CN104100975B - 燃烧装置、其运转方法以及旋转炉底式加热炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供燃烧装置、其运转方法以及旋转炉底式加热炉。燃烧装置（100）包括：管状的燃烧器主体（10）；气体供给部（30），其用于喷射含氧气体；以及侧壁部（22），其在气体供给部（30）的外侧且比燃烧器主体（10）和气体供给部（30）的前端向前方突出。侧壁部（22）具有以隔着燃烧器主体（10）彼此相对的方式配置的、用于喷射燃料气体的至少一对燃料配管（18）。燃料配管（18）的燃料气体的喷射方向构成为能够在燃烧器主体（10）的前方与燃烧器主体的中心轴线方向交叉。气体供给部（30）被流速调整构件（32）划分为沿周向排列的第1流路和含氧气体的流速比第1流路快的第2流路，第1流路的喷射口设置为比第2流路的喷射口靠近燃料配管的喷射口。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧装置、该燃烧装置的运转方法以及旋转炉底式加热炉。
背景技术
在加热炉等中，用于燃烧燃料气体而作为热源使用的加热装置使用具有各种构造的加热装置。与用途、加热炉的大小以及形状相对应地，上述加热装置使用具有适当构造的加热装置。例如，在专利文献1(日本特开昭60－53712号公报)中，提出以下燃烧装置：其具有沿着燃烧器主体的中心轴线延伸的中央燃料通道、以及以在圆周方向彼此离开的方式设置的沿着该中心轴线延伸的多个空气孔。另外，最近的燃烧装置中，以抑制生成一氧化氮等NOx为目标，为了抑制局部的温度上升，尝试扩大燃烧区域，进行缓慢燃烧。在缓慢燃烧时，通常以低速供给空气或氧气，因此存在火焰长度变长的倾向。
在进行缓慢燃烧的燃烧装置中，通常，在燃烧器中央的燃料气体供给口的周围设有一次燃烧空气的供给口，在离开燃烧器中央的燃料气体供给口的位置处设有二次燃烧空气的供给口。通过这样的构造来避免空气与燃料气体的急速混合和急速燃烧。
公知的是，安装有燃烧装置的加热炉的形状也是各种各样的。例如，公知有一种旋转炉底式加热炉：在用于使炉内旋转的旋转炉底之上，将通过向铁矿石等中混合碳材料等还原剂而制备的块状待处理物(日文：ブリケット)加热和还原来制造还原铁。在这样的旋转炉底式加热炉中，由于相对的炉壁之间的间隔较小，因此需要考虑来自燃烧装置的火焰不会损耗构成炉壁的耐火材料。因此，在专利文献2(日本特开2003－106774号公报)中，提出了以燃烧器和燃烧空气吹入孔的轴线不会接触炉壁的方式使该轴线相对于朝向旋转炉底式加热炉的中心的线倾斜的方法。
在加热炉中使用的燃料气体是多样化的，但根据选址条件，燃料气体的选择范围受到限制的情况也不少。例如，在位于内陆的矿山等用于供给天然气或焦炉气(COG)等的基础设施不完备的地区，作为燃烧装置的燃料，有时不得不使用将煤干馏而制成的煤气等低热值的燃料气体。煤气的发热量为大约1500Kcal/Nm3以下，低于天然气、COG的发热量。因此，与天然气和COG相比，煤气的燃烧性不稳定，且煤气的火焰温度较低。因而，当使用低热值的燃料气体时，存在难以调整炉内温度且难以使炉内温度上升的倾向。考虑到这样的情况，在要求稳定的燃烧性和高温条件下的操作的矿石还原设备的加热炉等中，要求使能够使用煤气等低热值的燃料气体的燃烧装置实用化。
另一方面，在炉宽较小的还原炉中，为了实际地使用上述那样的低热值的燃料气体，从抑制与加热装置相对的炉壁的损耗的观点考虑，期望将火焰长度限制在炉宽的70％以内。由此，为了在还原炉中使用低热值的燃料气体，要求火焰较短且较强(直进性较高)并能够良好地维持火焰的形状的高速燃烧装置(高速燃烧燃烧器)。然而，当在高速燃烧装置中使用低热值的燃料气体时，存在该燃料气体难以在燃烧器端口内点火而稳定地形成火种的倾向。
