(57)【要約】【課題】本発明は、エネルギー効率が比較的高い熱風炉の運転方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、高炉用送風空気を加熱する蓄熱体を有する蓄熱室と、この蓄熱室に連通し、燃焼ガスを供給する燃焼室とを備える複数の熱風炉の運転方法であって、上記燃焼室から蓄熱室に燃焼ガスを供給し、上記蓄熱体を加熱する蓄熱工程と、上記加熱した蓄熱体との熱交換により高炉用送風空気を加熱し、高炉に供給する送風工程とを熱風炉間で位相をずらして交互に行い、上記蓄熱工程で、上記蓄熱室に供給する燃焼ガスの温度を一定に保つよう空気流量を調整し、かつ上記燃焼ガスの流量を経時的に増加させることを特徴とする熱風炉の運転方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉用送風空気を加熱する蓄熱体を有する蓄熱室と、この蓄熱室に連通し、燃焼ガスを供給する燃焼室とを備える複数の熱風炉の運転方法であって、
上記燃焼室から蓄熱室に燃焼ガスを供給し、上記蓄熱体を加熱する蓄熱工程と、
上記加熱した蓄熱体との熱交換により高炉用送風空気を加熱し、高炉に供給する送風工程と
を熱風炉間で位相をずらして交互に行い、
上記蓄熱工程で、
上記蓄熱室に供給する燃焼ガスの温度を一定に保つよう空気流量を調整し、
かつ上記燃焼ガスの流量を経時的に増加させることを特徴とする熱風炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱風炉の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉に空気を供給するために、高炉用送風空気を加熱する蓄熱体を有する蓄熱室と、この蓄熱室に連通し、燃焼ガスを供給する燃焼室とを有する熱風炉を複数備える熱風供給設備が用いられている。このような熱風供給設備における熱風炉の運転は、燃焼ガスによって蓄熱体を加熱する蓄熱工程（燃焼期）と、蓄熱体によって高炉用送風空気を加熱する送風工程（送風期）とを繰り返して行う。熱風供給設備全体としては、熱風炉間の運転タイミングをずらすことで連続的に高炉用送風空気を加熱することができる。
【０００３】
熱風炉は、燃焼ガスが蓄熱体を上から下に通過し、高炉用送風空気が蓄熱体を下から上に通過するよう構成される。蓄熱体は、一般に、燃焼ガス流れ方向上流側部分が高温での熱の授受に適する酸化ケイ素を主成分とする珪石煉瓦により形成され、燃焼ガスの流れ方向下流側部分が低温での熱の授受に適する酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ煉瓦等により形成される。また、蓄熱体は、下側から金属製の支持体によって支持される。
【０００４】
上記珪石煉瓦は、１０００℃を超えるような高温に耐えることができるが、５５０℃程度で変態し、この変態を繰り返すと劣化しやすいため、例えば５８０℃以上を維持して変態させないよう運転することが必要とされる（これを珪石煉瓦温度制約と呼ぶ）。また、蓄熱体を支持する支持体は一般的に金属から形成されるため、蓄熱体を通過した燃焼ガスの温度が例えば３５０℃以下になるよう蓄熱炉を運転することが必要とされる。さらに、熱風炉の煉瓦の耐クリープ性の観点から、蓄熱室に供給される燃焼ガスの温度（ドーム温度）は、例えば１４００℃以下とされることが必要とされる（これをドーム温度制約と呼ぶ）。従って、熱風炉の運転は、これらの温度条件を満たすように行われる。
【０００５】
