TW201734365A - 工業爐 - Google Patents

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Abstract

本發明之工業爐，係將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由前述之燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒，使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出者，其中，在前述之排氣管設置有收容三元觸媒之廢氣處理部。

Description

工業爐
本發明係關於一種工業爐，其係將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由前述之燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒，使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出者。尤其，本發明之特徵在於，如前述般將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器中，藉由燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒時，在燃燒廢氣中含有有害的氮氧化物(以下稱為NOx)、及CO氣體或碳氫化合物氣體(HC)等之未燃成分氣體的狀態下，防止燃燒廢氣經由排氣管排出至外部。
以往至今，加熱爐、熱處理爐等之工業爐中，當使被加熱物加熱時，一般係將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由前述之燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒，使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出。
在此，在如此之工業爐中，如前述般將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，使燃料氣體在爐內燃燒時，為了提高燃燒效率，若增加相對於燃料氣體之燃燒用空氣量而進行燃燒，燃燒時會產生大量NOx，而含有大量NOx之燃燒廢氣會從爐內經由排氣管而排出至外部，有 使環境嚴重受害之問題。特別是，近年來期望大幅減少燃燒廢氣中之NOx。
另一方面，為了抑制燃燒廢氣中含有NOx，若減少相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量而進行燃燒，則燃燒效率會降低，同時燃燒廢氣中會殘留許多CO氣體、碳氫化合物(HC)氣體等之未燃成分氣體，該未燃成分氣體從爐內經由排氣管而排出至外部，而在安全性、環境方面造成問題。
繼而，近年來，如專利文獻1所示，已提出一種將來自輻射管燃燒器之燃燒廢氣使用氮氧化物還原觸媒而淨化，在所得之NOx淨化氣體中以空氣比μ(實際之空氣量/理論空氣量)成為1.0以上之方式添加燃燒用空氣之後，進一步使用氧化觸媒使未燃成分氧化除去者。
在此，如專利文獻1所示者之中，必須設置有：收容氮氧化物還原觸媒之第1廢氣處理部；及，收容氧化觸媒之第2廢氣處理部且在該第1廢氣處理部及第2廢氣處理部之間供給空氣，有使裝置變複雜而大型化等之問題。
又，就廢氣處理之其中一而言，已知一種藉由三元觸媒而使對安全、環境、人體等造成不良影響之CO、HC、NOx進行氧化/還原，轉化成H2O、CO2、N2而淨化者，例如專利文獻2所示，已提出一種具有蓄熱層之交換燃燒器中，在各燃燒器部之蓄熱層設置三元觸媒層，並為了符合三元觸媒層之活性條件，將爐內空氣比調整至 0.98至1.02而使其燃燒者。
