本发明涉及一种进行再生燃烧的工业炉，其燃烧器及其燃烧方 法。在再生燃烧中，来自废气的热通过使废气流过储热件的方式储 存在储热件中。然后，通过储热件的气流在供气流和废气流之间选 择性转换，因而流过储有来自废气的热的储热件的供气被储热件加 热。

日本专利公告文本第平—5—246423号公开了一对在工作中选 择性转换的进行再生燃烧的燃烧器。一个储热件安装在每个燃烧器 的主体中，一个转换装置设置在每个燃烧器外侧，与每个燃烧器的 主体连通。

因此，这种燃烧器的一个问题是，需要设置连接转换阀和燃烧 器主体的管路。这使燃烧装置变大。因此，由于被换气的管路容积 大，所以在每次转换的换气时间变长。

为了解决上述问题，本申请的申请人之一曾提出一种进行再生 燃烧的燃烧器，其中，一个转换机构安装在燃烧室的主体中。在这 种燃烧器中，一个储热件被在燃烧器轴向延伸的隔板分成若干周向 的部分。一个可转动的盘可滑动地接触隔板的端面，因此，通过储 热件各部分的供气流和废气流可按照转盘的转动而转换。

另外，这种燃烧器，以及日本专利公告文本第平5—256 423号 中的燃烧器中，在燃烧释放表面和空气供应和废气排放表面上开有 使供气和废气流过的多个气流孔，上述表面在垂直于燃烧器轴线的 同一平面内。

但是，上述燃烧器及平—5—256 423中的燃烧器仍有下述问 题：

首先，因为同一气流孔通过转换供气和废气的气流而用作供气 流动孔和废气流动孔，所以使供气流过的横截面积和使废气流过的 横截面积是相等的。因此，难于通过节制供气流动孔的横截面积来 提高供气的流速，因为如果节制的话，废气流动孔的横截面积也必 然受到节制，这会使炉的内部压力提高到不可允许的高度。因此，供 气的流速不能得到提高。因此，被供气流抽吸、卷入并在炉中再循 环的燃烧废气的量就不多，这样就难于抑制NOx的产生。另外，被 供气流抽吸的燃烧量也不大，这会使燃烧降级并缩短从燃烧器至炉 的相对端的方向上的燃烧区长度。

第二，供气容易通过隔板端面和转盘之间的间隙泄漏，从而缩 短至废气的通路。因此，使供气的流速进一步下降，这加剧了上述 问题。另外，缩短的路径会引起可用供气的亏空，从而使燃烧不完 善并增加在废气中的一氧化碳。

第三，当使用燃烧释放面和空气供应和废气排放面在同一平面 内的普通燃烧器进行燃烧时，废气中的CO(一氧化碳)和NOx(氧 化氮)含量大，因此，往往需要进行降低CO和NOx含量的某种处 理。另外，由普通燃烧器产生的燃烧区一般较短。

本发明的一个目的在于提供可以为燃烧提高供气速度的进行再 生燃烧的工业炉和燃烧器及其燃烧方法。

本发明的另一个目的是提供可以减少燃烧中形成的CO和NOx的进行再生燃烧的工业炉和燃烧器及其燃烧方法。

上述目的是通过按照本发明的下述工业炉、燃烧器和方法实现 的。

(a)进行再生燃烧的工业炉，包括：

一个储热件，它包括沿储热件圆周方向相互分隔的多个部分；

一个在储热件的轴向上在储热件一侧设置的燃烧口砖。燃烧口 砖包括在其中插有一燃烧喷嘴的喷嘴插孔，多个在使供气通过的孔 和使废气通过的孔之间转换的气流孔，以及开有气流孔的空气供应 和废气排放表面；以及

一个设置在储热件与燃烧口砖相对侧的转换机构，转换机构包 括一个静止盘，一个可滑动接触静止盘的转动盘，以及一个使供气 流动区域和废气流动区域相互分隔开来的隔壁，静止盘包括多个孔， 转动盘包括多个气流孔，它们按照转动盘的转动开、闭，气流孔包 括至少一个与位于隔壁一侧的供气流动区域连通的供气流动孔和至 少一个与位于隔壁与供气流动区域相反的另一侧的废气流动区域连 通的废气流动孔，

其中，储热件、燃烧口砖和转换机械是相互独立的，储热件、燃 烧口砖和转换机构中的至少一个固定在工业炉的壁上，作为至少一 个炉构件。

(b)在上面(a)中所述的一种工业炉，其中，在转动盘上形成 的开口的形状和位置以及在静止盘上形成的孔的形状和位置相对地 确定以便使被转动盘上形成的废气流动开口覆盖在燃烧口砖上形成 的至少一个气流孔的总横截面积等于或大于被转动盘上形成的供气 流动开口覆盖的在燃烧口砖上形成的至少一个气流孔的总横截面 积。

(c)进行再生燃烧的一种工业炉，包括：

一个燃烧口砖，它包括

一个空气供应和气体排出表面，它包括多个选择性使供气和废 气通过的气流孔；

一个从空气供应和气体排出表面延伸的突出部；以及

一个释放喷出的燃料的燃烧释放表面，燃料释放表面从一内表 面伸向突出部的前端，

其中燃烧口砖固定在工业炉的壁上构成至少一个炉构件。

(d)进行再生燃烧的燃烧器，包括：

一个储热件，它包括在储热件圆周方向相互分隔开来的多个部 分；

一个设置在储热件轴向上储热件一侧上的燃烧口砖，燃烧口砖 包括插入燃料喷嘴的一个喷嘴插孔，多个可以在使供气通过和使废 气通过之间转换的气流孔，以及设置上述气流孔的空气供应和气体 排出表面；以及

一个设置在储热件轴向上储热件另一侧的转换机构，转换机构 包括一个静止盘、一个可滑动地接触静止盘的转动盘，以及一个使 供气流动区域与废气流动区域相互隔开的隔壁，静止盘包括多个孔， 转动盘包括多个气流开口，它们按照转动盘的转动开、闭，这些开 口包括与位于隔壁一侧的供气流动区域连通的至少一个供气流动开 口和与位于隔壁另一侧的废气流动区域连通的至少一个废气流动开 口 。

