(57)【要約】【課題】高炉ガス圧縮機断熱効率低下を抑止し、ガスタービンの長期安定運転を可能とするために、該ガスタービンの運転中に、ドライアイス粒によるダストの適切な除去を可能とした、高炉ガス専焼ガスタービンにおける高炉ガス圧縮機のオンライン洗浄方法について提案する。【解決手段】高圧とした高炉ガスを燃料として燃焼させる高炉ガス専焼ガスタービンの運転中に、該タービンの入側に設けた高炉ガスの圧縮機のケーシングから、平均粒径が0.15mm以上1.0mm以下のドライアイス粒を注入し、前記圧縮機の翼および／または内壁に付着したダストを剥離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧とした高炉ガスを燃料として燃焼させる高炉ガス専焼ガスタービンの運転中に、該タービンの入側に設けた高炉ガスの圧縮機のケーシングから、平均粒径が0.15mm以上1.0mm以下のドライアイス粒を注入し、前記圧縮機の翼および／または内壁に付着したダストを剥離することを特徴とする高炉ガス専焼ガスタービンにおける高炉ガス圧縮機のオンライン洗浄方法。
【請求項２】
ドライアイス粒の平均粒径が0.2mm以上0.5mm未満であることを特徴とする請求項１に記載の高炉ガス専焼ガスタービンにおける高炉ガス圧縮機のオンライン洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧とした高炉ガスを燃料として燃焼させて高炉ガスの保有エネルギーを回収する、高炉ガス専焼ガスタービンにおいて、該高炉ガスの圧縮機をオンラインにて洗浄する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所においては、コークス炉、高炉、転炉等より様々な副生ガスが生成され、燃料として蒸気発生用ボイラーやスラブ加熱炉等で使用されているが、近年前記副生ガス中の比較的発熱量の少ない高炉ガスの有効利用として、高炉ガス専焼ガスタービンの運転が行われている。すなわち、高炉より排出された発熱量の低い副生ガスである高炉ガスを燃料として、ガスタービンを運転することによって発電を行い、高炉ガスが保有するエネルギーを回収している。
かような高炉ガス専焼ガスタービンは、例えば図1に示す系統の下に運用されている。すなわち、高炉１から排出された後、乾式集塵機２を経て電気集塵機３で除塵された、高炉ガスは、ガス加熱器４で加熱されたのち、ガス圧縮機５で圧縮されてから燃焼器で燃焼することによって、ガスタービン６を駆動している。
【０００３】
ここで、高炉ガスは湿式除塵を経ているため、ガス中にかなりの水分を含んでいる。また、湿式または乾式での除塵過程を何度か経ていたとしても、約1.1mg／Nm3程度のダストは依然として含まれている。そして、これらダスト中の成分を分析した結果、主に塩化アンモニウム(NH4Cl)が析出していることがわかった。
この原因としては、近年の高炉操業において、微粉炭吹込みや炉頂温度を下げるための炉頂散水が行われていることが考えられる。すなわち、微粉炭には窒素（N）や塩素（Cl）が含有されており、また鉄鉱石にも塩素が含有されていて、これらが炉頂散水と相まって、高炉内の条件下ではアンモニアや塩化水素が発生していることが考えられる。
【０００４】
これらの、除塵過程を経ても残る物質は、前記の高炉ガス圧縮機内において、ある条件下で反応する結果、圧縮機の翼に付着して圧縮機の断熱効率を低下させている。そのため、定期的にガスタービンを停止して、圧縮機の静翼および動翼や同内壁に付着した塩化アンモニウムを清掃除去しなければならなかった。
【０００５】
タービンへの付着物対策として、特許文献１には、タービンの翼に向けてドライアイス粒を噴射することが提案されている。この方法によって、ガスタービンを停止することなく、翼などに付着したダストの除去が可能になる。
【特許文献１】特開平10−220251号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ドライアイス粒を単に噴射するのでは、ダストの除去が十分に行われない場合があったり、さらにドライアイスが比較的に硬いために、特に翼の損傷を招く場合があり、ダストの除去処理を安定して実現することが難しいところに問題を残していた。
【０００７】
