TWI670457B - 加熱裝置及加熱方法 - Google Patents

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日商杰富意鋼鐵股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種於較高之噴出速度下亦不會不點火而能夠穩定地保持火焰，從而能夠以極高之效率進行加熱的加熱裝置。一種加熱裝置，其係具備燃燒器者，上述燃燒器具備：主燃燒器部，其具備噴出燃料氣體之燃料氣體噴嘴及噴出燃燒用空氣之空氣噴嘴；及引火燃燒器部，其位於較上述主燃燒器部更靠外側，用於使自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體燃燒。

Description

加熱裝置及加熱方法
本發明係關於一種具備燃燒器之加熱裝置，尤其係關於一種於較高之噴出速度下亦不會不點火而能夠穩定地保持火焰，從而能夠以極高之效率進行加熱的加熱裝置。又，本發明係關於一種使用上述加熱裝置之加熱方法。
作為物品之加熱方法，已知有熱風加熱、紅外線加熱、利用電加熱器之加熱、感應加熱等各種方法，其中，利用燃燒器之加熱於各種用途中極為常用。
圖8係表示習知所使用之預混合燃燒燃燒器之一例之示意圖。於預混合燃燒燃燒器100中，可燃性之燃料氣體101與空氣102於預混合燃燒燃燒器100之內部預先混合成為混合氣體，上述混合氣體藉由自預混合燃燒燃燒器100噴出並進行燃燒而形成火焰103。
於使用利用此種燃燒器形成之火焰直接進行加熱之情形時，自火焰朝向被加熱物表面之傳熱量Q與熱傳遞係數α成正比，上述熱傳遞係數α依存於火焰之噴出速度V0。例如，於使用具有圓形開口之燃燒器之情形時，熱傳遞係數α與V0 1/2成正比。又，於將複數個噴嘴排列配置於一直線上之線形燃燒器之情形時，熱傳遞係數α與V0 0.58成正比。因此，為了提高利用燃燒器之加熱 效率，要求提高噴出速度。
但，若為了提高噴出速度而單純提高燃料氣體或空氣之流速則火焰變得不穩定，若進一步提高流速，則破壞燃燒速度與氣體流速之平衡，發生火焰被吹向下游而熄滅之所謂吹滅。因此，於習知之燃燒器中，無法較大地增加噴出速度，因而加熱效率之提高存在極限。
因此，作為使火焰穩定而抑制吹滅之方法，提出使用具備主燃燒器及輔助上述主燃燒器中之燃燒之引火燃燒器之燃燒器的方法(專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2013-194991號公報
根據專利文獻1之燃燒器，能夠使火焰穩定化並使火焰溫度上升。但，於上述噴出速度提高之方面，即便為專利文獻1所提出之燃燒器，亦不能說是相當充分，為了提高加熱效率，要求開發具備能夠以更高之噴出速度穩定地使用之燃燒器之加熱裝置。
本發明係鑒於上述情況而完成者，其目的在於提供一種於較高之噴出速度下亦不會不點火而能夠穩定地保持火焰，從而能夠以極高之效率進行加熱的加熱裝置。又，本發明之目的在於提供一種使用上述加熱裝置之加熱方法。
本發明人等為了解決上述課題而進行了研究，結果發 現，藉由使用以特定之位置關係設置主燃燒器部及引火燃燒器部之燃燒器，即便為例如50Nm/s以上之極高之噴出速度亦能夠穩定地保持火焰。本發明係基於上述見解而完成者，其主旨構成如下。
