CN101622433B - 高炉煤气焚烧设备及其运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉煤气焚烧设备及其运转方法，该高炉煤气焚烧设备具有即使在高炉煤气的温度变为湿式集尘器的冻结下限温度以下的条件下，也能够防止湿式集尘器冻结，同时使高炉煤气焚烧设备大致以额定负荷运转的简单的构成。高炉煤气焚烧设备(1)中，将从高炉排出的高炉煤气中含有的粉尘用湿式集尘器(7)除去，将该气体用燃料气体压缩机(8)压缩后供给到燃烧器(2A)进行燃烧，其中，在燃料气体压缩机(8)的出口侧和湿式集尘器(7)的入口侧或湿式集尘器(7)之间设有燃料气体加热系通路(12)，该燃料气体加热系通路(12)检测流入湿式集尘器(7)的高炉煤气的温度，当该温度在规定温度以下时，使由燃料气体压缩机(8)压缩的高温高压气体再循环至湿式集尘器(7)的入口侧或湿式集尘器(7)内。

Description

高炉煤气焚烧设备及其运转方法

技术领域

本发明涉及一种以从高炉排出的高炉煤气为燃料气体的高炉煤气焚烧设备及其运转方法。

背景技术

高炉煤气是熔解铁矿石而生成生铁时产生的气体，由于包含可燃成分，因此可以作为燃料气体使用于高炉煤气焚烧燃气轮机发电工厂等。但是，由于高炉煤气一般为低热量气体，故而大多情况下不会单独使用高炉煤气，而是与焦炉煤气(COG)等混合，增燃至燃气轮机燃烧所需的热量而使用。由于该增燃气体压力低，故而在向燃气轮机燃烧器的燃料气体供给系通路上设置燃料气体压缩机，以将该增燃气体压缩为高压而供给到燃气轮机燃烧器。

另一方面，在高炉煤气中，由于包含氧化铁等粉尘及腐蚀气体成分，因此，在将高炉煤气从高炉向燃气轮机设备供给的燃料气体供给系通路的上述燃料气体压缩机的上游侧设置电气集尘器等集尘器，以除去粉尘。由于高炉煤气中含有大量粉尘，因此，使用能够将腐蚀气体成分和通过喷水捕集到的粉尘一起冲洗掉的湿式集尘器作为该集尘器。

在专利文献1中公开了这种将从高炉排出的高炉煤气中包含的大量粉尘利用湿式集尘器除去，由燃料气体压缩机将该气体压缩后供给到燃气轮机燃烧器而燃烧的高炉煤气焚烧轮机设备的一例。上述专利文献1所公开的设备中，在低负荷运转时使从燃料气体压缩机喷出的剩余的燃料气体经由流量调节阀及燃料气体冷却器返回至集尘器的入口侧。

专利文献1：(日本)特开平9-79046号公报

在使用利用喷水冲洗捕集到的粉尘这种类型的湿式集尘器作为上述集尘器的情况下，当来自高炉煤气的气体供给温度在0℃以下时，因冻结而使喷水变得困难，因此，导致燃气轮机不能安全运转。特别是在寒冷地带，将高炉和燃气轮机发电设备等分离设置时，外部气温较低时，在输送高炉煤气的气体配管线路中高炉煤气散热而导致温度下降变得显著，产生流入集尘器的高炉煤气的温度低于0℃的情况。

上述专利文献1的装置具备再循环系通路，该再循环系通路使高温高压气体的剩余气体从燃料气体压缩机的出口经由根据燃气轮机的负荷进行控制的流量调节阀及燃料气体冷却器返回到集尘器的入口侧。然而，该再循环系通路的目的是使根据燃气轮机的负荷而增减的燃料气体的剩余部分再循环，是能够以最大、全量返回的大口径配管。因此，在返回量少的高负荷时即使返回少量的气体，也难以调节气体的温度，该装置不能解决上述课题。

发明内容

本发明鉴于以上情况而提出，其目的在于提供一种高炉煤气焚烧设备及其运转方法，该高炉煤气焚烧设备具有即使在高炉煤气的温度处于湿式集尘器的冻结下限温度以下的条件下，也能够防止湿式集尘器的冻结，同时使高炉煤气焚烧设备大致以额定负荷运转的简单的构成。

