(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、
前記部分燃焼前の燃料ガスの組成を検知し、当該燃料ガスの単位流量当たりの必要酸素ガス流量を部分燃焼後の目標酸化度に基づき算出し、こうして算出された当該必要酸素ガス流量となるように前記酸素ガス含有ガスの流量を制御することにより、前記部分燃焼後の発生ガスの酸化度を一定に制御することを特徴とする、高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法。
【請求項２】
ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、
前記部分燃焼前の燃料ガスの組成を検知し、当該燃料ガスの単位流量当たりの必要酸素ガス流量を部分燃焼後の目標酸化度に基づき算出し、こうして算出された当該必要酸素ガス流量となるように前記酸素ガス含有ガスの流量を制御することにより、前記部分燃焼後の発生ガスの酸化度を一定に制御し、こうした当該発生ガスの酸化度を一定に制御している状態において、
前記発生ガスの温度を同時に検知し、当該発生ガスの温度が変化したときにはその温度変化に対応して、当該発生ガスの流量を当該発生ガスの目標顕熱に基づき算出し、こうして算出された当該発生ガスが目標顕熱を維持するように、当該発生ガスの酸化度を一定にする条件下で燃焼ガスと酸素含有ガスの流量を制御して、当該発生ガスの流量を制御することにより、当該発生ガスの顕熱を一定に制御する方式に変更することを特徴とする、高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法。
【請求項３】
前記酸素ガス含有ガスとして、実質的な純酸素ガスを使用することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発生炉ガスや高炉ガスに代表されるＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度の低カロリー燃料ガスを部分燃焼させて、これを熱エネルギー及び化学エネルギーとして利用する産業分野に供給する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発生炉ガスや高炉ガスに代表されるＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2Ｏガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度の低カロリー燃料ガスを利用する主な分野として、複合発電システムにおける利用があげられる。
【０００３】
表１に、低カロリー燃料ガスの組成及び総発熱量の例を示す。この場合、低カロリー燃料ガスを空気又はＯ2ガスを用いて燃焼させており、その場合の燃焼制御方法は、図３に示すように、燃焼後の圧力又は温度を検知し、燃料ガスの流量と空気流量又はＯ2ガス流量との比率を常に定められた値になるように自動制御することが一般に行なわれている。この場合、通常は燃料を完全燃焼させることを目標とするので、空気流量又はＯ2ガス流量と燃料ガスの流量との比、即ちいわゆる空気比又は酸素比を１．２程度に制御している。
【０００４】
このように、比較的簡単な方法が採用されている。これは、低カロリー燃料ガスの従来の利用形態が、その燃焼による発生熱としての利用が主体であって、当該燃料ガスを完全燃焼させる技術が中心となっているからである。更に、ここに供給される低カロリー燃料ガスの組成は予めある程度一定に調整されているので、その組成変動は小さい。そこで、燃焼制御方法も図３に示したように、比較的簡単なものとなっている。
【０００５】
【表１】
0004802383.tif 000002
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では、ガスエネルギーの段階的利用が図られるようになった。例えば、特開昭６３−５７７０５号公報に開示された酸素高炉法においては、高炉の炉頂部から排出された高炉ガスを燃焼炉に導入して部分燃焼させ、こうして得られた高温の予熱ガスを高炉のシャフト部から炉内へ吹き込み、炉内装入物の加熱エネルギーとして利用する方法が記載されている。従って、上記燃焼炉では、１０００〜２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度の低カロリー燃料ガスである高炉ガスを部分燃焼させて、７００〜１３００℃の範囲内の所定温度に加熱して、高温の燃料ガスを調製する技術が必要となる。
【０００７】