1.一種加熱裝置，其係具備燃燒器者，上述燃燒器具備：主燃燒器部，其具備噴出燃料氣體之燃料氣體噴嘴及噴出燃燒用空氣之空氣噴嘴；及引火燃燒器部，其位於較上述主燃燒器部更靠外側，用於使自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體燃燒。
2.如上述1之加熱裝置，其中，上述主燃燒器部於上述燃料氣體噴嘴及上述空氣噴嘴之一者或兩者之上游側具備均壓室。
3.如上述1或2之加熱裝置，其中，上述燃料氣體噴嘴及上述空氣噴嘴係直管構造。
4.如上述1至3中任一項之加熱裝置，其中，於上述燃燒器之前端設置有凹部，該凹部具有底部及自該底部朝向該燃燒器之前端逐漸擴寬之錐狀部，上述主燃燒器部配置於上述底部，上述引火燃燒器部配置於上述錐狀部。
5.如上述4之加熱裝置，其中，上述底部與上述錐狀部所成之角度θ為20°以上。
6.如上述1至5中任一項之加熱裝置，其中，上述引火燃燒器部係表面燃燒燃燒器。
7.如上述4或5之加熱裝置，其中，上述引火燃燒器 部具備自直徑d之管形噴嘴及短邊方向之寬度d之狹縫噴嘴中選擇之引火噴嘴，上述引火噴嘴之前端設置於自上述錐狀部之表面往裡面d以上且15d以下之位置。
8.如上述1至7中任一項之加熱裝置，其具備能夠獨立地調整上述主燃燒器部之流量及上述引火燃燒器部之流量的流量調整手段。
9.一種加熱方法，其使用如上述1至8中任一項之加熱裝置進行加熱。
10.如上述9之加熱方法，其中，自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體及燃燒用空氣之各者之噴出速度為50Nm/s以上。
11.如請求項9或10之加熱方法，其中，將自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體之流量F1與自上述引火燃燒器部噴出之引火用燃料氣體之流量F2之比F1：F2，設為70：30~85：15。
根據本發明，於較高之噴出速度下亦不會不點火而能夠穩定地保持火焰，從而能夠以極高之效率進行加熱。
1‧‧‧燃燒器
10‧‧‧燃燒器本體
20‧‧‧主燃燒器部
21‧‧‧燃料氣體噴嘴
22‧‧‧空氣噴嘴
23‧‧‧均壓室
24‧‧‧有孔板
30‧‧‧引火燃燒器部
31‧‧‧多孔質板
32‧‧‧引火噴嘴
33‧‧‧空間
40‧‧‧凹部
41‧‧‧底部
42‧‧‧錐狀部
50‧‧‧引火
60、103‧‧‧火焰
100‧‧‧預混合燃燒燃燒器
101‧‧‧燃料氣體
102‧‧‧空氣
A、G‧‧‧箭頭
d‧‧‧直徑(寬度)
θ‧‧‧角度
圖1係表示本發明之一實施形態之燃燒器之構造之示意圖。
圖2係表示本發明之一實施形態之主燃燒器部之構造之示意圖。
圖3係表示本發明之一實施形態之引火燃燒器部之構造之示意圖。
圖4係表示本發明之另一實施形態之引火燃燒器部之構造之示意圖。
圖5係表示實施例及比較例之各燃燒器之噴出速度之圖。
圖6係表示實施例及比較例之各燃燒器之加熱能力之圖。
圖7係表示比較例1及實施例1之燃燒器中之溫度分佈之測定例之圖。
圖8係表示習知之預混合燃燒燃燒器之一例之示意圖。
其次，對實施本發明之方法具體地進行說明。再者，以下之說明係表示本發明之較佳之實施態樣者，本發明不受以下之說明任何限定。
本發明之加熱裝置係具備燃燒器之加熱裝置，上述燃燒器具備主燃燒器部及引火燃燒器部。上述主燃燒器部具備噴出燃料氣體之燃料氣體噴嘴及噴出燃燒用空氣之空氣噴嘴，藉由自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體與空氣燃燒，而形成用於加熱被加熱物之火焰。又，上述引火燃燒器部係具有用於點燃自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體之功能者。
