CN102165261B - 耐热燃料活化物质的安装方法以及燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐热燃料活化物质的安装方法以及燃烧装置。在将耐热性的燃料活化物质安装于锅炉等燃烧装置时，通过采用的适宜的安装方法即适宜的安装位置和安装面积来使燃烧活化效果迅速稳定并且廉价地使燃烧活化效果发挥发挥出来。当将在电磁波长为3μm～20μm的区域中具有0.85以上的光谱辐射率的耐热燃料活化物质安装到燃烧设备时，在比燃烧器的燃烧火焰的产生部位靠向后方的燃烧室外部或内部并且是温度为300℃以下的位置，以成为如下位置的50％以上的面积安装耐热燃料活化物质：该位置相当于燃烧圆锥部投影部分。

Description

耐热燃料活化物质的安装方法以及燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种在以重油、灯油等液体化石燃料、LPG、天然气等气体化石燃料、以及煤炭等固体化石燃料作为燃料的锅炉等燃烧装置中，指定在其燃烧时能够提高燃烧活化效果的燃料活化物质的安装位置以及安装面积的安装方法。 

背景技术

以往，对提高锅炉等燃烧装置燃烧时的热效率进行了各种研究。出于其目的，例如如专利文献1中所记载的发明那样，对燃烧器进行了改进。 

本发明的发明人考虑了如下方法：利用来自燃料活化物质的电磁波来活化热分解区域中的甲烷系分子，由此提高燃烧时的燃烧效率。即，在燃烧中，在作为燃料的热分解下所产生的活化学种的一种的甲烷系分子中，存在吸收特定的电磁波长，具体地说是8μm附近(大约3～20μm的范围)的电磁波的吸收带，通过向热分解区域中的甲烷系分子照射该波段的电磁波，使作为燃烧先驱物的活化学种的一种的甲烷系分子较激烈地振动。由此，能够提高甲烷系分子和空气中的氧分子的碰撞频率，结果，能够促进燃烧反应而导致火焰温度上升，从而使燃烧效率更接近完全燃烧，其结果实现使用燃料量的缩减。本申请的发明人尝试开发了这种波长下光谱辐射率较高的燃料活化物质。 

因此，首先着眼于具有辐射电磁波的作用的电气石，进行了将来自电气石的电磁波向热分解区域中的甲烷系分子照射的实验，但是没能得到提高了燃烧时的燃烧效率这样的效果。 

基于此，本申请的发明人披露了专利文献2中所记载的发明。即，通过使由电气石、铁粉以及碳混合而成的远红外线产生体位于燃烧部分跟前附近的甲烷气体通路中，活化燃料并获得节能效果。 

专利文献1：日本特开平11-1707号公报 

专利文献2：WO 2006/088084 A 

发明内容

发明要解决的问题

在上述现有技术之后，本申请的发明人进一步地特别是着眼于光谱辐射率，反复地专致于燃料活化物质的改进而发现如下情况：使用使上述波段的电磁波达到光谱辐射率0.85以上的燃料活化材料，向热分解区域中的甲烷系分子照射该波段的电磁波，由此可将火焰温度提高100～150℃。 

但是，关于现有的燃料活化物质，以聚氨酯树脂等有机树脂作为粘合剂将活化材料形成为片状，或者使活化材料成为涂料而涂布设置，因此在将这些燃料活化物质在燃烧装置中安装于100℃以上的高温位置的情况下，有时粘合剂由于时间的推移而碳化，由此导致来自燃料活化物质的电磁波的光谱辐射率降低。 

此外，在欲将如上述现有技术所示那样的燃料活化物质安装于燃烧装置的情况下，以往只能不得不安装于在内部燃烧有火焰的燃烧装置的外侧。这是因为：由于对以电气石、铁粉以及碳为主的成分，以聚氨酯树脂等有机树脂作为粘合剂来成型，因此若将其安装于100℃以上的高温位置，特别是安装于燃烧装置的内部，则会由于碳化而导致光谱辐射率降低。 

但是，即使是燃烧装置的外部，也有时成为100℃以上的 高温，在这种位置也不能安装燃料活化物质。因此，使燃料活化物质具备耐热性成为了课题。 

而且，若使燃料活化物质具备目前程度以上的耐热性，则也能够在迄今为止不能进行安装的燃烧装置的内部进行安装。 

即，这是因为：由于从安装于燃烧装置外部的燃料活化物质发出的电磁波透过构成燃烧装置的金属壁到达燃烧火焰处，因此不能避免电磁波量衰减，发现燃烧活化的效果需要时间，并且其效果不稳定。 

因此，本发明的课题是，在将耐热性的燃料活化物质安装于锅炉等燃烧装置时，通过采用适宜的安装方法来使燃烧活化效果迅速稳定并且廉价地使燃烧活化效果发挥出来。 

用于解决问题的方案

鉴于上述目的，本发明中第1技术方案的耐热燃料活化物质的安装方法的特征在于，当将在电磁波长为3μm～20μm的区域中具有0.85以上的光谱辐射率的耐热燃料活化物质安装到燃烧设备时，在燃烧装置的外部并且是比构成该燃烧装置的燃烧器的燃烧火焰的产生部位靠向后方的位置，以成为如下位置的面积的50％以上的面积安装耐热燃料活化物质：该位置相当于构成该燃烧装置的燃烧圆锥部的投影部分。 

