JP7495023B1 - 製造設備及び製造設備の操業方法 - Google Patents

Abstract

加熱炉等の加熱部の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスを効率的に生成することが可能な製造設備及び製造設備の操業方法を提供する。製造設備は、対象材を加熱する加熱部と、加熱部にて加熱された対象材に対して処理を行う製造ラインと、加熱部及び製造ラインにおいて冷却のために用いられる循環水を処理する循環水処理装置と、循環水処理装置から加熱部及び製造ラインに循環水を供給するための供給循環水路と、加熱部及び製造ラインから循環水処理装置に循環水を回収するための回収循環水路と、加熱部に燃焼のためのアンモニアガスを供給するアンモニアガス生成装置と、を有し、アンモニア生成装置は、液体アンモニア貯留部と、液体アンモニア貯留部から供給される液体アンモニアを循環水における顕熱との熱交換により気化させるアンモニア気化器、アンモニア気化器における熱交換により得られるアンモニアガスを加熱部に供給するアンモニアガス供給部を有する。

Description

本発明は、対象物を加熱する加熱部を含む製造設備及び製造設備の操業方法に関する。

銑鋼一貫製鉄所においては、鉄鉱石を還元して溶銑を製造する高炉の炉頂から排出される高炉ガスをはじめ、転炉やコークス炉で発生する副生ガスを燃料ガスとして有効利用（再利用）している。しかし、近年の二酸化炭素の排出量削減の要求に伴い、これらの副生ガスの使用量を低減するための燃焼技術が求められている。例えば、銑鋼一貫製鉄所の熱間圧延ラインや、厚板圧延ライン等において鋼材の加熱を行う加熱炉でも、副生ガスの使用量を低減し、二酸化炭素の排出量を削減することが求められている。この場合、加熱炉の燃料ガスとして、アンモニアを利用する技術が注目されている。炭素元素を含まないアンモニアは、燃焼しても主として水と窒素を発生するのみであるため、二酸化炭素の排出量の削減効果が大きい。このため、加熱炉の燃料ガスとして、アンモニアを適用するための技術開発が望まれている。

燃焼用の燃料として用いられるアンモニアは、液体状態で輸送及び貯留される。液体状態のアンモニア（液体アンモニア）を直接燃焼させると、アンモニアの蒸発潜熱が高いため、燃焼の際に十分に蒸発せず、熱エネルギーへの変換効率が低下するという問題がある。そのため、所定の燃焼エネルギーを得るためには、液体アンモニアを燃料として過剰に供給する必要があり、アンモニアの消費量が増大する。一方、液体アンモニアを燃焼する前に、予め気化する場合には、アンモニアを気化させるための事前の加熱が必要となり、付加的なエネルギーを要することになる。

これについて、特許文献１には、ガスタービン等の燃焼装置として、燃焼排ガスの熱を用いて液体アンモニアを気化させるアンモニア気化器を用いた装置が開示されている。燃焼器の燃焼排ガスは、例えば８００℃程度の温度を保持していることから、燃焼器の排気系統を通過するガスとの熱交換により液体アンモニアを容易に気化できるとされている。

また、特許文献２には、ガスタービン等の燃焼装置として、ガスタービンの排ガスを用いて水蒸気を生成し、生成した水蒸気の流動流路に液体アンモニアを噴霧することによりアンモニア蒸気を生成する装置が開示されている。この場合、高温の水蒸気と液体状態のアンモニアとの熱交換により液体アンモニアを気化できるとされている。

特開２０１５－１９０４６６号公報 特開２０２０－１６５６０３号公報

しかしながら、上記の従来技術を加熱炉等の加熱設備に適用すると、次の問題が生じる。

特許文献１に記載された技術は、ガスタービンのように大量の気体を排ガスとして排出し、排ガスが有する顕熱も大きい場合に適用できる。しかし、工業用加熱炉のような加熱設備では、蓄熱式バーナなどが適用され、排ガスが有する顕熱が燃焼用空気の予熱に用いられることが多い。そのため、加熱設備の排ガスは、アンモニアを気化するほどの熱量を有していない。また、加熱炉の保守点検等のため加熱炉の操業を停止した後に、再度加熱炉の立ち上げを行う際には、排ガスが生成されていない状態となるため、加熱炉の操業を再開する段階では液体アンモニアの気化に利用できないという問題がある。さらに、排ガスを用いて熱交換を行う場合には、熱交換器の内部で温度が低い配管等に排ガスが接すると、排気ガスが酸露点（排ガス中から酸性物質が発生しはじめる温度）以下となって、熱交換器の腐食が促進される。これにより熱交換器のメンテナンス負荷が大きくなるという問題もある。

特許文献２に記載された技術についても、加熱炉から排出される排ガスを用いて水蒸気を生成する場合、加熱炉の排ガスが必要なアンモニアを気化するほどの熱量を有していないという問題がある。また、加熱炉を停止した後に、再度加熱炉の立ち上げを行う際には、排ガスの顕熱を利用することができず、他の設備により水蒸気を発生させる必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加熱炉等の加熱部の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスを、熱量を有する循環水の顕熱を用いて効率的に生成することが可能な製造設備及び製造設備の操業方法を提供することにある。

［１］対象材を加熱する加熱部と、前記加熱部にて加熱された前記対象材に対して処理を行う製造ラインと、前記加熱部及び前記製造ラインにおいて冷却のために用いられる循環水を処理する循環水処理装置と、前記循環水処理装置から前記加熱部及び前記製造ラインに前記循環水を供給するための供給循環水路と、前記加熱部及び前記製造ラインから前記循環水処理装置に前記循環水を回収するための回収循環水路と、前記加熱部に燃焼のためのアンモニアガスを供給するアンモニアガス生成装置と、を有する製造設備であって、前記アンモニアガス生成装置は、アンモニアを液体状態で貯留する液体アンモニア貯留部と、前記液体アンモニア貯留部から供給される液体アンモニアを前記循環水における顕熱との熱交換により気化させるアンモニア気化器と、前記アンモニア気化器における熱交換により得られるアンモニアガスを前記加熱部に供給するアンモニアガス供給部と、を有する、製造設備。
［２］前記アンモニア気化器は、前記回収循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させるアンモニア配管とを有する、［１］に記載の製造設備。
［３］前記アンモニア気化器は、前記供給循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させるアンモニア配管とを有する、［１］に記載の製造設備。
［４］前記アンモニア気化器は、前記加熱部からの前記回収循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させるアンモニア配管とを有する、［１］に記載の製造設備。
［５］前記加熱部は、前記回収循環水路を内部に有すると共に前記対象材を搬送する搬送装置を有する、［１］～［４］のいずれか１つに記載の製造設備。
［６］前記製造ラインは、前記循環水を用いて前記対象材を冷却すると共に前記対象材の冷却に用いた前記循環水を回収して前記回収循環水路へ流通させる対象材冷却装置を有する、［１］～［５］のいずれか１つに記載の製造設備。
［７］前記アンモニア気化器は、前記対象材冷却装置からの前記回収循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させて得られるアンモニアガスを流通させるアンモニア配管とを有する、［６］に記載の製造設備。
［８］前記加熱部は、前記アンモニアガス供給部から供給されたアンモニアガスと混合させるため、石炭ガスを供給する石炭ガス供給部を有する、［１］～［７］のいずれか１つに記載の製造設備。
［９］対象材を加熱する加熱部及び前記対象材に対して処理を行う製造ラインに対して冷却のための循環水を供給すると共に回収を行いつつ、前記加熱部に燃焼のためのアンモニアガスをアンモニアガス生成装置から供給して、前記加熱部及び前記製造ラインを有する製造設備にて製造を行う製造設備の操業方法であって、前記アンモニアガス生成装置において、液体アンモニアを液体アンモニア貯留部からアンモニア気化器に供給する液体アンモニア供給ステップと、前記アンモニア気化器において、前記液体アンモニアを前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成するアンモニアガス生成ステップと、生成した前記アンモニアガスを前記加熱部に供給するアンモニアガス供給ステップと、を有する、製造設備の操業方法。
［１０］前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記加熱部及び前記製造ラインから回収した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、［９］に記載の製造設備の操業方法。
［１１］前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記加熱部及び前記製造ラインに供給した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、［９］に記載の製造設備の操業方法。
［１２］前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記加熱部から回収した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、［９］に記載の製造設備の操業方法。
［１３］前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記製造ラインにおける対象材冷却装置から回収した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、［９］に記載の製造設備の操業方法。

