富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法与流程

本发明涉及一种富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法。

背景技术：

对于炼铁工艺中使用的作为接收生铁(熔融金属)的炉子(容器)的浇包或中间包来说，以防止因急剧加热引起的炉内耐火材料(耐火砖等)的损伤为目的，使用由燃烧器产生的火焰进行预热。

对用于这种用途的燃烧器的火焰要求传热效率高以及具有能够均匀加热被加热物。

作为提高燃烧器的传热效率的方法，例如采用通过使用作为氧化剂的富氧空气来提高火焰温度的方法。然而，在通常的燃烧器中，由于火焰呈直线形状，因此具有局部加热被加热物的一小部分的倾向，难以进行均匀加热。

对此，在专利文献1及2中公开了以下方法：该方法利用喷流的自激振荡现象来使火焰振荡，能够保持高传热效率的同时，进行均匀加热。根据专利文献1及2所公开的燃烧器，通过采用无需来自外部的驱动力而应用喷流周期性地变化的自激振荡现象的喷嘴结构，能够周期性地改变火焰朝向，因此能够保持高传热效率的同时，进行均匀加热。由此，专利文献1及2所公开的燃烧器与现有的辐射管燃烧器等相比较，能够均匀地加热宽范围，例如适合用于上述中间包等的预加热。

专利文献1：日本专利公开2005-113200号公报

专利文献2：日本专利公开2013-079753号公报

能够通过喷流的振荡周期来控制专利文献1及2所公开的进行自激振荡的燃烧器的特性。在从燃烧器的中心流体喷出口喷出的中心流体的喷出速度相等的情况下，当振荡周期较短时，促进流体的混合，能够强化对流传热的同时，在燃烧器的面方向上得到均匀的传热分布。另一方面，当振荡周期较长时，燃烧缓慢，能够强化辐射传热的同时，得到长条火焰。在将喷出速度设为恒定的状态下，为了控制振荡周期，控制为了生成自激振荡而设置的连结管内的流体流动即可，能够通过适当选择该连结管的长度而得到任意振荡周期。

然而，专利文献1及2所公开的燃烧器由于中心流体的流量的振荡周期固定，因此无法变更燃烧特性。例如，还可以考虑能够拆卸上述连结管的方法。例如，在将挠性电缆用于连结管进行控制的情况下，为了拉长振荡周期，需要拉长电缆长度，具有装置复杂这一问题。另外，如果在运转燃烧器的状态下想要变更振荡频率，则需要在燃烧状态下更换连结管，因此有可能会在处理流体流入内部的连结管时带来危险。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法，该富氧燃烧器及该使用富氧燃烧器的加热方法在利用自激振荡使火焰振荡的同时加热被加热物时，能够以简单操作变更为任意振荡周期，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

为了解决上述问题，本发明提供以下的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法。

(1)一种富氧燃烧器，从设置于前端部的多个流体喷出口喷出富氧空气或燃料气体并使之燃烧，所述富氧燃烧器的特征在于，所述多个流体喷出口具备中心流体喷出口及周围流体喷出口，在所述中心流体喷出口的流体喷出流路的侧壁上，在分别相对的位置设置有一对开口部，该一对开口部通过连通部连通，所述流体喷出流路中的比所述开口部更靠下游侧的一对侧壁之间的间隔朝向下游侧逐渐扩展，所述周围流体喷出口配置在所述中心流体喷出口的周围，所述连通部具有：第一连通管及第二连通管，所述第一连通管及所述第二连通管的一端部分别与所述一对开口部连结；和至少一个连通元件，与所述第一连通管及所述第二连通管的另一端部连接，用于将该第一连通管和该第二连通管连通。

