使い分けることができる。これにより、例えば、低負荷燃焼時は、主として第１支燃性ガス噴出口１４ａから第１支燃性ガスＧ２１を噴出させるとともに、第２支燃性ガス噴出口１５ａから第２支燃性ガスＧ２２を噴出させることで、低負荷であっても各支燃性ガスの流速が低下するのを抑制できる。従って、安定した旋回流の形成により、安定した低負荷燃焼用火炎ＦＡが形成される。
【0098】
一方、例えば、高負荷運転時は、第１支燃性ガス噴出口１４ａから第１支燃性ガスＧ２１を、第２支燃性ガス噴出口１５ａから第２支燃性ガスＧ２２を噴出させるのに加え、さらに、第３支燃性ガス噴出口１８ａから第３支燃性ガスＧ２３を噴出させることで、各支燃性ガスの流速が高速になりすぎることなく、安定した高負荷燃焼用火炎ＦＢが形成される。
従って、上記同様、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる（図１Ａも参照）。
従って、上記同様、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる（図１Ａも参照）。
【0099】
＜第５実施形態＞
以下に、本発明の第５実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図７を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄの説明においても、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａ、図５に示した第３実施形態の高温ガス発生装置１Ｂ、並びに図６に示した第４実施形態の高温ガス発生装置１Ｃと同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
以下に、本発明の第５実施形態である高温ガス発生装置の構成について、図７を参照して詳細に説明する。
なお、以下に示す本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄの説明においても、図１Ａ及び図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｂに示した第１実施形態の高温ガス発生装置１、図４に示した第２実施形態の高温ガス発生装置１Ａ、図５に示した第３実施形態の高温ガス発生装置１Ｂ、並びに図６に示した第４実施形態の高温ガス発生装置１Ｃと同じ構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する場合がある。
【0100】
図７は、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄに備えられるバーナ１０Ｄの要部を示すとともに、第１燃料ガスＧ１１、第２燃料ガスＧ１２、第３燃料ガスＧ１３、第１支燃性ガスＧ２１、第２支燃性ガスＧ２２、第３支燃性ガスＧ２３、及び１次被予熱ガスＧ４１の各々の流れを、形成される火炎Ｆとともに示す、高温ガス発生装置１Ｄの軸方向に沿った断面図である。
【0101】
図７に示すように、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄは、バーナ１０Ｄが、燃焼室１６と、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａと、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第２支燃性ガス噴出口１５ａと、燃焼室１６の側壁１６ｂに開口する第３支燃性ガス噴出口１８ａから構成される点で、図６に示した第４実施形態の高温ガス発生装置１Ｃと同様である。
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄは、バーナ１０Ｄが、さらに、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第３燃料ガス噴出口１７ａを有した第３燃料ガス供給路１７を備え、燃焼室１６内に向けて第３燃料ガスＧ１３を噴出させる構成とされている点で、第４実施形態の高温ガス発生装置１Ｃとは異なる。
一方、本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄは、バーナ１０Ｄが、さらに、燃焼室１６の底部１６ａに開口する第３燃料ガス噴出口１７ａを有した第３燃料ガス供給路１７を備え、燃焼室１６内に向けて第３燃料ガスＧ１３を噴出させる構成とされている点で、第４実施形態の高温ガス発生装置１Ｃとは異なる。
