WO2012128259A1 - 炉頂燃焼式熱風炉 - Google Patents

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典正 前川
航哉 井上
弘志 嶋津
俊治 古谷
直樹 国重
伸浩 大下
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新日鉄エンジニアリング株式会社
日鐵プラント設計株式会社
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    • F27B2017/0091—Series of chambers, e.g. associated in their use

Definitions

  • the present invention relates to a furnace top combustion type hot air furnace characterized by a burner system.
  • Patent Document 1 discloses a furnace top combustion type hot stove in which a combustion chamber that leads to a burner is provided above the heat storage chamber as a regenerative hot stove that can reduce the equipment cost as compared with the hot stove.
  • a conventional furnace top combustion type hot stove F has a combustion chamber N disposed above a heat storage chamber T, and is supplied from a burner B to the combustion chamber N during so-called combustion (direction X1). ) A mixed gas of fuel gas and combustion air is ignited in the process of passing through the burner duct BD, and burns to become a high-temperature combustion gas and flows into the combustion chamber N.
  • FIG. 8 which is a view taken along arrow VIII-VIII in FIG. 7, the burner duct BD is provided at a plurality of locations (four locations in FIG. 8) when viewed in plan with respect to the combustion chamber N.
  • the combustion gas swirls down in the combustion chamber (X4 direction) and flows downward, and in the process of the combustion gas flowing down the heat storage chamber T (X2 direction), the heat is stored in the heat storage chamber T and passes through the heat storage chamber T.
  • the combustion gas is exhausted through the flue E.
  • the burner B and the burner duct BD are collectively referred to as a burner system in this specification.
  • each of the burner ducts BD leads to the combustion chamber N at an eccentric position where the inflow direction of the combustion gas into the combustion chamber N does not pass through the center O of the combustion chamber N that is circular in plan view.
  • each burner duct BD The combustion gas that has flowed into the combustion chamber N from other adjacent burner ducts BD interferes with the combustion gas that has flowed into the combustion chamber N, and the flow direction of each combustion gas is changed.
  • a gas swirl flow (flow in the X4 direction) is formed.
  • the entire heat storage chamber T is used. It can be a hot air furnace with high hot air generation capability.
  • the shutoff valve V in the burner duct BD is closed and the supply of the fuel gas and the combustion air in the burner system is stopped.
  • air of about 150 ° C. is supplied to the heat storage chamber T, and in the process of the air rising in the heat storage chamber T, for example, hot air of about 1200 ° C. is supplied, and this hot air is supplied to the blast furnace through the hot air tube H. (X3 direction).
  • the burner duct is cooled and cooled.
  • the burner duct communicating with the combustion chamber is heated.
  • the burner duct is repeatedly subjected to cooling during combustion and heating during air blowing alternately, and the refractory material (ceramics such as bricks) that protects the inner wall of the burner duct is easily damaged due to repeated cooling and heating. There is a problem that the life is limited.
  • a burner B having a concentric triple tube structure as shown in FIGS.
  • the burner B distributes combustion air A1 in the central pipeline Ba, fuel gas G in the central pipeline Bb on the outer periphery, and additional combustion air A2 in the outermost pipeline Bc on the outer periphery ( X1 direction), and the swirling flow of combustion air A1, A2 and fuel gas G in the Y1, Y2, and Y3 directions by the swirling blades Ra, Rb, Rc fixed to the pipelines Ba, Bb, Bc, respectively.
  • the mixed gas MG is generated by mixing these swirling flows in the burner duct BD.
  • Patent Document 2 discloses a combustion burner having a structure in which swirling blades are provided on the outermost pipe of a multiple pipe.
  • the mixed gas MG is ignited and burned in the process of circulating while turning in the burner duct BD, and the combustion gas after combustion flows into the combustion chamber N while turning as before combustion.
  • the combustion gases interfere with each other, leading to the formation of a large swirl flow. Therefore, in order to sufficiently mix the fuel gas and the combustion air to form a mixed gas, a large swirling flow of the mixed gas as shown in FIG. 9a, and consequently a swirling flow of the combustion gas after the combustion, is introduced into the burner duct BD.
  • a mixed gas in which fuel gas and combustion air are sufficiently mixed is generated in the burner system, and a sufficient straight component is provided in the combustion gas formed by burning the mixed gas in the burner duct.
  • the inner wall of the burner duct is supplied by repeated cooling and heating that is received by the refractory on the inner wall of the burner duct.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is produced by generating a mixed gas in which a fuel gas and combustion air are sufficiently mixed in a burner system, and by burning the mixed gas in a burner duct.
  • a mixed gas in which a fuel gas and combustion air are sufficiently mixed in a burner system, and by burning the mixed gas in a burner duct.
  • the combustion gas with a sufficient straight component to flow into the combustion chamber, form a large swirl flow in the combustion chamber to supply the high-temperature combustion gas to the entire heat storage chamber, and further, an area on the combustion chamber side of the burner duct
  • a furnace top combustion type hot stove comprises a heat storage chamber having a blower tube to which hot air is supplied, a hot air tube for supplying hot air to a blast furnace, and a burner system.
  • a furnace top combustion type hot air furnace for supplying hot air generated in the process of passing to a blast furnace through a hot air pipe, wherein the burner system is composed of three or more multiple pipes having different diameters, each pipe line being A burner for flowing fuel gas or combustion air, and a burner duct communicating with the burner.
  • the burner duct communicates with the combustion chamber, and the outermost of the pipes constituting the multiple pipes.
  • Pipeline or later A swirl flow generating means is provided in the pipe line to generate a swirl flow of fuel gas or combustion air flowing inside the pipe, and a straight flow of fuel gas or combustion air flows in the outermost pipe line.
  • the swirling flow of the mixed gas is generated by the swirling flow of the fuel gas and the combustion air that has flowed into the burner duct, and the swirling flow of the mixed gas and the straight flow of the fuel gas or the combustion air are generated in the burner duct.
  • a combustion gas having a straight component and a swirl component is generated in the course of flowing through the combustion chamber, and the combustion chamber includes at least one burner system from the combustion chamber to the combustion chamber. Combustion gas is supplied in the inflow direction that does not pass through the center position.
  • the furnace top combustion type hot stove of the present invention is an improvement to the burner constituting the burner system that is a component of the burner, and among the burners comprising three or more multiple pipes having different diameters, pipes other than the outermost pipe Is provided with a swirling flow generating means to generate a swirling flow of fuel gas or combustion air, and these swirling flows can be mixed in the burner duct to generate a sufficiently mixed gas, Further, the fuel gas or combustion air is caused to flow straight through the outermost conduit of the burner without being swirled, and flows directly into the burner duct, so that the swirling flow of the mixed gas and the fuel gas or combustion air Is made to circulate through the burner duct.
  • combustion air is supplied to the central pipe, fuel gas is supplied to the central pipe, and additional combustion air is supplied to the outermost pipe.
  • the fuel gas and the combustion air are both swirled by the swirl flow generating means in the two central pipes and mixed in the burner duct.
  • this mixed gas flows in the burner duct with the separate combustion air which goes straight without turning around. That is, in the burner duct, a gas flow is formed in which a straight component due to combustion air and a swirl component due to mixed gas are mixed, and this is ignited and burned in the region near the combustion chamber side of the burner duct.
  • the gas also flows into the combustion chamber as a combustion gas having a straight component and a swirl component in the same manner as the gas flow before combustion.
