ES2960386T3 - Quemador y método de calentamiento usando quemador - Google Patents

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Yasuyuki Yamamoto
Masashi Yamaguchi
Yoshiyuki Hagihara
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Abstract

El objetivo de la presente invención es proporcionar un quemador y un método de calentamiento en el que, cuando un objeto a calentar se calienta mediante una llama vibratoria autoexcitada, se puede suprimir la cantidad descargada de NOx y se puede realizar un calentamiento uniforme a una excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición alejada del quemador. Se proporciona un quemador 1 caracterizado por estar provisto de: un puerto central de chorro de fluido 2 que tiene una forma de sección transversal similar a un ventilador en la que el espacio entre un par de paredes laterales 63a, 63b se expande gradualmente hacia el lado de aguas abajo; un par de aberturas 62a, 62b que están dispuestas en una pared lateral 61 de un paso de flujo de chorro de fluido 6 del lado aguas arriba del puerto central de chorro de fluido 2 y se comunican entre sí a través de un tubo de comunicación 7; un primer puerto periférico de inyección de fluido 3 dispuesto alrededor del puerto central de inyección de fluido 2; un segundo puerto de chorro de fluido periférico 4 dispuesto en una posición en la que la distancia entre el centro del mismo y el centro del puerto de chorro de fluido central 2 es mayor que la distancia entre el centro del primer puerto de chorro de fluido periférico 3 y el puerto de chorro de fluido central 2, y dispuesto en una dirección perpendicular a la dirección de expansión del puerto central de chorro de fluido 2; y un tercer puerto de chorro de fluido periférico 5 dispuesto en una posición en la que la distancia entre el centro del mismo y el centro del puerto de chorro de fluido central 2 es mayor que la distancia entre el centro del segundo puerto de chorro de fluido periférico 4 y el puerto de chorro de fluido central 5 puerto 2, y dispuesto en una dirección perpendicular a la dirección de expansión del puerto central de chorro de fluido 2. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Quemador y método de calentamiento usando quemador
Campo de la invención
La presente invención se relaciona con un quemador y con un método para calentar usando un quemador.
Descripción de la técnica relacionada
En general, en un proceso de producción de hierro, un producto intermedio (tocho, palanquilla, o planchón) se calienta a aproximadamente 1,200 °C usando un horno de calentamiento, luego se transporta a un proceso de laminación y se procesa en un producto final. En este momento, en un horno de calentamiento de tipo de cocción directa, se instala un quemador en el horno, y un objeto que va a ser calentado se calienta mediante una llama formada por el quemador. De esta forma, al adoptar una denominada estructura de tipo de cocción directa en la cual se introduce una llama directamente en el horno, se puede aumentar la eficiencia calórica en comparación con, por ejemplo, un horno de calentamiento de tipo de cocción indirecta que usa un quemador de tubo radiante o similar.
Por otra parte, el horno de calentamiento de tipo de cocción directa tiene un problema de que se produce oxidación superficial del producto intermedio debido al oxígeno contenido en el gas de combustión, o similar de la llama. La superficie del producto intermedio se oxida y se incrusta, de tal manera que se reduce el rendimiento del producto final. Por lo tanto, en el horno de calentamiento de cocción directa, se emplea generalmente un método en el cual se dispone un quemador en paralelo al producto intermedio y el producto intermedio se calienta mediante transferencia de calor radiante de la llama.
Sin embargo, cuando se dispone y usa un quemador convencional en el horno de calentamiento, la eficiencia de la transferencia de calor radiante es baja debido a que el quemador está especializado para la transferencia de calor por convección. Por lo tanto, cuando el quemador está dispuesto en paralelo al producto intermedio, hay un problema de que la eficiencia de transferencia de calor disminuye en comparación con el caso convencional y el rendimiento disminuye.
Además, cuando se realiza combustión enriquecida con oxígeno usando el quemador del Documento de Patente 1, aumenta la cantidad de emisiones de NOx. Por esta razón, es necesario suprimir la cantidad de emisión de NOx para que sea igual a o menor que el valor de referencia de la Ley de Control de Contaminación de Aire aplicada al horno de calentamiento.
La cantidad de la transferencia de calor radiante cambia dependiendo de la diferencia de temperatura y la distancia relativa entre la llama y el objeto que va a ser calentado. Por esta razón, por ejemplo, cuando el calentamiento se realiza con un solo quemador usando un producto intermedio largo tal como un tocho como un objeto que va a ser calentado, se produce calentamiento desigual, y se vuelve difícil realizar un proceso de laminación normal en el proceso de laminación subsecuente. Con el fin de resolver este problema, en el horno de calentamiento de tipo de transferencia de calor radiante, se dispone una pluralidad de quemadores en paralelo para calentar uniformemente el producto intermedio. Sin embargo, dado que aumenta el número de quemadores, hay un problema de que aumenta el coste de aparato y disminuye la capacidad de mantenimiento.
Con el fin de resolver las irregularidades de calentamiento, se ha propuesto oscilar la llama usando un denominado fenómeno de oscilación autoinducida de un flujo en chorro (por ejemplo, véanse documentos de patente 1 y 2).
Los quemadores divulgados en los documentos de patente 1 y 2 tienen una estructura de boquilla que aplica un fenómeno de oscilación autoinducida en el cual el flujo por chorro cambia periódicamente sin requerir una fuerza de accionamiento externa. De esa manera, dado que una dirección de llama puede cambiarse periódicamente, se vuelve posible realizar un calentamiento uniforme mientras que se mantiene una alta eficiencia de transferencia de calor.
En comparación con el quemador de tubo radiante convencional, y similares, se vuelve posible que los quemadores de documentos de patente 1 y 2 calienten uniformemente un amplio rango. Por lo tanto, cuando los quemadores de los documentos de patente 1 y 2 se aplican al calentamiento anterior, se pueden esperar efectos tales como reducción en coste de aparato y mejora en uniformidad de calentamiento.
Quemadores de combustión, métodos y procesos adicionales similares discutidos en este documento se ejemplifican en los documentos de patente 3 y 4.
Documentos de la técnica anterior
Literatura de patentes
Documento de patente 1: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación No. 2005-113200
Documento de patente 2: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación No. 2013-079753 Documento de patente 3: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación No. 2008-513721
Documento de patente 4: Solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicación No. 2013-534611
Divulgación de la invención
Problema que va a ser resuelto mediante la invención
Sin embargo, cuando la combustión enriquecida con oxígeno con un gas de soporte a combustión se realiza usando el quemador al cual se aplica el fenómeno de oscilación autoinducida descrito en los documentos de patente 1 y 2, el gas combustible experimenta una oscilación autoinducida. Por lo tanto, puede ser difícil mezclar el gas combustible y el gas de soporte a combustión con un equilibrio óptimo entre la tasa de flujo y la velocidad de flujo. En tal caso, en comparación con un quemador convencional, la cantidad de emisiones de NOx aumenta, y es necesario suprimir la cantidad de emisiones de NOx para que sea igual a o menor que el valor de referencia de la Ley de Control de Contaminación de Aire aplicada al horno de calentamiento.
