【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室で発生させた燃焼ガスを蓄熱室に一定時間供給して、燃焼ガスの保有する熱エネルギ−を蓄熱室の蓄熱体に蓄熱させた後、燃焼ガスの蓄熱室への供給を停止する工程と、蓄熱された蓄熱室に冷風を一定時間供給して、蓄熱体の保有する熱エネルギ−により冷風を加熱して熱風を発生させる工程とを交互に繰り返して、冷風から熱風を発生させる熱風炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で鉄鋼石を溶融還元して銑鉄を製造するときには、高炉に設けた羽口から熱風を炉内に吹き込んで溶融還元を行うようにしている。このような熱風は、熱風炉とよばれる蓄熱式熱交換器により発生させている。
【０００３】
熱風炉は通常高炉１基に対して３〜４基設置され、交互に熱風の供給と停止を繰り返しながら、継続して１０００℃を超える高温の熱風を高炉に供給するようにしている。
【０００４】
熱風炉には、同一鉄皮に燃焼室と蓄熱室を内臓した内燃式と両室を独立させた外燃式とがある。
【０００５】
図２は、外燃式熱風炉の概略の構造を示す図であるが、この熱風炉においては、燃焼室２１において、燃料ガス供給管２２により供給される燃料ガスを、燃焼用空気管２３により供給される燃焼用空気により燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。
【０００６】
そして、燃焼室２１で発生させた燃焼ガスを、ド−ム（連結通路）２４を通して蓄熱室２５に供給する。蓄熱室２５に供給された燃焼ガスは、蓄熱室２５の上部から下部へと流れ、その間に蓄熱室２５に配置された蓄熱体に、燃焼ガスの保有する熱エネルギ−が蓄熱される。
【０００７】
熱エネルギ−を放出した燃焼ガスは排ガスとなって、蓄熱室２５の下部から途中に煙道弁２６が設けられている配管２７を経由して煙道管２８に流れ、煙突から大気中に放出される。
【０００８】
配管２７の蓄熱室２５と煙道弁２６との間には、途中に冷風弁２９が設けられている冷風管３０が接続されており、蓄熱室２５に一定時間燃焼ガスが供給された後、燃焼ガスの供給が停止され、冷風が蓄熱室２５に供給される。
【０００９】
上記のような蓄熱工程においては、煙道弁２６は開、冷風弁２９は閉の状態になっているが、冷風を蓄熱室２５に供給するときには、煙道弁２６は閉、冷風弁２９は開の状態となる。
【００１０】
蓄熱室２５に供給された冷風は、蓄熱室２５を下部から上部へと流れる間に、蓄熱体に蓄熱された熱エネルギ−で加熱され、高温の熱風となり、蓄熱室２５からド−ム２４、燃焼室２１および配管３１を経由して、熱風本管３２に送られ、高炉に供給される。熱風本管の途中には、熱風弁３３が設けられており、熱風を高炉に供給するときには開いているが、燃焼ガスを蓄熱室２５に供給しているときには閉じている。
【００１１】
冷風管３０の冷風弁２９より上流側からは、混合冷風管３４が分岐されており、混合冷風管３４を通して冷風がブラストミキサ３５に送られ、配管３１から送られてきた熱風と混合されて、熱風の温度調整を行うようにしている。
【００１２】
ところで、熱風炉の燃焼室２１で燃焼ガスを発生させるバ−ナには、従来ある程度の低カロリ−ガスでも燃焼させることのできるセラミックバ−ナとよばれる形式のものが使用されている。セラミックバ−ナの燃焼反応は、図３に示すように、密閉された燃焼室２１内に設置されたセラミックバ−ナ４１に、燃料ガス供給管２２により供給される燃料ガスを、燃焼用空気管２３により燃焼用空気を供給して行われるので、セラミックバ−ナが経時劣化してきても、熱風炉の定期修理日以外には補修は行えないので、ある程度劣化したままの状態で使用せざるをえない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱風炉の燃焼室における燃焼ガスの発生は、ある程度劣化した状態のセラミックバ−ナを使用しなければならないので、次のような問題がある。
【００１４】
バ−ナが劣化すると、ハニカム状に構成されたセラミックバ−ナの通路がふさがれてしまい、燃料ガスと燃焼用空気の混合が不完全になり、未燃焼ガスが発生するので、未燃焼ガスを発生させないようにするために、燃焼空気を空気１．０を超える過剰な状態で供給する必要がある。
【００１５】
そのため、過剰な空気を加熱するための燃料ガスが余計に必要になり、燃焼に要する費用が高くなる。また、未燃焼ガスを含んだ燃焼排ガスをそのまま大気中に放出すると、有害なＣＯガスを大気中に放出することになり、地球環境を悪化させる一因となる。
【００１６】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、熱風炉の燃焼室で燃焼ガスを発生させるに際して、未燃焼ガスを発生させることがないので、燃焼に要する費用も高くならず、地球環境も悪化させることのない熱風炉を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱風炉は、燃焼室で発生させた燃焼ガスを蓄熱室に一定時間供給して、該燃焼ガスの保有する熱エネルギ−を前記蓄熱室の蓄熱体に蓄熱させた後、前記燃焼ガスの前記蓄熱室への供給を停止する工程と、蓄熱された蓄熱室に冷風を一定時間供給して、蓄熱体の保有する熱エネルギ−により前記冷風を加熱して熱風を発生させる工程とを交互に繰り返して、冷風から熱風を発生させる熱風炉において、前記燃焼室を管状火炎バ−ナの燃焼室とし、ノズル噴射口が燃焼室の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを、噴射方向が燃焼室内周面の略接線方向と一致するように接続したものである。
