TWI548840B - 壁面輻射式燃燒器單元 - Google Patents

壁面輻射式燃燒器單元 Download PDF

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TWI548840B TW101134651A TW101134651A TWI548840B TW I548840 B TWI548840 B TW I548840B TW 101134651 A TW101134651 A TW 101134651A TW 101134651 A TW101134651 A TW 101134651A TW I548840 B TWI548840 B TW I548840B
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片山智樹
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Description

壁面輻射式燃燒器單元
本發明係有關可更均一地加熱處理材之壁面輻射式燃燒器單元。
就加熱處理材之加熱爐而言，已知例如藉由產生大致與該處理材平行之火燄之燃燒器，自位於處理材側面之爐壁面向處理材，來加熱處理材、爐內空氣者，此種加熱爐之燃燒器係放射狀地噴出燃料，形成圓錐狀火燄。亦即，由於火燄之斷面形狀大致呈圓形，因此，在處理材中接近火燄之部位及遠離火燄之部位則加熱狀態產生不同，難以均一地來加熱處理材。
針對此種問題，於專利文獻1及2中已知有形成呈扁平形狀厚度為薄之火燄，用以加熱處理材，來擴大火燄之裝置。專利文獻1之「擴大火燄架構之裝置及使用此裝置之爐」具有：主噴嘴，係導引從燃燒氣體與燃燒支援氣體之一方所成為之主噴流；次要噴嘴，係流經主噴流之周圍，實質上具有一定寬度，導引從燃燒氣體與燃燒支援氣體之另一方所成為之次要噴流；以及彎曲面，係以藉由康達效應使次要噴流吸引至主噴流中，使次要噴流產生偏向，且混合次要噴流與主噴流來形成火燄架構之方式來配置且正接於次要噴流。
專利文獻2之「安裝開縫噴嘴型燃燒器或開縫噴嘴型回熱 燃燒器之走樑(walking beam)式金屬加熱爐」係建設安裝具有扁平形狀之燃燒器火燄之開縫型燃燒器或開縫型回熱燃燒器於爐之側壁，爐之全高為2,500 mm左右高度低、建造費低、省能源化之新型走樑式金屬加熱爐者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-178230號公報
[專利文獻2]日本專利特開平10-183235號公報
然而，形成厚度薄的扁平形狀的火燄很難。又，僅藉由單純形成平坦之扁平形狀之火燄來加熱處理材，難以加熱處理材，難以使熱均一地分布之方式來加熱處理材。
本發明係有鑑於上述習知課題而研創者，其目的在於提供一種可更均一加熱處理材，同時可使爐體小型化之壁面輻射式燃燒器單元。
與本發明相關之壁面輻射式燃燒器單元之特徵在於，具備：形成與處理材對向之輻射壁面之爐體元件；以及形成沿該爐體元件之該輻射壁面之扁平火燄而加熱該輻射壁面之燃燒器；而藉來自上述輻射壁面之輻射熱加熱處理材。
其特徵在於，上述扁平火燄藉由產生康達效應(coanda effect)之燃燒用空氣之空氣流沿上述輻射壁面而行。