【0102】
また、図示例の高温ガス発生装置１Ｄに備えられるバーナ１０Ｄは、第１燃料ガス噴出口１２ａ及び第２燃料ガス噴出口１３ａと同様、第３燃料ガス噴出口１７ａにも、第３燃料ガスＧ１３を旋回流として噴出するための旋回羽根４２が配置されている。この旋回羽根４２は、上述した旋回羽根４０，４１と概略同様の構造を有する。
【0103】
第３燃料ガス供給路１７は、図７に示す例では、第２燃料ガス供給路１３の外側に同軸で円環状に配置され、燃焼室１６の底部１６ａに開口した第３燃料ガス噴出口１７ａから第３燃料ガスＧ１３を噴出する。より具体的には、第３燃料ガス噴出口１７ａは、第３燃料ガスＧ１３を、バーナ１０Ｄの中心軸Ｊに沿った方向で噴出する。
【0104】
第３燃料ガス噴出口１７ａは、詳細な図示は省略するが、例えば、燃焼室１６の底部１６ａにおいて、中心軸Ｊを中心とした円周上で、第２燃料ガス噴出口１３ａを平面視で外側から囲むように、複数で均等間隔にて配置される。
また、複数の第３燃料ガス噴出口１７ａも、燃焼室１６の底部１６ａに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
また、本実施形態においては、第３燃料ガスＧ１３として、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２と同じ燃料ガスを用いることが可能である。
また、複数の第３燃料ガス噴出口１７ａも、燃焼室１６の底部１６ａに開口していれば、その配置間隔や孔数、形状等は特に限定されず、任意に設定可能である。
また、本実施形態においては、第３燃料ガスＧ１３として、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２と同じ燃料ガスを用いることが可能である。
【0105】
本実施形態の高温ガス発生装置１Ｄによれば、図６に示したような第４実施形態の高温ガス発生装置１Ｃに対し、さらに、第３燃料ガス噴出口１７ａを有した第３燃料ガス供給路１７を備えていることで、バーナ１０Ｄの負荷に応じて、各燃料ガス供給路（噴出口）を使い分けることができる。これにより、例えば、低負荷燃焼時は、主として第１燃料ガス噴出口１２ａから第１燃料ガスＧ１１を噴出させるとともに、第２燃料ガス噴出口１３ａから第２燃料ガスＧ１２を噴出させることで、低負荷であっても各燃料ガスの流速が低下するのを抑制できる。従って、安定した旋回流の形成により、安定した低負荷燃焼用火炎ＦＡが形成される。
【0106】
一方、例えば、高負荷運転時は、第１燃料ガス噴出口１２ａから第１燃料ガスＧ１１を、第２燃料ガス噴出口１３ａから第２燃料ガスＧ１２を噴出させることに加え、さらに、第３燃料ガス噴出口１７ａから第３燃料ガスＧ１３を噴出させることで、各燃料ガスの流速が高速になりすぎることなく、安定した高負荷燃焼用火炎ＦＢが形成される。
従って、上記同様、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる（図１Ａも参照）。
従って、上記同様、高温燃焼ガスＧ３と１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２とをより効果的に混合することができるので、高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる（図１Ａも参照）。
【0107】
さらに、本実施形態においては、第４実施形態において詳細を説明した第１～３支燃性ガスＧ２１～Ｇ２３を噴出させるための構成と、第１～３燃料ガスＧ１１～Ｇ１３を噴出させるための構成とを組み合わせることで、上記効果がより顕著に得られる。
【0108】
＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の高温ガス発生装置１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）によれば、バーナ１０において、燃焼室１６の底部１６ａに、第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ、第２燃料ガス噴出口１３ａが配置され、燃焼室１６の側壁１６ｂに、第２支燃性ガスＧ２２を旋回流で噴出させる第２支燃性ガス噴出口１５ａが配置されていることで、バーナ１０（１０Ｃ，１０Ｄ）の中心軸Ｊ付近に低負荷燃焼用火炎ＦＡを形成させ、その外側に高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることができる。