(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
副生ガス発生炉から出る副生ガスの圧力エネルギーを電力として回収するタービンと、前記副生ガス発生炉と前記タービンとを接続する副生ガス流通路と、該副生ガス流通路に介在されて前記副生ガス発生炉から出る副生ガスを湿式洗浄により洗浄するガス洗浄装置と、該ガス洗浄装置の下流側で前記副生ガス流通路に介在されて副生ガスを該ガス洗浄装置と前記タービンとの間で加熱する予熱装置とを備えた炉頂圧発電設備において、
該予熱装置は、前記副生ガス流通路内に挿入されて該流通路内に燃焼用空気を直接吹き込む燃焼用空気吹込管と、該燃焼用空気吹込管から前記副生ガス流通路内に吹き込まれた燃焼用空気と副生ガスの一部との混合ガスに着火して該混合ガスを燃焼させる着火手段とを備え、
前記着火手段によって燃焼した前記混合ガスの燃焼排ガスを燃焼していない副生ガスによって希釈することを特徴とする炉頂圧発電設備。
【請求項２】
前記燃焼用空気吹込管のバーナ部を保護筒で囲うと共に、該保護筒に副生ガスの流入口を設けたことを特徴とする請求項１記載の炉頂圧発電設備。
【請求項３】
前記燃焼用空気吹込管から吹き込まれる燃焼用空気の吹き込み方向を副生ガスの流れ方向に対して交差させたことを特徴とする請求項１又は２記載の炉頂圧発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副生ガス発生炉から出る副生ガスの圧力エネルギーをタービン電力として回収する炉頂圧発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図４に示すように、高炉（副生ガス発生炉）１から出るＢＦＧ（Blast Furnace Gas : 副生ガス）の圧力エネルギーを電力として回収するタービン２の翼保護を目的として、高炉１とタービン２とを接続する副生ガス流通管３ａに乾式集塵装置（ろ布により除塵する。）４を介在させると共に、副生ガス流通管３ａの乾式集塵装置４の上流側から分岐して該乾式集塵装置４の下流側で副生ガス流通管３ａに合流する副生ガス流通管３ｂに湿式集塵装置（ガス洗浄装置：水を噴きかけて除塵する。）５を介在させ、乾式集塵装置４及び湿式集塵装置５を切り換えて使用することにより、高炉１から出るＢＦＧの清浄を行うようにしている。なお、副生ガス流通管３ｂの分岐位置より上流側の副生ガス流通管３ａには、ダストキャッチャー６が介在されている。
【０００３】
また、湿式集塵装置５の下流側の副生ガス流通管３ｂには、湿式集塵装置５を通過したＢＦＧを加熱する予熱装置７が介在されている。
【０００４】
湿式集塵装置５での温度降下により凝縮した水とＢＦＧ中に含まれるＳＯ3 ，ＣＯ2 との反応により生成された硫酸等によってタービン低圧段の翼等に低温腐食が生じる。予熱装置７は、水の凝縮と低温腐食を防ぐために、湿式集塵装置５を通過したＢＦＧを加熱してタービン２の入側温度を湿式集塵装置５の出側より高く維持するためのものである。
【０００５】
因みに、湿式集塵装置５の出側の圧力３ｋｇ／ｃｍ2 、温度６０°Ｃのときは、タービン２の出側温度を５０°Ｃに維持するためにはタービン２の入側温度を１４０°Ｃに保つ必要がある。
【０００６】
従来の予熱装置としては、例えば図５に示すように、湿式集塵装置５の下流側で副生ガス流通管３ｂから分岐した後に再び該副生ガス流通管３ｂに合流するバイパス管１０に介在された耐火レンガからなる燃焼室８と、燃焼室８内に挿入されて該燃焼室８内に燃焼用空気を吹き込む燃焼用空気吹込管９と、該燃焼用空気吹込管９から燃焼室８内に吹き込まれた燃焼用空気とＢＦＧとの混合ガスに着火して該混合ガスを燃焼させるトーチ（着火手段）１１とを備えたものが知られている。
【０００７】
この予熱装置は、副生ガス流通管３ｂを流れるＢＦＧの一部を副生ガス流量制御装置１２を介してバイパス管１０に分送して燃焼室８に導入し、該ＢＦＧと燃焼用空気吹込管９から燃焼室８内に吹き込まれた燃焼用空気との混合ガスに対してトーチ１１による保炎を行いつつ燃焼させ、その燃焼排ガスをＢＦＧと混合して副生ガス流通管３ｂ内をタービン２に向かって流すことにより、タービン２の入側温度を上げるようにしたものである。このように、副生ガスを、バイパス管などで抜き出して燃焼させるものとして、特開昭５７−１４５９１１号公報に記載のものがある。
【０００８】
