JP5790045B2 - 熱風発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、高炉用の熱風発生装置に関する。

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、２に開示されている。

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。

また特許文献２は、高炉ガスからＣＯ_２ガスを分離回収する方法を開示している。

特開２００４−３０９０６７号公報、「高炉ガスの利用方法」 特開昭６３−１４１６２２号公報、「高炉ガスの処理方法」

従来の高炉及び熱風発生装置において、高炉で発生した圧力０．３〜０．４ＭＰａの高炉発生ガス（以下、「高圧Ｂガス」と呼ぶ）は炉頂発電装置に供給するために、ダスト除去装置で粗粒子を除去し、ベンチュリスクラバで微粒子を除去している。
しかし、その過程で高炉発生ガス（高圧Ｂガス）は大量の水分を含み、炉頂発電装置の出口において、圧力１０〜２０ｋＰａ、温度３０〜４０℃、発熱量７００〜８００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３の低発熱量かつ高水分のガス（以下、「低圧Ｂガス」と呼ぶ）となっている。

この低発熱量かつ高水分の低圧Ｂガスは、飽和水分を超え、大量の水滴を含み、かつガス中にＳ分等を含むため、以下の問題点があった。
（１）水分とガス中のＳ分等が結合して硫酸となるため、低圧Ｂガスの流路（ガスダクト）や熱風炉内の煉瓦を侵食する。
（２）ガスダクトの侵食を低減するため、ガスダクトの各所に水滴を除去するドレン抜きが必要となる。
（３）低圧Ｂガス中の水分を含んだダストが燃料ガス予熱装置の伝熱管に付着し堆積しやすいため、燃料ガス予熱装置の伝熱性能が短期間で低下し、頻繁なメンテンスが必要となる。
（４）低圧Ｂガスの発熱量が低いため、燃焼性能を高めるため、コークス炉ガス（以下「Ｃガス」）など補助燃料ガスが必要となる。

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、高炉発生ガス（低圧Ｂガス）に含まる大量の水分を大幅に減らすことができ、これによりガスダクトや熱風炉のＳ分による侵食を低減し、ドレン抜きの必要数を減らし、燃料ガス予熱装置の性能低下を抑制し、補助燃料ガスの必要量を低減することができる熱風発生装置を提供することにある。

本発明によれば、高炉から排出された高炉発生ガスを熱風炉で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスにより高炉送風用空気を加熱する熱風発生装置であって、
前記燃焼用の燃料ガスに含まれる水分を前記燃焼前に除去する水分除去装置を備え、
前記水分除去装置は、前記高炉発生ガスの圧力で発電して前記高炉発生ガスを減圧する炉頂発電装置の下流側と前記熱風炉の燃焼室とを結ぶガス循環ラインに設けられる、ことを特徴とする熱風発生装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記水分除去装置は、水分を含むガスを間接冷却する冷却装置と、該間接冷却後のガス中に存在する水滴を遠心分離するサイクロンとからなる。

前記冷却装置は、冷媒を冷却する冷却器と、該冷媒が内部を流れる冷却伝熱管とを有する。

また、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加熱するようになっており、
前記水分除去装置は、高炉から排出され前記炉頂発電装置で減圧された低圧の高炉発生ガスを熱風炉の燃焼室に供給するガス循環ラインに設けられる。

上記本発明の構成によれば、水分除去装置により、燃焼用の燃料ガスに含まれる水分を熱風炉での燃焼前に除去するので、熱風炉で燃焼させる燃料ガスの発熱量を高めることができ、熱風炉のＳ分による侵食を低減し、コークス炉ガス（Ｃガス）などの補助燃料ガスの必要性を低減することができる。

