(57)【要約】【課題】高炉ガス発電用のボイラなど、高炉ガスを燃料として蒸気を発生する高炉ガス焚きボイラにおいて、大幅なコスト上昇を招くことなく、高炉の吹き抜け発生時の高炉ガスの発熱量の急激な増大に起因してトリップが発生してしまうことを、確実かつ安定して防止する。【解決手段】高炉ガスを燃料とする高炉ガス焚きボイラ１０における燃料制御方法は、高炉吹き抜け時に、ボイラ１０のバーナ１１に高炉ガスを供給する燃料供給管１２における流量調節弁１４よりも上流側の位置に蒸気を導入し、バーナ１１に供給される高炉ガスの発熱量を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量調節弁を介して供給される高炉ガスを燃料とする高炉ガス焚きボイラにおける燃料制御方法であって、
高炉吹き抜け時に、前記ボイラのバーナに高炉ガスを供給する燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置に蒸気を導入することを特徴とする、高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法。
【請求項２】
前記燃料供給流路における前記蒸気の導入位置よりも上流側の位置に、高炉ガスの状態量を検出するための状態量検出手段を設けておき、当該状態量検出手段によって高炉吹き抜けを検出したときに、前記燃料供給流路に前記蒸気を導入することを特徴とする、請求項１に記載の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法。
【請求項３】
前記状態量検出手段により検出される高炉ガスの状態量は、高炉ガスの発熱量であり、
当該高炉ガスの発熱量の検出結果に基づいて高炉の吹き抜けを検出することを特徴とする、請求項２に記載の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法。
【請求項４】
前記燃料供給流路に対して前記蒸気を導入する蒸気導入流路に、当該蒸気導入流路から前記燃料供給流路への蒸気の導入を制御するための蒸気導入制御手段を設けておき、前記状態量検出手段による検出結果に基づいて前記蒸気導入制御手段を制御することを特徴とする、請求項２または３のいずれか一項に記載の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法。
【請求項５】
高炉吹き抜け時に、前記ボイラのバーナに高炉ガスを供給する燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置にボイラの排ガスの一部を導入することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法。
【請求項６】
前記燃料供給流路に前記排ガスを導入した後に、前記燃料供給流路に導入する蒸気の流量を減少させることを特徴とする、請求項５に記載の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法。
【請求項７】
高炉ガスを燃料とする高炉ガス焚きボイラにおける燃料制御装置であって、
高炉ガスを前記ボイラの燃料供給口に導くための燃料供給流路と、 
前記燃料供給流路に介在された流量調節弁と、 
前記燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置に蒸気を導入する蒸気導入流路と、
前記燃料供給流路における前記蒸気の導入位置よりも上流側の位置に設けられた、高炉ガスの状態量を検出するための状態量検出手段と、
前記蒸気導入流路から前記燃料供給流路への蒸気の導入を制御するための蒸気導入制御手段と、を有し、
前記状態量検出手段の検出結果によって高炉の吹き抜けを検出したときに、前記燃料供給流路に前記蒸気が導入されるように前記蒸気導入制御手段を制御することを特徴とする高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御装置。
【請求項８】
前記ボイラに設けられた排ガスダクトから、前記燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置に排ガスを導入する排ガス導入用流路と、
前記排ガス導入用流路から前記燃料供給流路への排ガスの導入を制御するための排ガス導入制御手段と、を有することを特徴とする、請求項７に記載の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉から副生ガスとして得られる高炉ガスを、燃料として蒸気発生用ボイラに供給する燃料ガスを制御する方法、およびその制御のために使用される装置に関し、とりわけ、高炉に吹き抜けが発生した時において燃料ガスを制御するための方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、製鉄所においては、高炉から副生ガスとして得られる高炉ガス（ＢＦＧ）をボイラで燃焼させ、ボイラから発生する高温、高圧の蒸気を用いてタービン発電機により発電すること、すなわち高炉ガス焚き発電が行なわれている。
