JP2004225995A

JP2004225995A - 工業炉

Info

Publication number: JP2004225995A
Application number: JP2003014201A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsuzaki; 浩司松▲ざき▼; Masami Yamamoto; 匡美山本; Yoshihiko Kurashima; 吉彦蔵島; Hitoshi Yoshida; 均吉田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】燃料を熱源とし、排ガスの有する熱エネルギーをより利用価値の高い電気エネルギーに変換し、有効に排ガスの熱エネルギーを回収することができ、更に外部に放出する排ガスの温度を低温にすることができる工業炉を提供する。
【解決手段】燃料２１の燃焼により発生する燃焼ガス２２を使用して被加熱体を加熱する工業炉本体２と、工業炉本体２から排出された炉本体排ガス２３を所定の温度まで加熱する炉本体排ガス加熱装置４と、炉本体排ガス加熱装置４により加熱された加熱装置排ガス２４を使用して発電することができる発電装置６と、を備える工業炉。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業炉に関し、更に詳しくは、燃料を燃焼させることによって得られる燃焼ガスの熱エネルギーを熱源とし、排ガスの有する熱エネルギーをより利用価値の高い電気エネルギーに変換し、排ガスの有する熱エネルギーを有効に回収することができ、更に外部に放出する排ガスの温度を低温にすることができる工業炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、種々の工業分野で被加熱物体を加熱する装置として、工業炉が使用されている。工業炉は通常大量の熱を使用し、工業炉の本体から大量の熱を排出するものであるため、排出された熱を有効に回収して再利用することが考えられてきた。特に、近年では、地球温暖化の問題や、都市部におけるいわゆるヒートアイランド現象等の問題がクローズアップされており、高温排ガス等を排出することによる環境への悪影響が問題となっているため、できるだけ高温排ガス等を外部に放出しないようにする必要があった。また、資源の有効活用という面においても、投入したエネルギーが高温排ガス等の熱エネルギーとして外部に放出されることをできるだけ防止する必要があった。しかし、工業炉のなかでも、比較的規模の小さいものは、排出される熱量が小さいために再利用することが容易ではなく、高温排ガス等として外部に放出せざるを得ないという問題があった。
【０００３】このような比較的規模の小さい工業炉として、セラミックス等を焼成する焼成炉がある。焼成炉には、燃料を燃焼させて得られる燃焼ガスにより加熱するものや、電気により加熱するもの等があるが、燃焼ガスにより加熱する焼成炉においては、従来、被加熱物体を加熱した燃焼ガスをそのまま排ガスとして大気に放出していた。また、焼成炉本体から出た排ガスを有機物を処理した後に再度焼成炉本体に戻すという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）が、この方法では、排ガスの熱エネルギーの一部は回収されるが、最終的に外部に排出される排ガスの温度は必ずしも低くなるものではないという問題があった。また、排ガスの熱エネルギーを有効に回収するという面においても充分なものではなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３４０４８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、燃料を燃焼させることによって得られる燃焼ガスの熱エネルギーを熱源とし、排ガスの有する熱エネルギーをより利用価値の高い電気エネルギーに変換し、有効に排ガスの有する熱エネルギーを回収することができると共に、更に外部に放出する排ガスの温度を低温にすることができる工業炉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明によって以下の工業炉が提供される。
