TWI304872B - Compact low nox gas burner apparatus and methods - Google Patents

Description

1304872 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可燃燒燃料氣體-空氣混合物使 產生含低量氮氧化物排放氣體（flue gases)之氣體燃燒 設備與方法。 【先前技術】 因政府主管機關對於排放至大氣的排放氣體中所容 之氣體污染物含量，舉例言之，氮氧化物（NOx)的排放 準曰趨嚴格，故已出現數種可用於產生較低量氮氧化物 其他污染氣體量的改良氣體燃燒設備設計。舉例言之， 有方法與設備可使所有空氣與部分燃料於第一區中燃燒 剩餘燃料則在第二區中燃燒。這種階段化提供燃料的方 中，第一區中的過量空氣係作為稀釋劑，可降低燃燒氣 的溫度，進而減低氮氧化物的形成。其他方法與設備則 使排放氣體與燃料氣體與/或燃料氣體-空氣混合物混合 稀釋混合物並降低其燃燒溫度與氮氧化物的形成量。 當該先前技藝中產生含低量氮氧化物排放氣體的方 與燃燒氣設備已能達到程度不一之目標時，燃燒燃料氣 之氣體燃燒器設備與方法，在發展簡單具經濟效益，與 生更低量氮氧化物排放氣體的燃燒器設備等方面上仍有 展空間。此外，直到目前為止，該燃燒器設備於使用該 法時，一般均會產生大與長的火焰，並具有低燃氣調節t! 因此，有需要改良燃燒器設備與方法，以產生含低 其 器 許 標 或 已 法 體 是 以 法 體 產 發 方 i 。 量 5 1304872 心9曰If 氮氧化物排放氣體，且燃燒器設備需為小型、具有短的火 焰長度與高燃氣調節比。 【發明内容】 本發明為關於小型、產生低量氮氧化物排放氣體之燃 燒器裝置與方法，可符合上述需求且克服先前技藝的缺 失。也就是說本發明為提供改良的氣體燃燒器裝置與方 法，使排放燃料與空氣混合物進入燃燒爐空間並於其中燃 燒，並形成含低量氮氧化物的排放氣體。此外，關於本發 明的小型燃燒器裝置較大部分先前技藝中的燃燒器裝置為 小，具高燃氣調節比且可產生短火焰長度。 關於本發明的小型氣體燃燒器裝置基本上至少包含一 座（housing)，該座具有一連接至燃燒爐空間的開口端與連 接於該座且用於導引具控制流速的空氣進入該座的構件。 耐火燃燒器牆磚連接於座開口端，該座内至少包含形成於 其中的開口以使空氣由座進入燃燒爐空間。燃燒器牆磚包 含環繞開口，延伸進入燃燒爐空間的牆，並於該牆内與上 方形成混合區域。牆外部為數個連接其上以輻射狀方式配 置的擋板，將牆區分為具不同或相同高度，以相同或不同 角度向開口傾斜之交替區域。該部份或全部區域，較佳為 每一相間交替區域，具有形成於其中的通道以由區域外部 導引主要燃料氣體至内部。與燃料氣體源連接之主要燃料 氣體喷嘴，可選擇性的配置於燃燒器牆磚與開口以使額外 的主要燃料氣體與流經燃燒器牆磚之空氣彼此混合。一或 6

1304872 更多燃料氣體噴嘴，較佳為每一外部傾斜牆區域具有一 個，與燃料氣體源連接且配置於燃燒器牆之外，以於一或 更多區域鄰近處排出第二燃料氣體。一或更多燃料氣體喷 嘴，較佳為每兩個中之一，亦可用以排出主要燃料氣體與 排放氣體進入或通過主要燃料氣體通道，藉此第二燃料氣 體與排放氣體於燃燒爐空間混合，之後第二燃燒氣體與排 放氣體形成之混合物與未燃燒空氣，主要燃料氣體與流經 燃燒器牆磚與開口之排放氣體形成最終混合物，並於燃燒 爐空間中以摺疊狀火焰模式燃燒。 藉由本發明之改良方法，燃料氣體與空氣混合物排放 至燃燒爐空間，並於其中以摺疊狀火焰模式燃燒，且所形 成之排放氣體僅含低量氮氧化物。本發明之方法基本上至 少包含排放空氣到混合區，該混合區係位於牆内與鄰近區 域，該牆係延伸到燃燒爐空間内，且牆外部為數個連接其 上，以輻射狀方式配置的擋板分為數交替區域。各交替區 域區具不同或相同高度，且向開口以相同或不同角度傾斜 之交替區域。該一或更多的區域，較佳為每一相間交替區 域，具有形成於其中的通道以由區域外部導引主要燃料氣 體與排放氣體混合物至牆内部。燃料氣體主要部分由位於 牆外與鄰近於一或更多上述有通道形成於其中之牆區域位 置處排放，所以燃料氣體的主要部分與排放氣體在燃燒爐 空間混合，且形成之主要燃料氣體-排放氣體混合物藉一或 更多通道流入牆内混合區域，以形成主要燃料氣體-排放氣 體-空氣混合物而流入燃燒爐空間。同時，燃料氣體的第二 7 1304872

