本发明是关于燃烧器。如果详细说明，则本发明是关于辐射管燃烧器。 近年来，正在研究开发燃烧用的空气预热技术，它是从废气中回收相当数量的热能，可提高其热效率。例如，在辐射管的两端装上具有蓄热体的燃烧器，使其交替地燃烧，其燃烧气体通过不作燃烧的燃烧器一侧的蓄热体排出来，利用在蓄热体内积蓄的燃烧气体之热量将燃烧用的空气加以预热的辐射管燃烧器在美国专利第4604051号已有提出。此种燃烧器如图10所示，在辐射管101内突出的燃料喷咀103的周围，围绕在炉外的燃烧器外套104内装有锥形蓄热体102，通过该蓄热体102实现燃烧用的空气供给或者燃烧气体的排出。另外，符号105是炉壁、106是鼓风机、107是四通回转阀门、108是喷射器。
另一方面，力求燃烧器低NOx化，在防止公害上也被视为重要的技术课题。从来，作为此种低NOx燃烧法，二段供给燃料的燃烧器是有效的（日本专利第1068772号、第1104160号及美国专利4505666号）。此种燃烧器将燃料地一部分及燃烧用空气的全量供给到一次燃烧室内，使一次燃料在高空气比下急速燃烧，另一方面，残余的燃料（二次燃料）由一次燃烧室的外缘供给到火炉内，伴随着一次燃料的燃烧气体中残存的低浓度的氧热扩散，使之缓慢地低燃烧。可以认为，此种燃料二段供给燃烧器可实现低NOx。
但是，上述蓄热式辐射管燃烧器缺点是通过利用积蓄的热进行预热，燃烧空气被加热到大约1000℃，所以火焰温度非常高，大量产生NOx。NOx产生数量达到700ppm以上，这大大超过日本大气污染防止法所规定的排出量120ppm。另外，此种燃烧器即使在未燃烧的情况下，燃料喷咀103处于高温燃烧气体中，所以不断地被加热，而引起过热，出现烧坏乃至破裂等问题。
另一方面，由开式火焰燃烧器所确立的燃料二段式供给燃烧方式，即便是适用于辐射管燃烧器，但通常，空气处在大幅度超过适当的空气比的状态下，以少量的燃料，超过可燃范围即不燃烧。另外，空气过剩时，火焰变短，所以在接近一次燃烧时，必须使其二次燃烧，即在炉外或者在开关内就必须使之二次燃烧，这有可能使燃烧器末端部分及辐射管破裂。另外也有上述燃烧器喷咀过热引起的烧坏及破裂问题。
因此，使开式火焰燃烧器的燃料二段式供给燃烧理论与以往的辐射管燃烧器相结合是不容易实现的。
本发明把提供低NOx的辐射管燃烧器作为第一个目的。另外，本发明的第二个目的是提供无喷咀烧坏及破裂之虞的、辐射管寿命长的辐射管燃烧器。再进一步本发明的第三个目的是提供一种适用于从排出燃烧气体中回收废热的系统的辐射管燃烧器。
为了达到所要求的目的，本发明的辐射管燃烧器有装设在炉外，同时燃烧气体的喷出口，大致上由辐射管的开口起位于炉内侧的一次燃烧室，在该一次燃烧室装设喷射一次燃料的一次燃料喷咀，与此同时由上述喷出口附近往辐射管内喷射二次燃料的二次燃料喷咀，用耐火材料围绕装设起来，在上述一次燃烧室内供给燃烧用空气的几乎全量使之一次燃烧，同时在辐射管内二次燃料及一次燃烧气体中残存的低浓度的氧使其二次燃烧。
另外，上述燃烧器设在辐射管燃烧器的一端。另一方面，在上述辐射管的另一端侧装有蓄热器，用由另一端侧排出的燃烧气体预热燃烧用空气加以供给。
另外，本发明的辐射管燃烧器装设在炉外，同时有燃烧气体的喷出口大致上由辐射管的开口起位于炉内侧的一次燃烧室，在该一次燃烧室排气系统退避的位置上装设着喷射一次燃料的一次燃料喷咀，与此同时由上述喷出口附近往辐射管内喷射二次燃料的二次燃料喷咀用耐火材料围绕装设起来，在上述一次燃烧室内供给大致全量的燃烧用空气使之一次燃烧。同时，在辐射管内二次燃料及一次燃烧气体中残存的低浓度的氧使之二次燃烧的上述燃烧器装设在辐射管燃烧器两端。另一方面，各燃烧器通过蓄热体选择性地连接在燃烧用空气供给系及燃烧气体排气系上，使上述燃烧器交替地燃烧，该燃烧气体通过非燃烧侧燃烧器的蓄热体排出，另一方面，燃烧用空气通过蓄热体供给。