为了解决所述课题，本发明的高炉煤气焚烧设备及其运转方法采用以下的装置。

即，本发明的第一形式提供一种高炉煤气焚烧设备，将从高炉排出的高炉煤气中含有的粉尘用湿式集尘器除去，将该气体用燃料气体压缩机压缩后供给到燃烧器进行燃烧，其特征在于，在所述燃料气体压缩机的出口侧和所述湿式集尘器的入口侧或湿式集尘器之间设置有燃料气体加热系通路，该燃料气体加热系通路中，检测流入所述湿式集尘器的高炉煤气的温度，该温度在规定温度以下时，使由所述燃料气体压缩机压缩的高温高压气体再循环至所述湿式集尘器的入口侧或该湿式集尘器内。

在高炉煤气焚烧设备中，特别是在寒冷地带，将高炉和高炉煤气焚烧设备分离设置时，外部气温较低时从高炉供给的气体的温度由于在配管线路中的散热而可能会降至0℃以下，在该情况下，用于冲洗由湿式集尘器捕集到的粉尘的喷水无法进行，故而难以使高炉煤气焚烧设备稳定运转。根据本发明的第一形式，在燃料气体压缩机的出口侧和湿式集尘器的入口侧或湿式集尘器之间设置使由燃料气体压缩机压缩的高温高压气体再循环的燃料气体加热系通路，以检测流入湿式集尘器的高炉煤气的温度，并使由燃料气体压缩机压缩的高温高压气体再循环至湿式集尘器的入口侧或该湿式集尘器内，因此，即使在高炉煤气温度由于在配管线路中的散热而降至湿式集尘器的冻结下限温度以下的情况下，也能够通过经由燃料气体加热系通路混合来自燃料气体压缩机的高温高压气体，来确保供给到湿式集尘器的高炉煤气温度处于冻结下限温度以上。因此，在不得不进行部分负荷运转的外部气温较低时的运转中，能够使燃料气体压缩机的喷出气体抽取量最小，能够使高炉煤气焚烧设备大致以额定负荷运转。

另外，本发明的第二形式提供一种高炉煤气焚烧设备的运转方法，该高炉煤气焚烧设备将从高炉排出的高炉煤气中包含的粉尘用湿式集尘器除去，将该气体用燃料气体压缩机压缩后供给到燃烧器进行燃烧，其特征在于，当流入所述湿式集尘器的高炉煤气的温度在规定温度以下时，使由所述燃料气体压缩机压缩的高温高压气体再循环至所述湿式集尘器的入口侧或该湿式集尘器内，将流入所述湿式集尘器的高炉煤气加热，使流入所述湿式集尘器的高炉煤气温度保持在冻结下限温度以上。

根据本发明的第二形式，从高炉供给的高炉煤气的温度由于在配管线路中散热而降低，当达到由湿式集尘器喷射的水的冻结下限温度以下时，由燃料气体压缩机压缩的高温高压气体再循环至湿式集尘器的入口侧或该湿式集尘器内，将流入湿式集尘器的高炉煤气加热，能够保持其温度处于冻结下限温度以上。由此，即使在不得不进行部分负荷运转的外部气温较低时的运转中，也能够使燃料气体压缩机的喷出气体抽取量最小，能够使高炉煤气焚烧设备大致以额定负荷运转。

另外，本发明的高炉煤气焚烧设备的运转方法也可以在上述高炉煤气焚烧设备的运转方法的基础上，检测流入所述湿式集尘器的高炉煤气的温度而调节所述高温高压气体的再循环量，并且，检测出所述高炉煤气的流量而进行先导控制。

根据该运转方法，不仅能够检测流入湿式集尘器的高炉煤气的温度而调节高温高压气体的再循环量，通过反馈控制可靠地调节为冻结下限温度以上，而且将高炉煤气的流量作为参数进行先导控制，因此，即使高炉煤气供给量有较大变化，也能够不产生响应延迟而适当调节高温高压气体的再循环量。因此，能够可靠地将流入湿式集尘器的高炉煤气的温度调节为冻结下限温度以上。

根据本发明的高炉煤气焚烧设备，即使高炉煤气的温度为降低至湿式集尘器的冻结下限温度以下那样的较低的外部气温下，通过经由燃料气体加热系通路混合从燃料气体压缩机喷出的高温高压气体的一部分，也能够将供给到湿式集尘器的高炉煤气的温度保持在冻结下限温度以上。因此，在不得不进行部分负荷运转的外部气温较低时的运转中，能够使燃料气体压缩机的喷出气体抽取量最小，能够使高炉煤气焚烧设备大致以额定负荷运转。另外，能够以简单的构成且较低的成本提供用于防止湿式集尘器的冻结的装置。

