JP2004238508A - Method for utilizing gas of melting furnace for gasification - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば使用済みプラスチックなどの可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスを有効に利用する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
製鉄所で発生するコークス炉ガス(COG)は、鋼材加熱炉やコークス炉など製鉄プロセスの燃料として使用される他に、発電ボイラの保炎燃料として利用されている。発電ボイラでは、火炉での安定燃焼を維持するために、ボイラの最大蒸気発生量を維持するのに必要な燃焼熱量のうち、10%以上を常に高カロリ燃料で燃焼させなければならない。この10%相当の燃料を保炎燃料と言う。
【0003】
一般に、COGの発生量に対して製鉄プロセスで必要なCOG量を差し引いた残りのCOGが発電所に供給される。従って、発電所に送られるCOG量が保炎燃料未満となると不足分を補わなくてはならず、従来はこの不足分を全て重油、都市ガス(天然ガス:LNG)、液化石油ガス(LPG)等の高カロリの外部購入燃料により補い、これら外部購入燃料を保炎燃料の一部として発電ボイラで燃焼させ、安定燃焼を維持するようにしている。
【0004】
ところで、従来より高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材(紙くず、木くず、繊維くず)、シュレッダーダスト(廃棄家電、廃車)、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を800〜1000℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガスとして回収するガス化溶融炉は知られている(例えば特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−60830号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、製鉄プロセスで使用するCOG量が増え、相対的に発電所に保炎燃料としてまわすCOGの量が不足すると、保炎燃料をCOGで確保することができなくなるため、従来は高カロリの外部購入燃料により不足分を全て補って製鉄所の操業を行なっている。このため、エネルギコストが上昇する。
【0007】
一方、ガス化溶融炉ガスは、発熱量が10MJ/Nm3 程度でそのままではCOG代替のガスにはならず、かつ水素、CO主体のガスのため、燃焼速度が速く、COGバーナでガス化溶融炉ガスを燃焼させると、バーナ手前で燃焼反応が完結し、バーナチップ近傍で高温燃焼火炎が形成されるためにバーナが溶損する。
【0008】
したがって、従来はせっかく回収したガス化溶融炉ガスを、有効に利用することなく焼却処理し、無害化して大気に放散していた。また、燃焼させる際には補助燃料の供給が必要であり、ランニングコストも発生していた。
【0009】
本発明の技術的課題は、ガス化溶融炉ガスを発電ボイラの保炎燃料として利用できるようにして、外部購入燃料の使用量を削減し、エネルギコストの低減化を図れるようにすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスを、天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)など30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスと混合し、製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【0011】
また、請求項2に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスを、ガスホルダを介在させた配管網を通して30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスと混合することを特徴としている。
【0012】
また、請求項3に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスを、30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスと混合する前に昇圧することを特徴としている。
【0013】
また、請求項4に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスと30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスとの混合によって、コークス炉ガス相当の模擬コークス炉ガスとした後、この模擬コークス炉ガスを、コークス炉ガス配管へ接続することで、製鉄所内燃料として利用することを特徴としている。
【0014】
また、請求項5に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスを30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスと混合する際に、混合後のガスの発熱量がCOG相当の15〜25MJ/Nm3 となるように、混合量が調整されてなることを特徴としている。
【0015】
また、請求項6に係るガス化溶融炉ガスの利用方法は、ガス化溶融炉ガスを30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスと混合する際に、混合後のガスの燃焼速度がCOG相当となるように、混合量が調整されてなることを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施形態に基づき本発明のガス化溶融炉ガスの利用方法を説明する。図1は本発明を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【0017】
図において、1は操業時に高炉ガス(BFG)1aを副生する高炉、2は操業時にコークス炉ガス(COG)2aを副生するコークス炉、3は操業時に転炉ガス(LDG)3aを副生する転炉である。高炉ガス(BFG)1aは、鉄鉱石を還元する際に発生するCO,CO2,H2,N2から成る約3,350kJ/m3の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。コークス炉ガス(COG)2aは、石炭を乾留する際に発生するH2,CH4,COから成る約20,100kJ/m3の可燃性ガスであり、ほぼ連続的に発生する。転炉ガス(LDG)3aは、銑鉄を鋼に改質する際に発生するCO,CO2 から成る約8,400kJ/m3 の可燃性ガスであり、間欠的に発生する。つまり転炉の吹練によりガスの発生がつねに変動する。
