(57)【要約】      （修正有）【課題】大気中に放出されるＣＯ２ガスを大幅に低減することができ、ＣＯ２の回収が容易であり、燃焼空気の送風管及び排ガス管等の蓄熱燃焼設備を小型化でき、充圧設備を小型化できる熱風発生装置を提供する。【解決手段】燃焼室と蓄熱室をそれぞれ有する複数の熱風炉１２を備え、高炉送風用空気６を熱風炉１２の１つで加熱して加熱空気９を高炉２０に供給し、前記高炉２０から排出された高炉発生ガス１を別の熱風炉１２の燃焼室で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、燃焼ガスにより前記熱風炉１２の蓄熱室を直接加熱する熱風発生装置１０であり、蓄熱室から排出された燃焼排ガス５を前記熱風炉１２の燃焼室に再循環させる排ガス循環ライン１４と、前記排ガス循環ライン１４に燃焼用酸素７を注入する酸素注入装置１６とを備える。【選択図】図１
2012031495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と蓄熱室をそれぞれ有する複数の熱風炉を備え、高炉送風用空気を前記熱風炉の１つで加熱して加熱空気を高炉に供給し、高炉から排出された高炉発生ガスを別の熱風炉の燃焼室で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスにより当該熱風炉の蓄熱室を直接加熱する熱風発生装置であって、
前記蓄熱室から排出された燃焼排ガスを当該熱風炉の燃焼室に再循環させる排ガス循環ラインと、
該排ガス循環ラインに燃焼用酸素を注入する酸素注入装置とを備える、ことを特徴とする熱風発生装置。
【請求項２】
前記排ガス循環ラインから燃焼排ガスの一部を抽出し該燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収するＣＯ２回収設備を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の熱風発生装置。
【請求項３】
高炉発生ガスの圧力で発電する炉頂発電装置の上流側から、前記熱風炉に高炉発生ガスを分岐して供給する高圧燃料ガス分岐ラインを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の熱風発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用の熱風発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、鉄鉱石とコークスを頂部から供給し、下部から加熱空気を供給して内部で鉄鉱石を還元して鉄を製造する装置である。また、熱風発生装置は、高炉に加熱空気を供給する装置である。
従来の高炉及び熱風発生装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、従来の高炉及び熱風発生装置では、高炉で発生した高炉発生ガスは炉頂発電装置に供給され、高炉発生ガスの圧力で発電して減圧し、低圧の高炉発生ガスを熱風炉に供給し、熱風炉で高炉発生ガスを低圧空気で燃焼させて蓄熱し、この蓄熱により高炉に供給する圧縮空気を予熱するようになっている。
なお、熱風炉は通常、バッチ式であり、２基以上の燃焼室及び蓄熱室を備え、蓄熱室の蓄熱と放熱（空気の予熱）を交互に繰り返すようになっている。
以下、２基以上の燃焼室及び蓄熱室を備えた熱風炉を、「熱風発生装置」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０９０６７号公報、「高炉ガスの利用方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の熱風発生装置では、高炉発生ガスを燃焼させて発生した燃焼ガスは、蓄熱室で蓄熱した後、排気ガスとして大気中に放出している。しかし、高炉発生ガス中には、ＣＯが１９〜２５ｖｏｌ％、ＣＯ２が１９〜２５ｖｏｌ％含まれるため、排気ガス中に大量のＣＯ２ガスが含まれ、これがそのまま大気中に放出されるため、環境上の問題があった。
【０００６】
また、熱風発生装置からの排気ガス中に大量のＮ２が含まれているために、ＣＯ２の回収も困難であった。
【０００７】
さらに、従来の熱風発生装置では、低圧（例えば１０〜２０ｋＰａ）の高炉発生ガスを低圧で燃焼させているため、燃焼用空気の送風圧及び排ガスの圧力も低圧であり、燃焼用空気の送風管及び排ガス管等の蓄熱燃焼設備が大型となる問題点があった。