另外，就本发明而言，特征是一次燃料5～50%，以大约20%为好，二次燃料50～95%，以大约80%为好。
另外，就本发明而言，特征是二次燃料喷咀，配量在一次燃烧室的中央，其周围用耐火材料复盖。另外，在此情况下，特征是二次燃料喷咀由一次燃烧室突出来。另外，在此情况下，二次燃料喷咀将二次燃料分成径向及轴向喷射。再就是在此情况下，特征是喷射二次燃料径向5～50%，约40%为好，轴向50～95%，约60%为好。
再一点，就本发明而言，特征是二次燃料喷咀埋设在形成上述一次燃烧室的耐火材料内，由一次燃烧气体喷出口周围喷射二次燃料。
因而，喷射到一次燃烧室内的燃烧用空气的全量，与其相当的大量的燃烧用空气及作为燃料一部分的少量一次燃料急速混合，在高空气比下，高负荷燃烧，形成由辐射管的开口到达炉内侧一次燃烧室出口的火焰，在供给到辐射管内的二次燃料之间引起低空气比的二次燃烧。而且一次燃料喷咀位于排气系统通路之外，二次燃料喷咀由耐火材料包围，不直接位于高温燃烧气中。
另外，在一次燃烧室的中央配置二次燃料喷咀的情况下，二次燃烧火焰由一次燃烧气体包围，所以可防止火焰直接与辐射管内面接触。而且在此情况下，加大一次燃烧气体的流路面积，使一次燃烧气体低速化，将一次燃烧气体与二次燃料的混合变慢，在辐射管内形成长火焰。
另外，插入到辐射管内、形成一次燃烧室的耐火材料保护辐射管的开关部分，防止这一部分与一次燃烧气体接触。
另外，二次燃料喷咀由一次燃烧室突出的情况下，在二次燃烧区产生燃烧气体自行再循环流。
另外，二次燃料分成径向及轴向喷射时，由于一次燃烧气体及径向喷射的燃料，而引起二次燃烧，再进一步由于轴向喷射的燃料及二次燃烧气体，而引起三次燃烧。
图1是表示本发明的辐射管燃烧器的一个实施例的概略图，
图2是详细说明燃烧器部分的放大的中央纵断面器，
图3是图2的Ⅲ-Ⅲ断面图，
图4是图2Ⅳ-Ⅳ断面图，
图5是表示本发明另一个实施例的断面图，
图6是表示又一个实施例的断面图，
图7是表示另一实施例的燃烧室部分的中央纵断面图，
图8是表示另一实施例的概略图，
图9是说明本发明辐射管燃烧器温度分布状态的曲线图，
图10是表示以往的辐射管燃烧室一例的断面图。
以下根据图示的实施例，详细地说明本发明的构成。
图1以简要说明图表示本发明辐射管燃烧器的一个实施例。
该辐射管燃烧器，在辐射管1的两端，分别装有一对燃烧器3，它是通过蓄热体2有选择地连接在燃烧用空气供给系统9及燃烧气体排气系统10上，该燃烧器3使之交替地燃烧，其燃烧排出气体通过非燃烧侧燃烧器的蓄热体2排出。同时通过燃烧侧的燃烧器的蓄热体2，供给燃烧用空气。这就是该燃烧器的构成。
上述燃烧器3由以下部件组成：喷射一部分燃料（一次燃料）的一次燃料喷咀4;喷射燃烧用空气全量的燃烧空气导管5;使一部分燃料及燃烧用空气的全量在高空气比下燃烧的一次燃烧室6;残余的燃料（二次燃料）在一次燃烧室6的出口，即一次燃烧气体喷出口21经辐射管1内喷射的二次燃料喷咀7。在燃烧用空气导管5上连接着蓄热体2，通过该蓄热体2排出燃烧气体，或者供给燃烧用空气。在辐射管1中，由二次燃料喷咀7喷射的残余燃料及在一次燃烧的燃烧气体中残存的氧引起二次燃烧。在一次燃烧室6内及辐射管1内分为二段所供给的燃料分配比通常一次燃料为5～50%，而二次燃料为50～95%，最好一次燃料约为20%，而二次燃料约为80%。另外，燃烧用空气，在一次燃烧室6内大致上是全量供给。在此，所谓全量是指在燃料二段供给燃烧中不引起障碍的范围内，燃烧用的空气的一部分，例如5～10%左右与二次燃料一起直接喷射到辐射管1内也是可能的。
