CN100362277C - 动植物油燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将作为相对轴线方向直进的直进气流的一次空气送入燃烧器喷管(3)的内部，将作为沿燃烧器喷管(3)的侧壁(21)的内面(23)而行进的回旋气流的二次空气送入，此时，通过回旋气流，离心力作用于液滴燃料(D)，沿截面方向分散，由此，容易实现完全燃烧。另外，由于预先以较小程度调整液滴燃料的粒度，然后对其喷射，故液滴燃料(D)即使在含炭的情况下，仍不会附着于内壁等处的轨道。

Description

动植物油燃烧装置
技术领域
本发明涉及油燃烧装置，更具体地说，本发明涉及动植物油，废动植物油(在下面称为“动植物油”)的燃烧装置。
背景技术
在过去，即使在燃烧动植物油的情况下，仍无法使用重油，灯油等的燃烧装置。
在过去的重油，灯油等的燃烧装置中，火焰不稳定，容易产生不稳定燃烧，吹灭。由此，通过在喷射燃料的喷嘴附近，形成低速空气流区域，循环空气流区域的方式，进行火焰的形成和空气的混合，制作着火火焰，让二次空气(扩散燃烧空气)作用于该着火火焰，由此，实现燃烧(氧化)。
发明内容
动植物油为以丙三醇和脂肪酸相结合的甘油酯为主要成分的复杂的多重结合物，从化学上讲完全不同于以精制分离的液状碳化氢为主要成分的矿物油，从物理方面说，也不像汽油，重油那样，着火点(-40℃～80℃)低，在高达370℃的温度下着火，由此，如果采用过去的重油，灯油等的燃烧装置，强制地燃烧，则热分解较慢，难于完全燃烧。在不完全燃烧的场合，产生煤灰，煤，一氧化碳，未燃烧液滴等，造成公害的问题。另外，如果热分解较慢，则形成长火焰，由此，只能使用炉体较长的燃烧装置。
如果为了实现完全燃烧，大量地将燃烧空气供给到炉内，使燃烧气氛整体以紊流方式扩散，则燃烧速度容易较慢地上升，由此，即使在设置保焰器的情况下，火焰仍非常不稳定。
在过去的重油，灯油等的燃烧装置的喷雾分散度的场合，一部分的液滴燃料还与燃烧器喷管的内壁，与燃烧器喷管连接的锅炉等的内壁碰撞，附着于其上。附着的液滴中的挥发成分作为可燃性气体而挥发，但是，炭无法与氧发生扩散反应而堆积。如果进行炭的堆积，则产生不能点火，火焰不稳定，产生煤灰，产生振动等的不利情况，不可能进行燃烧装置本身的运转。
另外，一部分液滴燃料还附着于位于低速空气流区域，循环空气流区域的保焰器，喷雾燃料喷嘴等处，产生同样的不利情况。
最近，为了减少二氧化碳，故人们寻求作为新能的，无碳的生物量(biomass)的使用，但是，目前的情况是没有用于将动植物油用作燃料的燃烧装置。
于是，为了解决上述课题，本发明的目的在于提供适合动植物油的燃烧的新的结构的燃烧装置。
本发明第一方面涉及一种动植物油燃烧装置，其特征在于该动植物油燃烧装置包括燃烧器喷管；燃烧器喷嘴；动植物油供给机构，该动植物油供给机构通过上述燃烧器喷嘴使动植物油形成进行了雾滴化处理的雾化燃料，将其供给到上述燃烧器喷管内部；直进气流送入机构，该气流送入机构通过鼓风机的动作将从燃烧器喷嘴的周围，向开口方向而直进的气流送入燃烧器喷管的内部；离心力作用区域形成机构，该离心力作用区域形成机构通过回旋气流的作用，在上述直进气流的周围，形成离心力的作用区域，通过非直进气流用的、另外的鼓风机的运转将该回旋气流从沿切线方向与上述燃烧器喷管的侧壁的内面连接的开口端送入上述燃烧器喷管内，在上述燃烧器喷管内，在离心力的作用下，上述雾化燃料的燃料液滴在回旋气流中根据质量大小而分离的轨道中被燃烧，并通过上述直进气流将燃烧气体向上述燃烧器喷管的外方向喷射。
本发明第二方面涉及本发明第一方面所述的动植物油燃烧装置，其特征在于动植物油供给机构按照向回旋气流的轴向中心，喷射进行了雾滴化处理的雾化燃料的方式构成。