特に、前記水分除去装置を、高炉から排出され減圧された低圧の高炉発生ガスを熱風炉の燃焼室に供給するガス循環ラインに設置することにより、ガス循環ラインのガスダクトのＳ分による侵食を低減し、ドレン抜きの必要数を減らすことができる。
また、水分が少ないためガス中のダストが燃料ガス予熱装置の伝熱管に付着し難くなり、燃料ガス予熱装置の性能低下を抑制し、メンテンスの必要性を低減することができる。

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。 本発明による水分除去装置の構成図である。

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。

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（ダスト除去装置）、２４は集塵機（ベンチュリスクラバ）、２６は炉頂発電装置、２６ａはバイパス弁、２７は減圧弁である。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。

高炉２０は、鉄鉱石とコークスを炉頂部２１から供給し、熱風環状管２０ａから加熱空気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。

高炉２０で発生した高炉発生ガス１は、例えば０．３〜０．４ＭＰａ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１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０．３〜０．４ＭＰａ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。

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（図示せず）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、ガスホルダの圧力は、例えば６００〜９００ｍｍＡｑである。ガスホルダ内に貯蔵された低圧の高炉発生ガスは、余剰燃料ガスとして、系外に供給される。

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２基）の熱風炉１２を備えたバッチ式である。

熱風炉１２を構成する燃焼室１３ａと蓄熱室１３ｂは、この例では上部で連通されており、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し、蓄熱するようになっている。

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。

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１２の１つ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１２の蓄熱室１３ｂを直接加熱するようになっている。

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。

酸化ガス４は、熱風炉の燃焼室１３ａで燃料ガス３を燃焼させるための燃焼用空気である。また、燃料ガス３は、低圧の高炉発生ガス２に補助燃料ガス８（後述する）が混合したガスである。

図１において、本発明の熱風発生装置１０は、さらに、燃料ガス予熱装置１６、スタック１７、及び水分除去装置１８を備える。

燃料ガス予熱装置１６は、減圧弁２７の上流側と熱風炉１２の燃焼室１３ａを結ぶガス循環ライン１４に設けられたガス−ガスの熱交換器であり、蓄熱室１３ｂを出た高温の燃焼排ガス５で、燃焼室１３ａで燃焼用の燃料ガス３を予熱し、燃料ガス３の燃焼性を高めるようになっている。

この熱交換により温度の下がった燃焼排ガス５は、スタック１７に送られ、大気中に放出される。

この図において、減圧弁２７の上流側と燃料ガス予熱装置１６の中間位置で、ガス循環ライン１４にコークス炉ガス（Ｃガス）が補助燃料ガス８として、補助燃料供給弁１４ａを介して供給されるようになっている。

水分除去装置１８は、燃焼用の燃料ガス３に含まれる水分を熱風炉１２での燃焼前に除去する装置である。

この例で、水分除去装置１８は、ガス循環ライン１４の補助燃料ガス８の供給位置Ａより上流側と、ガス循環ライン１４の補助燃料ガス８の供給位置Ａと燃料ガス予熱装置１６との間に設けられている。
供給位置Ａより上流側の第１の水分除去装置１８は、低圧の高炉発生ガス２に含まれる水分を除去し、間接的に燃焼用の燃料ガス３に含まれる水分を除去する。
また、供給位置Ａと燃料ガス予熱装置１６との間の第２の水分除去装置１８は、燃焼用の燃料ガス３に含まれる水分を直接除去する。
なお、ガス循環ライン１４上の水分除去装置１８は、いずれか一方を省略してもよい。

また、この例では、補助燃料ガス８の供給ラインにも第３の水分除去装置１８を設けている。この水分除去装置１８は、補助燃料ガス８に含まれる水分を除去し、間接的に燃焼用の燃料ガス３に含まれる水分を除去する。
なお、補助燃料ガス８の水分が少ない場合には、これを省略することができる。