(e)在(d)中所述的一种燃烧器，其中，在转动盘上形成的开 口的形状和位置和在静止盘上形成的孔的形状和位置的相对确定， 使得被转动盘上形成的废气流动开口覆盖的燃烧口砖上形成的至少 一个气流孔的总横截面积等于或大于被转动盘上形成的供气流动开 口覆盖的燃烧口砖形成的至少一个气流孔的总横截面积。

(f)进行再生燃烧的一种燃烧器，包括：

一个燃烧口砖，包括：

一个空气供应和气体排出表面，包括多个气流孔，其用于转换 地使供气和废气通过；

一个从空气供应和气体排出表面延伸的突出部；以及 一个用于释放喷出的燃料的燃料释放表面，燃料释放表面从一 内表面伸向突出部的前端。

(g)工业炉的燃烧方法，包括以下步骤：

通过设在一个空气供应和气体排出表面上的至少一个孔向炉中 供应供气，上述至少一个孔在多个可选择性地使供气和废气通过的 气流孔中用作供气流动孔；

在空气供应和气体排出表面之前使燃料和供气混合并燃烧燃料 和供气的混合物；以及

通过在许多气流孔中用作废气流动孔的至少一个孔从炉排出燃 烧废气，所述用作废气流动孔的至少一个孔的总横截面积等于或大 于上述用作供气流动孔的所述至少一个孔的总横截面积。

(h)工业炉的燃烧方法，包括以下步骤：

通过在多个用于选择性地使供气和废气通过的气流孔中用作供 气流动孔的至少一个孔向炉中供应供气；

当供气沿着从空气供应和气体排出表面延伸的一突出部的侧面 流向突出部前端时，使供气携带一部分燃烧废气，从而使这部分燃 烧废气在炉中再循环；以及

使供气和再循环部分的燃烧废气与从燃烧释放表面释放的燃料 混合，使供气、再循环部分的燃烧废气和燃料的混合物在突出部的 前端前面流动以形成伸向炉内的燃烧区，混合物在燃烧区内燃烧。

(j)在(h)中所述的一种燃烧方法，还包括以下步骤：

通过在多个气流孔中用作废气流动孔的至少一个孔从炉中排出 燃烧废气，其中，使燃料释放表面借助一段突出部与空气供应和气 体排出表面间隔开，从而抑制燃料从燃料释放表面直接送至所述用 作废气流动孔的至少一个孔而造成的路径缩短。

在(a)项所述的工业炉和(d)项所述的燃烧器中，因为转换机 构中采用了可相互滑动接触的转动盘和静止盘，因此，与普通转换 机构的隔壁端面与转动盘之间的接触面积相比，转动盘和静止盘之 间的接触面积较大。因此，转动盘和静止盘之间的密封更好，因此 抑制了供气通过转动盘和静上盘接触表面之间很小的间隙从通向废 气流动开口的供气流中的泄漏。另外，用于燃烧的供气部分与供 气总量之比增大，从而提高了燃烧效率，增加了供气压力和向炉中 的供气速度。

在(b)项所述的工业炉，(e)项所述的燃烧器及(g)项所述燃 烧方法中，因为在燃烧口砖上形成的，用于废气流过的所述至少一 个气流孔的总横截面积等于或大于在燃烧口砖上形成的，用于供气 流过的所述至少一个气流孔的总横截面积，因此，与普通炉或燃烧 器相比较，流过用作供气流过的气流孔的供气的流速增大。由于供 气的流速增大，燃料更强地被抽吸和携入供气中。而且炉中燃烧废 气的部分也更强地被供气抽吸，从而更强地在炉中再循环。由于燃 料被供气抽吸，从而抑制了燃料向用作废气流过的孔的气流孔的短 路，因此，改善了燃料的燃烧从而抑制了CO的产生。另外，燃烧废 气被供气抽吸，更强地在炉中再循环，燃烧被迟延(所谓的废气再 循环效果)，因而可以抑制在高温中NOx的形成。另外，燃烧的迟延， 燃烧区向炉的相对端延伸，使燃烧区中的温度分布变得均匀。因此， 燃烧区的温度在整个燃烧区长度上可被提高到允许的最高温度，而 普通燃烧区则具有大的温度变化。由于温度提高，平均热流量提高， 因为辐射热的传递改善，而可以高效率地燃烧。因此，在准备完成 相同的热传递量的情况下，可以减小炉的尺寸，提高空间效率并降 低初始成本。另外，由于平均的燃烧区温度分布，炉壁不会局部地 升起高温，从而提高了炉的寿命，降低了维修成本，从而可以降低 炉的初始成本。另外，由于燃烧的迟延，也可以降低燃烧的噪音。

在(c)项所述工业炉，(f)项所述燃烧器和(h)、(i)项所述燃 烧方法中，由于燃料释放表面是在从空气供应和气体排出表面向前 延伸的突出部上形成的，可以防止从燃料释放表面放出的燃料被流 向用作废气流过的孔的气流孔的废气所卷带，即防止向着气流孔的 短路。因此，燃烧得以改善，从而抑制了CO的形成。另外，由于突 出部的轴向突出，供气在携带了一部分炉中燃烧废气之后才与燃料 会合，因此，这部分燃烧废气更强地在炉中再循环，使燃烧迟延，并 抑制在高温下NOx的形成。另外，由于燃烧的迟延，燃烧区(即高 温区)向炉的相对侧延伸，燃烧区的温度分布更为均匀。因此，燃 烧区的温度在整个燃烧区长度上可提高到允许的最高温度，然而普 通的燃烧区却具有大的温度变化。由于温度的提高，平均热流量提 高，因辐射热传递改善，从而可实现高效率燃烧。因此，在需要实 现相同的热传递量的情况下，可以减小炉的尺寸，改善空间效率，减 小初始成本。另外，由于均匀的燃烧区温度分布，可以使炉壁免受 局部高温，从而提高炉的寿命，降低维修成本，从而可以减小炉的 初始成本。另外，由于燃烧的迟延，燃烧噪音得以降低。

对照以下附图，通过对本发明推荐实施例的详细描述，可以更 清楚地理解本发明的上述的和其它的目的、特征和优点。

图1是按照本发明第一实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃烧 器的横剖面图；

图2是图1所示工业炉和燃烧器的一部分的放大横剖面图；

图3是图2所示的炉和燃烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图4是图3所示燃烧口砖的平面图；