【０００３】
ところで高炉の操業中においては、いわゆる吹き抜けと称される現象が発生することがある。
吹き抜けは、高炉内鉱石層の一部が流動化もしくはチャンネリングを起こして、大量のガスが、装入物と熱交換あるいは反応せずに、多量の顕熱とともに炉頂に達する現象である。このような吹き抜けが発生すると、高炉ガスのカロリー（燃料としての発熱量）が高くなるため、ボイラに供給する燃料、即ち高炉ガスの流量が吹き抜けの前後で維持された場合、ボイラに供給される高炉ガスの発熱量の総量が増大する。そうすると、ボイラの負荷が変動し、それに伴い火炉内圧力や、蒸気温度、蒸気圧力などのプロセス値が急激かつ大幅に変動する。その結果、いわゆるボイラトリップ状態に陥ってしまうことがある。そしてトリップ状態となれば、高炉ガス焚き発電設備からの電力及び蒸気の供給が停止するので、その場合の製鉄所内外に与える悪影響は多大となる。具体的には、製鉄所内の各工場への送電が停止することで、各工場の操業を停止せざるを得ない事態が生じたり、発電設備から製鉄所内の各工場への送気が停止することで、各所での操業に支障をきたしたりしてしまう。
【０００４】
上述のような観点から、高炉ガス焚き発電においては、高炉の吹き抜け時において、ボイラに供給される高炉ガスの発熱量が急激に増大することを防止して、吹き抜けによるボイラへの悪影響を最小限に抑えることが強く望まれる。
【０００５】
ところで、高炉の吹き抜け時において、ボイラに供給される高炉ガスの発熱量が急激に増大することを防止するための方法としては、既に特許文献１、特許文献２などにおいて提案されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、高炉ガスの温度から高炉ガス発熱量を推定し、さらに高炉ガス温度・圧力によって発熱量補正を行い、補正後の高炉ガス発熱量を基に、ボイラへ高炉ガスを導く流路に設けられた流量調節弁を制御して、ボイラへ供給する高炉ガスの熱量の変動を抑制する装置が提案されている。
【０００７】
また特許文献２には、高炉の吹き抜けなどによって高炉ガスの温度が異常に高くなった時に、ボイラに供給する燃料ガスを、高炉ガスからコークス炉ガスに切り替えることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平５−７７９２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、例えば１５０ＭＷクラスの発電設備におけるボイラへの高炉ガス流量は、３５０，０００Ｎｍ３／ｈ程度であり、このような大流量のガスの流量調節弁としては、弁体の径が数ｍの大型のバタフライ弁が用いられるのが通常である。そのため、上述の特許文献１の装置を用いて、高炉ガスの発熱量上昇時にボイラへの供給熱量を抑制するためには、バタフライ弁を急激かつ大幅に閉方向に動作させる必要がある。
【００１０】
しかしながら大流量のガスの流れを、大型のバタフライ弁によって急激に減少させると、ボイラ火炉内の急激なドラフト変化などによりボイラがトリップするおそれがある。したがって特許文献１の方法を実操業に適用しても、高炉の吹き抜け時においてボイラのトリップを確実かつ安定して防止することは困難であった。
【００１１】
また、特許文献２の方法に関しては、製鉄所のガスバランス上、ボイラで使用する高炉ガス量に匹敵する程度のコークス炉ガスを充分に確保することは困難である。即ち、コークス炉ガスは、製鉄所において得られる絶対量が、高炉ガスよりも格段に少ないため、高炉ガスの発熱量上昇時にコークス炉ガスに切り替えた場合、ボイラへの供給ガス量が急変するのが通常である。そしてその場合、ボイラ内のガス量不足や熱量不足によって、ボイラ内の急激なドラフト変化や火炉の伝熱管への伝熱量の急激な変化が発生し、ボイラがトリップするおそれがある。また、コークス炉ガスが足りない場合に、天然ガス(LNG)や石油ガス(LPG)等の高価燃料を使用することも可能であるが、燃料費の大幅なコスト上昇を招く。
【００１２】
したがって特許文献２の方法も、製鉄所において実際の操業に適用することは困難であり、しかも、仮に実操業に適用したとしても、高炉の吹き抜け時において設備のトリップを確実かつ安定して防止することは困難であった。
【００１３】
