JPS5914714B2 - 高温ガス及び熱ガスから熱を回収して再評価する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温ガス及び排出温度が８００℃以下の熱ガ
スから熱を回収して再評価する方法であって、ガスを、
スペース的に間隔を置いて区分されて配置されていてか
つ閉鎖された複数の熱管の中間室を通って案内し、次い
で戸外へ排出する形式のものに関する。

このような形式の方法はエネルギ節減を提案している。

すなわち従来使用されない工程ガスの熱を、燃焼工程用
の燃焼ガスの予熱のために利用し、かつこのことによっ
て燃料の節減を行なう。

冶金範囲において、とりわけコークスガス、天然ガス、
高炉ガス、燃料油及び類似のものにおける熱エネルギの
節減を目ざしている。

このような方法の別の目的は、冶金工程における排ガス
熱を利用して、金属製出のだめの高い温度の発生を助成
することである。

とりわけ銑鉄及び鋼製造のばあいに、冶金工程ガスの高
い入力温度によって冶金工程が経済的に高くなる。

金属還元のばあいに１トンのコークスを燃焼するために
はほぼ３００ＯＮｍ”の空気が必要である。

燃料、要するにコークスを節約するために、空気は熱風
炉内で最高１３００’Ｃに加熱される。

空気を加熱するために、冶金炉から漏れる工程ガスは、
熱風炉内で燃焼され次いで格子状の耐火性煉瓦を通過す
るコークスガスに加えて使用され、このことによって熱
風炉は内部で最高１５５００Ｃに加熱される。

熱風炉から流出する排ガスは、はぼ２５０℃の温度を有
している。

著しい熱容量を有する排ガスは、煙突を通って装置を離
れて、外気へ流出する。

加熱過程の後に熱風炉のガスバーナのスイッチが切られ
、次いで送風機内で高圧を生ぜしめられる冷気が熱風炉
の高温の格子装置を通って吹き込まれる。

高温の煉瓦がその熱の大部分をこの冷気に引渡し、次い
で冷気は熱！見頃状導管及び熱風ノズルを介して溶鉱炉
内に吹き込まれる。

熱風出力の改良のだめに、少なくとも２つのこのような
熱風炉はそれぞれ交番的に加熱時と熱風時とを有して作
業する。

金属環元のばあいのエネルギ使用は著しい。

要するに銑鉄を生せしめるだめに、溶鉱炉は精錬工場の
全体エネルギのほぼ６６係である。

熱エネルギ節減が、挿入物によって改良された熱交換器
によって達成されることが公知である。

さらに、回転するプレート状のあるいは管状の熱交換器
が嵌め込まれることが提案されており、このような熱交
換器の熱伝達効率は管状換熱器の熱伝達効率より高い。

このような熱交換器は、すでに溶鉱炉の熱風炉の風予熱
のためにも嵌め込まれている。

普通の冷気の代わりに挿入体によって熱せられる空気の
熱節約は、熱風炉において銑鉄１を当たり２５０００Ｋ
ｃａｌである。

このような熱節約は、はぼ４０００Ｋｃａｌ ／Ｎｍ３
のコークス炉ガスの発熱量のばあい、銑鉄ｌｔ毎のコー
クスガス節約はほぼ６Ｎｍ３になる。

それにもかかわらず熱エネルギ節約におけるこのような
効果は、なおわずかでありかつ新しい知識により改良す
る必要がある。

さらに回転するプレート状の、あるいは管状の熱交換器
の欠点は、回転部分において摩耗が大きいことである。

本発明の課題は、高温のガスから熱を回収して再評価す
るばあいに熱効率を高める方法を提供することである。

このような課題を解決するために本発明ではインターバ
ルで熱管に基づいて予熱される空気を、溶鉱炉・熱風炉
の燃焼シャフト内へ供給し、次いでまず格子装置を熱焼
ガスを熱管の間を通過させ、さらに前記熱管内に貯蔵さ
れだ熱エネルギを、中間室内に導入された冷気もしくは
冷燃焼ガスによって吸収するようにした。