各蓄热体2通过四通转换阀8可以有选择地连接在燃烧用空气供给系统9及燃料气体排气系统10上。这样，燃烧用空气供给系统9的鼓风机11所供给的燃烧用空气通过蓄热体2供给到其中一个燃烧器3并使之燃烧。另一方面，经另外一个燃烧器3的蓄热体2，通过排气机12将燃烧气体诱导排出。此种燃烧用空气及燃烧气体流的转换是使用计时器（图中省略）每隔一定时间，或是通过透气性固体的燃烧气体温度用热敏感元件（图中省略）加以测定，它达到所规定的温度时，与燃料喷射同期可以转换气体流。这样，上述闸阀8被驱动。
另外，各燃烧器3的一次燃料喷咀4及二次燃料喷咀7通过电磁阀13A及13B由燃料供给源14供给的燃料进行分配，予以供给。另外，点火之后，二次燃烧有变得不稳定的可能，但是通过稍迟一些打开电磁阀13B，先开启电磁阀13A，就可以很容易地防止这一点。
上述一次燃料喷咀4设置在位于炉14外侧的一次燃烧室6内，即设置在燃烧气体排出系统通路退避的位置，不直接暴露在燃烧气体中。在本实施例的情况下，一次燃料喷咀4埋设在形成一次燃烧室6的耐火隔热瓦的后壁22部位，只是其前端开口部接于一次燃烧室6内。再者，在此一次燃料喷咀4的附近装有导向燃烧器18。另外，符号19为观察窗。
二次燃料喷咀7在一次燃烧室6的中央贯通该一次燃烧室6，在一次燃烧室6的出口，即在燃烧气体喷出口21喷射二次燃料。如果更详细地讲，二次燃料喷咀7设置在耐火成形瓦16形成的一次燃烧室6的中央，由耐火性绝热体17进行保护。作为耐火性绝热体17，在本实施例的情况下，是采用轻量且价廉的玻璃棉筒，通过二次燃料喷咀7予以支持。但是并不仅限于此。例如，用成形耐火瓦及炭化硅系陶瓷等刚性耐火材料，形成绝热体17，将二次燃料喷咀7埋设于其中亦可。另外，二次燃料喷咀7也可用石英玻璃管或精细陶瓷等耐火材料形成，在此情况下，绝热体17的设置就不一定非常必要。在本实施例的情况下，二次燃料喷咀7基端部支持在一次燃烧室6的后壁部位22上，另一方面，尖端部通过十字形的支持框架20支持在成形瓦16上。这样，绝热体17通过将后壁部位22形成与本体（它形成一次燃烧室6的主要部分）不同的另一部件，可以取出来、容易更换。
一次燃烧室6通常采用成形瓦、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷以及硅铝陶瓷（Sialon）等陶瓷类的耐火材料，制成圆筒状。本实施例的情况下，一次燃烧室6是通过成形耐火瓦16形成。另外，成形瓦16外侧用带法兰的耐热金属23包复，利用法兰就可以连接在辐射管1上。另外，形成一次燃烧室6的耐火材料16为了使二次喷咀7及绝热体17更换容易，后壁部22与其它部分要作成不同部件，以便可以折开。另外，一次燃烧室的喷出口21大致上定位于炉内14侧，比辐射管1的栓塞部分更靠内。本说明书中，大致是位于炉内侧，比辐射管1的栓塞部分更靠内，这意味着与其说包含炉壁15的内面和一面或若干炉外侧所凹陷的状态，不如说是炉内14侧。