本发明第三方面涉及本发明第一方面或第二方面所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括质量调整机构，该质量调整机构按照所提供的，借助离心力的作用分离的雾化燃料不与上述燃烧器喷管的内面接触的方式，调整所喷射的雾化燃料的液滴的质量。
本发明第四方面涉及本发明第一方面至第三方面中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于燃烧器喷管呈圆筒状。
本发明第五方面涉及本发明第一方面至第四方面中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括在燃烧器喷管的中心部，形成燃烧火焰的位置的火焰位置调整机构。
本发明第六方面涉及本发明第一方面至第五方面中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括调整直进气流相对回旋气流的相对风量和风压的气流调整机构。
本发明第七方面涉及本发明第一方面至第六方面中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括点火燃烧器，该点火燃烧器提供可进行动植物油的连续的燃烧传播的热能。
附图说明
图1为本发明的实施例的动植物油燃烧装置；
图2为图1的动植物油燃烧装置的示意性的剖视图；
图3为说明图1的动植物油燃烧装置的燃烧器喷管内的气流的状态的图；
图4为说明图1的动植物油燃烧装置的燃烧器喷管内的燃烧状态的图。
具体实施方式
参照图1～4，对本发明的实施例进行描述。
下面对实施例的动植物油燃烧装置的结构进行描述。
标号1表示动植物油燃烧装置，该动植物油燃烧装置1包括圆筒状的燃烧器喷管3。
燃烧器喷管3的前端开口部与锅炉4连接，在后端部，安装有风箱5。
标号7表示一次空气供给通路，该一次空气供给通路7按照穿过燃烧器喷管3的后壁9的方式形成。该一次空气供给通路7位于燃烧器喷管3的轴线方向中心部。该一次空气供给通路7与风箱5连接。
标号11表示一次空气供给管，该一次空气供给管11的前端与风箱5连接，其后端与鼓风机13连接。
直进气流导入机构由一次空气供给通路7，风箱5，一次空气供给管11和鼓风机13构成。
另外，“一次空气”指点火(着火)用空气。
标号15表示燃料管，在该燃料管15的前端，设置有雾化燃料喷嘴17。该燃料管15分别与燃料(F)，即，废动植物油的供给源和加压空气(A)的供给源连接。燃料通过加压空气的高速气流而截断，然后从雾化燃料喷嘴17喷射雾粒处理后的雾化燃料(S)。
燃料管15的一部分和雾化燃料喷嘴17设置于一次空气供给通路7的轴线上。于是，雾化燃料(S)在获取到一次空气中的状态，喷射到燃烧器喷管3中。
在本实施例中，动植物油供给机构由燃料管15和雾化燃料喷嘴17构成。
标号19表示二次空气供给通路，该二次空气供给通路19按照穿过燃烧器喷管3的侧壁21的方式形成。该二次空气供给通路19沿与燃烧器喷管3的轴线方向相垂直的方向延伸，位于该二次空气供给通路19的前端的开口端26沿基本切线方向与燃烧器喷管3的侧壁21的内面23连接。该二次空气供给通路19的后端通过二次空气供给管25，与鼓风机27连接。
通过二次空气供给通路19，将回旋气流送入燃烧器喷管3的内部。
另外，“二次空气”指扩散燃烧空气。
回旋气流送入机构由二次空气供给通路19和鼓风机27构成。通过二次空气，即，回旋气流的送入，燃烧器喷管3内部形成从中心轴，向侧壁21的离心力的作用区域。
通过调整一次空气送入机构和二次空气送入机构的任意者或两者，调整直进气流相对回旋气流的风量和风压。比如，调整鼓风机13和鼓风机27中的任意者或两者的动作条件，调整二次情况供给通路19相对二次空气供给通路7的截面积。
标号29表示点火燃烧器，图中未示出的燃料气体供给源和空气供给源分别与该点火燃烧器29连接。该点火燃烧器29可提供能实现废动植物油的连续的燃烧传播的程度的热能。
