TWI384184B - 擴散燃燒裝置 - Google Patents

Description

擴散燃燒裝置 發明領域

本發明係有關於一種擴散燃燒裝置。

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噴射於燃燒室內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次燃燒室內，噴射燃料及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噴出的燃料暫時氣化，因此特別於低溫時，會發生著火遲緩或快速燃燒，產生不完全燃燒或碳附著於爐壁(furnace wall)(特別於1次燃燒室內壁)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

發明揭示

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。

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、噴射燃料於前述1次燃燒室之燃料噴嘴、於前述燃料噴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內之2次空氣供給路徑、及使前述1次空氣的比例相對於前述1次空氣及前述2次空氣的全體量之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次空氣包圍被噴出之燃料，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次燃燒室之內壁。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噴嘴迴旋之氣流迴旋機構，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次燃燒室內壁之效果。

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，則可有效防止碳附著於前述1次燃燒室的內壁。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內。

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。

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噴出之燃料附著於1次燃燒室之內壁，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。

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之凹部所構成之1次燃燒室4、在1次燃燒室4內形有為點火源的火焰之引火燃燒器5、經由1次燃燒室噴射燃料於主燃燒室2內之燃料噴嘴6、藉由嵌裝於燃料噴嘴6的外側之管所形成，並在燃料噴嘴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的附近噴射2次空氣於主燃燒室2內的複數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)及用以噴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噴出液體燃料。又，1次空氣供給路徑7具有使1次空氣繞著燃料噴嘴6迴旋之迴旋葉片11。

擴散燃燒裝置1中，藉由鼓風機12而因應燃料噴嘴6所噴射之燃料量，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，則將燃燒用空氣全量的10%作為1次空氣而導入於1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內之溫度之溫度檢測器15，在燃燒運轉中，當溫度檢測器15之檢測溫度為預定之設定值，例如為800℃以上時，則關閉增量供給氣閘14。換言之，擴散燃燒裝置1中，係令相對於1次空氣及2次空氣之全體量的1次空氣比例之1次空氣比，在主燃燒室4的溫度小於800℃之低溫時，設定高如10%，且在主燃燒室2的溫度為800℃以上時，設定低如5%(1次空氣比調節機構)。

第2圖中，係顯示擴散燃燒裝置1之1次空氣比及燃燒廢氣中之NOx濃度的關係。如圖所示，雖然1次空氣比愈高，NOx濃度也愈高，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40%時NOx濃度會急速增加。又，廢氣之NOx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100ppm左右為上限。因此，本發明之擴散燃燒裝置1中，應令1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NOx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之碳附著於1次燃燒室4之內壁之狀態之變化結果。表中，在1次燃燒室內壁明顯有碳附著時為×，可確認僅有發黑時為△，完全無污染時為○。又，為了該實驗，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。

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內的溫度或外氣(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℃時，因1次空氣比之差異造成碳附著之狀態的變化。

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全燃燒物(CO)於1次燃燒室4之內部被1次空氣包裹，導引至形成於主燃燒室2之火焰的內部，因而可防止成為碳而附著在爐壁3之內面、特別是1次燃燒室4的內面，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噴嘴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，藉將燃料噴嘴6或其前端導管換成適用於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℃以上而將1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℃，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次空氣比設為10%，而高溫時設定為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。

1．．．擴散燃燒裝置

2．．．主燃燒室

3．．．爐壁

4．．．1次燃燒室

5．．．引火噴嘴

6．．．燃料噴嘴

7．．．1次空氣供給路徑

8．．．2次空氣供給路徑

9．．．蓄熱體

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．．．增量供給氣閘

15．．．溫度檢測器

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圖之擴散燃燒裝置中之1次空氣比與NOx濃度的關係之曲線圖。

1．．．擴散燃燒裝置

2．．．主燃燒室

3．．．爐壁

4．．．1次燃燒室

5．．．引火燃燒器

6．．．燃料噴嘴

7．．．1次空氣供給路徑

8．．．2次空氣供給路徑

9．．．蓄熱體

10．．．蓄熱器

11．．．迴旋葉片(氣流迴旋機構)

12．．．鼓風機

13．．．主供給氣閘

14．．．增量供給氣閘

15．．．溫度檢測器

Claims (6)

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；燃料噴嘴，係將液體燃料、與用以將前述液體燃料噴霧之噴霧空氣噴射於前述1次燃燒室者；1次空氣供給路徑，係於前述燃料噴嘴之周圍，沿著前述燃料噴嘴供給1次空氣者；2次空氣供給路徑，係從前述1次燃燒室的附近噴射2次空氣於前述主燃燒室內者；氣流迴旋機構，係使前述1次空氣繞著前述燃料噴嘴迴旋，形成包裹從前述燃料噴嘴噴霧之前述液體燃料的氣幕者；及1次空氣比調節機構，係使前述1次空氣相對於前述1次空氣及前述2次空氣之全體量的比例之1次空氣比，在前述主燃燒室之溫度較前述液體燃料之自燃溫度低時調高，而在前述主燃燒室之溫度較前述液體燃料之自燃溫度高時調低者。
2. 如申請專利範圍第1項之擴散燃燒裝置，其中前述主燃燒室的溫度較前述液體燃料之自燃溫度低時之前述1次空氣比為5%以上、40%以下。
3. 如申請專利範圍第2項之擴散燃燒裝置，其中前述主燃燒室的溫度較前述液體燃料之自燃溫度低時之前述1次空氣比為10%以上。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之擴散燃燒裝置，其中前述主燃燒室的溫度較前述液體燃料之自燃溫度高時之前述1次空氣比為10%以下。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之擴散燃燒裝置，其中前述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。
6. 如申請專利範圍第4項之擴散燃燒裝置，其中前述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。