CN103026138A

CN103026138A - 燃烧装置

Info

Publication number: CN103026138A
Application number: CN2012800009645A
Authority: CN
Inventors: 河本祐作; 北村和也; 朝山雄介; 片山智树
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: WO2012172846A1; JP5203489B2; JP2013002706A; CN103026138B; TWI445906B; KR101341681B1; KR20130079317A; TW201245635A

Abstract

一种燃烧装置，能使用高温的燃烧用空气，并能形成回旋且沿径向扩展的火焰，其包括：圆筒部（5），该圆筒部（5）形成圆筒形的圆筒空间（4）；扩径部（7），该扩径部（7）形成直径从圆筒空间（4）朝向炉内（1）扩大的扩径空间（6）；以及喷嘴流路（8），该喷嘴流路（8）具有由与圆筒空间（4）接触的平面构成的第一侧面（8a）、由与第一侧面（8a）相对的平面构成的第二侧面（8b）和由从第二侧面（8b）弯曲延伸并与圆筒空间（4）接触的平面构成的第三侧面（8c）。

Description

燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种燃烧装置。

背景技术

可使用像蓄热燃烧器（regenerative burner）这样，通过将燃烧废气中的热回收，以对供给至燃烧装置的燃烧用空气进行加热，来提高热效率的燃烧装置。在燃烧用空气的温度较高的燃烧装置中，一般NO_X浓度容易变高。因此，可采用通过减慢燃烧用空气与燃料的混合，以使其缓慢燃烧，来抑制NO_X产生的方法。一旦缓慢燃烧，则必然火焰的长度会变长。但是，在炉宽很窄的情况下，由于火焰会到达相对的炉壁而不完全燃烧，因此，无法充分减慢燃烧。

在专利文献1中，记载有一种如下所述的燃烧装置，其通过将燃烧用空气沿切线方向吹入圆锥状的空间，来形成回旋气流，并通过使火焰跟随该气流回旋，不仅可增长火焰长度，而且在炉内可使火焰沿径向扩展。

在专利文献1中，通过使多块板材组合，来形成圆锥状的燃烧空间和用于吹入燃烧用空气的流路。在像蓄热燃烧器这样，燃烧用空气为非常高的高温的情况下，要求形成燃烧空间及流路的板材具有非常高的耐热性。但是，上述能耐高温的材料非常昂贵，在应用于工业炉时并不经济。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第3904644号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

鉴于上述问题，本发明的技术方案在于提供一种能使用高温的燃烧用空气，且能形成旋转并沿径向扩展的火焰的燃烧装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述技术问题，本发明的燃烧装置包括：圆筒部，该圆筒部划分出圆筒形的圆筒空间；扩径部，该扩径部划分出直径从所述圆筒空间朝向炉内扩大的扩径空间；以及喷嘴流路，该喷嘴流路具有由与所述圆筒空间接触的平面构成的第一侧面、由与所述第一侧面相对的平面构成的第二侧面及由以与所述第一侧面之间形成角的方式从所述第二侧面弯曲延伸并与所述圆筒空间接触的平面构成的第三侧面。

根据上述结构，通过在将燃烧用空气在切线方向上沿着第一侧面吹入圆筒空间以形成螺旋状的回旋气流的喷嘴流路上，以与圆筒空间接触的方式设置敞开的第三侧面，从而能减少将燃烧气体从圆筒空间排出至喷嘴流路时的流路阻力，并能确保充足的流量。此外，由于第三侧面从第二侧面弯曲延伸，因此，在喷嘴流路的侧面与圆筒部的内壁之间形成的角变大，并能使燃烧装置内壁整个面上具有足够的厚度。因此，使用耐热性优异的材料来形成燃烧装置，既能使用高温的燃烧用空气进行燃烧，也能将高温的燃烧气体排出。此外，由于燃烧室具有扩径部，因此，能在径向上增大回旋气流，并能容易地使炉内的回旋气流沿径向进一步扩大。

