(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加熱炉の排気部のレキュペレータから排出された燃焼排ガスを煙突に導く排ガス煙道と、
前記排ガス煙道の途中に設置され、前記燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも処理能力が小さな熱回収ボイラと、
前記排ガス煙道の途中から分岐し、前記熱回収ボイラをバイパスした前記燃焼排ガスを前記煙突に導くバイパス煙道と、
前記熱回収ボイラよりも下流側の前記排ガス煙道に設置され、前記燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも最大誘引流量が小さい誘引ファンと、
前記加熱炉の燃料消費量と前記燃焼排ガス中の酸素濃度から計算排ガス流量を求める排ガス流量計算部と、
前記排ガス流量計算部から入力された前記計算排ガス流量が、前記誘引ファンの最大誘引流量以下の場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記計算排ガス流量になるように制御し、前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量を超える場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記最大誘引流量に制御する制御部と、
が備えられていることを特徴とする加熱炉の排熱回収設備。
【請求項２】
前記熱回収ボイラの上流側の前記排ガス煙道に圧力計が更に備えられ、
前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、前記制御部は、予め求めた前記熱回収ボイラを通過する前記燃焼排ガスの流量と前記熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記熱回収ボイラ直前の前記燃焼排ガスの圧力目標値を設定し、前記圧力計による計測値が前記圧力目標値になるように前記誘引ファンの誘引流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の排熱回収設備。
【請求項３】
前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、前記制御部は、予め求めた前記計算排ガス流量と前記誘引ファンの回転数との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記誘引ファンの回転数を決定することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の排熱回収設備。
【請求項４】
前記燃焼排ガスの排出経路を、前記加熱炉毎に、前記排ガス煙道及び前記バイパス煙道の両方とするか、または、前記排ガス煙道のみに設定する煙道切替部が更に備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の加熱炉の排熱回収設備。
【請求項５】
請求項１記載の排熱回収設備を用いた加熱炉の排熱回収方法であって、
前記排ガス流量計算部において、前記加熱炉の燃料消費量と前記燃焼排ガス中の酸素濃度から前記計算排ガス流量を計算するとともに、前記計算排ガス流量を前記制御部に出力し、
前記制御部において、前記計算排ガス流量が前記誘引ファンの最大誘引流量以下の場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記計算排ガス流量にし、
前記計算排ガス流量が前記誘引ファンの最大誘引流量を超える場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記最大誘引流量とすることを特徴とする加熱炉の排熱回収方法。
【請求項６】
前記熱回収ボイラの上流側の前記排ガス煙道に圧力計が更に備えられた前記排熱回収設備を用い、
前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、予め求めた前記熱回収ボイラを通過する前記燃焼排ガスの流量と前記熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記熱回収ボイラ直前の前記燃焼排ガスの圧力目標値を設定し、前記圧力計による計測値が前記圧力目標値になるように前記誘引ファンを制御することを特徴とする請求項５に記載の加熱炉の排熱回収方法。
【請求項７】
前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、予め求めた前記計算排ガス流量と前記誘引ファンの回転数との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記誘引ファンの回転数を決定することを特徴とする請求項５に記載の加熱炉の排熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉の排熱回収設備及び加熱炉の排熱回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延前の鋼材を加熱する加熱炉には、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させるバーナーと、燃焼ガスを排出させる排出ダクトとが備えられている。排出ダクトから排出された燃焼排ガスは煙突から大気に放出されるが、その前に、熱回収ボイラによって燃焼排ガス中の熱を蒸気の形で回収することがなされている。
【０００３】
特許文献１には、加熱炉２からの廃ガス通路に配設された廃熱ボイラ１と、廃熱ボイラ１を通る本路３をバイパスするバイパス路５と、本路３及びバイパス路５を流れる廃ガスを煙突から排出させる排風機６とを備えた装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、複数基の加熱炉から排出される燃焼排ガスに対し、１基の排ガスボイラによって燃焼排ガスの熱回収を行う技術が記載されている。この特許文献２には、複数基の加熱炉から排出される最大排ガス量より通風能力が低い排ガスボイラを有する設備において、排ガスボイラへのガス流量の制御方法が記載されている。具体的には、加熱炉から排出された燃焼排ガスを煙突より排出させる排ガス処理系統に、排ガスボイラを含む煙道と、排ガスボイラをバイパスするバイパス煙道とが設けられ、排ガスボイラを含む煙道とバイパス煙道とにそれぞれ流量制御弁が設けられており、各流量制御弁の弁開度を調整することで排ガスボイラへの排ガス流量を制御している。特許文献２では、加熱炉の直後に設置された集合管の圧力値に基づき排ガスボイラの煙道を流れる燃焼排ガスの流量を流量調整弁により調整し、更に、この流量調整弁の弁開度と、排ガスボイラにおける蒸気発生量に基づき、バイパス煙道側の流量調整を行っている。このように、特許文献２では、排ガスボイラを含む煙道とバイパス煙道の両方に流量調整弁を設け、弁開度により燃焼排ガスの流量を制御している。
【０００５】
特許文献１に記載された装置では、加熱炉２から排出された廃ガスの全量を、排風機６によって煙突から排出するようになっている。加熱炉２から排出される廃ガス流量に対して排風機６の排気能力が低いと、加熱炉２内の炉内圧力が上昇してしまう場合がある。炉内圧力が上昇すると、加熱炉２の装入口または抽出口から火炎が吹き出す恐れがある。そのため、排風機６の排気能力は、加熱炉２から排出される廃ガス流量とほぼ同等の排気能力が必要とされる。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された装置では、加熱炉、廃ガス通路の劣化による漏風などの原因で、廃ガスの流量が当初の想定を超える流量に増加する場合がある。廃ガスの流量が増加して排風機６の排気能力を超えてしまうと、加熱炉の炉内圧力の上昇を招く恐れがあった。
