TW201314131A - 管狀火焰燃燒器 - Google Patents

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Taihei Nouchi
Jun Ishii
Minoru Asanuma
Kuniaki Okada
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Abstract

一種管狀火焰燃燒器，具有一端開放的管狀燃燒室，且於該燃燒室閉合端側，朝向該燃燒室的內壁面的切線方向而設置著噴入燃料氣體的噴嘴、及噴入含氧氣體的噴嘴。於該燃燒室開放端側設置著：噴入燃燒排氣的溫度調整用氣體的噴嘴，並且，設置著逆流防止裝置，該逆流防止裝置防止：溫度調整用氣體向上述燃料氣體噴入噴嘴側進行逆流，所述溫度調整用氣體是自噴入該溫度調整用氣體的噴嘴而噴入。

Description

管狀火焰燃燒器
本發明是有關於一種管狀火焰燃燒器。
如圖1所示，管狀火焰燃燒器10是如下的燃燒器，具有：一端開放的管狀燃燒室11，且於該燃燒室11的閉合端側，朝向該內壁面的切線方向設置著噴入燃料氣體的噴嘴12、及噴入含氧氣體的噴嘴13，且於燃燒室11內形成管狀火焰14；該管狀火焰燃燒器10是如下的劃時代燃燒器，可實現燃燒設備小型化，且可減少根據燃燒條件而增加的氮氧化物(NOx)等有害物質、碳氫化合物(hydrocarbon)等未燃燒成分、煤煙等環境污染源(例如參照專利文獻1、2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平11-281015號公報
專利文獻2：日本專利特開2012-097918號公報
於使用此種管狀火焰燃燒器作為熱風產生裝置等的情況下，必需將燃燒排氣調整為所需的溫度，但上述專利文獻1中並未對燃燒排氣的溫度調整方法進行揭示。
對此，於專利文獻2中記載有如下內容：於燃燒室的開放端側設置噴嘴，噴入燃燒排氣的溫度調整用氣體，且藉由自該噴嘴所噴入的溫度調整用氣體，來進行燃燒排氣的溫度調整。
然而，如下述[實施方式]的欄位的詳細說明所述，於專利文獻2所記載的技術中存在缺火(燃燒停止)的情況。
本發明是鑒於如上述情況而完成，其目的在於：提供一種管狀火焰燃燒器，可對應於使用管狀火焰燃燒器作為熱風產生裝置等的情形，而適當地調整燃燒排氣的溫度，且可繼續進行穩定的燃燒。
為了解決上述問題，本發明具有以下特徵。
[1]一種管狀火焰燃燒器，具有一端開放的管狀燃燒室，且於該燃燒室閉合端側，朝向所述燃燒室的內壁面的切線方向而設置著噴入燃料氣體的噴嘴、及噴入含氧氣體的噴嘴，該管狀火焰燃燒器包括： 於該燃燒室開放端側設置著：噴入燃燒排氣的溫度調整用氣體的噴嘴；並且，設置著逆流防止裝置，該逆流防止裝置防止：溫度調整用氣體向上述燃料氣體噴入噴嘴側進行逆流，溫度調整用氣體自噴入該溫度調整用氣體的噴嘴而噴入。
[2]如上述[1]所述的管狀火焰燃燒器，其中，上述逆流防止裝置是：使來自噴入溫度調整用氣體的噴嘴的溫度調整用氣體的噴出方向，與正交於管狀燃燒室的管軸的面呈10°~60°而傾斜於下游側。
[3]如上述[1]所述的管狀火焰燃燒器，其中，上述逆流防止裝置是：配置於噴入溫度調整用氣體的噴嘴的上游側 的紊流生成機構。
[4]如上述[3]所述的管狀火焰燃燒器，其中，上述紊流生成機構是孔口(orifice)、格子、填充層中的任一者。
[5]如[1]所述的管狀火焰燃燒器，其中上述溫度調整用氣體噴入噴嘴是：與燃料氣體噴入噴嘴相距燃燒室的內徑D的2.5~3.5倍的距離。
[6]如本發明的第1項所述的管狀火焰燃燒器，其中，上述溫度調整用氣體噴入噴嘴是：與燃料氣體噴入噴嘴相距燃燒室的內徑D的3.5~6倍的距離。
[7]一種管狀火焰燃燒器，具有一端開放的管狀燃燒室，且於該燃燒室閉合端側，朝向所述燃燒室的內壁面的切線方向設置著噴入燃料氣體的噴嘴、及噴入含氧氣體的噴嘴，且該管狀火焰燃燒器包括： 於該燃燒室開放端側設置著：噴入燃燒排氣的溫度調整用氣體的噴嘴，並且，來自噴入溫度調整用氣體的噴嘴的溫度調整用氣體的噴出方向是：與正交於管狀燃燒室的管軸的面呈10°~60°而傾斜於下游側。
[8]如[7]所述的管狀火焰燃燒器，其中，上述溫度調整用氣體的噴出方向是：與正交於管狀燃燒室的管軸的面呈25°~60°而傾斜於下游側。