  • the negative pressure region is formed in the center portion of the burner duct by the swirling component generated by the swirling flow generating means of the two pipes at the center of the combustion gas.
  • the high-temperature atmosphere in the combustion chamber is taken in here, and the taken-in high-temperature atmosphere is radiated to the inner wall of the burner duct, so that the inner wall of the burner duct that is easily cooled during combustion can be warmed. .
  • combustion gas it is possible to allow the combustion gas to have sufficient rectilinearity due to the straight component of the combustion gas and flow it into the combustion chamber, and the combustion gas that has flowed into the combustion chamber with this straight component will enter the combustion chamber from other burner systems.
  • a large swirl of the combustion gas in a plan view in the combustion chamber by interfering with the inflowing combustion gas or changing the flow direction by hitting the inner wall of the opposing combustion chamber after entering the combustion chamber As a result, a flow is easily formed, and high-temperature combustion gas can be supplied to the entire region of the heat storage chamber.
  • the top-fired hot stove of the present invention is an improvement to the burner constituting the burner system that is a component of the furnace, and the swirling flow of the mixed gas and the fuel gas or the combustion air straight advance in the burner duct.
  • the burner constituting the burner system that is a component of the furnace, and the swirling flow of the mixed gas and the fuel gas or the combustion air straight advance in the burner duct.
  • a mixed gas in which combustion air is sufficiently mixed can be generated in the burner system, and the combustion efficiency of the burner system can be increased.
  • a large swirl flow of combustion gas can be formed in the combustion chamber and supplied to the entire heat storage chamber, and a hot stove excellent in hot air generating ability can be formed.
  • the temperature difference between the combustion of the inner wall of the burner duct and the air blowing can be reduced, thereby increasing the durability of the refractory material on the inner wall of the burner duct.
  • One embodiment is to provide swirling blades in each of the pipelines other than the outermost pipeline.
  • each of the central two pipes is provided with a unique turning blade, and is composed of concentric quintuple pipes. Are provided with their own swirling blades in the central four pipelines.
  • the outermost pipe line is not provided with the swirling blades, and the fuel gas or the combustion air is caused to flow straight and flow into the burner duct.
  • the generating means is made different for each of the multiple pipes constituting the burner, and a swirling blade is provided in the center pipe having the smallest diameter, and the outermost pipe is provided.
  • the fuel gas or the combustion air is supplied to the pipes other than the road and the central pipe from a position eccentric with respect to the axis or in an inclined direction.
  • the central pipeline located at the center has the swirling blades, but as a form of the swirling flow generating means applied to other pipelines except the outermost pipeline, Adjust the supply direction of fuel gas or combustion air to the pipeline, and supply the fuel gas or combustion air from a position eccentric with respect to the pipeline axis or in an inclined direction.
  • a swirling flow (or spiral flow) can be formed around the pipeline.
  • the gas is swirled around the central pipe line by supplying gas from a position eccentric to the axis to the pipe line located in the middle. A flow is formed which will flow into the burner duct.
  • the three burner systems are arranged at intervals of 120 degrees with respect to the combustion chamber, and the central position of the combustion chamber does not pass from each burner system to the combustion chamber.
  • the combustion gas is supplied in the inflow direction
  • the four burner systems are arranged at intervals of 90 degrees with respect to the combustion chambers, and the center positions of the combustion chambers from the respective burner systems to the combustion chambers. It is desirable that the combustion gas be supplied in the inflow direction that does not pass.
  • the burner system swirls in the combustion chamber as long as it is arranged so as to supply combustion gas in an inflow direction that does not pass through the center position of the combustion chamber.
  • a flow can be generated.
  • the combustion gas that has flowed into the combustion chamber from one burner system collides with the opposing inner wall of the combustion chamber, changes its direction, and forms a swirling flow while flowing along the inner wall of the combustion chamber.
  • a swirling flow of mixed gas and a straight flow of fuel gas or combustion air are generated in the burner duct, and these are generated in the burner duct.
  • a combustion gas having a straight component and a swirl component By generating a combustion gas having a straight component and a swirl component by burning in, a mixed gas in which fuel gas and combustion air are sufficiently mixed can be generated in the burner system.
  • the combustion efficiency in the system can be increased.
  • combustion gas having a sufficiently straight component can be allowed to flow from the burner duct into the combustion chamber, so that a large swirling flow of combustion gas can be formed in the combustion chamber and supplied to the entire heat storage chamber. It becomes a furnace top combustion type hot air furnace excellent in hot air generating ability.
  • a negative pressure region is formed by the swirling component of the combustion gas in the burner duct, the high temperature atmosphere in the combustion chamber is taken in here, and the radiant heat is supplied to the inner wall of the burner duct.
  • FIG. 2 is an II-II arrow view of FIG. 1.
  • (A) and (b) are both views taken along the line III-III in FIG. 1, showing both the flow of combustion gas in the combustion chamber, and showing the form of attachment of the burner system to the combustion chamber.
  • FIGS. 3A and 3B are views taken along the line III-III in FIG. 1 and show the flow of combustion gas in the combustion chamber, as in FIGS. 3A and 3B. It is the figure which showed the attachment form of the burner system.
  • FIG. 8 is a view taken along the line VIII-VIII in FIG. 7 and shows the flow of combustion gas in the combustion chamber. It is a longitudinal cross-sectional view of one embodiment of a conventional burner system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a furnace top combustion type hot air furnace according to the present invention, and shows the flows of mixed gas, combustion gas, hot air and hot air. Is a view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIGS. 3a, b, and 4a, b are both views taken along the line III-III in FIG. 1, showing the flow of combustion gas in the combustion chamber.
  • FIG. 2 is a view showing a form of mounting of a burner system to a combustion chamber.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the burner system.
  • the furnace top combustion type hot stove 10 shown in FIG. 1 is configured to have a circular shape or a substantially circular shape (such as an oval shape) in plan view, and a combustion chamber 3 is disposed above the heat storage chamber 4.
  • the combustion chamber 3 is ignited in the process of passing through the burner duct 2 and the mixed gas of fuel gas and combustion air supplied from the burner 1 (X1 direction) and burns to become a high-temperature combustion gas in the combustion chamber 3. Inflow.
  • the burner system is composed of the burner 1 and the burner duct 2. Strictly speaking, in addition to the combustion gas, unburned mixed gas, fuel gas, and the like flow into the combustion chamber 3 from the burner duct 2, but in this specification, mainly in the combustion chamber 3. It explains by taking up the combustion gas which is an inflowing gas component.
  • the burner duct 2 is provided at four locations in plan view with respect to the combustion chamber 3, and each burner duct 2 is disposed at a position shifted every 90 degrees.
  • Each of 2 communicates with the combustion chamber 3 at an eccentric position where the inflow direction of the combustion gas into the combustion chamber 3 does not pass through the center O of the circular combustion chamber 3 in plan view. Therefore, the combustion gas flowing into the combustion chamber 3 from each burner duct 2 interferes with the combustion gas flowing into the combustion chamber 3 from other adjacent burner ducts 2 to change the flow direction of each combustion gas.
  • a large swirling flow (flow in the X4 direction) of the combustion gas as shown in the figure is formed in the chamber 3.
  • the burner duct 2 is attached to the combustion chamber 3 in a form in which three burner systems are arranged at intervals of 120 degrees with respect to the combustion chamber 3, as shown in FIG. 4a.