(2)根据(1)所述的富氧燃烧器，其特征在于，在所述第一连通管与所述第二连通管之间并联设置有多个所述连结元件。

(3)根据(2)所述的富氧燃烧器，其特征在于，多个所述连结元件的内径及长度中的至少一个分别不同。

(4)根据(1)～(3)中的任一项所述的富氧燃烧器，其特征在于，所述第一连通管及所述第二连通管与所述连通元件能够装卸地被连接。

(5)根据(1)～(4)中的任一项所述的富氧燃烧器，其特征在于，所述连通部进一步具有开闭阀，所述开闭阀设置在所述第一连通管及所述第二连通管与所述连通元件之间。

(6)一种使用富氧燃烧器的加热方法，使用(1)～(5)中的任一项所述的富氧燃烧器，使从所述中心流体喷出口喷出的流体在所述流体喷出流路的扩展方向上自激振荡的同时，加热所述被加热物。

(7)根据(6)所述的使用富氧燃烧器的加热方法，其特征在于，从所述中心流体喷出口喷出的流体的自激振荡的周期为30秒以下。

如上述，本发明的富氧燃烧器为利用自激振荡使火焰振荡的富氧燃烧器，由于设置在中心流体喷出口的流体喷出流路的侧壁上且将一对开口部连通的连通部具备用于将第一连通管和第二连通管连通的连通元件，因此能够以简单操作来变更及控制为任意振荡周期。因此，在运转富氧燃烧器时，能够以简单的切换操作改变燃烧特性，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。此外，通过从周围流体喷出口朝向从中心流体喷出口喷出的燃料气体喷出富氧空气，从而能够提高燃烧效率，并且能够高效地控制nox排放量。

另外，由于本发明的使用富氧燃烧器的加热方法为使用本发明的上述富氧燃烧器的加热方法，因此与上述同样地能够根据需要以简单操作来变更自激振荡的火焰的振荡周期，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

附图说明

图1是对作为本发明的一实施方式富氧燃烧器进行示意性说明的图，是表示中心流体喷出口与周围流体喷出口之间的位置关系的一例的俯视图。

图2是对作为本发明的一实施方式的富氧燃烧器进行示意性说明的图，是图1所示的燃烧器的a-a剖视图。

图3是对作为本发明的一实施方式的富氧燃烧器进行示意性说明的图，图3的(a)、(b)是表示图1及图2所示的燃烧器中的中心流体喷出方向的变动状态的示意图。

图4是用于说明实施例中的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法的图，图4的(a)、(b)是表示燃烧器与热电偶之间位置关系的示意图。

图5是用于说明实施例1及2中的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法的图，是表示炉内温度相对于离燃烧器轴的距离的分布的图表。

图6是用于说明实施例中的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法的图，图6的(a)、(b)是表示燃烧器与抽热体之间位置关系的示意图。

图7是用于说明实施例3及4中的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法的图，是表示传热量相对于离燃烧器面的距离的分布的图表。

图8是用于说明实施例5中的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法的图，是表示自激振荡周期与nox排放量之间关系的图表。

具体实施方式

下面，适当参照附图对作为本发明的一实施方式的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法进行说明。

此外，在以下说明中使用的附图中，为了易于理解特征，有时方便起见放大表示特征部分，各结构要素的尺寸比例等并不一定与实际相同。另外，以下说明中举例说明的材料等为一例，本发明并不限定于这些材料，在不变更本发明要点的范围内可适当变更实施本发明。

＜燃烧器＞

下面，首先对本发明的富氧燃烧器的结构及燃烧方法进行详细说明。

[燃烧器的结构]

图1～图3是用于说明作为本发明的一实施方式的富氧燃烧器1(以下，有时简称为燃烧器1)的结构的图。图1是表示中心流体喷出口与周围流体喷出口之间位置关系的一例的俯视图。图2是图1所示的a-a剖视图(横剖视图)。另外，图3是表示作为本发明的一实施方式的燃烧器1中的流体喷出方向的变动状态的示意图。此外，图1～图3是表示各流体喷出口及开口部等的配置关系及尺寸的示意图，局部省略了作为喷嘴的管壁等的详细部分。