このようにガスエネルギーを段階的に利用するプロセスにおいては、上記燃焼炉のような第一段装置に供給される燃料ガスである高炉ガスは、その発生炉である高炉の操業状態によって、その組成が大幅に変動し得る。それにもかかわらず、第一段装置である燃焼炉で部分燃焼させ、これから排出される高温燃料ガスの状態は、第二段装置である高炉における利用条件を満たすことが要請される。
【０００８】
一般に、第一段装置で部分燃焼をされた高温燃料ガスは、第二段装置が当該高温燃料ガスをどのような目的で利用するかにより、当該高温燃料ガスが具備すべき条件が異なる。即ち、第一段装置としては、入側の燃料ガス条件が大幅に変動しても、出側条件を一定に制御して第二段装置へ供給する必要がある。
【０００９】
ここで、高温燃料ガスの出側条件項目としては、燃料ガスの温度、ガス流量、総顕熱、及び酸化度があげられる。従って、第一段装置における部分燃焼制御は、従来の空気比や酸素比を所定値に制御するという単なる比率制御による自動燃焼制御方法では対応できない。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題を解決するために、発生炉ガスや高炉ガスに代表されるＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度の低カロリー燃料ガスの段階的利用において、当該低カロリー燃料ガスを部分燃焼させて得られる高温の低カロリー燃料ガスの、温度、ガス流量、総顕熱、及び酸化度を設定値に精度よく制御する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した観点から鋭意研究を重ねた結果、下記知見を得た。
【００１２】
部分燃焼後の発生ガスの温度を検知し、酸素ガス流量のみを制御して温度を制御する。この場合、燃料ガス中の可燃成分はＣＯガスとＨ2ガスであるから、このＣＯガスとＨ2ガスは燃焼後にはＣＯ2ガスとＨ2Ｏガスに変化するから、酸素ガス流量のみを制御して温度を制御しても、発生ガスの流量は変化しない。しかも、部分燃焼前後での燃料ガスおよび発生ガスの平均比熱の変化は、小さいので、部分燃焼装置への入側における燃料ガス組成が大幅に変動しても、発生ガスの顕熱を実質的に一定に制御することは可能である。また、部分燃焼装置への入側における燃料ガス組成を検知すれば、発生ガスの目標酸化度が決まった場合には、単位ガス流量当たりの必要酸素ガス流量が決まる。従って、発生ガスの酸化度を一定に制御することも可能となり、従って、後工程へ一定カロリーの燃料ガスを供給することができる。以上の知見により本発明を構成するに至った。その要旨は下記の通りである。
【００１３】
請求項１記載の高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法は、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、前記部分燃焼前の燃料ガスの組成を検知し、当該燃料ガスの単位流量当たりの必要酸素ガス流量を部分燃焼後の目標酸化度に基づき算出し、こうして算出された当該必要酸素ガス流量となるように前記酸素ガス含有ガスの流量を制御することにより、前記部分燃焼後の発生ガスの酸化度を一定に制御することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項２記載の高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法は、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、前記部分燃焼前の燃料ガスの組成を検知し、当該燃料ガスの単位流量当たりの必要酸素ガス流量を部分燃焼後の目標酸化度に基づき算出し、こうして算出された当該必要酸素ガス流量となるように前記酸素ガス含有ガスの流量を制御することにより、前記部分燃焼後の発生ガスの酸化度を一定に制御し、こうした当該発生ガスの酸化度を一定に制御している状態において、前記発生ガスの温度を同時に検知し、当該発生ガスの温度が変化したときにはその温度変化に対応して、当該発生ガスの流量を当該発生ガスの目標顕熱に基づき算出し、こうして算出された当該発生ガスが目標顕熱を維持するように、当該発生ガスの酸化度を一定にする条件下で燃焼ガスと酸素含有ガスの流量を制御して、当該発生ガスの流量を制御することにより、当該発生ガスの顕熱を一定に制御する方式に変更することに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項３記載の高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法は、請求項１または２のいずれかに記載の発明において、前記酸素ガス含有ガスとして、実質的な純酸素ガスを使用することに特徴を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に、比較例と本発明による燃焼制御フローの望ましい例を示す。図１に示すように、比較例に係る発明は、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、部分燃焼炉１からの発生ガスの温度を温度検出器によって検出し、調節計２は、この結果に基づき流量調整装置４を制御して、部分燃焼炉１のバーナー３に供給する酸素含有ガスの流量を調整し、かくして、当該発生ガスの流量を変化させずに、発生ガスの顕熱を一定に制御するものである。バーナー３に供給する燃料ガスの流量は一定である。このフローを図１中１で示す。