本発明によれば、加熱炉等の加熱部の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスを、熱量を有する循環水の顕熱を用いて効率的に生成することが可能となる。

図１は、製造設備の一例としての概略側面図を示す図である。 図２は、第１実施形態の製造設備における循環水の循環経路の構成を模式的に示す図である。 図３は、加熱部の一例としての概略側面図を示す図である。 図４は、加熱部の一例としての概略断面図を示す図である。 図５は、アンモニアガス生成装置の一例としての概略構成図を示す図である。 図６は、アンモニア気化器の一例としての概略構成図を示す図である。 図７は、燃焼装置の一例としての概略構成図を示す図である。 図８は、燃焼装置の変形例としての概略構成図を示す図である。 図９は、第２実施形態の製造設備における循環水の循環経路の構成を模式的に示す図である。 図１０は、第３実施形態の製造設備における循環水の循環経路の構成を模式的に示す図である。 図１１は、第４実施形態の製造設備における循環水の循環経路の構成を模式的に示す図である。 図１２は、第５実施形態としてのアンモニア気化器の概略構成図を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を具体的に説明する。図１に、製造設備１の一例としての概略側面図を示す。製造設備１は、加熱部１０と、製造ライン２とを有する。製造ライン２は、対象材Ｓの搬送方向Ｄにおいて、上流側から順に、デスケーリング装置２０と、幅圧下プレス装置３０と、粗圧延装置４０と、仕上デスケーリング装置５０と、仕上圧延装置６０と、対象材冷却装置７０と、巻取機８０とを有する。ここで、対象材Ｓは、鋳造後のスラブや鋼板等の鋼材であってよい。

加熱部１０は、対象材Ｓを加熱する。加熱部１０は、対象材Ｓを加熱する加熱炉であってよい。加熱部１０は、対象材Ｓを所定の温度まで加熱し、対象材Ｓの圧延、鍛造、熱処理等を行う前に用いられる。製造ライン２は、加熱部１０にて加熱された対象材Ｓに対して、加工、冷却、表面処理等の処理のうち、少なくとも一つの処理を行う。製造ライン２は、鋼材の熱間圧延ラインであってよい。

対象材Ｓは、加熱部１０に装入された後、所定の設定温度まで加熱され、加熱部１０から抽出される。加熱部１０から抽出された対象材Ｓは、デスケーリング装置２０によって表面に形成された１次スケールが除去された後、幅圧下プレス装置３０によって所定の設定幅まで幅圧下される。そして、幅圧下された対象材Ｓは、粗圧延装置４０において所定厚さまで圧延されることで粗バー（粗圧延材）となり、仕上圧延装置６０に搬送される。仕上圧延装置６０の上流側では、仕上デスケーリング装置５０により対象材Ｓの表面に生成した２次スケールが除去される。その後、仕上圧延装置６０では、５～７機のスタンド（圧延機）の連続式圧延機により、対象材Ｓが製品厚さまで圧延される。

仕上圧延装置６０の下流側には、ランアウトテーブル等を有する対象材冷却装置７０が設けられており、対象材Ｓは、所定の温度まで冷却された後、巻取機８０によってコイル状に巻き取られる。また、粗圧延装置４０の上流側又は下流側には粗デスケーリング装置が配置されてもよく、粗デスケーリング装置により粗圧延装置４０による粗圧延中に生成された対象材Ｓの２次スケールが適宜除去される。更に、仕上圧延装置６０のスタンド間には、仕上圧延中の対象材Ｓを冷却するための水冷ノズルを配置してもよい。

次に、製造設備１における循環水Ｗの循環経路の構成について、図２を用いて説明する。図２は、製造設備１における循環水Ｗの循環経路の構成を模式的に示す図である。図２に示す通り、製造設備１は、加熱部１０及び製造ライン２に加え、循環水処理装置８と、供給循環水路Ｐと、回収循環水路Ｒと、アンモニアガス生成装置３とを有する。循環水処理装置８は、加熱部１０及び製造ライン２において冷却を行うために用いられる循環水Ｗを処理する。

加熱部１０を含む製造設備１では、製造設備１を構成する機器の温度上昇を抑制するため、機器の保護を図る目的から、冷却のために循環水が供給される。特に、加熱部１０では、内部が高温雰囲気となるため、設備を保護するために循環水Ｗが必要となる。また、上記の通り、製造設備１においては、対象材Ｓの冷却やデスケーリングを行う目的から循環水Ｗが使用される。例えば、熱間圧延ラインでは、加熱部１０に供給される循環水は、１５００～３０００ｔｏｎ／ｈｒ程度であり、対象材Ｓの冷却のため対象材冷却装置７０に供給される循環水は、６０００～８０００ｔｏｎ／ｈｒ程度と、大量の循環水が供給される。また、対象材Ｓが厚板である熱間圧延ラインでは、加熱部１０に供給される循環水Ｗは、１０００～２５００ｔｏｎ／ｈｒ程度であり、対象材Ｓの冷却のために供給される循環水Ｗは、６０００～８０００ｔｏｎ／ｈｒ程度となる。このため、これらの循環水Ｗは、供給循環水路Ｐ及び回収循環水路Ｒからなる循環経路を用いることによる再利用が行われる。また、製造ライン２において、対象材冷却装置７０は、循環水Ｗを用いて対象材Ｓを冷却すると共に、対象材Ｓの冷却に用いた循環水Ｗを回収して回収循環水路Ｒへ流通させる。

ここで、循環水処理装置８の構成について、図２を用いて説明する。循環水処理装置８は、製造設備１に供給され設備機器や対象材Ｓの冷却に供された後の回収循環水Ｒｗに対して、異物の除去や水温調整を行って、再び製造設備１に供給する。循環水処理装置８は、図２に示す通り、沈殿池８ａと、ろ過器８ｂと、冷却塔８ｃと、貯水池８ｄと、送水部８ｅとを有する。沈殿池８ａは、回収循環水Ｒｗに含まれるスケール等の水よりも密度の大きな異物を沈降させて分離するための設備である。ろ過器８ｂは、フィルタを用いて回収循環水Ｒｗに含まれる固体分を分離する設備である。冷却塔８ｃは、クーリングタワーとも呼ばれ、回収循環水Ｒｗを大気と直接的または間接的に接触させて冷却する熱交換器の一種である。冷却塔８ｃは、ファンを備え、気化熱で回収循環水Ｒｗを冷却する。貯水池８ｄは、回収循環水Ｒｗを一時的に貯留するための設備である。貯水池８ｄは、製造設備１で使用する循環水Ｗの量が変動する場合であっても、製造設備１に供給する循環水Ｗの量を安定化する目的で配置される。送水部８ｅは、貯水池８ｄに貯水された循環水Ｗを製造設備１に供給する設備である。

加熱部１０を含む製造設備１では、設備の冷却や対象材Ｓの冷却により循環水Ｗの温度が上昇するため、冷却塔８ｃを用いて回収循環水Ｒｗから熱を放出する必要がある。この場合、熱間圧延ラインにおいては、冷却塔８ｃで回収循環水Ｒｗから除去される熱量は、５０～９０ＭＷ程度となる。

ここで、図２に示す通り、供給循環水路Ｐは、循環水処理装置８から製造設備１の各機器（加熱部１０及び製造ライン２）に供給循環水Ｐｗを供給する循環経路である。回収循環水路Ｒは、製造設備１の各機器（加熱部１０及び製造ライン２）において冷却のために供された回収循環水Ｒｗを循環水処理装置８に回収する循環経路である。供給循環水路Ｐでは、循環水処理装置８の冷却塔８ｃによって冷却された供給循環水Ｐｗが流通する。回収循環水路Ｒでは、製造設備１の各機器に供給されることにより温度が上昇した回収循環水Ｒｗが流通する。また、供給循環水路Ｐは、循環水処理装置８の送水部８ｅから供給され、循環経路が分岐することにより各機器に供給される。この場合、機器ごとに供給される供給循環水Ｐｗの水量を調整するために、適宜、流量調整弁や流量計が配置されてよい。一方、回収循環水路Ｒでは、供給循環水Ｐｗが供給された機器の単位に応じて回収循環水Ｒｗとして回収され、循環経路が合流することにより循環水処理装置８の沈殿池８ａにて異物等が回収される。

