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図面 (4)

課題

本発明は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる排熱回収装置の提供を目的とする。

解決手段

本発明は、鋼材を加熱する加熱炉から排熱回収する装置であって、上記加熱炉に供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガス顕熱を回収する排熱回収ボイラと、上記加熱炉及び上記熱交換器を接続する第1排ガス流路と、上記熱交換器及び上記排熱回収ボイラを接続する第2排ガス流路と、上記熱交換器を迂回し、かつ上記加熱炉及び上記排熱回収ボイラを接続するバイパス流路と、上記熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計と、上記温度計により測定される温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構とを備える。上記温度計の測定結果に基づき、上記第1排ガス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構をさらに備えるとよい。

概要

背景

熱延工場等ではスラブビレット等の鋼材連続式又はバッチ式加熱炉で加熱した後に熱間圧延が行われる。また、厚板工場等では厚板等の鋼材を連続式又はバッチ式の熱処理炉で加熱した後、熱処理が行われる。例えば厚板工場において厚板を製造する場合、連続式鋳造機鋳造されたスラブが、台車等により搬送され、加熱炉の手前でストックヤードに一時的に保管される。この保管中にスラグの温度は最大で室温(約25℃)まで低下する。このため、このスラブは熱処理スケジュールに応じ順次ストックヤードから加熱炉に装入され、1200℃程度の温度まで加熱された後、圧延機へ送られ圧延処理される。

このような加熱炉としては、スラブを装入側から抽出側まで搬送するウォーキングビーム式搬送装置が配設され、この搬送装置の経路の上下に配設された複数のバーナーにより燃料ガス燃焼させてスラブを加熱する加熱炉が公知である。上記バーナーには燃焼空気ブロワにより燃焼用空気が供給され、燃料ガスが燃焼される。燃料ガスの燃焼後の排ガスは、加熱炉の装入端部である炉から炉尻煙道を通り煙突へ送られ外部へ排気される。この加熱炉から排気される排ガスの顕熱は、リジェネバーナーやレキュペレーター等の熱交換器によりその一部が回収されて燃焼用空気の予熱に利用されるが、大半は煙突から排気される。従って、例えばレキュペレーターが付属した加熱炉のエネルギー効率は50%程度に留まる。

このエネルギー効率を向上させるために、排熱回収ボイラが設置され、熱交換器を通過した排ガスがこの排熱回収ボイラへ送られるように構成された熱回収システムが提案されている(特開平4−311533号公報、及び特開2012−242029号公報参照)。この従来の熱回収システムは、加熱炉の燃焼用空気の予熱に利用された排ガスから顕熱を蒸気として回収することで、エネルギー効率を向上させている。

ところで、加熱炉からの排ガス温度が高い場合、予熱後の燃焼用空気の温度が例えばこの燃焼用空気をバーナーへ供給する燃焼用空気流量調整弁耐熱上限温度超過し、調整弁の劣化や破損を引き起こすおそれがある。このため、予熱後の燃焼用空気の温度を上記耐熱上限温度以下とするような管理が必要とされる。このような管理の方法として、熱交換器に流入する排ガスを冷却する方法が提案されている(特開2002−81641号公報参照)。この方法では熱交換器に供給する排ガスの温度を下げることで予熱後の燃焼用空気の温度が耐熱上限温度以下となるように管理する。

しかし、上記従来の熱回収システムでは、加熱炉の燃焼用空気の予熱に利用された排ガスから顕熱を回収するので、上述のような管理が行われると、排熱回収ボイラに供給される排ガスの温度も低下する。このため、上記従来の熱回収システムを用いて上記従来の燃焼用空気の温度管理を行うと、排熱回収ボイラの熱回収率が低下し、エネルギー効率が低下する。

概要

本発明は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる排熱回収装置の提供を目的とする。本発明は、鋼材を加熱する加熱炉から排熱を回収する装置であって、上記加熱炉に供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガスの顕熱を回収する排熱回収ボイラと、上記加熱炉及び上記熱交換器を接続する第1排ガス流路と、上記熱交換器及び上記排熱回収ボイラを接続する第2排ガス流路と、上記熱交換器を迂回し、かつ上記加熱炉及び上記排熱回収ボイラを接続するバイパス流路と、上記熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計と、上記温度計により測定される温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構とを備える。上記温度計の測定結果に基づき、上記第1排ガス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構をさらに備えるとよい。

