(57)【要約】【課題】高炉休風立ち上がり時に、炉頂ガスの昇温を安価な構成で安定的に実施し、ＴＲＴによる電力回収量の増加を図ることができる高炉炉頂ガスの乾式集塵システムを提供すること。【解決手段】炉頂ガスＧの温度を調整する炉頂ガス温度調整手段６は、炉頂ガス配管７２１に設けられた炉頂ガス熱交換器６１と、この炉頂ガス熱交換器６１での熱交換前の炉頂ガスＧの温度を測定する炉頂ガス温度測定手段６２と、排ガス熱交換器５１から流出する加熱後の熱媒体を炉頂ガス熱交換器６１へ流入させて、この流入させた加熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスＧを加熱する加熱状態と、燃料ガス熱交換器５２および燃焼空気熱交換器５３から流出する冷却後の熱媒体を炉頂ガス熱交換器６１へ流入させて、この流入させた冷却後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスＧを冷却する冷却状態と、を切り替える熱媒体切替手段６７と、を備える。【選択図】図１
2012219358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉と、
前記高炉に熱風を供給する熱風炉と、
前記熱風炉に燃料ガスおよび燃焼空気を供給する燃料ガス供給手段および燃焼空気供給手段と、
前記熱風炉からの排気ガスを再利用する排熱再利用システムと、
前記高炉から発生する炉頂ガスの温度を調整する炉頂ガス温度調整手段と、
前記炉頂ガス中のダストを除去する乾式集塵機と、
前記乾式集塵機からの炉頂ガスにより駆動する炉頂圧回収タービンと、を少なくとも備え、
前記排熱再利用システムは、
前記熱風炉からの排ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と排気ガスの間で熱交換を行って、加熱後の熱媒体を流出させる排ガス熱交換器と、
前記燃料ガス供給手段と前記熱風炉とを連結する燃料ガス配管および前記燃焼空気供給手段と前記熱風炉とを連結する燃焼空気配管に各々設けられ、前記排ガス熱交換器で加熱された熱媒体との間で熱交換を行って燃料ガスおよび燃焼空気を加熱し、冷却後の熱媒体を前記排ガス熱交換器へと流入させる燃料ガス熱交換器および燃焼空気熱交換器と、から構成される高炉炉頂ガスの乾式集塵システムにおいて、
前記炉頂ガス温度調整手段は、
前記高炉と前記乾式集塵機とを連結する炉頂ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と炉頂ガスとの間で熱交換を行って、当該熱媒体を流出させる炉頂ガス熱交換器と、
前記炉頂ガス熱交換器での熱交換前の炉頂ガスの温度を測定する炉頂ガス温度測定手段と、
前記炉頂ガス熱交換器における熱媒体の流入元および熱媒体の流出先を切り替える熱媒体切替手段と、を備え、
前記熱媒体切替手段は、
前記炉頂ガス温度測定手段での測定結果に基づいて、前記排ガス熱交換器から流出する加熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた加熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを加熱し、奪熱された熱媒体を前記排ガス熱交換器へ流出させる加熱状態と、前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器から流出する奪熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた奪熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを冷却し、加熱された熱媒体を前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器へ流出させる冷却状態と、を切り替え可能に構成されていることを特徴とする高炉炉頂ガスの乾式集塵システム。
【請求項２】
請求項１に記載の高炉炉頂ガスの乾式集塵システムにおいて、
前記熱媒体切替手段は、
前記排ガス熱交換器から流出し前記炉頂ガス熱交換器に流入する加熱後の熱媒体の流量を調整する第１熱媒体流入弁と、
前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器から流出し前記炉頂ガス熱交換器に流入する奪熱後の熱媒体の流量を調整する第２熱媒体流入弁と、
前記炉頂ガス熱交換器から流出し前記排ガス熱交換器に流入する奪熱後の熱媒体の流量を調整する第１熱媒体流出弁と、
前記炉頂ガス熱交換器から流出し前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器に流入する加熱後の熱媒体の流量を調整する第２熱媒体流出弁と、を備え、
前記炉頂ガス温度調整手段は、
前記炉頂ガス熱交換器での熱交換前の炉頂ガスの流量を測定する炉頂ガス流量測定手段と、
前記第１熱媒体流入弁に流入する加熱後の熱媒体の温度および流量を測定する第１熱媒体測定手段と、
前記第２熱媒体流入弁に流入する冷却後の熱媒体の温度および流量を測定する第２熱媒体測定手段と、を備えることを特徴とする高炉炉頂ガスの乾式集塵システム。
【請求項３】
請求項２に記載の高炉炉頂ガスの乾式集塵システムにおいて、
前記炉頂ガス温度調整手段は、
前記炉頂ガス温度測定手段で測定された温度が予め設定された下限値未満であると判断すると、前記熱媒体切替手段を前記加熱状態に設定し、予め設定された上限値以上であると判断すると、前記熱媒体切替手段を前記冷却状態に設定する熱媒体制御手段を備え、
前記熱媒体制御手段は、
