(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱風炉の排熱で昇温された熱媒体(30)により、単独ガス又は混合ガスからなる高炉ガスを少なくとも含んでいる被加熱気体(31)を昇温する熱交換器(16)の運転方法であって、前記熱交換器(16)内を還流する前記熱媒体(30)の流量を減少させて前記被加熱気体(31)の昇温温度を下げることにより、前記被加熱気体(31)に含まれる組成物を液体化させて液体組成物を生じさせ、前記熱交換器(16)内に付着した固形物を前記液体組成物で除去することを特徴とする熱風設備の運転方法。
【請求項２】
前記高炉ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素及び塩素を含む燃料ガスであり、前記熱交換器(16)内に付着する前記固形物は塩化アンモニウムを含有する付着物であることを特徴とする請求項１記載の熱風設備の運転方法。
【請求項３】
前記熱交換器(16)は、高炉へ熱風を送風する熱風炉設備の燃料ガス管(7)に設置され、熱風炉を蓄熱するための燃料ガスを昇温しており、各熱風炉で時間差を保持して燃焼運転および送風運転を繰り返すように運転制御されており、前記付着物除去工程は、前記熱風炉の前記燃焼運転の開始後の所定時間において前記熱媒体(30)の流量を減少させることにより、前記熱交換器(16)内に前記被加熱気体(31)の液体分が存在する温度にまで前記被加熱気体(31)の温度を低下させることを特徴とする請求項１または２記載の熱風設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に付着する付着物を除去するための熱風設備の運転方法に関し、特に、熱交換器を停止させることなく熱交換器の付着物を除去できるようにするための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていた熱風設備としては図３で示される、例えば特開平９−２８７０１３号公報記載の熱風炉の熱利用装置の構成を挙げることができる。すなわち、図３に示すように、従来の熱風炉システムでは、熱風炉の燃焼室１０に燃料ガス及び燃焼用空気を別々に供給し、燃焼室１０に内蔵した燃焼器で燃焼した燃焼ガスを連絡管１２を経由させ蓄熱室１１に入れ、蓄熱室１１に内蔵した蓄熱体を加熱する。そして、その後煙道弁１、煙道２を通し煙突３を経て燃焼排ガスとして大気に放散される。なお、燃焼用空気は燃焼用空気用ブロアによって昇圧され燃焼用空気管５、バーナ空気弁６を経て、また燃料ガスは燃料ガス管７、ガス遮断弁８、バーナガス弁９を経て燃焼器に入る。燃焼室１０で所定の設定時間燃焼した後、燃焼を止め送風に切り替わる。送風空気は、送風空気ブロア２０によって昇圧され送風空気管２１、送風空気弁１９を経て蓄熱室１１に入り、蓄熱室１１内の蓄熱体の中を通り昇温され、連絡管１２、燃焼室１０を経て高炉へ送られる。
【０００３】
また、煙道２の途中に第１熱交換器１４、燃焼用空気管５の途中に第２熱交換器１５、燃料ガス管７の途中に第３熱交換器１６を内設し、それぞれの熱交換器間を熱媒体が熱媒体循環ポンプ１３により循環できる閉回路を設けている。この装置において、熱媒体は、まず煙道中の第１熱交換器１４に入り、燃焼排ガス顕熱により昇温され、高温熱媒体は閉回路を通って燃焼用空気配管中の第２熱交換器１５及び燃料ガス管中の第３熱交換器１６に入り、燃焼用空気及び燃料ガスを昇温する。燃焼用空気及び燃料ガスを昇温することにより熱媒体の温度は低下し、再び閉回路を通って煙道中の第１熱交換器１４に入る。なお、熱風炉の運転時の燃焼排ガス温度及び風量、燃焼用空気量、燃料ガス量の変化に対応し、熱媒体の循環量を調節するため、バイパス管１８と調節弁１７を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
図４は、図３における熱交換器１６を拡大して示す構成図であるが、前記第１熱交換器１４で熱交換された熱媒体３０により燃料ガス３１を昇温している。この燃料ガス３１に高炉ガスが使用されると、そのガス組成は一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）窒素（Ｎ２）を含むとともに、高炉原料中の塩素が炉内反応により塩化水素（ＨＣｌ）となったものや窒素と水素が化合しアンモニア（ＮＨ３）となったものが高炉よりガスとともに排出され、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）となり高炉ガス中に粒子径が０．１〜１．０μｍの固体として存在したり、ミスト中に溶解して存在する。そして、この塩化アンモニウムが熱交換器内部のフィン等に付着する。
【０００５】