另外，在高速燃烧装置中，由于燃烧用的空气自空气配管的供给口以较快速度(例如20m/s～40m/s)喷射，因此，装置主体和燃烧器端口被燃烧用的空气冷却，点火性和燃烧稳定性降低。尤其是，在运转开始时使炉内的温度上升的情况下，若以理论燃烧空气量的数倍的过剩空气使燃料气体燃烧，则燃料气体会被燃烧用的空气吹跑，且过剩的燃烧用的空气会使装置主体和燃烧器端口进一步冷却。如上所述，在以往的高速燃烧装置中，难以同时实现优异的点火性和燃烧稳定性。
作为改善低热值的燃料气体的点火性和燃烧稳定性的方法，能够考虑以下应对方法：将燃料气体和燃烧用的空气预先混合的方法(I)、使燃料气体和燃烧用的空气在燃烧装置的燃料配管的喷射口附近的流速较慢而确保燃料与燃烧用的空气之间的混合和滞留时间的方法(II)、使燃料气体和燃烧用的空气中的一者进行旋转(呈漩涡状)或者使两者都进行旋转(呈漩涡状)而促进混合的方法(III)、以及使利用中·高热值燃料的点火燃烧器始终燃烧而制作火种的方法(IV)等。
然而，在方法(I)中，担心自燃烧装置产生回火而使配管内产生异常燃烧等情况。在方法(II)中，火焰的势头较弱。因此，担心损害火焰的直进性且使火焰上扬而损耗构成炉的顶部耐火材料。在方法(III)中，存在火焰卷起漩涡而使火焰直径变大的倾向。因此，例如，担心火焰与配置在炉底的块状待处理物相接触而产生局部加热、熔融。在方法(IV)中，在使用低热值的燃料气体的情况下，在基础设施不完备的地区，难以使利用中·高热值燃料的点火燃烧器始终燃烧。
发明内容
本发明是考虑到上述情况而做出的，其一目的在于提供一种即使在使用煤气等热值较低的燃料气体时也能够使燃料气体稳定地高速燃烧的燃烧装置。另外，另一目的在于提供一种即使在使用煤气等燃烧性较低的燃料气体时也能够使燃料气体稳定地高速燃烧并抑制炉壁的损耗的旋转炉底式加热炉。此外，又一目的在于提供一种即使在使用煤气等燃烧性较低的燃料气体时也能够使燃料气体稳定地高速燃烧的燃烧装置的运转方法。
本发明提供一种燃烧装置，其中，该燃烧装置包括：管状的燃烧器主体，其配置于该燃烧装置的中央部，用于向前方喷射燃料气体和含氧气体；气体供给部，其以包围该燃烧器主体的外周面的方式呈筒状设置，用于向前方喷射含氧气体；以及侧壁部，其在该气体供给部的外侧且比上述燃烧器主体的前端和上述气体供给部的前端向前方突出，上述侧壁部具有以隔着上述燃烧器主体彼此相对的方式配置的、用于喷射燃料气体的至少一对燃料配管，该燃料配管以上述燃料气体的喷射方向能够在上述燃烧器主体的前方与上述燃烧器主体的中心轴线方向交叉的方式构成，上述气体供给部被流速调整构件划分为沿周向排列的第1流路和第2流路，上述第2流路内的上述含氧气体的流速比上述第1流路内的上述含氧气体的流速快，上述第1流路的喷射口以比第2流路的喷射口靠近上述燃料配管的喷射口的方式设置。
在本发明的燃烧装置中，含氧气体的第1流路的喷射口以比含氧气体的第2流路的喷射口靠近燃料配管的方式配置。燃料配管以将燃料气体向在燃烧器主体的前方与燃烧器主体的中心轴线方向交叉的方向喷射的方式设置。因此，自燃料配管喷射出的燃料气体与来自流速较慢的第1流路的含氧气体相接触，在燃烧器主体的前方附近点火并燃烧。由此，能够充分加热侧壁部和燃烧器主体以及这些构件的附近。因而，即使燃料气体是煤气等低热值的燃料气体，也能够将自燃烧器主体供给的燃料气体和含氧气体充分加热，从而使点火性和燃烧性良好。在这样的作用下，即使使用低热值的燃料气体，也能够使燃料气体稳定地高速燃烧。
采用这样的燃烧装置，即使在炉内的氧浓度较低而难以稳定地维持火焰形状的还原气氛下使低热值的燃料气体燃烧时，也能够确保点火的稳定性并使燃料气体稳定地高速燃烧。因而，本发明的燃烧装置在用于供给例如天然气、COG等高热值的燃料气体的基础设施不完备的内陆地、发展中地区等运转还原炉时尤其有用。