此處，重要的是上述引火燃燒器部位於較上述主燃燒器部更靠燃燒器之外側。藉由設為此種位置關係，與設為其他位置關係之情形相比，於較高之噴出速度下亦可穩定地保持火焰。如上所述，自火焰朝向被加熱物表面之傳熱量Q與熱傳遞係數α成正比，且火焰之噴出速度V0越大則上述熱傳遞係數α越大。因此，根據本發明之加熱裝置，藉由使火焰高速地碰撞於被加熱物之表面，能夠以極高之效率進行加熱。並且，其結果，能夠將被加熱物 更高速地加熱至更高之溫度。又，根據本發明之加熱裝置，能夠減少為了達成相同加熱溫度所需之燃料氣體之量。進而，於本發明之加熱裝置中，由於能夠提高噴出速度，故而能夠使火焰到達較遠之位置。因此，可於遠離被加熱物之位置設置燃燒器，裝置設計之自由度較高。
尤其是，於煉鐵製程中，大多需加熱位於遠離燃燒器之位置之被加熱物。因此，本發明之加熱裝置可非常適合作為煉鐵製程用加熱裝置而用於加熱煉鐵材料。作為上述煉鐵製程用加熱裝置，例如可列舉用於燒結礦之製造等之燒結機之點火裝置。又，將本發明之加熱裝置用作煉鐵製程用加熱裝置時，較佳為將燃燒器之構造設為具備呈直線狀排列之複數個噴嘴之線形燃燒器。
再者，推測藉由設為上述位置關係而於較高之噴出速度下亦可穩定地保持火焰係由於如下理由。即，如專利文獻1所提出般，將燃料氣體噴嘴與燃燒用空氣噴嘴以隔著引火燃燒器之方式配置，且以燃料氣體之噴出方向與燃燒用空氣之噴出方向交叉之方式配置之情形時，產生渦流，由流動之紊亂所導致之動能損失變大，因此無法維持較高之流速。與此相對，於本發明之技術中，藉由上述引火燃燒器部位於較上述主燃燒器部更靠燃燒器之外側，而可抑制主流之燃料氣體及燃燒用空氣之流動之紊亂，而維持較高之流速。又，若使自主燃燒器部噴出之燃料氣體與燃燒用空氣之噴出方向平行，則能夠進一步抑制流動之紊亂，從而能夠維持更高之流速。
又，於燃料氣體噴嘴位於中央部，於其外側配置有引火燃燒器，進而於其外側配置有燃燒用空氣噴嘴之情形時，燃料氣 體必須向兩側之引火噴出，而必須於兩側具備燃料氣體噴嘴。由此，噴嘴個數增加，因此若欲使噴出速度上升則各個噴嘴之直徑變小，故而噴出後之氣體速度之衰減變大，無法維持噴出後之較高之流速。與此相對，於本發明之技術中，無須將燃料氣體分割為兩側，故而能夠維持較高之流速。
[燃料氣體]
作為上述燃料氣體，並無特別限定，只要為可燃性氣體則可使用任意者。作為上述燃料氣體，例如，一般可使用天然氣或液化石油氣(LPG，liquefied petroleum gas)。於在煉鐵廠中使用上述加熱裝置之情形時，亦可將煉鐵廠中副生成之處理氣體用作上述燃料氣體。作為上述處理氣體，較佳為使用含有焦爐氣之處理氣體。作為上述含有焦爐氣之處理氣體，例如，可較佳地使用焦爐氣本身(即，僅包含焦爐氣之氣體)、及作為焦爐氣與高爐氣混合所得之氣體之M氣體。
其次，基於圖式更具體地進行說明。
圖1係本發明之一實施形態之燃燒器1之示意圖，表示燃燒器1之剖面之構造。燃燒器1具備燃燒器本體10、以及設置於燃燒器本體10之主燃燒器部20及引火燃燒器部30。於上述燃燒器1之前端(形成火焰之側)設置有凹部40，凹部40具有底部41、及自底部41朝向燃燒器1之前端逐漸擴寬之錐狀部42。
[主燃燒器部]
