TW201020475A - Diffusion combustion burner - Google Patents

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201020475 六、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域】 發明領域 本發明係有關於一種擴散燃燒裝置。 【先前技術3 發明背景 專利文獻1中記載有一種擴散燃燒裝置，係在使燃料及 空氣直接喷射於燃燒室内使之燃燒之擴散燃燒裝置中’於 © 開口於主燃燒室且設有引火燃燒器之1次燃燒室内，喷射燃 料及1次空氣，並從1次燃燒室附近噴射2次空氣於主燃燒 室。 又，於專利文獻2中記載有一種擴散燃燒裝置，係使2 . 次空氣之供給路徑及廢氣之排出路徑作成輪替式 " (alternating operation)，且分別配設有蓄熱體。 雖然此類蓄熱輪替式(regenerative type)之擴散燃燒裝 置在以氣體作為燃料方面已實用化，對於液體燃料則尚未 ® 達到實用性。特別是燃燒容量龐大之燃燒裝置對於使用重 油作為燃料之需要大。然而，由於液體燃料必須將所喷出 的燃料暫時氣化，因此特別於低溫時，會發生著火遲缓或 快速燃燒，產生不完全燃燒或碳附著於爐壁（furnace wall)(特別於1次燃燒室内壁）等不妥之問題。 【專利文獻1】日本特公平8-26970號公報 【專利文獻2】日本特開2007-24335號公報 【發明内容】 3 201020475 發明揭示 發明欲解決之課題 鑑於前述問題點，本發明之課題在於提供一種可使用 液體燃料之擴散燃燒裝置。 用以解決課題之手段 為解決前述課題，本發明之擴散燃燒裝置係具有：開 口於主燃燒室之1次燃燒室、設置於前述1次燃燒室之引火 燃燒器、喷射燃料於前述1次燃燒室之燃料喷嘴、於前述燃 料喷嘴周圍沿著前述燃料噴嘴供給1次空氣之1次供給路 徑、從前述1次燃燒室附近噴射2次空氣於前述主燃燒室内 之2次空氣供給路徑、及相對於前述1次空氣及2次空氣的全 體量，使前述1次空氣的比例之1次空氣比在前述主燃燒室 的溫度低時調高，而在前述主燃燒室之溫度高時調低之1次 空氣比調節機構。 根據該構成，藉在低溫時提高1次空氣比，且以1次空 氣包圍被喷出之燃料，可防止燃燒不完全的燃料附著於爐 壁，特別是可防止碳附著於1次燃燒室之内壁。而且，藉在 燃料氣化及易在高溫燃燒時降低1次空氣比，可減少NOx。 又，本發明之擴散燃燒裝置若更具有使前述1次空氣繞 著前述燃料喷嘴迴旋之氣流迴旋裝置，則由於迴旋氣流會 成為氣幕而包裹燃料，故可提高防止碳附著於前述1次燃燒 室内壁之效果。 又，本發明之擴散燃燒裝置中，若前述主燃燒室的溫 度低時之前述1次空氣比為5%以上，且宜設為10%以上，則 201020475 可有效防止碳附著於前述1次燃燒室的内壁。又，藉將前述 1次空氣比設為40%以下，則可將NOx之發生抑制於對於工 業爐之法令的規定範圍内。 又，本發明之擴散燃燒裝置中，若令前述主燃燒室的 溫度高時之前述1次空氣比為10%以下，則可得到充分抑制 NOx之效果。 又，本發明之擴散燃燒裝置中，若前述2次空氣供給路 徑設有複數個以輪替兼作為用以排放燃燒廢氣之流路，且 ® 分別經由蓄熱體導入前述2次空氣，則可藉由以蓄熱體從廢 氣回收之熱來預熱前述2次空氣，故可提高熱效率。進而， 由於當前述主燃燒室之溫度高時，降低前述1次空氣比且提 高2次空氣之比率，故熱效率更提高。 - 發明效果 * 如上所述，本發明之擴散燃燒裝置中，當主燃燒室之 溫度低時，藉由提高1次空氣比，使1次空氣成為氣幕而可 防止喷出之燃料附著於1次燃燒室之内壁，當主燃燒室之溫 ® 度高時，降低1次空氣比以抑制NOx，且提高藉由蓄熱體進 行之熱回收的效率。 I：實施方式3 用以實施發明之最佳形態 以下，有關本發明之實施形態，一面參照圖式加以說 明。第1圖係顯示本發明之一個實施形態之擴散燃燒裝置 1。擴散燃燒裝置1係形成於劃定主燃燒室2之爐壁3。擴散 燃燒裝置1具有：開口在主燃燒室2且由形成於爐壁3之凹部 5 201020475 所構成之1次燃燒室4、在1次燃燒室4内形有為點火源的火 焰之引火燃燒器5、經由1次燃燒室喷射燃料於主燃燒室2内 之燃料喷嘴6、藉由嵌裝於燃料喷嘴6的外側之管所形成， 並在燃料喷嘴6的周圍供給1次空氣之1次空氣供給路徑7、 可從1次燃燒室4的附近喷射2次空氣於主燃燒室2内的複數 2次空氣供給路徑8(僅圖示一個）、及分別設有蓄熱體9且與2 次空氣供給路徑8連通，並可經由蓄熱體9供給2次空氣於2 次空氣供給路徑8之複數蓄熱器10(僅圖示一個）。 以一個2次空氣供給路徑8及1個蓄熱器10作為一組，依 序地至少有一組作為2次空氣的吸氣路徑使用，同時其他至 少有一組作為燃燒廢氣之排氣路徑使用。蓄熱體9用為排氣 路徑時可發揮回收燃燒廢氣之熱能的機能，使用為2次空氣 的吸氣路徑時，可發揮預熱2次空氣之機能。 本實施形態中，雖然供給液體燃料(例如重油）及用以喷 射液體燃料之噴霧空氣供給至燃料噴嘴6，但亦可不用噴霧 空氣而以高壓喷出液體燃料。