图5是图2所示炉和燃烧器的转换机构的横剖面图；

图6是图5所示的转换机构的平面图；

图7是按照本发明第二实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃烧 器的转换机构的横剖面图；

图8是图7所示转换机构的平面图；

图9是按照本发明第三实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃烧 器的转换机构的横剖面图；

图10是从转换机构侧看去的，图9所示的转换机构的平面图；

图11是从燃烧口砖侧看去的，图9所示的转换机构的平面图；

图12是按照本发明第四实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的转换机构的横剖面图；

图13是图12所示转换机构的平面图；

图14是按照本发明第五实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的转换机构的横剖面图；

图15是图14所示的转换机构的平面图；

图16是按照本发明第六实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的转换机构的横剖面图；

图17是按照本发明第六实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图18是按照本发明第七实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图19是按照本发明第八实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图20是按照本发明第九实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图21是按照本发明第十实施例的进行再生燃烧的工业炉和燃 烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图22是图21所示燃烧口砖的平面图；

图23是按照本发明第十一实施例的进行再生燃烧的工业炉和 燃烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图24是按照本发明第十二实施例的进行再生燃烧的工业炉和 燃烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图25是图24所示燃烧口砖的平面图；

图26是图24所示燃烧口砖中的气流孔的斜视图；

图27是按照本发明第十三实施例的进行再生燃烧的工业炉和 燃烧器的燃烧口砖的横剖面图；

图28是图27所示燃烧口砖的平面图；

图29是表示引焰和主焰之间位置关系的横剖面图；

图30是表示按照本发明所有实施例的工业炉及其热流量分布 的横剖面图；

图31是表示CO和NOx的形成和炉温之间关系的曲线图；以及

图32是具有进行再生燃烧的燃烧器的工业炉的横剖面图。

图1～4，5，6，30和31表示按照本发明第一实施例的进行再 生燃烧的工业炉和燃烧器及其燃烧方法；图7和8表示按照本发明 第二实施例的工业炉和燃烧器；图9～11表示按照本发明第三实施 例的工业炉和燃烧器；图12和13表示按照本发明第四实施例的工 业炉和燃烧器；图14和15表示按照本发明第五实施例的工业炉和 燃烧器；图16和17表示按照本发明第六实施例的工业炉和燃烧器； 图18表示按照本发明的第七实施例；图19表示按照本发明第八实 施例；图20表示按照本发明的第九实施例；图21和22表示按照本 发明的第十实施例；图23表示按照本发明的第十一实施例；图24～ 26表示按照本发明的第十二实施例；图27～29表示按照本发明的 第十三实施例。本发明各实施例中共同的部分使用相同的标号。

本发明可以应用于任何一种进行再生燃烧的工业炉100和燃烧 器1。本发明应用于工业炉的一种情形包括进行再生燃烧的燃烧器 具有一种可分成若干部分的结构。若干部分中的至少一个部分(例 如燃烧口砖或者燃烧口砖和外壳的组合)整体式地固定在工业炉 100的炉壁5上以构成炉侧构件的一部分或者炉本身的一部分。

另外，应用本发明的工业专业炉100的实例包括：熔化炉、烧 结炉、预热炉、均热炉、锻造炉、加热炉、退火炉、固溶退火炉、镀 炉(plating furnace)、干燥炉、热处理炉、淬火用的加热炉、回火炉、 氧化和还原炉、窑炉、烘炉、烤炉、熔融金属盛放炉、前炉、坩埚 炉、均化炉、时效炉、反应促进炉、蒸馏炉、浇泡干式预热炉、模 具预热炉、正火炉、焊炉、碳化炉、涂漆干炉、保温炉、氮化炉、盐 浴炉、玻璃熔化炉、包括发电锅炉的锅炉、包括垃圾焚化炉在内的 焚化炉，以及热水供应设备。

首先，参照图1～6，30和31描述本发明各实施例共用的部分。

如图1和2所示，进行再生燃烧的工业炉100和燃烧器1通过 供气通道2与一个供气装置4(例如鼓风机或供气用的压缩机)连 通。炉的废气通过排气道3排出，如必要在排气道3设置抽吸废气 的风扇101。供气的鼓风机最好直接于燃烧器1本身的转换机构40 上。在设有风扇101的情况下，风扇101也可直接连接在燃烧器1本 身上。这种直接连接的结构可使结构更为紧凑。在设有风扇101的 情况下，鼓风机4和风扇101是由共用的驱动装置(如驱动电机 102)驱动的，因此，为安装驱动装置所需要的零件数目及空间可得 以减少。来自燃料喷嘴20的燃烧、光导空气(pilot air)和流过储热 件30的供气流入炉100中。转换机构40以一定的间隔(例如每几 秒至几分，更具体来说，每6～30秒)使流过储热件的气流在供气 流和废气流之间交替交换。

在储热件30上游为大约20℃的供气，当通过储热件30时被加 热，当通过气流孔26流入炉中时大约为900℃。当废气从炉流入储 热件30时，废气大约为1000℃，其后，当其流过储热件30时被冷 却至大约200℃，从而加热了储热件30。然后，转换机构40将通过 储热件的流在供气流和废气流之间转换。以这种方式来自废气的热 被储热件30储存，当转换时，储热件使供气受到加热。

如图1和2所示，进行再生燃烧的工业炉100和燃烧器1包括 储热件30、燃烧口砖22和转换机构40。储热件30包括多个在储热 件30圆周方向上相互隔开的部分。在储热件30的轴向上，燃烧口 砖22设置在储热件30的一侧。燃烧口砖22包括插入燃料喷嘴20 的一个喷嘴插孔，多个可在使供气通过和使废气通过之间转换的气 流孔26，以及设置气流孔26的一个空气供应和气体排出表面23。上 述转换是借助转换机构40进行的。转换机构40在储热件30的轴向 上设置在储热件30的另一侧。每个进行再生燃烧的工业炉100和燃 烧器1还可以包括容纳燃料喷嘴20、储热件30和转换机构40的一 个壳体10。