以上のように、高炉の吹き抜け時においてボイラに供給される高炉ガスの発熱量が急激に増大して、トリップが発生してしまうことを未然に防止するための方法として、従来提案されている方法は、確実かつ安定してトリップの発生を防止することが困難であったり、または大幅なコスト上昇を招いて、実際の製鉄所に適用することが困難であったりしたのが実状である。
【００１４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高炉ガス発電用のボイラなど、高炉ガスを燃料として蒸気を発生する高炉ガス焚きボイラにおいて、大幅なコスト上昇を招くことなく、高炉の吹き抜け発生時の高炉ガスの発熱量の急激な増大に起因してトリップが発生してしまうことを、確実かつ安定して防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するための本発明は、流量調節弁を介して供給される高炉ガスを燃料とする高炉ガス焚きボイラにおける燃料制御方法であって、高炉吹き抜け時に、前記ボイラのバーナに高炉ガスを供給する燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置に蒸気を導入することを特徴としている。
【００１６】
本発明者が上述の課題を解決するため鋭意検討した結果、製鉄所内には、熱源などに用いられる所内蒸気の供給管が製鉄所内の全体にわたって設けられていること及び当該蒸気の発熱量が実質的にゼロであることに着目し、高炉の吹き抜け発生時に、この製鉄所内の蒸気で高炉ガスを希釈すれば高炉ガスの発熱量を低減できると考えた。本発明はこの着想に基づくものであり、本発明によれば、ボイラのバーナに高炉ガスを供給する燃料供給流路における流量調節弁よりも上流側の位置に蒸気を導入するので、高炉吹き抜けにより発熱量が高くなった高炉ガスを燃料供給流路に導入した蒸気により希釈することで、当該高炉ガスの発熱量を低減することができる。その結果、例えば流量調節弁を急激に閉方向に動作させずとも、ボイラに投入される高炉ガスの総発熱量の増加を抑えることができる。したがって、ボイラの急激な負荷変動を抑制し、高炉の吹き抜け発生時の高炉ガスの発熱量の急激な増大に起因してトリップが発生してしまうことを、確実かつ安定して防止できる。また、高炉ガスの希釈に用いる蒸気は、例えば高炉ガスを燃料とするボイラから発生するものを用いることができる。そのため、高炉ガスの希釈には、高炉ガスが流れる燃料供給流路に蒸気を導入する、例えば弁や配管のみを追加すれば足りる。したがって、燃料費はもとより設備費の面においても、大幅なコスト上昇を招くこともない。
【００１７】
前記燃料供給流路における前記蒸気の導入位置よりも上流側の位置に、高炉ガスの状態量を検出するための状態量検出手段を設けておき、当該状態量検出手段によって高炉吹き抜けを検出したときに、前記燃料供給流路に前記蒸気を導入してもよい。
【００１８】
前記状態量検出手段により検出される高炉ガスの状態量は、高炉ガスの発熱量であり、当該高炉ガスの発熱量の検出結果に基づいて高炉の吹き抜けを検出してもよい。
【００１９】
前記燃料供給流路に対して前記蒸気を導入する蒸気導入流路に、当該蒸気導入流路から前記燃料供給流路への蒸気の導入を制御するための蒸気導入制御手段を設けておき、前記状態量検出手段による検出結果に基づいて前記蒸気導入制御手段を制御してもよい。
【００２０】
高炉吹き抜け時に、前記ボイラのバーナに高炉ガスを供給する燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置にボイラの排ガスの一部を導入してもよい。
【００２１】
前記燃料供給流路に前記排ガスを導入した後に、前記燃料供給流路に導入する蒸気の流量を減少させてもよい。
【００２２】
別の観点による本発明は、高炉ガスを燃料とする高炉ガス焚きボイラにおける燃料制御装置であって、高炉ガスを前記ボイラの燃料供給口に導くための燃料供給流路と、前記燃料供給流路に介在された流量調節弁と、前記燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置に蒸気を導入する蒸気導入流路と、前記燃料供給流路における前記蒸気の導入位置よりも上流側の位置に設けられた、高炉ガスの状態量を検出するための状態量検出手段と、前記蒸気導入流路から前記燃料供給流路への蒸気の導入を制御するための蒸気導入制御手段と、を有し、前記状態量検出手段の検出結果によって高炉の吹き抜けを検出したときに、前記燃料供給流路に前記蒸気が導入されるように前記蒸気導入制御手段を制御することを特徴としている。
【００２３】
前記ボイラに設けられた排ガスダクトから、前記燃料供給流路における前記流量調節弁よりも上流側の位置に排ガスを導入する排ガス導入用流路と、前記排ガス導入用流路から前記燃料供給流路への排ガスの導入を制御するための排ガス導入制御手段と、を有していてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