前記炉頂ガス流量測定手段、前記第１熱媒体測定手段、および、前記第２熱媒体測定手段での測定結果に基づいて、前記第１熱媒体流入弁、前記第２熱媒体流入弁、前記第１熱媒体流出弁、および、前記第２熱媒体流出弁を制御することで、前記炉頂ガス熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整することを特徴とする高炉炉頂ガスの乾式集塵システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の高炉炉頂ガスの乾式集塵システムにおいて、
前記炉頂ガス配管は、
前記炉頂ガス熱交換器が設置された熱交換器設置管と、
前記熱交換器設置管における前記炉頂ガス熱交換器よりも前記高炉側と前記炉頂ガス熱交換器よりも前記乾式集塵機側とを連結するバイパス管と、を備え、
前記炉頂ガス温度調整手段は、前記熱交換器設置管に炉頂ガスを流通させて当該炉頂ガスの熱交換を行う熱交換状態と、前記バイパス管に炉頂ガスを流通させて当該炉頂ガスの熱交換を行わない非熱交換状態と、を切り替える熱交換状態切替手段を備えることを特徴とする高炉炉頂ガスの乾式集塵システム。
【請求項５】
請求項４に記載の高炉炉頂ガスの乾式集塵システムにおいて、
前記炉頂ガス温度調整手段は、前記炉頂ガス温度測定手段で測定された温度が予め設定された下限値未満、又は、予め設定された上限値以上であると判断すると、前記熱交換状態切替手段を前記熱交換状態に設定し、前記下限値以上且つ前記上限値未満であると判断すると、前記熱交換状態切替手段を前記非熱交換状態に設定する熱交換制御手段を備えることを特徴とする高炉炉頂ガスの乾式集塵システム。
【請求項６】
高炉と、
前記高炉に熱風を供給する熱風炉と、
前記熱風炉に燃料ガスおよび燃焼空気を供給する燃料ガス供給手段および燃焼空気供給手段と、
前記熱風炉からの排気ガスを再利用する排熱再利用システムと、
前記炉頂ガス中のダストを除去する乾式集塵機と、
前記乾式集塵機からの炉頂ガスにより駆動する炉頂圧回収タービンと、を少なくとも備え、
前記排熱再利用システムは、
前記熱風炉からの排ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と排気ガスの間で熱交換を行って、加熱後の熱媒体を流出させる排ガス熱交換器と、
前記燃料ガス供給手段と前記熱風炉とを連結する燃料ガス配管および前記燃焼空気供給手段と前記熱風炉とを連結する燃焼空気配管に各々設けられ、前記排ガス熱交換器で加熱された熱媒体との間で熱交換を行って燃料ガスおよび燃焼空気を加熱し、冷却後の熱媒体を前記排ガス熱交換器へと流入させる燃料ガス熱交換器および燃焼空気熱交換器と、から構成される高炉炉頂ガスの乾式集塵システムを利用する乾式集塵方法であって、
前記乾式集塵システムに、
前記高炉と前記乾式集塵機とを連結する炉頂ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と炉頂ガスとの間で熱交換を行って、当該熱媒体を流出させる炉頂ガス熱交換器と、
前記炉頂ガス熱交換器での熱交換前の炉頂ガスの温度を測定する炉頂ガス温度測定手段と、
前記炉頂ガス熱交換器における熱媒体の流入元および熱媒体の流出先を切り替える熱媒体切替手段と、を設け、
前記炉頂ガス温度測定手段で測定された温度が予め設定された下限値未満であると判断すると、前記排ガス熱交換器から流出する加熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた加熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを加熱し、奪熱された熱媒体を前記排ガス熱交換器へ流出させる加熱状態に設定し、
予め設定された上限値以上であると判断すると、前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器から流出する奪熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた奪熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを冷却し、加熱された熱媒体を前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器へ流出させる冷却状態に設定することを特徴とする乾式集塵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉炉頂ガスの乾式集塵システムおよび乾式集塵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉には、高炉炉頂ガスの持つ温度および圧力エネルギーを電力として回収するための炉頂圧力回収タービン（ＴＲＴ）と、高炉炉頂ガス中のダストを除去する集塵設備とが設置されている。集塵設備には、乾式集塵機と湿式集塵機の２種類がある。
ところで、集塵設備として乾式集塵機を用いる場合には、以下のような問題が発生するおそれがある。
【０００３】
高炉休風立ち上がり時や高炉冷え込み時には、炉頂ガス温度が低く、後続設置している乾式集塵機内で結露する温度（６０℃程度）以下になる場合、前記結露の発生により乾式集塵機の濾布にダストが付着して、ガスの流路が塞がれてしまう。このため、乾式集塵機の集塵能力が低下してしまう。
また、高炉の吹抜け時において、炉頂ガス温度が高く濾布を焼損させる温度（２００℃程度）以上になる場合、濾布が焼損して乾式集塵機自体が機能しなくなる。
【０００４】
両ケースとも、最悪の場合には高炉の休風に至ることが想定される。