目的

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる排熱回収装置及び排熱回収方法の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

鋼材を加熱する加熱炉から排熱回収する装置であって、上記加熱炉に供給される燃焼用空気予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガス顕熱を回収する排熱回収ボイラと、上記加熱炉及び上記熱交換器を接続する第1排ガス流路と、上記熱交換器及び上記排熱回収ボイラを接続する第2排ガス流路と、上記熱交換器を迂回し、かつ上記加熱炉及び上記排熱回収ボイラを接続するバイパス流路と、上記熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計と、上記温度計により測定される温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構とを備える排熱回収装置

請求項2

上記温度計の測定結果に基づき、上記第1排ガス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構をさらに備える請求項1に記載の排熱回収装置。

請求項3

上記熱交換器通過前の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計と、上記熱交換器通過前の排ガス温度を測定する温度計と、上記熱交換器で予熱する燃焼用空気の流量を測定する流量計と、上記熱交換器を通過する排ガスの流量を測定する流量計とをさらに備える請求項1又は請求項2に記載の排熱回収装置。

請求項4

上記熱交換器通過後の排ガス温度を測定する温度計をさらに備える請求項3に記載の排熱回収装置。

請求項5

鋼材を加熱する加熱炉から排熱を回収する方法であって、上記加熱炉に供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガスの顕熱を回収する排熱回収ボイラと、上記加熱炉及び上記熱交換器を接続する第1排ガス流路と、上記熱交換器及び上記排熱回収ボイラを接続する第2排ガス流路と、上記熱交換器を迂回し、かつ上記加熱炉及び上記排熱回収ボイラを接続するバイパス流路とを備える排熱回収装置を用い、上記熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する工程と、上記測定温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する工程とを備える排熱回収方法

技術分野

0001

本発明は、排熱回収装置及び排熱回収方法に関する。

背景技術

0002

熱延工場等ではスラブビレット等の鋼材連続式又はバッチ式加熱炉で加熱した後に熱間圧延が行われる。また、厚板工場等では厚板等の鋼材を連続式又はバッチ式の熱処理炉で加熱した後、熱処理が行われる。例えば厚板工場において厚板を製造する場合、連続式鋳造機鋳造されたスラブが、台車等により搬送され、加熱炉の手前でストックヤードに一時的に保管される。この保管中にスラグの温度は最大で室温(約25℃)まで低下する。このため、このスラブは熱処理スケジュールに応じ順次ストックヤードから加熱炉に装入され、1200℃程度の温度まで加熱された後、圧延機へ送られ圧延処理される。

0003

このような加熱炉としては、スラブを装入側から抽出側まで搬送するウォーキングビーム式搬送装置が配設され、この搬送装置の経路の上下に配設された複数のバーナーにより燃料ガス燃焼させてスラブを加熱する加熱炉が公知である。上記バーナーには燃焼空気ブロワにより燃焼用空気が供給され、燃料ガスが燃焼される。燃料ガスの燃焼後の排ガスは、加熱炉の装入端部である炉から炉尻煙道を通り煙突へ送られ外部へ排気される。この加熱炉から排気される排ガスの顕熱は、リジェネバーナーやレキュペレーター等の熱交換器によりその一部が回収されて燃焼用空気の予熱に利用されるが、大半は煙突から排気される。従って、例えばレキュペレーターが付属した加熱炉のエネルギー効率は50%程度に留まる。

0004

このエネルギー効率を向上させるために、排熱回収ボイラが設置され、熱交換器を通過した排ガスがこの排熱回収ボイラへ送られるように構成された熱回収システムが提案されている(特開平4−311533号公報、及び特開2012−242029号公報参照)。この従来の熱回収システムは、加熱炉の燃焼用空気の予熱に利用された排ガスから顕熱を蒸気として回収することで、エネルギー効率を向上させている。

0005

ところで、加熱炉からの排ガス温度が高い場合、予熱後の燃焼用空気の温度が例えばこの燃焼用空気をバーナーへ供給する燃焼用空気流量調整弁耐熱上限温度超過し、調整弁の劣化や破損を引き起こすおそれがある。このため、予熱後の燃焼用空気の温度を上記耐熱上限温度以下とするような管理が必要とされる。このような管理の方法として、熱交換器に流入する排ガスを冷却する方法が提案されている(特開2002−81641号公報参照)。この方法では熱交換器に供給する排ガスの温度を下げることで予熱後の燃焼用空気の温度が耐熱上限温度以下となるように管理する。

