以下、本発明を具体的に説明する。
 製鋼用アーク炉から排出される排ガスの顕� ��および燃焼熱を利用して廃熱ボイラーで飽� ��蒸気を回収した場合、製鋼用アーク炉の稼� ��形態はバッチ式であるので、蒸気の発生が� ��絶える期間が生じる。蒸気の発生量のばら� ��きが大きいと、例えば、この蒸気を利用し� ��電気炉製鋼工場で使用する電力を発電する� ��どの場合のリスクが大きく、蒸気の有効活� ��が困難である。本発明者らは、この問題を� ��決するべく検討を実施した。
 図1に、1ヒートが70分である製鋼用アーク炉 からの排ガスの燃焼塔入側及び出側での温度 変化の例を示す。ここで、1ヒートとは、原� �(鉄源)装入−溶解−原料追加装入−溶解−精 錬−出鋼という、一連のプロセスを示し、こ の間に製鋼用アーク炉から発生する排ガスの 温度は大きく変動する。例えば、図1の燃焼� �入口温度で示すように、通電開始後から排� �ス温度は上昇し、最初に装入した鉄源が溶� �するころには一時的に1400℃近傍に達するが� ��鉄源の追加装入によって一旦400℃程度まで� ��下する。その後、追加装入した鉄源の溶解� ��進行に伴って排ガス温度は再度上昇して1200 ℃程度に達し、完全に鉄源が溶解する時点(� �溶け落ち」という)を経過して、溶け落ち後� ��実施する脱炭精錬や成分調整などの精錬期� ��まで、1200℃程度に維持される。この排ガス 温度の高い期間(以下、「高温期」ともいう)� ��20~25分間継続する。
 一方、精錬期間終了後の出鋼に伴って排ガ� ��温度は低下し、出鋼完了後には200℃以下に� ��下する。そして、出鋼完了後から次ヒート� ��原料装入を経て次ヒートの通電開始による� ��温開始まで、200℃以下の温度の低い期間(以 下、「低温期」ともいう)が7~10分間程度継続� ��る。
 この排ガスの顕熱および燃焼熱を利用して� ��収される飽和蒸気の量は、排ガスの燃焼塔� ��口温度の変動に対応して変動することにな� ��。尚、排気ファンの回転数が一定の場合は� ��排ガス風量の変動は余りないことを確認し� ��いる。
 ところで、複数の製鋼用アーク炉が設置さ� ��た電気炉製鋼工場では、これらの製鋼用ア� ��ク炉の稼働形態は、一般的にはそれぞれ独� ��している。つまり、それぞれの製鋼用アー� ��炉からの排ガスの高温期は、重なり合うこ� ��もあるが、ずれることの方が一般的であり� ��従って、それぞれの製鋼用アーク炉で生成� ��れる飽和蒸気を1つに合流させれば、自ずと 合流後の蒸気量は平準化されるとの知見を得 た。また、それぞれの製鋼用アーク炉からの 排ガスの低温期が重ならずに交互に出現する ように、意図的に製鋼用アーク炉の稼働形態 を制御した場合には、蒸気量はより一層平準 化されるとの知見を得た。
 図2は、図1の排ガス温度パターンを示す製� �用アーク炉を4基設置し、4基の製鋼用アーク 炉の通電開始時刻を17~18分、順次ずらして稼� ��させたときの排ガス温度の平均値を示す図� ��ある。図2に示すように、燃焼塔入口での排 ガス温度の変動幅は軽減され、且つ変動周期 は小さくなることが分かる。それぞれの製鋼 用アーク炉に廃熱ボイラーを設置し、それぞ れの廃熱ボイラーで発生する飽和蒸気を合流 させた場合の蒸気量変動パターンは、図2に� �す燃焼塔入口での排ガス温度の変動パター� �に準じることになる。
 即ち、複数の製鋼用アーク炉からの発生蒸� ��を1つに合流させ、好ましくは、それぞれの 製鋼用アーク炉からの排ガスの低温期が重な らずに交互に出現するように、それぞれの製 鋼用アーク炉の稼働形態を制御することによ って、合流させた後の蒸気発生パターンは平 準化されるとの知見を得た。なお蒸気アキュ ムレータが存在することにより蒸気発生パタ ーンの平準化はさらに容易になる。