この塩化アンモニウムの付着量が増大し、熱交換器１６に堆積してくると、燃料ガス３１が熱交換器１６の抵抗により熱風炉に供給されにくくなるため、図示しないバイパス弁を開け燃料ガス３１の供給量を確保するが、バイパス側を流れた燃料ガスは、熱交換器１６による予熱が行われず熱効率が悪化するため、高炉などでは約３ヶ月毎の高炉休風日に熱交換器１６の熱交換フィンを取り外し、高圧水によって付着物を除去していた。この作業には多額の費用が掛かり、高炉溶銑の製造コスト上昇を招いていた。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、熱交換器を停止させることなく、かつ、熱交換器の熱交換フィンを取り外すことなく付着物を除去できる工程を備える熱風設備の運転方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱風設備の運転方法は、熱風炉の排熱で昇温された熱媒体により、単独ガス又は混合ガスからなる高炉ガスを少なくとも含んでいる被加熱気体を昇温する熱交換器の運転方法であって、前記熱交換器内を還流する前記熱媒体の流量を減少させて前記被加熱気体の昇温温度を下げることにより、前記被加熱気体に含まれる組成物を液体化させて液体組成物を生じさせ、前記熱交換器内に付着した固形物を前記液体組成物で除去する構成である。
【０００８】
また、前記高炉ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素及び塩素を含む燃料ガスであり、前記熱交換器内に付着する前記固形物は塩化アンモニウムを含有する付着物である構成である。
【０００９】
さらに、前記熱交換器は、高炉へ熱風を送風する熱風炉設備の燃料ガス管に設置され、熱風炉を蓄熱するための燃料ガスを昇温しており、各熱風炉で時間差を保持して燃焼運転および送風運転を繰り返すように運転制御されており、前記付着物除去工程は、前記熱風炉の前記燃焼運転の開始後の所定時間において前記熱媒体の流量を減少させることにより、前記熱交換器内に前記被加熱気体の液体分が存在する温度にまで前記被加熱気体の温度を低下させる構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による熱風設備の運転方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
なお、従来装置と同一または同等部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１１】
一般的な熱風設備においては、図１のタイムチャートで示すように、３基以上の熱風炉の各々で燃焼運転及び送風運転を繰り返しながら、２基の燃焼運転が重複するように運転制御を行っている（以下、このような運転を２基燃焼と称する。また付着物除去工程については後述する）。
このような３基以上の熱風炉の燃焼期に排出される排ガスで昇温された熱媒体は、従来技術の説明で用いた図４を援用して説明すると、熱交換器１６を通流する熱媒体であり、この熱媒体により被加熱気体である燃料ガスを昇温している。
【００１２】
本発明の熱風設備の運転方法を適用する熱風設備の熱交換器は、熱媒体流量が５０Ｔ／Ｈ（トン／時間）で約４０℃の燃料ガスを約９０℃に昇温して通過させており、熱交換フィン付きの５０本のチューブが４列に配列された熱交換器である。
このような状態では、図２（ａ）に示すように４０℃で熱交換器１６に入る燃料ガス（以下、入り側の燃料ガスと称する）が１列目と２列目の熱交換フィンの間、２、３列目の熱交換フィンの間、３、４列目の熱交換フィンの間、及び、熱交換器１６から出る燃料ガス（以下、出側の燃料ガスと称する）で、それぞれ５１．４℃、６３．６℃及び７６．７℃、９０℃に昇温される。
【００１３】
このような熱媒体流量では、熱交換効率は良いものの、熱交換器の第１列目を燃料ガスが通過した時点で、燃料ガス中に水分とともにミスト状態で含有されていた固体組成物は昇華又は全て水蒸気化されており、熱交換器内のフィン等に付着した固形物を除去できず、燃料ガスは熱交換器内を通過することとなる。
ちなみに、燃料ガス温度とミスト量の関係を調査した結果を表１に示す。
ここで、表１に示す入り側の燃料ガスの温度に対する入り側の燃料ガス中の単位燃料ガス当たりのミスト量、飽和水蒸気量（飽和水蒸気圧における水蒸気量）及びこれらの合計量の表を参照すると、入り側の燃料ガス温度が４３．７℃以下であれば燃料ガス中にミストが含まれ、液体分が発生することがわかる。
本発明は、表１の調査結果に基づいてなされたもので、通常は熱交換効率を高めるべく所定量の熱媒体流量で運転しつつ、単独ガス又は混合ガスからなる高炉ガスを少なくとも含んでいる被加熱気体に一時的に液体分のミストが発生する温度まで熱媒体流量を下げることにより、被加熱気体の昇温温度をさげて被加熱気体中にミスト状態を発生させて、該ミストで熱交換器内のフィン等に付着した固形物を溶解又は洗浄（除去）するものである。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
さらに具体的には、図１におけるＮｏ．１熱風炉における燃焼運転時の最初の斜線部で示すように、燃焼運転が開始後の５分間だけ熱風炉における熱媒体の流量を減少させる不純物除去工程を行なう。入り側の燃料ガスの温度を４０℃にまで低下させると、１、２列目の熱交換フィンの間における温度が４１．７℃であり、２、３列目間、３、４列目間及び出側においては４３．９℃、４６．６℃及び５０℃となり、１、２列目ではミスト状態が残り、このミストで熱交換機内のフィン等を洗浄することができる。