标号31表示超声波振荡器，燃料(F)通过由该超声波振荡器31施加的超声波振动，进行分束(cluster)细微化处理，然后提供。由于废动植物油通常包含水，故在采用废动植物油的场合，还同时进行乳化处理。
超声波振荡器31为本申请人的JP特开2002-195536号文献公开的类型。由于通过该超声波振荡器31进行了分束(cluster)细微化处理(以及根据情况而进行乳化处理)的燃料(F)从雾化燃料喷嘴17喷射，故喷射后的相应的液滴燃料(D)的质量(即，粒度)与不进行超声波处理的燃料相比较，进一步减小。
质量调整机构由超声波振荡器31和雾化燃料喷嘴17构成。
下面对本发明的原理进行描述。
图3表示燃烧器喷管3内的气流的状态。
存在从二次空气供给通路19送入的回旋气流，与从一次空气供给通路7送入的直进气流。
图4表示回旋气流中的相应的喷雾的雾化燃料(S)的状态。
经雾滴化处理的雾化燃料(S)按照雾化燃料喷嘴17的设置位置和回旋气流的形成位置之间的关系，向回旋气流的轴向中心喷射。
另外，按照雾化燃料喷嘴17和点火燃烧器29的前端的喷嘴的设置位置之间的关系，燃烧火焰(K)形成于燃烧器喷管3的中心部。
由于从雾化燃料喷嘴17喷射的液滴燃料(D)具有质量，故因离心力的作用，该液滴燃料在回旋气流中，与和相应的质量相对应的轨道分离开。质量较大的液滴燃料，在外侧较轻的液滴燃料形成内的回旋轨道。如果从与燃烧器喷管3的侧壁21相垂直的截面观看，在燃烧器喷管3的内部，分散有液滴燃料(D)。于是，相应的液滴燃料(D)与空气接触，容易燃烧。
质量较大的液滴燃料最接近燃烧器喷管3的侧壁21的内面23侧，即，取最外的轨道，但是，由于通过超声波振荡器31的超声波处理，调整已喷射的液滴燃料(D)的质量(粒度)，故质量较大的炭量也不与内面23接触。
如果液滴燃料(D)通过空气而完全燃烧(氧化)，则变为不受离心力作用的燃烧气体，集中于中间部，接着，通过从一次空气供给通路7送入的直进气流，向锅炉4的方向喷射。
液滴燃料(D)在回旋气流中连续地滞留，直至没有质量，实现气化，故即使在炭量较多，热分解慢的情况下，也必然完全燃烧。另外，由于在回旋气流中，连续地滞留，故不形成长火焰，这样还可用于炉体较短的锅炉等。
动植物油燃烧装置1的动作中呈现的燃烧火焰(K)通过卷绕于其周围的回旋气流的保焰作用，不与燃烧器喷管3的内面23接触，这样，在浮游状态稳定地连续存在。
下面对该动植物油燃烧装置1的使用方法进行描述。
首先，将一次空气和二次空气送入燃烧器喷管3内部，形成直进气流和回旋气流。接着，使点火燃烧器29动作，形成着火火焰。
接着，如果从雾化燃料喷嘴17，喷射经调整的液滴燃料(D)，则按照上述的原理，进行稳定的燃烧。
以上对本发明的实施例进行了描述，但是，本发明的具体方案不限于该实施例，即使在具有不脱离本发明的实质的范围内的设计变更等的情况下，其仍包含在本发明内。
比如，显然，本发明的动植物油燃烧装置还可用于动植物油和矿物油的混合物，重质油，废油，微粉炭，COM，CWM等的燃烧。
另外，为了按照不与燃烧器喷管3的内面23接触的方式对液滴燃料的最外轨道进行调整，也可在从雾化燃料喷嘴17喷射时，通过加压空气，以细微程度截断液滴燃料(D)，由此，对液滴燃料(D)的粒度进行细化处理，对燃料进行加热，使喷雾液滴的粒度变小，或对应于燃烧量，调整燃烧器喷管3的直径，长度。
采用本发明的实施例的动植物油燃烧装置1，在实验1的条件下，进行24小时的连续运转。采用巴卡拉克烟雾试验机(バガラツクスモ一クテスタ){霍达卡株式会社制(ホダカ株式会社制)}，按照1次/小时的速度，检查烟道的烟浓度，此时，通常，其结果呈现烟浓度1(为优秀。几乎不产生煤烟)，并且稳定地燃烧。另外，在经过24小时后，观察燃烧器喷管3的内部，此时，也没有炭的堆积。
(实验1)
①使用废食用油成分
废植物油(菜种油)约75％
水分约15％
1mm以上的尺寸的杂居物(动物油脂，食物渣，炭化物等)约10％
