(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉頂ガス集塵装置として、除塵器下流側に湿式集塵装置と乾式集塵装置とを併設し、前記高炉炉頂ガス集塵装置を通過した高炉炉頂ガスを炉頂圧タービンに導き、炉頂圧タービンによって高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーを回収する方法において、前記湿式集塵装置は上流側の一次洗浄室と下流側の水封機能を有する二次洗浄室からなり、乾式集塵装置運転時は、前記湿式集塵装置の二次洗浄室は水封機能により下流側へのガスの通過を遮断し、一次洗浄室は炉頂装入設備の均圧用ガスとして用いる高炉炉頂ガスのみを通過させることを特徴とする高炉炉頂ガスエネルギー回収方法。
【請求項２】
乾式集塵装置運転時は、湿式集塵装置の二次洗浄室へは水封に必要な水量を供給し、一次洗浄室へは炉頂装入設備の均圧用ガス量に応じた洗浄水量を供給することを特徴とする請求項１記載の高炉炉頂ガスエネルギー回収方法。
【請求項３】
均圧用ガスの通過時のみ一次洗浄室へ洗浄水を供給することを特徴とする請求項２記載の高炉炉頂ガスエネルギー回収方法。
【請求項４】
さらに、二次洗浄室に後続する湿潤ガス排出管路にタービンバイパス弁を有し、乾式集塵装置に後続する乾燥ガス排出管路に炉頂圧タービンを有し、タービンバイパス弁に至る湿潤ガス排出管路と炉頂圧タービンに至る乾燥ガス排出管路を接続するバイパス管路を設け、該バイパス管路に切替弁を設け、湿式集塵装置の二次洗浄室のガス通過断面は一次および二次の２組の駆動装置で封鎖可能であって、一次駆動装置を作動させて該ガス通過断面積の一部を調整し、急速開放が可能な二次駆動装置を作動させて残りのガス通過断面積を封鎖して水封することを特徴とする請求項１、２または３記載の高炉炉頂ガスエネルギー回収方法。
【請求項５】
炉頂圧タービンの停止時に、二次駆動装置を急速に作動させて水封を解除し、一次駆動装置により予め調整されたガス通過断面積を確保することを特徴とする請求項４記載の高炉炉頂ガスエネルギー回収方法。
【請求項６】
高炉炉頂ガス集塵装置として、除塵器下流側に湿式集塵装置と乾式集塵装置とを併設し、前記高炉炉頂ガス集塵装置を通過した高炉炉頂ガスを炉頂圧タービンに導き、炉頂圧タービンによって高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーを回収する装置において、前記湿式集塵装置は上流側の一次洗浄室と下流側の水封機能を有する二次洗浄室からなり、一次洗浄室から高炉炉頂に至る炉頂装入設備の均圧用ガスとして用いる高炉炉頂ガスのみを通過させる管路を有し、二次洗浄室に後続する湿潤ガス排出管路にタービンバイパス弁を有し、乾式集塵装置に後続する乾燥ガス排出管路に炉頂圧タービンを有し、タービンバイパス弁に至る湿潤ガス排出管路と炉頂圧タービンに至る乾燥ガス排出管路を接続するバイパス管路を設け、該バイパス管路に切替弁を設けたことを特徴とする高炉炉頂ガスエネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーの回収を、湿式集塵装置と乾式集塵装置とを巧みに併用して安価に行い、また、異常事態に迅速に対応することのできる高炉炉頂ガスエネルギー回収技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉炉頂ガスはガス量も多く高圧であるから、この圧力および熱エネルギーを回収するために、この炉頂ガスの圧力によって炉頂圧タービンを駆動し、発電機で発電することによって、炉頂ガスの圧力および熱エネルギーを電力に変換し、エネルギーを回収することが一般に行われている。ところが、炉頂ガスは発生したままの状態では１０〜３０ｇ／Ｎｍ３    程度のダストを含んでおり、このままタービンに供給すると、タービン翼の摩耗等の弊害が生じる。そこで、このダストを除去する手段としては、湿式集塵装置と乾式集塵装置があるが、湿式集塵装置を通過させると、炉頂ガス温度が低下し（２００→７０℃）  、また圧力も乾式集塵装置に比して大きく低下することから、炉頂ガスの保有するエネルギーを有効に回収できないという問題がある。このため、常時は乾式集塵装置で除塵して所定のエネルギー回収効率を確保し、乾式集塵装置の補修時に湿式集塵装置で除塵するという方法が一般的に行われている。
【０００３】