【０００７】
次に、特許文献２の燃焼排ガスの熱回収方法では、外気温によって煙突ドラフトが変化すると、バイパス煙道側の燃焼排ガスの流量は煙突ドラフトの影響を受けることになる。しかしながら、特許文献２に記載の制御方法では煙突ドラフトの影響が何ら考慮されていない。そのため、特許文献２では、煙突ドラフトが変動すると、バイパス煙道側での燃焼排ガスの流量が変動し、この燃焼排ガスの流量変動が排ガスボイラ側の燃焼排ガスの流量に影響を与える可能性がある。排ガスボイラ側の燃焼排ガスの流量が変動すると、排ガスボイラにおける蒸気発生量が低下する場合があった。また、バイパス煙道において燃焼排ガスの流量が変動すると、その変動の影響が加熱炉の炉内圧力にまで及び、炉内圧力が高まった場合に加熱炉の装入口または抽出口から火炎が吹き出す恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２３１７８３号公報
【特許文献２】特公平７−９９２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱回収ボイラに引き込む燃焼排ガスの流量を適切に制御可能な加熱炉の排熱回収設備及び加熱炉の排熱回収方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［１］    複数の加熱炉の排気部のレキュペレータから排出された燃焼排ガスを煙突に導く排ガス煙道と、
前記排ガス煙道の途中に設置され、前記燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも処理能力が小さな熱回収ボイラと、
前記排ガス煙道の途中から分岐し、前記熱回収ボイラをバイパスした前記燃焼排ガスを前記煙突に導くバイパス煙道と、
前記熱回収ボイラよりも下流側の前記排ガス煙道に設置され、前記燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも最大誘引流量が小さい誘引ファンと、
前記加熱炉の燃料消費量と前記燃焼排ガス中の酸素濃度から計算排ガス流量を求める排ガス流量計算部と、
前記排ガス流量計算部から入力された前記計算排ガス流量が、前記誘引ファンの最大誘引流量以下の場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記計算排ガス流量になるように制御し、前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量を超える場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記最大誘引流量に制御する制御部と、
が備えられていることを特徴とする加熱炉の排熱回収設備。
［２］    前記熱回収ボイラの上流側の前記排ガス煙道に圧力計が更に備えられ、
前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、前記制御部は、予め求めた前記熱回収ボイラを通過する前記燃焼排ガスの流量と前記熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記熱回収ボイラ直前の前記燃焼排ガスの圧力目標値を設定し、前記圧力計による計測値が前記圧力目標値になるように前記誘引ファンの誘引流量を制御することを特徴とする［１］に記載の加熱炉の排熱回収設備。
［３］    前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、前記制御部は、予め求めた前記計算排ガス流量と前記誘引ファンの回転数との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記誘引ファンの回転数を決定することを特徴とする［１］に記載の加熱炉の排熱回収設備。
［４］  前記燃焼排ガスの排出経路を、前記加熱炉毎に、前記排ガス煙道及び前記バイパス煙道の両方とするか、または、前記排ガス煙道のみに設定する煙道切替部が更に備えられていることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載の加熱炉の排熱回収設備。
［５］    ［１］記載の排熱回収設備を用いた加熱炉の排熱回収方法であって、
前記排ガス流量計算部において、前記加熱炉の燃料消費量と前記燃焼排ガス中の酸素濃度から前記計算排ガス流量を計算するとともに、前記計算排ガス流量を前記制御部に出力し、
前記制御部において、前記計算排ガス流量が前記誘引ファンの最大誘引流量以下の場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記計算排ガス流量にし、
前記計算排ガス流量が前記誘引ファンの最大誘引流量を超える場合は、前記誘引ファンの誘引流量を前記最大誘引流量とすることを特徴とする加熱炉の排熱回収方法。
［６］    前記熱回収ボイラの上流側の前記排ガス煙道に圧力計が更に備えられた前記排熱回収設備を用い、
前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、予め求めた前記熱回収ボイラを通過する前記燃焼排ガスの流量と前記熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記熱回収ボイラ直前の前記燃焼排ガスの圧力目標値を設定し、前記圧力計による計測値が前記圧力目標値になるように前記誘引ファンを制御することを特徴とする［５］に記載の加熱炉の排熱回収方法。
［７］    前記計算排ガス流量が前記最大誘引流量以下の場合に、予め求めた前記計算排ガス流量と前記誘引ファンの回転数との関係に基づき、前記計算排ガス流量から前記誘引ファンの回転数を決定することを特徴とする［５］に記載の加熱炉の排熱回収方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の加熱炉の排熱回収設備及び排熱回収方法によれば、加熱炉の燃料消費量及び燃焼排ガス中の酸素濃度から求められた計算排ガス流量に基づき誘引ファンを制御するので、加熱炉、レキュペレータの配管等から外気が流入して見かけ上の排ガス量が増大したとしても、この増大分を含めた計算排ガス流量によって誘引ファンを的確に制御できる。また、計算排ガス流量が誘引ファンの最大誘引流量以下の場合は、誘引ファンの誘引流量を計算排ガス流量に制御し、計算排ガス流量が最大誘引流量を超える場合は、誘引ファンの誘引流量を最大誘引流量に制御するので、加熱炉の排気部のレキュペレータから排出された燃焼排ガスを熱回収ボイラに導入させて熱回収させるとともに、計算排ガス流量が最大誘引流量を超える場合は燃焼排ガスの残部をバイパス煙道から煙突に向けて放出させることができる。このように本発明では、計算排ガス流量に応じて、燃焼排ガスを排ガス煙道とバイパス煙道に適切に配分できる。これにより、熱回収ボイラを高い効率で操業させることができ、蒸気発生量を高くすることができる。また、バイパス煙道には燃焼排ガスの流量を調整する手段を設けないので、熱回収ボイラで処理しきれない燃焼排ガスが煙突ドラフトの作用により排ガス煙道からバイパス煙道に分岐して流れるようになり、煙突から外部に放出できる。このとき、外気温の変化で煙突ドラフトが変動した場合でも、計算排ガス流量に基づいて熱回収ボイラを通過する燃焼排ガスの流量が制御されているので、煙突ドラフトの変動が熱回収ボイラへの燃焼排ガスの流量に影響することはない。また、加熱炉の炉内圧力も安定させることができる。
【００１２】
