(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを煙突に誘導する排ガス流路と、
燃焼用空気が通過する空気流路と、
上記排ガス流路と上記空気流路との間で熱交換して上記排ガス流路を流れる排ガスの温度を低下させると共に上記空気流路を流れる燃焼用空気の温度を上昇させる熱交換器と、
上記空気流路を通じて上記熱交換器で熱交換される燃焼用空気の流量を調整する流入空気流量調整部と、
上記排ガス流路を流れる排ガスの上記熱交換器出側での温度である排ガス出側温度を検出する第１の温度センサと、
上記煙突内の温度である煙突温度を検出する第２の温度センサと、
上記第１の温度センサの検出温度および上記第２の温度センサの検出温度に基づき、上記排ガス出側温度が予め設定した排ガス出側温度制御下限値以上、且つ上記煙突温度が予め設定した煙突温度制御下限値以上となるように、上記流入空気流量調整部を介して、上記熱交換器で熱交換される燃焼用空気の流量を調整する空気流量制御手段と、
を備え、  
上記煙突温度制御下限値は、上記排ガス出側温度制御下限値よりも低く設定され、
上記流入空気流量制御手段は、上記煙突温度が上記煙突温度制御下限値よりも高いと判定した場合には、上記排ガス出側温度が上記排ガス出側温度制御下限値以上となるように、上記流入空気流量調整部を介して、上記熱交換器で熱交換される燃焼用空気の流量を調整し、上記煙突温度が上記煙突温度制御下限値以下と判定すると、上記煙突温度が上記煙突温度制御下限値よりも高い設定切替温度となるまで、上記流入空気流量調整部を介して、上記熱交換器で熱交換される燃焼用空気の流量が少なくなる方向に調整することを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
上記流入空気流量調整部は、上記空気流路における上記熱交換器の入側と出側とを連通して当該熱交換器をバイパスする空気用バイパス路と、その空気用バイパス路に設けられた空気用開閉弁と、を有することを特徴とする請求項１に記載した排ガス処理装置。
【請求項３】
上記排ガス流路における上記熱交換器の入側と出側とを連通して当該熱交換器をバイパスする排ガス用バイパス路と、その排ガス用バイパス路に設けられた排ガス用開閉弁と、を有する請求項１又は請求項２に記載した排ガス処理装置。
【請求項４】
高温の排ガスを熱交換器で燃焼用空気と熱交換を行った後に煙突から排出し、
上記熱交換器出側での排ガス温度である排ガス出側温度が予め設定した排ガス出側温度制御下限値以上となるように、上記熱交換器に流入する上記燃焼用空気の流量を調整し、
上記煙突内の温度が予め設定した煙突温度制御下限値以下と判定したら、上記排ガス出側温度に基づく上記流量調整の代わりに、上記煙突内の温度が上記煙突温度制御下限値以上となるように上記熱交換器に流入する上記燃焼用空気の流量を調整し、  
上記排ガス出側温度に基づく上記流量調整の代わりに、上記煙突内の温度が上記煙突温度制御下限値以上となるように上記熱交換器に流入する上記燃焼用空気の流量を調整しているときに、上記煙突内の温度が上記煙突温度制御下限値よりも高い設定切替温度以上と判定したら、上記煙突内の温度に基づく上記流量調整から、上記排ガス出側温度が予め設定した排ガス出側温度制御下限値以上となるように、上記排ガス出側温度に基づく上記流量調整に切り替えることを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鉱炉付属設備である熱風炉やボイラ等から発生する高温の排ガスを煙突から放散する前に、排ガスの熱を燃焼用空気の予熱として有効利用する排ガス処理の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、熱交換器を用いて、排ガスの熱で燃焼用空気の予熱することが記載されている。
ここで、特許文献１にも記載されているように、熱風炉等で燃焼された排ガス中には硫黄酸化物が多量に含まれており、排ガス温度がある温度以下になると気体であった硫黄酸化物が液体硫酸になって熱交換器の内部エレメントを腐食させることが懸念される。
【０００３】
したがって、排ガス温度を一定温度以上に保つ必要があり、エレメントを通過する排ガス温度を熱交換する流体の制限によって調節することでエレメントを保護する必要がある。
この課題に対し、特許文献１には、熱交換器出側での排ガス出側温度を検知しバイパス路を利用して熱交換量を制御することでは所期の性能が発揮されないとの見解から、熱交換器に流入する空気を別途ヒータで予熱制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−６１６５号公報（例えば第１頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、排ガスに含まれる硫黄酸化物による腐食から熱交換器のエレメントを保護すると同様に、煙突のライナーも、排ガスに含まれる硫黄酸化物による腐食から保護することが好ましいとの知見を得た。