上述蓄热体2是为了临时蓄积燃烧排出气体的显热，作为蓄热体一般是可以使用，并且与燃烧气体反应，对于燃烧用空气无不良影响者，任何结构及材料都可采用。一般，作为蓄热体2，要求传热面积大，压力损失小，耐热性、耐热冲击性、耐蚀性良好。因此宜采用陶瓷及氧化铝、耐热金属等。例如用发泡成海棉状的，有通气性的陶瓷，沿着燃烧气体流动方向、形成大量的蜂窝状微孔，构成所谓蜂窝状微孔陶瓷。再者，在本说明书中，所谓通气性蓄热体，是指材料本身是多孔质的，当然也含括那些材料本身虽然没有通气性，但在构造上可确保通气性的物质。另外，燃烧排气温度在1000℃左右的场合下，铁、铬、铝耐热合金FCH-2线材，直径为1mm左右，织成金属纲，重叠成适当的厚度，即使采用这种结构的通气体固体也是可以实施的。此种蓄热体2充填到燃烧用空气套管5内，或者是作成滤芯可以进行更换。
再者，辐射管1的形式可作成直管式、U形、T形、W形、O形、L形等业已周知的形式。此外，也可作成其它新式的形状。
以上所构成的辐射管燃烧器，其动作如下。首先，通过鼓风机11的作用，将燃烧用空气供给到任何一方的燃烧器3，使之燃烧。同时，由另一方的燃烧器3的燃烧用空气套管5通过排气风扇12的作用，将辐射管1内的高温燃烧气体排出。此时所排出的燃烧气体热在经过蓄热体2之时被回收。经过一定的时间后，使停止的另一侧的燃烧器3燃烧，通过在此之前燃烧的燃烧器蓄热体2将燃烧气体排出。另一方面，燃烧用空气利用燃烧排出的气体在蓄热体2舍弃的热，例如预热到700～1000℃进行供送。此种燃烧及排出交互地反复进行，缓缓地使辐射管1及蓄热体2的温度上升。辐射管1及蓄热体2达到规定温度时，转到常规燃烧。燃烧用空气及燃烧气体的变换通过适当的间隔，例如20秒～5分钟进行，或者排出的燃烧气体达到控制温度例如达200℃左右进行。
另外，图5表示其它的实施例。此实施例二次燃料喷咀7由一次燃烧室6突出出来，使NOx抑制效果更加改善。二次燃料喷咀7用耐火材料，例如玻璃棉这一类的轻型绝热体17包复。二次燃料喷咀的突出量太大时，由于热量有使喷咀7弯曲之虞，过小时对于NOx的减低不起作用。因此取50mm～300mm，最好取200mm左右。
另外，图6是表示其它的实施例。此实施例，在辐射管1内仅仅突出二次燃料喷咀7的尖端，并且在圆周上分别设有喷射口24，使二次气体在轴向及径向喷出。在此情况下，径向喷射的燃料用在一次燃烧气体中残存着的低浓度氧（约17%左右）燃烧用空气，进行二次燃烧，轴向喷射的燃料，用氧浓度更低（约11%左右）的二次燃烧气体的残存燃烧用空气，而进行三次燃烧。也就是说引起燃料三段供给燃烧。另外，喷射到一次燃烧室6内的一次燃料几乎接近于0的状态或者等于0的情况也是存在的，二次燃烧及三次燃烧实质上是二段燃烧。此时的燃烧配比如下：一次燃料为5～50%，二次燃料（含三次燃料）50～95%。范围内可以实施，最好是一次燃料一次约为20%，二次约为80%（这80%的二次燃料中的约40%作为二次燃料，约60%作为三次燃料使用）。
图7是表示其它的实施例。此实施例构造如下：喷射一部分燃料（一次燃料）一次燃料喷咀4、对于一次燃烧室6呈切线方向喷射燃烧用空气全量的燃烧空气套管5、燃料的一部分及燃烧用空气的全量在高空气比下进行层流燃烧的一次燃烧室6、残余的燃料（二次燃料）由一次燃烧室6的出口周围往辐射管1内进行喷射的二次燃料喷咀7;由以上各部件构成燃烧器，喷射到一次燃烧室6旋转的燃烧用空气层之中喷射的少量的燃料封闭起来，使之层流燃烧，形成到达辐射管1的长火焰。在辐射管1由二次燃料喷咀7喷射的残余燃料及一次燃烧的燃烧气体中残存的氧进行二次燃烧。
上述一次燃料喷咀4设置在位于炉14外侧的一次燃烧室6之内里，即位于避开燃烧气体排出系统通路的后退位置上。在本实施例的情况下，一次燃料喷咀4埋设在形成一次燃烧室6的耐火瓦的后壁22部位，只是其尖端开口部分装在一次燃烧室6内。另外，此一次燃料喷咀4兼有导向燃烧器的作用。