例えば、特許第２７９０７０４号には、図８に示すように、「高炉３１の炉頂ガスの除塵装置として、ダストキャッチャー３２の下流側に湿式集塵装置としてのベンチュリースクラバ３３と、乾式集塵装置としてのバグフィルター３４を併設し、バグフィルター３４の通過ガスだけを炉頂圧タービン３５に供給して圧力および熱エネルギーを回収するとともに、ベンチュリースクラバ３３の下流側に配されたセプタム弁３６のリークガスおよび炉頂装入設備の均圧用ガスとして用いる高炉炉頂ガスはベンチュリースクラバ３３を通過したガスを供給する方式の高炉炉頂ガスエネルギー回収方法」が開示されている（以下「従来のエネルギー回収技術」という）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のエネルギー回収技術によれば、常にセプタム弁３６のリークガス流れがあるため、エネルギー回収効率が低い。また、ベンチュリースクラバ３３には常時リークガスが流れるために、所定の洗浄水を常に流す必要があり、水処理にかかるランニングコストの削減は図れていない。さらに、係るリークガス量は量的に僅かであるため、そのガス速度は遅く、ガス中のダストが配管中に堆積しやすい。そのため、円滑なガスの流通が阻害されるので、係る弊害を防止するために、バグフィルター３４の逆洗ファン３７から吐出される高炉ガスを、ダストキャッチャー３２からベンチュリースクラバ３３に至る配管３８内で上流側から順次下流側に向けて吹き付けて、配管３８内におけるダストの堆積を防止しなければならないという煩雑な作業が必要である。
【０００５】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーを高効率で安価に回収し、炉頂圧タービンのトリップなどの異常事態に迅速に対応しうる、配管内にダストが堆積しにくい高炉炉頂ガスエネルギー回収方法及びその回収装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、湿式集塵装置を上流側の一次洗浄室と下流側の水封機能を有する二次洗浄室との２室で構成し、乾式集塵装置運転時は、湿式集塵装置の二次洗浄室を水封してその下流側へのガスの通過を遮断することにより、エネルギー回収効率が向上し、湿式集塵装置の洗浄水使用量を低減し、配管内にダストが堆積しにくくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明の要旨は、高炉炉頂ガス集塵装置として、除塵器下流側に湿式集塵装置と乾式集塵装置とを併設し、前記高炉炉頂ガス集塵装置を通過した高炉炉頂ガスを炉頂圧タービンに導き、炉頂圧タービンによって高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーを回収する方法において、前記湿式集塵装置は上流側の一次洗浄室と下流側の水封機能を有する二次洗浄室からなり、乾式集塵装置運転時は、前記湿式集塵装置の二次洗浄室は水封機能により下流側へのガスの通過を遮断し、一次洗浄室は炉頂装入設備の均圧用ガスとして用いる高炉炉頂ガスのみを通過させることを特徴としている。
【０００８】
以下、本発明に係る高炉炉頂ガスエネルギー回収方法を実施するに好適な装置の一例である図１について説明する。図１において、高炉１に後続する管路２に除塵器３が設置されている。除塵器３に後続する下流側の管路４には、上流側の一次洗浄室５と下流側の水封機能を有する二次洗浄室６からなる湿式集塵装置が設置されており、二次洗浄室６に後続する湿潤ガス排出管路７にはタービンバイパス弁８が設置されている。また、除塵器３に後続する下流側の管路９には、ゴッグル弁１０を介して乾式集塵装置であるバグフィルタ１１が設置されている。バグフィルタ１１に後続する乾燥ガス排出管路１２には、バタフライ弁１３、ゴッグル弁１４，遮断弁１５を介して炉頂圧タービン１６が設置されている。湿潤ガス排出管路７と乾燥ガス排出管路１２を接続するバイパス管路１７には切替弁１８が設置されている。
【０００９】
以上のように構成される装置によれば、図２〜４のガスフロー図に示すように、以下の各ケースに応じた適切な方法で高炉炉頂ガスエネルギーを回収し、異常事態に迅速に対応することができる。なお、図２〜図４において、点線で囲んだ装置には、ガスが通過しないことを示す。
（１）乾式集塵装置（バグフィルタ）を運転する場合（図２の場合）
高炉炉頂ガスを乾式集塵装置を通過させて、その保有する圧力および熱エネルギーを炉頂圧タービンによって回収する、最も一般的なケースである。
【００１０】