高橋知子らの「熱風炉燃焼制御技術の開発」には、燃料ガス発熱量、燃料ガス流量、ドーム温度（蓄熱室入口における燃焼ガス温度）等の燃焼制御操作量の目標値を燃焼時間中に可変すると記載されている。上記文献には燃料流量と燃焼空気流量とをどのように変更したのか記載されていないが、上記の温度条件を満たす必要があることには変わりがない。従って、ドーム温度の目標値を燃焼時間中に可変するということは、蓄熱室入口における燃焼ガス温度をドーム温度制約による上限温度よりもさらに低下させることを意味する。しかしながら、蓄熱体に供給すべき熱量は一定であることから、燃焼ガス温度をドーム温度制約よりもさらに低下させるためには、熱量を確保するために燃焼ガスの流量を増大する必要がある。このため、上記文献に記載の方法では、排ガス流量を増加させたために煙突からの放散熱が増加することになり、その結果として燃焼室に供給する燃料が増加させる必要が生じる不都合がある。
【０００６】
特開２０１３−９６００２には、通常は高温域で使用されて、５５０℃付近で結晶変態により膨張及び収縮を行う珪石煉瓦を変態から回避するために、燃焼期の末期に燃料流量を変えずに燃焼空気量を増加させる方法が記載されている。具体的には、上記公報は、燃焼ガス流量が増加、燃焼ガス温度が減少する状況を作り出すことにより、積まれている珪石煉瓦が最も低温になる珪石煉瓦帯最下部の温度を上昇させる方法を開示している。珪石煉瓦温度制約を守ることは必要であるが、燃料流量を変えずに燃焼空気量を増加させると、燃焼ガス流量が増加すると共に燃焼ガス温度が低下し、蓄熱室入口での燃焼ガス温度を上記ドーム温度制約よりもさらに低い温度に低下させる状況を作り出すことになる。その結果、排ガス流量が増加することによって煙突からの放散熱が増加することになり、燃焼室に供給する燃料を増加させる必要が生じる不都合がある。
【０００７】
特許第４７３４０１４には、１周期中の燃焼期間を複数分割してその分割された期間ごとに変えて制御する熱風炉の制御方法であって、例えば前期及び後期に二分割した場合、前期における燃焼ガス温度を後期における燃焼ガス温度よりも高くし、かつ、前期における燃焼ガス流量を後期における燃焼ガス流量よりも小さくする制御方法が提案されている。しかし、後期に燃焼ガス温度を下げる（具体的には、燃焼空気流量を増やして空気比を高くする）ことは、ドーム温度制約よりもさらに低い温度に燃焼ガス温度（蓄熱室入口燃焼ガス温度）を低下させる状況を作り出すことになる。その結果、排ガス流量が増加して煙突からの放散熱が増加することになり、燃焼室に供給する燃料を増加させる必要が生じる不都合がある。
【０００８】
このように、上記文献及び２つの公報に記載の技術では、蓄熱体の出口における燃焼ガスの顕熱としての放熱量が大きくなり易い。このため、蓄熱体を通過した燃焼ガスの顕熱をできるだけ低くしてエネルギー効率を向上することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−９６００２号公報
【特許文献２】特許第４７３４０１４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】高橋知子ら著、「熱風炉燃焼制御技術の開発」電気学会研究会資料、２０１３年１０月３日、１９ｐ−２２ｐ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記不都合に鑑みて、本発明は、エネルギー効率が比較的高い熱風炉の運転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】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた発明は、高炉用送風空気を加熱する蓄熱体を有する蓄熱室と、この蓄熱室に連通し、燃焼ガスを供給する燃焼室とを備える複数の熱風炉の運転方法であって、上記燃焼室から蓄熱室に燃焼ガスを供給し、上記蓄熱体を加熱する蓄熱工程と、上記加熱した蓄熱体との熱交換により高炉用送風空気を加熱し、高炉に供給する送風工程とを熱風炉間で位相をずらして交互に行い、上記蓄熱工程で、上記蓄熱室に供給する燃焼ガスの温度を一定に保つよう空気流量を調整し、かつ上記燃焼ガスの流量を経時的に増加させることを特徴とする熱風炉の運転方法である。
