JP2020180719A - Heat pipe type exhaust heat recovery facility and hot stove facility equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートパイプ式排熱回収設備及び該ヒートパイプ式排熱回収設備を備えた熱風炉設備に関する。 The present invention relates to a heat pipe type exhaust heat recovery facility and a hot air furnace facility provided with the heat pipe type exhaust heat recovery facility.
高炉に高温ガスを供給するための熱風炉の排ガスから排熱を回収し、熱風炉において燃料を燃焼させるための空気を予熱する排熱回収設備がある。この排熱回収設備において、排ガスにSOx成分が含まれている場合、熱交換器の排ガス出口温度が一定温度(酸露点)以下になると、排ガス中の水分が凝結して硫酸を生じ、酸露点腐食が発生することがある。これを防ぐためには排ガスの出口温度を一定温度以上に維持することが必要になる。 There is an exhaust heat recovery facility that recovers exhaust heat from the exhaust gas of a hot air furnace for supplying high-temperature gas to a blast furnace and preheats the air for burning fuel in the hot air furnace. In this exhaust heat recovery facility, when the exhaust gas contains SOx components, when the exhaust gas outlet temperature of the heat exchanger falls below a certain temperature (acid dew point), the moisture in the exhaust gas condenses to generate sulfuric acid, and the acid dew point. Corrosion may occur. In order to prevent this, it is necessary to maintain the outlet temperature of the exhaust gas above a certain temperature.
このような酸露点腐食の発生防止のために、特許文献1においては、熱交換器の被加熱ガス系統にバイパス管を設け、熱交換器での温度低下が懸念される場合には、バイパス管に設置されたバイパス弁(流量調整弁)を開くことで、熱交換器に流れる被加熱ガス量を減少させて熱回収量を低減し、これにより熱交換器の排ガス出口温度を上昇させるようにしている。
In order to prevent the occurrence of such acid dew point corrosion, in
特許文献1の方法では、被加熱ガスによる熱回収量を低減させることで、熱交換器の排ガス出口全体の平均温度を上昇させて熱交換器の出口側の温度を上げることができるが、バイパス管を流れる被加熱ガスは加熱されず、被加熱ガスの予熱量が減少することになる。
In the method of
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、酸露点腐食の発生を防止するとともに、これに伴う排ガスから被加熱ガスへの熱の移動量減少を抑えて排ガスの熱を有効活用することのできるヒートパイプ式排熱回収設備及び該ヒートパイプ式排熱回収設備を備えた熱風炉設備を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and effectively utilizes the heat of the exhaust gas by preventing the occurrence of acid dew point corrosion and suppressing the decrease in the amount of heat transfer from the exhaust gas to the heated gas. It is an object of the present invention to provide a heat pipe type exhaust heat recovery facility and a hot air furnace facility equipped with the heat pipe type exhaust heat recovery facility.
(1)本発明に係るヒートパイプ式排熱回収設備は、酸露点以下に温度が低下すると硫酸を生じ得る高温の排ガスの熱により予熱対象である被加熱ガスを予熱するものであって、
被加熱ガス流入口及び被加熱ガス流出口を有する第1ケーシング部と、
前記第1ケーシング部の直下に配置され、排ガス流入口及び排ガス流出口を有する第2ケーシング部と、
長手方向における一方の端部が前記第1ケーシング部内に配置され、前記長手方向における他方の端部が前記第2ケーシング部内に配置された複数のヒートパイプと、を備え、
前記第2ケーシング部内における前記複数のヒートパイプが配置された領域の一部である第1領域と、前記複数のヒートパイプが配置された前記領域の一部であって前記第1領域よりも前記排ガスの流れ方向における下流側に位置する第2領域とのうち、前記第1領域をバイパスするバイパス流路を備え、前記排ガスの一部が、前記第1領域を通過せずに前記第2領域に導入されるよう構成されていることを特徴とするものである。
(1) The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to the present invention preheats the heated gas to be preheated by the heat of high-temperature exhaust gas that can generate sulfuric acid when the temperature drops below the acid dew point.
A first casing portion having a heated gas inlet and a heated gas outlet,
A second casing portion that is arranged directly below the first casing portion and has an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet.
A plurality of heat pipes in which one end in the longitudinal direction is arranged in the first casing portion and the other end in the longitudinal direction is arranged in the second casing portion.
A first region in the second casing portion, which is a part of a region in which the plurality of heat pipes are arranged, and a part of the region in which the plurality of heat pipes are arranged, which is more than the first region. Of the second region located on the downstream side in the flow direction of the exhaust gas, the second region is provided with a bypass flow path that bypasses the first region, and a part of the exhaust gas does not pass through the first region. It is characterized in that it is configured to be introduced in.
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記バイパス流路が、前記第2ケーシング部の上下方向における中心よりも上側に前記一部の前記排ガスを導くよう構成されていることを特徴とするものである。 (2) Further, in the above (1), the bypass flow path is configured to guide the partial exhaust gas above the center of the second casing portion in the vertical direction. It is a feature.
(3)また、上記(1)又は(2)に記載のものにおいて、前記バイパス流路は、前記第1領域よりも前記排ガスの前記流れ方向における上流側に設けられた第1開口部と、前記第1領域よりも前記排ガスの前記流れ方向における下流側に設けられた第2開口部とを有し、
前記バイパス流路が、前記第1開口部から流入する前記一部の前記排ガスを、前記第1領域を経由させずに前記第2開口部を通して前記第2領域に導くよう形成されていることを特徴とするものである。
(3) Further, in the above-mentioned (1) or (2), the bypass flow path is a first opening provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the first region. It has a second opening provided on the downstream side of the first region in the flow direction of the exhaust gas.
The bypass flow path is formed so as to guide the part of the exhaust gas flowing in from the first opening to the second region through the second opening without passing through the first region. It is a feature.
