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発明の名称 コークス炉の燃料ガス供給方法および燃料ガス用混合装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−8979(P2007−8979A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−188136(P2005−188136)
出願日 平成17年6月28日(2005.6.28)
代理人 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎
発明者 小柳 保章 / 永岡 恒夫 / 高橋 弘和
要約 課題
本発明はコークス炉の燃料ガス(Mガス)供給方法および燃料ガス(Mガス)用混合装置を提供する。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
高炉ガスにコークス炉ガスを混合させ、コークス炉へ燃料ガスとして供給するコークス炉の燃料ガス供給方法において、前記高炉ガスと前記コークス炉ガスが燃料ガスの流れ方向直角断面において均一に混合後、燃料ガスのガスカロリーを計測することを特徴とするコークス炉の燃料ガス供給方法。
【請求項2】
高炉ガスにコークス炉ガスを混合させる際、高炉ガスの流れ方向直角断面における中心部と周辺部におけるコークス炉ガス量比率とを調整することを特徴とする請求項1記載のコークス炉の燃料ガス供給方法。
【請求項3】
高炉ガスにコークス炉ガスを混合させる際、コークス炉ガスを高炉ガスの流れ方向直角断面における中心部と周辺部に流入させ、且つ流入する際の流速を制御することを特徴とする請求項1また2記載のコークス炉の燃料ガス供給方法。
【請求項4】
流入させる際の流速を、中心部と周辺部の流速の差が10%以内であることを特徴とする請求項3記載のコークス炉の燃料ガス供給方法。
【請求項5】
高炉ガス供給管に装着され、高炉ガスにコークス炉ガスを混合させてコークス炉の燃料ガスとする混合装置であって、
管部と、高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部と、高炉ガスの中心部にコークス炉ガスを供給するノズル部とを備え、
前記管部は、管径が高炉ガス供給管と同径で、管軸方向の一部に、管内壁に沿ってコークス炉ガスを旋回流として吹き込む複数のスリットを有し、前記スリットを設けた管部は前記高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部を有する外管を備えた二重管構造で、
前記ノズル部は円錐状に開口したノズル口と、前記ノズル口の前方に同軸で配置される円錐状部材を有し、前記円錐状部材はその中心部に前記ノズル口と連通する開口部を有し、
前記ノズル口と前記円錐状部材は、前記管部の上流側から、その径方向断面の中心部にコークス炉ガスを吹き込むように配置されていることを特徴とするコークス炉の燃料ガス用混合装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は高炉ガス(以下Bガス)とコークス炉ガス(以下Cガス)を混合して燃料ガス(高炉ガスとコークス炉ガスの混合ガスを指し、以下Mガス)とし、コークス炉に供給する方法及びBガスとCガスを混合する装置に関し、特にBガスの流れにCガスを混合して均一な燃料ガスとするものに関する。
【背景技術】
【0002】
コークス炉は、石炭を乾留して高炉に還元剤として投入するコークスを製造する装置で、炭化室、燃焼室及び蓄熱室を其々複数基備え、蓄熱室で予熱したMガスを燃焼室で燃焼することにより炭化室の石炭を乾留する。
【0003】
コークス炉の操業では均一な品質のコークスを製造することが重要で、複数の炭化室間および各炭化室内における温度分布調整をMガスの燃焼制御によって行う。最近、地球環境の観点から使用エネルギーの低減が要求され、燃焼制御の更なる高精度化が必要とされている。
【0004】
燃料ガスの燃焼制御は、Mガス流量一定制御系と、Cガス流量を調整し、Mガスを一定のカロリーで燃焼させるためのMガスカロリー一定制御系の二つの制御系を有するMガスカロリー制御方法により燃焼制御が行われている。
【0005】
Mガスカロリー制御方法では、Cガスをサンプリングしたものからその成分を求め、Cガスカロリが変動した場合に、Mガスカロリーが一定となるようにBガス流量とCガス流量を変化させる必要があるが、Mガス流量一定制御系とMガスカロリー一定制御系が干渉するため、安定燃焼となるまで時間を要することが指摘されている。
【0006】