これにより、低負荷運転時は、中心軸Ｊ付近に形成させた低負荷燃焼用火炎ＦＡによって安定した燃焼状態を維持でき、高負荷運転時は、低負荷燃焼用火炎ＦＡよりも外側に形成させた高負荷燃焼用火炎ＦＢによって安定した燃焼状態を維持できる。従って、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、幅広いターンダウンを確保することができ、バーナ１０が低負荷で燃焼する場合であっても高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
以上説明したように、本実施形態の高温ガス発生装置１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）によれば、バーナ１０において、燃焼室１６の底部１６ａに、第１支燃性ガス噴出口１４ａ、第１燃料ガス噴出口１２ａ、第２燃料ガス噴出口１３ａが配置され、燃焼室１６の側壁１６ｂに、第２支燃性ガスＧ２２を旋回流で噴出させる第２支燃性ガス噴出口１５ａが配置されていることで、バーナ１０（１０Ｃ，１０Ｄ）の中心軸Ｊ付近に低負荷燃焼用火炎ＦＡを形成させ、その外側に高負荷燃焼用火炎ＦＢを形成させることができる。これにより、低負荷運転時は、中心軸Ｊ付近に形成させた低負荷燃焼用火炎ＦＡによって安定した燃焼状態を維持でき、高負荷運転時は、低負荷燃焼用火炎ＦＡよりも外側に形成させた高負荷燃焼用火炎ＦＢによって安定した燃焼状態を維持できる。従って、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、幅広いターンダウンを確保することができ、バーナ１０が低負荷で燃焼する場合であっても高温ガスＧ５を効率よく安定して生成させることが可能になる。
【0109】
＜本発明の他の形態＞
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は上記のような特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は上記のような特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【実施例0110】
以下、実施例により、本発明に係る高温ガス発生装置についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、本実施例で採用した各条件は、あくまで一例であり、上記同様、本発明を限定するものではない。
また、本実施例で採用した各条件は、あくまで一例であり、上記同様、本発明を限定するものではない。
【0111】
＜実施例１＞
本実施例においては、図１Ａ及び図１Ｂに示すような本発明に係る構成を有する高温ガス発生装置１を用い、下記表１，２に示すような、広い温度範囲の高温ガスＧ５を生成する試験条件で、それぞれ、高温ガスＧ５を生成する試験を行った。具体的には、高温ガス発生装置１を用いてバーナ１０の燃焼状態を確認するとともに、高温ガス発生炉２０から排出される高温ガスＧ５中に含まれる残存酸素濃度及び残存メタンガス濃度を測定した。本実施例では、高温ガスＧ５の発生量が２５０Ｎｍ３／ｈの条件で、バーナ１０における燃焼量を調整することにより、高温ガスＧ５の温度を２００～１７００℃の間で変化させた。
本実施例においては、図１Ａ及び図１Ｂに示すような本発明に係る構成を有する高温ガス発生装置１を用い、下記表１，２に示すような、広い温度範囲の高温ガスＧ５を生成する試験条件で、それぞれ、高温ガスＧ５を生成する試験を行った。具体的には、高温ガス発生装置１を用いてバーナ１０の燃焼状態を確認するとともに、高温ガス発生炉２０から排出される高温ガスＧ５中に含まれる残存酸素濃度及び残存メタンガス濃度を測定した。本実施例では、高温ガスＧ５の発生量が２５０Ｎｍ３／ｈの条件で、バーナ１０における燃焼量を調整することにより、高温ガスＧ５の温度を２００～１７００℃の間で変化させた。
【0112】
なお、上記の残存酸素濃度及び残存メタンガス濃度は、市販の測定装置（ＧＬサインエス社製；品番：Ａｇｉｌｅｎｔ マイクロＧＣ）を用いて測定した。
【0113】
