CN109751599A - 蓄热式燃烧器、工业炉以及烧成品的制造方法 - Google Patents

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CN109751599A CN201811175704.7A CN201811175704A CN109751599A CN 109751599 A CN109751599 A CN 109751599A CN 201811175704 A CN201811175704 A CN 201811175704A CN 109751599 A CN109751599 A CN 109751599A
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Abstract

本发明提供一种火焰的直线前进性高的蓄热式燃烧器。一种蓄热式燃烧器,其是具备燃烧室、热交换室、以及燃烧室与热交换室之间的连通路的蓄热式燃烧器,其中,燃烧室中设置有燃料喷嘴的前端以及火焰喷射口,且构成为:能够使用通过连通路导入燃烧室内的燃烧空气使从燃料喷嘴导入燃烧室内的燃料在燃烧室内燃烧,并使火焰从火焰喷射口喷出,燃料喷嘴构成为:在该蓄热式燃烧器中燃烧的燃料全部导入燃烧室内。

Description

蓄热式燃烧器、工业炉以及烧成品的制造方法
技术领域
本发明涉及蓄热式燃烧器。另外,本发明涉及具备蓄热式燃烧器的工业炉。另外,本发明涉及使用了蓄热式燃烧器的烧成品的制造方法。
背景技术
以往,作为用于加热炉、燃烧炉等的燃烧装置,已知蓄热式燃烧器。蓄热式燃烧器除了具有使燃料燃烧的功能以外,还具有利用在内部所设置的蓄热体回收燃烧废气的热的功能。蓄热式燃烧器能够交替反复进行燃烧和排气并由燃烧器自身进行废热回收,能够进行高效率的燃烧。因此,蓄热式燃烧器减少燃烧装置的燃料消耗量,有助于节能化,普及用于各种工业炉。
以往的蓄热式燃烧器为了减少热裂解NOx而采用如下方法,即,分别喷射高温的预热燃烧空气和燃料气体,将它们在燃烧器砖外进行混合并缓慢燃烧。因此,如本申请的图2所示,以往的蓄热式燃烧器的结构为:燃料喷嘴212的前端以及空气孔218的前端设置于燃烧器200的炉内侧前端,所以燃料全部在燃烧器砖215外与燃烧空气混合、燃烧(例:日本特开平8-121712号公报)。另外,如本申请的图3所示,还具有如下蓄热式燃烧器300,即,作为燃料喷嘴,设置主喷嘴312a和副喷嘴312b这两个,使一部分燃料在燃烧器砖315内燃烧(例:日本特开平6-159613号公报、日本特开2006-308249号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平8-121712号公报
专利文献2:日本特开平6-159613号公报
专利文献3:日本特开2006-308249号公报
发明内容
以往的蓄热式燃烧器由于采用如上所述的结构,所以火焰的直线前进性低,一边向上下左右扩展一边燃烧。因此,由火焰所带来的炉内搅拌效果小,很难使炉内的温度分布变得均匀。例如,产生火焰附近的工件发生熔化不良或者热量集中于炉内的特定部而使得一部分工件成为过烧成状态等不良情况。
另外,图2所示的类型的蓄热式燃烧器中,金属制的燃料喷嘴设置成将填充有蓄热体的空间贯穿。因此,燃料喷嘴使用1年左右就会氧化,并在表面生锈。如果锈剥落,则随同燃烧空气一起在炉内飞散,具有如下不良情况,即,常见在烧成后的产品的表面发生斑点样子的变色的不良。
本发明是鉴于上述情况而创作的,其课题之一在于,提供一种火焰的直线前进性高的蓄热式燃烧器。另外,本发明的另一课题之一在于,提供一种具备像这样的蓄热式燃烧器的工业炉。另外,本发明的再一课题之一在于,提供一种使用了像这样的蓄热式燃烧器的烧成品的制造方法。