二次燃料喷咀7埋设于形成一次燃烧室6的成形耐火瓦16之内，与一次燃烧气体喷出口21相平行地在成形耐火瓦16的端部开口。二次燃料喷咀7由炉壁15起存在于炉内14一侧，在一次燃烧气体喷出口21的周围有数处开口，例如4处开口。在此实施例的情况下，NOx的发生可抑制得最低，实验表明，可抑制在100ppm以下。但是在此情况下，一次燃烧室6的内径越小，燃料及燃烧用空气混合扩散性就越好、火焰就越广，就越有变短的倾向。即应用于敞开式框架燃烧器的情况下，形成良好的纯青色短火焰。在此，一次燃烧室6的内径最好尽可能限制在不引起二次燃料焦化为准。例如，辐射管1的直径加大，这实质上也可能扩大一次燃烧室6的内径。
图8表示另外的实施例。在辐射管的一端装有燃烧器3，一端侧面，装有蓄热器30，利用排出的燃烧气体预热燃烧用空气。通常，用辐射管燃烧器，燃烧气体温度为1000℃左右，这是用蓄热器30回收废热，使废弃的温度下降到500℃左右，另一方面使燃烧用空气预热到350-450℃。
蓄热器30，例如由插到辐射管1内的二重管组成，导入到内侧管31的燃烧用空气在尖端部分流到外侧管32时，与在周围流动的燃烧气体之间，进行热交换。此蓄热器30的外管32通过连结管33接在辐射管1反侧所设置的燃烧器3的燃烧空气供给套管5上，供给被预热的燃烧用空气。另外，图中列举的实施例是采用在一次燃烧室6的中央有燃料喷咀7的燃烧器3，但也并不是只局限于此，在形成一次燃烧室6的耐火材料16上埋设二次燃料喷咀7这一形式的燃烧器（参照图7）也可采用。
再就是，虽然没有图示，但是不利用蓄热体2及蓄热器30、不求废热回收形式的辐射管也是存在的。在此情况下，抑制NOx发生量效果也比以往的装置显著。
由以上说明可以看出，本发明辐射管燃烧器，相当于喷射到一次燃烧室内的燃烧用空气全量的大量燃烧用空气及作为燃料一部分的少量一次燃料急速混合，在高空气比下高负荷燃烧，形成由辐射管的开口到达炉内侧的一次燃烧室出口的火焰，在供给到辐射管内的二次燃料之间引起低空气比的二次燃烧，所以在一次燃烧区，火焰温度低，二次燃烧区达到低空气比燃烧，整体上NOx发生量可抑制得极低。而且，一次燃料喷咀由排出气体系统通路外露，二次燃料喷咀用耐火材料包围起来，不直接处在高温燃烧气体中，故可防止燃料喷咀烧坏，燃料焦化。
另外，在一次燃烧室的中央配置二次燃料喷咀的情况下，一次燃烧气体包围二次燃烧火焰，所以防止了火焰直接接触辐射管的内面，故可避免辐射管局部加热，可以得到图9所示的均一的温度分布，并且辐射管寿命也可延长。而且在此情况下，不改变辐射管直径，加大一次燃烧气体的气流通路面积，使一次燃烧气体低速化。藉此，一次燃烧气体及二次燃料的混合变慢，在辐射管内可形成长火焰，所以应用到现有的辐射管的情况下，或者不加大辐射管直径，防止辐射管局部加热及温度分布均一化都更加可能。
另外，插在辐射管内的形成一次燃烧室的耐火材料保护着辐射管开口部分，防止这一部分与一次燃烧气体接触，所以可能防止开口部位辐射管的破裂。
另外，二次燃料喷咀由一次燃烧室突出来的情况下，因可产生燃烧气体自行再循环气流，所以更加能够减低NOx的产生。
另外，由设置在一次燃烧室中央的二次燃料喷咀分成径向及轴向喷射二次燃料时，由于与一次燃烧气体呈径向喷射的燃料，而引起二次燃烧，进一步呈轴向喷射的燃料及二次燃烧气体引起三次燃烧，达到三段燃烧，所以使得NOx的减低效果有所提高。同时，温度分布均一化得到改善。实验证明，在此情况下可抑制NOx于100ppm以下。