次に、加熱部１０の構成について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、加熱部１０の一例としての概略側面図を示す。図４は、加熱部１０の一例としての概略断面図を示す。加熱部１０は、装入部１１と、燃焼装置１２と、搬送装置１３と、抽出部１４と、煙道部１５とを有する。加熱部１０は、例えば製造ライン２が熱間圧延ラインである場合には、鋳造されたスラブ等の対象材Ｓを所定の温度（１１００～１３００℃程度）に加熱するために用いられる。燃焼装置１２は、燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇを燃焼させることで、対象材Ｓを加熱する。

装入部１１は、加熱対象である対象材Ｓを加熱部１０の内部に装入（搬入）する。抽出部１４は、加熱後の対象材Ｓを加熱部１０の外部に抽出（搬出）する。例えば、連続鋳造ラインで製造されたスラブ等の鋼材（対象材Ｓ）は、加熱部１０の装入側のヤードに搬送され、熱間圧延ライン等の生産スケジュールに従って装入部１１から加熱部１０の内部に装入される。加熱部１０の内部は複数の帯域に区切られ、上流側には２～８個の帯域に区切られた加熱帯が設けられ、下流側には１～３個の均熱帯が設けられる。加熱部１０の操業では、内部の帯域毎に異なる雰囲気温度に制御され、加熱部１０に装入された対象材Ｓの平均温度が徐々に昇温して、所定の目標加熱温度（加熱部１０から抽出される際の対象材Ｓの目標温度）になるように制御される。

加熱部１０は、対象材Ｓを装入部１１から抽出部１４に向けて、随時搬送するための搬送装置１３を内部に有する。搬送装置１３は、固定スキッド等の固定型搬送部１３ａと、搬送スキッド等の移動型搬送部１３ｂとを有する。固定型搬送部１３ａ及び移動型搬送部１３ｂは、搬送される対象材Ｓを支持する支持部を有する。固定型搬送部１３ａは、加熱部１０の内部に固定されている。移動型搬送部１３ｂは、対象材Ｓを持ち上げて搬送させる。即ち、移動型搬送部１３ｂは、加熱部１０の内部において、昇降、前進、下降、後退を繰り返すことにより、対象材Ｓを抽出部１４に向けて搬送させる。固定型搬送部１３ａ及び移動型搬送部１３ｂは、加熱された対象材Ｓと直接接触するため、高温の熱による変形や破損を招きやすい。このため、固定型搬送部１３ａ及び移動型搬送部１３ｂの内部には、固定型搬送部１３ａ及び移動型搬送部１３ｂを冷却するための循環水Ｗが流通可能な循環経路（供給循環水路Ｐ及び回収循環水路Ｒ）を有する。循環水Ｗが固定型搬送部１３ａ及び移動型搬送部１３ｂの内部を流通することで、変形や破損の防止を図ることができる。

加熱部１０は、対象材Ｓの搬送方向Ｄに沿って、複数のバーナ等の燃焼装置１２を内部に有する。燃焼装置１２は、燃焼により加熱部１０の内部を昇温させる。燃焼装置１２の燃焼により、加熱部１０の内部が昇温されると、加熱部１０の壁部１６からの輻射により対象材Ｓの温度が上昇する。また、加熱部１０の内部において雰囲気ガスの流動が生じ、当該雰囲気ガスの対流により、対象材Ｓが昇温される。更に、燃焼装置１２の燃焼火炎が対象材Ｓに接触することにより、対象材Ｓが昇温されてもよい。

燃焼装置１２は、加熱部１０の内部の複数の帯域ごとに配置される。なお、帯域の数と燃焼装置１２の数とは、必ずしも一致しなくてもよい。加熱部１０の一例として示す図３においては、加熱部１０の内部において、装入部１１から抽出部１４に向けて、対象材Ｓの上面側に５つの燃焼装置１２が配置されている。また、対象材Ｓの下面側においても５つの燃焼装置１２が配置されており、合計で１０基の燃焼装置１２が配置されている。各々の燃焼装置１２には、燃料ガスと燃料用空気（エア）が供給され、燃料ガスが空気中で拡散することにより燃焼し、燃焼火炎が加熱部１０の内部に吹き込まれる。燃料用空気は、通常は空気が用いられるものの、酸素を含有する酸素含有ガスとして、酸素、酸素富化空気、酸素及び排ガスの混合ガス等が用いられてもよい。

また、対象材Ｓの搬送方向Ｄから見た加熱部１０の概略断面図を示す図４に示す通り、対象材Ｓの搬送方向Ｄに対して垂直な方向（左右方向）において、右側と左側との温度差が生じないように、燃焼装置１２を対象材Ｓの右側及び左側の各々に配置することが望ましい。

また、加熱部１０においては、燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇを使用しない燃焼装置１２が含まれてよい。つまり、従来の炭素系ガスを燃料ガスとして用いるバーナ設備が含まれてよい。炭素系ガスを燃料ガスとして用いるバーナ設備は、二酸化炭素を排出するものの、加熱部１０の全体としてアンモニアガスＡｇを燃料ガスとして用いることで、二酸化炭素の排出を低減できるためである。

次に、アンモニアガス生成装置３の構成について、図５を用いて説明する。図５は、アンモニアガス生成装置３の一例としての概略構成図を示す。アンモニアガス生成装置３は、加熱部１０に燃焼のためのアンモニアガスを供給する。アンモニアガス生成装置３は、液体アンモニア貯留部４と、アンモニア気化器５と、アンモニアガス供給部６と、液体アンモニアポンプ７とを有する。液体アンモニア貯留部４は、アンモニアを液体状態で貯留する容器である。アンモニア気化器５は、液体アンモニア貯留部４から供給される液体アンモニアＡｌを循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させる。アンモニアガス供給部６は、アンモニア気化器５における熱交換により得られたアンモニアガスＡｇを加熱部１０に供給する。また、液体アンモニア貯留部４は、液体アンモニアポンプ７の回転数に応じた流量の液体アンモニアＡｌを液体アンモニアポンプ７に供給する。液体アンモニアポンプ７は、液体アンモニア貯留部４から液体アンモニアＡｌを汲み出し、液体アンモニアＡｌを昇圧してアンモニア気化器５に供給する。

本実施形態の加熱部１０は、少なくとも一つの燃焼装置１２において、燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇを用いる。アンモニアガスＡｇを燃料ガスとして使用する燃焼装置１２には、液体アンモニアＡｌを気化することによりアンモニアガスＡｇを生成するアンモニアガス生成装置３が用いられる。ただし、アンモニアガス生成装置３は、複数の燃焼装置１２と接続し、一つのアンモニアガス生成装置３から複数の燃焼装置１２に燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇを供給するようにしてもよい。

アンモニア気化器５は、液体アンモニア貯留部４から供給される液体アンモニアＡｌを、循環水Ｗが有する顕熱を用いて気化させる。アンモニア気化器５には、熱交換器が用いられる。熱交換器としては、高温側を循環水Ｗ、低温側を液体アンモニアＡｌとする熱交換器とする構成である限り、プレート式熱交換器や多管式熱交換器（シェル及びチューブ式熱交換器）等、熱交換方式を問わない。

次に、アンモニアガス生成装置３におけるアンモニア気化器５の構成について、図６を用いて説明する。図６は、アンモニア気化器５の一例としての概略構成図を示す。図６は、アンモニア気化器５に適用される熱交換器として、多管式熱交換器を例として示す。アンモニア気化器５は、シェル部５ａと、アンモニア配管５ｂとを有する。アンモニア気化器５は、容器として構成されるシェル部５ａの内部に、多数のチューブとしてアンモニア配管５ｂを配列させた構成を有する。

図６に示す通り、アンモニア配管５ｂの内部において液体アンモニアＡｌを流通させると共に、シェル部５ａの内部に循環水Ｗを流通させることで、循環水Ｗと液体アンモニアＡｌとの間で熱交換が行われ、液体アンモニアＡｌが気化してアンモニアガスＡｇが生成される。

即ち、本実施形態において、アンモニア気化器５は、図２に示す構成も踏まえ、回収循環水路Ｒに連結して循環水Ｗを流通させるシェル部５ａを有する。そして、液体アンモニアＡｌを流通させると共にシェル部５ａを流通する循環水Ｗの顕熱との熱交換により液体アンモニアＡｌを気化させて得られるアンモニアガスＡｇを流通させるアンモニア配管５ｂを有する。

アンモニアガス供給部６は、アンモニア気化器５により気化されたアンモニアガスＡｇを、加熱部１０における燃焼装置１２に供給する。アンモニアガス供給部６は、加熱部１０の燃焼装置１２にアンモニアガスＡｇを供給するためのポンプや、燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇを用いる燃焼装置１２への供給量を調整するための流量調整弁や流量計を有してよい。