部分（a secondary portion)由一或更多位於牆外與一或更 多鄰近牆之位置排放，所以第二部分燃料氣體混合物於燃 燒爐空間中與排放氣體混合、且形成之第二燃料氣體-排放 氣體混合物以多道單獨氣流方式排放入主要燃料氣體-排 放氣體-空氣混合物中與主要燃料氣體-排放氣體-空氣混 合物混合以形成高度混合之燃料氣體-排放氣體-空氣混合 物，並以摺疊狀火焰模式燃燒。 本發明之特點、目標與優點對於本領域之相關技藝人 士，在閱讀較佳具體實施例與所附圖式後係屬顯而易見。 【實施方式】 較佳具體實施例說明 參照圖式，關於本發明之一小型、排放低氮氧化物之 燃燒器設備係以元件符號1 〇加以繪示指明。如第2圖所繪 示，燃燒器設備10為以密封方式連接於位於燃燒爐空間底 部牆之開口上部。雖氣體燃燒器設備一般如第2圖所示為 垂直安置與向上喷發火焰，但燃燒器設備亦可水平安置且 以水平或垂直向下方向喷發火焰。燃燒器設備1 0為至少包 含座14，該座14至少包含開口端16與開口端18。座14 為藉由凸緣20與多個延伸通過位於凸緣20與牆12中輔助 開口之螺栓2 2，連接於燃燒爐牆1 2。空氣流速調節設備 24被連接到座1 4之開口端1 6以調節進入座1 4之燃燒空 氣流速。燃燒爐牆1 2包含附於其上的絕緣材料内層26， 且座14之開口端18包含連接其上由耐火與耐熱難燃材料 8 1304872 %u 月 9修正 補充 形成的燃燒器牆磚28。如第2圖所繪示，連接於燃燒爐牆 12的絕緣材料内層26與燃燒器牆磚28的基座部分30上 表面，形成燃燒爐空間，於其中可供燃燒器設備1 0排出的 燃料氣體與空氣進行燃燒。燃燒器牆磚2 8具有形成於基座 部分3 0之中心開口 3 2，經由此排出之空氣藉由空氣調節 設備24導入座14。燃燒器牆磚28尚包含圍繞開口 32與 延伸進入燃燒爐空間的牆部分3 4。燃燒器牆磚2 8，牆部分 3 4之内部、燃燒器牆磚2 8中基座部分3 0的中心開口與座 14可為數種形狀，舉例言之，圓形、四方形、正方形、三 角形、多邊形或其他形狀。但燃燒器設備1 〇較佳為包含有 至少包含圓形開口 3 2與圓形牆部分之圓形燃燒器牆磚 2 8。座1 4較佳包含圓形開口 1 8且座較佳為圓柱狀。但座 亦可包含四方形開口 18與包含四方形或三角形側邊15。 在第2圖之較佳具體實施例中，燃燒器牆磚2 8之開口 3 2 較牆3 4内側面3 3為小，故牆磚2 8中可包含突出部分3 5 以作為火焰穩定表面。 參照第1圖為繪示燃燒器牆磚2 8與位於該處之牆3 4 的透視圖。如第2圖所繪示牆3 4的内部最佳為垂直。牆 3 4的牆外部為數個連接其上，以輻射狀配置的擋板4 0分 為數個彼此交替的區域。該些交替區域分成具有不同或相 同高度，且向開口 3 2以相同或不同角度傾斜。如圖所示， 較佳為該交替區域具有不同高度與不同傾斜角度。 參照第4圖，於較佳具體實施例中，區域3 6與區域 3 8相較，具較低高度與較大朝向開口 3 2之傾斜角度。如 9

1304872 第1 -4圖所繪示，擋板4 0間的區域3 6與3 8為交錯環繞配 置於牆部分34，在圖示之具體實施例中，有各4個36、38 區域。但根據燃燒器的尺寸，可以更多或更少區域，只要 為偶數即可，例如4、6、8 ' 10等。 交替區域36高度範圍為約0英吋-16英吋且以約0度 到約9 0度的角度朝向開口 3 2傾斜。交替區域3 8可與交替 區域3 6具相同或相異高度，範圍為約2英吋到約1 6英吋， 並以範圍在0度到60度的相同或相異角度朝向開口 32傾 斜。交替區域3 6較佳為其高度為約0英吋-1 6英吋且以約 0度到約9 0度的角度傾斜，交替區域3 8可與交替區域3 6 具相同或相異高度，範圍為約2英吋到約1 6英吋，並以範 圍為0度到60度的不同角度傾斜。如第2-4圖所示，每一 區域36包含一通道42，由牆34外部延伸到内部，燃料氣 體藉此與下述排放氣體混合。 在交替區域36與38的較佳配置中，交替區域的第一 區其高度為約5英吋到約1 0英吋，以傾斜角度約10度到 約30度的角度朝向開口傾斜，第二交替區域有與第一交替 區域相同或相異的高度，其範圍為約6 -1 2英吋，並以約 5 · 1 5度之相同或相異的傾斜角度朝向開口傾斜。 在本較佳具體實施例中，第一交替區域的高度為約7 英吋且以約20度角度朝向開口傾斜，第二交替區域高度為 約9英吋且以約1 0度朝向開口傾斜。 如第1與第2圖所繪示，一中央主要燃料氣體喷嘴44 可選擇性置放於之開口 3 2靠近燃燒器牆磚2 8底部處。使 10

