KR101197880B1 - 연속가열로 - Google Patents

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KR101197880B1
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히로토시 우에시마
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쥬가이로 고교 가부시키가이샤
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Abstract

NOX의 발생을 억제하면서 효율적으로 연료를 연소시키는 것이 가능한 연속가열로를 제공한다. 장입 측으로부터 추출 측을 향하여 강재가 반송되는 반송방향으로 복수의 열처리존이 늘어서 마련된 노체(10)와, 반송방향에서의 최상류 측에 마련되고, 노체 내를 반송방향과 반대방향으로 흐르는 노 내 분위기가 흘러드는 연도와, 노체의 측벽(12)에 복수 설치된 버너를 구비한 연속가열로로서, 버너는 노 내에 공기를 공급하는 공기공급구(31)를 종단으로 하는 공기공급로(32)와, 공기공급구의 주위에 간격을 두고 배치되어 노 내에 연료를 공급하는 연료공급구(33a), (33 b)를 종단으로 하는 연료공급로(34)를 구비하고, 버너에서 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 연료공급구를 종단으로 하는 연료공급로는 종단을 향하여 공기공급구 측으로 경사져 있다.

Description

연속가열로 {CONTINUOUS HEATING FURNACE}
본 발명은 노(爐) 내에 연료를 직접 분사하여 완만(緩慢)연소시키는 연소방식의 축열교번(蓄熱交番)버너를 이용한 연속가열로에 관한 것이다.
노 내에 연료를 직접 분사하여 완만연소시키는 연소방식의 축열교번버너를 이용한 연속가열로로서는, 버너의 공기공급구와 연료공급구를 간격을 두고 개구(開口)하고, 공기공급로와 연료공급로를 평행하게 배치한 연속가열로가 알려져 있다. 이와 같은 연속가열로는 공기와 연료를 개별적으로 노 내에 공급해 노 내에서 공기와 연료를 혼합하여 연소함으로써, 연소에 의한 NOX의 발생을 억제하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또, 이와 같은 연속가열로는 강재(鋼材)의 장입(裝入) 측으로부터 예열존, 가열존, 균열(均熱)존이 늘어서 마련되어 있고, 가열존에서 가열된 노 내 분위기를 예열존, 즉 장입 측으로 흘림으로써 발생한 열이 효율적으로 이용되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 연속가열로 내에는 가열존에서 가열된 노 내 분위기를 장입 측으로 흘리도록 장입 측 근방에 연도(煙道)가 마련되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특허 제2683545호 명세서
상기와 같은 연속가열로는 노 내 분위기가 연도를 향하여, 즉, 추출 측으로부터 장입 측을 향하여 노 내를 흐르기 때문에, 버너에서 공기공급구보다 연도 측에 배치된 연료공급구로부터 공급된 연료가 노 내 분위기에 휘몰려 공기공급구로부터 공급된 공기와 혼합되지 않고 연소하지 않는 채 연도로 흐를 우려가 있다. 이 때문에, 미연소의 가스가 배출되어 위험하며, 또 연료가 쓸데없이 소비되거나, 흑연이 발생할 우려가 있다고 하는 과제가 있다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 창안된 것으로서, NOX의 발생을 억제하면서 효율 좋게 연료를 연소시키는 것이 가능한 연속가열로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 연속가열로는, 장입 측으로부터 추출 측을 향하여 강재가 반송되는 반송방향으로 복수의 열처리존이 늘어서 마련된 노체(爐體)와, 반송방향에서의 최상류 측에 마련되고, 상기 노체 내를 반송방향과 반대방향으로 흐르는 노 내 분위기가 흘러드는 연도와, 상기 노체의 측벽에 반송방향을 따라서 복수 배치된 버너를 구비한 연속가열로로서, 상기 버너는 상기 노체 내에 공기를 공급하는 공기공급구를 종단(終端)으로 하는 공기공급로와, 상기 공기공급구의 주위에 당해 공기공급구와 간격을 두고 배치되어 상기 노체 내에 연료를 공급하는 연료공급구를 종단으로 하는 연료공급로를 구비하고, 상기 버너 가운데, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 버너는 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로가 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.
상기 버너 가운데, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 버너를 포함하여, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 열처리존에서 최상류 측으로부터 반송방향으로 늘어선 복수의 상기 버너는 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로가 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.
상기 버너 가운데, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 버너를 포함하여, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 열처리존의 모든 상기 버너는 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로가 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.
