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电炉用助燃燃烧器

阅读：196发布：2020-05-08

专利汇可以提供电炉用助燃燃烧器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供电炉用助燃燃烧器，其通过使煤等固体燃料与气体燃料一同适当且高效地燃烧，可得到高的铁系碎屑加热效果。本发明的电炉助燃燃烧器(100)的特征在于，具有从中心侧起依次同轴地配置有固体燃料喷射管(1)、气体燃料喷射管(2)、助燃性气体喷射管(3)而成的结构，固体燃料喷射管(1)的前端位于气体燃料喷射管(2)的内部，由此在固体燃料喷射管(1)的前端与气体燃料喷射管(2)的前端之间形成由气体燃料喷射管(2)的前端侧部分围成的固体燃料·气体燃料预混合用的第1空间部(4)。，下面是电炉用助燃燃烧器专利的具体信息内容。

权利要求

1.电炉用助燃燃烧器，其附设于将铁系碎屑熔化而制造铁液的电炉，并使用气体燃料和固体燃料作为燃料，所述电炉用助燃燃烧器的特征在于，具有：
固体燃料喷射管，其划分出供所述固体燃料通过的第1流路，并从所述第1流路的前端喷射所述固体燃料；
气体燃料喷射管，其配置于所述固体燃料喷射管的周围，在与所述固体燃料喷射管的外壁之间划分出供所述气体燃料通过的第2流路，并从所述第2流路的前端喷射所述气体燃料；和
助燃性气体喷射管，其配置于所述气体燃料喷射管的周围，在与所述气体燃料喷射管的外壁之间划分出供助燃性气体通过的第3流路，并从所述第3流路的前端喷射所述助燃性气体，
所述固体燃料喷射管的前端位于所述气体燃料喷射管的内部，由此在所述固体燃料喷射管的前端与所述气体燃料喷射管的前端之间形成有由所述气体燃料喷射管的前端侧部分围成的固体燃料·气体燃料预混合用的第1空间部。
2.如权利要求1所述的电炉用助燃燃烧器，其中，所述第1空间部在燃烧器轴向上的长度L与所述固体燃料喷射管的喷出口直径D满足0.2≤L/D≤1.5。
3.如权利要求1或2所述的电炉用助燃燃烧器，其中，所述气体燃料喷射管的前端位于所述助燃性气体喷射管的内部，由此在所述气体燃料喷射管的前端与所述助燃性气体喷射管的前端之间形成有被所述助燃性气体喷射管的前端侧部分围成的火焰稳定用的第2空间部。
4.电炉，其特征在于，具备权利要求1～3中任一项所述的电炉用助燃燃烧器。
5.铁液的制造方法，其特征在于，在具备权利要求1～3中任一项所述的电炉用助燃燃烧器的电炉中将铁系碎屑熔化、得到铁液。

说明书全文

电炉用助燃燃烧器

技术领域

[0001] 本发明涉及附设于将铁系碎屑熔化(melt)而制造铁液的电炉的助燃燃烧器。

背景技术

[0002] 在使用电炉将铁系碎屑熔化的情况下，虽然电极周边的铁系碎屑迅速熔化，但位于远离电极的部位、即位于冷部位(cold spots)的铁系碎屑的熔化较慢，从而炉内的铁系碎屑的熔化速度产生不均匀。因此，炉内整体的操作时间受到冷部位的铁系碎屑熔化速度的限制。

[0003] 因此，为了消除这样的铁系碎屑熔化速度的不均匀性，使炉内所有的铁系碎屑以良好的均衡性进行熔化，采用了在冷部位的位置设置助燃燃烧器，并利用该助燃燃烧器对位于冷部位的铁系碎屑进行预热、切断、熔化的方法。

[0004] 作为这样的助燃燃烧器，例如在专利文献1中提出了一种电炉用高速纯氧助燃燃烧器，其是设置为三重管结构的燃烧器，以从中心部喷出用于使不燃物飞散以及切割铁系碎屑的氧气、并从该氧气的外周部喷出燃料、进而从该燃料的外周部喷出燃烧用氧气，其中，为了使从中心部喷出的氧气的速度为高速而在中心部的氧气喷出管的前端设置有缩窄部，并且为了对从最外周喷出的燃烧用氧气赋予旋转力而在由燃料喷出管与燃烧用氧气喷出管形成的环状空间中设置有旋转叶片。