而且，优选的是，上述燃烧器固定到构成上述燃烧装置的法兰部上，该法兰部固定到该燃烧装置上，从而将该燃烧器安装到该燃烧装置上，上述燃烧装置的外部是指固定到该燃烧装置上的上述法兰部的相当于燃烧装置外部的位置。 

此外，本发明中第2技术方案的耐热燃料活化物质的安装方法的特征在于，当将在电磁波长为3μm～20μm的区域中具有0.85以上的光谱辐射率的耐热燃料活化物质安装到燃烧设备 时，在使燃料燃烧来产生持续的火焰的燃烧装置的内部并且是比构成该燃烧装置的燃烧器的燃烧火焰的产生部位靠向后方的位置，以成为如下位置的面积的50％以上的面积安装耐热燃料活化物质：该位置相当于构成该燃烧装置的燃烧圆锥部的投影部分。 

而且，优选的是，上述燃烧器固定到构成上述燃烧装置的法兰部上，该法兰部固定到该燃烧装置上，从而将该燃烧器安装到该燃烧装置上，上述燃烧装置的内部是指固定在该燃烧装置上的上述法兰部的相当于燃烧装置内部的位置。 

本发明中的“燃烧设备”是，不仅具体指贯流锅炉、炉筒烟管锅炉以及水管锅炉(也包括具有2个以上的燃烧器的产业用锅炉、发电厂用锅炉)，还指窑、干燥机、以及冷热水发生机那样的具有以燃烧火焰为热源的燃烧装置、燃烧室的设备。 

此外，这里所说的“燃烧装置”是指具有燃料的供给系统、计量器、各种调节阀以及燃烧器并直接干预燃烧的装置。 

而且，这里所说的“燃烧室”是指使从燃烧器吹入的燃料迅速点燃、燃烧、以及使产生的可燃气体与空气良好地混合接触而进行燃烧的部分。 

并且，这里所说的“燃烧器”是指液体燃料用燃烧器、气体燃料用燃烧器以及固体燃料用燃烧器，具体如下。 

液体燃料用燃烧器将燃料油微粒化而使其表面面积扩大，促进气化并使得与空气的接触良好，完成燃烧反应，具体地指压力喷雾式燃烧器、蒸气(空气)喷雾式燃烧器、低压气流喷雾式燃烧器、旋转式(rotary)燃烧器、枪式燃烧器等。 

气体燃料用燃烧器大多采用扩散燃烧方式，具体地指中心式燃烧器(center-type burner)、环式燃烧器(ring-type burner)、多喷嘴燃烧器(multispud burner)等。 

固体燃料用燃烧器具体指采用煤粉燃烧器的燃烧方式的燃烧器。 

此外，关于本发明中的“耐热燃料活化物质”，只要是在电磁波长为3μm～20μm的区域中的光谱辐射率为0.85以上、并且发挥在从常温至300℃的状态下能够使用的性能的物质，就与其种类无关。该光谱辐射率是，将黑体在该波长范围内的辐射率设为1时的数值，并作为放射出可有助于热分解区域中的甲烷系分子的活化的远红外线足够的数值而有意义。 

作为该燃料活化物质的具体例，可列举将电气石、铁粉以及碳的燃料活化材料包含为主成分的物质。另外，作为燃料活化材料，也可以在其中加入硅。将这些燃料活化材料与用作粘合剂的金属喷镀材料例如熔融温度较低的铜、铝、镍等金属的微粉末进行熔融混合，将其喷镀于燃烧室外部或者内部的上述位置，从而能够形成耐热性的燃料活化物质覆膜。此外，也可以将这些燃料活化材料与铅、锌这样的熔点较低的金属进行熔融混合后形成为片状，然后安装于相同位置，从而形成耐热性的燃料活化物质覆膜。而且，也可以将硅、氟、水玻璃等无机材料作为一部分或者全部而包含的无机树脂作为粘合剂与这些燃料活化材料进行混炼，然后将其吹喷或涂布设置于燃烧室外部或内部的上述位置，或者将其进行混炼形成为片状后粘贴于相同的位置，从而形成耐热性的燃料活化物质覆膜。 

在这里，关于耐热燃料活化物质的安装位置以及面积，是指假设将燃烧器的燃烧圆锥部的最大直径部分向燃烧室的后方投影到燃烧器的固定部分特别是包含法兰部的部分，在这种情况下的该投影部分的面积的50％以上。这里的该“面积”是指假设燃烧器等安装于其面积部分内的管及其他构造不存在的情况下计算的面积。 

发明的效果

本发明由于如上述那样构成，使燃料活化物质具有迄今为止以上的耐热性，还能够在迄今为止不能进行安装的燃烧装置内部进行安装，并且在将耐热性的燃料活化物质安装到锅炉等燃烧装置时，通过采用在与燃烧圆锥部投影部分相当的位置的50％以上的面积进行安装这样的适宜的安装方法，得到燃料活化效果，即，从耐热燃料活化物质辐射的电磁波能够进一步直接作用于燃烧火焰，结果能够迅速、稳定并且廉价地发挥如下作用：使作为燃料的热分解所产生的活化学种的一种的甲烷系分子的振动活跃并促进其燃烧，由此能够带来火焰温度的上升和燃烧火焰的稳定，从而进一步削减燃料使用量。 