この場合、二次洗浄室６は水封されて湿潤ガス排出管路７へのガスの通過は遮断されている。高炉１の炉頂から排出されたガスは、除塵器３で粗大な塵が除去され、バグフィルタ１１で微細な塵が捕集される。このようにして清浄化された乾燥ガスで炉頂圧タービン１６を駆動し、発電機２０で発電することによって高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーを電力に変換する。一次洗浄室５へは、炉頂装入設備の均圧用ガスとして用いる高炉炉頂ガスのみを通過させ、このガスを管路１９を経て高炉１に供給する。なお、炉頂装入設備の均圧用ガスは、連続的に供給されるのではなく、一定の時間間隔で（例えば、５〜１０分ごとに５秒程度）供給されている。
【００１１】
この場合、二次洗浄室６へは水封に必要な水量のみを供給し、一次洗浄室５へは炉頂装入設備の均圧用ガス量に応じた洗浄水量を均圧用ガスの通過時のみ供給すればよい。
【００１２】
このように、二次洗浄室６は水封されて下流側へのガス流れが完全に遮断されるので、高炉ガスのエネルギーの回収効率が向上する。また、二次洗浄室６へは水封に必要な水量を一度供給するだけで新たな洗浄水の補給量は実質的にゼロにすることができる。また、一次洗浄室５へは均圧用ガス量に応じた洗浄水量を供給すればよく、しかも均圧用ガスの通過時のみ、その洗浄水を供給すればよいので、全体として洗浄水の使用量を大幅に低減することができる。さらに、管路９を経てバグフィルタ１１に流れるガスは大容量であってガス流速が大きいのでガス中のダストが配管内に堆積しにくく、管路４および１９内を炉頂装入設備の均圧用ガスが流れるのは設備稼働中の一部の時間で量も比較的多いことから、これらの管路４および１９内にもダストが堆積しにくい。
（２）乾式集塵装置（バグフィルタ）を停止する場合（図３の場合）
バグフィルタ１１には微細な塵が堆積し、圧力損失が増加するので、一定のタイミングで（例えば、１ヶ月に２回程度、２〜３時間／回）、バグフィルタ１１に付着した塵を除去する作業が行われる。この場合、湿式集塵装置である一次洗浄室５と二次洗浄室６で集塵が行われる。すなわち、二次洗浄室６の水封が解除されて、二次洗浄室６から湿潤ガス排出管路７へのガスの通過が可能になる。
【００１３】
そして、高炉１の炉頂から排出されたガスは、除塵器３で粗大な塵が除去され、一次洗浄室５と二次洗浄室６で湿式集塵が行われる。このようにして清浄化された湿潤ガスは切替弁１８を経て炉頂圧タービン１６を駆動し、発電機２０で発電することによって高炉炉頂ガスの保有する圧力および熱エネルギーを電力に変換する。この場合も、一次洗浄室５から管路１９を経て高炉１へ上記炉頂装入設備の均圧用ガスが同様の時間間隔で供給される。
（３）炉頂圧タービンがトリップした場合（図４の場合）
何らかの原因（例えば、塵埃の異常付着）により炉頂圧タービンがトリップした場合、直ちに炉頂圧タービンへのガスの供給を停止する必要がある。この炉頂圧タービンのトリップが図３に示すような湿式集塵装置運転中に起こった場合、遮断弁１５を全閉とするのみで、二次洗浄室６を通過したガスを湿潤ガス排出管路７を経てタービンバイパス弁８に導入することができる。
【００１４】
ところが、この炉頂圧タービンのトリップが図２に示すような乾式集塵装置運転中に起こった場合、その対応は容易ではない。というのは、二次洗浄室６は水封されており、二次洗浄室６の下流側へのガスの通過は遮断されているからである。そこで、直ちに二次洗浄室６の水封を解除し、図４に示すように、湿潤ガス排出管路７を経てタービンバイパス弁８に湿潤ガスを導入する必要がある。
【００１５】
このように、二次洗浄室６内をガスが連続的に通過する場合と、二次洗浄室６が水封されて下流側へのガス流れが遮断されている場合があり、二次洗浄室６におけるガス挙動は単純ではないので、二次洗浄室６のガス通過断面積を単一の駆動装置で制御すると、制御機構が複雑になることがある。そこで、二次洗浄室６のガス通過断面積を２組の駆動装置で調整するようにすれば、作動信頼性を向上させることが可能である。すなわち、後記する図５に示すように、湿式集塵装置の二次洗浄室のガス通過断面を一次および二次の２組の駆動装置（図５の番号２５、２６）で封鎖可能なように構成し、一次駆動装置（図５の番号２５）を作動させて該ガス通過断面積の一部を調整し、急速開放が可能な二次駆動装置（図５の番号２６）を作動させて残りのガス通過断面積を封鎖して水封する方法が好ましい。このように、二次洗浄室が２段階駆動機構で水封され、乾式集塵装置運転中に炉頂圧タービンがトリップした場合、後記する図６に示すように、二次駆動装置（図６の番号２６）を急速に作動させて水封を解除し、一次駆動装置（図６の番号２５）により予め調整されたガス通過断面積を確保することにより、異常事態に迅速に対応することができる。