图2放大地表示工业炉100的一部分和燃烧器1。

储热件30是由耐热材料如陶瓷或耐热合金构制的。储热件30 最好具有整体蜂巢结构以提供大的气体接触表面积。但是，储热件 30并不局限于蜂巢结构，而可以是小直径线棒或管束结构。储热件 30使气体沿其轴向流过。储热件30在其圆周方向上被一隔件31或 在一圆圈上设置的多个套筒分隔。储热件30在其轴向上也被分成若 干部分以防止由于温度梯度引起的裂纹并使制造变得简单。当多个 部分组装时，在两相邻的储热件部分之间插入耐热隔件32以便形成 间隙33(例如大约3～5mm的间隙)。因而在间隙中生成紊流。由于 在间隙中生成紊流，因而改善了从废气向储热件30和从储热件30 向供气的热传递。

燃料喷嘴20在燃烧器中央部分轴向地延伸。引燃空气管21与 燃料喷嘴20共轴地延伸，引燃空气流过在喷嘴20外表面和引燃空 气管21内表面之间的环形通道。燃料喷嘴20除其端部外覆有绝缘 层。在燃料喷嘴的端部形成一引燃燃料出口20a，其用于喷出引燃烧 料。引燃烧料借助燃料喷嘴20的端部和引燃空气管21之间形成的 电火花而被点燃。

图3和4表示燃烧口砖22。燃烧口砖22是由耐热材料如陶瓷或 耐热合金制成的。燃烧口砖22包括一个从空气供应和气体排出表面 23向前伸向炉的相对端的突出部24。燃烧口砖22还包括一个在突 出部前端内表面上形成的一个燃料释放表面25，其用于释放燃料和 引燃空气的混合物。突出部24的轴向长度等于或大于多个气流孔 26中任一个的直径的大约三分之一，更精确来说，等于或大于气流 孔直径的一半，以便获得突出部的前述效益。

燃烧口砖22还包括一个空气喷嘴分隔件29，它从空气供应和 气体排出表面23向前延伸，并在相邻的气流孔26之间在燃烧口砖 22的径向上延伸。空气喷嘴分隔件29可防止从使供气通过的气流 孔26喷出的供气直接流向使废气通过的气流孔，从而使供气基本全 部用于燃烧。

燃料释放表面24的形状可在向着突出部24前端的方向上扩 展，这种扩展可以是弯曲的或锥形的，表面可以是光滑的，也可以 是粗糙的。

在突出部24的径向外面的部分上可设有多条导槽27，在突出 部24的轴向上延伸，并在突出部24的圆周方向上在位置上与气流 孔26重合。在设有导槽27的情况下，从用作供气通过孔的气流孔 26之一流出的供气的至少一部分流过导槽27以形成方向性很强的 高速气流28A。

气流孔26，除了靠近空气供应和气体排出表面23的气流孔端 部以外，在供气流动方向上，向着空气供应和气体排出表面23，在 横截面上是逐渐变小的，因此，当供气通过气流孔26时，供气的流 速增大。在气流孔靠近空气供应和气体排出表面23的端部的角部， 最好形成一个圆角26R，以便使废气可以顺利地流入气流孔26。另 外，气流孔26在供气流动方向上趋近于突出部24的轴线。在空气 供应和气体排出表面23处，气流孔26最好部分地与突出部24的形 状相干涉，导槽27与干涉部分重合，以便使气流孔26不被突出部 24封闭。或者，气流孔26的布置也可以同突出部24相接触，在这 种情况下，在突出部的径向外面的部分上不形成导槽。转换机构40 包括一个静止盘46，一个可以与静止盘46滑动接触的转动盘44，以 及一个使供气流动区域和废气流动区域相互分开的隔壁41。静止盘 46包括多个孔47。转动盘44包括多个按照转动盘44转动开、闭的 气流开口。气流开口包括与位于隔壁41一侧的供气流动区域连通的 至少一个供气流动开口42和与隔壁41另一侧的废气流动区域连通 的至少一个废气流动开口43。

转换机构40包括活动件。更具体来说，在图5中，隔壁41和 转动盘44是活动件。转换机构40的其余零件如静止盘46是静上 件。转换机构的活动件是由一驱动装置45(例如一个电机，一气缸 等)在一个方向或在相反的方向上被驱动的。由于垂直于转动盘44 的轴线的转动盘44的一个平面和垂直于静止盘46的轴线的静止盘 46的一个平面相互滑动接触，因而接触面面积比普通燃烧器中隔壁 与转换机构的转动盘接触的情况要大得多。因此在转换机构40中可 得到很好的密封效果。为了增加密封整体性，转动盘44被弹簧51和 52(图9，12和14)压向静止盘46。

在储热件30每一部分的下游，在燃烧口砖22上设有至少一个 气流孔26。在转动盘44上形成的开口42和43的形状和位置和在静 上盘46上形成的孔47的形状和位置相互之间的确定，使得在燃烧 口砖22上形成的且在转动盘44上形成的废气流动开口43覆盖的 至少一个气流孔26的总横截面积等于或大于在燃烧口砖22上形成 的且由在转动盘44上形成的供气流动开口42覆盖的至少一个气流 孔26的总横截面积。例如，在图5和6的情形中，由供气流动开口 42覆盖的气流孔26的数目是1或2，而由废气流动开口43覆盖的 气流孔26的数目是3或2。因此，提供供气的气流孔26的总横截面 积小于排放废气的气流孔26的总横截面积，因此，供气的流速合乎 需要地被增大。用作供气通过孔的气流孔的数目和用作废气通过孔 的气流孔的数目不必为整数。

同样，在转动盘44上形成的开口42和43的形状和位置与在静 止盘46上形成的孔47的形状和位置被相对地确定，使得被在转动 盘44上形成的废气流动开口43覆盖的储热件30的至少一个部分 的总容积等于或大于被在转动盘44上形成的供气流动开口42覆盖 的储热件30的至少一个部分的容积。例如，在储热件30被隔壁31 分成4个部分的情形中，两或三个部分被废气流动开口43覆盖，而 一或二个部分被供气流动开口42覆盖。通过增加被废气流动开口 43覆盖的部分的容积，废气通过储热件30的速度被减慢，从而使储 热件30储存更多的热量。