圖2係表示本發明之一實施形態之主燃燒器部20之構造之示 意圖。主燃燒器部20具備噴出燃料氣體之燃料氣體噴嘴21、及噴出燃燒用空氣之空氣噴嘴22。燃料氣體噴嘴21於底部41之中央設置有1個。空氣噴嘴22以隔著燃料氣體噴嘴21之方式左右對稱地設置有2個。再者，於圖2所示之例中，表示1個燃燒器之剖面，但於加熱具有寬度之物品之情形時，較佳為將複數個燃燒器沿紙面垂直方向排列而形成線形燃燒器。
燃料氣體如箭頭G所示般供給，並自燃料氣體噴嘴21噴出。又，燃燒用空氣如箭頭A所示般供給，並自空氣噴嘴22噴出。燃料氣體於噴出之時間點並不點燃，但如圖1所示，由藉由引火燃燒器部30形成之引火50點燃而形成火焰60。
燃料氣體噴嘴21及空氣噴嘴22之形狀並無特別限定，可設為任意形狀。但，較佳為如圖2所示設為不具有噴嘴前端部之錐體狀構造之直管構造。若使用直管構造之噴嘴，則可進一步提高噴出速度而使被加熱面之熱傳遞係數更大，故而其結果，能夠進一步提高加熱效率。其原因在於，於直管構造之噴嘴中，與使用形成迴旋流之噴嘴之情形相比，由形成渦流所導致之能量損失較少，可抑制噴出後之氣體速度之衰減。
為了提高燃燒器之加熱效率，燃料氣體噴嘴21及空氣噴嘴22之直徑(以下稱為噴嘴直徑)較佳為以常用使用流量域之噴出流速成為50~80Nm/s之方式確定。又，最大燃燒時之噴出流速較佳為設為150Nm/s以下。再者，關於噴出速度之定義，將於下文進行敍述。
燃料氣體噴嘴21及空氣噴嘴22之具體直徑不受限定，但若上述直徑為3mm以上，則可進一步抑制自噴嘴噴出後之 氣體速度之衰減。因此，上述直徑較佳為設為3mm以上，更佳為設為5mm以上。另一方面，上述直徑之條件亦無特別限定，但若上述直徑為30mm以下，則可將燃燒器之熱負荷維持於更佳之範圍而延長燃燒器之壽命。又，藉由設置多個直徑為30mm以下之小徑噴嘴，與設置少量之大徑噴嘴相比，能夠更均勻地進行加熱。因此，上述直徑較佳為設為30mm以下。再者，燃料氣體噴嘴21之直徑與空氣噴嘴22之直徑可相同，亦可不同。
再者，燃料氣體噴嘴21與空氣噴嘴22之間隔(噴嘴間距)L1於將燃料氣體噴嘴21之直徑設為dNG，且將空氣噴嘴22之直徑設為dNA時，較佳為滿足2dNG≦L1≦15dNA。又，於將複數個燃燒器排列而形成線形燃燒器之情形時，各燃燒器之燃料氣體噴嘴之間隔(噴嘴間距)L2較佳為滿足2dNG≦L2≦15dNA。若滿足上述條件，則燃燒穩定性進一步提高，而能夠進一步抑制氣體速度之衰減。
[均壓室]
於主燃燒器部20，於燃料氣體噴嘴21及空氣噴嘴22各自之上游側設置有均壓室23，於均壓室23之與噴嘴為相反側(上游側)設置有設有用於供燃料氣體或空氣通過之孔之有孔板24。若如此設置均壓室23則能夠更均勻地噴出氣體，故而可進一步將火焰穩定化而進一步提高噴出速度。再者，亦可僅於燃料氣體噴嘴21及空氣噴嘴22之任一者之上游側設置均壓室23，但較佳為如圖2所示般設置於兩者。此處，所謂均壓室係指為了緩和由氣體之供給壓力之變動所導致之影響而設置於噴嘴之上游側之構造。上述均壓室如圖2所例示般，具備設置於噴嘴之上游側且具備1個或2個以上之開 口之板(節流板)、及上述節流板與上述噴嘴之間之空間。並且，上述節流板之上游側與上述空間僅以上述節流板之開口相連。設置於上述節流板之開口之合計面積小於上述空間之與上述噴嘴之噴出方向垂直之面之截面面積。進而，上述噴嘴之開口之合計面積亦小於上述空間之與上述噴嘴之噴出方向垂直之面之截面面積。
[引火燃燒器部]