なお、図５において符号１３はタービン２の入側に設けられた温度センサ１４からの検知信号が予め設定された温度となるように燃焼用空気の量を制御する燃焼用空気流量制御装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の予熱装置においては、種々の原因により燃焼室８の耐火レンガが破損し、その破片がタービン２に飛び込んで翼を損傷する場合がある。
【００１０】
また、燃焼室８内で燃焼排ガスがＢＦＧで希釈されにくいため、燃焼温度が高くなって吹込管９やトーチ１１のバーナ部分の寿命を短くする原因になり、更には燃焼室８内での放熱ロスが大きいという不都合がある。
【００１１】
更には、燃焼室８の蓄熱があるため応答制御が遅れやすく、温度コントロールが難しいという欠点があった。
【００１２】
本発明はかかる不都合を解消するためになされたものであり、タービンの翼の損傷を防止することができると共に、バーナの寿命の向上を図ることができ、更に放熱ロスを小さくすることができ、応答制御の速い予熱装置を備えた炉頂圧発電設備を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１に係る炉頂圧発電設備は、副生ガス発生炉から出る副生ガスの圧力エネルギーを電力として回収するタービンと、前記副生ガス発生炉と前記タービンとを接続する副生ガス流通路と、該副生ガス流通路に介在されて前記副生ガス発生炉から出る副生ガスを湿式洗浄により洗浄するガス洗浄装置と、該ガス洗浄装置の下流側で前記副生ガス流通路に介在されて副生ガスを該ガス洗浄装置と前記タービンとの間で加熱する予熱装置とを備えた炉頂圧発電設備において、
該予熱装置は、前記副生ガス流通路内に挿入されて該流通路内に燃焼用空気を直接吹き込む燃焼用空気吹込管と、該燃焼用空気吹込管から前記副生ガス流通路内に吹き込まれた燃焼用空気と副生ガスの一部との混合ガスに着火して該混合ガスを燃焼させる着火手段とを備え、
前記着火手段によって燃焼した前記混合ガスの燃焼排ガスを燃焼していない副生ガスによって希釈することを特徴とする。即ち、この炉頂圧発電設備は、副生ガスをバイパス管などで抜き出して燃焼する必要がない。
【００１４】
請求項２に係る炉頂圧発電設備は、請求項１において、前記燃焼用空気吹込管のバーナ部を保護筒で囲うと共に、該保護筒に副生ガスの流入口を設けたことを特徴とする。保護筒で覆うことにより、保護筒内で副生ガスと空気が速やかに混合し、着火がより確実となる。
【００１５】
請求項３に係る炉頂圧発電設備は、請求項１又は２において、前記燃焼用空気吹込管から吹き込まれる燃焼用空気の吹き込み方向を副生ガスの流れ方向に対して交差させたことを特徴とする。交差させることによって、副生ガスと空気の確実な混合を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態である炉頂圧発電設備を説明するための説明的断面図、図２は本発明の第２の実施の形態である炉頂圧発電設備を説明するための説明的断面図、図３は変形例を説明するための説明的断面図である。なお、各実施の形態共に、図４に示す炉頂圧発電設備に対して、予熱装置及び該予熱装置が介在される副生ガス流通路３ｂの向きが相違するだけであるため、相違する部分のみについて説明しその他の部分の説明は省略する。
【００１８】
まず、第１の実施の形態から説明すると、この実施の形態の予熱装置１００は湿式集塵装置５の下流側に延在された副生ガス流通管３ｂに介在されており、該副生ガス流通管３ｂ内に挿入されて該流通管３ｂ内に燃焼用空気を直接吹き込む燃焼用空気吹込管１０１と、該燃焼用空気吹込管１０１から副生ガス流通管３ｂ内に吹き込まれた燃焼用空気とＢＦＧ（副生ガス）との混合ガスに着火して該混合ガスを燃焼させるトーチ（着火手段）１０２とを備える。
【００１９】
燃焼用空気吹込管１０１は副生ガス流通管３ｂの壁部を径方向に貫通した後、副生ガス流通管３ｂの略中心位置で下流側（タービン２側）に向けて折り曲げられた管体１０３を備えており、該管体１０３の上流端は図示しない燃焼用空気供給源に接続されている。
【００２０】