【００１６】
本発明に係る方法を適用するケースは、上記したように、乾式集塵装置を運転して炉頂圧タービンで高炉炉頂ガスのエネルギーを回収する場合と、湿式集塵装置を運転して炉頂圧タービンで高炉炉頂ガスのエネルギーを回収する場合と、炉頂圧タービンがトリップして湿式集塵装置で集塵のみを行って高炉炉頂ガスを放出する場合がある。各々の場合に対する本発明に係る方法の適用例の概略は上記のとおりであるが、本発明は、湿式集塵装置が水封機能を有する二次洗浄室を備えている点に特徴があり、以下には、湿式集塵装置の具体的な実施例である図５、図６および図７に基づいて本発明の方法及び装置について詳細に説明する。
【００１７】
図５は二次洗浄室が水封されて下流側へのガス流れが遮断されている場合を示し、図６は二次洗浄室の水封が解除されて下流側へのガス流れが確保されている場合を示す。
【００１８】
図５、図６において、２１はスプレーノズルであって、複数のスプレーノズル２１から一次洗浄室が構成されている。スプレーノズル２１の中で白抜きのものはスプレーが通水中であることを示し、黒く塗りつぶしたものはスプレーが非通水中であることを示す。２２はベンチュリースクラバ、２３はスプレーノズルであって、ベンチュリースクラバ２２とスプレーノズル２３から二次洗浄室は構成されている。２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄはバタフライ弁、２５は一次駆動装置、２６は二次駆動装置である。
【００１９】
図７は、二次洗浄室のガス通過断面積を調整する機構を説明する図であり、以下、図５と図６を参照しながら図７について説明する。
【００２０】
一次駆動装置２５のロッド２７（図５）が全ストローク（１００％）移動しても、弁頭２９はガス通過断面を完全に封鎖することはできず、弁頭２９とベンチュリー管３０内面との間には間隙ｃがある。この間隙ｃをなくして水封可能な状態にするために二次駆動装置２６が作動するのである。本実施例では、一次駆動装置２５のストロークが０〜８０％未満の位置では二次駆動装置２６は作動しない。一次駆動装置２５のストロークが８０％の位置が二次駆動装置２６のストロークが０％（完全開放）の位置に対応し、この位置から二次駆動装置２６のロッド２８（図５）がストローク７０％の位置へ移動することによって上記間隙ｃがなくなり、図５に示すように、スプレーノズル２３から供給した水でベンチュリースクラバ２２を水封する（二次洗浄室を封鎖して下流側へのガス流れを遮断する）。二次駆動装置２６は、ベンチュリースクラバ２２の封鎖状態から全開状態（ストローク０％の位置）への変化が瞬時に可能な機構であって、瞬時に水封状態を解除して一次駆動装置２５で予め調整されたガス通過断面積（一次駆動装置のストローク８０％の位置に対応するもの）を確保し、図６に示すように、ベンチュリースクラバ２２の下流側へのガス流れを実現することができる。
【００２１】
以上のように構成される湿式集塵装置を用いることによって以下のようにして高炉炉頂ガスのエネルギーを回収し、異常事態に迅速に対応することができる。
（１）バグフィルタ１１を運転して炉頂圧タービン１６で高炉炉頂ガスのエネルギーを回収する場合（図２の場合）
図５において、一次駆動装置２５のロッド２７と二次駆動装置２６のロッド２８を移動させてベンチュリースクラバ２２を封鎖し、バタフライ弁２４ｂ、スプレ−ノズル２３を経て供給される水によりベンチュリースクラバ２２を水封し、図２に示す湿潤ガス排出管路７へのガス流れを遮断する。なお、図２の一次洗浄室５から管路１９を経て高炉１へ供給する炉頂装入設備の均圧用ガス（図５の矢印３０ａ）を洗浄するために、図５に示すバタフライ弁２４ａからスプレ−ノズル２１の一部へ洗浄水が供給されるが、このときバタフライ弁２４ｂは実質的に全閉状態で、スプレーノズル２３へ供給される洗浄水量は水封用の水の漏れに対応するごく僅かな量であり、この水はバタフライ弁２４ｄを経て排出される。また、バタフライ弁２４Ｃは全閉状態である。
【００２２】
かくして、図２に示す高炉１の炉頂ガスは除塵器３、バグフィルタ１１を経て炉頂圧タービン１６へ供給されて、電気エネルギーに変換される。
【００２３】