此外，在本发明的燃烧装置中，较为理想的是，上述第三侧面从上述第二侧面弯曲90°以下的角度来延伸。

根据上述结构，由于在燃烧室内没有形成呈锐角突出的角，因此，能增大强度。

此外，在本发明的燃烧装置中，较为理想的是，在上述第三侧面与上述第一侧面之间形成的靠上述圆筒空间一侧的角度为90°以下。

根据上述结构，在燃烧气体从喷嘴流路排出时，沿着第三侧面的气流相对于第一侧面朝第二侧面的方向入射及反射，因此，排气阻力较小。

此外，在本发明的燃烧装置中，上述扩径部也可以呈台阶状扩大直径。

根据这种结构，在扩径空间内，朝向炉内流动的燃烧用空气、混合气或燃烧气体在扩径部的各台阶部从壁面剥离，从而产生阻碍其流动的涡旋。因此，在圆筒空间中形成的螺旋状的流动即便在扩径空间中也维持回旋。

此外，在本发明的燃烧装置中，也可在上述圆筒部的内壁上设置有连续或断续的、螺旋状的槽或突起。

根据上述结构，螺旋状的槽或突起对燃烧用空气进行引导，以促进回旋气流的形成。

此外，在本发明的燃烧装置中，上述槽或突起也可以越靠近上述扩径部，其宽度越宽。

根据上述结构，能防止回旋气流中出现偏差，而使火焰仅朝周向的一部分延伸得较长。

此外，在本发明的燃烧装置中，也可以采用以下结构：上述槽或突起断续地设置，在周向上相邻的上述槽或突起在轴向上互不相同地配置。

根据上述结构，由于能在槽的内部或突起之间形成的回旋气流的上游和下游进行燃烧用空气的交换，因此，使火焰的扩散效果好。

此外，在本发明的燃烧装置中，上述喷嘴流路也可以与收容有蓄热体的蓄热室连通。

根据上述结构，能使用高温的燃烧用空气来得到热效率高的燃烧。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的燃烧装置的轴向剖视图。

图2是图1的燃烧装置的轴直角剖视图。

图3是图1的燃烧装置沿不同方向的轴向剖视图。

图2是本发明第二实施方式的燃烧装置的轴向剖视图。

图5是图4的燃烧装置的轴直角剖视图。

图6是本发明第三实施方式的燃烧装置的轴向剖视图。

图7是本发明第四实施方式的燃烧装置的轴向剖视图。

图8是本发明第五实施方式的燃烧装置的轴向剖视图。

图9是图8的燃烧装置的轴直角剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1至图3表示本发明第一实施方式的燃烧装置。

本实施方式的燃烧装置在划分出炉内空间1的炉壁2上安装有燃烧器主体3。燃烧器主体3构成在其内部确定圆筒形的圆筒空间4的圆筒部5。在炉壁2上形成有划分出直径从圆筒空间4朝向炉内空间1扩大的扩径空间6的扩径部7。上述圆筒空间4和扩径空间6构成具有本实施方式的燃烧装置的特征形状的燃烧室。本实施方式的扩径空间6越靠炉内空间1一侧，扩径率越大。

此外，燃烧器主体3具有朝圆筒空间4的上部开口的喷嘴流路8。喷嘴流路8包括：由与圆筒空间4的圆筒面接触的平面构成的第一侧面8a；由与第一侧面8a相对并与第一侧面8a平行地延伸的平面构成的第二侧面8b；以及由从第二侧面8b弯曲90°角度地延伸并与圆筒空间4接触的平面构成的第三侧面8c。此外，喷嘴流路8的顶面以与圆筒空间4的顶面8d连续的方式延伸，喷嘴流路8的底面8e与顶面平行。也就是说，喷嘴流路8的顶面及底面是与圆筒空间4的中心轴垂直的平面。

喷嘴流路8由第一侧面8a和第二侧面8b划分，其是由截面恒定的狭缝状的逃出部9和开口部10构成，其中，上述开口部10是由以90°以下的角度相互交叉的圆筒空间4的两个接触面即第一侧面8a和第三侧面8c划分而成的。

喷嘴流路8的另一端与收容蓄热体的蓄热室11连通。详细来说，喷嘴流路8的另一端与变换流路13连接，该变换流路13的截面形状从与喷嘴流路8一致的矩形形状变换为与和蓄热室11连通的连接流路12一致的圆形形状。

此外，在喷嘴流路8的开口部10中，在靠近第一侧面8a的顶面8d的位置上，开设有用于供给燃料气体的气体喷嘴14。气体喷嘴14也供给一次燃烧用空气，并内置有点火装置。

