TWI691677B - 氧氣燃燒器及氧氣燃燒器之運轉方法 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種不需要冷卻構造的結構卻可形成高速的氧氣噴流，且能以優異效率熔解被加熱物的氧氣燃燒器，具有：一次氧氣噴出口，設於一次氧氣流路前端；複數支燃料氣體供給管，設置成使燃料氣體流路的前端側形成分路的方式；燃料氣體噴出口，設在燃料氣體供給管之各管；及二次氧氣噴出口，設於二次氧氣流路10之前端，燃料氣體噴出口係配置成圍繞在一次氧氣噴出口的周圍，二次氧氣噴出口係配置成圍繞在燃料氣體噴出口及一次氧氣噴出口的周圍，各燃料氣體噴出口係配置在同一平面上，且較一次氧氣噴出口6前端突出。

Description

氧氣燃燒器及氧氣燃燒器之運轉方法

本發明係關於氧氣燃燒器及氧氣燃燒器之運轉方法。

習知技術中，玻璃、鐵屑等被加熱物的加熱熔解中廣泛使用了氣體燃料-氧氣燃燒器(以下有只記載為「氧氣燃燒器」的情形)。

例如，在供給一次氧氣的中心管的外周設置有燃料氣體供給用內管，再於其外周設置二次氧氣供給用外管的三層管構造式燃燒器已廣為人知(例如，專利文獻1)。

這種三層管構造式氧氣燃燒器中，係透過使氧氣(一次氧氣)從中心管噴出，同時使用自外管噴出的二次氧氣燃料氣體燃燒，令火焰穩定化。

此外，亦有如下的試行：透過自中心管噴出高速的氧氣(一次氧氣)流，使燃料伴隨該氣體流而在氧氣氣體流的周圍形成火焰，以抑制高速氧氣流的速度降低，俾以優異效率將離開燃燒器前端位置的被加熱物熔 解。(例如，專利文獻2、專利文獻3)。

例如，專利文獻1所揭示的氧氣燃燒器的構造，由於對於燃燒器噴嘴的熱負荷較小，所以不用冷卻燃燒器本體即可使用。

再者，專利文獻2或專利文獻3所揭示的氧氣燃燒器的構造，因可使高速的氧氣噴流達到遠處，故對鐵屑的熔解係屬有效的手段。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4261753號公報

[專利文獻2]日本專利第4050195號公報

[專利文獻3]日本專利第3577066號公報

然而，專利文獻1所揭示的氧氣燃燒器中，雖適於藉由火焰的輻射熱將被加熱物加熱，卻因未具備燃燒器噴嘴的冷卻機能，而有無法使燃料和氧氣急速混合的問題。因此，燃燒氣體的速度較慢，而不適於被加熱物的直接加熱、熔融。

再者，專利文獻2、專利文獻3所揭示的氧氣燃燒器中，在使用高速的氧氣噴流使被加熱物熔融的性能上固然優異，但因燃料和氧氣係在燃燒器噴嘴內部混合，而有必須以水冷套(water cooling jacket)等冷卻噴嘴部 分的問題。

本發明係有鑑於上述情形而研發者，其課題在於提供一種不需要冷卻構造卻可形成高速的氧氣噴流，且能以優異效率熔解被加熱物的氧氣燃燒器及氧氣燃燒器之運轉方法。

為了解決上述課題，本發明係提供下述的氧氣燃燒器及氧氣燃燒器之運轉方法。

(1)本發明之氧氣燃燒器係具有由中心管、其外側的內管、及其更外側的外管配置成同心狀的三層管構造，且具有：一次氧氣流路，形成於前述中心管的內側；燃料氣體流路，形成於前述中心管和前述內管之間；及二次氧氣流路，形成於前述內管和前述外管之間，該氧氣燃燒器並且具有：一次氧氣噴出口，設於前述一次氧氣流路的前端；複數支燃料氣體供給管，設置成使前述燃料氣體流路的前端側形成分路的方式；燃料氣體噴出口，設置於前述燃料氣體供給管的各管；及二次氧氣噴出口，設於前述二次氧氣流路的前端；前述燃料氣體噴出口係配置成圍繞前述一次氧氣噴出口周圍的方式，前述二次氧氣噴出口係配置成圍繞前述燃料氣體噴出口和一次氧氣噴出口之周圍的方式， 各前述燃料氣體噴出口係配置於同一平面上，且較前述一次氧氣噴出口前端突出。