Además, cuando el gas combustible y el gas de soporte a combustión no se mezclan adecuadamente, especialmente cuando el objeto que va a ser calentado se coloca en una posición lejos del eje central del quemador, se reduce la eficiencia de transferencia de calor debido a la transferencia de calor radiante. Por lo tanto, hay una posibilidad de que el objeto que va a ser calentado no pueda calentarse de manera uniforme.
Aquí, con el fin de promover la mezcla del gas combustible y el gas de soporte a combustión y mejorar la eficiencia de transferencia de calor por convección, por ejemplo, es concebible aumentar la velocidad de oscilación de la llama. Sin embargo, cuando aumenta la velocidad de oscilación de la llama, hay un problema de que la longitud de llama se acorta y el objeto que va a ser calentado no puede calentarse uniformemente.
La presente invención se ha hecho en vista de los problemas descritos anteriormente. El objetivo de la presente invención es proporcionar un quemador que sea capaz de disminuir la cantidad de emisión de NOx y calentar el objeto que va a ser calentado uniformemente con excelente eficiencia de transferencia de calor cuando se calienta el objeto que va a ser calentado mientras que oscila la llama mediante oscilación autoinducida, y un método para calentar usando un quemador.
Medios para resolver el problema
Con el fin de lograr el objetivo anterior, la presente invención proporciona un quemador de acuerdo con la reivindicación 1 y un método para calentar usando un quemador, de acuerdo con la reivindicación 4.
Efectos de la invención
Un quemador de acuerdo con la presente invención incluye una salida central de expulsión de fluido, una primera salida periférica de expulsión de fluido dispuesta alrededor de la salida central de expulsión de fluido, una segunda salida periférica de expulsión de fluido dispuesta en una posición en la cual una distancia entre un centro de la misma y un centro de la salida central de expulsión de fluido es mayor que una distancia entre un centro de la primera salida periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida central de expulsión de fluido, y en una dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida central de expulsión de fluido, y una tercera salida periférica de expulsión de fluido dispuesta en una posición en la cual una distancia entre un centro de la misma y el centro de la salida central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la segunda salida periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida central de expulsión de fluido, y en la dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida central de expulsión de fluido.
De este modo, en el quemador que hace oscilar una llama mediante oscilación autoinducida, además de la salida central de expulsión de fluido y la primera salida periférica de expulsión de fluido dispuestas alrededor de la salida central de expulsión de fluido, la segunda salida periférica de expulsión de fluido y la tercera salida periférica de expulsión de fluido se proporcionan en una posición optimizada. De esa manera, el fluido central y el fluido periférico se pueden mezclar y quemar en etapas. Como resultado, la tasa de flujo y la velocidad de flujo de cada fluido periférico expulsado desde la primera a tercera salidas periféricas de expulsión de flujo se pueden ajustar a un equilibrio óptimo, de tal manera que se pueda mantener un buen estado de combustión, y se pueda mejorar la eficiencia de transferencia de calor. Además, incluso cuando se acelera la oscilación de la llama debido a la oscilación autoinducida, se puede asegurar la longitud de la llama que va a ser formada.
Por lo tanto, cuando se calienta un objeto que va a ser calentado, es posible suprimir la cantidad de emisión de NOx y calentar uniformemente el área amplia incluso en una posición lejos del eje central del quemador.
Además, dado que el método para calentar usando un quemador de acuerdo con la presente invención es el método para calentar usando el quemador, se puede lograr un calentamiento uniforme sobre un área amplia. Adicionalmente, incluso cuando el objeto que va a ser calentado está dispuesto en una posición lejos del eje central del quemador, se puede realizar un calentamiento uniforme con excelente eficiencia de transferencia de calor.
Breve descripción de dibujos
La figura 1 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador de acuerdo con una realización de la presente invención, y es una vista en planta que muestra un ejemplo de una relación posicional entre una salida central de expulsión de fluido y cada salida periférica de expulsión de fluido.
La figura 2 es un diagrama que muestra esquemáticamente el quemador de acuerdo con la realización de la presente invención, y es una vista en sección transversal del quemador tomada a lo largo de la línea E-E mostrada en la figura 1.
La figura 3 es un diagrama que muestra esquemáticamente el quemador de acuerdo con la realización de la presente invención, y las figuras 3A y 3B son diagramas conceptuales que muestran el estado de oscilación de la dirección de expulsión del fluido central en el quemador mostrado en las figuras 1 y 2.
La figura 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador de acuerdo con otra realización de la presente invención, y es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una relación posicional entre el quemador y un objeto que va a ser calentado.
La figura 5 es un diagrama que muestra esquemáticamente un quemador y un método de calentamiento usando un quemador de acuerdo con una realización de la presente invención, y muestra un ejemplo de una relación posicional entre una llama formada por el quemador y un objeto que va a ser calentado desde la dirección superior.
La figura 6 es un gráfico que muestra una relación entre una distancia desde una superficie de punta del quemador y una cantidad de transferencia de calor en el quemador de ejemplo y ejemplos comparativos.
Descripción detallada de la invención
De aquí en adelante, se describirá un quemador y un método para calentar usando un quemador que es una realización de acuerdo con la presente invención con referencia a las figuras 1 a 6 según sea apropiado. En los dibujos usados en la siguiente descripción, con el fin de hacer las características fáciles de entender, las características pueden ampliarse en aras de conveniencia, y la relación dimensional de cada componente puede limitarse a la misma que la real. Además, los materiales y similares ejemplificados en la siguiente descripción son simplemente ejemplos, y la presente invención no se limita necesariamente a ellos, y puede cambiarse e implementarse apropiadamente sin cambiar la esencia de la invención.
Se puede usar un quemador y un método para calentar usando un quemador de acuerdo con la presente invención para, por ejemplo, calentar un producto intermedio (tocho, palanquilla, o planchón) a aproximadamente 1,200°C usando un horno de calentamiento en un proceso de producción de hierro.
<Quemador>
De aquí en adelante, se describirá en detalle la estructura del quemador y el método para calentar usando un quemador de acuerdo con la presente invención.
[Estructura de quemador]
Las figuras 1 a 4 son diagramas para explicar la estructura de un quemador 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. La figura 1 es una vista en planta que muestra un ejemplo de la relación posicional entre la salida central de expulsión de fluido y cada salida periférica de expulsión de fluido. La figura 2 es una vista en sección transversal (vista en sección transversal) del quemador mostrado en la figura 1 cuando el quemador 1 está cortado por la línea E-E mostrada en la figura 1. La figura 3 es un diagrama que muestra un estado de oscilación de la dirección de expulsión de fluido en el quemador 1 de acuerdo con la realización de la presente invención. La figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de la relación posicional entre el quemador y el objeto que va a ser calentado. Además, desde las figuras 1 a 4 son diagramas esquemáticos que muestran la relación de disposición y tamaño de cada salida y abertura de expulsión de fluido, y similares, algunas de las partes detalladas tales como paredes no se muestran en las figuras 1 a 4 (y figura 5 descrita en el ejemplo).
Como se muestra en las figuras 1 a 4, el quemador 1 de acuerdo con la presente realización expulsa al menos uno de un gas de soporte a combustión y un gas combustible desde cada una de una pluralidad de salidas de expulsión de fluido proporcionadas en la superficie de punta del quemador 1, y los quema.
