(57)【要約】【課題】ボイラの燃料として少なくとも２種の副生ガスを混合した混合ガスを用いるにあたり、燃料熱量の高い副生ガスを最大限活用しつつ、混合ガスにおける除塵と熱量変動抑制とを同時に行い、ボイラの安定した連続運転を可能とする、除塵・熱量変動抑制一体化設備を提供する。【解決手段】混合ガス貯蔵槽と、該混合ガス貯蔵槽内部に、該混合ガス中のダストの除去を司る噴霧水ノズルとを、備え、また、該噴霧水ノズルからの噴霧水量を、該各副生ガスの流量および／または該混合ガス中のダスト量に応じて制御する噴霧水量演算器を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの燃料となる少なくとも２種の副生ガスの混合ガスの除塵・熱量変動抑制一体化設備であって、
混合ガス貯蔵槽と、該混合ガス貯蔵槽内部に、該混合ガス中のダストの除去を司る噴霧水ノズルとを、備え、
また、該噴霧水ノズルからの噴霧水量を、該各副生ガスの流量および／または該混合ガス中のダスト量に応じて制御する噴霧水量演算器を備えることを特徴とする除塵・熱量変動抑制一体化設備。
【請求項２】
前記各副生ガスの流量を測定するガス流量計を備えることを特徴とする請求項１に記載の除塵・熱量変動抑制一体化設備。
【請求項３】
前記混合ガス貯蔵槽の混合ガス排出部に、前記混合ガス中のダスト量を測定するダストモニターを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の除塵・熱量変動抑制一体化設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの燃料となる少なくとも２種の副生ガスの混合ガス（例えば、燃料熱量（ガスカロリ）の異なる少なくとも２種の副生ガスの混合ガス）の除塵・熱量変動抑制一体化設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、高炉ガスを主燃料としてボイラで燃焼させるガス焚発電が行われている。高炉ガスは、高炉の操業状態によって燃料熱量が変動するため、燃料熱量の変動に対する流量調整の追従性の限界によって、ボイラへ送る総燃料熱量が変動し、発電出力が不安定になるという問題があった。
【０００３】
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、燃料熱量の変動を抑制するために、高炉ガスと比べて燃料熱量の高い転炉ガスを高炉ガスに加えて、燃料熱量を一定に調整する技術が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ボイラへの供給配管の途中にバッファタンクを設け、このバッファタンクでガスを一時的に貯蔵することにより、燃料熱量の変動を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４８０２６号公報
【特許文献２】国際公開２００６／０７０４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来、高炉ガスに転炉ガスを加えて、これらの混合ガスをボイラで燃焼させる場合には、転炉ガスの燃料熱量の急激な増加を想定して、ボイラの蒸気発生上限量に対して余裕を見てボイラの運転を行っていた。しかし、近年、一層の高効率化の観点から、高炉ガスより燃料熱量の高い転炉ガスなどの副生ガス量を増加させて、かような副生ガスをより有効に活用することが要望されている。
【０００７】
しかし、特許文献１や２の技術において、副生ガス量、例えば、転炉ガス量を増加させると、転炉ガス中に含まれるダストが、下流側、特にボイラの伝熱管に付着して、伝熱管の閉塞や熱交換性能の低下を引き起こし、これによって、ボイラの安定した連続運転を阻害するという問題が生じることが判明した。
【０００８】
すなわち、通常、高炉ガスや転炉ガスといった副生ガスについては、図１に示すように、高炉や転炉といったガス発生設備からの副生ガスの出口ラインに除塵装置を設け、これにより、ガス中のダストの除去を行っている。特に、高炉ガスについては、数段にわたり除塵装置を設けているため、ガス中のダストの多くは除去される。この点、転炉ガスでも、除塵装置を用いてガス中のダストの除去を行っているが、転炉作業はいわゆるバッチ作業となるため、操業条件によっては、高炉ガスほどの高性能の集塵を行うことが設備能力上、困難となる場合もある。このため、転炉ガスなどの副生ガス量が増加すると、ダストが集塵しきれずに、その状態でボイラにガスが供給される場合があり、その結果、ダストがボイラの伝熱管等に付着して、伝熱管の閉塞や熱交換性能の低下を引き起こすという問題が生じる。
【０００９】
加えて、転炉ガスを主燃料とするような場合には、転炉ガスの急激な熱量変動（１分間で500kJ/Nm3）により、ガス流量の調整が追従できず、ボイラへ送るガスの総燃料熱量が変動することも懸念される。