附图说明

图1示意性地表示为了调查本发明的耐热燃料活化物质的光谱辐射率和火焰温度之间的关系而使用的测量装置； 

图2示意性地表示作为本发明的第1实施例而安装有耐热燃料活化物质的炉筒烟管锅炉； 

图3放大表示图2中的燃烧器部分； 

图4用图表表示在本发明的第1实施例中耐热燃料活化物质的安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％并安装于燃烧室的外侧表面的情况下的、安装前后的燃料使用系数的变化； 

图5用图表表示在本发明的第1实施例中耐热燃料活化物质的安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％并安装于燃烧室的内侧表面的情况下的、安装前后的燃料使用系数的变化； 

图6示意性地表示作为本发明的第2实施例而安装有耐热 燃料活化物质的贯流锅炉； 

图7放大表示图6中的燃烧器部分； 

图8用图表表示在本发明的第2实施例中耐热燃料活化物质的安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％并安装于燃烧室的外侧表面的情况下的、安装前后的燃料使用系数的变化； 

图9用图表表示在本发明的第2实施例中耐热燃料活化物质的安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％并安装于燃烧室的内侧表面的情况下的、安装前后的燃料使用系数的变化； 

图10示意性地表示作为本发明的第3实施例而安装有耐热燃料活化物质的水管锅炉； 

图11放大表示图10中的燃烧器部分； 

图12用图表表示在本发明的第3实施例中耐热燃料活化物质的安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％并安装于燃烧室的外侧表面的情况下的、安装前后的燃料使用系数的变化； 

图13用图表表示在本发明的第3实施例中耐热燃料活化物质的安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％并安装于燃烧室的内侧表面的情况下的、安装前后的燃料使用系数的变化。 

具体实施方式

(1)验证燃料活化材料的配合比 

燃料活化材料使用了以下的物质。 

电气石：黑电气石(Schorl Tourmaline)42目(日本“アダン矿山中央研究所”制) 

铁粉：RS-200A(日本“パウダ一テツク株式会社”制) 

碳：活性炭、粉末(C-AW；12.011，昭和化学，日本) 

将以下述表1所示的各配合比混合上述物质而成的物质作为燃料活化材料，在其中加入作为粘合剂的无机硅树脂(ES-1002T，日本“信越化学工业”制)而进行混炼，将此混炼后的物质在厚度为2mm的铝钢板上分别涂布设置成0.6mm的膜厚，将由此得到的样品供测量光谱辐射率。 

测量使用岛津傅立叶变换红外分光光度计(IRPrestiga-21(P/N 206-72010)，日本“岛津制作所”制)来进行了光谱辐射率的测量。具体地说，首先，在黑体炉(300℃)中将光谱辐射率读取为1.0，将涂布有仿黑体涂料(光谱辐射率为0.94)的测量试样放入试样炉，在试样炉内的温度下将光谱辐射率设定为0.94，之后，在此条件下将各样品放入试样炉内而测量其光谱辐射率。其结果也由下表1一并表示。 

(表1) 

^*：“％”均为相对于“合计”的重量％ 

根据上述结果，燃料活化材料中的电气石为240g(35.9重量％)，铁粉为420g(62.9重量％)以及碳为8g(1.2重量％)的试样No.3的光谱辐射率为0.94，可将其认为最佳模式。可得知，如果以此为中心，电气石的配合比为30重量％以上并且44重量％以下(根据试样No.2以及试样No.4)、铁粉的配合比为55重量％以上并且69重量％以下(根据试样No.7以及试样No.8)以及碳的配合比为0.5重量％以上并且1.5重量％以下(根据试样No.11以及试样No.12)，则光谱辐射率成为0.85以上。 

(2)利用金属喷镀形成的耐热燃料活化物质 

接着，使用上述(1)的结果中作为最佳模式的试样No.3的燃料活化材料，研究用于金属喷镀的粘合剂的适宜重量比。 

作为粘合剂，将以镍和铝为主要成分的金属喷镀29029(日本“ユテク株式会社”制)，相对于上述试样No.3的燃料活化材料100重量％以下表2的重量比进行熔融混合，使用TERO-DIZING SYSTEM2000(日本“ユテク株式会社”制)在厚度为2mm的铝钢板上喷镀成0.6mm的膜厚。关于利用该喷镀来形成的耐热燃料活化物质，与上述(1)相同地测量光谱辐射率，并且研究对喷镀部位的附着性。其结果如下表2所示。 

(表2) 

^*：“％”均为相对于“合计”的重量％ 

根据上述结果，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的重量比为100重量％的No.16的光谱辐射率为0.94，为最高值，以此为中心，粘合剂的重量比为50重量％的试样No.15以及150重量％的试样No.17的光谱辐射率为0.85以上。与此相对，粘合剂的重量比超过150重量％的试样No.18是其光谱辐射率低于0.85。另外，明确了如下情况：在粘合剂的重量比低于50重量％的试样No.14中，在向钢板喷镀之后，一旦用手擦拭则容易剥落，作为耐热燃料活化物质的附着性不足，不适于实际应用。 