在本实施方式中，在蓄热室11中加热后供给而来的燃烧用空气从喷嘴流路8沿着圆筒部5的内壁沿切线方向被吹入，并在圆筒空间4内形成呈螺旋状回旋的气体。对从气体喷嘴供给来的燃料进行燃烧而形成的火焰顺着上述回旋气流而呈螺旋状延伸。

在火焰（回旋气流）到达扩径部7后，与其形状相应地，回旋气体的回旋半径也扩大。接着，到达炉内空间1的回旋气流在径向外侧形成沿着炉壁2的内表面在全周上扩展的涡旋状流动。藉此，从外观上看，火焰呈伞状扩展，即便减慢燃料的燃烧以进行缓慢燃烧，从外观上看，燃烧火焰也变短。因此，本实施方式的燃烧装置也能应用于相对的炉壁在近距离这样的宽度较窄的炉中。

此外，若这样由燃烧气体形成涡旋，则涡旋的中心部呈负压。因此，从涡旋状流动脱离的燃烧气体被吸引至涡旋的中心，并被卷入火焰中。藉此，由于可使燃烧气体中的未燃烧的燃料气体完全燃烧，因此，可降低燃烧温度，而减少NO_X。

在本发明中，喷嘴流路8包括用于对供给至圆筒空间4的燃烧用空气进行整流的逃出部9。因此，喷嘴流路8能以沿着圆筒部5的内壁流动的方式，吹入燃烧用空气。

此外，喷嘴流路8包括朝向圆筒空间4开口很大的开口部10。因此，为了在蓄热室11中进行热回收而经由圆筒空间4将炉内空间1的燃烧空气排出时，燃烧空气能从圆筒空间4的上部较宽的范围流入喷嘴流路8。也就是说，开口部10降低将炉内空间1的燃烧气体排出时的流路阻力，以提高排气效率。

这样，为了提高排气效率，较为理想的是，采用使沿着第三侧面8c的气流相对于第一侧面8a从圆筒空间4一侧朝向变换流路13一侧入射及反射的角度。也就是说，优选不要像图2中双点划线所示的第三侧面8c’这样，在第三侧面8c’与第一侧面8a之间，将大于90°的角度形成在圆筒空间4一侧。

此外，在本发明的燃烧装置中，由于第三侧面8c从第二侧面8b以90°角度延伸，因此，没有像图2中双点划线所示的在第二侧面8b与第三侧面8c’之间形成的角这样，朝内部的空间突出的较细的结构体，因此，能使用可铸造的耐火物这种机械强度不佳但耐热性高的材料，来覆盖内表面整体。因此，本发明的燃烧装置可设计成即便承受在蓄热室11中被加热至高温的燃烧用空气也不会损伤。

图4和图5表示本发明第二实施方式的燃烧装置。另外，在之后的实施方式的说明中，对于与先前说明过的实施方式相同的构成要素标注相同符号，并省略重复说明。

在本实施方式中，在形成圆筒空间4的圆筒部5的内壁上，形成螺旋状的槽15。此外，本实施方式的扩径空间6呈台阶状扩大直径。换言之，扩径部7的内壁面由直径呈台阶式变大的多个圆筒构成。

螺旋状的槽15进行引导以使从喷嘴流路8吹入的燃烧用空气沿着槽15回旋。藉此，能可靠地形成回旋气流。此外，只要缩小槽15的节距，就可增加圆筒空间4内的燃烧用空气回旋的次数。藉此，能增长圆筒空间4内的火焰的实质长度，并能进一步减慢燃烧来进一步减少NOX。

台阶状的扩径部7相对于在周向上回旋的气流是沿着流动呈平坦的壁面，但相对于朝向炉内空间1的气流是具有凹凸的壁面。因此，朝向炉内空间1的气流在每次越过各台阶时均会从壁面剥离，而产生阻碍其流动的涡旋。藉此，在圆筒空间4中形成的回旋气流在扩径部7中阻碍方向改变为轴向，以维持燃烧用空气及燃烧气体的回旋。藉此，能将形成于炉内空间1的伞状的火焰形成为打开得很大的形状。