但，如專利文獻2所示者，其使用之爐的種類、使用條件受到限制，難以在各種爐中以各種的條件下使用。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-241619號公報
[專利文獻2]日本特開平7-133905號公報
本發明之課題在於解決將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由前述之燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒，使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出之工業爐中如前述的問題。
亦即，本發明之工業爐中，課題在於將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒後，使燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出時，在燃燒廢氣中含有有害的NOx、及CO氣體或碳氫化合物氣體(HC)等之未燃成分氣體的狀態下，適當地防止燃燒廢氣排出至外部。
在本發明之工業爐中，為了解決如前述之課題，在將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由前 述之燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒，使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出之工業爐中，係於前述之排氣管設置收容有三元觸媒之廢氣處理部。
繼而，前述工業爐中係藉由收容於前述廢氣處理部之三元觸媒，利用燃燒廢氣所含之未燃成分氣體使燃燒廢氣所含之NOx還原。此時，在對燃燒器供給燃料氣體與燃燒用空氣時，若減少相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量而使燃燒用空氣之空氣比μ設為1.0以下，則燃燒時產生之NOx之量會變少而於燃燒廢氣所含之NOx減少，並且會因前述之三元觸媒而使燃燒廢氣所含之NOx被燃燒廢氣所含之未燃成分氣體充分還原。
又，本發明之工業爐中，較佳係設置有：燃料氣體導引路徑，其係將供給至前述燃燒器之燃料氣體之一部分，導引至在燃燒廢氣之排出方向之比設置於前述排氣管之廢氣處理部更上游側之位置；以及，控制手段，其係控制經由該燃料氣體導引路徑而導引之燃料氣體之量。
在此，前述之控制手段中，係對應於前述燃燒廢氣所含之氮氧化物之量，以控制經由燃料氣體導引路徑而導引之燃料氣體之量。
繼而，如前述般對燃燒器供給燃料氣體與燃燒用空氣時，為了提高燃燒效率，而在相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量變多之狀態下，藉前述燃燒器使燃料氣體燃燒，結果在燃燒廢氣中含有大量NOx時，會在前述之 燃燒廢氣經由排氣管而被導引至收容有三元觸媒之廢氣處理部之前，藉由前述之控制手段，經由燃料氣體導引路徑而供給適當量之燃料氣體。如此一來，含有大量NOx之燃燒廢氣與適當量之燃料氣體便一起被導引至廢氣處理部，藉由前述之三元觸媒之作用，而使燃燒廢氣中之NOx被充分還原而排出。
又，在本發明之前述工業爐中，較佳係在燃燒廢氣之排出方向之比設於排氣管之廢氣處理部更下游側之位置，設置有使自廢氣處理部排出之燃燒廢氣所含之未燃成分氣體燃燒之後燃燒裝置。如此一來，廢氣處理部中經處理之燃燒廢氣中即使殘留未燃成分氣體，該未燃成分氣體亦會被前述後燃燒裝置燃燒而氧化成CO2、H2O，可防止未燃成分氣體被排出。
又，本發明之工業爐中，較佳係設置藉由前述燃燒廢氣之熱而使燃燒用空氣加熱之熱交換手段，使被該熱交換手段加熱之燃燒用空氣供給至前述燃燒器。如此一來，可有效地利用燃燒廢氣之熱進行有效率之燃燒。
