TWI438384B - 蓄熱式燃燒裝置及加熱爐 - Google Patents

Description

蓄熱式燃燒裝置及加熱爐 [相關申請案]

本申請案係依據日本專利申請案第2010-202294號，主張優先權。

本發明係關於一種使通過收容有蓄熱材的蓄熱部而導入燃燒用空氣供給部的燃燒用空氣從空氣噴出口噴出至加熱爐內，並且使通過燃料供給部而導入的燃料從燃料噴出口噴出至加熱爐內，以使燃料在加熱爐內燃燒之蓄熱式燃燒裝置及使用此種蓄熱式燃燒裝置的加熱爐。特別是在上述蓄熱式燃燒裝置中具有下列特徵：如上述方式使燃料在加熱爐內燃燒時，即便在設有上述空氣噴出口或燃料噴出口之加熱爐的內壁附近，燃燒亦能適當地進行，並且於燃燒之際能抑制NOx的產生。

以往，使用一種蓄熱式燃燒裝置，其係在加熱爐中，為了利用燃燒排出氣體的熱以進行有效率的燃燒，而在非燃燒時使加熱爐內的燃燒排出氣體通過收容有蓄熱材的蓄熱部而排出，使燃燒排出氣體的熱蓄熱於蓄熱材，另一方面，於燃燒時使燃燒用空氣通過收容有如此般蓄熱之蓄熱材的蓄熱部而予以加熱，使如此般地加熱的燃燒用空氣通過燃燒用空氣供給部而由空氣噴出口朝加熱爐內噴出，以使燃料燃燒。

在此，就蓄熱式燃燒裝置而言，係如日本特開2002-139217號公報所示，利用下列構成者：將通過蓄熱有燃燒排出氣體的熱之蓄熱部而被加熱的燃燒用空氣從空氣導入部導入混合室，同時通過燃料供給噴嘴將燃料引導至上述混合室，在該混合室中使上述加熱後的燃燒用空氣與燃料混合，然後將其從混合室引導至爐側的燃燒室而加以燃燒。

又，如日本專利第3031908號公報及日本專利第3557028號公報所示，利用下列構成：在將蓄熱有燃燒排出氣體的熱之蓄熱部中加熱後的燃燒用空氣予以導入的燃燒用空氣供給部中，從一次燃料噴嘴供給一次燃料以使其進行一次燃燒(primary combustion)，同時在使燃燒用空氣從上述燃燒用空氣供給部噴出至加熱爐內的空氣噴出口的周邊，設置使二次燃料噴出至加熱爐內的二次燃料噴出口，以使二次燃料由此二次燃料噴出口噴出至加熱爐內，並使此二次燃料在加熱爐內進行二次燃燒(secondary combustion)。

然而，如日本特開2002-139217號公報所示，使混合有加熱後的燃燒用空氣與燃料的混合氣體於燃燒室燃燒時，會有燃燒室的燃燒溫度變高且NOx的產生變多之問題。

再者，如日本專利第3031908號公報及日本專利第3557028號公報所示，於將一次燃料由一次燃料噴嘴供給至導入加熱後的燃燒用空氣之燃燒用空氣供給部以進行一次燃燒，並使一次燃燒後的燃燒用空氣從燃燒用空氣供給部通過空氣噴出口噴出至加熱爐內，同時使二次燃料從設置於該空氣噴出口周邊的二次燃料噴出口噴出至加熱爐內，以使二次燃料在加熱爐內進行二次燃燒時，從二次燃料噴出口噴出至加熱爐內的二次燃料會立刻與從上述空氣噴出口噴出的燃燒用空氣接觸而燃燒，使得此部分的燃燒溫度變高，NOx的產生依然變多。

因此，以往曾提案將上述二次燃料噴出口設置在偏離上述空氣噴出口的位置，或提高從空氣噴出口朝加熱爐內噴出之燃燒用空氣的流速，以使燃燒用空氣與二次燃料在偏離空氣噴出口、二次燃料噴出口的位置緩緩地接觸而燃燒，而可抑制NOx的產生。

然而，如此使燃燒用空氣與二次燃料在偏離空氣噴出口或二次燃料噴出口的位置緩緩地接觸而燃燒時，會有設有空氣噴出口或二次燃料噴出口的內壁附近之加熱爐內的溫度未充分上昇，且於加熱爐內產生溫度不均，而無法適當地對被處理物進行加熱處理之問題。此外，在以上述方式構成之情況下，會有二次燃料未充分燃燒，剩餘的二次燃料與燃燒排出氣體一起被導入另一蓄熱式燃燒裝置的蓄熱部，而導致燃燒效率降低的問題，或有在已導入有二次燃料的蓄熱式燃燒裝置的蓄熱部中進行燃燒，而使該蓄熱部的蓄熱材過熱等的問題。

