(57)【要約】【課題】燃焼排ガスの温度を低温に設定しても、結露などによる低温腐食を生じることがなく、排気ガスの顕熱回収を極限まで可能とし、従来に比較して大幅な省エネルギーを達成できる蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉を提供すること。【解決手段】蓄熱式交番燃焼バーナの燃料の全部又は一部としてＣＯＧを使用する加熱炉において、前記燃焼バーナの前に脱硫装置を設置し、該脱硫装置によりＣＯＧ中の［Ｈ２Ｓ］を可及的にゼロにすること。この脱硫装置は、その内部に酸化鉄充填層を有することが好ましい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱式交番燃焼バーナの燃料の全部又は一部としてＣＯＧを使用する加熱炉において、前記燃焼バーナの前に、脱硫装置を設置したことを特徴とする蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉。
【請求項２】
蓄熱式交番燃焼バーナの排ガスを２００℃以下とし、誘引ファンを経由してレキュペレータ下流の煙道配管に送ることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式交番燃焼バーナー加熱炉。
【請求項３】
脱硫装置が、その内部に酸化鉄充填層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉、特に、排熱回収効率が高くかつ省エネルギーを実現し得る燃焼バーナ加熱炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱式の燃焼バーナを用いた加熱炉は、例えば、特開平６−１９３８６２号公報や特開平１１−２３６６１４号公報などに開示されるように、広く知られている。また、このうち蓄熱式交番燃焼バーナを用いた加熱炉において、バーナの非燃焼時に燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体に蓄積し、燃焼時にこの蓄熱体の蓄熱を利用して燃焼用空気の加熱を行う手段も、特開平６−３２２４３２号公報に記載されている。この手段の例を示すと図２の通りである。
図２に示すように、例えば炉体８を挟んで対向して配置されたバーナ１ａ、１ｂが対で交互に燃焼と排気を繰り返して運転されるもので、各バーナにはセラミックス製の蓄熱体（蓄熱器）２ａ、２ｂが付設されている。図中、３ａ、３ｂは燃料本管９からバーナへの経路中に設けた燃料遮断弁、４ａ、４ｂはバーナへの燃焼空気経路中に設けた燃焼空気遮断弁、５ａ、５ｂはバーナの蓄熱器から排出経路中に設けた排気遮断弁、６は燃焼空気ブロワ、７は排気ファンである。
【０００３】
一方のバーナ１ｂが燃焼中には、燃料遮断弁３ｂおよび燃焼空気弁４ｂが開いており、排気弁５ｂは閉じている。他方のバーナ１ａ側については、燃料遮断弁３ａおよび燃焼空気弁４ａが閉じており、排気弁５ａは開いている。燃焼状態のバーナ１ｂからの排ガスは、他方のバーナ１ａに吸引されて蓄熱体２ａを加熱する。一定時間（例えば、６０秒）経過後に、バーナ１ａとバーナ１ｂの燃焼および排気が切り替えられ、バーナ１ａが燃焼状態となると、予め加熱されている蓄熱体２ａを通って高温に予熱された燃焼空気と燃料が混合されて燃焼が行われる。このように対のバーナが一定時間毎に交互に燃焼と排気を繰り返すことによって、効率の良い加熱状態が得られる。
【０００４】
上記した蓄熱式交番燃焼バーナにおいては、一方のバーナの燃焼中に他方のバーナが燃焼ガスの７０から８５％を排気し、残りの１５〜３０％の燃焼ガスは炉尻に流れる形態となる。
蓄熱体を通って得られる燃焼空気の温度は、炉温に極めて近い高温まで昇温されるが、逆にこの蓄熱体へ熱を供給する燃焼排ガスの温度は２００℃程度の低温となる。従ってこの蓄熱体を用いる事により高い排熱回収が可能である。例えば、炉内の燃焼ガスの温度が１３００℃の場合、蓄熱式バーナで得られる燃焼空気の温度は１２００℃、蓄熱体出側の排ガス温度は２００℃程度となり、燃焼排ガスの顕熱を回収して高温の燃焼空気が得られることから、大幅な省エネルギー効果が期待できる。従って、加熱炉の加熱方式として蓄熱式交番燃焼バーナを使用する事は合理的であるといえる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