也可以是，本发明的燃烧装置中的流速调整构件是用于以使上述第1流路和上述第2流路沿着周向排列的方式划分上述第1流路和上述第2流路的板状构件，利用上述板状构件使上述第1流路构成为随着朝向上述喷射口去而扩大，利用上述板状构件使上述第2流路构成为随着朝向上述喷射口去而缩小。若采用这样的简单的构造，则能够在降低设备成本的同时充分降低维护的频率。另外，也可以是，流速调整构件以使自上述第2流路喷射的含氧气体的流速与自上述第1流路喷射的含氧气体的流速之比为1.5～3的方式设置。
在本发明中，还提供一种燃烧装置的运转方法，该燃烧装置包括：管状的燃烧器主体，其配置于该燃烧装置的中央部，用于向前方供给燃料气体和含氧气体；气体供给部，其以包围该燃烧器主体的外周面的方式呈筒状设置，用于喷射含氧气体；以及侧壁部，其在该气体供给部的外侧且比上述燃烧器主体的前端和上述气体供给部的前端向前方突出，上述侧壁部具有以隔着上述燃烧器主体彼此相对的方式配置的、用于喷射燃料气体的至少一对燃料配管，该燃料配管以上述燃料气体的喷射方向能够在上述燃烧器主体的前方与上述燃烧器主体的中心轴线方向交叉的方式构成，上述气体供给部被流速调整构件划分为沿周向排列的第1流路和第2流路，上述第2流路内的上述含氧气体的流速比上述第1流路内的上述含氧气体的流速快，在自上述燃烧器主体喷射上述含氧气体和上述燃料气体并自上述气体供给部和上述燃料配管分别喷射含氧气体和燃料气体的工序中，与来自上述第2流路的上述含氧气体相比，将来自上述第1流路的上述含氧气体向靠近上述燃料配管的区域喷射。
在本发明的燃烧装置的运转方法中，与来自流速较快的第2流路的含氧气体相比，将来自流速较慢的第1流路的含氧气体向靠近燃料配管的区域喷射。燃料配管以其燃料气体的喷射方向在燃烧器主体的前方与燃烧器主体的中心轴线方向交叉的方式设置，因此，该燃料气体与来自流速较慢的第1流路的含氧气体相接触。因此，能够使来自燃料配管的燃料气体在燃烧器主体的前方附近易于点火并燃烧。由此，能够加热侧壁部和燃烧器主体以及这些构件附近。因而，即使自燃烧器主体喷射的燃料是煤气等低热值的燃料气体，也能够使燃料气体稳定地高速燃烧。
采用这样的燃烧装置的运转方法，即使在氧浓度较低而难以稳定地维持火焰形状的还原气氛下使低热值的燃料气体燃烧时，也能够确保点火的稳定性并使燃料气体稳定地高速燃烧。因而，本发明的燃烧装置的运转方法在用于供给例如天然气、COG等高热值的燃料气体的基础设施不完备的内陆地、发展中地区等运转还原炉时尤其有用。
在本发明的燃烧装置的运转方法中，也可以是，自上述燃料配管喷射的上述燃料气体与自燃烧器主体喷射的上述燃料气体的流量比1/9～4/9。另外，自第2流路喷射的含氧气体的流速与自第1流路喷射的含氧气体的流速之比也可以是1.5～3。由此，即使在还原气氛下使低热值的燃料气体燃烧时，也能够维持稳定的燃烧状态并谋求进一步的短焰化。
在本发明中，还提供一种旋转炉底式加热炉，其用于将配置于能够旋转的炉底之上的、含有还原剂和金属氧化物的块状物进行加热而将上述金属氧化物还原，其中，该旋转炉底式加热炉包括：炉底；侧壁和顶壁，该侧壁和顶壁用于在该炉底上形成加热空间；以及上述燃烧装置，其设于侧壁。
由于上述本发明的旋转炉底式加热炉包括具有上述特征的燃烧装置，因此，即使使用低热值的燃料气体，也能够使燃料气体稳定地高速燃烧。由此，能够充分抑制火焰的接触所导致的炉壁的损耗并以较高的效率将金属氧化物还原。
采用本发明，能够提供一种即使在使用煤气等燃烧性较低的燃料气体时也能够使燃料气体稳定地高速燃烧的燃烧装置。另外，能够提供一种即使在使用煤气等燃烧性较低的燃料气体时也能够使燃料气体稳定地高速燃烧并抑制炉壁的损耗的旋转炉底式加热炉。并且，能够提供一种即使在使用煤气等燃烧性较低的燃料气体时也能够使燃料气体稳定地高速燃烧的燃烧装置的运转方法。