於本發明中，成為一種管狀火焰燃燒器，可對應於使用管狀火焰燃燒器作為熱風產生裝置等的情形，而適當地調整燃燒排氣的溫度，且可繼續進行穩定的燃燒。
基於圖式說明本發明的實施形態。
圖1是專利文獻1所記載的先前的管狀火焰燃燒器的示意圖。繼而，圖2是表示本發明的一實施形態中，作為基礎的具有溫度調整用氣體噴入噴嘴的管狀火焰燃燒器10A，且對應於上述專利文獻2所記載的管狀火焰燃燒器。
圖2的管狀火焰燃燒器10A是如圖1所示的先前的管狀火焰燃燒器10那樣，包括：一端開放的管狀燃燒室11，且於該燃燒室11的閉合端側，朝向該內壁面的切線方向設置著噴入燃料氣體的噴嘴(燃料氣體噴入噴嘴)12、及噴入含氧氣體的噴嘴(含氧氣體噴入噴嘴)13，而於燃燒室11內形成管狀火焰14。進而，除了燃料氣體噴入噴嘴12及含氧氣體噴入噴嘴13以外，於燃燒室11的開放端側，朝向燃燒室11的內壁面的切線方向設置著噴嘴(溫度調整用氣體噴入噴嘴)16，該噴嘴16是噴入溫度調整用氣體17，用以調整燃燒排氣19的溫度。
該管狀火焰燃燒器10A是藉由：自溫度調整用氣體噴入噴嘴16噴入溫度調整用氣體17並進行混合，而能夠調整燃燒排氣19的溫度。
然而，於該管狀火焰燃燒器10A中，於已噴入一定量以上的低溫(例如常溫)的溫度調整用氣體17的情況下，存在缺火(燃燒停止)的情況。進而，於燃料氣體的發熱量較低且管狀火焰14的長度較長的情況下，於更少量的溫度調整用氣體17下，已觀測到缺火。
因此，本發明者等人關於該缺火的原因，藉由使用燃燒試驗裝置所得的燃燒試驗或數值模擬等進行研究。結果是，明白該缺火是因以下的機制而產生。
(a)因完全燃燒前的溫度調整用氣體的混合所致的燃燒停止
於專利文獻1所記載的先前的管狀火焰燃燒器10中，燃燒室11的長度相對於燃燒室11的直徑D並非必需較長，但這僅限於未混合溫度調整用氣體17的情況。原因在於，若未混合溫度調整用氣體17，則一旦著火的燃料氣體便不會熄滅而能夠完成燃燒。為了使物質燃燒，燃料、氧氣、氣體溫度三者不可或缺，於該管狀火焰燃燒器10A中，若使作為溫度調整用氣體17的常溫氣體與管狀火焰14混合，則管狀火焰14的溫度會急遽下降而導致缺火。再者，使用常溫的可燃性氣體、空氣、惰性氣體(氬氣)這3種來作為溫度調整用氣體17，但發現，任一者均會缺火，最大的原因確認為：管狀火焰14的溫度下降。
(b)溫度調整用氣體向上游逆流
就先前的觀點而言，於該管狀火焰燃燒器10A中，自溫度調整用氣體噴入噴嘴16向燃燒室11的內壁面的切線方向所噴入的溫度調整用氣體17是：僅自其噴入的位置向下游側供給，而認為並不會影響到上游側的管狀火焰14(使燃燒的管狀火焰14熄滅)。然而，實際上，因溫度調整用氣體17的噴入，使得於燃燒試驗中可觀察到如下現象：不僅噴入位置及下游側的管狀火焰14的直徑縮小，且 上游側的管狀火焰14的直徑亦縮小。進而，經過數值模擬的結果，可明白到，即便管狀火焰14的排氣(燃燒排氣)19向下游流動，自溫度調整用氣體噴入噴嘴16噴入後的溫度調整用氣體17也會以自該噴入位置開始而同心圓狀擴散的方式，如圖2所示，雖為較短距離，但溫度調整用氣體17的一部分18會沿著燃燒室11的內壁面而向上游側回溯(逆流)。
本發明者等人根據以上結果，而得出以下結論。
為了一面確實地防止缺火，且一面混合溫度調整用氣體17，必需在形成管狀火焰14的氣體、即燃料氣體及含氧氣體完成燃燒後的位置，噴入溫度調整用氣體17，並且，必需防止溫度調整用氣體17向燃料氣體噴入噴嘴12側進行逆流。具體而言，必需在比形成管狀火焰14的位置還下游處，噴入溫度調整用氣體17，並且，必需防止溫度調整用氣體17向燃料氣體噴入噴嘴12側進行逆流。
而且，作為實現防止逆流的類型，可想到以下所述的本發明的實施形態(實施形態1、實施形態2)中的管狀火焰燃燒器。
實施形態1
圖3是表示本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B，圖4是表示該管狀火焰燃燒器10B中的溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置狀態的橫截面圖。
該實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B是：可防止如圖2所示的溫度調整用氣體17的一部分18向上游側逆流。