本发明的发明人为了解决上述课题进行了潜心研究,结果发觉:以往的蓄热式燃烧器的研究开发过度在意热裂解NOx的减少。换言之,发觉:以往的蓄热式燃烧器的研究开发忽视了热裂解NOx对策所带来的负面影响、即产品的成品率降低的问题。因此,本发明的发明人转换思路,从重视成品率提高的立场考虑,重新研究蓄热式燃烧器的新的结构,结果发现,有效方案如下:将燃料全部向燃烧器砖内喷射,使其在燃烧器砖内燃烧而使高速的火焰从喷嘴喷射。
本发明是基于上述见解而完成的,一个方案为:
一种蓄热式燃烧器,其是具备燃烧室、热交换室、以及燃烧室与热交换室之间的连通路的蓄热式燃烧器,其中,
燃烧室中设置有燃料喷嘴的前端以及火焰喷射口,且构成为:能够使用通过连通路导入燃烧室内的燃烧空气使从燃料喷嘴导入燃烧室内的燃料在燃烧室内燃烧,并使火焰从火焰喷射口喷出,
燃料喷嘴构成为:在该蓄热式燃烧器中燃烧的燃料全部导入燃烧室内,
热交换室具有空气端口、以及夹在连通路与空气端口之间的蓄热体,构成为:从空气端口导入热交换室内的燃烧空气穿过填充有蓄热体的空间后,能够通过连通路而朝向燃烧室导入,并且,通过连通路导入热交换室内的排气穿过填充有蓄热体的空间后,能够从空气端口排出。
本发明所涉及的蓄热式燃烧器的另一实施方式中,在与火焰喷射口对置的位置设置有燃料喷嘴的前端。
本发明所涉及的蓄热式燃烧器的再一实施方式中,构成为:能够将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气作为燃烧空气的一部分或全部经由空气端口而导入。
本发明所涉及的蓄热式燃烧器的再一实施方式中,空气端口与用于供给燃烧空气的燃烧空气风扇相连通,该燃烧空气风扇的入口与用于将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气排出的排气风扇的出口相连通。
本发明的另一个方案为:一种工业炉,其具备多个本发明所涉及的蓄热式燃烧器。
本发明所涉及的工业炉的一个实施方式中,
多个蓄热式燃烧器中的至少一个为本发明所涉及的蓄热式燃烧器,
各蓄热式燃烧器构成为:能够将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气作为燃烧空气的一部分或全部经由各自的空气端口而导入。
本发明所涉及的工业炉的另一实施方式中,
工业炉为连续式工业炉,该连续式工业炉依次具备入口、脱粘合剂带、烧成带、冷却带以及出口,并用于一边将含有有机粘合剂的陶瓷成型品从入口朝向出口搬送一边进行烧成,
烧成带中设置有多个本发明所涉及的蓄热式燃烧器,
且具有能够将烧成带中的炉内气体向脱粘合剂带供给的返送管线。
本发明的再一个方案为:一种烧成品的制造方法,其包括以下工序:使用本发明所涉及的工业炉在脱粘合剂带中从含有有机粘合剂的陶瓷成型品中除去粘合剂的工序、在烧成带中对除去有机粘合剂后的陶瓷成型品进行烧成的工序、以及在冷却带中对烧成后的陶瓷成型品进行冷却的工序。
如果使用本发明所涉及的蓄热式燃烧器,则得到直线前进性高的火焰。由于直线前进性高的火焰以高速向炉内喷出,所以炉内搅拌的效果高,有助于炉内的温度分布的均匀化。由此,无论炉内的装载位置如何,都能够带来产品品质稳定、产品的成品率提高这样的工业上极其有利的效果。
此外,本发明所涉及的蓄热式燃烧器的优选的实施方式中,还能够得到如下效果:使产品的成品率得到提高,并且,抑制热裂解NOx。即,根据该实施方式,能够以低成本同时实现烧成品的生产效率提高以及环境负荷减少。
附图说明
图1示出本发明所涉及的蓄热式燃烧器的结构例。
图2示出以往的蓄热式燃烧器的结构例。
图3示出以往的蓄热式燃烧器的另一结构例。
图4是具备本发明所涉及的蓄热式燃烧器的工业炉的构成例。
图5是实施例1所涉及的隧道窑式工业炉的结构。
图6是比较例1所涉及的隧道窑式工业炉的结构。
图7是比较例2所涉及的隧道窑式工业炉的结构。
图8是依次具备入口、脱粘合剂带、烧成带、冷却带以及出口并用于一边将含有有机粘合剂的陶瓷成型品从入口朝向出口搬送一边进行烧成的连续式工业炉的构成例。
图9是使实施例1的工业炉运转时的炉内温度分布。
图10是使比较例1的工业炉运转时的炉内温度分布。