【００１８】
熱風炉の燃焼室を管状火炎バ−ナの燃焼室として使用するので、燃焼室に高炉ガスのような低カロリ−ガスを吹き込んで燃焼させることができる。
【００１９】
したがって、低カロリ−ガスを燃焼させるために、従来のセラミックバ−ナのように、バ−ナを熱風炉の燃焼室内に設置する必要はなく、バ−ナの経時劣化にともなう燃焼費用の高騰を問題とすることはない。
【００２０】
なお、燃料とは、気体燃料、液体燃料を予めガス化したもの、液体燃料を空気又は蒸気で霧化したもの、窒素等で気送される微粒の固体燃料等である。
【００２１】
また、酸素含有ガスとは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガス等の燃焼用の酸素を供給するガスを指すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の熱風炉の実施の形態の説明図であり、（ａ）は熱風炉の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。この熱風炉においては、燃焼室にのみに特徴があり、その他の部分の構造は、図２により説明した従来の熱風炉と同じであるので、同じ部分の説明は省略する。
【００２３】
この熱風炉の燃焼室１の外側には、ノズル噴射口が燃焼室１の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル２及び酸素含有ガス吹き込み用ノズル３が、それぞれの噴射方向が燃焼室１内周面の接線方向と一致するように接続されている。そして、燃料吹き込み用ノズル２には燃料ガス供給配管４が、酸素含有ガス吹き込み用ノズル３には酸素含有ガス供給配管５が接続されている。
【００２４】
このような構成において、燃料吹き込み用ノズル２及び酸素含有ガス吹き込み用ノズル３から、それぞれ燃料および酸素含有ガスを燃焼室１内に吹き込み、その混合気に点火すると、燃焼室１内のガスが密度差によって、遠心力により成層化され、密度の異なる同心軸のガス層ができる。すなわち、燃焼室１の軸心側には密度の小さい高温の燃焼排ガスが存在し、燃焼室１の内壁側（軸心から離れた側）には密度の高い未燃焼のガスが存在するようになる。このような状態は、流体力学的に非常に安定である。火炎は管状に形成されるが、流れ場が安定成層化されているため、膜状に安定な火炎となる。
【００２５】
火炎の形成位置は、中心へ向かう速度と火炎伝播速度が釣り合う位置におのずと決まる。
【００２６】
又、燃焼室１の内壁付近には未燃焼の低温ガスが境界層の状態で存在しているので、燃焼室１の壁面が直接的な伝熱により高温に加熱されることはなく、壁外への熱ロスを防ぐ。すなわち、断熱効果が大きいことに他ならず、それ故燃焼場の熱的安定が保たれる。
【００２７】
燃焼室１内のガスは旋回しながら下流側（燃焼室１の上方側）へ流れるが、その間、内壁側の混合ガスが継続的に燃焼して管状火炎を形成し、発生した排ガスは軸心側へ移動しながら蓄熱室方向へと排出される。
【００２８】
上記の構成によるバーナには、次のような利点がある。回転場で成層化され、流体力学的にも、熱的にも安定しており、燃料ガス成分が非常に希薄または過濃の状態になる条件でも燃焼させることができるので、バーナ自身の安定燃焼範囲が広がる。すなわち、燃料種が変わり、火炎伝搬速度が変わっても、火炎伝搬速度と中心へ向かう速度とが釣り合う位置に、火炎面の位置がおのずと移り、これこそが安定する位置であることから、安定燃焼範囲が広いのである。
【００２９】
火炎面が安定なため、温度のバラツキが小さく、燃焼時に局部的な高温部が発生しないことや、燃料と酸素含有ガスとの混合ガスは一瞬のうちに火炎面を通過するため、反応時間が非常に短くなる等の理由により、ＮＯｘなどの有害物質の生成量が少ない。
【００３０】
反応時間が非常に短くなること、かつ局所的な低温領域ができないことから、炭化水素などの未燃焼分の残留量が極めて少なくなく、ススの生成も抑制される。
【００３１】
また、燃焼室１内にバ−ナを設置する必要はなく、従来のようにバ−ナの経時劣化にともなう燃焼費の高騰を問題とすることはない。
【００３２】
なお、酸素含有ガスとは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガス等の燃焼用の酸素を供給するガスを指すものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、熱風炉の燃焼室に使用するバ−ナの経時劣化を気にすることなく、かつ低カロリ−燃料でも未燃焼ガスを発生させることなく、燃焼ガスを発生させることのできる熱風炉を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱風炉の実施の形態の説明図であり、（ａ）は熱風炉の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】従来の熱風炉の概略構造を示す図である。
【図３】従来の熱風炉の燃焼室のバ−ナ配置を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ 燃料吹き込み用ノズル
３ 酸素含有ガス吹き込み用ノズル
４ 燃料ガス供給配管