本發明中之工業爐中係將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，使燃料氣體在爐內燃燒，而使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出時，如前述般，係於排氣管設置收容有三元觸媒之廢氣處理部，將前述之燃燒廢氣導引至前述之廢氣處理部，以適當處理燃燒廢氣中由有害的NOx、及CO氣體、碳氫化合物(HC)氣體所構成 之未燃成分氣體。
此結果，在本發明中之工業爐中係使燃料氣體與燃燒用空氣混合而在爐內燃燒時，燃燒廢氣中之NOx、未燃成分氣體會在設置於排氣管之廢氣處理部中被適當處理，以燃燒廢氣中不含NOx、未燃成分氣體之安全狀態，使燃燒廢氣經由排氣管而適當排出至外部。
10‧‧‧爐
11‧‧‧爐壁
12‧‧‧燃燒器
13‧‧‧排氣管
21‧‧‧燃料氣體供給管
22‧‧‧燃燒用空氣供給管
23‧‧‧廢氣處理部
24‧‧‧後燃燒裝置
24a‧‧‧後燃燒用燃料氣體供給管
24b‧‧‧後燃燒用空氣供給管
25a‧‧‧熱交換部(熱交換手段)
25b‧‧‧燃燒用空氣導引管
25c‧‧‧加熱燃燒用空氣供給管
26‧‧‧燃料氣體導引路徑
26a‧‧‧控制閥(控制手段)
μ‧‧‧空氣比
第1圖表示使用本發明第1實施形態之工業爐的狀態之概略說明圖。
第2圖表示使用本發明第2實施形態之工業爐的狀態之概略說明圖。
第3圖表示使用本發明第3實施形態之工業爐的狀態之概略說明圖。
第4圖表示使用本發明第4實施形態之工業爐的狀態之概略說明圖。
第5圖表示使用本發明第5實施形態之工業爐的狀態之概略說明圖。
以下，依據添附圖式而具體說明本發明之實施形態的工業爐。又，本發明之工業爐係不受下述之實施形態所示者限定，在不變更發明之要旨的範圍內，可作適當變更而實施。
在此，在第1之實施形態的工業爐中，如第 1圖所示，係在爐10之爐壁11設置燃燒器12，對該燃燒器12經由燃料氣體供給管21供給碳氫化合物(HC)氣體等之燃料氣體，同時經由燃燒用空氣供給管22供給燃燒用空氣，在該燃燒器12中混合燃料氣體與燃燒用空氣，以使燃料氣體在爐10內燃燒。
又，如此地設置將使燃料氣體在爐10內燃燒後之燃燒廢氣從爐10內排出之排氣管13，在該排氣管13設置收容有三元觸媒之廢氣處理部23，將在爐10內燃燒後之燃燒廢氣經由前述排氣管13導引至該廢氣處理部23，俾藉由收容在廢氣處理部23之三元觸媒來處理燃燒廢氣。
在此，在該實施形態之工業爐中，經由前述燃料氣體供給管21與燃燒用空氣供給管22而對燃燒器12供給燃料氣體與燃燒用空氣時，為了減少燃燒時產生之NOx之量，係減少相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量，例如，使燃燒用空氣之空氣比μ設為1.0以下，在前述之燃燒器12中使燃料氣體燃燒。
若如此地減少相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量而進行燃燒，燃燒廢氣所含之NOx會減少，同時在該燃燒廢氣中會殘留CO氣體、碳氫化合物(HC)氣體等之未燃成分氣體。
繼而，如此地將殘留有NOx與未燃成分氣體之燃燒廢氣從爐10內經由前述之排氣管13導引至廢氣處理部23，藉由收容於該廢氣處理部23之三元觸媒，使 殘留於燃燒廢氣之NOx與未燃成分氣體進行反應，而使NOx還原成N2，同時以未燃成分氣體被氧化成CO2、H2O之狀態排出。
在此，如此地藉由收容於廢氣處理部23之三元觸媒將殘留有NOx與未燃成分氣體之燃燒廢氣進行處理時，相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量會變得更少，燃燒廢氣中之未燃成分氣體變多，其未經收容於廢氣處理部23之三元觸媒充分處理，恐有從廢氣處理部23排出殘留有未燃成分氣體之燃燒廢氣之虞。