下面描述使用本发明所有实施例上述共用结构而进行的燃烧方 法。

这种燃烧方法包括以下步骤：通过在空气供应和气体排出表面 23上设置的多个气流孔26中的至少一个用作供气流动孔的孔向炉 100中供送供气，在空气供应和气体排出表面23之前使燃料和供气 相互混合，燃烧燃料和供气的混合物，以及通过在多个气流孔中的 用作废气流动孔且其总横截面积等于或大于用作供气流动孔的至少 一个孔的总横截面积的至少一个孔从炉100排出燃烧废气。

另外，这种燃烧方法包括通过在设在空气供应和气体排出表面 23的多个气流孔26中用于供气流动孔的至少一个孔供送供气。当 供气沿着突出部24的侧面从空气供应和气体排出表面23流向突出 部24前端时，供气抽吸并携带一部分燃烧废气。这使这部分燃烧废 气在炉100中再循环。供气和燃烧废气的再循环部分与从燃料释放 表面25释放的燃料混合，供气、燃烧废气的再循环部分和燃料的混 合物在突出部24的前端之前流动，构成在炉中深深地延伸的燃烧 区，混合物在燃烧区中燃烧。

上述燃烧方法还可以包括通过在多个气流孔26中用作废气流 动孔的至少一个孔从炉100排出燃烧废气，其中，从燃料释放表面 25直接流向至少一个用作废气流动孔的短路，通过一段突出部24 使燃料释放表面25的前端与空气供应和气体排出表面23隔开的方 式，被抑制。

下面描述本发明各实施例共有的上述结构或方法所取得的效果 和优点。

由于转换机构40的转动盘44和静止盘46以垂直于其轴线的 大面积平面相互接触，因而抑制了供气通过盘44和46之间的间隙 的泄漏，因此增大了喷入炉中的供气的流速。

另外，由于在确定转动盘44上形成的气流开口42和43及静上 盘46上形成的孔47的形状和位置时，使得用作供气流动孔的气流 孔26的总横截面积等于或大于用作废气流动孔的气流孔26的总横 截面积，因而射入炉中的供气流速进一步增大。由于供气流速的增 大，因而供气流强力地抽吸和携带燃料和一部分炉中的燃烧废气，因 此，这部分燃烧废气在炉100中很强地再循环，如图30所示。另外， 由于燃料释放表面25与空气供应和气体排出表面23间隔开来，因 而当供气沿突出部24的侧面流动时，在供气中抽吸并携带一部分炉 中的燃烧废气，因此，燃烧废气更强地在炉中再循环(图30)。

由于供气流强力地抽吸燃料，因而抑制了燃料向废气流动孔的 短路，从而改善了燃料的燃烧，抑制了CO的形成。

另外，由于炉中的燃烧废气被供气流强力地抽吸以便在炉中再 循环，因而燃烧被迟延。结果，生成的NOx被降至大约20ppm，如 图31所示。为了进行比较，在图32所示的进行再生燃烧的具有燃 烧器1’的普通工业炉5’中，所形成的NOx大约为200ppm，而在 进行非再生燃烧的具有燃烧器的普通工业炉中，所形成的NOx大约 为2000ppm。因此，按照本发明可显著降低NOx的生成。另外，由 于燃烧被迟延，因而燃烧区R向着炉的相对端延长，与之对照，普 通炉中的燃烧区为R’。如图30所示，温度分布T也更为均匀(即， 按照本发明的炉的温差ΔT小于普通炉的温差ΔT’)。因此，当最高 温度T应小于炉壁的允许温度Ta时，燃烧区R的温度T可以在燃 烧区R的整个范围内升高至接近于上述允许温度的温度，而普通炉 中则不能。因此，热流量可以在燃烧区R的整个范围内提高，因而 可实现高效率的热传递。在需要实现相同的热传递的情形中，炉子 可以制得紧凑，空间效率可以提高，因而炉和设备的初始成本可以 下降。另外，由于温度均匀，炉壁不会被加热至过高的温度，因此 延长了炉的寿命，降低了炉的维修成本。另外，由于燃烧迟延，减 小了燃烧噪音。

另外，还可以获得下述附加优点：

由于转动盘44与静止盘46可滑动接触，因而增加了设计转换 机构40的自由度，可以实现在转换时间不减少供气量的设计，可以 更自由地选择储热件的形状。

在燃料喷嘴20、储热件30和转换机构40装在壳体10中的情况 下，不需要连接储热件30和转换机构40的管路，因此可使装置紧 凑。另外，在设置管路的情况下，在转换时必须进行废气的换气，但 是在本发明中则不需要这样的换气。

另外，由于在转动盘44上形成的废气流动开口44所覆盖的储 热件30的一个部分或若干部分的总容积等于或大于在转动盘44上 形成的排气流动开口42所覆盖的储热件30的一个部分或若干部分 的总容积，因而当废气通过储热件30时废气的速度减慢，从而储热 件30可以更有效地从废气吸收热量，因此可以提高炉的热效率。

另外，由突出部24从空气供应和气体排出表面23突伸，且燃 料释放表面25是在突出部24内形成的，因而燃料释放表面25的前 端是与用作废气流动孔的气流孔26隔开的。因此，燃料和从燃料释 放表面25释放的引燃空气的混合物28B不容易被废气流28C抽吸。 废气流28C会聚在废气流动孔26的附近，因而在突出部24的前端 附近不强。

如果燃料被废气流抽吸和携带，那么，相当大一部分燃料会直 接流向废气流动孔26而不燃烧，从而引起燃烧不佳和产生许多一氧 化碳。但是，在本发明中，这种燃烧不佳的情况受到抑制，减少了 生成的CO量。图31表示使用按照本发明的炉和燃烧器以每小时 100,000千卡进行的燃烧试验结果。如图31所示，在废气中CO的 含量很少。

另外，当燃料和供气在突出部24内流动时，突出部24的壁可 防止混合物被废气抽吸。由于燃料释放表面25是扩展的，混合物容 易被供气流抽吸而相互混合，从而较完善地进行燃烧，因此进一步 减少了CO的生成。由于突出部24以及燃料释放表面25的扩展结 构，废气中的CO含量减少到等于或小于大约200ppm的水平，而在 普通的结构中则为大约3000ppm。

在突出部24的外侧面设有导槽27的情况下，从气流孔26释放 的供气的至少一部分进入导槽27并以很强的方向性从导槽向前流 动。该气流具有高的速度，这是因为在导槽27中气流不扩散，其速 度损失很少。用于抽吸燃料的该气流的力很强，可防止燃料被废气 流抽吸。供气流进一步使上述大约200ppm的CO含量水平减少到少 于大约100ppm。