图11是使比较例2的工业炉运转时的炉内温度分布。
图12是示出向蓄热式燃烧器内导入的燃烧空气中的氧浓度与废气中的NOx浓度的关系的图表。
图13是示出将来自蓄热式燃烧器的废气打入脱粘合剂带时的废气中NOx的减少效果的图表。
符号说明
100(100a、100b)-蓄热式燃烧器,110-燃烧室,112-燃料喷嘴,114-火焰喷射口,115-燃烧器砖,116-里壁,120-热交换室,122-空气端口,123-蓄热体,124a、124b-阀门,125-隔板,126-阀门,127a、127b-燃烧空气用开闭阀,128a、128b-排气用开闭阀,129-出入口,130-连通路,131-燃烧室侧的端口,132-热交换室侧的端口,142-排气管,144-排气风扇,150-环形配管,152-空气配管,154-燃烧空气风扇,158-空气配管,168a、168b-燃料配管,200-蓄热式燃烧器,212-燃料喷嘴,214-蓄热体,215-燃烧器砖,218-空气孔,220-热交换室,222-空气端口,324-蓄热体,300-蓄热式燃烧器,310-燃烧室,312a、312b-燃料喷嘴,314-火焰喷射口,315-燃烧器砖,320-热交换室,322-空气端口,324-蓄热体,400-工业炉,410-炉体,500-工业炉,512-被加热产品,514-搁板,516-顶板,518-底板,501、502、503、504-蓄热式燃烧器,531-火焰屏蔽板,532-隔热件,800-工业炉,801-入口,802-脱粘合剂带,804-烧成带,806-冷却带,809-出口,810-窑车,811-配管,812、814-返送管线,815-排气管线,816-除热设备,817-环形配管,819-空气配管,820-烟囱,821-蓄热排气风扇,822-脱粘合剂带二次燃烧空气风扇,823-冷却带排气风扇,824-脱粘合剂带燃烧空气风扇,825-燃烧空气风扇,826-脱粘合剂排气风扇,828-排气管,829-燃烧器,831-冷却空气管线,832-冷却空气风扇。
具体实施方式
<1.蓄热式燃烧器的构成>
以下,参照附图,对本发明的实施方式详细地进行说明。图1中示出本发明所涉及的蓄热式燃烧器的结构例。蓄热式燃烧器100具备:燃烧室110、热交换室120、以及燃烧室110与热交换室120之间的连通路130。燃烧室110的内壁可以由燃烧器砖115构成。
燃烧室110中设置有燃料喷嘴112的前端以及火焰喷射口114。燃烧室110构成为:能够使用通过连通路130导入燃烧室110内的燃烧空气使从燃料喷嘴112导入燃烧室110内的燃料在燃烧室110内燃烧,并使火焰从火焰喷射口114喷出。设置于蓄热式燃烧器100的燃料喷嘴112的数量可以为一根,也可以为多根,不过,从成本方面考虑,通常为一根。燃料喷嘴112构成为在该蓄热式燃烧器100内燃烧的燃料全部导入燃烧室110内,由此,能够使燃烧室内产生的燃烧能量增加,提高从火焰喷射口114喷出的火焰的速度,例如在火焰喷射口114处,火焰速度可以为60m/s以上,也可以为80m/s以上,例如可以为60~120m/s,典型地可以为80~100m/s。在此,本发明中,以喷射口处的火焰速度m/s=(燃烧空气量Nm3/s+燃料量Nm3/s)×((炉内温度K+273)÷273)÷喷射口面积m2来计算喷射口处的火焰速度。以往型的蓄热式燃烧器在喷射口之外进行燃烧,因此,燃料量为0,喷射口处的火焰速度容易变小。另外,根据本发明的发明人的研究结果,直线前进性高的火焰即便在远离燃烧器喷射口的位置,火焰速度也不易降低。因此,即便增加以往型的蓄热式燃烧器的燃烧空气量而使喷射口处的火焰速度为与本发明所涉及的蓄热式燃烧器相同的程度,也是产生直线前进性高的火焰的本发明所涉及的蓄热式燃烧器的炉内搅拌效果较高,有助于炉内的温度分布的均匀化。