特許文献1記載の制御方法は、コークス炉への投入熱量を設定するとともに、コークス炉に供給されるBガス及びCガスのそれぞれの燃料ガスの発熱量を検出し、これら設定投入熱量及びそれぞれの燃料ガスの発熱量に基づいて、設定投入熱量とほぼ等しい投入熱量が安定して得られるようにBガスおよび/またはCガスのコークス炉への供給熱量を制御することを特徴とするものである。
【0007】
具体的には、投入熱量Eとし、設定したMガス発熱量QM、検出したBガス、Cガスの各々の発熱量QB、Qcより関係式を用いてBガスとCガスの流量比をγ(Cガス流量/Bガス流量)を用いて、必要なBガス流量、Cガス流量を制御することを特徴としている。
【0008】
特許文献2は、特許文献1記載の技術を改善し、経時変化するBガス、Cガスの発熱量に基づき投入熱量を変更し、Mガス流量一定制御系とMガスカロリー一定制御系とが互いに干渉することによる投入熱量の変動を抑えることを特徴とするものである。
【0009】
また、Mガスのガスカロリー一定燃焼を安定させる制御系として図3に示す制御系が検討されている。コークス炉100への供給熱量を設定する際、Bガス、Cガスの両方についてガスクロクロマトグラフ装置で成分分析を行い、得られた分析値よりガス密度を求め、Mガス流路のオリフィスの密度補正を行うことを特徴とする。
【0010】
BガスとCガスの流路で流量計60、流量計70の下流にガスクロクロマトグラフ装置200を配置し、その分析値より各ガス密度を求める。
【0011】
混合機110でBガスとCガスを混合後、流量制御弁90で調整されるMガスの流量は、流量計80での計測値を密度補正するので、供給熱量(Mガス熱量と流量の積)を正確に設定することが可能となる。高精度な燃焼制御が可能となるため、NO保証の安定性が向上する。
【特許文献1】特開昭60−71685号公報
【特許文献2】特開平7−19453号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、特許文献1,2記載の発明によれば、炉温の安定は向上するが、Bガス、Cガスのそれぞれの流路にカロリー計を配置し、それらの測定値を基にMガスの発熱量を求めるので、Mガスカロリー値はBガスおよびCガスのカロリー測定値に基づく計算値で
あり、真のMガスカロリーとは較差を生じる。また、流量制御方式も複雑になり燃焼制御の安定化は十分でない。。
【0013】
また、図3に記載されている方法は、高価なガスクロ分析装置をBガス、Cガスの成分分析用に複数台必要とするので設備費が掛かり、流量計の密度補正自体も容易ではない。
【0014】
そこで、本発明は、BガスやCガスのガスカロリーが変動した場合に、精度良くMガスのガスカロリーを制御する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の課題は以下の手段により達成できる。
1.高炉ガスにコークス炉ガスを混合させ、コークス炉へ燃料ガスとして供給するコークス炉の燃料ガス供給方法において、前記高炉ガスと前記コークス炉ガスが燃料ガスの流れ方向直角断面において均一に混合後、燃料ガスのガスカロリーを計測することを特徴とするコークス炉の燃料ガス供給方法。
【0016】
2.高炉ガスにコークス炉ガスを混合させる際、高炉ガスの流れ方向直角断面における中心部と周辺部におけるコークス炉ガス量比率とを調整することを特徴とする1記載のコークス炉の燃料ガス供給方法。
【0017】
3.高炉ガスにコークス炉ガスを混合させる際、コークス炉ガスを高炉ガスの流れ方向直角断面における中心部と周辺部に流入させ、且つ流入する際の流速を制御することを特徴とする1また2記載のコークス炉の燃料ガス供給方法。
【0018】
4.流入させる際の流速を、中心部と周辺部の流速の差が10%以内であることを特徴とする3記載のコークス炉の燃料ガス供給方法。
【0019】
5.高炉ガス供給管に装着され、高炉ガスにコークス炉ガスを混合させてコークス炉の燃料ガスとする混合装置であって、
管部と、高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部と、高炉ガスの中心部にコークス炉ガスを供給するノズル部とを備え、
前記管部は、管径が高炉ガス供給管と同径で、管軸方向の一部に、管内壁に沿ってコークス炉ガスを旋回流として吹き込む複数のスリットを有し、前記スリットを設けた管部は前記高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部を有する外管を備えた二重管構造で、
前記ノズル部は円錐状に開口したノズル口と、前記ノズル口の前方に同軸で配置される円錐状部材を有し、前記円錐状部材はその中心部に前記ノズル口と連通する開口部を有し、