また、高炉が冷え込みや吹き抜け状態になると、通常操業状態に回復させるのが難しく、場合によっては何日、何カ月といったオーダーで非常事態が続く可能性がある。
そこで、このような乾式集塵機における問題を解決するための検討がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
特許文献１では、炉頂ガスを昇温させるための専用のガス燃焼炉を設置し、前記炉頂ガス温度が低温になった場合、このガス燃焼炉で温めたガスを乾式集塵機の前流側に設置した熱交換器に導いて炉頂ガスを昇温させている。この昇温後の炉頂ガスを乾式集塵機に導いて、乾式集塵機内での結露を防止している。また、炉頂ガス温度が高温の場合には、乾式集塵機の前流側で炉頂ガスに液体噴射器で冷却水を噴射することで、炉頂ガス温度を下げている。
【０００６】
特許文献２では、熱媒式の熱交換器を乾式集塵機の前後に設置するとともに、熱媒配管途中に蓄熱体を設置している。蓄熱体に蓄熱された熱を利用して、炉頂ガスを昇温したり、冷却したりすることで、炉頂ガスの温度を適切に制御している。また、このような構成を用いることにより、従来、前記炉頂ガス温度の異常高低温時の緊急用として併設されている湿式集塵機を廃止し、乾式集塵機のみで集塵している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平３−１８５００号公報
【特許文献２】特開２００７−４６１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような構成では、ガス燃焼炉用のガス管を新たに架設する必要がある。さらに、ガスにより熱交換器を昇温させているため、熱交換器まで太い配管を架設する必要がある。このようなことから、経済的に合理的でない。
【０００９】
一方、特許文献２のような構成では、操業状況により蓄熱体の必要容量が変わり、さらに蓄熱体からの放散熱もあるため、蓄熱体の容量決定が難しい。
また、操業状態により炉頂ガスの昇温に必要な供給熱量や冷却に必要な奪熱量が変化してしまう。このような変化する状況においては、蓄熱体が絶えず放熱していることもあり、操業状況によっては、必要熱量を確保できない可能性が出てくる。
そのため、蓄熱体の容量不足になる可能性があり、依然として湿式集塵機の併設が必要となり、さらに湿式集塵機使用のためにＴＲＴによる電力回収量の低下を招いてしまう。
【００１０】
本発明の目的は、高炉炉頂ガスの異常高低温時の対策を安価な構成で安定的に実施し、ＴＲＴによる電力回収量の増加を図ることができる高炉炉頂ガスの乾式集塵システムおよび乾式集塵方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の乾式集塵システムは、高炉と、前記高炉に熱風を供給する熱風炉と、前記熱風炉に燃料ガスおよび燃焼空気を供給する燃料ガス供給手段および燃焼空気供給手段と、前記熱風炉からの排気ガスを再利用する排熱再利用システムと、前記高炉から発生する炉頂ガスの温度を調整する炉頂ガス温度調整手段と、前記炉頂ガス中のダストを除去する乾式集塵機と、前記乾式集塵機からの炉頂ガスにより駆動する炉頂圧回収タービンと、を少なくとも備え、前記排熱再利用システムは、前記熱風炉からの排ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と排気ガスの間で熱交換を行って、加熱後の熱媒体を流出させる排ガス熱交換器と、前記燃料ガス供給手段と前記熱風炉とを連結する燃料ガス配管および前記燃焼空気供給手段と前記熱風炉とを連結する燃焼空気配管に各々設けられ、前記排ガス熱交換器で加熱された熱媒体との間で熱交換を行って燃料ガスおよび燃焼空気を加熱し、冷却後の熱媒体を前記排ガス熱交換器へと流入させる燃料ガス熱交換器および燃焼空気熱交換器と、から構成される高炉炉頂ガスの乾式集塵システムにおいて、前記炉頂ガス温度調整手段は、前記高炉と前記乾式集塵機とを連結する炉頂ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と炉頂ガスとの間で熱交換を行って、当該熱媒体を流出させる炉頂ガス熱交換器と、前記炉頂ガス熱交換器での熱交換前の炉頂ガスの温度を測定する炉頂ガス温度測定手段と、前記炉頂ガス熱交換器における熱媒体の流入元および熱媒体の流出先を切り替える熱媒体切替手段と、を備え、前記熱媒体切替手段は、前記炉頂ガス温度測定手段での測定結果に基づいて、前記排ガス熱交換器から流出する加熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた加熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを加熱し、奪熱された熱媒体を前記排ガス熱交換器へ流出させる加熱状態と、前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器から流出する奪熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた奪熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを冷却し、加熱された熱媒体を前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器へ流出させる冷却状態と、を切り替え可能に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の乾式集塵方法は、高炉と、前記高炉に熱風を供給する熱風炉と、前記熱風炉に燃料ガスおよび燃焼空気を供給する燃料ガス供給手段および燃焼空気供給手段と、前記熱風炉からの排気ガスを再利用する排熱