燃焼工程に導入される燃焼空気の予熱は、工程処理のだ
めの著しい利点が得られる。

このような利点はたとえば溶鉱炉及び熱風炉において達
成され、かつたとえば冶金コークスのさらに著しい燃料
を節減しつつ達成される。

本発明による方法は、有利には７５係以上の熱伝達効率
を有して作業する。

熱風炉のだめの空気予熱、すなわち冷気の代わりに加熱
周期中に熱風炉内に高温空気を導入することは、技術的
な関連がわからないので従来は無視されていた。

とりわけ専門家は、熱風炉排ガスの温度レベルが著しく
低くなるので燃焼空気の予熱のだめに熱風炉の排ガス熱
を使用することを阻止した。

さらにガス・風換熱器の低い熱伝達効率に基づき経済的
な理由から排ガス熱の利用も阻止されていた。

さらに本発明による方法を分子篩用ゼオライト系物質の
回収に使用するさいには、熱管の間を通過される空気を
２００〜３００℃の温度に熱し、次いで窒素、炭酸ガス
及び蒸気の吸着のだめに分子篩床を通って案内する。

さらに本発明による方法を実施するだめの装置は、列状
もしくは格子状に配置された熱管が熱交換器にまとめら
れていてかつ熱交換器ケーシングによって囲まれており
、このばあい熱管の縦軸線が冷気、燃焼ガスもしくは排
ガスの流れ方向に対して横方向に延びていて、かつ熱管
のそれぞれの縦断部が熱交換器ケーシングの別個の室に
よって囲まれている。

このばあいとりわけ有利には、熱管が、該熱管のそれぞ
れの冷却される部分に関連して配置されている。

本発明による方法を実施する装置のさらに別の構成にお
いて、熱交換器の別個の室が互いに上下に配置されてい
る。

さらに有利には、熱引渡しもしくは熱愛は取りガス流は
ばあいによっては水平平面で延びており、このことによ
って大きな変向横断部なしに相応する流れ横断部が維持
される。

さらに本発明による方法を実施する装置のさらに有利な
構成によれば、列状もしくは格子状に配置された熱管が
、棒状あるいは薄板状の支持部材を介して互いに結合さ
れている。

このばあい支持部材は同時に、貯蔵能力に応じて金属あ
るいは非金属から製造された熱支持体として役立つ。

本発明の方法を実施する装置の熱力学的な効率は、熱交
換器の別個の室が断熱材によって断熱されていることに
よって高められる。

以下に図示の装置に基づき本発明を説明する。

第１図に示された溶鉱炉・熱風炉装置において、加熱段
階中に燃焼シャフト１内にひいては耐火性の格子装置２
内に、溶鉱炉ガス及びコークス炉ガスから成る混合物が
達し、該ガス混合物は流入開口３を通って導入されかつ
流入開口４を通って流入する予熱された燃焼空気と混合
する。

これらのガスはここで点火かつ燃焼される。

このように生せしめられた高熱の燃焼ガスは、燃焼シャ
フト１内で上昇し、円天井９を流過し゛、矢印９ａの方
向で変向され、次いで耐火性の格子装置２を通って下方
へ流れ、このばあい連行される熱の一部分は格子装置２
に引渡される。

このばあい格子装置２は、はぼ１５５０°Ｃの許容温度
まで次第に熱せられる。

燃焼ガスは、その熱容量の大部分を伝達した後になお排
ガスのみを形成し、該排ガスは排ガス用ベンド管５を通
って排ガス通路γ内へ、次いでそこから煙突の煙道８を
通って、内在する熱と一緒に戸外へ放出されかつこのこ
とによって消火される。

排ガスはこの段階では、はぼ２５０℃の温度を排ガス用
ベンド管５の範囲で有している。

排ガス通路７に、熱管１０．ｌＬ１２が列状もしくは格
子状配置で組込まれており、かつ以下に述べる構成部材
によって熱交換器１３を形成する。

それぞれの熱管は閉鎖されており、すなわち管端部に気
密に閉鎖されるカバーを備えていてかつ内壁に毛細管構
造体を有している。

さらに熱管は、１０〇二８００℃の間の温度範囲である
いはより高い温度で蒸発する物質、たとえば普通の温度
では液状の金属あるいは有機物質を部分的に充てんされ
ている。

このような物質は、とりわけ導熱性であって、蒸発可能
であり、かつ凝結可能である。

有機性の蒸発剤として、たとえばフリゲーネ（Ｆｒｉｇ
ｅｎｅ ）及びメタンが適している。

原理的には熱管１０．ＩＬ １２が高熱の空気流もしく
はガス流によって多方面で負荷され、このばあい内部の
物質が蒸発し、従って熱管は蓄熱器を形成する。

その後に、冷気もしくは冷ガス流への切換えがこの流れ
の対向方向もしくはその方向で行なわれると、熱管ばそ
の熱をこの冷気もしくは冷ガス流へ引渡し、このばあい
内部のガス状もしくは蒸気状の物質は再び液体あるいは
低温に相応する集合状態で凝縮される。