(4)また、上記(3)に記載のものにおいて、前記第2開口部の上下方向における中心が、前記第2ケーシング部の上下方向における中心よりも上側に位置することを特徴とするものである。 (4) Further, in the above-described item (3), the center of the second opening in the vertical direction is located above the center of the second casing in the vertical direction. is there.
(5)また、上記(3)又は(4)に記載のものにおいて、前記バイパス流路を形成する流路壁は、前記一部の前記排ガスを上方に導くガイド部を有し、
前記ガイド部は、前記上流側の端部の位置が、前記下流側の端部の位置よりも低いことを特徴とするものである。
(5) Further, in the one described in (3) or (4) above, the flow path wall forming the bypass flow path has a guide portion for guiding a part of the exhaust gas upward.
The guide portion is characterized in that the position of the end portion on the upstream side is lower than the position of the end portion on the downstream side.
(6)また、上記(3)乃至(5)のいずれかに記載のものにおいて、前記第2開口部の開度を調整可能に構成された開度調整装置を備えることを特徴とするものである。 (6) Further, in any one of the above (3) to (5), the second opening is provided with an opening degree adjusting device configured to be able to adjust the opening degree of the second opening. is there.
(7)本発明に係る熱風炉設備は、高炉に高温ガスを供給するための熱風炉と、
上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のヒートパイプ式排熱回収設備とを備え、
前記ヒートパイプ式排熱回収設備が、前記熱風炉内で燃料を燃焼させることで発生した排ガスの熱により、前記熱風炉内で前記燃料を燃焼させるための空気及び前記燃料のうちのいずれか一方を前記被加熱ガスとして予熱するよう構成されていることを特徴とするものである。
(7) The hot blast furnace equipment according to the present invention includes a hot blast furnace for supplying high temperature gas to the blast furnace.
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to any one of (1) to (6) above is provided.
One of the air and the fuel for burning the fuel in the hot air furnace by the heat of the exhaust gas generated by the heat pipe type exhaust heat recovery facility burning the fuel in the hot air furnace. Is configured to be preheated as the heated gas.
(8)また、高炉に高温ガスを供給するための熱風炉と、
上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のヒートパイプ式排熱回収設備であって、前記熱風炉内で燃料を燃焼させることで発生した排ガスの熱により、前記熱風炉内で前記燃料を燃焼させるための空気を前記被加熱ガスとして予熱するよう構成された第1排熱回収設備と、
上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のヒートパイプ式排熱回収設備であって、前記熱風炉内で前記燃料を燃焼させることで発生した前記排ガスの熱により、前記熱風炉内で燃焼させる前記燃料である燃料ガスを前記被加熱ガスとして予熱するよう構成された第2排熱回収設備と、を備えることを特徴とするものである。
(8) In addition, a hot air furnace for supplying high temperature gas to the blast furnace and
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to any one of (1) to (6) above, wherein the fuel is generated in the hot air furnace by the heat of exhaust gas generated by burning the fuel in the hot air furnace. A first exhaust heat recovery facility configured to preheat the air for burning the fuel as the heated gas.
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to any one of (1) to (6) above, in the hot air furnace, due to the heat of the exhaust gas generated by burning the fuel in the hot air furnace. It is characterized by including a second exhaust heat recovery facility configured to preheat the fuel gas, which is the fuel to be burned, as the heated gas.
本発明においては、第2ケーシング部内における複数のヒートパイプが配置された領域の一部である第1領域と、前記複数のヒートパイプが配置された前記領域の一部であって前記第1領域よりも排ガスの流れ方向における下流側に位置する第2領域とのうち、第1領域をバイパスするバイパス流路を備え、排ガスの一部が、第1領域を通過せずに第2領域に導入されるよう構成されている。これにより、排ガス温度が第2ケーシング部内で低くなりやすい領域の温度を上昇させることができ、酸露点腐食の発生を防止するとともに、これに伴う排ガスから被加熱ガスへの熱の移動量減少を抑えて排ガスの熱を有効活用することのできるヒートパイプ式排熱回収設備を提供できる。 In the present invention, the first region which is a part of the region where the plurality of heat pipes are arranged in the second casing portion and the first region which is a part of the region where the plurality of heat pipes are arranged and are said. Of the second region located on the downstream side in the flow direction of the exhaust gas, a bypass flow path that bypasses the first region is provided, and a part of the exhaust gas is introduced into the second region without passing through the first region. It is configured to be. As a result, it is possible to raise the temperature in the region where the exhaust gas temperature tends to be low in the second casing, prevent the occurrence of acid dew point corrosion, and reduce the amount of heat transfer from the exhaust gas to the heated gas. It is possible to provide a heat pipe type exhaust heat recovery facility that can suppress and effectively utilize the heat of exhaust gas.