当燃料与具有上述很强的方向会聚性和高速度的供气混合时， 混合是逐渐进行的，因而燃烧是迟延和完善的。由于这种迟延的燃 烧，N2与O2的反应也是迟延的，大大地抑制了NOx的生成。

由于供气的高速和迟延的燃烧，燃烧的火焰深入炉中，因此，炉 内基本所有部分可被均匀地加热，甚至远离燃烧器的物体也可以被 加热。

另外，在供气流方向上，向着空气供应和气体排出表面23，气 流孔的横截面是减小的，因而当供气通过气流孔26时速度增大。由 于速度增大，上述效果将会增强。由于气流孔26的轴线趋向于突出 部24的轴线，相当大一部分供气进入导槽27以增强供气流的方向 性。如果必要，为了提高反应性，气流孔26的轴线可以向内倾斜 (即，其方向使供气趋向于突出部的轴线)某个角度(例如10～20 度)。

下面描述本发明每个实施例的独特结构和优点。

在本发明的第一实施例中，如图5和6所示，储热件30被隔壁 31分隔。隔壁31在储热件30的径向上延伸。与此对比，转换机构 40的隔壁41是在转换机构40的圆周方向上延伸的，以便在隔壁41 的一侧限定与供气通道2连通的供气流动区域，并在隔壁41的另一 侧限定与废气通道3连通的废气流动区域。

在转动盘44中，供气流动开口42是在隔壁41的一侧形成的， 而废气流动开口43是在隔壁41的另一侧形成的。供气流动开口42 设置在供气通道2的侧面上，呈弧状延伸。废气流动开口43是在废 气通道3的侧面上设置的，也呈弧状延伸。

在静止盘46中，孔47在隔壁41内外设置，其位置相应于分隔 储热件30的隔壁31之间的中间位置。

转动盘44只以一个方向转动。由于单向转动，可使用电机45作 为驱动装置。电机45设置在供气通道2的侧面上，因此电机45不 受废气热量的影响。

储热件30在周向被隔壁31分成4个部分。废气流动开口43覆 盖两个或三个部分，而供气流动开口43覆盖一个或二个部分。确定 开口42和43的位置关系时应使由开口43覆盖的部分不相互干涉。 如果满足了这个不干涉条件，那么，储热件30的部分的数目也可以 不是4个。

下面描述本发明第一实施例的操作和优点。由于隔壁31在径向 上延伸，储热件30的任一个部分可以通过转动盘44的转动而在空 气供应和气体排出之间转换。更具体来说，当转动盘44转动时，开 口42和43相对于静止的孔47移动，供气通过的区域和废气通过的 区域从一个部分转换至另一个部分。因此，空气的供应和气体的排 出是连续转换的。另外，由于转换机构40的隔壁41周向延伸，因 而与转动盘44的转动无关，活动的供气流动开口42在转动盘44的 所有转动位置上都与静止的供气通道2连通。活动的废气流动开口 43在转动盘44的所有转动位置上也与静止的废气通道3连通。被 废气流动开口43覆盖的面积大于被供气流动开口42覆盖的面积。 一个密封件48设置在转动盘44的外表面和静止盘46之间以便在 盘44和46之间进行密封。

在废气流动方向的废气流动开口43的下游，设置一个废气抽吸 机构49，其用于在以废气流动相同的方向上将一部分供气喷入废气 通道，从而使废气偏向下游方向。另外，在转动盘44内的引燃空气 管21的一个部分上形成一个引燃空气进口50，一部分供气通过进 口50引入引燃空气管21。

现在描述本发明第二实施例的操作和优点，由于在静止盘46上 形成的孔47不仅用于空气供应，而且也用于气体排出，因而虽然转 换机构较为紧凑，孔47的面积也可以是大的。因此，盘46可免于 变形并可用于大功率燃烧器。另外，由于密封件48设置在转动盘44 的外表面，因而可有效地防止转动盘44的外表面和静止盘46之间 的泄漏。另外，由于过量供气用于废气抽吸机构49，因而不必专门 设置废气抽吸鼓风机，从而使装置更为紧凑并可降低成本。

本发明的第三实施例是本发明第二实施例的改进：在本发明的 第三实施例中，如图9～11所示，设有多个平行的圆筒形套筒31S， 储热件30的每个部分是插在每个圆筒形套筒31S中的。在套筒31S 中的储热件部分被静止盘46通过一个圆筒形环10b固定。因此当更 换储热件部分时，首先将静止盘从壳体10的端板10a拆下。然后将 环10b和储热件部分从套筒31S取出。当用新的更换了储热件部分 之后，将环10b插入套筒31S，然后将静止盘连接在壳体10的端板 10b上。

在燃烧口砖22上形成的每个气流孔26包括一个漏斗形部分 26A，它朝着供气流的上游逐渐增大横截面积，因此，每个气流孔26 的表面通过漏斗形部分26A的表面平滑地与每个套筒31S的内表 面相连接。由于漏斗形部分26A的横截面和套筒31S的横截面都是 圆筒形的，因而漏斗形部分26A和套筒31S可以无台阶地连接。因 此，从孔26的供气的会聚流保持强大。

转动盘44和静止盘46的金属间接触形成其间的密封。转动盘 44可以被弹簧52偏压在静止盘46上。在本例中，在盘44和46的 滑动表面之间没有O形环。在转换机构40的圆周方向上的多个位 置设有弹簧52，因此，转动盘44在转换机构的圆周方向上以均匀的 力压在静止盘46上。

电机45的转矩通过主动齿轮45A，与主动齿轮45A啮合的从动 齿轮45B，与从动齿轮45B固定连接的套筒45C和连接环45D传递 到转动盘44。弹簧51可防止从动齿轮45B的倾斜。

在转动盘44上形成的供气流动开口42和废气流动开口具有半 圆形状，在静止盘46上形成的孔47也具有半圆形状。供气流动开 口42的静止盘一侧的端部和废气流动开口43的静止盘一侧的端部 定位在同一个圆圈上。开口42和43，以及孔47的形状和位置在相 互确定时使得废气流动开口43和孔47相互重合的面积与供气流动 开口42和孔47相互重合的面积之比大于1(更精确来说是2或3)， 因此，供气流的速度大于废气流的速度。

