[发明专利]管状火焰燃烧炉以及燃烧控制方法

说明书

本申请是申请日为2003年8月7日、申请号为200710008016.7 (国际申请号为PCT/JP03/10059)、发明名称为“管状火焰燃烧炉以及燃 烧控制方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种配备在炉或燃烧器上的燃烧炉。涉及一种配置于 工业用炉或燃烧器中而使用的燃烧用的燃烧炉。

背景技术

工业上使用的气体燃烧炉，以往一般是在燃烧炉的前端的前方形 成火焰的形式的构造。在这种燃烧炉中，由燃料通路提供的燃料和由 空气通路提供的燃烧用空气，从喷嘴向燃烧炉前方喷出，由喷出的空 气和燃料形成紊流场。

继而，由于燃烧火焰变成紊流，出现了部分的火焰熄灭。这种部 分的火焰熄灭，成为使燃烧不稳定的主要原因，因此，为了尽量使这 种现象不发生，根据燃料固有的发热量、燃烧速度，进行使喷嘴的流 速为最适当的喷嘴设计，以使燃烧在流体力学上和热学上都能稳定地 进行。

然而，虽然作为喷嘴设计对象的燃料的燃烧稳定地进行，但其他 燃料的燃烧变得不稳定。

而且，由于燃烧反应时常在具有某体积的火焰中进行，反应所需 时间也变长，产生NO_x、煤烟的时间的裕度也变大。由于存在局部的 高温部以及低温部，在高温部，容易产生NO_x，在低温部容易产生煤 烟。

而在特开平11-281015号公报中，公开了一种管状火焰燃烧炉， 具有其一端开放的管状的燃烧室，在此燃烧炉的封闭端部附近，向着 上述燃烧炉的内周面的切线方向设置吹入燃料气体的喷嘴和吹入含氧 气体的喷嘴。

此管状火焰燃烧炉，由于在高速的回旋流中，在燃烧炉内形成稳 定的火焰，可以达到燃烧设备的小型化，并使燃烧火焰的温度的变动 变小，使局部高温区域难以形成，并且由于即使降低氧气比或者空气 比也可以稳定燃烧，因而可以减少NO_x等有害物质、碳氢化合物等的 未燃烧成份、煤烟这样的环境污染源。

图8是表示现有的管状火焰燃烧炉的说明图，图8A是管状火焰燃 烧炉的结构图，图8B是图8A的B-B向截面图。此管状火焰燃烧炉， 具有管状的燃烧室121，一端为开放端，成为燃烧排气的排出口。在另 一端部沿着管轴方向形成长的裂缝，与此裂缝连接设置有分别吹入燃 料气体和含氧气体的喷嘴122。

喷嘴122向着燃烧室121的内壁面的切线方向而设置，由于燃料 气体和含氧气体的吹入，在燃烧室121内形成回旋流。而且喷嘴122 的前端部的形状为扁平，并且其开口面积被缩小，燃料气体和含氧气 体被高速吹入。123为火花塞。

在具有上述构成的燃烧炉中，如果将从喷嘴122吹入，形成回旋 流的燃料气体和含氧气体的混合气体点燃，燃烧室121内的气体基于 密度差的不同，由于离心力作用而分层化，形成密度不同的同一心轴 的气体层。即，在燃烧室121的轴心侧存在密度小的高温燃烧排气， 在燃烧室121的内壁侧(远离轴心的一侧)存在密度高的未燃烧的气 体。这样的状态，在流体力学上非常稳定。火焰形成为管状，但是由 于气流场稳定分层化，因而以膜状形成稳定的火焰。

火焰的形成位置，自然决定在向中心的速度的和火焰传播速度平 衡的位置，在图8A中，124表示管状的火焰。

此外，由于在燃烧室的内壁附近，未燃烧的低温气体以边界层的 状态存在，燃烧室121的壁面不被直接的传热加热到高温，可以防止 向壁外的热散失。即，隔热效果绝对好，因此可以保持燃烧场的热稳 定。

燃烧室121内的气体一边旋转一边向下游侧流动，但是其间，内 壁侧的混合气体继续燃烧，形成管状火焰，产生的排气向轴心侧移动， 从开放端部排出。

然而，如上所述，现有的管状火焰燃烧炉存在如下的问题。即，

一般在使用发热量小的燃料气体时，可以使用电火花点火的空气 比范围很窄，如果不将燃料气体和含氧气体预先混合而提供，点火就 十分困难。

在上述的管状火焰燃烧炉中，由于在燃烧室内部，将燃料气体和 含氧气体混合至适合点火的空气比范围的区域被限制，存在很难通过 电火花进行点火的问题，有时需要使用点火用的引燃喷嘴。

而且，在现有的管状火焰燃烧炉中，存在以下的问题点。