[実施の形態1]
本実施の形態に係る排熱回収設備1は、酸露点以下に温度が低下すると硫酸を生じる高温の排ガスの熱により予熱対象である被加熱ガスを予熱するものであって、図1〜図4に示すように、被加熱ガス流入口3及び被加熱ガス流出口5を有する第1ケーシング部7と、第1ケーシング部7の直下に配置され、排ガス流入口9及び排ガス流出口11を有する第2ケーシング部13と、長手方向における一方の端部が第1ケーシング部7内に配置され、長手方向における他方の端部が第2ケーシング部13内に配置された複数のヒートパイプ15と、を備えている。
また、第2ケーシング部13内における複数のヒートパイプ15が配置された領域の一部である第1領域(図2参照)と、複数のヒートパイプ15が配置された領域の一部であって第1領域よりも排ガスの流れ方向における下流側に位置する第2領域(図2参照)とのうち、第1領域をバイパスするバイパス流路19を備え、前記排ガスの一部が、前記第1領域を通過せずに前記第2領域に導入されるよう構成されている。
以下、各構成を詳細に説明する。以下の説明において、第2ケーシング部13における上流側、下流側とは、内部を流れる排ガスの流れ方向における上流の側と下流の側とを意味する。
[Embodiment 1]
The exhaust
Further, the first region (see FIG. 2) which is a part of the region where the plurality of
Hereinafter, each configuration will be described in detail. In the following description, the upstream side and the downstream side of the
<第1ケーシング部>
第1ケーシング部7は、一端側に被加熱ガスが流入する被加熱ガス流入口3を有し、他端側に加熱された被加熱ガスが流出する被加熱ガス流出口5を有している。
被加熱ガスとしては、例えば熱風炉内で燃料ガスを燃焼させるための空気や熱風炉内で燃焼させる燃料ガスが挙げられる。
本実施の形態においては、第1ケーシング部7は、図1〜図4に示すように、外形が直方体状の第1本体部21と、第1本体部21における被加熱ガス流入口3に向けて縮径して連続する第1流入側縮径部23と、第1本体部21における被加熱ガス流出口5に向けて縮径して連続する第1流出側縮径部25を備えて構成されている。
<First casing part>
The
Examples of the gas to be heated include air for burning the fuel gas in the hot air furnace and fuel gas for burning in the hot air furnace.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 4, the
<第2ケーシング部>
第2ケーシング部13は、第1ケーシング部7の直下にヒートパイプ15を固定する管板27を介して配置され、一端側に加熱ガスとなる排ガスが流入する排ガス流入口9を有し、他端側に排ガスが流出する排ガス流出口11を有している。
なお、第2ケーシング部13を通流する排ガスと第1ケーシング部7を通流する被加熱ガスとは通流方向が反対となるため、第2ケーシング部13における排ガス流入口9の上方に第1ケーシング部7の被加熱ガス流出口5が配置され、第2ケーシング部13における排ガス流出口11の上方に第1ケーシング部7の被加熱ガス流入口3が配置されている。
<Second casing part>
The
Since the exhaust gas flowing through the
被加熱ガスが熱風炉で燃料ガスを燃焼させるための空気や熱風炉内で燃焼させる燃料ガスの場合には、排ガスの例としては熱風炉から排出される排ガスが挙げられる。
本実施の形態においては、第2ケーシングは、第1ケーシング部7と同様に、外形が直方体状の第2本体部29と、第2本体部29における排ガス流入口9に向けて縮径して連続する第2流入側縮径部31と、第2本体部29における排ガス流出口11に向けて縮径して連続する第2流出側縮径部33を備えて構成されている。
When the heated gas is air for burning the fuel gas in the hot air furnace or fuel gas to be burned in the hot air furnace, examples of the exhaust gas include exhaust gas discharged from the hot air furnace.
In the present embodiment, the diameter of the second casing is reduced toward the second
<ヒートパイプ>
ヒートパイプ15は、第1ケーシング部7と第2ケーシング部13の境界部に設けられた管板27を貫通して、一方の端部(放熱部)が第1ケーシング部7内に配置され、他方の端部(受熱部)が第2ケーシング部13内に配置され、管板27に固定されている。
<Heat pipe>
The
ヒートパイプ15は、所定の本数が一群となったヒートパイプ群を構成し、ヒートパイプ群がガス流れに沿って第1ケーシング部7及び第2ケーシング部13に配設されている。図2〜図4において斜線で示した矩形は多数のヒートパイプ15が集合してヒートパイプ群になっていることを示している。
第1ケーシング部7、第2ケーシング部13及びヒートパイプ15は、いわゆるヒートパイプ式熱交換器を構成している。
本実施の形態では、第2ケーシング部13内の第1領域が複数のヒートパイプのうち最も上流側のヒートパイプを含む領域であり、バイパス流路19を通して第2領域に導入される排ガスがいずれのヒートパイプにも接触していないものであるが、第1領域は第2領域よりも上流側の領域であればどのような領域として設定してもよい。
The
The
In the present embodiment, the first region in the
<バイパス流路>
バイパス流路19は、第2ケーシング部13内における複数のヒートパイプ15が配置された領域の一部である第1領域をバイパスする流路である。
より具体的には、バイパス流路19は、排ガスの一部が、第1領域よりも排ガスの流れ方向における下流側に位置する第2領域に、第1領域を通過せず導入されるようにするためのものである。
<Bypass flow path>
The
More specifically, the
バイパス流路19は、図1、図4に示すように、第2ケーシング部13の両側壁の外側に設けられて流路壁を形成するダクト37と、ダクト37内であって第1領域よりも排ガスの流れ方向における上流側に設けられて排ガスをダクト37内に導入するための第1開口部39と、第1領域よりも排ガスの流れ方向における下流側に設けられてダクト37内の排ガスをヒートパイプ15側に導入するための第2開口部41によって構成されている。
上記のようなバイパス流路19は、第1開口部39から流入する一部の排ガスを、第1領域を経由させずに第2開口部41を通して第2領域に導くことができる。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
The
バイパス流路19を設けている理由は以下の通りである。
バイパス流路19がない場合、全ての排ガスは排ガス流入口9から第2ケーシング部13内に流入して第2ケーシング部13内の第1領域を通過して第2領域に至り、排ガス流出口11から流出する。このとき、排ガスの温度は、排ガス流入口9から流入するときが最も高く、第2ケーシング部13内でヒートパイプ15との熱交換によって冷却され、排ガス流出口11から流出するときが最も低くなっている。
前述したように、熱交換器における大きな課題として、排ガス温度がある一定温度(酸露点)以下になると排ガスに含まれるSOx成分による酸露点腐食が発生することがあり、これを防止するためには、排ガス温度を一定温度以上に維持する必要がある。酸露点はガス成分等の諸条件により異なるが、多くの場合、百数十度程度の値である。
そこで、本実施の形態では、第2領域に、第1領域を通過していない温度の高い排ガスを導入して、第2領域の排ガス温度を一定以上に維持するようにしている。
第2領域に流入した排ガスの熱は、この領域に配置されたヒートパイプで熱回収されるため、酸露点腐食の防止のために被加熱ガスをバイパスさせる従来の方式と比べて、排ガスの熱をより有効に活用することができる。
The reason why the
When there is no
As mentioned above, as a major problem in heat exchangers, when the exhaust gas temperature falls below a certain temperature (acid dew point), acid dew point corrosion due to the SOx component contained in the exhaust gas may occur, and in order to prevent this, , It is necessary to maintain the exhaust gas temperature above a certain temperature. The acid dew point varies depending on various conditions such as gas components, but in most cases, it is a value of about one hundred and several tens of degrees.