Específicamente, como se muestra en la figura 1, el quemador 1 de la presente realización incluye una pluralidad de salidas de expulsión de fluido, tales como una salida 2 central de expulsión de fluido, una primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, una segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y una tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido.
Como se muestra en la figura 2, se proporciona un par de una primera abertura 62a y una segunda abertura 62b en las paredes 61 laterales de la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido en el lado corriente arriba de la salida 2 central de expulsión de fluido en posiciones mirando entre sí. Un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b están comunicadas entre sí a través de un tubo 7 de comunicación.
Además, la distancia entre un par de una primera pared 63a lateral y una segunda pared 63b lateral que forman la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido ubicada en el lado corriente abajo de la primera y segunda aberturas 62a y 62b se expande gradualmente hacia el lado corriente abajo (de aquí en adelante, la dirección que indica la distancia entre la primera pared 63a lateral y la segunda pared 63b lateral se denominará como "la dirección de expansión (de la salida 2 central de expulsión de fluido)). Es decir, cuando el quemador 1 se ve desde arriba, la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido ubicada corriente abajo de la primera y segunda aberturas 62a y 62b tiene una conformación de abanico.
La primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está dispuesta alrededor de la salida 2 central de expulsión de fluido.
La segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una posición en la cual la distancia entre el centro de la misma y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido, y en la dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido.
La tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una posición en la cual la distancia entre el centro de la misma y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la segunda salida 2 periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido, y en la dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido.
Además, como se muestra en la figura 1, en el quemador 1 de la presente realización, una pluralidad de las segundas salidas 4 periféricas de expulsión de fluido y las terceras salidas 5 periféricas de expulsión de fluido están dispuestas a lo largo de la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido. En la presente realización, se proporcionan dos de cada una de la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido.
En el quemador 1 de la presente realización, el gas de soporte a combustión y el gas combustible se expulsan por separado desde la salida 2 central de expulsión de fluido y desde la primera a tercera salidas 3, 4, y 5 periférica de expulsión de fluido. Sin embargo, cualquier gas puede ser expulsado desde cualquier salida de expulsión.
Por ejemplo, el gas combustible puede expulsarse desde la salida 2 central de expulsión de fluido, y el gas de soporte a combustión puede expulsarse desde la primera a tercera salidas 3, 4, y 5 periféricas de expulsión de fluido.
La salida 2 central de expulsión de fluido está configurada como una abertura (boquilla) que expulsa gas al exterior suministrando el gas de soporte a combustión o el gas combustible desde la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido en el lado corriente arriba.
Como se describirá más adelante, la salida 2 central de expulsión de fluido tiene una conformación rectangular debido a que la sección transversal de la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido perpendicular a la dirección de flujo de fluido (gas) es sustancialmente rectangular.
Al conectar una línea de suministro de fluido central (no se muestra) a un puerto 6a de introducción, ya sea el gas de soporte a combustión o el gas combustible se introduce en la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido y se expulsa desde la salida 2 central de expulsión de fluido.
Como se describió anteriormente, la sección transversal de la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido en la dirección ortogonal a la dirección de flujo de fluido (gas) es sustancialmente rectangular. La superficie lateral sustancialmente rectangular está formada por un par de las paredes 61 y 61 laterales descritas anteriormente. Las paredes 61 y 61 laterales están provistas de un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b de tal manera que miren entre sí. Además, como se muestra en la figura 2, un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b están comunicadas entre sí a través del tubo 7 de comunicación.
Como se describió anteriormente, las superficies laterales de la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido ubicadas en el lado corriente abajo de la primera y segunda aberturas 62a y 62b están formadas por un par de la primera y segunda paredes 63a y 63b laterales. El intervalo entre la primera y segunda paredes 63a y 63b laterales se expande gradualmente hacia el lado corriente abajo.
La sección transversal a lo largo de la dirección de flujo de fluido (gas) de la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido ubicada corriente abajo de la primera y segunda aberturas 62a y 62b tiene una conformación de abanico. Es decir, están dispuestos un par de la primera y segunda paredes 63a y 63b laterales que tienen una sección transversal sustancialmente en forma de V a lo largo de la dirección de flujo de fluido (gas).
Por otro lado, la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido ubicada en el lado corriente arriba de la primera y segunda aberturas 62a y 62b está formada como una trayectoria 64 de flujo en forma de tubo rectangular en la cual el espacio entre las paredes 61 y 61 laterales opuestas se extiende sustancialmente en paralelo. La sección transversal a lo largo de la dirección de flujo de fluido (gas) es sustancialmente rectangular.
El quemador 1 de la presente realización puede generar la denominada oscilación autoinducida de una boquilla de cambio repentino en el gas de soporte a combustión o el gas combustible expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido disponiendo un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b para mirar entre sí en un par de las paredes 61 y 61 laterales que forman una trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido, y que conectan un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b mediante el tubo 7 de comunicación.
Es decir, como se muestra en las figuras 3A y 3B, cuando el fluido (el gas de soporte a combustión o el gas combustible) que fluye desde la trayectoria 64 de flujo ubicada corriente arriba de la primera y segunda aberturas 62a y 62b pasa entre un par de la primera y segunda aberturas 62a, 62b, y fluye entre un par de la primera y segunda paredes 63a, 63b laterales que tienen una conformación de abanico seccional, el fluido se expulsa desde la salida 2 central de expulsión de fluido mientras se autoinduce una oscilación para entrar en contacto alternativamente con la primera pared 63a lateral y la segunda pared 63b lateral. Además, una flecha R en la figura 1 significa la dirección de oscilación autoinducida del fluido.
Nótese que la amplitud y frecuencia del fluido debido a la oscilación autoinducida varían dependiendo de diversas condiciones tales como las dimensiones de la primera y segunda aberturas 62a y 62b, un par de la primera y segunda paredes 63a y 63b laterales, y el tubo 7 de comunicación, y la velocidad de flujo del fluido.
Por lo tanto, ajustando apropiadamente las dimensiones de estas porciones, el fluido expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido puede oscilar en un ángulo y frecuencia deseados dentro de un cierto rango.
Como se describió anteriormente, la oscilación autoinducida por la boquilla de cambio repentino se puede generar conectando un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b a través del tubo 7 de comunicación, pero también es posible generar proporcionando un mecanismo de control de presión (no se muestra) al tubo 7 de comunicación. Al proporcionar tal mecanismo de control de presión, por ejemplo, cuando la presión de la primera abertura 62a es menor que la presión estática, la presión puede invertirse alternativamente de tal manera que la presión de la segunda abertura 62b sea mayor que la presión estática. De este modo, invirtiendo alternativamente las presiones de un par de la primera y segunda aberturas 62a y 62b, la dirección de expulsión del fluido (el gas de soporte a combustión o el gas combustible) expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido se cambia periódicamente, y se puede generar la oscilación autoinducida explicada anteriormente.
Más específicamente, cuando la presión de la primera abertura 62a se hace más baja que la presión estática, y la presión de la segunda abertura 62b dispuesta en la posición opuesta se hace más alta que la presión estática usando un mecanismo de control de presión (no se muestra), como se muestra en la figura 3A, el fluido se expulsa mientras que está inclinado hacia la primera pared 63a lateral.