②使用废食用油温度在40℃～50℃的范围内
③通过超声波与机械搅拌，进行分束(cluster)细微化处理和乳化处理
④
静压  风量
    直进空气流 1kPa 5m<sup>2</sup>/min
    回旋空气流 7kPa 9m<sup>2</sup>/min
    锅炉4内 7～9kPa  10～12m<sup>2</sup>/min
⑤燃烧器喷管3直径280mm，长度350mm
⑥点火燃烧器29丁烷气体100000千卡
产业上的利用的可能性
本发明的动植物油燃烧装置实现下述的效果。
(1)完全燃烧。
(2)不形成长火焰。
(3)燃烧火焰稳定。
(4)炭堆积于设置于燃烧器喷管等的内壁，燃烧器喷管内的喷雾燃料喷嘴等上。
于是，本发明的动植物油燃烧装置可灵活地将动植物油(包含其废油)用作燃料。

Claims (10)

1.一种动植物油燃烧装置(1)，其特征在于该动植物油燃烧装置包括燃烧器喷管(3)；燃烧器喷嘴；动植物油供给机构，该动植物油供给机构通过上述燃烧器喷嘴使动植物油进行雾滴化处理形成雾化燃料，将其雾化燃料供给到燃烧器喷管内部；直进气流送入机构，该直进气流送入机构通过鼓风机(13)的运转将从燃烧器喷嘴的周围，向开口方向而直进的气流送入燃烧器喷管的内部；离心力作用区域形成机构，该离心力作用区域形成机构通过回旋气流的作用，在上述直进气流的周围，形成离心力的作用区域，通过非直进气流用的、另外的鼓风机(27)的运转将该回旋气流从沿切线方向与上述燃烧器喷管(3)的侧壁(21)的内面连接的开口端送入上述燃烧器喷管(3)内，在上述燃烧器喷管(3)内，于离心力的作用下，上述雾化燃料的燃料液滴在回旋气流中根据质量大小而分离的轨道中被燃烧，并通过上述直进气流将燃烧气体向上述燃烧器喷管(3)的外方向喷射。
2.根据权利要求1所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括质量调整机构，该质量调整机构按照所提供的，借助离心力的作用分离的雾化燃料与上述燃烧器喷管的内面非接触的方式，调整所喷射的雾化燃料的液滴的质量。
3.根据权利要求1所述的动植物油燃烧装置，其特征在于动植物油供给机构按照向回旋气流的轴向中心，进行喷射雾滴化处理的雾化燃料的方式构成。
4.根据权利要求3所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括质量调整机构，该质量调整机构按照所提供的，借助离心力的作用分离的雾化燃料与上述燃烧器喷管的内面非接触的方式，调整所喷射的雾化燃料的液滴的质量。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括调整直进气流相对回旋气流的相对风量和风压的气流调整机构。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括点火燃烧器，该点火燃烧器提供可进行动植物油的连续的燃烧传播的热能。
7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的动植物油燃烧装置，其特征在于燃烧器喷管呈圆筒状。
8.根据权利要求7所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括调整直进气流相对回旋气流的相对风量和风压的气流调整机构。
9.根据权利要求7所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括点火燃烧器，该点火燃烧器提供可进行动植物油的连续的燃烧传播的热能。
10.根据权利要求8所述的动植物油燃烧装置，其特征在于其还包括点火燃烧器，该点火燃烧器提供可进行动植物油的连续的燃烧传播的热能。
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