前記ノズル口と前記円錐状部材は、前記管部の上流側から、その径方向断面の中心部にコークス炉ガスを吹き込むように配置されていることを特徴とするコークス炉の燃料ガス用混合装置。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、コークス炉への供給熱量の制御を簡単な方法で正確に行うことが可能で、排ガスロスが削減でき、産業上極めて有用である。また、MガスのカロリーはBガスとCガスが均一に混合された後に検出されるので、検出されたガスカロリーは真の値となり、投入熱量が安定し、炉温の不安定、コークス品質低下及びエネルギー原単位の増大を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
本発明は、Mガス流量一定制御系と、Cガス流量を調整し、Mガスを一定のカロリーで燃焼させるためのMガスカロリー一定制御系の二つの制御系を有するMガスカロリー制御方法において、Mガスの経路にカロリー計を配置し、Mガスのカロリーを直接求めること、及びカロリー計をBガスとCガスが均一に混合された後のガス経路に配置することを特徴とする。
【0022】
図1は本発明に係るコークス炉の燃焼制御方法の制御構成を示す制御フロー図で、1はコークス炉、2はカロリー計、3は排ガス分析を行う分析装置、4はコークス炉1へのMガスの投入熱量を設定する計算装置、5はBガス流量を測定する流量計、6はCガス流量を測定する流量計、7はMガス流量を測定する流量計、8はMガスの流量制御弁、9は排ガスの圧力制御弁、10はBガスとCガスを混合する混合装置、11は煙突(排ガス塔)、eは混合装置10とカロリー計2の取付け位置との間隔を示す。
【0023】
本発明に係る燃焼制御方法において、コークス炉1へ供給するMガスの投入熱量を目標炉温と実績炉温較差より計算装置4で求め、燃焼中、Mガスの投入熱量が一定となるようにMガスは、Mガス流量計7とMガス流量制御弁8を用いて制御し、コークス炉からの排ガスは圧力制御弁9で圧力制御された後、煙突11から排出される。
【0024】
Mガスの投入熱量はMガス熱量と流量の積で求めるが、Mガス熱量は混合装置10の下流側の燃料ガス経路に取り付けたカロリー計2により直接計測する。また、カロリー計2によりMガスカロリーを検出し、Bガス流量計5とCガス流量計6を用いて、Bガス流量とCガス流量比を補正する。
【0025】
カロリー計2は、混合装置10で混合されたBガスとCガスが、Mガス経路の径方向断面で均一に分布するようになった位置(図中、間隔eと表示)、すなわち、MガスにおけるCガス濃度分布差が解消した位置から下流側に取り付けるとMガス熱量の計測精度が向上し好ましい。
【0026】
本発明ではBガスとCガスが、燃料ガス経路の径方向断面で均一に分布するように混合装置10を用いて、Bガスのガス流の中心部と周辺部にCガスを混流させる。
【0027】
Mガスにおける均一性は、Bガスの流れ方向直角断面における中心部と周辺部におけるCガス量比率とを調整して行うが、更にBガスにCガスを流入させる際の流速も制御することが好ましい。流入させる際の流速は、中心部と周辺部で流速差10%以内にすることにより均一性が向上して好ましい。
【0028】
図2は本発明に係る混合装置の一例を示す断面図で、(a)は側面図、(b)は正面図を示す。図において12は混合装置全体、13はBガスの中心部にCガスを供給するノズル、14はBガスの周辺部にCガスを供給するノズル、15はノズル13、14が取り付けられ、Bガス供給管20とMガス供給管21の間に装入される管部、151は管部15の外管、16はノズル14により供給されるCガスを旋回させる旋回翼、17はノズル13の前方に配置される円錐状部材、18は円錐状部材17の中心部に設けられた開口部、19は管部15の内壁に複数設けられ、Cガスを旋回流として管部15の周辺部に吹き込むためスリット、20はBガス供給管、21がBガスにCガスを混合させたMガスをコークス炉に供給するためのMガス供給管を示す。
【0029】
混合装置12は、管部15とノズル13、14を備え、Bガス供給管20に同軸で装着される。管部15は、管径がMガス供給管21と同径で、管軸方向の一部に、管内壁に沿ってCガスを旋回流として吹き込む複数のスリット19が設けられ、前記スリット19を設けた管部はCガスを供給するノズル14を備えた外管151を有する二重管構造となっている。
【0030】
スリット19の形状は、Cガスが円滑に旋回流として管内に送給されれば良く特に規定しないが、管部15の内壁の周方向に等間隔に設けることが望ましい。
【0031】
ノズル13は円錐状に開口したノズル口と、前記ノズル口の前方に同軸で配置される円錐状部材17を有し、円錐状部材17はその中心部に前記ノズル口と連通する開口部18を設ける。このような構造とすることによりCガスをBガスの中心部に安定して吹き込むことが可能となる。