  • the form in which one burner system is attached to the combustion chamber 3 and the form in which two burner systems are attached to the combustion chamber 3 at positions shifted by 90 degrees may be used.
  • the burner duct 2 communicates with the combustion chamber 3 at an eccentric position where the inflow direction of the mixed gas into the combustion chamber 3 does not pass through the center O of the combustion chamber 3 having a circular shape in plan view.
  • the combustion gas swirls greatly in a plan view and flows down to the entire heat storage chamber 4 while forming a spiral flow descending in the X2 direction in FIG. 1 in a longitudinal section.
  • the heat is stored in the heat storage chamber 4, and the combustion gas that has passed through the heat storage chamber 4 is exhausted through the flue pipe 7 whose shut-off valve 7a is controlled to open.
  • the combustion of the mixed gas in the burner system and the operation of raising the temperature of the heat storage chamber 4 by supplying the high temperature combustion gas to the heat storage chamber 4 can be referred to as “during combustion”.
  • the burner 1 is a concentric, three-hole multi-pipe, and as shown in FIG. 5, the burner 1 is connected to the burner duct 2 in a communicating posture at its end face 1a.
  • Combustion air A1 flows through 1b
  • fuel gas G flows through the central conduit 1c
  • separate combustion air A2 flows through the outermost conduit 1d.
  • central pipe 1b and the central pipe 1c other than the outermost pipe 1d are provided with turning blades 8b and 8c fixed in the pipe, respectively.
  • the combustion air A1 and the fuel gas G generate the respective swirling flows X1 ′ (Y1 direction and Y2 direction) by the swirling blades 8b and 8c, respectively.
  • X1 ′ is mixed in the burner duct 2 to generate a swirling flow of the mixed gas MG.
  • the mixed gas MG flows in the burner duct 2 together with the separate combustion air A2 that goes straight without turning around the mixed gas MG.
  • a gas flow is generated in which a straight component due to the combustion air A 2 and a swirl component due to the mixed gas MG are mixed, and this is ignited and burned in a region near the combustion chamber side of the burner duct 2. Then, the combustion gas HG having the straight traveling component HG ′′ and the swirling component HG ′ is generated in the same manner as the gas flow before combustion, and flows into the combustion chamber 3.
  • the negative pressure region NP is formed in the region on the combustion chamber 3 side of the burner duct 2 by the swirl component HG 'of the combustion gas HG.
  • the high-temperature atmosphere in the combustion chamber 3 is taken in here (Z1 direction), and the taken-in high-temperature atmosphere is radiated to the inner wall of the burner duct 2 (Z2 direction).
  • the inner wall of the combustion chamber side region of the burner duct 2 which is sometimes easily cooled can be warmed.
  • the combustion gas HG can be made to have sufficient rectilinearity by the straight component HG "of the combustion gas HG and flow into the combustion chamber 3, and the combustion gas HG flowing into the combustion chamber 3 with this straight component is Interfering with the combustion gas flowing into the combustion chamber 3 from another burner system (in the case of FIGS. 3a and b), or after flowing into the combustion chamber 3 and hitting the inner wall of the opposing combustion chamber 3 to change the flow direction
  • a large swirl flow X4 of the combustion gas HG is easily formed in the combustion chamber 3 as viewed in a plan view. It becomes possible to supply to the area.
  • FIG. 6a shows another embodiment of the burner constituting the burner system.
  • This burner 1A is also composed of concentric triple pipes, but the center pipe 1b is provided with a swirl vane 8b, and as shown in FIG.
  • the supply direction into the pipe line is supplied from a position eccentric with respect to the pipe axis, and the fuel gas G is supplied into the central pipe line 1c from an eccentric position or in an oblique direction.
  • a swirl flow X1 ′′ (or spiral flow) can be formed around the inner central pipe line 1b.
  • shutoff valve 2a in the burner duct 2 and the flue valve 7a in the flue pipe 7 are closed and the shutoff valve 6a is controlled to open.
  • high temperature air of about 150 ° C. is supplied to the heat storage chamber 4 through the blower pipe 6, and hot air of about 1200 ° C. is generated in the process of the high temperature air rising in the heat storage chamber 4, and this hot air opens the shut-off valve 5 a.
  • generates a hot air within a hot stove and supplies this to a blast furnace can be called "at the time of ventilation.”
  • a swirl flow of the mixed gas MG and a straight flow of fuel gas or combustion air are generated in the burner duct 2, and these are burned in the burner duct 2 so as to go straight.
  • the mixed gas MG in which the fuel gas and the combustion air are sufficiently mixed can be generated in the burner system.
  • the combustion efficiency in the system can be increased, and the combustion gas HG having a sufficiently straight component can be introduced from the burner duct 2 into the combustion chamber 3, so that a large swirling flow of the combustion gas HG in the combustion chamber 3.
  • the negative pressure region NP is formed by the swirl component HG ′ of the combustion gas HG, the high temperature atmosphere in the combustion chamber 3 is taken in here, and the radiant heat is supplied to the inner wall of the burner duct.
  • the durability of the refractory disposed on the inner wall can be increased by eliminating or mitigating the repeated cooling and heating cycle.