次に、加熱部１０における燃焼装置１２の構成について、図７を用いて説明する。図７は、燃焼装置１２の一例を示す概略構成図である。燃焼装置１２は、燃焼部１２ａと、アンモニアガス供給路１２ｂと、燃焼用空気供給路１２ｅと、流体合流部１２ｆとを有する。アンモニアガス供給路１２ｂは、アンモニアガス調整弁１２ｃと、アンモニアガス流量計１２ｄとを有する。アンモニアガス供給路１２ｂは、アンモニアガス生成装置３におけるアンモニアガス供給部６と接続されている。アンモニアガス供給路１２ｂは、アンモニアガス供給部６から供給されたアンモニアガスＡｇを、燃焼部１２ａに向けて流通させる。

アンモニアガス調整弁１２ｃは、アンモニアガスＡｇの供給量を調整する。アンモニアガス流量計１２ｄは、アンモニアガスＡｇの流量を測定する。アンモニアガスＡｇの供給量は、加熱部１０において対象材Ｓを所定の温度まで昇温するのに必要な熱エネルギーを確保できるように調整される。

流体合流部１２ｆでは、図７に示す通り、アンモニアガスＡｇと燃焼用空気Ｏとを混合する。燃焼用空気Ｏは、アンモニアガスＡｇと混合させる前に、排ガス等を用いて予熱しておくことで、省エネルギー化を図ることができる。

燃焼装置１２は、蓄熱体と一体化した２台一対の燃焼装置１２を数十秒間隔で交互に燃焼させる蓄熱式バーナを用いてもよい。蓄熱式バーナは、一方の燃焼装置１２が燃焼しているときには、一方の燃焼装置１２からの排気を他方の燃焼装置１２の蓄熱体を通過させて他方の蓄熱体を加熱することにより、一方の燃焼装置１２からの排気が有する熱エネルギーを回収する。次に、他方の燃焼装置１２が燃焼しているときには、他方の燃焼装置１２からの排気を一方の蓄熱体を通過させることによって加熱する。これにより、エネルギー効率に優れた加熱部１０の操業を実現できる。

次に、加熱部１０における燃焼装置１２の変形例の構成について、図８を用いて説明する。図８は、燃焼装置１２の変形例である燃焼装置１８の概略構成図を示す。燃焼装置１８は、図７に示す燃焼装置１２の構成に加え、石炭ガス供給部１２ｇと、石炭ガス供給路１２ｈと、ガス混合部１２ｋと、ガス供給制御部１２ｌとを有する。石炭ガス供給路１２ｈは、石炭ガス調整弁１２ｉと、石炭ガス流量計１２ｊとを有する。

燃焼装置１８は、図８に示す通り、燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇと石炭ガスＣｇとの混合ガスである石炭アンモニア混合ガスＡＣｇを用いる構成としてよい。即ち、加熱部１０は、アンモニアガス生成装置３におけるアンモニアガス供給部６から供給されたアンモニアガスＡｇと混合させるため、石炭ガスＣｇを供給する石炭ガス供給部１２ｇを有してよい。ガス混合部１２ｋは、アンモニアガスＡｇと石炭ガスＣｇとを混合させる。石炭ガス調整弁１２ｉは、石炭ガス供給部１２ｇから供給される石炭ガスＣｇの流量を調整する。石炭ガス流量計１２ｊは、石炭ガスＣｇの流量を測定する。

燃焼装置１８は、アンモニアガスＡｇと石炭ガスＣｇとの混合ガスである石炭アンモニア混合ガスＡＣｇを燃料ガスとして用いることができる。そして、燃料ガスにおける石炭ガスＣｇの混合比率が大きくなると、アンモニアガスＡｇを用いる燃焼装置１２に比べて二酸化炭素の排出量が増加するものの、燃料ガスにおいてアンモニアガスＡｇを含むことにより加熱部１０の全体として、二酸化炭素の排出量を削減できる。また、アンモニアガスＡｇは難燃性燃料であり、燃焼速度も遅く燃焼状態が不安定になり易いことから、石炭ガスＣｇを混合させることにより燃焼状態を安定させ、対象材Ｓの昇温を容易にする点で有利である。

燃焼装置１８に用いられる石炭ガスＣｇは、石炭から得られるガスを意味する。石炭ガスＣｇは、製鉄所の高炉、コークス炉、転炉等で生成される副生ガスの適用が好ましい。高炉ガスは、高炉で鉄鉱石を還元して銑鉄を製造する際に発生する副生ガスである。コークス炉ガスは、コークスを製造するために石炭を高温乾留して生成される副生ガスである。転炉ガスは、転炉における製鋼工程で発生する副生ガスである。

副生ガスは、生成する工程により種々の成分組成を有する。例えば、高炉ガスは可燃成分の一酸化炭素が２１～３０体積％、不燃成分の窒素が５０～６０体積％、二酸化炭素が１０～２２体積％が代表的な組成である。高炉ガスの低位発熱量は３．４５ＭＪ／Ｎｍ^３程度が代表例である。コークス炉ガスは、水素が４６～６０体積％、メタンが２０～３５体積％、一酸化炭素が５～１０体積％、エチレンなどの炭化水素が２～４体積％が代表的な組成である。コークス炉ガスの低位発熱量は１８．０ＭＪ／Ｎｍ^３程度が代表例である。転炉ガスは、一酸化炭素が約７５体積％、二酸化炭素が約１３体積％であり、他に微量の酸素、窒素、水素が含有される。転炉ガスの低位発熱量は８．２ＭＪ／Ｎｍ^３程度が代表例である。石炭ガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガスが適宜混合されたガス（以下、「Ｍガス」と言う。）が用いられることがある。発熱量が異なる石炭ガスを混合することにより、鋼材の加熱に必要な熱量を供給し、安定した鋼材用加熱炉の操業を行うためである。

燃焼装置１８は、石炭アンモニア混合ガスＡＣｇに含まれるアンモニアガスＡｇの混合比率を制御するガス供給制御部１２ｌを有する。ガス供給制御部１２ｌは、石炭ガスＣｇの石炭ガス調整弁１２ｉの開度と、アンモニアガスＡｇのアンモニアガス調整弁１２ｃの開度との比率を設定又は制御し、石炭アンモニア混合ガスＡＣｇに含まれるアンモニアガスＡｇの混合比率を制御する。燃焼装置１８においては、石炭ガス調整弁１２ｉとアンモニアガス調整弁１２ｃとを電磁弁を用いて構成し、石炭ガスＣｇおよびアンモニアガスＡｇの流量が所定の混合比率となるように、ガス供給制御部１２ｌにおいて電磁弁の開度を制御してよい。ガス供給制御部１２ｌは、石炭アンモニア混合ガスＡＣｇに含まれるアンモニアガスＡｇの混合比率を制御することにより、燃焼装置１８の燃焼エネルギーを調整することができ、加熱部１０における対象材Ｓの昇温状態を変更できる。アンモニアガスＡｇは燃焼速度が遅いため、アンモニアガスＡｇの混合比率を高くすると燃焼火炎の安定性が低下する。このため、ガス供給制御部１２ｌによりアンモニアガスＡｇの混合比率を制御することで、燃焼装置１８の燃焼の安定性を高めることができる。

燃焼装置１８では、一例として、燃料用空気６２５Ｎｍ^３／ｈｒに対して、燃料ガスとして石炭ガスが１５０Ｎｍ^３／ｈｒ、アンモニアガスが３０Ｎｍ^３／ｈｒ程度の混合ガスを用いてよい。これにより、石炭ガスのみを燃料ガスとして用いた場合に、石炭ガスが１８５Ｎｍ^３／ｈｒと同程度の熱量を得ることができる。

ここで、アンモニアガス生成装置３におけるアンモニア気化器５により、回収循環水路Ｒにて回収された回収循環水Ｒｗの顕熱を用いて液体アンモニアＡｌを気化させる構成について、図２を参照しつつ説明する。本実施形態においては、製造設備１を構成する各機器（加熱部１０及び製造ライン２）にて冷却のために供給された後に、循環水処理装置８に回収される回収循環水Ｒｗをアンモニア気化器５に供給する。なお、アンモニア気化器５には、回収循環水路Ｒにより回収される全ての回収循環水Ｒｗの一部を分岐させて、アンモニア気化器５に供給してもよい。