【００１３】
当該熱風炉の運転方法は、熱風炉間で位相をずらして各熱風炉の蓄熱工程と送風工程とを交互に行うことで高炉用送風空気を連続的に加熱することができる。また、当該熱風炉の運転方法は、蓄熱工程を通して燃焼ガスの温度を一定に保ちつつ、蓄熱工程の初期には、燃焼ガスの流量を比較的小さくして、蓄熱体のうちの燃焼ガスの流れ方向上流側部分を主に加熱し、蓄熱体のうちの下流側部分の温度上昇を抑制する。つまり、当該熱風炉の運転方法は、蓄熱工程の前期には蓄熱体の温度勾配を大きくする。さらに、当該熱風炉の運転方法は、蓄熱工程の後期には、燃焼ガスの流量を比較的大きくして、蓄熱体全体に必要とされる熱量を供給するが、このとき、蓄熱工程の初期において蓄熱体の温度勾配を大きくしたことにより、蓄熱体下部を低温に維持して、その結果として蓄熱体出口での燃焼排ガス温度を抑制することが可能になる。このため、当該熱風炉の運転方法は、蓄熱体を通過した燃焼ガスの温度を比較的低くすることができるので、エネルギー効率を高くすることができる。
【００１４】
なお、「空気流量」とは、バーナー等の燃焼装置に供給される空気だけでなく、燃焼装置の後に燃焼ガスに加えられる温度調節用の空気を含めた空気の流量を意味する。また、燃焼ガスの流量を「経時的に増加」とは、連続的に増加させるだけでなく、ステップ状に増加させる（流量を一定に維持する期間が存在する）場合を含み、例えば燃焼停止のための流量減少、空気温度等の揺らぎによる流量減少等の実質的に影響のない流量減少は無視するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
上述のように、本発明の熱風炉の運転方法は、エネルギー効率を比較的高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の運転方法が適用される複数の熱風炉を備える熱風供給設備の構成を示す模式的概略図である。
【図２】図１の熱風炉の構成を示す模式図である。
【図３】熱風炉の運転シミュレーションにおける蓄熱体の温度分布の変化を示すグラフである。
【図４】熱風炉の図３とは異なる運転シミュレーションにおける蓄熱体の温度分布の変化を示すグラフである。
【図５】熱風炉の図３及び図４とは異なる運転シミュレーションにおける蓄熱体の温度分布の変化を示すグラフである。
【図６】熱風炉の図３乃至図５とは異なる運転シミュレーションにおける蓄熱体の温度分布の変化を示すグラフである。
【図７】熱風炉の運転シミュレーションにおける燃焼ガス流量配分と熱効率との関係を示すグラフである。
【図８】図７の運転シミュレーションにおける燃焼ガス流量配分と蓄熱室出口燃焼ガスの顕熱との関係を示すグラフである。
【図９】図７の熱風炉の運転シミュレーションにおける排ガス温度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１８】
［熱風供給設備］
図１の熱風供給設備は、高炉１に熱風を供給するための設備であり、高炉用送風空気を供給するブロワー２と、このブロワー２から供給される高炉用送風空気を加熱する複数の熱風炉３とを備える。複数の熱風炉３は、任意の１以上の熱風炉３を通して高炉１に高炉用送風空気を供給できるよう、ブロワー２と高炉１との間に並列に配設されている。
【００１９】
〔熱風炉〕
各熱風炉３は、図２に示すように、高炉１側に設けられる例えば直立筒状の燃焼室１１と、ブロワー２側に設けられる直立筒状の蓄熱室１２と、燃焼室１１の上端と蓄熱室１２の上端とを接続する接続部１３とを備えている。この熱風炉３は、燃焼室１１で発生した熱を蓄熱室１２で蓄熱し、この熱でブロワー２から高炉１に供給される高炉用送風空気を加熱して熱風にする。なお、図２の矢印は、後述する蓄熱工程における流れ方向を示す。