从防止燃料喷嘴112氧化的理由考虑,燃料喷嘴112优选以没有从燃烧室110的内壁突出出来地埋入内壁的状态设置。另外,从提高火焰速度的理由考虑,燃料喷嘴112的前端优选设置于隔着燃烧室110而与火焰喷射口对置的位置(图1的实施方式中、燃烧室110的里壁116)。从提高火焰速度的理由考虑,连通路130在燃烧室110侧的端口131优选尽可能设置于靠近燃料喷嘴112的位置。
热交换室120具有:空气端口122、以及夹在连通路130与空气端口122之间的蓄热体123。热交换室120构成为:从空气端口122导入热交换室120内的燃烧空气在穿过填充有蓄热体123的空间后,能够通过连通路130而朝向燃烧室110导入。另外,热交换室120构成为:通过连通路130导入热交换室120内的排气在穿过填充有蓄热体123的空间后,能够从空气端口排出。为了使蓄热体123不会进入空气端口122,优选将空气端口122和蓄热体123以具有透气性的隔板125分离。作为隔板125,例如可以使用金属(例:SUS)制的格子状结构体、冲压板。可以在热交换室120设置蓄热体123的出入口129,以便能够容易地进行蓄热体123的更换。
作为蓄热体123,没有特别限制,可以以陶瓷或金属制的球、蜂窝或网的形态提供。优选使用耐热性优异且压损小的陶瓷蜂窝,考虑耐腐蚀性、耐热性,其材质可以从SiC系材料、堇青石、多铝红柱石、钛酸铝等中选择最佳的材质。
来自蓄热式燃烧器的排气中的氧浓度与燃烧前的空气中的氧浓度相比有所降低。因此,通过将氧浓度降低了的排气用作燃烧空气的一部分或全部,能够有效地减少热裂解NOx。因此,本发明所涉及的蓄热式燃烧器100优选构成为:能够将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气作为燃烧空气的一部分或全部经由空气端口122而导入。从有效地减少热裂解NOx的观点考虑,向蓄热式燃烧器导入的燃烧空气中的氧浓度优选为19体积%以下,更优选为17体积%以下。向蓄热式燃烧器导入的燃烧空气中的氧浓度如果过低,则会引起不完全燃烧而产生很多黑烟,因此,优选为14.5体积%以上,更优选为15.5体积%以上。
一个实施方式中,空气端口122可以与用于供给燃烧空气的燃烧空气风扇相连通,该燃烧空气风扇的入口与用于将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气排出的排气风扇的出口相连通。“其它蓄热式燃烧器”可以为本发明所涉及的蓄热式燃烧器,也可以为与本发明不同的蓄热式燃烧器,不过,优选为本发明所涉及的蓄热式燃烧器。通过像这样将来自其它蓄热式燃烧器的排气用作燃烧空气的一部分或全部,能够简单地使向蓄热式燃烧器导入的燃烧空气中的氧浓度降低。
<2.工业炉>
根据本发明的一个方案,提供具备本发明所涉及的蓄热式燃烧器的工业炉。对工业炉的种类没有特别制约。例如,可以为隧道窑、辊底炉以及推板窑等连续炉,也可以为箱式窑、梭动窑、Cowbell窑以及升降窑等单独炉(间歇式炉)。另外,从气氛条件的观点考虑,还可以为大气烧成炉以及还原烧成炉中的任意一种。还原烧成炉是使其在m值(实际燃烧空气量相对于理论空气量的比值)低于1.0的状态下燃烧的烧成炉。
图4中例示具备多个蓄热式燃烧器100a、100b的工业炉400的构成例。多个蓄热式燃烧器100a、100b中,至少一个为上述的本发明所涉及的蓄热式燃烧器,优选全部为本发明所涉及的蓄热式燃烧器。工业炉400中,各蓄热式燃烧器100a、100b构成为:能够将来自至少一个其它蓄热式燃烧器(典型的为一个其它蓄热式燃烧器)的排气作为燃烧空气的一部分或全部经由各自的空气端口122而导入。
图4中记载的工业炉400中,一方的蓄热式燃烧器100a正在燃烧。在与蓄热式燃烧器100a相接续的燃料配管168a的中途所设置的阀门124a打开,燃料通过燃料配管168a而向蓄热式燃烧器100a供给。另外,另一方的蓄热式燃烧器100b正在蓄热。在与蓄热式燃烧器100b相接续的燃料配管168b的中途所设置的阀门124b关闭,由此,燃料供给被拦截。