경사져 있는 상기 연료공급구로부터 공급된 연료는 상기 공기공급구로부터 공급된 공기의 주변부에서 당해 공급된 공기의 흐름에 합류하도록 공급되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 연속가열로는, 장입 측으로부터 추출 측을 향하여 강재가 반송되는 반송방향으로 복수의 열처리존이 늘어서 마련된 노체와, 상기 반송방향에서의 최상류 측에 마련되고, 상기 노체 내를 상기 반송방향과 반대방향으로 흐르는 노 내 분위기가 흘러드는 연도와, 상기 노체의 측벽에 반송방향을 따라서 복수 배치된 버너를 구비한 연속가열로로서, 상기 버너는 상기 노체 내에 공기를 공급하는 공기공급구를 종단으로 하는 공기공급로와, 상기 공기공급구의 주위에 당해 공기공급구와 간격을 두고 배치되어 상기 노체 내에 연료를 공급하는 연료공급구를 종단으로 하는 연료공급로를 구비하고, 상기 버너에서 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로는 연료가 상기 공기공급구로부터 공급된 공기의 주변부에서 당해 공급된 공기의 흐름에 합류하도록 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 연속가열로에서는 NOX의 발생을 억제하면서, 안전하고 효율 좋게 연료를 연소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 연속가열로의 바람직한 일실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 평면 단면도이다.
도 3은 반송방향에서의 최상류 측에 위치하는 버너를 설명하기 위한 평면 단면도이다.
도 4는 제1 변형예의 연속가열로를 설명하기 위한 평면 단면도이다.
도 5는 제2 변형예의 연속가열로를 설명하기 위한 평면 단면도이다.
도 6은 축열교번버너의 연소형태를 설명하는 설명도이다.
도 7은 본 발명에 관한 연속가열로에 적용되는 버너의 공기공급구와 연료공급구의 위치관계를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명에 관한 연속가열로의 바람직한 일실시형태를, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 연속가열로의 바람직한 일실시형태를 나타내는 종단면도이다. 도 2는 도 1의 평면 단면도이다.
본 실시형태에 관한 연속가열로(1)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 대략 직방체(直方體) 모양의 노체(10)의 길이방향에서의 한쪽의 끝단으로서 강재(F)가 장입되는 장입 측(10a)으로부터 다른 쪽의 끝단으로서 강재(F)가 추출되는 추출 측(10b)을 향하여 열처리존으로서의 예열존(X), 가열존(Y) 및 균열존(Z)이 늘어서 마련되어 있다. 각 열처리존의 경계에는 강재(F)가 통과 가능하게 인접하는 존 사이를 구획하는 구획벽(18)이 마련되어 있다.
강재(F)는 노체(10) 내를 장입 측(10a)으로부터 추출 측(10b)을 향하여 노체(10)의 상하방향에서의 대략 중앙을 수평으로 반송되므로, 장입 측(10a)으로부터 추출 측(10b)으로 향하는 방향이 강재(F)의 반송방향이다.
노체(10) 내에는 반송방향의 최상류 측에 강재(F)의 반송방향과 반대방향으로 흐르는 노 내 분위기가 흘러드는 연도(20)가 마련되어 있다. 이 연도(20)의 끝에는 연돌(煙突)(미도시)이 마련되어 있어 노체(10)의 외부와 연통되어 있다.
또, 예열존(X), 가열존(Y) 및 균열존(Z)의 폭방향으로 대면하는 측벽(12)에는 각각 복수의 버너(30)가 대향시켜서 마련되어 있다. 도 1의 예에서는 각 존(X, Y, Z)의 각각의 측벽(12)에 각각 6개의 버너(30)가, 강재(F)가 반송되는 위치로부터 상측과 하측에 각각 대략 등간격으로 3개씩 설치되고, 상측의 3개의 버너(30)와 하측의 3개의 버너(30)는 각각 반송방향을 따라서 대략 수평으로 늘어서 배치되어 있다. 이들 버너(30)는 대향하여 쌍을 이루는 버너(30)끼리가 연소와 축열을 교호(交互)로 반복하는 축열식 버너이다.