再利用システムと、前記炉頂ガス中のダストを除去する乾式集塵機と、前記乾式集塵機からの炉頂ガスにより駆動する炉頂圧回収タービンと、を少なくとも備え、前記排熱再利用システムは、前記熱風炉からの排ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と排気ガスの間で熱交換を行って、加熱後の熱媒体を流出させる排ガス熱交換器と、前記燃料ガス供給手段と前記熱風炉とを連結する燃料ガス配管および前記燃焼空気供給手段と前記熱風炉とを連結する燃焼空気配管に各々設けられ、前記排ガス熱交換器で加熱された熱媒体との間で熱交換を行って燃料ガスおよび燃焼空気を加熱し、冷却後の熱媒体を前記排ガス熱交換器へと流入させる燃料ガス熱交換器および燃焼空気熱交換器と、から構成される高炉炉頂ガスの乾式集塵システムを利用する乾式集塵方法であって、前記乾式集塵システムに、前記高炉と前記乾式集塵機とを連結する炉頂ガス配管に設けられ、流入する熱媒体と炉頂ガスとの間で熱交換を行って、当該熱媒体を流出させる炉頂ガス熱交換器と、前記炉頂ガス熱交換器での熱交換前の炉頂ガスの温度を測定する炉頂ガス温度測定手段と、前記炉頂ガス熱交換器における熱媒体の流入元および熱媒体の流出先を切り替える熱媒体切替手段と、を設け、前記炉頂ガス温度測定手段で測定された温度が予め設定された下限値未満であると判断すると、前記排ガス熱交換器から流出する加熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた加熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを加熱し、奪熱された熱媒体を前記排ガス熱交換器へ流出させる加熱状態に設定し、予め設定された上限値以上であると判断すると、前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器から流出する奪熱後の熱媒体を前記炉頂ガス熱交換器へ流入させて、この流入させた奪熱後の熱媒体との熱交換により炉頂ガスを冷却し、加熱された熱媒体を前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器へ流出させる冷却状態に設定することを特徴とする。
【００１３】
以上のような本発明によれば、高炉に熱風を供給する熱風炉の排気ガス、燃料ガス、および、燃焼空気を利用して、炉頂ガスの温度を調整する。具体的に、炉頂ガスの温度を上げたい場合には、燃料ガスと燃焼空気との熱交換により加熱された熱媒体を利用して、炉頂ガスの温度を上げる。一方で、炉頂ガスの温度を下げたい場合には、排気ガスとの熱交換に利用される加熱されていない熱媒体を利用して、炉頂ガスの温度を下げる。
このため、高炉の操業中には常に運転している熱風炉の排気ガスを使用しているため、炉頂ガスの温度調整をいつでも行うことができ、安定的に炉頂ガスの昇温や冷却を行うことができる。従って、湿式集塵機が不要となり、乾式集塵機のみを使用することができるので、ＴＲＴによる電力回収量の低下を防止できる。また、排熱再利用システムを利用して炉頂ガスの温度調整を行っているため、炉頂ガス配管に炉頂ガス熱交換器を設けるとともに、排熱再利用システムで循環させている熱媒体を炉頂ガス熱交換器に供給する経路を設けるだけでよい。さらに、熱媒体を循環させるための配管として比較的小さいサイズのものを用いることができる。よって、設備費の増加を抑制できる。
【００１４】
本発明の乾式集塵システムでは、前記熱媒体切替手段は、前記排ガス熱交換器から流出し前記炉頂ガス熱交換器に流入する加熱後の熱媒体の流量を調整する第１熱媒体流入弁と、前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器から流出し前記炉頂ガス熱交換器に流入する奪熱後の熱媒体の流量を調整する第２熱媒体流入弁と、前記炉頂ガス熱交換器から流出し前記排ガス熱交換器に流入する奪熱後の熱媒体の流量を調整する第１熱媒体流出弁と、前記炉頂ガス熱交換器から流出し前記燃料ガス熱交換器および前記燃焼空気熱交換器に流入する加熱後の熱媒体の流量を調整する第２熱媒体流出弁と、を備え、前記炉頂ガス温度調整手段は、前記炉頂ガス熱交換器での熱交換前の炉頂ガスの流量を測定する炉頂ガス流量測定手段と、前記第１熱媒体流入弁に流入する加熱後の熱媒体の温度および流量を測定する第１熱媒体測定手段と、前記第２熱媒体流入弁に流入する冷却後の熱媒体の温度および流量を測定する第２熱媒体測定手段と、を備えることが好ましい。
【００１５】
ここで、例えば、炉頂ガスの温度を目的温度までの上昇させる時間を、炉頂ガスの温度によらず一定にする場合、炉頂ガスの流量が多いほど、炉頂ガスに与える単位時間あたりの熱量を多くする必要がある。
この発明によれば、炉頂ガス熱交換器に流入させる熱媒体の温度に応じて、第１熱媒体流入弁を調整することで、炉頂ガスとの熱交換に利用される熱媒体の流量を調整することができる。すなわち、炉頂ガスに与える単位時間あたりの熱量を調整できる。従って、温度調整対象の炉頂ガスの流量にあわせた必要な熱量を、炉頂ガスに与えることができ、炉頂ガスの温度によらず、炉頂ガスの温度を目的温度まで上昇させる時間を一定にできる。
【００１６】