【００２０】
＜燃焼室＞
燃焼室１１は、側壁に高炉１へ熱風を供給する高炉側配管１４が接続され、高炉側配管１４の接続位置より下方の内部に配設されるバーナー１５と、このバーナー１５に燃料を供給するよう接続される燃料配管１６と、バーナー１５に燃焼用空気を供給するよう接続される空気配管１７とを有する。
【００２１】
燃焼室１１は、燃料配管１６から供給される燃料を燃焼させることで、燃焼ガスを発生することができる。
【００２２】
＜蓄熱室＞
蓄熱室１２は、内部に蓄熱体１８を収容する。また、蓄熱室１２は、蓄熱体１８を支持し、蓄熱室１２の下部に空気が流れる空間を形成する支持体１９を有し、この支持体１９が形成する下部空間に連通するようブロワー側配管２０が接続されている。上記支持体１９は、典型的には金属から形成される。
【００２３】
（蓄熱体）
蓄熱体１８は、上下に空気を流す複数の貫通孔を有する煉瓦を積み上げて形成される。この蓄熱体１８は、運転中の温度分布に応じて材質が異なる複数の層を有する構成とすることができる。具体例としては、蓄熱体１８は、上部を酸化珪素を主成分とする珪石煉瓦によって形成し、下部を酸化アルミニウムを主成分とするアルミナ煉瓦によって形成することができる。これらの煉瓦は、互いの貫通孔が上下に連通するよう積み上げられる。
【００２４】
（支持体）
支持体１９は、上面に蓄熱体１８が積み上げられる例えば格子状の支持体部１９ａと、この支持体部１９ａを燃焼室１１の底面から離間して支持する柱状の複数の脚部１９ｂとを有する構成とすることができる。
【００２５】
＜接続部＞
接続部１３は、燃焼室１１と蓄熱室１２とを気密に接続することにより、燃焼室１１でバーナー１５により生成される燃焼ガスを蓄熱室１２へ案内する流路を構成する。また、接続部１３は、蓄熱室１２で加熱された高炉用送風空気を燃焼室１１へ案内することもできる。この接続部１３は、蓄熱室１２の水平断面における燃焼ガスの流量分布ができるだけ均等になるよう、蓄熱室１２に接続される部分がドーム状に形成されるとよい。
【００２６】
［熱風炉の運転方法］
本発明の一次実施形態の熱風炉の運転方法は、図１の熱風供給設備の複数の熱風炉３に適用される。
【００２７】
当該熱風炉の運転方法は、上記燃焼室１１から蓄熱室１２に燃焼ガスを供給し、上記蓄熱体１８を加熱する工程＜蓄熱工程＞と、上記加熱した蓄熱体１８との熱交換により高炉用送風空気を加熱し、高炉１に供給する工程＜送風工程＞とを熱風炉３間で位相をずらして交互に行う。
【００２８】
具体例としては、熱風供給設備が４つの熱風炉３を備える場合、上記蓄熱工程と送風工程との時間をそれぞれ２分の１サイクルとして等しくし、各熱風炉３の運転タイミングを４分の１サイクルずつずらすことで、常に２つの熱風炉３から高炉１に熱風を供給することができる。なお、蓄熱工程と送風工程との間に切り替え時間が必要な場合には、蓄熱工程の時間を短くするとよい。
【００２９】
＜蓄熱工程＞
上記蓄熱工程では、高炉側配管１４を閉鎖し、燃料配管１６から燃料を、空気配管１７から燃焼用空気をバーナー１５に供給し、バーナー１５において燃料を燃焼させて燃焼室１１内に燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスは、接続部１３を介して蓄熱室１２に供給され、蓄熱体１８を通過して、ブロワー側配管２０へと排出され、ブロワー側配管２０に設けた不図示の分岐路から外部に廃棄される。
【００３０】
この蓄熱工程では、燃焼室１１から蓄熱室１２に供給する燃焼ガスの温度（ドーム温度）を一定に保つよう空気流量を調整し、かつ上記燃焼ガスの流量を経時的に増加させる。
【００３１】