また、本発明の加熱炉の排熱回収設備及び排熱回収方法によれば、計算排ガス流量が最大誘引流量以下の場合に、予め求めた熱回収ボイラを通過する燃焼排ガスの流量と熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づき、計算排ガス流量から熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力目標値を設定し、圧力計による計測値が圧力目標値になるように誘引ファンを制御するので、加熱炉の排気部のレキュペレータから排出される燃焼排ガスの流量に応じて、燃焼排ガスを排ガス煙道に流すことができ、バイパス煙道の逆流を防止できる。
【００１３】
更に、本発明の加熱炉の排熱回収設備及び排熱回収方法によれば、計算排ガス流量が最大誘引流量以下の場合に、予め求めた計算排ガス流量と誘引ファンの回転数との関係に基づき、計算排ガス流量から誘引ファンの回転数を決定するので、加熱炉の排気部のレキュペレータから排出される燃焼排ガスの流量に応じて、燃焼排ガスを排ガス煙道に流すことができ、バイパス煙道の逆流を防止できる。また、制御部による流量制御が単純化するので、制御の応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】加熱炉の排熱回収設備における問題点を説明する模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態の加熱炉の排熱回収設備を示す模式図。
【図３】本発明の第１の実施形態の加熱炉の排熱回収方法を説明するグラフ。
【図４】図２に示す加熱炉の排熱回収設備における制御フローを説明するフロー図。
【図５】図４に示す制御フローにおいて、計算排ガス流量を求める計算式を示す図。
【図６】（ａ）は熱回収ボイラを通過する燃焼排ガスの流量と熱回収ボイラ前の圧力との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフを用いて排熱回収設備の動作を説明する図。
【図７】図２に示す加熱炉の排熱回収設備における計算排ガス流量と流量計で計測される燃焼排ガスの流量と熱回収ボイラ前の圧力計による圧力測定値のそれぞれの時間変動を示すグラフ。
【図８】（ａ）は図３の時間帯２での排熱回収設備の操業状態を示す模式図であり、（ｂ）は図３の時間帯１での排熱回収設備の操業状態を示す模式図。
【図９】加熱炉の炉内圧力の時間変動を示すグラフ。
【図１０】熱回収ボイラの蒸気発生量と熱当量との関係を示すグラフ。
【図１１】本発明の第２の実施形態の加熱炉の排熱回収設備を示す模式図。
【図１２】図１１に示す加熱炉の排熱回収設備における制御フローを説明するフロー図。
【図１３】計算排ガス流量と誘引ファンの回転数との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
はじめに、燃焼排ガスの排熱回収設備及び排熱回収方法の問題点について図１を参照して具体的に説明する。
図１に示す排熱回収設備１００は、２基の加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガスを煙突１０２に導く排ガス煙道２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、排ガス煙道２Ａ、２Ｂの途中からそれぞれ分岐されたバイパス煙道３Ａ、３Ｂと、煙道切替部４と、排ガス煙道２Ｃに設置された熱回収ボイラ５と、燃焼排ガスを熱回収ボイラ５に引き込む誘引ファン６と、排ガス煙道２Ｃを流れる燃焼排ガスの圧力を計測する圧力計１０と、圧力計１０の計測値に基づき誘引ファン６を制御するコントローラ１０ａと、排ガス煙道２Ａ、２Ｂに設置されたガス濃度計１４Ａ、１４Ｂと、バイパス煙道３Ａ、３Ｂに設置されたガス濃度計１４Ｃ、１４Ｄと、が備えられている。バイパス煙道３Ａ、３Ｂには、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂから排出された別系統の燃焼排ガスを排出するための予備煙道１３Ａ、１３Ｂが接続されている。
【００１６】
加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂはそれぞれ、熱間圧延に供される鋼材を加熱する加熱炉であり、各種の燃焼バーナーが備えられている。燃焼バーナーによって燃料を燃焼させることで生成された燃焼排ガスは、一部が加熱炉の排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排ガス煙道２Ａ、２Ｂに排出され、別の一部が予備煙道１３Ａ、１３Ｂを介してバイパス煙道３Ａ、３Ｂに送られるように構成されている。具体的には、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂには、燃焼バーナーとして通常バーナー及びリジェネバーナーが備えられている。通常バーナー及びリジェネバーナーの燃焼によって生成されて加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガスは、排ガス煙道２Ａ、２Ｂに流れ込む。また、リジェネバーナーによって回収された燃焼排ガスは、予備煙道１３Ａ、１３Ｂを介してバイパス煙道３Ａ、３Ｂに送られる。
【００１７】
排ガス煙道２Ａ、２Ｂには、炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈが設けられている。また、炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈよりも下流側の排ガス煙道２Ａ、２Ｂには、加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂが設置されている。加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂによって、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部から排出された燃焼排ガスが、排ガス煙道２Ａ、２Ｂの下流側に向けて流れるようになっている。
【００１８】
また、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂにはそれぞれ、炉圧を制御するコントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄが備えられている。コントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄには、炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈと加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂとが接続されている。コントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄが炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈ及び加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂを制御することにより、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ内の炉圧を制御できるように構成されている。
【００１９】
加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部には、レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆが備えられている。レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆは、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部から排出される燃焼排ガスの熱を利用して、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの通常バーナーに供給する空気を予熱できるように構成されている。