図２に示す本実施形態においては、加熱部１０から回収された回収循環水Ｒｗだけでなく、製造ライン２におけるデスケーリング装置２０、粗圧延装置４０、仕上デスケーリング装置５０、仕上圧延装置６０、対象材冷却装置７０、及び巻取機８０から回収された回収循環水Ｒｗが合流した後の回収循環水路Ｒが、アンモニア気化器５に接続されている。

ここで、製造設備１において、従来の加熱部１０の燃料ガスとして石炭ガスＣｇが用いられている場合を想定する。例えば、加熱部１０において使用される石炭ガスＣｇの流量が１５～２０Ｎｍ^３／ｓであるとすると、石炭ガスＣｇの低位発熱量が１０ＭＪ／Ｎｍ^３である場合には、総発熱量は１５０～２００ＭＷとなる。この場合、本実施形態のように、加熱部１０で使用される石炭ガスＣｇをアンモニアガスＡｇに置き換えた場合には、アンモニアガスＡｇの低位発熱量が１４．１ＭＪ／Ｎｍ^３、アンモニアガスＡｇの密度が０．７７１ｋｇ／Ｎｍ^３であることを考慮すると、石炭ガスＣｇと同等の発熱量を得るためのアンモニアガスＡｇの流量は、８．２～１０．９ｋｇ／ｓとなる。ここで、アンモニアガスＡｇの潜熱は１．３７２ＭＪ／ｋｇであるため、このような流量のアンモニアガスＡｇを気化により得るために必要な熱量は、概ね１１．３～１５．０ＭＷとなる。そして、循環水処理装置８の冷却塔８ｃで循環水Ｗから除去される熱量は、５０～９０ＭＷ程度である。従って、加熱部１０に用いられる燃焼装置１２の全てでアンモニアガスＡｇを燃料ガスとして使用しても、回収循環水路Ｒを流れる回収循環水Ｒｗは、液体アンモニアＡｌを気化させるのに十分な顕熱を有している。

以上のように、従来の加熱部１０の燃料ガスとして用いられる石炭ガスＣｇを、全てアンモニアガスＡｇに置き換えたとしても、回収循環水路Ｒを流れる回収循環水Ｒｗから、液体アンモニアＡｌを気化させるための十分な熱量（１１．３～１５．０ＭＷ程度）を得ることができる。また、アンモニア気化器５が、回収循環水路Ｒを流れる回収循環水Ｒｗから、これと同等の熱量（１１．３～１５．０ＭＷ程度）を除去することになる。このため、循環水処理装置８の冷却塔８ｃにおいて回収循環水Ｒｗから除去する必要がある熱量も少なくなるので、冷却塔８ｃにおいて消費される動力を低減させることができ、循環水処理装置８における省エネルギー効果を得ることができる。

このような観点からは、アンモニア気化器５が回収循環水Ｒｗから得ることができる最大の熱量は、循環水処理装置８の冷却塔８ｃが有する冷却能力と同等であるとみなしてよい。つまり、循環水処理装置８の冷却塔８ｃによって回収循環水Ｒｗから除去する熱量を、アンモニア気化器５により液体アンモニアＡｌを気化させる熱量として利用できる。本実施形態の加熱部１０は、少なくとも一つの燃焼装置１２において、燃料ガスとしてアンモニアガスＡｇが供給されればよいことから、本実施形態における循環水処理装置８は、５ＭＷ以上の熱エネルギーを除去する冷却能力を備えることが好ましく、５０ＭＷ以上であることがより好ましい。循環水処理装置８の冷却能力が５ＭＷ未満では、回収循環水Ｒｗが液体アンモニアＡｌを気化するのに十分な顕熱を有することができなくなるためである。なお、循環水処理装置８の冷却能力に上限は定められないものの、大型の加熱部１０を含む製造設備１では、３００ＭＷの冷却能力を備えれば十分である。

回収循環水路Ｒは、流量が１０００ｔｏｎ／ｈｒ以上の回収循環水Ｒｗを回収する構成であることが好ましく、回収循環水Ｒｗの温度は２０℃以上であることが好ましい。回収循環水路Ｒを流通する回収循環水Ｒｗの流量が１０００ｔｏｎ／ｈｒ未満、又は温度が２０℃未満であると、アンモニア気化器５において液体アンモニアＡｌを気化させるのに十分な熱量を供給できないためである。なお、回収循環水路Ｒにおける回収循環水Ｒｗの流量や温度の上限は特に定められないものの、大型の加熱部１０を含む製造設備１においては、流量が３０００００ｔｏｎ／ｈｒ以下、温度が８０℃以下であれば、加熱部１０に用いるために必要な量のアンモニアガスＡｇを得ることができる。

本実施形態におけるアンモニア気化器５は、回収循環水Ｒｗが有する顕熱から５ＭＷ以上の熱エネルギーを熱交換できることが好ましく、５０ＭＷ以上であることがより好ましい。アンモニア気化器５における熱交換の能力が５ＭＷ未満では、加熱部１０に供される燃料ガスとして十分な流量のアンモニアガスＡｇを供給できないためである。なお、アンモニア気化器５の熱交換の能力に上限は定められないものの、大型の加熱部１０を含む製造設備１では、３００ＭＷの熱交換の能力を備えれば十分である。

以上に述べた通り、第１実施形態においては、製造設備１の操業方法として、以下に記載するステップを有する。即ち、対象材Ｓを加熱する加熱部１０及び対象材Ｓに対して処理を行う製造ライン２に対して冷却のための循環水Ｗを供給すると共に回収を行いつつ、加熱部１０に燃焼のためのアンモニアガスＡｇをアンモニアガス生成装置３から供給して、加熱部１０及び製造ライン２を有する製造設備１にて製造を行う製造設備１の操業方法であって、アンモニアガス生成装置３において、液体アンモニアＡｌを液体アンモニア貯留部４からアンモニア気化器５に供給する液体アンモニア供給ステップと、アンモニア気化器５において、液体アンモニアＡｌを循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスＡｇを生成するアンモニアガス生成ステップと、生成したアンモニアガスＡｇを加熱部１０に供給するアンモニアガス供給ステップと、を有する。

更に、アンモニアガス生成ステップは、液体アンモニアＡｌを加熱部１０及び製造ライン２から回収した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する。

本実施形態における製造設備１及び製造設備１の操業方法により、液体アンモニアＡｌを循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させ、気化により得られたアンモニアガスＡｇを加熱部１０に供給して、加熱部１０にて対象材Ｓの加熱に用いることができる。即ち、加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを効率的に生成することが可能となる。また、製造設備１を循環する循環水Ｗの顕熱を用いて液体アンモニアＡｌを気化して加熱部１０の燃料ガスにすることで、液体アンモニアＡｌを燃料ガスに変換するための付加的なエネルギーを削減できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を具体的に説明する。図９に、第２実施形態の製造設備９１における循環水Ｗの循環経路の構成を模式的に示す。図９は、アンモニア気化器５が、供給循環水路Ｐを流通する供給循環水Ｐｗの顕熱を用いて、液体アンモニアＡｌを気化させるための構成とした一例を示す。また、第２実施形態においては、アンモニア気化器５を供給循環水路Ｐに連結した構成を除き、その他は第１実施形態と同じ構成である。

即ち、本実施形態において、アンモニア気化器５は、図９及び図６に示す構成を踏まえ、供給循環水路Ｐに連結して循環水Ｗを流通させるシェル部５ａを有する。そして、液体アンモニアＡｌを流通させると共にシェル部５ａを流通する循環水Ｗの顕熱との熱交換により液体アンモニアＡｌを気化させて得られるアンモニアガスＡｇを流通させるアンモニア配管５ｂを有する。

第２実施形態では、製造設備９１を構成する各機器（加熱部１０及び製造ライン２）において、冷却のために供給され供給循環水路Ｐを流通する供給循環水Ｐｗをアンモニア気化器５に供給する。供給循環水路Ｐを流通する供給循環水Ｐｗは、循環水処理装置８により温度が調整された循環水Ｗであるため、供給循環水路Ｐであれば、いずれの機器に供給される循環経路から供給循環水Ｐｗを分岐させてアンモニア気化器５に供給してもよい。

そして、図９に示す通り、加熱部１０の冷却に用いられる供給循環水Ｐｗを供給する供給循環水路Ｐをアンモニア気化器５に接続することが好ましい。加熱部１０に近い位置の供給循環水路Ｐを流通する供給循環水Ｐｗを用いることにより、加熱部１０に近い位置でアンモニアガスＡｇを生成でき、アンモニアガスＡｇを供給するための経路の長さを短縮できるためである。