【０００８】
一方、高炉に供給する加熱空気の高炉送風圧が高圧（例えば０．４〜０．５ＭＰａ）である場合には、熱風炉から高炉へ送風する際には、熱風炉内を上述した低圧から高炉送風圧まで充圧する必要があり、充圧設備が大型となる問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、大気中に放出されるＣＯ２ガスを大幅に低減することができ、ＣＯ２の回収が容易であり、燃焼空気の送風管及び排ガス管等の蓄熱燃焼設備を小型化でき、充圧設備を小型化できる熱風発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、燃焼室と蓄熱室をそれぞれ有する複数の熱風炉を備え、高炉送風用空気を前記熱風炉の１つで加熱して加熱空気を高炉に供給し、高炉から排出された高炉発生ガスを別の熱風炉の燃焼室で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスにより当該熱風炉の蓄熱室を直接加熱する熱風発生装置であって、
前記蓄熱室から排出された燃焼排ガスを当該熱風炉の燃焼室に再循環させる排ガス循環ラインと、
該排ガス循環ラインに燃焼用酸素を注入する酸素注入装置とを備える、ことを特徴とする熱風発生装置が提供される。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、前記排ガス循環ラインから燃焼排ガスの一部を抽出し該燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収するＣＯ２回収設備を備える。
【００１２】
また、高炉発生ガスの圧力で発電する炉頂発電装置の上流側から、前記熱風炉に高炉発生ガスを分岐して供給する高圧燃料ガス分岐ラインを備える。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の構成によれば、酸素注入装置により排ガス循環ラインに燃焼用酸素を注入し、酸素で高炉発生ガスを燃焼させるので、排ガス中へのＮ２ガスの混入を大幅に低減できる。
従って、ＣＯ２回収設備を備えることで、ＣＯ２の回収が容易であり、これにより大気中に放出されるＣＯ２ガスを大幅に低減することができる。
【００１４】
また、高炉に供給する加熱空気の高炉送風圧が高圧（例えば０．４〜０．５ＭＰａ）である場合には、高圧燃料ガス分岐ラインにより、炉頂発電装置の上流側から熱風炉に高炉発生ガスを分岐して供給することにより、高圧（例えば０．２２〜０．２５ＭＰａ）の高炉発生ガスを熱風炉で燃焼するので、排ガス循環ライン及び酸素注入装置の作動圧力を高めることができ、蓄熱燃焼設備を小型化できる。
【００１５】
さらに、熱風炉の作動圧力が高圧（例えば０．２２〜０．２５ＭＰａ）となるので、熱風炉から高炉へ送風する際に、高炉送風圧（例えば０．４〜０．５ＭＰａ）までの充圧に必要な差圧が小さくなり、充圧設備を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による熱風発生装置を備えた高炉設備の全体系統図である。
【図２】本発明による熱風発生装置の実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明による熱風発生装置を備えた高炉設備の全体系統図である。
この図において、１０は本発明による熱風発生装置、２０は高炉、２２は除塵器、２４は集塵機、２６は炉頂発電装置、２６ａはバイパス弁、２７は減圧弁、２８はガスホルダである。なおこの図において、装置を繋ぐ線が分岐又は合流する部分には、丸印を付している。
【００１９】
高炉２０は、鉄鉱石とコークスを頂部から供給し、熱風環状管２０ａから下部に加熱空気９を供給して内部で鉄鉱石を還元して鉄を製造する。高炉送風用の加熱空気９の温度は例えば１２００〜１４００℃、圧力は０．４〜０．５ＭＰａの高圧である。
【００２０】
高炉２０で発生した高炉発生ガス１は、例えば０．２４〜０．２６ＭＰａの高圧であり、除塵器２２で除塵され、さらに集塵機２４で集塵された後、高圧燃料ガスライン２５を介して炉頂発電装置２６に供給され、高炉発生ガスの圧力で発電して減圧される。
炉頂発電装置２６の上流側（高圧燃料ガスライン２５）の圧力は、例えば０．２２〜０．２４ＭＰａの高圧であり、炉頂発電装置２６の下流側の圧力は、例えば１０〜２０ｋＰａの低圧である。
【００２１】