管体１０３の下流端には下流側へ向けて次第に拡径するテーパ筒状のバーナ部１０４がフランジ結合されている。バーナ部１０４の先端外周面は下流側へ向けて次第に縮径するテーパ斜面１０５とされており、該テーパ斜面１０５には吹込口１０６が周方向に所定の間隔で複数箇所形成されている。吹込口１０６からは燃焼用空気が斜め下方に拡開して吹き込まれるようになっており、これにより、燃焼用空気の吹き込み方向がＢＦＧの流れ方向に対して交差するようになっている。交差角度は、ＢＦＧ配管流速と燃焼用空気の流速を考え、適切に選定される。
【００２１】
トーチ１０２は、燃焼用空気吹込管１０１の下流側で副生ガス流通管３ｂの壁部を斜め下方に貫通して設けられている。トーチ１０２の先端はバーナ部１０７とされており、燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４の下方位置で該バーナ部１０４の吹込口１０６に近接配置されている。
【００２２】
トーチ１０２の副生ガス流通管３ｂの外部側にはプロパンやブタン等の高カロリーガスの供給口１０８、パイロット燃焼用空気の供給口１０９が設けられており、これにより、バーナ部１０７に高カロリーのパイロット火炎が形成されるようになっている。
【００２３】
かかる構成の予熱装置においては、まず、燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４の吹込口１０６から吹き込まれた燃焼用空気が副生ガス流通管３ｂを流れるＢＦＧと混合され、次いで、該混合ガスにトーチ１０２のバーナ部１０７の火炎を着火して、該混合ガスの保炎を行いつつ燃焼させる。
【００２４】
かかる着火時には、上述したように燃焼用空気の吹き込み方向がＢＦＧの流れ方向に対して交差するようになっているため、着火位置に混合ガスの渦流域が形成されて安定した着火を行うことができる。
【００２５】
そして、混合ガスの燃焼排ガスはＢＦＧと速やかに混合されて副生ガス流通管３ｂ内をタービン２に向かって流れ、これにより、タービン２の入側温度を上げてタービン低圧段で翼等に低温腐食が生じるのを防ぐようにしている。
【００２６】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、燃焼用空気吹込管１０１から副生ガス流通管３ｂ内に直接吹き込まれた燃焼用空気と副生ガス流通管３ｂ内を流れるＢＦＧとの混合ガスをトーチ１０２により燃焼させるようにしているので、従来のような耐火レンガからなる燃焼室を不要にすることができ、この結果、耐火レンガの破片がタービン２に飛び込んで翼を損傷するのを確実に防止することができる。
【００２７】
また、副生ガス流通管３ｂ内で燃焼用空気とＢＦＧとの混合ガスを燃焼させるようにしているため、燃焼排ガスをＢＦＧによって速やかに希釈することができ、この結果、燃焼温度を低くすることが可能になって燃焼用空気吹込管１０１やトーチ１０２のバーナ部分の寿命の延長を図ることができる。
【００２８】
更に、副生ガス流通管３ｂ内で燃焼用空気とＢＦＧとの混合ガスを燃焼させるようにしているため、放熱ロスを小さくすることができ、この結果、タービン入側の温度を制御する際の応答性を良好なものとすることができる。
【００２９】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、上述した第１の実施の形態と重複する部分については、同一符号を付して説明する。
【００３０】
この実施の形態の予熱装置２００は、湿式集塵装置５の下流側に延在された副生ガス流通管３ｂに介在されており、該副生ガス流通管３ｂ内に挿入されて該流通管３ｂ内に燃焼用空気を直接吹き込む燃焼用空気吹込管１０１と、該燃焼用空気吹込管１０１から吹き込まれた燃焼用空気とＢＦＧ（副生ガス）との混合ガスに着火して該混合ガスを燃焼させるトーチ（着火手段）１０２とを備える。
【００３１】
燃焼用空気吹込管１０１は副生ガス流通管３ｂの壁部を径方向（水平方向）に貫通した後、副生ガス流通管３ｂの略中心位置で下流側（タービン２側）に向けて折り曲げられた管体１０３を備えており、該管体１０３の上流端は図示しない燃焼用空気供給源に接続されている。
【００３２】
管体１０３の下流端には下流側へ向けて次第に拡径するテーパ筒状のバーナ部１０４がフランジ結合されている。バーナ部１０４の先端外周面は下流側へ向けて次第に縮径するテーパ斜面１０５とされており、該テーパ斜面１０５には吹込口１０６が周方向に所定の間隔で複数箇所形成されている。吹込口１０６からは燃焼用空気が斜め下方に拡開して吹き込まれるようになっており、これにより、燃焼用空気の吹き込み方向がＢＦＧの流れ方向に対して交差するようになっている。
