TW201913005A - 富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的係提供一種富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法，該富氧化燃燒器在以自激振動火焰加熱被加熱物之際，可任意變更振動周期，且能夠以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
本發明提供一種富氧化燃燒器，其具備：中心流體噴出口(2)，及設置於其周圍之周圍流體噴出口(3)；在前述中心流體噴出口(2)之流體噴出流道(6)的側壁(61、61)，在分別對向之位置設置一對開口部(62a、62b)，該一對開口部(62a、62b)係藉由連通部(7)連通；前述流體噴出流道(6)中，較前述開口部(62a、62b)下游側的一對側壁(63a、63b)，其間隔係向著下游側逐漸擴開；前述連通部(7)具有：第1連通管(71)及第2連通管(72)，其各自之一端部(71a、72a)係連接於前述一對開口部(62a、62b)；及連接於前述第1連通管(71)及前述第2連通管(72)之另一端部(71b、72b)、將該第1連通管(71)及第2連通管(72)連通之至少一個以上之連通元件(73)。

Description

富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法
本發明係關於富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法。
盛鋼桶及饋料槽係於製鉄製程中，用於接收生鐵(熔態金屬)之爐(容器)，為防止因快速加熱而造成爐內之耐火物(耐火磚等)的損壞，因此藉由燃燒器使用火焰進行預熱。
用於此種用途之燃燒器的火焰，被要求具高傳熱效率、且可均勻加熱被加熱物。
提高燃燒器之傳熱效率的方法，例如，採用使用富氧化空氣作為氧化劑以提升火焰溫度之方法。然而，在一般的燃燒器中，由於火焰係線性形狀，因此有加熱物之一點被局部加熱的傾向，難以均勻加熱。
對此，專利文獻1及2揭示一種可保持高傳熱效率同時進行均勻加熱的方法，該方法係利用噴流之自激振動現象使火焰振動。專利文獻1及2所揭示的燃燒器，無須使用從外部而來的驅動力，而係採用應用噴流進 行週期變化之自激振動現象的噴嘴構造，由於火焰方向可週期性改變，因此可保持高傳熱效率同時進行均勻加熱。據此，專利文獻1及2揭示之燃燒器，與傳統的輻射管燃燒器等相比，可將寬廣範圍均勻加熱，例如可適用於上述饋料槽等之預備加熱。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2005-113200號公報
[專利文獻2]特開2013-079753號公報
專利文獻1及2所揭示之進行自激振動之燃燒器的特性，可藉由噴流之振動週期予以控制。當從燃燒器之中心流體噴出口噴出的中心流體的噴出速度相等且振動週期短時，可促進流體混合並強化對流傳熱，同時可獲得於燃燒器之面方向的均勻傳熱分佈。另一方面，當振動週期長時，燃燒變得緩慢，可強化輻射傳熱並且獲得長焰。為了保持噴出速度恆定同時控制振動週期，僅需要控制為產生自激振動而設置的連接管內之流體的流動，並藉由適當選擇該連接管之長度以獲得任意的振動週期。
然而，專利文獻1及2揭示之燃燒器，由於在中心流體之流量中固定了振動週期，因此無法變更燃燒特性。例如亦可考慮一種可取出上述連接管之方法。例 如，當使用柔性電纜作為連接管進行控制時，需要延長電纜長度以使振動週期變長，而有著裝置變得複雜之問題。又，於運行燃燒器之狀態下意圖變更振動數時，則因需要於燃燒狀態下更換連接管，而有著在處理流體流入內部之連接管時伴隨著危險之虞。
本發明係鑑於上述問題而完成者，目的係提供一種富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法，該富氧化燃燒器在以自激振動使火焰振動同時加熱被加熱物之際，可藉由簡單的操作變更為任意的振動週期，且能夠以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