构成为:在炉体410的内部滞留的燃烧后的排气被排气风扇144的吸引力吸入蓄热中的蓄热式燃烧器100b的火焰喷射口114。然后,排气穿过热交换室120向蓄热体123供热后,从空气端口122排出。被排出的排气通过排气管142而从排气风扇144的出口排出。从排气风扇144的出口排出的排气的一部分通过环形配管150而向燃烧空气风扇154流入。图示的实施方案中,在处于燃烧空气风扇154的上游侧的空气配管152连结有环形配管150,由此,从排气风扇144的出口排出的排气能够与在空气配管152中流动的空气合流,向燃烧空气风扇154流入。
从燃烧空气风扇154的出口排出排气或排气和空气的混合气体。由于排气中的氧浓度低于空气中的氧浓度,所以从燃烧空气风扇154的出口排出的气体的氧浓度比通常的空气中的氧浓度、亦即约21体积%低。通过调节在环形配管150的中途所设置的阀门126的开度,能够控制与空气混合的排气的比例。混合比例只要适当设定即可,优选按混合气体的氧浓度满足上述条件进行选择。从燃烧空气风扇154的出口排出的气体通过空气配管158经由空气端口122而作为燃烧空气被供给到燃烧中的蓄热式燃烧器100a。
每经过一定时间,进行燃烧中的蓄热式燃烧器与蓄热中的蓄热式燃烧器的切换。通过切换,使得之前燃烧中的蓄热式燃烧器100a变为正在蓄热,之前蓄热中的蓄热式燃烧器100b变为正在燃烧。可以通过使燃料阀门124a、124b、排气用开闭阀128a、128b以及燃烧空气用开闭阀127a、127b的开闭状态逆转来进行该切换。排气用开闭阀128a、128b以及燃烧空气用开闭阀127a、127b可以使用三通阀进行排气以及燃烧空气的路径的切换。作为阀门(valve),可以使用电磁阀等电驱动阀。通过反复进行该循环来进行交替燃烧。通常,将两台蓄热式燃烧器作为一对,以几十秒循环进行交替燃烧。
<3.工件的加热方法>
根据本发明的一个方案,提供使用了本发明所涉及的工业炉的工件的加热方法。工件为接受加热处理的物品,并没有特别限定,可例示:铁氧体以及陶瓷电容器等电子器件、半导体产品、陶瓷产品、陶瓷器、氧化物系耐火材料、玻璃产品、金属产品、氧化铝·石墨质以及氧化镁·石墨质等碳系耐火材料。另外,工件中还包括窑工具。在加热到1000℃以上、典型的为1200℃以上、更典型的为1400℃以上、例如1000~2000℃的情况下,可以使用本发明所涉及的工业炉。应予说明,“加热”的概念中包括“烧成”。将本发明应用于像烧成炉这样的温度高的炉,由此,由蓄热式燃烧器带来的节能效果提高。
图5中例示具备多个蓄热式燃烧器的隧道窑式工业炉500的结构。工业炉500构成为:装有搁板514的窑车520沿着纸面的表里方向在炉体510内移动,该搁板514装载有多个被加热产品512。被加热产品512于窑车520在炉体510内移动的期间接受加热处理。在炉体510的左右的内侧壁设置有由多台构成的蓄热式燃烧器501、502、503、504的组。蓄热式燃烧器的数量没有特别限制,只要根据炉体510的大小、长度来适当设定即可,由于通常将二台作为一对进行交替燃烧,所以优选为偶数。另外,还可以部分使用本发明所涉及的蓄热式燃烧器以外的蓄热式燃烧器。虽然没有图示,但是沿着纸面的表里方向设置有规定数量的同样的蓄热式燃烧器的组。
被加热产品512装载在构成搁板514的最上表面的顶板516与构成搁板514的最下表面的底板518之间。在顶板516的上方以及底板518的下方分别设置有暴露在来自蓄热式燃烧器501、502、503、504的高速火焰中的空间。左右一对的蓄热式燃烧器交替地反复进行燃烧和排气。图5中,一对蓄热式燃烧器501、504正在燃烧,另一对蓄热式燃烧器502、503正在蓄热。如果使用本发明所涉及的蓄热式燃烧器,则火焰的直线前进性高,因此,火焰不易向四个方向扩展。另外,火焰高速喷出,因此,炉内气体的搅拌效果高,炉内的温度分布容易均匀化。结果,能够防止热量集中于炉内的特定部(特别是炉宽方向中心部)而使火焰附近的工件发生熔化不良或者产生一部分的工件处于过烧成状态等不良情况。