Cuando la presión de la primera abertura 62a se hace más alta que la presión estática, y la presión de la segunda abertura 62b se hace más baja que la presión estática, el fluido se expulsa mientras que está inclinado hacia la segunda pared 63b lateral.
El quemador 1 de la presente realización puede expulsar el fluido desde la salida 2 central de expulsión de fluido cambiando periódicamente la dirección de expulsión de fluido mediante la configuración y operación descritas anteriormente.
Nótese que el ángulo de apertura de un par de la primera y segunda paredes 63a y 63b laterales en la trayectoria 6 de flujo de expulsión de fluido mostrada en la figura 2, es decir, el ángulo de apertura a de la salida 2 central de expulsión de fluido no está particularmente limitado. Lo que es necesario es simplemente poner en consideración el ángulo de apertura de la llama deseada. Sin embargo, con el fin de generar de manera estable una oscilación en la dirección de expulsión de fluido y lograr un calentamiento uniforme, el ángulo de apertura a es preferiblemente 90° o menos.
Como se muestra en la figura 1, la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está dispuesta alrededor de la salida 2 central de expulsión de fluido para rodear la salida 2 central de expulsión de fluido.
La primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está conectada a una línea de suministro de fluido periférico no se muestra en las figuras, y ya sea se introduce el gas de soporte a combustión o el gas combustible. De esa manera, la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está configurada como una abertura (boquilla) que expulsa cualquier gas.
Aquí, "la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está dispuesta alrededor de la salida 2 central de expulsión de fluido" significa que la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está dispuesta para rodear la salida 2 central de expulsión de fluido, y que la salida 2 central de expulsión de fluido y la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido están dispuestas en posiciones adyacentes.
Al disponer la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido con respecto a la salida 2 central de expulsión de fluido como se describió anteriormente, el gas de soporte a combustión puede ser expulsado desde una posición adyacente a la posición en la cual se expulsa el gas combustible.
En la presente realización, la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido está dispuesta para rodear la salida 2 central de expulsión de fluido, de tal manera que el fluido central expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido (por ejemplo, el gas combustible) y el fluido periférico (por ejemplo, el gas de soporte a combustión) expulsado desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido se mezclan efectivamente. Además, dado que el fluido se expulsa desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido hacia la periferia exterior de la llama, la región de reducción se extiende, y se obtiene el efecto de mejorar la eficiencia de combustión cuando se forma la llama.
Como se muestra en la figura 1, la conformación de la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido puede ser una conformación rectangular dispuesta alrededor de la salida 2 central de expulsión de fluido, pero no se limita a una conformación rectangular, y puede ser una conformación circular. Además, la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido puede estar configurada para rodear la salida 2 central de expulsión de fluido con una pluralidad de aberturas (orificios).
Como se describió anteriormente, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una posición en la cual la distancia entre el centro de la misma y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido, y en una dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido. En otras palabras, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido está prevista en el lado periférico exterior de la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido y en una dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido.
Además, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido, en el ejemplo mostrado en la figura 1, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido está dispuesta debajo de la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido (lado inferior en dirección longitudinal en la figura 1). Es decir, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una dirección ortogonal a la dirección de oscilación autoinducida del fluido central expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido. Además, una pluralidad de las segundas salidas 4 periféricas de expulsión de fluido están dispuestas a lo largo de la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido. En el ejemplo mostrado en la figura 1, dos segundas salidas 4 periféricas de expulsión de fluido están dispuestas igualmente a través de una línea central S ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido.
La conformación de la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido no está particularmente limitada, pero puede ser, por ejemplo, una conformación de rendija o una conformación rectangular además de la conformación circular mostrada en la figura 1.
La tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una posición en la cual la distancia entre el centro de la misma y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido. Además, la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en la dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido. En el ejemplo mostrado en la figura 1, la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido está dispuesta debajo de la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido (lado inferior en la dirección longitudinal en la figura 1).
Es decir, la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una dirección ortogonal a la dirección de oscilación autoinducida del fluido central expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido, de manera similar a la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido.
De manera similar a la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una pluralidad a lo largo de la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido. En el ejemplo mostrado en la figura 1, dos terceras salidas 5 periféricas de expulsión de fluido están dispuestas igualmente a través de la línea central S de la salida 2 central de expulsión de fluido.
La conformación de la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido no está particularmente limitada similar a la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, sino que puede ser, por ejemplo, una conformación de rendija o una conformación rectangular además de la conformación circular mostrada en la figura 1.
Aquí, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido se abren preferiblemente entre la salida 2 central de expulsión de fluido y un objeto 50 que va a ser calentado que se describe más adelante, como se muestra en la figura 4.
Al disponer la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido como se describió anteriormente, los fluidos periféricos A, B, y C expulsados desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido, respectivamente, pueden mezclarse de una manera gradual con el fluido central D expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido, y quemarse.
En la presente realización, al mezclar y quemar el fluido central D y los fluidos periféricos A, B y C, es decir, al mezclar y quemar el gas combustible y el gas de soporte a combustión se realizan como se describió anteriormente, la longitud de llama puede extenderse y la llama puede formarse en una posición cercana al objeto que va a ser calentado.
Además, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido están previstas en dos lugares en el ejemplo mostrado en las figuras 1 y 4. Sin embargo, el número de estas disposiciones no está particularmente limitado, y puede determinarse apropiadamente en consideración de, por ejemplo, la velocidad de flujo o tasa de flujo del gas combustible o el gas de soporte a combustión.
En el quemador 1 de la presente realización, los intervalos entre la salida 2 central de expulsión de fluido, la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido no están particularmente limitados y pueden determinarse apropiadamente en consideración de, por ejemplo, la velocidad de flujo o tasa de flujo del gas combustible o el gas de soporte a combustión.
Por otro lado, en la presente realización, como se muestra en la figura 1, cuando el diámetro equivalente de la salida 2 central de expulsión de fluido es L, la distancia de centro a centro desde la salida 2 central de expulsión de fluido hasta la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido es L<b>, y la distancia de centro a centro desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido hasta la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido es L<b>-<c>, es más preferible que estas relaciones satisfagan las siguientes expresiones (1) y (2).
L<b>^ 15 L ......... (1)
L<b>-<c>= 15L ......... (2)
Como se describió anteriormente, al establecer la distancia de centro a centro LB entre la salida 2 central de expulsión de fluido y la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la distancia de centro a centro LB-C entre la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido a 15 veces o menos el diámetro equivalente L de la salida 2 central de expulsión de fluido, la distancia entre las salidas periféricas de expulsión de fluido con respecto al tamaño de la salida 2 central de expulsión fluido se convierte en un rango óptimo.
