CN110325794A

CN110325794A - 加热装置及加热方法

Info

Publication number: CN110325794A
Application number: CN201880013141.3A
Authority: CN
Inventors: 堀川透理; 原一晃; 岩田好司
Original assignee: Jeffrey Steel Co Ltd
Current assignee: Jeffrey Steel Co Ltd; JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2038-03-19
Also published as: KR20190113899A; EP3604925B1; TW201839342A; EP3604925A4; WO2018180694A1; JP6690779B2; KR102273957B1; EP3604925A1; TWI670457B; CN110325794B; JPWO2018180694A1

Abstract

本发明提供一种加热装置，该加热装置在较高的喷出速度下也能够不会熄火而稳定地保持火焰，以极高的效率进行加热。一种加热装置，具备燃烧器，其中，上述燃烧器具备：主燃烧器部，其具备喷出燃料气体的燃料气体喷嘴和喷出燃烧用空气的空气喷嘴；以及引火燃烧器部，其位于比上述主燃烧器部靠外侧的位置，用于使从上述主燃烧器部喷出的燃料气体燃烧。

Description

加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及具备燃烧器的加热装置，特别是，涉及在较高的喷出速度下也能够不会熄火而稳定地保持火焰能够以极高的效率进行加热的加热装置。另外，本发明涉及使用了上述加热装置的加热方法。

背景技术

作为物品的加热方法，已知有热风加热、红外线加热、利用电加热器的加热、以及感应加热等各种方法，其中，利用燃烧器的加热在各种用途中被极其普遍地利用。

图8是表示以往使用的预混燃烧器的一个例子的示意图。在预混燃烧器100中，可燃性的燃料气体101与空气102在预混燃烧器100的内部被预先混合而成为混合气体，上述混合气体从预混燃烧器100喷出并燃烧，由此形成火焰103。

在使用通过这种燃烧器形成的火焰来进行直接加热的情况下，从火焰向被加热物表面的传热量Q与热传递系数α成比例，上述热传递系数α取决于火焰的喷出速度V₀。例如，在使用具有圆形的开口的燃烧器的情况下，热传递系数α与V₀ ^1/2成比例。另外，在将多个喷嘴在一条直线上排列配置的线型燃烧器的情况下，热传递系数α与V₀ ^0.58成比例。因此，为了使利用燃烧器的加热效率提高，要求提高喷出速度。

但是，若为了提高喷出速度而单纯地提高燃料气体、空气的流速，则火焰变得不稳定，若进一步提高流速，则产生燃烧速度与气体流速的平衡被打破，火焰被向下游吹飞并消失的所谓的熄灭。因此，在现有的燃烧器中，无法大幅增加喷出速度，因此，在加热效率的提高上存在界限。

因此，作为使火焰稳定并抑制熄灭的方法，提出了以下方法，即：使用具备主燃烧器、和对上述主燃烧器中的燃烧进行支援的引火燃烧器的燃烧器(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2013-194991号公报

根据专利文献1的燃烧器，能够将火焰稳定化，并使火焰温度上升。但是，在上述的喷出速度提高的方面上，即使是专利文献1中提出的燃烧器也不能说是足够的，为了加热效率的提高，要求开发具备能够在更高的喷出速度下稳定地使用的燃烧器的加热装置。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种加热装置，在较高的喷出速度下也能够不会熄火而稳定地保持火焰，能够以极高的效率进行加热。另外，本发明的目的在于提供使用了上述加热装置的加热方法。

本发明者为了解决上述课题而进行了研究的结果为，发现了通过使用以特定的位置关系设置主燃烧器部与引火燃烧器部的燃烧器，即使在例如50Nm/s以上这样的极高的喷出速度下也能够稳定地保持火焰。本发明是基于上述见解而完成的，其主旨结构如下。