因此，在第2之實施形態之工業爐中，如第2圖所示，係在前述第1實施形態之工業爐中，在燃燒廢氣之排出方向之比設置於排氣管13之前述廢氣處理部23更下游側之位置設置後燃燒裝置24，對於該後燃燒裝置24，依需要可從後燃燒用燃料氣體供給管24a供給後燃燒用燃料氣體，以及從後燃燒用空氣供給管24b供給後燃燒用空氣。
繼而，在該第2實施形態中之工業爐中，係使從廢氣處理部23所排出之殘留於燃燒廢氣之未燃成分氣體在前述之後燃燒裝置24中燃燒，以使未燃成分氣體氧化成CO2氣體、H2O而排出。
因此，即使在前述之廢氣處理部23中未充分處理未燃成分氣體而使殘留有未燃成分氣體之燃燒廢氣從廢氣處理部23排出，該未燃成分氣體亦會在後燃燒裝置24中被燃燒而處理，可確實地防止未燃成分氣體被排出。 又，在該實施形態中，係使用藉由火焰而使殘留於燃燒廢氣之未燃成分氣體燃燒之後燃燒裝置24，但後燃燒裝置24係不限定於此種類，亦可藉由電氣加熱等而使殘留於燃燒廢氣之未燃成分氣體燃燒。
其次，在第3實施形態之工業爐中，如第3圖所示，係在前述第1實施形態之工業爐中，以取代對燃燒器12供給燃燒用空氣之燃燒用空氣供給管22，而在將來自爐10內之燃燒廢氣導引至廢氣處理部23之前述之排氣管13內，設置藉由燃燒用廢氣之熱加熱燃燒用空氣之熱交換部(熱交換手段)25a，並設置將燃燒用空氣導引至該熱交換部25a之燃燒用空氣導引管25b，同時設置將在前述之熱交換部25a中被加熱之燃燒用空氣供給至燃燒器12之加熱燃燒用空氣供給管25c。
繼而，在該第3實施形態之工業爐中，如前述般經由燃燒用空氣導引管25b將燃燒用空氣導引至熱交換部25a，在該熱交換部25a中藉由燃燒用廢氣之熱加熱燃燒用空氣，如此地，將被加熱之燃燒用空氣經由前述加熱燃燒用空氣供給管25c供給至燃燒器12，使如此地被加熱之燃燒用空氣與燃料氣體在燃燒器12中混合，以使燃料氣體在爐10內燃燒。
如此一來，使燃料氣體與燃燒用空氣混合而燃燒時，可有效地利用燃燒用廢氣之熱。又，如此地在熱交換部25a中於燃燒用廢氣與燃燒用空氣之間進行熱交換，藉此，從爐10內經由排氣管13而導入至前述廢氣處 理部23之燃燒用廢氣之溫度會降低，可防止燃燒用廢氣之溫度形成超過要使用收容於廢氣處理部23的三元觸媒之溫度領域的溫度，可藉由三元觸媒適當處理燃燒用廢氣。又，在此實施形態中，雖然將熱交換部25a設置於排氣管13內，但亦可將熱交換部25a設置於排氣管13之外部。
其次，在第4實施形態之工業爐中，如第4圖所示，在前述第1實施形態之工業爐中係設置：燃料氣體導引路徑26，其係將經由燃料氣體供給管21供給至燃燒器12之燃料氣體之一部分，導引至在燃燒廢氣之排出方向之比設置於前述排氣管13之廢氣處理部23更上游側之位置；以及，控制閥(控制手段)26a，其係控制經由該燃料氣體導引路徑26而供給至位於燃燒廢氣之排出方向之比廢氣處理部23更上游側之位置的排氣管13的燃料氣體之量。
繼而，在第4之實施形態係工業爐中，係對應在前述之燃燒器12中燃燒後之燃燒廢氣所含之NOx之量，藉由前述之控制閥26a而控制經由燃料氣體導引路徑26而供給至位於燃燒廢氣之排出方向之比通廢氣處理部23更上流側之位置的排氣管13的燃料氣體之量。
在此，經由前述燃料氣體供給管21與燃燒用空氣供給管22將供給至燃燒器12之燃料氣體及燃燒用空氣進行供給時，為了提高燃燒效率，以燃燒用空氣之空氣比μ超過1.0之方式，增加相對於燃料氣體之燃燒用空氣之量，使燃料氣體在前述燃燒器12中燃燒時，藉由充分 量之燃燒用空氣使燃料氣體燃燒，會減少燃燒廢氣中之CO氣體、碳氫化合物(HC)氣體等之未燃成分氣體，另一方面，燃燒時產生許多NOx，而在燃燒廢氣中含有大量之NOx。
繼而，如此地，在燃燒廢氣中含有大量之NOx時，藉由前述之控制閥26a，控制經由前述燃料氣體導引路徑26而導引至位於燃燒廢氣之排出方向之比廢氣處理部23更上游側之位置的排氣管13之燃料氣體之量，將適當量之燃料氣體供給至在燃燒廢氣之排出方向之比廢氣處理部23更上游側之位置，與前述之含有大量之NOx的燃燒廢氣一起導引至收容有三元觸媒之廢氣處理部23。如此一來，藉由收容於廢氣處理部23之三元觸媒之作用，燃燒廢氣中之NOx會與燃料氣體反應，將NOx還原成N2，同時將燃料氣體氧化成CO2、H2O之狀態而排出。