0006

しかし、上記従来の熱回収システムでは、加熱炉の燃焼用空気の予熱に利用された排ガスから顕熱を回収するので、上述のような管理が行われると、排熱回収ボイラに供給される排ガスの温度も低下する。このため、上記従来の熱回収システムを用いて上記従来の燃焼用空気の温度管理を行うと、排熱回収ボイラの熱回収率が低下し、エネルギー効率が低下する。

先行技術

0007

特開平4−311533号公報
特開2012−242029号公報
特開2002−81641号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる排熱回収装置及び排熱回収方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するためになされた発明は、鋼材を加熱する加熱炉から排熱を回収する装置であって、上記加熱炉に供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガスの顕熱を回収する排熱回収ボイラと、上記加熱炉及び上記熱交換器を接続する第1排ガス流路と、上記熱交換器及び上記排熱回収ボイラを接続する第2排ガス流路と、上記熱交換器を迂回し、かつ上記加熱炉及び上記排熱回収ボイラを接続するバイパス流路と、上記熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計と、上記温度計により測定される温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構とを備える。

0010

当該排熱回収装置は、熱交換器を迂回するバイパス流路を備える。また、当該排熱回収装置は、熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計の測定結果に基づき上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構を備える。当該排熱回収装置は、この調整機構により燃焼用空気に供給される排ガスの流量を抑制することで、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。予熱後の燃焼用空気の温度を管理する方法としては、予熱される空気の流量を実際に燃焼用空気に使用される空気量よりも多くすることで管理する方法も考えられる。しかし、この方法では燃焼用空気として使用されなかった空気は放散されるため、この放散される空気の予熱エネルギーが無駄となる。これに対し、当該排熱回収装置は、予熱に必要とされる量の排ガス及び燃焼用空気を熱交換器へ供給するので、予熱エネルギーの無駄が少ない。また、当該排熱回収装置は、予熱に使用されない排ガスをバイパス流路を経て排熱回収ボイラへ供給するため、排ガスの温度が低下し難い。このため、当該排熱回収装置は、排熱回収ボイラの熱回収効率の低下を抑止できる。従って、当該排熱回収装置は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。

0011

上記温度計の測定結果に基づき、上記第1排ガス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構をさらに備えるとよい。このように上記第1排ガス流路へ流す排ガスの流量を調整する機構をさらに備えることで、熱交換器に供給する排ガスの流量を精度よく調整できる。従って、加熱炉のエネルギー効率がさらに高められる。

0012

上記熱交換器通過前の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計と、上記熱交換器通過前の排ガス温度を測定する温度計と、上記熱交換器で予熱する燃焼用空気の流量を測定する流量計と、上記熱交換器を通過する排ガスの流量を測定する流量計とをさらに備えるとよい。このように上記測定器を備えることで、熱交換器の熱回収率の予測が可能となり、バイパス流路へ流す排ガスの流量の調整精度が向上する。

0013

上記熱交換器通過後の排ガス温度を測定する温度計をさらに備えるとよい。このように上記温度計を備えることで、熱交換器の熱回収率の予測精度がさらに高まり、バイパス流路へ流す流量の調整精度がさらに向上する。

0014

上記課題を解決するためになされた別の発明は、鋼材を加熱する加熱炉から排熱を回収する方法であって、上記加熱炉に供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器と、上記加熱炉から排出される排ガスの顕熱を回収する排熱回収ボイラと、上記加熱炉及び上記熱交換器を接続する第1排ガス流路と、上記熱交換器及び上記排熱回収ボイラを接続する第2排ガス流路と、上記熱交換器を迂回し、かつ上記加熱炉及び上記排熱回収ボイラを接続するバイパス流路とを備える排熱回収装置を用い、上記熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する工程と、上記測定温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する工程とを備える。

0015

当該排熱回収方法では、上記排熱回収装置を用い、バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整することで、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。また、当該排熱回収方法では、バイパス流路を経て排熱回収ボイラへ供給される排ガスの温度が低下し難い。従って、当該排熱回収方法は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。

発明の効果

0016

以上説明したように、本発明の排熱回収装置及び本発明の排熱回収方法は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の一実施形態の加熱装置を示す模式図である。
本発明の一実施形態の排熱回収方法を示すフロー図である。
図2排ガス流量調整工程のステップを示すフロー図である。

