JP2004511654A - 燃料調製方法および装置 - Google Patents

Abstract

この発明は触媒溶液による燃料の調製方法および装置に関する。この発明によれば、直接供給される石炭ダストを増加させ、低グレードの石炭または石油コークスを使用することにより、原料鉄製造コストを低減することができ、特にコークスの消費を減少させることができる。この場合、触媒は、微細な石炭または石炭ダストを得るための粗石炭の石炭ミリング中に溶液形態で注入され、燃料の発火温度が下がる。

Description

【０００１】
（技術分野）
この発明は請求項１の前置きにかかる銑鉄製造のための燃料、特に石炭粒子の調製方法に関するとともに、請求項１１の前置きにかかる方法を実行するための装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
ＷＯ９９／６４６３６では、溶鉱炉において銑鉄を製造するための方法が開示されている。その方法では、ＰＣＩ（微粉炭吹き込み）法に従い、微粉炭が補助燃料として熱風および／または酸素と共にブラスト羽口を介して溶鉱炉に供給される。これにより、コークス消費量が減少し、結果としてトンあたりの銑鉄製造コストが低減する。さらにコークス消費量を減少させるために、触媒添加剤を用いて調製した微粉炭を使用する。触媒添加剤としては、亜族元素ジルコニウム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛またはアルミニウム、スズまたは鉛の化合物の水溶液、特に硫酸銅溶液が提案されている。コークス消費量低減の他に、触媒添加物を有する微粉炭の利点としては、より安価な石炭の代用、スラグ生成量の減少、粒子放出の減少、および銑鉄品質の改善が挙げられる。
【０００３】
Ｓｔｅｅｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙジャーナル、２０００年２月、ｐ６１、ｆｆの論文「微粉炭注入のための溶融炉効率エンハンサー（Ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｅｎｈａｎｃｅｒ　ｆｏｒ　ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ　ｃｏａｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）」では、上記方法に対する更なる説明が示されている。部分的にコークスの代用をするために羽口から供給される微粉炭の粒子サイズは７５μｍ未満、水分含有量は１％未満であり、石炭１トンに対して３５０から６００ｍｌの触媒溶液が供給される。供給は別個の装置を使用して行われ、この装置は原料石炭庫の下流であってＭＰＳミルの上流に配置され（図２）、原料石炭は触媒溶液を用いた噴霧により調製される。また、触媒溶液の腐食特性のため、噴霧装置は特別な要求を満たさなければならないこと、定期的にノズルを洗浄するための洗浄システムも有する必要があることも述べられている。
【０００４】
（発明の開示）
この発明の目的は、銑鉄製造のための燃料、特に石炭粒子を調製するための方法および装置を提供することである。特に、より簡単で効率の良い方法で、コークスを節約するとともに、石炭粒子の注入を増大させ、よりグレードの低い石炭または石油コークスを使用するものである。
【０００５】
この目的は触媒を使用することにより達成される。その触媒は、燃料の発火温度を低下または一定温度での燃焼速度を増加させる。その触媒は、特に触媒溶液の形態で、石炭を粉砕または摩砕して石炭粒にする間に石炭粒子に適用される。このように調製された微細石炭または微粉炭は直接溶鉱炉の羽口または中間貯蔵庫に、ブラスト予熱機において約１２５０℃まで加熱された熱風および／または酸素と共に提供することができる。