即，如圖3所示，使溫度調整用氣體噴入噴嘴16僅傾斜角度θ而安裝，以使溫度調整用氣體17朝向傾斜於下游側的方向而噴入，所述傾斜於下游側的方向是：與正交於管狀燃燒室11的管軸的方向僅呈規定的角度θ。具體而言，將角度θ設為10°~60°(10°≦θ≦60°)。角度θ較佳為25°~60°。
另外，藉由數值模擬，可確認：當角度θ為10°以上時、溫度調整用氣體17的逆流減少，當角度θ為45°時、溫度調整用氣體17的逆流幾乎消失。又，若將角度θ設為60°以下，則與燃燒室11的干涉較少且製作變得非常容易。
再者，為了使溫度調整用氣體17僅以角度θ而朝向傾斜於下游側的方向噴入，而將溫度調整用氣體噴入噴嘴16僅傾斜了角度θ而安裝，除此以外，亦可於調整用氣體噴入噴嘴16的內部設置：使溫度調整用氣體17的流動僅傾斜了角度θ的機構(例如整流板25)。
如此，該實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B是：藉由使溫度調整用氣體17的噴入角度僅以規定的角度θ(10°≦θ≦60°)而傾斜於下游側，以防止溫度調整用氣體17的逆流，結果是，可於縮短燃燒室11的長度的狀態下，一面確實地防止缺火，一面適當地調整燃燒排氣19的溫度。
再者，該管狀火焰燃燒器10B是：如圖4中的溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的橫截面圖所示，自1個溫度調整用氣體噴入噴嘴16，而向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入溫度調整用氣體17，但亦可設為其他設置 狀態。
例如，如圖5所示的管狀火焰燃燒器10B1那樣，如圖6所示的該管狀火焰燃燒器10B1中的溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的橫截面圖那樣，亦可自多個(圖6中為3個)溫度調整用氣體噴入噴嘴16，而向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入溫度調整用氣體17。
又，亦可不朝向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入溫度調整用氣體，而是如圖7所示的管狀火焰燃燒器10B2那樣，如圖8所示的該管狀火焰燃燒器10B2中的溫度調整照氣體噴入噴嘴16的設置位置的橫截面圖那樣，亦可自規定個數(圖8中為3個)的溫度調整用氣體噴入噴嘴16，而向燃燒室11的中心部噴入溫度調整用氣體17。
進而，如圖9所示的管狀火焰燃燒器10B3那樣，如圖10所示的該管狀火焰燃燒器10B3中的溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的橫截面圖那樣，亦可使燃燒室11的位於管狀火焰14的前端部附近的一端的內徑縮小，於該縮小的位置自規定個數(圖10中為3個)的溫度調整用氣體噴入噴嘴16，而向燃燒室11的中心部噴入溫度調整用氣體17。
再者，溫度調整用氣體噴入噴嘴16的形狀是：可如管狀火焰燃燒器10B(圖3、圖4)那樣，為矩形剖面噴嘴(狹縫噴嘴)；亦可如管狀火焰燃燒器10B1(圖5、圖6)、管狀火焰燃燒器10B2(圖7、圖8)、管狀火焰燃燒器10B3(圖9、圖10)那樣，為圓形剖面噴嘴。
總而言之，以獲得溫度調整用氣體所需的流量、流速的方式，來決定溫度調整用氣體噴入噴嘴16的形狀、尺寸及個數即可。
實施形態2
圖11、圖12、圖13是分別表示本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E。
該實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E是：積極地加速管狀火焰14的燃燒，使燃燒完成的位置自然地從燃燒完成的位置向上游側移動，且將溫度調整用氣體噴入噴嘴16設置於其下游側。
即，於管狀火焰14的下游側且為溫度調整用氣體噴入噴嘴16的上游側處，設置了：紊流(turbulent flow)生成機構20，從而，並不會藉由溫度調整用氣體17的逆流來降低管狀火焰14的溫度，而在高溫下加速氧氣及燃料氣體的混合、燃燒，從而強制地完成燃燒。