 また、製鋼用アーク炉から発生する排ガス� ��、軟化スラグ粒やダストを多量に含んでお� ��、排ガスの顕熱および燃焼熱を廃熱ボイラ� ��で安定して回収するためには、ボイラー伝� ��管を排ガス中の軟化スラグ粒やダストの影� ��を受けない構造にすることが望ましい。そ� ��で、本発明では、好ましい形態として、排� ��ス温度が800℃以上の温度域に設置されるボ� ��ラー伝熱管を輻射型伝熱管のみとした。こ� ��で、輻射型伝熱管とは、蒸気発生面である� ��熱管群で熱伝達室の境界面を形成させるこ� ��、つまり、伝熱管群により水冷壁形式を形� ��することである。ボイラー伝熱管によって� ��冷壁を形成するので、軟化スラグ粒やダス� ��は付着しにくく、また付着しても容易に剥� ��させることができる。
 一方、対流伝熱管は、水管で空間に格子を� ��り、その隙間に熱風を流すので、付着性の� ��いダストを含むガスでは、水管に付着した� ��スト層が成長してブリッジを作り、最後は� ��塞する恐れがある。この現象を避けるため� ��、上記のようにスラグの軟化温度以上(800℃ 以上)の高温域では対流伝熱管の使用を避け� �、水管で壁面を構成する輻射伝熱管のみを� �用する。排ガス温度がこの温度以下の下流� �には、対流型伝熱管を設置しても問題はな� �。
 本発明においては、図2の温度変動に対応し て変動する合流蒸気の流量を更に平準化する と同時に、生成した蒸気を貯留するために、 飽和蒸気の合流部後段(下流側)にアキュムレ� ��ターを設置する。また、蒸気を発電などに� ��用するためには飽和蒸気を過熱蒸気に変換� ��ることが好ましく、従って、必要に応じて� ��和蒸気を過熱蒸気に変換するための蒸気過� ��器を設置する。構造上対流伝熱形式とする� ��とが好ましい蒸気過熱器は、軟化スラグ粒� ��飛来する高温部には設置困難であるため、� ��別の廃熱ボイラーの下流側または廃熱ボイ� ��ーからの排ガスを合流させた以降に設置す� ��。
 本発明は、これらの知見に基づきなされた� ��のであり、製鋼用アーク炉から排出される� ��ガスの顕熱および燃焼熱を回収するための� ��熱ボイラーを、複数の製鋼用アーク炉にそ� ��ぞれ設置し、それぞれの廃熱ボイラーで発� ��する飽和蒸気を合流させ、合流させること� ��飽和蒸気の量を平準化することを特徴とし� ��いる。この場合、排ガス温度が800℃以上の� ��度域に配置するボイラー伝熱管は輻射型伝� ��管とすることが好ましい。
 以下、本発明の具体的な実施の形態例を図� ��を参照して説明する。図3は、本発明の実施 の形態例を示す図であり、4基の製鋼用アー� �炉からの排ガス顕熱および燃焼熱から飽和� �気を回収する構成を示す図である。
 図3において、製鋼用アーク炉1は、3本の電� ��15を有する3相交流型であり、鉄スクラップ� ��還元鉄などを鉄源として溶解し、溶鋼16を� �製する装置である。溶鋼16の湯面上には生石 灰などを造滓剤としてスラグ17が形成されて� ��る。図3において、符号19は脱炭精錬用の酸� ��ガス吹込ランス、符号20は、炭材添加用の� �材吹込ランスである。
 それぞれの製鋼用アーク炉1の排ガスは、廃 熱ボイラーを構成する輻射型の伝熱管10がそ� ��内壁に設置された燃焼塔2に導入され、更に 、燃焼塔2の下流側の水冷ダクト3に導入され� ��ようになっている。水冷ダクト3の内壁にも 、廃熱ボイラーを構成する輻射型の伝熱管10A 及び伝熱管10Bが設置されている。図3では、� �冷ダクト3の上流側の伝熱管10Aと下流側の伝� ��管10Bとで伝熱管を2つに分けて配置している が、1つにまとめても更には3つ以上に分けて� ��構わない。燃焼塔2では、排ガス中の一酸化 炭素及び白煙・悪臭物質などが、燃焼用空気 導入部18から導入される空気と混合されて完� ��燃焼する。この燃焼熱により排ガス温度は� ��に上昇する。なお廃熱ボイラーとは本体で� ��る伝熱管(図3における10、10A、10B)とその他� �付帯設備(例えば蒸気ドラム8、循環水ポンプ 9等)を含むものである。