【０００６】
商品名カルバミン（ｃａｒｂａｍｉｎ）５０１０としてＥＲＣ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　Ｒｅｄｕｚｉｅｒｕｎｇｓ　Ｃｏｎｃｅｐｔ　ＧｍｂＨにより販売のために提供された、ＤＥ　１９８　００　８７３　Ｃ２において開示されている触媒を用いて調製すると、燃料の発火温度が低下し、燃焼の速度が加速することがわかっている。羽口内で発火温度が低下し燃焼が加速されることは、残留コークスの発火が速くなり、燃焼が速くなることを意味する。すなわち、羽口内の石炭がほとんど完全に燃焼することを意味する。酸素分圧の他に、羽口（放射性フラクション）の温度、石炭の摩砕微細度、入口温度および水分レベルなどの因子が石炭粒子の注入効率、コークス消費に対する影響および製造される銑鉄の質と量を決然と決定する。
【０００７】
発火温度および燃焼挙動は使用する石炭の質により決定される。羽口に関しては、炭化またはマセラル成分が決定的な部分を担う。石炭の揮発フラクションは、残りのコークスが発火温度に到達するや否や残りのコークスの発火を確実なものとする。羽口内での実際のコークス温度の上昇は主に羽口壁の放射熱により起こり、揮発成分の燃焼によるものではない。残った残留コークスの燃料は動力学的には阻害され、特に石炭の内部（ｉｎｔｅｒｎｉｔｅ）が燃焼を遅らせる。
【０００８】
触媒的に作用する添加剤、すなわち触媒は残留コークスの発火温度を低くし、良好な燃焼を引き起こす。石炭の燃焼時間が減少し、燃焼時間が短くなることにより、石炭の注入量が増加し、より揮発性の低い石炭さらには石油コークスも使用することができる。
【０００９】
触媒的に作用するＥＲＣの添加剤（以後、ＥＲＣ添加剤と呼ぶ）については、ＤＥ　１９８　００　８７３　Ｃ２において説明されている。このＥＲＣ添加剤は、ｐＨ値が７未満の、有機酸および／または無機酸のセリウムおよび鉄塩を含む水溶液として使用され、湿潤剤および／または中和剤を含むことができる。前記特許明細書において示されている触媒溶液の組成および濃度、使用分野を参照する。
【００１０】
前記特許によれば、周知の触媒溶液は、炭素含有燃料に対する燃焼および／または乾燥動作中および／または熱プロセス中の汚染物質の放出を減少させるために提供され、石炭、木材、バイオマス、廃液、重油などの固体燃料、および他の液体燃料および／または燃焼前に供給される空気に添加することができる。汚染物質を減少させる作用は、溶鉱炉プロセス内の羽口に関連させても述べられている。しかし、燃料の調製様式については説明されていない。
【００１１】
本発明にかかる方法の特別な利点は、酸素の過剰量をより低くして羽口内で調製石炭粒子の燃焼を実行することが可能であり、そのため形成される酸化窒素の量が減少することである。
【００１２】
触媒溶液、特にＥＲＣ添加剤を用いた微粉炭の特に好適な調製は、ローラ摩砕機（グラインディングミル：ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｍｉｌｌ）において実行できる。この摩砕機では、原料石炭または石油コークスは摩砕−乾燥プロセスを受け、摩砕されて微粉炭となり、流体流、特に熱ガスに助けられて摩砕チャンバ上の分級機に供給される。
【００１３】
適宜、触媒添加剤は摩砕−分級チャンバ内に５から３５℃の温度の水溶液として注入または噴霧される。その摩砕−分級チャンバは、沸点または分解温度より低い温度となっている。
【００１４】
装置の観点から、ミル、特にローラ摩砕機、例えばＬＯＥＳＣＨＥ空気掃引（ａｉｒ　ｓｗｅｐｔ）ローラ摩砕機内にＥＲＣ添加剤を注入すると、特に効率のよい粉砕燃料粒子の調製が引き起こされることがわかっている。ＬＯＥＳＣＨＥ空気掃引ローラ摩砕機内の粉砕材料−流体流が対応する少なくとも１つの噴霧装置の配列と噴霧ジェットの向きと共に、石炭またはコークス粒子の濡れおよび／または浸透を支援する。粉砕プロセスにより石炭表面がかなり拡大され、これにより反応表面上でずっと高い有効範囲密度が得られ、暴露される細孔空間もより良く濡れ、あるいは浸透させることができる。