【００２０】
排ガス煙道２Ａ、２Ｂ及びバイパス煙道３Ａ、３Ｂは、加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂよりも下流側にて分岐されている。バイパス煙道３Ａ、３Ｂとの分岐点より下流側の排ガス煙道２Ａ、２Ｂには、煙道切替部４としての遮断弁４Ａ、４Ｂが備えられている。これら遮断弁４Ａ、４Ｂはいずれも「開」の状態にされている。また、排ガス煙道２Ａ、２Ｂは、遮断弁４Ａ、４Ｂの下流側において合流し、排ガス煙道２Ｃになっている。
【００２１】
一方、バイパス煙道３Ａ、３Ｂにも煙道切替部４としての遮断弁４Ｃ、４Ｄが備えられている。これら遮断弁４Ｃ、４Ｄは「閉」とされている。排ガス煙道２Ａ、２Ｂとバイパス煙道３Ａ、３Ｂは、遮断弁４Ｃ、４Ｄ（煙道切替部４）によって遮断されている。
【００２２】
ガス濃度計１４Ａ、１４Ｂは、煙道切替部４より下流側の排ガス煙道２Ａ、２Ｂに設置されており、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度を測定できるようになっている。また、ガス濃度計１４Ｃ、１４Ｄは、バイパス煙道３Ａ、３Ｂと予備煙道１３Ａ、１３Ｂとの合流箇所よりも下流側のバイパス煙道３Ａ、３Ｂに設置されており、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度を測定できるようになっている。これらガス濃度計１４Ａ〜１４Ｄによって、煙突１０２から放出される燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を監視している。
【００２３】
熱回収ボイラ５は、排ガス煙道２Ｃに設置されており、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を発生させる。熱回収ボイラ５によって生成された蒸気は、製鉄所の他の設備において熱源等に利用される。
【００２４】
図１に示す排熱回収設備１００において、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガスは、排ガス煙道２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを通過し、熱回収ボイラ５によって熱回収された後、煙突１０２から放出される。また、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂのリジェネバーナーによって回収された燃焼排ガスは、予備煙道１３Ａ、１３Ｂ及びバイパス煙道３Ａ、３Ｂを通過して煙突１２から放出される。
【００２５】
ところで、熱回収ボイラ５を通過する燃焼排ガスの流量は、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの操業状態によって変動するため、熱回収ボイラ５の下流側に設置した誘引ファン６の誘引流量を燃焼排ガスの流量に応じて制御する必要がある。そこで、図１に示す排熱回収設備１００においては、熱回収ボイラ５に流入する前の燃焼排ガスの圧力を圧力計１０によって常時監視し、この圧力が一定になるようにコントローラ１０ａによって誘引ファン６の回転数を制御している。具体的には、圧力計１０の圧力計測値が上昇した場合はコントローラ１０ａによって誘引ファン６の回転数を高めさせて熱回収ボイラ５への燃焼排ガスの通過量を増大させる。圧力計１０の圧力計測値が減少した場合はコントローラ１０ａによって誘引ファン６の回転数を小さくして熱回収ボイラ５への燃焼排ガスの通過量を少なくさせる。こうした制御は、燃焼排ガスの流量が誘引ファン６の最大能力以下であることを前提にした制御である。
【００２６】
しかし、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ、レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆの劣化等によって燃焼排ガス経路に外気が侵入すると、排ガス煙道２Ａ〜２Ｃを流れる燃焼排ガスの見かけの流量が増大し、当初の想定を超える場合がある。燃焼排ガスの流量が増加して誘引ファン６の能力を超えてしまうと、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの炉内圧力の上昇を招く恐れがある。
【００２７】
そこで、本発明者らは、熱回収ボイラ５の手前に設置した圧力計１０の圧力測定値に基づく制御ではなく、加熱炉への燃料供給量及び燃焼排ガスの酸素濃度から燃焼排ガスの流量を計算し、この計算値に基づいて誘引ファン６を制御することとした。そして、燃焼排ガスの流量の計算値が誘引ファン６の最大能力を超える場合は、誘引ファン６を最大能力で運転して可能な限り熱回収ボイラ５において燃焼排ガスの熱回収を行うとともに、熱回収できない燃焼排ガスについては、煙突ドラフトを利用してバイパス煙道３Ａ及び３Ｂから煙突１０２に排出させることにした。一方、燃焼排ガスの流量の計算値が誘引ファン６の最大誘引流量以下の場合は、誘引ファン６の誘引流量を計算値に対応するように制御して、可能な限り熱回収ボイラ５において燃焼排ガスの熱回収を行うことにした。このようにして本発明を完成させるに至った。以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図２に示す排熱回収設備１の構成要素のうち、図１において説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付する。
図２に示す排熱回収設備１には、２基の加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガスを煙突１０２に導く排ガス煙道２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、排ガス煙道２Ａ、２Ｂの途中からそれぞれ分岐されたバイパス煙道３Ａ、３Ｂと、排ガス煙道２Ｃに設置された熱回収ボイラ５と、燃焼排ガスを熱回収ボイラ５に引き込む誘引ファン６と、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂのそれぞれについて計算排ガス流量を計算する排ガス流量計算部８と、制御部１１と、が備えられている。
【００２９】
排ガス流量計算部８は、流量演算部８Ａ、８Ｂと、流量演算部８Ａ、８Ｂにそれぞれ接続されたガス濃度計８Ｃ〜８Ｆと、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂにおける燃料消費量を流量演算部８Ａ、８Ｂに出力する図示略の燃料消費監視部と、が備えられている。流量演算部８Ａ、８Ｂ及び燃料消費監視部は、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂを制御するコンピュータの中央演算装置の機能として実現される。各流量演算部８Ａ、８Ｂは、計算排ガス流量を計算してこれを制御部１１に出力するようになっている。
【００３０】
制御部１１は、制御演算部１１Ａと、制御演算部１１Ａに接続された圧力計１１Ｂと、熱回収ボイラ５の下流側に設置された流量計１１Ｃと、から構成されている。
【００３１】