【０００７】
［１］燃焼装置（炉本体燃焼装置）で燃料を燃焼させることにより発生する燃焼ガスを使用して被加熱体を加熱する工業炉本体と、前記工業炉本体から排出された炉本体排ガスを所定の温度まで加熱するための炉本体排ガス加熱装置と、前記炉本体排ガス加熱装置により加熱されて排出された加熱装置排ガスを使用して発電することができる発電装置と、を備えることを特徴とする工業炉。
【０００８】
［２］前記工業炉本体が、前記被加熱体を連続的にその内部に搬入し、前記被加熱体を前記内部で加熱した後に連続的にその外部に搬出する連続式工業炉本体である［１］に記載の工業炉。
【０００９】
［３］前記炉本体排ガス加熱装置が、燃焼装置（炉本体排ガス加熱用燃焼装置）を有し、前記炉本体排ガス加熱用燃焼装置で燃料を燃焼させることにより発生する燃焼ガスを使用して前記工業炉本体から排出された炉本体排ガスを加熱し、前記炉本体排ガスに含有される有機物を酸化分解することができる排ガス加熱装置である［１］又は［２］に記載の工業炉。
【００１０】
［４］前記発電装置が、前記加熱排ガスを使用して水蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから発生した水蒸気により回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により蒸気タービンに連結された回転子を回転させて発電する発電機とを有してなる発電装置である［１］〜［３］のいずれかに記載の工業炉。
【００１１】
［５］前記炉本体燃焼装置で燃焼させる前記燃料が液化天然ガス（ＬＮＧ）であり、前記炉本体燃焼装置がＬＮＧ燃焼バーナを有してなるＬＮＧ燃焼装置である［１］〜［４］のいずれかに記載の工業炉。
【００１２】
［６］前記炉本体排ガス加熱用燃焼装置で燃焼させる前記燃料が液化天然ガス（ＬＮＧ）であり、前記炉本体排ガス加熱用燃焼装置がＬＮＧ燃焼バーナを有してなるＬＮＧ燃焼装置である［３］〜［５］に記載の工業炉。
【００１３】
［７］前記工業炉本体で前記燃料の燃焼時に発生し、前記加熱装置及び前記発電装置を経由して、前記発電装置から排出された発電装置排ガス中に含有される窒素酸化物の濃度を低減するための脱硝装置を更に備えることを特徴とする［１］〜［６］のいずれかに記載の工業炉。
【００１４】
［８］前記脱硝装置が、窒素酸化物をアンモニア又は尿素と反応させて窒素と水とに分解する脱硝装置である［１］〜［７］のいずれかに記載の工業炉。
【００１５】
［９］前記炉本体燃焼装置で前記燃料を燃焼したときに発生する前記燃焼ガスにより回転するガスタービンと、前記ガスタービンの回転により発電する発電機とを有してなるガスタービン発電装置を更に備え、前記ガスタービン発電装置から排出された前記燃焼ガス（ガスタービン排ガス）を前記工業炉本体の内部に流入させる［１］〜［８］のいずれかに記載の工業炉。
【００１６】
［１０］前記被加熱体がセラミックスである［１］〜［９］のいずれかに記載の工業炉。
【００１７】
［１１］前記被加熱体がセラミックスハニカム構造体である［１０］に記載の工業炉。
【００１８】
［１２］前記工業炉本体がセラミックスを焼成するための焼成炉である［１０］又は［１１］に記載の工業炉。
【００１９】
［１３］前記工業炉本体から排出された前記炉本体排ガスの温度が２００℃以上であり、且つ前記工業炉本体から排出された前記炉本体排ガスの有する熱量が２０万〜６００万ｋｃａｌ／ｈｒである［１］〜［１２］のいずれかに記載の工業炉。
【００２０】このように、本発明の工業炉は、燃料を燃焼したときの燃焼ガスを使用して被加熱体を加熱し、工業炉本体から排出される炉本体排ガスを所定の温度に加熱して、発電に使用できる温度の加熱装置排ガスを製造し、その加熱装置排ガスを使用して発電装置により発電するため、炉本体排ガスの熱エネルギーをより利用価値の高い電気エネルギーとして回収することができ、発電装置から排出される発電装置排ガスを低温の排ガスとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２２】図１は、本発明の工業炉の一の実施の形態を模式的に示すブロックフロー図である。