図２は、本発明による水分除去装置１８の構成図である。
この図において、水分除去装置１８は、冷却装置１８ａとサイクロン１８ｂからなる。

冷却装置１８ａは、冷媒を冷却する冷却器１９ａと、冷媒が内部を流れる冷却伝熱管１９ｂとを有し、水分を含むガスを冷却伝熱管１９ｂにより間接冷却する。
冷却器１９ａは、例えば水を蒸発させて冷却する蒸発塔、又はフロン等の冷媒を冷却する冷凍機である。水分を含むガスは、燃料ガス３、低圧の高炉発生ガス２、又は補助燃料ガス８である。

サイクロン１８ｂは、冷却装置１８ａによる間接冷却後のガス中に存在する水滴を遠心分離する。

なお、水分除去装置１８は、この構成に限定されず、その他の構成、例えば水蒸気のみを透す半透膜を用いて、水分を除去する装置であってもよい。

上述した本発明の構成によれば、水分除去装置１８により、高炉２０から排出された高炉発生ガス２に含まれる水分を熱風炉１２での燃焼前に除去するので、高炉発生ガス２の発熱量を高めることができ、熱風炉１２のＳ分による侵食を低減し、コークス炉ガス（Ｃガス）などの補助燃料ガス８の必要性を低減することができる。

特に、水分除去装置１８を、熱風炉１２の燃焼室１３ａより上流側のガスダクト（ガス循環ライン１４）に設置することにより、ガスダクトのＳ分による侵食を低減し、ドレン抜きの必要数を減らすことができる。
また、水分が少ないためガス中のダストが燃料ガス予熱装置１６の伝熱管に付着し難くなり、燃料ガス予熱装置１６の性能低下を抑制し、メンテンスの必要性を低減することができる。

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。

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、８ 補助燃料ガス、９ 加熱空気、
１０ 熱風発生装置、１２ 熱風炉、
１３ａ 燃焼室、１３ｂ 蓄熱室、
１４ ガス循環ライン、１４ａ 補助燃料供給弁、
１５ａ〜１５ｅ 開閉弁、
１６ 燃料ガス予熱装置、１７ スタック、
１８ 水分除去装置、１８ａ 冷却装置、１８ｂ サイクロン、
１９ａ 冷却器、１９ｂ 冷却伝熱管、
２０ 高炉、２０ａ 熱風環状管、２１ 炉頂部、
２２ 除塵器（ダスト除去装置）、２４ 集塵機（ベンチュリスクラバ）、
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

Claims (6)

1. 高炉から排出された高炉発生ガスを熱風炉で燃焼させて燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスにより高炉送風用空気を加熱する熱風発生装置であって、
   前記燃焼用の燃料ガスに含まれる水分を前記燃焼前に除去する水分除去装置を備え、
   前記水分除去装置は、前記高炉発生ガスの圧力で発電して前記高炉発生ガスを減圧する炉頂発電装置の下流側と前記熱風炉の燃焼室とを結ぶガス循環ラインに設けられる、ことを特徴とする熱風発生装置。
2. 前記水分除去装置は、水分を含むガスを間接冷却する冷却装置と、該間接冷却後のガス中に存在する水滴を遠心分離するサイクロンとからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の熱風発生装置。
3. 前記冷却装置は、冷媒を冷却する冷却器と、該冷媒が内部を流れる冷却伝熱管とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の熱風発生装置。
4. 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加熱するようになっており、
   前記水分除去装置は、高炉から排出され前記炉頂発電装置で減圧された低圧の高炉発生ガスを熱風炉の燃焼室に供給するガス循環ラインに設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の熱風発生装置。
5. 前記水分除去装置は、
   前記ガス循環ラインの補助燃料ガスの供給位置より上流側に設けた第１の水分除去装置と、
   前記補助燃料ガスの前記供給位置と燃料ガス予熱装置との間に設けた第２の水分除去装置を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱風発生装置。
6. 前記補助燃料ガスの供給ラインに、前記補助燃料ガスに含まれる水分を除去する第３の水分除去装置を設けた、ことを特徴とする請求項５に記載の熱風発生装置。