為了解決上述課題，本發明提供以下所述之富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法。
(1)一種富氧化燃燒器，係從設置在先端部之複數個流體噴出口噴出富氧空氣或燃料氣體，並使彼等燃燒之富氧化燃燒器，其中，前述複數個流體噴出口具備中心流體噴出口及周圍流體噴出口，於前述中心流體噴出口之流體噴出流道的側壁，在分別對向之位置設置有一對開口部，該一對開口部係藉由連通部連通，前述流體噴出流道中，較前述開口部下游側的一對側壁之間隔係向下游側逐漸擴開，前述周圍流體噴出口係配置於前述中心流體噴出口之周圍，前述連通部具有：其一端部分別連接於前述一對開口部之第1連通管及第2連通管；及連接於前述第1連通管及前述第2連通管之另一端部並將該第1連通管及第2 連通管連通之至少一個以上的連通元件。
(2)如(1)所述之富氧化燃燒器，其中，前述連接元件係以並列方式複數設置於前述第1連通管與前述第2連通管之間。
(3)如(2)所述之富氧化燃燒器，其中，前述複數連接元件之內徑及長度之至少一者分別互異。
(4)如(1)至(3)中任一項所述之富氧化燃燒器，其中，前述第1連通管及前述第2連通管以可拆卸方式與前述連通元件連接。
(5)如(1)至(4)中任一項所述之富氧化燃燒器，其中，前述連通部進一步具有設置於前述第1連通管及前述第2連通管與前述連通元件之間的開關閥。
(6)一種使用富氧化燃燒器之加熱方法，係使用(1)至(5)中任一項所述之富氧化燃燒器，使從前述中心流體噴出口噴出之流體於前述流體噴出流道之擴張方向進行自激振動，同時加熱前述被加熱物。
(7)如(6)所述之使用富氧化燃燒器之加熱方法，其中，從前述中心流體噴出口噴出之流體之自激振動的週期係30秒以下。
如上所述，依據本發明之富氧化燃燒器係以自激振動使火焰振動的富氧化燃燒器，其藉由連通設置於中心流體噴出口之流體噴出流道的側壁之一對開口部之連通部具備使第1連通管及第2連通管連通的連通元件， 能夠以簡單的操作變更/控制為任意的振動週期。據此，運行富氧化燃燒器時，可藉由簡單的切換操作變更燃燒特性，且能夠以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。又，藉由將富氧化空氣從周圍流體噴出口朝向從中心流體噴出口噴出的燃料氣體噴出，可提高燃燒效率並有效抑制NOx的排出量。
又，依據使用本發明之富氧化燃燒器之加熱方法，由於係使用上述本發明之富氧化燃燒器之加熱方法，如同上述，可根據需求以簡單的操作藉由自激振動變更火焰之振動週期，同時能夠以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
1‧‧‧燃燒器
2‧‧‧中心流體噴出口
3‧‧‧周圍流體噴出口
6‧‧‧流體噴出流道
6a‧‧‧導入口
7‧‧‧連通管
61‧‧‧(一對)側壁
62a、62b‧‧‧(一對)開口部
63a‧‧‧一側壁
63b‧‧‧另一側壁
64‧‧‧(方管型)流道
71‧‧‧第1連通管
72‧‧‧第2連通管
71a、72a‧‧‧第1及第2連通管之一端部
71b、72b‧‧‧第1及第2連通管之一端部
73、73A、73B、73C‧‧‧連接元件
73a、73b‧‧‧連接元件之端部
74‧‧‧開關閥
D‧‧‧中心流體流道之等效直徑
G1‧‧‧燃料氣體
G2‧‧‧富氧化空氣
第1圖係說明本發明之一實施型態的富氧化燃燒器之模式圖，係顯示中心流體噴出口與周圍流體噴出口之位置關係的一例之平面圖。
第2圖係說明本發明之一實施型態的富氧化燃燒器之模式圖，係於第1圖中表示之燃燒器的A-A剖面圖。
第3圖係說明本發明之一實施型態的富氧化燃燒器之模式圖，(a)、(b)係顯示於第1圖及第2圖中表示之燃燒器中，中心流體之噴出方向的變動狀態的概念圖。
第4圖係用以說明實施例中的富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法的圖，(a)、(b)係顯示燃燒器與熱電偶之位置關係的概略圖。