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、排ガスの熱を有効利用しつつ、熱交換器内部のエレメントと共に煙突のライナーも硫黄酸化物による腐食から保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するために、本発明の一態様である排ガス処理装置は、排ガスを煙突に誘導する排ガス流路と、燃焼用空気が通過する空気流路と、上記排ガス流路と上記空気流路との間で熱交換して上記排ガス流路を流れる排ガスの温度を低下させると共に上記空気流路を流れる燃焼用空気の温度を上昇させる熱交換器と、上記空気流路を通じて上記熱交換器で熱交換される燃焼用空気の流量を調整する流入空気流量調整部と、上記排ガス流路を流れる排ガスの上記熱交換器出側での温度である排ガス出側温度を検出する第１の温度センサと、上記煙突内の温度である煙突温度を検出する第２の温度センサと、上記第１の温度センサの検出温度および上記第２の温度センサの検出温度に基づき、上記排ガス出側温度が予め設定した排ガス出側温度制御下限値以上、且つ上記煙突温度が予め設定した煙突温度制御下限値以上となるように、上記流入空気流量調整部を介して、上記熱交換器で熱交換される燃焼用空気の流量を調整する空気流量制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の態様によれば、排ガスの熱を有効利用しつつ、熱交換器内部のエレメントと共に煙突のライナーも硫黄酸化物による腐食から保護することが可能となる。
ここで、熱交換器出側の排ガス温度と煙突温度とは、定常状態ではほぼ追従した温度推移になると推定されるが、諸所の外乱によって追従性が悪くなったりする場合が想定される。
【０００８】
そして、熱交換器出側での排ガス温度に対する排ガス出側温度制御下限値を高めに設定することで、煙突のライナーを硫黄酸化物による腐食から保護をしようとすると、排ガスの熱利用効率がその分、低くなる。
同様に、熱交換器出側での排ガス温度の代わりに、煙突温度だけで熱交換器への空気流入量を調整して、熱交換器内部のエレメントと共に煙突のライナーも硫黄酸化物による腐食から保護する場合も、熱交換器出側での排ガス温度が高くなり、排ガスの熱利用効率が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る設備構成を示す概念図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る流入空気流量調整部の構成を説明する図である。
【図３】排ガス温度制御部の処理例を説明する図である。
【図４】煙突温度制御部の処理例を説明する図である。
【図５】排ガス温度制御例の時間推移の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、熱風炉で燃焼された排ガスを例に説明するが、他の設備から発生した排ガスであっても、腐食性の流体が含まれる排ガスであれば、本発明は適用可能である。
（構成）
本実施形態の排ガス処理装置は、概念図である図１に示すように、各熱風炉で発生した排ガス２０が、適宜、排ガス流路１を通じて煙突１２に供給される。ここで、複数の熱風炉から適宜選択された１の熱風炉からの排ガス２０が排ガス流路１に供給されるようになっている。
【００１１】
また、空気流路２を通じて、熱風炉の燃焼室２１用の燃焼バーナーに対して燃焼用空気を供給可能となっている。
空気流路２の上流部には、送風機などの空気供給装置３が設けられ、空気供給装置３によって空気流路２へ空気が圧送される。空気供給装置３は、熱風炉の燃焼室２１での燃焼に必要な空気量指令値に基づき、当該空気量指令値の供給空気量を空気流路２に圧送する。
【００１２】
排ガス流路１の途中位置と空気流路２の途中位置に熱交換器４が介装されていて、排ガス流路１と空気流路２との間で熱交換が行われる。すなわち、排ガス流路１を流れる排ガスの温度を低下させると共に空気流路２を流れる燃焼用空気の温度を上昇するように熱交換が行われるように構成されている。
また、空気流路２における、熱交換器４位置よりも上流側（入側）と下流側（出側）とを連通する空気用バイパス路５を有し、その空気用バイパス路５に空気用バイパス弁６（空気用開閉弁）が設けられている。空気用バイパス弁６は、流量制御弁や圧力調整弁などから構成される。空気用バイパス弁６の開度は、例えば全閉を初期値とする。
【００１３】
この空気用バイパス路５及び空気用バイパス弁６によって、燃焼室のバーナーへの空気供給量を変化させることなく、熱交換器４への流入空気量が調整可能となっている。
この空気用バイパス路５及び空気用バイパス弁６が流入空気流量調整部を構成する。
また、排ガス流路１における、熱交換器４よりも上流側（入側）と下流側（出側）とを連通する排ガス用バイパス路７を有し、その排ガス用バイパス路７に排ガス用バイパス弁８（排ガス用開閉弁）が設けられている。排ガス用バイパス弁８の初期値は全閉である。
【００１４】
また、排ガス流路１を流れる排ガスの上記熱交換器４出側での温度である排ガス出側温度ＧＴを検出する第１の温度センサ９と、煙突１２内の温度である煙突温度ＣＴを検出する第２の温度センサ１０とを有する。各温度センサ９，１０はそれぞれ、検出温度に応じた検出信号を流入空気流量調整部１１に供給する。