炉頂発電装置２６で減圧された低圧の高炉発生ガス２は、減圧弁２７によりさらに減圧され、ガスホルダ２８内に貯蔵される。減圧弁２７の下流側圧力は、例えば約９ｋＰａであり、ガスホルダ２８の圧力は、例えば６００〜９００ｍｍＡｑである。ガスホルダ２８内に貯蔵された低圧の高炉発生ガス２は、余剰燃料ガスとして、系外に供給される。
【００２２】
図２は、本発明による熱風発生装置の実施形態図である。なおこの図において、装置を繋ぐ線が分岐又は合流する部分には、丸印を付している。
この図において、本発明の熱風発生装置１０は、燃焼室１３ａと蓄熱室１３ｂをそれぞれ有する複数（この例では３基）の熱風炉１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）を備えたバッチ式である。
【００２３】
この図において、熱風炉１２を構成する燃焼室１３ａと蓄熱室１３ｂは、破線で示す境界を介して連通されており、該境界を通して燃焼室１３ａから蓄熱室１３ｂへ燃焼ガスが自由に流入するようになっている。
また、蓄熱室１３ｂには、図示しない蓄熱媒体（例えば、耐熱レンガ）が充填され、蓄熱室１３ｂを通過する燃焼ガスとの間で直接熱交換するようになっている。
【００２４】
なお、熱風炉１２の構造はこの例に限定されず、例えば、燃焼室１３ａと蓄熱室１３ｂがそれぞれ独立しその一部で連通する構造（独立式）、燃焼室１３ａと蓄熱室１３ｂが二重管の外側と内側でありその一部で連通する構造（二重管式）、或いは、その他の構造であってもよい。
【００２５】
すなわち、本発明の熱風発生装置１０は、高炉送風用空気６を熱風炉の１つ（この図で１２Ａ）で加熱して加熱空気９を高炉２０に供給し、高炉２０から排出された高炉発生ガス１を別の熱風炉（この図で１２Ｃ）の燃焼室１３ａで燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスにより当該熱風炉１２Ｃの蓄熱室１３ｂを直接加熱するようになっている。
【００２６】
なお、本実施例では、熱風炉１２Ａで高炉送風用空気６を加熱し、高炉発生ガス１で熱風炉１２Ｃの蓄熱室１３ｂを加熱しているが、これはあくまでも一例である。
実際には、熱風炉１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを適宜切替えながら運転する。
切替運転の一例として、熱風炉１２Ａによる高炉送風用空気６の加熱を行った後、熱風炉１２Ａを蓄熱室１３ｂが加熱された熱風炉１２Ｃに切替えるとともに、運転をしていなかった熱風炉１２Ｂの蓄熱室１３ｂを加熱する。
【００２７】
なお、各熱風炉１２には、燃料ガス３、酸化ガス４、燃焼排ガス５、高炉送風用空気６、及び加熱空気９を供給又は排出する開閉弁１５ａ〜１５ｅがそれぞれ設けられ、これらの開閉弁１５ａ〜１５ｅを順次切り替えることにより、蓄熱室１３ｂの蓄熱と放熱（空気の予熱）を交互に繰り返すようになっている。
【００２８】
図２において、本発明の熱風発生装置１０は、さらに、排ガス循環ライン１４、酸素注入装置１６、及びＣＯ２回収設備１８を備える。
【００２９】
排ガス循環ライン１４は、各熱風炉１２の開閉弁１５ｃと開閉弁１５ｂを連結する配管ラインである。排ガス循環ライン１４には、集塵機１４ａ、排ガス昇圧機１４ｂ、バイパス弁１４ｃ、及び循環ガス流量制御弁１４ｄが設けられ、各熱風炉１２の蓄熱室１３ｂから排出された燃焼排ガス５をその熱風炉１２の燃焼室１３ａに再循環させるようになっている。
【００３０】
酸素注入装置１６は、酸素製造設備１６ａと酸素流量制御弁１６ｂを備え、排ガス循環ライン１４に燃焼用酸素７を注入するようになっている。注入された燃焼用酸素７は、排ガス循環ライン１４の燃焼排ガス５と混合され酸化ガス４として、熱風炉１２の燃焼室１３ａに供給される。燃焼用酸素７を注入する位置（図でＣ点）は、循環ガス流量制御弁１４ｄの下流側であるのがよい。
なお、混合を促進するために、Ｃ点にミキサーを設けてもよい。
【００３１】
また、排ガス循環ライン１４に注入する燃焼用酸素７の圧力は、例えば０．２２〜０．２４ＭＰａの高圧であり、この高圧で燃料ガス３を燃焼させるようになっている。
【００３２】
図２において、ＣＯ２回収設備１８は、ＣＯ２液化設備１８ａとＣＯ２貯蔵設備１８ｂからなり、排ガス循環ライン１４から燃焼排ガス５の一部を排ガス流量制御弁１８ｃを介して抽出し、燃焼排ガス５中の二酸化炭素を回収するようになっている。