実施例

0018

以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しつつ詳説する。

0019

図1に示す加熱装置は、加熱炉100と、本発明の一実施形態の排熱回収装置1とを主に備える。

0020

<加熱炉>
加熱炉100は、搬送装置101により加熱炉本体102の装入口に装入された鋼材を所定温度まで加熱し、加熱炉本体102の抽出口から鋼材を抽出する。具体的には、加熱炉本体102は、燃料ガス流路(不図示)から供給される燃料ガスを燃焼用空気流路103から供給される燃焼用空気と混合してバーナーにより燃焼し、その燃焼ガスを用いて鋼材を加熱する。

0021

加熱炉100としては、公知の加熱炉を用いることができる。公知の加熱炉としては、例えばウォーキングビーム式の搬送装置101が配設され、鋼材が加熱炉本体102の装入側端部から抽出側端部まで移動する間に鋼材を加熱する加熱炉を挙げることができる。この加熱炉100では、鋼材の上下に配設された複数のバーナーで燃料ガスを燃焼させ、装入側から順に予熱帯加熱帯及び均熱帯で鋼材の温度を制御する。具体的には、上記加熱炉100は、急速な加熱によって歪みが生じないように予熱帯で比較的低い温度上昇速度で鋼材を加熱した後、加熱帯で目標の温度となるように比較的高い温度上昇速度で鋼材を加熱し、均熱帯で温度むらを解消するように緩やかに鋼材を加熱する。

0022

上記燃焼用空気流路103は、上記予熱帯、加熱帯及び均熱帯にそれぞれ独立して燃焼用空気を供給できるように3つに分岐している。また、上記分岐の下流側の3つの流路にそれぞれ燃焼用空気流量調整弁104が配設されている。この燃焼用空気流量調整弁104により、加熱炉100は、予熱帯、加熱帯及び均熱帯ごとにバーナーへ供給する燃焼用空気の流量を調整し、鋼材の加熱を制御できる。

0023

鋼材の加熱後の温度としては、特に限定されないが、例えば1100℃以上1300℃以下とできる。また、上記燃料ガスとしては、特に限定されないが、例えばコークス炉ガス(Cガス)、コークス炉ガスと高炉ガスとの混合ガス(Mガス)等を用いることができる。

0024

加熱炉100は、鋼材の加熱に用いられた後の燃焼ガス、すなわち排ガスを排出する。この加熱炉100からの排ガスの排出口は、加熱炉本体102の装入口側に配設することが好ましい。上記排出口を装入口側に配設することで、燃焼ガスの流れる方向と鋼材の搬送方向とが対向するので、鋼材を効率的に加熱することができる。この排ガスの温度は、燃料ガスの燃焼条件等により決まるが、例えば500℃以上900℃以下である。また、排ガスの流量は、燃料ガスの燃焼条件等により決まるが、例えば10000Nm3/h以上50000Nm3/h以下である。

0025

加熱炉100で加熱される鋼材の量(流量)としては、操業条件等に依存して決まるが、例えば100t/h以上250t/h以下とできる。

0026

<排熱回収装置>
当該排熱回収装置1は、加熱炉100に付属して用いられる。当該排熱回収装置1は、熱交換器11、排熱回収ボイラ12、及び煙突13を主に備える。また、当該排熱回収装置1は、上記加熱炉100及び上記熱交換器11を接続する第1排ガス流路14aと、上記熱交換器11及び上記排熱回収ボイラ12を接続する第2排ガス流路14bと、上記熱交換器11を迂回し、上記加熱炉100及び上記排熱回収ボイラ12を接続するバイパス流路15とを備える。

0027

また、当該排熱回収装置1は、上記第2排ガス流路14bに配設される排ガス流量調整弁16を備える。また、当該排熱回収装置1は、上記バイパス流路15に配設されるバイパス流量調整弁17を備える。この排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17が排ガスの流量を調整する機構を構成する。

0028

当該排熱回収装置1は、燃焼用空気流路103の熱交換器11と加熱炉本体102との間に温度計18aを備える。この温度計18aは、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1を測定する。上記温度計18aの配設位置としては、排ガス流量の調整精度の観点から燃焼用空気流量調整弁104の上流側が好ましい。

0029

また、当該排熱回収装置1は、燃焼用空気流路103の熱交換器11より上流側に温度計18bを備える。この温度計18bは、熱交換器11を通過する前の上記燃焼用空気の温度T2を測定する。上記温度計18bの配設位置は、特に限定されないが、排ガス流量の調整精度の観点から熱交換器11の燃焼用空気取入口に近接するとよい。