第5圖係用以說明實施例1及2中富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法的圖，係顯示爐內之溫度分佈相對於距燃燒器軸之距離的圖。
第6圖係用以說明實施例中富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法的圖，(a)、(b)係顯示燃燒器與散熱體之位置關係的概略圖。
第7圖係用以說明實施例3及4中富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法的圖，係顯示傳熱量分佈相對於距燃燒器面之距離的圖。
第8圖係用以說明實施例5中富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法的圖，係顯示自激振動週期與NOx排出量之關係的圖。
以下適宜參照圖式同時說明本發明之一實施型態的富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法。
用於以下說明之圖式，為使特徵易於理解，為方便起見有擴大顯示特徵部分的情況，各構成要件之尺寸比例等並不限於與實際相同。此外，以下說明中例示之材料等僅為一例，本發明不受限於此等，在不改變其目的的範圍內可實施適當變更。
<燃燒器>
以下，首先敘述本發明之富氧化燃燒器之構成及燃燒方法。
[燃燒器之構成]
第1圖~第3圖係說明本發明之一實施型態的富氧化燃燒器1(以下，有時簡稱為燃燒器1)之構造的圖。第1圖係顯示中心流體噴出口與周圍流體噴出口之位置關係的一例的平面圖。第2圖係於第1圖中表示之A-A剖面圖(橫剖面圖)。又，第3圖係顯示本發明之一實施型態的燃燒器1中流體之噴出方向的變動狀態的概念圖。然而，由於第1圖~第3圖係顯示各流體噴出口及開口部等之配置關係及尺寸的模式圖，因此部分省略了作為噴嘴之管壁等詳細部分。
如第1圖~第3圖所示，本實施型態之燃燒器1係從設置於先端部之複數流體噴出口至少噴出燃料氣體G1及富氧化空氣G2中之至少一者並使其燃燒。
具體言之，本實施型態之燃燒器1具備由中心流體噴出口2及周圍流體噴出口3所構成之複數流體噴出口。
在形成構成中心流體噴出口2之流體噴出流道6的側壁61，於對向位置設置有一對開口部62a、62b。該等一對開口部62a、62b係藉由連通部7連通。
又，構成較開口部62a、62b更下游側之流體噴出流道6的一對側壁63a、63b之間隔，係向下游側逐漸擴開。亦即，從上方觀看燃燒器1時，較開口部62a、62b更下游側的流體噴出流道6為扇形。
又，周圍流體噴出口3係配置於中心流體噴出口2之周圍。
本實施型態之燃燒器1中，燃料氣體G1及富氧化空氣G2雖分別從中心流體噴出口2及周圍流體噴出口3噴出，惟任何氣體皆可從任何噴出口噴出。
本實施型態之燃燒器1中，使燃料氣體G1從中心流體噴出口2噴出，使富氧化空氣G2從周圍流體噴出口3噴出。
藉由在流體噴出流道6供給燃料氣體G1，中心流體噴出口2成為噴出燃料氣體G1之開口部(噴嘴)。如後述般，由於流體噴出流道6在直交於流體之流動方向的方向中之剖面係略矩形狀，因此中心流體噴出口2為矩形狀。
藉由在導入口6a連接未圖示之中央流體供給管路，燃料氣體G1被導入流體噴出流道6，並從上述中心流體噴出口2噴出。
如上所述，流體噴出流道6在直交於流體(氣體)流動方向的方向中之剖面係略矩形狀。略矩形之側面係由上述一對側壁61、61所形成。在側壁61、61，以分別對向之方式設置有上述一對開口部62a、62b。此外，如第2圖所示，一對開口部62a、62b係藉由連通部7連通。
如上所述，位於較開口部62a、62b更下游側的流體噴出流道6之側面，係由一對側壁63a、63b所形成。一對側壁63a、63b之間隔係向著下游側逐漸擴開。沿著位於較開口部62a、62b更下游側的流體(氣體)流動方向的流體噴出流道6之剖面係扇形狀。亦即，位於較開口部 62a、62b更下游側的流體噴出流道6之側面，係由配置成略V字狀的一對側壁63a、63b所形成。
另一方面，位於較一對開口部62a、62b更上游側的流體噴出流道6，係形成為對向之側壁61、61略平行延伸之方管型之流道64。沿著流體(氣體)流動方向之剖面係略矩形狀。