如图1～图3所示，本实施方式的燃烧器1从设置于前端部的多个流体喷出口喷出燃料气体g1或富氧空气g2中的至少一种气体并使之燃烧。

具体而言，本实施方式的燃烧器1具备由中心流体喷出口2及周围流体喷出口3构成的多个流体喷出口。

在形成中心流体喷出口2且形成流体喷出流路6的侧壁61上，在相对的位置设置有一对开口部62a、62b。这些一对开口部62a、62b通过连通部7连通。

另外，比开口部62a、62b更靠下游侧且形成流体喷出流路6的一对侧壁63a、63b之间的间隔朝向下游侧逐渐扩展。即，在从上方观察燃烧器2的情况下，比开口部62a、62b更靠下游侧的流体喷出流路6呈扇形。

另外，周围流体喷出口3配置在中心流体喷出口2的周围。

本实施方式的燃烧器1虽然从中心流体喷出口2及周围流体喷出口3分别喷出燃料气体g1或富氧空气g2，但哪种气体从哪个喷出口喷出也无妨。

本实施方式的燃烧器1从中心流体喷出口2喷出燃料气体g1，从周围流体喷出口3喷出富氧空气g2。

中心流体喷出口2为通过向流体喷出流路6供给燃料气体g1而喷出燃料气体g1的开口部(喷嘴)。如后述，由于与流体流动方向正交的方向上的流体喷出流路6的剖面为大致矩形状，因此中心流体喷出口2为矩形状。

流体喷出流路6通过对导入口6a连接未图示的中央流体供给管路而导入燃料气体g1并使之从上述中心流体喷出口2喷出。

如上述，与流体(气体)流动方向正交的方向上的流体喷出流路6的剖面为大致矩形状。大致矩形的侧面由上述的一对侧壁61、61形成。在侧壁61、61上，以分别相对的方式设置有上述一对开口部62a、62b。另外，如图2所示，一对开口部62a、62b通过连通部7连通。

如上述，位于比开口部62a、62b更靠下游侧的流体喷出流路6的侧面由一对侧壁63a、63b形成。一对侧壁63a、63b的间隔朝向下游侧逐渐扩展。位于比开口部61a、62b更下游侧且沿流体(气体)流动方向的流体喷出流路6的剖面呈扇形状。即，位于开口部62a、62b更靠下游侧的流体喷出流路6的侧面由以大致v字状配置的一对侧壁侧壁63a、63b形成。

另一方面，位于比一对开口部62a、62b更靠上游侧的流体喷出流路6被形成为彼此相对的侧壁61、61大致平行延伸的方管型的流路64。沿流体(气体)流动方向的剖面呈大致矩形状。

本实施方式的燃烧器1通过在形成流体喷出流路6的侧壁61、61上相对配置一对开口部62a、62b，并且通过连通部7连通该一对开口部62a、62b，从而能够使从中心流体喷出口2喷出的燃料气体g1产生所谓触发式喷嘴(フリップフロップノズル)的自激振荡。

即，如图3的(a)、(b)所示，在流过流体喷出流路6的流路64的流体(燃料气体g1)穿过一对开口部62a、62b之间，并流入以剖面呈扇形状配置的一对侧壁63a、63b之前的情况下，以与一侧侧壁63a及另一侧侧壁63b交互接触的方式进行自激振荡的同时，从中心流体喷出口2喷出。此外，图1中的箭头r意味着流体的自激振荡方向。

随自激振荡产生的流体的振幅及频率根据开口部62a、62b、一对侧壁63a、63b及连通部7中的尺寸或流体流速等的各种条件发生变化。

在本实施方式的富氧燃烧器中，如在后面详细描述的那样，通过设定连通部7中的连通元件73的尺寸及设置数量，使从中心流体喷出口2喷出的流体在规定程度范围内以期望的角度及频率振荡。即，根据本实施方式的富氧燃烧器，能够以简单结构及简单操作使从中心流体喷出口2喷出的流体在规定程度范围内以期望的角度及频率振荡。