附图说明
图1是示意性表示本发明的燃烧装置的一优选实施方式的剖视图。
图2是从前方看图1的燃烧装置时的主视图。
图3是表示本发明的燃烧装置的一优选实施方式的示意图。
图4是图3所示的燃烧装置的IV(a)－IV(a)剖视图和IV(b)－IV(b)剖视图。
图5是本发明的旋转炉底式加热炉的俯视图。
图6是图5所示的旋转炉底式加热炉的VI－VI剖视图。
图7是图5所示的旋转炉底式加热炉的VII－VII剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细明本发明的燃烧装置的优选实施方式。但是，本发明并不限于以下的实施方式。此外，在附图中，对于相同或等同的构件标注相同的附图标记，并根据情况省略重复说明。
图1是示意性表示本发明的燃烧装置的一优选实施方式的剖视图。燃烧装置100(燃烧器)包括：燃烧器主体10，其配置于燃烧装置100的中央部，用于向前方供给燃料气体和含氧气体；以及燃烧器端口20，其以与燃烧器主体10的外周面隔开空间间隔地包围燃烧器主体10的外周面的方式设置。燃烧器端口20由例如耐火材料构成，并固定在炉的侧壁上。燃烧器端口20也可以由炉的侧壁构成。
燃烧器主体10具有例如沿水平方向延伸的双重管构造，并具有包含中心轴线的、用于供给含氧气体的中央配管11和在中央配管11的外侧的用于供给燃料气体的燃料配管12(第1燃料配管12)。在燃烧器主体10的前端设有用于喷射燃料气体和含氧气体的喷射口，而成为能够向位于燃烧器主体10的前方的燃烧空间50供给燃料气体和含氧气体的结构。在燃烧器主体10的外周面与燃烧器端口20的内壁之间设有用于向燃烧空间50供给含氧气体的气体供给部30。自气体供给部30供给的含氧气体和自中央配管11供给的含氧气体既可以相同，也可以不同。作为含氧气体，能够使用空气、氧气、或者空气和氧气的混合气体等。
燃烧器端口20比燃烧器主体10的前端和气体供给部30的气体喷射口靠外侧且比它们向前方突出，并构成将自燃烧器主体10的前端喷射的燃料气体(以下，有时称作“一次燃料气体”)和含氧气体、以及自气体供给部30喷射的含氧气体包围起来的侧壁部22。
在燃烧器端口20中埋设有用于向燃烧区域供给燃料气体(以下，有时称作“二次燃料气体”)的燃料喷嘴18(第2燃料配管18)。燃料喷嘴18的喷射口配置为：在侧壁部22的壁面上露出，并能够朝向燃烧空间50供给二次燃料气体。在燃烧器端口20中，以隔着燃烧器主体10相对的方式设有两个燃料喷嘴18。在燃料喷嘴18的燃料气体的流路中具有用于提高点火性的旋转叶片19。
燃料喷嘴18的二次燃料气体的喷射方向与燃料喷嘴18的长度方向一致。燃料喷嘴18以其喷射方向(长度方向)在燃烧器主体10的前方与管状的燃烧器主体10的中心轴线方向交叉的方式配置。由此，燃料喷嘴18能够朝向燃烧空间50喷射二次燃料气体。管状的燃烧器主体10的中心轴线方向与燃料喷嘴18的二次燃料气体的喷射方向(长度方向)所成的角度可以为例如20°～70°。
气体供给部30构成含氧气体的流路，并以包围燃烧器主体10的周面的方式形成为圆筒状。通过这样的结构，气体供给部30自燃烧器主体10的外侧向燃烧空间50供给含氧气体。在气体供给部30的含氧气体的流路中的靠喷射口附近的位置，设有作为流速调整构件的流速调整板32。流速调整板32具有使在气体供给部30的流路中流动的含氧气体的流速变化的功能。