【００２３】図１に示すように、本実施の形態の工業炉１は、セラミックス成形体等を搬入して焼成し、セラミックス等を製造する工業炉本体（焼成炉本体）２と、工業炉本体２に接続された炉本体燃焼装置３と、工業炉本体２から排出された炉本体排ガス２３を加熱する炉本体排ガス加熱装置４と、炉本体排ガス加熱装置４での加熱に使用される炉本体排ガス加熱用燃焼装置５と、炉本体排ガス加熱装置４で加熱されて排出された加熱装置排ガス２４により発電を行う発電装置６と、発電装置６から排出される発電装置排ガス２５に含有される窒素酸化物を除去（低濃度化）する脱硝装置７とを備えてなるものである。また、発電装置６は、加熱装置排ガス２４により水蒸気を発生させる排熱回収ボイラ１１と、排熱回収ボイラ１１で発生した水蒸気により駆動する蒸気タービン１２と、蒸気タービン１２の回転エネルギーを受けて発電する発電機１３とを有してなるものである。燃焼ガス、水蒸気及び各排ガスは、上記各装置間を繋いだ配管を通じて（配管内を流れて）各装置間を移動する。そして、図１において、矢印で示したものは、燃焼ガス、水蒸気及び各排ガスが各配管を通じて移動する状態である。
【００２４】本実施の形態においては、炉本体燃焼装置３で燃料２１（炉本体燃焼装置３で燃焼させる燃料）を燃焼させることにより燃焼ガス２２（炉本体燃焼装置３で発生した燃焼ガス）が発生し、発生した燃焼ガス２２が配管を通じて工業炉本体２内に流入して、工業炉本体２の内部に搬入した被加熱体（図示せず）を加熱する。燃焼ガス２２は工業炉本体２内で被加熱体を加熱した後、炉本体排ガス２３として、工業炉本体２から排出される。工業炉本体２から排出された炉本体排ガス２３は、工業炉本体２と配管で接続された炉本体排ガス加熱装置４内に流入し、炉本体排ガス加熱装置４内で加熱される。炉本体排ガス加熱装置４内における加熱は、炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で燃料２７（炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で燃焼させる燃料）を燃焼させ、そのときに発生する燃焼ガス２８（炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で発生した燃焼ガス）を炉本体排ガス加熱装置４内に流入させることにより行う。このようにして加熱された炉本体排ガス２３は、燃焼ガス２８と共に高温の排ガスである加熱装置排ガス２４として炉本体排ガス加熱装置４から排出される。
【００２５】加熱装置排ガス２４は、発電装置６に送られ、発電装置６により発電を行う。発電装置６においては、加熱装置排ガス２４は排熱回収ボイラ１１に流入する。そして、排熱回収ボイラ１１内でボイラ給水３３を加熱して水蒸気３１を発生し、水蒸気３１により蒸気タービン１２を作動させ、蒸気タービン１２の回転により発電機１３が発電する。排熱回収ボイラ１１に流入した加熱装置排ガス２４は、水蒸気３１を発生させた後、低温の発電装置排ガス２５として排熱回収ボイラ１１から排出される。発電装置排ガス２５は、発電（水蒸気発生）により温度は低下したが、燃料２１を炉本体燃焼装置３で燃焼したとき、及び燃料２７を炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で燃焼したときに発生した窒素酸化物（ＮＯｘ；Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２等）をそのまま含有しているため、外部に放出する前に窒素酸化物の濃度を低下させることが好ましい。そのため、発電装置排ガス２５は、脱硝装置７内に流入し、アンモニアと反応して窒素と水とに分解される。そして、発電装置排ガス２５は脱硝装置７内で窒素酸化物の濃度が低下した後に脱硝装置排ガス２６として外部（大気中）に排出される。