1304872 用時，喷嘴44以通道46與燃料氣體歧管48連接。通道 46係以連接管50與歧管48連接，而與歧管48連接的通 道5 2則係與加壓燃料氣體源連接。如第2、3圖所示，文 氏管37可選擇性置於噴嘴44周邊與上方，故燃料氣體與 空氣的燃料氣體混合物可於文氏管内部與上方混合與燃 燒。此外，該燃燒器1 4可選擇性包含多個噴嘴44與文氏 管37來代替單一噴嘴44與文氏管37。 如第2或3圖之最佳繪示，鄰近牆34之區域36與38 底部之燃燒器牆磚2 8表面3 0上以彼此相隔一段距離方式 配置了數個第二燃料氣體排出喷嘴54。噴嘴54配置在區 域36與38與燃燒器牆磚28底部分30表面交會處附近。 噴嘴54與燃料氣體通道56(第2圖）連接，該通道係以連 接管58與燃料氣體歧管48連接。鄰近於區域38之喷嘴 54内包含燃料氣體排出開口，藉此第二燃料氣體為以扇形 的形式以近乎平行、鄰近區域38外表面之方向排出。鄰近 於區域36之喷嘴54内包含燃料氣體排出開口 ，藉此第二 燃料氣體係以扇形近乎平行、鄰近區域36外表面之方向排 出。隨著第二燃料氣體由喷嘴5 4排出並流經區域3 6與3 8 的表面時，燃燒爐空間中位於燃燒器牆磚2 8外的燃料氣體 可與第二燃料氣體混合。 如第3圖繪示，區域36的通道42為位於喷嘴54旁。 除了用於排出與區域36表面平行之第二燃料氣體的燃料 氣體排出開口，鄰近於區域3 6之燃料氣體噴嘴與形成於其 中的通道42還包含主要燃料氣體開口，用以將主要燃料氣 11

1304872 體排入開口 3 2内部與燃燒器牆磚2 8之牆3 4内部。因為主 要燃料氣體喷射氣流流經開口 42，燃燒器牆磚28外的燃 燒爐空間排放氣體會被吸入並與主要燃料氣體一同流入開 口 3 2與燃燒器牆磚2 8的牆3 4内部。 雖然用以供主要燃料氣體喷射氣流與排放氣體流過之 通道4 2，較佳係如上述以每相隔一區域方式設置，可了解 的是也可將一或更多用以供主要燃料氣體喷射氣流與排放 氣體流經之通道42，用於燃燒氣牆磚28之牆34中。

除了用以界定出區域36與38外，擋板的用途為可將 第二燃料氣體與排放氣體分為數道單獨的氣流，進入由燃 燒器牆磚2 8之牆3 4流出之主要燃料氣體-排放氣體-空氣 混合物中且充分混合。在牆3 4中形成之主要燃料氣體-排 放氣體-空氣混合物會在牆3 4中被燃燒，之後流出牆3 4。 如第5圖所繪示，第二燃料氣體-排放氣體流與主要燃料氣 體-排放氣體-空氣混合物間的碰撞會製造多個U形或摺疊 狀火焰。

如相關技藝人士所熟知，在燃燒過程中，產生氮氧化 物基本反應機構之一為熱氮氧化物，換言之，火焰溫度越 高，越多的氮氧化物會被製造出來，本發明中的燃燒裝置， 如第5圖所繪示，複數道摺疊狀火焰60可使燃燒氣體在與 空氣混合前或之中快速與排放氣體混合，以降低氮氧化物 的產量。摺疊狀與迴旋狀火焰6 0中增加的表面積可使排放 氣體與火焰更有效率混合，且在摺疊狀火焰間存在的火焰 減弱處6 2可使排放氣體更可於火焰間穿透且與此混合，這 12

1304872 些特色可到產生相當低的氮氧化物產量。 在燃燒器裝置1 0運作時，燃料氣體被引導入連接 燒器1 0之燃燒爐空間，並於此以可達到所需釋出熱量 速進行燃燒。空氣亦被引導入燃燒器座1 4，並以空氣 式流入燃燒爐空間。導入燃燒爐空間之空氣流速範圍 形成空氣與燃燒氣體計量混合物時所需空氣流速 0%-1 0 0%。較佳空氣流速為比計量流速高約1 5 %。以 方式表示，即排入燃燒爐空間的燃燒氣體與空氣混合 約0-100%的過量空氣。如第2圖所示，流經座14並 燃燒器牆磚2 8之開口 3 2的空氣柱，之後流入於牆3 4 部與上部形成之混合區。在混合區中，空氣藉通道42 近於通道42之燃料氣體噴嘴54或選擇性地藉由燃料 喷嘴44，而與排入混合區的主要燃料氣體與排放氣 合。最後形成之含大量過剩空氣的主要燃料氣體-排放 -空氣混合物於燃燒器牆磚2 8上部與附近或内部燃燒 所形成之排放氣體，因為過量空氣與排放氣體會稀釋 氣體，因此僅含低量氮氧化物。 第二燃料氣體藉喷嘴54係以平行於區域3 6與3 8 之方向排出，並與環繞燃燒器牆磚2 8的排放氣體混合 終所得之第二燃料氣體-排放氣體混合物以複數道單 流形式排入流經牆 3 4内部的主要燃料氣體-空氣混 中，形成摺疊狀火焰模式並與該主要燃料氣體-空氣混 混合，以形成高度混合之燃料氣體-排放氣體-空氣 物。燃料氣體-排放氣體-空氣混合物於燃燒爐空間中 有燃 的流 柱形 為較 而出 其他 物含 穿過 之内 與鄰 氣體 體混 氣體 ，且 燃料 表面 .。最 獨氣 合物 合物 混合 之多 13