５ 酸素含有ガス供給配管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, the combustion gas generated in the combustion chamber is supplied to the heat storage chamber for a certain period of time, the heat energy of the combustion gas is stored in the heat storage body of the heat storage chamber, and then the combustion gas is supplied to the heat storage chamber. And the step of supplying cold air to the heat storage chamber in which the heat is stored for a certain period of time and heating the cold air by the heat energy held by the heat storage body to generate hot air are alternately repeated, and the hot air is generated from the cold air. It relates to the hot blast stove to be generated.
[0002]
[Prior art]
When pig iron is manufactured by melting and reducing iron ore in a blast furnace, hot air is blown into the furnace from tuyeres provided in the blast furnace to perform smelting reduction. Such hot air is generated by a regenerative heat exchanger called a hot blast stove.
[0003]
Usually, three to four hot blast stoves are provided for one blast furnace, and high temperature hot air exceeding 1000 ° C. is continuously supplied to the blast furnace while alternately supplying and stopping the hot blast alternately.
[0004]
The hot blast stove includes an internal combustion type in which a combustion chamber and a heat storage chamber are built in the same steel shell, and an external combustion type in which both chambers are independent.
[0005]
FIG. 2 is a view showing a schematic structure of an external combustion type hot stove. In this hot stove, in a combustion chamber 21, a fuel gas supplied by a fuel gas supply pipe 22 is supplied by a combustion air pipe 23. Combustion is performed by the supplied combustion air to generate high-temperature combustion gas.
[0006]
The combustion gas generated in the combustion chamber 21 is supplied to a heat storage chamber 25 through a dome (connection passage) 24. The combustion gas supplied to the heat storage chamber 25 flows from the upper part to the lower part of the heat storage chamber 25, and heat energy held by the combustion gas is stored in the heat storage body arranged in the heat storage chamber 25 during the flow.
[0007]
The combustion gas that has released the thermal energy becomes exhaust gas, flows from the lower part of the heat storage chamber 25 to a flue pipe 28 via a pipe 27 provided with a flue valve 26 on the way, and is discharged to the atmosphere from a chimney. Is done.