加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂはそれぞれ、熱間圧延に供される鋼材を加熱する加熱炉であり、各種の燃焼バーナーが取り付けられている。燃焼バーナーによって燃料を燃焼させることで生成された燃焼排ガスは、一部が加熱炉の排気部のレキュペレータから排ガス煙道２Ａ、２Ｂに排出され、別の一部が予備煙道１３Ａ、１３Ｂを介してバイパス煙道３Ａ、３Ｂに送られるように構成されている。具体的には、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂにはそれぞれ、燃焼バーナーとして通常バーナーと、交番燃焼するリジェネバーナーとが備えられている。そして、通常バーナー及びリジェネバーナーの燃焼によって生成された燃焼排ガスのうち、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガスは、排ガス煙道２Ａ、２Ｂに流れ込まれる。また、リジェネバーナーによって回収された燃焼排ガスは、予備煙道１３Ａ、１３Ｂを介してバイパス煙道３Ａ、３Ｂに送られる。
【００３２】
排ガス煙道２Ａ、２Ｂには、炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈが設けられている。また、炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈより下流側の排ガス煙道２Ａ、２Ｂには、加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂが備えられている。加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂによって、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガスが、排ガス煙道２Ａ、２Ｂの下流側に流されるようになっている。
【００３３】
更に、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂにはそれぞれ、炉圧を制御するコントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄが備えられている。コントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄには、炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈ及び加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂが接続されている。コントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄが炉圧制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈ及び加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂを制御することにより、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ内の炉圧を制御できるように構成されている。
【００３４】
加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部には、レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆが備えられている。レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆは、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部から排出される燃焼排ガスの熱を利用して、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの通常バーナーに供給する空気を予熱できるように構成されている。
【００３５】
排ガス煙道２Ａ、２Ｂとバイパス煙道３Ａ、３Ｂとは、加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂよりも下流側において分岐されている。バイパス煙道３Ａ、３Ｂとの分岐点よりも下流側の排ガス煙道２Ａ、２Ｂ及びバイパス煙道３Ａ、３Ｂにはそれぞれ、煙道切替部４が備えられている。
【００３６】
排ガス煙道２Ａ、２Ｂに備えられた煙道切替部４は、遮断弁４Ａ、４Ｂとで構成されている。これら遮断弁４Ａ、４Ｂの開閉状態はいずれも「開」の状態にされている。また、排ガス煙道２Ａ、２Ｂは、遮断弁４Ａ、４Ｂの下流側において合流し、排ガス煙道２Ｃになっている。
【００３７】
バイパス煙道３Ａ、３Ｂに備えられた煙道切替部４は、遮断弁４Ｃ、４Ｄとで構成されている。遮断弁４Ｃは「閉」とされ、遮断弁４Ｄは「開」とされている。
以上の煙道切替部４の構成により、排ガス煙道２Ａ及びバイパス煙道３Ａは、煙道切替部４によって相互に遮断されている。また、排ガス煙道２Ｂ及びバイパス煙道３Ｂは、煙道切替部４によって相互に接続されている。
【００３８】
熱回収ボイラ５は、排ガス煙道２Ｃに設置されており、燃焼排ガスの熱を利用して蒸気を発生させる。熱回収ボイラ５によって生成された蒸気は、製鉄所の他の設備において熱源等に利用される。また、本実施形態では、熱回収ボイラ５として、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも処理能力が小さなものが用いられる。熱回収ボイラ５の処理能力が、燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも大きいと、低温の流体を引き込む場合があり、熱回収率が低下する恐れがある。低温の流体としては、例えばバイパス煙道３Ｂから逆流する燃焼排ガスが想定される。
【００３９】
また、誘引ファン６は、熱回収ボイラ５よりも下流側の排ガス煙道２Ｃに設置されている。誘引ファン６は、最大誘引流量（最大能力）が燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量よりも小さいものが用いられる。誘引ファン６の最大誘引流量（最大能力）が燃焼排ガスの時間当たりの最大発生量より大きいと、熱回収ボイラ５に低温の流体、例えばバイパス煙道３Ｂを流れる燃焼排ガスを引き込ませてしまう場合があり、熱回収率が低下する恐れがある。
【００４０】
次に、排ガス流量計算部８について詳細に説明する。
排ガス流量計算部８に備えられたガス濃度計８Ｃ、８Ｄは、煙道切替部４より下流側の排ガス煙道２Ａ、２Ｂに設置されており、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度を測定できるようになっている。また、ガス濃度計８Ｅ、８Ｆは、バイパス煙道３Ａ、３Ｂと予備煙道１３Ａ、１３Ｂとの合流箇所よりも下流側のバイパス煙道３Ａ、３Ｂに設置されており、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂのリジェネバーナーによって回収された燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度を測定できるようになっている。これらガス濃度計８Ｃ〜８Ｆによって、煙突１０２から放出される燃焼排ガスを監視している。また、ガス濃度計８Ｃ〜８Ｆにおいて計測された燃焼排ガス中の酸素濃度は、流量演算部８Ａ、８Ｂに出力される。
【００４１】
燃料消費監視部は、加熱炉１０１Ａ，１０１Ｂの通常バーナー及びリジェネバーナーに供給される燃料の供給量を監視し、これを流量演算部８Ａ、８Ｂに出力させる。
【００４２】
更に、流量計算部８Ａ、８Ｂは、燃焼排ガス中の酸素濃度と、加熱炉１０１Ａ，１０１Ｂの燃料の供給量に基づき、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガス流量の計算値（以下、計算排ガス流量という）を計算し、これを制御部１１に出力させる。
【００４３】
次に、制御部１１について詳細に説明する。