Therefore, in the present embodiment, the exhaust gas having a high temperature that does not pass through the first region is introduced into the second region so that the exhaust gas temperature in the second region is maintained above a certain level.
Since the heat of the exhaust gas flowing into the second region is recovered by the heat pipe arranged in this region, the heat of the exhaust gas is compared with the conventional method of bypassing the heated gas to prevent acid dew point corrosion. Can be used more effectively.
なお、本実施の形態では、第2開口部41は、第2ケーシング部13の各側壁にそれぞれ2カ所設け、それぞれの第2開口部41には、開度調整装置として機能する開閉扉43を設けており、第2開口部41の開度を調整できるようにしている。
このように開度調整装置を設けることで、例えば第2ケーシング部13の排ガス出口側の温度が低いことが検出された場合に、第2開口部41から第2領域に導入する排ガス量を増やすといった調整ができる。また、第2ケーシング部13内の下流側上方の温度を測定する温度計を設置しておき、その測定結果に基づいて開閉扉43を自動で制御することもできる。即ち、より確実に酸露点腐食を防止可能となる排熱回収設備が提供されることとなる。
In the present embodiment, the
By providing the opening degree adjusting device in this way, for example, when it is detected that the temperature on the exhaust gas outlet side of the
上記の目的からすると、バイパス流路19は、第2ケーシング部13の上下方向における中心よりも上側に排ガスを導くよう構成されていることが望ましい。
この理由は以下の通りである。
第2ケーシング部13の上側に配置された第1ケーシング部7内には低温の被加熱ガスが流れるため、第2ケーシング部13内を流れる排ガスの温度はこの第1ケーシング部7に近いほど低くなる。そのため、この第1ケーシング部7に近い上側の領域にバイパス流路19の出口となる第2開口部41を設けることで、第2ケーシング部13内の温度が最も低くなる部位を集中して昇温することができ、効率的にピンポイントで最低温度を上げることができる。そのため、より確実に酸露点腐食の発生を防止し、かつ排ガスの熱を有効活用することができる。
この点、本実施の形態では、第2開口部41の下端が、第2ケーシング部13の上下方向における中心よりも上側に位置するより好ましい形態を示しているが、少なくとも第2開口部41の上下方向における中心が、第2ケーシング部13の上下方向における中心よりも上側に位置するようにしていれば、比較的温度の低い部分を集中して昇温するという効果は一定程度得られる。言い換えれば、バイパス流路19が、第2ケーシング部13内の第2領域に対し、上下方向における中心を基準として下側よりも上側により多くの排ガスを導くように構成されていればよい。
For the above purpose, it is desirable that the
The reason for this is as follows.
Since a low-temperature heated gas flows in the
In this respect, in the present embodiment, the lower end of the
また、本実施の形態では、バイパス流路19を形成する流路壁を形成するダクト37は、バイパス流路19内を流れる排ガスを上方に導くガイド部44を有し、ガイド部44は、上流側の端部の位置(図1、2中のA)が、下流側の端部の位置(図1、2中のB)よりも低く設定されている。ガイド部44を設けておくことで、バイパス流路19の入り口の大きくすることができ、これが設けられていない場合に比してバイパス流路19内を排ガスが流れやすくなる。
Further, in the present embodiment, the
以上のように構成された排熱回収設備1においては、第2ケーシング部13内の第2領域の最も温度が低くなりやすい領域の排ガス温度を昇温することができ、SOx成分による酸露点腐食の発生を防止できる。しかも、特許文献1のように、被加熱ガスの一部が熱交換器をバイパスさせられ、この予熱されていない被加熱ガスが熱交換器の排出側で予熱された被加熱ガスと混合されるものに比較すると、より多くの被加熱ガスを予熱することが可能となり、被加熱ガスへの熱の移動量減少を抑えて排ガスの熱を有効活用することができる。
In the exhaust
[実施の形態2]
次に、上記のように構成された排熱回収設備1の使用例として、高炉の羽口に高温の空気を送風する熱風炉設備45に適用した場合について、図5に基づいて説明する。
なお、実施の形態1で説明したヒートパイプ式の排熱回収設備1は、設備全体をより省スペースで設置できるため、取り回しが厳しいことが少なくない熱風炉設備45に適用することは、特に有意義である。
[Embodiment 2]
Next, as an example of use of the exhaust
Since the heat pipe type exhaust
図5において、実施の形態1で説明した排熱回収設備1以外の機器を概説すると、48は燃焼室46と蓄熱室47によって構成されている熱風炉、49は排熱回収設備1に供給する被加熱ガスである空気を送風するブロア、51は排ガスを大気に排出するための煙突である。各設備を繋ぐ線のうち、実線は排ガスが流れるライン(排ガスライン53、排ガスバイパスライン57、排熱回収ライン59)を示し、一点鎖線は燃焼室46に供給される燃焼用の空気が流れるライン(被加熱ガスライン55、被加熱ガスバイパスライン81)及び燃料ガスが流れるライン(Bガスライン75、Cガスライン77、燃料ガスライン79)を示し、二点鎖線は制御線を示している。
In FIG. 5, equipment other than the exhaust
排ガスライン53は、蓄熱室47の下流側で、排熱回収設備1をバイパスして煙突51側へ接続される排ガスバイパスライン57と、排熱回収設備1側へ接続される排熱回収ライン59に分岐している。熱風炉の場合、排ガスの温度は図5に記載の通り、200〜300℃程度の温度である。
排ガスバイパスライン57には、第1流量調整弁61が設けられている。
排熱回収ライン59には、分岐点の近傍に、第1開閉弁63が設けられ、その下流側に第1流量調整弁61を制御するための第1流調弁制御装置65が設けられ、さらにその下流側に第2開閉弁67が設けられ、その下流側において排熱回収設備1の排ガス流入口9に接続されている。排熱回収設備1の排ガス流出口11の下流側には第3開閉弁69が設けられ、その下流側には後述する第2流量調整弁83を制御するための第2流調弁制御装置70が設けられている。
第1、第2流調弁制御装置65、70は、ガス温度を計測して計測温度に基づいて第1、第2流量調整弁61、83の制御を行う装置である。