ここで、製造設備９１の従来の加熱部１０において、燃料ガスとして石炭ガスＣｇが用いられている場合に、燃料ガスの２０％をアンモニアガスＡｇに代替することを想定すると、必要なアンモニアガスＡｇの総発熱量は３０～４０ＭＷ程度となる。これに対応するアンモニアガスＡｇの流量は、１．６４～２．００ｋｇ／ｓとなる。アンモニアガスＡｇの潜熱は１．３７２ＭＪ／ｋｇであるから、このような流量のアンモニアガスＡｇを気化により得るために必要な熱量は、概ね２．２５～２．７４ＭＷとなる。そして、供給循環水路Ｐにおいて加熱部１０に向けて流通する供給循環水Ｐｗの水量が２１００ｔｏｎ／ｈｒであって循環水Ｗの温度が３４℃の場合に、アンモニア気化器５における熱交換によって循環水Ｗの温度が３４℃から２８℃まで低下するものの、液体アンモニアＡｌに対して１４．７ＭＷの熱量を供給することができる。これにより、加熱部１０に用いられる燃焼装置１２において、約２０％の割合でアンモニアガスＡｇを燃料ガスとして使用しても、供給循環水路Ｐを流通する供給循環水Ｐｗは、液体アンモニアＡｌを気化させるための十分な顕熱を有している。また、供給循環水路Ｐにおいて加熱部１０に向けて流通する供給循環水Ｐｗの流量が１２０００ｔｏｎ／ｈｒ程度であって循環水Ｗの温度が３４℃程度の場合には、６６．３ＭＷの熱量を供給できることから、加熱部１０に用いられる燃焼装置１２の燃料ガスを全てアンモニアガスＡｇに代替することも可能となる。

以上から、本実施形態における供給循環水路Ｐは、供給循環水Ｐｗを分岐させてアンモニア気化器５のシェル部５ａを流通する位置において、加熱部１０へ供給される供給循環水Ｐｗの流量として、１０００ｔｏｎ／ｈｒ以上の供給循環水Ｐｗを供給する機器であることが好ましく、供給循環水Ｐｗの温度は３０℃以上であることが好ましい。加熱部１０へ向けた供給循環水路Ｐのアンモニア気化器５のシェル部５ａを流通する供給循環水Ｐｗの流量が１０００ｔｏｎ／ｈｒ未満、又は温度が３０℃未満であると、アンモニア気化器５において液体アンモニアＡｌを気化するのに十分な熱量を供給できないためである。また、大型の加熱部１０を含む製造設備９１としては、アンモニア気化器５のシェル部５ａを流通して加熱部１０へ供給される供給循環水Ｐｗの流量が３００００ｔｏｎ／ｈｒ以下、温度が８０℃以下であれば、加熱部１０に用いるために必要とされる十分な量の液体アンモニアＡｌを気化することができる。

以上に述べた通り、第２実施形態においては、製造設備１の操業方法として、以下に記載するステップを有する。即ち、第１実施形態におけるアンモニアガス生成ステップについて、液体アンモニアＡｌを加熱部１０及び製造ライン２に供給した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスＡｇを生成する。

本実施形態における製造設備１及び製造設備１の操業方法により、液体アンモニアＡｌを加熱部１０及び製造ライン２に供給した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させ、気化により得られたアンモニアガスＡｇを加熱部１０に供給して、加熱部１０にて対象材Ｓの加熱に用いることができる。即ち、加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを効率的に生成することが可能となる。また、製造設備１を循環する循環水Ｗの顕熱を用いて液体アンモニアＡｌを気化して加熱部１０の燃料ガスにすることで、液体アンモニアＡｌを燃料ガスに変換するための付加的なエネルギーを削減できる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を具体的に説明する。図１０に、第３実施形態における製造設備９２の循環水Ｗの循環経路の構成を模式的に示す。図１０は、アンモニア気化器５が、製造ライン２の各設備から回収された回収循環水Ｒｗと合流する前における、加熱部１０から回収された回収循環水Ｒｗの顕熱を用いて、液体アンモニアＡｌを気化させるための構成とした一例を示す。また、第３実施形態においては、アンモニア気化器５を加熱部１０からの回収循環水路Ｒに連結した構成を除き、その他は第１実施形態と同じ構成である。

即ち、本実施形態において、アンモニア気化器５は、図１０及び図６に示す構成を踏まえ、加熱部１０からの回収循環水路Ｒに連結して循環水Ｗを流通させるシェル部５ａを有する。そして、液体アンモニアＡｌを流通させると共にシェル部５ａを流通する循環水Ｗの顕熱との熱交換により液体アンモニアＡｌを気化させて得られるアンモニアガスＡｇを流通させるアンモニア配管５ｂを有する。

第３実施形態においては、加熱部１０において冷却のために供給され循環水処理装置８に回収される回収循環水路Ｒを流通する回収循環水Ｒｗをアンモニア気化器５に供給する。なお、アンモニア気化器５には、加熱部１０から回収される回収循環水Ｒｗの一部を分岐させてアンモニア気化器５に供給してもよい。

また、加熱部１０として、内部において対象材Ｓを搬送する搬送装置１３を冷却した回収循環水Ｒｗの顕熱を用いて、液体アンモニアＡｌを気化させるように構成することが好ましい。対象材Ｓの搬送装置１３においては、内部を循環水Ｗが流通するため、高温になる対象材Ｓと直接接触する搬送装置１３の内部の冷却に使用された循環水Ｗは温度が上昇しやすく、比較的少量の循環水Ｗであっても大きな顕熱を有する。

図１０に示す構成においては、加熱部１０に供給される循環水Ｗが回収循環水Ｒｗとして回収される回収循環水路Ｒが、他の回収循環水路Ｒと合流する前にアンモニア気化器５に接続されている。これにより、回収循環水Ｒｗが回収循環水路Ｒの長い配管内を流通することなくアンモニア気化器５に供給されるため、アンモニア気化器５に供給される前の回収循環水Ｒｗの温度の低下を低減できる。

加熱部１０においては、構成される機器が高温雰囲気に晒されるため、加熱部１０を流通することにより回収循環水Ｒｗの温度が上昇しやすい。例えば、加熱部１０に供給される循環水Ｗの水量が２１００ｔｏｎ／ｈｒであって、加熱部１０を流通する循環水Ｗの全てがアンモニア気化器５のシェル部５ａを流通する場合に、加熱部１０から回収される回収循環水Ｒｗが有する顕熱は、２０～２５ＭＷ程度となる。従って、加熱部１０に用いられる燃焼装置１２の約２０％でアンモニアガスＡｇを燃料ガスとして使用しても、加熱部１０を流通しアンモニア気化器５のシェル部５ａを流通する回収循環水Ｒｗは、液体アンモニアＡｌを気化させるのに十分な顕熱を有している。

以上に述べた通り、第３実施形態においては、製造設備１の操業方法として、以下に記載するステップを有する。即ち、第１実施形態におけるアンモニアガス生成ステップについて、液体アンモニアＡｌを加熱部１０から回収した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスＡｇを生成する。

本実施形態における製造設備１及び製造設備１の操業方法により、液体アンモニアＡｌを加熱部１０から回収した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させ、気化により得られたアンモニアガスＡｇを加熱部１０に供給して、加熱部１０にて対象材Ｓの加熱に用いることができる。即ち、加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを効率的に生成することが可能となる。また、製造設備１を循環する循環水Ｗの顕熱を用いて液体アンモニアＡｌを気化して加熱部１０の燃料ガスにすることで、液体アンモニアＡｌを燃料ガスに変換するための付加的なエネルギーを削減できる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を具体的に説明する。図１１に、第４実施形態における製造設備９３の循環水Ｗの循環経路の構成を模式的に示す。図１１は、アンモニア気化器５が、製造設備９３の各設備から回収された回収循環水Ｒｗと合流する前における、対象材冷却装置７０から回収された回収循環水Ｒｗの顕熱を用いて、液体アンモニアＡｌを気化させるための構成とした一例を示す。また、第４実施形態においては、アンモニア気化器５を対象材冷却装置７０からの回収循環水路Ｒに連結した構成を除き、その他は第１実施形態と同じ構成である。

即ち、本実施形態において、アンモニア気化器５は、図１１及び図６に示す構成を踏まえ、対象材冷却装置７０からの回収循環水路Ｒに連結して循環水Ｗを流通させるシェル部５ａを有する。そして、液体アンモニアＡｌを流通させると共にシェル部５ａを流通する循環水Ｗの顕熱との熱交換により液体アンモニアＡｌを気化させて得られるアンモニアガスＡｇを流通させるアンモニア配管５ｂを有する。