上記空気流量の調整は、燃焼ガスの温度を検出してフィードバック制御を行うものであってもよいが、所望の燃焼ガスの温度に応じて空気流量を一定の値に維持するものであってもよい。つまり、燃料及び燃焼用空気の温度や熱風炉の炉体から雰囲気中への放熱等の変動は、燃焼により得られる熱量に比して小さいため、空気流量を一定に保つことにより蓄熱室１２に供給する燃焼ガスの温度を略一定に保つことができる。
【００３２】
上記燃焼ガスの流量の増加は、バーナー１５に供給される燃料及び空気の流量が経時的に増加させることにより行われる。ここで、蓄熱工程では上述のように燃焼ガスの温度を一定にするので空気流量が略一定に保たれるため、バーナー１５に供給される燃料及び空気の流量が略等しい割合で経時的に増加する。
【００３３】
蓄熱室１２に供給する燃焼ガスの温度としては、熱風炉３、特に接続部１３の耐熱温度以下であって、使用する燃料を安定して燃焼させられるできるだけ高い温度に設定することが好ましい。このように、蓄熱室１２に供給する燃焼ガスの温度をできるだけ高い温度に設定することにより、燃焼ガスの単位熱量当たりの体積が小さくなるので、燃焼ガスの流量を抑制できる。これによって、燃焼ガスが蓄熱体１８を通過するのに要する時間（滞留時間）が大きくなり、燃焼ガスから蓄熱体１８への熱伝達効率が向上するので、蓄熱体１８の上流側により多くの熱を供給し、蓄熱体１８の下流側への熱の供給を抑制することができる。つまり、蓄熱室１２に供給する燃焼ガスの温度を一定に保ち、流量を増加させないことで、蓄熱体１８を通過した時点での燃焼ガスの温度を抑制し、廃棄される熱エネルギーを低減することができる。
【００３４】
さらに、蓄熱工程では、燃焼ガスの流量を経時的に増加させるので、蓄熱工程の初期における燃焼ガスの流量がさらに抑制され、蓄熱体１８の上流側を集中的に加熱して、蓄熱体１８の下流側の温度をより低く維持することができる。このように、蓄熱工程の前半において蓄熱体の下流側の温度上昇を抑制することによって燃焼ガスと蓄熱体１８との間の温度差が大きくなるので、蓄熱工程の後半において燃焼ガスの流量を増加しても、燃焼ガスから蓄熱体１８に比較的効率よく熱伝達することができる。このため、蓄熱体１８を通過した燃焼ガスの温度をさらに抑制し、廃棄される熱エネルギーをより低減することができる。
【００３５】
（伝熱モデル）
上記燃焼ガスから蓄熱体１８への伝熱量は、蓄熱体１８を肉厚の管状体の集合体と考え、管状体とこの中を流れるガスとの軸対象２次元熱伝達としてモデル化することによって計算することができる。
【００３６】
具体的には、燃焼ガスの密度をρ、燃焼ガスの定圧比熱をＣｐ、燃焼ガス又は蓄熱体１８の温度をＴ、時間をｔ、燃焼ガス軸向速度をｗ、軸方向座標をｚ、半径方向位置をｒ、ｒにおける熱流束をｑｒ、熱伝導率をλとすると、燃焼ガス及び蓄熱体１８のエネルギー方程式は、いずれも次の式（１）で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2017166049.tif 000003
【００３８】
また、燃焼ガスと蓄熱体１８との界面における熱流束ｑｒは、熱伝達係数をｈ、燃焼ガスの温度をＴｇ、蓄熱体１８の温度をＴｓ、二酸化炭素による放射熱をｑｃｏ２、水蒸気による放射熱をｑＨ２Ｏとして、次の式（２）で表すことができる。
【００３９】
【数２】
2017166049.tif 000004
【００４０】
なお、上記式（２）における熱伝達係数ｈは、管状体の内径（蓄熱体１８の貫通孔の直径）をｄ、燃焼ガスの熱伝導率をλｇとし、レイノルズ数Ｒｅ、プラントル数Ｐｒ及びヌセルト数Ｎｕ、並びに補正係数βを用いて、管内の乱流熱伝達係数式に基づいて、次の式（３）で表すことができる。なお、補正係数βは、貫通孔の内面の凹凸等による誤差を補正するための係数であり、実際に熱風炉３を運転して、例えば蓄熱体１８の出口における燃焼ガス温度等の測定値とシミュレーションにより算出される値との差から決定することができる。
【００４１】
【数３】
2017166049.tif 000005