又，1次空氣供給路徑7具有 使1次空氣繞著燃料喷嘴6迴旋之迴旋葉片11。 擴散燃燒裝置1中，藉由鼓風機12而因應燃料喷嘴6所 喷射之燃料量，供給可實現最適空燃比的流量之燃燒用空 氣，分配於1次空氣供給路徑7及蓄熱室10。供給1次空氣之 流路中，主供給氣閘13及增量供給氣閘14並列設置。擴散 燃燒裝置1中係設計成當僅開放主供給氣閘13時，則將燃燒 用空氣全量的5%作為1次空氣而導入於1次空氣供給路徑 7，而當主供給氣閘13及增量供給氣閘14同時開放時，則將 201020475 燃燒用空氣全量的1G %作為1次空氣而導人於丨次空氣供給 路徑7。 又’擴散燃燒裝置1具有計測主燃燒室2内之溫度之溫 度檢測器15，在雜運射，當溫度檢測心之檢測溫度 為預定之設定值，例如細〇。以上時，則酬增量供給氣 閘.換言之，擴散燃燒裝41中，係令相對於i次空氣以 次空氣之全體量的1次空氣比例之丄次空氣比在主燃燒室4 的溫度小於8〇(TC之低溫時’設定高如1〇%，且在主燃燒室2 的溫度為socrcc設定低如5%(1次空氣比調節機構）。 第2圖中，係顯示擴散燃繞農置⑷次空氣比及燃燒廢 氣中之NOx濃度的關係。如圖所示，雖然i次空氣比愈高， NOx濃度也愈咼，但該關係在使用液體燃料之燃燒裝置係 屬一般眾所週知者。又，當1次空氣比大於濃度 會急速增加。又，廢氣之ΝΟχ濃度通常受法令之限制。例 如，日本的法令中，對於工業爐，以氧濃度11%換算值則 120〜150ppm為上限，故工業爐之製品規格，宜以1〇〇ppm左 右為上限。因此，本發明之擴散燃燒裝置1中，應令丨次空 氣比為40%以下。又’若可令1次空氣比為10%以下，則可 充分降低廢氣之NOx濃度，從ΝΟχ濃度的觀點而言是極為 安全的。 接著’在第1表顯示確認在常溫下因為1次空氣比之差 異造成擴散燃燒裝置1之破附著於1次燃燒室4之内壁之狀 態之變化結果。表中，在1次燃燒室内壁明顯有碳附著時為 X，可確認僅有發黑時為△，完全無污染時為〇。又，為了 7 201020475 該實驗，主供給氣閘13及增量供給氣閘14係適當的交換成 適宜之容量。 【第1表】 1次空氣比(％) 3 5 7 10 15 20 碳附著狀態 X Δ Δ 〇 〇 〇 如此，擴散燃燒裝置1中，若在常溫下之1次空氣比為 10%以上，碳不會發生，得到良好之燃燒狀態。又，即使 係1次空氣比少於10%，亦可藉由主燃燒室2内的溫度或外 氣(燃燒用空氣）的溫度，得到良好的燃燒狀態，1次空氣比 若為5%以上，確認可明顯防止如發生黑煙之不完全燃燒。 因此，在擴散燃燒裝置1中，在常溫時，若1次空氣比為5% 以上、40%以下時，不論對於法令或者不完全燃燒皆無問 題。 再者，第2表中顯示主燃燒室2的溫度為800°C時，因1 次空氣比之差異造成碳附著之狀態的變化。 【第2表】 1次空氣比(％) 3 4 5 6 7 碳附著狀態 X Δ 〇 〇 〇 如此，擴散燃燒裝置1中，當主燃燒室2的溫度高時， 即使使1次空氣比降低至5%，也未發現碳之發生。 考慮以上的燃燒條件，在擴散燃燒裝置1中，儘可能降 低NOx濃度，且為得到理想之燃燒，如前面的說明，使1次 空氣比於低溫時設為10%，高溫時為5%。據此，擴散燃燒 201020475 裝置中1 ’即使使用液體燃料亦可得到沒有發煙或碳附著於 _ 爐壁之良好燃燒，NOx之發生亦止於最低限度。 這是因為，在低溫時常發生之未燃燒的燃料及其不完 零 全燃燒物(CO)於1次燃燒室4之内部被1次空氣包裹，導引至 形成於主燃燒室2之火焰的内部，因而可防止成為碳而附著 在爐壁3之内面、特別是1次燃燒室4的内面，或成為燃燒廢 氣中之煙。為能保有作為該氣幕之效果，本發明中，特別 於低溫時，藉由本實施形態之迴旋葉片11等，使1次燃燒空 氣繞著燃料喷嘴6迴旋供給是有效的。 又’降低1次空氣比對於燃燒用空氣全量會提高經由蓄 熱體9供給之2次空氣的比率。因此，藉由儘量降低1次空氣 ' 比也可提高熱效率。擴散燃燒裝置1例如若是將1次空氣比 ‘ 設為40%以下，與備有復熱器（recuperator)之燃燒器等比較 亦可得到有利且作為蓄熱式燃燒器裝置之高的熱效率。 再者，在擴散燃燒裝置1中，藉將燃料喷嘴6或其前端 φ 導管換成適用於LNG等氣體燃料者，亦可使用氣體燃料。 再者，在上述實施形態中，根據主燃燒室2之溫度是否 達到800°C以上而將}次空氣比設為5%及10%，但亦可使用 可調節開度之氣閘，隨著主燃燒室2之溫度上昇而徐緩地提 高1次空氣比。 再者，在上述實施形態中，調整1次空氣比時的主燃燒 室2之溫度的閾值雖設為800°C，但該溫度設定值通常可設 為噴出之液體燃料可自然著火之溫度。 進而，上述實施形態中，雖於低溫時將1次空氣比β免為 201020475 10%，而南溫時設定為5%，但此係其中一例，在其他的實 施形態中，藉由該燃燒裝置可得到不同的最佳1次空氣比。 因此，本發明係企圖使高溫時的1次空氣比為低於低溫時之 低值，該值亦可異於上述實施形態。 C圖式簡單說明3 第1圖係顯示本發明之1個實施形態之擴散燃燒裝置的 構成之截面圖。