具體而言，圖11所示的管狀火焰燃燒器10C是設置了孔口(orifice)21，來作為紊流生成機構20。又，圖12所示的管狀火焰燃燒器10D是設置了格子(網格(mesh))22，來作為紊流生成機構20。又，圖13所示的管狀火焰燃燒器10E是設置了填充層23(例如，球狀陶瓷燒結物)，來作為紊流生成機構20。
再者，藉由該紊流生成機構20的設置，可阻止溫度調整用氣體17沿著燃燒室11的內壁面而向上游側逆流，且亦具有不破壞管狀火焰14的穩定性的效果。
如此，實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E是：可藉由在管狀火焰14的下游側設置紊流生成機構20，而於縮短燃燒室11的長度的狀態下，一面確實地防止缺火，一面適當地調整燃燒排氣19的溫度。
再者，於該實施形態2(圖11~圖13)中，如圖14所示的溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的橫截面圖那樣，自1個溫度調整用氣體噴入噴嘴16向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入溫度調整用氣體17，但亦可設為其他設置狀態。
例如，如圖15所示的橫截面圖那樣，可自多個(圖15中為3個)溫度調整用氣體噴入噴嘴16，而向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入溫度調整用氣體17。又，可不向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入溫度調整用氣體，例如，同樣地如圖16所示的橫截面圖那樣，自規定個數(圖16中為3個)的溫度調整用氣體噴入噴嘴16，而向燃燒室11的中心部噴入溫度調整用氣體17。
再者，溫度調整用氣體噴入噴嘴16的形狀是：可如管狀火焰燃燒器10C(圖11、圖14)、管狀火焰燃燒器10D(圖12、圖14)、管狀火焰燃燒器10E(圖13、圖14)那樣，為矩形剖面噴嘴(狹縫噴嘴)；亦可如圖15、圖16那樣，為圓形剖面噴嘴。
總而言之，以獲得溫度調整用氣體所需的流量、流速的方式，來決定溫度調整用氣體噴入噴嘴16的形狀、尺寸及個數即可。
而且，於本發明中，並未對所使用的燃料氣體加以特別限定，如圖2所示，於使用若噴入溫度調整用氣體17則缺火的可能性較高的低發熱量氣體作為燃料氣體之時，其效果較大。上述低發熱量氣體是：例如為，高爐氣體(Blast Furnace Gas，BFG)、乾熄焦(Coke Dry Quenching，CDQ)氣體、含有少量可燃成分的排氣等發熱量為600~900 kcal/Nm3、尤其是600~800 kcal/Nm3的低發熱量氣體。
又，關於溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置，較佳為：形成管狀火焰14的氣體(燃料氣體及含氧氣體)完成燃燒後的位置。該位置會因燃料氣體的發熱量、或燃燒室內的氣體流速而變化。
例如，於使用發熱量相對較高的氣體作為燃料氣體的情況下，較佳為，燃料氣體噴入噴嘴12的設置位置與溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的距離L是燃燒室11的內徑D的2.5~3.5倍的位置，由於成為2.5~3.0倍的位置可比燃燒室11的長度(燃燒器長)短，故而更佳。
另一方面，於使用發熱量為800 kcal/Nm3以下的低發熱量氣體作為燃料氣體的情況下，較佳為，燃料氣體噴入噴嘴12的設置位置與溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的距離L成為燃燒室11的內徑D的3.5~6倍的位置，由於成為4.0~5.0倍的位置可比燃燒室11的長度(燃燒器長)短，故而更佳。
如此，根據燃料氣體的發熱量，所需的燃燒室11的長度(管狀火焰燃燒帶長度)發生變化，於任一情況下， 均可藉由本發明而容易地縮短燃燒室11的長度。