高炉ガス発電用のボイラなど、高炉ガスを燃料として蒸気を発生する高炉ガス焚きボイラにおいて、大幅なコスト上昇を招くことなく、高炉の吹き抜け発生時の高炉ガスの発熱量の急激な増大に起因してトリップが発生してしまうことを、確実かつ安定して防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高炉ガス発電における高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法の第１の実施形態を実施するための装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の高炉ガス焚きボイラにおける高炉吹き抜け時の燃料制御方法の第２の実施形態を実施するための装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる燃料制御方法を実施する燃料制御装置１の構成の概要を示す系統図である。
【００２７】
ボイラ１０は、燃料ガスとしての高炉ガスをボイラ１０内で燃焼させるバーナ１１を複数有している。各バーナ１１には、燃料供給流路としての燃料供給管１２が接続されており、高炉ガスが当該燃料供給管１２を介してバーナ１１に供給される。燃料供給管１２は、図示しない高炉の炉頂から排出された高炉ガスが流れる高炉ガス母管１３から分岐して設けられている。燃料供給管１２におけるバーナ１１と高炉ガス母管１３の分岐点（図１の点Ｐ）との間には、バーナ１１に供給する高炉ガスの流量を制御する流量調節弁１４が設けられている。
【００２８】
燃料供給管１２における、流量調節弁１４と高炉ガス母管１３の分岐点Ｐとの間には、製鉄所内に所内蒸気を供給する蒸気母管２０から分岐して設けられた蒸気導入流路としての蒸気導入管２１が合流点Ｑにおいて接続されている。
【００２９】
蒸気導入管２１には、蒸気流量調節弁３０が設けられており、当該蒸気流量調節弁３０の開度を調節することで、蒸気導入管２１から燃料供給管１２へ導入される蒸気の量、即ち、高炉ガスを希釈する蒸気の量が制御される。
【００３０】
蒸気導入管２１における蒸気流量調節弁３０の上流側には、蒸気導入管２１を流れる蒸気を所定の温度、圧力に減温、減圧する減温減圧機構３１が設けられている。減温減圧機構３１は、例えば蒸気導入管２１内に冷却水を注水するスプレノズルや減圧弁などにより構成されている。
【００３１】
蒸気導入管２１における蒸気流量調節弁３０と減温減圧機構３１との間には、減温減圧後の蒸気の温度及び圧力を測定する温度測定機構３２と圧力測定機構３３が設けられている。また、蒸気導入管２１における蒸気流量調節弁３０の下流側には、蒸気導入管２１を流れる蒸気流量測定機構３４が設けられている。これら温度測定機構３２、圧力測定機構３３及び蒸気流量測定機構３４における測定結果は、後述する演算手段１００に伝送される。なお、これら蒸気導入管２１、蒸気流量調節弁３０、減温減圧機構３１、温度測定機構３２、圧力測定機構３３、蒸気流量測定機構３４により蒸気導入制御手段３５が構成される。
【００３２】
燃料供給管１２における、合流点Ｑと分岐点Ｐとの間には、燃料供給管１２を流れる高炉ガスの状態量を検出するための状態量検出手段４０が設けられている。状態量検出手段４０は、高炉に吹き抜けが発生したことを検出するとともに、その吹き抜けの程度（高炉ガスの発熱量の増加の程度）を検出するためのものである。
【００３３】
状態量検出手段４０は、燃料供給管１２を流れる高炉ガスの発熱量を測定する発熱量測定機構４０ａと、温度測定機構４０ｂ、圧力測定機構４０ｃ及び流量測定機構４０ｄを有している。これら発熱量測定機構４０ａ、温度測定機構４０ｂ、圧力測定機構４０ｃ及び流量測定機構４０ｄにおける測定結果も、後述の演算手段１００に伝送される。
【００３４】
燃料供給管１２における、合流点Ｑと流量調節弁１４との間には、合流点Ｑよりも下流の位置で高炉ガスの状態量を検出するための他の状態量検出手段４１が設けられている。他の状態量検出手段４１は、発熱量測定機構５０、温度測定機構５１、圧力測定機構５２及び流量測定機構５３を有している。なお、これら測定機構は、上述の各測定機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと同じものを用いることができる。これら測定機構５０、５１、５２、５３の測定結果は、ボイラ制御装置６０に伝送される。ボイラ制御装置６０では、ボイラ１０の出力指令に基づいてボイラ１０への必要燃料投入量（必要発熱量）が算出されると共に、当該算出された必要燃料投入量が流量調節弁１４を通過するように流量調節弁１４の開度を制御する。