【0018】
4aは30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスすなわち外部購入燃料である都市ガス(天然ガス:LNG)または液化石油ガス(プロパンガス:LPG)、5aは窒素(N2) 、6は外部購入燃料である重油6aの供給源である重油タンクである。LNGまたはLPGは、主に後述のガス化溶融炉ガスと共に模擬コークス炉ガスの製造原料ガスとして使用されるが、それ以外にも、ガス化溶融炉ガスが発生・貯蔵がなくかつ発電所に保炎燃料としてまわすCOGの量が不足した場合に不足分を補充する目的で使用される。N2 は高カロリーのLNGまたはLPGが前記補充目的で使用される場合に希釈用として用いられる。重油は発電所の燃料として供給される。
【0019】
7はガス化溶融炉であって、既述したように高温の炉内において、使用済みプラスチック、建設廃材(紙くず、木くず、繊維くず)、シュレッダーダスト(廃棄家電、廃車)、汚泥、燃えがら、動植物性残さ等の可燃性廃棄物を送風酸素と反応させ、炉上部温度を800〜1000℃とし、高温・還元雰囲気により熱分解・ガス化させ、可燃性のガス化溶融炉ガス7aとして回収するもので、発生ガスの性状は約8,000〜11,000kJ/m3 であり、炉下部においては、コークス及び炭素の燃焼により、灰分を溶融し、出滓口より排出するものである。回収されたガス化溶融炉ガス7aは、全て模擬コークス炉ガスの製造原料ガスとして使用される。
【0020】
11,12,13,14は各炉で発生する可燃ガス(燃料ガス)を無害化・燃焼放散するための燃焼放散塔すなわちフレアスタックであり、通常は使用しないが、各炉の起動・停止時のガス成分不安定時や、各炉に対応して設けられた後述のホルダの備蓄レベルが上限をオーバーした時などに使用される。
【0021】
21は高炉ガス(BFG)を一時貯蔵しバッファとして機能するBFGホルダ、22はコークス炉ガス(COG)を一時貯蔵しバッファとして機能するCOGホルダ、23は転炉ガス(LDG)を一時貯蔵しバッファとして機能するLDGホルダ、24はガス化溶融炉ガス7aを一時貯蔵しバッファとして機能するガス化溶融炉ガスホルダである。これらホルダ21〜24は内部ガス圧力が65kPa と低圧に保持されている。
【0022】
31,32,33はBFG配管、COG配管、及びLDG配管にそれぞれ配置された昇圧機すなわちブロワで、これらブロワ31〜33は、それぞれのガスの圧力を約65kPaから約120kPaに昇圧して、後述するガスミキサーに供給する機能を有する。34はガス化溶融炉ガス配管網においてガス化溶融炉ガスホルダ24の下流側に直列に配置された昇圧機すなわちブロワである。ブロワ34をガス化溶融炉ガスホルダ24に対して直列に接続したのは、既述したようにガス化溶融炉7では種々の可燃性廃棄物からガス化溶融炉ガス7aを回収するので、ガス発生量が一定でなく圧力変動を生じるため、ガス混合器前に昇圧機を配置して、後述する模擬COGミキサーに供給するガス化溶融炉ガスを安定化させる必要があるからである。
【0023】
LNGまたはLPGの配管は、二股に分かれ、二股の一方の流路が模擬COGミキサー60に接続され、二股の他方の流路がガスミキサー9に接続され、それぞれの流路に流量調整可能な切替弁61,62が設けられている。そして、通常は切替弁61,62によって模擬COGミキサー60側に繋がるLNGまたはLPGの配管網が形成され、かつ後述の演算器の出力に応じて模擬COGミキサー側の切替弁61の開度(流量)が自動調整されるようになっている。いずれにせよ切替弁61,62は遠隔操作可能とすることが望ましい。
【0024】
また、模擬COGミキサー60には、ガス化溶融炉ガス配管が接続され、ブロワ34により昇圧されたガス化溶融炉ガスが供給されるようになっている。つまり、模擬COGミキサー60は、ガス化溶融炉ガスを、30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガス(LNGやLPG)4aと混合することで、COG相当のガスにするために設けられたもので、混合後のガスの発熱量が15〜25MJ/Nm3 となるように混合量を調整し、あるいは混合後のガスの燃焼速度がCOG相当となるように混合量を調整する機能を有する。例えば、天然ガス(LNG)は、メタンガス主体のガスであり燃焼速度が遅く、ガス化溶融炉ガスに混合することで、ガス化溶融炉ガス単独で燃焼する場合に比べて燃焼速度を低下させることができる。また、LPGは、プロパンまたはブタン主体のガスであり、どちらも燃焼速度が遅く、ガス化溶融炉ガスに混合することで、ガス化溶融炉ガス単独で燃焼する場合に比べて燃焼速度を低下させることができる。そして、このようにCOG相当のガスに調整された混合ガスである模擬COG60aは、COG配管におけるCOGホルダ22よりも下流側に戻されて、製鉄所内燃料として、あるいは後述のミックスガス(MXG)製造原料ガスとして利用されるようになっている。なお、安定的にCOG(COG単独やCOG+模擬COGを含む)2aが供給可能な熱量に相当する鋼材加熱炉のある鋼管や条鋼の工場41へは、COG2aを直接供給し、ガス搬送動力費用を削減できるようにしている。
【0025】
また、模擬COG配管に、混合ガス(模擬COG)の発熱量を計測可能な発熱量計やガスクロマトグラフィ等からなる模擬COGセンサ65を配置するとともに、COG配管における模擬COG配管との接続部よりも上流側に、COGの発熱量を計測可能な発熱量計やガスクロマトグラフィ等からなるCOGセンサ66を配置し、さらにこれらセンサ65,66の検出値から模擬COGの発熱量がCOGと等価になるようにLNGまたはLPGの混合量を演算する演算器67を設け、演算器67にてLNGまたはLPGの混合量を演算し図示しないドライバを介して切替弁61の開度(流量)を調整するようになっている。また演算器67は、模擬COGセンサ65とCOGセンサ66の検出値からガス化溶融炉ガスの発生・貯蔵がなくかつ発電所に保炎燃料としてまわすCOGの量が不足していると判断すると、そのことをオペレータに通知するとともに切替弁61を閉じさせる機能も有する。
【0026】