图2是自前方、即燃料气体和空气的出口侧看图1的燃烧装置100时的主视图。如图2所示，气体供给部30形成在燃烧器主体10与燃烧器端口20之间，并与中央配管11和燃料配管12呈同心圆状配置。在气体供给部30中沿着大致径向设有4块流速调整板32。由此，气体供给部30被划分为包括两个第1流路30A和两个第2流路30B在内的合计4个流路。第1流路30A和第2流路30B以沿着周向交替排列的方式配置。并且，第1流路30A配置为轴对称，第2流路30B配置为轴对称。相邻的第1流路30A和第2流路30B既可以被流速调整板32完全隔断，也可以不被流速调整板32完全隔断。
流速调整板32以随着朝向下游侧去而第1流路30A的与中心轴线方向正交的剖面变大的方式设置。另外，流速调整板32以随着朝向下游侧去而第2流路30B的与中心轴线方向正交的剖面变小的方式设置。由此，能够根据距喷射口的距离而相应地使在第1流路30A和第2流路30B中流动的含氧气体的流速变化。流速调整板32并不限定于平板，其既可以是对平板进行变形加工的具有弯曲部的板，也可以是具有曲面的板。另外，在一些实施方式中，流速调整构件也可以是利用熔接等将多个板接合而形成的构件。
在图2中，隔着燃料喷嘴18相邻的一对流速调整板32以随着朝向气体供给部30的前方、即燃烧空间50去而第1流路30A的与流动方向正交的剖面逐渐变大、第2流路30B的与流动方向正交的剖面逐渐变小的方式设置。因此，在第1流路30A的喷射口的含氧气体的流速比在第2流路30B的喷射口的含氧气体的流速慢，该第1流路30A以靠近燃料喷嘴18的喷射口的方式设置，第2流路30B设置在远离燃料喷嘴18的燃料气体喷射口的位置处。此处，将第1流路30A称作“低速流路30A”，将第2流路30B称作“高速流路30B”。
这样，由于含氧气体在燃料喷嘴18的喷射口附近的流速变慢，因此，即使自燃料喷嘴18喷射低热值的燃料气体，也能够使来自燃料喷嘴18的燃料气体在燃烧器主体10和燃烧器端口20的侧壁部22的附近燃烧。由此，能够提高燃烧器主体10和燃烧器端口20的侧壁部22的温度，而使来自中央配管11的燃料气体的点火性良好并能够稳定地进行燃料气体的高速燃烧。
在燃烧装置100中使用的燃料气体并没有特别限定，例如，不仅可以使用天然气、COG等高热值气体，而且也可以使用煤气等低热值气体。采用本实施方式的燃烧装置100，即使使用低热值气体，也能够易于点火且能够稳定地持续燃烧。因而，本实施方式的燃烧装置100在用于供给高热值的燃料气体的基础设施不完备的场所操作炉的情况下尤其有用。自中央配管11和燃料喷嘴18喷射的燃料气体既可以相同，也可以不同。
图3是说明在燃烧装置100的气体供给部30设置的流速调整板32的构造的图。流速调整板32固定于燃烧器主体10的外周面，并具有使在气体供给部30中流动的含氧气体的流速变化的功能。流速调整板32的与燃烧器主体10相反的一侧的边缘也可以不与燃烧器主体10的中心轴线P平行，而是与中心轴线P呈不平行的关系。
图4是图3所示的燃烧装置100的IV(a)－IV(a)剖视图和IV(b)―IV(b)剖视图。图4的(a)是IV(a)－IV(a)剖视图，图4的(b)是IV(b)―IV(b)剖视图。如图4的(a)和图4的(b)所示，气体供给部30的圆筒状的流路被4块流速调整板32分割成4个流路。
图4的(a)示出了燃烧器主体10和气体供给部30的剖面构造。在图4的(a)所示的剖面构造中，在气体供给部30中，4个流速调整板32以构成轴对称的方式呈放射状扩展。由流速调整板32形成的含氧气体的两个低速流路30A形成轴对称，由流速调整板32形成的含氧气体的两个高速流路30B形成轴对称。图4的(b)示出了燃烧器主体10和气体供给部30的比与图4的(a)的剖面构造靠下游侧的剖面构造。与图4的(a)的剖面构造相比，在图4的(b)的剖面构造中，低速流路30A的剖面积变大，而高速流路30B的剖面积变小。即也可以是，气体供给部30中的低速流路30A随着自上游侧朝向下游侧去而其在与中心轴线P垂直的方向上的剖面积逐渐变大，另一方面，气体供给部30中的高速流路30B随着自上游侧朝向下游侧去而其在与中心轴线P垂直的方向上的剖面积逐渐变小。