[0005] 此外，专利文献2提出了通过使助燃燃烧器的喷嘴前端偏心并使燃烧器旋转，从而使燃烧器火焰的指向性扩大为宽范围的电炉用燃烧器设备。

[0006] 现有技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本特开平10-9524号公报

[0009] 专利文献2：日本特开2003-4382号公报

发明内容

[0010] 发明要解决的课题

[0011] 通过利用专利文献1、2记载的技术，能够使用助燃燃烧器高效地将铁系碎屑预热、熔化。然而，专利文献1、2中，存在燃料的对象被限制为昂贵的气体燃料这样的问题。作为廉价的燃料，可举出煤(细粉碳)等固体燃料。为了使固体燃料起燃，到起燃为止需要升温时间。然而，在现有的助燃燃烧器中，难以使固体燃料比气体燃料更快地燃烧，无法稳定地燃烧，有时根据条件还会发生熄火(misfiring)。此外，存在若细粉碳的粒径大、则在燃烧器的火焰中无法充分燃烧的问题，燃烧残留的煤被集尘设备排出到电炉外，热效率非常差。因此，现有技术中，在助燃燃烧器中使用煤等固体燃料事实上是困难的。

[0012] 因此，本发明的目的在于提供电炉用助燃燃烧器，其通过使煤等固体燃料与气体燃料一同适当且高效地燃烧，可得到高的铁系碎屑加热效果。

[0013] 用于解决课题的手段

[0014] 本申请的发明人对能够使用煤等固体燃料的电炉用助燃燃烧器进行了反复研究，结果发现在从中心侧依次同轴地配置固体燃料喷射管、气体燃料喷射管、助燃性气体喷射管而成的基本结构中，通过设置为在燃烧器前端部(气体喷出部)中使固体燃料与气体燃料预混合，使该经预混合的固体燃料和气体燃料与助燃性气体接触而燃烧的结构、具体而言使固体燃料喷射管的前端位于气体燃料喷射管的内部，在固体燃料喷射管的前端与气体燃料喷射管的前端之间形成由气体燃料喷射管的前端侧部分围成的固体燃料·气体燃料预混合用的空间部，由此使得固体燃料的燃烧性提高、碎屑加热效果提高。

[0015] 本发明是基于上述这样的见解而完成的，要旨如下文所述。

[0016] [1]电炉用助燃燃烧器，其附设于将铁系碎屑熔化而制造铁液的电炉，并使用气体燃料和固体燃料作为燃料，所述电炉用助燃燃烧器的特征在于，具有：

[0017] 固体燃料喷射管，其划分出供所述固体燃料通过的第1流路，并从该第1流路的前端喷射所述固体燃料；

[0018] 气体燃料喷射管，其配置于所述固体燃料喷射管的周围，在与所述固体燃料喷射管的外壁之间划分出供所述气体燃料通过的第2流路，并从该第2流路的前端喷射所述气体燃料；和

[0019] 助燃性气体喷射管，其配置于所述气体燃料喷射管的周围，在与所述气体燃料喷射管的外壁之间划分出供助燃性气体通过的第3流路，并从该第3流路的前端喷射所述助燃性气体，

[0020] 所述固体燃料喷射管的前端位于所述气体燃料喷射管的内部，由此在所述固体燃料喷射管的前端与所述气体燃料喷射管的前端之间形成有由所述气体燃料喷射管的前端侧部分围成的固体燃料·气体燃料预混合用的第1空间部。

[0021] [2]如上述[1]所述的电炉用助燃燃烧器，其中，所述第1空间部在燃烧器轴向上的长度L与所述固体燃料喷射管的喷出口直径D满足0.2≤L/D≤1.5。

[0022] [3]如上述[1]或[2]所述的电炉用助燃燃烧器，其中，所述气体燃料喷射管的前端位于所述助燃性气体喷射管的内部，由此在所述气体燃料喷射管的前端与所述助燃性气体喷射管的前端之间形成有被所述助燃性气体喷射管的前端侧部分围成的火焰稳定用的第2空间部。

[0023] [4]电炉，其特征在于，具备上述[1]～[3]中任一项所述的电炉用助燃燃烧器。

[0024] [5]铁液的制造方法，其特征在于，在具备上述[1]～[3]中任一项所述的电炉用助燃燃烧器的电炉中将铁系碎屑熔化、得到铁液。

[0025] 发明的效果

[0026] 根据本发明的电炉用助燃燃烧器，能够以高的燃烧率使固体燃料与气体燃料一同高效地燃烧，由此可得到高的铁系碎屑加热效果。即，能够使用煤等廉价的固体燃料将铁系碎屑高效地加热或熔化。因此，能够节约电炉操作中的用电量，并且可缩短操作时间。附图说明