 また、それぞれの製鋼用アーク炉1には、蒸 気ドラム8が設置されており、蒸気ドラム8に� ��容された水(純水)は、循環水ポンプ9により� ��熱管10、伝熱管10A及び伝熱管10Bに送られる� �そして、それぞれの箇所の伝熱管に送られ� �水は、製鋼用アーク炉1から発生する排ガス� ��顕熱および燃焼熱により昇熱され、蒸気ド� ��ム8に戻る。蒸気ドラム8において気水分離� �れ、飽和蒸気が形成される。尚、蒸気ドラ� �8は純水タンク(図示せず)と接続しており、� �気ドラム8に所定量の水が収容されるように� ��適宜、純水タンクから水が供給される。
 各蒸気ドラム8は蒸気搬送管11と接続されて� ��り、この蒸気搬送管11は蒸気アキュムレー� �ー13と連通しており、従って、各蒸気ドラム 8で発生した飽和蒸気は蒸気搬送管11により、 蒸気アキュムレーター13に搬送され、蒸気ア� ��ュムレーター13で貯留されるように構成さ� �ている。
 一方、各製鋼用アーク炉1から排出される排 ガスは、それぞれの水冷ダクト3の下流側で� �ガス流出管12に導入され、それぞれの製鋼用 アーク炉1からの排ガスが1つにまとまった以� ��の排ガス流出管12に、蒸気過熱器14が設置さ れている。蒸気過熱器14の後段には集塵機5が 設置されており、集塵機5で除塵された後、� �ガスは煙突(図示せず)を介して大気に放散さ れる。この排ガスの経路には1基以上の排気� �ァン(図示せず)が配置されており、排ガスは 、排気ファンによって製鋼用アーク炉1から� �突まで送風される。尚、この例では蒸気過� �器14は、各廃熱ボイラーの排ガス合流後に設 置されているが、各廃熱ボイラーごとにその 下流に個別に設置してもよい。
 蒸気過熱器14は対流式の伝熱管で構成され� �おり、蒸気アキュムレーター13で貯留された 飽和蒸気は、蒸気過熱器14によって過熱蒸気� ��変換される。変換された過熱蒸気は蒸気タ� ��ビン式発電設備や製鋼工場等の動力供給設� ��などに供給される。
 このようにして、それぞれの製鋼用アーク� ��1の排ガスの顕熱および燃焼熱から蒸気を回 収し、回収した蒸気を1つにまとめるので、� �々の製鋼用アーク炉1からそれぞれ独立して� ��気を回収する場合に比較して、蒸気の生成� ��を平準化することができる。
 更に、蒸気の生成量を平準化させるために� ��意図的にそれぞれの製鋼用アーク炉1の稼働 形態を制御することが好ましい。図1に示す� �うに、製鋼用アーク炉1からの排ガスの温度� ��変動するが、出鋼から次ヒートの通電開始� ��では排ガス温度が低くなる。各製鋼用アー� ��炉1からの排ガス温度の低い低温期が交互に 出現するように、それぞれの製鋼用アーク炉 1の運転時間をずらすことが好ましい。
 つまり、各製鋼用アーク炉1の低温期が交互 に現れるように、予め、通電開始時刻や出鋼 開始時刻を決定しておけばよい。端的にいえ ば、N基の製鋼用アーク炉1が存在する場合に� ��1ヒートの処理時間をXとすれば、X/Nの間隔� �それぞれの製鋼用アーク炉1の通電開始時刻� ��順次ずらしていけばよい。但し、正確にX/N� ��間隔でずらすことは必要でなく、前後に10� �間程度の余裕を持っても十分である。また� �製鋼用アーク炉1の基数が多いほど、蒸気の� ��準化は容易であり、この観点から、3基以上 の製鋼用アーク炉1を備えた電気炉製鋼工場� �本発明を適用することが望ましい。
 以上説明したように、本発明によれば、複� ��の製鋼用アーク炉1にそれぞれ設置した廃熱 ボイラーで生成される蒸気を1つの経路に合� �させるので、それぞれの製鋼用アーク炉1は� ��ッチ形式の稼働形態であり、飽和蒸気の発� ��量は異なるが、それぞれの製鋼用アーク炉1 で自ずと稼働状況がずれるので、合流後の飽 和蒸気の量は、個々の製鋼用アーク炉1から� �れぞれ独立して蒸気を回収する場合に比較� �て平準化される。特に、意図的に運転時間� �ずらして製鋼用アーク炉1を稼働させたとき� ��は、合流後の飽和蒸気の量は更に平準化さ� ��て、この蒸気を有効活用することが可能と� ��る。