対象材Ｓの冷却は、主としてランアウトテーブルを備える対象材冷却装置７０において行われ、対象材Ｓの材質制御のために実施される。特に、高強度鋼板のように仕上圧延後の鋼板を急冷することにより材質を制御する目的から、比較的大量の循環水Ｗが供給される。具体的には、対象材冷却装置７０では、６０００～８０００ｔｏｎ／ｈｒ程度の循環水Ｗが供給され、対象材冷却装置７０から回収された回収循環水Ｒｗが有する顕熱は、３９～５２ＭＷ程度となる。従って、加熱部１０に用いられる全ての燃焼装置１２でアンモニアガスＡｇを燃料ガスとして使用しても、対象材冷却装置７０から回収される回収循環水Ｒｗは、液体アンモニアＡｌを気化（上記の例では１１．３～１５．０ＭＷ程度が必要）させるのに十分な顕熱を有している。したがって、対象材冷却装置７０からの回収される一部の循環水Ｗを分岐させる回収循環水路Ｒをアンモニア気化器５に接続してよい。

以上に述べた通り、第４実施形態においては、製造設備１の操業方法として、以下に記載するステップを有する。即ち、第１実施形態におけるアンモニアガス生成ステップについて、液体アンモニアＡｌを製造ライン２における対象材冷却装置７０から回収した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスＡｇを生成する。

本実施形態における製造設備１及び製造設備１の操業方法により、液体アンモニアＡｌを対象材冷却装置７０から回収した循環水Ｗにおける顕熱との熱交換により気化させ、気化により得られたアンモニアガスＡｇを加熱部１０に供給して、加熱部１０にて対象材Ｓの加熱に用いることができる。即ち、加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを効率的に生成することが可能となる。また、製造設備１を循環する循環水Ｗの顕熱を用いて液体アンモニアＡｌを気化して加熱部１０の燃料ガスにすることで、液体アンモニアＡｌを燃料ガスに変換するための付加的なエネルギーを削減できる。

＜第５実施形態＞
次に、図１２を用いて、本発明の第５実施形態を説明する。図１２は、第５実施形態としてのアンモニア気化器９の概略構成図を示す。図１２（ａ）は、アンモニア気化器９の構成を模式的に示す概略正面図である。図１２（ｂ）は、アンモニア気化器９の構成を模式的に示す概略側面図である。図１２に示すアンモニア気化器９は、先に示したアンモニア気化器５の他の例としてのアンモニア気化器である。

図１２は、アンモニア気化器９に適用される熱交換器として、オープンラック式気化器の例を示す。オープンラック式気化器は、多管式熱交換器の一種であり、多数の伝熱管を並べたパネルの外面に高温側の液体を流下することにより、内部の液体を気化させる装置である。

アンモニア気化器９は、パネル部９ａ、上側ヘッダ部９ｃ、下側ヘッダ部９ｄ、給水部９ｅ、及び排水部９ｆを有する。パネル部９ａは、内部をアンモニアが流通する複数の伝熱管としてのアンモニア配列管９ｂが一列に配置され、板状（パネル状）に形成されている。下側ヘッダ部９ｄは、パネル部９ａを構成する複数のアンモニア配列管９ｂとパネル部９ａの下部で流通し、液体アンモニアＡｌが液体アンモニア貯留部４から供給される。下側ヘッダ部９ｄの内部には、液体アンモニアポンプ７等により圧力が生じているので、液体アンモニアＡｌの液面はアンモニア配列管９ｂの内部で一定の高さまで上昇している。上側ヘッダ部９ｃは、パネル部９ａを構成する複数のアンモニア配列管９ｂとパネル部９ａの上部で流通し、パネル部９ａの上部からアンモニアガスＡｇを回収し、回収したアンモニアガスＡｇがアンモニアガス供給部６に送られる。給水部９ｅには、供給循環水路Ｐを流通する供給循環水Ｐｗが供給され、パネル部９ａの上方から、パネル部９ａの表面に沿って循環水Ｗが流下するように構成される。排水部９ｆは、パネル部９ａの表面に沿って流下した循環水Ｗを回収し、回収循環水Ｒｗとして回収循環水路Ｒに供給する。

図１２に示す通り、下側ヘッダ部９ｄに液体アンモニアＡｌが供給され、液体アンモニアＡｌの液面がアンモニア配列管９ｂの内部で一定の高さまで上昇している状態で、パネル部９ａの外面に循環水Ｗが流下すると、アンモニア配列管９ｂを介して、循環水Ｗと液体アンモニアＡｌとの間で熱交換が行われ、液体アンモニアＡｌが気化してアンモニアガスＡｇが生成される。そして、液体アンモニアＡｌが気化して生成したアンモニアガスＡｇは、アンモニア配列管９ｂの内部を上昇し、上側ヘッダ部９ｃで回収される。

即ち、アンモニア気化器９は、図２に示す構成も踏まえ、供給循環水路Ｐに連結して循環水Ｗをパネル部９ａの外面で流下させる給水部９ｅと、回収循環水路Ｒに連結して循環水Ｗを回収する排水部９ｆと、を有する。そして、液体アンモニアＡｌの水位を上昇させると共にパネル部９ａの外面を流下する循環水Ｗの顕熱との熱交換により液体アンモニアＡｌを気化させて得られるアンモニアガスＡｇを流通させるアンモニア配列管９ｂと、アンモニア配列管９ｂの内部を上昇するアンモニアガスＡｇを回収する上側ヘッダ部９ｃと、を有するように構成してもよい。

次に、本発明に係る製造設備及び製造設備の操業方法について、熱間圧延ラインに適用して実施した実施結果を説明する。本実施例の熱間圧延ラインは、６００ｔｏｎ／ｈｒの生産能力を有する。加熱部１０は、２６０℃のスラブ（対象材Ｓ）を１２１０℃まで加熱する能力を有する。

従来の加熱炉（加熱部）は、燃料ガスとして石炭ガスの一種であるＭガスを使用した。使用したＭガスの低位発熱量は１９４ＭＷであり、従来の操業における加熱炉の燃料原単位は１．１７ＧＪ／ｔｏｎであった。加熱炉は、内部に鋼材（対象材Ｓ）を搬送する搬送装置１３を備えており、搬送装置１３の内部にて流通すると共に搬送装置１３を冷却する循環水Ｗの流量は、２１００ｍ^３／ｈｒであった。熱間圧延ラインは、ランアウトテーブルを有する対象材冷却装置７０でも循環水Ｗを使用しており、その流量は７２００ｍ^３／ｈｒであった。また、その他の機器にて使用される循環水Ｗの流量は概ね２７００ｍ^３／ｈｒであり、循環水Ｗとして合計で１２０００ｍ^３／ｈｒが使用されていた。

これについて、供給循環水路Ｐと回収循環水路Ｒとを流れる循環水Ｗの温度と流量とに基づいて、循環水Ｗの排熱を測定した結果、加熱炉を流通した循環水Ｗでは２０．９ＭＷ、対象材冷却装置７０を流通した循環水Ｗでは４４．７ＭＷ、その他の機器を流通した循環水Ｗでは１３．７ＭＷとなり、合計で７９．３ＭＷの顕熱を有することが確認できた。また、循環水Ｗの温度は、加熱炉を流通した循環水Ｗが４２．５℃、対象材冷却装置７０を流通した循環水Ｗが３９．３℃、その他の機器を流通した循環水Ｗについて回収した後の温度が３８．４℃であった。そして、循環水処理装置８の沈殿池８ａで貯水された循環水Ｗの温度は平均値で３９．７℃であった。さらに、循環水処理装置８では、調整後における循環水Ｗの温度が３４℃となるよう調整されており、循環水処理装置８の冷却塔８ｃの稼働率は８７．６％であった。