[0008]
A cool air pipe 30 provided with a cool air valve 29 on the way is connected between the heat storage chamber 25 and the flue valve 26 of the pipe 27, and after the combustion gas is supplied to the heat storage chamber 25 for a certain time, The supply of the combustion gas is stopped, and the cool air is supplied to the heat storage chamber 25.
[0009]
In the above heat storage process, the flue valve 26 is open and the cold air valve 29 is closed. However, when supplying cool air to the heat storage chamber 25, the flue valve 26 is closed and the cold air valve 29 is closed. It will be open.
[0010]
The cool air supplied to the heat storage chamber 25 is heated by the heat energy stored in the heat storage body while flowing from the lower part to the upper part in the heat storage chamber 25, and becomes high-temperature hot air. It is sent to the hot air main pipe 32 via the combustion chamber 21 and the pipe 31 and supplied to the blast furnace. A hot air valve 33 is provided in the middle of the hot air main pipe, and is open when hot air is supplied to the blast furnace, but closed when supplying combustion gas to the heat storage chamber 25.
[0011]
From the upstream of the cold air valve 29 of the cold air pipe 30, a mixed cold air pipe 34 is branched, and the cool air is sent to the blast mixer 35 through the mixed cold air pipe 34 and mixed with the hot air sent from the pipe 31. The temperature of hot air is adjusted.
[0012]
By the way, as a burner for generating a combustion gas in the combustion chamber 21 of the hot blast stove, a type called a ceramic burner which can burn even a certain amount of low calorie gas is used. As shown in FIG. 3, the combustion reaction of the ceramic burner is performed by supplying fuel gas supplied from a fuel gas supply pipe 22 to a ceramic burner 41 installed in a closed combustion chamber 21 by using combustion air. Since the combustion air is supplied through the pipe 23, even if the ceramic burner deteriorates with time, it cannot be repaired except on the regular repair date of the hot stove, so that the ceramic burner must be used in a state of being deteriorated to some extent. I can't get it.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The generation of combustion gas in the combustion chamber of a conventional hot blast stove requires the use of a ceramic burner which has been degraded to some extent, and therefore has the following problems.
[0014]
When the burner is deteriorated, the passage of the honeycomb-shaped ceramic burner is blocked, and the mixing of the fuel gas and the combustion air becomes incomplete and unburned gas is generated. In order to prevent the generation of the combustion air, it is necessary to supply the combustion air in an excessive state exceeding 1.0.
[0015]
Therefore, an additional fuel gas for heating the excess air is required, and the cost required for combustion increases. Further, if the combustion exhaust gas containing the unburned gas is released into the atmosphere as it is, harmful CO gas is released into the atmosphere, which is a factor that deteriorates the global environment.
[0016]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and when generating combustion gas in a combustion chamber of a hot stove, unburned gas is not generated. It is an object of the present invention to provide a hot blast stove that does not increase the required cost and does not deteriorate the global environment.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The hot blast stove according to the present invention supplies the combustion gas generated in the combustion chamber to the heat storage chamber for a certain period of time, stores the heat energy of the combustion gas in the heat storage body of the heat storage chamber, and then performs the combustion. Stopping the supply of gas to the heat storage chamber and supplying cold air to the stored heat storage chamber for a certain period of time, and heating the cold air with heat energy held by the heat storage body to generate hot air. In a hot blast stove that alternately generates hot air from cold air, the combustion chamber is a combustion chamber of a tubular flame burner, and a nozzle for injecting fuel and a nozzle for injecting oxygen-containing gas having a nozzle injection port opened on the inner surface of the combustion chamber. The nozzles are connected such that the injection direction coincides with a substantially tangential direction of the peripheral surface of the combustion chamber.
[0018]
Since the combustion chamber of the hot blast stove is used as the combustion chamber of the tubular flame burner, low-calorie gas such as blast furnace gas can be blown into the combustion chamber for combustion.
[0019]
Therefore, it is not necessary to install a burner in a combustion chamber of a hot blast stove to burn low-calorie gas as in the case of a conventional ceramic burner, and the burning cost rises due to the aging of the burner. Does not matter.
[0020]
Note that the fuel is a gaseous fuel, a liquid fuel that has been gasified in advance, a liquid fuel that has been atomized with air or vapor, a fine solid fuel that is pneumatically pumped with nitrogen, or the like.