図２において、バグフィルタ１１を運転する場合の一次洗浄室５を通過するガス量（炉頂装入設備の均圧用ガス量）の一例は全体の１０〜２０％程度であり、この場合、図５のバタフライ弁２４ａからスプレ−ノズル２１の一部へ供給される洗浄水の量は定格の約１／３程度である。
（２）湿式集塵装置を運転して炉頂圧タービン１６で高炉炉頂ガスのエネルギーを回収する場合（図３の場合）
図３において、バグフィルタ１１は、適切なタイミングで堆積した塵を取り除くメンテナンス作業のために、ほぼ一定の期間（１月に２回程度）毎に運転が停止されるので、その間は高炉炉頂ガスを湿式集塵装置を通過させる必要がある。そのために二次洗浄室６の水封を解き、二次洗浄室６内を高炉炉頂ガスが通過できるようにする必要がある。
【００２４】
そこで、本実施例においては、図７において、一次駆動装置のストロークは約２０％程度付近で定差圧制御運転し、図６のベンチュリースクラバ２２内をガスが通過可能な状態にし、このガスを洗浄するため、図６に示すバタフライ弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃは全開状態とされ、バタフライ弁２４ｄは全閉状態とされる。そして、すべてのスプレーノズル２１およびスプレーノズル２３から洗浄水がスプレーされる。
【００２５】
かくして、図３に示す高炉１の炉頂ガスは除塵器３、一次洗浄室５，二次洗浄室６、切替弁１８を経て炉頂圧タービン１６へ供給されて、電気エネルギーに変換される。
（３）バグフィルタ１１の運転中（図２の場合）において、炉頂圧タービン１６がトリップ等により急に停止した場合
図２のケースでは、二次洗浄室６は水封されているので、直ちに水封を解いて、その下流側にガスが流れるようにする必要がある。すなわち、図５の二次駆動装置２６をストロークが０％の位置（一次駆動装置２５のストロークが８０％の位置に相当）まで瞬時に退避させて、ベンチュリースクラバ２２（二次洗浄室６）の水封を解き、図６に示すような状態にする。
【００２６】
かくして、図４に示す高炉１の炉頂ガスは、除塵器３、一次洗浄室５、二次洗浄室６、タービンバイパス弁８を経て燃料として使用される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、二次洗浄室の水封機能により乾式集塵装置運転時は、湿式集塵装置下流側へのガス流れが完全に遮断されるので、高炉炉頂ガスエネルギーの回収効率が高く、余分な洗浄水が不要であり、少量のリークガス流れが回避できるので、配管内にダストが堆積しにくい。
（２）請求項２、３記載の発明によれば、洗浄水の使用量を大幅に低減できる。
（３）請求項４記載の発明によれば、実用的で故障が少なく、作動信頼性に優れたガス通過断面積の調整方法を提供することができる。
（４）請求項５記載の発明によれば、異常事態に迅速に対応できる高炉炉頂ガスエネルギー回収方法を提供することができる。
（５）請求項６記載の発明によれば、本発明に係る方法を実施するに好適な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高炉炉頂ガスエネルギー回収方法を実施するに好適な装置の一例の配置図である。
【図２】図１に示す装置において、乾式集塵装置を運転する場合の高炉炉頂ガスのフローを示す図である。
【図３】図１に示す装置において、湿式集塵装置を運転する場合の高炉炉頂ガスのフローを示す図である。
【図４】図１に示す装置において、炉頂圧タービンがトリップした場合の高炉炉頂ガスのフローを示す図である。
【図５】二次洗浄室が水封されて下流側へのガス流れが遮断されている場合を示す概略構成図である。
【図６】二次洗浄室の水封が解除されて下流側へのガス流れが確保されている場合を示す概略構成図である。
【図７】二次洗浄室のガス通過断面積を調整する機構を説明する図である。
【図８】従来の高炉炉頂ガスエネルギー回収方法を実施するための装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１…高炉
３…除塵器
５…一次洗浄室
６…二次洗浄室
８…タービンバイパス弁
１１…バグフィルタ
１６…炉頂圧タービン
２５…一次駆動装置
２６…二次駆動装置
【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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【図７】
0003560555.tif 000008
【図８】
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