コークス製造過程において発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）は、製鉄所全般の燃料として広汎に使用されており、本発明で対象とする加熱炉における燃焼バーナの燃料としても利用されている。通常、コークス炉から発生したガスの全量は、脱硫・脱硝のガス精製装置にて処理された後、所内全体に供給されるが、全量のガス精製処理では精製後でもガス中には１．０ｇ／Ｎｍ３程度の［Ｈ２Ｓ］を含有している。
従来の加熱炉排ガスの顕熱回収であるレキュペレーター（燃焼排ガスによる燃焼空気予熱装置）は、図４に示すように、加熱炉から煙突に燃焼排ガスを導く煙道に設置され、高温に予熱された空気をバーナに供給しているが、全量のガス精製処理後に残留するＨ２Ｓなどは、レキュペレータでの排ガス顕熱回収では、何ら問題なく使用されている。この場合のレキュペレータ出側の排ガス温度は、その下流にある煙突のドラフト確保のため３００℃程度に維持されており、低温腐食の問題が生じない。
【０００６】
しかしながら、蓄熱式交番燃焼バーナを設置し蓄熱体で極限まで排ガスの顕熱回収を図ろうとする場合には、低温腐食の問題が存在する。すなわち、ＣＯＧを燃料として使用する場合、蓄熱体を通過して排気される燃焼ガス温度の下限は、２００℃程度が限度である。これは酸露点を考慮し、燃焼排ガスが排気ダクト内で結露を起こさない温度として管理されており、特に燃料がＣＯＧのときには燃料中の［Ｓ］分に起因する排ガス中の硫酸による低温腐食を回避するため、高温側に設定せざるを得ないという事情による。従って、より一層の顕熱回収を図るためには上述した低温腐食の問題を解決することが要求される。
【０００７】
本発明はこのような要求に応えるためになされたもので、燃焼排ガスの温度を低温に設定しても、結露などによる低温腐食を生じることがなく、排気ガスの顕熱回収を極限まで可能とする蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は次の通りである。
（１）蓄熱式交番燃焼バーナの燃料の全部又は一部としてＣＯＧを使用する加熱炉において、前記燃焼バーナの前に、脱硫装置を設置したことを特徴とする蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉。
（２）　蓄熱式交番燃焼バーナの排ガスを２００℃以下とし、誘引ファンを経由してレキュペレータ下流の煙道配管に送ることを特徴とする（１）記載の蓄熱式交番燃焼バーナー加熱炉。
（３）　脱硫装置が、その内部に酸化鉄充填層を有することを特徴とする（１）又は（２）記載の蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例の一例を示すもので、図中の符号で図２と共通のものは同一の部材および装置を示す。図１に示すように、本発明においては、各燃焼バーナ１ａ、１ｂの前に、より具体的には、燃料本管９から各燃焼バーナ１ａ、１ｂに対し分岐した配管中における燃料遮断弁３ａ、３ｂの前に、それぞれ脱硫装置１０ａ、１０ｂを配置したことを特徴としている。なお、脱硫装置１０ａ、１０ｂの下流側には、脱硫操作によって降圧した燃料を昇圧するための昇圧ブロワ１１ａ、１１ｂを必要に応じて設置している。脱硫装置１０ａ、１０ｂは、燃料本管９と各燃焼バーナ１ａ、１ｂとの間であれば、図示の配置に限らない。
【００１０】
図３に脱硫装置の具体例を示すが、装置本体をなす脱硫塔１２の中央部には酸化鉄充填層１３が設けられ、塔の下部にはＣＯＧ装入管１４が、上部にはＣＯＧ排出管１５が配設されている。なお、１６はドレン排出部である。酸化鉄充填層１３にはペレット状酸化鉄或いは切削酸化鉄屑を使用すればよく、また、この充填層は定期的に酸化鉄を交換（更新）可能にしておき、常に効率の良い脱硫が行えるようにしておくことが必要である。製鉄所の場合は使用済酸化鉄（ペレット状酸化鉄或いは切削酸化鉄屑等）は鉄源として高炉や転炉で再利用することが可能である。
燃料本管９から送られてくるＣＯＧは、装入管１４から脱硫装置内に送り込まれ、酸化鉄充填層１３を通過するが、その際ＣＯＧ中の［Ｈ２Ｓ］が酸化鉄に吸着されて、ＣＯＧ排出管１５から排出されるときにはほぼ［Ｈ２Ｓ］＝０の状態まで脱硫される。酸化鉄充填層１３内では、酸化鉄が［Ｈ２Ｓ］を吸着して硫化鉄に変化する反応、即ち（１）式により酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３を硫化鉄Ｆｅ２Ｓ３に変えることで除去される。
Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｈ２Ｓ→Ｆｅ２Ｓ３＋３Ｈ２Ｏ　　　　　　　　　　　（１）
【００１１】