0030

また、当該排熱回収装置1は、第1排ガス流路14aに温度計18cを備える。この温度計18cは、熱交換器11を通過する前の排ガス温度T3を測定する。上記温度計18cの配設位置は、特に限定されないが、排ガス流量の調整精度の観点から熱交換器11の排ガス取入口に近接するとよい。

0031

また、当該排熱回収装置1は、第2排ガス流路14bに温度計18dを備える。この温度計18dは、熱交換器11を通過した後の排ガス温度T4を測定する。上記温度計18dの配設位置は、バイパス流路15を流れる排ガスの影響を避けるため、バイパス流路15が第2排ガス流路14bに合流する位置よりも上流側である。

0032

また、当該排熱回収装置1は、熱交換器11で予熱する上記燃焼用空気の流量Q1を測定する流量計19aを備える。上記流量計19aの配設位置は、燃焼用空気流路103の途中である。上記流量計19aの配設位置は、燃焼用空気流路103の熱交換器11より上流側とすることもできるし、燃焼用空気流路103の熱交換器11より下流側とすることもできる。なお、図1では、上記流量計19aは、燃焼用空気流路103の熱交換器11より上流側に配設されている。

0033

また、当該排熱回収装置1は、熱交換器11を通過する排ガスの流量Q2を測定する流量計19bを備える。上記流量計19bの配設位置は、第1排ガス流路14aの途中、又は第2排ガス流路14bの途中である。また、上記流量計19bの配設位置は、バイパス流路15を流れる排ガスの影響を避けるため、バイパス流路15が第1排ガス流路14aから分岐する位置よりも下流側であり、かつバイパス流路15が第2排ガス流路14bに合流する位置よりも上流側である。なお、図1では上記流量計19bは、第2排ガス流路14bの途中に配設されている。

0034

また、当該排熱回収装置1は、上記測定器の測定結果に基づき上記排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17の開閉量を調整する制御機構20を備える。

0035

(熱交換器)
熱交換器11は、燃焼用空気流路103の途中に配設され、加熱炉100のバーナーに供給する燃焼用空気を予熱する。具体的には、熱交換器11は、加熱炉100から排気される排ガスのうち上記第1排ガス流路14aを介して熱交換器11に供給される排ガスと燃焼用空気流路103を介して熱交換器11に供給される燃焼用空気との間で熱交換を行うことで燃焼用空気を予熱する。

0036

熱交換器11としては、燃焼用空気を予熱できる限り特に限定されないが、例えば公知のレキュペレーターやリジェネバーナー等を用いることができる。

0037

熱交換器11での予熱後の燃焼用空気の温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、熱交換器11での予熱後の燃焼用空気の温度の上限としては、700℃が好ましく、600℃がより好ましい。上記熱交換器11での予熱後の燃焼用空気の温度が上記下限未満であると、熱交換器11での熱回収率が低いため、エネルギー効率が低下するおそれがある。逆に、上記熱交換器11での予熱後の燃焼用空気の温度が上記上限を超えると、この燃焼用空気が通過する燃焼用空気流量調整弁104等に熱による劣化や破損が生じるおそれがある。

0038

(排熱回収ボイラ)
排熱回収ボイラ12は、熱交換器11で予熱に利用され、上記第2排ガス流路14bを介して供給される排ガス、及び上記加熱炉100からバイパス流路15を介して供給される排ガスの顕熱を回収する。

0039

上記排熱回収ボイラ12としては、供給された排ガスの熱エネルギーを利用して、飽和蒸気スチーム)を製造する公知の排熱回収ボイラを用いることができる。

0040

(煙突)
煙突13は、排熱回収ボイラ12の下流側に位置し、排熱回収ボイラ12と煙道21により接続されている。上記排熱回収ボイラ12で利用された排ガスは、煙道21を通りこの煙突13から外部へ排出される。

0041

(排ガス流路)
第1排ガス流路14aは、上記加熱炉100から排出される排ガスを、予熱ガスとして上記熱交換器11に供給する流路である。また、第2排ガス流路14bは、上記熱交換器11を通過した排ガスを上記排熱回収ボイラ12へ供給する流路である。

