TWI393844B - 燃燒裝置及燃燒方法 - Google Patents

Description

燃燒裝置及燃燒方法

本發明係關於一種燃燒裝置及燃燒方法。

在產品的製程過程中常會使用化學藥劑，然而化學藥劑反應後，通常會產生廢氣，這些廢氣需要先經過妥善的處理，才能排入大氣中，以避免環境污染並危害健康。燃燒係為一種廢氣處理方式，目的在於使廢氣高溫裂解。在此種方式中，燃燒效率為廢氣處理效能的關鍵因子之一。然而，習知的燃燒裝置因燃燒效率不佳而降低廢氣處理效能。

以下以圖1來針對習知燃燒裝置的效率不佳原因做說明。如圖1所示，習知的燃燒裝置1包含燃燒腔室11及進氣單元12。當製程廢氣由進氣單元12進入燃燒腔室11時，由於截面積變大(由A1變成A2)，在流量不變的情況下導致流速大幅下降，因而易在燃燒腔室11的入口區111形成結晶。如此一來，入口區111的結晶會導致燃燒裝置1的內部壓力過高而造成燃燒裝置1停機並損壞，並且亦會影響廢氣處理效能，造成未完全高溫裂解的廢氣排出至大氣而危害環境及健康。

因此，如何提供一種燃燒裝置及燃燒方法，能夠避免結晶的產生，而延長燃燒裝置的使用時間、提升燃燒效率及廢氣處理效能，實為當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種燃燒裝置及燃燒方法，其能夠避免結晶的產生，而延長燃燒裝置的使用時間、提升燃燒效率及廢氣處理效能。

為達上述目的，依本發明之一種燃燒裝置包含燃燒腔室以及至少一進氣單元。進氣單元設置於燃燒腔室的一側，並具有複數個氣體通道及環繞氣體通道。環繞氣體通道環設於該等氣體通道之外，且每一氣體通道分別具有一第一出氣口，環繞氣體通道具有一第二出氣口。每一第一出氣口及第二出氣口皆與燃燒腔室連通，且第二出氣口較該等第一出氣口更接近燃燒腔室底部。

為達上述目的，本發明之一種燃燒方法包含：分別通入助燃氣體、目標氣體及可燃氣體至進氣單元中，且進氣單元連通燃燒腔室；通入一環繞氣體至進氣單元中，而助燃氣體、目標氣體與可燃氣體皆早於環繞氣體通入進氣單元中；以及使助燃氣體、目標氣體、可燃氣體及環繞氣體於燃燒腔室燃燒。

承上所述，依本發明之燃燒裝置及燃燒方法係設置一環繞氣體通道環設於氣體通道之外，且環繞氣體通道的出氣口較氣體通道的出氣口更接近燃燒腔室底部，並且通入一環繞氣體於環繞氣體通道。如此，環繞氣體可形成一氣幕屏障(Air Curtain)而加速廢氣的流速，並且環繞氣體可輔助燃燒以形成一熱幕屏障(Heat Curtain)而助於廢氣的高溫裂解，使得廢氣不易在入口區形成結晶，因而延長 燃燒裝置的使用時間、提升燃燒效率及廢氣處理效能。

以下將參照相關圖式，說明本發明燃燒裝置及燃燒方法之較佳實施例，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。本發明燃燒裝置不限於其應用領域，可應用於廢氣處理、加熱處理、溫度維持裝置等，可依實際需求調整其應用領域。

請參照圖2所示，根據本發明之較佳實施例，燃燒裝置2包含燃燒腔室21以及至少一進氣單元22。進氣單元22設置於燃燒腔室21的一側。在本實施例中，燃燒裝置2可具有複數個進氣單元22，且複數個進氣單元22可設置於燃燒腔室21的同一側，但不限於此，複數個進氣單元22亦可不用設於燃燒腔室21的同一側，並可依實際需求調整其數目與設置位置。

