CN108496040B - 辐射管燃烧器设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有辐射管燃烧器的辐射管燃烧器设备，所述辐射管燃烧器是将燃料气体和燃烧用空气供给辐射管一端部的燃烧部，在燃烧部中，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管另一端部排出的辐射管燃烧器，将容纳三元催化剂的废气处理部设置于辐射管的燃烧废气的排出方向下游侧的位置上。

Description

辐射管燃烧器设备
技术领域
本发明涉及一种具有辐射管燃烧器的辐射管燃烧器设备，所述辐射管燃烧器是将燃料气体和燃烧用空气供给辐射管一端部的燃烧部，在所述燃烧部中，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管另一端部排出的辐射管燃烧器。特别在如下点上具有特征：在所述辐射管燃烧器设备中，当将燃料气体和燃烧用空气供给燃烧部，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧气体从辐射管另一端部排出外部时，可防止以燃烧废气中包含有害的氮氧化物(以下称为NOx)或者CO气体或者烃气体(HC)等未燃烧成分气体的状态将燃烧废气排出外部。
背景技术
一直以来，在工业用加热炉或热处理炉等中，为了防止当使被加热物加热时，火焰与被加热物接触而使被加热物氧化等情况，常利用具有辐射管燃烧器的辐射管燃烧器设备。
而在这样的辐射管燃烧器设备中，通常将燃料气体和燃烧用空气供给辐射管一端部的燃烧部，使燃料气体和燃烧用空气在所述燃烧部内混合，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管另一端部排出。
这里，在所述辐射管燃烧器中，当如所述那样使燃料气体与燃烧用空气在燃烧部内混合，使燃料气体在辐射管内燃烧时，为了使燃烧废气所含的NOx减少，如果将相对于燃料气体的燃烧用空气的量减少，而将空气比μ(实际的空气量/理论空气量)控制在1.0以下进行燃烧，则燃烧废气中大量残留CO气体或者烃(HC)气体等未燃烧成分气体，导致将该未燃烧成分气体从辐射管的另一端部排出外部，在安全性和环境的点上存在问题。
另一方面，如果将相对于燃料气体的燃烧用空气的量增多，使空气比μ超过1.0进行燃烧，虽然抑制了燃烧废气中残留未燃烧成分气体的情况，但是燃烧时大量产生NOx，大量包含NOx的燃烧废气从辐射管的另一端部排出外部，存在严重损害环境的问题。特别是近年来，迫切要求大幅降低燃烧废气中的NOx。
因此，近年来，如专利文献1所示那样，提出了如下的方案：用氮氧化物还原催化剂对来自辐射管燃烧器的燃烧废气进行净化，以使空气比在1.0以上的方式添加燃烧用空气到所得的NOx净化气体中后，再用氧化催化剂将未燃成分氧化除去。
这里，在专利文献1所示的方案中，因必须设置容纳氮氧化物还原催化剂的第一废气处理部以及容纳氧化催化剂的第二废气处理部，并且将空气供给所述的第一废气处理部和第二废气处理部之间，所以存在装置复杂，且大型化等的问题。
另外，众所周知：作为废气处理的一种方法，通过三元催化剂将对安全、环境和人体等产生恶劣影响的CO、HC、NOx进行氧化，还原，使其变为H2O、CO2、N2，进行净化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001－241619号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是以解决具有如下辐射管燃烧器的辐射管燃烧器设备中的前述那样的问题作为课题的：所述辐射管燃烧器是将燃料气体和燃烧用空气供给辐射管一端部的燃烧部，在所述燃烧部中，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管另一端部排出的辐射管燃烧器。