この際、一般に発熱量測定機構５０（発熱量測定機構４０ａも同様）では、発熱量は標準状態（０℃、１気圧での状態）における値として測定される一方で、流量測定機構５３（流量測定機構４０ｄも同様）では実際の高炉ガスの温度、圧力下における流量（実ガス流量）として測定される。そのため、ボイラ制御装置６０では、温度測定機構５１及び圧力測定機構５２の測定結果に基づいて、発熱量測定機構５０で測定された高炉ガスの発熱量を実ガスにおける発熱量に換算する。そして、換算後の発熱量及び必要燃料投入量に基づいてボイラ１０に供給する高炉ガス実ガス流量を算出し、この算出された実ガス流量に基づいて流量調節弁１４の開度を制御する。なお、流量測定機構４０ｄ、５３で測定される流量は、厳密には実ガス流量ではなく、流量測定機構４０ｄ、５３の設計圧力、温度における流量であるため、後述するように、実際の高炉ガスの圧力、温度に基づいて流量補正された値が流量調節弁１４や蒸気流量調節弁３０などの制御に用いられる。
【００３５】
なお、高炉から排出される高炉ガスは、ベンチュリスクラバ（図示せず）等における水の散布によって水蒸気飽和の状態となっているのが通常であるので、ボイラ１０供給する高炉ガスの流量算出の際には、温度測定機構５１及び圧力測定機構５２の測定結果に基づいて、水蒸気についての補正も同時に行われる。なお、例えば発熱量測定機構５０が、実ガス状態における発熱量を測定する機能を具備している場合は、温度測定機構５１及び圧力測定機構５２は必ずしも設ける必要はない。このことは、発熱量測定機構４０ａ、温度測定機構４０ｂ、圧力測定機構４０ｃにおいても同様である。
【００３６】
ボイラ１０には、当該ボイラ１０内で燃焼した高炉ガスの排ガスを排出する排ガスダクト７０が接続されている。排ガスダクト７０には、ボイラ１０内から排ガスを誘引する誘引通風機７１が設けられている。誘引通風機７１の入口には、ボイラ１０から誘引する排ガスの流量を制御する吸い込みダンパ７２が設けられている。誘引通風機７１や吸い込みダンパ７２の動作は例えばボイラ制御装置６０により制御される。
【００３７】
また、ボイラ１０には、当該ボイラ１０内の圧力を測定する圧力測定機構８０が設けられている。圧力測定機構８０における測定結果はボイラ制御装置６０に伝送され、吸い込みダンパ７２の開度が、ボイラ１０内の圧力を所定の値に維持するように制御される。
【００３８】
次に、演算手段１００について説明する。演算手段１００は、状態量検出手段で検出された高炉ガスの状態量を常時監視し、当該状態量に基づいて高炉の吹き抜けの有無を検出する。具体的には、状態量検出手段４０の発熱量測定機構４０ａで測定された高炉ガスの発熱量（本実施の形態では標準状態における発熱量）が予め定めた閾値を超えたときに高炉に吹き抜けが発生したと判定し、蒸気導入管２１から燃料供給管１２へ所定の流量の蒸気を供給するように、蒸気流量調節弁３０を制御するように構成されている。
【００３９】
演算手段１００では、発熱量測定機構４０ａで測定された標準状態における発熱量が、温度測定機構４０ｂ及び圧力測定機構４０ｃの測定結果に基づいて実ガス状態における発熱量に換算される。それと共に、流量測定機構４０ｄの測定値についても、温度測定機構４０ｂ及び圧力測定機構４０ｃの測定結果に基づいて温圧補正される。そして、高炉において吹き抜けが発生したと判定されると、吹き抜け発生時の高炉ガスの発熱量を、吹き抜け発生前の発熱量まで低下させるために必要な、高炉ガス希釈用の蒸気の量が算出される。なお、高炉ガス希釈用の蒸気の量は、蒸気の条件、即ち蒸気の圧力、温度が、減温減圧機構３１により所定の値に調整されているものとして算出される。そして、高炉ガス希釈用の蒸気流量が算出されると、当該算出結果に基づいて演算手段１００により蒸気流量調節弁３０の開度が制御される。なお、蒸気母管２０を流れる蒸気の条件が、所定の圧力、温度を満たしていれば、減温減圧機構３１は必ずしも設ける必要はない。
【００４０】
なお、本実施の形態に係る燃料制御装置１は、この演算手段１００、状態量検出手段４０及び上述の蒸気導入制御手段３５により構成されている。なお、本実施の形態では、演算手段１００とボイラ制御装置６０を異なるものとして説明しているが、例えば演算手段１００はボイラ制御装置６０の一部として構成してもよい。また、演算手段１００やボイラ制御装置６０への各測定機構からの測定結果の伝送についても本実施の形態の内容に限定されるものではなく、例えば、全ての測定結果を一旦ボイラ制御装置６０に入力し、その後、ボイラ制御装置６０と演算手段１００との間で、例えば通信などにより必要な信号の授受を行うようにしてもよい。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る燃料制御装置１による具体的な制御方法及び各機器の動作について説明する。
【００４２】