9は各ブロワ31〜33により昇圧されたBFG1a、COG(COG単独やCOG+模擬COGを含む)2a、LDG3aや、外部購入燃料(LNGまたはLPG)4a、及び窒素(N2)5a が送り込まれるガスミキサーである。このガスミキサー9は、送り込まれた各種ガスによる発熱量変動を吸収し、燃料性状を安定させたミックスガス(MXG)9aとして製鉄所内の各工場、つまり製銑工場42、製鋼工場43、鋼板工場44や発電所45へ供給する機能を有している。
【0027】
発電所45には、ミックスガス(MXG)9a以外に、高炉ガス(BFG)1a、コークス炉ガス(COG単独やCOG+模擬COGを含む)2a、及び転炉ガス(LDG)3aが直接供給可能になっている。これは各ガスの発生量の変動を吸収するためのもので、ガスミキサー9への供給後に余剰のガスがあった場合、これを発電燃料として使用している。また、外部購入燃料である重油6aも供給可能になっている。そして、各燃料種に応じたバーナを有するボイラ及びタービンが設置されている。つまり、発電所45では、ミックスガス(MXG)の他に、高炉ガス(BFG)、コークス炉ガス(COG単独やCOG+模擬COGを含む)、及び転炉ガス(LDG)を燃料ガスとしているが、通常は不足分として重油を供給して発電している。なお、バーナとして燃料の発熱量変動に耐用性がある管状火炎バーナを採用すれば、使用するバーナの数を減らせることは言うまでもない。
【0028】
本実施形態のように、ガス化溶融炉ガス7aを模擬コークス炉ガスの製造原料ガスとして使用することにより、外部購入燃料であるLNGまたはLPGの使用量を削減することができ、エネルギコスト削減が可能となる。
【0029】
なお、前述の実施形態では模擬COGミキサー60にて混合させるガスは、LNGまたはLPGのいずれか一方であるものを例に挙げて説明したが、LNGまたはLPGの両方を使用してガスの混合量を調整することもできる。その場合は、どちらかのガスを一定量流して、他方の流量を調整することで混合ガスの発熱量をCOG相当にする。
【0030】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、可燃性廃棄物を高温還元雰囲気により熱分解・ガス化溶融するガス化溶融炉で発生するガスを、天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)など30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガスと混合し、製鉄所内燃料として利用するようにしたので、外部購入燃料の使用量を削減できて、エネルギコストの低減化を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス化溶融炉ガスの利用方法を適用した製銑・製鋼一貫製鉄所における燃料の流れを示す図である。
【符号の説明】
2 コークス炉
2a コークス炉ガス(COG)
4a LNGやLPG(30MJ/Nm3 以上の発熱量を保有するガス)
7 ガス化溶融炉
7a ガス化溶融炉ガス
24 ガス化溶融炉ガスホルダ(ガスホルダ)
34 ブロワ(昇圧手段)
60 模擬COGミキサー
60a 模擬COG(混合後のガス)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for effectively utilizing gas generated in a gasification and melting furnace for pyrolyzing and gasifying and melting combustible waste such as used plastics in a high-temperature reducing atmosphere.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Coke oven gas (COG) generated in an ironworks is used not only as a fuel for an iron making process such as a steel heating furnace or a coke oven, but also as a flame holding fuel for a power generation boiler. In a power generation boiler, in order to maintain stable combustion in a furnace, 10% or more of the heat of combustion required to maintain the maximum steam generation amount of the boiler must always be burned with high calorie fuel. The fuel equivalent to 10% is called flame holding fuel.
[0003]
Generally, the remaining COG obtained by subtracting the amount of COG required in the iron making process from the amount of generated COG is supplied to the power plant. Therefore, if the amount of COG sent to the power plant is less than the flame-holding fuel, it is necessary to make up for the shortage. Conventionally, all of this shortage has been compensated for by heavy oil, city gas (natural gas: LNG), and liquefied petroleum gas (LPG). Such fuels are supplemented with high-calorie externally purchased fuels, and these externally purchased fuels are burned as part of the flame-holding fuel in a power generation boiler to maintain stable combustion.
[0004]