第2圖係顯示第1圖之擴散燃燒裴置中之丨次空氣比與 NOx濃度的關係之曲線圖。 【主要元件符號說明】 1…擴散燃燒裝置 9…蓄熱體 2…主燃燒室 3.. .爐壁 4…1次燃燒室 5…引火喷嘴 6…燃料噴嘴 7.. .1.空氣供給路經 8.. . 2次空氣供給路徑 10…蓄熱器

11.••迴旋葉片（氣流旋轉機構) 12…鼓風機 13…主供給氣閘 14··.増量供給氣閘 15…溫度檢測器 10

Claims (1)

1. 201020475 七、申請專利範圍： 1. 一種擴散燃燒裝置，其特徵在於包含有： 1次燃燒室，係開口於主燃燒室者； 引火燃燒器，係設置於前述1次燃燒室者； 燃料喷嘴，係喷射燃料於前述第1燃燒室者； 1次空氣供給路徑，係於前述燃料喷嘴之周圍，沿 著前述燃料喷嘴供給1次空氣者； 2次空氣供給路徑，係從前述1次燃燒室的附近喷射 2次空氣於前述主燃燒室内者；及 1次空氣比調節機構，係相對於前述1次空氣及2次 空氣之全體量，使前述1次空氣的比例之1次空氣比在前 述主燃燒室之溫度低時調高，而在前述主燃燒室之溫度 高時調低者。 2. 如申請專利範圍第1項之擴散燃燒裝置，其中更具有使 前述1次空氣繞著前述燃料喷嘴迴旋之氣流迴旋裝置。 3. 如申請專利範圍第1或2項之擴散燃燒裝置，其中前述主 燃燒室的溫度低時之前述1次空氣比為5%以上、40%以 下。 4. 如申請專利範圍第3項之擴散燃燒裝置，其中前述主燃 燒室的溫度低時之前述1次空氣比為10%以上。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之擴散燃燒裝置，其 中前述主燃燒室的溫度高時之前述1次空氣比為10°/〇以 下。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之擴散燃燒裝置，其 11 201020475 中前述2次空氣供給路徑設有複數個以輪替兼作為用以 排出燃燒氣體之流路，且分別經由蓄熱體導入前述2次 空氣。

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