其特徵在於，上述燃燒器係具備：形成於上述爐體元件，吹出扁平火燄之開口部；以及形成於上述爐體元件，連接於上述開口部，流通燃燒用空氣之空氣流路；而該空氣流路與上述輻射壁面係經由上述開口部，以連續曲面相連接。
其特徵在於，於上述燃燒器之上述空氣流路，位於上述曲面之深處，相對於該曲面朝向折返之方向，形成彎曲路徑。
其特徵在於，上述燃燒器係具有沿上述彎曲路徑，向上述空氣流路內噴射燃料之燃料噴射部。
其特徵在於，於上述燃燒器之上述空氣流路，在較來自上述燃料噴射部之燃料與燃燒用空氣合流之合流部更靠近下游側，於上述曲面向上述彎曲路徑折返之反轉部位周邊，形成用以攪拌混合燃料與燃燒用空氣之擋板部。
其特徵在於，上述燃燒器係具有以排氣加溫燃燒用空氣之蓄熱部，隔著上述輻射壁面而配置交互地進行燃燒動作與排氣動作之一對回熱燃燒器裝置所構成，藉由隨著一個上述回熱燃燒器裝置之排氣吸引動作產生形成沿該輻射壁面而行之氣流，使另一個上述回熱燃燒器裝置之燃燒動作所造成之上述扁平火燄沿該輻射壁面而行。
本發明之壁面輻射式燃燒器單元可更均一加熱處理材，同時可使爐體小型化。
以下參考附圖，詳細說明與本發明相關之壁面輻射式燃燒器單元之一較佳實施形態。圖1係說明具備有與本實施形態相關之壁面輻射式燃燒器單元之加熱爐1之構成的部分剖面斜視圖。與本實施形態有關之加熱爐1係例如藉由所被搬送之處理材2通過預熱區、加熱區、均熱區而加熱該處理材2之連續式加熱爐之一部分所構成。
如圖1所示，於加熱爐1中係在內部搬送被加熱之處理材2，例如設置有如走樑之搬送部3。壁面輻射式燃燒器單元4係由爐體元件5以及構成燃燒器之一對交替燃燒式之回熱燃燒器(regenerative burner)裝置7所構成。交替燃燒式之回熱燃燒器裝置7係如周知，具有以排氣E(參考圖2)使燃燒用空氣C變暖之蓄熱部11，變成交互地來進行燃燒動作與排氣動作。以搬送部3搬送之處理材2係藉由與該處理材2對向且以燃燒器裝置7被燃燒加熱成光輝狀態之輻射壁面Z之輻射熱來加熱。於本實施形態中，發生加熱處理材2之輻射熱之加熱爐1內面之輻射壁面Z係位於處理材2上方之內面，亦即加熱爐1之頂棚面6(參考圖2)，茲舉以壁面輻射式燃燒器單元4之爐體元件5形成此頂棚面6之情形為例加以說明。亦即，就圖示例而言，爐體元件5係形成爐體1a之爐頂棚部，左右一對爐壁部與爐床部一起構成爐體1a。爐體元件5係亦可形成爐壁部、爐床部，即使於此情況 下，仍與其他爐頂棚部等構成爐體1a。
圖2係與本實施形態相關之壁面輻射式燃燒器單元4之重要部位縱剖面圖，圖3係圖2中A部放大圖，圖4係壁面輻射式燃燒器單元4之俯視圖。於圖4中，省略後述之燃料噴射部10，而表示空氣流路8等。如圖2所示，壁面輻射式燃燒器單元4係具備有：爐體元件5，係具有作為加熱爐1之內面之頂棚面6，以耐熱材構成；以及一對蓄熱交替燃燒式之燃燒器裝置7，係形成沿頂棚面6之扁平火燄f，來加熱該頂棚面6。
爐體元件5係呈具有大致長方形之頂棚面6之矩形體狀，該長方形以與搬送入加熱爐1內之處理材2之搬送方向正交之方向為長邊方向，而構成空氣流路8之第1流路8a向上方突出。
於爐體元件5之頂棚面6，在其長邊方向之兩端部側，開口部9分別開口形成為沿搬送方向之開縫狀。一對回熱燃燒器裝置7在一個產生燃燒動作時，自其開口部9吹出扁平火燄f，在另一個產生排氣動作時，自其開口部9吸引排氣E，此二開口部9所夾區域則藉由扁平火燄f被加熱，而成為產生固體輻射之輻射壁面Z。
