JPH07116528B2 - 鉄鉱石ペレットプロセスの燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高炉用原料などに使用される鉄鉱石ペレット
を製造するグレートキルン方式の鉄鉱石ペレットプロセ
スの燃焼方式に関する。

（従来の技術） 高炉用原料などに使用される鉄鉱石ペレットの製造装置
には、シャフト炉、グレート、グレートキルンの３方式
があるが、最近では生産能力の大きいグレートキルン方
式が主として用いられており、このグレートキルン方式
を第４図の縦断正面図に基づき以下に説明する。

この装置は、ペレットの乾燥、予熱までを行うトラベリ
ング・グレート炉（１）と、焼成を行うロータリキルン
（２）と、焼成されたペレットの冷却を行うアンニュラ
クーラ（３）との３機構から構成されている。

前記トラベリング・グレート炉（１）は乾燥室（４）お
よび予熱室（５）より構成されており、結晶水の多い原
料を使用する場合は、乾燥室（４）と予熱室（５）の間
に図示しない離水室を設けることもできる。

また、前記ロータリキルン（２）の一端には微粉炭とコ
ークス炉ガスとを混焼させるキルンバーナ（６）が設置
されている。なお、（７）は乾燥室排風機、（８）は予
熱室排風機、（９）はグレートである。

また、図中の実線矢印は燃焼排ガスの流れを示すもので
ある。

上述した構成の装置において、トラベリング・グレート
炉（１）の加熱は、ロータリキルン（２）に設置された
キルンバーナ（６）より微粉炭およびコークス炉ガス
を、該ロータリキルン（２）内に吹込み、燃焼空気と共
に燃焼させて発生する高温燃焼排ガスをロータリキルン
（２）からトラベリング・グレート炉（１）に供給する
ことによってされていた。

そして、このグレートキルン方式では、トラベリング・
グレート炉（１）内を循環するグレート（９）のパレッ
ト上にペレット（10）を静止状態において加熱するの
で、ペレット強度が最も低下した時期に機械的な破壊を
受けず、ある程度強度が与えられた段階でロータリキル
ン（２）内へ供給され、高温で長時間かけて均一に焼成
される。

従って、本方式ではロータリキルン（２）の欠点であっ
た熱効率の低さは、トラベリング・グレート炉（１）で
熱回収することにより解決でき、該トラベリング・グレ
ート炉（１）の欠点であったパレット、耐火物の耐熱性
および成品形状の不均一はロータリキルン（２）で補完
される。

とりわけ、ロータリキルン（２）の高温燃焼排ガスは、
トラベリング・グレート炉（１）に導かれ、予熱、乾燥
に有効に利用される点は省エネルギーの面から有利とな
る。

しかし、トラベリング・グレート炉（１）内のペレット
の加熱パターンを実測することは困難であり、計算機に
よりロータリキルン（２）内の燃焼、伝熱シミュレーシ
ョを実施した結果を第５図により説明する。

第５図は横軸にキルンバーナからの距離を、縦軸に温度
を表示しており、矢印Ａは燃焼排ガス、矢印Ｂはペレッ
トの温度推移を示している。そして、本シミュレーショ
ンに用いたロータリキルンは内径6m、長さ46mであり、
キルンバーナの微粉炭噴射角度と温度特性を解析した結
果である。

前記キルンバーナの微粉炭噴射角度を５〜20度の範囲で
調整すると、該キルンバーナから約20m以内の領域で
は、斜線で示した範囲でペレット温度および燃焼排ガス
温度が変化するが、46mの長さのロータリキルン出口、
すなわちトラベリング・グレート炉の予熱室では、燃焼
排ガス温度が最大僅か15℃しか変化しない。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来のグレートキルン方式では、キル
ンバーナの微粉炭噴射角度を調整しても、予熱室内に流
入するロータリキルンからの燃焼排ガス温度を、所定の
温度に昇温させることができないと云う問題がある。

従って、予熱室内でグレートのパレット上に供給されて
いるペレットを、最適な加熱パターンにすることができ
ないので生産性が低下する。

また、ペレットの予熱強度が低下するので、ロータリキ
ルン内面に灰分あるいは粉鉱石が堆積して焼成される、
所謂キルンリングが発生する恐れがある。

さらに、キルンバーナで、コークス炉ガス、微粉炭およ
び予熱温度が高く酸素濃度が高い燃焼空気を混焼するの
で、燃焼が急激に進行し、キルンバーナ近傍で局所高温
域を発生する。よって、酸素分圧が高いので有害な窒素
酸化物（NO_X）が多量に発生すると云う問題がある。