【００１０】
本発明は、上記の現状を鑑み開発されたものであって、ボイラの燃料として少なくとも２種の副生ガスを混合した混合ガスを用いるにあたり、燃料熱量の高い副生ガスを最大限活用しつつ、混合ガスにおける除塵と熱量変動抑制とを同時に行い、ボイラの安定した連続運転を可能とする、除塵・熱量変動抑制一体化設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、特許文献２のようなバッファタンク、すなわちガス貯蔵装置を設けるとともに、その前後に、高炉ガスの除塵装置として使用されている電気除塵装置を設置することを試みた。
しかし、この場合には、容量などの観点から除塵装置を大型化する必要があり、設置スペースの面で問題がある。また、混合ガス中のダスト量は、操業状態によって変動する場合があり、常時、集塵を行うような形式では、コストが高くなるという問題もある。
【００１２】
そこで発明者らは、上記の観点から、さらに検討を重ねたところ、
１）省スペース化を図るには、ガス貯蔵部（ガス貯蔵槽）と除塵装置を一体化させることが有効である、
２）また、除塵にあたっては、設備仕様やコスト等の観点から、ガス流量等に応じて除塵能力を制御できる形式とすることが有効であり、特に、ガス貯蔵部と除塵装置を一体化させるという点を考慮すると、ガス貯蔵槽と、ガス貯蔵槽内部に混合ガス中のダストの除去を司る噴霧水ノズルとを設置し、この噴霧水ノズルからの水噴霧によりダストを除去することが有効である、
３）さらに、より高精度の除塵制御を行う観点から、ガス貯蔵槽の配置を副生ガスの合流点〜ボイラの間とし、各副生ガスの流量および／または混合ガス中のダスト量に応じて、噴霧水量を制御する噴霧水量演算器を設置することが有効である、
との知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
【００１３】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．ボイラの燃料となる少なくとも２種の副生ガスの混合ガスの除塵・熱量変動抑制一体化設備であって、
混合ガス貯蔵槽と、該混合ガス貯蔵槽内部に、該混合ガス中のダストの除去を司る噴霧水ノズルとを、備え、
また、該噴霧水ノズルからの噴霧水量を、該各副生ガスの流量および／または該混合ガス中のダスト量に応じて制御する噴霧水量演算器を備えることを特徴とする除塵・熱量変動抑制一体化設備。
【００１４】
２．前記各副生ガスの流量を測定するガス流量計を備えることを特徴とする前記１に記載の除塵・熱量変動抑制一体化設備。
【００１５】
３．前記混合ガス貯蔵槽の混合ガス排出部に、前記混合ガス中のダスト量を測定するダストモニターを備えることを特徴とする前記１または２に記載の除塵・熱量変動抑制一体化設備。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、省スペースかつ低コストに、複数の副生ガスの混合ガス、特には、燃料熱量の異なる副生ガスの混合ガスにおける除塵と熱量変動抑制とを同時に実現して、ボイラの安定した連続運転を行うことが可能となる。また、ボイラの伝熱管の清掃頻度を低減して、メンテナンスコストの低減を図ることも可能となる。
さらに、従来、燃料熱量の急激な増加を想定して、蒸気発生上限量に対して余裕を見てボイラの運転を行っていたが、本発明の除塵・熱量変動抑制一体化設備を導入することによって、例えば、副生ガスとして高炉ガスと転炉ガスおよび／またはコークス炉ガスを用いる場合には、燃料熱量の高い転炉ガスやコークス炉ガスを最大限活用して、ボイラでの蒸気発生量、ひいては発電量の最大化を図ることが可能となる。また、この場合には、転炉ガスおよび／またはコークス炉ガスの放散を低減することも併せて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のガス発生設備からボイラへ副生ガスを供給する概略系統図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備の混合ガス貯蔵槽の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備を導入したときの熱量変動の抑制効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の除塵・熱量変動抑制一体化設備は、ボイラの燃料となる少なくとも２種の副生ガスの混合ガスの除塵・熱量変動抑制一体化設備であって、混合ガス貯蔵槽と、混合ガス貯蔵槽内部に、混合ガス中のダストの除去を司る噴霧水ノズルとを、備え、また、噴霧水ノズルからの噴霧水量を、各副生ガスの流量および／または混合ガス中のダスト量に応じて制御する噴霧水量演算器を備えるものである。