類似の原理を以下に示す： 熱管の縦断部１０ａ、１１ａ、１２ａが冷気通路１４内
に設けられており、該通路は熱交換ケーシング１３ａの
一部分を示す。

同時に冷気通路１４が別個の室１５を形成する。

この方向で排ガス通路７が形成され、この排ガス通路内
に熱管の縦断部１０ｂ、１１ｂ、１２ｂが位置しており
、同様に排ガス通路７は別個の室１６を形成する。

熱管１０．ｌＬ１２あるいは熱管の単数又は複数グルー
プあるいは複数の熱管が、熱交換ケーシング１３ａの壁
１３ｂに固定されており、あるいは棒状、管状あるいは
薄板状の支持部材１７を介して結合されることもできる
。

別個の室１５゜１６への外部からの温度の影響は回避さ
れている。

それ故に少なくとも第１３ｂは断熱材１８によって断熱
されている。

図示の装置において熱管の軸線１９は垂直かつ互いに平
行に位置している。

横方向流、熱管軸線、冷ガス流もしくは燃焼ガス流を維
持しつつ熱管を別の位置にすることも可能である。

さらに熱管１０．１１．１２が支持部材１７と一緒に差
込み可能な構成ユニットを形成しており、該構成ユニッ
トは簡単にクレーンと交換されることができ、ばあいに
よっては、薄板、支持部材、管あるいは類似のものに付
着されたダスト粒子の掃除が行なわれる。

熱風炉の加熱周期において、前述のように熱管１０、ｌ
Ｌ１２が燃焼ガスの残余熱によってやはり加熱される。

熱風炉の次の送風周期において、吹込まれた冷気が熱風
炉の開口２０を通って流れ、高圧の格子装置２において
ほぼ１３００’Ｃの温度まで加熱されて、次いで出口開
口２１を通って溶鉱炉（図示せず）内に流れる。

このように開口２０を通る冷気供給の代わりに、今や弁
２２が開放されたばあいに予熱された冷気が矢印２３の
方向で導管２４によって開口２０内に流入し、このこと
によって出口開口２１から流出する送風の温度上昇は上
述の１５５０℃の温度まで行なわれ、しかも燃焼ガス量
において相応して減少されて行なわれる。

弁２５が閉鎖しかつ弁２２．２６が開放するさいに冷気
の代わりに燃焼ガスが矢印２３の方向で予熱されかつ導
管２４ａを通って入口開口３内に入ることによって、格
子装置２の加熱時に燃焼ガスの大部分が節減される。

このばあい、前もって熱管１０．ＩＬ １２内の熱貯蓄
が、排ガス通路７を通って流れる高温の排ガスの底で行
なわれる必要はない。

それ故に熱は、図示の熱風炉から無条件に受は取られる
のではなく、第２の熱風炉あるいは精錬工場の別の範囲
からも分岐される。

第２図に示された、本発明の方法を実施する分子篩物質
装置は、やはり分子篩物質用の分子篩容器２７ａ、２７
ｂ、２７ｃに熱交換器１３が配置されている。

分子篩物質は、供給された冷気を酸素と選別するため並
びに冷気の除湿のために役立つ。

予熱されかつ除湿される間に酸素と選別される空気は、
やはり熱風炉及び（又は）溶鉱炉内の所要動力を減少す
る。

他面では分子篩容器２７ａ。２７ｂ、２７ｃ内で、供給
された予熱された空気もしくはガスに基づいて窒素及び
水分で飽和された分子篩物質の強い回収が行なわれる。

前述の装置のように、たとえば溶鉱炉・熱風炉装置から
取出される高熱ガスが排ガス通路７を通って流れ、熱が
熱管１０．ＩＬ １２において縦断部１０ｂ、１ ｌｂ
、１２ｂに引渡され次いで、必要な排ガス流出速度を丁
度煙突内で生ぜしめる温度で煙突煙道８から離れる。

さらに、図示されない送風機によって、冷めたいフレッ
シュ空気は矢印２３の方向で室１５内に達し、熱管にお
いて縦断部１０ａ、１１ａ、１２ａ内で熱せられ、次い
で熱空気２３ａとして供給導管２８を介して分子篩容器
２７ａ、２７ｂ、２７ｃへ流れる。

弁２９．３０が閉鎖しかつ弁３１が開放するばあいに、
分子篩容器２７ｂ内の熱空気２３ａが分子篩物質３２の
回収を生せしめ、このばあい吸上げられた排ガス３３（
窒素、炭酸ガス、水分）は、弁３４が開放するさいに戸
外へ流れる。