1.一种加热装置，具备燃烧器，其中，上述燃烧器具备：

主燃烧器部，其具备喷出燃料气体的燃料气体喷嘴和喷出燃烧用空气的空气喷嘴；以及

引火燃烧器部，其位于比上述主燃烧器部靠外侧的位置，用于使从上述主燃烧器部喷出的燃料气体燃烧。

2.根据上述1所述的加热装置，上述主燃烧器部在上述燃料气体喷嘴和上述空气喷嘴中的一方或者双方的上游侧具备均压室。

3.根据上述1或2所述的加热装置，上述燃料气体喷嘴和上述空气喷嘴为直管构造。

4.根据上述1～3中的任一项所述的加热装置，在上述燃烧器的前端设置有凹部，该凹部具有底部、以及从该底部朝向该燃烧器的前端逐渐扩宽的锥形部，

上述主燃烧器部配置于上述底部，

上述引火燃烧器部配置于上述锥形部。

5.根据上述4所述的加热装置，上述底部与上述锥形部所成的角度θ为20°以上。

6.根据上述1～5中的任一项所述的加热装置，上述引火燃烧器部为表面燃烧器。

7.根据上述4或5所述的加热装置，上述引火燃烧器部具备从直径d的管形喷嘴和短边方向的宽度d的狭缝喷嘴选择的引火喷嘴，

上述引火喷嘴的前端设置于从上述锥形部的表面凹入d以上且15d以下的位置。

8.根据上述1～7中的任一项所述的加热装置，具备流量调整单元，该流量调整单元能够独立地调整上述主燃烧器部中的流量与上述引火燃烧器部中的流量。

9.一种加热方法，使用上述1～8中的任一项所述的加热装置来加热。

10.根据上述9所述的加热方法，从上述主燃烧器部喷出的燃料气体与燃烧用空气各自的喷出速度为50Nm/s以上。

11.根据上述9或10所记载的加热方法，将从上述主燃烧器部喷出的燃料气体的流量F1与从上述引火燃烧器部喷出的引火用燃料气体的流量F2之比F1：F2设为70：30～85：15。

根据本发明，在较高的喷出速度下也能够不会熄火而稳定地保持火焰，能够以极高的效率进行加热。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式中的燃烧器的构造的示意图。

图2是表示本发明的一个实施方式中的主燃烧器部的构造的示意图。

图3是表示本发明的一个实施方式中的引火燃烧器部的构造的示意图。

图4是表示本发明的另一实施方式中的引火燃烧器部的构造的示意图。

图5是表示实施例与比较例的各燃烧器中的喷出速度的图。

图6是表示实施例和比较例的各燃烧器中的加热功率的图。

图7是表示比较例1与实施例1的燃烧器中的温度分布的测定例的图。

图8是表示现有的预混燃烧器的一个例子的示意图。

具体实施方式

接下来，对实施本发明的方法具体地进行说明。此外，以下的说明表示本发明的优选实施方式，本发明不会通过以下的说明而受到任何限定。

本发明的加热装置为具备燃烧器的加热装置，上述燃烧器具备主燃烧器部和引火燃烧器部。上述主燃烧器部具备喷出燃料气体的燃料气体喷嘴和喷出燃烧用空气的空气喷嘴，通过从上述主燃烧器部喷出的燃料气体与空气燃烧，从而形成用于加热被加热物的火焰。另外，上述引火燃烧器部具有用于点燃从上述主燃烧器部喷出的燃料气体的功能。

这里，上述引火燃烧器部位于比上述主燃烧器部靠燃烧器的外侧的位置是很重要的。通过为这样的位置关系，与为其他位置关系的情况相比，能够在较高的喷出速度下也稳定地保持火焰。如上述那样，从火焰向被加热物表面的传热量Q与热传递系数α成比例，火焰的喷出速度V₀越大，上述热传递系数α便越大。因此，根据本发明的加热装置，通过使火焰以高速碰撞被加热物的表面，从而能够以极高的效率进行加热。而且，其结果为，能够将被加热物更高速地加热至更高的温度。另外，根据本发明的加热装置，能够降低为了实现相同的加热温度而所需的燃料气体的量。进一步，由于在本发明的加热装置中能够提高喷出速度，因此能够使火焰到达至较远的位置。因此，能够在远离被加热物的位置设置燃烧器，装置设计的自由度较高。