在将气体供给部30的外径和气体供给部30的内径分别设为Da和Df时，能够利用以下的式子计算气体供给部的流路的剖面积Q。
Q＝π/4×(Da2－Df2)
低速流路30A位于流速调整板32的后端的剖面积例如为0.1Q～0.3Q，高速流路30B位于流速调整板32的后端的剖面积例如为0.7Q～0.9Q。低速流路30A位于流速调整板32的前端、即喷射口侧的剖面积例如为0.6Q～0.7Q，高速流路30B位于流速调整板32的前端、即喷射口侧的剖面积例如为0.3Q～0.4Q。这样，低速流路30A随着朝向喷射口去而其剖面积扩大，而高速流路30B随着朝向喷射口去而其剖面积缩小。
气体供给部30因具有这样的剖面构造而能够使在具有圆筒状的气体供给部30中流动的含氧气体的速度变化。也就是说，在图4的(b)所示的剖面中，通过低速流路30A的含氧气体的流速慢于通过高速流路30B的含氧气体的流速。通过将燃料喷嘴18的喷射口18a设置在靠近低速流路30A的喷射口的位置、即低速流路30A的喷射口附近而不是靠近高速流路30B的喷射口，从而能够使自喷射口18a喷射的燃料气体与来自具有相对较慢流速的低速流路30A的含氧气体混合。由于自低速流路30A喷射的含氧气体的流速较慢，因此能够抑制火焰飞窜，并能够使自燃料喷嘴18的喷射口18a喷射的燃料气体在燃烧器端口20的侧壁部22和燃烧器主体10的附近点火并燃烧。
由该燃烧产生的火焰作为火种发挥作用，从而能够利用自中央配管11和高速流路30B喷射的含氧气体使自燃烧器主体10的燃料配管12供给的燃料气体高速燃烧。此外，气体供给部30中的高速流路30B既可以构成为随着自上游侧朝向下游侧去而其在与中心轴线P垂直的方向上的剖面积连续地变小，也可以构成为该剖面积阶梯式地变小。气体供给部30中的低速流路30A既可以构成为随着自上游侧朝向下游侧去而其在与中心轴线P垂直的方向上的剖面积连续地变大，也可以构成为该剖面积阶梯式地变大。
此外，由于来自高速流路30B的含氧气体的流速快于低速流路30A的含氧气体的流速，因此，燃料气体能够在点火之后在燃烧空间50中高速燃烧。因此，与以往的低NOx燃烧装置相比，能够缩短火焰的长度。因而，即使使用炉宽较小的炉，也能够抑制火焰与燃烧装置的相对的壁接触。其结果，能够抑制火焰的接触所导致的炉壁的损耗。
这样，采用本实施方式的燃烧装置100，即使使用低热值的燃料气体，也能够维持火焰的势头并缩短火焰的长度。具有这样的特性的燃烧装置100在需要在还原气氛下持续进行良好的燃烧的旋转炉底式加热炉(旋转炉底炉)中尤其有用。旋转炉底式加热炉是旋转炉式的金属氧化物的还原炉，其炉宽较小且需要在还原气氛中稳定地持续燃烧。在本实施方式的燃烧装置100中，即使在使低热值的燃料气体在还原气氛中燃烧时，也能够稳定地进行高速燃烧。
本实施方式的燃烧装置100的运转方法具有以下工序：自构成燃烧器主体10的中央配管11和燃料配管12分别喷射含氧气体和一次燃料气体，并自气体供给部30和燃料喷嘴18分别喷射含氧气体和二次燃料气体。在该工序中，自气体供给部30中的低速流路30A喷射流速较慢的含氧气体，自气体供给部30中的高速流路30B喷射流速较快的含氧气体。由此，使靠近燃料喷嘴18的喷射口18a的区域的含氧气体的流速慢于远离燃料喷嘴18的喷射口18a的区域的含氧气体的流速。并且，来自燃料喷嘴18的燃料气体主要通过自低速流路30A喷射出的含氧气体进行燃烧。