このことによって、分子篩容器２７ｂの分子篩物質３２
は、窒素、炭酸ガス及び蒸気の吸着によって空気から酸
素を選別するように再び準備される。

このばあい酸素を選別された空気は、別の冶金工程に導
入される。

分子篩容器２７ｂのだめの前述の回収過程は、インター
バルで分子篩容器２７ａ、２７ｃにおいても実施される
。

それぞれの方法段階の終了後に、それぞれの熱空気２３
ａあるいは冷気は図示されない送風機を介して、弁３４
が開放するさいに対向流でゼオライト系の分子篩物質３
２を通って案内され、このことによって酸素選別が行な
われる。

このような形式で得られ、酸素を選別された空気２３ｂ
は、弁３５が開放しかつ弁３６が閉鎖するさいに導管３
７を通ってたとえば溶鉱炉の送気管内へ、かつノズルを
通って溶鉱炉へ流れる。

分子篩容器２７ｂ内の１回収」及び分子篩容器２７ａ内
の「酸素選別」の方法段階中に、分子篩容器２７ｃ内の
分子篩物質３２の冷却が行なわれる。

このばあい冷めたいフレッシュ空気は、送風機によって
、弁３４が開放するさいに導管３８及び分子篩容器２７
ｃを通って流れる。

排気の温度が１００℃以上であるばあいに、ガスは導管
３７を通って流れ、このばあい弁３６が開放しかつ弁３
５が閉鎖して熱ガスとして熱交換器１３内に流れる。

このような周期において、分子篩容器２７ｃのゼオライ
ト系の分子篩物質３２が冷却される。

熱がもはや奪われない範囲において温度が相応して低い
ばあいに、排気は戸外へ案内される。

本発明の方法を実施する第２の装置により、熱交換器１
３は交番的に、分子篩物質３２の制御、溶鉱炉内の還元
工程並びにたとえば底送風もしくはノズル送風の製鋼工
場コンバータにおける鋼製造方法のだめの鋼製造及び反
応ガスの予熱のような別の冶金工程に役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施する装置としての溶鉱
炉・熱風炉装置の垂直断面図、第２図は同じく本発明に
よる方法を実施する別の装置としての分子篩物質用の容
器及び熱交換器の断面図である。 １・・・燃焼シャフト、２・・・格子装置、３，４・・
・流入開口、５・・・排ガス用ベンド管、７・・・排ガ
ス通路、８・・・煙道、９・・・円天井、９ａ・・・矢
印、１０，１１゜１２・・・熱管、１０ａ、１０ｂ、１
１ａ、１ ｌｂ。 １２ａ、 １２ｂ・・−縦断部、１３−・・熱交換器、
１３ａ・・・熱交換器ケーシング、１３ｂ・・・壁、１
４・・・冷気通路、１５．１６・・・室、１７・・・支
持部材、１８・・・断熱材、１９・・・軸線、２０・・
・開口、２１・・・出口開口、２２・・・弁、２３・・
・矢印、２３ａ・・・熱空気、２３ｂ・・・空気、２４
．２４ａ−導管、２５．２６・・・弁、２７ａ、２７ｂ
、２７ｃｍ分子篩容器、２８・・・供給導管、２９，３
０．３１・・・弁、３２・・・分子篩物質、３３・・・
排ガス、３４，３５．３６・・・弁、３７．３８・・・
導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温ガス及び排出温度が８００℃以下の熱ガスから
   熱を回収して再評価する方法であって、ガスを、スペー
   ス的に間隔を置いて区分されて配置されていてかつ閉鎖
   された複数の熱管の中間室を通って案内し、次いで戸外
   へ排出する形式のものにおいて、インターバルで熱管に
   基づいて予熱される空気を、溶鉱炉・熱風炉の燃焼シャ
   フト内へ供給し、次いでまず格子装置を熱する燃焼ガス
   を、熱管の間を通過させ、さらに熱管内に貯蔵された熱
   エネルギーを、中間室内に導入された冷気もしくは冷燃
   焼ガスによって吸収することを特徴とする高温ガス及び
   熱ガスから熱を回収して再評価する方法。 ２ 分子篩用ゼオライト系物質の回収のばあい、熱管の
   間を通過する空気を２００〜３００°Ｃの温度に熱し、
   次いで窒素、炭酸ガス及び蒸気の吸着のために分子篩床
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。