特别是，在炼铁过程中，大多需要对处于远离燃烧器的位置的被加热物进行加热。因此，本发明的加热装置作为炼铁过程用加热装置能够极其适合用于炼铁材料的加热。作为上述炼铁过程用加热装置，例如，列举了用于烧结矿的制造等的烧结机的点火装置。另外，在将本发明的加热装置用作炼铁过程用加热装置时，优选将燃烧器的构造设为线型燃烧器，该线型燃烧器具备呈直线状地排列的多个喷嘴。

此外，通过设为上述的位置关系而在较高的喷出速度下也能够稳定地保持火焰被推测为是因为以下那样的理由。即，如在专利文献1中提出的那样，当燃料气体喷嘴与燃烧用空气喷嘴配置成隔着引火燃烧器，燃料气体的喷出方向与燃烧用空气的喷出方向配置成交叉的情况下，产生涡流，由于流动的紊乱所引起的动能损失变大，因此不能维持较高的流速。相对于此，在本发明的技术中，通过上述引火燃烧器部位于比上述主燃烧器部靠燃烧器的外侧的位置，能够抑制主流的燃料气体与燃烧用空气的流动的紊乱，维持较高的流速。另外，若将从主燃烧器部喷出的燃料气体与燃烧用空气的喷出方向设为平行，则能够更抑制流动的紊乱，而能够进一步维持较高的流速。

另外，当燃料气体喷嘴处于中央部，在其外侧配置有引火燃烧器，进一步在引火燃烧器的外侧配置有燃烧用空气喷嘴的情况下，需要使燃料气体朝向两侧的引火喷出，从而在两侧需要燃料气体喷嘴。由此，喷嘴个数增加，因此若欲使喷出速度上升，则各个喷嘴的直径变小，因此喷出后的气体速度的衰减变大，无法维持喷出后的较高的流速。相对于此，在本发明的技术中，由于不需要将燃料气体分割在两侧，因此能够维持较高的流速。

[燃料气体]

作为上述燃料气体不会被特别限定，只要是可燃性气体则能够使用任意的气体。作为上述燃料气体，例如，通常可以使用天然气、LPG(liquefied petroleum gas：液化石油气)。当将上述加热装置在炼铁厂中使用的情况下，也能够将在炼铁厂中副产的过程气体用作上述燃料气体。作为上述过程气体，优选使用含有焦炉气体的过程气体。作为含有上述焦炉气体的过程气体，例如，优选使用焦炉气体本身(即，仅由焦炉气体组成的气体)、及将焦炉气体与高炉气体混合而得到的气体亦即M气体。

接下来，基于附图进一步具体地进行说明。

图1是本发明的一个实施方式中的燃烧器1的示意图，示出燃烧器1的截面的构造。燃烧器1具备燃烧器主体10、和设置于燃烧器主体10的主燃烧器部20及引火燃烧器部30。在上述燃烧器1的前端(形成火焰的一侧)设置有凹部40，凹部40具有底部41和锥形部42，锥形部42从底部41朝向燃烧器1的前端逐渐扩宽。

[主燃烧器部]

图2是表示本发明的一个实施方式中的主燃烧器部20的构造的示意图。主燃烧器部20具备：喷出燃料气体的燃料气体喷嘴21、和喷出燃烧用空气的空气喷嘴22。燃料气体喷嘴21在底部41的中央设置有一个。空气喷嘴22以隔着燃料气体喷嘴21的方式左右对称地设置有两个。此外，在图2所示的例子中，示出了一个燃烧器的截面，但在对具有宽度的物品进行加热的情况下，优选将多个燃烧器沿纸面垂直方向排列而成为线型燃烧器。