【００１５】
特別な利点は、ＥＲＣ添加剤では、ローラミルにおいて本質的に周知の水注入装置を使用することができることである。その装置は摩砕ローラ上方に、２つの隣接する摩砕ローラの間に互いに対向してあるいは約１２０°の角度で配置することができる。噴霧角αは１０から７０°、好ましくは約６０から７０°の間とすることができ、大体垂直に、あるいは摩砕ローラまたは分級器の方向に配向させることができる。ミルケーシング内に２つの装置を設けると好都合であり、噴霧方向および噴霧角は同じ、あるいは異なっている。
【００１６】
根本的には、その装置は、摩砕チャンバ内、およびミルの分級チャンバ内で、全体にわたり考えられる任意の噴霧角度で配列することができる。少なくとも１つの装置またはノズルが、摩砕パンまたはボウル上に蓄積する摩砕ベッド上にすでに、触媒溶液および石炭またはコークス摩砕材料の調合物が提供されるように、配置されるべきである。噴霧装置が過大材料コーンと水平に配置される場合、好ましくは、コーンに対し接線方向の吹き込みまたは注入方向が選択され、分級器までらせん様式で移動する流体−固体粒子雲が噴霧される。これにより過大材料コーン壁が触媒より濡れること、現象上ケークとなることが避けられる。これらは特に、高い注入圧を用いると相応じて前記壁上で起こる。
【００１７】
ＥＲＣ添加剤供給は、摩砕すべき石炭、その供給量および流体速度の関数として制御することが適当である。ＥＲＣ添加剤は、例えばタンク内に保存され、供給ラインにより供給され、注入前に、各場合において必要な濃度を有する溶液が調製され、水が添加される。注入は圧縮空気を用いて行うことができる。適当な圧力は約２から１０ｂａｒである。
【００１８】
より高価なコークスまたは石炭をより安価な石炭または石油コークスに置き換えることにより、コークス消費量がより低くなること、および達成される銑鉄の製造のコストが削減されることに関連する利点とは別に、ダスト放出も減少し銑鉄品質も改善される。燃焼空気または酸素を減少させることが可能であり、そのため酸化窒素形成が減少する。安価な石炭と高価な石炭では、特に揮発物質の比率、灰含有量が大きく異なる。より安価な石炭は揮発物質の含有量が少なく、一般に２５から３０％未満であり、灰分の割合が増加し、一般には７から８％を超える。ダスト放出が減少すると、すなわち、不焼成のすすの放出が減少すると、エネルギーの損失が減少し、溶鉱炉ガスの洗浄に関するコストが軽減する。すすの除去にはかなりの技術とエネルギーの消費が必要となるからである。すす放出の減少は、注入石炭量の最終燃焼の品質、使用した触媒の効率を示す。
【００１９】
この発明について以下で、添付の概略図を用いてより詳細に説明する。
【００２０】
図１は空気掃引ローラ摩砕機２を詳細に示した図である。摩砕ローラ４は図では１つのローラのみが図示されているが、摩砕テーブル３上で回転する。摩砕テーブル３の周囲にはブレードまたはルーバーリング５が備えられる。これにより熱ガス１３が、ブレードの傾斜により予め決められた旋回流と共に摩砕および分級チャンバ１２内に流れ込み、摩砕材料−流体の流れ６中で摩砕ローラ４により粉砕された摩砕材料が分級器７に供給される。十分に粉砕されていない材料は降下し、過大材料コーン８を通って摩砕テーブル３上に戻り、さらに粉砕される。微細粒子、すなわち完成製品９は分級器７から図示していない微細粒子放出出口を通り、図示していない高炉の図示していないブラスト羽口に、または中間貯蔵手段としての図示していない貯蔵庫に供給される。
【００２１】