一方の燃焼バーナ１ａを排気、他方の燃焼バーナ１ｂを燃焼として説明すると、脱硫装置１０ｂを経てＣＯＧ排出管から排出される［Ｈ２Ｓ］≒０のＣＯＧは、昇圧ブロワ１１ｂおよび遮断弁３ｂを経て燃焼バーナ１ｂに送り込まれ、そこで燃焼空気と混合して燃焼する。各弁の開閉などは図２と同様であるので説明は省略する。燃焼の結果、燃焼排ガスは対向する他方の燃焼バーナ１ａにより吸引され、蓄熱体２ａを加熱するが、次の切り替えによる燃焼バーナ１ａの燃焼に際しては、この加熱された蓄熱体２ａを通って高温に予熱された燃焼空気が脱硫装置１０ａからのＣＯＧと混合されて燃焼に供せられる。この際本発明においては、［Ｈ２Ｓ］をほとんど含有しないＣＯＧを燃料として用いているため、低温腐食の問題は生じないことから、蓄熱体への蓄熱量を増大させて、蓄熱体出側における排ガスの温度を１００℃程度以下まで下げることが可能となる。排ガスの温度を１００℃程度としたのは、水露点を考慮したことによる。
【００１２】
なお、図面では脱硫装置はそれぞれ対向する対の燃焼バーナ１ａ、１ｂに設けた例を示したが、本発明ではこのように個々のバーナ毎に脱硫機構を設けることに限ることはない。すなわち、燃焼バーナは実際には加熱炉の炉長方向および炉高さ方向に複数対設置されていることから、複数対の燃焼バーナを適宜グループ化してグループ毎に脱硫装置を設置する形式、或いは燃料本管から燃焼バーナに向う経路に１個の脱硫装置を設ける形式を採用することもできる。脱硫装置の設置態様に応じて脱硫装置の能力や機能を適当に変更すれば良い。
【００１３】
次に、図５は本発明を実際の加熱炉に適用した場合の配置例を示すもので、本発明に係る蓄熱式交番燃焼バーナは加熱炉の第２加熱帯の下部に設置している。この燃焼バーナに対しては、レキュペレータからでなく別個に設けた燃焼空気ブロワから燃焼空気が導入され、上述した燃焼・排気状態が繰り返される。このとき発生する低温（１００℃程度）の排ガスは誘引ファンにて誘引され、レキュペレータ下流の煙道配管に送給されるようにしている。燃焼バーナにおける燃焼時に燃料として供給されるＣＯＧは脱硫されているため、排ガスについても［Ｈ２Ｓ］はほとんど含有されておらず、低温にてレキュペレータ後部の煙道配管に供給しても低温腐食の問題は生じない。
【００１４】
【実施例】
本発明の脱硫装置を付設した蓄熱式交番燃焼バーナにて実際の加熱炉操業を実施した結果を表１に示す。表において、本発明の実施例１〜３はいずれも図１に示す装置を用い、蓄熱器出側の温度を１２０℃、１１０℃、１００℃とした場合であり、比較例１、２は図２の装置を用いて蓄熱器出側の温度を３００℃、２５０℃とした場合である。なお、いずれの操業も燃料（ＣＯＧ）１Ｎｍ３の燃焼時であり、燃焼熱は４５００ｋｃａｌであった。
表から本発明の実施例はいずれも比較例１、２と比べても、少なくとも５％以上の省エネルギー効果を達成していることが分かる。
【００１５】
【表１】
2004028455.tif 000003
【００１６】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る加熱炉によれば、ＣＯＧ燃料を使用した場合においても燃料中の［Ｈ２Ｓ］を可及的にゼロ近傍まで低減できるので、従来問題となっていた結露や［Ｓ］分による低温腐食を回避することが可能である。従って燃焼排ガスの顕熱を極限まで回収することができ、大幅な省エネルギーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の一例を示す概略図である。
【図２】従来の蓄熱式交番燃焼バーナ加熱炉の概略図である。
【図３】本発明において用いる脱硫装置の具体例を示す図である。
【図４】従来の加熱炉排熱回収装置であるレキュペレーターの配置図である。
【図５】レキュペレーターと蓄熱式交番燃焼バーナの両者の配置図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ　　燃焼バーナ　　　　２ａ、２ｂ　　蓄熱体（蓄熱器）
３ａ、３ｂ　　燃料遮断弁　　　　４ａ、４ｂ　　燃焼空気遮断弁
５ａ、５ｂ　　排気遮断弁　　　　６　　燃焼空気ブロワ
７　　排気ファン　　　　　　　　８　　加熱炉本体
９　　燃料本管　　　　　　　　　１０ａ、１０ｂ　　脱硫装置
１１ａ、１１ｂ　　昇圧ブロワ　　１２　　脱硫塔
１３　　酸化鉄充填層　　　　　　１４　　ＣＯＧ装入管
１５　　ＣＯＧ排出管　　　　　　１６　　ドレン排出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004028455.tif 000006
【図４】
2004028455.tif 000007
【図５】
2004028455.tif 000008