制御部１１に備えられた圧力計１１Ｂは、熱回収ボイラ５より上流側の排ガス煙道２Ｃに備えられており、排ガス煙道２Ｃを流れる燃焼排ガスの圧力を常時計測する。また、圧力計１１Ｂは制御演算部１１Ａに接続されており、圧力計１１Ｂによって計測された圧力を制御演算部１１Ａに出力できるようになっている。
また、流量計１１Ｃは、誘引ファン６の下流側の排ガス煙道２Ｃに備えられており、熱回収ボイラ５を通過する燃焼排ガスの流量を常時計測する。また、流量計１１Ｃは制御演算部１１Ａに接続されており、流量計１１Ｃによって計測された流量を制御演算部１１Ａに出力できるようになっている。
【００４４】
制御演算部１１Ａは、熱回収ボイラ５の上流側における排ガス煙道２Ｃ内の燃焼排ガスの圧力、熱回収ボイラ５を通過する燃料排ガスの流量及び燃焼排ガスの計算排ガス流量に基づき、誘引ファン６を制御することにより、熱回収ボイラ５に供給する燃焼排ガスの流量を調整する。具体的な調整手順は後述する。また、制御演算部１１Ａは、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ及び排熱回収設備１を制御するコンピュータに備えられており、このコンピュータの中央演算装置の機能として実現される。
【００４５】
次に、排熱回収設備１の動作の説明を通じて、本実施形態の加熱炉の排熱回収方法を説明する。
まず、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂに備えられた燃焼バーナーによって、熱間圧延に供される鋼材を加熱する。加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂには、燃焼バーナーとして通常バーナー及びリジェネバーナーが備えられており、通常バーナー及びリジェネバーナーの燃焼によって加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ内に燃焼排ガスが充満し、燃焼排ガスの熱によって鋼材が加熱される。加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ内に充満した燃焼排ガスの大部分は、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部から加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの外部に排出され、レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆを通過して排ガス煙道２Ａ、２Ｂに流れ込む。また、燃焼排ガスの一部は、リジェネバーナーによって回収され、予備煙道１３Ａ、１３Ｂを通ってバイパス煙道３Ａ、３Ｂに流れ込む。
【００４６】
また、コントローラ１０１Ｃ、１０１Ｄによって制御弁１０１Ｇ、１０１Ｈ及び加熱炉用誘引ファン９Ａ、９Ｂを制御することで、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの炉内圧力を一定に保つように制御する。
【００４７】
加熱炉１０１Ａ（の排気部のレキュペレータ１０１Ｅ）から排ガス煙道２Ａに排出された燃焼排ガスは、加熱炉用誘引ファン９Ａによって更に下流側に送られ、煙道切替部４の遮断弁４Ａを通過し、排ガス煙道２Ｃに送られる。遮断弁４Ｃが閉じられているため、排ガス煙道２Ａに排出された燃焼排ガスは、バイパス煙道３Ａには流入しない。
また、加熱炉１０１Ｂ（の排気部のレキュペレータ１０１Ｆ）から排ガス煙道２Ｂに排出された燃焼排ガスは、加熱炉用誘引ファン９Ｂによって更に下流側に送られ、煙道切替部４の遮断弁４Ｂを通過し、排ガス煙道２Ｃに送られる。また、遮断弁４Ｄが開いているので、排ガス煙道２Ｂに排出された燃焼排ガスは、バイパス煙道３Ｂに流れ込むことが可能である。ただし、バイパス煙道３Ｂには誘引ファンが設置されていないため、排ガス煙道２Ｂに排出された燃焼排ガスが実際にバイパス煙道３Ｂに流れ込むかどうかは、排ガス煙道２Ｃに備えられた誘引ファン６の運転状況による。
【００４８】
排ガス煙道２Ｃにおいて合流した燃焼排ガスは、誘引ファン６によって更に排ガス煙道２Ｃの下流側に流され、圧力計１１Ｂを通過して熱回収ボイラ５に供給される。熱回収ボイラ５において、燃焼排ガスと水との間で熱交換がなされ、水が加熱されて蒸気が発生する。熱交換によって顕熱が奪われた燃焼排ガスは、更に誘引ファン６に誘引されて排ガス煙道２Ｃを進み、流量計１１Ｃによってその流量が測定され、その後、煙突１０２から大気に放出される。
【００４９】
一方、バイパス煙道３Ｂに流れ込んだ燃焼排ガスは、煙突ドラフトの作用によって煙突１０２から放出される。
【００５０】
次に、図３を参照しながら、図２に示した本実施形態の排熱回収設備１における排熱回収方法を、図１に示した排熱回収設備１００と比較しながら説明する。
図３（ａ）は、図１に示した排熱回収設備１００の動作を示している。図３（ａ）に示すように、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガス量は、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの操業状態によって経時変動している。このとき誘引ファン６は、熱回収ボイラ手前の排ガス煙道２Ｃの圧力を一定にするように制御されている。ここで、図３（ａ）の点線で示した曲線のように、燃焼排ガス量が常に誘引ファンの最大能力以下であれば、図１に示した排熱回収設備１００であっても、加熱炉の炉内圧力を一定に制御しながら、燃焼排ガスの熱回収を行うことが可能である。しかし、図３（ａ）の実線で示した曲線のように、燃焼排ガス量が誘引ファンの最大能力を超える時間帯が発生すると、この時間帯では、熱回収ボイラ手前の排ガス煙道２Ｃの圧力が上昇し、この圧力上昇の影響が加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂまで及び、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの炉内圧力が上昇してしまう。図３（ａ）における燃焼排ガス量の変動要因としては、加熱炉の操業状況に伴う排ガス量の変動、加熱炉やレキュペレータの劣化による漏風の発生、加熱炉の増設、または加熱炉におけるバーナー容量の増設などがある。
【００５１】
次に、図３（ｂ）に、図２に示した排熱回収設備１の動作を示す。
図３（ｂ）の実線で示すように、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガス量は、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの操業状態によって経時変動している。燃焼排ガス量の経時変動をみると、誘引ファン６の最大能力を超える時間帯１と、誘引ファン６の最大能力以下の時間帯２とがある。本実施形態では、燃焼排ガス量を計算で求めておき、得られた計算排ガス量に基づいて誘引ファン６を制御する。計算排ガス流量が誘引ファン６の最大能力以下の場合、すなわち、図３（ｂ）の時間帯２では、計算排ガス流量に応じて誘引ファン６の回転数を調整する。一方、計算排ガス流量が誘引ファン６の最大能力を超える場合、すなわち、図３（ｂ）の時間帯１では、誘引ファン６の回転数を最大にして燃焼排ガスの一部を熱回収ボイラ５に供給するとともに、誘引ファン６の最大能力を超える分の燃焼排ガスをバイパス煙道３Ｂから煙突１０２に排出させる。
【００５２】
次に、図３（ｂ）で説明した排熱回収設備１の動作を実現する排ガス流量計算部８及び制御部１１について説明する。
図４に示すように、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの燃焼バーナーにおける燃料消費量と、燃焼排ガスの酸素濃度とに基づき、各加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂ毎に計算排ガス流量Ｑ１、Ｑ２を算出し、これらを合計した計算排ガス流量Ｑ１２を算出する。
