(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を湿式洗浄した後、洗浄後の副生ガスを予熱装置で加熱してからタービンに送出し、これにより、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ようにした炉頂圧発電設備の前記予熱装置の運転方法であって、
前記予熱装置による副生ガスの加熱を、副生ガスの流通路内に吹き込んだ燃焼用空気と副生ガスとの混合ガスを燃焼させることにより行い、更に、前記燃焼用空気の流量に対する失火危険域を予め定めておき、運転中に予熱装置の入側の副生ガスの流量を検知して、前記燃焼用空気の流量が前記失火危険域外になるように該燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法。
【請求項２】
前記燃焼用空気の流量が該燃焼用空気のバーナ容量の範囲内で且つ逆火防止の最低流量以上となるように前記燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする請求項１記載の炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法。
【請求項３】
前記燃焼用空気を副生ガスの流通路に直接吹き込むようにし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の予熱装置の運転方法。
【請求項４】
前記燃焼用空気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３記載の炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副生ガス発生炉から出る副生ガスを湿式洗浄した後、洗浄後の副生ガスを予熱装置で加熱してからタービンに送出し、これにより、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ようにした炉頂圧発電設備の前記予熱装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図５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（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。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。
【０００４】
従来の予熱装置としては、例えば図６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１１とを備えたものが知られている。
【０００５】
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該混合ガスを燃焼させ、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。
【０００６】
そして、燃焼用空気吹込管９から吹き込まれる燃焼用空気の流量は、タービン２の入側に設けられた温度計１４からの信号が予め設定された温度となるように燃焼用空気流量制御装置１３によって制御され、これにより、タービン入口の温度を一定に保持して該タービンを保護するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記炉頂圧発電設備においては、高炉の炉頂圧を一定に維持する必要があることからＢＦＧの流量制御が一般に行われており、従って、タービンを通過するガス量及び予熱装置の入口温度（換言すれば、燃焼用空気吹込管９のバーナ部の熱負荷）は大きく変動するのが通例である。
【０００８】
しかしながら、このように燃焼用空気吹込管９のバーナ部の熱負荷の変動が大きいと、副生ガスの燃焼範囲には制限があるため、燃焼用空気の流量を制御する際に失火（吹き消え）や逆火が発生して安定した予熱装置の運転を行うことができないという不都合がある。
【０００９】
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、最適な流量の燃焼用空気を吹き込むことにより、失火（吹き消え）や逆火を良好に防止して安定した運転を行えるようにした炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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の予熱装置の運転方法は、副生ガス発生炉から出る副生ガスを湿式洗浄した後、洗浄後の副生ガスを予熱装置で加熱してからタービンに送出し、これにより、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ようにした炉頂圧発電設備の前記予熱装置の運転方法であって、
前記予熱装置による副生ガスの加熱を、副生ガスの流通路内に吹き込んだ燃焼用空気と副生ガスとの混合ガスを燃焼させることにより行い、更に、前記燃焼用空気の流量に対する失火危険域を予め定めておき、運転中に予熱装置の入側の副生ガスの流量を検知して、前記燃焼用空気の流量が前記失火危険域外になるように該燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする。
【００１１】
この場合、好ましくは、前記失火危険域を前記副生ガスの流速と前記燃焼用空気の流速との差を変化させて各流速差毎に求め、この中で最も実用に適した失火危険域を選択する。
【００１２】