【００３３】
トーチ１０２は、燃焼用空気吹込管１０１の下流側で副生ガス流通管３ｂの壁部を斜め下方に貫通して設けられている。トーチ１０２の先端はバーナ部１０７とされており、燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４の下方位置で該バーナ部１０４の吹込口１０６に近接配置されている。
【００３４】
トーチ１０２の副生ガス流通管３ｂの外部側にはプロパンやブタン等の高カロリーガスの供給口１０８、パイロット燃焼用空気の供給口１０９が設けられており、これにより、バーナ部１０７に高カロリーのパイロット火炎が形成されるようになっている。
【００３５】
また、副生ガス流通管３ｂ内には、燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４を囲う保護筒２０１が設けられている。保護筒２０１は、その軸線を副生ガス流通管３ｂの管方向に向けて配置されており、上端がバーナ部１０４の上方に位置すると共に下端がバーナ部１０４の下方に位置している。
【００３６】
保護筒２０１の上端と燃焼用空気吹込管１０１の管体１０３との間には両者を連結する環状板２０２が配置されており、該環状板２０２はリブ２０３によって補強されて、リブの内周部が管体１０３に溶接等により固定されると共に外周部が保護筒２０１の内周部に溶接等により固定されている。
【００３７】
環状板２０２には副生ガス流通管３ｂを流れるＢＦＧを保護筒２０１内に導入する複数の流入口２０４が形成されており、該流入口２０４の大きさや数を適宜設定することにより、保護筒２０１内に流入するＢＦＧの量、即ち、燃焼用空気との混合比を調整可能にしている。また、保護筒２０１の下端外周壁には、トーチ１０２のバーナ部１０７が挿入される挿入穴２０５が形成されている。
【００３８】
かかる構成の予熱装置においては、まず、燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４の吹込口１０６から保護筒２０１内に吹き込まれた燃焼用空気が環状板２０２の流入口２０４から保護筒２０１内に流入したＢＦＧと混合され、次いで、該混合ガスにトーチ１０２のバーナ部１０７の火炎を着火して、該混合ガスの保炎を行いつつ燃焼させる。
【００３９】
かかる着火時には、第１の実施の形態と同様に、燃焼用空気の吹き込み方向がＢＦＧの流れ方向に対して交差するようになっているため、着火位置に混合ガスの渦流域が形成されて安定した着火を行うことができる。
【００４０】
また、保護筒２０１の外側には湿式洗浄装置５を通過した低温のＢＦＧが流れているため、該保護筒２０１の冷却が良好に行われ、従って、保護筒２０１を通常の金属材料（例えばＳＵＳ３０４相当）で形成しても十分な耐用性を確保することができる。
【００４１】
そして、保護筒２０１内で燃焼した混合ガスの排ガスはＢＦＧと速やかに混合されて副生ガス流通管３ｂ内をタービン２に向かって流れ、これにより、タービン２の入側温度を上げてタービン低圧段で翼等に低温腐食が生じるのを防ぐようにしている。
【００４２】
上記の説明から明らかなように、この実施の形態では、燃焼用空気吹込管１０１から副生ガス流通管３ｂ内に直接吹き込まれた燃焼用空気と保護筒２０１内に流入したＢＦＧとの混合ガスをトーチ１０２により燃焼させるようにしているので、従来のような耐火レンガからなる燃焼室を不要にすることができ、この結果、耐火レンガの破片がタービン２に飛び込んで翼を損傷するのを確実に防止することができる。
【００４３】
また、環状板２０２に形成した流入口２０４の大きさや数を適宜調整して保護筒２０１内に流入するＢＦＧの量を調整することができるので、燃焼用空気とＢＦＧとの混合比を適正なものとすることが可能になって混合ガスの安定した燃焼を確保することができる。
【００４４】
更に、保護筒２０１内で燃焼用空気とＢＦＧとの混合ガスを燃焼させるようにしているため、第１の実施の形態に比べて、燃焼排ガスを低温のＢＦＧによってより速やかに希釈することができ、この結果、燃焼温度をより低くすることが可能になって燃焼用空気吹込管１０１やトーチ１０２のバーナ部分の寿命を更に延長することができる。
【００４５】
更に、保護筒２０１内で燃焼用空気とＢＦＧとの混合ガスを燃焼させるようにしているので、第１の実施の形態に比べて、放熱ロスをより小さくすることができ、この結果、タービン入側の温度を制御する際の応答性を更に良好なものとすることができる。