(2)本發明之氧氣燃燒器之運轉方法係在上述(1)所述之氧氣燃燒器中，使自前述一次氧氣噴出口噴出的一次氧氣的流速高於自前述燃料氣體噴出口噴出的燃料氣體的流速。

(3)如上述(2)所述之氧氣燃燒器之運轉方法中，係使自前述燃料氣體噴出口噴出的燃料氣體的流速高於自前述二次氧氣噴出口噴出的二次氧氣的流速。

(4)如上述(2)或(3)所述之氧氣燃燒器之運轉方法中，自前述一次氧氣噴出口噴出的氧氣流量A、自前述二次氧氣噴出口噴出的氧氣流量B、及用以使自前述燃料氣體噴出口噴出的燃料完全燃燒所需的氧氣流量C的關係，係以下式(1)表示。

C÷(A+B)≦1‧‧‧(1)

由於本發明的氧氣燃燒器係具有：一次氧氣噴出口，設於一次氧氣流路的前端；複數支燃料氣體供給管，設置成使燃料氣體流路的前端側形成分路的方式；燃料氣體噴出口，設置於燃料氣體供給管的各管；及二次氧氣噴出口，設於二次氧氣流路的前端，而燃料氣體噴出口係配置成圍繞一次氧氣噴出口周圍的方式，二次氧氣噴出口係配置成圍繞燃料氣體噴出口和一次氧氣噴出口之周圍的方式，各燃料氣體噴出口係配置於同一平面上，且較 一次氧氣噴出口前端突出，所以可將藉燃料氣體和二次氧氣所形成的火焰形成在離開一次氧氣噴出口的位置。結果，不需要冷卻構造的結構卻可形成高速的氧氣噴流，且能以優異效率熔解被加熱物。

再者，由於本發明氧氣燃燒器之運轉方法在上述的氧氣燃燒器中，使自一次氧氣噴出口噴出的一次氧氣的流速高於自燃料氣體噴出口噴出的燃料氣體的流速，所以可防止氧氣燃燒器的熔損，且可形成高速的氧氣噴流，而以優異效率熔解被加熱物。

1、21、31、41‧‧‧氧氣燃燒器

2‧‧‧中心管

3‧‧‧內管

4‧‧‧外管

5‧‧‧一次氧氣流路

6‧‧‧一次氧氣噴出口

7‧‧‧燃料氣體流路

8‧‧‧燃料氣體供給管

9、29、39、49‧‧‧燃料氣體噴出口

10‧‧‧二次氧氣流路

11‧‧‧二次氧氣噴出口

第1圖為顯示應用本發明一實施形態的氧氣燃燒器之前端的前視圖。

第2圖為第1圖所示氧氣燃燒器的A-A線剖面示意圖。

第3A圖為顯示應用本發明其他實施形態的氧氣燃燒器之前端的前視圖。

第3B圖為顯示應用本發明又一其他實施形態的氧氣燃燒器之前端的前視圖。

第4圖為用以說明氧氣燃燒器的熔解試驗方法的圖。

第5圖為顯示氧氣燃燒器的熔解試驗結果的曲線圖。

第6圖為顯示習知的氧氣燃燒器之前端的前視圖。

第7圖為第6圖所示氧氣燃燒器的A-A線剖面示意圖。

以下，就應用本發明一實施形態的氧氣燃燒器及使用該氧氣燃燒器的運轉方法加以詳細說明。此外，以下說明所用的圖中，為了容易瞭解構造特徵，而有將特徵的部分放大顯示的情形，各構成元件的尺寸比例等不一定和實際相同。

