(57)【要約】【課題】燃焼室内にバ−ナを設置する必要がないので、バ−ナの劣化をきにしないですむ熱風炉を得る。【解決手段】燃焼室で発生させた燃焼ガスを蓄熱室に一定時間供給して、該燃焼ガスの保有する熱エネルギ−を前記蓄熱室の蓄熱体に蓄熱させた後、前記燃焼ガスの前記蓄熱室への供給を停止する工程と、蓄熱された蓄熱室に冷風を一定時間供給して、蓄熱体の保有する熱エネルギ−により前記冷風を加熱して熱風を発生させる工程とを交互に繰り返して、冷風から熱風を発生させる熱風炉において、前記燃焼室１を管状火炎バ−ナの燃焼室とし、ノズル噴射口が燃焼室１の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル２及び酸素含有ガス吹き込み用ノズル３を、噴射方向が燃焼室１内周面の略接線方向と一致するように接続した熱風炉。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室で発生させた燃焼ガスを蓄熱室に一定時間供給して、該燃焼ガスの保有する熱エネルギ−を前記蓄熱室の蓄熱体に蓄熱させた後、前記燃焼ガスの前記蓄熱室への供給を停止する工程と、蓄熱された蓄熱室に冷風を一定時間供給して、蓄熱体の保有する熱エネルギ−により前記冷風を加熱して熱風を発生させる工程とを交互に繰り返して、冷風から熱風を発生させる熱風炉において、前記燃焼室を管状火炎バ−ナの燃焼室とし、ノズル噴射口が燃焼室の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを、噴射方向が燃焼室内周面の略接線方向と一致するように接続したことを特徴とする熱風炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室で発生させた燃焼ガスを蓄熱室に一定時間供給して、燃焼ガスの保有する熱エネルギ−を蓄熱室の蓄熱体に蓄熱させた後、燃焼ガスの蓄熱室への供給を停止する工程と、蓄熱された蓄熱室に冷風を一定時間供給して、蓄熱体の保有する熱エネルギ−により冷風を加熱して熱風を発生させる工程とを交互に繰り返して、冷風から熱風を発生させる熱風炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で鉄鋼石を溶融還元して銑鉄を製造するときには、高炉に設けた羽口から熱風を炉内に吹き込んで溶融還元を行うようにしている。このような熱風は、熱風炉とよばれる蓄熱式熱交換器により発生させている。
【０００３】
熱風炉は通常高炉１基に対して３〜４基設置され、交互に熱風の供給と停止を繰り返しながら、継続して１０００℃を超える高温の熱風を高炉に供給するようにしている。
【０００４】
熱風炉には、同一鉄皮に燃焼室と蓄熱室を内臓した内燃式と両室を独立させた外燃式とがある。
【０００５】
図２は、外燃式熱風炉の概略の構造を示す図であるが、この熱風炉においては、燃焼室２１において、燃料ガス供給管２２により供給される燃料ガスを、燃焼用空気管２３により供給される燃焼用空気により燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。
【０００６】
そして、燃焼室２１で発生させた燃焼ガスを、ド−ム（連結通路）２４を通して蓄熱室２５に供給する。蓄熱室２５に供給された燃焼ガスは、蓄熱室２５の上部から下部へと流れ、その間に蓄熱室２５に配置された蓄熱体に、燃焼ガスの保有する熱エネルギ−が蓄熱される。
【０００７】
熱エネルギ−を放出した燃焼ガスは排ガスとなって、蓄熱室２５の下部から途中に煙道弁２６が設けられている配管２７を経由して煙道管２８に流れ、煙突から大気中に放出される。
【０００８】
配管２７の蓄熱室２５と煙道弁２６との間には、途中に冷風弁２９が設けられている冷風管３０が接続されており、蓄熱室２５に一定時間燃焼ガスが供給された後、燃焼ガスの供給が停止され、冷風が蓄熱室２５に供給される。
【０００９】
上記のような蓄熱工程においては、煙道弁２６は開、冷風弁２９は閉の状態になっているが、冷風を蓄熱室２５に供給するときには、煙道弁２６は閉、冷風弁２９は開の状態となる。
【００１０】