【００２６】上述のように、本実施の形態の工業炉１は、燃料２１を燃焼したときの燃焼ガス２２を使用して被加熱体を加熱し、工業炉本体２から排出される炉本体排ガス２３を所定の温度に加熱して、発電に使用できる温度の加熱装置排ガス２４を製造し、その加熱装置排ガス２４を使用して発電装置６により発電するため、炉本体排ガス２３が有していた熱エネルギーをより利用価値の高い電気エネルギーとして回収することができる。また、加熱装置排ガス２４は、発電装置６において発電のために熱交換されるため、発電装置６から発電装置排ガス２５として排出されるときには低温の排ガスになり、環境への悪影響は少ないといえる。更に、発電装置排ガス２５中に含有される窒素酸化物が、脱硝装置７において分解される場合には、脱硝装置排ガス２６は窒素酸化物の濃度が低減された状態で排出され、環境への悪影響を低減することができる。
【００２７】本実施の形態の工業炉１は、図１に示す工業炉本体２が、比較的規模の小さい、上記セラミックスを製造する焼成炉本体である場合に、従来有効に回収することができなかった排熱をより有効に電気エネルギーとして回収することができる。このように本実施の形態をより有効に活用するためには、工業炉本体２から排出される炉本体排ガス２３の温度が２００℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることが更に好ましい。２００℃より温度が低いと、炉本体排ガス２３を炉本体排ガス加熱装置４で加熱するときに必要とされるエネルギー（熱量）が大きくなるため回収効果が低いことがあり、また、低温であるためそのまま、又は僅かな冷却処理で排出できることがある。
【００２８】また、工業炉本体２から排出される炉本体排ガス２３の有する熱量が２０万ｋｃａｌ／ｈｒ以上であることが好ましく、２０万〜６００万ｋｃａｌ／ｈｒであることが更に好ましく、４０万〜６００万ｋｃａｌ／ｈｒであることが特に好ましい。２０万ｋｃａｌ／ｈｒより熱量が小さいと、炉本体排ガス２３を炉本体排ガス加熱装置４で加熱するときに必要とされるエネルギー（熱量）が大きくなるため回収効果が低いことがある。尚、単独の工業炉本体２から排出される炉本体排ガス２３の有する熱量が２０万ｋｃａｌ／ｈｒより小さい場合であっても、複数台の工業炉本体より排出される炉本体排ガスを集合して得られる炉本体排ガスの有する熱量が２０万ｋｃａｌ／ｈｒ以上であれば、本実施の形態は好適に適用される。
【００２９】図１に示す工業炉本体２は、その内部に被加熱体を搬入するトンネル状の炉本体外周部４１と、炉本体外周部４１の内部にあり、一方の端部から他方の端部まで被加熱体を運搬することができる炉本体搬送装置４２とを有する。そして、工業炉本体２は、炉本体搬送装置４２に置かれた被加熱体（セラミックス成形体等）を炉本体搬送装置４２を運転することにより連続的に炉本体外周部４１の一方の端部から炉本体外周部４１内に搬入し、その被加熱体を焼成しながら炉本体搬送装置４２の移動に伴い炉本体外周部４１の他方の端部まで移動させ、焼成されたセラミックス等を製造した後に、そのセラミックス等を連続的に工業炉本体２の外部に搬出する連続式工業炉本体である。このように工業炉本体２が連続式であると、炉本体排ガス２３を安定して排出することができるため、安定して発電を行うことができ、工業炉２全体としても安定して運転することができる。また、被加熱体を効率的に加熱する（セラミックス製品を効率的に焼成して製造する）という面からも、連続式工業炉本体であることが好ましい。炉本体搬送装置４２としては、ベルトを用いたもののほか、ローラーやビームあるいはプッシャー式台車等を用いたものでもよい。
【００３０】図１に示すように、工業炉本体２による加熱には、炉本体燃焼装置３で燃料２１を燃焼させることにより発生する燃焼ガス２２を使用している。