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Abstract

　バーナーシステムの燃焼効率を高めることができ、高温の燃焼ガスを蓄熱室の全体に供給することができ、さらに、バーナーダクト内壁の耐火物が損傷し難い炉頂燃焼式熱風炉を提供する。　バーナーシステムを有する炉頂燃焼式熱風炉１０であって、このバーナーシステムは、３以上の多重管路の各管路に燃料ガスもしくは燃焼用エアを流すバーナー１とバーナーダクト２から構成され、中心管路１ｂと中央管路１ｃには旋回流生成手段が設けられて燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生じさせ、最外管路１ｄには燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流が流れるようになっており、バーナーダクト２内には直進成分ＨＧ"と旋回成分ＨＧ'を備えた燃焼ガスＨＧが生成される。燃焼室３には、少なくとも１以上のバーナーシステムから燃焼室３に対して該燃焼室３の中心位置を通らない流入方向に燃焼ガスＨＧが供給される。

Description

炉頂燃焼式熱風炉
　本発明は、バーナーシステムに特徴を有する炉頂燃焼式熱風炉に関するものである。
　熱を蓄えた蓄熱室にエアを流通させて熱風を生じさせ、これを高炉へ供給する蓄熱式熱風炉には、円筒外皮内に燃焼室と蓄熱室を併設させた内燃式熱風炉や、燃焼室と蓄熱室を別個の円筒外皮内に設け、双方の外皮の一端で両室を連通させた外燃式熱風炉などがあるが、この外燃式熱風炉と同等の性能を備えながら外燃式熱風炉よりも設備費を低減できる蓄熱式熱風炉として、蓄熱室の上方にバーナーが通じる燃焼室が設けられた炉頂燃焼式熱風炉が特許文献１に開示されている。
　ここで、図７の模式図を参照して従来の炉頂燃焼式熱風炉の構成を概説する。同図で示すように、従来の炉頂燃焼式熱風炉Ｆは蓄熱室Ｔの上方に燃焼室Ｎが配置され、いわゆる燃焼時には、この燃焼室Ｎに対してバーナーＢから供給された（Ｘ１方向）燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスがバーナーダクトＢＤを通過する過程で着火され、燃焼して高温の燃焼ガスとなって燃焼室Ｎに流入する。図７のVIII－VIII矢視図である図８で示すように、このバーナーダクトＢＤは燃焼室Ｎに対して平面的に見て複数箇所（図８では４箇所）に設けてあり、高温の燃焼ガスは燃焼室内で大きく旋回しながら（Ｘ４方向）下方へ流下し、燃焼ガスが蓄熱室Ｔを流下する過程（Ｘ２方向）でその熱が蓄熱室Ｔで蓄熱され、蓄熱室Ｔを通過した燃焼ガスは煙道Ｅを介して排気される。なお、バーナーＢとバーナーダクトＢＤをまとめて本明細書ではバーナーシステムと称する。
　燃焼室Ｎに対するバーナーダクトＢＤの具体的な取り付き形態は、図８で示すようにたとえば４基のバーナーダクトＢＤが燃焼室Ｎに対して平面的に見て９０度ずれた態様で設けられ、各バーナーダクトＢＤはいずれも、燃焼室Ｎへの燃焼ガスの流入方向が平面視円形の燃焼室Ｎの中心Ｏを通らない偏心位置で燃焼室Ｎに通じており、その結果として、各バーナーダクトＢＤから燃焼室Ｎ内に流入した燃焼ガスは他の隣接するバーナーダクトＢＤから燃焼室Ｎ内に流入した燃焼ガスと干渉してそれぞれの燃焼ガスの流れ方向が転換され、燃焼室Ｎ内に大きな燃焼ガスの旋回流（Ｘ４方向の流れ）を形成するようにしている。
　図８で示すように燃焼室Ｎ内に燃焼ガスの大きな旋回流が形成されることにより、高温の燃焼ガスが蓄熱室Ｔの全体に供給されることから、蓄熱室Ｔの全体を利用して熱風生成能の高い熱風炉となり得る。
　一方、不図示の高炉へ熱風を供給するいわゆる送風時においては、バーナーダクトＢＤ内の遮断弁Ｖが閉制御されてバーナーシステムにおける燃料ガスと燃焼用エアの供給が停止され、送風管Ｓを介してたとえば１５０℃程度のエアを蓄熱室Ｔに供給し、エアが蓄熱室Ｔ内を上昇する過程でたとえば１２００℃程度の熱風とされ、この熱風が熱風管Ｈを介して高炉へ供給されることになる（Ｘ３方向）。
　このように、燃焼時においては、燃焼前の低温の燃料ガスや燃焼用エアが混合された低温の混合ガスがバーナーダクトを流通するために当該バーナーダクトは冷却され、冷えた状態となっている。これに対し、送風時には蓄熱室を通過して上昇する熱風が燃焼室内に充満するために当該燃焼室に連通しているバーナーダクトは加熱される。すなわち、バーナーダクトは燃焼時の冷却と送風時の加熱を交互に繰返し受けることとなり、この冷却・加熱の繰返しによってたとえばバーナーダクトの内壁を防護する耐火物（レンガ等のセラミックス）が損傷し易く、寿命律速になっているという課題がある。
　ところで、バーナーシステムの燃焼効率を向上させることは当該技術分野における重要な課題の一つであるが、この燃焼効率向上のためには、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスを得ることが重要となる。
　バーナーシステムを構成する従来のバーナーとして、図９ａ，ｂで示すように同芯で３重管構造のバーナーＢを挙げることができる。このバーナーＢは、中心管路Ｂａに燃焼用エアＡ１を、その外周の中央管路Ｂｂに燃料ガスＧを、さらにその外周の最外管路Ｂｃに別途の燃焼用エアＡ２をそれぞれ流通させ（Ｘ１方向）、管路Ｂａ、Ｂｂ，Ｂｃのそれぞれに固定されている旋回用羽根Ｒａ，Ｒｂ，ＲｃによってＹ１方向、Ｙ２方向、Ｙ３方向に燃焼用エアＡ１，Ａ２と燃料ガスＧの旋回流を生ぜしめ、バーナーダクトＢＤ内でこれらの旋回流が混合してなる混合ガスＭＧを生成するものである。なお、特許文献２には、多重管路の最外管路に旋回用羽根を設けた構造の燃焼バーナーが開示されている。
　混合ガスＭＧがバーナーダクトＢＤ内を旋回しながら流通する過程で着火して燃焼し、燃焼後の燃焼ガスは燃焼前と同様に旋回しながら燃焼室Ｎに流入することになる。
　しかし、図９ａで示すようにバーナーダクトＢＤ内で混合ガスＭＧの旋回流が生成され、これが燃焼してなる燃焼ガスの旋回流が燃焼室Ｎ内に流入した際には、燃焼室Ｎ内でより一層大きな燃焼ガスの旋回流（この旋回流は図８で示す平面的な旋回流Ｘ４ではない）が形成されてたとえば燃焼室Ｎの下方の蓄熱室Ｔ側へ急激に落ち込んでしまい、図８で示すようにバーナーダクトＢＤから直進流（Ｘ１方向）で燃焼室Ｎ内に流入する燃焼ガスの流れが形成し難い。
　図８で示すような燃焼室Ｎ内における燃焼ガスの大きな旋回流（Ｘ４方向の流れ）は、各バーナーダクトＢＤから燃焼室Ｎに流入してくる燃焼ガスの流れがある程度の直進成分をもって流入してくることで燃焼ガス同士が相互に干渉し合い、大きな旋回流の形成に繋がる。したがって、燃料ガスと燃焼用エアを十分に混合させて混合ガスを形成するべく、図９ａで示すような混合ガスの大きな旋回流、ひいてはその燃焼後の燃焼ガスの旋回流をバーナーダクトＢＤ内に形成させただけでは、燃焼ガスが十分な直進成分を有していないことから、燃焼室Ｎ内で蓄熱室Ｔの全領域に高温の燃焼ガスを供給するための大きな旋回流（Ｘ４方向の流れ）を形成することはできない。
　これらのことから、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成すること、バーナーダクト内で混合ガスが燃焼してできた燃焼ガスに十分な直進成分をもたせて燃焼室内に流入させ、燃焼室内で大きな旋回流を形成して高温燃焼ガスを蓄熱室の全体に供給すること、さらには、バーナーダクトの内壁の耐火物が受ける冷却・加熱の繰返しによってバーナーダクト内壁の耐火物が損傷し易いという課題を解消すること、といった全ての課題を解消することのできる技術開発が望まれている。
特公昭４８－４２８４号公報 特許第３７９３４６６号公報
　本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成すること、バーナーダクト内で混合ガスが燃焼してできた燃焼ガスに十分な直進成分をもたせて燃焼室内に流入させ、燃焼室内で大きな旋回流を形成して高温燃焼ガスを蓄熱室の全体に供給すること、さらには、バーナーダクトの燃焼室側の領域が受ける冷却・加熱の繰返しによってバーナーダクト内壁の耐火物が損傷し易いという課題を解消すること、といった全ての課題を解消することのできる炉頂燃焼式熱風炉を提供することを目的としている。