高炉の吹き抜けが生じていない通常時においては、発熱量測定機構４０ａで測定された高炉ガスの発熱量が状態量検出手段４０及び演算手段１００により常時監視されている。そして、燃料供給管１２を流れる高炉ガスの発熱量が予め定められた閾値を超えない場合、換言すれば高炉の吹き抜けが生じていない場合は、蒸気流量調節弁３０は全閉の状態になっている。この状態においては、高炉ガス母管１３から燃料供給管１２に導かれた高炉ガスは、流量調節弁１４により所定の流量がボイラ１０のバーナ１１へ連続的に供給される。これにより、ボイラ１０内において高炉ガスが燃焼され、ボイラ１０から高温、高圧の水蒸気が連続的発生する。ボイラ１０で発生した高温、高圧の水蒸気は、例えば図示しない蒸気タービンに送られ、蒸気タービンに接続された発電機により発電が行なわれる。
【００４３】
そして、状態量検出手段４０において監視されている状態量、即ち高炉ガスの発熱量が、予め定められた閾値を超えた場合には演算手段１００により高炉吹き抜けが発生したと判定される。
【００４４】
高炉の吹き抜けが発生すると、蒸気流量調節弁３０が所定の開度に操作される。この際の蒸気流量調節弁３０の開度は、燃料供給管１２における合流点Ｑの下流側における高炉ガスの発熱量が所定の値となるように制御される。具体的には、発熱量測定機構５０で測定される実ガスの発熱量が、高炉吹き抜けが発生していない通常時における高炉ガスの実ガスの発熱量と一致するように、高炉ガスを希釈する蒸気の流量が制御される。
【００４５】
蒸気流量調節弁３０により希釈用の蒸気が燃料供給管１２に供給されると、燃料供給管１２における合流点Ｑの位置における希釈後の高炉ガスの発熱量は高炉吹き抜けが発生していない通常時の状態に維持される。かかる場合、発熱量測定機構５０で測定される高炉ガスの発熱量は高炉吹き抜けの発生前後で変化しないものの、燃料供給管１２を流れる高炉ガスの流量は、希釈用の蒸気の供給量分だけ増加しているので、高炉の吹き抜けの前後で流量調節弁１４の開度が一定のままであるとバーナ１１への高炉ガスの供給量が増加してボイラ１０の負荷が上昇してしまう。そのため、ボイラ制御装置６０では、各測定機構５０、５１、５２、５３の測定結果に基づいて、蒸気で希釈後の高炉ガスの供給量が必要燃料投入量と一致するように流量調節弁１４の開度が連続的に調整される。
【００４６】
なお、本発明者が蒸気での高炉ガスの希釈前後における、流量調節弁１４を通過する高炉ガスの流量変化について、例えばボイラ１０における蒸気発生量が約２００ｔ／ｈである場合を例に検討した。例えば、高炉吹き抜けが発生していない通常時において、高炉ガスの発熱量が７５０Ｋｃａｌ／Ｎｍ３、高炉ガスの圧力が２５０ｍｍＡｑ、高炉ガスの温度が３５℃、高炉ガス中に水蒸気が飽和状態で含まれている状態（高炉ガスの相対湿度１００％）における必要燃料流量が２００ｋＮｍ３／ｈ（２３２，９２０ｍ３−ｗｅｔ／ｈ）であったとする。なお、この条件下における実ガスの発熱量は６４４Ｋｃａｌ／ｍ３−ｗｅｔ、ボイラへ供給される高炉ガスの総発熱量は、１５０Ｇｃａｌ／ｈである。
【００４７】
そして、高炉ガスの吹き抜けが発生し、高炉ガスの発熱量が例えば１１００Ｋｃａｌ／Ｎｍ３に上昇したとすると、１１５℃の飽和蒸気により高炉ガスを希釈して、希釈後の高炉ガスの発熱量を６４４Ｋｃａｌ／ｍ３−ｗｅｔに維持するために、約３８．１ｔ／ｈの蒸気が、蒸気流量調節弁３０を介して燃料供給管１２に供給される。そして、かかる希釈後の高炉ガスは、蒸気が供給された分だけ水分量が増加するが、ボイラへ供給される高炉ガスの総発熱量を１５０Ｇｃａｌ／ｈに維持するために必要な希釈後の高炉ガスの流量は、約２３４，３８０ｍ３−ｗｅｔ／ｈとなり、その増加量は約０．６％となる。したがって、高炉の吹き抜け前後における流量調節弁１４の開度はほとんど変化することがなく、その結果、ボイラ１０の火炉内の圧力にほとんど影響を与えずに、ボイラ１０の負荷が維持される。
【００４８】
そして、高炉の吹き抜けが収まり、状態量検出手段４０により検出される高炉ガスの発熱量が低下すると、状態量検出手段４０での測定結果基づいて、蒸気流量調節弁３０の開度が調節され、高炉ガスの発熱量が高炉吹き抜け前の値に戻ると、やがて蒸気流量調節弁３０は全閉の状態になる。その後、引き続き各測定機構５０、５１、５２、５３の測定結果に基づいて流量調節弁１４が制御され、ボイラ１０のバーナ１１へ高炉ガスの供給が行われる。
【００４９】
以上の実施の形態によれば、ボイラ１０のバーナ１１に高炉ガスを供給する燃料供給管１２における流量調節弁１４よりも上流側の位置に蒸気を導入するので、高炉吹き抜けにより発熱量が高くなった高炉ガスを燃料供給管１２に導入した蒸気により希釈することで、当該高炉ガスの発熱量を低減することができる。その結果、例えば流量調節弁を急激に閉方向に動作させずとも、ボイラ１０に投入される高炉ガスの総発熱量の増加を抑えることができる。したがって、ボイラ１０の急激な負荷変動を抑制し、高炉の吹き抜け発生時の高炉ガスの発熱量の急激な増大に起因してトリップが発生してしまうことを、確実かつ安定して防止できる。