なお、ＣＯ２回収設備１８は、この例に限定されず、燃焼排ガス５中の二酸化炭素を回収できる限りで、その他の設備であってもよい。
【００３３】
さらにこの図において、本発明の熱風発生装置１０は、煙突１７ａ、排ガス放出ライン１７ｂ、及び循環圧力制御弁１７ｃを備え、排ガス循環ライン１４の圧力が所定の閾値を超えるときに、排ガス循環ライン１４から燃焼排ガス５の一部を循環圧力制御弁１７ｃを介して抽出し、煙突１７ａから燃焼排ガス５を大気中に放出するようになっている。
なお、煙突１７ａ、排ガス放出ライン１７ｂ、及び循環圧力制御弁１７ｃは、必須ではなく、ＣＯ２回収設備１８により排ガス循環ライン１４の圧力を所定の許容範囲に保持できる限りで、省略することができる。
【００３４】
図１において、本発明の熱風発生装置１０は、高圧燃料ガス分岐ライン１９を備え、炉頂発電装置２６の上流側（図でＡ１点）から、熱風炉１２に高炉発生ガス１を分岐して供給するようになっている。
従って、熱風炉１２に供給する高炉発生ガス１の圧力は、例えば０．２２〜０．２４ＭＰａの高圧である。この高炉発生ガス１は、系外から供給され、燃料ガス昇圧機２１で高炉発生ガス１と同圧まで昇圧された補助燃料ガス８（例えばＣＯＧガス）と図でＢ点で混合され燃料ガス３として、熱風炉１２の燃焼室１３ａに供給される。
なお、混合を促進するために、Ｂ点にミキサーを設けてもよい。
【００３５】
さらに、図１において、２９は高炉送風機であり、高炉送風用空気６を高炉送風圧（例えば０．４〜０．５ＭＰａ）まで昇圧して、熱風炉１２の蓄熱室１３ｂに供給するようになっている。
【００３６】
上述した本発明の構成によれば、酸素注入装置１６により排ガス循環ライン１４に燃焼用酸素７を注入して、酸素で高炉発生ガス１を燃焼させるので、排ガス５中へのＮ２ガスの混入を大幅に低減できる。
従って、ＣＯ２回収設備１８を備えることで、ＣＯ２の回収が容易であり、これにより大気中に放出されるＣＯ２ガスを大幅に低減することができる。
【００３７】
また、高圧燃料ガス分岐ライン１９により、炉頂発電装置２６の上流側から熱風炉１２に高炉発生ガス１を分岐して供給することにより、高圧（例えば０．２２〜０．２５ＭＰａ）の高炉発生ガス１を熱風炉１２で燃焼するので、排ガス循環ライン１４及び酸素注入装置１６の作動圧力を高めることができ、蓄熱燃焼設備を小型化できる。
【００３８】
さらに、熱風炉１２の作動圧力が高圧（例えば０．２２〜０．２５ＭＰａ）となるので、熱風炉１２から高炉２０へ送風する際に、高炉送風圧（例えば０．４〜０．５ＭＰａ）までの充圧に必要な差圧が小さくなり、充圧設備を小型化できる。
【００３９】
また、図１に破線で示すように、上述した高圧燃料ガス分岐ライン１９の代わりに、低圧燃料ガス分岐ライン１９ａを備え、炉頂発電装置２６の下流側（図でＡ２点）から、熱風炉１２に高炉発生ガス１を分岐して供給してもよい。
この場合には、排ガス循環ライン１４及び酸素注入装置１６の作動圧力が低くなるので、高圧設備が不要となるため装置構成が簡略化される。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４１】
１  高圧の高炉発生ガス、２  低圧の高炉発生ガス、
３  燃料ガス、４  酸化ガス、５  燃焼排ガス、
６  高炉送風用空気、７  燃焼用酸素、
８  補助燃料ガス、９  加熱空気、
１０  熱風発生装置、
１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）  熱風炉、
１３ａ  燃焼室、１３ｂ  蓄熱室、
１４  排ガス循環ライン、１４ａ  集塵機、
１４ｂ  排ガス昇圧機、１４ｃ  バイパス弁、
１４ｄ  循環ガス流量制御弁、１５ａ〜１５ｅ  開閉弁、
１６  酸素注入装置、１６ａ  酸素製造設備、１６ｂ  酸素流量制御弁、
１７ａ  煙突、１７ｂ  排ガス放出ライン、１７ｃ  循環圧力制御弁、
１８  ＣＯ２回収設備、１８ａ  ＣＯ２液化設備、１８ｃ  排ガス流量制御弁、
１８ｂ  ＣＯ２貯蔵設備、１９  高圧燃料ガス分岐ライン、
１９ａ  低圧燃料ガス分岐ライン、
２０  高炉、２０ａ  熱風環状管、２１  燃料ガス昇圧機、
２２  除塵器、２４  集塵機、２５  高圧燃料ガスライン、
２６  炉頂発電装置、２６ａ  バイパス弁、
２７  減圧弁、２８  ガスホルダ、
２９  高炉送風機
【図１】
2012031495.tif 000003
【図２】
2012031495.tif 000004