圖3為進氣單元22的剖面示意圖，進氣單元22具有複數個氣體通道及一環繞氣體通道224，本實施例是以三個氣體通道221、222、223為例說明，但本發明不限於此，熟習相關技藝的人士可依照實際需求來調整氣體通道之數目與分布位置。環繞氣體通道224環設於氣體通道221、222、223之外。每一氣體通道221、222、223分別具有第一進氣口I11、I12、I13及第一出氣口O11、O12、O13，環繞氣體通道224具有第二進氣口I21及第二出氣口O21。第一進氣口I11、I12、I13及第二進氣口I21可位於 進氣單元22的相同側面或不同側面，亦可視需求而調整進氣口的分佈位置與數目。舉例而言，當需要提高氣體流量時，一個氣體通道可設有兩個進氣口來調節；當需要減低氣體流量時，可僅開通一個進氣口或是降低氣體流速與壓力值。在本實施例中，第一進氣口I11、I12可位於進氣單元22的一側，第一進氣口I13及第二進氣口I21可位於進氣單元22的另一側。第一出氣口O11、O12、O13及第二出氣口021皆與燃燒腔室21連通，且第二出氣口O21較第一出氣口O11、O12、O13更接近燃燒腔室底部212。

參考圖2與圖3，以下舉例說明燃燒裝置2的使用情況。在本實施例中，氣體通道221、222、223可分別通入助燃氣體、目標氣體及可燃氣體。助燃氣體係為可幫助可燃物燃燒的氣體，例如包含氧氣或空氣的氣體；目標氣體係為欲燃燒處理的氣體，包含廢氣等，例如六氟化硫(SF₆ )或氯氣(Cl₂ )等；可燃氣體係為具可燃性氣體，例如包含甲烷，或是其他易與氧氣作用的氣體，如烷類或氫氣等。環繞氣體通道224通入環繞氣體，以供產生環繞氣流，環繞氣體可包含氧氣、氮氣或其組合；在較佳實施例中，環繞氣體可為空氣或氧氣，用以輔助燃燒，藉由其助燃效果提高燃燒溫度，可避免結晶的形成。惟本發明不限於以上描述，熟習相關技藝者當能依照實際需求來調整所需氣體的種類、濃度、順序與流量。

由於環繞氣體通道224環設於氣體通道221、222、223，且第二出氣口O21較第一出氣口O11、O12、O13更 接近燃燒腔室底部212，換言之，助燃氣體、目標氣體及可燃氣體可視為被環繞氣體環繞，而形成一氣幕屏障(Air Curtain)，而增加助燃氣體、目標氣體及可燃氣體的流速，遂可減少因截面積驟增造成流速驟減之效應。因為流速驟減的效應減弱，目標氣體(本實施例為廢氣)流經入口區211的速度較習知技術的流速增加，而可避免廢氣在入口區211產生結晶。入口區211是指燃燒腔室21入口附近的側壁，易因流量開口面積忽然驟增，而使流速驟減之區域。此外，環繞氣體可輔助燃燒而產生一熱幕屏障(Heat Curtain)，此亦可提升入口區211的溫度及燃燒效率，能有效避免進氣單元22於入口處結晶與避免燃燒腔室21入口壓力之上升，進而使廢氣得到充分的高溫裂解而提升廢氣處理效能。

另外，在本實施例中，氣體通道221、222、223可依序環設，如圖3所示，通入目標氣體之氣體通道222係可環設於通入助燃氣體之氣體通道221之外；通入可燃氣體之氣體通道223係可環設於通入目標氣體之氣體通道222之外。此外，每一第一出氣口O11、O12、O13可分別與燃燒腔室底部212相距不同的距離，如圖3所示，通入目標氣體之氣體通道222之第一出氣口O12可較通入助燃氣體之氣體通道221之第一出氣口O11更接近燃燒腔室底部212；通入可燃氣體之氣體通道223之第一出氣口O13可較通入目標氣體之氣體通道222之第一出氣口O12更接近燃燒腔室底部212。