ここで、発明例１として、図２に示す実施形態（第１実施形態）に基づく実施結果を説明する。発明例１は、図２に示す通り、加熱部１０及び製造ライン２を流通した回収循環水Ｒｗの全てが回収された回収循環水路Ｒが、アンモニア気化器に接続された構成である。この場合、加熱部１０は、アンモニアガスＡｇを２０体積％とすると共に、Ｍガス（石炭ガス）を８０体積％とした混合ガスを燃料ガスとして、燃焼を実施し得る燃焼装置１２（図８参照）を用いた。その結果、アンモニア気化器５では、循環水Ｗが有する顕熱のうち、熱量２．９ＭＷが液体アンモニアＡｌの気化に利用され、アンモニア気化器５を通過した後の循環水Ｗの温度の低下は０．２℃であった。そのため、循環水処理装置８における循環水Ｗの処理は、従来の操業条件とほとんど変化なく実施できた。即ち、液体アンモニアＡｌを気化するために追加の熱源を供給することなく、従来の加熱炉においてＭガスのみを用いた場合と、ほぼ同等のエネルギーバランスで熱間圧延ラインの操業を実施できた。そして、加熱炉等の加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを、熱量を有する循環水Ｗの顕熱を用いて効率的に生成することができた。

次に、発明例２として、図９に示す実施形態（第２実施形態）に基づく実施結果を説明する。発明例２は、図９に示す通り、供給循環水路Ｐとして循環水処理装置８から供給され、加熱部１０の冷却のための供給循環水Ｐｗが流通する供給循環水路Ｐをアンモニア気化器５に接続した構成である。この場合、加熱部１０の燃焼装置１２は、アンモニアガスＡｇのみを燃料ガスとする図７に示す構成を用いた。その結果、アンモニア気化器５において液体アンモニアＡｌを気化する熱量は１４．７ＭＷであり、アンモニア気化器５を流通する循環水Ｗの温度は６．０℃低下した。そのため、加熱部１０の搬送装置１３の内部を流通する循環水Ｗの温度が低下することから、加熱部１０の内部における対象材Ｓを昇温するのに必要な熱量が増加したため、加熱部１０の燃料原単位は１．１８ＧＪ／ｔｏｎに上昇したものの、その増加量は僅かであった。更に、加熱部１０から回収される循環水Ｗの温度は、加熱部１０に供給される段階で低下していることから、循環水処理装置８の沈殿池８ａで回収された循環水Ｗの温度は３８．８℃であり、従来の循環水の温度よりも低下した。その結果、循環水処理装置８の冷却塔８ｃの稼働率は７８．８％と、従来に比べて低下させることができ、循環水Ｗの冷却に消費される動力を低減できた。そして、加熱炉等の加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを、熱量を有する循環水Ｗの顕熱を用いて効率的に生成することができた。

次に、発明例３として、図１０に示す実施形態（第３実施形態）に基づく実施結果を説明する。発明例３は、図１０に示す通り、加熱部１０から回収される回収循環水Ｒｗが流通する回収循環水路Ｒをアンモニア気化器５に接続した構成である。即ち、発明例３は、アンモニア気化器５が、加熱部１０から回収され製造設備１の加熱部１０以外の設備から回収される回収循環水Ｒｗと合流する前における循環水Ｗの顕熱を用いて、液体アンモニアＡｌを気化させる構成としている。具体的に、アンモニア気化器５は、搬送装置１３の冷却に用いられる循環水Ｗを流通させると共に搬送装置１３の内部に設けられる回収循環水路Ｒに接続した構成となっている。この場合、加熱部１０の燃焼装置１２は、アンモニアガスＡｇのみを燃料ガスとする図７に示す構成を用いた。その結果、アンモニア気化器５を流通した後の回収循環水Ｒｗは、アンモニア気化器５を流通する前に比べて６．０℃の温度の低下を生じ、温度は３６．５℃となった。これにより、循環水処理装置８の沈殿池８ａで回収された循環水Ｗの温度は３８．６℃となり、従来の循環水の温度よりも低下した。その結果、循環水処理装置８の冷却塔８ｃの稼働率は７７．６％となり、従来に比べて稼働率が低下でき、循環水Ｗの冷却に消費される動力を低減できた。そして、加熱炉等の加熱部１０の燃料ガスとして、二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアガスＡｇを、熱量を有する循環水Ｗの顕熱を用いて効率的に生成することができた。

１ 製造設備
２ 製造ライン
３ アンモニアガス生成装置
４ 液体アンモニア貯留部
５ アンモニア気化器
６ アンモニアガス供給部
７ 液体アンモニアポンプ
８ 循環水処理装置
１０ 加熱部
１１ 装入部
１２ 燃焼装置
１３ 搬送装置
１４ 抽出部
１５ 煙道部
２０ デスケーリング装置
３０ 幅圧下プレス装置
４０ 粗圧延装置
５０ 仕上デスケーリング装置
６０ 仕上圧延装置
７０ 対象材冷却装置
８０ 巻取機
Ｄ 搬送方向
Ｓ 対象材
Ｆ 燃焼火炎
Ｏ 燃焼用空気
Ａｌ 液体アンモニア
Ａｇ アンモニアガス
Ｃｇ 石炭ガス
ＡＣｇ 石炭アンモニア混合ガス
Ｐ 供給循環水路
Ｒ 回収循環水路
Ｗ 循環水
Ｐｗ 供給循環水
Ｒｗ 回収循環水

Claims (13)

1. 対象材を加熱する加熱部と、前記加熱部にて加熱された前記対象材に対して処理を行う製造ラインと、前記加熱部及び前記製造ラインにおいて冷却のために用いられる循環水を処理する循環水処理装置と、前記循環水処理装置から前記加熱部及び前記製造ラインに前記循環水を供給するための供給循環水路と、前記加熱部及び前記製造ラインから前記循環水処理装置に前記循環水を回収するための回収循環水路と、前記加熱部に燃焼のためのアンモニアガスを供給するアンモニアガス生成装置と、を有する製造設備であって、
   前記アンモニアガス生成装置は、アンモニアを液体状態で貯留する液体アンモニア貯留部と、前記液体アンモニア貯留部から供給される液体アンモニアを前記循環水における顕熱との熱交換により気化させるアンモニア気化器と、前記アンモニア気化器における熱交換により得られるアンモニアガスを前記加熱部に供給するアンモニアガス供給部と、
   を有する、製造設備。
2. 前記アンモニア気化器は、前記回収循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させるアンモニア配管とを有する、請求項１に記載の製造設備。
3. 前記アンモニア気化器は、前記供給循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させるアンモニア配管とを有する、請求項１に記載の製造設備。
4. 前記アンモニア気化器は、前記加熱部からの前記回収循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させるアンモニア配管とを有する、請求項１に記載の製造設備。
5. 前記加熱部は、前記回収循環水路を内部に有すると共に前記対象材を搬送する搬送装置を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の製造設備。
6. 前記製造ラインは、前記循環水を用いて前記対象材を冷却すると共に前記対象材の冷却に用いた前記循環水を回収して前記回収循環水路へ流通させる対象材冷却装置を有する、請求項１に記載の製造設備。
7. 前記アンモニア気化器は、前記対象材冷却装置からの前記回収循環水路に連結して前記循環水を流通させるシェル部と、前記液体アンモニアを流通させると共に前記シェル部を流通する前記循環水の顕熱との熱交換により前記液体アンモニアを気化させて得られるアンモニアガスを流通させるアンモニア配管とを有する、請求項６に記載の製造設備。
8. 前記加熱部は、前記アンモニアガス供給部から供給されたアンモニアガスと混合させるため、石炭ガスを供給する石炭ガス供給部を有する、請求項１に記載の製造設備。
9. 対象材を加熱する加熱部及び前記対象材に対して処理を行う製造ラインに対して冷却のための循環水を供給すると共に回収を行いつつ、前記加熱部に燃焼のためのアンモニアガスをアンモニアガス生成装置から供給して、前記加熱部及び前記製造ラインを有する製造設備にて製造を行う製造設備の操業方法であって、
   前記アンモニアガス生成装置において、液体アンモニアを液体アンモニア貯留部からアンモニア気化器に供給する液体アンモニア供給ステップと、
   前記アンモニア気化器において、前記液体アンモニアを前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成するアンモニアガス生成ステップと、
   生成した前記アンモニアガスを前記加熱部に供給するアンモニアガス供給ステップと、
   を有する、製造設備の操業方法。
10. 前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記加熱部及び前記製造ラインから回収した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、請求項９に記載の製造設備の操業方法。
11. 前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記加熱部及び前記製造ラインに供給した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、請求項９に記載の製造設備の操業方法。
12. 前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記加熱部から回収した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、請求項９に記載の製造設備の操業方法。
13. 前記アンモニアガス生成ステップは、前記液体アンモニアを前記製造ラインにおける対象材冷却装置から回収した前記循環水における顕熱との熱交換により気化させることでアンモニアガスを生成する、請求項９に記載の製造設備の操業方法。

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