【００５３】
計算排ガス流量Ｑ１、Ｑ２及びＱ１２は、排ガス流量計算部８において求める。まず、ガス濃度計８Ｃ〜８Ｆにおいて計測された燃焼排ガス中の酸素濃度を、流量演算部８Ａ、８Ｂに出力させる。また、燃料消費監視部から、通常バーナー及びリジェネバーナーに供給される燃料の供給量を流量演算部８Ａ、８Ｂに出力させる。
【００５４】
流量計算部８Ａ、８Ｂでは、計算排ガス流量Ｑ１、Ｑ２を図５に示す計算式によって算出する。図５に示す式は、燃焼バーナーとしてリジェネバーナー及び通常バナーを用い、リジェネバーナーで回収した燃焼排ガスを予備煙道１３Ａ、１３Ｂから排出し、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガスを排ガス煙道２Ａ、２Ｂから排出する場合の計算式である。
【００５５】
（１）式において、予備煙道１３Ａから排出される燃焼排ガスの流量ＱＲ、１０１Ａの実績値と、理論湿り排ガス量Ｇ０と、バイパス煙道３Ａに設置されたガス濃度計８Ｅによって測定された酸素濃度Ｏ２Ｒ、１０１Ａと、理論空気量Ａ０とによって、加熱炉１０１Ａのリジェネバーナーにて消費される燃料流量ＦＲ、１０１Ａが求められる。
【００５６】
同様に、（２）式において、予備煙道１３Ｂから排出される燃焼排ガスの流量ＱＲ、１０１Ｂの実績値と、理論湿り排ガス量Ｇ０と、バイパス煙道３Ｂに設置されたガス濃度計８Ｆによって測定された酸素濃度Ｏ２Ｒ、１０１Ｂと、理論空気量Ａ０とによって、加熱炉１０１Ｂのリジェネバーナーにて消費される燃料流量ＦＲ、１０１Ｂが求められる。
【００５７】
次に、（３）式において、リジェネバーナーで消費される燃料流量ＦＲ、１０１Ａと、理論湿り排ガス量Ｇ０と、加熱炉１０１Ａの排気部のレキュペレータ１０１Ｅから排出された燃焼排ガスの酸素濃度であってガス酸素濃度計８Ｃによって測定された酸素濃度の平均値Ｏ２Ｅ、１０１Ａと、理論空気量Ａ０と、加熱炉１０１Ａの燃焼バーナー（通常バーナー及びリジェネバーナー）における燃料（消費）流量ＦＭＧ、１０１Ａの実績値とから、加熱炉の排気部のレキュペレータから排ガス煙道２Ａにそれぞれ排出される計算排ガス量Ｑ１を求める。
【００５８】
同様に、（４）式において、リジェネバーナーで消費される燃料流量ＦＲ、１０１Ｂと、理論湿り排ガス量Ｇ０と、加熱炉１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｆから排出された燃焼排ガスの酸素濃度であってガス酸素濃度計８Ｄによって測定された酸素濃度の平均値Ｏ２Ｅ、１０１Ｂと、理論空気量Ａ０と、加熱炉１０１Ｂの燃焼バーナー（通常バーナー及びリジェネバーナー）における燃料（消費）流量ＦＭＧ、１０１Ｂの実績値とから、加熱炉の排気部のレキュペレータから排ガス煙道２Ｂにそれぞれ排出される計算排ガス量Ｑ２を求める。
【００５９】
そして、（５）式に示すように、Ｑ１、Ｑ２の合計流量を、計算排ガス量Ｑ１２とする。
【００６０】
計算排ガス量Ｑ１、Ｑ２は、燃料排ガス中の酸素濃度に基づいて算出される。酸素濃度は、燃焼排ガス中に含まれる酸素に由来し、更に、レキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆ等の配管の隙間から流入する外気に由来する場合がある。従って、計算排ガス量Ｑ１、Ｑ２は、配管からの外気の進入によって増大した分を含むガス流量となる場合がある。排ガス流量計算部８によって計算された計算排ガス流量Ｑ１２は、制御部１１に出力される。
【００６１】
次に、制御部１１は、計算排ガス流量Ｑ１２に基づき、熱回収ボイラ５の直前における燃焼排ガスの圧力目標値Ｐを設定する（伝達関数ΔＱ→ΔＰ）。圧力目標値Ｐの設定は、例えば、図６（ａ）に示される、熱回収ボイラに流入する燃焼排ガスの流入量と熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づいて設定できる。具体的には例えば、図６（ｂ）に示すように、先に求めた計算排ガス流量Ｑ１２から、熱回収ボイラ５の直前における燃焼排ガスの圧力目標値Ｐを設定する。
【００６２】
次に、図４に示すように、制御部１１の制御演算部１１Ａは、熱回収ボイラ５の直前における燃焼排ガスの圧力目標値Ｐに基づき、熱回収ボイラ５に流入させるべき燃焼排ガスの目標流量Ｑを設定する（伝達関数Ｐ→Ｑ）。燃焼排ガスの目標流量Ｑが設定されたら、その目標流量Ｑが得られるように誘引ファン６の回転数を設定すればよい。具体的には、熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力目標値Ｐに基づき、圧力計１１Ｂによる計測値が目標圧力Ｐになるように誘引ファン６を制御して燃焼排ガスの目標流量Ｑを設定すればよい。また、図２及び図４に示すように、流量計１１Ｃによって熱回収ボイラ５を流れる流量を実測し、その実測値を計算排ガス流量Ｑ１２にフィードバックして補正流量ΔＱとし、この補正流量ΔＱに基づいて目標流量Ｑを求めることが、計算排ガス流量の精度を高められる点で好ましい。
【００６３】
ここで、燃焼排ガスの圧力目標値Ｐに基づき、熱回収ボイラ５に流入させるべき燃焼排ガスの目標流量Ｑを設定する際の考え方（伝達関数Ｐ→Ｑ）について説明する。図７には、図２の排熱回収設備１の操業時における、計算排ガス流量Ｑ１２、流量計１１Ｃで計測される燃焼排ガスの流量Ｑ１１Ｃ、及び、熱回収ボイラ前の圧力計による圧力測定値の、それぞれの時間変動を示す。領域１では、計算排ガス流量Ｑ１２が、流量計１１Ｃで計測される燃焼排ガスの流量Ｑ１１Ｃを上回っている。この状態では、図８（ｂ）に示すように、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された計算排ガス流量Ｑ１２の燃焼排ガスのうち、一部として流量Ｑ１１Ｃの燃焼排ガスが熱回収ボイラ５に流入し、残りの流量（Ｑ１２−Ｑ１１Ｃ）の燃焼排ガスがバイパス煙道３Ｂに流入するようになる。
【００６４】
一方、図７の領域２では、計算排ガス流量Ｑ１２が、流量計１１Ｃで計測される燃焼排ガスの流量Ｑ１１Ｃを下回っている。この状態では、図８（ａ）に示すように、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された計算排ガス流量Ｑ１２の燃焼排ガスの全量が熱回収ボイラ５に流入する。更に、予備煙道１３Ｂからバイパス煙道３Ｂに流れ込んだ別系統の燃焼排ガスがバイパス煙道３Ｂを逆流して排ガス煙道２Ｂに流入し、その後、熱回収ボイラ５に流入することになる。予備煙道１３Ｂからバイパス煙道３Ｂに流れ込む別系統の燃焼排ガスは、排ガス煙道２Ｂを流れる燃焼排ガスよりも温度が低いため、このような別系統の燃焼排ガスが熱回収ボイラ５に流入すると蒸気の発生効率が大幅に低下してしまう。
【００６５】