通常、燃料２１は、ＬＮＧ（液化天然ガス）であり、炉本体燃焼装置３が有するＬＮＧ燃焼バーナ（図示せず）を使用してＬＮＧを燃焼し、燃焼ガス２２を発生させる。燃料２１をＬＮＧとすることにより、ＬＮＧの燃焼性の良さにより効率的に燃焼させることができ、また、ＬＮＧはクリーンな燃料であり、燃焼により硫黄酸化物やダスト等の有害物質を発生しないため好ましい。そして、このようにＬＮＧを燃料２１として使用することにより、脱硫装置や集塵装置を設置する必要がないため、設備全体として簡易なものとすることができ、工業炉１の建設費用及び運転費用も安くなる。炉本体燃焼装置３としては、特に限定されるものではなく、通常、ＬＮＧを燃料として使用される燃焼装置を使用することができる。燃料２１としては、ＬＮＧが好ましいが、特にそれに限定されるものではなく、炭化水素ガス（混合物を含む）等の気体燃料；重油、軽油等の液体燃料；石炭等の固体燃料等を使用することができる。また、可燃性の廃棄物を加工して燃料としてもよい。そして、炉本体燃焼装置３としては、使用する燃料２１に適した装置を使用することができる。この場合、使用する燃料が、燃焼により有害物質等を発生するものである場合には、その燃焼時に発生する有害物質等を除去する装置を設置し、大気に放出しないようにすることが好ましい。尚、炉本体燃焼装置３は、工業炉本体２と一体化していてもよい。
【００３１】図１に示すように、工業炉本体２から排出された炉本体排ガス２３は、そのままでは、温度が低いため発電に使用することができないため、所定の温度にするために、炉本体排ガス加熱装置４に送られる。炉本体排ガス加熱装置４は、炉本体排ガス２３を導入する配管、加熱装置排ガス２４を排出する配管及び燃焼ガス２８を導入する配管をそれぞれ接続した、内部に加熱用の空間を形成した筒状の装置であり、内部で炉本体排ガス２３を加熱するものである。炉本体排ガス加熱装置４の形状は特に限定されるものではなく、内部で効率的に炉本体排ガス２３を加熱することができればよい。また、炉本体排ガス加熱用燃焼装置５は、炉本体排ガス加熱装置４の内部に設けられてもよい。
【００３２】炉本体排ガス加熱装置４による加熱には、炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で燃料２７を燃焼させることにより発生する燃焼ガス２８を使用している。燃料２７は、燃料２１と同様にＬＮＧ（液化天然ガス）であり、炉本体排ガス加熱用燃焼装置５が有するＬＮＧ燃焼バーナ（図示せず）を使用してＬＮＧを燃焼し、燃焼ガス２８を発生させる。燃料２７をＬＮＧとすることにより、ＬＮＧの燃焼性の良さにより効率的に燃焼させることができ、また、ＬＮＧはクリーンな燃料であり、燃焼により硫黄酸化物やダスト等の有害物質を発生しないため好ましい。炉本体排ガス燃焼装置５としては、特に限定されるものではなく、通常、ＬＮＧを燃料として使用される燃焼装置を使用することができる。燃料２７としては、上記燃料２１と同様の燃料を使用することができるが、燃料２１と同じ燃料とすることが、排ガスの処理を共通にすることができる等の理由により好ましい。また、炉本体排ガス加熱装置４での加熱は、上述のように、燃料を燃焼させることにより発生する熱により行うのが好ましいが、電気ヒーター等の加熱装置を使用してもよい。尚、炉本体排ガス燃焼装置５は、炉本体排ガス加熱装置４と一体化していてもよい。
【００３３】本実施の形態において、被加熱体であるセラミックス成形体（ハニカム構造体）中にバインダー等の有機物質が含有されている場合には、工業炉本体２において焼成するときに、有機物質が分解ガス化し、炉本体排ガス２３に含有されて工業炉本体２から排出される。このような有機物質が炉本体排ガス２３中に含有される場合には、これを除去して外部に放出しないようにする必要がある。そのために、有機物質を炉本体排ガス加熱装置４を使用して酸化分解することが好ましい。その場合には、炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で燃料２７を燃焼させることにより発生する燃焼ガス２８を使用して、炉本体排ガス加熱装置４内の温度を６００℃以上にし、空気と共に炉本体排ガス２３を加熱することにより有機物質を酸化分解することが好ましい。
【００３４】炉本体排ガス加熱装置４では、２００℃以上の炉本体排ガス２３を、温度安定化のために発電に適した温度の加熱装置排ガス２４とする。