　前記目的を達成すべく、本発明による炉頂燃焼式熱風炉は、熱風用エアが供給される送風管を備えた蓄熱室と、高炉へ熱風を供給する熱風管とバーナーシステムを備えて蓄熱室の上部に配設された燃焼室と、から構成され、バーナーシステムから燃焼室へ供給された燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスの燃焼によって蓄熱室が昇温され、熱風用エアが蓄熱室を通過する過程で生成された熱風を熱風管を介して高炉へ供給する炉頂燃焼式熱風炉であって、前記バーナーシステムは、径の異なる３以上の多重管路であってそれぞれの管路が燃料ガスもしくは燃焼用エアを流すバーナーと、バーナーと連通するバーナーダクトと、から構成され、バーナーダクトは燃焼室に連通しており、前記多重管路を構成するそれぞれの管路のうち、最外管路以外の管路には旋回流生成手段が設けられてその内部を流れる燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生じさせ、前記最外管路には燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流が流れるようになっており、バーナーダクト内に流入した燃料ガスと燃焼用エアの旋回流によって混合ガスの旋回流が生ぜしめられ、該混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流がバーナーダクト内を流れる過程で燃焼して直進成分と旋回成分を備えた燃焼ガスが生成されるようになっており、前記燃焼室には、少なくとも１以上の前記バーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向に燃焼ガスが供給されるものである。
　本発明の炉頂燃焼式熱風炉は、その構成要素であるバーナーシステムを構成するバーナーに改良を加え、径の異なる３以上の多重管路からなるバーナーのうち、最外管路以外の管路には旋回流生成手段を設けて燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生ぜしめ、これらの旋回流がバーナーダクト内で混合されることで十分に混合された混合ガスを生成することができ、さらに、バーナーの最外管路には燃料ガスもしくは燃焼用エアを旋回させることなく直進させるように流し、これがそのままバーナーダクト内に流入することで、混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流をバーナーダクトに流通させるようにしたものである。
　バーナーがたとえば同芯の３重管路からなる構造形態の場合であって、中心管路に燃焼用エアを流し、中央管路に燃料ガスを流し、最外管路に別途の燃焼用エアを流す場合を取り挙げると、中央の２つの管路では燃料ガスと燃焼用エアがともに旋回流生成手段によって旋回流が生ぜしめられてこれらがバーナーダクト内で混合される。そして、この混合ガスは、その周囲で旋回することなく直進する別途の燃焼用エアとともにバーナーダクト内を流れることになる。すなわち、バーナーダクト内には燃焼用エアによる直進成分と混合ガスによる旋回成分が混成されたガス流れが形成され、これがバーナーダクトの燃焼室側近傍の領域で着火して燃焼し、燃焼後の燃焼ガスも燃焼前のガス流れと同様に直進成分と旋回成分を有する燃焼ガスとなって燃焼室に流入することになる。
　この燃焼ガスの中心の２つの管路の旋回流生成手段によって生成された旋回成分により、バーナーダクトの中心部に負圧領域が形成される。負圧領域が形成されることでここに燃焼室内の高温雰囲気が取り込まれ、取り込まれた高温雰囲気がバーナーダクトの内壁に輻射されることによって燃焼時に冷却され易いバーナーダクトの内壁を温めることができる。
　燃焼時にバーナーダクトの燃焼室側領域の内壁が温められることから、燃焼時と送風時での内壁の温度差が格段に少なくなり、冷却・加熱の繰返しによるバーナーダクト内壁の耐火物の損傷を効果的に抑制することができる。
　一方、燃焼ガスの直進成分によって燃焼ガスに十分な直進性を持たせてこれを燃焼室内に流入させることができ、この直進成分をもって燃焼室に流入した燃焼ガスが他のバーナーシステムから燃焼室に流入した燃焼ガスと相互に干渉して、もしくは燃焼室に流入した後に対向する燃焼室の内壁にぶつかって流れ方向を転換されることで、燃焼室内には平面的に見て燃焼ガスの大きな旋回流が形成され易くなり、もって高温の燃焼ガスを蓄熱室の全領域に供給することが可能となる。
　このように、本発明の炉頂燃焼式熱風炉は、その構成要素であるバーナーシステムを構成するバーナーに改良を加えて、バーナーダクト内で混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流を生ぜしめ、これらをバーナーダクト内で燃焼させることで直進成分と旋回成分をもった燃焼ガスを生成するようにしたこと、すなわち、燃焼ガスの流れ成分を適正化したことによって、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成することができ、バーナーシステムの燃焼効率を高めることができる。また、燃焼室内で燃焼ガスの大きな旋回流を形成してこれを蓄熱室の全体に供給することができ、熱風生成能に優れた熱風炉を形成することができる。さらに、バーナーダクト内壁の燃焼時と送風時の温度差を少なくし、もってバーナーダクト内壁の耐火物の耐久性を高めることができる。
　ここで、前記旋回流生成手段として、以下で示す２つの実施の形態を挙げることができる。
　その一つの実施の形態は、最外管路以外のそれぞれの管路内に旋回用羽根を設けることである。
　たとえば、バーナーが同芯の３重管路から構成される場合には、中央２つの管路内でそれぞれに固有の旋回用羽根が設けられ、同芯の５重管路から構成される場合には、中央４つの管路内でそれぞれに固有の旋回用羽根が設けられる。いずれの形態であっても、最外管路には旋回用羽根を設けず、燃料ガスもしくは燃焼用エアを直進させるように流してバーナーダクトに流入させるようにする。
　一方、旋回流生成手段の他の実施の形態は、バーナーを構成する多重管路ごとに生成手段を異ならせるものであって、最小径の中心管路には旋回用羽根を設け、最外管路および中心管路以外の管路にはその軸心に対して偏心した位置から、もしくは傾斜した方向で燃料ガスもしくは燃焼用エアを供給することである。
　中央に位置する中心管路が旋回用羽根を有することは既述する実施の形態と同様であるが、最外管路を除くそれ以外の管路に適用される旋回流生成手段の形態として、管路への燃料ガスもしくは燃焼用エアの供給方向に調整を加え、管路軸心に対して偏心した位置から、もしくは傾斜方向で燃料ガスもしくは燃焼用エアを供給することでそれよりも小径の管路の周りに旋回流（もしくは螺旋流）を形成することができる。
　たとえばバーナーが同芯の３重管路から構成される場合には、中間に位置する管路に対してガスを軸心に対して偏心した位置から供給することにより、中心管路の周囲で旋回流が形成され、これがバーナーダクト内に流入することになる。
　また、燃焼室に対するバーナーシステムの取り付き形態としては、３つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して１２０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室へ該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される形態が好ましく、さらに、４つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して９０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室へ該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される形態が望ましい。
　燃焼室に対するバーナーシステムの取り付き形態は、たとえば１つのバーナーシステムのみであっても、これが燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスを供給するように配置されていれば、燃焼室内で旋回流を生成させることができる。しかし、この場合は、１つのバーナーシステムから燃焼室内に流入した燃焼ガスが燃焼室の対向内壁にぶつかって方向転換され、燃焼室の内壁に沿うように流れながら旋回流を形成することになる。
　これに対して、３つのバーナーシステムが燃焼室に対して１２０度間隔で配設される場合や、４つのバーナーシステムが燃焼室に対して９０度間隔で配設される場合は、１つのバーナーシステムから燃焼室に流入した燃焼ガスは他のバーナーシステムからの燃焼ガスと干渉し易くなり、この相互干渉によって燃焼室内に平面的に見て大きな旋回流をスムーズに形成することができる。
　以上の説明から理解できるように、本発明の炉頂燃焼式熱風炉によれば、バーナーダクト内で混合ガスの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流を生ぜしめ、これらをバーナーダクト内で燃焼させることで直進成分と旋回成分をもった燃焼ガスを生成するようにしたことによって、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスをバーナーシステム内で生成することができ、バーナーシステムにおける燃焼効率を高めることができる。また、バーナーダクトから燃焼室へ十分な直進成分をもった燃焼ガスを流入させることができ、もって燃焼室内で燃焼ガスの大きな旋回流を形成してこれを蓄熱室の全体に供給することができ、熱風生成能に優れた炉頂燃焼式熱風炉となる。さらに、バーナーダクト内における燃焼ガスの旋回成分によって負圧領域を形成し、燃焼室内の高温雰囲気をここに取り込んでその輻射熱をバーナーダクト内壁に供給することにより、燃焼時と送風時のバーナーダクト内壁の温度差を少なくし、ここでの冷却・加熱の繰返しサイクルを解消もしくは緩和して該内壁に配された耐火物の耐久性を高めることができる。