Es decir, al optimizar la distancia entre la salida 2 central de expulsión de fluido y la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la distancia entre la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido, cuando cada uno de los fluidos periféricos A, B, y C (por ejemplo, el gas de soporte a combustión) se mezcla secuencialmente de una manera gradual con el fluido central D (por ejemplo, el gas combustible), los fluidos se mezclan en un equilibrio que optimiza la tasa de flujo y velocidad de flujo de cada fluido. Como resultado, se puede obtener de manera más notable el efecto de extender la longitud de llama como se describió anteriormente, y la llama se puede formar en una posición más cercana al objeto que va a ser calentado.
Cuando la distancia de centro a centro LB y la distancia de centro a centro LB-C exceden 15 veces el diámetro equivalente L de la salida 2 central de expulsión de fluido, la distancia entre la salida 2 central de expulsión de fluido y la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la distancia entre la segunda expulsión 4 periférica de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido es demasiado grande para el tamaño de la salida 2 central de expulsión de fluido. Por esta razón, cuando cada fluido periférico (por ejemplo, el gas de soporte a combustión) se mezcla con el fluido central (por ejemplo, el gas combustible) secuencialmente de una manera gradual, el fluido no se puede mezclar mientras que se mantiene un equilibrio óptimo entre la tasa de flujo y velocidad de flujo de cada fluido, y el efecto de extender la longitud de llama es difícil de obtener. Además, puede resultar difícil formar una llama en una posición cercana al objeto que va a ser calentado 50.
El diámetro equivalente L de la salida 2 central de expulsión de fluido se refiere al tamaño de abertura de la salida 2 central de expulsión de fluido en una dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido como se muestra en la figura 1.
Nótese que en el quemador de la presente realización, es preferible que la cantidad del fluido central D expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido y la cantidad de cada uno de los fluidos periféricos A, B, y C expulsados desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido se pueden controlar individualmente. Aunque se omite la ilustración detallada como un método para controlar individualmente la cantidad de cada fluido expulsado, por ejemplo, se menciona un método para proporcionar un dispositivo de control de tasa de flujo en cada línea que está conectada a cada salida de expulsión y suministra cada fluido.
[Método para combustión en quemador]
A continuación, se describirá un método para quemar el quemador 1 de la presente realización que tiene la configuración anterior.
Aunque se omite la ilustración detallada, el quemador 1 de la presente realización usa el gas combustible como fluido central D expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido, y el gas de soporte a combustión como el fluido periférico A, B, y C expulsado desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido, y forma una llama en la dirección de expulsión del gas combustible (el fluido central D).
Ejemplos del gas combustible incluyen gas natural (LNG), pero se puede usar combustible líquido tal como petróleo pesado.
Ejemplos del gas de soporte a combustión incluyen un gas mixto de oxígeno y aire. Como el gas mixto, por ejemplo, se puede usar gas nitrógeno, gas dióxido de carbono, gas de escape, o similares en lugar del aire, y este se puede mezclar con oxígeno. Además, como oxígeno usado para el gas mezclado, se puede usar oxígeno puro industrial.
Cuando se quema el quemador 1 de la presente realización, como se describió anteriormente, el gas combustible expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido se expulsa mientras que se cambia alternativa y periódicamente la dirección de expulsión mediante oscilación autoinducida (figura 3A y 3b ). En este momento, el gas de soporte a combustión (fluido periférico A) es expulsado hacia el gas combustible (fluido central D) expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido en un ángulo que cambia periódicamente desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido para envolver el gas combustible y contribuye a la formación de la llama.
Luego, el gas de soporte a combustión (fluido periférico B) se expulsa desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y además el gas de soporte a combustión (fluido periférico C) se expulsa desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido hacia la llama.
Como se describió anteriormente, los fluidos periféricos A, B, y C, que son los gases de soporte a combustión, son expulsados secuencialmente hacia el fluido central D, que es el gas combustible, de tal manera que se mejora la eficiencia de combustión, y la cantidad de emisiones de NOx pueden reducirse efectivamente. Además, se mejora la eficiencia de transferencia de calor mediante la llama y se vuelve posible calentar el objeto que va a ser calentado 50 (refiérase a figura 4) uniformemente.
Además, el período de conmutación de la dirección de expulsión mediante la oscilación autoinducida del gas combustible (el fluido central D) expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido no está particularmente limitado. El período de conmutación se puede establecer según sea apropiado en tanto que pueda calentarse uniformemente con una excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición lejos del eje central J del quemador 1.
De acuerdo con el quemador 1 de la presente realización, es posible obtener tanto el efecto de calentar uniformemente en un área amplia como el efecto de obtener una alta eficiencia de transferencia de calor hasta una posición lejos del eje central J del quemador combinando una configuración que oscila la llama mediante oscilación autoinducida y una configuración que optimiza la disposición de cada salida de expulsión de fluido.
Además, dado que la tasa de flujo y velocidad de flujo del gas de soporte a combustión (fluido periférico A, B, C) expulsado desde cada salida 3, 4, 5 periférica de expulsión de fluido se pueden ajustar a un equilibrio óptimo, se mantiene un buen estado de combustión, y por lo tanto, es posible suprimir la cantidad de emisión de NOx.
[Método para calentar usando quemador]
Un método para calentar de acuerdo con la presente invención es un método para calentar un objeto que va a ser calentado 50 usando el quemador 1 de acuerdo con la presente invención que tiene la configuración descrita anteriormente.
Dado que el método para calentar de la presente realización es un método para calentar un objeto que va a ser calentado usando el quemador 1, cuando se calienta el objeto que va a ser calentado mediante la llama que oscila mediante oscilación autoinducida, se suprime la cantidad de emisión de NOx, e incluso en una posición lejos del eje central J del quemador 1, puede calentar uniformemente en un área amplia.
El objeto que va a ser calentado en el método de calentamiento de la presente realización no está particularmente limitado. Ejemplos del objeto que va a ser calentado incluyen productos intermedios que necesitan calentarse usando un horno de calentamiento en el proceso de producción de hierro descrito anteriormente, tales como tochos, palanquillas, o planchones. En la figura 5, se muestra un tocho prismático como el objeto que va a ser calentado 50.
El método para calentar de la presente realización es un método de calentamiento del objeto que va a ser calentado 50 tal como un tocho como se ilustra en las figuras 4 y 5 usando el quemador 1. Por consiguiente, diversos objetos que van a ser calentados se pueden calentar uniformemente en un área amplia, y la alta eficiencia de transferencia de calor se puede obtener hasta una posición lejos del eje central J del quemador (el eje central en la dirección de expulsión de fluido). Además, se puede suprimir la cantidad de emisión de NOx.
En el método para calentar de la presente realización, cuando las relaciones de la tasa de flujo de los fluidos periféricos A, B, y C expulsados desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido con respecto a la tasa de flujo total de los fluidos periféricos A, B, y C son QA, QB, y Qc, estas relaciones están preferiblemente en los rangos representados por las siguientes fórmulas (3), (4) y (5), respectivamente.