即，在本发明的辐射管燃烧器设备中，当将燃料气体与燃烧用空气在燃烧部混合，在辐射管内燃烧后，使燃烧废气从辐射管另一端部排出外部时，可适当防止以燃烧废气中包含有害的NOx或者CO气体或者烃(HC)气体等未燃烧成分气体的状态将燃烧废气排出外部，并以此作为课题。
解决技术问题所采用的技术方案
在本发明的辐射管燃烧器设备中，为了解决前述那样的问题，在具有如下辐射管燃烧器的辐射管燃烧器设备中，将容纳三元催化剂的废气处理部设置于所述辐射管的燃烧废气的排出方向下游侧的位置上；所述辐射管燃烧器是将燃料气体和燃烧用空气供给辐射管一端部的燃烧部，在所述燃烧部中，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管另一端部排出的辐射管燃烧器。
因此，在所述辐射管燃烧器设备中，使用容纳于所述废气处理部的三元催化剂，利用燃烧废气所含的未燃烧成分气体使燃烧废气所含的NOx还原。在该情况下，当将燃料气体和燃烧用空气供给燃烧部时，如果将相对于燃料气体的燃烧用空气的量减少，将空气比μ设定在1.0以下，燃烧时所产生的NOx的量减少，燃烧废气所含的NOx减少，采用所述的三元催化剂利用燃烧废气所含的未燃烧成分气体进一步将燃烧废气所含的NOx充分还原。
在本发明的辐射管燃烧器设备中，较好设置燃料气体导向路和控制元件；所述燃料气体导向路将供给所述燃烧部的燃料气体的一部分导入比所述废气处理部更靠近燃烧废气的排出方向上游侧的位置上；所述控制元件对通过该燃料气体导向路导向的燃料气体的量进行控制。
这里，在所述控制元件中，对应于所述燃烧废气所含的氮氧化物的量，对通过燃料气体导向路导向的燃料气体的量进行控制。
因此，当如前所述那样将燃料气体和燃烧用空气供给燃烧部时，以相对于燃料气体的燃烧用空气的量增多的状态将燃烧气体在所述燃烧部燃烧的结果是：在燃烧废气中多量含有NOx的情况下，在通过燃料气体导向路被导入容纳所述三元催化剂的废气处理部之前，利用所述的控制元件供给适当量的燃料气体。如果这样，多量含有NOx的燃烧废气和适当量的燃料气体一起被导入废气处理部，通过所述的三元催化剂的作用，燃烧废气中的NOx被充分还原排出。
在本发明的所述的辐射管燃烧器设备中，较好将后燃烧装置设置于比所述废气处理部更靠近燃烧废气的排出方向下游侧的位置上；所述后燃烧装置使从废气处理部排出的燃烧废气所含的未燃烧成分气体燃烧。如果这样，即使在废气处理部处理过的燃烧废气中残留未燃烧成分气体，该未燃烧成分气体也会被所述后燃烧装置燃烧，被氧化为CO2和H2O，可防止未燃烧成分气体排出。
在本发明的辐射管燃烧器设备中，较好设置利用所述燃烧废气的热使燃烧用空气加热的热交换元件，将通过该热交换元件加热后的燃烧用空气供给所述燃烧部。如果这样，能有效利用燃烧废气的热，进行高效率的燃烧。
发明的效果
在本发明的辐射管燃烧器设备中，当将燃料气体和燃烧用空气供给燃烧部，使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧气体从辐射管另一端部排出时，如前所述那样将燃烧废气导入容纳三元催化剂的废气处理部，适当对由燃烧废气中的有害的NOx、或者CO气体或者烃(HC)气体构成的未燃烧成分进行处理。
其结果是：在本发明的辐射管燃烧器设备中，在将燃料气体与燃烧用空气混合，在辐射管内燃烧的情况下，燃烧废气中的NOx和未燃烧成分气体在废气处理部被适当处理，在燃烧废气中不含NOx和未燃烧成分气体的安全状态下，适当将燃烧废气排出外部。