【００４６】
図３は燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４の変形例であり、吹込口１０６の上方位置に環状の保炎板３００を設けたものである。このようにすると、混合ガスの渦流域をより良好に形成することができる。
【００４７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、燃焼用空気吹込管から副生ガス流通路内に直接吹き込まれた燃焼用空気と副生ガス流通路内を流れる副生ガスとの混合ガスを着火手段により燃焼させるようにしているので、従来のような耐火レンガからなる燃焼室を不要にすることができ、この結果、耐火レンガの破片がタービンに飛び込んで翼を損傷するのを確実に防止することができるという効果が得られる。
【００４８】
また、副生ガス流通路内で燃焼用空気と副生ガスとの混合ガスを燃焼させるようにしているため、燃焼排ガスを低温の副生ガスによって速やかに希釈することができ、この結果、燃焼温度を低くすることが可能になって燃焼用空気吹込管や着火手段のバーナ部分の寿命延長を図ることができるという効果が得られる。
【００４９】
更に、副生ガス流通路内で燃焼用空気と副生ガスとの混合ガスを燃焼させるようにしているため、放熱ロスを小さくすることができ、この結果、タービン入側の温度を制御する際の応答性を良好なものとすることができるという効果が得られる。
【００５０】
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、流入口の大きさや数を適宜調整して保護筒内に流入する副生ガスの量を調整することができるので、燃焼用空気と副生ガスとの混合比を適正なものとすることが可能になって混合ガスの安定した燃焼を確保することができるという効果が得られる。
【００５１】
また、保護筒内で燃焼用空気と副生ガスとの混合ガスを燃焼させるようにしているため、燃焼排ガスを低温の副生ガスによってより速やかに希釈することができ、この結果、燃焼温度をより低くすることが可能になって燃焼用空気吹込管や着火手段のバーナ部分の寿命を更に延長することができるという効果が得られる。
【００５２】
更に、保護筒内で燃焼用空気と副生ガスとの混合ガスを燃焼させるようにしているので、放熱ロスをより小さくすることができ、この結果、タービン入側の温度を制御する際の応答性を更に良好なものとすることができるという効果が得られる。
【００５３】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に加えて、着火手段によって混合ガスに着火する際に、着火位置に混合ガスの渦流域を形成することができるので、安定した着火を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である炉頂圧発電設備を説明するための説明的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である炉頂圧発電設備を説明するための説明的断面図である。
【図３】第２の実施の形態の変形例を説明するための説明的断面図である。
【図４】炉頂圧発電設備の概略図である。
【図５】従来の予熱装置を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１…高炉（副生ガス発生炉）
２…タービン
３ａ，３ｂ…副生ガス流通管（副生ガス流通路）
４…乾式集塵装置
５…湿式集塵装置（ガス洗浄装置）
６…ダストキャッチャー
７…予熱装置
８…燃焼室
９…燃焼用空気吹込管
１０…バイパス管
１１…トーチ（着火手段）
１２…副生ガス流量制御装置
１３…燃焼用空気流量制御装置
１００，２００…予熱装置
１０１…燃焼用空気吹込管
１０２…トーチ（着火手段）
１０３…管体
１０４…バーナ部
１０５…テーパ斜面
１０６…吹込口
１０７…バーナ部
１０８…高カロリーガス供給口
１０９…パイロット燃焼用空気供給口
２０１…保護筒
２０２…環状板
２０３…リブ
２０４…流入口
３００…保炎板
【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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