CN1442629A - 单端型蓄热式辐射管燃烧器装置及其燃烧方法 - Google Patents

单端型蓄热式辐射管燃烧器装置及其燃烧方法 Download PDF

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Abstract

一种单端型蓄热式辐射管燃烧器装置(T)，包括：与以所定间隔配设于一端闭塞的外管(21)内侧的内管(22)的各后端部连接、前端部具有文丘里型吸引管(34a、34b)的给排管(24a、24b)；具有连通于给排管的排气排出口(36)的旁路管(35)；从来自配设于内管中央部的中心部喷出的燃料的外周部喷出冷却空气的双重管构造的内管燃烧嘴(26)；从来自配设于由外管和内管形成的环状空间中的多个中心部喷出的燃料的外周部喷出冷却空气的双重管构造的外管燃烧嘴(30)；安装于内管燃烧嘴的前端部与内管之间的内管蓄热体(R1)；以及贯通于外管燃烧嘴的前端部安装的外管蓄热体(R2)。

Description

单端型蓄热式辐射管燃烧器装置及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及单端型蓄热式辐射管燃烧器装置及其燃烧方法。
背景技术
单端型蓄热式辐射管燃烧器装置适用于难以设置U型辐射管燃烧器装置和W型辐射管燃烧器装置的加热设备，该单端型辐射管燃烧器装置例如在日本专利特开平7-83414号公报等中已有揭示。
即，如图2所示，所述单端型辐射管燃烧器装置T1由前端闭塞的外管1和设置于该外管1内部的内管2的双重管构造所构成，并且，在所述内管2内配设有燃烧用空气供给管3，并在该燃烧用空气供给管3内配设有燃料气体供给管4，向形成于所述燃烧用空气供给管3与内管2之间的通路5供给燃烧用空气，同时从燃料气体供给管4供给燃料气体，在燃烧室6中进行燃烧，该燃烧排气在外管1的闭塞端部反转之后通过由外管1和内管2形成的环状空间7将外管1加热，同时对与该燃烧排气的流动反向供给的燃烧用空气进行预热而排气。
然而，如前所述，在对与该燃烧排气的流动反向供给的燃烧用空气进行预热的结构中，由于受到热交换的传热面积的制约，热回收率在炉内温度950℃时约为65％左右，热回收率有限。
为此，日本专利特开平7-83414号公报揭示了一种图3所示结构的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置T2。
这种单端型蓄热式辐射管燃烧器装置T2采用前端闭塞的外管10和设置于该外管10内的内管11的双重管构造，在外管10与内管11的后端部间具有外管蓄热体12，在内管11的后端部也具有内管蓄热体13，外管蓄热体12和内管蓄热体13的后端通过切换阀V与燃烧用空气供给吹风机14或排气鼓风机15连通。
又，在内管11内以及由外管10和内管11形成的通路16内分别配设有内管燃烧嘴17和外管燃烧嘴18。
并且，在驱动所述燃烧用空气供给吹风机14和排气鼓风机15的同时，切换阀V形成图示的状态，一旦从内管燃烧嘴17供给燃料气体进行点火，则燃烧气体从内管11经由所述通路16将外管10加热，然后，燃烧气体通过外管蓄热体12将燃烧排气的显热最大限度地回收。
其后，在将切换阀V切换的同时，从外管燃烧嘴18供给燃料气体。在此场合，燃烧用空气通过被加热的外管蓄热体12充分预热并供给燃烧，因此可提高省能源化，并可实现热效率高的的燃烧。
一旦经过所定时间，在将切换阀V切换的同时从内管燃烧嘴17供给燃料气体进行燃烧。然后重复前述工序进行交替燃烧。
然而，在所述单端型蓄热式辐射管燃烧器装置T2中因使用高温的预热空气进行燃烧，故燃烧火焰温度高，热量NOx增大。又，由于燃烧用空气的供给和燃烧排气的排出交替切换，因此需要在燃烧用空气配管和燃烧排气配管中设置切换阀，炉周围因配管而变得复杂。
并且，由于采用了将内管燃烧嘴17和外管燃烧嘴18配设于内管蓄热体13和外管蓄热体12的下游侧(前方)的结构，因此不容易将燃料气体与燃烧用空气均匀混合，特别是在燃料气体的自己着火温度以下的低炉温时，存在经常发生着火不良而不能稳定燃烧的问题。
为此，本发明目的在于，提供在不损伤燃烧嘴的前提下可同时实现低NOx化以及省能源化和热效率高的燃烧的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置，以及提供即使在燃料气体的自己着火温度以下的低炉温时也能稳定燃烧的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置的燃烧方法。