本発明は、予熱室内の燃焼排ガス温度を所定の温度に昇
温させ、キルンリングおよび窒素酸化物（NO_X）の発生
を抑制する鉄鉱石ペレットプロセスの燃焼方法を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上述した目的を達成するために本発明の鉄鉱石ペレット
プロセスの燃焼方法は、鉄鉱石ペレットをトラベリング
グレートで移動させつつ、乾燥室、予熱室等で加熱した
後、キルンバーナを備えたロータリキルンで焼成するグ
レートキルン方式の鉄鉱石ペレットプロセスの燃焼方法
において、前記キルンバーナで微粉炭およびコークス炉
ガスを燃焼空気で燃焼させると共に、予熱室へコークス
炉ガスのみを吹込み、該コークス炉ガスをキルン燃焼排
ガス中の残留酸素と燃焼させてロータリキルンからの燃
焼排ガス温度を昇温させるようにしている。

（作用） ロータリキルンに予め備えられたキルンバーナ微粉炭お
よびコークス炉ガスを燃焼させると共に、予熱室へコー
クス炉ガスのみを吹込んでロータリキルンからの燃焼排
ガス中の残留酸素で燃焼させて、この燃焼排ガスの温度
を制御することができる。

また、予熱室へ所定量のコークス炉ガスを吹込んで燃焼
排ガスの温度を制御するので、熱風温度および酸素濃度
を低くすることができる、キルンバーナ近傍の火炎温度
も局所的に高くならない。従って、燃焼域の酸素分圧も
低くなるので窒素酸化物（NO_X）の発生を抑制できる。

さらに、予熱室内の燃焼排ガスの温度を制御することが
できるので、ペレットの予熱強度が向上し、ロータリキ
ルン内で損傷破壊する恐れが少なくなり、キルンリング
の発生を抑制することができる。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図の縦断正面図に基づいて説明
する。そして、従来の技術で説明した第４図と同一名称
は、以下同一の符号を付して説明する。

この装置は、ペレットの乾燥、予熱までを行うトラベリ
ング・グレート炉（１）と、焼成を行うロータリキルン
（２）と、焼成されたペレットの冷却を行うアンニュラ
クーラ（３）との３機構から構成されている。

前記トラベリング・グレート炉（１）は乾燥室（４）、
離水室（11）および予熱室（５）より構成されており、
また、前記ロータリキルン（２）の一端には微粉炭とコ
ークス炉ガスとを混焼させるキルンバーナ（６）が設置
されている。そして、前記乾燥室（４）、離水室（11）
および予熱室（５）を順次循環するようにグレート
（９）が、トラベリング・グレート炉（１）に配設され
おり、該トラベリング・グレート炉（１）とロータリキ
ルン（２）とは概略気密状態で接続されている。

そして、ロータリキルン（２）の下流には、焼成された
ペレットを冷却するアンニュラクーラ（３）が配設され
ている。

さらに、前記予熱室（５）の一端に予熱室バーナ（12）
が配設され、予熱室（５）内に燃料を吹込むことができ
る。

また、細実線矢印は燃焼排ガスの流れを示すものであ
り、太実線矢印はグレート（９）の循環方向を示すもの
である。

本発明の鉄鉱石ペレットプロセスの燃焼方法に用いる装
置は上述したように構成されており、本実施例において
は内径6m、長さ46mのロータリキルン（２）を用いた。

トラベリング・グレート炉（１）内を循環するグレート
（９）のパレット上にペレット（10）が装入され、該ペ
レット（10）は乾燥室（４）、離水室（11）を経て予熱
室（５）へ搬送される。

一方、ロータリキルン（２）に配設されたキルンバーナ
（６）では微粉炭とコークス炉ガスを混焼させ、さら
に、予熱室（５）に配設された予熱室バーナ（12）で予
熱室（５）内にコークス炉ガスを吹込み、ロータリキル
ン（２）からの燃焼排ガス中の残留酸素で燃焼させて、
該燃焼排ガス温度を昇温させ、予熱室（５）温度を高め
てグレート（９）のパレット上に装入したペレット（1
0）の加熱パターンを調整する。

続いて、予熱されたペレット（10）はロータリキルン
（２）内に移送され、該ロータリキルン（２）で焼成さ
れつつ、ロータリキルン（２）の終端より排出されアン
ニュラクーラ（３）で冷却される。

また、キルンバーナの石炭消費量を一定に保ちながら、
キルンバーナおよび予熱室バーナへのコークス炉ガス流
量の配分を変更させた場合の操業結果を第１表に示して
説明する。

第１表を参照しながら説明する。従来技術によると、予
熱室温度は1050℃であった。比較のためペレット予熱強
度比、NO_X濃度比、生産量比等は従来技術を基準100％と
した。

本発明と従来技術の比較例では、予熱室バーナ（12）で
のコークス炉ガス吹込み量を増加すれば、予熱室（５）
温度は急激に上昇する。実施例（２）のように予熱室バ
ーナ（12）へ全コークス炉ガス流量の約半分を供給する
と、予熱室（５）温度は78℃も上昇し、キルンバーナ
（６）で燃料の噴射角度を調整しても15℃しか変化しな
いことを考慮すると、顕著にトラベリング・グレート炉
（１）での鉄鉱石ペレット加熱パターンを制御できるこ
とになる。この結果、ロータリキルン（２）に入る前の
ペレット予熱強度は31％まで上昇し、歩留も向上した。