<氧氣燃燒器>

首先，就應用本發明一實施形態的氧氣燃燒器的構成加以說明。第1圖為本實施形態的氧氣燃燒器1的前視圖。其次，第2圖為第1圖的氧氣燃燒器1的A-A線剖面示意圖。如第2圖所示，本實施形態的氧氣燃燒器1大致係具備中心管2、內管3、及外管4而構成。本實施形態的氧氣燃燒器1具有由中心管2、其外側的內管3、及其更外側的外管4配置成同心狀的三層管構造。

本實施形態的氧氣燃燒器1係屬於不需要冷卻構造的結構卻可形成高速的氧氣噴流，且能以優異效率熔解鐵屑等被加熱物。

如第2圖所示，中心管2係設在氧氣燃燒器1之中心的管子。中心管2的內側為實質上相同口徑的直管構造，形成一次氧氣流路5。一次氧氣即從一次氧氣流路5的基端側供應。一次氧氣係通過一次氧氣流路5內，再從設於一次氧氣流路5前端的一次氧氣噴出口6以直線狀噴出。

內管3為設於中心管2之外側的管子。在內 管3和中心管2之間形成燃料氣體流路7。燃料氣體流路7的前端側係藉由複數支燃料氣體供給管8形成分路。燃料氣體係從燃料氣體流路7的基端側供給，通過燃料氣體流路7，再從設於各燃料氣體供給管8前端的複數個燃料氣體噴出口9噴出。

各燃料氣體噴出口9係配置在同一平面上。再者，該平面係較中心管2的前端(一次氧氣噴出口6)向前方(火焰噴出方向)突出。此外，各燃料氣體噴出口9係配置在二次氧氣流路10內且較二次氧氣噴出口11偏靠後方。藉此，自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體及二次氧氣所生成的火焰即可形成在較一次氧氣噴出口6偏靠前方。結果，可防止由於以圍繞一次氧氣噴出口6的形態形成的火焰使一次氧氣噴出口6熔損。

外管4係設於內管3外側的管子，且在外管4和內管3之間形成二次氧氣流路10。二次氧氣則自二次氧氣流路10的基端側供給，通過二次氧氣流路10內，再從設於二次氧氣流路10前端的二次氧氣噴出口11噴出。

二次氧氣噴出口11係較各燃料氣體噴出口9向前方(火焰噴出方向)突出。

如第1圖所示，各燃料氣體噴出口9係配置成圍繞一次氧氣噴出口6周圍的方式。而且，二次氧氣噴出口11係配置成圍繞燃料氣體噴出口9及一次氧氣噴出口6的周圍的方式。藉此種配置，自各燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體及自二次氧氣噴出口11噴出的二次氧氣即 可混合並形成火焰。此外，火焰形成區域的氣體密度與自一次氧氣噴出口6噴出的氧氣噴流的氣體密度之間會產生差異。結果，可抑制自一次氧氣噴出口6噴出的一次氧氣噴流速度的衰減。

藉此，因可維持自燃燒器中心供給的一次氧氣噴流的速度，例如，使用在金屬屑料的熔解時，可使一次氧氣噴流達到離開氧氣燃燒器1前端的位置。

例如，用於感應爐的輔助熔解等的情況中，透過在爐蓋上設置本實施形態的氧氣燃燒器1，就得以優異效率熔解到達屑料充填層的下部。藉此，可縮短感應爐的熔解時間，而可降低電力消耗率。

第1圖及第2圖中，D1係表示一次氧氣噴出口6的內徑，D2係表示燃料氣體噴出口9的P.C.D(pitch circle diameter；燃料氣體噴出口9的中心間距離)，L1係表示燃料氣體噴出口9和一次氧氣噴出口6的距離，L2係表示二次氧氣噴出口11和燃料氣體噴出口9的距離。