一个实施方式中,工业炉可以为连续式工业炉,该连续式工业炉依次具备:入口、脱粘合剂带、烧成带、冷却带以及出口,并用于一边将含有有机粘合剂的陶瓷成型品从入口朝向出口搬送一边进行烧成。在烧成带中,可以设置多个本发明所涉及的蓄热式燃烧器,用于陶瓷成型品的烧成。
图8中示出像这样的连续式工业炉800的构成例。含有有机粘合剂的陶瓷成型品被装载于例如窑车810上的搁板,从入口801进入炉内,向图8的纸面的右方行进。在脱粘合剂带802中,可以实施从含有有机粘合剂的陶瓷成型品中除去有机粘合剂的工序。然后,陶瓷成型品行进至烧成带804,在此,使用多个蓄热式燃烧器100实施烧成工序。烧成后的陶瓷成型品行进至冷却带806,在此,被冷却至常温左右,从出口809取出。脱粘合剂带802以及烧成带804中的加热温度根据陶瓷成型品的材质及目标品质来适当设定。例如,在陶瓷成型品为堇青石质的陶瓷蜂窝结构体且作为有机粘合剂包含甲基纤维素和/或聚乙烯醇的情况下,于约200℃进行脱粘合剂,于1400~1500℃进行烧成。
连续式工业炉800中,优选具有能够将烧成带804中的炉内气体向脱粘合剂带的炉内供给的返送管线812、814。由此,得到从连续式工业炉800排出的废气整体的NOx浓度降低的效果。即,通过设置返送管线812、814,使得从将来自连续式工业炉800的各种废气汇集排出的烟囱820排出的废气中的NOx浓度显著降低。
脱粘合剂带802中产生的有机粘合剂气体在陶瓷成型品的表面燃烧,因此,陶瓷成型品的外周部处于高温,但是,由于陶瓷成型品的绝热性优异,所以内部的温度仍然处于比较低的温度。然后,当内部的温度逐渐上升时,陶瓷成型品的内部因有机粘合剂气体的燃烧而处于高温,不过,由于陶瓷成型品的绝热性优异,所以外周部的温度不易上升。由于像这样的原因,有时脱粘合剂工序中在内部与外周部之间产生温度差,因热应力而产生裂纹。
因此,如果将烧成带804中的炉内气体向脱粘合剂带802的炉内供给,则还得到能够防止脱粘合剂工序中陶瓷成型品产生裂纹的效果。另一方面,烧成带804中的炉内气体的氧浓度因条件而不同,可以为10体积%以下,例如为3~7体积%左右。因此,如果通过将该炉内气体向脱粘合剂带802的炉内供给,使得脱粘合剂带802的氧浓度降低,则有机粘合剂的燃烧得到抑制,因此,陶瓷成型品的内部与外周部之间的温度差减少,抑制裂纹的产生。
因此,连续式工业炉800可以具有用于将从蓄热式燃烧器100的空气端口排出的烧成带804中的炉内气体向脱粘合剂带802的炉内打入的返送管线814。被打入脱粘合剂带802的炉内的该气体可以用作脱粘合剂带802的燃烧器829的燃烧空气,也可以不用于燃烧器829的燃烧空气而直接打入炉内。在返送管线814的中途设置有:靠近烧成带804一侧的蓄热排气风扇821、以及靠近脱粘合剂带802一侧的脱粘合剂带二次燃烧空气风扇822,利用这些风扇能够控制向脱粘合剂带802供给的气体量。另外,连续式工业炉800可以具有将离开蓄热排气风扇821的来自烧成带804的炉内气体分支并向烟囱820输送的排气管线813。
冷却带806中,利用冷却空气风扇832通过冷却空气管线831而打入冷却用空气。冷却空气可以为外部大气。也可以部分地使用来自冷却带806的炉内气体。连续式工业炉800可以具有用于将冷却带806中的炉内气体抽出并向脱粘合剂带802的炉内打入的返送管线812。在返送管线812的中途设置有冷却带排气风扇823以及脱粘合剂带燃烧空气风扇824,可以对向脱粘合剂带802供给的气体量进行控制。为了节能的原因,冷却带806中的炉内气体还可以用作设置于脱粘合剂带802的燃烧器829的燃烧空气。另外,连续式工业炉800可以具有将离开冷却带排气风扇823的来自冷却带806的炉内气体分支并向烟囱820输送的排气管线815。来自脱粘合剂带802的废气可以利用脱粘合剂排气风扇826进行吸引并通过排气管828向烟囱820输送。