請求項２に係る炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法は、請求項１において、前記燃焼用空気の流量が該燃焼用空気のバーナ容量の範囲内で且つ逆火防止の最低流量以上となるように前記燃焼用空気の流量を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法は、請求項１又は２において、前記燃焼用空気を副生ガスの流通路に直接吹き込むようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法は、請求項３において、前記燃焼用空気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。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例である炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法を説明するための概略図、図２は予熱装置の一例を説明するための説明的断面図、図３はＢＦＧ流量と燃焼用空気流量の上限値，下限値との関係を示すグラフ図、図４は燃焼用空気に対する失火危険領域を説明するためのグラフ図である。
【００１７】
図１を参照して、高炉（副生ガス発生炉）１から出たＢＦＧ（副生ガス）はダストキャッチャー６を経て湿式集塵装置５により洗浄され、次いで、予熱装置２００で加熱された後にタービン２に送出されてその圧力エネルギーが電力として回収される。また、予熱装置２００の入側には流量計３０１が設けられ、タービン２の入側には温度計３０２が設けられ、予熱装置２００に燃焼用空気を吹き込む燃焼用空気吹込管１０１には燃焼用空気流量を制御する流量制御弁３０３が設けられ、流量制御弁３０３の入側には流量計３０４が設けられている。流量制御弁３０３は制御装置３００によって制御され、該制御装置３００は流量計３０１，３０４及び温度計３０２からの信号に基づいて燃焼用空気流量が予め定められた失火危険域から外れるように流量制御弁３０３を制御する。
【００１８】
まず、説明の便宜上、図２を参照して、予熱装置２００から先に説明すると、この予熱装置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を備える。副生ガス流通管３ｂの外部側の管体１０３には上述した流量制御弁３０３及び流量計３０４が介在されており、そ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】
一方、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。
【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】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、制御装置３００について説明すると、制御装置３００は燃焼用空気の最適な流量を確保するための制御を行うものであり、流量計３０１から得られた予熱装置２００の入側ＢＦＧ流量に基づいて副生ガス流通管３ｂ内に吹き込まれる燃焼用空気の流量上限値を設定する流量上限値設定手段４００と、温度計３０２から得られたタービン２の入側温度に応じて例えば比例制御等によって燃焼用空気の流量値を設定する流量値設定手段４０１と、流量上限値設定手段４００によって設定された流量上限値と流量値設定手段４０１によって設定された流量値とを比較して流量値が流量上限値を超えない場合に該流量値を燃焼用空気流量の目標値として設定し、超える場合に流量上限値を燃焼用空気流量の目標値として設定する目標値設定手段４０２と、該目標値設定手段４０２によって設定された目標値と予め定められた流量下限値とを比較して大きい方の値を指令値として流量計３０４から得られる燃焼用空気流量が該指令値に一致するように流量制御弁３０３を制御する指令値設定手段４０３とを備える。
【００２７】
流量上限値設定手段４００は、吹消えによる失火を防止するための燃焼用空気の流量上限値又は予め判明している燃焼用空気のバーナ容量の上限値による燃焼用空気の流量上限値をＢＦＧ流量に基づいて例えば図３に示す関係を参照して設定する。
【００２８】
ここで、この実施の形態では、吹消えによる失火を防止するための燃焼用空気の流量上限値、即ち、燃焼用空気の流量に対する失火危険領域を次のようにして定めている。
【００２９】
図４はタービンを通過するＢＦＧ流量をパラメータとして、燃焼用空気流量と予熱装置によるによる昇温（Δｔ）との関係を示したものである。設備の諸元を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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まず、燃焼用空気流量を増やしたところ、予熱装置による昇温（Δｔ）も増加し、燃焼用空気流量がある量を超えたポイントで失火した。次に、ＢＦＧ流量を変え、各々再現テストをしたところ、失火ポイントはＢＦＧと燃焼用空気との流速差において変化し、実用に供するには流速差が１７ｍ／ｓｅｃ（燃焼用空気流速３７〜４７ｍ／ｓｅｃ以下、ＢＦＧ流速２０〜３０ｍ／ｓｅｃ：タービン呑込量２２０〜３２０ｋＮｍ3 ／Ｈｒ）であることが判った。従って、この実施の形態では、ＢＦＧと燃焼用空気との流速差が１７ｍ／ｓｅｃを超える範囲を図３の失火危険域とした。
【００３１】
目標値設定手段４０２は、流量値設定手段４０１によって設定された流量値が、吹消えによる失火を防止するための燃焼用空気の流量上限値又は予め判明している燃焼用空気のバーナ容量の限界による燃焼用空気の流量上限値を超える場合に流量上限値を目標値とし、超えない場合には流量値を目標値として流量過多による失火を回避すると共に、燃焼用空気の供給源に過度な負荷が加わらないようにするためのものである。
【００３２】
指令値設定手段４０３は、燃焼用空気流量が少なすぎることによる逆火を防止するためのものであり、目標値設定手段４０２によって設定された目標値が予め逆火を防止する最低流量として設定された流量下限値又はバーナ容量の下限値を下回る場合には該流量下限値を流量制御弁３０３に対する燃焼用空気流量の指令値とし、下回らない場合には目標値を流量制御弁３０３に対する燃焼用空気流量の指令値とし、流量計３０４から得られる燃焼用空気流量が該指令値に一致するように流量制御弁３０３を制御する。なお、この実施の形態では、バーナ容量の下限値をバーナ容量の１５％とし、逆火危険域を｛（バーナ吹出流速）−（ＢＦＧ流速）｝≦２ｍ／ｓｅｃ以内とした。