下面，对作为本实施方式的富氧燃烧器1的特征部之一的连通部7进行说明。

连通部7具有第一连通管71及第二连通管72和至少一个管状的连通元件73，该第一连通管71及该第二连通管72的一端部71a、72a与一对开口部62a、62b分别连结，该连通元件73与第一连通管71及第二连通管72的另一端部71b、72b连结并使这些第一连通管71和第二连通管72彼此连通。

即，连通部7具备第一连通管71、第二连通管72和多个连通元件73。上述第一连通管71的一端部71a与上述开口部62a连结，该第一连通管71的另一端部71b与上述连通元件73连结。上述第二连通管72的一端部72a与上述开口部62b连结，该第二连通管72的另一端部72b与上述连通元件73连结。

在图2中，连通部7由第一连通管71、第二连通管72和在第一连通管71与第二连通管72之间并联连接的三根连结元件73构造。即，如图2所示，第一连通管71具有三处另一端部71b、71b、71b。同样，第二连通管72也具有三处另一端部72b、72b、72b。第一连通管71的另一端部71b、71b、71b通过三根连结元件73(73a、73b、73c)与第二连通管72的另一端部72b、72b、72b连通。即，三根连结元件73(73a、73b、73c)相对于第一连通管71及第二连通管72并联配置。

本实施方式的富氧燃烧器1由连通部7连通一对开口部62a、62b，从而由触发器喷嘴产生自激振荡。

本实施方式的富氧燃烧器1中的连通部7进一步具备：开闭阀74，设置在第一连通管71和连通元件73之间；和开闭阀74，设置在第二连通管72与连通元件73之间。即，在连结元件73a、73b、73c的一端部73a及另一端部73b分别连接有开闭阀74。

本实施方式的燃烧器1由于具备上述开闭阀74，因此能够只选择连结元件73a、73b、73c中的任意连结元件。当然，能够通过开闭阀74的操作同时使用所有的连结元件73a、73b、73c或者完全停止所有的连结元件73a、73b、73c。

本实施方式的燃烧器1通过分别改变多个连结元件73a、73b、73c的内径或长度(全长)，能够将流过各个连通元件的流体的流量或流速设定为不同的值。即，通过操作上述开闭阀74选择任意连结元件，能够调整连通部7中的流体的流量或流速，并且能够将自激振荡周期设定为任意周期。连结元件73越长，则从中心流体喷出口2喷出的流体的自激振荡周期越长。连结元件73的内径越小，则上述自激振荡周期越长。

此外，还能够通过在连通元件73内设置挡板来改变连通元件73中的流体的流量或流速。

用公式{len＝k·1/st(k：比例常数)}表示由流体喷出流路6的直径或当量直径(流路剖面为非圆形的情况)d和连结元件73的流路剖面面积s无量纲化而成的连结元件长度len与由上述直径或当量直径d和中心流体喷出速度u无量纲化而成的振荡频率(斯特劳哈尔数)st之间的关系，且所述关系为线性关系。

即，虽然还用公式{1/st＝d/(t·u)(t：振荡周期)}表示连结元件长度len与振荡频率st之间的关系，但由于已确定流体喷出流路6的直径或当量直径d及中心流体喷出速度u，因此能够使用连结元件长度为len的不同的连结元件73改变振荡周期t。

如图2所示，在与流体流动方向正交的方向上的流体喷出流路6的剖面为矩形状的情况下，能够将位于比一对开口部62a、62b更上游侧的侧壁61、61的间隙设为当量直径d。