连续式工业炉800中,设置于烧成带804的蓄热式燃烧器100中使用的燃烧空气利用燃烧空气风扇825的送风力通过空气配管819来供给。作为燃烧空气,可以使用:外部大气、离开蓄热排气风扇821的来自烧成带804的炉内气体、以及离开冷却带排气风扇823的来自冷却带806的炉内气体中的任意一种或这些气体中的二种以上的混合气体。因此,连续式工业炉800可以具有:用于将离开蓄热排气风扇821的来自烧成带804的炉内气体向空气配管819输送的环形配管817。另外,连续式工业炉800可以具有:将离开冷却带排气风扇823的来自冷却带806的炉内气体向燃烧空气风扇825输送的配管811。通过将从冷却带排出的高温空气用作燃烧空气而得到节能效果。
在烧成带804和/或冷却带806中的炉内气体温度对于向脱粘合剂带802供给而言过高的情况下,可以根据需要将除热设备816设置于返送管线812、814。作为除热设备816,例如可以使用热交换器。
【实施例】
以下,将用于更好地理解本发明及其优点的实施例与比较例一同例示,但是,本发明并不限定于实施例。
<实施例1>
使用具有图5所示的结构以及蓄热式燃烧器的配置的隧道窑式烧成炉,以图5所示的配置将堇青石制的蜂窝成型品装载于搁板,进行烧成试验。此时,进行了利用环形配管817将来自蓄热式燃烧器的排气与燃烧空气混合的操作(EGR:Exhaust GasRecirculation),但是,没有进行将从蓄热式燃烧器100的空气端口排出的烧成带804中的炉内气体经由返送管线814而向脱粘合剂带802的炉内打入的操作。使用的蓄热式燃烧器全部是构成为燃料喷嘴仅向燃烧室内导入燃料并喷出直线前进性的高速火焰的图1所示结构的蓄热式燃烧器,左右交替地进行交替燃烧。在通常量产时的烧成条件下,在图5的由虚线包围的从下方数第一层搁板装载温度测定芯片(Rifasamo),实施温度分布测定。将结果示于图9(单位为℃)。可知:最高温度与最低温度的差值仅为2℃,在炉宽方向以及炉高方向得到均匀性高的温度分布。认为这是因为火焰的直线前进性高。
<比较例1>
使用具有图6所示的结构以及蓄热式燃烧器的配置的隧道窑式烧成炉,以图6所示的配置将堇青石制的陶瓷成型品装载于搁板,进行烧成试验。图6所示的参照符号是指与图5的参照符号相同的构成要素。但是,比较例1的烧成炉中,作为蓄热式燃烧器,使用图2所示的缓慢燃烧型的蓄热式燃烧器。其它的构成与实施例1相同。对于比较例1的烧成炉,在与实施例1相同的运转条件下进行加热试验,与实施例1同样地对烧成带的炉内温度分布进行解析。将结果示于图10。由于使其在燃烧器砖外缓慢燃烧,所以看到如下倾向:火焰向四个方向扩展,并且,高温区域集中在炉宽方向上的中央部。最高温度与最低温度的差值扩大到5℃。比较例1中,还发现了由从搁板的间隙吹起的火焰所导致的产品熔化不良。
<比较例2>
使用具有图7所示的结构以及蓄热式燃烧器的配置的隧道窑式烧成炉,以图7所示的配置将陶瓷成型品装载于搁板,进行烧成试验。图7所示的参照符号是指与图5的参照符号相同的构成要素。但是,比较例2的烧成炉中,作为蓄热式燃烧器,使用图2所示的缓慢燃烧型的蓄热式燃烧器。另外,比较例2的烧成炉中,为了防止由火焰吹起所导致的熔化不良、并且防止炉宽方向上的中央部的温度分布不良所伴随的烧成品的品质偏差,在从下方数第一层搁板的下方设置称为“牺牲板”的火焰屏蔽板531,并且,在热量集中的牺牲板中央部上铺设隔热件532。其它的构成与比较例1相同。对于比较例2的烧成炉,在与实施例1相同的运转条件下进行加热试验,与实施例1同样地对烧成带的炉内温度分布进行解析。将结果示于图11。虽然局部地看到高温部分,不过因设置牺牲板和隔热件而改善成为能够应用于量产的温度分布。但是,比较例2中需要使用牺牲板、隔热件这样的窑工具(消耗品),所以,实施例1的实用性更高。
<燃烧空气中的氧浓度与废气中的NOx浓度的关系>