[0027] [图1]为根据本发明的一个实施方式的电炉用助燃燃烧器100的沿燃烧器轴线的截面图。

[0028] [图2]为沿图1的II-II线的截面图。

[0029] [图3]为示意性表示根据本发明的一个实施方式的电炉用助燃燃烧器100的使用情况的一例的说明图。

[0030] [图4]为表示实施例中进行的助燃燃烧器的燃烧试验方法的说明图。

[0031] [图5]为表示关于本发明例及比较例的助燃燃烧器，距燃烧器前端位置的距离与细粉碳燃烧率的关系的图。

[0032] [图6]为表示关于在设置有本发明例及比较例的助燃燃烧器的电炉中进行的验证试验，相对于通常操作的操作时间指数与单位耗电量指数的图。

具体实施方式

[0033] 本发明的电炉用助燃燃烧器为附设于将铁系碎屑熔化而制造铁液的电炉、且使用气体燃料和固体燃料作为燃料的助燃燃烧器。该助燃燃烧器具有从中心侧依次同轴地配置固体燃料喷射管、气体燃料喷射管、助燃性气体喷射管而成的基本结构，在该基本结构中，设置为在燃烧器前端部(气体喷出部)将固体燃料和气体燃料预混合，使该经预混合的固体燃料和气体燃料与助燃性气体接触(混合)而燃烧。具体而言，具有下述结构：固体燃料喷射管的前端位于气体燃料喷射管的内部，由此在固体燃料喷射管的前端与气体燃料喷射管的前端之间形成有由气体燃料喷射管的前端侧部分围成的固体燃料·气体燃料预混合用的空间部。在上述本发明的电炉用助燃燃烧器中，在燃烧器前端部(气体喷出部)中通过使与助燃性气体接触(混合)前的固体燃料与气体燃料预混合，能够以高的燃烧率使固体燃料高效地燃烧，由此可得到高的碎屑加热效果，能够将铁系碎屑高效地加热或熔化。

[0034] 作为燃烧所需的要素，可举出可燃性物质、氧、温度(火源)这三个要素。另外，关于可燃性物质的状态，燃烧的容易程度依次为气体、液体、固体。这是因为，若可燃性物质是气体状态，则可燃性物质与氧的混合容易，燃烧能够持续进行(连锁反应)。

[0035] 在使用助燃燃烧器且作为可燃性物质使气体燃料燃烧的情况下，虽然取决于氧浓度、气体燃料的流速、燃烧器喷尖形状，但一般来说，气体燃料在从燃烧器前端喷射之后就立即燃烧。与此相对，在使用以煤为代表的固体燃料作为可燃性物质的情况下，难以使其如气体燃料那样迅速燃烧。这是因为固体燃料的起燃温度为数百度(煤的情况下为400～600℃左右)，需要维持该起燃温度并且需要升温至起燃温度的升温时间。

[0036] 固体燃料达到起燃温度的升温时间取决于固体燃料的粒径(比表面积)，若使粒子细化，则能够缩短起燃时间。这是由于燃烧反应通过起燃温度的维持、以及可燃性物质与氧的反应来进行。为了使燃烧反应高效进行，重要的是固体燃料的高效加热、以及使该经加热的固体燃料与氧的反应较早地进行。就本发明的助燃燃烧器而言，通过在燃烧器前端部将固体燃料与气体燃料预混合，能够实现固体燃料的高效加热、以及经加热的固体燃料与氧的迅速反应。

[0037] 以下，对作为助燃燃烧器的气体燃料使用LNG(液化天然气)、作为固体燃料使用煤(细粉碳)、作为助燃性气体使用纯氧的情况进行说明。需要说明的是，上述燃料的起燃温度通常为固体燃料＞液体燃料＞气体燃料。

[0038] 使用LNG和煤作为助燃燃烧器的燃料的情况下，通过LNG与纯氧的燃烧可产生煤的起燃温度以上的温度场，通过向该温度场中送入煤，煤的温度上升至起燃温度，从而发生煤的燃烧(气化→起燃)。由于消耗了煤的温度上升所需的热量，因此火焰温度降低，但在煤发生起燃的区域内温度上升。

[0039] 由于作为燃料的LNG、煤与氧的反应而产生作为不燃性气体的二氧化碳。不燃性气体会阻碍燃烧的持续(连锁反应)，从而成为燃烧性降低的原因。此外，煤与搬送气体一同被供给，若搬送气体的流量多，则温度以对应于搬送气体的比热的量降低，因此，一般而言，使固气比(每单位时间的固体供给速度/每单位时间的搬送气体的供给速度)增大的情况下，燃烧性更为提高。然而，固气比大的状态是指煤密集的状态，并且为来自外部的热、与氧的反应难以传递到中心部的条件。为了使煤高效燃烧，在煤的燃烧场中创造出热、氧充分存在于煤的周围的条件是重要的。就该方面而言，在本发明的助燃燃烧器中，由于煤以与LNG预混合的状态下被送入燃烧场，因此能够将LNG与氧的反应产生的热高效地传递至煤，煤可迅速升温至其起燃温度，从而煤的燃烧性提高。