【００１６】
即ち、図２（ｂ）に示すように、２列目の熱交換フィンまでは送気される燃料ガスに液体分であるミストが含まれており、１，２列目の熱交換フィンでは付着した塩化アンモニウムがミストにより溶解されて除去されることが分かる。
実際、熱交換フィンの目詰まり除去についても、従来は３ヶ月おきに行っていたものが６ヶ月おきに行えば足りるようになり、高圧水による熱交換フィン洗浄作業の実施回数を２回／年（従来は４回／年）にまで減少させることができ、操業経費を大幅に削減することができた。
尚、ここで燃焼運転が開始後の初期段階で不純物除去工程を行う理由は、熱風炉の蓄熱初期段階では、燃料ガスの熱交換効率を下げる、すなわち燃料ガス昇温が小さくなる不純物除去工程を行っても、熱風炉自体の温度がまだ低温域であるため、熱効率低下影響を最も小さく抑えることができるためである。
【００１７】
このような不純物除去工程は、必要に応じて少なくとも１つの熱風炉で行えば良く、付着物が除去しにくい場合や付着量が多い場合には、３つの熱風炉で順次不純物除去工程を行えばよい。
また、熱媒の流量や流量を制限する時間についても、本発明を適用する熱風設備に応じて最適な値を選択すればよい。
【００１８】
以上、本発明の熱風設備の運転方法によれば、単独ガス又は混合ガスからなる高炉ガスを少なくとも含んでいる被加熱気体である燃料ガス３１を熱媒体３０により昇温する熱交換器１６に付着した燃料ガス３１中の成分（付着物）を除去するために、熱交換器１６を昇温する熱媒体３０の流量を減少させて熱交換器１６内における燃料ガス３１の温度を下げることにより、その空間内（ここでは熱交換器１６）における飽和蒸気圧を下げて、入り側の燃料ガス１６内に含まれる組成物を液状化させて液体組成物を含有するミストを発生させるので、熱交換器１６内の熱交換フィンへの付着物を燃料ガス３１の液体分（ミスト）に溶解させて除去することができる。なお、熱交換フィンから除去された付着物は、燃料ガス配管経路にあるシールポットからドレンとして排出される。
【００１９】
なお、単独ガス又は混合ガスからなる高炉ガスを少なくとも含んでいる被加熱気体において、高炉ガスは一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素及び塩素を含む燃料ガスであり、熱交換器１６内に付着する固形物は塩化アンモニウムを含有する付着物である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の熱風設備の運転方法は、熱風炉の排熱で昇温された熱媒体により、単独ガス又は混合ガスからなる高炉ガスを少なくとも含んでいる被加熱気体を昇温する熱交換器の運転方法であって、前記熱交換器内を還流する前記熱媒体の流量を減少させて前記被加熱気体の昇温温度を下げることにより、前記被加熱気体に含まれる組成物を液体化させて液体組成物を生じさせ、前記熱交換器内に付着した固形物を前記液体組成物で除去するので、熱風設備の運転を停止させることなく不純物を除去でき、運転に必要な経費を大幅に削減することができる。
【００２１】
また、前記高炉ガスは、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素及び塩素を含む燃料ガスであり、前記熱交換器内に付着する前記固形物は塩化アンモニウムを含有する付着物であるので、前記被加熱気体の液体分に容易に前記付着物を溶解させることができ、運転に必要な経費を大幅に削減することができる。
【００２２】
さらに、前記熱交換器は、高炉へ熱風を送風する熱風炉設備の燃料ガス管に設置され、熱風炉を蓄熱するための燃料ガスを昇温しており、各熱風炉で時間差を保持して燃焼運転および送風運転を繰り返すように運転制御されており、前記付着物除去工程は、前記熱風炉の前記燃焼運転の開始後の所定時間において前記熱媒体の流量を減少させることにより、前記熱交換器内に前記被加熱気体の液体分が存在する温度にまで前記被加熱気体の温度を低下させて運転されるので、前記熱風炉の熱効率を大幅に低下させることなく、かつ、熱風設備の運転を停止させずに前記熱交換器の前記付着物を除去できる熱風設備の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的な熱風設備における３基の熱風炉で行う２基燃焼の様子を示すタイムチャートである。
【図２】  本発明の熱風設備の運転方法の付着物除去工程による付着物除去の原理を概念的に示す概念図である。
【図３】  特開平９−２８７０１３号公報記載の熱風炉の熱利用装置を概略的に示す構成図である。
【図４】  熱交換器周辺の様子を拡大して概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１６  熱交換器
３０  熱媒体
３１  燃料ガス（被加熱気体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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