如此一來，助燃氣體早於目標氣體中通入進氣單元22中，使助燃氣體通入目標氣體中，可提高目標氣體的含氧量，協助目標氣體與助燃氣體的混合，有助於燃燒時的反應效率與溫度的提高，以達到完全燃燒。再者，目標氣體又早於可燃氣體通入進氣單元22中，即待助燃氣體通入目標氣體中，再以可燃氣體環繞，如此可避免助燃氣體直接接觸可燃氣體而與其反應，進而避免造成燃燒反應過於劇烈的危險或造成目標氣體燃燒不完全。總之，助燃氣體通入目標氣體中，目標氣體通入可燃氣體中，可燃氣體通入環繞氣體中，而藉由氣幕屏障及熱幕屏障，加速流場的流速並提高整體燃燒溫度及效率，並避免結晶現象。此外，藉由助燃氣體、目標氣體、可燃氣體及環繞氣體於不同的時間混合，可提升燃燒效率，並使燃燒溫度提高而避免結晶現象。

請再參照圖2所示，燃燒腔室21可另包含進氣管道213；進氣管道213可直接通至燃燒腔室21並位於與進氣單元22的不同側。進氣管道213可通入可然氣體(例如甲烷)或助燃氣體(例如氧氣)於燃燒腔室21內，用以調整燃燒效率或輔助燃燒。但本發明不限於此，相關技藝人士可依實際燃燒狀態，調整進氣管道之氣體種類、流量、數目與位置分佈。另外，燃燒裝置2可另包含排氣管23，其可接合吸收裝置A。吸收裝置A可對燃燒後的氣體進行後續處理；舉例而言，吸收裝置A可包含利用吸收溶液或吸附材料(如活性碳等)用來移除氣體的裝置，或是 吸收裝置A可包含冷氣或水來使氣體凝結或冷卻的裝置。吸收裝置不限於此，相關技藝人士亦可依實際需求來做調整。

圖4為本發明燃燒方法之較佳實施例的流程圖，其中包含步驟S01至步驟S03。本實施例的燃燒方法係可應用於前述燃燒裝置。以下參考圖2至圖4。

步驟S01為分別通入助燃氣體、目標氣體及可燃氣體至進氣單元22，且進氣單元22連通燃燒腔室21。本實施例係經由氣體通道221、222、223分別通入助燃氣體、目標氣體及可燃氣體來說明。

步驟S02為通入環繞氣體至進氣單元22中，而助燃氣體、目標氣體與可燃氣體皆早於環繞氣體通入進氣單元22中。本實施例係經由環繞氣體通道224通入環繞氣體來說明。本實施例是藉由第二出氣口O21較第一出氣口O11、O12、O13更接近燃燒腔室底部212，而使得助燃氣體、目標氣體與可燃氣體皆早於環繞氣體通入進氣單元22中。

此外，本實施例係可藉由調整每一第一出氣口O11、O12、O13分別與燃燒腔室底部212相距不同距離，而使得助燃氣體可早於目標氣體通入進氣單元22中，目標氣體可早於可燃氣體通入進氣單元22中，以及可燃氣體可早於環繞氣體通入進氣單元22中。較佳實施例中，助燃氣體、目標氣體、可燃氣體及環繞氣體分別依序通入進氣單元22中。惟不於限此，相關技藝人士亦可依實際需求 調整氣體的通入順序與氣體種類。

步驟S03係為使助燃氣體、目標氣體、可燃氣體及環繞氣體於燃燒腔室21燃燒。由於本實施例的燃燒方法之技術特徵及所達到的功效已一併詳述於上，故於此不再贅述。

綜上所述，依本發明之燃燒裝置及燃燒方法係設置一環繞氣體通道環設於氣體通道之外，且環繞氣體通道的出氣口較氣體通道的出氣口更接近燃燒腔室底部，並且通入一環繞氣體於環繞氣體通道。如此，環繞氣體可形成一氣幕屏障(Air Curtain)而加速廢氣的流速，並且環繞氣體可輔助燃燒以形成一熱幕屏障(Heat Curtain)而助於廢氣的高溫裂解，使得廢氣不易在入口區形成結晶，因而延長燃燒裝置的使用時間、提升燃燒效率及廢氣處理效能。

雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1、2‧‧‧燃燒裝置

11、21‧‧‧燃燒腔室

111、211‧‧‧入口區

12、22‧‧‧進氣單元

212‧‧‧底部

213‧‧‧進氣管道

221、222、223‧‧‧氣體通道

224‧‧‧環繞氣體通道

23‧‧‧排氣管

A‧‧‧吸收裝置

A1、A2‧‧‧截面積

I11、I12、I13‧‧‧第一進氣口

I21‧‧‧第二進氣口

O11、O12、O13‧‧‧第一出氣口

O21‧‧‧第二出氣口

S01、S02、S03‧‧‧燃燒方法的步驟

圖1為一種習知燃燒裝置的示意圖；圖2為本發明燃燒裝置之較佳實施例的示意圖；圖3為本發明燃燒裝置之進氣單元之較佳實施例的剖面示意圖；以及 圖4為本發明燃燒方法之較佳實施例的流程圖。

21‧‧‧燃燒腔室

211‧‧‧入口區

212‧‧‧底部

22‧‧‧進氣單元

221、222、223‧‧‧氣體通道

224‧‧‧環繞氣體通道

I11、I12、I13‧‧‧第一進氣口

I21‧‧‧第二進氣口

O11、O12、O13‧‧‧第一出氣口

O21‧‧‧第二出氣口

Claims (10)

1. 一種燃燒裝置，包含：一燃燒腔室；以及至少一進氣單元，設置於該燃燒腔室的一側，並具有分別通入一助燃氣體、一目標氣體、一可燃氣體的三個氣體通道及一環繞氣體通道，通入該目標氣體之該氣體通道係環設於通入該助燃氣體之該氣體通道之外，通入該可燃氣體之該氣體通道係環設於通入該目標氣體之該氣體通道之外，該環繞氣體通道環設於通入該可燃氣體之該氣體通道之外，且每一該等氣體通道分別具有一第一出氣口，該環繞氣體通道具有一第二出氣口，其中每一該等第一出氣口及該第二出氣口皆與該燃燒腔室連通，且該第二出氣口較該等第一出氣口更接近該燃燒腔室底部；通入該目標氣體之該氣體通道之該第一出氣口較通入該助燃氣體之該氣體通道之該第一出氣口更接近該燃燒腔室底部；通入該可燃氣體之該氣體通道之該第一出氣口較通入該目標氣體之該氣體通道之該第一出氣口更接近該燃燒腔室底部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中每一該等第一出氣口分別與該燃燒腔室底部相距不同距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中該等氣體通道依序環設。
4. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中該助燃 氣體包含氧氣或空氣。
5. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中該目標氣體包含廢氣。
6. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中該可燃氣體包含烷類或氫氣。
7. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中該環繞氣體通道通入一環繞氣體，該環繞氣體包含氧氣、氮氣或其組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒裝置，其中該燃燒腔室具有一排氣管，該排氣管接合一吸收裝置。
9. 一種燃燒方法，包含：分別通入一助燃氣體、一目標氣體及一可燃氣體至一進氣單元中，且該進氣單元連通一燃燒腔室；通入一環繞氣體至該進氣單元中，而該助燃氣體早於該目標氣體中通入該進氣單元中、該目標氣體早於該可燃氣體通入該進氣單元中、與該可燃氣體早於該環繞氣體通入該進氣單元中；以及使該助燃氣體、該目標氣體、該可燃氣體及該環繞氣體於該燃燒腔室燃燒。
10. 如申請專利範圍第9項所述之燃燒方法，其中該助燃氣體、該目標氣體、該可燃氣體及環繞氣體分別依序通入該進氣單元中。