如上所述，引火燃燒器部具有點燃自主燃燒器部噴出之燃料氣體而使該燃料氣體燃燒之功能。自主燃燒器部噴出之燃料氣體之點燃利用藉由引火燃燒器部形成之火焰(引火)而進行。因此，引火燃燒器部通常具備用於形成引火之引火用燃料氣體出口及引火用空氣出口。藉由使用上述引火用空氣使上述引火用燃料氣體燃燒而形成引火。再者，於以下之說明中，存在將「引火用燃料氣體」簡稱為「燃料氣體」並將「引火用空氣」簡稱為「空氣」之情形。
本發明之加熱裝置如上所述，於較主燃燒器部更靠外側具備用於使自該主燃燒器部噴出之燃料氣體燃燒之引火燃燒器部，故而於來自主燃燒器之燃料氣體之噴出速度較高之條件下亦可穩定地維持火焰。因此，於本發明之燃燒器中，亦具有如下優點，即，亦可不於主燃燒器之前方側具有用於穩定地維持火焰之燃燒室構造、即以包圍主燃燒器與引火燃燒器之方式朝向燃燒器之前方突出之構造。
又，於本發明之加熱裝置中，主燃燒器之火焰維持於自主燃燒器之氣體噴出方向之前方之空間部。於公知之技術中，於主燃燒器之前方側設置用於穩定地維持火焰之燃燒室構造或由耐 火物構成之錐體形狀之構造物，於其內部維持火焰或維持與其表面接觸之火焰，但於本發明中，即便不設置此種構造，藉由利用引火燃燒器之火焰將主燃燒器之火焰維持於空間部，而能夠維持主燃燒器之高速之火焰。為了維持此種火焰，較佳為主燃燒器部之氣體噴出方向與引火燃燒器部之氣體噴出方向之交點位於燃燒器之氣體噴出方向前方之空間部或燃燒器之凹部之外(燃燒器之外部)。
圖3係表示本發明之一實施形態之引火燃燒器部30之構造之示意圖。於該例中，引火燃燒器部30係由表面燃燒燃燒器構成。於表面燃燒燃燒器之前端設置有多孔質板31，對多孔質板31，分別如箭頭G及箭頭A所示般供給引火用燃料氣體及引火用空氣。
於本發明之加熱裝置中，由於自主燃燒器部20高速地噴出燃料氣體及空氣，故而於燃燒器1之前端附近、尤其凹部40之內部形成伴隨其氣流之伴隨流。例如，於自主燃燒器部噴出之氣體之流速為50m/s之情形時，伴隨流之流速亦為20~30m/s而成為高速，故而有藉由引火燃燒器部30形成之引火50變得不穩定之虞。但，於表面燃燒燃燒器中，點燃點存在於多孔質板之表面或內部，因此不受伴隨流之影響而能夠穩定地保持引火。
作為多孔質板31，並無特別限定，可使用包含任意之多孔質體之板狀構件。上述多孔質體例如可由自包含金屬、合金、及陶瓷之群組中選擇之一種或兩種以上之材料構成。作為多孔質板31，例如可使用金屬網(將金屬纖維層積所得之物)。上述多孔質板31之表面較佳為配置於與錐狀部42之表面同一面上。
如圖1所示，自主燃燒器部20噴出之燃料氣體及空 氣藉由引火50而點燃。因此，就確實地點燃之觀點而言，較佳為主燃燒器部20及引火燃燒器部30以主燃燒器部20之噴出軸(噴出方向)與引火燃燒器部30之噴出軸(噴出方向)於其延長線上交叉之方式配置。更具體而言，較佳為將構成凹部40之底部41與錐狀部42所成之角度θ設為20°以上。若上述θ未滿20°，則引火燃燒器部之火焰難以到達自主燃燒器部噴出之氣體流，故而容易發生不點火。上述θ更佳為設為30°以上。另一方面，上述θ之上限並無特別限定，但通常較佳為設為80°以下，更佳為設為60°以下。