又，關於溫度調整用氣體，以可將燃燒排氣調整為所需的溫度的方式，來設定溫度調整用氣體的溫度及供給量即可。例如，於向高爐中噴入燃燒排氣作為預熱氣體的情況下，較理想為，預熱氣體的溫度為500℃以上，較佳為800℃以上，因此，以成為此種預熱氣體溫度的方式，來設定溫度調整用氣體的溫度及供給量即可。此時，於欲使溫度調整用氣體亦具有調整預熱氣體的組成的作用的情況下，較佳為，將包含一氧化碳(CO)、氫(H2)等還原氣體者作為溫度調整用氣體。例如，可使用高爐氣體、轉爐氣體、焦爐(coke)氣體等中的1種以上，特別較佳的是，抽出高爐氣體的一部分來用作溫度調整用氣體。
實例1
作為本發明的實例1，使用圖17所示的燃燒試驗裝置30，對上述本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B的性能進行確認。
此時，作為安裝於爐體31的管狀火焰燃燒器10的燃料氣體，使用藉由氮氣將液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas，LPG)(丙烷氣體)稀釋成10倍的稀釋LPG(稀釋丙烷氣體，發熱量2400 kcal/Nm3)，並且，使用空氣來作為含氧氣體。繼而，調整燃料氣體噴入噴嘴12及含氧氣體噴入噴嘴13的尺寸，以使分別向燃燒室11的內壁面的切線方向噴入的燃料氣體的速度與空氣的速度成為：於燃燒室11內混合後的氣體速度的約9倍。
又，作為溫度調整用氣體17，使用藉由氮氣稀釋成10倍的稀釋LPG(稀釋丙烷氣體)、氮氣、空氣這3種，並且，調整溫度調整用氣體噴入噴嘴16的尺寸，以使其噴入量與燃燒排氣量相同，且使噴入速度成為於燃燒室11內混合後的氣體速度的約9倍。
再者，燃燒室11的內徑為約200 mm，為了調查溫度調整用氣體的噴入位置的影響，管狀火焰燃燒器10的全長設為3 m。
而且，於未噴入溫度調整用氣體17的情況下，燃燒排氣的溫度接近2000℃，因此，於將來自爐體31的燃燒排氣藉由噴水裝置32冷卻後，自煙囪33排出。又，爐體31整體由耐火物覆蓋，上部爐頂部分與至噴水裝置32為止的配管設為水冷結構。於管狀火焰燃燒器10的後端，設置有窺視鏡(hydroscope)、火星塞(spark plug)、亮度檢測器，缺火是由亮度檢測器來檢測，成為瞬時停止丙烷氣體供給的機構。
以下，敍述對各管狀火焰燃燒器的性能進行調查、確認後的結果。再者，作為溫度調整用氣體17，於使用稀釋LPG(稀釋丙烷氣體)、氮氣、空氣中的任一者的情況下，結果均相同，因此，此處對使用空氣作為溫度調整用氣體17的情形進行敍述。
首先，為了確認作為本發明的實施形態1的基礎的管狀火焰燃燒器10A的性能，進行變更自燃料氣體噴入噴嘴12的設置位置至溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置 的距離L的實驗。
結果是，於距離L為燃燒室11的內徑D的2.5倍的情況下，在混合溫度調整用氣體(空氣)的同時產生缺火。於混合有溫度調整用氣體(空氣)的狀態下，亦無法利用火星塞點火。又，於距離L為燃燒室的內徑D的3倍的情況下，若噴入溫度調整用氣體(空氣)，則雖進行燃燒但最長亦僅連續燃燒20分鐘，因此伴隨缺火的再點火不可或缺。另一方面，於距離L為燃燒室11的內徑D的3.5倍的情況下，即便噴入溫度調整用氣體(空氣)亦會連續地燃燒，可確認至少有60分鐘的穩定燃燒。又，於距離L為燃燒室11的內徑D的4倍以上的情況下，亦可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
對此，為了確認上述本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B的性能，將溫度調整用氣體噴入噴嘴16的傾斜角度θ設為30°而安裝，而進行變更自燃料氣體噴入噴嘴12的設置位置至溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的距離L的實驗。再者，此時，為了提高溫度調整用氣體17的整流效果，於溫度調整用氣體噴入噴嘴16的內部設置4個整流板25。
結果是，於距離L為燃燒室11的內徑D的2.5倍、3.5倍的任一情況下，均可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
其次，將燃料氣體變更為高爐氣體(發熱量760 kcaI/Nm3)，並且亦將溫度調整用氣體17變更為高爐氣體，含氧氣體仍使用空氣，進行與上述同樣的實驗。