其次，在第5實施形態之工業爐中，如第5圖所示，係在前述第4實施形態之工業爐中，如前述第2實施形態之工業爐所示，在位於燃燒廢氣之排出方向之比前述廢氣處理部23更下游側之位置之排氣管13設置後燃燒裝置24，同時如前述第3實施形態之工業爐所示，在將來自爐10內之燃燒廢氣導引至廢氣處理部23之排氣管13內，設置：藉由燃燒用廢氣之熱加熱燃燒用空氣之熱交換部25a，將加熱之燃燒用空氣導引至該熱交換部25a之燃燒用空氣導引管25b，以及，將在前述之熱交換部25a中被加熱之燃燒用空氣供給至燃燒器12之加熱燃燒用空氣供給管25c。
繼而，在該第5實施形態之工業爐中，係與前述第3實施形態之工業爐同樣，經由燃燒用空氣導引管25b將燃燒用空氣導引至熱交換部25a，在該熱交換部25a中藉由燃燒用廢氣之熱加熱燃燒用空氣，如此地，將被加熱之燃燒用空氣經由前述加熱燃燒用空氣供給管25c供給至燃燒器12，使被加熱之燃燒用空氣與燃料氣體在燃燒器12中混合，以使燃料氣體在爐10內燃燒。
如此一來，如前所述，在使燃燒用空氣與燃料氣體混合而使燃料氣體燃燒時，可有效地利用燃燒用廢氣之熱，且從爐10導引至廢氣處理部23之燃燒用廢氣之溫度會降低，防止燃燒用廢氣之溫度形成超過使用收容於廢氣處理部23之三元觸媒的溫度領域之溫度，俾可藉由三元觸媒適當處理燃燒用廢氣。
又，在該第5實施形態之工業爐中，經由前述燃料氣體導引路徑26而導引之燃料氣體之量會變多，若比使燃燒廢氣中之NOx還原成N2時所需要之量更多之燃料氣體被導引至廢氣處理部23，則會從廢氣處理部23排出殘留有未燃成分氣體之燃燒廢氣。如此之情形，與前述第2實施形態之工業爐同樣，可使從廢氣處理部23所排出之殘留於燃燒廢氣的未燃成分氣體在後燃燒裝置24中燃燒，以使未燃成分氣體氧化成CO2氣體、H2O而排出。
10‧‧‧爐
11‧‧‧爐壁
12‧‧‧燃燒器
13‧‧‧排氣管
21‧‧‧燃料氣體供給管
22‧‧‧燃燒用空氣供給管
23‧‧‧廢氣處理部

Claims (6)

  1. 一種工業爐，係將燃料氣體及燃燒用空氣供給至燃燒器，藉由前述之燃燒器使燃料氣體在爐內燃燒，使燃燒後之燃燒廢氣從爐內經由排氣管而排出者，其中，在前述之排氣管設置有收容三元觸媒之廢氣處理部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之工業爐，其中，藉由收容於前述廢氣處理部之三元觸媒，利用燃燒廢氣所含之未燃成分氣體使燃燒廢氣所含之氮氧化物還原。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之工業爐，其係設置有：燃料氣體導引路徑，其係將供給至前述燃燒器之燃料氣體之一部分，導引至在燃燒廢氣之排出方向之比設置於前述排氣管之廢氣處理部更上游側之位置；以及，控制手段，其係控制經由該燃料氣體導引路徑而導引之燃料氣體之量。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之工業爐，其係對應前述之燃燒廢氣所含之氮氧化物之量，藉由前述控制手段而控制經由燃料氣體導引路徑而導引至排氣管之燃料氣體之量。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之工業爐，其係在燃燒廢氣之排出方向之比置設於前述排氣管之廢氣處理部更下游側之位置，設置有使從廢氣處理部排出之燃燒廢氣所含之未燃成分氣體燃燒之後燃燒裝置。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之工業爐， 其係設置有藉由前述燃燒廢氣之熱使燃燒用空氣加熱之熱交換手段，且將藉由該熱交換手段被加熱之燃燒用空氣供給至前述燃燒器。
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