本發明之課題在於解決上述之課題，亦即使通過收容有蓄熱材的蓄熱部而導入燃燒用空氣供給部的燃燒用空氣從空氣噴出口噴出至加熱爐內，同時使通過燃料供給部而導入的燃料從燃料噴出口噴出至加熱爐內，以使燃料在加熱爐內燃燒之蓄熱式燃燒裝置及使用此種蓄熱式燃燒裝置之加熱爐中之課題。

亦即，本發明欲解決之課題為，在上述蓄熱式燃燒裝置中使燃料於加熱爐內燃燒時，於燃燒之際抑制NOx產生，並且在設有空氣噴出口或燃料噴出口之加熱爐的內壁附近亦能適當地進行燃燒，加熱爐的內壁附近的溫度亦充分地上昇，以防止加熱爐內產生溫度不均，使被處理物適當地進行加熱處理。再者，在燃料未充分燃燒的狀態下，抑制與燃燒排出氣體一起被導入另一蓄熱式燃燒裝置的蓄熱部，以防止燃燒效率降低，且防止另一蓄熱式燃燒裝置中收容於蓄熱部的蓄熱材過熱。

為了解決上述課題，本發明的蓄熱式燃燒裝置係使通過收容有蓄熱材的蓄熱部而導入燃燒用空氣供給部的燃燒用空氣從空氣噴出口噴出至加熱爐內，同時使通過燃料供給部而導入的燃料從燃料噴出口噴出至加熱爐內，以使燃料在加熱爐內燃燒之蓄熱式燃燒裝置，其中，將上述之空氣噴出口與燃料噴出口隔著既定間隔設置，並且於上述燃燒用空氣供給部之空氣噴出口的部分，設有傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部。

在此，本發明的蓄熱式燃燒裝置中，宜將傾斜成朝加熱爐呈錐狀擴展之上述傾斜部的傾斜角θ設在1°至3.5°的範圍。

又，本發明的蓄熱式燃燒裝置中，上述燃燒用空氣供給部呈錐狀擴展前之部分的直徑Da、及呈錐狀擴展之傾斜部中之從傾斜起始位置至空氣噴出口的直線最短距離X，係以滿足0.5≦X/Da≦2.0的條件為佳。

本發明的蓄熱式燃燒裝置中，上述燃燒用空氣供給部呈錐狀擴展前之部分的直徑Da、及上述空氣噴出口的中心與燃料噴出口的中心之間的間隔L係以滿足0.25≦Da/L≦0.30的條件為佳。

再者，本發明的蓄熱式燃燒裝置中，於使燃料朝加熱爐內噴出之燃料噴出口的部分，亦可設置傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部。

本發明的加熱爐係作成使用如上所述之蓄熱式燃燒裝置。

本發明的蓄熱式燃燒裝置中，由於係使空氣噴出口與燃料噴出口隔著既定間隔設置，並且於燃燒用空氣供給部之空氣噴出口的部分，設有傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部，所以使通過收容有蓄熱材的蓄熱部而導入燃燒用空氣供給部的燃燒用空氣從空氣噴出口噴出至加熱爐內，同時使通過燃料供給部而導入的燃料從燃料噴出口噴出至加熱爐內，以使燃料在加熱爐內燃燒之際，由空氣噴出口噴出的燃燒用空氣會沿著傾斜成呈錐狀擴展的傾斜部而朝加熱爐內擴散地噴出。

而且，以此方式擴散地噴出的燃燒用空氣，會與由上述燃料噴出口噴出的燃料快速地接觸而燃燒，即便在設有空氣噴出口或燃料噴出口之加熱爐的內壁附近亦能適當地進行燃燒，且此部分的溫度亦會上昇。

結果，在使用此種蓄熱式燃燒裝置的加熱爐中，防止加熱爐內產生溫度不均，被處理物可適當地進行加熱處理，並且防止燃料在未充分燃燒的狀態下與燃燒排出氣體一起被導入另一蓄熱式燃燒裝置的蓄熱部，且防止燃燒效率降低，或收容於另一蓄熱式燃燒裝置的蓄熱部中的蓄熱材過熱。