此外，在本实施方式中，喷嘴流路8的第二侧面8b朝相对于第一侧面8a稍许倾斜的方向延伸。也就是说，第一侧面8a和第二侧面8b彼此相互对向并形成狭缝状的流路，但形成的流路的宽度也可以不一定是恒定的。例如，第二侧面8b也可以朝流路的宽度朝向圆筒空间4变窄的方向延伸。

此外，如本实施方式这样，喷嘴流路8的第三侧面8c也可以从第二侧面8b弯曲小于90°的角度来延伸。藉此，能进一步减少排出炉内空间1的燃烧气体时的流路阻力，以提高排气效率，此外，通过使第二侧面8b与第三侧面8c所成的角度为钝角，就能容易地获得较高的强度。

图6表示本发明第三实施方式的燃烧装置。在本实施方式中，在圆筒部5的内壁上形成有螺旋状的槽15，该槽15随着靠近扩径空间6，其轴向的宽度便以一定比例变宽。

这样，通过增大槽15的宽度，就可使回旋气流的流速在周向上均匀。特别地，较为理想的是，在圆筒部5的下部，槽15彼此靠近，在圆筒空间4的下端的大致全周上设置有槽15。通过这样，能防止回旋气流偏向而使火焰仅在一个方向上延伸得很长的情况，从而能从全周上大致均等地喷射出火焰。

此外，本实施方式的扩径部7具有角被倒角成圆角的台阶状的内壁面。使用这种形状，也能起到维持气流回旋的功能。

图7表示本发明第四实施方式的燃烧装置。在本实施方式中，在圆筒部5的内壁上形成有螺旋状的突起16。

上述突起16与第二实施方式的槽15一样，也进行引导以使从喷嘴流路8吹入的燃烧用空气呈螺旋状回旋。

此外，如本实施方式所示，扩径部7也可以形成圆锥状的扩径空间6。

图8和图9表示本发明第五实施方式的燃烧装置。在本实施方式中，在圆筒部5的内壁上形成有按每大约半周断续地设置的螺旋状的突起16。此外，在本实施方式中，沿周向相邻的突起16被配置成在圆筒空间4的轴向上偏离一半节距以在圆筒空间4的轴向上互不相同。

在本实施方式中，在轴向上相邻的两个突起16之间引导的燃烧用空气（和燃料及燃烧气体）的气团在周向上被下游侧的下一突起16一分为二。这样，通过使回旋气流的相邻的上游的燃烧用空气和下游的燃烧用空气局部相互交换，就可提高火焰的扩散效果。

(符号说明)

1炉内空间

2炉壁

3燃烧器主体

4圆筒空间

5圆筒部

6扩径空间

7扩径部

8喷嘴流路

8a第一侧面

8b第二侧面

8c第三侧面

9逃出部

10开口部

11蓄热室

12连接流路

13变换流路

14气体喷嘴

15槽

16突起

Claims

1.一种燃烧装置，其特征在于，包括：

圆筒部，该圆筒部划分出圆筒形的圆筒空间；

扩径部，该扩径部划分出直径从所述圆筒空间朝向炉内扩大的扩径空间；以及

喷嘴流路，该喷嘴流路具有由与所述圆筒空间接触的平面构成的第一侧面、由与所述第一侧面相对的平面构成的第二侧面及由所述第二侧面弯曲延伸并与所述圆筒空间接触的平面构成的第三侧面。

2.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述第三侧面从所述第二侧面弯曲90°以下的角度来延伸。

3.如权利要求1或2所述的燃烧装置，其特征在于，在所述第三侧面与所述第一侧面之间形成的靠所述圆筒空间一侧的角度为90°以下。

4.如权利要求1至3中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，所述扩径部呈台阶状扩大直径。

5.如权利要求1至4中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述圆筒部的内壁上设置有连续的或断续的、呈螺旋状的槽或突起。

6.如权利要求5所述的燃烧装置，其特征在于，所述槽或突起越是靠近所述扩径部，其宽度越是宽。

7.如权利要求5或6所述的燃烧装置，其特征在于，所述槽或突起是断续设置的，在周向上相邻的所述槽或突起沿轴向互不相同地配置。

8.如权利要求1至7中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，所述喷嘴流路与收容有蓄热体的蓄热室连通。