【0032】
そのため、ノズル13は、ノズル口が管部15内において開口するような形状、例えばL字形状で、前記円錐状部材17も管部15内において、Cガスを管部15の径方向断面の中心部に吹き込むように配置する。
【0033】
ノズル13に供給されるCガスはノズル口と円錐状部材17との隙間、および円錐状部材17の開口部18から吹き込まれる。ノズル13は管部15に支持部材a,円錐状部材17は管部15に支持部材bで取り付けられる。支持部材a,bはガス流を妨げないように棒状部材を用いることが望ましい。
【0034】
一方、ノズル14に供給されるCガスは、ノズル14が取り付けられ、その内部に旋回翼16を有する外管151から、管部15の内壁に設けられたスリット19により管部15の内壁に沿う旋回流となり、Bガスの周辺部に供給される。
【0035】
本発明によれば、Mガス熱量を直接計測し、サンプリングによるCガス成分とB/Cガス比率を用いて計算により求める場合と比較してより高精度で且つ即応性に優れる燃料ガスカロリー一定制御系を構築することが可能となる。
【0036】
図2に示す混合装置においてBガス供給管1350Φ、Cガス供給用ノズル径300Φとし、Mガス燃焼時の流量をBガス:51940(Nm/H)、Cガス:4500(Nm/H)とした場合、混合長は44m近傍で、Cガス濃度分布差が1%以下と良好であった。
【0037】
また、Cガス混入部より60m位置では、Cガス濃度分布差は0.3%程度で、一方、周辺ガスだけ吹き込む従来法では6%程度であった。
【0038】
尚、本発明のMガス供給方法において、Mガス流量一定制御系は周知のものを用い、Mガス流量一定制御系とMガスカロリー一定制御系の二つの制御系も周知の方法により制御する。以下、本発明の効果を実施例により説明する。
【実施例】
【0039】
種々の構造の混合装置を用いてBガス供給管にCガスを吹き込み、混合状態を調査した。
本発明例は図2に示す混合装置を用い、中心ノズル径350mm,周辺スリットは80×50mmの矩形の開口部で、管内壁の周方向に等間隔で16個設けた。Bガス供給管は1350mm径とした。
【0040】
比較例は図4、5に示す構造の混合装置で、Bガス供給管300の周辺部にのみ、Cガス供給ノズル400からCガスを供給する。図4ではBガス供給管300は1350mm径、Cガス供給ノズル400は400mm径、図5ではBガス供給管300は1350mm径、Cガス供給ノズル400は500mm径、3本のCガス供給ノズル400を連結するリング管500は400Aとした。
【0041】
表1に試験条件および混合性を示す。混合性は混合位置から60m下流断面にて測定した。本発明例No.1〜4はCガス濃度分布差が1%以下と良好であるのに対し、比較例No.5,6では6%程度と劣っていた。
【0042】
尚、本発明例において、中心ノズルと周辺スリットから吹き込まれるCガス速度が略等しいNo.2は0.21%、No.4は0.17%で、周辺スリットから吹き込まれるCガス速度が中心ノズルに対し約4倍となるNo.1は0.26%、周辺スリットから吹き込まれるCガス速度が中心ノズルに対し約0.5倍となるNo.3は0.30%と劣っていた。尚、本発明例はいずれも排ガス中のNOx濃度が、比較例より低かった。
【0043】
【表1】


【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明に係るコークス炉の燃焼制御方法の制御構成を示す制御フロー図。
【図2】本発明に係る混合装置の一例を示す断面図で、(a)は側面図、(b)は正面図。
【図3】従来例(コークス炉燃焼制御系)。
【図4】従来例(混合装置)。
【図5】従来例(混合装置)。
【符号の説明】
【0045】
1 コークス炉
2 カロリー計
3 排ガス分析を行う分析装置
4 コークス炉へのMガスの投入熱量を設定する計算装置
5 Bガス流量を測定する流量計
6 Cガス流量を測定する流量計
7 Mガス流量を測定する流量計
8 Mガスの流量制御弁
9 排ガスの圧力制御弁
10、12 混合装置
11 排ガス塔
13、14 ノズル
15 管部
151 外管
16 旋回翼
17 円錐状部材
18 開口部
19 スリット
20 Bガス供給管
21 Mガス供給管
a,b 支持部材
e 混合装置とカロリー計の間隔
60、70、80 流量計
90 流量制御弁
100 コークス炉
110 混合装置
200 ガスクロクロマトグラフ装置
300 Bガス供給管
400 Cガス供給ノズル
500 リング管




 

 


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