[0040] 图1及图2表示根据本发明的一个实施方式的电炉用助燃燃烧器100，图1为沿燃烧器轴线的截面图，图2为沿图1的II-II线的截面图。

[0041] 在该助燃燃烧器100中，燃料及助燃性气体供给用的主体部分成为从中心侧起依次同轴地配置固体燃料喷射管1、气体燃料喷射管2、及助燃性气体喷射管3而成的3重管结构。固体燃料喷射管1划分出供固体燃料通过的固体燃料流路10(第1流路)，该固体燃料流路10的前端为圆形的固体燃料喷出口11，从此处喷射固体燃料。气体燃料喷射管2被配置于固体燃料喷射管1的周围，在与固体燃料喷射管1的外壁之间划分出供气体燃料通过的气体燃料流路20(第2流路)，该气体燃料流路20的前端为环状的气体燃料喷出口21，从此处喷射气体燃料。助燃性气体喷射管3被配置于气体燃料喷射管2的周围，其在与气体燃料喷射管2的外壁之间划分出供助燃性气体通过的助燃性气体流路30(第3流路)，该助燃性气体流路30的前端为环状的助燃性气体喷出口31，从此处喷射助燃性燃料。

[0042] 各喷射管1、2、3的内径没有特别限定，通常，固体燃料喷射管1的内径为10～40mm左右，气体燃料喷射管2的内径为20～60mm左右，助燃性气体喷射管3的内径为40～100mm左右。各喷射管的厚度也没有特别限定，通常为2～20mm左右。

[0043] 在以上这样的基本结构中，固体燃料喷射管1的前端1A位于气体燃料喷射管2的内部，由此在固体燃料喷射管1的前端1A与气体燃料喷射管2的前端2A之间形成有由气体燃料喷射管2的前端侧部分围成的固体燃料·气体燃料预混合用的第1空间部4。因此，分别地，在该第1空间部4中，从作为固体燃料流路10的开放端的固体燃料喷出口11供给固体燃料，从作为气体燃料流路20的开放端的气体燃料喷出口21供给气体燃料，上述固体燃料和气体燃料在第1空间部4内被预混合。该第1空间部4由于被气体燃料喷射管2的前端侧部分包围，因此可抑制气体燃料的扩散，因此固体燃料与气体燃料易于被混合，形成在该第1空间部4中固体燃料与气体燃料中的相当量经预混合的状态。

[0044] 作为表示固体燃料与气体燃料的预混合效果的指标，使用使第1空间部4在燃烧器轴向上的长度L除以固体燃料喷射管1的固体燃料喷出口11的喷出口直径D而得的L/D。喷出口直径D可根据固体燃料(搬送气体)的任意的喷出流量及喷出速度来适当确定。通过改变相对于喷出口直径D的L的长度，预混合性发生变化。例如：

[0045] ·L过短的情况下：由于难以确保将固体燃料与气体燃料预混合的时间和区域，因此无法充分得到预混合的效果。

[0046] ·L合适的情况下：固体燃料与气体燃料被预混合，固体燃料的燃烧性改善。

[0047] ·L过长的情况下：由于火焰过于接近燃烧器前端部，因此燃烧器前端部易于发生熔损。

[0048] 第1空间部4在燃烧器轴向上的长度L没有特别限定，优选在其与固体燃料喷射管1的固体燃料喷出口11的喷出口直径D的关系中，满足0.2≤L/D≤1.5。L/D小于0.2时，由于难以确保将固体燃料与气体燃料预混合的时间和区域，因此有可能无法充分得到预混合的效果。因此，L/D优选为0.2以上、更优选为0.6以上。另一方面，从预混合的观点考虑，L/D越大越优选，但过大时将导致燃烧器前端部易于因火焰而发生熔损，L/D大于1.5时，熔损的程度可能会变大。因此，L/D优选为1.5以下、更优选为1.0以下。

[0049] 此外，优选的是，气体燃料喷射管2的前端2A位于助燃性气体喷射管3的内部，由此在气体燃料喷射管2的前端2A与助燃性气体喷射管3的前端3A之间形成有由助燃性气体喷射管3的前端侧部分围成的火焰稳定用的第2空间部5。分别地，从第1空间部4向该第2空间部5供给经预混合的固体燃料和气体燃料，从作为助燃性气体流路30的开放端的助燃性气体喷出口31向该第2空间部5供给助燃性气体，固体燃料和气体燃料在该第2空间部5及其下游侧区域与助燃性气体接触(混合)并燃烧。

