JP6595403B2

JP6595403B2 - 排熱回収装置及び排熱回収方法

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Publication number: JP6595403B2
Application number: JP2016098545A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎泊; 和雄高橋; 剛織田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: JP2017206726A

Description

本発明は、排熱回収装置及び排熱回収方法に関する。

熱延工場等ではスラブやビレット等の鋼材を連続式又はバッチ式の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、連続式鋳造機で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の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を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用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尻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の耐熱上限温度を超過し、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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の排ガス流量調整工程のステップを示すフロー図である。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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１００００Ｎｍ^３／ｈ以上５００００Ｎｍ^３／ｈ以下である。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

（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

（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。

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。

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。

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。

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Ｑ２_ｎｅｗ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を解くことにより、導出することができる。

ここで、Ｃ_{ｐ−ａｉｒ}は空気の比熱［Ｊ／ｋｇ／Ｋ］を意味し、Ｃ_ｐ−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Ｑ２_ｎｅｗの単位は、［Ｎｍ^３／ｈ］である。

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Ｑ２_ｎｅｗ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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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Ｑ２_ｎｅｗを計算する。

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。

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。

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。

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Ｑ２_ｎｅｗ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、Ｑ２_ｎｅｗは、加熱炉から排出される排ガスの全流量とするとよい。

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。

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。

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。

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

Claims

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
を備える排熱回収装置。
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。
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。
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。
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。