另外，根据本发明的高炉煤气焚烧设备的运转方法，当从高炉供给的高炉煤气的温度处于由湿式集尘器喷射的水的冻结下限温度以下时，使由燃料气体压缩机压缩的高温高压气体的一部分再循环至湿式集尘器的入口侧或集尘器内，将流入湿式集尘器的高炉煤气加热，能够将其温度保持在冻结下限温度以上。因此，在不得不进行部分负荷运转的外部气温较低时的运转中，能够使燃料气体压缩机的喷出气体抽取量最小，能够使高炉煤气焚烧设备大致以额定负荷运转。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的高炉煤气焚烧轮机设备的系统图。

标号说明

1高炉煤气焚烧轮机设备(高炉煤气焚烧设备)

2高炉煤气焚烧轮机

2A燃烧器

3主气体线路

4气体配管线路

5混合器

6COG供给线路

7湿式集尘器

8燃料气体压缩机

12燃料气体加热线路(燃料气体加热系通路)

13气体流量调节阀

14切断阀

15燃料气体温度调节阀

16控制装置

17气体温度传感器

18流量检测传感器

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

【第一实施方式】

下面，使用图1对本发明的第一实施方式进行说明。

图1中表示了本发明的第一实施方式的高炉煤气焚烧轮机设备的系统图。

本实施方式的高炉煤气焚烧轮机设备1由以下装置构成：具备燃气轮机燃烧器2A的高炉煤气焚烧燃气轮机2；从省略图示的高炉供给高炉煤气的主气体线路3；从主气体线路3将高炉煤气作为燃料气体向高炉煤气焚烧燃气轮机2的燃烧器2A供给的气体配管线路4；经由混合器5将高热量的焦炉煤气(COG)与从高炉供给的高炉煤气混合的COG供给线路6；由设置在气体配管线路4中的湿式电气集尘器等构成的湿式集尘器7；由在湿式集尘器7的下游侧且设置在气体配管线路4中的定容量型轴流压缩机等构成的燃料气体压缩机8；根据高炉煤气焚烧燃气轮机2的负荷抽取从燃料气体压缩机8喷出的高温高压的燃料气体，使其再循环到湿式集尘器7的入口侧的再循环线路9；设置于再循环线路9中的气体冷却器10；以及燃料气体加热线路12，其在流入湿式集尘器7的高炉煤气的温度处于湿式集尘器7的冻结下限温度、例如5℃以下时，抽取从燃料气体压缩机8喷出的高温高压燃料气体的一部分，将该燃料气体在湿式集尘器7的上游侧经由燃料气体加热混合器11与气体配管线路4中的高炉煤气混合。

高炉煤气是低热量气体，必须确保流量，因此，根据工厂不同，气体配管线路4有时也制成配管口径超过3m的大小，而由于一般不进行保温施工，因此，在高炉和高炉煤气焚烧燃气轮机2分离设置的情况下，气体配管线路4的长度变长，高温的高炉煤气在输送中散热而导致其温度降低至外部气温附近。特别是在寒冷地带，外部气温为0℃以下的零下的情况很多，这种情况下，在气体配管线路4中高炉煤气的温度在0℃以下。

作为集尘器7，由于需要将高炉煤气中的粉尘以高效率除去，因此使用以湿式电气集尘器为代表的湿式集尘器，所述湿式电气集尘器具有用电极板捕集由高电压离子化的粉尘并将捕集到的粉尘通过喷水冲洗掉的构成。湿式集尘器7也具有其他的形式，但在这种使用水的湿式集尘器7中，气氛温度变为0℃以下时，水冻结而不能喷水。因此，需要保持流入湿式集尘器7的高炉煤气温度在湿式集尘器7的冻结下限温度以上，以使水不致冻结。该冻结下限温度例如设定为5℃。

燃料气体压缩机8是将除尘后的低压的高炉煤气压缩为400℃左右的高温高压的燃料气体且向高炉煤气焚烧燃气轮机2的燃烧器2A供给的装置。该燃料气体压缩机8使用定容量型的轴流压缩机。轴流压缩机具有宽的喘振区域，不以50～60％以上的流量运转时会引起喘振。因此，在燃气轮机负荷低而向燃气轮机2供给的燃料气体量可以为少量的情况下，使燃料气体压缩机8在不产生喘振的范围内运转，使剩余的燃料气体经由再循环线路9在燃料气体压缩机8的上游侧返回气体配管线路4。在此，使剩余的燃料气体返回湿式集尘器的上游侧，再次进行除尘，并且将其在湿式集尘器7内与来自气体配管线路4的原高炉煤气充分混合，作为燃料气体向燃气轮机2供给，此时在热量上不会产生不均。