D1和L1的關係上，以0<L1/D1≦5較理想。若為L1/D1>5時，在燃料氣體噴出口9附近，自一次氧氣噴出口6噴出的一次氧氣噴流速度會開始衰減。因一次氧氣噴流速度的衰減，一次氧氣噴流和自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體噴流會變成容易混合的狀態，使一次氧氣噴流的速度衰減更為擴大，一次氧氣的噴流因而無法到達離開氧氣燃燒器1前端的位置。

另一方面，L1/D1=0(燃料氣體噴出口9和 一次氧氣噴出口6在相同位置)時，或者，一次氧氣噴出口6較燃料氣體噴出口9向氧氣燃燒器1前端側突出的狀態時，一次氧氣噴出口6會過於接近燃料氣體噴出口9，而有所形成的火焰使一次氧氣噴出口6變成過熱狀態之虞。

<氧氣燃燒器之運轉方法>

接著，使用上述的氧氣燃燒器1就本實施形態的氧氣燃燒器之運轉方法加以詳細說明。另外，本實施形態的氧氣燃燒器之運轉方法可在不逸離本發明旨趣的範圍內加以各種的變更。

本實施形態的氧氣燃燒器之運轉方法中，係透過同時自一次氧氣噴出口6噴出一次氧氣，自燃料氣體噴出口9噴出燃料氣體，自二次氧氣噴出口11噴出二次氧氣，以形成火焰。

就一次氧氣、二次氧氣而言，氧氣的純度係為任意，若是含氧氣體，則並無特別限定。具體而言，較佳為例如純氧氣、氧氣濃度90%以上的富氧氣體。再者，就燃料氣體而言，具體上可為例如LNG(液化天然氣)、LPG(液化石油氣)、丁烷氣等。

自一次氧氣噴出口6噴出的一次氧氣的流速較佳為高於自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體的流速。藉此，可藉由一次氧氣獲得燃料氣體的伴隨效果，而可形成低輝度火焰。

自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體流速較佳為高於自二次氧氣噴出口11噴出的二次氧氣流速。藉 此，因自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體會伴隨二次氧氣同時形成火焰，故可藉由二次氧氣獲得冷卻效果。結果，本實施形態的氧氣燃燒器1不需設置水冷套之類的冷卻構造。

自一次氧氣噴出口6噴出的一次氧氣流速，具體上，例如以0℃、一大氣壓來換算，以50至340m/s的範圍為佳。透過流速設為50m/s以上，伴隨自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體的力道較強，可與燃料氣體充分混合，而可形成低輝度火焰。再者，透過流速設為340m/s以下，可抑制用以噴出一次氧氣所需的壓力損失，而可形成低輝度火焰或無輝焰。

自二次氧氣噴出口11噴出的二次氧氣流速，具體上，以例如0℃、一大氣壓換算，較佳為5至50m/s的範圍。透過流速設為5m/s以上，可防止因火焰推進力降低而產生火焰上捲等缺失。此外，透過流速設在50m/s以下，可防止二次氧氣噴出口11的熔損。

一次氧氣和二次氧氣的流量比例並無特別限定，但具體上，例如，對於一次氧氣及二次氧氣流量的合計量，一次氧氣的流量以設定在10至70%的範圍為佳。透過將一次氧氣的比例設在70%以下，可抑制燃料氣體在一次氧氣噴出口6附近燃燒的比例，而可防止中心管2或內管3因加熱而熔損的情形。而且，透過一次氧氣的比例設在10%以上，可使燃料氣體流的中心部分和氧氣充分進行混合，而形成無輝焰或低輝度火焰。

自一次氧氣噴出口6噴出的氧氣流量A、自二次氧氣噴出口11噴出的氧氣流量B、自燃料氣體噴出口9噴出的燃料完全燃燒所需的氧氣流量C的關係，以下式(1)表示為佳。

C÷(A+B)≦1‧‧‧(1)