本实施方式的富氧燃烧器1具备规格不同的连结元件73a、73b、73c，通过任意选择这些连结元件73a、73b、73c，能够容易变更振荡周期t。

另外，在本实施方式的富氧燃烧器1中，也可以装卸自如地连接第一连通管71和连通元件73，还可以装卸自如地连接第二连通管72和连通元件73。连通元件73装卸自如地连接到开闭阀74即可。通过将连通元件73装卸自如地连接到第一连通管71及第二连通管72(或开闭阀74)，能够容易更换为形成与被加热物的特性等相应的流体流量及流速的连通元件73。

为了将连通元件73能够装卸自如地安装到第一连通管71及第二连通管72(或开闭阀74)，能够采用多种方法。例如，也可以利用o型圈来密封连通元件73的两端部73、73b和第一连通管71及第二连通管72。还可以在连通元件73的两端部73、73b和第一连通管71及第二连通管72的另一端上设置螺纹固定结构。

此外，流体喷出流路6中的一对侧壁63的开放角度即中心流体喷出口2的开口角度α(参照图2)不受特别限定，考虑期望的火焰的开放角度的情况下设定即可。然而，从稳定地产生流体喷出方向的振荡并实现均匀加热的观点来看，优选为90°以下。

另外，在图2中，连通部具备三根连结元件73a、73b、73c，但并不限定于此。例如，也可以设定一到两根连结元件73，还可以具备四根以上的连结元件73。

另外，本实施方式的燃烧器1优选能够独立控制从中心流体喷出口2喷出的中心流体(燃料气体g1)的喷出量及从周围流体喷出口3喷出的周围流体(富氧空气g1)的喷出量。例如，在与各喷出口连接且供给各流体的管路上设置流量控制装置即可。

如图1所示，在中心流体喷出口2的周围，以包围该中心流体喷出口2的方式配置有周围流体喷出口3。

通过在周围流体喷出口3上连接未图示的周围流体供给管路，并且导入富氧空气g2，从而被构造为喷出气体的开口部(喷嘴)。

在此，本实施方式中说明的“在中心流体喷出口2的周围配置有周围流体喷出口3”意味着以包围中心流体喷出口2的周围的方式配置有周围流体喷出口3，并且指中心流体喷出口2和周围流体喷出口3配置在相邻的位置上。

通过将周围流体喷出口3配置在中心流体喷出口2的周围，能够从与燃料气体g1的喷出位置相邻的位置喷出富氧空气g2。

在本实施方式的富氧燃烧器1中，通过以包围中心流体喷出口2的方式配置周围流体喷出口3，从而能够高效地混合从中心流体喷出口2喷出的中心流体(燃料气体g1)和从周围流体喷出口3喷出的周围流体(富氧空气g2)。另外，由于从周围流体喷出口3喷出的周围流体朝向火焰的外侧方向，因此还原区域变宽，提高形成火焰时的燃烧效率。

此外，周围流体喷出口3的形状也可以是以包围中心流体喷出口2的周围的方式配置的矩形状或圆形。另外，周围流体喷出口3也可以是以包围中心流体喷出口2的周围的方式配置的多个开口部(孔)。

[燃烧器的燃烧方法]

接着，对使本实施方式的上述富氧燃烧器1燃烧的方法进行说明。

本实施方式的燃烧器1通过将从中心流体喷出口2喷出的中心流体设为燃料气体g1，并且将从周围流体喷出口3喷出的周围流体设为富氧空气g2，从而在燃料气体g1的喷出方向上形成火焰。

作为燃料气体，典型地可举例说明天然气(lng)等，但也可以是例如重油等的液体燃料。

另外，作为富氧空气g2，例如可举例说明在氧气与空气的混合气体中尽可能提高氧浓度的混合气体。例如，也可以使用氮气、碳酸气或废气等代替上述空气，还可以将这些气体与氧混合使用。另外，作为上述混合气体中使用的氧，也可以使用工业用纯氧。