燃料气体如用箭头G所示那样被供给，并从燃料气体喷嘴21喷出。另外，燃烧用空气如用箭头A所示那样被供给，并从空气喷嘴22喷出。燃料气体在喷出的时刻未点燃，而如图1所示那样，通过由引火燃烧器部30形成的引火50被点燃，并形成火焰60。

燃料气体喷嘴21和空气喷嘴22的形状未被特别限定，能够为任意的形状。但是，如图2所示，优选为不具有喷嘴前端部的锥体状构造的直管构造。若使用直管构造的喷嘴，则使喷出速度进一步提高，从而能够使被加热面处的热传递系数更大，因此其结果为，能够使加热效率进一步提高。这是因为，与使用形成旋流的喷嘴的情况相比，在直管构造的喷嘴中，由于涡流形成所引起的能量损失较小，抑制了喷出后的气体速度的衰减。

对于燃料气体喷嘴21和空气喷嘴22的直径(以下，称为喷嘴直径)而言，为了提高燃烧器的加热效率，优选以常用使用流量域中的喷出流速为50～80Nm/s的方式决定。另外，最大燃烧时的喷出流速优选为150Nm/s以下。此外，关于喷出速度的定义后文叙述。

燃料气体喷嘴21和空气喷嘴22的具体的直径未被限定，但若上述直径为3mm以上，则能够进一步抑制从喷嘴喷出之后的气体速度的衰减。因此，优选上述直径为3mm以上，更加优选为5mm以上。另一方面，上述直径的条件未被特别限定，但若上述直径为30mm以下，则能够将燃烧器的热负荷维持在更优选的范围，从而能够延长燃烧器的寿命。另外，与设置少数较大直径的喷嘴相比，通过设置多个直径为30mm以下那样的较小直径的喷嘴，能够更加均匀地进行加热。因此，优选上述直径为30mm以下。此外，燃料气体喷嘴21的直径与空气喷嘴22的直径可以相同，也可以不同。

此外，当将燃料气体喷嘴21的直径设为d_NG，将空气喷嘴22的直径设为d_NA时，燃料气体喷嘴21与空气喷嘴22之间的间隔(喷嘴间距)L₁优选满足2d_NG≤L₁≤15d_NA。另外，在将多个燃烧器排列而形成线型燃烧器的情况下，各燃烧器的燃料气体喷嘴之间的间隔(喷嘴间距)L₂优选满足2d_NG≤L₂≤15d_NA。若满足上述条件，则燃烧稳定性进一步提高，从而能够进一步抑制气体速度的衰减。

[均压室]

在主燃烧器部20中，在燃料气体喷嘴21和空气喷嘴22各自的上游侧设置有均压室23，在均压室23的与喷嘴相反一侧(上游侧)设置有有孔板24，有孔板24设置有用于供燃料气体或者空气通过的孔。若像这样设置均压室23，则能够将气体更加均匀地喷出，因此能够将火焰进一步稳定化，并进一步提高喷出速度。此外，也能够仅在燃料气体喷嘴21和空气喷嘴22中的任意一方的上游侧设置均压室23，优选如图2所示那样在双方设置均压室23。这里，均压室是指为了减轻气体的供给压的变动所带来的影响而设置于喷嘴的上游侧的构造。如图2所例示那样，上述均压室具有：设置于喷嘴的上游侧的具备一个或者两个以上的开口的板(节流板)、以及上述节流板与上述喷嘴之间的空间。而且，上述节流板的上游侧与上述空间仅通过上述节流板的开口相连。设置于上述节流板的开口的合计面积小于上述空间的与上述喷嘴的喷出方向垂直的面的截面积。进而，上述喷嘴的开口的合计面积也小于上述空间的与上述喷嘴的喷出方向垂直的面的截面积。

[引火燃烧器部]