於爐體元件5具備：空氣流路8之一部分，係經由開口部9，於燃燒時噴出火燄f，於排氣時吸引排氣E；燃料噴射部10，係向空氣流路8內部噴射燃料；以及點火用引火燃燒器 (未圖示)；藉此，構成燃燒器裝置7。空氣流路8係由上述第1流路8a以及設於爐體元件5上側而連接於蓄熱部11之第2流路8b所構成。吸排氣用連通管12連接於蓄熱部11。
蓄熱交替燃燒式燃燒器裝置7係如上述以2台一組所構成。在使用一個燃燒器裝置7之空氣流路8作為供給燃料F及燃燒用空氣C之燃燒氣體供給路之情況下，則使用另一個燃燒器裝置7之空氣流路8作為排出排氣E之排氣排出路，藉由切換操作，切換交替燃燒。設於各空氣流路8與連通管12間之蓄熱部11係儲蓄在排氣動作時排出排氣E之際的排熱，於燃燒動作時，當燃燒用空氣C產生流通時，對其加熱。此等燃燒器裝置7係以對稱形狀、構造配置於爐體元件5上。
空氣流路8及輻射壁面Z係以經由開口部9，藉由連續曲面S相連接之方式來形成。於空氣流路8，在曲面S之深處，朝向相對於該曲面S折返之方向，形成彎曲路徑Y。於圖示例中，空氣流路8之第1流路8a係具有向下之直線前進路徑D，以及連接至開口部9側，於爐體元件5之長邊方向以自輻射壁面Z向反對側突出之方式而彎曲之彎曲路徑Y。亦即，第1流路8a係於上部向下直線前進，於構成頂棚面6側之下部，自與頂棚面6正交之方向，以相對於輻射壁面Z向反對側突出之方式而彎曲。更詳而言之，彎曲路徑Y係如圖3所示，於直線前進路徑D側，以一面離開輻射壁面Z， 一面朝頂棚面6側之方式彎曲，於開口部9側，以一面接近輻射壁面Z，一面朝頂棚面6側之方式彎曲。藉此，於燃燒動作時，自開口部9沿輻射壁面Z傾斜地吹出燃燒用空氣C及燃料F。
連接於蓄熱部11之空氣流路8之第2流路8b之水平部分係呈斷面圓形狀。另一側，與第1流路8a連接之第2流路8b之垂直部分係如圖4所示，為匹配與開口部9之形狀匹配之第1流路8a之形狀，形成向下方逐漸變寬之矩形狀。藉此，自開口部9吹出之火燄f係成為厚度薄之扁平形狀。開口部9之開口面積係設定成略小於第1流路8a之截面積，使於開口部9之流速變高。
各燃燒器裝置7之燃料噴射部10係設有一對於各開口部9之長邊方向兩端側，沿彎曲路徑Y向空氣流路8內噴射燃料F。燃料噴射部10係設於第1流路8a之輻射壁面Z側，向彎曲突出之外側彎曲面Y1噴射燃料F。燃料噴射部10之燃料噴射口10a係位於直線前進路徑D下部，藉此，以彎曲路徑Y之上游側作為合流部X，燃燒用空氣C及燃料F產生合流。
如圖5所示，於空氣流路8，在較來自燃料噴射部10之燃料F與燃燒用空氣C產生合流之合流部X更下游側，於曲面S向彎曲路徑Y折返之反轉部位T周邊，形成用以攪拌混合燃料F與燃燒用空氣C之擋板部13。於圖示例中， 在較彎曲路徑Y更靠近直線前進路徑D側，沿開口部9之長邊方向，隔適當間隔設置作為自與外側彎曲面Y1對向之內側彎曲面Y2突出之突起之擋板13a。燃燒用空氣C及燃料F係藉擋板13a攪拌，來促進混合。避開擋板13a而順暢流通之燃燒用空氣C係伴隨經被攪拌混合之燃燒用空氣C及燃料F，自開口部9強勢吹出。藉由此二者之作用，即使是扁平火燄f，仍可維持燃料/空氣之混合及流速兩者。且，燃料噴射部10係不限於一對(2台)，可為1台，亦可為3台以上。
自開口部9吹出之火燄f係藉由利用連接於輻射壁面Z之曲面S作用於燃燒用空氣C之空氣流之康達效應，形成沿頂棚面6之輻射壁面Z行進之扁平形狀之火燄f。進而，於本實施形態中，藉由隨著一側之燃燒器裝置7之排氣吸引動作所生成之沿輻射壁面Z之氣流，則另一側之燃燒器裝置7之燃燒動作所造成之扁平火燄f確實地沿該輻射壁面Z而行，使頂棚面6全體成光輝狀態。藉此，可效率佳地加熱輻射壁面Z全面，產生固體輻射，來均一地加熱處理材2。