また、熱交換器４への空気流入量を調整する流入空気流量調整部１１を備える。
【００１５】
流入空気流量調整部１１は、第１の温度センサ９の検出温度および第２の温度センサ１０の検出温度に基づき、排ガス出側温度ＧＴが予め設定した排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２以上となると共に、煙突温度ＣＴが予め設定した煙突温度制御下限値ＴＬ１以上となるように、空気用バイパス弁６を調整して、熱交換器４で熱交換される燃焼用空気の流量を調整する。
【００１６】
ここで、煙突温度制御下限値ＴＬ１は、排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２よりも低い値に設定されている。また、後述の設定切替温度ＴＬ４は、煙突温度制御下限値ＴＬ１より高く且つ排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２よりも低い設定値に設定されている。尚、煙突温度制御下限値ＴＬ１および排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２は、硫黄酸化物の露点温度（約１２０℃）よりも高い温度に設定される。
【００１７】
本実施形態の流入空気流量調整部１１は、図２に示すように、排ガス温度制御部１１Ａ、及び煙突温度制御部１１Ｂの２つ制御部を備え、後述のように、煙突温度ＣＴに応じて排ガス温度制御部１１Ａによる制御と煙突温度制御部１１Ｂによる制御とが選択されて切り替わることで、排ガス温度制御部１１Ａと煙突温度制御部１１Ｂの両方によって、熱交換器４に流入する空気流量を調整する。流入空気流量調整部１１は、所定のサンプリング時間毎に作動する。
【００１８】
排ガス温度制御部１１Ａは、排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２以上となるように、空気用バイパス弁６の開度を調整することで、熱交換器４で熱交換される燃焼用空気の流量を調整する。
排ガス温度制御部１１Ａの処理例について、図３を参照して説明する。
排ガス温度制御部１１Ａは、まずステップＳ１０にて、煙突温度ＣＴが煙突温度制御下限値ＴＬ１以下か否かを判定する。煙突温度ＣＴが煙突温度制御下限値ＴＬ１以下と判定した場合には、煙突温度制御部１１Ｂの処理に移行する。一方、煙突温度ＣＴが煙突温度制御下限値ＴＬ１よりも高いと判定したら、排ガス出側温度ＧＴに基づく流量制御としてステップＳ２０に移行する。
【００１９】
ステップＳ２０では、排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２以下か否かを判定する。排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２以下と判定したらステップＳ３０に移行する。一方、排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２よりも高いと以下と判定したら、ステップＳ５０に移行する。
ステップＳ３０では、空気用バイパス弁６の開度を所定開度だけ開方向に変更する。すなわち、空気用バイパス路５を流れる空気量を増加して、処理を終了してステップＳ１０に復帰する。
【００２０】
ステップＳ５０では、排ガス出側温度ＧＴが、排ガス出側温度制御上限値ＴＬ３以上か判定する。排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御上限値ＴＬ３以上の場合には、ステップＳ６０に移行する。一方、排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御上限値ＴＬ３未満の場合は、そのまま終了してステップＳ１０に復帰する。ここで、排ガス出側温度制御上限値ＴＬ３は、排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２よりも予め設定温度だけ高い温度に設定する。
【００２１】
ステップＳ６０では、空気用バイパス弁６の開度を所定開度だけ閉方向に変更して、空気用バイパス路５を流れる空気量を減少する。
次に、煙突温度制御部１１Ｂの処理例について図４を参照して説明する。
煙突温度制御部１１Ｂは、煙突温度ＣＴが煙突温度制御下限値ＴＬ１以上となるように、空気用バイパス弁６の開度を調整することで、熱交換器４で熱交換される燃焼用空気の流量を制御する。
【００２２】
煙突温度制御部１１Ｂは、まずステップＳ１００にて、煙突温度ＣＴが上記煙突温度制御下限値ＴＬ１よりも高い設定切替温度ＴＬ４以上か否かを判定する。煙突温度ＣＴが設定切替温度ＴＬ４以上と判定した場合には、排ガス温度制御部１１Ａの処理に移行する。一方、煙突温度ＣＴが設定切替温度ＴＬ４未満と判定した場合には、ステップＳ１１０に移行する。
【００２３】
ステップＳ１１０では、空気用バイパス弁６の開度を所定開度だけ開方向に変更して、空気用バイパス路５を流れる空気量を増加する。その後、処理を終了してステップＳ１００に移行する。