如上述那样，引火燃烧器部具有点燃从主燃烧器部喷出的燃料气体，并使该燃料气体燃烧的功能。从主燃烧器部喷出的燃料气体的点燃通过由引火燃烧器部形成的火焰(引火)进行。因此，引火燃烧器部通常具备用于形成引火的引火用燃料气体出口和引火用空气出口。使用上述引火用空气来使上述引火用燃料气体燃烧，由此形成引火。此外，在以下的说明中，存在将“引火用燃料气体”简称为“燃料气体”，将“引火用空气”简称为“空气”的情况。

本发明的加热装置如上述那样在比主燃烧器部靠外侧的位置具备用于使从该主燃烧器部喷出的燃料气体燃烧的引火燃烧器部，因此在来自主燃烧器的燃料气体的喷出速度较高的条件下也能够稳定地维持火焰。因此，在本发明的燃烧器中，也具有如下优点，即：也可以不具有用于在主燃烧器的前方侧稳定地维持火焰的燃烧室构造，即以包围主燃烧器和引火燃烧器的方式朝向燃烧器的前方突出的构造。

另外，在本发明的加热装置中，主燃烧器的火焰维持在来自主燃烧器的气体喷出方向的前方的空间部。在公知的技术中，在主燃烧器的前方侧设置用于稳定地维持火焰的燃烧室构造、由耐火物构成的锥体形状的构造物，来在其内部维持火焰或者维持与其表面接触的火焰，但在本发明中，即使不设置这样的构造，也通过引火燃烧器的火焰将主燃烧器的火焰维持在空间部，从而能够维持主燃烧器的高速的火焰。为了维持这样的火焰，优选主燃烧器部的气体的喷出方向与引火燃烧器部的气体喷出方向的交点位于燃烧器的气体喷出方向前方的空间部或者燃烧器的凹部之外(燃烧器的外部)。

图3是表示本发明的一个实施方式中的引火燃烧器部30的构造的示意图。在该例中，引火燃烧器部30由表面燃烧器构成。在表面燃烧器的前端设置有多孔质板31，向多孔质板31分别如用箭头G和箭头A所示那样供给引火用燃料气体和引火用空气。

在本发明的加热装置中，由于从主燃烧器部20高速喷出燃料气体和空气，因此伴随着该气流的伴随流形成于燃烧器1的前端附近、特别是凹部40的内部。例如，在从主燃烧器部喷出的气体的流速为50m/s的情况下，伴随流的流速也变成20～30m/s的高速，因此存在由引火燃烧器部30形成的引火50变得不稳定的担忧。但是，在表面燃烧器中，由于燃点存在于多孔质板的表面或者内部，因此能够不受伴随流的影响而稳定地保持引火。

作为多孔质板31，没有被特别限定而能够使用由任意的多孔体构成的板状部件。上述多孔体例如能够通过从由金属、合金、以及陶瓷构成的组中选择的一种或者两种以上的材料构成。作为多孔质板31，例如能够使用金属网(层叠金属纤维而得到的物体)。上述多孔质板31的表面优选与锥形部42的表面配置于同一面上。

如图1所示，从主燃烧器部20喷出的燃料气体与空气通过引火50被点燃。因此，从可靠地点燃这一观点来看，优选主燃烧器部20与引火燃烧器部30配置成主燃烧器部20的喷出轴(喷出方向)与引火燃烧器部30的喷出轴(喷出方向)在其延长线上交叉。更加具体地，优选构成凹部40的底部41与锥形部42所成的角度θ为20°以上。若上述θ小于20°，则引火燃烧器部的火焰难以到达从主燃烧器部喷出的气流，因此易发生熄火。上述θ更加优选为30°以上。另一方面，上述θ的上限没有被特别限定，通常优选为80°以下，更加优选为60°以下。