[0050] 第2空间部5在燃烧器轴向上的长度L’没有特别限定，优选在其与气体燃料喷射管的喷出口21的喷出口直径D’的关系中，满足0.1≤L’/D’≤1.2。通过设定第2空间部5在燃烧器轴向上的长度L’，从而在第2空间部5中形成循环流，可得到火焰稳定效果。火焰稳定效果是指抑制火焰的熄灭、使火焰稳定化。

[0051] 本实施方式中，由于如上文所述在第1空间部4经预混合的固体燃料和气体燃料与助燃性气体接触(混合)并燃烧，因此气体燃料与助燃性气体的反应产生的热高效地传递至固体燃料，固体燃料迅速升温至其起燃温度，由此煤的燃烧性提高。

[0052] 燃烧器后端侧中，在助燃性气体喷射管3的燃烧器后端侧设置有助燃性气体供给口32，介由该助燃性气体供给口32向助燃性气体流路30供给助燃性气体。相同地，在气体燃料喷射管2的燃烧器后端侧设置有气体燃料供给口22，介由该气体燃料供给口22向气体燃料流路20供给气体燃料。相同地，在固体燃料喷射管1的燃烧器后端侧设置有固体燃料供给口12，介由该固体燃料供给口12向固体燃料流路10一同供给固体燃料与搬送气体。

[0053] 在助燃性气体供给口32上连接有助燃性气体供给机构(未图示)，所述助燃性气体供给机构向助燃性气体供给口32供给助燃性气体。在气体燃料供给口22上连接有气体燃料供给机构(未图示)，所述气体燃料供给机构向气体燃料供给口22供给气体燃料。在固体燃料供给口12上连接有固体燃料供给机构及搬送气体供给机构(均未图示)，所述固体燃料供给机构及搬送气体供给机构向固体燃料供给口12供给固体燃料及搬送气体。

[0054] 此外，虽未图示，但在助燃性气体喷射管3的外侧还同轴地配置有内侧管体和外侧管体，在上述外侧管体与内侧管体之间、同内侧管体与助燃性气体喷射管3之间形成相互连通的冷却流体用流路(冷却流体的去路及回路)。

[0055] 需要说明的是，在助燃性气体流路30、气体燃料流路20内还可设置用于对助燃性气体、气体燃料赋予旋转流的旋转叶片。通过对助燃性气体、气体燃料赋予旋转流，从燃烧器喷出的气体形成低速的旋转流，因此能够促进气体燃料与固体燃料的预混合，并且还能够促进经预混合的气体燃料·固体燃料与助燃性气体的混合。

[0056] [将助燃性气体喷射管设置于最外周的理由]

[0057] 由于在供给气体量中助燃性气体的流量最多，因此，为了与其他供给气体(气体燃料及搬送气体)的流速相匹配，需要使助燃性气体喷出口31的喷出面积大于气体燃料喷出口21、固体燃料喷出口11。从该观点考虑，助燃性气体喷射管3设置于最外周是最佳的。以下，以分别地作为助燃性气体而使用氧、作为气体燃料而使用LNG、作为固体燃料而使用细粉碳的情况为例进行说明。

[0058] 首先，燃烧所需的氧的量按照下述(1)式算出。

[0059] 燃烧所需的氧量＝氧气比率(系数)×[LNG流量×LNG的理论氧量+细粉碳供给量×细粉碳的理论氧量]……(1)

[0060] 关于燃烧所需的氧量，按照以下的条件具体算出。即，作为计算条件，将LNG的热值设为9700kcal/Nm3，将作为固体燃料的细粉碳的热值设为7500kcal/kg。此外，助燃燃烧器的总能量的90％设为由固体燃料供给、10％设为由气体燃料供给。例如，以6.2Nm3/h供给LNG的情况下，其热值为60Mcal/h。该情况下，540Mcal/h(其为与燃烧器的目标总热值600Mcal/h的差额)需要由细粉碳供给，从而细粉碳供给量成为约72kg/h。此外，理论氧量由燃料中的碳量、氢量等算出，LNG的理论氧量为2.25Nm3/Nm3左右，细粉碳的理论氧量为
1.70Nm3/kg。