与供气流动开口42连通的供气通道2在转换机构40的轴向上 连接在转换机构40上。与废气流动开口43连通的废气通道3在与 转换机构40的轴向垂直的方向上连接在转换机构40上。由于上述 结构，供气通道2和废气通道相互离开得远，而且驱动电机45容易 在通道2和3之间的一个空间连接在转换机构40上。

现在描述本发明第三实施例的优点。由于装在每个套筒31S中 的储热件30的每个部分具有圆形横截面，因而储热件30的部分易 于制造和更换。

由于在燃烧口砖22上形成的气流孔26通过漏斗形部分26A连 接在圆筒形套筒31S上，因而在连接处无台阶形成。因此，压力损 失最小且供气流出孔时保持很强的方向性。

另外，由在盘44和46的滑动表面不设O形环，因而提高了密 封的可靠性。

另外，由于气流开口42和43和孔47具有半圆形状，因而可使 开口面积大，从而当空气或废气通过时压力损失小。

在本发明的第四实施例中，如图12和13所示，转换机构40的 转动盘44可以选择性地占据第一位置P1和第二位置P2，并以相反 的方向从第一位置转至第二位置，从第二位置转至第一位置。转动 盘44由驱动装置45(例如一气缸)转动。气缸进行的转换要比电机 时间短，因此，转换机构有效地构成了一个瞬时节气门。

在圆周方向上，储热件30被包括壁部31A和31B的隔壁分成 两个部分。供气流动开口42穿过的壁部31A的厚度大于废气流动 开口43穿过的壁部31B的厚度。壁部31A的厚度大于供气流动开 口42的直径，壁部31B的厚度小于废气流动开口43的直径。因此， 废气流动开口43在转动盘44的所有转动位置上(即，甚至当废气 流动开口43在孔47之间的静止盘的无孔部分上时)也不会被完全 封闭，因而燃料和引燃空气的混合物的燃烧废气可在任何时间排出。

当供气流动开口42进入孔47之间静止盘的无孔部分时，供气 流动开口42被封闭。此时，设在燃料供应管路上的一个燃料供应量 调节机构6(例如，一个控制阀)节制燃料流，使供气与燃料的比保 持恒定，从而可以由引燃燃料和引燃空气进行燃烧。

至于本发明第四实施例的操作和优点，由于供气和废气中的任 一个连续地流过储热件30的任意部分，因而储热件得到最有效的利 用，从而减小了尺寸。

在本发明第五实施例中，如图14和15所示，气流开口42和43 的数目至少为4个，因而构成一个多孔节气门。转换机构40包括一 个由气缸45在相反转向上驱动的转动盘44和静止盘46、在静止盘 46上形成多个圆孔47，在转动盘44上形成多个基本为短形的开口 42和43。至少两个供气流动开口42位于隔壁31的每一侧，在圆筒 形隔壁41之外。至少两个废气流动开口43位于隔壁31的每一侧， 在圆筒形隔壁41之内。

在废气通道中设有一个废气抽吸机构49，其用于通过喷射一部 分供气来抽吸废气。转动盘44被一弹簧51推压在静止盘46上，从 而增强了密封整体性。

关于本发明第五实施例的操作和优点，在图15中，位置a表示 空气供应在右侧而气体排出在左侧，位置b表示气体排出在右侧而 空气供应左侧。转动盘44转过位置a，b和C，再通过位置c，b和 a转回。在空载状态，供气流动开口42完好封闭，而在任意时刻废 气流动开口43都至少局部打开，因而可以连续排气。

由于利用了储热件30的所有部分，因而可以最佳地利用储热件 30，因此使燃烧器和炉紧凑。另外，由于上述多孔结构，通过储热 件30的流比第四实施例更为均匀，因而储热件30得到更有效的利 用。

在本发明的第六实施例中，如图16和17所示，引燃空气管21 和燃料喷嘴20通过一个电绝缘件20b相互连接，并可绕一条共同轴 线转动。引燃空气管21连接在转动盘44上，引燃空气管21和燃料 喷嘴20的组件随转动盘44的转动而转动。在燃料喷嘴20的所有转 动位置上，引燃燃料出口20a都指向用作供气流动孔的气流孔26。

关于本发明第六实施例的操作和优点，由于燃料喷嘴20的转动 和转动盘44的转动在转角上相互重合，因而引燃燃料出口20a都必 然将引燃燃料喷向供气流动孔，因而使空气充分地供应到引燃燃料 的火焰以便使燃烧稳定。

在本发明的第七实施例中，如图18所示设有直圆筒形的助燃筒 60。助燃筒60与突出部24共轴地从空气供应和气体排出表面23伸 至突出部24前端之前的一个位置，并从多个气流孔26外面包围多 个气流孔26。助燃筒60是用金属制成的，固定在壳体10上。燃烧 气体从助燃筒60的前端流出，废气从助燃筒60的前端流入。

关于本发明第七实施例的优点，当燃烧气体的温度不高时，储 热件30的温度也不高，因此，供气不能充分加热，体积不能充分膨 胀。因此，供气通过气流孔26喷出的速度不高，供气的方向性不强。 因而供气容易发散。但是，由于设有助燃筒60，供气的发散受到限 制以便维持空气供应并稳定燃烧。因此，在废气中的CO进一步降至 小于大约100ppm的水平，废气中的NOx也降至小于大约30ppm的 水平。

在本发明的第八实施例中，如图19所示，设有一个助燃筒61。 助燃筒61与突出部24共轴地从空气供应和气体排出表面23伸向 突出部24前端前方的一个位置，并从其外面包围多个气流孔26。助 燃筒61具有一个横截面缩小的前端和一个设有多个燃烧废气回流 孔62的后端。在设有导槽27的情况下，回流孔62的位置在径向上 相应于导槽27设置。

关于本发明第八实施例的优点，供气的发散得以防止。在本例 中，由于筒61前端被节流，因而更有效地防止了供气的发散。因此 不容易出现缺少空气的情况，燃烧更为稳定。在废气中CO含量进一 步下降(少于10ppm)。另外，由于筒61前端被节流，通过筒61前 端进入筒61的废气量很少，但是，废气可以通过废气回流孔62进 入，因此不会增加压力损失。由于通过废气回流孔62进入筒61的 废气量大，因而燃烧被迟延，不会增加NOx的含量。