由此可知，在混合用于金属喷镀的粘合剂来形成耐热燃料活化物质的情况下，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的适宜重量比为50重量％以上并且150重量％以下。 

(3)作为金属片而形成的耐热燃料活化物质 

接着，使用上述(1)的结果中作为最佳模式的试样No.3的燃料活化材料，研究用于形成为金属片的粘合剂的适宜重量比。 

作为粘合剂，将铅相对于上述试样No.3的燃料活化材料100重量％以下表3的重量比进行配合，将其在350℃下熔融，将由此得到的物质形成为厚度1mm的片状。与上述(1)相同地测量其光谱辐射率，并且研究其作为片状的可成型性。其结果如下表3所示。 

(表3) 

^*：“％”均为相对于“合计”的重量％ 

根据上述结果，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的重量比为100重量％的No.21的光谱辐射率为0.94，为最高值，以此为中心，粘合剂的重量比为50重量％的试样No.20以及150重量％的试样No.22的光谱辐射率为0.85以上。与此相对，粘合剂的重量比超过150重量％的试样No.23是其光谱辐射率低于0.85。另外，明确了如下情况：在粘合剂的重量比低于50重量％的试样No.19中，由于不能将其成形为片状，因此在实际应用中不适于用作耐热燃料活化物质。 

由此可知，在混合金属粘合剂来形成为片状的耐热燃料活化物质的情况下，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的适宜重量比为50重量％以上并且150重量％以下。 

(4)作为无机树脂片而形成的耐热燃料活化物质 

接着，使用上述(1)的结果中作为最佳模式的试样No.3的燃料活化材料，研究在将无机树脂作为粘合剂来形成为片状的情况下的粘合剂的适宜重量比。作为无机树脂，将在上述(1)中也使用了的无机硅树脂，相对于上述(1)的活化材料100重量％以下表3的重量比进行配合并混炼，从而形成为厚度1mm的片状。与上述(1)相同地测量其光谱辐射率，并且研究其作为片状的可成型性。其结果如下表4所示。 

(表4) 

^*：“％”均为相对于“合计”的重量％ 

根据上述结果，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的重量比为100重量％的No.26的光谱辐射率为0.94，为最高值，以此为中心，粘合剂的重量比为75重量％的试样No.25以及150重量％的试样No.27的光谱辐射率为0.85以上。与此相对，粘合剂的重量比超过150重量％的试样No.28是其光谱辐射率低于0.85。另外，明确了如下情况：在粘合剂的重量比低于75重量％的试样No.24中，由于不能将其成形为片状，因此在实际应用中不适于用作耐热燃料活化物质。 

由此可得知，在混合无机树脂粘合剂来形成为片状的耐热燃料活化物质的情况下，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的适宜重量比为75重量％以上并且150重量％以下。 

(5)作为无机树脂熔融喷镀片而形成的耐热燃料活化物质 

接着，使用上述(1)的结果中作为最佳模式的试样No.3的燃料活化材料，研究在将无机树脂作为粘合剂并利用熔融喷镀来形成为片状的情况下的粘合剂的适宜重量比。作为无机树脂，将在上述(1)中也使用了的无机硅树脂，相对于上述(1)的活化材料100重量％以下表3的重量比进行配合并熔融，在厚度2mm的铝钢板上喷镀该熔融后的物质以形成厚度为1mm的膜厚，与上述(1)相同地测量其光谱辐射率，并且还研究其作为膜的附着性。其结果如下表5所示。 

(表5) 

^*：“％”均为相对于“合计”的重量％ 

根据上述结果，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的重量比为100重量％的No.31的光谱辐射率为0.94，为最高值，以此为中心，粘合剂的重量比为75重量％的试样No.30以及150重量％的试样No.32的光谱辐射率为0.85以上。与此相对，粘合剂的重量比超过150重量％的试样No.33的光谱辐射率低于0.85。另外，明确了如下情况：在粘合剂的重量比低于75重量％的试样No.29中，向钢板涂布设置之后，一旦用手擦拭则容易剥落，作为耐热燃料活化物质的附着性不足，不适于实际应用。 

由此可知，在熔融喷镀无机树脂粘合剂来形成为片状的耐热燃料活化物质的情况下，粘合剂相对于燃料活化材料100重量％的适宜重量比为75重量％以上并且150重量％以下。 

(6)硅的添加 

对在上述(1)中碳为下限值的0.5重量％的试样No.11再添加硅(硅-粉末(Si.14，昭和化学，日本))，对该情况在与上述(1)相同的条件下制成试样，并供测量光谱辐射率。其结果如下表6所示。 

(表6) 