又，如上所述，從空氣噴出口噴出的燃燒用空氣會沿著傾斜成呈錐狀擴展的傾斜部而朝加熱爐內擴散地噴出，因此擴散噴出的燃燒用空氣會與加熱爐內的燃燒排出氣體混合，該燃燒用空氣中的氧濃度會降低。並且，如此般氧濃度降低的燃燒用空氣會擴大成廣角，而與從燃料噴出口噴出的燃料在靠近加熱爐內壁的位置接觸並進行燃燒，以防止燃燒時的燃燒溫度急遽上昇，且抑制NOx產生。

因此，本發明的加熱爐中，由於在空氣噴出口的部分設有傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部，故即便是在加熱爐的內壁附近亦能進行燃燒，甚至加熱爐內的角落，溫度皆能均勻地上昇，且NOx的產生亦受到抑制。

以下，依據圖式，具體說明本發明實施形態之蓄熱式燃燒裝置及使用該蓄熱式燃燒裝置之加熱爐。此外，本發明之蓄熱式燃燒裝置及加熱爐不限定於下述實施形態所示者，在未改變發明要旨的範圍內，可適當加以變更來實施。

本實施形態中，如第1圖所示，將成對的蓄熱式燃燒裝置10設成朝加熱爐1的內部相對向。

此處，在上述蓄熱式燃燒裝置10中進行燃燒時，是將燃燒用空氣引導至收容有蓄熱材11的蓄熱部12，在該蓄熱部12中將上述燃燒用空氣予以加熱。然後，使以此方式經加熱後的燃燒用空氣從蓄熱部12通過燃燒用空氣供給部13而自設置於其前端的空氣噴出口14朝加熱爐1內噴出，同時使通過氣體供給管(燃料供給部)15而導入的燃料從燃料噴出口16朝加熱爐1內噴出，使以此方式噴出之燃料與自上述空氣噴出口14噴出之燃燒用空氣在加熱爐1內接觸而燃燒。

另一方面，在末進行燃燒的蓄熱式燃燒裝置10中，使燃料通過氣體供給管15導入燃料噴出口16的動作停止而不進行燃燒，同時經由上述蓄熱部12抽吸加熱爐1內的燃燒排出氣體，使該燃燒排出氣體的熱蓄熱於該蓄熱部12所收容的蓄熱材11，然後使該燃燒排出氣體排出。

接著，在此實施形態的蓄熱式燃燒裝置10中，如第1圖及第2圖所示，將空氣噴出口14與燃料噴出口16隔著所期望的間隔設置，並且在上述燃燒用空氣供給部13之空氣噴出口14的部分，設有傾斜成朝向加熱爐1呈錐狀擴展的傾斜部13a。

如上方式，若在燃燒用空氣供給部13的空氣噴出口14部分設置傾斜成朝加熱爐1呈錐狀擴展的傾斜部13a，則由空氣噴出口14噴出的燃燒用空氣便會沿著傾斜成朝加熱爐1呈錐狀擴展的傾斜部13a而往加熱爐1內擴散地噴出。

如此般地擴散而噴出的燃燒用空氣會與加熱爐10內的燃燒排出氣體混合，且該燃燒用空氣中的氧濃度會降低，並且如第2圖所示，氧濃度降低的燃燒用空氣會擴散成廣角並與由上述燃料噴出口16噴出的燃料在靠近加熱爐1內壁1a的交點位置P接觸並進行燃燒。例如，如第3圖所示，在使燃燒用空氣從未設有傾斜部的直線狀之空氣噴出口14’直線噴出的情況下，與該燃燒用空氣和從燃料噴出口16’噴出的燃料相接觸的交點位置P’相比較，上述的交點位置P較靠近加熱爐1的內壁1a，使得在設有空氣噴出口14、燃料噴出口16的加熱爐1的內壁1a附近，也能適當地進行燃燒。

因此，即便是在加熱爐1的內壁1a附近，溫度亦能適當上昇，可防止在加熱爐1內產生溫度不均，被處理物(未圖示)能適當地進行加熱處理。再者，上述燃料得以在加熱爐1內充分地燃燒，可防止燃料在未充分燃燒的狀態下與燃燒排出氣體一起被導向另一蓄熱式燃燒裝置10的蓄熱部12，可防止燃燒效率降低、或收容於另一蓄熱式燃燒裝置10中之蓄熱部12的蓄熱材11過熱。