[0061] 氧比率通常为1.0～1.1的氧过量条件，氧比率为1.1的情况下的燃烧所需的氧量按照上述(1)式算出为150Nm3/h( 1.1×[6.2×2.25+72×1.70])。因此，使用纯氧的情况下，其需要LNG的约24倍的流量。此外，与细粉碳的搬送氮相比，固气比为12的情况下的氮流量为5.8Nm3/h，也需要约26倍的流量。因此，为了使氧的喷出速度与LNG、细粉碳的喷出速度相同，助燃性气体喷出口31需要为气体燃料喷出口21、固体燃料喷出口11的20倍以上的喷出面积(径向截面积)。因此，在燃烧器的布局上，将助燃性气体喷出口31配置于燃烧器的最外周部是合理的。此外，不使用纯氧而使用空气作为助燃性气体的情况下，还需要5倍的流量。该情况下，基于同样的理由，将助燃性气体喷出口31配置于燃烧器的最外周部也是合理的。

[0062] 作为能够用于本实施方式的助燃燃烧器的燃料，可示例出以下的燃料。作为气体燃料，例如可举出LPG(液化石油气体)、LNG(液化天然气)、氢、炼钢所副产的气体(C气体、B气体等)、它们中的2种以上的混合气体等，可使用它们中的1种以上。另外，作为固体燃料，可举出粉末状固体燃料，例如煤(细粉碳)、塑料(粒状或者粉状物。包括废塑料)等，可使用它们中的1种以上，特别优选煤(细粉碳)。此外，作为助燃性气体，可以使用纯氧(工业用氧)、富氧空气、空气中的任意，优选使用纯氧。作为搬送气体，可使用例如氮。

[0063] 图3示意性地示出本实施方式的助燃燃烧器100的使用情况的一例(在电炉的半径方向上的纵截面)，7是炉体，8是电极，100是助燃燃烧器，x是碎屑。助燃燃烧器100以合适的俯角设置。这样的助燃燃烧器100通常设置有多个，以便能够将处于电炉内的所谓冷部位的碎屑加热或者熔化。

[0064] 即，本发明的电炉的特征在于具备上述电炉用助燃燃烧器100，还可具备炉体7及电极8。根据该电炉，可得到高的铁系碎屑的加热效果。此外，本发明的铁液的制造方法的特征在于，在具备上述电炉用助燃燃烧器100的电炉中将铁系碎屑熔化、得到铁液。根据该方法，可得到高的铁系碎屑加热效果。

[0065] 通常，由于助燃燃烧器的气体流速比较小，飞散而来的铁液、熔渣的喷溅有时会堵塞气体喷出口，而在本实施方式的助燃燃烧器中，由于可利用固体燃料的搬送气体而使得喷溅被吹扫，因此不易发生由喷溅导致的气体喷出口的堵塞。

[0066] 实施例

[0067] [实施例1]

[0068] 使用图1及图2所示结构的本发明例的助燃燃烧器、以及使用除不具有第1空间部4这点以外具有同样的基本结构的比较例的助燃燃烧器进行燃烧实验。关于本发明例，不改变固体燃料喷射管的喷出口直径D，而对第1空间部4在燃烧器轴向上的长度L进行各种改变，以表3所示的各种L/D进行燃烧实验。此外，对于本发明例及比较例而言，第2空间部5均设为满足L’/D’＝0.8的尺寸。

[0069] 对于助燃燃烧器的燃料而言，使用LNG(气体燃料)和细粉碳(固体燃料)，对于助燃性气体而言，使用纯氧。分别地，从中心的固体燃料喷射管以氮作为搬送气体喷射细粉碳，并且从其外侧的气体燃料喷射管喷射LNG，从其外侧(最外周)的助燃性气体喷射管喷射纯氧。该助燃燃烧器的输出及使用条件如表1所示。此外，作为细粉碳，使用表2所示的成分、低热值、粒度的MDT。

[0070] 图4表示燃烧实验的概要。为了测定从助燃燃烧器喷射的细粉碳的燃烧率，对燃烧试验后的细粉碳的余烬(以下，称为“残渣”)进行回收·分析。具体而言，将残渣回收箱设置于炉内并进行燃烧试验，回收堆积于残渣回收箱的残渣，求得该残渣所包含的灰分(ash分)，按照下式算出细粉碳燃烧率。

[0071] [数学式1]

[0072]

[0073] 其中，ash：残渣中的灰分的比例

[0074] ash0：细粉碳中的灰分的比例

[0075] 残渣回收箱的尺寸为宽度0.5m、长度1m、高度0.1m，如图4所示，通过从燃烧器前端位置在燃烧器轴延长线上以串联的方式配置3个残渣回收箱，从燃烧器前端位置(0m)起至燃烧器轴延长线上的3m位置为止划分出区域(i)(0m～1m)、区域(ii)(1m～2m)、区域(iii)(2m～3m)这3个区域来回收残渣，基于在各区域(残渣回收箱)中所回收的残渣算出细粉碳燃烧率。