本発明の炉頂燃焼式熱風炉の一実施の形態を示した模式図であって、混合ガス、燃焼ガス、熱風用エアおよび熱風の各流れをともに示した図である。 図１のII－II矢視図である。 （ａ），（ｂ）はいずれも、図１のIII－III矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示した図であり、燃焼室に対するバーナーシステムの取付き形態を示した図である。 （ａ），（ｂ）はいずれも、図３ａ，ｂと同様に、図１のIII－III矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示した図であり、燃焼室に対するバーナーシステムの取付き形態を示した図である。 バーナーシステムの一実施の形態の縦断面図であって、直進成分と旋回成分を備えた燃焼ガスと、この燃焼ガスによって負圧領域が形成されることを説明した図である。 （ａ）はバーナーシステムを構成するバーナーの他の実施の形態の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。 従来の炉頂燃焼式熱風炉の一実施の形態を示した模式図であって、混合ガス、燃焼ガス、熱風用エアおよび熱風の各流れをともに示した図である。 図７のVIII－VIII矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示した図である。 従来のバーナーシステムの一実施の形態の縦断面図である。
　以下、図面を参照して本発明の炉頂燃焼式熱風炉の実施の形態を説明する。
　図１は本発明の炉頂燃焼式熱風炉の一実施の形態を示した模式図であって、混合ガス、燃焼ガス、熱風用エアおよび熱風の各流れをともに示した図であり、図２は図１のII－II矢視図であり、図３ａ，ｂ、図４ａ，ｂはいずれも、図１のIII－III矢視図であって、燃焼室内における燃焼ガスの流れをともに示したもので、燃焼室に対するバーナーシステムの取付き形態を示した図である。さらに、図５はバーナーシステムの一実施の形態の縦断面図である。
　図１で示す炉頂燃焼式熱風炉１０は、その全体が平面視円形もしくは略円形（楕円形など）に構成され、蓄熱室４の上方に燃焼室３が配されたものであって、この燃焼室３にはバーナー１から供給された（Ｘ１方向）燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスがバーナーダクト２を通過する過程で着火され、燃焼して高温の燃焼ガスとなって燃焼室３に流入するようになっている。なお、バーナー１とバーナーダクト２からバーナーシステムが構成される。なお、厳密に言えば、バーナーダクト２から燃焼室３へ流入するのは燃焼ガス以外にも、未燃の混合ガスや燃料ガスなども存在するが、本明細書においては、主として燃焼室３に流入するガス成分である燃焼ガスを取り上げて説明している。
　図３ａで示すように、バーナーダクト２は燃焼室３に対して平面的に見て４箇所設けてあり、それぞれが９０度ごとにずれた位置に配設されたものであって、各バーナーダクト２はいずれも、燃焼室３への燃焼ガスの流入方向が平面視円形の燃焼室３の中心Ｏを通らない偏心位置で燃焼室３に通じている。そのため、各バーナーダクト２から燃焼室３内に流入した燃焼ガスは他の隣接するバーナーダクト２から燃焼室３内に流入した燃焼ガスと干渉してそれぞれの燃焼ガスの流れ方向が転換され、燃焼室３内には図示するような大きな燃焼ガスの旋回流（Ｘ４方向の流れ）が形成されることになる。
　なお、燃焼室３に対するバーナーダクト２の取り付き形態はそれ以外にも、図３ｂで示すように、３つのバーナーシステムが燃焼室３に対して１２０度間隔で配設された形態、図４ａで示すように、１つのバーナーシステムが燃焼室３に取付いた形態、図４ｂで示すように、２つのバーナーシステムが９０度ずれた位置で燃焼室３に取付いた形態などであってもよく、いずれの形態であっても、バーナーダクト２は、燃焼室３への混合ガスの流入方向が平面視円形の燃焼室３の中心Ｏを通らない偏心位置で燃焼室３に通じている。
　この燃焼ガスは、図３、図４で示すように平面的に見て大きく旋回しながら、縦断面的には図１のＸ２方向で降下する螺旋流を形成しながら蓄熱室４の全体に流下し、この流下過程でその熱が蓄熱室４で蓄熱され、蓄熱室４を通過した燃焼ガスは遮断弁７ａが開制御された煙道管７を介して排気される。このようにバーナーシステムにおける混合ガスの燃焼と、高温の燃焼ガスを蓄熱室４に供給して蓄熱室４を昇温させる操業を「燃焼時」と称することができる。
　図２で示すようにバーナー１は同芯で３孔式の多重管路であり、図５で示すように、バーナーダクト２にバーナー１がその端面１ａで連通姿勢で繋がれ、その中心管路１ｂには燃焼用エアＡ１が流れ、中央管路１ｃには燃料ガスＧが流れ、最外管路１ｄには別途の燃焼用エアＡ２が流れるようになっている。
　さらに、最外管路１ｄ以外の中心管路１ｂと中央管路１ｃには、それぞれに固定された旋回用羽根８ｂ、８ｃが管路内に設けてある。
　中央の２つの管路１ｂ、１ｃでは、燃焼用エアＡ１と燃料ガスＧがそれぞれ、旋回用羽根８ｂ、８ｃによって（Ｙ１方向、Ｙ２方向）それぞれの旋回流Ｘ１’が生成され、これらの旋回流Ｘ１’がバーナーダクト２内で混合されて混合ガスＭＧの旋回流が生ぜしめられる。そして、この混合ガスＭＧは、その周囲で旋回することなく直進する別途の燃焼用エアＡ２とともにバーナーダクト２内を流れることになる。
　すなわち、バーナーダクト２内には、燃焼用エアＡ２による直進成分と混合ガスＭＧによる旋回成分が混成されたガス流れが生ぜしめられ、これがバーナーダクト２の燃焼室側近傍の領域で着火して燃焼し、燃焼前のガス流れと同様に直進成分ＨＧ”と旋回成分ＨＧ’を有する燃焼ガスＨＧが生成されてこれが燃焼室３に流入することになる。
　この燃焼ガスＨＧの旋回成分ＨＧ’により、バーナーダクト２の燃焼室３側の領域には負圧領域ＮＰが形成される。負圧領域ＮＰが形成されることでここに燃焼室３内の高温雰囲気が取り込まれ（Ｚ１方向）、取り込まれた高温雰囲気がバーナーダクト２の内壁に輻射されることにより（Ｚ２方向）、燃焼時に冷却され易いバーナーダクト２の燃焼室側領域の内壁を温めることができる。
　燃焼時にバーナーダクト２の内壁が温められることから、燃焼時と送風時での内壁の温度差が格段に少なくなり、冷却・加熱の繰返しによるバーナーダクト内壁の耐火物の損傷を効果的に抑制することができる。
　また、燃焼ガスＨＧの直進成分ＨＧ”によって燃焼ガスＨＧに十分な直進性を持たせてこれを燃焼室３内に流入させることができ、この直進成分をもって燃焼室３に流入した燃焼ガスＨＧが他のバーナーシステムから燃焼室３に流入した燃焼ガスと相互に干渉して（図３ａ，ｂの場合）、もしくは燃焼室３に流入した後に対向する燃焼室３の内壁にぶつかって流れ方向を転換されることで（図４ａ，ｂの場合）、燃焼室３内には平面的に見て燃焼ガスＨＧの大きな旋回流Ｘ４が形成され易くなり、もって高温の燃焼ガスＨＧを蓄熱室４の全領域に供給することが可能となる。
　図６ａには、バーナーシステムを構成するバーナーの他の実施の形態を示している。このバーナー１Ａも同芯の３重管路から構成されるものであるが、中心管路１ｂには旋回用羽根８ｂが設けられ、図６ｂで示すように、中央管路１ｃでは燃料ガスＧの該管路内への供給方向を管路軸心に対して偏心した位置から供給させるようにしたものであり、中央管路１ｃ内に燃料ガスＧが偏心した位置から、もしくは斜め方向に供給されることでその内側の中心管路１ｂの周りに旋回流Ｘ１”（もしくは螺旋流）を形成することができる。
　図１に戻り、不図示の高炉へ熱風を供給する際には、バーナーダクト２内の遮断弁２ａ、煙道管７内の煙道弁７ａを閉制御し、遮断弁６ａが開制御された送風管６を介してたとえば１５０℃程度の高温エアを蓄熱室４に供給し、高温エアが蓄熱室４内を上昇する過程でたとえば１２００℃程度の熱風とされ、この熱風が遮断弁５ａが開制御された熱風管５を介して高炉へ供給されることになる（Ｘ３方向）。このように熱風炉内で熱風を生成してこれを高炉へ供給する操業を「送風時」と称することができる。
