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公開番号2025089651
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-16
出願番号2023204400
出願日2023-12-04
発明の名称加熱炉の操業方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人弁理士法人銀座マロニエ特許事務所
主分類F27D 7/06 20060101AFI20250609BHJP(炉,キルン,窯;レトルト)
要約【課題】加熱炉の燃焼用燃料として二酸化炭素の排出を抑制し得るアンモニアを用いると共に、窒素酸化物と未燃アンモニアが加熱炉外へ排出される量を低減するのに可能な加熱炉の操業方法および加熱炉を提供する。
【解決手段】加熱炉内を、装入部側を装入領域、搬出部側を搬出領域および装入領域と搬出領域に挟まれた中央領域とに区分し、装入領域、中央領域および搬出領域では、アンモニアを含む燃料ガスを燃焼するバーナ加熱し、加熱炉内の装入部に近い位置に設置した煙道から排ガスを排出し、中央領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比が1.0より大きく1.2以下とし、搬出領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比が1.0以上、及び中央領域における燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比よりも小さくする、加熱炉の操業方法である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
被加熱材を装入部から搬出部まで搬送しながら加熱する加熱炉の操業方法であって、
加熱炉内を、装入部側を装入領域、搬出部側を搬出領域および前記装入領域と前記搬出領域に挟まれた中央領域とに区分し、
前記装入領域、前記中央領域および前記搬出領域では、アンモニアを含む燃料ガスを燃焼するバーナ加熱し、
加熱炉内の装入部に近い位置に設置した煙道から排ガスを排出し、
前記中央領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比が１．０より大きく１．２以下とし、
前記搬出領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比が１．０以上、及び前記中央領域における燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比よりも小さくする、
加熱炉の操業方法。
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
前記搬出領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比は１．１未満とする、
請求項１に記載の加熱炉の操業方法。
【請求項３】
前記搬出領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比が、前記搬出部の開閉扉の開口動作に応じて設定される、
請求項１又は２に記載の加熱炉の操業方法。
【請求項４】
前記装入領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比が１．０以上、及び前記中央領域における燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比よりも小さくする、
請求項１又は２に記載の加熱炉の操業方法。
【請求項５】
前記装入領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比は１．１未満とする、
請求項４に記載の加熱炉の操業方法。
【請求項６】
前記装入領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比は、前記装入部の開閉扉の開口動作に応じて設定される、
請求項４に記載の加熱炉の操業方法。
【請求項７】
前記装入領域におけるバーナ加熱は、燃料ガスの理論空気量に対する平均空気比は、前記装入部の開閉扉の開口動作に応じて設定される、
請求項５に記載の加熱炉の操業方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉の操業方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
銑鋼一貫製鉄所においては、鉄鉱石を還元して溶銑を製造する高炉の炉頂から排出される高炉ガスをはじめとして、転炉やコークス炉で発生する副生ガスを燃料ガスとして有効利用してきた。しかし、近年二酸化炭素の排出量削減の要求に伴い、これらの副生ガスの使用量を低減するための燃焼技術が求められるようになってきた。例えば、銑鋼一貫製鉄所の熱延ラインや厚板圧延ラインなどで鋼材の加熱を行う鋼材用加熱炉でも、副生ガスの使用量を低減し、二酸化炭素の排出量を削減することが求められるようになっている。この場合、鋼材用加熱炉の燃料ガスとして、アンモニアを利用する技術が着目される。すなわち、炭素元素を含まないアンモニアは、燃焼しても主として水と窒素を発生するのみであるから二酸化炭素排出量の削減効果が大きく、鋼材用加熱炉に適用するための技術開発が望まれている。