Q<a>= 0.05-0.20
Q<b>= 0.20-0.80
Q c= 0.20-0.80
En la presente realización, las relaciones QA, QB, y Qc de los fluidos periféricos A, B, y C se establecen en las relaciones anteriores, de tal manera que los fluidos se mezclan con un equilibrio de tasa de flujo más óptimo, y se vuelve posible formar una llama con mayor eficiencia de combustión. Es decir, como se expresa mediante las fórmulas (3) a (5) anteriores, cada fluido se puede mezclar y quemar en un equilibrio de tasa de flujo más óptimo estableciendo la relación Q<a>del fluido periférico A inicialmente mezclado con el fluido central D expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido hasta reducirse ligeramente, y la relación QB del fluido periférico B y la relación Qc del fluido periférico C igual a o mayor que la relación QA del fluido periférico A.
En el método para calentar de la presente realización, cuando la velocidad de flujo del fluido central D expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido es V, y las velocidades de flujo de los fluidos periféricos B y C expulsados desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido son V<b>y Vc, es más preferible que V, V<b>, y Vc satisfagan la siguiente fórmula (6).
V ^ V B = V c = 8V ........ (6)
En la presente realización, la velocidad de flujo V del fluido central D, la velocidad de flujo VB del fluido periférico B, y la velocidad de flujo Vc del fluido periférico C se establecen para satisfacer la relación representada por la fórmula (6) anterior, de tal manera que cada fluido pueda mezclarse con un equilibrio de velocidad de flujo más óptimo, y se pueda formar una llama con mejor eficiencia de combustión.
El objeto que va a ser calentado mediante el método para calentar usando el quemador 1 de la presente realización no se limita al producto intermedio usado en el proceso de producción de acero como se describió anteriormente. Por ejemplo, en el caso de calentar diversos objetos que van a ser calentados que requieren alta temperatura y calentamiento uniforme, la presente invención se puede aplicar sin ninguna limitación.
<Efectos>
Como se explicó anteriormente, el quemador 1 de la presente realización incluye: la salida 2 central de expulsión de fluido; la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido dispuesta alrededor de la salida 2 central de expulsión de fluido; la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido dispuesta en una posición en la cual la distancia entre el centro de la misma y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido, y en una dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido; y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido dispuesta en una posición en la cual la distancia entre el centro de la misma y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la segunda salida 2 periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida 2 central de expulsión de fluido, y en la dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido.
De esta manera, en el quemador 1 que oscila la llama mediante oscilación autoinducida, se proporcionan la salida 2 central de expulsión de fluido, y la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido dispuesta alrededor de la salida 2 central de expulsión de fluido, y la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido están provistas además en una posición optimizada. Por esta razón, el fluido central D y los fluidos periféricos A, B, y C pueden mezclarse y quemarse en etapas. Como resultado, la tasa de flujo y velocidad de flujo de cada uno de los fluidos periféricos A, B, y C expulsados desde la primera a la tercera salidas 3, 4, y 5 periféricas de flujo se pueden ajustar hasta un equilibrio óptimo. Además, se mantiene un estado de combustión favorable, y se aumenta la eficiencia de transferencia de calor. Incluso cuando se acelera la oscilación de la llama debido a la oscilación autoinducida, se puede asegurar la longitud de la llama que va a ser formada.
Por lo tanto, cuando se calienta el objeto que va a ser calentado 50, es posible suprimir la cantidad de emisión de NOx y calentar uniformemente el área amplia incluso en una posición lejos del eje central J del quemador 1.
Además, dado que el método para calentar usando un quemador de la presente realización es un método para calentar usando el quemador 1 que tiene la configuración descrita anteriormente, de manera similar a lo anterior, es posible calentar uniformemente el área amplia mediante el quemador con oscilación autoinducida y calentar uniformemente con excelente eficiencia de transferencia de calor incluso cuando el objeto que va a ser calentado está dispuesto en una posición lejos del eje central J del quemador 1.
Ejemplos
De aquí en adelante, el quemador y el método para calentar usando un quemador de acuerdo con la presente invención se describirán con más detalle con referencia a ejemplos, pero la presente invención no se limita al siguiente ejemplo, y puede modificarse e implementarse apropiadamente sin cambiar la esencia de la invención.
Especificaciones de quemador y condiciones de operación>
En el ejemplo, fue preparado un quemador 1 que tiene una estructura como se muestra en las figuras 1 a 4, y fue llevada a cabo una prueba de combustión bajo las siguientes condiciones.
En el ejemplo, el ángulo de apertura a de la salida 2 central de expulsión de fluido del quemador 1 mostrado en la figura 2 fue ajustado a 30°. Además, en el ejemplo, la distancia de centro a centro L<b>desde la salida 2 central de expulsión de fluido hasta la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido, y la distancia de centro a centro L<b>-<c>desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido hasta la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido fueron ajustadas como se muestra en la tabla 1 a continuación.
En el ejemplo, fue usado gas propano como el gas combustible, y fue usado aire enriquecido con oxígeno que tenía una tasa de enriquecimiento de oxígeno de 40% como el gas de soporte a combustión. El gas combustible fluyó hacia la salida 2 central de expulsión de fluido, el gas de soporte a combustión fluyó hacia la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido, la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido para formar una llama.
Las condiciones de operación de quemador fueron como sigue: la tasa de flujo del gas combustible (gas propano) fue 13 Nm3/h, la tasa de flujo del gas de soporte a combustión fue 170 Nm3/h, y la combustión fue realizada con una relación de oxígeno de 1.05. Además, la relación de oxígeno se refiere a la proporción de oxígeno cuando la cantidad de oxígeno necesaria para la combustión completa del gas combustible era 1.
Además, el período de oscilación del gas combustible por la oscilación autoinducida en la salida 2 central de expulsión de fluido fue de 1 segundo.
<Condiciones de calentamiento>
En el ejemplo, la eficiencia de transferencia de calor por convección en dos direcciones ortogonales a la dirección de oscilación de fluido R, es decir, dos direcciones ortogonales a la dirección de expansión de la salida 2 central de expulsión de fluido fue evaluada midiendo la temperatura de superficie del cuerpo de retiro de calor usando un cuerpo de retiro de calor como una alternativa al objeto que va a ser calentado 50 mostrado en las figuras 4 y 5. Es decir, como se muestra en la figura 4, cuando el diámetro equivalente de la salida 2 central de expulsión de fluido es L, fueron dispuestos varios cuerpos de retiro de calor en una posición 30 L lejos del centro de la salida 2 central de expulsión de fluido hacia el lado inferior del quemador 1, fue medida la temperatura de superficie de los cuerpos de retiro de calor.
En el ejemplo, las relaciones Q<a>, Q<b>, y Qc de la tasa de flujo de los fluidos periféricos A, B, y C expulsados desde la primera a la tercera salidas 3, 4, 5 periféricas de expulsión de fluido con respecto a la tasa de flujo total, y la velocidad de flujo V del fluido central D expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido, las velocidades de flujo V<b>y Vc de los fluidos periféricos B y C expulsados desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido fueron ajustadas como se muestra en la tabla 1 a continuación.
En el ejemplo, el estado de combustión y la cantidad de emisión de NOx fueron evaluadas bajo las condiciones anteriores, y los resultados se muestran en la tabla 1 a continuación. Aquí, la cantidad de emisión de NOx se indica mediante un valor calculado de 11% de oxígeno.
Además, en la evaluación del estado de combustión que se muestra en la tabla 1 a continuación, "Bueno" indica que el estado de combustión es bueno e "Inferior" indica que el estado de combustión es inferior (hay combustión incompleta y a menudo se forma hollín).
