(57)【要約】【課題】排ガス流量の増大、排ガス温度の上昇に対しても排ガス設備入側の排ガス温度を排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満まで効率良く冷却して、排ガス設備を熱的に保護することができる加熱炉の排ガス設備を提供する。【解決手段】加熱炉で発生した燃焼排ガスが通過する排ガス設備であって、燃焼排ガスの煙道中に燃焼排ガスに散水を行うことで排ガス温度を降下させるための散水装置を設けたことを特徴とした加熱炉の排ガス設備。そして、好ましくは散水装置が空気と水の混合二流体のミスト散水装置である。【選択図】            図１
2004198091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉で発生した燃焼排ガスが通過する排ガス設備であって、燃焼排ガスの煙道中に燃焼排ガスに散水を行うことで排ガス温度を降下させるための散水装置を設けたことを特徴とした加熱炉の排ガス設備。
【請求項２】
散水装置が空気と水の混合二流体のミスト散水装置であることを特徴とした請求項１に記載の加熱炉の排ガス設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材加熱炉、連続焼鈍炉、熱処理炉等の加熱炉から排出された燃焼排ガスの排ガス設備、詳細には高温の燃焼排ガスからの熱的保護を目的とした加熱炉の排ガス設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は連続焼鈍炉（加熱炉）の一例を示す概略図である。鋼板（ストリップ）１を所定のライン速度で通板して熱処理を行う連続焼鈍炉３３は、上流側から順に予熱炉２、直火加熱炉３、還元加熱炉４、均熱炉５を有し、鋼板１はこれらの各炉を順次通過することにより熱処理される。この熱処理を行う際に連続焼鈍炉３３から排出される燃焼排ガスは、排ガス煙道を通過して炉外に排出されるが、この高温の燃焼排ガスが通過する設備としては、排ガス煙道、レキュペレータ（熱交換器）、排気ブロア、排ガスダンパ等の排ガス設備がある。これらの排ガス設備を高温排ガスの熱から保護するために、従来、高温排ガス中に希釈空気を投入する方法が採られている。
【０００３】
図７は、このような希釈空気の投入を行う従来の排ガス設備の配置図である。連続焼鈍炉等の加熱炉３０より排出される排ガスの煙道６に排熱回収を行うレキュペレータ７が設置されており、その後段に排ガス量をコントロールする排気ダンパ９、排ガス吸引を行う排気ブロワ８および煙突１０を配置している。これらの排ガス設備の入側には、排ガス中に希釈空気を投入することによって、高温の排ガスを排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満の温度までに冷却するための希釈空気導入部１３（１２は希釈空気ブロワ）が設けられている。そして、排ガス設備入側温度計１１により検出される排ガス温度が、排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）以上となった場合、希釈空気ブロワ１２を起動させて、希釈空気導入部１３を通じて排ガス煙道中に空気を投入し、排ガス設備入側排ガス温度が排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満となるように冷却する。
（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１９９２３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術には次のような問題がある。
【０００６】
排ガス系統の希釈空気ブロワ、排気ブロワは加熱炉の炉仕様に合わせて設計しているが、ブロワの容量に余裕が無い場合には十分に冷却できない場合がある。加熱炉の処理量の増加ニーズが発生した際に、加熱炉の燃焼量増加による排ガス量の増加や排ガス温度の上昇が生じるからである。その場合、従来の希釈空気方式ではブロワの更新もしくは増設が必要となり、設備費が高価になる。また、加熱炉を増設する場合においても、希釈空気ブロワの付帯、大容量の排気ブロワの設置が必要となり設備費は高価になる。加えて、希釈空気ブロワ、排気ブロワの消費電力が大きくなるというランニングコスト上の問題がある。
【０００７】
したがって本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、排ガス流量の増大、排ガス温度の上昇に対しても、排ガス設備入側の排ガス温度を排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満まで効率良く冷却して、排ガス設備を熱的に保護することができる加熱炉の排ガス設備を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、この排ガス設備入側での排ガスの冷却方法について検討を行い、煙道内に水吹き込みを行って水の蒸発潜熱を利用して排ガス冷却を行うことにより、冷却後の排ガスボリュームの増大を招くことなく排ガスの効率的な冷却が可能となること、また、この水吹き込みを行う散水装置としてミスト散水装置を用いることにより、排ガスをより効率的に冷却できることを見出した。