^*：“％”均为相对于“合计”的重量％ 

根据上述结果可看出，相对于不添加硅的试样No.11的光谱辐射率为0.90，添加了0.5重量％的硅的试样No.34的光谱辐射率提高为0.92。而且，可看出，添加了1.0重量％的硅的试样 No.35的光谱辐射率为0.94，而且添加了1.5重量％的硅的试样No.36的光谱辐射率为0.91，与不添加硅的情况相比，光谱辐射率均有所提高。但是，硅的添加率超过1.5重量％(1.8重量％)的试样No.37是其光谱辐射率为0.87，反而降低。 

由上述结果看出了如下意义：若硅的添加率为1.5重量％以下，则在碳含有率较低的情况下，补充该光谱辐射率。 

(7)耐热燃料活化物质的继续使用 

接着，调查在高温环境下继续使用对光谱辐射率的影响。 

将在100mm×200mm×厚度2mm的铝板上涂布设置上表5的试样No.31的耐热燃料活化物质所得的试样，放置在由支柱支承的水平的铁板上，利用燃气炉具从该铁板下方以1日7小时、280～300℃的条件进行加热，加热结束后与上述(1)相同地供测量光谱辐射率。对同一试样持续测量了20天。 

结果，试样所示出的光谱辐射率的时效变化如下表7所示。 

(表7) 

经过天数	光谱辐射率
		1	0.95
2	0.96
		3	0.88
4	0.87
		5	0.87
6	0.86
		7	0.86
8	0.86
		9	0.86
10	0.86
		15	0.86
20	0.86

如上，在整个实验期间，光谱辐射率保持在0.85以上。 

另外，在整个实验期间，涂布设置于铝板的耐热燃料活化物质没有产生鼓起、脱落、龟裂。 

此外，在测量光谱辐射率之后恢复到室温的状态下，进行剥离试验。利用如下方法进行该剥离试验：利用刀具在耐热燃料活化物质表面上以到达至铝层的深度划出间隔为5mm的格子状划痕，在此处贴上透明胶，并立即剥离该胶带，观察该胶带上是否附着有耐热燃料活化物质。在整个实验期间，当然看不到耐热燃料活化物质的脱离，连毛边也完全看不到。 

而且，对紧密接合性进行了耐冲击试验。将涂布设置有耐热燃料活化物质的相同铝板放置在地面上，使1kg的铁球从铝板上方1m高度落下3次，观察是否脱离，也在整个实验期间，完全看不到耐热燃料活化物质的脱离。 

根据上述的各观察得知，耐热燃料活化物质对被涂布体的紧密接合性极好。 

另外，在此附注如下说明：关于该光谱辐射率以及紧密接合性的时效变化的观察结果，不仅在吹喷(1)的无机材料的使用方式下能够看得到，在其他所有的使用方式下也均能相同地看得到。 

(8)光谱辐射率和火焰温度之间的关系 

关于是否安装有耐热燃料活化物质、以及光谱辐射率不同的耐热燃料活化物质，通过分别进行实验来调查了火焰的温度变化。具体地说，使用如图1所示那样的测量装置10进行实验。即，将内径8.0mm的圆管不锈钢制的燃烧器筒13连结于具有空气孔11的燃烧器连结部12，并且燃料管14从燃烧器连结部12的后方突出到燃烧器筒13的中途。在该燃烧器筒13的外侧表面且比燃料管14的顶端靠向后方的部分，安装将上述(4)的无机树脂作为粘合剂而形成为片状的耐热燃料活化物质15。 

将该测量装置10设置于室温、大气压下来进行实验。将来自燃料管14的燃料(城市煤气(13A、甲烷88％))的流速调整为73cm/秒、将来自空气孔11的空气的流速调整为27cm/秒，利用高速摄像机(HPV-1，岛津制作所制)对由它们混合而在燃烧器筒12内产生的火焰16进行视频拍摄，利用双色测温仪/照相机系统(Thermera，日本“ノビテツク株式会社”制)对该拍摄的视频影像进行解析，从而测量火焰温度。其结果如下表8所示。 

(表8) 

由上可看出，安装耐热燃料活化物质，使火焰温度上升，此外，存在所安装的耐热燃料活化物质的光谱辐射率越高而火焰温度上升得越高的倾向。特别是，得知了如下情况：不安装耐热燃料活化物质的实验No.1和光谱辐射率为0.90以上的实验No.7～9之间，火焰温度实际上升了100K。 

另外，根据利用上述(4)以外的耐热燃料活化物质来进行的实验，也得知火焰温度依赖于光谱辐射率。 

(9)锅炉中的实验结果 

接下来，在具体的锅炉上安装上述耐热燃料活化物质，验证其节能效率。在这里，关于“节能效率”，如下定义。 

首先，在安装耐热燃料活化物质之前，将在获得蒸气的期 间所使用的燃料的量(单位：液体时为升，气体燃料时为m³)除以为了获得蒸气所使用的水的量(单位：m³)而得到的系数定义为“安装前燃料使用系数”(E_b)。 