そこで、本発明は、高炉ガス圧縮機断熱効率低下を抑止し、ガスタービンの長期安定運転を可能とするために、該ガスタービンの運転中に、ドライアイス粒によるダストの適切な除去を可能とした、高炉ガス専焼ガスタービンにおける高炉ガス圧縮機のオンライン洗浄方法について、提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、ドライアイス粒によってガスタービンにおける高炉ガス圧縮機をオンラインで洗浄するには、適切な径を有するドライアイス粒を用いる必要があることを知見し、さらにドライアイス粒の適正な粒径範囲を見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）高圧とした高炉ガスを燃料として燃焼させる高炉ガス専焼ガスタービンの運転中に、該タービンの入側に設けた高炉ガスの圧縮機のケーシングから、（平均粒）径が0.15mm以上1.0mm以下のドライアイス粒を注入し、前記圧縮機の翼および／または内壁に付着したダストを剥離することを特徴とする高炉ガス専焼ガスタービンにおける高炉ガス圧縮機のオンライン洗浄方法。
【００１０】
（２）ドライアイス粒の平均粒径が0.2mm以上0.5mm未満であることを特徴とする上記（１）に記載の高炉ガス専焼ガスタービンにおける高炉ガス圧縮機のオンライン洗浄方法。
【００１１】
発明者らは、上記した問題を解決するために、効果的なオンライン洗浄を行なうための最適ドライアイス径を選定するために、実機での実験を行った。
すなわち、実験は、先に図1にて示した系統下において、圧縮機５における断熱効率がダストの堆積によって80％にまで低下した時点で、この圧縮機５のケーシングからドライアイス粒を注入する際、ドライアイス粒径を種々に変化させ、各粒径毎に、ガス圧縮機の断熱効率の回復率（％）とドライアイス残留度（mg／Nm3）とを調査した。なお、ドライアイス粒の注入圧力は、0.25〜0.35ＭPaとした。
【００１２】
ここで、ガス圧縮機の断熱効率の回復率は、ドライアイス粒を注入して一定時間運転後の高炉ガス圧縮機の断熱効率を、前回洗浄直後の高炉ガス圧縮機断熱効率で割った値を百分率で表示したものである。この比率から、高炉ガス圧縮機の洗浄効果を評価することができる。
一方、ドライアイス残留度は、高炉ガス圧縮機出側のガスをサンプリングして、ガス分析を行った結果を示したものである。この残留度から、注入量の多少を評価することができる。
【００１３】
これらの調査結果を図２に示す。図２において、ドライアイス粒の平均粒径が0.07mmから0.08mmを超えると回復率が上昇し、さらに0.15mm以上であると回復率は88％以上に上昇する。そして、ドライアイス粒の平均粒径が0.15mm以上1.0mm以下の範囲において、回復率は上昇するとともに、ドライアイス残留度が低下することが分かる。従って、平均粒径が0.15〜1.0mmのドライアイスを高炉ガスの圧縮機に注入することによって、高炉ガスの圧縮機のオンライン洗浄を確実に実現できる。
【００１４】
さらに、図２において、とりわけ、回復率はドライアイス粒の平均粒径が0.2〜0.8ｍｍ付近において最大となり、一方ドライアイス残留度はドライアイス粒の平均粒径が0.3〜0.8mm付近において最低となる。さらに、ドライアイス粒の平均粒径が0.3〜0.4mmの時をピーク（最大値）に0.5mm以上になると回復率が低下し始める傾向にある。この平均粒径を0.5mm以上にしたとき復率が低下する問題は、圧縮機翼に傷等が入り、翼の損傷による効率低下が考えられる。そのため、さらに効率の良いオンライン洗浄を、圧縮機の翼損傷を未然に防ぐことに併せて実現するには、ドライアイス粒の平均粒径を0.2mm以上0.5mm未満とすることが好ましい。より好ましくは回復率が上昇傾向の領域である0.2mm以上0.4mm未満であり、この範囲であれば翼損傷の恐れは全くなく、高炉ガスの圧縮機のオンライン洗浄を確実に実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ドライアイス粒によるガス圧縮機内部のダスト除去が適切に行われるから、圧縮機の断熱効率の低下を抑止し、ガスタービンの長期安定運転を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を、高炉ガス圧縮機を示す図3に基づき説明する。
図３において、符号７は高炉ガス圧縮機のケーシング、８はローター、９ａおよび９ｂは高炉ガス圧縮機の動翼、10は高炉ガス圧縮機の静翼、そして11はドライアイス粒噴射用のノズルである。
【００１７】