0042

(バイパス流路)
バイパス流路15は、上記第1排ガス流路14aの熱交換器11の上流側から分岐している。また、上記バイパス流路15は、上記熱交換器11を迂回し、熱交換器11の下流側、かつ上記排熱回収ボイラ12の上流側で上記第2排ガス流路14bに合流している。
当該排熱回収装置1は、上記バイパス流路15により、上記加熱炉100から排出される排ガスを、上記熱交換器11を迂回させ、かつ上記排熱回収ボイラ12へ供給することができる。

0043

流量調整弁
排ガス流量調整弁16は、上記熱交換器11に供給する排ガスの流量を主に調整する。また、バイパス流量調整弁17は、上記バイパス流路15に流す排ガスの流量、すなわち上記熱交換器11に供給しない排ガスの流量を調整する。上記排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17の開閉量を調整することで、当該排熱回収装置1は、熱交換器11に供給する排ガスの流量及び上記バイパス流路15へ流す排ガスの流量を精度よく調整することができる。なお、この開閉量の調整は、後述する制御機構20により行われる。

0044

上記排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17としては、特に限定されないが、例えば公知のダンパ等を用いることができる。

0045

上記排ガス流量調整弁16は、バイパス流路15が第2排ガス流路14bに合流する位置よりも上流側に配設される。

0046

また、バイパス流量調整弁17は、上記バイパス流路15に供給する排ガスを遮断できるとよい。このようにバイパス流量調整弁17により上記バイパス流路15に供給する排ガスを遮断することで、当該排熱回収装置1は、排ガスの全量を熱交換器11に供給することができる。このため、排ガスの全量を熱交換器11に供給しても燃焼用空気流量調整弁104の劣化や破損を引き起こすおそれがない場合、排ガスの全量を熱交換器11に供給することで、エネルギー効率を高められる。

0047

(測定器)
当該排熱回収装置1は、上述の温度計及び流量計により、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1、熱交換器11を通過する前の上記燃焼用空気の温度T2、熱交換器11を通過する前の排ガス温度T3、熱交換器11を通過した後の排ガス温度T4、熱交換器11で予熱する燃焼用空気の流量Q1、及び熱交換器11を通過する排ガスの流量Q2を測定できる。上記測定器の測定結果は、後述する制御機構20に送られる。

0048

上記温度計としては、例えば公知の放射温度計等を用いることができる。また、上記流量計としては、例えば公知の電磁流量計等を用いることができる。

0049

<制御機構>
制御機構20は、上記測定器の測定結果に基づき、上記排ガス流量調整機構すなわち上記排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17を用いて、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度が所定温度以下となるように上記バイパス流路15へ流す排ガスの流量を調整する。具体的には、上記制御機構20は、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1が所定温度を超えた場合、排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17の開閉量を調整する。

0050

上記所定温度は、燃焼用空気流路103のうち予熱後の燃焼用空気が通過する部分の耐熱上限温度により適宜決定される。上記所定温度は、例えば燃焼用空気流量調整弁104の耐熱上限温度とでき、500℃以上700℃以下とできる。

0051

また、予熱後の上記燃焼用空気の温度は、加熱炉100のエネルギー効率の観点から上記所定温度以下で、大きいほどよい。すなわち、予熱後の上記燃焼用空気の温度が上記所定温度となるように上記バイパス流路15へ流す排ガスの流量を調整するとよい。ここで、「所定温度になる」とは、厳密に所定温度となることに加えて、所定温度の近傍、例えば所定温度との差が10℃以内の温度となることも含む概念である。

0052

<排熱回収方法>
当該排熱回収方法は、図1に示す排熱回収装置1を用いて、加熱炉100から排熱を回収する。当該排熱回収方法は、図2に示すように測定工程(S1)と、排ガス流量調整工程(S2)とを備える。

0053

(測定工程)
測定工程S1では、上述の4つの温度計及び2つの流量計により燃焼用空気の温度、排ガスの温度、及び排ガスの流量を測定する。具体的には、測定工程S1では、以下の4つの温度及び2つの流量が測定される。また、以下の合計6つの測定結果は、制御機構20に送られる。
(1)熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1
(2)熱交換器11を通過する前の上記燃焼用空気の温度T2
(3)熱交換器11を通過する前の排ガス温度T3
(4)熱交換器11を通過した後の排ガス温度T4
(5)熱交換器11で予熱する燃焼用空気の流量Q1
(6)熱交換器11を通過する排ガスの流量Q2