附图说明
图1是显示使用本发明的第一实施方式的辐射管燃烧器设备的状态的概略说明图。
图2是显示使用本发明的第二实施方式的辐射管燃烧器设备的状态的概略说明图。
图3是显示使用本发明的第三实施方式的辐射管燃烧器设备的状态的概略说明图。
图4是显示使用本发明的第四实施方式的辐射管燃烧器设备的状态的概略说明图。
图5是显示使用本发明的第五实施方式的辐射管燃烧器设备的状态的概略说明图。
具体实施方式
以下根据附图，对本发明的实施方式的辐射管燃烧器设备具体说明。本发明的辐射管燃烧器设备不受下述实施方式限定，只要在不改变本发明的宗旨的范围内，都可以适当变化进行实施。
这里，在第一实施方式的辐射管燃烧器设备中，如图1所示，使用形成为U字型的辐射管作为辐射管燃烧器10中的辐射管11，将该形成为U字型的辐射管11配置在炉1的内部。另一方面，将该辐射管11的两端部通过炉壁1a，延伸到炉1的外部。辐射管11的形状不局限于U字型，也可以是W字型或者I字型等公知的形状。
然后在该实施方式中，通过燃料气体供给管21将烃(HC)气体等燃料气体供给辐射管11一端侧的燃烧部12，同时通过燃烧用空气供给管22供给燃烧用空气，使燃料气体和燃烧用空气在该燃烧部12混合，在该燃烧部12中，使燃料气体在辐射管11内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管11的另一端部排出。
另外，在该实施方式中，将容纳三元催化剂的废气处理部23设置于排出所述燃烧废气的辐射管11的另一端部，将辐射管11内燃烧后的燃烧废气导入该废气处理部23进行处理。
这里，在该辐射管燃烧器设备中，当通过所述燃料气体供给管21和燃烧用空气供给管22将燃料气体和燃烧用空气供给燃烧部12时，为了减少燃烧时所产生的NOx的量，将相对于燃料气体的燃烧用空气的量减少，例如将空气比μ设定在1.0以下，使燃料气体在所述燃烧部12中燃烧。
如果这样将相对于燃料气体的燃烧用空气的量减少进行燃烧，则燃烧废气所包含的NOx减少，同时该燃烧废气中残留有CO气体和烃(HC)气体等未燃烧成分气体。
因此，如果这样将残留有NOx和未燃烧成分气体的燃烧废气导入设置在辐射管11中的燃烧废气的排出方向下游侧的所述废气处理部23中，则通过容纳于该废气处理部23中的三元催化剂，燃烧废气所残留的NOx和未燃烧成分气体发生反应，NOx被还原为N2，同时未燃烧成分气体以被氧化为CO2和H2O的状态排出。
这里，在这样通过容纳于废气处理部23中的三元催化剂，将残留有NOx和未燃烧成分气体的燃烧废气进行处理的情况下，相对于燃料气体的燃烧用空气的量减少，燃烧废气中的未燃烧成分气体增多，就会存在不能被容纳于废气处理部23中的三元催化剂充分处理，而使残留未燃烧成分气体的燃烧废气从废气处理部23排出的可能性。
为此，在第二实施方式的辐射管燃烧器设备中，如图2所示，在所述第一实施方式中的辐射管燃烧器设备中，在比所述废气处理部23更靠近燃烧废气的排出方向下游侧的位置上设置后燃烧装置24。根据需要，从后燃烧用燃料气体供给管24a将后燃烧用燃料气体供给该后燃烧装置24，从后燃烧用空气供给管24b将后燃烧用空气供给该后燃烧装置24。
因此，在该第二实施方式的辐射管燃烧器设备中，使残留在由废气处理部23排出的燃烧废气中的未燃烧成分气体于所述后燃烧装置24中燃烧，使未燃烧成分气体氧化为CO2和H2O后排出。
为此，即使在所述废气处理部23中未充分处理未燃烧成分气体，而使残留有未燃烧成分气体的燃烧废气从废气处理部23排出，该未燃烧成分气体也会在后燃烧装置24内被燃烧处理，能切实防止未燃烧成分气体排出的情况。另外，在该实施方式中，虽然使用了利用火焰燃烧残留在燃烧废气中的未燃烧成分气体的后燃烧装置24，但后燃烧装置24不受此限制，也可以通过电加热等使残留在燃烧废气中的未燃烧成分气体燃烧。