主燃烧器部与引火燃烧器部的距离以引火燃烧器部的火焰(引火50)到达来自主燃烧器部的喷出流的方式决定。当将引火燃烧器部的火焰有效长度设为F时，引火燃烧器部的火焰在与底部41的面平行的方向上到达的距离成为F·sinθ，因此只要以主燃烧器部的端部的位置与引火燃烧器部的中心位置的距离在与底部41的面平行的方向上成为F·sinθ以下的方式决定主燃烧器部与引火燃烧器部的距离即可。具体地，在引火燃烧器部的有效火焰长度为100mm、主燃烧器的宽度(主燃烧器部的最外喷嘴间距离)为50mm、θ＝30°的情况下，主燃烧器部中心与引火燃烧器部中心的距离为75mm以下即可。若考虑θ的优选范围，则主燃烧器部中心与引火燃烧器部中心的距离优选为60～110mm。有效火焰长度基于火焰温度的测定结果，能够决定为成为气体的点燃温度以上的区域的相距燃烧面或者锥形面的长度。

图4是表示本发明的另一实施方式中的引火燃烧器部的构造的例子的示意图。在该实施方式中，引火燃烧器部30具备直径d的管形喷嘴作为引火喷嘴32。引火喷嘴32具备同轴设置的外管和内管，向上述内管如箭头G所示那样供给引火用燃料气体，上述引火用燃料气体被从上述内管的前端喷出。另一方面，向上述外管如箭头A所示那样供给引火用空气，上述引火用空气被从上述外管前端喷出。

如图4所示，引火喷嘴32的前端设置于从锥形部42的表面凹入d以上的位置。换言之，从锥形部42的表面至引火喷嘴32的前端的距离为d以上。形成为从引火喷嘴32喷出的引火用燃料气体在空间33内点燃，该火焰(引火)超出锥形部42的表面并向外部延伸。像这样，通过使引火喷嘴32的前端为朝向燃烧器主体10的内部凹入的位置，即使不使用表面燃烧器，也能够抑制上述的伴随流的影响而稳定地保持引火。此外，在引火燃烧器部30具备短边方向的宽度d的狭缝喷嘴作为引火喷嘴32的情况下，同样地优选将引火喷嘴32的前端设置于从锥形部42的表面凹入d以上的位置。从抑制伴随流的影响这一观点来看，优选将从锥形部42的表面至引火喷嘴32的前端的距离设为2d以上。另一方面，若将引火喷嘴32的前端设置于从锥形部42的表面凹入15d以上的位置，则存在火焰温度下降的担忧。因此，从锥形部42的表面至引火喷嘴32的前端的距离优选为15d以下，更加优选为4d以下。

[喷出速度]

如上述那样，根据本发明的加热装置，能够在较高的喷出速度下也不会熄火而稳定地保持火焰，能够以极高的效率进行加热。此外，使用时的喷出速度未被特别限定，只要是能够保持火焰的范围内，则能够为任意的速度，但从加热效率的观点来看，优选将从主燃烧器部喷出的燃料气体与空气各自的喷出速度设为50Nm/s以上，更加优选为60Nm/s以上，进一步优选为65Nm/s以上。像这样极高的喷出速度在现有的燃烧器中是无法实现的。

此外，这里喷出速度是指主燃烧器部的燃料气体喷嘴及空气喷嘴的直管部中的气体流速，通过喷出速度＝单个喷嘴的每单位时间气体流量/喷嘴截面积而求出。在不具有直管部的喷嘴中，考虑喷嘴出口部的截面积作为喷嘴截面积。另外，在由多个喷嘴或者多个孔构成的燃烧器中，在如图8所例示那样在喷嘴的前方存在圆锥状的锥体部的情况下，通过从燃烧器喷出的燃料气体与空气之和的合计流量除以上述锥体部的出口的截面积，能够求出燃烧器的喷出速度。

优选燃料气体的喷出速度与燃烧用空气的喷出速度大致相等。具体地，优选将燃料气体的喷出速度相对于燃烧用空气的喷出速度之比(喷出流速比)设为0.8～1.2。此外，在具有圆锥形的锥体的燃烧器中，也优选将锥体近前的喷嘴孔部的上述喷出流速比设为0.8～1.2。

[燃料气体流量比]