【００１９】
請求項１に係る発明は、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、バーナー３に供給する部分燃焼前の燃料ガスの組成をガス分析計５によって分析し、調節計６は、この分析結果と部分燃焼後の目標酸化度とに基づいて、燃料ガスの単位流量当たりの必要酸素ガス流量を算出し、この結果に基づき酸素含有ガス用流量調整装置４を制御して、バーナー３に供給する酸素含有ガスの流量を調整し、かくして、当該発生ガスの流量を変化させずに、発生ガスの酸化度を一定に制御するものである。バーナー３に供給する燃料ガスの流量は一定である。このフローを図１中２で示す。
【００２０】
請求項２に係る発明は、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3の低カロリー燃料ガスを、酸素ガス含有ガスで部分燃焼させて、６００〜１２００℃の範囲内の高温低カロリー燃料ガスを得る方法において、バーナー３に供給する部分燃焼前の燃料ガスの組成ガス分析計５によって分析し、調節計６は、この分析結果と部分燃焼後の目標酸化度とに基づいて、燃料ガスの単位流量当たりの必要酸素ガス流量を算出し、この結果に基づき酸素含有ガス用流量調整装置４を制御して、バーナー３に供給する酸素含有ガスの流量を調整し、かくして、発生ガスの流量を変化させずに、発生ガスの酸化度を一定に制御し、これと同時に、発生ガスの温度を温度検出器によって検知し、調節計２は、発生ガスの温度が変化したときにはその温度変化に対応して、発生ガスの流量を当該発生ガスの目標顕熱に基づき算出し、比率設定器７は、こうして算出された当該発生ガスが目標顕熱を維持するように、発生ガスの酸化度を一定にする条件下で酸素含有ガス用流量調整装置４および燃料ガス用流量調整装置８を制御して、燃焼ガスと酸素含有ガスの流量を制御し、かくして、発生ガスの流量を制御することにより、発生ガスの顕熱を一定に制御する方式に変更するものである。
【００２１】
なお、本願発明において、酸素含有ガスとしては、実質的な純酸素ガスを使用することができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明を、実施例によって更に詳細に説明する。
【００２３】
図２は、図１に示した、この本発明の燃焼制御フローに従って燃焼制御を行なったときの制御状態の計測結果を示すグラフである。
【００２４】
図２から明らかなように、本発明により発生ガスの顕熱、発生ガスの酸化度、発生ガスの顕熱および酸化度がそれぞれ一定に制御される事がわかる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、発生炉ガスや高炉ガスに代表されるＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｈ2ガス及びＨ2Ｏガスを主成分とする１０００〜２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度の低カロリー燃料ガスを、各種製造プロセスに組み込んで段階的に利用することが容易になり、当該低カロリー燃料ガスの利用分野が拡大すると共に、よりその利用価値が高まる。このような高温低カロリー燃料ガスの発生制御方法を提供することがで、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼制御法を示すフロー図である。
【図２】本発明の方法に従って燃焼制御を行なったときの制御状態の計測結果を示すグラフである。
【図３】従来の燃焼制御法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１：部分燃焼炉
２：調節計
３：バーナー
４：酸素含有ガス用流量調製装置
５：ガス分析計
６：調節計
７：比率設定器
８：燃料ガス用流量調製装置
【図１】
0004802383.tif 000003
【図２】
0004802383.tif 000004
【図３】
0004802383.tif 000005