本實施型態之燃燒器1，係將一對開口部62a、62b對向配置在形成流體噴出流道6之一對側壁61、61，藉由連通部7將該一對開口部62a、62b連通，可在從中心流體噴出口2噴出之燃料氣體G1，使其發生所謂觸發式噴嘴之自激振動。
亦即，如第3圖(a)、(b)所示，若流過流體噴出流道6之流道64的流體(燃料氣體G1)在一對開口部62a、62b之間通過、流入配置於剖面扇形狀的一對側壁63a、63b之間，則以交替接觸一側壁63a及另一側壁63b的方式進行自激振動，同時從中心流體噴出口2噴出。在第1圖中，箭頭R係意指流體之自激振動方向。
藉由自激振動的流體之振幅及頻率，係根據開口部62a、62b、一對側壁63a、63b及連通部7的尺寸、流體之流速等各種條件而變化。
本實施型態之富氧化燃燒器，詳細係如後述般，藉由設定連通部7中的連通元件73之尺寸及設置數量，使從中心流體噴出口2噴出的流體，在一定程度之範圍內以預定的角度及頻率振動。即，依據本實施型態之富氧化燃燒器， 能夠以簡單的構成及簡單的操作，使從中心流體噴出口2噴出的流體在一定程度之範圍內以預定的角度及頻率振動。
以下說明本實施型態之富氧化燃燒器1之特徵部之一的連通部7。
連通部7具有：第1連通管71及第2連通管72，各自之一端部71a、72a係連接於一對開口部62a、62b；及至少一個以上之管狀的連通元件73，係連接於第1連通管71與第2連通管72之另一端部71b、72b，使該等第1連通管71及第2連通管72連通。
即，連通部7具備第1連通管71與第2連通管72，及複數個連通元件73。上述第一連通管71之一端部71a係連接於上述開口部62a，另一端部71b則係連接於上述連通元件73。上述第二連通管72之一端部72a係連接於上述開口部62b，另一端部72b則係連接於上述連通元件73。
第2圖中，連通部7係由第1連通管71、第2連通管72，及並列在第1連通管71與第2連通管72之間使彼等連接的3個連接元件73所構成。亦即、如第2圖所示，第1連通管71具有3個另一端部71b、71b、71b。同樣地，第2連通管72亦具有3個另一端部72b、72b、72b。第一連通管71之另一端部71b、71b、71b係介由3個連接元件73(73A、73B、73C)與第二連通管72之另一端部72b、72b、72b連通。即，3個連接元件73(73A、73B、73C)係相對於 第一連通管71及第二連通管72並列配置。
在本實施型態之富氧化燃燒器1中，藉由連通部7連通一對開口部62a、62b，藉由觸發式噴嘴使自激振動發生。
本實施型態之富氧化燃燒器1中的連通部7更具備：設置於第1連通管71與連通元件73之間的開關閥74，及設置於第2連通管72與連通元件73之間的開關閥74。即，開關閥74係分別連接至連接元件73A、73B、73C之一端部73a及另一端部73b。
在本實施型態之燃燒器1中，為具備上述開關閥74，可僅選擇連接元件73A、73B、73C中之任意的連接元件。當然，依據開關閥74之操作，可同時使用全部的連接元件73A、73B、73C，亦可全部停止。
本實施型態之燃燒器1中，藉由分別改變複數個連接元件73A、73B、73C之內徑或長度(全長)，可將流入各個連通元件的流體之流量或流速設定為不同的值。即，藉由操作上述開關閥74選擇任意的連接元件，可調整連通部7中流體之流量或流速，而可將自激振動週期設定為任意的週期。連接元件73越長，從中心流體噴出口2噴出的流體之自激振動週期越長。連接元件73之內徑越小，上述自激振動週期越長。
此外，於連通元件73內設置擋板等，亦可改變連通元件73中流體之流量或流速。
連接元件長度len與振動數(史屈霍數)St之 關係是如式{len=k‧1/St(k：比例定數)}所示，係線性關係；其中，前述連接元件長度len係藉由流體噴出流道6之直徑或等效直徑(流道剖面非圓形時)D與連接元件73之流道剖面積S無量網化而得者，前述振動數St係藉由上述直徑或等效直徑D與中心流體噴出速度U無量網化而得者。