即ち、本実施例においては、高温ガス発生装置１として、第１燃料ガスＧ１１と第１支燃性ガスＧ２１とで低負荷燃焼用火炎ＦＡ（火炎Ｆ）を形成させ、また、第２燃料ガスＧ１２と第２支燃性ガスＧ２２とで高負荷燃焼用火炎ＦＢ（火炎Ｆ）を形成させる燃焼室１６を有し、上記の各火炎Ｆによって高温燃焼ガスＧ３を生成させるバーナ１０を備えるものを使用した。また、この高温ガス発生装置１は、バーナ１０の燃焼室１６側に一端２１が接続されるとともに、燃焼室１６と連通する加熱室２３を内部に有した円筒形状とされ、加熱室２３内に火炎Ｆを形成させながら１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２を供給することで、高温燃焼ガスＧ３と被予熱ガスとを混合して高温ガスＧ５を生成させ、燃焼室１６と反対側の他端２２に配置された排出口２５から高温ガスＧ５を排出する高温ガス発生炉２０を備える。そして、本実施例で用いた高温ガス発生装置１は、バーナ１０が、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ものである。
【0114】
また、本実施例で用いた高温ガス発生装置１は、高温ガス発生炉２０における加熱室２３の、火炎Ｆ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１．４、バーナ１０と接続される一端２１から、２次被予熱ガス噴出口２７ａまでの距離Ｌ２と炉内径Ｄとの比［Ｌ２／Ｄ］が１．０である。
【0115】
そして、第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２の燃料種として、下記表１に示すような、「天然ガス」を用いた試験条件で試験を行った。
また、本実施例においては、バーナ１０の第２燃料ガス噴出口１３ａにおけるスワール数が０．６５となるように、各条件を設定した。
また、上記の第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２として用いた酸化剤（Ｏ２）、並びに、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２として用いた窒素ガス（Ｎ２）の各流量についても、下記表１に記した試験条件に設定して試験を行った。
また、本実施例においては、バーナ１０の第２燃料ガス噴出口１３ａにおけるスワール数が０．６５となるように、各条件を設定した。
また、上記の第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２、第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２として用いた酸化剤（Ｏ２）、並びに、１次被予熱ガスＧ４１及び２次被予熱ガスＧ４２として用いた窒素ガス（Ｎ２）の各流量についても、下記表１に記した試験条件に設定して試験を行った。
【0116】
【表1】
【0117】
また、下記表２に、高温ガス発生炉２０の排出口２５から排出される高温ガスＧ５の温度、高温ガスＧ５中の残存酸素（未燃の第１支燃性ガスＧ２１及び第２支燃性ガスＧ２２を含む）の濃度、並びに、高温ガスＧ５中の残存メタンガス（第１燃料ガスＧ１１及び第２燃料ガスＧ１２を含む）の濃度の一覧を示す。
【0118】
【表2】
【0119】
表２中に示した結果より、本発明に係る高温ガス発生装置１（図１Ａ及び図１Ｂを参照）を用いて高温ガスＧ５を生成することで、高温ガスＧ５を、比較的温度が高くはない２００℃で生成させた場合、あるいは、１７００℃の高温で生成させた場合を含め、条件１～４の何れにおいても、高温ガスＧ５が安定して得られるとともに、残存酸素濃度及び残存メタンガス濃度を極低いレベルに抑制できることが確認できた。
【0120】
ここで、高温ガスＧ５が用いられるプロセスにおける、例えば、鉄や非鉄原料等の原料や、得られる製品の酸化を防止し、プロセスにおける高炉を高温に維持する観点から、残存酸素濃度や残存メタンガス濃度は可能な限り低く抑制されていることが好ましいことが知られている。このような観点からも、本発明に係る高温ガス発生装置１は、高温ガスＧ５を生成させる用途において非常に好適であることが明らかである。
【0121】
＜実施例２＞
実施例２においても、図１Ａ及び図１Ｂに示すような本発明に係る構成を有する高温ガス発生装置１を用い、上記表１，２に示すような、広い範囲の低位発熱量である燃料ガスを用いた条件で、高温ガスＧ５を生成する試験を行った。
なお、本実施例では、高温ガス発生装置１における炉内径Ｄ、炉内長Ｌ１、一端２１から２次被予熱ガス噴出口２７ａまでの距離Ｌ２を適宜変更して試験を行うことにより、排出口２５から排出される高温ガスＧ５中の残存酸素濃度及び残存メタンガス濃度（未燃ガス）をさらに低減できるかどうか、検討を行った。