主燃烧器部中的燃料气体流量与引火燃烧器部中的燃料气体流量的比率(以下，也称为“燃料气体流量比”)对火焰的稳定性及加热能力影响较大。因此，优选加热装置具备流量调整单元，流量调整单元能够分别独立地调整主燃烧器部中的燃料气体流量与引火燃烧器部中的燃料气体流量。另外，对于燃烧用空气量而言，能够对燃料气体流量乘以燃料气体的理论空气量和空气比而决定。优选加热装置具备流量调整单元，流量调整单元能够分别独立地调整主燃烧器部中的燃烧用空气的流量与引火燃烧器部中的燃烧用空气的流量。作为上述流量调整单元，能够使用流量调整阀等。

当将主燃烧器部中的燃料气体流量与引火燃烧器部中的燃料气体流量的总和设为100％时，若引火燃烧器部燃料气体流量小于15％，则由伴随流引起的火焰温度的下降变得显著，存在发生主燃烧器熄火的情况。因此，优选将引火燃烧器部的燃料气体流量设为15％以上。换言之，优选将从上述主燃烧器部喷出的燃料气体的流量F1与从上述引火燃烧器部喷出的引火用燃料气体的流量F2之比F1：F2设为85：15以下(F1/F2≤85/15)。另一方面，若引火燃烧器部的燃料气体流量过多，虽然火焰稳定，但由于主燃烧器部的火焰变小，因此加热能力下降。因此，优选将引火燃烧器部的燃料气体流量设为30％以下，换言之，将F1：F2设为70：30以上(F1/F2≥70/30)。

实施例

为了确认燃烧器构造对火焰的稳定性带来的影响，使用以下三种燃烧器，对未引起熄灭而能够保持火焰的临界喷出速度进行了评价。

(比较例1)图8所示的现有的通常的预混燃烧器

(比较例2)专利文献1的图1所示的燃烧器

(实施例1)图1～图3所示的构造的燃烧器

在上述实施例及比较例中，将与图1、8等所示的截面垂直的方向上的燃烧器的宽度设为1m。在表1中，示出喷嘴的尺寸与喷出部截面积。另外，在表1中一起示出了比较例2及实施例1的主燃烧器部中的燃料气体的流量与引火燃烧器部中的燃料气体的流量之比(燃料气体流量比)。

在比较例1中，使用了具有图8所示的截面形状、喷嘴宽度为10mm、长度为1m的狭缝状喷嘴。在比较例2中，使用了在燃烧器宽度方向1m之间呈直线状地设置了60组的专利文献1的图1所记载的喷嘴。对于专利文献1记载的燃烧器而言，每一个燃烧器具备两个燃料气体喷嘴，因此燃料气体喷嘴的个数为120个。在实施例1中，使用了在燃烧器宽度方向1m之间呈直线状地设置了50组的本发明的图1及图2的喷嘴，即50个燃料气体喷嘴。此外，由于在比较例2的燃烧器中配置了50组的喷嘴的情况下火焰不稳定，因此设置60组喷嘴来实现了火焰的稳定化。

在燃烧空间的尺寸为1.4m×1.4m×0.4m的实验用燃烧炉中实施了实验。以燃料气体与燃烧用空气的流量比为恒定的方式使两者的流量增加，测定出未引起火焰的熄灭而能够保持火焰的临界喷出流速。

这里，作为上述燃料气体，使用了作为炼铁厂内的副产气体的M气体(焦炉气体与高炉气体的混合气体)。上述M气体的主要成分为H₂：26.5％、CO：17.6％、CH₄：9.1％、N₂：30.9％。

[表1]

在图5中示出测定结果。在比较例1中，若喷嘴直管部中的流速(喷出速度)超过30Nm/s，则无法保持火焰而发生了熄灭。此外，若将上述直管部的流速换算为锥体部的前端中的流速，则为3Nm/s。在比较例2中，若喷嘴直管部中的流速(喷出速度)超过40Nm/s，则无法保持火焰而发生了熄灭。另一方面，在实施例1中，即使是喷出速度超过40Nm/s的条件，火焰也稳定。若喷出速度超过100Nm/s，则火焰变得不稳定，在120Nm/s发生了熄灭。