각 버너(30)는 노체(10) 내에 공기를 공급하는 공기공급구(31)를 종단으로 하는 공기공급로(32)와, 공기공급구(31)의 주위에 배치되어 노체(10) 내에 연료를 공급하는 2개의 연료공급구(33)를 종단으로 하는 2개의 연료공급로(34)로 구성되어 있다. 각 버너(30)가 가지는 공기공급구(31)와 2개의 연료공급구(33)는 강재(F)의 반송방향을 따라서 대략 수평으로 위치하도록 배치되며, 2개의 연료공급구(33)는 강재(F)의 반송방향에서 공기공급구(31)의 상류 측과 하류 측에 각각, 공기공급구(31)와 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 공기공급로(32)는 공기공급구(31)로부터 대략 수평으로, 연료공급로(34)는 연료공급구(33)로부터 대략 수평으로 측벽(12) 내에 형성되어 있다. 이하의 설명에서는 강재(F)의 반송방향에서 공기공급구(31)의 상류 측에 위치하는 연료공급구(33) 및 연료공급로(34)를 상류 측 연료공급구(33a) 및 상류 측 연료공급로(34a), 하류 측에 위치하는 연료공급구(33) 및 연료공급로(34)를 하류 측 연료공급구(33b) 및 하류 측 연료공급로(34b)로 한다.
도 3은 반송방향 최상류 측에 위치하는 버너(30)를 설명하기 위한 평면 단면도이다.
공기공급로(32), 상류 측 연료공급로(34a) 및 하류 측 연료공급로(34b)에 대해서는 최상류 측에 위치하여 대향하는 상하 2쌍의 상류 측 연료공급로(34a)를 제외하고, 측벽(12)의 벽면(12a)에 대해 대략 수직방향을 향하여 마련되어 있다. 그리고, 최상류 측에 위치하여 대향하는 상하 2쌍의 상류 측 연료공급로(34a)는 종단이 되는 상류 측 연료공급구(33a)를 향하여, 즉, 노체(10)의 안쪽을 향하여 공기공급구(31) 측으로 가까워지는 방향으로 경사져서 마련되어 있다. 이 때, 상류 측 연료공급로(34a)의 경사각도는 공급된 연료가 공기공급구(31)로부터 공급된 공기의 주변에서 공급된 공기에 합류하여 혼합되어 흐르도록 하는 경사로 설정되어 있다.
본 실시형태의 연속가열로(1)는 노체(10)의 장입 측(10a)으로부터 장입된 강재(F)가 노체(10) 내에 설치된 예열존(X), 가열존(Y), 균열존(Z)으로 순차반송되면서 각 존에 설치된 버너(30)에서 열처리되어 추출 측(10b)으로 반송된다.
그런데, 이와 같은 연속가열로(1)에서는 가열존(Y) 및 균열존(Z)에서 발생한 연소배기가스가 연도(20)를 향하여 흘러 간다. 이 때문에, 각 버너(30)에서 공기공급구(31)보다 반송방향 상류 측, 즉, 연도(20)의 방향을 향하는 기류의 하류 측에 위치하는 연료공급구(33)로부터 공급된 연료는 연소배기가스에 의해 공기공급구(31)로부터 공급된 공기로부터 멀어지는 방향으로 흘러가, 공기와 혼합되지 않고 연소배기가스와 함께 연도(20)를 향하여 흐르기 시작하는 경우가 있다.
연료가 연소되지 않고 연도(20)로부터 배출되면, 미연소의 가스가 배출되어 위험하고, 연료가 쓸데없게 될 뿐만이 아니라, 흑연이 발생하는 경우가 있다. 이 때, 연료가 가령, 단일의 버너(30)로서 마련된 공기공급구(31)로부터 공급된 공기와 혼합되지 않고 연소배기가스와 함께 연도(20)를 향하여 흘렀다고 해도, 흐름의 끝, 즉, 연도(20)를 향하는 기류의 하류 측에 다른 버너(30)가 존재하고 있으면, 그 버너(30)에 의해 연료가 연소하는 경우가 있다. 그렇지만, 연도(20)에 가장 가까운 측, 즉, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 버너(30)는 그 상류 측, 즉 연도(20)를 향하는 기류의 하류 측에 버너(30)가 존재하지 않기 때문에, 연료가 연소되지 않고 배출될 가능성이 다른 버너(30)보다 높아진다.