通过这样的运转方法，能够提高自燃料喷嘴18朝向燃烧空间50喷射的燃料气体的点火性并使该燃料气体在燃烧器主体10和燃烧器端口20的侧壁部22的附近稳定地燃烧。能够利用该燃烧来充分加热燃烧器主体10和燃烧器端口20的侧壁部22的附近，从而能够使自燃烧器主体10和气体供给部30的高速流路30B以高速喷射的燃料气体和含氧气体稳定地高速燃烧。
自中央配管11喷射的含氧气体和自燃料配管12喷射的燃料气体的流速例如分别为80m/秒～120m/秒和40m/秒～70m/秒。自燃料喷嘴18喷射的燃料气体的流速例如为10m/秒～30m/秒。自高速流路30B和低速流路30A喷射的含氧气体的流速例如分别为30m/秒～45m/秒和15m/秒～20m/秒。在将自高速流路30B喷射的含氧气体的流速设为b、将自低速流路30A喷射的含氧气体的流速设为a时，也可以使b/a的比值为1.5～3。
在将自高速流路30B喷射的含氧气体的流量设为β、将自低速流路30A喷射的含氧气体的流量设为α时，也可以使α/β在例如1/9～4/9的范围内。在含氧气体为空气的情况下，也可以使自中央配管11喷射的空气的流量为使燃烧装置100的额定燃烧容量的燃料气体完全燃烧的理论燃烧空气量的3％～5％。并且，能够自气体供给部30供给其余的空气。自燃料配管12供给的燃料气体与由燃烧装置100供给的全部燃料气体之间的流量比率例如为60％～95％。另一方面，自燃料喷嘴18供给的燃料气体与由燃烧装置100供给的全部燃料气体之间的流量比率例如为5％～40％。此外，本说明书中的燃料气体和含氧气体的流量是标准状态下的流量。
图5～图7是表示本发明的旋转炉底式加热炉的一优选实施方式的图。图5是本实施方式的旋转炉底式加热炉200的俯视图，图6是图5的VI－VI剖视图，图7是图5的VII－VII剖视图。旋转炉底式加热炉200具有通过在呈环状配置的台车上载置耐火材料而形成的炉底68。如图6所示，炉底68被内侧壁65、外侧壁66以及顶壁67包围。由炉底68、内侧壁65、外侧壁66以及顶壁67形成加热空间52。在外侧壁66和内侧壁65的下方设有水封装置74。如图5、6所示，在外侧壁66和内侧壁65上安装有燃烧装置100。燃烧装置100使燃料气体燃烧。由此，能够对载置在炉底68上的块状待处理物(氧化铁块状物)进行处理。
包括氧化铁等炼铁废弃物和碳材料等还原剂这两者的混合物的块状待处理物自装入部61载置在旋转炉底式加热炉200的炉底68上。如图6和图7所示，炉底68是通过车轮72在轨道70上滚动而能够沿圆周方向移动的结构。块状待处理物通过炉底68的旋转(在图5中沿顺时针方向)而在加热空间52中移动。一边使块状待处理物在由燃烧装置100加热至1100℃～1400℃的加热空间52中移动一边对块状待处理物进行处理。在炉内，由于随着加热而进行氧化铁的还原反应，因此成为还原气氛。生成的还原铁通过图5和图7所示那样的排出装置62而被排出至炉外。在图5中，燃烧气体在炉内沿逆时针方向流动并自排气口69被排出至炉外。
在通常的还原炉中，与大气中相比，氧的比例较少，因此通常难以使燃料气体点火。然而，在旋转炉底式加热炉200中，由于具有点火性良好且易于进行燃料气体的高速燃烧的燃烧装置100，因此，即使炉内为还原气氛，也能够使低热值的燃料气体稳定地燃烧。
在旋转炉底式加热炉200的炉内，以与外侧壁66构成同心圆的方式设有内侧壁65。在该内侧壁65与外侧壁66之间的加热空间52中进行氧化铁的还原反应。由于燃烧装置100进行高速燃烧，因此火焰的长度较短。因此，即使外侧壁66与内侧壁65之间的间隔狭窄，也能够充分地抑制由于火焰与外侧壁66和内侧壁65相接触而使该外侧壁66和内侧壁65损耗。