以下、副生ガスとして、高炉ガスと転炉ガスを用いる場合を例として、本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備を具体的に説明する。
【００１９】
図２に、本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備を示す。図中、符号１は転炉ガス流量調節弁、２は噴霧水量演算器、３は転炉ガス流量計、４は高炉ガス流量調節弁、５は高炉ガス流量計、６はガス混合器、７は噴霧水量ポンプ、８は混合ガス圧縮機、９は混合ガス貯蔵槽、１０は混合ガス貯蔵槽レベル計、１１は噴霧水ノズル、１２は混合ガス熱量計、１３は混合ガスダストモニター、１４は混合ガス流量調節弁、１５はボイラである。
【００２０】
図１に示したように、本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備では、ガス混合器６で混合された、高炉ガスと転炉ガスとの混合ガスが、混合ガス貯蔵槽９に供給される。なお、混合ガスの圧力が低く、十分な流量を確保できない場合には、混合ガス圧縮機８を設置し、この混合ガス圧縮機８により混合ガスの圧縮を行ってもよい。
また、転炉ガスの燃料熱量が大きく変動する場合には、高炉ガスと転炉ガスの混合ガスを、混合ガス貯蔵槽で一次的に受け入れることで、ボイラに供給する燃料熱量の変動を抑制することができ、これによって、燃料熱量の高い転炉ガス等の副生ガスを最大限活用することが可能となる。また、この混合ガス貯蔵槽の内部に設置した噴霧水ノズルから、適宜、水を噴霧することで、混合ガス中のダストを除去することが可能となる。
【００２１】
ここに、噴霧水ノズルの設置形態については特に限定されるものではないが、例えば、図２に示すように、混合ガスの導入配管を混合ガス貯蔵槽の中心まで延在させ、これに、鉛直方向下向きに混合ガスが導入されるように拡大管（ベンチュリ管）を接続し、この拡大管内に噴霧水ノズルを設置することが好適である。
これにより、混合ガス中のダストの除去を効率的に行うことができ、また、拡大管出口での混合ガス流速の低減と十分なガス分散を行って、混合ガス中の燃料熱量が大きく変動する場合の混合ガスの一時的な受入をより有利に行うことが可能となる。
【００２２】
また、混合ガス貯蔵槽９については、混合ガス量の導入量に応じ、混合ガスの燃料熱量変動を抑制するのに十分な容積とすればよいが、例えば、図３に示すように、混合ガス貯蔵槽９の内部に上下への昇降が可能なピストン板１６を設け、混合ガス貯蔵槽の内部を混合ガス室１７と空気室１８に分離することが好適である。この場合、ピストン板１６が、混合ガス貯蔵槽９への混合ガスの導入（受入）流量に応じて昇降するため、混合ガス貯蔵槽９での混合ガスの貯蔵量を導入流量に応じた量とすることが可能となる。
なお、混合ガス貯蔵槽９の側壁とピストン板１６との隙間を塞ぎ、かつピストン板１６の上下への昇降を可能とする形態としては、例えば、図３に示すように、ピストン板１６の周縁に昇降可能なシール機構１９を設け、このシール機構１９に、混合ガス貯蔵槽９の側壁に押付けられるようにして略Ｓ字形状部分が形成されている可撓性のシール材２０の一端を取り付ける一方、この可撓性のシール材２０の他端をボルト２１等により、混合ガス貯蔵槽９の側壁に取り付けるような構造とすればよい。
なお、この場合には、混合ガス室１７におけるピストン板１６の変動域よりも下部に混合ガス熱量計１２を設置する。
【００２３】
そして、本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備では、混合ガス中のダストの除去にあたり、噴霧水ノズルからの噴霧水量を、各副生ガスの流量および／または混合ガス中のダスト量に応じて制御することが有効であり、このために、かような制御を行うことができる噴霧水量演算器２を設置することが重要である。
【００２４】
ここに、混合ガス中のダストを除去するための噴霧水量の制御の方法としては、例えば、図２に示すように、各副生ガスのガス流量計、例えば、転炉ガス流量計３と高炉ガス流量計５を設け、その流量に応じた噴霧水量とすることが好適である。具体的には、各副生ガス量と噴霧水量との関係性を予め検量線などとして求めておき、各副生ガス量に応じた噴霧水量とするフィードフォワード制御を行うことが好適である。
また、上記のフィードフォワード制御に加え、混合ガス貯蔵槽９の混合ガス排出部に混合ガスダストモニター１３を設け、これにより、連続的にガス中のダスト量を測定して、ダスト量がある設定値を超えた場合には、噴霧水量を変更するフィードバック制御を組み合わせて行うことがより好適である。この場合、操業状態などにより各副生ガス中のダスト量が変化する場合であっても、混合ガス中のダストを有効に除供することが可能となるため、一層有利である。
