(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス流路内の最低温度を上げ、温度分布を均一化して酸露点腐食の発生を防止すると共に、排ガスから被加熱ガスへの熱移動量の減少を抑えて排ガスの熱を有効活用できるヒートパイプ式排熱回収設備及び該排熱回収設備を備えた熱風炉の提供。【解決手段】排熱回収設備１は、被加熱ガス流入口３及び流出口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及び流出口１１を有する第２ケーシング部１３と、一方の端部が第１ケーシング部７内に、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を備え、第２ケーシング部１３内の一部である第１領域と、複数のヒートパイプ１５が配置された第１領域よりも排ガスの流れ方向の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１９を備え、前記排ガスの一部が、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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排熱回収設備であって、
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ヒートパイプ式排熱回収設備。
【請求項２】
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請求項１に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。
【請求項３】
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請求項１又は２に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。
【請求項４】
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請求項３に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。
【請求項５】
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請求項３又は４に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。
【請求項６】
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請求項３乃至５のいずれか１項に記載のヒートパイプ式排熱回収設備。
【請求項７】
高炉に高温ガスを供給するための熱風炉と、
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。
【請求項８】
高炉に高温ガスを供給するための熱風炉と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（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。
【０００８】
（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。
【０００９】
（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。
【００１０】
（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。
【００１１】
（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。
【００１２】
（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。
【００１３】
（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。
【００１４】
（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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る排熱回収設備の斜視図である。
【図２】図１に示した排熱回収設備の内部構造の説明図である。
【図３】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る熱風炉設備の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る熱風炉設備の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
＜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。
【００２０】
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。
【００２１】
＜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。
【００２２】
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。
【００２３】
＜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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
［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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
［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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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