亦即，連接元件長度len與振動數St之關係雖亦如式{1/St=D/(t‧U)(t：振動週期)}所示，惟由於流體噴出流道6之直徑或等效直徑D、及中心流體噴出速度U係固定者，因此可使用不同的連接元件長度len之連接元件73改變振動週期t。
如第2圖所示，當流體噴出流道6在直交於流體之流動方向的方向上的剖面係矩形狀時，位於相對於一對開口部62a、62b為上游側的側壁61、61之間隙，可作為等效直徑D。
本實施型態之富氧化燃燒器1具備規格不同的連接元件73A、73B、73C，藉由任意選擇此等可容易地變更振動週期t。
又，於本實施型態之富氧化燃燒器1中，第1連通管71與連通元件73能夠以可拆卸之方式連接，第2連通管72與連通元件73亦能夠以可拆卸之方式連接。使連通元件73以可拆卸之方式連接至開關閥74即可。藉由將連通元件73以可拆卸之方式安裝至第1連通管71及第2連通管72(或開關閥74)，可容易地更換連通元件73 以達成對應於被加熱物之特性等之流體流量及流速。
可採用各種方法使連通元件73對第1連通管71及第2連通管72(或開關閥74)成為可拆卸。例如：可藉由O型環將連通元件73之兩端部73、73b與第1連通管71及第二連通管72密封。亦可於連通元件73之兩端部73、73b及第1連通管71及第2連通管72之另一端設置以螺栓固定之構造。
流體噴出流道6中一對側壁63之開角，亦即，中心流體噴出口2之開口角度α(參照第2圖)並無特別限定，只要考慮所需的火焰之開角同時設定即可。然而，就安定的產生流體之噴出方向的振動、實現均勻加熱之觀點而言，以90°以下為佳。
又，在第2圖中，連通部雖具備3個連接元件73a、73b、73C，惟並非限定於此。例如連接元件73可具備1~2個，連接元件73亦可具備4個以上。
此外，本實施型態之燃燒器1，係以能夠分別控制從中心流體噴出口2噴出的中心流體(燃料氣體G1)之噴出量、以及從周圍流體噴出口3噴出的周圍流體(富氧化空氣G1)之噴出量者為佳。例如可在連接各噴出口以供應各種流體的管路設置流量控制裝置。
如第1圖所示，在中心流體噴出口2之周圍，周圍流體噴出口3係以圍繞著該中心流體噴出口2之方式配置者。
圖未示出之周圍流體供給管路係連接至周圍流體噴出 口3，藉由導入富氧化空氣G2，構成作為噴出氣體之開口部(噴嘴)。
於此，本實施型態中說明之「周圍流體噴出口3係配置於中心流體噴出口2之周圍」係意指：周圍流體噴出口3係以圍繞著中心流體噴出口2之方式配置、且中心流體噴出口2與周圍流體噴出口3係配置於彼此鄰接的位置。
藉由配置周圍流體噴出口3於中心流體噴出口2之周圍，可從與燃料氣體G1之噴出位置鄰接的位置噴出富氧化空氣G2。
於本實施型態之富氧化燃燒器1中，由於周圍流體噴出口3係以圍繞著中心流體噴出口2周圍之方式配置，因此可有效的將從中心流體噴出口2噴出的中心流體(燃料氣體G1)與從周圍流體噴出口3噴出的周邊流體(富氧化空氣G2)混合。此外，由於從周圍流體噴出口3噴出的周邊流體係向著火焰之外側方向，從而擴大還原區域並提高形成火焰之際的燃燒效率。
以圍繞著中心流體噴出口2之周圍般配置的周圍流體噴出口3之形狀可為矩形或圓形。此外，周圍流體噴出口3亦可係以圍繞著中心流體噴出口2之周圍般配置的複數之開口部(孔)。
[燃燒器之燃燒方法]
其次說明上述本實施型態之富氧化燃燒器1的燃燒方法。
於本實施型態之燃燒器1中，藉由使從中心流體噴出口2噴出的中心流體為燃料氣體G1、使從周圍流體噴出口3噴出的周圍流體為富氧化空氣G2，而於燃料氣體G1之噴出方向形成火焰。
燃料氣體，可列舉典型的天然氣(LNG)等，惟亦可為例如重油等液體燃料。
此外，作為富氧化空氣G2，可列舉例如儘可能提高氧氣濃度之氧氣與空氣的混合氣體。代替上述空氣，例如亦可使用氮氣、二氧化碳氣體或廢氣等，將此等氣體與氧氣混合使用。此外，作為用於上述混合氣體之氧氣，可使用工業用純氧。
此外，燃燒本實施型態之燃燒器1之際，藉由自激振動使噴出方向交替且週期的變化(參照第3圖(a)、(b))，同時使燃料氣體G1從中心流體噴出口2噴出。此時，對中心流體噴出口2以週期變化之角度噴出的燃料氣體G1，以圍繞燃燒氣體G1之方式從周圍流體噴出口3噴出富氧化空氣G2(周圍流體)，助成火焰之形成。