1304872 道摺疊狀火焰中燃燒，因為排放氣體為相對來說較冷之 量空氣或排放氣體所稀釋，故會形成含少量氮氧化物之 放氣體。 雖然第二燃燒氣體較佳為以鄰近於所有區域3 6 ' 表面的該些喷嘴44排出時，但需知第二燃燒氣體亦可由 或更多鄰近於一或更多區域36、38之喷嘴44排出。 本發明係關於排放一由燃料氣體與空氣組成之混合 進入燃燒爐空間，於其中該混合物係以摺疊狀火焰模式 燒，且形成之排放氣體具低量氮氧化物含量，本發明方 至少包含下列步驟： (a) 排放該空氣進入一牆内部且與該牆相鄰之 混合區中，該牆延伸到燃燒爐空間内且具有 外部，該外部為數個連接於其上並以輻射狀 式配置的多個擋板分成為數個交替區域，該 交替區域具有相同或不同高度，且以相同或 同角度朝向該開口傾斜，且一或更多該交替 域具有一通道形成於其中，用以導引一主要 料氣體與排放氣體混合物從該區域外部至 牆内部； (b) 由該牆外與鄰近該具有通道形成於其中之 或更多牆區域之位置處排出該燃料氣體之 主要部分，使得該燃料氣體之一主要部分可 燃燒爐空間之排放氣體混合，所得之主要燃 氣體-排放氣體混合物藉由該通道而流入該 過 排 38 物 燃 法 方 些 不 區 燃 該 與 料 牆 14 1304872 洳修正 年月曰‘> 補无 内之該混合區内，以形成一由主要燃料氣體-排放氣體空氣組成之混合物而流入燃燒爐空 間1且 (C) 由一或更多位於牆外與鄰近一或更多牆區域 的位置處排出該燃料氣體的一第二部分（a secondary portion of the fuel gas)，戶斤以該燃 料氣體的第二部分與排放氣體可於燃燒爐空 間内混合，所形成之第二燃料氣體-排放氣體 混合物以多個成輻射狀配置之擋板形成一或 更多單獨的氣流排入該主要燃料氣體-排放氣 體-空氣混合物中，並與該主要燃料氣體-排放 氣體-空氣混合物混合形成一高度混合的主要 燃料氣體-排放氣體-空氣混合物，並以摺疊狀 火焰模式燃燒。 上述方法亦可包含選擇性步驟，其係引入一部分 的主要燃料氣體進入位於燃燒器牆磚内的混合區，使 主要燃料氣體與空氣於其中混合。 根據（b)步驟，被排入燃燒爐空間中之燃料氣體、 排放氣體與空氣，可包含约 0%至約1 00%的過量空 氣。根據步驟（b)所使用之該燃料氣體的主要部分，為 排入燃燒爐空間的總燃料氣體體積的約 2 % - 4 0 %，而 根據步驟（c)使用的該燃料氣體之第二部分，為排入燃 燒爐空間的總燃料氣體體積的60%-98%。 本發明另一方法係用以排放一由燃料氣體與空氣組成 15

1304872 之混合物進入一燃燒爐空間，該混合物係以摺疊狀火焰模 式於該燃燒爐空間内燃燒，且形成之排放氣體具低量氮氧 化物含量，該方法至少包含下列步驟： (a) 將一柱空氣排放入該燃燒爐空間中； (b) 由該燃燒爐空間排出該已與排放氣體混合之燃料氣 體的一第一部份進入該柱空氣内； (c) 由該燃燒爐空間中，以環繞該柱相隔一段空間距離的 多個位置處，以數道單獨氣流方式排出該已與排放氣 體混合之燃料氣體的一第二部份，進入該柱内含該已 與排放氣體混合之燃料氣體的一第一部份之空氣柱 内，該些單獨的氣流以輻射排列方式進入該柱内並與 該燃料氣體之第一部份一起以被該排放氣體及空氣 環繞且混合之摺疊狀火焰模式於其中燃燒。 本發明之另一方法係關於排放一由燃料氣體與空氣組 成之混合物進入燃燒爐空間，該混合物係以摺疊狀火焰模 式於該燃燒爐空間内燃燒，且形成之排放氣體具低量氮氧 化物含量，該方法至少包含下列步驟： (a) 將該空氣排放入該燃燒爐空間； (b) 由該燃燒爐空間將該已與排放氣體混合之燃料氣體 以2或多個單獨之氣流方式排放到該空氣中，並以被 該排放氣體及空氣環繞且混合之摺疊狀火焰模式於 其中燃燒。 為了更進一步描述本發明，以下實施例為描述本發 之操作與方法。 16

1304872 實施例1 燃燒氣設備 1 0設計為藉於燃燒爐空間燃燒卡路里值 為9 1 3 (英國熱量單位/標準立方英呎）之天然氣，每小時可 釋放8000000英國熱量單位之熱量。加壓燃料氣體以33(磅 /平方英吋）的壓力與以約8 7 6 5 (標準立方英呎/小時）的流速 進入燃燒器1 0歧管4 8。燃料氣體中體積百分比2 0 % (1 7 5 3 標準立方英呎/小時）係作為主要燃料氣體並以燃料氣體排 出喷嘴44與位於燃燒器牆磚28之牆40中開口 42附近之 燃料氣體排出喷嘴54排入開口 32與燃燒器牆磚28之牆 3 4。剩餘的燃料氣體部分，換言之，第二部分（7 0 1 2標準 立方英呎/小時）與燃料氣體混合以喷嘴54以單獨的燃料 氣體流排入燃燒爐空間。 藉由空氣調節設備24、座1 4與燃燒器牆磚2 8引入燃 燒爐空間的空氣速率，與相對於總燃料氣體速率之計量空 氣速率相較，至少多1 5 %。主要燃料氣體-排放氣體空氣混 合物於通道4 2附近與燃燒器牆磚3 4上部開始燃燒。燃料 氣體-排放氣體混合物係以不同角度排入燃燒器牆磚之牆 34上部的部分燃燒燃料氣體-空氣-排放氣體混合物中，並 與由燃燒爐空間排放進入之燃料氣體-排放氣體與過量空 氣充分混合，並於燃燒器牆磚上方以具摺疊狀火焰模式之 短火焰中燃燒。因為以排放氣體、過量空氣稀釋主要與第 二燃料氣體且將燃料氣體-空氣-排放氣體混合物充分混 合，故燃燒器含有高燃氣調節比率並產生相當低量氮氧化 17 1304872