結果是，在作為本發明的實施形態1的基礎的管狀火焰燃燒器10A中，於距離L為燃燒室11的內徑D的3倍的情況下，在混合溫度調整用氣體(空氣)的同時產生缺火。又，於距離L為燃燒室的內徑D的3.5倍、4倍、5倍的情況下，分別為最長5分鐘、20分鐘、60分鐘的連續燃燒。另一方面，於距離L為燃燒室11的內徑D的6倍的情況下，可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
對此，在本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B中，於距離L為燃燒室11的內徑D的3倍的情況下，有著最長為60分鐘的連續燃燒。又，於距離L為燃燒室的內徑D的3.5倍、4倍、5倍、6倍的情況下，均可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
再者，針對本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器10B的其他例子、即管狀火焰燃燒器10B1(圖5、圖6)、管狀火焰燃燒器10B2(圖7、圖8)、管狀火焰燃燒器10B3(圖9、圖10)，亦進行與對於上述管狀火焰燃燒器10B的實驗同樣的實驗，結果是，任一者均獲得與管狀火焰燃燒器10B同樣的結果。
由此，可見本發明的有效性。
實例2
作為本發明的實例2，使用圖17所示的燃燒試驗裝置30，對於上述本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E的性能進行確認。
此時，作為安裝於爐體31的管狀火焰燃燒器10的燃 料氣體，使用藉由氮氣將LPG(丙烷氣體)稀釋成10倍的稀釋LPG(稀釋丙烷氣體，發熱量2400 kcal/Nm3)，且使用空氣來作為含氧氣體。繼而，調整燃料氣體噴入噴嘴12及含氧氣體噴入噴嘴13的尺寸，以使分別朝向燃燒室11的內壁面的切線方向而噴入的燃料氣體的速度與空氣的速度成為：於燃燒室11內混合後的氣體速度的約9倍。
又，作為溫度調整用氣體17，使用藉由氮氣稀釋成10倍的稀釋LPG(稀釋丙烷氣體)、氮氣、空氣這3種，並且，調整溫度調整用氣體噴入噴嘴16的尺寸，以使其噴入量設為與燃燒排氣量相同，且使噴入速度成為於燃燒室11內混合後的氣體速度的約9倍。
再者，燃燒室11的內徑約為200 mm，為了調查溫度調整用氣體17的噴入位置的影響，管狀火焰燃燒器10的全長設為3 m。
而且，於未噴入溫度調整用氣體17的情況下，燃燒排氣的溫度接近2000℃，因此，於將來自爐體31的燃燒排氣藉由噴水裝置32冷卻後，自煙囪33排出。又，爐體31整體由耐火物覆蓋，上部爐頂部分與至噴水裝置32為止的配管設為水冷結構。於管狀火焰燃燒器10的後端，設置有窺視鏡、火星塞、亮度檢測器，缺火是由亮度檢測器來檢測，成為瞬時停止丙烷氣體供給的機構。
以下，敍述對各管狀火焰燃燒器的性能進行調查、確認的結果。再者，作為溫度調整用氣體17，於使用稀釋LPG(稀釋丙烷氣體)、氮氣、空氣中的任一者的情況下， 結果均相同，因此，此處，對使用空氣作為溫度調整用氣體17的情形進行敍述。
首先，與實例1同樣地，為了確認作為本發明的實施形態2的基礎的管狀火焰燃燒器10A的性能，進行變更自燃料氣體噴入噴嘴12的設置位置至溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的距離L的實驗。
結果是，與實例1同樣地，於距離L為燃燒室11的內徑D的2.5倍的情況下，在混合溫度調整用氣體(空氣)的同時產生缺火。於混合有溫度調整用氣體(空氣)的狀態下，亦無法利用火星塞點火。又，於距離L為燃燒室的內徑D的3倍的情況下，若噴入溫度調整用氣體(空氣)，則雖進行燃燒但最長僅連續燃燒20分鐘，因此，伴隨缺火的再點火不可或缺。另一方面，於距離L為燃燒室11的內徑D的3.5倍的情況下，即便噴入溫度調整用氣體(空氣)亦連續地燃燒，可確認有至少60分鐘的穩定燃燒。又，於距離L為燃燒室11的內徑D的4倍以上的情況下，亦可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