0054

(排ガス流量調整工程)
排ガス流量調整工程S2では、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1が所定温度以下となるように、制御機構20が上記バイパス流路15へ流す排ガスの流量を調整する。以下、上記所定温度をT0として説明する。

0055

この排ガス流量調整工程S2は、例えば図3に示すフローを用いて行うことができる。上記排ガス流量調整工程S2は、比較ステップS21と、熱効率算出ステップS22と、排ガス流量決定ステップS23と、流量調整弁調整ステップS24と、温度及び流量測定ステップS25とを備える。

0056

まず、比較ステップS21で、制御機構20は所定温度T0と熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1との比較を行う。温度T1が温度T0以下であれば、排ガス流量調整を行わず終了する。一方、温度T1が温度T0を超えている場合、温度効率算出ステップS22に進む。

0057

熱効率算出ステップS22では、制御機構20は熱交換器11の温度効率φを下記式(1)に従って計算する。



ここで温度T1、T2、T3及びT4の単位は[K]である。

0058

次に、排ガス流量決定ステップS23で、制御機構20は上記温度効率φを用い、下記式(2)に従って、T1=T0となるような熱交換器11を通過する排ガスの流量Q2newを計算する。この式(2)は、熱交換器11を境界としたエネルギー保存式解くことにより、導出することができる。



ここで、Cp−airは空気の比熱[J/kg/K]を意味し、Cp−exは排ガスの比熱[J/kg/K]を意味する。また、燃焼用空気の流量Q1及び排ガスの流量Q2newの単位は、[Nm3/h]である。

0059

次に、流量調整弁調整ステップS24で、制御機構20は、上記熱交換器11を通過する排ガスの流量がQ2newとなるように上記バイパス流路15へ流す排ガスの流量を調整する。具体的には、制御機構20は排ガス流量調整弁16及びバイパス流量調整弁17の開閉量を調整する。

0060

その後、温度及び流量測定ステップS25で、制御機構20は、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1、熱交換器11を通過する前の上記燃焼用空気の温度T2、熱交換器11を通過する前の排ガス温度T3、熱交換器11を通過した後の排ガス温度T4、熱交換器11で予熱する燃焼用空気の流量Q1、及び熱交換器11を通過する排ガスの流量Q2を測定し、測定結果を更新する。

0061

制御機構20は、この更新された測定結果に基づき、比較ステップS21で温度T1が温度T0以下となるまで、上述の5つのステップを繰り返し行う。

0062

なお、測定工程(S1)及び排ガス流量調整工程(S2)は、所定の時間間隔をおいて繰り返し行われるとよい。このように繰り返し行うことで、鋼材の加熱中に燃焼用空気の温度T1が超えた場合であっても、上記燃焼用空気の温度が所定温度以下となるように上記バイパス流路15へ流す排ガス流量を調整できる。上記時間間隔としては、特に限定されないが、例えば10分以上30分以下とできる。

0063

<利点>
当該排熱回収装置1は、熱交換器11を迂回するバイパス流路15を備える。また、当該排熱回収装置1は、熱交換器11を通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計18aの測定結果に基づき上記バイパス流路15へ流す排ガスの流量を調整する機構を備える。当該排熱回収装置1は、この調整機構により燃焼用空気に供給される排ガスの流量を抑制することで、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。また、当該排熱回収装置1は、予熱に必要とされる量の排ガス及び燃焼用空気を熱交換器11へ供給するので、予熱エネルギーの無駄が少ない。また、当該排熱回収装置1は、予熱に使用されない排ガスをバイパス流路15を経て排熱回収ボイラ12へ供給するため、排ガスの温度が低下し難い。このため、当該排熱回収装置1は、排熱回収ボイラ12の熱回収効率の低下を抑止できる。従って、当該排熱回収装置1は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。

0064

また、当該排熱回収装置1は、熱交換器11を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1、熱交換器11を通過する前の上記燃焼用空気の温度T2、熱交換器11を通過する前の排ガス温度T3、熱交換器11を通過した後の排ガス温度T4、熱交換器11で予熱する燃焼用空気の流量Q1、及び熱交換器11を通過する排ガスの流量Q2を測定できる。従って、当該排熱回収装置1は、バイパス流路15へ流す排ガスの流量の調整精度が高い。