本発明の乾式集塵システムでは、前記炉頂ガス温度調整手段は、前記炉頂ガス温度測定手段で測定された温度が予め設定された下限値未満であると判断すると、前記熱媒体切替手段を前記加熱状態に設定し、予め設定された上限値以上であると判断すると、前記熱媒体切替手段を前記冷却状態に設定する熱媒体制御手段を備え、前記熱媒体制御手段は、前記炉頂ガス流量測定手段、前記第１熱媒体測定手段、および、前記第２熱媒体測定手段での測定結果に基づいて、前記第１熱媒体流入弁、前記第２熱媒体流入弁、前記第１熱媒体流出弁、および、前記第２熱媒体流出弁を制御することで、前記炉頂ガス熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整することが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、熱媒体制御手段による自動制御により炉頂ガスの温度を適切に調整できるため、対応が瞬時にタイミングよくでき、作業者の負荷を低減できる。
【００１８】
本発明の乾式集塵システムでは、前記炉頂ガス配管は、前記炉頂ガス熱交換器が設置された熱交換器設置管と、前記熱交換器設置管における前記炉頂ガス熱交換器よりも前記高炉側と前記炉頂ガス熱交換器よりも前記乾式集塵機側とを連結するバイパス管と、を備え、前記炉頂ガス温度調整手段は、前記熱交換器設置管に炉頂ガスを流通させて当該炉頂ガスの熱交換を行う熱交換状態と、前記バイパス管に炉頂ガスを流通させて当該炉頂ガスの熱交換を行わない非熱交換状態と、を切り替える熱交換状態切替手段を備えることが好ましい。
【００１９】
この発明によれば、熱交換状態切替手段により、排気ガスの熱交換を行う熱交換状態と、熱交換を行わない非熱交換状態とを切り替えることにより、必要な場合のみ炉頂ガス熱交換器を使用することができ、炉頂ガス熱交換器の長寿命化を図ることができる。
【００２０】
本発明の乾式集塵システムでは、前記炉頂ガス温度調整手段は、前記炉頂ガス温度測定手段で測定された温度が予め設定された下限値未満、又は、予め設定された上限値以上であると判断すると、前記熱交換状態切替手段を前記熱交換状態に設定し、前記下限値以上且つ前記上限値未満であると判断すると、前記熱交換状態切替手段を前記非熱交換状態に設定する熱交換制御手段を備えることが好ましい。
【００２１】
この発明によれば、熱交換制御手段による自動制御により、炉頂ガスの熱交換を行うか否かを適切に調整できるため、対応が瞬時にタイミングよくでき、作業者の負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る高炉炉頂ガスの乾式集塵システムを示す模式図。
【図２】前記乾式集塵システムの炉頂ガス温度調整手段の要部を示すブロック図。
【図３】前記乾式集塵システムにおける立ち上げの際の作用を示す説明図。
【図４】前記乾式集塵システムにおける炉頂ガス温度を上げるときの作用を示す説明図。
【図５】前記乾式集塵システムにおける炉頂ガス温度を下げるときの作用を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［乾式集塵システムの構成］
図１において、乾式集塵システム１は、高炉２と、この高炉２に熱風を供給する２基の熱風炉３と、この熱風炉３に燃料を供給する燃料供給手段４と、熱媒体を循環させることで煙突３１から発生する排気ガスＥの熱を再利用する排熱再利用システム５と、高炉２から発生する炉頂ガスＧの温度を調整する炉頂ガス温度調整手段６と、熱風炉３で温度が調整された炉頂ガスＧ中の固体粒子を除去する集塵設備７と、この集塵設備７で固体粒子が除去された炉頂ガスＧで駆動するＴＲＴ８とを備える。
【００２４】
熱風炉３は、それぞれ図示しない燃焼室と、蓄熱室とを備える。
燃焼室は、燃料供給手段４から供給される燃料ガスおよび燃焼空気を混合して燃焼させる。
蓄熱室では、燃焼室での燃焼ガスから生ずる熱を蓄え、蓄熱後の排気ガスＥを煙突３１から排出する。一方で、蓄熱室では、蓄熱が終了した後、この蓄えた熱を送風機３２から導入される空気に伝えて熱風Ｗを生成し、高炉２の羽口に供給する。なお、熱風炉３の数は、３基以上であっても良い。
【００２５】
燃料供給手段４は、燃料ガスを熱風炉３に供給する燃料ガス供給手段４１と、燃料ガスに対して所定の比率となるような燃焼空気を熱風炉３に供給する燃焼空気供給手段４２とを備える。
また、燃料ガス供給手段４１から延びる燃料ガス配管４１１、燃焼空気供給手段４２から延びる燃焼空気配管４２１、煙突３１へと延びる排ガス配管３１１、送風機３２から延びる配管３２１、および、高炉２の図示しない羽口へと延びる配管２０１は、それぞれ２個に分岐しており、２基の熱風炉３にそれぞれ接続されている。また、燃料ガス配管４１１、燃焼空気配管４２１、排ガス配管３１１、配管３２１、配管２０１における分岐点よりも熱風炉３側には、それぞれ弁４３、弁４４、弁３３、弁３４、弁２１が設けられている。
【００２６】
排熱再利用システム５は、排ガス熱交換器５１と、燃料ガス熱交換器５２と、燃焼空気熱交換器５３と、熱媒体貯槽５４と、膨張タンク５５とを備える。なお、以下において、加熱されていない低温の熱媒体を低温媒体Ｌと言い、加熱された高温の熱媒体を高温媒体Ｈと言う場合がある。
【００２７】
排ガス熱交換器５１、燃料ガス熱交換器５２、および、燃焼空気熱交換器５３は、排ガス配管３１１、燃料ガス配管４１１、および、燃焼空気配管４２１における、分岐点よりも煙突３１側、燃料ガス供給手段４１側、および、燃焼空気供給手段４２側に、それぞれ設けられている。
排ガス熱交換器５１の出口から延びる高温管５１１は、２個に分岐しており、燃料ガス熱交換器５２、燃焼空気熱交換器５３の入口にそれぞれ接続されている。また、排ガス熱交換器５１の入口から延びる低温管５１２も、２個に分岐しており、燃料ガス熱交換器５２、燃焼空気熱交換器５３の出口にそれぞれ接続されている。低温管５１２には、熱媒体を循環させる循環ポンプ５６が設けられている。
【００２８】
熱媒体貯槽５４は、配管５４１を介して低温管５１２に接続されている。配管５４１には、熱媒体貯槽５４に貯蔵された熱媒体を低温管５１２に供給する供給ポンプ５７が設けられている。