上昇する摩砕材料−流体の流れ６の石炭粒子の調製は装置１０を用いて行われる。装置１０は、燃焼を改善するために触媒溶液、特にＥＣ添加剤を摩砕−分級チャンバ１２内に噴霧するまたは注入するように構成される。これらの装置１０は摩砕ローラ４上方および／または摩砕ローラ４と水平に、特に摩砕テーブル３または摩砕テーブル３の縁のわずかに上方に配置することができ、特にミルケーシング１１に固定することができる。噴霧装置１０のうちの少なくとも１つは摩砕テーブル３に向けるべきであり、摩砕テーブル３上で蓄積する摩砕ベッドの調製が引き起こされる。共通の供給ライン１８は触媒溶液を供給することができる。
【００２２】
装置１０は本質的には水噴霧装置に対応し、これは摩砕材料の温度を低下させるために、またはＬＯＥＳＣＨＥ空気掃引ローラ摩砕機においては安全上の理由により備えられる。好都合なことに、周知の水噴霧装置を使用してＥＲＣ添加剤を注入することができる。
【００２３】
装置１０により注入されるＥＲＣ添加剤の温度は９５℃より低くすることができる。注入は圧縮空気１４を用いて行われる。圧縮空気１４は２から１０バールの圧力で装置１０に供給される。上方の実質的には水平に配向された噴霧装置１０の噴霧角αは６０から７０°の間とすると好都合である。一方、下方の噴霧装置１０の噴霧角は噴霧ジェットの傾斜角に依存する。
【００２４】
噴霧装置１０を過大材料コーン８の下方領域と平行に配置すると特に好都合である。これにより上昇あるいは上方に掃引される摩砕材料流体の流れ６にある摩砕材料粒子の効率のよい調製が可能となるからである。図１では、摩砕ローラ４と水平な噴霧装置１０も存在する。この装置１０はより特別には摩砕テーブル３上に蓄積する摩砕材料および摩砕テーブル３の縁上で遠心分離された摩砕材料粒子の調製を目的とする。さらに、熱ガス１３は噴霧触媒溶液を吸収し、そのため摩砕材料粒子は濡らすことができ、あるいは上方に誘導された摩砕材料流体の流れ６内に浸透させることができる。
【００２５】
図２は空気掃引ローラ摩砕機２の概略図である。このミルには摩砕ローラ４の上方に２つの噴霧装置１０が取り付けられている。この図では１つ摩砕ローラ４のみが示されている。噴霧装置１０はミルケーシング１１に固定されており、供給ライン１５により図示されていないポンプセットに接続されている。ＥＲＣ添加剤は図示されていないタンク内に保存されておりポンプセット前に所定の比率に水で希釈される。遮断部材１６および電磁弁１７は、石炭量と熱ガス速度の追加機能として投与を許可する。
【００２６】
図示していない摩砕テーブルの直ぐ上にも噴霧装置１０が存在する。ノズルは摩砕ベッドが触媒液により濡れるような配向とされる。
【００２７】
図３は４つの摩砕ローラ４と２つの噴霧装置１０とを備えるローラ摩砕機２の断面図である。噴霧装置１０はそれぞれ、２つの摩砕ローラ間のほぼ中心に配置され、互いに対向し、噴霧角α（図１および図２を参照のこと）の二等分線がセカントを形成するような配向とされている。その結果、摩砕材料流体の流れ中の石炭粒子は２つの摩砕ローラ４間の空間内で、ミルの中心で調製されることとなる。
【００２８】
噴霧装置１０は噴霧角の接線方向となるように適当に配置することもできる。このように、摩砕ローラの領域も過大材料コーン（図示せず）のケーシングも濡れることがない、あるいは、非常に限られた濡れのみが起こり、そのため現象上のケーキングは起こらない。接線配向とした噴霧装置１０は破線で示す。この場合、大体放射状に配置した噴霧装置１０に追加してあるいはそれに代わるものとして、異なる高さに配置することができる。
【００２９】
図４は３つの摩砕ローラ４と２つの噴霧装置１０とを備える空気掃引ローラ摩砕機２を示したものである。噴霧装置１０は摩砕ローラ４間の３つの中間空間のうちの２つにおいて偏心して配列され、ＥＲＣ添加剤をその中間空間内に、ミルの中心方向に２つの摩砕ローラ４のうちの１つの内面に大体平行に、噴霧する。