主燃燒器部與引火燃燒器部之距離以引火燃燒器部之火焰(引火50)到達來自主燃燒器部之噴出流之方式決定。將引火燃燒器部之火焰有效長度設為F時，引火燃燒器部之火焰到達與底部41之面平行之方向之距離成為F‧sinθ，因此，以主燃燒器部之端之位置與引火燃燒器部之中心位置之距離於與底部41之面平行之方向成為F‧sinθ以下之方式確定主燃燒器部與引火燃燒器部之距離即可。具體而言，於引火燃燒器部之有效火焰長度為100mm，主燃燒器之寬度(主燃燒器部之最外噴嘴間距離)為50mm且θ=30°之情形時，主燃燒器部中心與引火燃燒器部中心之距離設為75mm以下即可。若考慮θ之較佳範圍，則主燃燒器部中心與引火燃燒器部中心之距離較佳為設為60~110mm。有效火焰長度可基於火焰溫度之測定結果而決定為成為氣體之點燃溫度以上之區域之距燃燒面或傾斜面之長度。
圖4係表示本發明之另一實施形態之引火燃燒器部之構造之例之示意圖。於該實施形態中，引火燃燒器部30具備直徑d之管形噴嘴作為引火噴嘴32。引火噴嘴32具備同軸地設置之 外管及內管，對上述內管如箭頭G所示般供給引火用燃料氣體，上述引火用燃料氣體自上述內管之前端噴出。另一方面，對上述外管如箭頭A所示般供給引火用空氣，上述引火用空氣自上述外管前端噴出。
引火噴嘴32之前端如圖4所示設置於自錐狀部42之表面往裡面d以上之位置。換言之，自錐狀部42之表面至引火噴嘴32之前端之距離為d以上。自引火噴嘴32噴出之引火用燃料氣體於空間33內點燃，其火焰(引火)以超過錐狀部42之表面而向外部延伸之方式形成。如此，藉由使引火噴嘴32之前端位於朝向燃燒器本體10之內部往裡之位置，即便不使用表面燃燒燃燒器，亦能夠抑制上述伴隨流之影響而穩定地保持引火。再者，於引火燃燒器部30具備短邊方向之寬度d之狹縫噴嘴作為引火噴嘴32之情形時，較佳為亦同樣地將引火噴嘴32之前端設置於自錐狀部42之表面往裡面d以上之位置。就抑制伴隨流之影響之觀點而言，較佳為將自錐狀部42之表面至引火噴嘴32之前端之距離設為2d以上。另一方面，若引火噴嘴32之前端設置於自錐狀部42之表面往裡面15d以上之位置，則有火焰溫度降低之虞。因此，自錐狀部42之表面至引火噴嘴32之前端之距離較佳為設為15d以下，更佳為設為4d以下。
[噴出速度]
如上所述，根據本發明之加熱裝置，於較高之噴出速度下亦不會不點火而能夠穩定地保持火焰，從而能夠以極高之效率進行加熱。再者，使用時之噴出速度並無特別限定，只要在能夠保持火焰 之範圍內則可設為任意速度，但就加熱效率之觀點而言，較佳為將自主燃燒器部噴出之燃料氣體與空氣之各者之噴出速度設為50Nm/s以上，更佳為設為60Nm/s以上，進而較佳為設為65Nm/s以上。如此極高之噴出速度係於習知之燃燒器中無法實現者。
再者，此處，所謂噴出速度係指主燃燒器部之燃料氣體噴嘴及空氣噴嘴之直管部中之氣體流速，以噴出速度=單個噴嘴之每單位時間氣體流量/噴嘴截面面積而求得。於不具有直管部之噴嘴中，將噴嘴出口部之截面面積考慮為噴嘴截面面積。又，於包括多個噴嘴或多個孔之燃燒器中，如圖8所例示般於噴嘴之前方具有圓錐狀之錐體部之情形時，藉由將自燃燒器噴出之燃料氣體與空氣之和之合計流量除以上述錐體部之出口之截面面積，而能夠求得燃燒器之噴出速度。
燃料氣體之噴出速度及燃燒用空氣之噴出速度較佳為大致相等。具體而言，較佳為將燃料氣體之噴出速度相對於燃燒用空氣之噴出速度之比(噴出流速比)設為0.8~1.2。再者，於具有圓錐形之錐體之燃燒器中，亦較佳為將錐體近前之噴嘴孔部之上述噴出流速比設為0.8~1.2。
[燃料氣體流量比]