物排放。最後，燃燒器設備1 0具有小型尺寸（明顯較其他 低氮氧化物燃燒器遠小）且可以簡易的裝置於現存燃燒爐 中 〇 實施例2 為了觀察燃燒器設備1 〇如實施例1操作時所產生的火 焰型態，故使用電腦模擬程式加以模擬。該軟體係由位於 Lebanon, New Hampshire 之 Fluent Inc 取得。燃燒器的設 計在模擬軟體中以三度立體空間中重新架構，該架構包含 所有重要特徵，舉例言之，牆磚琢面、燃料氣體風門鑽孔、 火焰台座牆磚突出部分與完整空氣夾層安排。 用來測試的燃燒爐三度空間架構準備好後，除了空氣 是從旁邊而非底部進入，係以如同實施例1中使用的測試 燃燒器與燃燒爐，將燃燒爐模組加入燃燒氣模組中。燃燒 器模組中的流體使用有限體積法與邊界條件，舉例言之位 於燃料模組進口之燃料壓力、流速等等，分為數個小體積。 軟體之後可以經由反覆計算所有小體積中燃燒與流體參 數，以計算與預測流體形式、燃燒反應與最終火焰形式。 計算係以反覆進行直到預測誤差縮小到可接受程度之 後輸出（每一體積的數值表）輸入繪圖軟體中產生於所需高 度上火焰平面靜態溫度分布。該高度分布圖形繪示於第5 圖。 如第5圖所繪示，火焰型態為包含8個，於其間具有 減弱處62之摺疊狀火焰60，其位置相當於燃燒器牆磚之8 18

1304872 個36與38區塊。中央火焰64為由燃料氣體喷嘴44排出 的燃料燃燒產生。 如上所述，分離摺疊狀火焰6 0可使燃料氣體在與空氣 燃燒前快速與排放氣體混合，故可降低火焰溫度與產生低 量氮氧化物。摺疊狀火焰6 0表面積增加與於摺疊狀間存在 的減弱處可使排放氣體穿透火焰並與以往相較能以較大程 度混合。故排放氣體中排放到大氣中的氮氧化物即相當低。 因此本發明具實現本發明目標並達到所欲達到之優 點。本發明之數種變化在可為本技術領域熟習技藝之人士 所思及範圍内，該變化係包含於以下申請專利範圍之内。 【圖式簡單說明】 第1圖為繪示本發明中之燃燒器牆磚，包含以複數個以輻 射狀方式配置之檔板將牆區分為具有不同高度與以 不同角度向開口傾斜之交替區域的透視圖。 第2圖為繪示由第1圖剖面線2-2切開，關於本發明連接 於燃燒爐牆之燃燒器設備包含第1圖所繪示之燃燒 器牆磚的側面剖面圖。 第3圖為繪示沿第2圖剖面線3 - 3切開所得之燃燒器上視 圖。 第4圖為繪示沿第3圖剖面線4-4切開所得之燃燒器牆磚 側面剖面圖。 第5圖為藉本發明之方法與燃燒器牆磚產生之摺疊式火焰 模式圖案。 19

1304872 ί 元 件代表符號簡單說明】 燃 燒 器設備1 0 牆 12 座 14 側 邊 15 開 口 端16 開 口 端18 凸 緣 20 螺 栓 22 調 Jtfr 即 設備2 4 絕 緣 材料内層2 6 燃 燒 器牆磚2 8 基 座 部分30 開 口 32 内 側 面33 牆 部 分34 突 出 部分3 5 區 域 36 文 氏 管37 區 域 38 擋 板 40 喷 嘴 44 通 道 46 歧 管 48 連 接 管 50 、 58 通 道 52 喷 嘴 54 火 焰 60 火 焰 減弱處6 2 20

Claims (1)

1304872 97. 8.14修正年月曰補充 第卞/丨？鄉號專利案竹年S月絛正，· 拾、申請專利範圍： 1. 一種具有短火焰長度、一由排放燃料氣體與空氣組成 之混合物進入可供該混合物燃燒之燃燒爐空間時具高 燃氣調節比，且所形成之排放氣體含低量氮氧化物特 徵的小型氣體燃燒器設備，該設備至少包含： 一座，其具有一連接至該燃燒爐空間之開口端；