在再循环线路9中设有根据高炉煤气焚烧燃气轮机2的负荷进行控制的气体流量调节阀13，以能够调节向再循环线路9侧抽取的燃料气体的再循环量。经由该再循环线路9返回气体配管线路4的剩余的燃料气体，由气体冷却器10冷却，在温度降低后，在湿式集尘器7的上游侧返回气体配管线路4进行再循环。该再循环线路9是能够全量再循环的大口径的配管，但在额定运转时几乎没有再循环量。在这种状况下不能使用该线路调节集尘器入口气体温度。

另一方面，燃料气体加热线路12设置在燃料气体压缩机8的下游侧(出口侧)和湿式集尘器7的上游侧(入口侧)之间。该燃料气体加热线路12抽取从燃料气体压缩机8喷出的高温高压燃料气体的一部分，将其在湿式集尘器7的上游侧与气体配管线路4中的高炉煤气混合，由此将高炉煤气加热。另外，在燃料气体加热线路12上设有用于切断燃料气体加热线路12的切断阀14、和用于调节流入湿式集尘器7的高炉煤气温度的燃料气体温度调节阀15。该燃料气体加热线路12由于是再循环专用配管，故而可以为小径管，实施充分的保温工程。

上述切断阀14及燃料气体温度调节阀15通过控制装置16进行控制。将在湿式集尘器7入口侧的气体配管线路4上设置的气体温度传感器17的检测值输入该控制装置16。湿式集尘器7入口的高炉煤气温度在5℃附近时，控制装置16将切断阀14打开，并且使燃料气体温度调节阀15进入控制状态。由此，燃料气体温度调节阀15的开度经由控制装置16进行反馈控制，调节与高炉煤气混合的高温高压燃料气体的再循环量，以使湿式集尘器7入口的高炉煤气温度恒定在5℃。

另外，在气体配管线路4上设有检测高炉煤气的流量的流量检测传感器18。根据该流量检测传感器18的检测值，控制装置16构成为，在高炉煤气量有较大变化的高炉煤气焚烧燃气轮机2的起动时及停止时等时刻，对应于高炉煤气供给量将燃料气体温度调节阀15的阀开度先导控制(前馈控制)为由设定器19预先根据气体温度设定的开度。由此，防止高炉煤气供给量变化较大时的响应延迟。更进一步，也能够选择对燃气轮机输出或发电机输出的变动进行先导控制。

根据以上说明的构成，根据本实施方式，可实现以下作用效果。

高炉煤气经由气体配管线路4与来自COG供给线路6的焦炉煤气混合后，流入湿式集尘器7，在此除去高炉煤气中的粉尘等。由湿式集尘器7净化的高炉煤气被燃料气体压缩机8吸入并进行压缩，作为高温高压的燃料气体喷出。该燃料气体被供给到高炉煤气焚烧燃气轮机2的燃烧器2A，经过燃烧而成为燃气轮机2的驱动源。将对应于高炉煤气焚烧燃气轮机2的负荷的量的燃料气体供给到燃烧器2A。另外，剩余的燃料气体经由根据高炉煤气焚烧高炉煤气焚烧燃气轮机2的负荷进行控制的气体流量调节阀13抽取到再循环线路9侧，由气体冷却器10冷却后，在湿式集尘器7的上游侧返回配管线路4进行再循环。

另一方面，在外部气温较低时，高炉煤气由于在气体配管线路4中散热而导致温度下降，下降至湿式集尘器7的冻结下限温度(例如5℃)附近时，气体温度传感器17检测出该温度且将其输入控制装置16。该情况下，控制装置16将燃料气体加热线路12的切断阀14打开，并且使燃料气体温度调节阀15进入控制状态。由此，燃料气体温度调节阀15经由控制装置16调节开度以使湿式集尘器7入口的高炉煤气温度在5℃以上，使对应于该开度的量的高温高压燃料气体从燃料气体压缩机8的出口向燃料气体加热线路12再循环。该高温高压燃料气体经由混合器11与气体配管线路4中的高炉煤气混合，将高炉煤气加热。