對此，為了確認本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E的性能，於溫度調整用氣體噴入噴嘴16的正上游側設置紊流生成機構20(孔口21、格子22、填充層23)，而進行變更自燃料氣體噴入噴嘴12的設置位置至溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置位置的距離L的實驗。再者，孔口21是使用開設有內徑120 mm的孔的環狀陶瓷板。藉此，燃燒室11的流路截面積暫時減半，且壓 降(pressure drop)上升。格子22是使用陶瓷製的縱橫均為8個格子者。藉此，燃燒室11的流路截面積暫時減半。填充層23是使用將直徑為燃燒室11的內徑D的1/10的陶瓷粒子燒結5層而成者。
結果是，於距離L為燃燒室11的內徑D的2.5倍、3.5倍的任一情況下，均可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
其次，將燃料氣體變更為高爐氣體(發熱量760 kcal/Nm3)，並且將溫度調整用氣體17亦變更為高爐氣體，含氧氣體仍使用空氣，進行與上述同樣的實驗。
結果是，在作為本發明的實施形態2的基礎的管狀火焰燃燒器10A中，於距離L為燃燒室11的內徑D的3倍的情況下，在混合溫度調整用氣體(空氣)的同時產生缺火。又，於距離L為燃燒室的內徑D的3.5倍、4倍、5倍的情況下，分別為最長5分鐘、20分鐘、60分鐘的連續燃燒。另一方面，於距離L為燃燒室11的內徑D的6倍的情況下，可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
對此，在本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E中，於距離L為燃燒室11的內徑D的3倍的情況下，有著最長為60分鐘的連續燃燒。又，於距離L為燃燒室的內徑D的3.5倍、4倍、5倍、6倍的情況下，均可確認有60分鐘以上的穩定燃燒。
再者，針對將本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器10C、10D、10E的溫度調整用氣體噴入噴嘴16的設置狀態(圖14)設為其他設置狀態(圖15、圖16)的情形， 亦進行與對於上述管狀火焰燃燒器10C、10D、10E(任一者均為圖14)的實驗同樣的實驗，結果是，任一情形均獲得與管狀火焰燃燒器10C、10D、10E(任一者均為圖14)同樣的結果。
如此，可見本發明的有效性。
10、10A、10B、10B1、10B2、10B3、10C、10D、10E‧‧‧管狀火焰燃燒器
11‧‧‧燃燒室
12‧‧‧燃料氣體噴入噴嘴
13‧‧‧含氧氣體噴入噴嘴
14‧‧‧管狀火焰
16‧‧‧溫度調整用氣體噴入噴嘴
17‧‧‧溫度調整用氣體
18‧‧‧溫度調整用氣體的逆流部分
19‧‧‧燃燒排氣
20‧‧‧紊流生成機構
21‧‧‧孔口
22‧‧‧格子
23‧‧‧填充層
25‧‧‧整流板
30‧‧‧燃燒試驗裝置
31‧‧‧爐體
32‧‧‧噴水裝置
33‧‧‧煙囪
θ‧‧‧角度
D‧‧‧內徑
L‧‧‧距離
圖1是先前的管狀火焰燃燒器的示意圖。
圖2是本發明的實施形態中，作為基礎的管狀火焰燃燒器的示意圖。
圖3是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的示意圖。
圖4是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的溫度調整用氣體噴入噴嘴的設置位置的橫截面圖。
圖5是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的另一例的示意圖。
圖6是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的另一例中，溫度調整用氣體噴入噴嘴的設置位置的橫截面圖。
圖7是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的另一例的示意圖。
圖8是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的另一例中，溫度調整用氣體噴入噴嘴的設置位置的橫截面圖。