以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，列举了隔着燃烧器主体10相对配置的一对燃料喷嘴18，但也可以以相对于轴线P构成对称的方式设置两对以上燃料喷嘴18。另外，在上述实施方式中，将气体供给部30的流路划分为周向排列的4个流路，但也可以将气体供给部30的流路划分为相对于轴线P呈对称的6个以上流路。在该情况下，例如，能够将含氧气体的流速设为高速、中速、低速这样的3种，并自靠近燃料喷嘴18的喷射口18a的一侧起按照流速为低速的流路、流速为中速的流路以及流速为高速的流路的顺序配置气体供给部30的流路。
Claims (7)
1.一种燃烧装置，其中，
该燃烧装置包括：
管状的燃烧器主体，其配置于该燃烧装置的中央部，用于向前方喷射燃料气体和含氧气体；
气体供给部，其以包围该燃烧器主体的外周面的方式呈筒状设置，用于向前方喷射含氧气体；以及
侧壁部，其在该气体供给部的外侧且比上述燃烧器主体的前端和上述气体供给部的前端向前方突出，
上述侧壁部具有以隔着上述燃烧器主体彼此相对的方式配置的、用于喷射燃料气体的至少一对燃料配管，该燃料配管以其喷射方向能够在上述燃烧器主体的前方与上述燃烧器主体的中心轴线方向交叉的方式构成，
上述气体供给部被流速调整构件划分为沿周向排列的第1流路和第2流路，上述第2流路内的上述含氧气体的流速比上述第1流路内的上述含氧气体的流速快，
上述第1流路的喷射口以比上述第2流路的喷射口靠近上述燃料配管的喷射口的方式设置。
2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其中，
上述流速调整构件是用于以使上述第1流路和上述第2流路沿着周向排列的方式划分上述第1流路和上述第2流路的板状构件，
利用上述板状构件使上述第1流路构成为随着朝向上述喷射口去而扩大，
利用上述板状构件使上述第2流路构成为随着朝向上述喷射口去而缩小。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧装置，其中，
上述流速调整构件以使自上述第2流路喷射的含氧气体的流速与自上述第1流路喷射的含氧气体的流速之比为1.5～3的方式设置。
4.一种燃烧装置的运转方法，其中，
该燃烧装置包括：管状的燃烧器主体，其配置于该燃烧装置的中央部，用于向前方供给燃料气体和含氧气体；气体供给部，其以包围该燃烧器主体的外周面的方式呈筒状设置，用于喷射含氧气体；以及侧壁部，其在该气体供给部的外侧且比上述燃烧器主体的前端和上述气体供给部的前端向前方突出，
上述侧壁部具有以隔着上述燃烧器主体彼此相对的方式配置的、用于喷射燃料气体的至少一对燃料配管，该燃料配管以其喷射方向能够在上述燃烧器主体的前方与上述燃烧器主体的中心轴线方向交叉的方式构成，
上述气体供给部被流速调整构件划分为沿周向排列的第1流路和第2流路，上述第2流路内的上述含氧气体的流速比上述第1流路内的上述含氧气体的流速快，
在自上述燃烧器主体喷射上述含氧气体和上述燃料气体并自上述气体供给部和上述燃料配管分别喷射含氧气体和燃料气体的工序中，与来自上述第2流路的上述含氧气体相比，将来自上述第1流路的上述含氧气体向靠近上述燃料配管的区域喷射。
5.根据权利要求4所述的燃烧装置的运转方法，其中，
自上述燃料配管喷射的上述燃料气体与自燃烧器主体喷射的上述燃料气体的流量比是1/9～4/9。
6.根据权利要求4或5所述的燃烧装置的运转方法，其中，
自上述第2流路喷射的含氧气体的流速与自第1流路喷射的含氧气体的流速之比是1.5～3。
7.一种旋转炉底式加热炉，其用于将配置于能够旋转的炉底之上的、含有还原剂和金属氧化物的块状物进行加热而将上述金属氧化物还原，其中，
该旋转炉底式加热炉包括：上述炉底；侧壁和顶壁，该侧壁和顶壁在该炉底上形成加热空间；以及权利要求1至3中任一项所述的燃烧装置，其设于上述侧壁。
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