另一方面，在安装耐热燃料活化物质之后，同样地将在获得蒸气的期间所使用的燃料的量除以为了获得蒸气所使用的水的量而得到的系数定义为“安装后燃料使用系数”(E_a)。 

然后，利用下式来定义节能率(η)。 

η＝(E_b-E_a)/E_b×100 

即，将1立方米水转化为蒸气所需要的燃料量在安装耐热燃料活化物质前后减少的量对安装前所需要的燃料量的比率(％)为节能率(η)。 

利用下述各类锅炉对节能率进行了验证。 

(9-1)第1实施例 

作为第1实施例，在作为具体的锅炉类型的炉筒烟管锅炉中进行了验证。在该炉筒烟管锅炉(KMS-16A，日本“石川島汎用ボイラ株式会社”制)中使用的燃料种类为A重油，使用的燃烧器种类为枪式燃烧器，锅炉容量为8000kg/h，控制方法为比例控制。图2为其炉筒烟管锅炉20的示意图，图3是放大了其中的枪式燃烧器部分的图。在锅炉主体21的燃烧室28的一端(图2中为左端)安装有燃烧装置22，其燃烧圆锥部23朝向锅炉主体21的内部(图2中为右侧，图3中为上方)开口有其外径最大的圆锥最大直径部24，从位于其大致轴心的枪式燃烧器25的顶端向燃烧室28的中心方向喷射火焰。在燃烧装置22的后端设置有用于固定其枪式燃烧器25的法兰26。在该法兰26的内侧表面且是上述圆锥最大直径部24的投影部分27的面积的100％上，安装下表9中的各类耐热燃料活化物质15(参照图3)，而计算其安装前后的燃料使用系数，由此计算节能率。其结果 如下表9所示。另外，耐热燃料活化物质的光谱辐射率是以使得成为表示各种的数值的方式适宜地调整各粘合剂的重量比而得到的。 

(表9) 

由此可看出，不管任何耐热燃料活化物质，只要光谱辐射率为0.85以上，就比安装前燃料使用系数至少减少4.85％。尤其可看出如下倾向：即使耐热燃料活化物质不同，伴随耐热燃料活化物质的光谱辐射率的提高，节能率也提高。可推测为这是火焰温度伴随光谱辐射率的提高而提高(参照上述(8))所引起的。 

接着，研究如下情况下的节能率，即：对于上述之中节能率最高的无机材料片，分别在法兰26的内侧表面以及外侧表面上，以圆锥最大直径部24的投影面积的40％、50％以及100％的面积安装时的节能率。其结果如下表10所示。 

(表10) 

判明出如下情况：在安装面积小于50％的实验No.1、No.4中节能率不满1％，而不适宜实际应用。另一方面，安装面积为 50％以上的实验No.2、No.3、No.5、No.6能够达到至少超过4％的节能率。此外，从实验No.2与实验No.3的对比以及实验No.5与实验No.6的对比可知那样，判明出安装面积越大节能率越高。此外，通过实验No.2与实验No.5的对比以及实验No.3与实验No.6的对比还可知，若安装面积相同，则安装于燃料室的内侧表面时的节能率高于安装于燃料室的外侧表面时的节能率。 

也就是说，对于安装面积为圆锥最大直径部24的投影面积的100％的实验No.3和实验No.6，在图4中用图表表示了实验No.3中的安装耐热燃料活化物质前后的燃料使用系数的变化，在图5中用图表表示了实验No.6中的安装耐热燃料活化物质前后的燃料使用系数的变化。另外，在图4以及图5中的任意一图中，图表中上侧的实线的水平线是利用表10中的“安装前燃料使用系数”的数值画出的，下侧的虚线的水平线是利用同一表中的“安装后燃料使用系数”的数值画出的。此外，在两图中，“×”符号是标绘了安装耐热燃料活化物质前的燃料使用系数的符号，另一方面，“○”符号标绘了安装耐热燃料活化物质后的燃料使用系数的变化的符号。 

从这两个图可知，在安装于燃烧室的内侧表面的情况下(图5)，安装后大约1.2个月就稳定地达到“安装后燃料使用系数”的水平，与此相对，在安装于燃烧室的外侧表面的情况下(图4)，安装后大约1.9个月就稳定地达到“安装后燃料使用系数”的水平。在这里，从上表10明显看出，图4中实线的水平线和虚线的水平线之间的间隔相当于5.10％，与此相对，在图5中其间隔相当于5.31％。由此，很明显，与安装于燃烧室的外侧表面的情况(图4)相比，安装于燃烧室的内侧表面的情况(图5)更快地到达更低的“安装后燃料使用系数”，从而可知安装于燃烧室的内侧表面的情况(图5)能够更快地发挥节能效果并且 发挥更高的节能效果。 

(9-2)第2实施例 

作为第2实施例，在作为具体的锅炉类型的贯流锅炉中进行了验证。在该贯流锅炉(STE2001GLM，“日本サ一モエナ一株式会社”制)中使用的燃料种类为LPG，使用的燃烧器种类为枪式燃烧器，锅炉容量为1667kg/h，控制方法为三位式控制。图6为其贯流锅炉30的示意图，图7是放大了其中的枪式燃烧器的图。在锅炉主体31的燃烧室38的一端(图6中为上端)安装有燃烧装置32，其燃烧圆锥部33朝向锅炉主体31的内部(图6以及图7中为下方)开口有其外径最大的圆锥最大直径部34，从位于其大致轴心的枪式燃烧器35的顶端向燃烧室38的中心方向喷射火焰。在燃烧装置32的后端设置有用于固定其枪式燃烧器35的法兰36。在该法兰36的内侧表面且是上述圆锥最大直径部34的投影部分37的面积的100％上，安装下表11中的各类耐热燃料活化物质15，而计算其安装前后的燃料使用系数，由此计算节能率。其结果如下表11所示。另外，在此所使用的耐热燃料活化物质分别与第1实施例中所使用的耐热燃料活化物质相同。 