【００３５】温度安定化のために加熱された加熱装置排ガス２４は、発電装置６に送られ、排熱回収ボイラ１１内に流入する。排熱回収ボイラ１１は、図１に示すように、給水３３を加熱装置排ガス２４の有する熱により加熱し、水蒸気３１を発生させ、発生した水蒸気３１を蒸気タービン１２に送るものである。蒸気タービン１２は、水蒸気３１の膨脹により作動し、蒸気タービン１２のタービン軸（図示せず）が回転し、熱エネルギーが回転エネルギーに変換される。そして、発電機１３の回転子（図示せず）が蒸気タービン１２のタービン軸に連結されており、蒸気タービン１２のタービン軸の回転に伴い、発電機１３の回転子が回転する。このように、蒸気タービン１２で得られた回転エネルギーを発電機１３に伝えることにより、発電機１３を駆動させて発電を行う。
【００３６】例えば、図１に示す本実施の形態の工業炉（焼成炉）１で、燃料２１と燃料２７をＬＮＧとし、これらの合計で約３００Ｎｍ^３／ｈｒの燃料を使用してセラミックスハニカム構造体を焼成する場合には、３００〜４００ｋｗ程度の発電量を得ることができる。このときの炉本体排ガス２３の温度は５００℃程度、加熱装置排ガス２４の温度は８５０℃程度、脱硝装置排ガス２６の温度は１７０℃程度である。これに対し、発電を行わずに、加熱装置排ガス２４を直接脱硝装置７に流入させる従来の方法では、同じセラミックスハニカム構造体を焼成するのに、２８０Ｎｍ^３／ｈｒの燃料（ＬＮＧ）を使用して、４００℃の脱硝装置排ガスを排出（大気放出）することになる。尚、従来の方法では、発電しないため、炉本体排ガス加熱装置４を単にセラミックスハニカム構造体から揮発した有機物質の除去に使用するだけ（必要な熱量が少ない）であるので、使用燃料が２０Ｎｍ^３／ｈｒ程度少なくなる。以上より、本実施の形態の工業炉（焼成炉）１と、従来の発電を行わない工業炉（焼成炉）とを比較すると、本実施の形態の工業炉（焼成炉）１は、２０Ｎｍ^３／ｈｒのＬＮＧを余分に燃焼することにより、３００〜４００ｋｗの発電を行うことができる。更に、大気に放出する排ガス（脱硝装置排ガス２６）の温度が従来の方法によると４００℃という高温であるのに対し、本実施の形態の工業炉（焼成炉）１によると、１７０℃という低温になる。また、本実施の形態の工業炉（焼成炉）１によると、２０Ｎｍ^３／ｈｒのＬＮＧを余分に燃焼することにより、３００〜４００ｋｗの発電を行うことができるので、二酸化炭素（ＣＯ_２）の発生を推定で、１００〜２００ｔ−Ｃ／年削減することができる。ここで、ｔ−Ｃは二酸化炭素の質量を含有される炭素の質量に換算した値を示す単位である。
【００３７】蒸気タービン１２で使用された水蒸気３１は、排気蒸気３２として排出される。排熱回収ボイラ１１としては、特に限定されるものではなく、一般的に使用されているものを使用でき、効率的に水蒸気を発生するものが好ましい。また、蒸気タービン３１及び発電機１３としても、特に限定されるものではなく、一般的に使用されているものを使用でき、効率的に発電を行えるものが好ましい。排気蒸気３２の処理方法は特に限定されるものではなく、例えば、排気蒸気３２は、復水器（図示せず）により、凝縮、復水させて、その全量又は一部を給水３３として再利用することができる。また、上記復水も他に使用してもよい。
【００３８】本実施の形態で使用する発電装置６としては、特に限定されるものではなく、上記、蒸気タービンによる汽力発電が好ましいが、加熱装置排ガス２４を使用して発電することができる他の発電装置であってもよい。