另外，在使本实施方式的燃烧器1燃烧时，利用自激振荡交互而周期性地改变喷出方向的同时(参照图3的(a)、(b))，从中心流体喷出口2喷出燃料气体g1。此时，对从中心流体喷出口2以周期性地变化的角度喷出的燃料气体g2，从周围流体喷出口3以包入燃料气体g2的方式喷出富氧空气g2(周围流体)，以帮助火焰形成。

通过朝向燃料气体g1喷出富氧空气g2，从而能够提高燃烧效率，并且能够高效地控制nox的排放量。另外，能够提高火焰的传热效率，并且能够均匀地加热被加热物。

此外，随上述自激振荡产生的燃料气体g1的喷出方向的切换周期(振荡周期t)不受特别限定。在远离燃烧器的中心轴的位置也能够以优异的传热效率进行均匀加热的范围内进行适当设定即可。作为能够得到这种效果的振荡周期t，如后述，优选设为振荡周期t＝30秒。

本实施方式的富氧燃烧器1为利用自激振荡使火焰振荡的燃烧器，由于具备上述连通部7，能够任意变更及控制从中心流体喷出口2喷出的流体的振荡周期t。由此，在运转富氧燃烧器1时，能够以简单的切换操作改变燃烧特性，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

＜使用富氧燃烧器的加热方法＞

本发明的加热方法为使用上述富氧燃烧器1使从中心流体喷出口2喷出的流体在流体喷出流路6的扩展方向上自激振荡的同时加热例如中间包等被加热物的方法。

由于本发明的加热方法为使用上述富氧燃烧器1对被加热物进行加热的方法，因此该加热方法为如下的方法：在利用借助自激振荡进行振荡的火焰对被加热物进行加热时，能够将从中心流体喷出口2喷出的流体的自激振荡变更为任意的振荡周期t的同时，以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

本发明的加热方法中的被加热物不受特别限定。作为一实施方式，可列举在上述炼钢工艺中使用且接收生铁的浇包或中间包(未图示)。

本实施方式的加热方法为使用上述燃烧器1对浇包或中间包等的被加热物进行加热的方法，能够任意变更及控制从中心流体喷出口2喷出的流体的振荡周期t。由此，在运转燃烧器1时，能够以简单的切换操作改变燃烧特性，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

此外，在本实施方式的加热方法中，从中心流体喷出口2喷出的流体的自激振荡的周期(振荡周期t)不受特别限定，可考虑被加热物的特性进行适当设定。由于能够大规模均匀地加热各种被加热物，因此优选为振荡周期t＝30秒以下。

此外，作为本实施方式的使用燃烧器1的加热方法的加热对象(被加热物)，并不限定于上述炼钢工艺中使用的浇包或中间包等，例如在对需要以高热均匀加热的各种被加热物进行加热时，能够无任何限制地应用该方法。

＜作用效果＞

如以上说明那样，本实施方式的富氧燃烧器1具备中心流体喷出口2和配置在其周围的周围流体喷出口3，在形成上述中心流体喷出口2的流体喷出流路6的侧壁上设置有一对开口部62a、62b，该一对开口部62a、62b通过连通部7连通，该连通部7具备：第一连通管71及第二连通管72，该第一连通管71及该第二连通管72的一端部71a、72a分别与一对开口部62a、62b连结；和至少一个连通元件73，与这些第一连通管71及第二连通管72的另一端部71b、72b连接，用于将第一连通管71和第二连通管72连通。

如此，在利用自激振荡使火焰振荡的富氧燃烧器1中，用于将一对开口部62a、62b连通的连通部71具备将第一连通管71和第二连通管72连通的连通元件73，因此能够以简单结构及简单操作变更及控制为任意振荡周期。因此，在运转富氧燃烧器1时，能够以简单的切换操作改变燃烧特性，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