By the way, flammable waste such as used plastic, construction waste (paper waste, wood waste, fiber waste), shredder dust (waste electrical appliances, waste vehicles), sludge, cinders, animal and plant residues, etc. is blown in a furnace at a higher temperature than before. A gasification and melting furnace is known in which a furnace upper temperature is set to 800 to 1000 ° C., pyrolyzed and gasified in a high-temperature and reducing atmosphere, and recovered as a flammable gasification and melting furnace gas (for example, Patent Document 1). 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-60830
[Problems to be solved by the invention]
As described above, if the amount of COG used in the steelmaking process increases and the amount of COG passed to the power plant as flame holding fuel becomes relatively short, it becomes impossible to secure the flame holding fuel with COG. The company operates the steel mill to make up for the shortfall with fuel purchased from outside calories. For this reason, energy costs increase.
[0007]
On the other hand, the gasification melting furnace gases, in an intact heating value 10 MJ / Nm 3 about not become a COG alternative gas, and hydrogen, for CO main gas, fast burning rate, gasification melting at COG burner When the furnace gas is burned, the combustion reaction is completed before the burner, and a high-temperature combustion flame is formed near the burner tip, so that the burner is melted.
[0008]
Therefore, conventionally, the gasification and melting furnace gas collected with great care was incinerated without being effectively used, rendered harmless, and released to the atmosphere. In addition, when burning, it is necessary to supply auxiliary fuel, and running costs have also been incurred.
[0009]
A technical object of the present invention is to make it possible to use gasification and melting furnace gas as a flame holding fuel of a power generation boiler, to reduce the amount of fuel purchased from outside, and to reduce energy costs. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method of using a gasification and melting furnace gas according to
[0011]
Further, the method of using the gasification / melting furnace gas according to claim 2 is characterized in that the gasification / melting furnace gas is mixed with a gas having a calorific value of 30 MJ / Nm3 or more through a piping network having a gas holder interposed. And
[0012]
The method of using the gasification / melting furnace gas according to
[0013]
Further, the method of using the gasification and melting furnace gas according to claim 4 is that the gasification and melting furnace gas is mixed with a simulated coke oven gas equivalent to a coke oven gas by mixing the gasification melting furnace gas and a gas having a calorific value of 30 MJ / Nm3 or more. After that, the simulated coke oven gas is connected to a coke oven gas pipe to be used as fuel in a steelworks.