多個構件，用以導引具控制流速之該空氣進入與其 相連接之該座内；

一連接於該座開口端之燃燒器牆磚，其具有形成於 其中可使該空氣通過之一開口，並具有一圍繞該開口 且延伸進入該燃燒爐空間之牆，該牆的外側為複數個 連接於該牆上以輻射狀方式配置之擋板，將該牆分隔 為數個交替區域，該些交替區域係彼此交替地具有不 同高度並以不同角度向該開口傾斜，且一或多個該些 交替區域係具有一主要燃料氣體通道形成於其中，用 以將主要燃料氣體由該些區域外部導引到該牆内；及 複數個燃料氣體噴嘴，其係與該燃料氣體源連接且 配置於該燃燒器牆磚之該牆外部，用以排放第二燃料 氣體至鄰近該些外側的傾斜的牆區域，且一或多個該 燃料氣體噴嘴也可排放該已與排放氣體混合之主要燃 料氣體進入且通過該主要燃料氣體通道，使得該第二 燃料氣體可與排放氣體在該燃燒爐空間内混合，該第 二燃料氣體與排放氣體所組成之混合物會與流經該燃 21 1304872 % 8.14 #iL4月日補充 燒器牆磚之該開口與該牆之未燃燒空氣、主要燃料體 與排放氣體混合，所得最終混合物係於該燃燒爐空間 内燃燒。

2. 如申請專利範圍第1項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該些連接至該燃燒器牆磚且以輻射狀方式配置之 擋板，係沿著該燃燒器牆碑之牆的軸平行的方向延 伸，使得該第二燃料氣體與排放氣體被分成複數道單 獨的氣流，其係與通過該燃燒爐牆磚之該開口與該牆 的該主要燃料氣體與未燃燒空氣混合。

3. 如申請專利範圍第 1項所述之小型氣體燃燒器設備 備，其中該些交替的牆區域的第一區域具有較低高度 並以較大角度朝向該燃燒爐牆磚之該開口傾斜，該些 交替的牆區域的第二區域則具有相同或較高高度且以 相同或較小角度朝向該燃燒爐牆磚之該開口傾斜，且 以下接續的多個交替區域之高度與傾斜角度係與該第 一與第二區域相同。 4. 如申請專利範圍第3項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該些交替的區域的第一區域高度介於約〇英吋至 約1 6英吋間且以約0度到約9 0度的角度朝向該開口 傾斜，該些交替的區域的第二區域可與該第一區域具 22 1304872

相同或相異高度，其範圍介於約2英吋到約1 6英吋 間，並以介於0度到6 0度間之相同或相異角度朝向該 開口傾斜。

5. 如申請專利範圍第3項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該些交替的區域的第一區域高度介於約5英吋到 約1 0英吋間，以傾斜角度約1 〇度到約3 0度的角度朝 向該開口傾斜，第二區域有與該第一區域相同或相異 的高度，其範圍介於約6到約1 2英吋間，並以相同或 相異之約5 -1 5度傾斜角度朝向該開口傾斜。 6. 如申請專利範圍第3項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該些交替的區域之第一區域的高度為約7英吋且 以約2 0度角度朝向該開口傾斜，第二區域高度為約9 英吋且以約1 0度朝向該開口傾斜。

7. 如申請專利範圍第3項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該通道係位於具有較低高度、且以較大角度朝向 該燃燒器牆磚之開口傾斜之該些傾斜牆區域上，該通 道的位置係可使由該燃料氣體喷嘴排出的主要燃料氣 體可與排放氣體混合後可流經該通道而進入該燃燒器 牆磚之該牆内部，並於此使該混合物與空氣混合。 23 1304872 年 S. 14修正月日補充 8. 如申請專利範圍第1項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該燃燒器牆磚、其中之該開口、與該燃燒器牆磚 該牆内部為實質上圓形、四方形、正方形、三角形、 多邊形或其他形狀。

9. 如申請專利範圍第1項所述之小型氣體燃燒器設備， 其中該座中的該開口端可為圓形、四方形、正方形、 三角形、多邊形或其他形狀，且該座亦可為圓形、四 方形、正方形、三角形、多邊形或其他形狀。 燃燒器設備， ，其係與燃料 燃燒器牆磚之 過該燃燒器牆 該燃燒爐空間

1 0.如申請專利範圍第 可選擇性地更包含 氣體源連接且位於 牆内，以混合額外 磚的空氣，之後並 内。 1項所述之小型氣體 一主要燃料氣體噴嘴 該開口之内與位於該 的主要燃料氣體與通 將該混合物排放進入 11.如申請專利範圍第10項所述之小型氣體燃燒器設 備，其可選擇性地更包含一文氏管，其係圍繞該額外 主要燃料氣體噴嘴並位於其上方。 1 2.如申請專利範圍第1項所述之小型氣體燃燒器設備， 其可選擇性地更包含一位於該燃燒器牆磚開口中的火 24 1304872

焰穩定表面。 13.如申請專利範圍第2項所述之小型氣體燃燒器設備 備，其中該第二燃料氣體與排放氣體之單獨氣流可與 該未燃燒空氣及主要燃料氣體混合，於該燃燒爐空間 中以摺疊式火焰模式燃燒，並產生具低氮氧化物含量 之排放氣體。

14. 一種具有摺疊式火焰模式、短火焰長度、用以排放由 燃料氣體與空氣組成之混合物進入用以燃燒該混合物 一燃燒爐空間時之高燃氣調節比，且所形成之排放氣 體含低量氮氧化物特徵的小型氣體燃燒器設備，該設 備至少包含：