　図示する炉頂燃焼式熱風炉１０によれば、バーナーダクト２内で混合ガスＭＧの旋回流と燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流を生ぜしめ、これらをバーナーダクト２内で燃焼させることで直進成分ＨＧ”と旋回成分ＨＧ’をもった燃焼ガスＨＧを生成するようにしたことによって、燃料ガスと燃焼用エアが十分に混合された混合ガスＭＧをバーナーシステム内で生成することができ、バーナーシステムにおける燃焼効率を高めることができる。また、バーナーダクト２から燃焼室３へ十分な直進成分をもった燃焼ガスＨＧを流入させることができ、もって燃焼室３内で燃焼ガスＨＧの大きな旋回流を形成してこれを蓄熱室４の全体に供給することができ、熱風生成能に優れた炉頂燃焼式熱風炉となる。さらに、バーナーダクト２内における燃焼ガスＨＧの旋回成分ＨＧ’によって負圧領域ＮＰを形成し、燃焼室３内の高温雰囲気をここに取り込んでその輻射熱をバーナーダクト内壁に供給することにより、燃焼時と送風時のバーナーダクト内壁の温度差を少なくし、ここでの冷却・加熱の繰返しサイクルを解消もしくは緩和して該内壁に配された耐火物の耐久性を高めることができる。
　以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
　１，１Ａ…バーナー、１ｂ…中心管路、１ｃ…中央管路、１ｄ…最外管路、１ａ…バーナー出口、２…バーナーダクト、２ａ…遮断弁、３…燃焼室、４…蓄熱室、５…熱風管、６…送風管、７…煙道管、８ｂ、８ｃ…旋回用羽根、１０…炉頂燃焼式熱風炉、Ｇ…燃料ガス、Ａ１，Ａ２…燃焼用エア、ＭＧ…混合ガス、ＨＧ…燃焼ガス、ＨＧ’…燃焼ガスの旋回成分、ＨＧ”…燃焼ガスの直進成分

Claims (5)

  1. 　熱風用エアが供給される送風管を備えた蓄熱室と、高炉へ熱風を供給する熱風管とバーナーシステムを備えて蓄熱室の上部に配設された燃焼室と、から構成され、バーナーシステムから燃焼室へ供給された燃料ガスと燃焼用エアの混合ガスの燃焼によって蓄熱室が昇温され、熱風用エアが蓄熱室を通過する過程で生成された熱風を熱風管を介して高炉へ供給する炉頂燃焼式熱風炉であって、
    　前記バーナーシステムは、径の異なる３以上の多重管路であってそれぞれの管路が燃料ガスもしくは燃焼用エアを流すバーナーと、バーナーと連通するバーナーダクトと、から構成され、バーナーダクトは燃焼室に連通しており、
    　前記多重管路を構成するそれぞれの管路のうち、最外管路以外の管路には旋回流生成手段が設けられてその内部を流れる燃料ガスもしくは燃焼用エアの旋回流を生じさせ、前記最外管路には燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流が流れるようになっており、
    　バーナーダクト内に流入した燃料ガスと燃焼用エアの旋回流によって混合ガスの旋回流が生ぜしめられ、該混合ガスの旋回流と前記最外管路の燃料ガスもしくは燃焼用エアの直進流がバーナーダクト内を流れる過程で燃焼して直進成分と旋回成分を備えた燃焼ガスが生成されるようになっており、
    　前記燃焼室には、少なくとも１以上の前記バーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向に燃焼ガスが供給される炉頂燃焼式熱風炉。
  2. 　前記旋回流生成手段は、最外管路以外のそれぞれの管路内に設けられた旋回用羽根である請求項１に記載の炉頂燃焼式熱風炉。
  3. 　前記旋回流生成手段は管路ごとに異なっており、
    　最小径の中心管路における旋回流生成手段は該管路内に設けられた旋回用羽根であり、
    　最外管路および中心管路以外の管路における旋回流生成手段は、その軸心に対して偏心した位置から、もしくは傾斜した方向で燃料ガスもしくは燃焼用エアを供給することである請求項１に記載の炉頂燃焼式熱風炉。
  4. 　３つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して１２０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される請求項１～３のいずれかに記載の炉頂燃焼式熱風炉。
  5. 　４つの前記バーナーシステムが燃焼室に対して９０度間隔で配設され、それぞれのバーナーシステムから前記燃焼室に対して該燃焼室の中心位置を通らない流入方向で燃焼ガスが供給される請求項１～３のいずれかに記載の炉頂燃焼式熱風炉。
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RU2013138451/02A RU2539492C1 (ru) 2011-03-23 2012-03-19 Воздухонагреватель с верхним обогревом
ES12760409.8T ES2561535T3 (es) 2011-03-23 2012-03-19 Alto horno con inyección de aire forzado caliente de combustión en la parte superior
CA2820831A CA2820831C (en) 2011-03-23 2012-03-19 Top-firing hot blast stove
KR1020137017089A KR101302760B1 (ko) 2011-03-23 2012-03-19 로(爐) 상단연소식 열풍로
EP12760409.8A EP2653567B1 (en) 2011-03-23 2012-03-19 Top-combustion hot-blast furnace
PL12760409T PL2653567T3 (pl) 2011-03-23 2012-03-19 Wielki piec prowadzony na gorącym dmuchu od góry
US14/005,616 US9017068B2 (en) 2011-03-23 2012-03-19 Top-firing hot blast stove
CN201280012288.3A CN103429761B (zh) 2011-03-23 2012-03-19 炉顶燃烧式热风炉
UAA201312422A UA107163C2 (xx) 2011-03-23 2012-03-19 Повітронагрівник з верхнім обігрівом
BR112013023987A BR112013023987B8 (pt) 2011-03-23 2012-03-19 aquecedor de queima superior
ZA2013/04468A ZA201304468B (en) 2011-03-23 2013-06-18 Top-firing hot blast stove

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JP2011064320A JP4892107B1 (ja) 2011-03-23 2011-03-23 炉頂燃焼式熱風炉
JP2011-064320 2011-03-23

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013245880A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Daido Ecomet Co Ltd 粉粒体溶融バーナーおよび粉粒体溶融装置
CN102853429B (zh) * 2012-07-04 2014-12-31 江苏中圣园科技股份有限公司 一种燃气烧嘴
EP2703339A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-05 Casale Chemicals S.A. Burner for the production of synthesis gas
US9783309B2 (en) * 2013-07-16 2017-10-10 The Boeing Company Methods and device for mixing airflows in environmental control systems
CN103574606B (zh) * 2013-11-18 2016-01-06 南通宝聚颜料有限公司 一种氢气燃烧装置
US10520221B2 (en) 2015-04-06 2019-12-31 Carrier Corporation Refractory for heating system
EP3173696A1 (en) * 2015-11-30 2017-05-31 Paul Wurth S.A. Top combustion stove
WO2018021248A1 (ja) * 2016-07-26 2018-02-01 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉用助燃バーナー
KR102178505B1 (ko) * 2019-06-12 2020-11-13 국민대학교산학협력단 재순환 영역이 구비된 연소방열판