【００３３】
また、副生ガス流量の上限値はタービン最大能力から、下限値は最低運転域から決まる。
【００３４】
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。
【００３５】
かかる着火時には、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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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９のバーナ部の熱負荷が大きく変動しても常に最適な流量の燃焼用空気を吹き込むことができるので、吹き消えや逆火を良好に防止することができ、予熱装置の安定した運転を行うことができる。
【００３８】
また、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、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。
【００３９】
更に、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。
【００４０】
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、燃焼排ガスを低温の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を延長することができる。
【００４１】
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、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、換言すれば燃焼用空気の流量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。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、燃焼用空気吹込管１０１のバーナ部１０４の回りに保護筒２０１を設けた場合を例に採ったが、保護筒２０１を設けない場合にも本発明を適用してもよい。
【００４３】
【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、燃焼用空気のバーナ部の熱負荷が大きく変動しても常に最適な流量の燃焼用空気を吹き込むことができるので、燃焼用空気の流量過多による吹き消えを良好に防止することができ、予熱装置の安定した運転を行うことができるという効果が得られる。
【００４４】
請求項２の発明では、請求項１の発明に加えて、逆火を良好に防止して予熱装置の安定した運転を行うことができると共に、燃焼用空気の供給源に過度な負荷が加わらないようにすることができるという効果が得られる。
【００４５】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に加えて、耐火レンガからなる燃焼室を不要にすることができるので、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。
【００４６】
また、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るので、燃焼温度を低くすることが可能になって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。
【００４７】
更に、放熱ロスを小さくすることができるので、燃焼用空気の流量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。
【００４８】
請求項４の発明では、請求項３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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、燃焼用空気の流量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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である炉頂圧発電設備の予熱装置の運転方法を説明するための概略図である。
【図２】予熱装置の一例を説明するための説明的断面図である。
【図３】ＢＦＧ流量と燃焼用空気流量の上限値，下限値との関係を示すグラフ図である。
【図４】燃焼用空気に対する失火危険領域を説明するためのグラフ図である。
【図５】炉頂圧発電設備の概略図である。
【図６】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
４…乾式集塵装置
５…湿式集塵装置
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
１２…副生ガス流量制御装置
１３…燃焼用空気流量制御装置
１４…温度計
１０１…燃焼用空気吹込管
１０２…トーチ
１０３…管体
１０４…バーナ部
１０５…テーパ斜面
１０６…吹込口
１０７…バーナ部
１０８…高カロリーガスの供給口
１０９…パイロット燃焼用空気の供給口
２００…予熱装置
２０１…保護筒
２０２…環状板
２０３…リブ
２０４…流入口
２０５…挿入口
３００…制御装置
３０１…流量計
３０２…温度計
３０３…流量制御弁
３０４…流量計
４００…流量上限値設定手段
４０１…流量値設定手段
４０２…目標値設定手段
４０３…指令値設定手段
【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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