なお、混合ガスダストモニター１３としては、混合ガス中のミストを除去してダストを連続的に測定する形式のものなどを好適に用いることができる。また、混合ガスダストモニター１３については、測定に中央部までプローブ長が必要となるため、図３に示すように、混合ガス貯蔵槽９の混合ガス排出部、例えば混合ガス排出配管に取り付けることが好適である。
また、混合ガス貯蔵槽９の混合ガス導入部、例えば混合ガス導入配管に混合ガスダストモニターを設置し、ここで測定した混合ガス中のダスト量に応じた噴霧水量とするフィードフォワード制御を行ってもよい。
【００２５】
なお、副生ガス流量の制御については、特に限定されるものではないが、副生ガスとして、高炉ガスと転炉ガスを用いる場合には、熱量が高い転炉ガスを最大限利用するため、転炉ガス流量調節弁１は全開状態を基本として、操業状態に応じて弁開度を適宜調整する。また、高炉ガスについては、例えば、混合ガス貯蔵槽９の上部に設置した混合ガスレベル計１０での測定結果に応じ、高炉ガス流量調節弁４で流量を調節し、混合ガス貯蔵槽９のレベルが安定するように制御すればよい。
【００２６】
また、混合ガス使用設備、すなわちボイラ１５への混合ガスの供給量は、混合ガス貯蔵槽９に設置した混合ガス熱量計１２により混合ガスの熱量を測定し、ボイラ側での指定総燃料熱量を、ここで測定した混合ガスの燃料熱量に応じた混合ガス流量となるように混合ガス流量調節弁１４の開度を調整すればよい。
【００２７】
なお、噴霧水により混合ガス中のミスト量が増加する場合には、図３に示すように、混合ガス貯蔵槽９の内部にさらにデミスター２２を備えることが好ましい。
【００２８】
以上、副生ガスとして、高炉ガスと転炉ガスを用いる場合を例として、本発明の一実施形態に係る除塵・熱量変動抑制一体化設備を説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。
なお、混合する副生ガスの組み合わせとしては、高炉ガスと転炉ガス、高炉ガスとコークス炉ガス、転炉ガスとコークス炉ガスの組み合わせなどが挙げられる。また、高炉ガス、転炉ガスおよびコークス炉ガスの３種類のガスの組み合わせとしてもよい。
また、発電量の最大化を測るという観点からは、転炉ガスを主燃料とする混合ガスを使用することが好ましい。ここでいう主燃料とは、混合ガス中において体積％で５０％以上となることを意味する。
【実施例】
【００２９】
図２に示した除塵・熱量変動抑制一体化設備を適用し、この際の高炉ガスおよび転炉ガスの燃料熱量の変動と、混合ガス貯蔵槽内の混合ガスの燃料熱量の変動の関係を調査した。結果を図４に示す。
なお、転炉ガス流量調節弁１は全開とし、高炉ガスについては、混合ガス貯蔵槽９の上部に設置した混合ガスレベル計１０での測定結果に応じ、高炉ガス流量調節弁４で適宜流量を調節した。
【００３０】
図４に示したように、転炉ガスの燃料熱量は時間の経過とともに大きく変動しているが、混合ガス貯蔵槽において燃料熱量の変動は吸収されており、そのため、燃料熱量の高い転炉ガスを最大限活用して、ボイラでの蒸気発生量、ひいては発電量の最大化を図ることが可能となる。
【００３１】
また、上記の条件で、転炉ガスを主燃料とした、転炉ガスと高炉ガスの混合ガスを燃料として、ボイラを点検間隔に合わせて所定期間連続運転した。なお、噴霧水量の制御にあたっては、噴霧水量演算器を利用して、予め検量線として求めた転炉ガス量および高炉ガス量と最適な噴霧水量の関係性から、転炉ガス流量計と高炉ガス流量計で測定したガス流量に応じた噴霧水量とするように制御した。また、混合ガス貯蔵槽の混合ガス排出部の混合ガスダストモニターにより、連続的に混合ガス中のダスト量を測定して、ダスト量がある設定値を超えた場合には、噴霧水量を変更する制御も併せて行った。
【００３２】
その結果、運転中、ボイラの発電出力の大きな変動は見られず、安定した連続運転を行うことができた。さらに、上記の連続運転後の設備点検において、ボイラの伝熱管へのダストの付着状況を確認したところ、ダストの付着は殆ど見られず、伝熱管の閉塞はもとより、熱交換性能の低下も見られなかった。
【符号の説明】
【００３３】
１    転炉ガス流量調節弁
２    噴霧水量演算器
３    転炉ガス流量計
４    高炉ガス流量調節弁
５    高炉ガス流量計
６    ガス混合器
７    噴霧水量ポンプ
８    混合ガス圧縮機
９    混合ガス貯蔵槽
１０  混合ガス貯蔵槽レベル計
１１  噴霧水ノズル
１２  混合ガス熱量計
１３  混合ガスダストモニター
１４  混合ガス流量調節弁
１５  ボイラ
１６  ピストン板
１７  混合ガス室
１８  空気室
１９  シール機構
２０  シール材
２１  ボルト
２２  デミスター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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