【００４２】
また、燃焼ガス及び蓄熱体１８の内部における熱流束ｑｒは、次の式（４）で表すことができる。
【００４３】
【数４】
2017166049.tif 000006
【００４４】
上記式（１）を燃焼ガスの質量流量ｍｇを用いて書き換えると、次の式（５）のように表される。
【００４５】
【数５】
2017166049.tif 000007
【００４６】
上記式（５）は、左辺第１項は温度の時間勾配（例えば９０分で２００℃程度変化する）であり、右辺第２項は鉛直方向の温度の２階微分である。このため、これら左辺第１項及び右辺第２項が他の２項に比して十分に小さいので、近似的にはこれら２項を省略することができる。また、燃焼ガスＣｐの変化が小さいと考えられるのでＲｅ＝ρｗｄ／μ（μは粘性係数）を用いて書き直すと、次の式（６）のように表すことができる。
【００４７】
【数６】
2017166049.tif 000008
【００４８】
この式（６）において、右辺第１項は対流伝熱を表し、右辺第２項は放射伝熱を表す。式（６）では、燃焼ガスの質量流量ｍｇが増加すると右辺第１項も右辺第２項も小さくなることから、燃焼ガスの質量流量ｍｇが増加すると流れ方向の温度勾配が小さくなることが分かる。つまり、燃焼ガスの蓄熱体１８の通過速度が大きくなると、蓄熱体１８に与える熱量が減少し、燃焼ガスがあまり温度低下せず流出する。この傾向は質量流量ｍｇの−０．２乗に比例する対流伝熱よりも質量流量ｍｇの−１乗に比例する放射伝熱の方が大きい。
【００４９】
従って、蓄熱体１８の主に上流側部分に着熱させたい（温度勾配を大きくしたい）場合には燃焼ガスの質量流量ｍｇを小さく、蓄熱体１８の下流側部分も比較的多く着熱させたい（温度勾配を小さくさせたい）場合には燃焼ガスの質量流量ｍｇを大きくすればよいことが分かる。
【００５０】
上記式（５）を解く伝熱モデルをコンピューター上でシミュレーションすることによって、蓄熱工程及び後述する送風工程における蓄熱体１８の高さ位置毎の温度変化及び蓄熱体１８を通過した燃焼ガスの温度変化を予測することができる。
【００５１】
このようなシミュレーションを、燃料流量のプロファイル（経時変化）が異なる場合について行い、このシミュレーション結果に基づいて、蓄熱体１８の珪石煉瓦で形成される範囲の温度が５８０℃以上を維持することができ、かつ蓄熱体１８を通過した燃焼ガスのエンタルピーと流量との積の時間積分値として算出される廃棄熱エネルギー量ができるだけ小さくなるよう、燃焼ガスの流量のプロファイルを決定するとよい。
【００５２】
シミュレーションは、結果の比較が容易となるよう、燃料流量のプロファイルを簡素化して、少ないパラメーターについて整理できるようにするとよい。具体的には、例えば、蓄熱工程の時間を２等分して前半と後半とで燃料流量を異ならせる場合、前半の燃料流量を唯一のパラメーターとすることができるので、この前半の燃料流量と廃棄熱エネルギー量との関係を２次元のグラフにプロットして、最も廃棄熱エネルギー量が小さくなる燃料流量のプロファイルを比較的容易に選択することができる。
【００５３】
仮に、蓄熱工程の時間を３等分する場合、廃棄熱エネルギー量は、初期、中期及び終期の３期の中の２期の燃料流量との２変数関数として表される。各変数について同じ分割数で廃棄熱エネルギー量を算出すると分割数の２乗回のシミュレーションを行うことになる。つまり、燃料流量のプロファイルのパラメーターを増加すると、必要とされるシミュレーションの数が指数関数的に増大する。このため、蓄熱工程の時間を２等分したシミュレーションにより、前半と後半との燃料流量の比の最も好ましい値を決定した後、前半又は後半をさらに２等分して燃料流量を変化させるシミュレーションを行うことで、段階的に燃料流量のプロファイルのパラメーターを増加させてもよい。
【００５４】