【００３９】図１に示すように、排熱回収ボイラ１１内で、水蒸気３１を発生させた加熱装置排ガス２４は、発電装置排ガス２５として排熱回収ボイラ１１から排出される。発電装置排ガス２５は、脱硝装置７に送られ、含有される窒素酸化物が脱硝装置７内で分解される。そして窒素酸化物濃度が低減され、且つ低温（１７０℃程度）のガスとなった脱硝装置排ガス２６として、大気に放出される。発電装置排ガス２５に含有される窒素酸化物は、主として炉本体燃焼装置３で燃料２１を燃焼させるときに発生し、更に炉本体排ガス加熱用燃焼装置５で燃料２７を燃焼させるときにも発生する。そして、その窒素酸化物は、各排ガス（炉本体排ガス、加熱装置排ガス等）に含有されて、加熱装置４、発電装置６を経由して脱硝装置７に送られる。脱硝装置７内には、還元触媒（図示せず）が充填されており、発電装置排ガス２５を流入させると共にアンモニア（図示せず）を吹き込み、還元触媒上で窒素酸化物とアンモニアとを反応させて、窒素と水とに分解する（選択接触還元法）。窒素酸化物と反応させる物質としては、尿素を使用してもよい。脱硝装置７は、発電装置排ガス２５を導入する配管と脱硝装置排ガス２６を排出する配管とを接続し、内部に触媒を充填した筒状の装置である。脱硝装置７の形状としては、特に限定されるものではなく、通常使用される、アンモニアを反応させる選択接触還元法用の装置を使用することができる。また、窒素酸化物の除去方法としては、上記選択接触還元法が好ましいが、特に限定されるものではなく、発電装置排ガス２５中の窒素酸化物濃度を有効に低減できる方法であればよい。
【００４０】また、脱硝装置排ガス２６は、１７０℃程度の温度であるため、更に、炉本体燃焼装置３で燃料２１を燃焼させるときに使用する空気を燃焼に適した温度に加熱するための熱源として使用することが好ましい。つまり、脱硝装置排ガス２６と、燃料２１を燃焼させるときに使用する空気とで熱交換し、脱硝装置排ガス２６をより低温にして大気に放出し、脱硝装置排ガス２６が有していた熱の一部を、燃料２１を燃焼させるときに使用する空気の加熱に使用することが好ましい。
【００４１】図１に示す本実施の形態の工業炉１は、焼成前のセラミックスからなるハニカム構造体を焼成する場合に好適に使用することができる。ここで、ハニカム構造体とは、隔壁により区画形成された、流体の流路となる複数のセルを有する構造体であり、隔壁が多孔質セラミックス等からなり、集塵フィルタ、浄水用フィルタ、触媒担体等として使用されるものである。
【００４２】次に、本発明の工業炉の他の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１に示す上記本発明の工業炉の一の実施の形態において、炉本体燃焼装置３で燃料２１を燃焼したときに発生する燃焼ガス２２により回転するガスタービン（図示せず）と、ガスタービンの回転により発電する発電機（図示せず）とを有してなるガスタービン発電装置（図示せず）を更に備えるものである。そして、上記ガスタービン発電装置から排出された燃焼ガス２２（ガスタービン排ガス）を工業炉本体２の内部に流入させるものである。本実施の形態においては、燃料２１は、数気圧から数十気圧に圧縮した空気と混合して燃焼させ、燃焼ガスを膨脹させてガスタービンのロータを回転させる。そしてロータに連結した発電機を駆動させて発電する。ガスタービンから排出された燃焼ガス２２（ガスタービン排ガス）は、工業炉本体２に流入し、被加熱体を加熱する。このように、燃焼ガス２２でまず発電し、その後、その燃焼ガス２２を工業炉本体２の内部に流入させることにより、高温の燃焼ガス２２のエネルギーを有効に電気エネルギーに変換し、温度が低下した燃焼ガス２２（ガスタービン排ガス）を工業炉本体２における焼成に使用することができるため、燃料２１の燃焼により得られるエネルギーを最大限有効に使用することができる。この場合、上記高温の燃焼ガス２２の温度は１３００℃程度であり、ガスタービンから排出された燃焼ガス２２（ガスタービン排ガス）の温度は、工業炉本体２で焼成を行うのに適した温度にコントロールされる。本実施の形態に使用する、燃焼ガス２２を使用して発電を行う発電装置としては、特に限定されるものではなく、効率的に発電を行えるものであればよい。
【００４３】本実施の形態は、炉本体燃焼装置３で燃料２１を燃焼したときに発生する燃焼ガス２２を、ガスタービンを経由させて工業炉本体２に流入させる点以外については、上述した、本発明の工業炉の一の実施の形態と同様である。
【００４４】