[0014]
Further, in the method of using the gasification and melting furnace gas according to claim 5, when the gasification and melting furnace gas is mixed with a gas having a heating value of 30 MJ / Nm3 or more, the calorific value of the gas after mixing is COG. It is characterized in that the mixing amount is adjusted so as to be considerably 15 to 25 MJ / Nm 3 .
[0015]
Further, in the method of using the gasification / melting furnace gas according to claim 6, when the gasification / melting furnace gas is mixed with a gas having a calorific value of 30 MJ / Nm3 or more, the combustion speed of the mixed gas is COG. It is characterized in that the mixing amount is adjusted so as to be considerable.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method of using the gasification and melting furnace gas of the present invention will be described based on the illustrated embodiment. FIG. 1 is a diagram showing the flow of fuel in an integrated iron and steelmaking steelworks to which the present invention is applied.
[0017]
In the figure,
[0018]
4a is a gas having a calorific value of 30 MJ / Nm 3 or more, that is, city gas (natural gas: LNG) or liquefied petroleum gas (propane gas: LPG) which is an externally purchased fuel, 5a is nitrogen (N 2 ), and 6 is external It is a heavy oil tank that is a supply source of the
[0019]
Reference numeral 7 denotes a gasification and melting furnace. As described above, in a high-temperature furnace, used plastic, construction waste (paper waste, wood waste, textile waste), shredder dust (waste electrical appliances, waste vehicles), sludge, cinders, animals and plants. Reacts combustible waste such as flammable residues with blast oxygen, raises the furnace upper temperature to 800 to 1000 ° C, pyrolyzes and gasifies it in a high-temperature, reducing atmosphere, and recovers it as combustible gasification and melting furnace gas 7a. in the properties of the generated gas is about 8,000~11,000kJ / m 3, in the lower part of the furnace, the combustion of coke and carbon, melting the ash, is intended to discharge from Dekasuguchi. The recovered gasification and melting furnace gas 7a is all used as a raw material gas for producing a simulated coke oven gas.
[0020]
[0021]
21 is a BFG holder that temporarily stores blast furnace gas (BFG) and functions as a buffer, 22 is a COG holder that temporarily stores coke oven gas (COG) and functions as a buffer, and 23 is a buffer that temporarily stores converter gas (LDG). The
[0022]
[0023]
The LNG or LPG pipe is divided into two branches, one of the two branches is connected to the
[0024]
Further, a gasification / melting furnace gas pipe is connected to the
[0025]
In addition, a simulated COG sensor 65 composed of a calorimeter or gas chromatography capable of measuring the calorific value of the mixed gas (simulated COG) is arranged in the simulated COG pipe, and the simulated COG pipe is connected to the simulated COG pipe at a position closer to the simulated COG pipe. A
[0026]
Reference numeral 9 denotes a gas into which BFG 1a, COG (including COG alone or COG + simulated COG) 2a,
[0027]
In addition to the mixed gas (MXG) 9a, blast furnace gas (BFG) 1a, coke oven gas (including COG alone or COG + simulated COG) 2a, and converter gas (LDG) 3a can be directly supplied to the
[0028]
As in the present embodiment, by using the gasification and melting furnace gas 7a as a raw material gas for producing a simulated coke oven gas, it is possible to reduce the amount of LNG or LPG that is an externally purchased fuel, thereby reducing energy costs. It becomes possible.
[0029]
In the above-described embodiment, the gas to be mixed by the
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, natural gas (LNG) or liquefied petroleum gas (LPG) is generated by a gasification and melting furnace that thermally decomposes and gasifies combustible waste in a high-temperature reducing atmosphere. For example, by mixing with a gas having a calorific value of 30 MJ / Nm 3 or more and using it as fuel in steelworks, it was possible to reduce the amount of externally purchased fuel and reduce energy costs. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the flow of fuel in an integrated iron and steelmaking steelworks to which a method for utilizing gasification and melting furnace gas of the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
2
4a LNG and LPG (gas with a calorific value of 30 MJ / Nm 3 or more)
7 Gasification and melting furnace 7a Gasification and melting
34 blower (pressurizing means)
60
Claims (6)
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