在本发明的第九实施例中，如图20所示，燃烧口砖22具有一 个空气喷嘴隔件29，它从空气供应和气体排出表面23向前突出，并 在相邻两气流孔26之间在燃烧口砖22的径向上延伸。另外，还设 有助燃筒63。助燃筒63与突出部24共轴地从空气喷嘴隔件29伸向 突出部24前端前方的一个位置。筒63从外面包围具有导槽27的突 出部24。助燃筒63比本发明第七实施例的助燃筒60短。助燃筒63 是用与燃烧口砖22相同的材料(如陶瓷)制成的。助燃筒63的后 端与空气供应和气体排出表面23隔开空气喷嘴隔件29的厚度(高 度)的一个距离。

关于第九实施例的优点，由于设有助燃筒63，因而抑制了供气 的发散。因此，不易出现燃烧中缺少空气的情况，燃烧稳定，生成 的CO量减少。在助燃筒63后端和空气供应和气体排出表面23之 间的间隙的作用是使燃烧废气返回筒63中，其作用与本发明第八实 施例的废气回流孔62相同。

在本发明的第十实施例中，如图21和22所示，每个气流孔26 下游端的内表面在燃烧口砖22的径向上与突出部的外表面隔开一 个距离A，空气喷嘴隔件29从突出部24的外表面径向向外地延伸。 空气喷嘴隔件29使供气流和废气流在气流孔26附近相互隔开。

关于第十实施例的操作和优点，由于设置了距离A，因而从气流 孔26向外流出的供气不容易在背离突出部24的侧面的方向上发 散。这是因为在距离A中的空气被供气流抽吸，从周围向距离A的 空气供应不是完全自由的，在距离A中产生了较小的负压，供气流 从周围垂直地压向距离A。由于这种对供气流发散的抑制，因而不必 设置象本发明第七和第八实施例中的那种助燃筒60和61。另外，火 焰更深地伸入炉中。

在本发明的第十一实施例中，如图23所示，每个气流孔26具 有一个下游的第一部分26D和一个上游的，连接于第一部分26D的 第二部分26U。第一部分26D与突出部24的轴线在某一方向上倾斜 一个第一角θD(在2～10度的范围内)，因此，第一部分26D向下游 侧的延长线趋近于突出部24的向下游侧的延长线。第二部分26U 内表面的接近于燃烧口砖22轴线的一个部分与突出部24的轴线， 在第一部分26D轴线倾斜方向相反的方向上，与突出部24的轴线 倾斜一个大于第一角θD的第二角θU。

关于第十一实施例的操作和优点，由于第一部分26D的倾斜， 供气流的方向倾斜以便与燃料流相碰，从而抑制了供气流的发散，因 此，不必设置象本发明第七和第八实施例中那种助燃筒60和61。

另外，在低温时，供气流与燃料流相碰，因而燃料和供气很好 地混合，使火焰和燃烧稳定。在高温时，由于从储热件30向供气传 递的热量多，供气的体积增大，供气的速度高。在这种高速条件下， 第二部分26U使供气流向内的作用很强地补偿了第一部分26D使 供气流向内的作用。因此，使供气流基本平行于燃料流，不再促进 燃烧和供气的混合，从而抑制了NOx的生成。

在本发明的第十二实施例中，如图24～26所示，在燃烧口砖22 上形成的每个气流孔的形状为一圆筒形被一斜向延伸的平面26F切 割而成。平面26位于每个气流孔26远离燃烧口砖22的一部分且在 一个方向上倾斜，使平面26F的下游侧的延长部趋近于突出部24轴 线的下游侧的延长线。

关于第十二实施例的操作和优点，由于设有斜面26F，供气流向 内从而抑制了供气流的发散，因而不必设置象本发明第七和第八实 施例中的那种助燃筒60和61。

另外，在低温时，由于供气被斜面26F斜向向内引导，供气流 与燃料流相碰，使燃料和供气很好地混合以稳定火焰和燃烧。在高 温时，供气因温度升高而体积膨胀，使供气流速度增大，斜面26F引 起的供气的发散分量S增大，如图26所示，因此，可以进行稀燃以 减少NOx的生成量。

在本发明的第十三实施例中，如图27～29所示，在燃烧口砖22 上形成一个辅助气流孔26S。辅助气流孔26S具有在突出部24前端 的第一端口和在每个气流孔26的内表面上的第二端口，因此，在每 个气流孔26中流动的供气的一部分通过辅助气孔流26S引至突出 部24前端前方的一个部分。所需要的辅助气流孔26S的数目是可以 变化的。(位于辅助空气孔26S的第二端的上游的)，气流孔26的内 表面的相切部分的下游侧延长部，比辅助气流孔26S的第二端下游 的气流孔26的内表面部分，在气流孔26的径向上位置更向内。

关于第十三实施例的操作和优点，虽然在气流孔26和燃料释放 表面之间的燃烧口砖部分前方的炉内部分缺少足够的燃烧空气，但 是，在本实施例中，因为供气被引向该不足部分，所以火焰和燃烧 是稳定物。更具体来说，如图29所示，在燃料喷嘴前端的前方形成 一个引焰区P，而在主要燃料和来自气流孔26的供气相互混合的区 域形成主焰区M。由于一部分通过辅助气流孔26S的供气送至主焰 区M和引焰区P之间的炉内部分，因而主焰和引焰之间的连续性得 到改善，火焰得以稳定化。

另外，由于在低温下供气流的速度低，在辅助气流孔26S上游 的第二端的静压高。因此，较大量的供气通过辅助气流孔26S被引 入，增强了上述的火焰稳定化。在高温下，由于供气的速度高，辅 助气流孔26S的上游的第二端的静压低，因而通过辅助气流孔26S 的供气量减少，抑制了NOx的生成。

虽然已针对具体实施例对本发明进行了详细的描述，但是显然 本专业的技术人员可对这些具体实施例进行各种变化和改进而并不 超出本发明的新颖的技术内容和优点的范围。因此，所有这样的变 化和改进显然都包括在下述权利要求的范围之内。