一座，其具有一連接至該燃燒爐空間之開口端； 一空氣注入器（air register)，用以導引具控制流速 之空氣進入與其相連之該座中； 一連接於該座開口端之燃燒器牆磚，其具有形成於 其中可使該空氣通過之一開口，並具有一圍繞該開口 且延伸進入該燃燒爐空間之牆，該牆的外側被複數個 連接於該牆上以輻射狀方式配置之擋板分隔為數個具 有相同或不同高度並以相同或不同角度朝向該開口傾 斜之交替區域，該些交替區域之一第一的區域具有較 短的高度並以一較大角度朝向該開口傾斜，該些交替 25 1304872 區域之一第二牆區域具有相同或較高的高度並以一相 同或較小角度朝向該開口傾斜，接續的交替區域之高 度與角度係與該第一及第二牆區域相同，每一相間的 該些傾斜牆區域也有通道形成於其中，用以導引主要 燃料氣體及排放氣體進入該牆内部；及

複數個燃料氣體喷嘴，其係與該燃料氣體源連接且 配置於該燃燒器牆碑之該牆外部，用以排放第二燃料 氣體至鄰近該些外側的傾斜的牆區域處，藉以使得該 第二燃料氣體可與排放氣體在該燃燒爐空間内混合， 該第二燃料氣體與排放氣體所組成之混合物會與流經 該燃燒器牆磚之該開口與該牆之未燃燒空氣、主要燃 料體與排放氣體混合，並於該燃燒爐空間内燃燒，且 一部份該燃料氣體噴嘴可排放混有排放氣體之主要燃 料氣體通過該傾斜的牆區域中每一相間隔的通道而進 入該燃燒器牆磚内部，使該主要燃料氣體與排放氣體 可在該燃燒器牆磚内部與其中的空氣混合。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之小型氣體燃燒器設 備，其中連接至該燃燒器牆磚且以輻射狀方式配置之 該些擋板，係沿著與該燃燒器牆磚之軸平行的方向延 伸，使得該第二燃料氣體與排放氣體被分為複數道單 獨氣流，與通過該該燃燒爐牆磚該開口與牆之主要燃 料氣體與未燃燒空氣混合。 26 1304872

1 6.如申請專利範圍第 1 4項所述之小型氣體燃燒 備，其中該些交替的區域的第一區域高度介於約 吋-1 6英吋間且以約0度到約9 0度的角度朝向該 傾斜，該些交替的區域的第二區域可與第一區域 同或相異高度，其範圍為約2英吋到約1 6英吋間 具有相同或相異角度朝向該開口傾斜，其範圍為 度到約60度。 1 7.如申請專利範圍第 1 4項所述之小型氣體燃燒 備，其中該些交替的區域的第一區域高度介於約 吋到約1 0英吋間，以約1 0度到約3 0度的角度朝 開口傾斜，該些交替的區域的第二區域有與第一 相同或相異的高度，其範圍介於約6到約12英叫 以相同或相異約5到約1 5度的角度朝向該開口小 1 8.如申請專利範圍第1 4項所述之小型氣體燃燒 備，其中該些交替的區域的第一區域的高度為約 叶且以約20度角度朝向該開口傾斜，該些交替的 的第二區域高度為約9英吋且以約10度角朝向該 傾斜。 器設 〇英 開口 具相 ，並 約 0

器設 5英 向該 區域 ，並 ί斜。 器設 7英 區域 開口

19.如申請專利範圍第14項所述之小型氣體燃燒 器設 27 1304872 備，其中該燃燒器牆碑、其中之該開口、該燃燒器牆 磚内部可為實質上圓形、四方形、正方形、三角形、 多邊形或其他形狀。

20.如申請專利範圍第 14項所述之小型氣體燃燒器設 備，其中該座開口端可為圓形、四方形、正方形、三 角形、多邊形或其他形狀，且該座可為圓柱狀、四方 形、正方形、三角形、多邊形或其他形狀。 2 1.如申請專利範圍第1 4項所述之小型氣體燃燒器設 備，其可選擇性地更包含至少一主要燃料氣體喷嘴， 其與一配置於該開口與該燃燒器牆磚内部的一燃料氣 體源連接，該喷嘴可用於混合額外的主要燃料氣體與 流經該燃燒器牆磚之空氣，並將混合物排放進入該燃 燒爐空間内。

22.如申請專利範圍第14項所述之小型氣體燃燒器設 備，更包含一圍繞該主要燃料氣體喷嘴且位於其上方 之文氏管。 2 3 .如申請專利範圍第1 4項所述之小型氣體燃燒器設備， 其更包含一位於該燃燒器牆磚開口内的火焰穩定表 面。 28

1304872 2 4. —種用以排放由燃料氣體與空氣組成之混合物進入一 燃燒爐空間的方法，其中該混合物係以摺疊狀火焰模 式燃燒，且所形成之排放氣體具低氮氧化物含量，該 方法至少包含下列步驟：

(a) 排放該空氣進入一位於且鄰近一牆的混合區中，該 牆延伸到該燃燒爐空間内，且該牆外部被數個連接 於其上以輻射狀方式配置的擋板區分為數個交替 區域，該些交替區域具有相同或不同高度且以相同 或不同角度朝向該開口傾斜，該些交替區域之一或 多個具有一通道形成於其中，該些通道係用以由該 區域外部導引一由主要燃料氣體與排放氣體組成 的混合物至該牆内部；

(b) 由位於該牆外與鄰近該一或多個具有通道形成於 其中的牆區域之位置處排出該燃料氣體之一主要 部分，使得該燃料氣體之主要部分可與排放氣體於 該燃燒爐空間内混合，之後所形成之主要燃料氣體 -排放氣體混合物係由該通道流入該牆内混合區， 以形成主要燃料氣體-排放氣體-空氣混合物；及 (c) 由一或更多位於該牆外與鄰近於一或多個該牆區 域之位置處排出該燃料氣體的一第二部分，使得該 燃料氣體的第二部分可與排放氣體於該燃燒爐空 間内混合，所形成之該第二燃料氣體-排放氣體混 合物被一或多個該以輻射狀方式配置之擋板分成 29 1304872