圖9是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的另一例的示意圖。
圖10是本發明的實施形態1中的管狀火焰燃燒器的 另一例中，溫度調整用氣體噴入噴嘴設置位置的橫截面圖。
圖11是本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器的示意圖。
圖12是本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器的示意圖。
圖13是本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器的示意圖。
圖14是表示本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器中，溫度調整用氣體噴入噴嘴的設置狀態的橫截面圖。
圖15是表示本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器中，另一溫度調整用氣體噴入噴嘴的設置狀態的橫截面圖。
圖16是表示本發明的實施形態2中的管狀火焰燃燒器中，另一溫度調整用氣體噴入噴嘴的設置狀態的橫截面圖。
圖17是用以確認管狀火焰燃燒器的性能的燃燒試驗裝置的示意圖。
10、10B‧‧‧管狀火焰燃燒器
11‧‧‧燃燒室
12‧‧‧燃料氣體噴入噴嘴
13‧‧‧含氧氣體噴入噴嘴
14‧‧‧管狀火焰
16‧‧‧溫度調整用氣體噴入噴嘴
17‧‧‧溫度調整用氣體
19‧‧‧燃燒排氣
25‧‧‧整流板
θ‧‧‧角度
D‧‧‧內徑
L‧‧‧距離

Claims (8)

  1. 一種管狀火焰燃燒器，具有一端開放的管狀燃燒室，且於該燃燒室閉合端側，朝向所述燃燒室的內壁面的切線方向而設置著噴入燃料氣體的噴嘴、及噴入含氧氣體的噴嘴，所述管狀火焰燃燒器包括：於該燃燒室開放端側設置著：噴入燃燒排氣的溫度調整用氣體的噴嘴；並且，設置著逆流防止裝置，所述逆流防止裝置防止：所述溫度調整用氣體向所述燃料氣體噴入噴嘴的一側進行逆流，所述溫度調整用氣體是自噴入所述溫度調整用氣體的噴嘴而噴入。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的管狀火焰燃燒器，其中，所述逆流防止裝置是：使來自噴入溫度調整用氣體的噴嘴的溫度調整用氣體的噴出方向，與正交於管狀燃燒室的管軸的面呈10°~60°而傾斜於下游側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的管狀火焰燃燒器，其中，所述逆流防止裝置是：配置於噴入溫度調整用氣體的噴嘴的上游側的紊流生成機構。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的管狀火焰燃燒器，其中，所述紊流生成機構是：孔口、格子、填充層中的任一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的管狀火焰燃燒器，其中，所述溫度調整用氣體噴入噴嘴是：與燃料氣體噴入噴嘴相距燃燒室的內徑D的2.5~3.5倍的距離。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的管狀火焰燃燒器，其中，所述溫度調整用氣體噴入噴嘴是：與燃料氣體噴入噴嘴相距燃燒室的內徑D的3.5~6倍的距離。
  7. 一種管狀火焰燃燒器，具有一端開放的管狀燃燒室，且於該燃燒室閉合端側，朝向所述燃燒室的內壁面的切線方向而設置著噴入燃料氣體的噴嘴、及噴入含氧氣體的噴嘴，所述管狀火焰燃燒器包括：於該燃燒室開放端側設置著：噴入燃燒排氣的溫度調整用氣體的噴嘴，並且，來自噴入溫度調整用氣體的噴嘴的溫度調整用氣體的噴出方向是：與正交於管狀燃燒室的管軸的面呈10°~60°而傾斜於下游側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的管狀火焰燃燒器，其中，所述溫度調整用氣體的噴出方向是：與正交於管狀燃燒室的管軸的面呈25°~60°而傾斜於下游側。
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