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置的结构是，由一端闭塞的外管和以所定间配置于该外管内侧的内管构成单端辐射管，在由该端辐射管的所述外管和内管形成的外管环状空间和内管内内装有外管蓄热体和内管蓄热体，同时将所述外管环状空间和内管的各后部交替状地与连通于空气供给源和排气装置的2根给排管连接，每隔所定时间交替切换由设置于所述外管环状空间和内管的内管燃烧嘴发生的燃烧而进行交替燃烧，由所述内管蓄热体或外管蓄热体交替回收该燃料排气的显热，由高温的预热空气进行燃烧，其特征在于，所述2根给排管的结构是在前端部具有文丘里型吸引管，由具有排气排出口的旁路管将该给排管连通，通过切换阀的切换将所述2根给排管中的任一方的给排管交替地与空气供给装置连通，同时，所述燃烧嘴的结构是由在所述外管环状空间中设置有多个、从中心部喷出燃料气体并从其外周喷出冷却空气的双重管构造的外管内管燃烧嘴和配设于内管的中心部、从中心部喷出燃料气体并从其外周喷出冷却空气的双重管构造的内管内管燃烧嘴所构成，并且，在所述内管与内管燃烧嘴的前端部之间安装着所述内管蓄热体，在所述外管与外管燃烧嘴的前端部之间安装着所述外管蓄热体。
又，一种单端型蓄热式辐射管燃烧器装置的燃烧方法，该单端型蓄热式辐射管燃烧器装置的结构是，由一端闭塞的外管和以所定间配置于该外管内侧的内管构成单端辐射管，在由该端辐射管的所述外管和内管形成的外管环状空间和内管内内装有外管蓄热体和内管蓄热体，同时将所述外管环状空间和内管的各后部交替状地与连通于空气供给源和排气装置的2根给排管连接，每隔所定时间交替切换由设置于所述外管环状空间和内管的内管燃烧嘴发生的燃烧而进行交替燃烧，由所述内管蓄热体或外管蓄热体交替回收该燃料排气的显热，由高温的预热空气进行燃烧，其特征在于，在炉内温度处于燃料气体的自己着火温度以下时，向设置于所述外管环状空间或内管的燃烧嘴的任一方供给预混合燃料气体而继续进行连续燃烧，一旦炉内温度处于燃料气体的自己着火温度以上，则每隔所定时间切换由所述两个燃烧嘴发生的燃烧而进行交替燃烧。
从以上的说明中可以看出，采用技术方案1的发明，由于是一种交替燃烧的燃烧方法，其燃烧排气交替状通过设置于内管内以及内管与外管间的空间中的蓄热体，燃烧用空气通过由前工序加热的蓄热体进行预热，因此，热回收率可达到80～50％，可进行省能源和热效率高的燃烧。并且，由于设置于内管以及内管与外管的环状空间中的燃烧嘴采用了从中央部喷出燃料气体并从其外周喷出冷却空气的双重管构造，因此，不会因燃烧排气对燃烧嘴造成热的烧损。
又，由于2根给排管具有文丘里型吸引管，并由具有排气排出口的旁路管将该文丘里型吸引管部分连通，因此将燃料排气的一部分从文丘里型吸引管喷出的燃烧用空气吸引进行供给(自己排气循环)，因此不需要设置排气切换阀，又不必在燃烧用空气供给吹风机的吸引侧设置排气循环配管等，能以简单的结构实现低Nox化。
又，采用技术方案2的发明，由于在炉内温度处于燃料气体的自己着火温度以下时向设置于所述外管环状空间或内管的燃烧嘴的任一方供给预混合燃料气体而进行连续燃烧，因此，即使在低炉温时也能进行稳定的燃烧。
附图的简单说明
图1为表示本发明的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置的概略图。
图2为表示传统的单端型辐射管燃烧器的概略图。
图3为表示传统的单端型蓄热式辐射管燃烧器的概略图。
具体实施方式
下面参照图1说明本发明的一实施例。
本发明的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置T大致由单端辐射管20、内管燃烧嘴26、外管燃烧嘴30、内管蓄热体R1、外管蓄热体R2、燃烧用空气供给吹风机40和燃料气体供给源41构成。
并且，所述单端辐射管20由前端(炉内侧)闭塞的外管21和以所定间隔配设于该外管21内部的比所述外管21短的内管22构成，内管22的内部和外管21的内方由外管前端部连通。另外，所述外管21和内管22的后端被闭塞。
所述内管燃烧嘴26以所定间隔从后端安装于所述内管22的中心部，在其前方形成内管燃烧室S1，由向中心部喷出燃料气体的第1燃料供给管27和以所定间隔配设在其外周的第1冷却空气供给管28构成，在所述第1燃料供给管27与第1冷却空气供给管28之间形成有第1冷却空气供给路29。
所述外管燃烧嘴30从后端安装在由所述外管21和内管22形成的环状空间23内，相对于外管21和内管22具有所定间隔，在其前方形成外管燃烧室S2，由向中心部喷出燃料气体的第2燃料供给管31和以所定间隔配设在其外周的第2冷却空气供给管32构成，在所述第2燃料供给管31与第2冷却空气供给管32之间形成有第2冷却空气供给路33。
又，在形成于所述内管22与第1冷却空气供给管28之间的环状空间的前部装填有内管蓄热体R1，在形成于所述环状空间23的所述第2冷却空气供给管32的外周装填有外管蓄热体R2。
并且，在所述外管21和内管22的后端部设置有第1给排管24a和第2给排管24b，该第1、第2给排管24a、24b分别具有第1、第2文丘里型吸引管34a、34b，同时该文丘里型吸引管34a、34b部分由具有排气排出口36的旁路管35连通。