(表11) 

由此可看出，不管任何耐热燃料活化物质，只要光谱辐射率为0.85以上，就比安装前燃料使用系数至少减少4.76％。尤其可看出如下倾向：即使耐热燃料活化物质不同，与上述第1 实施例相同，伴随耐热燃料活化物质的光谱辐射率的提高，节能率也提高。 

接着，研究如下情况下的节能率，即：对于上述之中节能率最高的无机材料片，分别在法兰36的内侧表面以及外侧表面上，以圆锥最大直径部34的投影面积的40％、50％以及100％的面积安装时的节能率。其结果如下表12所示。 

(表12) 

判明出如下情况：在安装面积小于50％的实验No.7、No.10中节能率不满1％，而不适宜实际应用。另一方面，安装面积为50％以上的实验No.8、No.9、No.11、No.12能够达到至少超过3％的节能率。此外，从实验No.8与实验No.9的对比以及实验No.11实验与No.12的对比可知那样，判明出安装面积越大节能率越高。此外，通过实验No.8与实验No.11的对比以及实验No.9与实验No.12的对比还可知，若安装面积相同，则安装于燃料室的内侧表面时的节能率高于安装于燃料室的外侧表面时的节能率。 

也就是说，对于安装面积为圆锥最大直径部的投影面积的100％的实验No.9和实验No.12，在图8中用图表表示了实验No.9中的安装耐热燃料活化物质前后的燃料使用系数的变化，在图9中用图表表示了实验No.12中的安装耐热燃料活化物质前后的燃料使用系数的变化。另外，在图8以及图9中的任意一 图中，图表中上侧的实线的水平线是利用表10中的“安装前燃料使用系数”的数值画出的，下侧的虚线的水平线是利用同一表中的“安装后燃料使用系数”的数值画出的。此外，在两图中，“×”符号是标绘了安装耐热燃料活化物质前的燃料使用系数的符号，另一方面，“○”符号是标绘了安装耐热燃料活化物质后的燃料使用系数的变化的符号。 

从这两个图可知，在安装于燃烧室的内侧表面的情况下(图9)，安装后大约1.5个月就稳定地达到“安装后燃料使用系数”的水平，与此相对，在安装于燃烧室的外侧表面的情况下(图8)，安装后大约2.4个月就稳定地达到“安装后燃料使用系数”的水平。在这里，从上表12明显看出，图8中实线的水平线和虚线的水平线之间的间隔相当于5.33％，与此相对，在图9中其间隔相当于5.53％。由此，很明显，与安装于燃烧室的外侧表面的情况(图8)相比，安装于燃烧室的内侧表面的情况(图9)更快地到达更低的“安装后燃料使用系数”，从而可知安装于燃烧室的内侧表面的情况(图9)能够更快地发挥节能效果并且发挥更高的节能效果。 

(9-3)第3实施例 

作为第3实施例，在作为具体的锅炉类型的水管锅炉中进行了验证。在该水管锅炉(SCM-160，日本“石川島播磨重工業”制)中使用的燃料种类为C重油，使用的燃烧器种类为枪式燃烧器，锅炉容量为16000kg/h，控制方法为比例控制。图10为其水管锅炉40的示意图，图11是放大了其中的枪式燃烧器的图。在锅炉主体部分41的燃烧室48的一端(图10中为下端)安装有燃烧装置42，其燃烧圆锥部43朝向锅炉主体41的内部(图10以及图11中为上方)开口有其外径最大的圆锥最大直径部44，从位于其大致轴心的枪式燃烧器45的顶端向燃烧室28 的中心方向喷射火焰。在燃烧装置42的后端设置有用于固定其枪式燃烧器45的法兰46。在该法兰46的内侧表面且是上述圆锥最大直径部44的投影部分47的面积的100％上，安装下表13中的各类耐热燃料活化物质15，而计算其安装前后的燃料使用系数，由此计算节能率。其结果如下表13所示。另外，在此所使用的耐热燃料活化物质分别与第1实施例中所使用的耐热燃料活化物质相同。 

(表13) 

由此可看出，不管任何耐热燃料活化物质，只要光谱辐射率为0.85以上，就比安装前燃料使用系数至少减少3％。尤其可看出如下倾向：即使耐热燃料活化物质不同，与上述第1实施例以及上述第2实施例相同，伴随耐热燃料活化物质的光谱辐射率的提高，节能率也提高。 

接着，研究如下情况下的节能率，即：对于上述之中节能率最高的无机材料片，分别在法兰46的内侧表面以及外侧表面上，以圆锥最大直径部44的投影面积的40％、50％以及100％的面积安装时的节能率。其结果如下表14所示。 

(表14) 