이를 위해 본 실시형태의 연속가열로(1)에서는, 반송방향의 최상류 측에 위치하여 대향하는 상하 2쌍의 버너(30)의 상류 측 연료공급로(34a)가 노체(10)의 안쪽을 향하여 공기공급구(31) 측에 가까워지는 방향으로 경사져서 마련되어 있다(이하의 설명에서는 경사진 상류 측 연료공급로(34a)를 경사져 있지 않은 상류 측 연료공급로(34a)와 구별하기 위해서, 최상류 연료공급로(36)로서 설명함). 이 때문에, 최상류 연료공급로(36)를 통과하여 공급된 연료가 가령 연소배기가스의 기류에 의해서 흘러갔다고 해도, 최상류 연료공급로(36)는 미리 반송방향 하류 측으로 경사져 있으므로, 공기공급구(31)로부터 공급된 공기와 혼합되기 쉬워, 연소되지 않고 연도(20)를 향하는 연료의 발생을 억제하는 것이 가능하다. 또, 이 때, 최상류 연료공급로(36)의 경사는 공급된 연료가 공기공급구(31)로부터 공급된 공기의 주변에서 합류할 때에는 공기에 따르면서 혼합되어 흐르는 경사로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 미리 반송방향 하류 측으로 경사져 있는 최상류 연료공급로(36)를 통과하여 공급되는 연료가 공기공급구(31)로부터 공급된 공기의 중심으로 진입하도록 설정되어 있으면, 산소농도가 높은 연소에 의해 화염온도가 필연적으로 높아져 NOX의 발생레벨이 높아져 버릴 우려가 있다. 이를 위해, 본 실시형태의 최상류 연료공급로(36)과 같이, 공급된 연료가 공기공급구(31)로부터 공급된 공기의 주변에서 공기에 따르면서 혼합되어 흐르는 경사로 설정되어 있음으로써, 산소농도가 낮은 장소에서의 확산완만연소를 실현하여, NOX의 발생레벨을 억제하는 것이 가능하다.
도 4는 제1 변형예의 연속가열로를 설명하기 위한 평면 단면도이다. 도 5는 제2 변형예의 연속가열로를 설명하기 위한 평면 단면도이다.
상기 실시형태에서는 반송방향에서의 최상류 측에 위치하여 대향하는 상하 2쌍의 버너(30)의 상류 측 연료공급로(34a(36))를 노체(10)의 안쪽, 즉 종단이 되는 상류 측 연료공급구(33a)를 향하여 공기공급구(31) 측에 가까워지는 방향으로 경사지게 하여 마련한 예에 대해서 설명했지만, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 반송방향에서의 최상류 측의 존(여기에서는, 예열존)(X)에 설치된 모든 버너(30) 중 최상류 측에 위치하여 반송방향으로 늘어선 복수 쌍의 버너(30)가 가지는 상류 측 연료공급로(34a(36))를 노체(10)의 안쪽을 향하여 공기공급구(31) 측으로 가까워지는 방향으로 경사지게 하여도 된다. 특히, 축열교번버너의 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, 노의 폭방향에 대향하는 우측벽(12)과 좌측벽(12)의 버너(30)가 조(組)가 되어 연소와 배기를 행하지만, 온도가 좌우 균등하게 되도록 연소는 좌우로 지그재그 모양으로 행해지기 때문에, 최상류로부터 2번째 이후의 버너(30)가 연소하고 있는 최상류의 버너(30)가 될 수 있기 때문에, 상기 「복수 쌍의 버너(30)」란, 최상류의 버너(30)로부터 반송방향으로 늘어선 2개, 혹은 연소 상태의 최상류가 될 수 있는 버너(30)까지의 2개 이상의 버너(30)로 하는 것이 좋다. 또, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반송방향에서의 최상류 측의 예열존(X)에 설치된 모든 버너(30)가 가지는 상류 측 연료공급로(34a(36))를 노체(10)의 안쪽을 향하여 공기공급구(31) 측에 가까워지는 방향으로 경사지게 하여도 된다.