藉由使A、B、及C的關係符合上式(1)，由於自二次氧氣噴出口11噴出的二次氧氣與自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體混合所形成的火焰在剛剛混合後係呈不完全燃燒狀態，因而可防止燃料氣體供給管8及燃料氣體噴出口9受到極度加熱。

如以上所說明，若依本實施形態的氧氣燃燒器1，則具有：設於一次氧氣流路5前端的一次氧氣噴出口6、設置成使燃料氣體流路7的前端側形成分路方式的複數支燃料氣體供給管8、設於燃料氣體供給管8之各管的燃料氣體噴出口9、及設在二次氧氣流路10前端的二次氧氣噴出口11，而且，燃料氣體噴出口9係配置成圍繞一次氧氣噴出口6周圍的方式，二次氧氣噴出口11則配置成圍繞燃料氣體噴出口9及一次氧氣噴出口6周圍的方式，各燃料氣體噴出口9係配置在同一平面上且較一次氧氣噴出口6前端突出。因此，可將藉燃料氣體和二次氧氣所形成的火焰形成在離開一次氧氣噴出口6的位置。結果，不需要冷卻構造的結構卻可形成高速的氧氣噴流，且能以優異效率熔解被加熱物。

再者，若依本實施形態的氧氣燃燒器之運 轉方法，上述氧氣燃燒器1中，由於可使自一次氧氣噴出口6噴出的一次氧氣流速高於自燃料氣體噴出口9噴出的燃料氣體流速，故可防止氧氣燃燒器1的熔損，同時可形成高速的氧氣噴流，以優異效率熔解被加熱物。

以上雖已參照附圖就本發明的實施形態作了詳細陳述，但具體性結構並不受限於該實施形態，不逸離本發明要旨範圍的設計等亦包含在本發明內。

上述的氧氣燃燒器1中，如第1圖所示，係以燃料氣體噴出口9排列配置在以一次氧氣噴出口6為中心的一個圓上的例子作說明，但並不限於此形態。

例如，如第3A圖所示，氧氣燃燒器21的燃料氣體噴出口29也可排列配置在以一次氧氣噴出口6為中心的2個以上同心圓上。更甚者，如第3B圖所示，氧氣燃燒器31的各燃料氣體噴出口39的大小也可不同。

另外，如氧氣燃燒器21、31般使燃料氣體噴出口29、39排列配置在以一次氧氣噴出口6為中心的2個以上同心圓上時，D2能夠以較接近一次氧氣噴出口6的燃料氣體噴出口29、39的P.C.D來決定。

<實施例>

以下，使用實施例及比較例詳細說明本發明的功效。但本發明並不因下述實施例而受到限定。

(熔解試驗)

使用氧氣燃燒器進行熔解試驗。

第4圖為熔解試驗方法的圖。如第4圖所示，熔解試 驗係透過將厚度3.2mm的不銹鋼板以100mm間隔平行設置10片，藉由氧氣燃燒器熔解不銹鋼板來進行。由於氧氣燃燒器的火焰而貫穿的不銹鋼板中，透過測定自氧氣燃燒器的前端至最遠的不銹鋼板為止的距離(貫通距離)、及貫穿該不銹鋼板為止所花費的時間(貫通時間)，以評估氧氣燃燒器的性能。

(實施例1)

使用第1圖及第2圖所示的氧氣燃燒器1作為實施例1，進行了熔解試驗。

實施例1中，係使用純氧作為一次氧氣及二次氧氣。使用都會區營業用瓦斯作為燃料氣體。

再者，自一次氧氣噴出口噴出的氧氣流量係設為41Nm³/h，自二次氧氣噴出口噴出的氧氣流量設為42.3Nm³/h，自燃料氣體噴出口噴出的燃料氣體流量設為40Nm³/h。

另外，使都會區營業用瓦斯1Nm³完全燃燒所需要的理論氧氣量為2.3Nm³。

(比較例1)