判明出如下情况：在安装面积小于50％的实验No.13、No.16中节能率不满1％，而不适宜实际应用。另一方面，安装面积为50％以上的实验No.14、No.15、No.17、No.18能够达到至少超过3％的节能率。此外，从实验No.14与实验No.15的对比以及实验No.17与实验No.18的对比可知那样，判明出安装面积越大节能率越高。此外，通过实验No.14与实验No.17的对比以及实验No.15与实验No.18的对比还可知，若安装面积相同，则安装于燃料室的内侧表面时的节能率高于安装于燃料室的外侧表面时的节能率。 

也就是说，对于安装面积为圆锥最大直径部44的投影面积的100％的实验No.15和实验No.18，在图12中用图表表示了实验No.15中的安装耐热燃料活化物质前后的燃料使用系数的变化，在图13中用图表表示了实验No.18中的安装耐热燃料活化物质前后的燃料使用系数的变化。另外，在图12以及图13中的任意一图中，图表中上侧的实线的水平线是利用表10中的“安装前燃料使用系数”的数值画出的，下侧的虚线的水平线是利用同一表中的“安装后燃料使用系数”的数值画出的。此外，在两图中，“×”符号是标绘了安装耐热燃料活化物质前的燃料使用系数的符号，另一方面，“○”符号是标绘了安装耐热燃料活化物质后的燃料使用系数的变化的符号。 

从这两个图可知，在安装于燃烧室的内侧表面的情况下(图13)，安装后大约1.9个月就稳定地达到“安装后燃料使用系数”的水平，与此相对，在安装于燃烧室的外侧表面的情况下(图12)，安装后大约2.3个月就稳定地达到“安装后燃料使用系数”的水平。在这里，从上表14明显看出，图12中实线的水平线和虚线的水平线之间的间隔相当于3.25％，与此相对，在图13中其间隔相当于3.54％。由此，很明显，与安装于燃烧室的外侧表面的情况(图12)相比，安装于燃烧室的内侧表面的情况(图13)更快地到达更低的“安装后燃料使用系数”，从而可知安装于燃烧室的内侧表面的情况(图13)能够更快地发挥节能效果并且发挥更高的节能效果。 

(10)其他 

另外，在此附注如下说明：在使用除上述的各通用锅炉之外的产业用锅炉的情况下也能够得到大致相同的结果，另外，作为在锅炉中使用的燃料，使用除上述以外的城市煤气(13A)或者生物燃料等燃料，能够与燃料种类无关地得到大致相同的结果。 

产业上的可利用性

本发明不仅能够利用于贯流锅炉、炉筒烟管锅炉以及水管锅炉(也包括具有2个以上的燃烧器的产业用锅炉、发电厂用锅炉)，也可以利用于窑、以及干燥机那样的具有燃烧装置的燃烧设备。 

Claims (3)

1.一种耐热燃料活化物质的安装方法，其特征在于，

当将在电磁波长为3μm～20μm的区域中具有0.85以上的光谱辐射率的耐热燃料活化物质安装到燃烧设备时，在燃烧装置的外部并且是比构成该燃烧装置的燃烧器的燃烧火焰的产生部位靠向后方的位置，以成为如下位置的50％以上的面积安装耐热燃料活化物质：该位置相当于构成该燃烧装置的燃烧圆锥部的投影部分，

上述燃烧器固定到构成上述燃烧装置的法兰部上，该法兰部固定到该燃烧装置上，从而将该燃烧器安装到该燃烧装置上，

上述燃烧装置的外部是指固定在该燃烧装置上的上述法兰部的相当于燃烧装置外部的位置。

2.一种耐热燃料活化物质的安装方法，其特征在于，当将在电磁波长为3μm～20μm的区域中具有0.85以上的光谱辐射率的耐热燃料活化物质安装到燃烧设备时，在使燃料燃烧来产生持续的火焰的燃烧装置的内部并且是比构成该燃烧装置的燃烧器的燃烧火焰的产生部位靠向后方的位置，以成为如下位置的50％以上的面积安装耐热燃料活化物质：该位置相当于构成该燃烧装置的燃烧圆锥部的投影部分，

上述燃烧器固定到构成上述燃烧装置的法兰部上，该法兰部固定到该燃烧装置上，从而将该燃烧器安装到该燃烧装置上，

上述燃烧装置的内部是指固定在该燃烧装置上的上述法兰部的相当于燃烧装置内部的位置。

3.一种燃烧装置，其特征在于，

将在电磁波长为3μm～20μm的区域中具有0.85以上的光谱辐射率的耐热燃料活化物质安装在如下位置：使燃料燃烧来产生持续的火焰的燃烧装置的内部，并且是比构成该燃烧装置的燃烧器的燃烧火焰的产生部位靠向后方的位置，并且是成为如下位置的50％以上的面积上：该位置相当于构成该燃烧装置的燃烧圆锥部的投影部分，

上述燃烧器固定到构成上述燃烧装置的法兰部上，该法兰部固定到该燃烧装置上，从而将该燃烧器安装到该燃烧装置上，

上述燃烧装置的内部是指固定在该燃烧装置上的上述法兰部的相当于燃烧装置内部的位置。

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