【００５０】
また、高炉ガスの希釈に用いる蒸気は、例えば高炉ガスを燃料とするボイラ１０から発生するものを減温減圧して用いることができる。そのため、高炉ガスの希釈には、高炉ガスが流れる燃料供給管１２に蒸気を導入する、蒸気導入管２１や蒸気流量調節弁３０などにより構成される蒸気導入制御手段３５を設ければ足りる。そのため、大幅なコスト上昇を招くこともない。さらに、蒸気導入制御手段３５から導入される蒸気の流量も、例えばボイラ１０から発生した高温高圧の蒸気を減温減圧機構３１により減温、減圧して使用する場合、上述の３８．１ｔ／ｈの蒸気のうち、約３４ｔ／ｈは減温用の給水であり、残りの約４ｔ／ｈがボイラ１０から発生する蒸気である。かかる場合、高炉ガスの希釈に用いる蒸気の流量は、ボイラ１０の蒸気発生量の約２％に過ぎないため、製鉄所の操業への影響も軽微なものに抑えられる。
【００５１】
なお、状態量検出手段４０により高炉の吹き抜けが検出されたときに、ボイラ１０への影響を最低限に抑えるには、燃料供給管１２における発熱量検出手段４０の設置位置と、燃料供給管１２と蒸気導入管２１との合流点Ｑの間の距離Ｌを極力長く確保することが好ましい。しかしながら、製鉄所における高炉ガスの配管は網状になっており、高炉からの高炉ガスの発生量変化や製鉄所内の各設備での高炉ガス使用量の変化により、高炉ガスの潮流が変化する。そのため、ボイラ１０へ確実に高炉ガスが供給される位置を状態量検出手段４０の設置位置とすると、上述の距離Ｌは製鉄所内の機器配置により制約を受ける。この点、本実施の形態のように、高炉ガスの希釈に蒸気を用いれば、蒸気流量調節弁３０を開操作することで直ちに燃料供給管１２の高炉ガスを希釈することができるので、距離Ｌを最小限の長さとすることができる。なお、状態量検出手段４０における発熱量計測時間は、通常は数秒程度であり、演算手段１００における演算時間は１秒以下であるため、距離Ｌは、燃料供給管１２を流れる高炉ガスが数秒間に移動する距離分だけ確保すればよい。
【００５２】
また、蒸気流量調節弁３０を開操作することで直ちに燃料供給管１２の高炉ガスを希釈することから、合流点Ｑは、燃料供給管１２における流量調節弁１４の上流側で、且つ状態量検出手段４０より下流側の任意の位置に設定できる。なお、制御性を向上させるという観点からは、蒸気流量調節弁３０は極力合流点Ｑの近くに配置することが好ましい。また、流量調節弁１４の上流側であって、各測定手段５０、５１、５２、５３の下流側に合流点Ｑを設ける場合、各測定手段５０、５１、５２、５３は必ずしも設ける必要はなく、例えば、蒸気流量測定機構と状態量検出手段４０との測定結果に基づき、演算手段１００やボイラ制御装置６０により希釈後の高炉ガスの発熱量を演算により求め、当該演算結果に基づいて流量調節弁１４を制御するようにしてもよい。
【００５３】
以上の実施の形態では、高炉の吹き抜けを検出する際に、状態量として高炉ガスの標準状態における発熱量を用いたが、当該状態量として用いる発熱量は、例えば温圧補正後の実ガスにおける発熱量を用いてもよい。
【００５４】
以上の実施の形態では、高炉ガスの希釈に蒸気を用いたが、高炉ガスの希釈に用いる流体は蒸気に限定されない。実質的に発熱量がゼロという観点から、例えばボイラ１０から発生する排ガスも高炉ガスの希釈に用いることができる。ただし、後述するように、排ガスを燃料供給管１２に導入するには、１０秒程度の時間を要し、また、排ガスの流速は一般的に２０ｍ／ｓｅｃであるため、排ガスを燃料供給管１２に導入する場所と状態量検出手段４０との距離Ｌを、２００ｍ程度確保する必要がある。しかしながら上述のとおり、距離Ｌは製鉄所内の機器配置により制約され、必ずしも必要な距離を確保できない場合がある。したがって、排ガスにより高炉ガスの希釈を行う場合は、蒸気の導入と併用して用いることが好ましい。以下、高炉ガスの希釈に蒸気とボイラ１０の排ガスを併用する場合について、図２を参照しながら説明する。なお、図２において、同一の符号を付しているものについては既述の内容と同一であるため、説明を省略する。
【００５５】
高炉ガスの希釈に蒸気とボイラ１０の排ガスを併用する場合、図２に示すように、排ガスダクト７０における吸い込みダンパ７２の上流側（図２の分岐点Ｒ）において、排ガス導入用流路１１０が分岐して設けられる。排ガス導入用流路１１０は、燃料供給管１２における状態量検出手段４０の下流側であって且つ流量調節弁１４の上流側の合流点Ｓに接続されている。なお、図２では、合流点Ｑよりも上流側に合流点Ｓが設定されているが、合流点Ｓは合流点Ｑの下流側であってもよい。
【００５６】