Además, en el ejemplo, fue llevada a cabo una prueba mientras que se cambiaba la distancia entre la superficie de quemador y la superficie de medición, y fue evaluada la eficiencia de transferencia de calor por convección en la dirección axial del quemador. La relación entre la distancia desde la superficie de quemador y la cantidad de transferencia de calor en los ejemplos y ejemplos comparativos 1, 2, 6, 7, y 9 se muestra en el gráfico de la figura 6.
[Tabla 1]
Como se muestra en el gráfico de la figura 6, fue obtenida una mayor eficiencia de transferencia de calor en el ejemplo en comparación con los ejemplos comparativos 1, 2, 6, 7, y 9.
Se considera que el gas combustible expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido fue mezclado con el gas de soporte a combustión expulsado desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido para elevar la temperatura de la llama, el gas combustible restante fue mezclado además con el gas de soporte a combustión expulsado desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido para elevar la temperatura de la llama, la llama de alta temperatura fue formada en una posición cercana al cuerpo de retiro de calor, y fue aumentada la eficiencia de transferencia de calor por radiación.
Además, a partir de los resultados mostrados en la tabla 1, se puede entender que la concentración del NOx agotado también estaba en un nivel bajo en el ejemplo. Se concibe que esto es causado por el efecto de la denominada combustión por etapas, en la cual el gas de soporte a combustión se inyecta en el gas combustible a una alta velocidad desde una distancia, de tal manera que el gas combustible se quema gradualmente para lograr una combustión lenta y reduce gradualmente la cantidad de generación de NOx.
En el ejemplo comparativo 1, la evaluación fue realizada en las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que el gas de soporte a combustión fue expulsado solamente desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido. En otras palabras, en el ejemplo comparativo 1, la evaluación fue llevada a cabo en condiciones usando un quemador de oscilación autoinducida convencional.
Como se muestra en el gráfico de la figura 6 y la tabla 1, en el ejemplo comparativo 1, la eficiencia de transferencia de calor fue baja, y la concentración de NOx fue alta en comparación con el ejemplo.
En el ejemplo comparativo 2, la evaluación fue realizada en las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que el gas de soporte a combustión fue expulsado solamente desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido y la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido.
Como se muestra en el gráfico de la figura 6, se puede entender que, en el ejemplo comparativo 2, aunque la eficiencia de transferencia de calor fue mejorada en comparación con el ejemplo comparativo 1, la eficiencia de transferencia de calor no alcanzó la eficiencia de transferencia de calor en el ejemplo. Se concibe que en el ejemplo comparativo 2, aunque fue formada una llama de alta temperatura, la distancia entre la llama y el cuerpo de retiro de calor era grande, de tal manera que la transferencia de calor radiante no aumentó de manera suficiente. Además, como se muestra en la tabla 1, en el ejemplo comparativo 2, la concentración de NOx fue relativamente alta.
En el ejemplo comparativo 3, la evaluación fue realizada en las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que el gas de soporte a combustión fue expulsado solamente desde la primera salida 3 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 3, fue confirmado que fue formada una gran cantidad de hollín en el horno de prueba en el cual estaba dispuesto el quemador, y que el estado de combustión era pobre como se muestra en la tabla 1. Se concibe que el gas combustible expulsado desde la salida 2 central de expulsión de fluido no fue mezclado suficientemente con el gas de soporte a combustión expulsado desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido, dando como resultado combustión incompleta.
En el ejemplo comparativo 4, la evaluación fue realizada bajo las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que el gas de soporte a combustión fue expulsado solamente desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 4, como en el ejemplo comparativo 3, fue confirmado que fue formada una gran cantidad de hollín en el horno de prueba provisto con el quemador, y que el estado de combustión era pobre como se muestra en la tabla 1. Fue considerado que la razón de este resultado era la misma que en el ejemplo comparativo 3. En el ejemplo comparativo 4, la retención de llama fue insuficiente, y también fue confirmado que la llama a veces se aleja.
En el ejemplo comparativo 5, la evaluación fue realizada bajo las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que fue reducida la velocidad de expulsión (velocidad de flujo Vb) del gas de soporte a combustión expulsado desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 5, como en los ejemplos comparativos 3 y 4, fue confirmado que fue formada una gran cantidad de hollín en el horno de prueba en el cual estaba dispuesto el quemador. Como se muestra en la tabla 1, el estado de combustión fue pobre. Se considera que esta razón es la misma que en los ejemplos comparativos 3 y 4.
En el ejemplo comparativo 6, la evaluación fue realizada bajo las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que fue aumentada la velocidad de flujo Vb del gas de soporte a combustión expulsado desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 6, aunque no hubo problema en el estado de combustión, la concentración de NOx fue alta. Además, como se muestra en el gráfico de la figura 6, aunque la eficiencia de transferencia de calor fue mejorada hasta aproximadamente la eficiencia de transferencia de calor en el ejemplo comparativo 2, no aumentó. Se concibe que la velocidad de flujo V<b>del gas de soporte a combustión expulsado desde la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido era demasiado rápida en comparación con la velocidad de flujo Vc del gas de soporte a combustión expulsado desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido, por lo que el gas combustible restante y el gas de soporte a combustión desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido no estaban suficientemente mezclados.
En el ejemplo comparativo 7, la evaluación fue realizada bajo las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que fue aumentada la velocidad de flujo Vc del gas de soporte a combustión expulsado desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 7, no hubo problema en el estado de combustión, y también fue suprimida la concentración de NOx. Sin embargo, como se muestra en el gráfico de la figura 6, la eficiencia de transferencia de calor fue reducida en comparación con el ejemplo comparativo 1 descrito anteriormente, es decir, cuando fue usado un quemador convencional. Se concibe que la velocidad de flujo Vc del gas de soporte a combustión expulsado desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido era demasiado rápida, por lo que fue aumentada la contribución de transferencia de calor por convección, el gas de soporte a combustión colisionó con el cuerpo de retiro de calor antes de formar una llama de alta temperatura, y al contrario, la acción de quitar calor del cuerpo de retiro de calor se hizo mayor.
En el ejemplo comparativo 8, la evaluación fue realizada bajo las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que fue aumentada la distancia de centro a centro Lb entre la salida 2 central de expulsión de fluido y la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 8, fue confirmada que fue formada una gran cantidad de hollín en el horno de prueba en el cual estaba dispuesto el quemador, y que el estado de combustión era pobre como se muestra en la tabla 1. Se considera que esta razón es la misma que en el ejemplo comparativo 3 y similares.
En el ejemplo comparativo 9, la evaluación fue realizada bajo las mismas condiciones que en el ejemplo excepto que fue aumentada la distancia de centro a centro Lb-c entre la segunda salida 4 periférica de expulsión de fluido y la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido.
En el ejemplo comparativo 9, como se muestra en el gráfico de la figura 6, la eficiencia de transferencia de calor fue reducida en comparación con el ejemplo comparativo 1 descrito anteriormente, es decir, cuando fue usado un quemador convencional. Se concibe que se produjo la misma acción que en el caso del ejemplo comparativo 7 debido a que la distancia entre el gas de soporte a combustión expulsado desde la tercera salida 5 periférica de expulsión de fluido y el cuerpo de retiro de calor era demasiado corta.