藉由將富氧化空氣G2向著燃料氣體G1噴出，可提高燃燒效率，並有效抑制NOx的排出量。此外，藉由火焰提高傳熱效率，可均勻加熱被加熱物。
藉由上述自激振動之燃料氣體G1的噴出方向的切換週期(振動週期t)並無特別限定。即使在遠離燃燒器之中心軸的位置，只要於可以優異的傳熱效率均勻加熱的範圍內適宜設定即可。作為獲得該等效果之振動週期t 係如後所述般，以設定振動週期t=30秒以下為佳。
本實施型態之富氧化燃燒器1係藉由自激振動使火焰振動的燃燒器，由於具備上述連通部7，因此可任意變更/控制從中心流體噴出口2噴出的流體之振動週期t。據此，富氧化燃燒器1運行時，可以簡單的切換操作改變燃燒特性，且可以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
<使用富氧化燃燒器之加熱方法>
本發明之加熱方法，係使用上述富氧化燃燒器1，在流體噴出流道6之擴張方向使從中心流體噴出口2噴出的流體自激振動的同時，加熱例如饋料槽等之被加熱物的方法。
由於本發明之加熱方法係使用上述富氧化燃燒器1加熱被加熱物之方法，因此係在藉由以自激振動進行振動的火焰加熱被加熱物之際，可將從中心流體噴出口2噴出的流體之自激振動變更為任意的振動週期t，同時可以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
於本發明之加熱方法中的被加熱物並無特別限定。作為一實施型態，可列舉被用於上述製鋼製程中接受生鐵的盛鋼桶或饋料槽(未圖示)等。
本實施型態之加熱方法係使用上述燃燒器1加熱盛鋼桶或饋料槽等被加熱物之方法，可任意變更/控制從中心流體噴出口2噴出的流體的振動週期t。據此，於燃燒器1運行時，可以簡單的切換操作改變燃燒特性， 並可以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
本實施型態之加熱方法中，從中心流體噴出口2噴出的流體之自激振動的週期(振動週期t)並無特別限定，可考慮被加熱物之特性同時適宜設定。為使可於廣泛領域內均勻加熱各種被加熱物，以振動週期t=30秒以下為佳。
作為使用本實施型態之燃燒器1之加熱方法的加熱對象(被加熱物)，並未限定於上述製鋼製程中使用的盛鋼桶或饋料槽等，例如，在加熱需要以高溫均勻加熱之各種被加熱物時，可無任何限制地適用。
<作用效果>
如上述說明，本實施型態之富氧化燃燒器1具備：中心流體噴出口2及配置於其周圍的周圍流體噴出口3，成為上述中心流體噴出口2之流體噴出流道6的側壁設置有一對開口部62a、62b，該一對開口部62a、62b係藉由連通部7連通，該連通部7具備：第1連通管71及第2連通管72，其各自之一端部71a、72a係連接於一對開口部62a、62b；及至少一個以上的管狀連通元件73，係連接於第1連通管71及第2連通管72之另一端部71b、72b，並使第1連通管71及第2連通管72連通。
據此，於以自激振動使火焰振動之富氧化燃燒器1中，由於連通一對開口部62a、62b之連通部7具備與第1連通管71及第2連通管72連通的連通元件73，因此可以簡便的構成及簡單的操作變更/控制為任意的振動週期。因此， 在富氧化燃燒器1運行時，可以簡單的切換操作改變燃燒特性，並可以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
此外，由於具備上述中心流體噴出口2及周圍流體噴出口3，可向著燃料氣體G1噴出富氧化空氣G2。據此，可提升燃燒效率，並可有效抑制NOx的排出量。
此外，使用本實施型態之富氧化燃燒器1的加熱方法，由於係使用上述富氧化燃燒器1的加熱方法，因此與富氧化燃燒器1相同，可依據需要以簡單的操作變更藉由自激振動之火焰之振動週期t，同時可以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物。
[實施例]
以下使用實施例更詳細說明本發明之富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法。然而，本發明並未限定於以下實施例，其可在不變更其要點之範圍內適宜變更及實施。