【発明の効果】上述したように、本発明の工業炉によれば、燃料を燃焼したときの燃焼ガスを使用して被加熱体を加熱し、工業炉本体から排出される炉本体排ガスを所定の温度に加熱して、発電に使用できる温度の加熱装置排ガスとし、その加熱装置排ガスを使用して発電装置により発電するため、炉本体排ガスの熱エネルギーをより利用価値の高い電気エネルギーとして回収することができ、発電装置から排出される発電装置排ガスを低温の排ガスとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工業炉の一の実施の形態を模式的に示すブロックフロー図である。
【符号の説明】
１…工業炉、２…工業炉本体、３…炉本体燃焼装置、４…炉本体排ガス加熱装置、５…炉本体排ガス加熱用燃焼装置、６…発電装置、７…脱硝装置、１１…排熱回収ボイラ、１２…蒸気タービン、１３…発電機、２１，２７…燃料、２２，２８…燃焼ガス、２３…炉本体排ガス、２４…加熱装置排ガス、２５…発電装置排ガス、２６…脱硝装置排ガス、３１…水蒸気、３２…排気蒸気、３３…ボイラ給水、４１…炉本体外周部、４２…炉本体搬送装置。

Claims

燃焼装置（炉本体燃焼装置）で燃料を燃焼させることにより発生する燃焼ガスを使用して被加熱体を加熱する工業炉本体と、前記工業炉本体から排出された炉本体排ガスを所定の温度まで加熱するための炉本体排ガス加熱装置と、前記炉本体排ガス加熱装置により加熱されて排出された加熱装置排ガスを使用して発電することができる発電装置と、を備えることを特徴とする工業炉。
前記工業炉本体が、前記被加熱体を連続的にその内部に搬入し、前記被加熱体を前記内部で加熱した後に連続的にその外部に搬出する連続式工業炉本体である請求項１に記載の工業炉。
前記炉本体排ガス加熱装置が、燃焼装置（炉本体排ガス加熱用燃焼装置）を有し、前記炉本体排ガス加熱用燃焼装置で燃料を燃焼させることにより発生する燃焼ガスを使用して前記工業炉本体から排出された炉本体排ガスを加熱し、前記炉本体排ガスに含有される有機物を酸化分解することができる排ガス加熱装置である請求項１又は２に記載の工業炉。
前記発電装置が、前記加熱排ガスを使用して水蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから発生した水蒸気により回転する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転により蒸気タービンに連結された回転子を回転させて発電する発電機とを有してなる発電装置である請求項１〜３のいずれかに記載の工業炉。
前記炉本体燃焼装置で燃焼させる前記燃料が液化天然ガス（ＬＮＧ）であり、前記炉本体燃焼装置がＬＮＧ燃焼バーナを有してなるＬＮＧ燃焼装置である請求項１〜４のいずれかに記載の工業炉。
前記炉本体排ガス加熱用燃焼装置で燃焼させる前記燃料が液化天然ガス（ＬＮＧ）であり、前記炉本体排ガス加熱用燃焼装置がＬＮＧ燃焼バーナを有してなるＬＮＧ燃焼装置である請求項３〜５に記載の工業炉。
前記工業炉本体で前記燃料の燃焼時に発生し、前記加熱装置及び前記発電装置を経由して、前記発電装置から排出された発電装置排ガス中に含有される窒素酸化物の濃度を低減するための脱硝装置を更に備える請求項１〜６のいずれかに記載の工業炉。
前記脱硝装置が、窒素酸化物をアンモニア又は尿素と反応させて窒素と水とに分解する脱硝装置である請求項１〜７のいずれかに記載の工業炉。
前記炉本体燃焼装置で前記燃料を燃焼したときに発生する前記燃焼ガスにより回転するガスタービンと、前記ガスタービンの回転により発電する発電機とを有してなるガスタービン発電装置を更に備え、前記ガスタービン発電装置から排出された前記燃焼ガス（ガスタービン排ガス）を前記工業炉本体の内部に流入させる請求項１〜８のいずれかに記載の工業炉。
前記被加熱体がセラミックスである請求項１〜９のいずれかに記載の工業炉。
前記被加熱体がセラミックスハニカム構造体である請求項１０に記載の工業炉。
前記工業炉本体がセラミックスを焼成するための焼成炉である請求項１０又は１１に記載の工業炉。
前記工業炉本体から排出された前記炉本体排ガスの温度が２００℃以上であり、且つ前記工業炉本体から排出された前記炉本体排ガスの有する熱量が２０万〜６００万ｋｃａｌ／ｈｒである請求項１〜１２のいずれかに記載の工業炉。