蓄熱工程は、燃料配管１６からの燃料の供給及び空気配管１７からの燃焼用空気の供給を停止して、バーナー１５の運転を休止することにより終了する。また、バーナー１５の運転を休止してから次に説明する送風工程に移る前に、ブロワー２から熱風炉３に清浄な空気を供給し、高炉側配管１４に設けられる不図示の分岐から系外に排出することにより、熱風炉３の内部に残留する燃焼ガスをパージしてもよい。
【００５５】
＜送風工程＞
上記送風工程では、ブロワー側配管２０から蓄熱室１２に高炉用送風空気を供給し、蓄熱体１８を通過する際に蓄熱体１８によって加熱された高炉用送風空気を、接続部１３とバーナー１５の燃焼を停止している燃焼室１１とを経由し、さらに高炉側配管１４を通して高炉１に供給する。
【００５６】
＜利点＞
上述のように、当該熱風炉の運転方法は、蓄熱工程の前期において燃焼ガスの流量を少なくするので、蓄熱体１８の温度勾配を大きくすることができる。また、蓄熱工程の後期には、燃焼ガスの流量を大きくして蓄熱体１８全体に必要とされる熱量を供給するが、先に蓄熱体１８の温度勾配を大きくておくことにより、蓄熱体１８全体を通して燃焼ガスと蓄熱体１８との間の温度差が比較的大きくなる。このため、当該熱風炉の運転方法は、燃焼ガスの熱を効率よく蓄熱体１８に伝達できるので、エネルギー効率を比較的高くすることができる。
【００５７】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００５８】
例として、当該熱風炉の運転方法で使用する熱風炉の数は、２以上の任意の数とすることができ、熱風炉の運転の位相差も運転する熱風炉の数に応じて選択することができる。また、複数の熱風炉が同じ位相となるよう、複数の熱風炉を複数のグループに分けて運転してもよい。
【００５９】
また、当該熱風炉の運転方法の蓄熱工程における燃焼ガスの流量のプロファイルは、経験的に定めてもよい。また、燃焼ガスの流量は、燃料の流量と略比例関係にあるため、燃焼ガスの流量のプロファイルは、燃料の流量のプロファイルを設定することにより間接的に定めてもよい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００６１】
蓄熱体の全高が４３ｍで、蓄熱体の下端から２８ｍ以上の上側部分が珪石煉瓦から形成される円筒形蓄熱室を持つ熱風炉のモデルについてシミュレーションを行って、蓄熱体の高さ方向の温度分布、蓄熱室を通過した燃焼ガスの顕熱温度等をそれぞれ算出した。
【００６２】
（シミュレーションＮｏ．１）
シミュレーションＮｏ．１では、熱風炉の操業サイクルを１８０分とし、蓄熱工程を８０分、蓄熱工程と送風工程との切り替えを１０分、送風工程を９０分、蓄熱体に供給する燃焼ガスの温度を１４００℃、高炉への送風温度を１２００℃とした。また、蓄熱工程を前半４０分と後半４０分とに分けて前半における燃焼ガスの供給量を合計供給量の１０％とし、蓄熱工程における蓄熱体の蓄熱量と送風工程における高炉への送風空気流量とを等しくした。
【００６３】
（シミュレーションＮｏ．２〜６）
シミュレーションＮｏ．２〜６では、蓄熱工程の前半における燃焼ガスの供給量を合計供給量のそれぞれ２０％、３５％、５０％、６５％及び８０％とした以外は、上記シミュレーションＮｏ．１と等しい条件とした。
【００６４】
（シミュレーションＮｏ．７）
シミュレーションＮｏ．７では、蓄熱工程の前半における燃焼ガスの供給量を合計供給量の５０％とし、蓄熱工程における燃焼ガスの流量をシミュレーションＮｏ．１の燃焼ガス流量の約８５％とした以外は、上記シミュレーションＮｏ．１と等しい条件とした。
【００６５】
（シミュレーションＮｏ．８）
シミュレーションＮｏ．８では、蓄熱工程の前半における燃焼ガスの供給量を合計供給量の５０％とし、蓄熱体に供給する燃焼ガスの温度を１２７０℃とした以外は、上記シミュレーションＮｏ．１と等しい条件とした。