A partir de los resultados descritos anteriormente, se puede entender que el quemador de acuerdo con el ejemplo puede mejorar la eficiencia de transferencia de calor radiante y reducir la cantidad de emisión de NOx en comparación con el quemador de oscilación autoinducida que tiene la estructura convencional. Por lo tanto, está claro que cuando el quemador de acuerdo con el ejemplo y el método para calentar usando un quemador se aplican a, por ejemplo, un horno de calentamiento usado en un proceso de producción de acero, incluso en una posición lejos del eje central del quemador, es posible calentar uniformemente en una amplia área mientras que suprime la cantidad de emisión de NOx.
Aplicabilidad industrial
Cuando se calienta el objeto que va a ser calentado mientras que oscila la llama mediante oscilación autoinducida, el quemador y el método para calentar usando un quemador de la presente invención pueden calentar uniformemente con excelente eficiencia de transferencia de calor incluso en una posición lejos del eje central del quemador. Por lo tanto, el quemador y el método para calentar usando un quemador de acuerdo con la presente invención es muy adecuado para los diversos usos que calientan un objeto que va a ser calentado usando un quemador distinto del horno de calentamiento, etc. que se usan en un proceso de producción de acero.
Explicación de número de referencia
1 quemador
2 salida central de expulsión de fluido
3 primera salida periférica de expulsión de fluido
4 segunda salida periférica de expulsión de fluido
5 tercera salida periférica de expulsión de fluido
6 trayectoria de flujo de expulsión de fluido
6a puerto de introducción
61 (un par de) paredes laterales
62a, 62b (un par de) primera y segunda aberturas
63a primera pared lateral
63b segunda pared lateral
64 trayectoria de flujo (en forma de tubo rectangular)
7 tubo de comunicación
50 objeto que va a ser calentado
D fluido central (gas combustible)
A, B, C fluido periférico (gas de soporte a combustión)
J eje central (de dirección de expulsión de fluido en salida central de expulsión de fluido)
S línea central (línea central ortogonal a dirección de expansión de salida central de expulsión de fluido)
L diámetro equivalente de salida central de expulsión de fluido
L<b>distancia de centro a centro desde la salida central de expulsión de fluido hasta la segunda salida periférica de expulsión de fluido
L<b>-<c>distancia de centro a centro desde la segunda salida periférica de expulsión de fluido hasta la tercera salida periférica de expulsión de fluido
Q<a>, Q<b>, Q<c>relación de tasa de flujo de cada fluido periférico con respecto a tasa de flujo total de fluidos periféricos V, V<b>, V<c>velocidad de flujo (de fluido central o fluido periférico)

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un quemador (1) que está configurado para realizar oscilación autoinducida y expulsar un gas de soporte a combustión que contiene oxígeno y un gas combustible desde cada una de una pluralidad de salidas (2, 3, 4, 5) de expulsión de fluido proporcionadas en la superficie de punta del mismo, y para quemarlos,
en donde
la pluralidad de las salidas (2, 3, 4, 5) de expulsión de fluido comprende una salida (2) central de expulsión de fluido, una primera salida (3) periférica de expulsión de fluido, una segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido, y una tercera salida (5) periférica de expulsión de fluido;
se proporcionan un par de aberturas (62a, 62b) en posiciones mirando entre sí en paredes (61) laterales de una trayectoria (6) de flujo de expulsión de fluido en un lado corriente arriba de la salida (2) central de expulsión de fluido;
el par de aberturas (62a, 62b) están comunicadas entre sí a través de un tubo (7) de comunicación;
un lado corriente abajo de las aberturas (62a, 62b) en la trayectoria (6) de flujo de expulsión de fluido tiene una conformación de sección transversal en la cual un intervalo entre el par de paredes (63a, 63b) laterales en las cuales están dispuestas las aberturas (62a, 62b) se expande gradualmente hacia el lado corriente abajo;
la primera salida (3) periférica de expulsión de fluido está dispuesta alrededor de la salida (2) central de expulsión de fluido;
la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una posición en la cual una distancia entre un centro de la misma y un centro de la salida (2) central de expulsión de fluido es mayor que una distancia entre un centro de la primera salida (3) periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida (2) central de expulsión de fluido, y en una dirección ortogonal a una dirección de expansión de la salida (2) central de expulsión de fluido;
la tercera salida (5) periférica de expulsión de fluido está dispuesta en una posición en la cual una distancia entre un centro de la misma y el centro de la salida (2) central de expulsión de fluido es mayor que la distancia entre el centro de la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido y el centro de la salida (2) central de expulsión de fluido, y en la dirección ortogonal a la dirección de expansión de la salida (2) central de expulsión de fluido; y
la salida (2) central de expulsión de fluido está configurada para expulsar un fluido central D, la primera salida (3) periférica de expulsión de fluido está configurada para expulsar un fluido periférico A, la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido está configurada para expulsar un fluido periférico B, y la tercera salida (5) periférica de expulsión de fluido está configurada para expulsar un fluido periférico C, en donde el fluido periférico A se expulsa para envolver el fluido central D, el fluido periférico B y el fluido periférico C se expulsan además, y de esa manera los fluidos periféricos A, B, y C son expulsados hacia el fluido central D en orden.
2. El quemador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cuando un diámetro equivalente de la salida (2) central de expulsión de fluido es L, una distancia de centro a centro desde la salida (2) central de expulsión de fluido hasta la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido es LB, y una distancia de centro a centro desde la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido hasta la tercera salida (5) periférica de expulsión de fluido es LB-C, L, LB, y LB-C satisfacen las siguientes expresiones (1) y (2).
L<b>^15L .........(1)
L<b>-<c>= 15L ......... (2)
3. El quemador de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido y la tercera salida (5) periférica de expulsión de fluido están dispuestas respectivamente en una pluralidad a lo largo de la dirección de expansión de la salida (2) central de expulsión de fluido.
4. Un método para calentar usando un quemador,
en donde un objeto que va a ser calentado se calienta usando el quemador (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
cuando relaciones de una tasa de flujo de los fluidos periféricos A, B, y C con respecto a una tasa de flujo total de los fluidos periféricos A, B, y C son QA, QB, y QC, y
estas relaciones están en rangos representados por las siguientes fórmulas (3), (4) y (5), respectivamente.
Q<a>= 0.05 ~ 0.20 ........ (3)
Q<b>= 0.20 ~ 0.80 ........ (4)
Qc = 0.20 ~ 0.80 ........ (5)
5. El método para calentar usando un quemador de acuerdo con la reivindicación 4, en donde cuando una velocidad de flujo de un fluido central D expulsado desde la salida (2) central de expulsión de fluido es V, y las velocidades de flujo de los fluidos periféricos B y C expulsados desde la segunda salida (4) periférica de expulsión de fluido y la tercera salida (5) periférica de expulsión de fluido son V<b>y V<c>, V, V<b>, y V<c>satisfacen la siguiente fórmula (6).
V¿=V B = V c = 8V .........(6)
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