所述燃烧用空气供给吹风机40通过外管燃烧用空气切换阀V1与第2文丘里型吸引管34b连接，又通过内管燃烧用空气切换阀V2与第1文丘里型吸引管34a连接，同时又通过调节阀V3与设置于通向第1冷却空气供给路29的空气供给管中的混合器42和第2冷却空气供给路33连通。
所述燃料气体供给源41通过减压阀V4、升温用电磁阀V6与设置于通向所述第1冷却空气供给路29的空气供给管的混合器42连通，同时通过减压阀V5从内管燃烧用燃料切换阀V7与第1燃料供给管27连通，又从外管燃烧用燃料切换阀V8与第2燃料供给管31连通。
下面说明由上述结构构成的单端型蓄热式辐射管燃烧器装置T的工作。
首先，关闭外管燃烧用空气切换阀V1，打开内管燃烧用空气切换阀V2和调节阀V3，再打开升温用电磁阀V6、关闭内管燃烧用燃料切换阀V7和外管燃烧用燃料切换阀V8，将来自燃烧用空气供给吹风机40的燃烧用空气通过第1文丘里型吸引管34a从第1给排管24a向内管22供给，同时向所述内管燃烧嘴26的第1冷却空气供给路29供给由混合器42预先混合的预混合燃料气体，通过将设置于内管燃烧室S1内的未图示的起动喷嘴燃烧器和火花塞等点火而着火，在内管燃烧室S1中开始燃烧。
接着，由所述燃烧所产生的燃烧排气在外管21闭塞的端部反转，流入由内管22和外管21形成的环状空间23，外管蓄热体R2在加热后从第2给排管24b向设置于旁路管35的排气排出口36排出。在此场合，依靠从第1文丘里型吸引管34a喷出的燃烧用空气的吸引作用，将所述排气的一部分吸引至燃烧用空气内，有助于Nox的下降。
如前所述，燃烧排气虽然对外管蓄热体R2和外管燃烧嘴30一起进行加热，但由于从调节阀V3向外管燃烧嘴30的第2冷却空气供给管32供给所定量的冷却用空气，因此，可防止外管燃烧嘴30的热的损伤以及由残留燃料引起的热裂。
并且，单由所述内管燃烧嘴26发生的燃烧持续至炉内温度达到所定温度例如燃料气体的自己着火温度以上为止。
这是因为在炉内温度例如到达燃料气体的自己着火温度之前，若从第1燃料供给管27供给燃料气体，则该燃料气体例如因以约100m/秒的高速喷出而不能与燃烧用空气充分混合等，会造成燃烧不稳定。
为此，当炉内温度到达所定温度时，将所述内管燃烧用空气切换阀V2和升温用电磁阀V6关闭，将外管燃烧用空气切换阀V1和外管燃烧用燃料切换阀V8打开，从第2燃料供给管31供给调节至所定压力的燃料气体，同时从第2给排管24b供给燃烧用空气，使用设置于外管燃烧室S2内的未图示的点火装置进行点火燃烧。在此场合，燃烧用空气通过外管蓄热体R2并在其间进行了预热，故可立即进行稳定的燃烧。
并且，所述燃烧排气在外管21闭塞的端部反转而流入内管22内，将内管蓄热体R1加热，并通过第1给排管24a从排气排出口36排出。
此时，虽然内管燃烧嘴26也因高温的燃烧排气而加热，但由于从调节阀V3供给所定量的冷却用空气向第1冷却空气供给路29供给，因此，可防止内管燃烧嘴26的热的损伤以及由残留燃料引起的热裂发生。
其后，经过所定时间例如10秒，将外管燃烧用空气切换阀V1和外管燃烧用燃料切换阀V8关闭，将内管燃烧用空气切换阀V2和内管燃烧用燃料切换阀V7打开，从第1燃料供给管27通过内管蓄热体R1对燃料气体进行预热，将燃烧用空气向内管燃烧室S1喷出，使用未图示的点火装置点火进行稳定的燃烧。该燃烧排气通过外管蓄热体R2加热之后经第2给排管24b从排气排出口36排气。此时，虽然外管燃烧嘴30也因高温的燃烧排气而加热，但由于从调节阀V3向第2冷却空气供给管32供给所定量的冷却用空气，因此，可防止外管燃烧嘴30的热的损伤以及由残留燃料引起的热裂发生。
然后，每隔所定时间反复上述动作。
另外，作为使用的燃料，只要是气体燃料即可，则无特别的限定。特别是在使用丙烷气和丁烷气等的高热量气体时，由于在增大燃烧器开度时的燃烧性以及交替燃烧的切换时产生残余燃烧(尽管燃烧切换为另一方的燃烧器，但一方的燃烧器存在火焰的现象)，因此，最好是由燃烧用空气将所述燃料稀释，采用将低位发热量调节至HL＝5000～10000kcal/m3N的稀释燃料。
又，在交替燃烧时的燃料气体和燃烧用空气的切换时，控制成切换阀的开动作为先将燃烧用空气切换阀打开，然后打开燃烧用燃料切换阀，闭动作为先将燃烧用燃料切换阀关闭，然后关闭燃烧用空气切换阀，这是不言而喻的。
并且，在上述实施例中，在第1、第2给排管24a、24b中设置文丘里型吸引管34a、34b，利用来自一方给排管的燃烧用空气的文丘里型吸引管的喷出运动量，使燃烧排气的一部分从另一方的给排管通过旁路管被燃烧用空气吸引，并通过排气循环实现低NOx化，但当然也可采用其它结构来实现低NOx化。然而，若采用上述结构，则不需要在燃烧用空气供给吹风机40的吸引侧设置排气循环配管和排气切换阀，可使结构简单，降低设备的成本。
又，上述实施例表示的是在炉内温度处于燃料气体的自己着火温度以下时、从内管燃烧嘴26的第1冷却空气供给路29供给预混合燃料气体进行燃烧的例子，但也可从第1燃料供给管27供给预混合燃料气体。
并且，也可将预混合燃料气体从外管燃烧嘴30的第2冷却空气供给路33或第2燃料供给管31供给。