然后，在第三实施方式的辐射管燃烧器设备中，如图3所示，在所述第一实施方式的辐射管燃烧器设备中，在将燃烧废气导入所述废气处理部23的辐射管11的燃烧废气的排出侧的辐射管11内设置热交换部(热交换元件)25a、燃烧用空气导向管25b以及加热燃烧用空气供给管25c以代替将燃烧用空气供给燃烧部12的燃烧用空气供给管22；所述热交换部25a通过燃烧废气的热将燃烧用空气加热；所述燃烧用空气导向管25b将燃烧用空气导向该热交换部25a中；所述加热燃烧用空气供给管25c将于所述热交换部25a加热过的燃烧用空气供给燃烧部12。
因此，在第三实施方式的辐射管燃烧器设备中，如前所述，通过燃烧用空气导向管25b将燃烧用空气导入热交换部25a，利用燃烧废气的热将燃烧用空气在该热交换部25a中加热，通过所述加热燃烧用空气供给管25c将这样加热后的燃烧用空气供给燃烧部12，使这样加热后的燃烧用空气和燃料气体在燃烧部12中混合，使燃料气体在辐射管11内燃烧。
如果这样，则在使燃料气体与燃烧用空气混合并燃烧时，就能有效利用燃烧用废气的热。这样在热交换部25a内,通过在燃烧废气和燃烧用空气之间进行热交换，从辐射管11导入所述废气处理部23的燃烧废气的温度降低，就能防止燃烧废气的温度成为超过使用容纳于废气处理部23的三元催化剂的温度范围的温度的情况，利用三元催化剂就能适当处理燃烧废气。在该实施方式中，虽然将热交换部25a设置在辐射管11内，也可以将热交换部25a设置在辐射管11的外部。
接着，在第四实施方式的辐射管燃烧器设备中，如图4所示，在所述第一实施方式的辐射管燃烧器设备中，设置燃料气体导向路26和控制阀(控制元件)26a；所述燃料气体导向路26将通过燃料气体供给管21供给燃烧部12的燃料气体的一部分导入比所述废气处理部23更靠近燃烧废气的排出方向上游侧的位置上；所述控制阀26a对通过该燃料气体导向路26导向比所述废气处理部23更靠近燃烧废气的排出方向上游侧的位置的燃料气体的量进行控制。
因此，在该第四实施方式的辐射管燃烧器设备中，对应于所述燃烧部12中燃烧后的燃烧废气所包含的NOx的量，利用所述控制阀26a对经燃料气体导向路26导向的燃料气体的量进行控制。
这里，当通过所述燃料气体供给管21和燃烧用空气供给管22将燃料气体和燃烧用空气供给燃烧部12时，在将燃烧用空气的量增多，例如将空气比μ设定超过1.0，而使燃料气体在所述燃烧部12内燃烧的情况下，利用足够量的燃烧用空气将燃料气体燃烧，就能降低燃烧废气中的CO气体或烃(HC)气体等未燃烧成分气体，另一方面，燃烧时大量产生NOx，燃烧废气中大量含有NOx。
因此，在这样燃烧废气中大量含有NOx的情况下，利用所述控制阀26a对通过所述燃料气体导向路26导向比废气处理部23更靠近燃烧废气的排出方向上游侧的位置的燃料气体的量进行控制，将适当量的燃料气体供给比废气处理部23更靠近燃烧废气的排出方向上游侧的位置上，与大量含有NOx的所述燃烧废气一起被导入容纳三元催化剂的废气处理部23中。这样的话，通过容纳在废气处理部23中的三元催化剂的作用，燃烧废气中的NOx与燃料气体反应，NOx被还原为N2，同时以燃料气体被氧化为CO2和H2O的状态排出。