【０００９】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。
【００１０】
（１）加熱炉で発生した燃焼排ガスが通過する排ガス設備であって、燃焼排ガスの煙道中に燃焼排ガスに散水を行うことで排ガス温度を降下させるための散水装置を設けたことを特徴とした加熱炉の排ガス設備。
【００１１】
（２）散水装置が空気と水の混合二流体のミスト散水装置であることを特徴とした上記（１）に記載の加熱炉の排ガス設備。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明の加熱炉の排ガス設備の一実施形態を示すもので、図１は加熱炉の排ガス設備の全体説明図、図２は散水装置が設置された煙道部の断面図、図３は散水装置の散水ノズルの断面図である。
【００１３】
図１〜図３において、６は加熱炉３０の排ガスを排出するための煙道であり、この煙道６の途中には排ガスの排熱回収を行うレキュペレータ７が設置され、その後段に排ガス量をコントロールする排気ダンパ９、排ガス吸引を行う排気ブロア８および煙突１０が配置されている。ここで、煙道６、レキュペレータ７、排気ダンパ９および排気ブロア８を加熱炉で発生した燃焼排ガスが通過する排ガス設備と称する。
【００１４】
前記レキュペレータ７は、加熱炉３０から排出される高温の排ガスから排熱回収を行い、その熱で空気を予熱して燃焼用空気として用いるための熱交換器である。レキュペレータ７の中には予熱空気配管系３１が通過して空気が予熱され、予熱空気配管系３１のレキュペレータ出側に予熱空気温度を検出する予熱空気温度計３２が設置されている。
【００１５】
加熱炉３０とレキュペレータ７との間の煙道には、排ガス中に水吹き込みを行うことによって、高温の燃焼排ガスをそれが通過する排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満の温度まで冷却するための散水装置１４が設けられている。
【００１６】
前記散水装置１４は、煙道６の両側に対向するように設けられた１対の散水ノズル２１を有している。この各散水ノズル２１には水供給配管２２、および空気供給配管２３から水と空気がそれぞれ供給され、煙道内にミスト状態で水が吹き込まれるようになっている。図２の実施形態では１対のノズルを用いているが、所要の吹き込み水量に応じて任意の数のノズルを配置すれば良い。この時、煙道内部での排ガスとミストの混合を均一にすることが、蒸発時間を短くする点および煙道内面の水による濡れを防ぐ点で望ましく、このために、例えば円形煙道であればノズル配置を軸を中心に対向する配置とすることが望ましい。
【００１７】
図３は散水ノズル２１の構造例を示すもので、散水ノズル２１は二重管構造の本体２５とその先端に取付けられたノズルチップ２４から構成されている。二重管構造の本体２５は、外管と内管の間が空気用流路ａ、内管内が水用流路ｂとなっており、空気用流路ａと水用流路ｂに前記空気供給配管２３、水供給配管２２を通じて空気と水を供給するための空気供給口２７と水供給口２６がそれぞれ設けられている。
【００１８】
また、前記ノズルチップ２４は、その中に孔が開いていて空気用流路ａから流入する空気と水用流路ｂから流入する水とを混合してミストとしている。
【００１９】
また、散水装置１４による吹き込み水量を制御するために、各散水ノズル２１の水供給配管２２には個別遮断弁と水供給配管２２の元部に取付けられた流量調整弁とがある。同様に、散水装置１４による吹き込み空気量を制御するために、各散水ノズル２１の空気供給配管２３には個別遮断弁と空気供給配管２３の元部に取付けられた流量調整弁とがある。
【００２０】
以上のような加熱炉の排ガス設備においては、散水装置１４から煙道６内に水の吹き込みを行う。水吹き込みの制御に関しては、排ガス設備入側温度計１１により検出される排ガス温度が排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）以上となった場合に散水装置２１を作動させ、排ガス設備入側温度が排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満となるのに必要な水量を投入して冷却する。
【００２１】
次に吹き込み水量の制御方法について説明する。加熱炉の燃焼量により、排ガスの温度、排ガス量が変化するのに伴い、排ガス設備入側の高温排ガスを排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満に冷却する水吹き込みの必要量も変化するため、水吹き込み量を可変とする制御が必要となる。制御方法としては２種類考えられる。一つは複数のノズルに対して、各ノズルの水供給配管２２に個別遮断弁を設けるもので、各ノズルへの吹き込み水量は一定として、ＯＮ／ＯＦＦにより作動ノズル数を変更して吹き込み水量を階段状に制御するものである。他は水供給配管２２の元部で流量調整弁により吹き込み流量の調整を行うものであり、この場合には各ノズルへの吹き込み水量が一様に変化する。図２は、複数対のノズルの内１対の散水ノズル２１のみ図示している。吹き込み空気量についても、吹き込み水量に比例して同様の制御をしている。
【００２２】