【０００３】
一方、アンモニアを加熱炉の燃料として使用すると、窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成する点で問題となる。窒素酸化物は、人体に有害であると共に、光化学スモッグや酸性雨の原因になることから、法的な排出規制の対象となっている。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決するため、加熱技術が提案されている。
特許文献１には、火炉にアンモニアを燃料として燃焼可能な燃焼装置と、燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスを案内する煙道とを備え、燃焼装置よりも燃焼ガスの下流位置にて火炉及び煙道の少なくとも一方に設置されると共に、アンモニアを還元剤として火炉あるいは煙道の平面視中央部に向けて噴射する噴射部を備える、ボイラが開示されている。
これにより火炉の中心部にアンモニアを供給することができ、少量のアンモニアであっても還元剤として窒素酸化物を還元できるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、火炉内に化石燃料を燃焼させるためのバーナと、火炉内における燃焼ガスの流れ方向においてバーナの下流側に設けられた追加空気供給部と、追加空気供給部に対して燃料ガスの流れ方向の上流側でアンモニア燃料を火炉に供給するアンモニア燃料供給部とを備えるボイラが開示されている。
これにより、追加空気供給部を備えた２段燃焼ボイラにおいて、追加空気供給部よりも上流側の位置にアンモニア燃料を投入すれば、火炉内の還元雰囲気領域においてアンモニア燃料の燃焼により発生する窒素酸化物がＮ
２
に還元され、窒素酸化物の生成を抑制できるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１９－０８６１９１号公報
特開２０１８－０７６９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来技術を鋼材等の加熱に用いる加熱炉に適用しようとすると、以下のような問題が生じる。
【０００８】
特許文献１に開示された技術は、ボイラ等の燃焼装置を対象として、燃焼ガスの流れ方向における下流側でアンモニアを噴射することにより、燃焼装置で発生する窒素酸化物を還元するものである。この場合、燃焼装置で発生する燃焼ガスの流量に比べて、窒素酸化物を還元するために噴射するアンモニアの噴射量は極めて少量となるため、アンモニアを火炉の中心部に向けて噴射しても、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物と均一に混合しないことがある。その結果、燃焼ガスに含まれる窒素酸化物を効果的に還元できないことがある。そのため、還元剤であるアンモニアが未燃焼のまま火炉の外部に排出されるという問題が生じる。鋼材等の被加熱体を加熱するための加熱炉では、ボイラのような燃焼装置とは異なり、被加熱体を加熱炉に装入し抽出するための開閉扉を備えるのが一般的である。
その場合、加熱炉の開閉扉が開口すると、毒性を有する未燃焼のアンモニア（「未燃ア
ンモニア」ともいう。）が加熱炉の外部に排出され、加熱炉外部の環境が悪化するという
問題が生じる。
【０００９】
特許文献２もボイラ等の燃焼装置を対象とし、火炉内の還元雰囲気領域において窒素酸化物をアンモニアにより還元する。特許文献２には、火炉内に還元雰囲気領域を形成するために、バーナに供給する１次空気は、化石燃料を完全燃焼させるために必要な空気量未満とすることが開示されている。特許文献２に開示された技術は、窒素酸化物の還元反応を行うために、火炉内に一定の空間を確保して、一定の反応時間を必要とする。
一方、鋼材等の被加熱体を加熱するための加熱炉では、加熱炉の内部に燃焼装置（例えばバーナ）だけでなく、被加熱体を載置し装入するための空間を必要とする。これに対して、ボイラのような火炉では、燃料と燃焼用空気との燃焼反応を生じさせるのに必要な空間を備えればよい、という違いがある。
そのため、特許文献２に開示された技術を、被加熱体の加熱を行う加熱炉に適用しようとすると、還元雰囲気領域とする空間が拡大し、結果として還元雰囲気領域の内部で窒素酸化物の還元反応が均一に進行せず、未燃焼のアンモニアが加熱炉の外部に排出されるという問題が生じる。
【００１０】
さらに、特許文献２には、アンモニアを燃焼させるために供給する空気量を理論空気量に対し０．６から１．０の間で変化させた場合に、供給する空気量と火炉の出口での未燃アンモニアのリーク率と、ＮＯｘへの転換率とが相反する特性を有することが開示されている。そのため窒素酸化物（ＮＯｘ）と未燃アンモニアの両方を低減するには、１次空気比を狭い範囲（空気比として０．８近傍）で制御する必要が生じ、加熱炉内の操業条件の変化により窒素酸化物や未燃アンモニアが外部に排出されやすくなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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