然后，在第五实施方式的辐射管燃烧器设备中，如图5所示，在所述第四实施方式的辐射管燃烧器设备中，如所述第二实施方式的辐射管燃烧器设备所示那样，在比所述废气处理部23更靠近燃烧废气的排出方向下游侧的位置上设置后燃烧装置24，同时如所述第三实施方式的辐射管燃烧器设备所示那样，在将燃烧废气导入废气处理部23的辐射管11的燃烧废气的排出侧的部分设置热交换部25a、燃烧用空气导向管25b以及加热燃烧用空气供给管25c；所述热交换部25a利用燃烧废气的热将燃烧用空气加热；所述燃烧用空气导向管25b将被该热交换部25a加热的燃烧用空气进行导向；所述加热燃烧用空气供给管25c将于所述热交换部25a加热过的燃烧用空气供给燃烧部12。
因此，在第五实施方式的辐射管燃烧器设备中，与所述第三实施方式的辐射管燃烧器设备同样，通过燃烧用空气导向管25b将燃烧用空气导入热交换部25a，利用燃烧废气的热将燃烧用空气在该热交换部25a中加热，通过所述加热燃烧用空气供给管25c将这样加热后的燃烧用空气供给燃烧部12，使加热后的燃烧用空气和燃料气体在燃烧部12中混合，使燃料气体在辐射管11内燃烧。
如果这样，则如上所述在将燃料气体与燃烧用空气混合，使燃料气体燃烧时，能有效利用燃烧废气的热，同时从辐射管11导入所述废气处理部23的燃烧废气的温度降低，就能防止燃烧废气的温度成为超过使用容纳于废气处理部23的三元催化剂的温度范围的温度的情况，利用三元催化剂能适当处理燃烧废气。
另外，在该第五实施方式的辐射管燃烧器设备中，如果通过所述燃料气体导向路26所导向的燃料气体的量增多，多于使燃烧废气中的NOx还原为N2所需的量的燃料气体被导入废气处理部23内，则残留有未燃烧成分气体的燃烧废气从废气处理部23排出。在该情况下，与所述第二实施方式的辐射管燃烧器设备同样，使残留在由废气处理部23排出的燃烧废气中的未燃烧成分气体在后燃烧装置24中燃烧，使未燃烧成分气体氧化为CO2和H2O排出。
符号说明
1：炉
1a：炉壁
10：辐射管燃烧器
11：辐射管
12：燃烧部
21：燃料气体供给管
22：燃烧用空气供给管
23：废气处理部
24：后燃烧装置
24a：后燃烧用燃料气体供给管
24b：后燃烧用空气供给管
25a：热交换部(热交换元件)
25b：燃烧用空气导向管
25c：加热燃烧用空气供给管
26：燃料气体导向路
26a：控制阀(控制元件)

Claims (5)

1.一种辐射管燃烧器设备，它具有辐射管燃烧器，所述辐射管燃烧器是将燃料气体和燃烧用空气供给辐射管一端部的燃烧部，在所述燃烧部中，将空气比μ设定在1.0以下使燃料气体在辐射管内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从辐射管另一端部排出的辐射管燃烧器，其特征在于，将容纳三元催化剂的废气处理部设置于所述辐射管的燃烧废气的排出方向下游侧的位置上，并且将后燃烧装置设置于比所述废气处理部更靠近燃烧废气的排出方向下游侧的位置上；所述后燃烧装置使从废气处理部排出的燃烧废气所含的未燃烧成分气体燃烧。
2.如权利要求1所述的辐射管燃烧器设备，其特征在于，使用容纳于所述废气处理部的三元催化剂，利用燃烧废气所含的未燃烧成分气体使燃烧废气所含的氮氧化物还原。
3.如权利要求1所述的辐射管燃烧器设备，其特征在于，设置燃料气体导向路和控制元件；所述燃料气体导向路将供给所述燃烧部的燃料气体的一部分导入比所述废气处理部更靠近燃烧废气的排出方向上游侧的位置上；所述控制元件对通过该燃料气体导向路导向的燃料气体的量进行控制。
4.如权利要求3所述的辐射管燃烧器设备，其特征在于，对应于所述燃烧废气所含的氮氧化物的量，利用所述控制元件对通过燃料气体导向路导向的燃料气体的量进行控制。
5.如权利要求1～4中任一项所述的辐射管燃烧器设备，其特征在于，设置利用所述燃烧废气的热使燃烧用空气加热的热交换元件，将通过该热交换元件加热后的燃烧用空气供给所述燃烧部。
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