実施例２においても、図１Ａ及び図１Ｂに示すような本発明に係る構成を有する高温ガス発生装置１を用い、上記表１，２に示すような、広い範囲の低位発熱量である燃料ガスを用いた条件で、高温ガスＧ５を生成する試験を行った。
なお、本実施例では、高温ガス発生装置１における炉内径Ｄ、炉内長Ｌ１、一端２１から２次被予熱ガス噴出口２７ａまでの距離Ｌ２を適宜変更して試験を行うことにより、排出口２５から排出される高温ガスＧ５中の残存酸素濃度及び残存メタンガス濃度（未燃ガス）をさらに低減できるかどうか、検討を行った。
【0122】
一般に、水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）等を含む還元性ガスを予熱して、熔解炉や熱処理装置等に供給する場合、残存酸素濃度が高すぎると、例えば鉄や非鉄等の原料、及び、それらから得られる製品を酸化させてしまう等の悪影響を及ぼす可能性がある。また、酸素や酸素富化空気等を予熱してバーナに供給する場合、残存メタンガス等の未燃ガスが残存するとバーナ内部で発熱が生じ、バーナを破損するおそれがある。さらに、各種プロセスにおいて雰囲気ガスとして使用する不活性ガスを予熱する場合には、残存酸素や未燃ガスが存在すると、得られる製品に悪影響を及ぼす可能性もある。
本実施例では、上記のような問題点をより確実に解消できる最適な条件について、以下のような検討を行った。
本実施例では、上記のような問題点をより確実に解消できる最適な条件について、以下のような検討を行った。
【0123】
まず、本実施例では、一端２１から２次被予熱ガス噴出口２７ａまでの距離Ｌ２と炉内径Ｄとの比［Ｌ２／Ｄ］を０．５～３の範囲で適宜変更しながら試験を行い、上記の比［Ｌ２／Ｄ］の最適な値について検討した。
【0124】
この結果、図面等を用いた詳細な説明は省略するが、上記の比［Ｌ２／Ｄ］が０．７よりも小さい場合には、２次被予熱ガスＧ４２のバーナ１０側への流れの影響が増大し、バーナ１０の燃焼状態が好ましくない状態となり、残存酸素濃度が高くなる傾向が見られた。
一方、上記の比［Ｌ２／Ｄ］が１．５よりも大きい場合には、高温燃焼ガスＧ３と２次被予熱ガスＧ４２との混合効率が徐々に低下するのに伴って加熱室２３の炉内温度が高くなり、上記の比［Ｌ２／Ｄ］が２．１以上である場合には、炉壁の温度が急激に上昇する傾向が見られた。
本発明は、上記の比［Ｌ２／Ｄ］を特に限定するものではない。一方、上記の検討結果より、本発明においては、残存酸素濃度を低減して原料や製品が酸化するのを防止するとともに、未燃ガス（残存メタンガス）の残存量を抑制してバーナや炉壁に損傷が生じるのを防止する効果が得られるという観点からは、上記の比［Ｌ２／Ｄ］を０．７～２．１の範囲とすることがより好ましいことが確認できた。
一方、上記の比［Ｌ２／Ｄ］が１．５よりも大きい場合には、高温燃焼ガスＧ３と２次被予熱ガスＧ４２との混合効率が徐々に低下するのに伴って加熱室２３の炉内温度が高くなり、上記の比［Ｌ２／Ｄ］が２．１以上である場合には、炉壁の温度が急激に上昇する傾向が見られた。
本発明は、上記の比［Ｌ２／Ｄ］を特に限定するものではない。一方、上記の検討結果より、本発明においては、残存酸素濃度を低減して原料や製品が酸化するのを防止するとともに、未燃ガス（残存メタンガス）の残存量を抑制してバーナや炉壁に損傷が生じるのを防止する効果が得られるという観点からは、上記の比［Ｌ２／Ｄ］を０．７～２．１の範囲とすることがより好ましいことが確認できた。
【0125】
次に、本実施例では、炉内長Ｌ１と炉内径Ｄとの比［Ｌ１／Ｄ］を０．９～３．５の範囲で適宜変更しながら試験を行い、高温ガス発生炉２０の排出口２５における温度分布を測定し、上記の比［Ｌ１／Ｄ］の最適な値について検討した。
【0126】
この結果、図面等を用いた詳細な説明は省略するが、上記の比［Ｌ１／Ｄ］が１よりも小さい場合には、加熱室２３において、高温燃焼ガスＧ３と２次被予熱ガスＧ４２とが十分に混合されず、排出口２５において、中心部付近の高温ガスＧ５の温度が低めとなる傾向が見られた。
また、上記の比［Ｌ１／Ｄ］が３よりも大きい場合には、加熱室２３を構成する炉体への熱損失の影響により、高温ガスＧ５の温度が徐々に低下する傾向が見られた。