又，如上所述，當自空氣噴出口14噴出的燃燒用空氣沿著傾斜成呈錐狀擴展的傾斜部13a而以往加熱爐1內擴展的方式噴出時，所噴出的燃燒用空氣會與加熱爐1內的燃燒排出氣體迅速地混合，而使該燃燒用空氣中的氧濃度降低。亦即，如第4圖所示，隨著空氣噴出口14之傾斜部13a的傾斜角θ變大，燃燒用空氣與燃料接觸之上述交點位置P的燃燒用空氣中的氧濃度會降低，如此，氧濃度降低的燃燒用空氣與自燃料噴出口16噴出的燃料接觸而進行燃燒。

而且，由於燃燒是藉由如上述般氧濃度降低的燃燒用空氣進行，所以每單位體積的反應熱會變少，儘管如上所述般燃料會在加熱爐1的內壁1a附近與燃燒用空氣接觸而被燃燒，亦能防止燃燒時之燃燒溫度急劇上昇，且抑制NOx的產生。

此處，於燃燒用空氣供給部13的空氣噴出口14的部分設置傾斜成朝加熱爐1呈錐狀擴展的傾斜部13a時，若該傾斜角θ變小，則由空氣噴出口14噴出至加熱爐1內之燃燒用空氣的擴散會變少，因而難以充分地獲得上述効果。另一方面，在該傾斜角θ過大時，燃燒用空氣會由傾斜部13a剝離而產生渦流等，使得燃燒用空氣不會沿著傾斜部13a被適當地引導至空氣噴出口14，由空氣噴出口14噴出至加熱爐1內之燃燒用空氣的擴散會變差，因而難以充分地獲得上述効果。因此，宜將上述傾斜部13a的傾斜角θ設在1°至3.5°的範圍。

又，如上所述，當設有以呈錐狀擴展的方式傾斜的傾斜部13a時，若該傾斜部13a的長度變短，則燃燒用空氣沿著傾斜部13a被引導至空氣噴出口14的長度會變短，由空氣噴出口14噴出的燃燒用空氣便不會在適當地擴散的狀態下噴出。另一方面，於將傾斜部13a的長度變長的情況時，燃燒用空氣會容易從傾斜部13a剝離，並且裝置會大型化。因此，呈錐狀擴展前的部分之燃燒用空氣供給部13的直徑Da、與從呈錐狀擴展之傾斜部13a的傾斜起始位置至空氣噴出口14的直線最短距離X，係以滿足0.5≦X/Da≦2.0的條件為佳。

再者，如上所述，將空氣噴出口14與燃料噴出口16隔著既定間隔設置時，若空氣噴出口14與燃料噴出口16的間隔太小，則由空氣噴出口14噴出的燃燒用空氣便會在未充分擴散的狀態下與由燃料噴出口16噴出的燃料接觸，且在燃燒用空氣中的氧濃度因與燃燒排出氣體的混合而不會適當地降低的狀態下進行燃燒，進而導致燃燒溫度上昇而容易產生NOx。另一方面，若空氣噴出口14與燃料噴出口16的間隔太大，則由從空氣噴出口14噴出的燃燒用空氣與由燃料噴出口16噴出的燃料便不會適當地接觸，而在從加熱爐1的內壁1a偏離的位置進行燃燒，致使在加熱爐1內產生溫度不均，或燃料在未充分燃燒的狀態下與燃燒排出氣體一起被引導至另一蓄熱式燃燒裝置10的蓄熱部12。因此，燃燒用空氣供給部13呈錐狀擴展前之部分的直徑Da、與上述空氣噴出口14的中心和燃料噴出口16的中心之間的間隔L係以滿足0.25≦Da/L≦0.30的條件為佳。

此外，此實施形態的蓄熱式燃燒裝置10中，雖未顯示使燃燒用空氣進行一次燃燒的例子，惟可在上述燃燒用空氣供給部13設置供給一次燃料的一次燃料供給管(未圖示)與導燃器(未圖示)，並使通過此燃燒用空氣供給部13而導入的燃燒用空氣進行一次燃燒。