根據有關本實施形態之壁面輻射式燃燒器單元4，由於藉由一對蓄熱交替燃燒式燃燒器裝置7所產生之扁平火燄f加熱爐體元件5之輻射壁面Z，再藉來自經被加熱之輻射壁面Z全面之輻射熱來加熱處理材2，因此，較直接接觸燃燒器之火燄加熱之情形，可更均一地加熱處理材2。
由於藉產生康達效應之燃燒用空氣C之空氣流使扁平火燄f沿輻射壁面Z而行，因此，可效率佳地加熱輻射壁面Z。又，藉由隨著一側之燃燒器裝置7之排氣吸引動作產生之沿輻射壁面Z而行之氣流，可使另一側之燃燒器裝置7之燃燒動作所造成之扁平火燄f沿該輻射壁面Z而行，因此，藉此仍能以扁平火燄f有效率地加熱輻射壁面Z。
詳細言之，由於在燃燒器裝置7具備：開口形成於爐體元件5，吹出扁平火燄f之開口部9以及形成於爐體元件5，連接於開口部9，流通燃燒用空氣C之空氣流路8；空氣流路8與輻射壁面Z經由開口部9，以連續曲面S連接而構成，因此，可藉康達效應使自開口部9吹出之火燄f沿輻射壁面Z而行。並且，由於藉一對蓄熱交替燃燒式燃燒器裝置7，扁平火燄f係自一側之開口部9吹出，沿輻射壁面Z產生朝另一側之開口部9被吸引之一連串氣流，扁平火燄f係隨此氣流，沿輻射壁面Z延伸，可確實且有效率地加熱輻射壁面Z。
由於來自開口部9之火燄f係呈扁平狀，因此，可更廣且均一地加熱輻射壁面Z。由於形成於爐體元件5與處理材2間之火燄f呈扁平狀，因此，可窄縮處理材2與頂棚面6等之爐體1a內面之間隔(於圖式中，降低加熱爐1之高度)，可使加熱爐1小型化。
由於在燃燒器裝置7之空氣流路8，位於曲面S之深處， 相對於該曲面S朝向折返之方向，而形成彎曲路徑Y，因此，可在火燄f自開口部9吹出之際，以接近輻射壁面Z之方式產生迴旋作用於火燄f，可更加提高藉由火燄f之輻射壁面Z之加熱作用。
由於燃燒器裝置7係具有沿彎曲路徑Y向空氣流路8內噴射燃料F之燃料噴射部10，因此，可一面確保燃燒用空氣C之順暢流動，一面順利地進行此等燃料F與燃燒用空氣C之合流，可自開口部9吹出流速快的火燄f。
由於在燃燒器裝置7之空氣流路8，於較來自燃料噴射部10之燃料F與燃燒用空氣C合流之合流部X更靠近下游側，在曲面S向彎曲路徑Y折返之反轉部位T周邊，形成用以攪拌混合燃料F與燃燒用空氣C之擋板部13，因此，可提高燃料F與燃燒用空氣C之混合，可確保高效率的燃燒。
由於順暢地流經擋板部13之燃燒用空氣C及燃料F可維持氣流之流勢，充份發揮康達效應，可適當地加熱輻射壁面Z，並以充份的輻射熱來處理處理材2。
又，如上述實施形態，藉由單元化包含爐體元件5(於圖式中，爐頂棚部)及燃燒器裝置7之壁面輻射式燃燒器單元4，藉由將其等連續設置來形成爐頂棚部等之爐體1a，可以容易構成加熱爐1。上述實施形態雖然以爐體元件5為構成爐頂棚部者，卻當然亦可為構成爐床部、爐壁部者。
1‧‧‧加熱爐
1a‧‧‧爐體
2‧‧‧處理材
3‧‧‧搬送部
4‧‧‧壁面輻射式燃燒器單元
5‧‧‧爐體元件
6‧‧‧頂棚面
7‧‧‧回熱燃燒器裝置
8‧‧‧空氣流路
8a‧‧‧第1流路
8b‧‧‧第2流路
9‧‧‧開口部
10‧‧‧燃料噴射部
10a‧‧‧燃料噴射口
11‧‧‧蓄熱部
12‧‧‧連通管
13‧‧‧擋板部
13a‧‧‧擋板
C‧‧‧燃燒用空氣
D‧‧‧直線前進路徑