本発明は、上記の比［Ｌ１／Ｄ］を特に限定するものではない。一方、上記の検討結果より、本発明においては、さらに、高温燃焼ガスＧ３と２次被予熱ガスＧ４２とを十分に混合するとともに、高温ガスＧ５の温度が高められる効果を得る観点からは、上記の比［Ｌ１／Ｄ］を１～３の範囲とすることがより好ましいことが確認できた。
また、上記の比［Ｌ１／Ｄ］が３よりも大きい場合には、加熱室２３を構成する炉体への熱損失の影響により、高温ガスＧ５の温度が徐々に低下する傾向が見られた。
本発明は、上記の比［Ｌ１／Ｄ］を特に限定するものではない。一方、上記の検討結果より、本発明においては、さらに、高温燃焼ガスＧ３と２次被予熱ガスＧ４２とを十分に混合するとともに、高温ガスＧ５の温度が高められる効果を得る観点からは、上記の比［Ｌ１／Ｄ］を１～３の範囲とすることがより好ましいことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0127】
本発明の高温ガス発生装置は、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、幅広いターンダウンを確保することができ、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になるものである。従って、本発明の高温ガス発生装置は、例えば、鉄、非鉄等の製錬やセラミックス焼成工程等で用いられる、各種の工業炉における炉内の加熱の用途に好適である。
【符号の説明】
【0128】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…高温ガス発生装置
１０，１０Ｃ，１０Ｄ…バーナ
１１…先端
１２…第１燃料ガス供給路
１２ａ…第１燃料ガス噴出口
１３…第２燃料ガス供給路
１３ａ…第２燃料ガス噴出口
１７…第３燃料ガス供給路
１７ａ…第３燃料ガス噴出口
１４…第１支燃性ガス供給路
１４ａ…第１支燃性ガス噴出口
１５…第２支燃性ガス供給路
１５ａ…第２支燃性ガス噴出口
１８…第３支燃性ガス供給路
１８ａ…第３支燃性ガス噴出口
１６…燃焼室
１６ａ…底部
１６ｂ…側壁
３０…冷却ジャケット
３０ａ…冷却水流路
３０ｂ…入口
３０ｃ…出口
４０，４１，４２…旋回羽根
２０…高温ガス発生炉
２１…一端
２２…他端
２３…加熱室
２５…排出口
２６…１次被予熱ガス供給路
２６ａ…１次被予熱ガス供給口
２７…２次被予熱ガス供給路
２７ａ…２次被予熱ガス供給口
２８…１次被予熱ガス供給管
２８ａ…被予熱ガス導入口
２９，２９Ｃ…２次被予熱ガス供給管
２９ａ…被予熱ガス導入口
Ｊ…中心軸
Ｗ…冷却水
Ｇ１１…第１燃料ガス（燃料ガス）
Ｇ１２…第２燃料ガス（燃料ガス）
Ｇ１３…第３燃料ガス（燃料ガス）
Ｇ２１…第１支燃性ガス（支燃性ガス）
Ｇ２２…第２支燃性ガス（支燃性ガス）
Ｇ２３…第３支燃性ガス（支燃性ガス）
Ｇ３…高温燃焼ガス
Ｇ４１…１次被予熱ガス（被予熱ガス）
Ｇ４２…２次被予熱ガス（被予熱ガス）
Ｇ５…高温ガス
Ｆ…火炎
ＦＡ…低負荷燃焼用火炎
ＦＢ…高負荷燃焼用火炎
１０，１０Ｃ，１０Ｄ…バーナ
１１…先端
１２…第１燃料ガス供給路
１２ａ…第１燃料ガス噴出口
１３…第２燃料ガス供給路
１３ａ…第２燃料ガス噴出口
１７…第３燃料ガス供給路
１７ａ…第３燃料ガス噴出口
１４…第１支燃性ガス供給路
１４ａ…第１支燃性ガス噴出口
１５…第２支燃性ガス供給路
１５ａ…第２支燃性ガス噴出口
１８…第３支燃性ガス供給路
１８ａ…第３支燃性ガス噴出口
１６…燃焼室
１６ａ…底部
１６ｂ…側壁
３０…冷却ジャケット
３０ａ…冷却水流路
３０ｂ…入口
３０ｃ…出口
４０，４１，４２…旋回羽根
２０…高温ガス発生炉
２１…一端
２２…他端
２３…加熱室
２５…排出口
２６…１次被予熱ガス供給路
２６ａ…１次被予熱ガス供給口
２７…２次被予熱ガス供給路
２７ａ…２次被予熱ガス供給口
２８…１次被予熱ガス供給管
２８ａ…被予熱ガス導入口
２９，２９Ｃ…２次被予熱ガス供給管
２９ａ…被予熱ガス導入口
Ｊ…中心軸
Ｗ…冷却水
Ｇ１１…第１燃料ガス（燃料ガス）
Ｇ１２…第２燃料ガス（燃料ガス）
Ｇ１３…第３燃料ガス（燃料ガス）
Ｇ２１…第１支燃性ガス（支燃性ガス）
Ｇ２２…第２支燃性ガス（支燃性ガス）
Ｇ２３…第３支燃性ガス（支燃性ガス）
Ｇ３…高温燃焼ガス
Ｇ４１…１次被予熱ガス（被予熱ガス）
Ｇ４２…２次被予熱ガス（被予熱ガス）
Ｇ５…高温ガス
Ｆ…火炎
ＦＡ…低負荷燃焼用火炎
ＦＢ…高負荷燃焼用火炎
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】