蓄熱室２５に供給された冷風は、蓄熱室２５を下部から上部へと流れる間に、蓄熱体に蓄熱された熱エネルギ−で加熱され、高温の熱風となり、蓄熱室２５からド−ム２４、燃焼室２１および配管３１を経由して、熱風本管３２に送られ、高炉に供給される。熱風本管の途中には、熱風弁３３が設けられており、熱風を高炉に供給するときには開いているが、燃焼ガスを蓄熱室２５に供給しているときには閉じている。
【００１１】
冷風管３０の冷風弁２９より上流側からは、混合冷風管３４が分岐されており、混合冷風管３４を通して冷風がブラストミキサ３５に送られ、配管３１から送られてきた熱風と混合されて、熱風の温度調整を行うようにしている。
【００１２】
ところで、熱風炉の燃焼室２１で燃焼ガスを発生させるバ−ナには、従来ある程度の低カロリ−ガスでも燃焼させることのできるセラミックバ−ナとよばれる形式のものが使用されている。セラミックバ−ナの燃焼反応は、図３に示すように、密閉された燃焼室２１内に設置されたセラミックバ−ナ４１に、燃料ガス供給管２２により供給される燃料ガスを、燃焼用空気管２３により燃焼用空気を供給して行われるので、セラミックバ−ナが経時劣化してきても、熱風炉の定期修理日以外には補修は行えないので、ある程度劣化したままの状態で使用せざるをえない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱風炉の燃焼室における燃焼ガスの発生は、ある程度劣化した状態のセラミックバ−ナを使用しなければならないので、次のような問題がある。
【００１４】
バ−ナが劣化すると、ハニカム状に構成されたセラミックバ−ナの通路がふさがれてしまい、燃料ガスと燃焼用空気の混合が不完全になり、未燃焼ガスが発生するので、未燃焼ガスを発生させないようにするために、燃焼空気を空気１．０を超える過剰な状態で供給する必要がある。
【００１５】
そのため、過剰な空気を加熱するための燃料ガスが余計に必要になり、燃焼に要する費用が高くなる。また、未燃焼ガスを含んだ燃焼排ガスをそのまま大気中に放出すると、有害なＣＯガスを大気中に放出することになり、地球環境を悪化させる一因となる。
【００１６】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、熱風炉の燃焼室で燃焼ガスを発生させるに際して、未燃焼ガスを発生させることがないので、燃焼に要する費用も高くならず、地球環境も悪化させることのない熱風炉を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱風炉は、燃焼室で発生させた燃焼ガスを蓄熱室に一定時間供給して、該燃焼ガスの保有する熱エネルギ−を前記蓄熱室の蓄熱体に蓄熱させた後、前記燃焼ガスの前記蓄熱室への供給を停止する工程と、蓄熱された蓄熱室に冷風を一定時間供給して、蓄熱体の保有する熱エネルギ−により前記冷風を加熱して熱風を発生させる工程とを交互に繰り返して、冷風から熱風を発生させる熱風炉において、前記燃焼室を管状火炎バ−ナの燃焼室とし、ノズル噴射口が燃焼室の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを、噴射方向が燃焼室内周面の略接線方向と一致するように接続したものである。
【００１８】
熱風炉の燃焼室を管状火炎バ−ナの燃焼室として使用するので、燃焼室に高炉ガスのような低カロリ−ガスを吹き込んで燃焼させることができる。
【００１９】
したがって、低カロリ−ガスを燃焼させるために、従来のセラミックバ−ナのように、バ−ナを熱風炉の燃焼室内に設置する必要はなく、バ−ナの経時劣化にともなう燃焼費用の高騰を問題とすることはない。
【００２０】
なお、燃料とは、気体燃料、液体燃料を予めガス化したもの、液体燃料を空気又は蒸気で霧化したもの、窒素等で気送される微粒の固体燃料等である。
【００２１】
また、酸素含有ガスとは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガス等の燃焼用の酸素を供給するガスを指すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の熱風炉の実施の形態の説明図であり、（ａ）は熱風炉の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。この熱風炉においては、燃焼室にのみに特徴があり、その他の部分の構造は、図２により説明した従来の熱風炉と同じであるので、同じ部分の説明は省略する。