膨張タンク５５は、配管５５１を介して低温管５１２に接続され、低温管５１２内の熱媒体が膨張した際に、この膨張分の熱媒体を吸収する。
【００２９】
集塵設備７は、除塵器７１と、乾式集塵機７２とを備える。
乾式集塵機７２は、炉頂ガス配管７２１を介して除塵器７１に接続され、配管７２４を介してＴＲＴ８に接続されている。乾式集塵機７２は、図示しない濾布を備える。そして、乾式集塵機７２は、炉頂ガスＧのダストを濾布で除去してＴＲＴ８へ供給する。なお、炉頂ガス配管７２１は、除塵器７１と乾式集塵機７２とを連結し後述する炉頂ガス熱交換器６１が設置される熱交換器設置管７２２と、熱交換器設置管７２２における炉頂ガス熱交換器６１よりも除塵器７１側と乾式集塵機７２側とを連結するバイパス管７２３とを備える。
【００３０】
ここで、炉頂ガスＧの温度が高すぎると、乾式集塵機７２が有する濾布が焼損してしまい、前記温度が低すぎると、濾布が結露して乾式集塵機７２の集塵性能が低下してしまうため、炉頂ガスＧの温度を適切に制御する必要がある。
炉頂ガス温度調整手段６は、このような不具合を解消するためのものであり、炉頂ガス熱交換器６１と、炉頂ガス温度測定手段６２と、炉頂ガス流量測定手段６３と、第１熱媒体測定手段６４と、第２熱媒体測定手段６５と、熱交換状態切替手段６６と、熱媒体切替手段６７と、熱交換後ガス温度測定手段６８と、制御装置６９（図２参照）とを備える。
【００３１】
炉頂ガス熱交換器６１は、熱交換器設置管７２２に設置され、排熱再利用システム５で循環させる熱媒体と、炉頂ガスＧとの間で熱交換を行う。この炉頂ガス熱交換器６１の入口には、入口配管６１１が接続され、出口には、出口配管６１２が接続されている。入口配管６１１は、２個に分岐しており、この分岐の先端が高温管５１１と低温管５１２とにそれぞれ連結されている。また、出口配管６１２も２個に分岐しており、この分岐の先端が高温管５１１と低温管５１２とにそれぞれ連結されている。なお、高温管５１１における入口配管６１１との連結点は、出口配管６１２との連結点よりも上流側に位置している。また、低温管５１２における入口配管６１１との連結点は、出口配管６１２との連結点よりも下流側に位置している。
【００３２】
炉頂ガス温度測定手段６２および炉頂ガス流量測定手段６３は、配管７１１に設置されている。炉頂ガス温度測定手段６２は、炉頂ガス熱交換器６１での熱交換前の炉頂ガスＧの温度を測定し、炉頂ガス流量測定手段６３は、炉頂ガス熱交換器６１での熱交換前の炉頂ガスＧの流量を測定する。そして、炉頂ガス温度測定手段６２および炉頂ガス流量測定手段６３は、その測定結果を制御装置６９へ出力する。
【００３３】
第１熱媒体測定手段６４は、高温管５１１における入口配管６１１との接続点よりも上流側に、第２熱媒体測定手段６５は、低温管５１２における入口配管６１１との接続点よりも上流側に、それぞれ設けられている。第１熱媒体測定手段６４は、高温管５１１を流通する熱媒体の温度を測定する熱媒体温度測定手段６４１と、当該熱媒体の流量を測定する熱媒体流量測定手段６４２とを備える。また、第２熱媒体測定手段６５も同様に、低温管５１２を流通する熱媒体の温度および流量をそれぞれ測定する熱媒体温度測定手段６５１と、熱媒体流量測定手段６５２とを備える。そして、第１熱媒体測定手段６４および第２熱媒体測定手段６５は、熱媒体温度測定手段６４１、熱媒体温度測定手段６５１、熱媒体流量測定手段６４２、熱媒体流量測定手段６５２での測定結果を制御装置６９へ出力する。
【００３４】
熱交換状態切替手段６６は、炉頂ガスＧを炉頂ガス熱交換器６１において熱交換を行う熱交換状態と、熱交換を行わない非熱交換状態とを切り替える。この熱交換状態切替手段６６は、熱交換器設置管７２２における炉頂ガス熱交換器６１よりも除塵器７１側および乾式集塵機７２側にそれぞれ設けられた一対の熱切替弁６６１と、バイパス管７２３に設けられたバイパス弁６６２とを備える。熱切替弁６６１およびバイパス弁６６２は、制御装置６９の制御により、開度を連続的に調整可能に構成されている。
【００３５】
熱媒体切替手段６７は、炉頂ガス熱交換器６１に流入させる熱媒体を切り替えるとともに、当該熱媒体の流量を調整する。この熱媒体切替手段６７は、第１熱媒体流入弁６７１と、第２熱媒体流入弁６７２と、第１熱媒体流出弁６７３と、第２熱媒体流出弁６７４とを備える。
第１熱媒体流入弁６７１は、入口配管６１１における分岐点よりも高温管５１１側に設置され、第２熱媒体流入弁６７２は、当該分岐点よりも低温管５１２側に設置されている。また、第１熱媒体流出弁６７３は、出口配管６１２における分岐点よりも低温管５１２側に設置され、第２熱媒体流出弁６７４は、当該分岐点よりも高温管５１１側に設置されている。第１熱媒体流入弁６７１、第２熱媒体流入弁６７２、第１熱媒体流出弁６７３、第２熱媒体流出弁６７４は、制御装置６９の制御により、開度を連続的に調整可能に構成されている。
熱交換後ガス温度測定手段６８は、炉頂ガス配管７２１における炉頂ガス熱交換器６１の後流側に設けられ、熱媒体との熱交換後の炉頂ガスの温度を測定し、その測定結果を制御装置６９へ出力する。
【００３６】
制御装置６９は、いわゆるコンピュータであり、図示しない記憶手段に記憶されたプログラムおよびデータをＣＰＵ（Central Processing Unit）が処理することにより構成される熱風炉制御手段６９１と、熱交換制御手段６９２と、熱媒体制御手段６９３とを備える。
熱風炉制御手段６９１は、２基の熱風炉３を必要に応じて稼働させ、熱風Ｗを高炉２に供給させたり、炉頂ガスＧの温度調整に利用するために排気ガスＥを排出させたりする。