第1流量調整弁61は、通常の操業時には常に全閉状態としておく。しかし、第1流調弁制御装置65において検出される温度がヒートパイプの使用温度を上回るような高温となった場合には、排熱回収設備への入熱量を減らす目的で第1流量調整弁61の開度を増やしてもよい。また、排熱回収設備1でガスリークが検出されたとき等の非常時や、排熱回収設備1の定期メンテナンス時には、第1流量調整弁61を全開にするとともに第1開閉弁63を全閉とし、排熱回収設備1に排ガスを流さないようにすることもできる。
The
The exhaust
In the exhaust
The first and second
The first flow
被加熱ガスライン55に関し、ブロア49の下流側には第4開閉弁71が、その下流側であって排熱回収設備1の被加熱ガス流入口3の上流側に第5開閉弁72が設けられている。また、排熱回収設備1の被加熱ガス流出口5の下流側に第6開閉弁73が設けられ、その下流側には第3流調弁制御装置74が設けられている。第3流調弁制御装置74は、Bガス(高炉ガス)が流れるBガスライン75に設けられたBガス流量調整弁76及びBガスより発熱量が大きいCガス(コークスガス)が流れるCガスライン77に設けられたCガス流量調整弁78を制御することで、排熱回収設備1から熱風炉48の燃焼室46に供給される燃焼用空気の温度に応じて熱風炉48に供給されるBガス及びCガスの割合を調節するものである。Bガス及びCガスは第3流調弁制御装置74によって調節された割合で混合されて混合ガスとなり、燃料ガスライン79を流れて熱風炉48に供給される。
熱風炉48ではBガスとCガスの混合ガスを燃料とするが、一般的にCガスはBガスに比べて高価であり、またH2を多く含むCガスは用途が広がってきていることもあり、需給の関係からもBガスの割合を大きくすることが望ましいことが多い。しかし、熱風炉48に供給される燃焼用空気の予熱が十分でなく温度が低い場合には、高炉に供給する熱風の必要温度を達成するためにCガスの流量(Cガスの燃焼量)を増加させる必要があり、このための制御を第3流調弁制御装置74で行っている。
Regarding the
In the
また、第4開閉弁71の下流側であって第5開閉弁72の上流側において被加熱ガスライン55から分岐して排熱回収設備1をバイパスする被加熱ガスバイパスライン81が設けられており、被加熱ガスバイパスライン81には第2流量調整弁83が設けられている。
Further, a heated
以上のように構成された熱風炉設備45においては、熱風炉48の蓄熱室47からの排ガスが排熱回収設備1に供給され、排熱回収設備1では、この排熱を回収してブロア49から供給される熱風炉の燃焼用空気である被加熱ガスを予熱して燃焼室46に供給する。
実施の形態1で説明したように、排熱回収設備1では、バイパス流路19を設けることで、第2ケーシング部13内の酸露点腐食の発生を防止しているが、バイパス流路19における対策では不十分な場合も生ずる可能性がある。
そこで、本実施の形態では、第2流調弁制御装置70によって、排熱回収設備1から排出される排ガス温度を常時検知して、被加熱ガスバイパスライン81に設けられた第2流量調整弁83を制御して排熱回収設備1に供給する被加熱ガス量を調整する機能も併用している。
すなわち、第2ケーシング部13の出口側の排ガス温度が低下して酸露点腐食の発生が懸念される場合には、第2流量調整弁83の開度を大きくして排熱回収設備1に供給される被加熱ガス量を少なくし、熱回収量を低減させることで、第2ケーシング部13の下流域における温度低下を防止することができる。
このように、本実施の形態では、排ガスから被加熱ガスへの熱の移動量減少を抑えることができる排熱回収設備1内の下流側への排ガスのバイパスを行うことで酸露点腐食の発生を防止するとともに、これによっても排熱回収設備1の下流域における排ガス温度を一定以上に保つことができなくなったときに、被加熱ガスを排熱回収設備1をバイパスさせるという2段階の対策を行うことで設備の安全性が担保されている。
In the hot
As described in the first embodiment, in the exhaust
Therefore, in the present embodiment, the second
That is, when the exhaust gas temperature on the outlet side of the
As described above, in the present embodiment, acid dew point corrosion occurs by bypassing the exhaust gas to the downstream side in the exhaust
なお、本発明においては、第2開口部41の開度を自動で調整することでバイパス流路19を通る排ガスの流量を制御してもよいが、排ガスのバイパス流路19における第2開口部41に設けられた開閉扉43は開度を一定開度に固定して、安定的に使用することが好ましい。しかし、排ガスの温度変動が大きく、さらに温度制御性を向上させたい場合には、開閉扉43を自動調整弁にして流量を自動制御してもよい。開閉扉43による排ガスのバイパス流量制御でも、出口側排ガス温度が設定温度に上がらない場合には、被加熱ガスバイパスライン81に設けられた第2流量調整弁83により外部バイパス流量制御(調整)を追加してもよい。
In the present invention, the flow rate of the exhaust gas passing through the
また、排ガスのバイパス流路19における第2開口部41の開度は、排ガス温度変動がある中で、排ガス温度が低温になった時に、排ガス出口温度が一定以上になるような開度に設定するのが好ましい。この理由は以下の通りである。
バイパス流路19における第2開口部41の開度を、排ガス温度が低い場合を基準に設定すると、排ガス温度が上昇した場合には、ヒートパイプ15における受熱部の温度が上昇することになる。しかし、ヒートパイプ15は受熱部で接する排ガスが低温から高温になるとヒートパイプ15内部の蒸気と凝縮水の相変換のサイクルが早まって熱回収量が増加する傾向がある。このため、バイパス流路19における第2開口部41の開度を固定しても、排ガス温度が上昇したときにはヒートパイプ15内での熱回収量が増加するために排ガスの出口温度が大きく上昇することがない。このように、出口温度変動が抑制されて、排ガス出口温度が無駄に上昇しないことは、ヒートパイプ15による熱回収量を最大化する効果をもたらすことになる。
Further, the opening degree of the
If the opening degree of the
また、上記の実施の形態2では燃料ガスを燃焼させるための空気を被加熱ガスとして予熱する例を示したが、本発明はこれらに限られるものではなく、燃料(燃料ガス)を被加熱ガスとして予熱するようにしてもよい。 Further, in the second embodiment described above, an example in which air for burning the fuel gas is preheated as a heated gas has been shown, but the present invention is not limited to these, and the fuel (fuel gas) is used as a heated gas. It may be preheated as.