其结果是，能够将流入湿式集尘器7的高炉煤气的温度总是保持在湿式集尘器7的冻结下限温度以上，能够防止在湿式集尘器7中喷水的冻结而使湿式集尘器7继续正常运转。因此，在不得不进行部分负荷运转的外部气温较低时的运转中，不必担心湿式集尘器7的冻结，能够使燃料气体压缩机8的喷出气体抽取量最小，能够使高炉煤气焚烧燃气轮机2大致以额定负荷运转。另外，能够以简单的构成且低廉的成本提供用于防止湿式集尘器7的冻结的装置。

另外，通过流量传感器18检测出从高炉供给的气体的流量，进行根据该检测值将燃料气体温度调节阀的15的开度设定为预先由设定器19设定的开度的前馈控制，因此，即使在燃气轮机2的起动时及停止时等时刻高炉煤气供给量发生较大变化，也不会产生响应延迟，能够适当调节高温高压气体的再循环量。因此，能够将流入湿式集尘器7的高炉煤气的温度可靠地调节为冻结下限温度以上。

而且，在燃料气体加热线路12中设置切断阀14，以在无需使高温高压气体再循环时，能够通过切断阀14可靠地切断燃料气体加热线路12。因此，能够防止可造成由燃料气体压缩机8压缩的高温高压气体的不必要的泄漏的再循环，并能够抑制压缩损耗。

另外，在本实施方式中，将燃料气体加热线路12在混合器5的上游侧与配管线路4连接，但不限于此，只要是在湿式集尘器7的上游侧，连接于任何位置均可。

【第二实施方式】

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。

本实施方式相对于上述的第一实施方式，燃料气体加热线路12的连接位置不同。其他方面与第一实施方式相同，故而省略说明。

在本实施方式中，将燃料气体加热线路12直接与湿式集尘器7连接，以使高温高压的燃料气体直接在湿式集尘器7内再循环。

这样，将经由燃料气体加热线路12再循环的高温高压的燃料气体直接供给到湿式集尘器7内而与高炉煤气混合，将高炉煤气加热，由此也能够得到与上述第一实施方式相同的作用效果。另外，该情况下，可以通过使设置在气体配管线路4中的气体温度传感器17保持原状，并在湿式集尘器7中设置另外的温度传感器，以确认湿式集尘器7保持在冻结下限温度以上，或者也可以将气体温度传感器17转移设置在湿式集尘器7中。

另外，本发明不限于上述实施方式的发明，在不脱离其主旨的范围内可进行适当变形。例如在本发明中，高炉煤气焚烧设备不限于上述的燃气轮机设备(发电设备)，也可以是其他的高炉煤气焚烧设备。另外，在本发明中，焦炉煤气(COG)的混合不是必须的。另外，增燃气体不限于焦炉煤气(COG)，也可使用其他气体。而且，当然，湿式集尘器7及燃料气体压缩机8不限于上述的湿式电气集尘器及定容量型轴流压缩机，也可使用其他形式的集尘器及压缩机。

Claims (3)

1.一种高炉煤气焚烧设备，将从高炉排出的高炉煤气中含有的粉尘用湿式集尘器除去，将该气体用燃料气体压缩机压缩后供给到燃烧器进行燃烧，其特征在于，

在所述燃料气体压缩机的出口侧和所述湿式集尘器的入口侧之间设有燃料气体加热系通路，该燃料气体加热系通路检测流入所述湿式集尘器的高炉煤气的温度，当该温度在规定温度以下时，使由所述燃料气体压缩机压缩后的高温高压气体再循环至所述湿式集尘器的入口侧或该湿式集尘器内，或者该燃料气体加热系通路与所述湿式集尘器直接连接。

2.一种高炉煤气焚烧设备的运转方法，将从高炉排出的高炉煤气中含有的粉尘用湿式集尘器除去，将该气体用燃料气体压缩机压缩后供给到燃烧器进行燃烧，其特征在于，

当流入所述湿式集尘器的高炉煤气的温度在规定温度以下时，使由所述燃料气体压缩机压缩后的高温高压气体再循环至所述湿式集尘器的入口侧或该湿式集尘器内，对流入所述湿式集尘器的高炉煤气进行加热，使流入所述湿式集尘器的高炉煤气温度保持在冻结下限温度以上。

3.如权利要求2所述的高炉煤气焚烧设备的运转方法，其特征在于，检测流入所述湿式集尘器的高炉煤气的温度而调节所述高温高压气体的再循环量，并且检测出所述高炉煤气的流量而进行先导控制。

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