主燃燒器部之燃料氣體流量與引火燃燒器部之燃料氣體流量之比率(以下亦稱為「燃料氣體流量比」)係對火焰之穩定性及加熱能力影響較大。因此，加熱裝置較佳為具備能夠分別獨立地調整主燃燒器部之燃料氣體流量及引火燃燒器部之燃料氣體流量之流量調整手段。又，燃燒用空氣量係可將燃料氣體流量乘以燃料氣體之 理論空氣量及空氣比而決定。加熱裝置較佳為具備能夠分別獨立地調整主燃燒器部之燃燒用空氣之流量及引火燃燒器部之燃燒用空氣之流量之流量調整手段。作為上述流量調整手段，可使用流量調整閥等。
於將主燃燒器部之燃料氣體流量及引火燃燒器部之燃料氣體流量之合計設為100%時，若引火燃燒器部燃料氣體流量未滿15%則由伴隨流所導致之火焰溫度之降低變得明顯，存在發生主燃燒器不點火之情形。因此，較佳為將引火燃燒器部之燃料氣體流量設為15%以上。換言之，較佳為將自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體之流量F1與自上述引火燃燒器部噴出之引火用燃料氣體之流量F2之比F1：F2，設為85：15以下(F1/F2≦85/15)。另一方面，若引火燃燒器部之燃料氣體流量過多，則雖然火焰穩定，但由於主燃燒器部之火焰變小，故而加熱能力降低。因此，較佳為將引火燃燒器部之燃料氣體流量設為30%以下，換言之，較佳為將F1：F2設為70：30以上(F1/F2≧70/30)。
[實施例]
為了確認燃燒器構造對火焰之穩定性造成之影響，使用以下3種燃燒器，對未引起吹滅而能夠保持火焰之極限噴出速度進行評價。
(比較例1)圖8所示之習知之一般之預混合燃燒燃燒器
(比較例2)專利文獻1之圖1所示之燃燒器
(實施例1)圖1~3所示之構造之燃燒器
於上述實施例及比較例中，將與圖1、8等所示之剖面垂直之方向之燃燒器之寬度設為1m。於表1中表示噴嘴之尺寸 及噴出部截面面積。又，將比較例2及實施例1之主燃燒器部之燃料氣體之流量與引火燃燒器部之燃料氣體之流量之比(燃料氣體流量比)一併表示於表1中。
於比較例1中，使用具有圖8所示之剖面形狀且噴嘴寬度10mm、長度1m之狹縫狀噴嘴。於比較例2中，使用將專利文獻1之圖1所記載之噴嘴於燃燒器寬度方向1m之間呈直線狀設置60組而成者。專利文獻1所記載之燃燒器由於每1個燃燒器具備2個燃料氣體噴嘴，故而燃料氣體噴嘴之個數成為120個。於實施例1中，使用將本發明之圖1及圖2之噴嘴於燃燒器寬度方向1m之間呈直線狀設置50組、即設置50個燃料氣體噴嘴而成者。再者，於比較例2之燃燒器中配置50組噴嘴之情形時，火焰不穩定，故設置60組噴嘴而謀求火焰之穩定化。
實驗以燃燒空間之尺寸為1.4m×1.4m×0.4m之實驗用燃燒爐實施。以燃料氣體與燃燒用空氣之流量比固定之方式增加兩者之流量，測定不引起火焰之吹滅而能夠保持火焰之極限噴出流速。
此處，作為上述燃料氣體，使用作為煉鐵廠內之副生成氣體之M氣體(焦爐氣與高爐氣之混合氣體)。上述M氣體之主成分為H2：26.5%、CO：17.6%、CH4：9.1%、N2：30.9%。
將測定結果示於圖5。於比較例1中，若噴嘴直管部中之流速(噴出速度)超過30Nm/s，則無法保持火焰而發生吹滅。再者，若將上述直管部之流速換算為錐體部之前端之流速，則為3Nm/s。於比較例2中，若噴嘴直管部中之流速(噴出速度)超過40Nm/s，則無法保持火焰而發生吹滅。另一方面，於實施例1中，即便於噴出速度超過40Nm/s之條件下火焰亦穩定。若噴出速度超過100Nm/s則火焰變得不穩定，於120Nm/s時發生吹滅。