[実施の形態3]
実施の形態2の熱風炉設備45においては、燃焼室46で燃料を燃焼させるための空気を被加熱ガスとしたものであったが、本実施の形態3の熱風炉設備84は、該空気に加えて燃焼室46で燃焼させる燃料である燃料ガス(高炉ガスであるBガス)を被加熱ガスとしたものである。
具体的には、本実施の形態においては、実施の形態2の構成に加えて、燃料ガスであるBガスを被加熱ガスとして予熱する被加熱ガスライン55−2と、排ガスライン53における排熱回収ライン59−1に接続されるとともに、バーナー等の加熱装置87が設けられた昇温ガス供給ライン85と、をさらに備えている(図6参照)。
昇温ガス供給ライン85を設けたのは、Bガスを予熱する被加熱ガスライン55−2を設けたため、蓄熱室47から排出される排ガスの熱のみでは予熱するための熱量が不足することから、この熱量を補うためであり、具体的には、加熱装置87によって加熱された昇温ガスを昇温ガス供給ライン85から排ガスライン53における排熱回収ライン59−1に供給することによって高温ガス量を増やして温度を上げ、第1排熱回収設備1−1及び第2排熱回収設備1−2に供給される排ガスの熱量を増加させるようにしている。
[Embodiment 3]
In the hot
Specifically, in the present embodiment, in addition to the configuration of the second embodiment, the heated gas line 55-2 that preheats the B gas, which is a fuel gas, as the heated gas, and the exhaust heat in the
The heating
図6は本実施の形態の系統であり、実施の形態2と同一部分及び対応する部分には同一の符号を付して、説明を省略する。もっとも、実施の形態2との対応関係をより明確にするため、例えば実施の形態2の排熱回収設備1は第1排熱回収設備1-1とし、実施の形態3において追加した排熱回収設備は第2排熱回収設備1-2とするように、実施の形態2で示した機器には主となる符号の後に「−1」を付し、これに対応する実施の形態3で追加した機器には実施の形態2で用いたのと同じ主となる符号の後に「−2」を付して表記している。
FIG. 6 shows the system of the present embodiment, and the same parts as those of the second embodiment and the corresponding parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. However, in order to clarify the correspondence with the second embodiment, for example, the exhaust
第2排熱回収設備1−2に関連する機器の構成及び動作は実施の形態2の第1排熱回収設備1−1と同じなので、以下においては、本実施の形態で追加した昇温ガス供給ライン85について説明する。
すなわち、本実施の形態の熱風炉設備84においては、熱風炉と第1排熱回収設備1−1及び第2排熱回収設備1−2との間を接続し、排ガスを熱風炉から第1排熱回収設備1−1及び第2排熱回収設備1−2に供給する排ガスライン53と、排ガスライン53における排熱回収ライン59−1に接続されるとともに、加熱装置87が設けられた昇温ガス供給ライン85とをさらに備え、加熱装置87によって加熱された昇温ガスを昇温ガス供給ライン85から排熱回収ライン59−1に供給することによって、第1排熱回収設備1−1及び第2排熱回収設備1−2に供給される排ガスの熱量を増加させるよう構成されている。
昇温ガス供給ライン85は、バーナー等の加熱装置87と、加熱装置87に燃焼用の空気を供給する空気供給ライン89と、空気供給ライン89に供給する燃焼用空気を生成するブロア91と、空気供給ライン89に設けられて空気量を調整する第3流量調整弁93と、空気供給ライン89に設けられた第7開閉弁95と、加熱装置87に燃料を供給する燃料供給ライン97と、燃料供給ライン97に設けられた第8開閉弁99及び第9開閉弁101と、燃料供給ライン97における第8開閉弁99と第9開閉弁101の間に設けられて加熱装置87に供給する燃料の供給量を調整する第4流量調整弁103とを備えている。
Since the configuration and operation of the equipment related to the second exhaust heat recovery facility 1-2 are the same as those of the first exhaust heat recovery facility 1-1 of the second embodiment, the temperature rising gas added in the present embodiment is described below. The
That is, in the hot
The heating
第3流量調整弁93及び第4流量調整弁103は、主として、被加熱ガスライン55−1に設けられた第3流調弁制御装置74−1及び被加熱ガスライン55−2に設けられた第3流調弁制御装置74−2によって制御されるが、第3流量調整弁93及び第4流量調整弁103には排熱回収ライン59−1、59−2に設けられた第1流調弁制御装置65−1、65−2からの信号線も接続されており、排ガス温度が高すぎる場合または低すぎる場合等に、加熱装置87から供給される昇温ガスの温度や量を調整することができる。
The third flow
上記のように構成された本実施の形態において、熱風炉48の燃焼室46で燃焼する燃料ガスであるBガスの予熱の方法は、実施の形態2で説明した燃焼室46で燃焼する空気の第1排熱回収設備1による予熱の方法と同様である。
以下、昇温ガス供給ライン85の動作について説明する。
昇温ガス供給ライン85は、熱風炉48の蓄熱室47からの排ガスの熱量では、空気及びBガス双方の予熱が不足する場合に稼働するものである。そのため、加熱装置87に供給する空気と燃料の量については、被加熱ガスライン55−1に設けられた第3流調弁制御装置74−1及び被加熱ガスライン55−2に設けられた第3流調弁制御装置74−2によって制御する。
これによって、熱風炉48の燃焼室46に供給される予熱空気及び予熱Bガスの温度の状況に応じて加熱装置87の加熱量、及び稼働と停止を調整することができる。
In the present embodiment configured as described above, the method of preheating the B gas, which is the fuel gas burned in the
Hereinafter, the operation of the temperature rising
The temperature-increasing
Thereby, the heating amount, operation and stop of the
本実施の形態では、熱風炉48における燃焼室46に供給する空気及びBガスを予熱するようにすることで、熱風炉48の燃料ガスを比較的単価の安いBガスのみで行ういわゆるBガス専焼化も実現可能となる。
すなわち、一般的に熱風炉の燃料ガスとして、カロリーが高く単価の高いコークスガス(Cガス)と、カロリーが低く単価の低い高炉ガス(Bガス)のミックスガスを用いていたところ、単価の低いBガスの割合を高くすることやBガスのみを用いる操業が可能となる。これにより、燃料ガスのコストの削減が可能となるとともに、用途の広がっているCガスの有効利用に貢献することにもなる。
In the present embodiment, by preheating the air and B gas supplied to the
That is, when a mixed gas of coke gas (C gas) having a high calorie and a high unit price and a blast furnace gas (B gas) having a low calorie and a low unit price was generally used as the fuel gas for the hot air furnace, the unit price was low. It is possible to increase the proportion of B gas and operate using only B gas. As a result, the cost of fuel gas can be reduced, and it also contributes to the effective use of C gas, which has a wide range of uses.