【００６６】
このシミュレーションによって得られた結果を次の表１に示す。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
また、図３〜６には、シミュレーションＮｏ．３，４，７，８の蓄熱工程の開始時、蓄熱工程の開始から４０分後及び蓄熱工程終了時における蓄熱体の高さ方向の温度分布を示す。図示する温度分布は、蓄熱工程と送風工程とを繰り返したときのものであり、送風工程では、蓄熱工程終了時から蓄熱体の温度が低下し、送風工程終了時には蓄熱工程開始時の温度分布となる。
【００６９】
蓄熱工程の前半における燃焼ガスの供給量を小さくしたシミュレーションＮｏ．３（図３）では、蓄熱工程の前半と後半で燃焼ガスの供給量が等しいシミュレーションＮｏ．４（図４）と比べて、蓄熱工程の開始から４０分後における蓄熱体の温度が全体に低くなっている。
【００７０】
燃焼ガスと送風空気との流量バランスを変えたシミュレーションＮｏ．７（図５）では、温度分布の図が全体に上に凸となっており、表１に示すように、珪石煉瓦下部温度が珪石煉瓦温度制約を充足しない低い温度となっている。このためシミュレーションＮｏ．７は、比較的熱効率が高いが、珪石煉瓦を劣化させるため、実際には適用することができない。
【００７１】
蓄熱体に供給する燃焼ガスの温度を低くしたシミュレーションＮｏ．８（図６）では、珪石煉瓦温度制約等の条件を充足するが、表１に示すように、シミュレーションＮｏ．１〜６に比べて熱効率が低くなっている。従って、シミュレーションＮｏ．１〜６のように、蓄熱体に供給する燃焼ガスの温度をドーム温度制約を充足する可能な限り高い温度とすることで、熱効率を向上できると言える。
【００７２】
また、シミュレーションＮｏ．１〜６における蓄熱体への着熱効率及び蓄熱体出口における燃焼排ガスの顕熱（排気熱量）を図７及び図８に示す。
【００７３】
図示するように、蓄熱工程前半での燃焼ガスの供給量が全体の２０％である場合及び３５％である場合には、蓄熱工程前半での燃焼ガスの供給量が全体の５０％である場合、つまり蓄熱工程全体を通じて一定量の燃焼ガスを供給する場合よりも熱効率が高いことが確認できた。従って、燃焼ガスの流量を経時的に増加させることで、熱風炉の熱効率を向上し得る。また、蓄熱工程終了時の珪石煉瓦下部温度も十分に高い温度であった。
【００７４】
図９に、最も熱効率が高かった蓄熱工程前半での燃焼ガスの供給量を全体の３５％とした場合と、蓄熱工程前半での燃焼ガスの供給量を全体の５０％として従来同様に燃焼ガス供給量が略一定となるようにした場合とについて、供給した燃焼ガスの積算流量と熱室出口における燃焼ガス温度の時間変化を示す。この燃焼ガス温度に比例する顕熱が熱風炉において有効利用されない熱であり、その積分値（グラフ面積）が損失熱量を表す。
【００７５】
図示するように、蓄熱工程前半での燃焼ガスの供給量を全体の３５％とした場合には、燃焼ガス供給量を略一定とした場合に比べて、前半でのグラフの傾きが小さく、熱損失が抑制される結果、蓄熱工程全体における熱損失が抑制された。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の熱風炉の運転方法は、複数の熱風炉を用いて高炉用送風空気を加熱するために利用される。
【符号の説明】
【００７７】
１  高炉
２  ブロワー
３  熱風炉
１１  燃焼室
１２  蓄熱室
１３  接続部
１４  高炉側配管
１５  バーナー
１６  燃料配管
１７  空気配管
１８  蓄熱体
１９  支持体
１９ａ  支持体部
１９ｂ  脚部
２０  ブロワー側配管
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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