根據以上結果可知，於本發明之加熱裝置中，與習知之燃燒器相比於顯著提高之噴出流速下仍可穩定燃燒。再者，實際以工業用途等使用本發明之燃燒器時，吹滅極限流速附近之使用有因供給系統之操作變動等而導致吹滅風險增高之可能性，因此較佳為使流速小於吹滅極限流速而進行使用。於圖5中，亦記載有實際之常用使用流速之一例。
又，與上述測定同時地，將模擬被加熱物之水冷式冷卻器以與燃燒器相面對之方式設置於離開0.4m之位置，根據水之上升溫度評價燃燒器之加熱能力。將燃料氣體流量及空氣比設為相同時之各實施例、比較例之燃燒器之加熱能力示於圖6。可知，實 施例1與比較例1及比較例2相比，加熱能力大幅度提高。
進而，與上述測定同時地，使用熱電偶測定比較例1及實施例1之火焰溫度之分佈，並基於此而製作燃燒器剖面方向之等溫線。將結果示於圖7。兩者係以相同之燃料氣體流量及空氣比測定所得者。於比較例1中，於燃燒器前方之錐體內部燃燒，於到達被加熱物之前完成大量燃料氣體之燃燒。另一方面，於實施例1中，自主燃燒器噴出之燃料氣體於燃燒器與被加熱物之中間附近由引火燃燒器之火焰點燃而開始燃燒，於被加熱物之附近使大量燃料氣體燃燒。其結果，認為於實施例1之燃燒器中，火焰高速地碰撞於被加熱物而將更多之能量授受於被加熱面，因此，雖然被加熱物附近之氣體溫度看似大致相同，但如圖7所示，確認到加熱能力大幅度提高。

Claims (11)

  1. 一種加熱裝置，其係具備燃燒器者，上述燃燒器具備：主燃燒器部，其具備噴出燃料氣體之燃料氣體噴嘴及噴出燃燒用空氣之空氣噴嘴；及引火燃燒器部，其位於較上述主燃燒器部更靠外側，用於使自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體燃燒；上述引火燃燒器部具備引火用燃料氣體出口與引火用空氣出口。
  2. 如請求項1之加熱裝置，其中，上述主燃燒器部於上述燃料氣體噴嘴及上述空氣噴嘴之一者或兩者之上游側具備均壓室。
  3. 如請求項1或2之加熱裝置，其中，上述燃料氣體噴嘴及上述空氣噴嘴係直管構造。
  4. 如請求項1之加熱裝置，其中，於上述燃燒器之前端設置有凹部，該凹部具有底部及自該底部朝向該燃燒器之前端逐漸擴寬之錐狀部，上述主燃燒器部配置於上述底部，上述引火燃燒器部配置於上述錐狀部。
  5. 如請求項4之加熱裝置，其中，上述底部與上述錐狀部所成之角度θ為20°以上。
  6. 如請求項1之加熱裝置，其中，上述引火燃燒器部係表面燃燒燃燒器。
  7. 如請求項4或5之加熱裝置，其中，上述引火燃燒器部具備自直徑d之管形噴嘴及短邊方向之寬度d之狹縫噴嘴中選擇之引火噴嘴，上述引火噴嘴之前端設置於自上述錐狀部之表面往裡面d以上且15d以下之位置。
  8. 如請求項1之加熱裝置，其具備能夠獨立地調整上述主燃燒器部之流量及上述引火燃燒器部之流量的流量調整手段。
  9. 一種加熱方法，其使用請求項1至8中任一項之加熱裝置進行加熱。
  10. 如請求項9之加熱方法，其中，自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體及燃燒用空氣之各者之噴出速度為50Nm/s以上。
  11. 如請求項9或10之加熱方法，其中，將自上述主燃燒器部噴出之燃料氣體之流量F1與自上述引火燃燒器部噴出之引火用燃料氣體之流量F2之比F1：F2，設為70：30~85：15。
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