熱交換制御手段６９２は、熱交換状態切替手段６６を制御して、炉頂ガスＧの加熱又は冷却を行う熱交換状態と、加熱および冷却の両方を行わない非熱交換状態とを切り替える。
熱媒体制御手段６９３は、熱媒体切替手段６７を制御して、炉頂ガスＧを加熱する加熱状態と、炉頂ガスＧを冷却する冷却状態とを切り替える。
【００３７】
［乾式集塵システムの作用］
次に、乾式集塵システム１の作用について説明する。なお、以下において、熱媒体のうち高温状態の熱媒体を高温媒体Ｈと、低温状態の熱媒体を低温媒体Ｌという場合がある。
【００３８】
まず、乾式集塵システム１の立ち上げの際、制御装置６９の熱風炉制御手段６９１は、図１に示すように、全ての弁２１と弁３４とを閉じ、全ての弁４３と弁４４と弁３３とを開く。そして、燃料ガス供給手段４１から図１中下の熱風炉３に燃料ガスを供給し、燃焼空気供給手段４２から熱風炉３に燃焼空気を供給して、熱風炉３の燃焼室での燃焼を開始する。
一方、制御装置６９の熱交換制御手段６９２は、第１熱媒体流入弁６７１、第２熱媒体流入弁６７２、第１熱媒体流出弁６７３、第２熱媒体流出弁６７４を閉じて、循環ポンプ５６を回転させて熱媒体を低温管５１２に供給し、この熱媒体を低温管５１２と高温管５１１を介して、排ガス熱交換器５１と燃料ガス熱交換器５２との間、および、排ガス熱交換器５１と燃焼空気熱交換器５３との間で循環させる。
また、制御装置６９の熱媒体制御手段６９３は、熱切替弁６６１を閉じ、バイパス弁６６２を開けて、炉頂ガスＧがバイパス管７２３を流通可能な非熱交換状態に設定する。
【００３９】
熱風炉制御手段６９１は、熱風炉３の燃焼室での温度が十分に上昇したことを検出すると、図３に示すように、図３中上の熱風炉３に対応する弁３４と弁２１とを開け、当該熱風炉３に対応する弁３３を閉じて、送風機３２からの空気を燃焼室に導入し、燃焼室で昇熱された熱風Ｗを高炉２の羽口に供給する。
一方、昇温中の図３中下の熱風炉３で発生する排気ガスＥは、排ガス配管３１１を介して排ガス熱交換器５１内に導入される。この排気ガスＥは、排ガス熱交換器５１において低温管５１２から供給される低温媒体Ｌとの熱交換により熱を奪われた後、煙突３１から排出される。
【００４０】
低温管５１２から排ガス熱交換器５１に流入する低温媒体Ｌは、排気ガスＥとの熱交換により加熱されて、高温媒体Ｈとして高温管５１１に流出する。この高温媒体Ｈは、燃料ガス熱交換器５２と燃焼空気熱交換器５３にそれぞれ流入し、燃料ガスと燃焼空気との熱交換により熱を奪われた後、低温媒体Ｌとして低温管５１２に流出する。この低温媒体Ｌは、排ガス熱交換器５１に再度流入し、上述したような排気ガスＥとの熱交換に利用される。
一方、燃料ガスと燃焼空気は、燃料ガス熱交換器５２および燃焼空気熱交換器５３における高温媒体Ｈとの熱交換により加熱される。この加熱された燃料ガスと燃焼空気が熱風炉３に導入されることで、燃焼室での燃焼が促進される。
【００４１】
高炉２では、羽口に導入された熱風Ｗを利用して、銑鉄が製造される。この製造の際に生成される炉頂ガスＧは、配管７１１およびバイパス管７２３を介して除塵器７１および乾式集塵機７２に導入され、ダストが除去される。そして、ダストが除去された炉頂ガスＧは、ＴＲＴ８に導入され、ＴＲＴ８の駆動に利用される。
【００４２】
制御装置６９の熱交換制御手段６９２は、炉頂ガス温度測定手段６２での測定結果に基づいて、高炉２から排出される炉頂ガスＧの温度が予め設定された下限値（例えば、７０℃）未満と判断した場合、炉頂ガスＧの温度を上げるために、熱切替弁６６１を開け、バイパス弁６６２を閉じて、図４に示すように、炉頂ガスＧが熱交換器設置管７２２を流通可能な熱交換状態に設定する。
また、制御装置６９の熱媒体制御手段６９３は、炉頂ガスＧの温度を上げるために、熱媒体切替手段６７を加熱状態に切り替える。具体的に、第１熱媒体流入弁６７１と第１熱媒体流出弁６７３とを開く。この切り替えにより、高温管５１１を流通する高温媒体Ｈが入口配管６１１にも流入する。そして、熱交換器設置管７２２を流通する炉頂ガスＧは、炉頂ガス熱交換器６１において高温媒体Ｈとの熱交換により加熱される。この加熱により適切な温度に調整された炉頂ガスＧが乾式集塵機７２に流入するため、乾式集塵機７２の濾布が結露してしまうという不具合が抑制される。
【００４３】
ここで、熱媒体制御手段６９３は、炉頂ガス温度測定手段６２、炉頂ガス流量測定手段６３、第１熱媒体測定手段６４での測定結果に基づいて、第１熱媒体流入弁６７１の開度を調節することで、炉頂ガスＧを目的温度まで上昇させる所要時間を、炉頂ガスＧの温度によらずほぼ同じにする。
【００４４】
熱交換制御手段６９２は、高炉２から排出される炉頂ガスＧの温度が予め設定された上限値（例えば、１８０℃）以上と判断した場合、炉頂ガスＧの温度を下げるために、図５に示すように、熱交換状態切替手段６６を熱交換状態に設定する。
また、熱媒体制御手段６９３は、炉頂ガスＧの温度を下げるために、熱媒体切替手段６７を冷却状態に切り替える。具体的に、第２熱媒体流入弁６７２と第２熱媒体流出弁６７４とを開くことで、低温管５１２を流通する低温媒体Ｌを入口配管６１１に流入させる。そして、熱交換器設置管７２２を流通する炉頂ガスＧは、炉頂ガス熱交換器６１において低温媒体Ｌとの熱交換により適切な温度まで冷却され、乾式集塵機７２に流入する。これにより、乾式集塵機７２の濾布が焼損してしまうという不具合が抑制される。
【００４５】
ここで、熱媒体制御手段６９３は、炉頂ガス温度測定手段６２、炉頂ガス流量測定手段６３、第２熱媒体測定手段６５での測定結果に基づいて、第２熱媒体流入弁６７２の開度を調節することで、炉頂ガスＧを目的温度まで下降させる所要時間を、炉頂ガスＧの温度によらずほぼ同じにする。