<燃燒器之規格及運行條件>
本實施例中，如第1圖~第3圖所示般，準備自激振動方式之富氧化燃燒器1，其具有：第1連通管71及第2連通管72，其各自之一端部71a、72a係連接於一對開口部62a、62b；及3個連通元件73a、73b、73C，係連接於第1連通管71及第2連通管72之另一端部71b、72b，以與第1連通管71及第2連通管72連通之方式設置者，並以下述條件進行燃燒/加熱試驗。
此外，如第2圖中所示，在本實施例中，燃燒器1之 中心流體噴出口2的開口角度α為30°。
此外，在本實施例中，使用丙烷氣體作為燃料氣體G1，同時使用富氧化率為40%之氣體作為富氧化空氣G2。於中心流體噴出口2流出燃料氣體G1，於周圍流體噴出口3流出富氧化空氣G2，以形成火焰。
本實施例中之燃燒器運行條件，係將燃料氣體(丙烷氣體)之流量設為13Nm3/h，將富氧化空氣之流量設為170Nm3/h，並以氧比率為1.05使其燃燒。該氧比率係意指將燃料氣體完全燃燒所需的氧量設為1時的氧氣比率。
此外，在本實施例中，藉由於未圖示之試驗爐內使燃燒器1燃燒、並在燃燒中切換連接元件73，藉由中心流體噴出口2中的自激振動改變燃料氣體之振動週期t，並在達到穩定狀態後，對以下各實施例中說明之各評價項目實施測定。
此外，在本實施例中，亦評價了藉由切換以下說明之連接元件73以變更振動週期t的可能性。於此，流體噴出流道6之等效直徑D設定為10mm，燃料氣體之吹出速度U設定為40m/s。
<實施例1及2>
在實施例1及2中，以自激振動使富氧化燃燒器1燃燒之際，使用熱電偶評價在切換連接元件73以改變振動週期t時之燃燒爐內的溫度分佈。
第4圖(a)、(b)係顯示在實施例1及2中燃燒器1與熱電偶之位置關係的概略圖。
在本實施例中，如第4圖(b)所示，在距燃燒器1之先端面500mm前方，如第4圖(a)所示，在距燃燒器1之高度方向的中心軸300mm下側之位置，沿著流體噴出流道6之擴張方向配列有複數個熱電偶。
此外，在實施例1及2中，使用設定為下述第1表所示之連接元件長度len、1/St(St：振動數)的連接元件C1、C2進行評價。
如上所述，連接元件長度len與1/St之關係是由式{len=k‧1/St(k：比例定數)}及式{1/St=D/(t‧U)(t：振動週期)}表示。據此，本實施例係藉由預定流體噴出流道6之直徑或等效直徑D及中心流體噴出速度U，並使用與下述第1表所示之連接元件長度len不同的連接元件，改變振動週期t。
在本實施例中，第4圖(a)、(b)所示之試驗裝置中，以各個熱電偶測定發生自激振動燃燒後達成穩定狀態時之溫度。
從燃燒器1之距激振動方向的中心軸之距離，亦即， 將未自動振動時之氣體的噴出方向作為「距燃燒器之中心軸的距離為0(mm)」，自動振動之際的氣體噴出方向之振幅與爐內溫度之關係，亦即，將熱電偶之位置與爐內溫度之關係作為表示爐內之溫度分佈的數據，表示於第5圖之圖形中。
第5圖之圖形顯示實施例1係振動週期t=0.1秒(參照第1表)中之測定結果，而實施例2係振動週期t=1秒(參照第1表)中之測定結果。如第5圖所示，可理解與實施例2相比，振動週期t較短之實施例1的溫度分佈較為平坦(均一)。
依據實施例1及2之評價結果，可藉由變更連接元件73之長度切換振動週期t，又，可藉由改變振動週期t變更溫度分佈，亦即，確認可變更加熱特性。
藉由使用依據實施例之富氧化燃燒器，顯然在燃燒器運行中切換連接元件以改變振動週期t，可獲得任意之燃燒狀態。
<實施例3及4>
在實施例3及4中，於以自激振動使其燃燒運行之富氧化燃燒器中，對於火焰長度的變化及伴隨之傳熱特性之變化進行評價。
第6圖(a)、(b)係顯示實施例3及4中燃燒器1與熱電偶之位置關係的概略圖。
如第6圖(a)所示，在燃燒器1之高度方向距中心軸300mm下側之位置，沿著從中央流體噴出口2之燃燒氣體 的噴出方向，亦即火焰之形成方向，配置有複數個散熱體。
在本實施例中，於第6圖(a)、(b)所示之試驗裝置中使其發生自激振動燃燒，並於穩定狀態中測定散熱體之傳熱效率。於此之際，散熱體之溫度係藉由使用未圖示之熱電偶測定表面溫度而確認。