此外，由于具备上述中心流体喷出口2和周围流体喷出口3，因此能够朝向燃料气体g1喷出富氧空气g2。由此，能够提高燃烧效率，并且能够高效地控制nox的排放量。

另外，本实施方式的使用富氧燃烧器1的加热方法由于为使用上述富氧燃烧器1的加热方法，因此与无氧燃烧器(酸素不可バーナ)1同样，能够根据需要以简单操作变更随自激振荡产生的火焰的振荡周期t，并且能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物。

实施例

下面，使用实施例对本发明的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法进行详细说明。然而，本发明并不限定于以下实施例，在不变更本发明要点的范围内可进行适当变更实施本发明。

＜燃烧器的规格及运转条件＞

在本实施例中，准备如下的自激振荡式富氧燃烧器1，并且在以下所示的条件下进行燃烧及加热试验：即，如图1～图3所示，该富氧燃烧器1具有：第一连通管71及第二连通管72，该第一连通管71及该第二连通管72的一端部71a、72a分别与一对开口部62a、62b连结；和三根连通元件73a、73b、73c，被设置为与这些第一连通管71及第二连通管72的另一端部71b、72b连接且用于将第一连通管71和第二连通管72连通。

另外，在本实施例中，将图2所示的燃烧器1的中心流体喷出口2的开口角度α设为30°。

另外，在本实施例中，将丙烷气体作为燃料气体g1使用，将富氧率为40％的气体作为富氧空气g2使用。通过使燃料气体g1流向中心流体喷出口2并使富氧空气g2流向周围流体喷出口3来形成火焰。

关于本实施例中的燃烧器运转条件，将燃料气体(丙烷气体)的流量设为13nm³/h，将富氧空气的流量设为170nm³/h，并且使之以氧比1.05进行燃烧。此外，该氧比是指在将燃料气体完全燃烧时所需的氧量设为1时的氧的比例。

另外，在本实施例中，通过使燃烧器1在未图示的试验炉内进行燃烧，并且在燃烧过程中切换连结元件73，从而改变中心流体喷出口2中的随自激振荡产生的燃料气体的振荡周期t，在成为稳定状态之后，对以下各实施例中说明的各评价项目实施测定。

另外，在本实施例中，还评价以下说明的可否变更随连结元件73的切换产生的振荡周期t。此时，将流体喷出流路6的当量直径d设为10mm，将燃料气体的吹出速度u设为40m/s。

＜实施例1及2＞

在实施例1及2中，在利用自激振荡使富氧燃烧器1燃烧时，使用热电偶来评价通过切换连结元件73而改变振荡周期t时的燃烧炉内的温度分布。

图4的(a)、(b)为表示实施例1及2中的燃烧器1与热电偶之间位置关系的示意图。

在本实施例中，在如图4的(b)所示那样离燃烧器1的前端面500mm的前方且如图4的(a)所示那样离燃烧器1的高度方向上的中心轴300mm的下侧位置，沿流体喷出流路6的扩展方向排列有多跟热电偶。

另外，在实施例1及2中，使用设为下述表1所示的连结元件长度len及1/st(st：振荡频率)的连结元件c1、c2进行评价。

如上述，用公式{len＝k·1/st(k：比例常数)}及公式{1/st＝d/(t·u)(t：振荡周期)}表示连结元件长度len与1/st的关系。因此，在本实施例中，预先确定流体喷出流路6的直径或当量直径d及中心流体喷出速度u，并且通过使用下述表1所示的连结元件长度len不同的连结元件来改变振荡周期t。

[表1]

对于本实施例来说，在如图4的(a)、(b)所示的试验装置中，利用各热电偶来测定产生自激振荡燃烧并成为稳定状态时的温度。

将离燃烧器1的自激振荡方向上的中心轴的距离设为0[mm]，也就是说不进行自激振荡时的气体喷出方向设为“离燃烧器的中心轴的距离为0[mm]”，并将自激振荡时的气体喷出方向的振幅与炉内温度的关系，即热电偶的位置与炉内温度的关系作为表示炉内温度分布的数据来在图5的图表中示出。