【００３０】
図５にかかるローラミル２は２つの摩砕ローラ４と２つの噴霧装置１０とを有する。その噴霧装置は互いに対向しているが、２つの摩砕ローラ４間で偏心して配置されている。図４および図５の噴霧装置１０に追加して、あるいはその代わりに、図３において破線で示した接線配向させた噴霧装置１０を有することができる。
【００３１】
噴霧装置１０により、ＥＲＣ添加剤は１トンの石炭あたり０．２から１リットルの比率で供給することができ、これにより約１：１０の希釈が行われる。注入は約２から１０バールの圧縮空気を用いて行われる。噴霧角αは１０から７０°、好ましくは６０から７０°である。
【００３２】
溶鉱炉の羽口を介する調製した微粉炭の供給は約２００ｍ／ｓの速度で行われる。石炭の注入後の残りの燃焼時間は４から５μ秒であり、ＥＲＣ添加剤濃度は約３０から５０ｐｐｍであることがわかっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】噴霧装置を備えた空気掃引ローラ摩砕機の一部縦断面図である。
【図２】２つの噴霧装置を備えた空気掃引ローラ摩砕機の概略図である。
【図３】４つの摩砕ローラおよび２つの噴霧装置を備えた空気掃引ローラミルの断面図である。
【図４】３つの摩砕ローラおよび２つの噴霧装置を備えた空気掃引ローラミルの断面図である。
【図５】２つの摩砕ローラおよび２つの噴霧装置を備えた空気掃引ローラミルの断面図である。

Claims (20)

1. 銑鉄製造における溶鉱炉のブラスト羽口で燃やされ、触媒を有する燃料、特に石炭粒子の調製方法であって、
   原料石炭から微細石炭または微粉炭に摩砕している間に、燃料の発火温度を低下させる触媒または一定温度での燃料の燃焼速度を増加させる触媒を、石炭粒子に供給することを特徴とする燃料の調製方法。
2. 請求項１に記載の燃料調製方法であって、
   触媒は、燃焼プロセス、乾燥プロセス、熱プロセスのうちの少なくとも１以上のプロセスにおける炭素含有材料の汚染物質の放出を減少させるのに適したＥＲＣ添加剤であることを特徴とする燃料の調製方法。
3. 請求項２に記載の燃料の調製方法であって、
   ＥＲＣ添加剤は、ｐＨ値７未満の水溶液中に無機および有機酸の少なくとも一方の塩としてセリウムおよび鉄を含み、摩砕−分級チャンバ（１２）内に噴霧されることを特徴とする燃料の調製方法。
4. 請求項２または３に記載の燃料の調製方法であって、
   原料石炭は、摩砕テーブル（３）上で回転する摩砕ローラ（４）を有するローラ摩砕機（２）内で摩砕され、
   ＥＲＣ添加剤は、前記摩砕テーブル（３）および摩砕ローラ（４）の少なくとも一方の上方で供給されることを特徴とする燃料の調製方法。
5. 請求項２乃至４のいずれか１に記載の燃料の調製方法であって、
   原料石炭は、一体化された分級器（７）および摩砕−分級チャンバ（１２）を備える空気掃引ローラ摩砕機（２）内で摩砕乾燥プロセスを受け、
   ＥＲＣ添加剤は、１００℃未満の温度で前記摩砕−分級チャンバ（１２）に供給されることを特徴とする燃料の調製方法。
6. 請求項５に記載の燃料の調製方法であって、
   ＥＲＣ添加剤は、約１０から７０°の噴霧角αで前記摩砕−分級チャンバ（１２）に供給されることを特徴とする燃料の調製方法。
7. 請求項５または６に記載の燃料の調製方法であって、
   ＥＲＣ添加剤は、過大材料コーン（８）の低部領域に対し水平方向および接線方向に、前記摩砕−分級チャンバ（１２）内に噴霧されることを特徴とする燃料の調製方法。
8. 請求項２乃至７のいずれか１に記載の燃料の調製方法であって、
   ＥＲＣ添加剤の供給は、供給される原料炭素および流体速度の関数として制御されることを特徴とする燃料の調製方法。