このノズル11は、塩化アンモニウムが多く付着する第一段静翼９ａにドライアイス粒を効率よく噴射でき、かつ0.15〜1.0mmの粒径のドライアイス粒を製造可能とする特殊な構造を有している。例えば、ノズル11の先端部にカッターを取付け、該カッターにてドライアイスを所定径まで粉砕する構造が適当である。
【００１８】
また、12はドライアイス製造装置であり、ここで製造されたドライアイスは、ドライアイス保管用タンク13に貯蔵される。なお、このタンク13から押し出されたドライアイスを、粉砕機で上記の径に粉砕することも可能である。さらに、タンク13内のドライアイスは、押し出し機14を介してノズル11へと送り出され、空気圧縮機15からの圧縮空気によってノズル11から噴射される。この空気圧縮機15における圧力は、0.4〜0.5Mpaが適切である。
【００１９】
ここで、ノズル11から径が0.15〜1.0mmのドライアイス粒をケーシング７から注入してオンラインで高炉ガス圧縮機の洗浄を行う時期は、例えば高炉ガス圧縮機の効率に着目して、この効率が閾値以下に低下した場合に、ドライアイス粒の注入を行い、その後、高炉ガス圧縮機断熱効率が上昇して閾値を十分に超える領域に復元したならば、ドライアイス粒の注入を停止すればよい。なお、高炉ガス圧縮機断熱効率とは、実際の動力に対する理論動力の比である。
【００２０】
なお、高炉ガス圧縮機の効率は、高炉ガス圧縮機のケーシング７の入側、出側に温度計16ａ、16bおよび圧力計17a、17bを取付け、検出される温度・圧力をもとに断熱効率演算機18で断熱効率を演算し、その効率変化を測定する。この結果を計算機19によって監視し、効率が閾値以下に低下した場合、ドライアイス粒の注入を行なう。例えば、計算機19にドライアイス注入設定：高炉ガス圧縮機の効率83％、効率回復値88％と閾値を設定しておけば、温度計16a、16bおよび圧力計17a、17bで検出される温度・圧力をもとに断熱効率演算機18で断熱効率を演算、その効率が83％まで低下した段階で、押出し機14に動作信号が出され、ドライアイス粒の注入を開始、前記温度・圧力をもとに高炉ガス圧縮機の効率が算出され、効率回復値88％に達した段階でドライアイス粒の注入が停止され、洗浄が完了する。
【００２１】
本発明によれば、高炉ガス圧縮機ケーシングより適切な粒径に調製したドライアイス粒を注入することにより、圧縮機の翼または内壁に付着したダストを効率よく剥離させることができ、断熱効率低下を抑止し、ガスタービンの長期安定運転が可能となる。また、上記の洗浄処理はオンラインで行われるから、製鉄所内の電力供給に影響を与えずに、高炉ガス圧縮機を洗浄することができる。
【実施例】
【００２２】
図１に示した系統で高炉ガスを導入してガスタービン６を駆動する操業において、該ガスタービン６を87％の効率で定常運転している際に、このタービン効率が80％まで低下した時点で、図３に示した高炉ガス圧縮機において、下記の条件に従ってドライアイス粒の注入（噴射）を、30分間にわたり行ったところ、タービン効率を87％に戻すことができた。このとき、ドライアイス粒の注入による圧縮機の翼における損傷は皆無であった。
【００２３】
記
・ドライアイス粒径：0.2〜0.5mm
・ドライアイス粒噴射圧力：0.35〜0.45MPa
・ドライアイス粒噴射流量：7〜15kg/min
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、上記した高炉ガス専焼ガスタービンに限らず、同様の問題を抱える、高炉炉頂圧発電用タービンにおいても有利に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】高炉ガスの導入系統を示す図である。
【図２】高炉ガス圧縮機洗浄後のガス圧縮機における断熱効率の回復率およびドライアイス残留度とドライアイス粒径との関係を示す図である。
【図３】ガス圧縮機の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  高炉
２  乾式集塵機
３  電気集塵機
４  ガス加熱器
５  ガス圧縮機
６  ガスタービン
７  高炉ガス圧縮機のケーシング
８  ローター
９ａ、９ｂ  高炉ガス圧縮機の動翼
10  高炉ガス圧縮機の静翼
11  ドライアイス粒噴射用のノズル
12  ドライアイス製造装置
13  ドライアイス保管用タンク
14  押し出し機
15  空気圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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