排ガス導入用流路１１０には、吸い込みダンパ１２０、排ガス通風機１２１、吐出ダンパ１２２が分岐点Ｒから合流点Ｓに向けてこの順で配置されている。吸い込みダンパ１２０、排ガス通風機１２１、吐出ダンパ１２２は、例えば演算手段１００により制御される。なお、高炉ガスの吹き抜けが発生していない通常時においては、排ガス通風機１２１は停止しており、込みダンパ１２０及び吐出ダンパ１２２は全閉の状態になっている。また、排ガス通風機１２１の吐出圧力は、燃料供給管１２を流れる高炉ガスの圧力よりも高く設定されている。排ガス導入用流路１１０、吸い込みダンパ１２０、排ガス通風機１２１及び吐出ダンパ１２２により排ガス導入制御手段１３０が構成されている。かかる場合、燃料制御装置１は、演算手段１００、状態量検出手段４０、蒸気導入制御手段３５及び排ガス導入制御手段１３０により構成されている。
【００５７】
次に、図２に示す実施の形態にかかる燃料制御装置１による具体的な制御方法及び各機器の動作について説明する。なお、高炉吹き抜け時における蒸気による高炉ガスの希釈方法については既述と同様であるので、ここでは、蒸気により高炉ガスが希釈されてボイラ１０の運転が制定した状態からの排ガスの導入について説明する。
【００５８】
高炉ガスの吹き抜けが状態量検出手段４０により検出されると、先ず排ガス通風機１２１を起動させると共に、吐出ダンパ１２２を全開にする。この際、排ガス通風機１２１起動を完了すると、次に吸い込みダンパ１２０を所定の速度で徐々に全開に向けて操作する。
【００５９】
吸い込みダンパ１２０の開操作により、合流点Ｓからボイラ１０の排ガスが除去に導入されて、高炉ガスが希釈される。これにより、燃料供給管１２の高炉ガスの発熱量がさらに低下するので、演算手段１００では希釈後の高炉ガスの発熱量が排ガス導入前の値に維持するように、蒸気流量調節弁３０の開度を制御する。具体的には、吸い込みダンパ１２０の開操作に伴い、蒸気流量調節弁３０の開度を徐々に閉方向に操作する。また、吸い込みダンパ１２０の開操作に伴い、ボイラ１０の炉内圧力が低下しすぎないように、ボイラ制御装置６０により誘引通風機７１の吸い込みダンパ７２の開度が適宜調整される。
【００６０】
その後、排ガスの導入量が増加し、排ガスのみで高炉ガスの希釈が行えるようになると、蒸気流量調節弁３０はやがて全閉となり、高炉ガスの希釈が蒸気から排ガスに切り替えられる。
【００６１】
そして、高炉の吹き抜けが収まり、状態量検出手段４０により検出される高炉ガスの発熱量が低下すると、状態量検出手段４０での測定結果基づいて、吸い込みダンパ１２０の開度が調節され、高炉ガスの発熱量が高炉吹き抜け前の値に戻ると、やがて吸い込みダンパ１２０は全閉の状態になり、排ガス通風機１２１を停止させる。また、排ガス通風機１２１の停止と共に、吐出ダンパ１２２を全閉にする。
【００６２】
以上の実施の形態によれば、高炉ガスの希釈の初期においては蒸気を用い、その後徐々に排ガスに切り替えるので、熱源として使用できる蒸気の使用量を抑えることができる。また、排ガスのみでは、合流点Ｓと状態量検出手段４０との間の距離Ｌに制約を受けるが、高炉ガスの希釈の初期においては先ず蒸気を用いてボイラ１０を安定させるので、合流点Ｓを制約なく設定することができる。
【００６３】
なお、本発明者らによれば、排ガスを用いて高炉ガスを希釈した場合、希釈後の高炉ガスの実ガス流量は希釈前の１．５倍程度となるため、燃料供給管１２や流量調節弁１４は当該流量を見込んで設定することが好ましい。
【００６４】
なお、本発明の高炉吹き抜け時の燃料制御方法は、高炉ガス焚き発電のための蒸気生成用ボイラに最適であるが、その他の用途の高炉ガス焚きボイラにも適用し得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６５】
１    燃料制御装置
１０   ボイラ 
１１  バーナ
１２  燃料供給管
１３  高炉ガス母管
１４  流量調節弁
２０  蒸気母管
２１  蒸気導入管
３０  蒸気流量調節弁
３１  減温減圧機構
３２  温度測定機構
３３  圧力測定機構
３４  蒸気流量測定機構
３５  蒸気導入制御手段
４０  状態量検出手段
４０ａ  発熱量測定機構
４０ｂ  温度測定機構
４０ｃ  圧力測定機構
４０ｄ  流量測定機構
４１  他の状態量検出手段
５０  発熱量測定機構
５１  温度測定機構
５２  圧力測定機構
５３  流量測定機構
６０  ボイラ制御装置
７０  排ガスダクト
７１  誘引通風機
７２  吸い込みダンパ
８０  圧力測定機構
１００  演算手段
１１０  排ガス導入用流路
１２０  吸い込みダンパ
１２１  排ガス通風機
１２２  吐出ダンパ
１３０  排ガス導入制御手段
【図１】
2015175592.tif 000003
【図２】
2015175592.tif 000004