图5的图表所示的实施例1为振荡周期t＝0.1秒(参照表1)时的测定结果，实施例2为振荡周期t＝1秒(参照表1)时的测定结果。如图5所示，可知振荡周期t短的实施例1与实施例2相比成为平坦(均匀)的温度分布。

根据实施例1及2的评价结果，可确认到能够通过变更连结元件73的长度来变更振荡周期t的切换，并且能够通过改变振荡周期t来变更温度分布即能够变更加热特性。

明确可知通过使用实施例的富氧燃烧器，能够在燃烧器的运转过程中切换连结元件以改变振荡周期t，并且得到任意的燃烧状态。

＜实施例3及4＞

在实施例3及4中，对利用自激振荡进行燃烧运转的富氧燃烧器中的火焰长度的变化及伴随此的传热特性的变化进行了评价。

图6的(a)、(b)是表示实施例3及4的燃烧器1与热电偶之间位置关系的示意图。

如图6的(a)所示，在离燃烧器1的高度方向上的中心轴300mm的下侧位置，沿来自中心流体喷出口2的燃烧气体的喷出方向即火焰的形成方向配置有多跟抽热体。

在本实施例中，通过在如图6的(a)、(b)所示的试验装置中产生自激振荡燃烧，测定稳定状态下的对抽热体的传热效率。此时，通过使用未图示的热电偶测定表面温度来确认抽热体的温度。

并且，作为表示炉内传热量分布的数据，在图7的图表中示出燃烧器1的端面与抽热体之间的距离与传热量的关系。

图7的图表所示的实施例3为与实施例1同样地振荡周期t＝0.1秒(参照图1)时的测定结果，实施例4为与实施例2同样地振荡周期t＝1秒时的测定结果(关于实施例3中的连结元件长度len、1/st及振荡周期t参照表1中的连结元件c3)。

如图7所示，可知振荡周期t较长的实施例4与实施例3相比促进缓慢燃烧，并且通过强化辐射传热来提高传热效率。另外，明确可知实施例4能够延长火焰长度，并且离燃烧器1的端面更远的部位也成为高传热量分布。

＜实施例5＞

在实施例5中，除了使振荡周期t在图8的图表所示的多个周期(0.1秒、0.5秒、1秒、5秒)变化这一点以外，以与实施例1同样的条件进行使用燃烧器1的伴随自激振荡的燃烧试验，并且对nox的排放特性进行了评价。

在图8的图表中示出本实施例中的振荡周期t与nox排放量的关系。

如图8所示，在实施例5中，可确认到伴随振荡周期t变长而nox排放量降低的倾向。这可认为因稍微难以混合燃烧气体和富氧空气而成为缓慢燃烧状态，并且通过形成还原区域而控制nox生成量。

根据以上说明的实施例的结果，明确可知本实施例的富氧燃烧器能够以简便结构及简单操作变更及控制为任意的振荡周期。另外，还明确可知在燃烧器的运转时能够以简单的切换操作改变燃烧特性。此外，还明确可知能够以优异的传热效率均匀地加热被加热物，并且能够高效地控制nox排放量。

产业上的可利用性

本发明的富氧燃烧器及使用富氧燃烧器的加热方法除了优选用于对例如在炼铁或炼钢工艺中用作铁水或钢水的储存及运送机构的中间包等进行加热的用途之外，非常适于使用燃烧器来加热被加热物的各种用途。

附图标记说明

1燃烧器2中心流体喷出口3周围流体喷出口

6流体喷出流路

6a导入口

61(一对)侧壁

62a、62b(一对)开口部

63a一侧侧面

63b另一侧侧面

64(方管型的)流路

7连通管

71第一连通管

72第二连通管

71a、72a第一及第二连通管的一端部

71b、72b第一及第二连通管的一端部

73、73a、73b、73c连结元件

73a、73b连结元件的端部

74开闭阀

g1燃料气体g2富氧空气d中心流体流路的当量直径