Claims (2)

1.一种单端型蓄热式辐射管燃烧器装置，其结构是，由一端闭塞的外管和以所定间配置于该外管内侧的内管构成单端辐射管，在由该单端辐射管的所述外管和内管形成的外管环状空间和内管内内装有外管蓄热体和内管蓄热体，同时将所述外管环状空间和内管的各后部交替状地与连通于空气供给源和排气装置的2根给排管连接，每隔所定时间交替切换由设置于所述外管环状空间和内管的内管燃烧嘴发生的燃烧而进行交替燃烧，由所述内管蓄热体或外管蓄热体交替回收该燃料排气的显热，由高温的预热空气进行燃烧，其特征在于，
所述2根给排管的结构是在前端部具有文丘里型吸引管，由具有排气排出口的旁路管将该给排管连通，通过切换阀的切换将所述2根给排管中的任一方的给排管交替地与空气供给装置连通，同时，所述燃烧嘴的结构是由在所述外管环状空间中设置有多个、从中心部喷出燃料气体并从其外周喷出冷却空气的双重管构造的外管内管燃烧嘴和配设于内管的中心部、从中心部喷出燃料气体并从其外周喷出冷却空气的双重管构造的内管燃烧嘴所构成，并且，在所述内管与内管燃烧嘴的前端部之间安装着所述内管蓄热体，在所述外管与外管燃烧嘴的前端部之间安装着所述外管蓄热体。
2.一种单端型蓄热式辐射管燃烧器装置的燃烧方法，该装置的结构是，由一端闭塞的外管和以所定间配置于该外管内侧的内管构成单端辐射管，在由该端辐射管的所述外管和内管形成的外管环状空间和内管内内装有外管蓄热体和内管蓄热体，同时将所述外管环状空间和内管的各后部交替状地与连通于空气供给源和排气装置的2根给排管连接，每隔所定时间交替切换由设置于所述外管环状空间和内管的内管燃烧嘴发生的燃烧并进行交替燃烧，由所述内管蓄热体或外管蓄热体交替回收该燃料排气的显热，由高温的预热空气进行燃烧，其特征在于，
在炉内温度处于燃料气体的自己着火温度以下时，向设置于所述外管环状空间或内管的燃烧嘴的任一方供给预混合燃料气体而继续进行连续燃烧，一旦炉内温度处于燃料气体的自己着火温度以上，则每隔所定时间切换由所述两个燃烧嘴发生的燃烧而进行交替燃烧。
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