又，如第5圖所示，亦可與上述空氣噴出口14同樣地在上述燃料噴出口16的部分設置傾斜成朝加熱爐1內呈錐狀擴展的傾斜部16a。並且，如上所述，一旦在燃料噴出口16的部分亦設置傾斜成朝加熱爐1內呈錐狀擴展的傾斜部16a，則由該燃料噴出口16噴出的燃料便會沿著上述傾斜部16a而朝加熱爐1內擴散地噴出，如上所述，與沿著傾斜部13a從空氣噴出口14朝加熱爐1內擴散地噴出的燃燒用空氣相接觸的交點位置P會更靠近加熱爐1的內壁1a，而在更靠近加熱爐1的內壁1a的位置適當地進行燃燒。

1．．．加熱爐

1a．．．內壁

10．．．蓄熱式燃燒裝置

11．．．蓄熱材

12．．．蓄熱部

13．．．燃燒用空氣供給部

13a．．．傾斜部

14、14’．．．空氣噴出口

15．．．氣體供給管(燃料供給部)

16、16’．．．燃料噴出口

16a．．．傾斜部

Da．．．燃燒用空氣供給部呈錐狀擴展前之部分的直徑

L．．．空氣噴出口的中心與燃料噴出口的中心之間的間隔

P、P’．．．從空氣噴出口噴出之燃燒用空氣與從燃料噴出口噴出之燃料接觸的交點位置

X．．．傾斜部的傾斜起始位置至空氣噴出口的直線最短距離

θ．．．傾斜部的傾斜角

第1圖係使用本發明之一實施形態之蓄熱式燃燒裝置的加熱爐之部分說明圖。

第2圖係表示在上述實施形態的蓄熱式燃燒裝置中，於空氣噴出口的部分設有傾斜成朝加熱爐呈錐狀擴展的傾斜部之狀態的概略說明圖。

第3圖係空氣噴出口的部分變成直線狀，未設有傾斜成朝加熱爐呈錐狀擴展的傾斜部之參考例的蓄熱式燃燒裝置之概略說明圖。

第4圖係表示空氣噴出口之傾斜部的傾斜角θ、與在燃燒用空氣和燃料接觸的交點位置P之燃燒用空氣中的氧濃度之關係的圖。

第5圖係表示在上述實施形態的蓄熱式燃燒裝置中，於使燃料朝加熱爐內噴出之燃料噴出口的部分亦設有傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部之概略說明圖。

1．．．加熱爐

1a．．．內壁

10．．．蓄熱式燃燒裝置

11．．．蓄熱材

12．．．蓄熱部

13．．．燃燒用空氣供給部

13a．．．傾斜部

14．．．空氣噴出口

15．．．氣體供給管(燃料供給部)

16．．．燃料噴出口

Da．．．燃燒用空氣供給部呈錐狀擴大前之部分的直徑

X．．．傾斜部的傾斜起始位置至空氣噴出口的直線最短距離

L．．．空氣噴出口的中心與燃料噴出口的中心之間的間隔

P．．．從空氣噴出口噴出之燃燒用空氣與從燃料噴出口噴出之燃料接觸的交點位置

Claims (6)

1. 一種蓄熱式燃燒裝置，係使通過收容有蓄熱材的蓄熱部而導入燃燒用空氣供給部的燃燒用空氣從空氣噴出口噴出至加熱爐內，同時使通過燃料供給部而導入的燃料從燃料噴出口噴出至加熱爐內，以使燃料在加熱爐內燃燒之蓄熱式燃燒裝置，其特徵為：將上述之空氣噴出口與燃料噴出口隔著既定間隔設置，並且於上述燃燒用空氣供給部之空氣噴出口的部分，設有傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之蓄熱式燃燒裝置，其中，於上述空氣噴出口的部分傾斜設置成朝加熱爐呈錐狀擴展的傾斜部之傾斜角θ係在1°至3.5°的範圍。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄熱式燃燒裝置，其中，上述燃燒用空氣供給部呈錐狀擴展前之部分的直徑Da、及與呈錐狀擴展之傾斜部中之從傾斜起始位置至空氣噴出口的直線最短距離X，係滿足0.5≦X/Da≦2.0的條件。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄熱式燃燒裝置，其中，上述燃燒用空氣供給部呈錐狀擴展前之部分的直徑Da、及上述空氣噴出口的中心與燃料噴出口的中心之間的間隔L係滿足0.25≦Da/L≦0.30的條件。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之蓄熱式燃燒裝置，其中，在使燃料朝加熱爐內噴出之上述燃料噴出口的部分，設有傾斜成朝加熱爐內呈錐狀擴展的傾斜部。
6. 一種加熱爐，其特徵為：使用申請專利範圍第1或2項所述之蓄熱式燃燒裝置。