以上、本発明を実施形態を用いて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態の構成には限られない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定まるものであり、その範囲内において実施形態に示した構成要素の一部の省略や変形、またそれらの改良を施した構成の全てが本発明に含まれる。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the present invention is not limited to the configurations of these embodiments. The scope of the present invention is determined based on the description of the appended claims, and all of the configurations in which some of the components shown in the embodiments are omitted or modified, or those are improved within the scope of the claims. Is included in the present invention.
例えば、上記の実施の形態では酸露点以下に温度が低下すると硫酸を生じる高温の排ガスを排出する設備が熱風炉である場合を説明したが、このような装置の他の例としては、コークス乾式消火設備や焼結鉱の焼結機等の高炉付帯設備が挙げられる。また、本発明は、これらの設備に限らず、排熱回収設備において酸露点腐食が問題となる可能性のある排ガスを排出する設備と組み合わせて用いたときに上記のような優れた効果を奏するものである。 For example, in the above embodiment, the case where the equipment for discharging high-temperature exhaust gas that generates sulfuric acid when the temperature drops below the acid dew point is a blast furnace has been described, but as another example of such an apparatus, a coke-drying type is used. Examples include blast furnace ancillary equipment such as fire extinguishing equipment and sintering machines for sintered ore. Further, the present invention is not limited to these facilities, and when used in combination with a facility that emits exhaust gas that may cause a problem of acid dew point corrosion in an exhaust heat recovery facility, the present invention exhibits the above-mentioned excellent effects. It is a thing.
また、上記の実施の形態ではバイパス流路19が排熱回収設備1の外側側面に設けられた形態を説明したが、本発明のバイパス流路は、第2ケーシング部13の内部、例えば中央を通るように設けてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
1 排熱回収設備(第1排熱回収設備)
1−2 第2排熱回収設備
3 被加熱ガス流入口
5 被加熱ガス流出口
7 第1ケーシング部
9 排ガス流入口
11 排ガス流出口
13 第2ケーシング部
15 ヒートパイプ
19 バイパス流路
21 第1本体部
23 第1流入側縮径部
25 第1流出側縮径部
27 管板
29 第2本体部
31 第2流入側縮径部
33 第2流出側縮径部
37 ダクト
39 第1開口部
41 第2開口部
43 開閉扉
44 ガイド部
45 熱風炉設備
46 燃焼室
47 蓄熱室
48 熱風炉
49 ブロア
51 煙突
53 排ガスライン
55 被加熱ガスライン
57 排ガスバイパスライン
59 排熱回収ライン
61 第1流量調整弁
63 第1開閉弁
65 第1流調弁制御装置
67 第2開閉弁
69 第3開閉弁
70 第2流調弁制御装置
71 第4開閉弁
72 第5開閉弁
73 第6開閉弁
74 第3流調弁制御装置
75 Bガスライン
76 Bガス流量調整弁
77 Cガスライン
78 Cガス流量調整弁
79 燃料ガスライン
81 被加熱ガスバイパスライン
83 第2流量調整弁
84 熱風炉設備
85 昇温ガス供給ライン
87 加熱装置
89 空気供給ライン
91 ブロア(昇温ガス供給ライン)
93 第3流量調整弁
95 第7開閉弁
97 燃料供給ライン
99 第8開閉弁
101 第9開閉弁
103 第4流量調整弁
1 Exhaust heat recovery equipment (1st exhaust heat recovery equipment)
1-2 2nd exhaust heat recovery equipment 3 Heated gas inlet 5 Heated gas outlet 7 1st casing 9 Exhaust gas inlet 11 Exhaust gas outlet 13 2nd casing 15 Heat pipe 19 Bypass flow path 21 1st main body Part 23 1st inflow side reduced diameter part 25 1st outflow side reduced diameter part 27 Tube plate 29 2nd main body 31 2nd inflow side reduced diameter part 33 2nd outflow side reduced diameter part 37 Duct 39 1st opening 41 1st 2 Opening 43 Opening / Closing Door 44 Guide 45 Hot Air Furnace Equipment 46 Combustion Room 47 Heat Storage Room 48 Hot Air Furnace 49 Blower 51 Chimney 53 Exhaust Gas Line 55 Heated Gas Line 57 Exhaust Gas Bypass Line 59 Exhaust Heat Recovery Line 61 First Flow Control Valve 63 1st on-off valve 65 1st flow control valve 67 2nd on-off valve 69 3rd on-off valve 70 2nd flow control valve control device 71 4th on-off valve 72 5th on-off valve 73 6th on-off valve 74 3rd flow control Valve control device 75 B gas line 76 B gas flow control valve 77 C gas flow control valve 79 C gas flow control valve 79 Fuel gas line 81 Heated gas bypass line 83 Second flow control valve 84 Hot air furnace equipment 85 Heat-increasing gas supply line 87 Heating device 89 Air supply line 91 Blower (heating gas supply line)
93 3rd
Claims (8)
被加熱ガス流入口及び被加熱ガス流出口を有する第1ケーシング部と、
前記第1ケーシング部の直下に配置され、排ガス流入口及び排ガス流出口を有する第2ケーシング部と、
長手方向における一方の端部が前記第1ケーシング部内に配置され、前記長手方向における他方の端部が前記第2ケーシング部内に配置された複数のヒートパイプと、を備え、
前記第2ケーシング部内における前記複数のヒートパイプが配置された領域の一部である第1領域と、前記複数のヒートパイプが配置された前記領域の一部であって前記第1領域よりも前記排ガスの流れ方向における下流側に位置する第2領域とのうち、前記第1領域をバイパスするバイパス流路を備え、前記排ガスの一部が、前記第1領域を通過せずに前記第2領域に導入されるよう構成されていることを特徴とするヒートパイプ式排熱回収設備。 It is an exhaust heat recovery facility that preheats the gas to be preheated by the heat of high-temperature exhaust gas that can generate sulfuric acid when the temperature drops below the acid dew point.