また、排ガス用バイパス弁８は、配管からのガスリークや熱交換器４の劣化、排ガス流路１に流入する排ガスの量の変動に応じて、適宜開度を変更して、熱交換器４に供給する排ガス量を調整する。
【００２４】
（動作その他）
熱風炉では発生した高温の排ガスを煙突１２から放散する前に、熱交換器４で排ガスと燃焼用空気と熱交換を行って、排熱の有効利用をする。
但し、排ガスには硫黄酸化物が混在しているので、熱交換器４のエレメント保護の観点から、熱交換後の排ガス温度を、硫黄酸化物の露点温度（約１２０℃）より高い温度に制御する必要がある。
【００２５】
このため、本実施形態の流入空気流量調整部１１が、熱交換器４出側での排ガス温度に基づき、排ガス出側温度ＧＴが排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２以上となるように、上記熱交換器４に流入する上記燃焼用空気の流量を調整するように空気用バイパス弁６の開度を制御する。
更に、発明者らの煙突１２のライナーについても硫黄酸化物から保護する必要があるとの知見を得て、煙突温度ＣＴが煙突温度制御下限値ＴＬ１と判定したら、排ガス出側温度ＧＴに基づく熱交換器４への空気流入量の調整から、煙突温度ＣＴに基づく熱交換器４への空気流入量の調整に切り替えて、熱交換器４のエレメントと煙突１２のライナーとの両方を硫黄酸化物により腐食から保護するようにする。
【００２６】
但し、排ガス出側温度ＧＴに基づく空気流入量の調整よりも、煙突温度ＣＴに基づく空気流入量の調整の方が、熱交換器４での熱交換の効率が悪くなるので、煙突温度ＣＴが煙突温度制御下限値ＴＬ１よりも高い設定切替温度ＴＬ４以上と判定したら、排ガス出側温度ＧＴに基づく空気流入量の調整に復帰する。
このように、本実施形態によれば、排ガスと燃焼空気との熱交換の効率低下を抑えつつ、熱交換器４内部のエレメントと共に煙突１２のライナーも硫黄酸化物による腐食から保護することが可能となる。
【００２７】
ここで、熱交換器４が老朽化して、熱交換器４の排ガスと燃焼空気の流路のシール材が経年により劣化すると、排ガス側に低温空気が混入し、排ガス出側温度ＧＴが低下して、煙突温度ＣＴを低下させる要因となりうる。そういったことに対応して、所定条件で一時的に煙突温度ＣＴによる流量制御を行うことで、煙突温度ＣＴも許容下限値以上が維持できるようになる。
【００２８】
図５に、本実施形態に基づき排ガス温度を制御した場合の時間推移の例を示す。
図５の例では、煙突温度制御下限値ＴＬ１を１４０℃、排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２を１５０℃、排ガス出側温度制御上限値ＴＬ３を１６０℃、設定切替温度ＴＬ４を１４２℃に設定した場合に例である。煙突温度制御下限値ＴＬ１や排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２は、硫黄酸化物の露点温度（約１２０℃）より高い温度に設定すればよい。
【００２９】
図５のように、排ガス出側温度ＧＴを１５０℃以上にして、煙突温度ＣＴを１４０度以上にした後、煙突温度ＣＴが許容温度以下になっても空気流入量が自動制御によって減少して、排ガス出側温度ＧＴが上昇し、煙突温度ＣＴも許容温度以上に速やかに復帰することができる。すなわち、本発明に基づく排ガスの温度処理を行うことで、熱交換器４内部のエレメントと共に煙突１２のライナーも硫黄酸化物による腐食から保護出来る。
【００３０】
また、煙突温度ＣＴも参照して燃焼空気の流入量を調整することで、排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２を従来よりも下げることが可能となり、熱交換器４による熱効率も従来よりも高くすることが可能となる。
ここで、煙突温度制御下限値ＴＬ１と設定切替温度ＴＬ４との温度差よりも、煙突温度制御下限値ＴＬ１と排ガス出側温度制御下限値ＴＬ２の温度差の方が大きいことが、煙突温度ＣＴによる制御時間を短く設定出来て好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１     排ガス流路
２     空気流路
３     空気供給装置
４     熱交換器
５     空気用バイパス路
６     空気用バイパス弁
７     排ガス用バイパス路
８     排ガス用バイパス弁
９     第１の温度センサ
１０   第２の温度センサ
１１   流入空気流量調整部
１１Ａ 排ガス温度制御部
１１Ｂ 煙突温度制御部
１２   煙突
２０    排ガス
２１    燃焼室
ＣＴ   煙突温度
ＧＴ   排ガス出側温度
ＴＬ１ 煙突温度制御下限値
ＴＬ２ 排ガス出側温度制御下限値
ＴＬ３ 排ガス出側温度制御上限値
ＴＬ４ 設定切替温度
【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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