对于实施例1中使用的烧成炉,进行由EGR所取得的NOx减少效果的确认试验。将蓄热式燃烧器二台作为一对,采用图4所示结构的环形配管结构。此时,通过对穿过环形配管的废气量进行控制,改变燃烧空气中的氧浓度,观察使蓄热式燃烧器交替燃烧时的排气中的NOx的浓度变化。开始运转,在炉内温度达到稳定状态后,测定从烟囱排出的废气中的NOx浓度。将结果示于图12。确认了:在燃烧空气中的氧浓度为21体积%的情况下浓度为500~550体积ppm的NOx的浓度随燃烧空气中的氧浓度降低而降低,在燃烧空气中的氧浓度为16体积%时,NOx浓度降低至220体积ppm左右。图12中,NOx浓度为将燃烧空气中的氧浓度换算为15体积%时的值。
<由向脱粘合剂带打入排气所带来的NOx减少效果>
对于实施例1中使用的烧成炉,利用环形配管将来自蓄热式燃烧器的排气的一部分与燃烧空气混合,对返送比例(排气的约28体积%)进行自动控制,以便将燃烧空气中的氧浓度控制为约16体积%,除此以外,利用返送管线814将来自蓄热式燃烧器的排气的50~70体积%左右打入脱粘合剂带。对有无向脱粘合剂带打入的情况下从烟囱排出的排气中的NOx浓度进行比较。在各运转条件下,开始运转,在炉内温度达到稳定状态后,测定NOx浓度。将结果示于图13。可知:通过将来自蓄热式燃烧器的排气的一部分向脱粘合剂带打入,使得NOx浓度降低了10%以上。
产业上的可利用性
本发明所涉及的蓄热式燃烧器可以在例如使用超过1000℃的高温的工业炉的产业领域、例如窑业、电子器件制造业、陶瓷制造业、玻璃制造业、耐火材料制造业、钢铁业等中有效利用。

Claims (8)

1.一种蓄热式燃烧器,其是具备燃烧室、热交换室、以及燃烧室与热交换室之间的连通路的蓄热式燃烧器,其中,
燃烧室中设置有燃料喷嘴的前端以及火焰喷射口,且构成为:能够使用通过连通路导入燃烧室内的燃烧空气使从燃料喷嘴导入燃烧室内的燃料在燃烧室内燃烧,并使火焰从火焰喷射口喷出,
燃料喷嘴构成为:在该蓄热式燃烧器中燃烧的燃料全部导入燃烧室内,
热交换室具有空气端口、以及夹在连通路与空气端口之间的蓄热体,构成为:从空气端口导入热交换室内的燃烧空气穿过填充有蓄热体的空间后,能够通过连通路而朝向燃烧室导入,并且,通过连通路导入热交换室内的排气穿过填充有蓄热体的空间后,能够从空气端口排出。
2.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧器,其中,
在与火焰喷射口对置的位置设置有燃料喷嘴的前端。
3.根据权利要求1或2所述的蓄热式燃烧器,其中,
构成为:能够将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气作为燃烧空气的一部分或全部经由空气端口而导入。
4.根据权利要求3所述的蓄热式燃烧器,其中,
空气端口与用于供给燃烧空气的燃烧空气风扇相连通,该燃烧空气风扇的入口与用于将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气排出的排气风扇的出口相连通。
5.一种工业炉,其中,具备多个权利要求1~4中的任意一项所述的蓄热式燃烧器。
6.根据权利要求5所述的工业炉,其中,
多个蓄热式燃烧器中的至少一个为权利要求1~4中的任意一项所述的蓄热式燃烧器,
各蓄热式燃烧器构成为:能够将来自至少一个其它蓄热式燃烧器的排气作为燃烧空气的一部分或全部经由各自的空气端口而导入。
7.根据权利要求5或6所述的工业炉,其中,
工业炉为连续式工业炉,该连续式工业炉依次具备入口、脱粘合剂带、烧成带、冷却带以及出口,并用于一边将含有有机粘合剂的陶瓷成型品从入口朝向出口搬送一边进行烧成,
烧成带中设置有多个权利要求1~4中的任意一项所述的蓄热式燃烧器,
且具有能够将烧成带中的炉内气体向脱粘合剂带供给的返送管线。
8.一种烧成品的制造方法,其中,
包括以下工序:使用权利要求7所述的工业炉在脱粘合剂带中从含有有机粘合剂的陶瓷成型品中除去粘合剂的工序、在烧成带中对除去有机粘合剂后的陶瓷成型品进行烧成的工序、以及在冷却带中对烧成后的陶瓷成型品进行冷却的工序。
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