【００２３】
この熱風炉の燃焼室１の外側には、ノズル噴射口が燃焼室１の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル２及び酸素含有ガス吹き込み用ノズル３が、それぞれの噴射方向が燃焼室１内周面の接線方向と一致するように接続されている。そして、燃料吹き込み用ノズル２には燃料ガス供給配管４が、酸素含有ガス吹き込み用ノズル３には酸素含有ガス供給配管５が接続されている。
【００２４】
このような構成において、燃料吹き込み用ノズル２及び酸素含有ガス吹き込み用ノズル３から、それぞれ燃料および酸素含有ガスを燃焼室１内に吹き込み、その混合気に点火すると、燃焼室１内のガスが密度差によって、遠心力により成層化され、密度の異なる同心軸のガス層ができる。すなわち、燃焼室１の軸心側には密度の小さい高温の燃焼排ガスが存在し、燃焼室１の内壁側（軸心から離れた側）には密度の高い未燃焼のガスが存在するようになる。このような状態は、流体力学的に非常に安定である。火炎は管状に形成されるが、流れ場が安定成層化されているため、膜状に安定な火炎となる。
【００２５】
火炎の形成位置は、中心へ向かう速度と火炎伝播速度が釣り合う位置におのずと決まる。
【００２６】
又、燃焼室１の内壁付近には未燃焼の低温ガスが境界層の状態で存在しているので、燃焼室１の壁面が直接的な伝熱により高温に加熱されることはなく、壁外への熱ロスを防ぐ。すなわち、断熱効果が大きいことに他ならず、それ故燃焼場の熱的安定が保たれる。
【００２７】
燃焼室１内のガスは旋回しながら下流側（燃焼室１の上方側）へ流れるが、その間、内壁側の混合ガスが継続的に燃焼して管状火炎を形成し、発生した排ガスは軸心側へ移動しながら蓄熱室方向へと排出される。
【００２８】
上記の構成によるバーナには、次のような利点がある。回転場で成層化され、流体力学的にも、熱的にも安定しており、燃料ガス成分が非常に希薄または過濃の状態になる条件でも燃焼させることができるので、バーナ自身の安定燃焼範囲が広がる。すなわち、燃料種が変わり、火炎伝搬速度が変わっても、火炎伝搬速度と中心へ向かう速度とが釣り合う位置に、火炎面の位置がおのずと移り、これこそが安定する位置であることから、安定燃焼範囲が広いのである。
【００２９】
火炎面が安定なため、温度のバラツキが小さく、燃焼時に局部的な高温部が発生しないことや、燃料と酸素含有ガスとの混合ガスは一瞬のうちに火炎面を通過するため、反応時間が非常に短くなる等の理由により、ＮＯｘなどの有害物質の生成量が少ない。
【００３０】
反応時間が非常に短くなること、かつ局所的な低温領域ができないことから、炭化水素などの未燃焼分の残留量が極めて少なくなく、ススの生成も抑制される。
【００３１】
また、燃焼室１内にバ−ナを設置する必要はなく、従来のようにバ−ナの経時劣化にともなう燃焼費の高騰を問題とすることはない。
【００３２】
なお、酸素含有ガスとは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガス等の燃焼用の酸素を供給するガスを指すものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、熱風炉の燃焼室に使用するバ−ナの経時劣化を気にすることなく、かつ低カロリ−燃料でも未燃焼ガスを発生させることなく、燃焼ガスを発生させることのできる熱風炉を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱風炉の実施の形態の説明図であり、（ａ）は熱風炉の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】従来の熱風炉の概略構造を示す図である。
【図３】従来の熱風炉の燃焼室のバ−ナ配置を示す図である。
【符号の説明】
１　燃焼室
２　燃料吹き込み用ノズル
３　酸素含有ガス吹き込み用ノズル
４　燃料ガス供給配管
５　酸素含有ガス供給配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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