従って、本実施形態では、流量計１１Ｃで計測される燃焼排ガスの流量Ｑ１１Ｃが、計算排ガス流量Ｑ１２になるように、誘引ファン６による燃焼排ガスの引き込み量を制御するものである。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の加熱炉の排熱回収設備及び排熱回収方法によれば、加熱炉の燃料消費量及び燃焼排ガス中の酸素濃度から求められた計算排ガス流量に基づき誘引ファン６を制御するので、加熱炉、レキュペレータの配管等から外気が流入して見かけ上の排ガス量が増大したとしても、この増大分を含めた計算排ガス流量によって誘引ファン６を的確に制御できる。また、計算排ガス流量が誘引ファン６の最大誘引流量以下の場合は、誘引ファン６の誘引流量を計算排ガス流量に制御し、計算排ガス流量が最大誘引流量を超える場合は、誘引ファン６の誘引流量を最大誘引流量に制御するので、加熱炉１０１Ａ，１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出された燃焼排ガスを熱回収ボイラ５に導入させて熱回収させるとともに、計算排ガス流量が最大誘引流量を超える場合は燃焼排ガスの残部をバイパス煙道３Ｂから煙突１０２に向けて放出させることができる。このように本実施形態では、計算排ガス流量に応じて、燃焼排ガスを排ガス煙道２Ｃとバイパス煙道３Ａに適切に配分できる。これにより、熱回収ボイラ５を高い効率で操業させることができ、蒸気発生量を高くすることができる。また、バイパス煙道３Ｂには燃焼排ガスの流量を調整する手段を設けないので、熱回収ボイラ５で処理しきれない燃焼排ガスが煙突ドラフトの作用により排ガス煙道２Ｂからバイパス煙道３Ｂに分岐して流れるようになり、煙突１０２から外部に放出できる。このとき、外気温の変化で煙突ドラフトが変動した場合でも、計算排ガス流量に基づいて熱回収ボイラ５を通過する燃焼排ガスの流量が制御されているので、煙突ドラフトの変動が熱回収ボイラへの燃焼排ガスの流量に影響することはない。また、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの炉内圧力も安定させることができる。
【００６７】
更に、本実施形態では、流量計１１Ｃで計測される燃焼排ガスの流量Ｑ１１Ｃが、計算排ガス流量Ｑ１２になるように誘引ファンを制御することで、バイパス煙道２Ｂから低温の流体が逆流するおそれがなく、熱回収ボイラ５における燃焼排ガスと水との熱交換率を高くできる。
【００６８】
また、予め求めた熱回収ボイラを通過するガス流量と熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力との関係に基づき、計算排ガス流量Ｑ１２から熱回収ボイラ直前の燃焼排ガスの圧力目標値Ｐを設定し、圧力計１１Ｂによる計測値が圧力目標値Ｐになるように誘引ファン６を制御するので、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｅ、１０１Ｆから排出される燃焼排ガスの流量に応じて、燃焼排ガスを排ガス煙道２Ｂとバイパス煙道３Ｂとにそれぞれ、適切に配分できる。
【００６９】
更に、本実施形態によれば、加熱炉、レキュペレータ等の老朽化によって燃焼排ガスに外気が混入し、燃焼排ガス量のみかけ流量が増大したとしても、排ガス中の酸素濃度に基づいて計算排ガス流量を求めるので、設備の老朽化に十分に対応出来る。
【００７０】
図９には、加熱炉１０１Ａ、１０１Ｂの炉内圧の時間変動を示す。図９において、「一炉引き」とは、例えば加熱炉１０１Ａの排気部のレキュペレータ１０１Ｅから排出された燃焼排ガスの全量をバイパス煙道３Ａに流し、加熱炉１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｆから排出された燃焼排ガスの全量を排ガス煙道２Ｃ及び熱回収ボイラ５に流した場合であり、「オープンバイパス」とは、本実施形態の制御を行っている場合である。本実施形態の制御を行ったとしても、炉内圧の時間変動は大きく変動せず、加熱炉の炉内圧力を制御できていることがわかる。
また、図１０には、熱回収ボイラの蒸気発生量と熱当量との関係を示す。「オープンバイパス」と示された本実施形態の制御によれば、「一炉引き」に比べて、蒸気発生量が大きく向上していることがわかる。
このように、本実施形態によれば、加熱炉内の炉内圧力が安定し、蒸気発生量を増大できる。
【００７１】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。
図１１に、本実施形態の加熱炉の排熱回収設備２０１を示す。図１１に示す排熱回収設備２０１は、図１に示す排熱回収設備２０１とほぼ同じ構成であり、異なる点は、熱回収ボイラ５の前に圧力計が設置されない点と、第１の実施形態の制御部の制御フローとは異なる制御をする制御部２１１が備えられている点である。以下、制御部２１１の制御フローについて説明する。
【００７２】
図１２に示すように、本実施形態の制御部２１１においては、第１の実施形態と同様にして、排ガス流量計算部８において計算排ガス流量Ｑ１、Ｑ２を求める。そして、制御部２１１において、予め求めておいた計算排ガス流量と誘引ファンの回転数との関係（伝達関数ΔＱ→Δｎ）に基づき、計算排ガス流量Ｑ１２から誘引ファンの回転数ｎを決定する。
【００７３】
「伝達関数ΔＱ→Δｎ」としては、例えば、図１３に示す線形関数を例示できる。図１３は、予め求めておいた計算排ガス流量と誘引ファンの回転数との関係を示すグラフである。例えば、計算排ガス流量が６００００Ｎｍ３／ｈであった場合は、誘引ファン６の回転数を３０Ｈｚとすればよい。図１３に示すグラフは、誘引ファンの能力によって異なるので、使用する誘引ファンの性能に基づいて決定すればよい。
【００７４】
また、図１２に示すように、流量計１１Ｃによって熱回収ボイラ５を流れる流量Ｑ１１Ｃを実測して、その実測値を計算排ガス流量Ｑ１２にフィードバックして補正流量ΔＱとし、この補正流量ΔＱに基づいて目標流量Ｑを求めることが、計算排ガス流量の精度を高められる点で好ましい。
【００７５】
本実施形態の加熱炉の排熱回収設備及び排熱回収方法によれば、予め求めた計算排ガス流量Ｑ１２（ΔＱ）と誘引ファン６の回転数ｎとの関係に基づき、計算排ガス流量Ｑ１２（ΔＱ）から誘引ファン６の回転数ｎを決定するので、加熱炉の排気部のレキュペレータから排出される燃焼排ガスの流量に応じて、燃焼排ガスを排ガス煙道とバイパス煙道にそれぞれ、燃焼排ガスをより適切に配分できる。また、制御部２１１による流量制御が単純化するので、制御の応答性を高めることができる。
【００７６】
なお、上記の実施形態では２つの加熱炉を備えた例について説明したが、本発明では、加熱炉の数は２以上であってもよい。
また、煙道切替部４によって、加熱炉１０１Ａの排気部のレキュペレータ１０１Ｅからの燃焼排ガスの全量を排ガス煙道２Ｃに導く例について説明したが、本発明はこれに限らず、遮断弁４Ｃを「開」とし、遮断弁４Ｄを「閉」とすることで、加熱炉１０１Ａの排気部のレキュペレータ１０１Ｅからの燃焼排ガスを排ガス煙道２Ｃとバイパス煙道３Ａに導くようにし、加熱炉１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｆからの燃焼排ガスの全量を排ガス煙道２Ｃに導くようにしてもよい。更に遮断弁４Ｃ及び遮断弁４Ｄを「開」とすることで、加熱炉１０１Ａの排気部のレキュペレータ１０１Ｅからの燃焼排ガスを排ガス煙道２Ｃとバイパス煙道３Ａに導くようにし、加熱炉１０１Ｂの排気部のレキュペレータ１０１Ｆからの燃焼排ガスを排ガス煙道２Ｃとバイパス煙道３Ｂに導くようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１、２０１…加熱炉の排熱回収設備、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…排ガス煙道、１０２…煙突、３Ａ、３Ｂ…バイパス煙道、４…煙道切替部、５…熱回収ボイラ、６…誘引ファン、８…排ガス流量計算部、１１、２１１…制御部、１１Ｂ…圧力計、１０１Ａ、１０１Ｂ…加熱炉。
【図１】
0006323286.tif 000002
【図２】
0006323286.tif 000003
【図３】
0006323286.tif 000004
【図４】
0006323286.tif 000005
【図５】
0006323286.tif 000006
【図６】
0006323286.tif 000007
【図７】
0006323286.tif 000008
【図８】
0006323286.tif 000009
【図９】
0006323286.tif 000010
【図１０】
0006323286.tif 000011
【図１１】
0006323286.tif 000012
【図１２】
0006323286.tif 000013
【図１３】
0006323286.tif 000014