使用習知的氧氣燃燒器進行熔解試驗作為比較例1。比較例1中所用的習知氧氣燃燒器41的構造揭示於第6圖、第7圖。如第7圖所示，習知的氧氣燃燒器41不具備上述氧氣燃燒器1的燃料氣體供給管8(參照第2圖)。因此，如第6圖所示，習知的氧氣燃燒器41中，僅設置1支燃料氣體噴出口49圍繞一次氧氣噴出口6。

比較例1中，係用氧氣作為一次氧氣及二次氧氣，使用都會區營業用瓦斯作為燃料氣體。

此外，自一次氧氣噴出口噴出的氧氣流量係設為41Nm³/h，自二次氧氣噴出口噴出的氧氣流量設為42.3Nm³/h，自燃料氣體噴出口噴出的燃料氣體流量設為40Nm³/h。

熔解試驗的結果揭示於第5圖。

如第5圖所示，實施例1中，可將距離氧氣燃燒器前端起1000mm的鋼板(第10片)熔解並貫穿。另一方面，比較例1中，只能使距離900mm的鋼板(第9片)熔解。

再者，熔解(貫穿)同樣距離900mm的鋼板(第9片)所需的時間，相對於比較例1，實施例1較短，實施例1只用比較例1之1/3的時間即可貫穿。

再者，在熔解試驗後，經確認氧氣燃燒器的一次氧氣噴出口的熔損狀態的結果，實施例1所用的氧氣燃燒器，相較於比較例1所用的氧氣燃燒器，儘管熔解性能有所提升，仍可確認未有熔損。

[產業上的可利用性]

本發明的氧氣燃燒器及氧氣燃燒器之運轉方法對於應用在加熱熔解玻璃、鐵屑等被加熱物的燃燒器及其運轉方法等具有可利用性。

1‧‧‧氧氣燃燒器

2‧‧‧中心管

3‧‧‧內管

4‧‧‧外管

5‧‧‧一次氧氣流路

6‧‧‧一次氧氣噴出口

7‧‧‧燃料氣體流路

8‧‧‧燃料氣體供給管

9‧‧‧燃料氣體噴出口

10‧‧‧二次氧氣流路

11‧‧‧二次氧氣噴出口

Claims (4)

1. 一種氧氣燃燒器，具有由中心管、其外側的內管、及其更外側的外管配置成同心狀的三層管構造，且具有：一次氧氣流路，形成於前述中心管的內側；燃料氣體流路，形成於前述中心管和前述內管之間；及二次氧氣流路，形成於前述內管和前述外管之間，該氧氣燃燒器並且具有：一次氧氣噴出口，設於前述一次氧氣流路的前端；複數支燃料氣體供給管，設置成使前述燃料氣體流路的前端側形成分路的方式；燃料氣體噴出口，設置於前述燃料氣體供給管的各管；及二次氧氣噴出口，設於前述二次氧氣流路的前端；前述燃料氣體噴出口係配置成圍繞前述一次氧氣噴出口周圍的方式，前述二次氧氣噴出口係配置成圍繞前述燃料氣體噴出口和一次氧氣噴出口之周圍的方式，各前述燃料氣體噴出口的開口面係較前述一次氧氣噴出口前端突出，且各前述開口面係配置於同一平面上。
2. 一種氧氣燃燒器之運轉方法，係在申請專利範圍第1項所述之氧氣燃燒器中，使自前述一次氧氣噴出口噴出的一次氧氣的流速高於自前述燃料氣體噴出口噴出 的燃料氣體的流速。
3. 如申請專利範圍第2項所述之氧氣燃燒器之運轉方法，其中，使自前述燃料氣體噴出口噴出的燃料氣體的流速高於自前述二次氧氣噴出口噴出的二次氧氣的流速。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述之氧氣燃燒器之運轉方法，其中，自前述一次氧氣噴出口噴出的氧氣流量A、自前述二次氧氣噴出口噴出的氧氣流量B、及用以使自前述燃料氣體噴出口噴出的燃料完全燃燒所需的氧氣流量C的關係，係以下式(1)表示C÷(A+B)≦1‧‧‧(1)。

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