一或多個單獨氣流而排入該主要燃料氣體-排放氣 體-空氣混合物中並與之混合，以形成高度混合之 燃料氣體-排放氣體-空氣混合物，並以摺疊狀火焰 模式燃燒。 25.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該步驟（b) 中被排入該燃燒爐空間之由燃料氣體、排放氣體與空氣 組成的混合物中包含約0 %至約1 〇 0 %過量空氣。

26.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該步驟（b) 中用來形成該主要燃料氣體-空氣混合物之燃料氣體的 主要部分約佔排入該燃燒爐空間内總燃料氣體體積的 約2%到約40%。

2 7.如申請專利範圍第 24項所述之方法，其中該步驟（c) 中用來形成該第二燃料氣體-排放氣體混合物之燃料氣 體的第二部分約佔排入該燃燒爐空間内的總燃料氣體 體積的約6 0 %至約9 8 %。 2 8.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該牆係由耐 火材料製成，且為該牆内具有一開口之耐火牆磚之一部 分。 30

1304872 29.如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該些交替區 域之第一區域具有較低高度並以較小角度朝向該開口 傾斜，該些交替區域之第二區域具有較高高度且以較小 角度朝向該開口傾斜，接續的該些交替區域之高度與傾 斜角度為與該第一與第二區域相同。

3 0. —種用以排放由燃料氣體與空氣組成之混合物進入一 燃燒爐空間的方法，其中該混合物係以摺疊狀火焰模 式燃燒，且所形成之排放氣體具低氮氧化物含量，該 方法至少包含下列步驟： (a) 排放一柱該空氣進入該燃燒爐空間； (b) 從該燃燒爐空間中排出已混有排放氣體之該燃料 氣體的一第一部份進入該柱空氣内；

(c) 由該燃燒爐空間中環繞該柱空氣的多處位置以多 道單獨的氣流方式排放出已混有排放氣體之該燃 料氣體的一第二部分進入内含已混有排放氣體之 燃料氣體第一部份的該柱空氣内，該些多道單獨 氣流以輻射狀方式進入内含已混有排放氣體之該 燃料氣體第一部份的該柱空氣内，並於其中和該 燃料氣體之該第一部份一起以被排放氣體與空氣 所混合且圍繞之單獨摺疊狀火焰形式燃燒。 3 1.如申請專利範圍第3 0項所述之方法，其中該步驟（c) 中的單獨氣流係以向上與向内輻射角度進入該柱空氣 31 1304872

内。 3 2.如申請專利範圍第3 0項所述之方法，可選擇性地更包 含在進行步驟（a)之前，先排放該燃料氣體之第一部份 的一部份進入該柱空氣内。

3 3 ·如申請專利範圍第3 0項所述之方法，其中被排放進入 該燃燒爐空間之由該燃料氣體與空氣組成的混合物含 有約0 %至約1 0 0 %之過量空氣。 3 4.如申請專利範圍第3 0項所述之方法，其中該燃料氣體 第一部份佔排入該柱空氣内總燃料氣體體積的約2 % 到約40%。

3 5.如申請專利範圍第3 0項所述之方法，其中該燃料氣體 第二部份佔排入該柱空氣與燃料氣體内的總燃料氣體 體積的約6 0 %到約9 8 %。 3 6. —種用以排放一種由燃料氣體與空氣組成之混合物進 入一燃燒爐空間的方法，其中該混合物係以摺疊狀火 焰模式燃燒，且所形成之排放氣體具低氮氧化物含 量，該方法至少包含下列步驟： (a) 將該空氣排放入該燃燒爐空間；及 (b) 由該燃燒爐空間以二或多道單獨氣流形式排出該 32 1304872 9Ζ· L14修正 年月曰士 補无 燃料氣體進入該空氣内，該些道單獨氣流進入空氣 後，以被排放氣體與空氣混合且圍繞之一或更多摺 疊式火焰的形式於其中燃燒。 3 7.如申請專利範圍第36項所述之方法，其中步驟（b)中 該些道單獨氣流係以輻射狀方式進入該柱空氣内。 38. 如申請專利範圍第36項所述之方法，其中被排放進入 該燃燒爐空間中之該由燃料氣體與空氣組成之混合物 内含有約〇 %到約1 〇 〇 %過量空氣。 39. 如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該第一道單 獨氣流中的該燃料氣體佔排入該柱空氣中總燃料氣體 體積的約2 %到約4 0 %。 40. 如申請專利範圍第36項所述之方法，其中在該第二道 單獨氣流中之該燃料氣體佔排入該柱空氣與燃料氣體 内總燃料氣體體積的約6 0 %到約9 8 %。 33

1304872 柒、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圖為：第2圖。 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明 10燃燒器設備 12牆 14座 15側邊 16、18開口端 20 凸緣 22螺栓 24調節設備 26絕緣材料内層 28燃燒器牆磚 30基座部分 33 内側面 34牆部分 35突出部分 37文氏管 38區域 40擋板 4 6 0 2 4 6 4 4 5 5 5 5 嘴道 道嘴料 喷ii'58m·喷燃 管 接 tac 道 通 體 氣 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明 特徵的化學式：