また、熱風炉制御手段６９１は、熱交換後ガス温度測定手段６８で測定された、炉頂ガス熱交換器６１の後流側での温度に基づいて、燃料ガスおよび燃焼空気の流量を調整して、熱風炉３内で必要な燃焼カロリーを確保する。
【００４６】
［乾式集塵システムの効果］
このように、本実施形態では、高炉２に熱風を供給する熱風炉３からの排気ガスＥを使用して、乾式集塵機７２の集塵能力が落ちないように炉頂ガスＧの温度を調整している。
このため、高炉２の操業中には常に運転している熱風炉３の排気ガスＥを使用しているため、炉頂ガスＧの温度調整が必要なときには、安定的に炉頂ガスＧの昇温や冷却を行うことができる。従って、湿式集塵機が不要となり、乾式集塵機７２のみを使用することができるので、ＴＲＴ８による電力回収量の低下を防止できる。特に、乾式集塵システム１を新設する場合には、湿式集塵機の設置費用を削減でき、安価に新設できる。また、排熱再利用システム５を利用して炉頂ガスＧの温度調整を行っているため、炉頂ガス配管７２１に炉頂ガス熱交換器６１を設けるとともに、排熱再利用システム５で循環させている熱媒体を炉頂ガス熱交換器６１に供給する経路を設けるだけでよい。さらに、熱媒体の循環により炉頂ガスＧの温度調整を行うため、熱媒体を循環させるための入口配管６１１および出口配管６１２として比較的小さいサイズのものを用いることができる。よって、設備費の増加を抑制できる。
【００４７】
炉頂ガスＧの流量を測定する炉頂ガス流量測定手段６３と、入口配管６１１に流入させる高温媒体Ｈおよび低温媒体Ｌの温度および流量を測定する第１熱媒体測定手段６４および第２熱媒体測定手段６５と、入口配管６１１に流入させる高温媒体Ｈおよび低温媒体Ｌの流量をそれぞれ調整する第１熱媒体流入弁６７１および第２熱媒体流入弁６７２とを設けている。
このため、例えば高温媒体Ｈの温度に応じて炉頂ガス熱交換器６１に供給する高温媒体Ｈの流量を調整することで、温度調整対象の炉頂ガスＧの流量にあわせた必要な熱量を、炉頂ガスＧに与えることができる。
【００４８】
熱交換状態切替手段６６を設けて、炉頂ガスＧの熱交換を行う熱交換状態と、熱交換を行わない非熱交換状態とを切り替え可能に構成している。このため、必要な場合のみ炉頂ガス熱交換器６１を使用することができ、炉頂ガス熱交換器６１の長寿命化を図ることができる。
【００４９】
熱媒体制御手段６９３による自動制御により熱媒体切替手段６７を調整し、熱交換制御手段６９２による自動制御により熱交換状態切替手段６６を調整しているため、瞬時にタイミングよく対応でき作業者の負荷を低減できる。
【００５０】
［変形例］
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部構成などは実施にあたって適宜変形することができる。
すなわち、炉頂ガス熱交換器６１で炉頂ガスＧに与える熱量や炉頂ガス熱交換器６１で炉頂ガスＧから回収する熱量にあわせて、炉頂ガス熱交換器６１を２個以上設けてもよい。
また、炉頂ガス流量測定手段６３、第１熱媒体測定手段６４、および、第２熱媒体測定手段６５を設けずに、炉頂ガス温度測定手段６２での測定結果に基づいて、炉頂ガスＧの温度を上げるときに第１熱媒体流入弁６７１と第１熱媒体流出弁６７３を全開にし、炉頂ガスＧの温度を下げるときに第２熱媒体流入弁６７２と第２熱媒体流出弁６７４を全開にしてもよい。
また、熱交換器設置管７２２、熱切替弁６６１、バイパス弁６６２を設けずに、バイパス管７２３に炉頂ガス熱交換器６１を設けてもよい。
そして、熱交換制御手段６９２を設けずに、作業者が熱切替弁６６１とバイパス弁６６２の開閉を行ってもよい。また、熱媒体制御手段６９３を設けずに、作業者が炉頂ガス温度測定手段６２、炉頂ガス流量測定手段６３、第１熱媒体測定手段６４、第２熱媒体測定手段６５での測定結果に基づいて、第１熱媒体流入弁６７１、第２熱媒体流入弁６７２、第１熱媒体流出弁６７３、第２熱媒体流出弁６７４の開閉を行ってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…乾式集塵システム、２…高炉、３…熱風炉、４…燃料供給手段、５…排熱再利用システム、６…炉頂ガス温度調整手段、７…集塵設備、２１…弁、３１…煙突、３２…送風機、３３，３４…弁、４１…燃料ガス供給手段、４２…燃焼空気供給手段、４３，４４…弁、５１…排ガス熱交換器、５２…燃料ガス熱交換器、５３…燃焼空気熱交換器、５４…熱媒体貯槽、５５…膨張タンク、５６…循環ポンプ、５７…供給ポンプ、６１…炉頂ガス熱交換器、６２…炉頂ガス温度測定手段、６３…炉頂ガス流量測定手段、６４…第１熱媒体測定手段、６５…第２熱媒体測定手段、６６…熱交換状態切替手段、６７…熱媒体切替手段、６８…熱交換後ガス温度測定手段、６９…制御装置、７１…除塵器、７２…乾式集塵機、２０１…配管、３１１…排ガス配管、３２１…配管、４１１…燃料ガス配管、４２１…燃焼空気配管、５１１…高温管、５１２…低温管、５４１…配管、５５１…配管、６１１…入口配管、６１２…出口配管、６４１…熱媒体温度測定手段、６４２…熱媒体流量測定手段、６５１…熱媒体温度測定手段、６５２…熱媒体流量測定手段、６６１…熱切替弁、６６２…バイパス弁、６７１…第１熱媒体流入弁、６７２…第２熱媒体流入弁、６７３…第１熱媒体流出弁、６７４…第２熱媒体流出弁、７１１…配管、７２１…炉頂ガス配管、７２２…熱交換器設置管、７２３…バイパス管、７２４…配管、Ｅ…排気ガス、Ｇ…炉頂ガス、Ｈ…高温媒体、Ｌ…低温媒体、Ｗ…熱風。
【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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