根据以上的结果，可知与现有的燃烧器相比，在本发明的加热装置中，即使在大幅提高的喷出流速下也能够稳定燃烧。此外，在实际工业用等中使用本发明的燃烧器时，在熄灭临界流速附近的使用由于供给系统的操作变动等而存在熄灭风险提高的可能性，因此优选与熄灭临界流速相比减小流速来使用。在图5中，也记载了实际的通常使用流速的一个例子。

另外，与前述的测定同时地，将模拟被加热物的水冷式冷却器以与燃烧器面对面的方式设置于离开燃烧器0.4m的位置，根据水的上升温度对燃烧器的加热功率进行了评价。在图6中示出将燃料气体流量及空气比设为相同时的各实施例、比较例中的燃烧器的加热功率。可知与比较例1及比较例2相比，在实施例1中，加热功率大幅提高。

进一步，与前述的测定同时地，使用热电偶来对比较例1及实施例1中的火焰温度的分布进行测定，并基于此制作了燃烧器截面方向的等温线。将结果在图7中示出。两者是以相同的燃料气体流量及空气比测定出的。在比较例1中，在燃烧器前方的锥体内部燃烧，在到达被加热物之前大多燃料气体的燃烧完成。另一方面，在实施例1中，从主燃烧器喷出的燃料气体在燃烧器与被加热物的中间附近通过引火燃烧器的火焰被点燃并开始燃烧，在被加热物的附近大多燃料气体燃烧。其结果为，考虑在实施例1的燃烧器中，火焰高速碰撞被加热物而在被加热面授受更多的能量，因此即使被加热物附近的气体温度看起来几乎相同，也如图7所示那样确认了加热功率的大幅提高。

附图标记说明

1…燃烧器；10…燃烧器主体；20…主燃烧器部；21…燃料气体喷嘴；22…空气喷嘴；23…均压室；30…引火燃烧器部；31…多孔质板；33…空间；40…凹部；41…底部；42…锥形部；50…引火；60…火焰。

Claims

1.一种加热装置，具备燃烧器，

其中，所述燃烧器具备：

引火燃烧器部，其位于比所述主燃烧器部靠外侧的位置，用于使从所述主燃烧器部喷出的燃料气体燃烧。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其中，

所述主燃烧器部在所述燃料气体喷嘴和所述空气喷嘴中的一方或者双方的上游侧具备均压室。

3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其中，

所述燃料气体喷嘴和所述空气喷嘴为直管构造。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的加热装置，其中，

在所述燃烧器的前端设置有凹部，所述凹部具有底部、以及从该底部朝向该燃烧器的前端逐渐扩宽的锥形部，

所述主燃烧器部配置于所述底部，

所述引火燃烧器部配置于所述锥形部。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其中，

所述底部与所述锥形部所成的角度θ为20°以上。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的加热装置，其中，

所述引火燃烧器部为表面燃烧器。

7.根据权利要求4或5所述的加热装置，其中，

所述引火燃烧器部具备从直径d的管形喷嘴和短边方向的宽度d的狭缝喷嘴选择的引火喷嘴，

所述引火喷嘴的前端设置于从所述锥形部的表面凹入d以上且15d以下的位置。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的加热装置，其中，

具备流量调整单元，所述流量调整单元能够独立地调整所述主燃烧器部中的流量与所述引火燃烧器部中的流量。

9.一种加热方法，其中，

使用权利要求1～8中的任一项所述的加热装置来加热。

10.根据权利要求9所述的加热方法，其中，

从所述主燃烧器部喷出的燃料气体与燃烧用空气各自的喷出速度为50Nm/s以上。

11.根据权利要求9或10所述的加热方法，其中，

将从所述主燃烧器部喷出的燃料气体的流量F1与从所述引火燃烧器部喷出的引火用燃料气体的流量F2之比F1：F2设为70：30～85：15。