E‧‧‧排氣
F‧‧‧燃料
f‧‧‧扁平火燄
S‧‧‧曲面
T‧‧‧反轉部位
X‧‧‧合流部
Y‧‧‧彎曲路徑
Y1‧‧‧外側彎曲面
Y2‧‧‧內側彎曲面
Z‧‧‧輻射壁面
圖1係表示與本發明相關之壁面輻射式燃燒器單元之一較佳實施形態，具備有該燃燒器單元之加熱爐之部分剖面斜視圖。
圖2係圖1所示壁面輻射式燃燒器單元之重要部位縱剖面圖。
圖3係圖2中A部放大圖。
圖4係圖1所示之壁面輻射式燃燒器單元之俯視圖。
圖5係說明圖1所示之於壁面輻射式燃燒器單元具備之擋板部之作用的說明圖。
4‧‧‧壁面輻射式燃燒器單元
5‧‧‧爐體元件
6‧‧‧頂棚面
7‧‧‧回熱燃燒器裝置
8‧‧‧空氣流路
8a‧‧‧第1流路
8b‧‧‧第2流路
9‧‧‧開口部
10‧‧‧燃料噴射部
11‧‧‧蓄熱部
13‧‧‧擋板部
13a‧‧‧擋板
C‧‧‧燃燒用空氣
D‧‧‧直線前進路徑
E‧‧‧排氣
F‧‧‧燃料
f‧‧‧扁平火燄
S‧‧‧曲面
T‧‧‧反轉部位
Y‧‧‧彎曲路徑
Z‧‧‧輻射壁面

Claims (7)

  1. 一種壁面輻射式燃燒器單元，其特徵在於，具備有：形成與處理材對向之輻射壁面之爐體元件；以及形成沿該爐體元件之該輻射壁面之扁平火燄而加熱該輻射壁面之燃燒器；藉來自上述輻射壁面之輻射熱來加熱處理材，上述燃燒器具備有：形成於上述爐體元件，吹出扁平火燄之開口部；以及形成於上述爐體元件，連接於上述開口部，流通燃燒用空氣之空氣流路；該空氣流路與上述輻射壁面係經由上述開口部，以連續曲面相連接，於上述燃燒器之上述空氣流路，位於上述曲面之深處且朝向相對於該曲面折返之方向，形成有彎曲路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項之壁面輻射式燃燒器單元，其中，上述扁平火燄係藉由產生康達效應(coanda effect)之燃燒用空氣之空氣流沿上述輻射壁面而行。
  3. 如申請專利範圍第1項之壁面輻射式燃燒器單元，其中，上述燃燒器具有沿上述彎曲路徑，向上述空氣流路內噴射燃料之燃料噴射部。
  4. 如申請專利範圍第2項之壁面輻射式燃燒器單元，其中，上述燃燒器具有沿上述彎曲路徑，向上述空氣流路內噴射燃料之燃料噴射部。
  5. 如申請專利範圍第3項之壁面輻射式燃燒器單元，其中，於上述燃燒器之上述空氣流路，在較來自上述燃料噴射 部之燃料與燃燒用空氣合流之合流部更靠近下游側，在上述曲面向上述彎曲路徑折返之反轉部位周邊，形成用以攪拌混合燃料與燃燒用空氣之擋板部。
  6. 如申請專利範圍第4項之壁面輻射式燃燒器單元，其中，於上述燃燒器之上述空氣流路，在較來自上述燃料噴射部之燃料與燃燒用空氣合流之合流部更靠近下游側，在上述曲面向上述彎曲路徑折返之反轉部位周邊，形成用以攪拌混合燃料與燃燒用空氣之擋板部。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之壁面輻射式燃燒器單元，其中，上述燃燒器具有以排氣加溫燃燒用空氣之蓄熱部，隔著上述輻射壁面而配置交互地進行燃燒動作與排氣動作之一對回熱燃燒器裝置所構成；藉由隨著一個上述回熱燃燒器裝置之排氣吸引動作產生形成沿該輻射壁面而行之氣流，使另一個上述回熱燃燒器裝置之燃燒動作所造成之上述扁平火燄沿該輻射壁面而行。
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