窒素酸化物（NO_X）濃度は、実施例（１）において28
％、実施例（２）において37％削減できた。

また、生産量もトラベリング・グレート炉（１）での加
熱能力の向上と、ロータリキルン（２）内でのキルンリ
ング発生の一因であったコークス炉ガス燃焼による局部
高温加熱をも改善できたので、生産量比を最大６％向上
することができた。

また、第２図は本発明と従来技術の窒素酸化物（NO）発
生の比較を示し、横軸にコークス炉ガス流量、縦軸に窒
素酸化物（NO）濃度を示したものである。

同一のコークス炉ガス量を、高温燃焼空気で燃焼させる
従来技術によるグレートキルン燃焼方式と、予熱室へ燃
料を吹込む本発明とを比較したものである。実験条件は
実機ペレットキルンに合わせて行った。

［従来技術］…グレートキルン燃焼方式 燃焼空気予熱温度 1030℃ 燃焼空気酸素濃度 21.0％ ［本発明］…予熱室燃料吹込み方式 熱風温度 960℃ （ロータリキルン排ガス温度相当） 熱風酸素濃度 15.5％ 第２図から明らかなように、従来技術ではコークス炉ガ
ス流量を増すと窒素酸化物（NO）の発生濃度は急激に上
昇するが、本発明では少ない。

本発明によると、従来技術に比較してコークス炉ガス流
量50Nm³/Hで窒素酸化物（NO）低減率は約60％、100Nm³/
Hで約40％であり、コークス炉ガスによって発生する窒
素酸化物（NO）を大幅に抑制することができる。

また、第３図は横軸にキルンバーナからの距離、縦軸に
火炎温度を示し、コークス炉ガス流量100Nm³/Hの条件で
燃焼させた場合の炉中心軸上火炎温度分布を示す。

従来技術によると、燃焼空気の予熱温度および酸素濃度
が高いので、燃焼が急激に進行し、キルンバーナ近傍で
局所高温域を発生する。また、この燃焼域では酸素分圧
が高いので、高温の窒素酸素化物（Thermal NO_X）を多
量に発生する。

一方、本発明によるとロータリキルン燃焼排ガスに相当
する熱風温度が低く、酸素濃度も低いので、燃焼は緩慢
に進行してキルンバーナ近傍でも局所的に余り高温にな
らない。当然、燃焼域の酸素分圧も低く、高温の窒素酸
化物（Thermal NO_X）の発生を大幅に抑制できる。

以上、本発明は従来から省エネルギー、高生産性に優れ
たプラントとして、評価が高かったグレートキルン方式
ペレットプラントにおいて、さまざまな燃焼実験、計算
機シュミレーションを行った結果より、ロータリキルン
のキルンバーナによる燃焼のみでなく、該ロータリキル
ン上流の予熱室にコークス炉ガスのみを吹込んで燃焼さ
せ、窒素酸化物（NO_X）の低減を達成する一方で、トラ
ベリング・グレート炉での鉄鉱石ペレットの加熱パター
ンを制御した点に特徴がある。

（発明の効果） 本発明によれば、トラベリング・グレート炉の予熱室に
燃料を吹込むことにより、鉄鉱石ペレット加熱パターン
の最適化を図り生産性を大幅に向上することができる。

また、その結果、窒素酸化物およびキルンリングの発生
を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鉄鉱石ペレットプロセスの燃焼方法を
説明する縦断正面図、第２図は本発明と従来技術の方法
において、窒素酸化物濃度とコークス炉ガス流量との関
係を示した説明図、第３図は本発明と従来技術の方法に
おいて、火炎温度とキルンバーナからの距離との関係を
示した説明図、第４図は従来の鉄鉱石ペレットプロセス
の燃焼方法を説明する縦断正面図、第５図は従来のロー
タリキルン内の燃焼、伝熱シミュレーションを示した
図。 （１）……トラベリング・グレート炉、（２）……ロー
タリンキルン、（３）……アンニュラクーラ、（４）…
…乾燥室、（５）……予熱室、（６）……キルンバー
ナ、（９）……グレート、（10）……ペレット、（11）
……離水室、（12）……予熱室バーナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄鉱石ペレットをトラベリング・グレート
   で移動させつつ、乾燥室、予熱室等で加熱した後、キル
   ンバーナを備えたロータリキルンで焼成するグレートキ
   ルン方式の鉄鉱石ペレットプロセスの燃焼方法におい
   て、前記キルンバーナで微粉炭およびコークス炉ガスを
   燃焼空気で燃焼させると共に、予熱室へコークス炉ガス
   のみを吹込み、該コークス炉ガスをキルン燃焼排ガス中
   の残留酸素と燃焼させてロータリキルンからの燃焼排ガ
   ス温度を昇温させることを特徴とする鉄鉱石ペレットプ
   ロセスの燃焼方法。