然後，在該試驗中，將從燃燒器1之端面至散熱體的距離與傳熱量之關係作為表示爐內之傳熱量分佈的數據，表示於第7圖之圖形中。
第7圖之圖形顯示，實施例3係在與實施例1相同的振動週期t=0.1秒(參照第1表)中之測定結果，而實施例4係在與實施例2相同的振動週期t=1秒中之測定結果(有關實施例3之連接元件長度len、1/St及振動週期t，參照第1表中之連接元件C3)。
如第7圖所示，可知與實施例3相比，振動週期t較長之實施例4係藉由促進緩慢燃燒並強化輻射傳熱以提高傳熱效率。此外，可知在實施例4中，火焰長度延長，且即使係在更遠離燃燒器1之端面，亦可獲得高傳熱量分佈。
<實施例5>
在實施例5中，除了第8圖之圖形所示的以複數個週期(0.1秒、0.5秒、1秒、5秒)改變振動週期t之點外，以與實施例1相同的條件，進行伴隨使用燃燒器1之自激振動的燃燒試驗，並對於NOx之排出特性進行評價。
第8圖之圖形顯示本實施例中振動週期t與NOx排出 量之關係。
如第8圖所示，在實施例5中，確認隨著振動週期t變長，NOx排出量有減低之傾向。認為這是因為燃燒氣體與富氧化空氣彼此變得有些難以混合而形成緩慢燃燒狀態，並藉由形成還原領域以抑制NOx之生成量。
依據上述說明之實施例的結果，可知依據本實施例之富氧化燃燒器，可以簡便的構成及簡單的操作變更/控制為任意之振動週期。此外，可知在燃燒器運行時，可以簡單的切換操作變化燃燒特性。再者，亦可知能夠以優異的傳熱效率均勻加熱被加熱物，同時可有效抑制NOx之排出量。
[產業上之利用可能性]
本發明之富氧化燃燒器及使用富氧化燃燒器之加熱方法，除了較佳選用於預備加熱在製造生鐵及製鋼製程中作為熔鐵或熔鋼之儲存/搬送手段的饋料槽等之外，亦非常適用於使用燃燒器加熱被加熱物之各種用途中。

Claims (7)

  1. 一種富氧化燃燒器，係從各個設置在先端部之複數個流體噴出口噴出富氧空氣或燃料氣體之至少一者，並使彼等燃燒之富氧化燃燒器，其中，前述複數個流體噴出口具備中心流體噴出口及周圍流體噴出口，於前述中心流體噴出口之流體噴出流道的側壁，在分別對向之位置設置有一對開口部，該一對開口部彼此係藉由連通部連通，前述流體噴出流道中，較前述開口部下游側的一對側壁之間隔係向下游側逐漸擴開，前述周圍流體噴出口係配置於前述中心流體噴出口之周圍，前述連通部具有：其一端部分別連接於前述一對開口部之第1連通管及第2連通管；及連接於前述第1連通管及前述第2連通管之另一端部並將該第1連通管及第2連通管連通之至少一個以上的連通元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之富氧化燃燒器，其中，前述連接元件係以並列方式複數設置於前述第1連通管與前述第2連通管之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之富氧化燃燒器，其中，前述複數連接元件之內徑及長度之至少一者分別互異。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之富氧 化燃燒器，其中，前述第1連通管及前述第2連通管以可拆卸方式與前述連通元件連接。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之富氧化燃燒器，其中，前述連通部進一步具有設置於前述第1連通管及前述第2連通管與前述連通元件之間的開關閥。
  6. 一種使用富氧化燃燒器之加熱方法，係使用申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之富氧化燃燒器，使從前述中心流體噴出口噴出之流體於前述流體噴出流道之擴張方向進行自激振動，同時加熱前述被加熱物。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之使用富氧化燃燒器之加熱方法，其中，從前述中心流體噴出口噴出之流體之自激振動的週期係30秒以下。
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