A first casing portion having a heated gas inlet and a heated gas outlet,
A second casing portion that is arranged directly below the first casing portion and has an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet.
A plurality of heat pipes in which one end in the longitudinal direction is arranged in the first casing portion and the other end in the longitudinal direction is arranged in the second casing portion.
A first region in the second casing portion, which is a part of a region in which the plurality of heat pipes are arranged, and a part of the region in which the plurality of heat pipes are arranged, which is more than the first region. Of the second region located on the downstream side in the flow direction of the exhaust gas, the second region is provided with a bypass flow path that bypasses the first region, and a part of the exhaust gas does not pass through the first region. A heat pipe type exhaust heat recovery facility characterized by being configured to be installed in.
前記バイパス流路が、前記第1開口部から流入する前記一部の前記排ガスを、前記第1領域を経由させずに前記第2開口部を通して前記第2領域に導くよう形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。 The bypass flow path is provided at a first opening provided on the upstream side of the exhaust gas in the flow direction of the exhaust gas from the first region and on the downstream side of the exhaust gas in the flow direction of the exhaust gas from the first region. Has a second opening and
The bypass flow path is formed so as to guide the part of the exhaust gas flowing in from the first opening to the second region through the second opening without passing through the first region. The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to claim 1 or 2.
前記ガイド部は、前記上流側の端部の位置が、前記下流側の端部の位置よりも低いことを特徴とする請求項3又は4に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。 The flow path wall forming the bypass flow path has a guide portion for guiding a part of the exhaust gas upward.
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to claim 3 or 4, wherein the guide portion has a position of the end portion on the upstream side lower than the position of the end portion on the downstream side.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のヒートパイプ式排熱回収設備とを備え、
前記ヒートパイプ式排熱回収設備が、前記熱風炉内で燃料を燃焼させることで発生した排ガスの熱により、前記熱風炉内で前記燃料を燃焼させるための空気及び前記燃料のうちのいずれか一方を前記被加熱ガスとして予熱するよう構成されていることを特徴とする熱風炉設備。 A hot air furnace for supplying high temperature gas to the blast furnace,
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to any one of claims 1 to 6 is provided.
One of the air and the fuel for burning the fuel in the hot air furnace by the heat of the exhaust gas generated by the heat pipe type exhaust heat recovery facility burning the fuel in the hot air furnace. A hot air furnace facility characterized in that it is configured to preheat the fuel as the gas to be heated.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のヒートパイプ式排熱回収設備であって、前記熱風炉内で燃料を燃焼させることで発生した排ガスの熱により、前記熱風炉内で前記燃料を燃焼させるための空気を前記被加熱ガスとして予熱するよう構成された第1排熱回収設備と、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のヒートパイプ式排熱回収設備であって、前記熱風炉内で前記燃料を燃焼させることで発生した前記排ガスの熱により、前記熱風炉内で燃焼させる前記燃料である燃料ガスを前記被加熱ガスとして予熱するよう構成された第2排熱回収設備と、を備える熱風炉設備。 A hot air furnace for supplying high temperature gas to the blast furnace,
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel is produced in the hot air furnace by the heat of exhaust gas generated by burning the fuel in the hot air furnace. A first exhaust heat recovery facility configured to preheat the air for combustion as the fuel to be heated, and
The heat pipe type exhaust heat recovery facility according to any one of claims 1 to 6, which is burned in the hot air furnace by the heat of the exhaust gas generated by burning the fuel in the hot air furnace. A hot air furnace facility including a second exhaust heat recovery facility configured to preheat the fuel gas which is the fuel to be heated as the heated gas.
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