[0076] 在通常的电炉中，从燃烧器前端至碎屑的距离为0.5m～2.5m左右。因此，评价区域(i)、区域(ii)、及区域(iii)的细粉碳燃烧率是合适的。所算出的细粉碳燃烧率小于60％时，难以形成稳定的火焰，从而可能会成为熄火的原因，因此将细粉碳燃烧率为60％以上设为大致目标。将以上的结果示于表3及图5。

[0077] 此外，调查燃烧器前端部有无熔损。燃烧器前端部存在熔损的情况下，测定其熔损深度，求得相对于燃烧器前端部直径的比例。结果示于表3。

[0078] 根据表3及图5可知，就不具有第1空间部4的比较例1(L/D＝0)的助燃燃烧器而言，区域(i)～(iii)的细粉碳燃烧率均低，整体而言细粉碳的燃烧性不充分。与此相对，就具有第1空间部4的本发明例1～7的助燃燃烧器而言，利用在第1空间部4中的固体燃料与气体燃料的预混合效果，从而相对于比较例1而言细粉碳燃烧率得以改善，细粉碳的燃烧性提高。

[0079] 尤其是，就L/D＝0.6的本发明例3及L/D＝0.8的本发明例4的助燃燃烧器而言，区域(i)、(ii)的细粉碳燃烧率为60％以上，相对于比较例1而言，观察到细粉碳燃烧率最大改善了8.9％(本发明例4，区域(i))。此外，就L/D＝1.0的本发明例5的助燃燃烧器而言，区域(i)～(iii)的细粉碳燃烧率为60％以上，相对于比较例1而言，观察到细粉碳燃烧率最大改善了14.7％(区域(i))。

[0080] 另一方面，就L/D＝0.3的本发明例2的助燃燃烧器而言，仅区域(i)的细粉碳燃烧率为60％以上，但发现了第1空间部4中的固体燃料与气体燃料的预混合效果，与比较例1相比细粉碳的燃烧性提高。此外，就L/D＝0.2的本发明例1的助燃燃烧器而言，尽管不存在细粉碳燃烧率为60％以上的区域，但利用第1空间部4中的固体燃料与气体燃料的预混合效果，相对于比较例1而言，观察到细粉碳燃烧率的改善。

[0081] 此外，就L/D＝1.5的本发明例6及L/D＝1.6的本发明例7的助燃燃烧器而言，区域(i)～(iii)的细粉碳燃烧率为60％以上，在本发明例中，细粉碳燃烧率最高，相对于比较例1而言，观察到细粉碳燃烧率最大改善了16.1％(本发明例7，区域(i))。像这样，L/D越大，则细粉碳的燃烧性可能越发提高，但另一方面，燃烧器前端部有可能会发生熔损。本发明例6中，在试验后可确认到燃烧器前端部发生少许熔损，其熔损深度相对于燃烧器前端部直径为2.3％。本发明例7中，在试验后也可确认燃烧器前端部发生少许熔损，其熔损深度相对于燃烧器前端部直径为3.1％。此外，本发明例7中，在燃烧器前端部发现了细粉碳的粘合。认为这是由于L/D过大时，高温的细粉碳粘合于前端，熔损进一步发展。燃烧器前端部的熔损、细粉碳的附着会损害维护性。像这样，从不仅确保高的细粉碳燃烧率、而且确保维护性的观点考虑，优选L/D为1.5以下，更优选为1.0以下。

[0082] 本发明例1～7的助燃燃烧器中，细粉碳燃烧性的改善在接近燃烧器的一侧显著，由于在实际的电炉中助燃燃烧器与碎屑的最短距离为0.5m，因此可以说由本发明例1～7带来的细粉碳燃烧性的改善对于将碎屑高效地加热或熔化而言是有效的。

[0083] 上述试验中的燃烧器输出600Mcal/h为设置于60t/ch的电炉的规模，实施了实机规模条件下的试验。因此，可知在实机的电炉中也能够期待同样的效果。

[0084] [表1]

[0085] 燃烧器输出 600Mcal/h细粉碳供给量 72kg/h
细粉碳的搬送气体流量 5.8Nm3/h
3
LNG流量 6.2Nm/h
纯氧流量 152Nm3/h

[0086] [表2]

[0087]碳种类(商品名) MDT
总碳(质量％) 81.7
固定碳(质量％) 76.9
挥发成分(质量％) 13.4
灰分(质量％) 9.7
S(质量％) 0.34
低热值(kcal/kg) 7511
粒径d(90)(μm) 70