0065

また、本発明の排熱回収方法は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。

0066

[その他の実施形態]
本発明の排熱回収装置は、上記実施形態に限定されるものではない。

0067

上記実施形態では、当該排熱回収装置が4つの温度計と2つの流量計とを備える場合を説明したが、熱交換器を通過した後の排ガス温度T4を測定する温度計は省略することができる。

0068

上記温度計を省略する場合、排ガス流量調整工程の熱効率算出ステップでは、熱効率として、下記式(3)に示す熱交換器の熱回収率ηを用いる。

0069

また、排ガス流量調整工程の排ガス流量決定ステップでは、上記熱回収率ηを用い、下記式(4)に従って熱交換器を通過する排ガスの流量Q2newを計算する。

0070

また、当該排熱回収装置は、熱交換器を通過する前の上記燃焼用空気の温度T2を測定する温度計、熱交換器を通過する前の排ガス温度T3を測定する温度計、熱交換器で予熱する燃焼用空気の流量Q1を測定する流量計、及び熱交換器を通過する排ガスの流量Q2を測定する流量計を、さらに省略することができる。つまり、当該排熱回収装置は、測定器として熱交換器を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1を測定する温度計のみを備える構成としてもよい。

0071

測定器を熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度を測定する温度計のみとする場合、排ガス流量調整工程は、例えば以下のステップにより行うことができる。まず、制御機構が所定温度T0と熱交換器を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1との比較を行う。温度T1が温度T0以下であれば、排ガス流量調整を行わず終了する。一方、温度T1が温度T0を超えている場合、制御機構は、あらかじめ定められた所定量だけ、熱交換器を通過する排ガスの流量が減少するように排ガス流量調整弁及びバイパス流量調整弁の開閉量を調整する。上記所定量としては、例えば調整前に熱交換器を通過する排ガス流量の5体積%以上10体積%以下の量とできる。その後、制御機構は、熱交換器を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1を測定し、測定結果を更新する。制御機構は、この更新された測定結果に基づき、温度T1が温度T0以下となるまで、上述のステップを繰り返し行う。

0072

また、上記実施形態では、排ガス流量調整工程の比較ステップで、熱交換器を通過した後の上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0以下であれば、排ガス流量調整を行わず終了する場合を説明したが、上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0以下であっても、排ガス流量調整を行ってもよい。このように上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0以下である場合にも排ガス流量調整を行うことで、熱交換器の熱回収率が高められるので、エネルギー効率がさらに高まる。

0073

上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0以下である場合、排ガス流量調整は、例えば上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0に近づくように行える。具体的には、上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0を超えた場合と同様に、制御機構が熱効率算出ステップ、排ガス流量決定ステップ、流量調整弁調整ステップ、及び温度及び流量測定ステップを行うとよい。なお、熱効率算出ステップ、及び排ガス流量決定ステップでは、上記燃焼用空気の温度T1が所定温度T0を超えた場合と同じ式を用いることができる。また、排ガス流量決定ステップで計算される排ガスの流量Q2newが加熱炉から排出される排ガスの流量を超えることがあるが、その場合は、Q2newは、加熱炉から排出される排ガスの全流量とするとよい。

0074

また、制御機構の安定性を考慮して、上記所定温度T0より低い第2の所定温度T10未満である場合に、上記燃焼用空気の温度T1が上記第2の所定温度T10以上となるように、制御機構が上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整してもよい。

0075

上記実施形態では、排ガス流量調整弁が第2排ガス流路に配設される場合を説明したが、排ガス流量調整弁は第1排ガス流路に配設してもよい。

0076

また、排ガス流量調整弁は省略することもできる。排ガス流量調整弁を省略する場合は、制御機構は、バイパス流量調整弁のみの開閉量を調整することで、熱交換器通過後の上記燃焼用空気の温度が所定温度以下となるように、上記バイパス流路へ流す排ガスの流量を調整する。

0077

以上説明したように、本発明の排熱回収装置及び本発明の排熱回収方法は、エネルギー効率の低下を抑止しつつ、予熱後の燃焼用空気の温度を管理できる。

0078

1排熱回収装置
11熱交換器
12排熱回収ボイラ
13煙突
14a 第1排ガス流路
14b 第2排ガス流路
15バイパス流路
16排ガス流量調整弁
17バイパス流量調整弁
18a、18b、18c、18d温度計
19a、19b流量計
20制御機構
21煙道
100加熱炉
101搬送装置
102 加熱炉本体
103燃焼用空気流路
104燃焼用空気流量調整弁

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