또, 본 실시형태에서는 각 버너(30)가 공기공급구(31)와 2개의 연료공급구(33)를 가지고, 이들이 강재(F)의 반송방향을 따라서 대략 수평으로 위치되며, 또한, 2개의 연료공급구(33a, 33b)는 공기공급구(31)의 상류 측과 하류 측에 각각 배치되어 있는 예에 대해서 설명했다. 이 때문에, 노체(10)의 안쪽을 향하여 공기공급구(31) 측에 가까워지는 방향으로 경사지게 하는 연료공급구(33)는 반송방향에서 공기공급구(31)보다 상류 측에 위치하는 한쪽의 연료공급구(33)만으로 했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 3개 이상의 연료공급구(33)가 공기공급구(31)를 둘러싸도록 마련되어 있는 경우에는, 공기공급구(31)보다 상류 측에 위치하는 연료공급구(33)의 몇 개를, 또는, 공기공급구(31)보다 상류 측에 위치하는 모든 연료공급구(33)를 종단으로 하는 상류 측 연료공급로(34a)를 공기공급구(31) 측으로 경사지게 하여도 된다. 이 때, 공기공급구(31)보다 상류 측의 연료공급구(33)란, 예를 들면, 공기공급구(31)의 반송방향 하류 측의 가장자리부(31a)보다 연료공급구(33)의 반송방향 하류 측의 가장자리부(33c)가 상류 측에 위치하는 연료공급구(33)를 말한다(도 7 참조). 또, 공기공급구(31)의 하류 측의 가장자리부(31a)보다 상류 측에 그 일부가 배치된 연료공급구(33)로서, 실험이나 경험상, 연소배기가스에 의해 공기공급구(31)로부터 공급된 공기와 혼합되지 않고 연소하지 않을 우려가 있는 연료공급구(33)를 종단으로 하는 연료공급로(34)를 모두 공기공급구(31) 측으로 경사지게 하여도 된다.
1 연속가열로 10 노체
10a 장입 측 10b 추출 측
12 측벽 12a 벽면
18 구획벽 20 연도
30 버너 31 공기공급구
31a 공기공급구의 반송방향 하류 측 가장자리부
32 공기공급로 33 연료공급구
33a 상류 측 연료공급구 33b 하류 측 연료공급구
33c 상류 측 연료공급구의 반송방향 하류 측 가장자리부
34 연료공급로
34a 상류 측 연료공급로 34b 하류 측 연료공급로
36 최상류 연료공급로 F 강재
X 예열존 Y 가열존
Z 균열존

Claims (5)

  1. 장입(裝入) 측으로부터 추출 측을 향하여 강재(鋼材)가 반송되는 반송방향으로 복수의 열처리존이 늘어서 마련된 노체(爐體)와,
    반송방향에서의 최상류 측에 마련되고, 상기 노체 내를 반송방향과 반대방향으로 흐르는 노 내 분위기가 흘러드는 연도(煙道)와,
    상기 노체의 측벽에 반송방향을 따라서 복수 배치된 버너를 구비한 연속가열로로서,
    상기 버너는 상기 노체 내에 공기를 공급하는 공기공급구를 종단(終端)으로 하는 공기공급로와, 상기 공기공급구의 주위에 당해 공기공급구와 간격을 두고 배치되어 상기 노체 내에 연료를 공급하는 연료공급구를 종단으로 하는 연료공급로를 구비하고,
    상기 버너 가운데, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 버너는 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로가 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 연속가열로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 버너 가운데, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 버너를 포함하여, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 열처리존에서 최상류 측으로부터 반송방향으로 늘어선 복수의 상기 버너는 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로가 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 연속가열로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 버너 가운데, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 버너를 포함하여, 반송방향의 최상류 측에 위치하는 상기 열처리존의 모든 상기 버너는 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로가 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 연속가열로.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    경사져 있는 상기 연료공급구로부터 공급된 연료는 상기 공기공급구로부터 공급된 공기의 주변부에서 당해 공급된 공기의 흐름에 합류하도록 공급되는 것을 특징으로 하는 연속가열로.
  5. 장입 측으로부터 추출 측을 향하여 강재가 반송되는 반송방향으로 복수의 열처리존이 늘어서 마련된 노체와,
    상기 반송방향에서의 최상류 측에 마련되고, 상기 노체 내를 상기 반송방향과 반대방향으로 흐르는 노 내 분위기가 흘러드는 연도와,
    상기 노체의 측벽에 반송방향에 따라서 복수 배치된 버너를 구비한 연속가열로로서,
    상기 버너는 상기 노체 내에 공기를 공급하는 공기공급구를 종단으로 하는 공기공급로와, 상기 공기공급구의 주위에 당해 공기공급구와 간격을 두고 배치되어 상기 노체 내에 연료를 공급하는 연료공급구를 종단으로 하는 연료공급로를 구비하고,
    상기 버너에서 상기 공기공급구보다 반송방향 상류 측에 배치된 상기 연료공급구를 종단으로 하는 상기 연료공급로는 연료가 상기 공기공급구로부터 공급된 공기의 주변부에서 당해 공급된 공기의 흐름에 합류하도록 당해 연료공급로의 상기 종단을 향하여 상기 공기공급구 측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 연속가열로.
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