[0088] [表3]

[0089]

[0090] [实施例2]

[0091] 利用分别设置有表3(实施例1)的本发明例4和比较例1的助燃燃烧器的电炉进行了验证试验。电炉的炉直径为约6.3m、炉高为约4.1m、Tap容量为约120吨，为中心具有1根电极的直流型。助燃燃烧器设置于炉体周向的4个部位。

[0092] 对于助燃燃烧器的燃料而言，使用LNG(气体燃料)和细粉碳(固体燃料)，对于助燃性气体而言，使用纯氧。分别地，从中心的固体燃料喷射管以氮作为搬送气体喷射细粉碳，并且从其外侧的气体燃料喷射管喷射LNG，从其外侧(最外周)的助燃性气体喷射管喷射纯氧。该助燃燃烧器的输出及使用条件如表4所示。细粉碳与LNG的能量比率为细粉碳：LNG＝90：10。此外，作为细粉碳，使用表2表示的成分、低热值、粒度的MDT。

[0093] 试验的评价利用操作时间指数和单位耗电量指数进行。操作时间指数是指各试验的操作时间除以通常操作中的平均操作时间而得的指数。另外，单位耗电量指数是指各试验的单位耗电量除以通常操作中的单位耗电量而得的指数。若各个指数低于1.0，则表示操作成本具有优势。此处，通常的操作是指使用仅利用LNG作为燃料的助燃燃烧器的操作。

[0094] 试验结果示于表5及图6。此处，表5所示的“◎”、“○”、“×”为指数的评价，指数为0.8以下的情况评价为“◎”、指数大于0.8且为1.0以下的情况评价为“○”，指数大于1.0的情况评价为“×”。

[0095] 根据表5及图6可知，在使用表3的比较例1(L/D＝0)的助燃燃烧器的试验No.1中，操作时间指数为0.96，另外单位耗电量指数为0.91，与通常的操作相同。然而，在同样地使用比较例1(L/D＝0)的助燃燃烧器的试验No.2中，操作时间指数为1.19，操作时间变长。认为这是由于细粉碳的燃烧率不充分，从而对碎屑的加热效率降低，结果操作时间变长。由以上可知，在比较例1的助燃燃烧器中，细粉碳的燃烧不稳定，结果可能会导致操作成本的恶化。

[0096] 相对于此，在使用表3的本发明例4(L/D＝0.8)的助燃燃烧器的试验No.3～5中，操作时间指数分别为0.99、0.97、0.96，未发现与试验No.1的差异。另一方面，单位耗电量指数分别为0.75、0.79、0.74，与试验No.1相比大幅降低。认为这是由于细粉碳的燃烧率提高，从而可有效进行对碎屑的加热所带来的。此外，认为由于也没有操作时间的拖延，因此可稳定地进行燃烧。

[0097] 由以上说明可知，可以说本发明的助燃燃烧器为可实现固体燃料的稳定燃烧、能够降低操作成本的助燃燃烧器。因此，通过使用本发明的助燃燃烧器，能够大幅削减电炉中碎屑的熔化成本。

[0098] [表4]

[0099] 燃烧器输出 2000Mcal/h细粉碳供给量约240kg/h
细粉碳的搬送气体流量 15Nm3/h
3
LNG流量 10Nm/h
纯氧流量 425Nm3/h

[0100] [表5]

[0101]

[0102] 产业上的可利用性

[0103] 根据本发明的电炉用助燃燃烧器，能够以高燃烧率使固体燃料与气体燃料一同高效地燃烧，由此可得到高的铁系碎屑加热效果。

[0104] 附图标记说明

[0105] 100 电炉用助燃燃烧器

[0106] 1 固体燃料喷射管

[0107] 2 气体燃料喷射管

[0108] 3 助燃性气体喷射管

[0109] 4 第1空间部

[0110] 5 第2空间部

[0111] 7 炉体

[0112] 8 电极

[0113] x 铁系碎屑

[0114] 10 固体燃料流路(第1流路)

[0115] 11 固体燃料喷出口

[0116] 12 固体燃料供给口

[0117] 20 气体燃料流路(第2流路)

[0118] 21 气体燃料喷出口

[0119] 22 气体燃料供给口

[0120] 30 助燃性气体流路(第3流路)

[0121] 31 助燃性气体喷出口

[0122] 32 助燃性气体供给口

[0123] 1A 固体燃料喷射管的前端

[0124] 2A 气体燃料喷射管的前端

[0125] 3A 助燃性气体喷射管的前端

[0126] L 第1空间部在燃烧器轴向上的长度

[0127] D 固体燃料喷射管的喷出口直径

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