DE102019122940A1 (de) * 2019-08-27 2021-03-04 Ebner Industrieofenbau Gmbh Regenerativbrenner für stark reduzierte NOx Emissionen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50123006A (ja) * 1974-03-15 1975-09-27
JP3793466B2 (ja) 2002-01-30 2006-07-05 新日本製鐵株式会社 電気炉用廃プラスチック燃焼バーナー

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB952036A (en) * 1962-03-22 1964-03-11 Daniel Petit Improvements relating to gas blast heating stoves for use with furnaces
SU231572A1 (ru) * 1967-05-23 1978-02-15 Государственный Союзный Институт По Проектированию Метвллургических Заводов Газова горелка воздухонагревател
US3905751A (en) 1974-03-21 1975-09-16 Midland Ross Corp Gas burner
JPS51133108A (en) * 1975-05-15 1976-11-18 Nippon Kokan Kk <Nkk> A swirl burner for hot stoves
JPS5840086B2 (ja) 1976-01-22 1983-09-03 新日本製鐵株式会社 熱風炉用ガスバ−ナ−
DE3328973A1 (de) * 1983-08-11 1985-02-21 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Einspritzduesen fuer einspritzkoepfe von brennkammern fuer raketentriebwerke
SU1239458A1 (ru) * 1984-07-04 1986-06-23 Институт Высоких Тепмератур Ан Ссср Газова горелка
CN85100733B (zh) 1985-04-01 1988-05-18 中国科学院化工冶金研究所 顶燃式热风炉的多火孔环形燃烧器
JPS625012A (ja) 1985-06-28 1987-01-12 Chugai Ro Kogyo Kaisha Ltd 排熱回収バ−ナ
JPH084284B2 (ja) 1986-11-25 1996-01-17 パイオニアコミュニケーションズ株式会社 多回線応答装置
NL8702036A (nl) * 1987-08-31 1989-03-16 Hoogovens Groep Bv Keramische brander voor gas voor een brandschacht van een windverhitter van een hoogoven.
NL8901620A (nl) * 1989-06-27 1991-01-16 Hoogovens Groep Bv Keramische brander en een daarvoor geschikte vormsteen.
EP0491079B1 (de) 1990-12-19 1996-10-16 Asea Brown Boveri Ag Brennerkopf für die vormischartige Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes in einer atmosphärischen Feuerungsanlage
JP2555738Y2 (ja) 1991-12-25 1997-11-26 住友金属工業株式会社 液体燃料用バーナー
NL9200486A (nl) * 1992-03-16 1993-10-18 Hoogovens Groep Bv Keramische brander voor een brandschacht van een windverhitter van een hoogoven.
JPH0921509A (ja) * 1995-07-04 1997-01-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素燃焼用バーナ
NL1007581C2 (nl) * 1997-11-19 1999-05-20 Hoogovens Tech Services Keramische brander voor gassen en regeneratieve warmtegenerator voorzien daarvan.
ATE306050T1 (de) * 2001-01-04 2005-10-15 Haldor Topsoe As Drallbrenner
JP3669311B2 (ja) 2001-08-29 2005-07-06 中央技研工業株式会社 燃焼バーナー
CN2557527Y (zh) * 2002-06-12 2003-06-25 李永镇 高效顶燃式热风炉
CN101793393B (zh) * 2002-08-09 2012-09-05 杰富意钢铁株式会社 管状火焰燃烧炉以及燃烧控制方法
JP4506337B2 (ja) 2003-07-31 2010-07-21 Ｊｆｅスチール株式会社 冶金炉用微粉炭吹き込みバーナー及び冶金炉内への微粉炭吹き込み方法
MY141203A (en) * 2006-01-05 2010-03-31 Shandong Province Metallurg Eng Co Ltd A top combustion stove having heat- insulating layers in its precombustion chamber
US8696348B2 (en) 2006-04-26 2014-04-15 Air Products And Chemicals, Inc. Ultra-low NOx burner assembly
CN101196298B (zh) * 2007-12-19 2013-02-13 济南钢铁股份有限公司 一种紊流长火焰顶燃式热风炉燃烧器
JP5022248B2 (ja) 2008-01-23 2012-09-12 三菱重工業株式会社 ボイラ構造
US7775791B2 (en) 2008-02-25 2010-08-17 General Electric Company Method and apparatus for staged combustion of air and fuel
CN101381786B (zh) * 2008-10-27 2011-02-02 郑州豫兴耐火材料有限公司 采用环形气流上喷预混燃烧回流加热的顶燃式热风炉
JP5103454B2 (ja) * 2009-09-30 2012-12-19 株式会社日立製作所 燃焼器
JP4955117B1 (ja) 2011-03-15 2012-06-20 新日鉄エンジニアリング株式会社 炉頂燃焼式熱風炉

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50123006A (ja) * 1974-03-15 1975-09-27
JP3793466B2 (ja) 2002-01-30 2006-07-05 新日本製鐵株式会社 電気炉用廃プラスチック燃焼バーナー

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2653567A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2653567A1 (en) 2013-10-23
EP2653567B1 (en) 2015-11-25
ES2561535T3 (es) 2016-02-26
AU2012232150A1 (en) 2013-02-28
AU2012232150B2 (en) 2013-11-07
US20140011152A1 (en) 2014-01-09
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UA107163C2 (xx) 2014-11-25
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RU2539492C1 (ru) 2015-01-20
KR101302760B1 (ko) 2013-09-02
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