一般に加熱炉排ガス設備の耐熱温度により決まる排ガス設備入側の排ガス温度の限界値は８００〜８５０℃であり、排ガス温度がこれ以上となる場合に水吹き込みにより冷却を実施する。この水吹き込み前の８００〜８５０℃の高温状態、また水吹き込み後においても吹き込み水量をノズルのＯＮ／ＯＦＦで制御する場合には、高温排ガス中に水吹き込みを行わないノズルがさらされることになる。このとき、吹き込み水を停止するのと同時に空気の投入も停止すると、ノズルチップの焼損を招きトラブルに繋がるため、空気の投入は水吹き込みのＯＮ／ＯＦＦによらず常時行ってノズルチップの保護を行うことが好ましい。
【００２３】
散水装置の水吹き込み位置から排ガス設備までの間を、散水量および散水された水粒子の粒径に応じて、散水された水の略全量が排ガス設備に達する前に蒸発するような距離に設定することが好ましい。
【００２４】
一例として二流体ノズルにより噴出されるミストの粒径が３００μｍである場合には蒸発時間は０．４秒であり、水吹き込み位置から排ガス設備前で水による濡れを起こしてはならないので、排ガス温度計までの距離を排ガス移動時間で０．４秒以上確保する必要がある。
【００２５】
図４（ａ）および（ｂ）は本発明の加熱炉の排ガス設備の他の実施形態を示すもので、散水ノズルの配置を図２および図３とは異なる形態としたものである。
【００２６】
煙道内部でのノズル配置については、排ガスとミストの混合を均一にする点および煙道内壁の水による濡れを防止する点で、煙道出側方向へ向けてミストを噴射するのが好ましい。このため図４（ａ）の実施形態では１対の散水ノズル２１を煙道６の下流側に向けて斜めに設置し、また図４（ｂ）の実施形態では対向する１対の散水ノズル２１の先端を煙道６の下流側に向けて屈曲させたものである。
【００２７】
【実施例】
本発明の加熱炉の排ガス設備を用いた場合と、従来の希釈空気投入方式を採用した排ガス設備を用いた場合について冷却後の排ガス量を調べた。本発明については図1に示す設備を用い、従来法については図７に示す設備を用いて以下の条件により行った。なお、本発明の散水ノズルは図２に示すような対向式のものを用いた。
【００２８】
加熱炉出側排ガス温度１０５０℃、排ガス設備入側排ガス温度８５０℃の条件で加熱炉出側排ガス量（冷却前排ガス量）を３００００Ｎｍ3／Ｈから５００００Ｎｍ3／Ｈまで変化させて、冷却後の排ガス量の比較を行った。その結果を、従来法の希釈空気投入方式の排ガス設備の冷却時の希釈空気流量とともに図５に示す。
【００２９】
図５から明らかなように、本発明の加熱炉の排ガス設備を用いた場合には、従来法の希釈空気投入方式の場合と比較して冷却後の排ガス量を減少することが可能である。加熱炉出側排ガス量が３００００Ｎｍ3／Ｈから５００００Ｎｍ3／Ｈまで変化させたどの場合も、加熱炉の排ガス設備を用いた場合には従来の希釈空気投入方式の場合と比較して冷却後の排ガス量を約１５％減少させることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、排ガス設備入側の排ガス温度を排ガス設備の耐熱温度（もしくは、ある設定温度）未満まで効率的に低下させることにより排ガス設備の熱的保護が可能となる。このため、希釈空気ブロワが不要となり、安価な設備で排ガス設備の冷却が可能となる。また、水吹き込みによれば水の蒸発潜熱を利用できるため、希釈空気を投入する場合と比較して冷却後の排ガス流量の増加が小さく、排ガス設備下流の排気ブロワの省電力が果たされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉の排ガス設備の一実施形態を示す加熱炉の排ガス設備の全体説明図
【図２】本発明の加熱炉の排ガス設備の一実施形態を示す散水装置が設置された煙道部の断面図
【図３】本発明の加熱炉の排ガス設備の一実施形態を示す散水装置の散水ノズルの断面図
【図４】（ａ）（ｂ）本発明の加熱炉の排ガス設備の他の実施形態を示す散水ノズル配置図
【図５】本発明の加熱炉の排ガス設備を用いた場合と、従来の希釈空気投入方式を採用した排ガス設備を用いた場合との冷却後の排ガス量を比較したグラフ
【図６】連続焼鈍炉の一例を示す概略図
【図７】従来の希釈空気の投入による排ガス設備配置図
【符号の説明】
１  鋼板（ストリップ）
２  予熱炉
３  直火加熱炉
４  還元加熱炉
５  均熱炉
６  排ガス煙道
７  レキュペレータ
８  排気ブロア
９  排気ダンパ
１０  煙突
１１  排ガス設備入側温度計
１２  希釈空気ブロア
１３  希釈空気導入部
１４  散水装置
２１  散水ノズル
２２  水供給配管
２３  空気供給配管
２４  ノズルチップ
２５  二重管構造本体
２６  水供給口
２７  空気供給口
３０  加熱炉
３１  予熱空気配管系
３２  予熱空気温度計
３３  連続焼鈍炉
【図１】
2004198091.tif 000003
【図２】
2004198091.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004198091.tif 000007
【図６】
2004198091.tif 000008
【図７】
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