[0021]
The oxygen-containing gas refers to a gas that supplies oxygen for combustion, such as air, oxygen, oxygen-enriched air, and a mixed gas of oxygen and exhaust gas.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are explanatory views of a hot stove according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a front view of the hot stove, and FIG. 1B is a view taken along the line AA of FIG. This hot stove has a feature only in the combustion chamber, and the structure of other portions is the same as that of the conventional hot stove described with reference to FIG.
[0023]
Outside the combustion chamber 1 of this hot blast stove, a fuel injection nozzle 2 and an oxygen-containing gas injection nozzle 3 whose nozzle injection ports are opened on the inner surface of the combustion chamber 1 are arranged so that their injection directions are on the inner peripheral surface of the combustion chamber 1. Are connected so as to coincide with the tangential direction of. The fuel injection nozzle 2 is connected to a fuel gas supply pipe 4, and the oxygen-containing gas injection nozzle 3 is connected to an oxygen-containing gas supply pipe 5.
[0024]
In such a configuration, when the fuel and the oxygen-containing gas are respectively injected into the combustion chamber 1 from the fuel injection nozzle 2 and the oxygen-containing gas injection nozzle 3 and the mixture thereof is ignited, the density of the gas in the combustion chamber 1 increases. The difference causes stratification by centrifugal force, resulting in concentric gas layers with different densities. That is, high-temperature combustion exhaust gas with a small density exists on the axial center side of the combustion chamber 1, and unburned gas with a high density exists on the inner wall side (a side away from the axial center) of the combustion chamber 1. Become. Such a state is very hydrodynamically stable. Although the flame is formed in a tubular shape, since the flow field is stably stratified, the flame is stable in a film shape.
[0025]
The flame formation position is naturally determined at a position where the speed toward the center and the flame propagation speed are balanced.
[0026]
In addition, since unburned low-temperature gas exists in the vicinity of the inner wall of the combustion chamber 1 in the state of a boundary layer, the wall surface of the combustion chamber 1 is not heated to a high temperature by direct heat transfer. To prevent heat loss. That is, the heat insulation effect is large, and therefore, the thermal stability of the combustion field is maintained.
[0027]
The gas in the combustion chamber 1 flows downstream while swirling (upper side of the combustion chamber 1). During this time, the mixed gas on the inner wall side continuously burns to form a tubular flame, and the generated exhaust gas has an axial center. While moving to the side, it is discharged in the direction of the heat storage chamber.
[0028]
The burner having the above configuration has the following advantages. It is stratified in a rotating field, is hydrodynamically and thermally stable, and can burn even under conditions where the fuel gas component is very lean or rich, so the burner itself has a stable combustion. The range expands. In other words, even if the fuel type changes and the flame propagation speed changes, the position of the flame surface naturally moves to a position where the flame propagation speed and the speed toward the center balance, and this is a stable position, so stable combustion The range is wide.
[0029]
Since the flame surface is stable, the temperature variation is small, and no local high-temperature portion is generated during combustion, and the mixed gas of fuel and oxygen-containing gas passes through the flame surface instantaneously, so the reaction time is short. The amount of harmful substances, such as NOx, is small due to reasons such as extremely short time.
[0030]
Since the reaction time is extremely short and a local low-temperature region cannot be formed, the residual amount of unburned components such as hydrocarbons is not very small, and the generation of soot is suppressed.
[0031]
Further, there is no need to install a burner in the combustion chamber 1, and there is no problem of a rise in combustion cost due to deterioration with time of the burner as in the related art.
[0032]
The oxygen-containing gas refers to a gas that supplies oxygen for combustion, such as air, oxygen, oxygen-enriched air, and a mixed gas of oxygen and exhaust gas.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, a hot blast stove capable of generating a combustion gas without worrying about deterioration over time of a burner used in a combustion chamber of the hot blast stove and generating no unburned gas even with a low calorie fuel Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of an embodiment of a hot stove according to the present invention, wherein (a) is a front view of the hot stove and (b) is a view taken along the line AA of (a).
FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a conventional hot blast stove.
FIG. 3 is a view showing a burner arrangement of a combustion chamber of a conventional hot blast stove.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Fuel injection nozzle 3 Oxygen-containing gas injection nozzle 4 Fuel gas supply pipe 5 Oxygen-containing gas supply pipe