9. 請求項２乃至８のいずれか１に記載の燃料の調製方法であって、
   ＥＲＣ添加剤は、圧縮空気により前記摩砕−分級チャンバ（１２）内に注入され、
   圧縮空気は、２から１０バールの圧力で供給されることを特徴とする燃料の調製方法。
10. 請求項２乃至９のいずれか１に記載の燃料の調製方法であって、
    ＥＲＣ添加剤は、１トンの石炭あたり０．２から１リットルの比率で供給され、約１：１０の希釈が起こることを特徴とする燃料の調製方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１に記載の方法を実行するための銑鉄製造用の触媒を有する燃料、特に石炭粒子を調製するための燃料調製装置であって、
    原料石炭またはコークスを摩砕して微細石炭または微粉炭にするためのローラ摩砕機、特に空気掃引ローラ摩砕機（２）を有し、
    ローラ摩砕機は、
    摩砕テーブル（３）上で回転する摩砕ローラ（４）と、
    一体化された分級器（７）と、
    ミルケーシング（１１）と、
    摩砕−分級チャンバ（１２）と、
    原料石炭のための供給源と、
    微細石炭または微粉炭のための放出出口（９）と、
    摩砕−分級チャンバ（１２）内に配置される少なくとも１以上のデバイス（１０）であって、摩砕および分級プロセス中に、発火点の低下または同じ温度で燃焼速度を増加させるための触媒を石炭粒子に供給でき得るデバイス（１０）と、
    を備えることを特徴とする燃料調製装置。
12. 請求項１１に記載の燃料調製装置であって、
    デバイスは噴霧装置（１０）として構成され、前記摩砕テーブル（３）および摩砕ローラ（４）の少なくとも一方の上方に配置されることを特徴とする燃料調製装置。
13. 請求項１１または１２に記載の燃料調製装置であって、
    噴霧装置（１０）は、水を前記摩砕−分級チャンバ（１２）内に注入するために提供される装置により構成されることを特徴とする燃料調製装置。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか１に記載の燃料調製装置であって、
    噴霧装置（１０）は、約１０から７０°の噴霧角を有することを特徴とする燃料調製装置。
15. 請求項１１乃至１４のいずれか１に記載の燃料調製装置であって、
    ２つの噴霧装置（１０）を備え、
    ２つの噴霧装置（１０）は、平面図では、それぞれが２つの摩砕ローラ（４）間に配置されることを特徴とする燃料調製装置。
16. 請求項１５に記載の燃料調製装置であって、
    噴霧装置（１０）は、２つの隣接する摩砕ローラ（４）間の中心または偏心した位置に配置されることを特徴とする燃料調製装置。
17. 請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の燃料調製装置であって、
    触媒は、溶液としてポンプセットを使用して前記噴霧装置（１０）に供給することができると共に、７から１０バールの圧縮空気により注入、噴霧することができることを特徴とする燃料調製装置。
18. 請求項１１乃至１７のいずれか１に記載の燃料調製装置であって、
    噴霧装置（１０）は、水平かつ摩砕ローラ間の中間空間およびミルの中心の方向に配向され、ローリングミル（２）の断面を基本とした場合に噴霧角αの二等分線がセカントを形成することを特徴とする燃料調製装置。
19. 請求項１１乃至１８のいずれか１に記載の燃料調製装置であって、
    少なくとも１つの噴霧装置（１０）が、摩砕テーブル（３）に向かって、蓄積している摩砕ベッド上に誘導されることを特徴とする燃料調製装置。
20. 請求項１１乃至１８のいずれか１に記載の燃料調製装置であって、
    噴霧装置（１０）は、過大材料コーン（８）に対し接線方向に配向されることを特徴とする燃料調製装置。