JP2007218181A

JP2007218181A - 製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧の制御方法および装置

Info

Publication number: JP2007218181A
Application number: JP2006040144A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Obayashi; 浩海大林; Yuzo Kato; 有三加藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】製鐵所内の転炉廃熱ボイラーや焼結工場の廃熱ボイラーから発生する廃熱回収蒸気を大気放散させることなく、蒸気本管における蒸気圧を調整する方法および装置を提供する。
【解決手段】蒸気本管圧力が製鐵所内の蒸気需給バランスが得られる際の値となるように、炉頂圧力回収発電設備の上流側で余剰蒸気を高炉ガスに吹き込む。廃熱回収設備から発生する蒸気を取り込む蒸気本管と前記蒸気本管内の蒸気圧を測定する蒸気本管圧力計と前記蒸気本管と炉頂圧力回収発電設備の高炉ガス配管を連結する蒸気配管と、前記蒸気配管から前記高炉ガス配管に蒸気を吹き込む蒸気吹き込みノズルと前記蒸気配管から前記高炉ガス配管に吹き込む蒸気量を調整する蒸気吹き込み量調整弁と前記蒸気吹き込み量調整弁の開度を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記蒸気本管圧力計による蒸気圧力により、前記吹き込み量調整弁の開度を制御する装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鐵所内の転炉廃熱ボイラーや焼結工場の廃熱ボイラーから発生する廃熱回収蒸気を大気放散させることなく、蒸気本管における蒸気圧を調整する方法および装置に関する。

製鐵所内には、廃ガス等から熱回収を行う廃熱回収設備が製鋼工場や焼結工場に設けられ、廃熱により蒸気を発生させている。得られた蒸気は製鐵所内の蒸気本管を通じて生産ラインにおける昇熱用やプロセス用に利用されているが、余剰蒸気が生じた場合は、蒸気需給バランスを保つため、大気放散したり、高炉炉頂圧力回収発電設備に供給することが行われている（例えば、特許文献１、２）。
特開昭５６−２４２７号公報特開昭６２−２０５２０４号公報

ところで、余剰蒸気を処理する場合、廃熱回収設備から発生する蒸気は個々の設備の稼動状況に応じてその量が変動するため、製鐵所全体としての需給バランスを的確に把握することが必要である。

特許文献１には、焼結工場における排熱を利用して得た水蒸気を高炉ガスと共に高炉炉頂タービンの駆動エネルギーして回収することが記載されているが、製鉄所内の需給バランスを的確に把握して効率的に蒸気の運用を図ることに関しては一切記載されていない。

特許文献２にも高炉の炉頂発電機に蒸気を吹き込むことは記載されているが、製鉄所内の設備状況の変動に適合した蒸気の運用に関しては記載がない。
また、炉頂圧力回収発電設備に吹き込まれた蒸気は、高炉ガスに吹込まれた蒸気により、高炉ガスが昇温してタービン前後の熱落差が増大し、また、吹き込まれた蒸気により質量流量が増加し、これにより高炉炉頂圧発電装置における発電量が増大するものであり、高炉ガスと均一に混合されるように吹き込むことが必要である。特許文献１，２にはこれらについての記載もない。

そこで、本発明は、廃熱回収設備から発生する蒸気について製鐵所全体としての需給バランスが得られるように蒸気本管の蒸気圧を制御し、余剰蒸気を高炉ガスと混合させる場合は、高炉ガスと蒸気が均一に混合される方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．蒸気本管圧力が製鐵所内の蒸気需給バランスが得られる際の値となるように、炉頂圧力回収発電設備の上流側で余剰蒸気を高炉ガスに吹き込むことを特徴とする製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧の制御方法。
２．廃熱回収設備から発生する蒸気を取り込む蒸気本管と前記蒸気本管内の蒸気圧を測定する蒸気本管圧力計と前記蒸気本管と炉頂圧力回収発電設備の高炉ガス配管を連結する蒸気配管と、前記蒸気配管から前記高炉ガス配管に蒸気を吹き込む蒸気吹き込みノズルと前記蒸気配管から前記高炉ガス配管に吹き込む蒸気量を調整する蒸気吹き込み量調整弁と前記蒸気吹き込み量調整弁の開度を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記蒸気本管圧力計による蒸気圧力により、前記吹き込み量調整弁の開度を制御することを特徴とする製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧制御装置。
３．前記蒸気吹き込みノズルが多孔ノズルであることを特徴とする２記載の製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧制御装置。
４．前記制御装置は、余剰蒸気が生じないように、前記吹き込み量調整弁を制御することを特徴とする２または３記載の蒸気圧制御装置。

本発明によれば、製鐵所内において発生する廃熱回収蒸気に余剰蒸気が生じても、大気放散させる必要がなく、炉頂圧力回収発電に使用でき、産業上極めて有用である。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例に係る蒸気圧制御装置を用いた製鐵所内廃熱回収蒸気利用システムの全体構成を説明する模式図、図２は図１に示す蒸気圧制御装置の要部を示す。
これらの図において、１は炉頂圧力回収発電装置、２は発電機、３は蒸気吹き込みノズル、４は高炉ガス配管、５は制御ケーブル、６は蒸気吹き込み量調整弁、７は蒸気配管、８は蒸気本管圧力計、９は蒸気本管、１０は廃熱回収設備、１１は蒸気使用工場、１２は制御装置を示す。

製鐵所において廃熱回収設備１０から発生する蒸気は蒸気本管９に取り込まれた後、蒸気使用工場１１に供給されるが、廃熱回収設備１０で得られる蒸気量に対して使用工場１１で使用される蒸気量が少ないと余剰蒸気が生じ、蒸気圧は蒸気需給バランスが得られる場合の蒸気圧より高くなる。

本発明に係る蒸気圧制御装置は、余剰蒸気を炉頂圧力回収発電装置１に供給するように、蒸気本管９と炉頂圧力回収発電装置１の高炉ガス配管４が、蒸気配管７により連結されている。

蒸気本管９には内部の蒸気の蒸気圧を測定する蒸気本管圧力計８が取り付けられ、蒸気配管７には、蒸気本管９から、高炉ガス配管４に吹き込まれる蒸気量を調整する蒸気吹き込み量調整弁６とその先端に蒸気吹き込みノズル３が取り付けられてる。

制御装置１２には、蒸気本管圧力計８の圧力検出信号を入力し、予め実績値として設定される蒸気需給バランスが得られる場合の蒸気圧と比較して余剰蒸気量を計算したり、蒸気圧の変化速度をパラメータとして配管圧力の上昇を抑制するために必要な余剰蒸気量を計算し、余剰蒸気を高炉ガス配管４に吹き込むように吹き込み量調整弁６の開度を制御する。

尚、制御装置１２、蒸気本管圧力計８と吹き込み量調整弁６は制御ケーブル５で結線され、蒸気本管圧力計８による圧力検出信号を制御装置１２に伝送し、制御装置１２から吹き込み量調整弁６に開度制御信号を伝送する。無線ＬＡＮを使用することも可能である。
蒸気本管９から、蒸気配管７を経て高炉ガス配管４に吹き込まれる余剰蒸気は吹き込み量調整弁６により流量を調整された後、蒸気配管７の先端に取り付けられた蒸気吹き込みノズル３で高炉ガス配管４に吹き込まれる。

上述したように、炉頂圧力回収発電設備１に吹き込まれた余剰蒸気は、高炉ガスを昇温をさせることによりタービン前後の熱落差が増大させ、また、吹き込まれた蒸気により質量流量を増加させ、これにより発電機２による発電量を増大させるので、高炉ガスと均一に混合されるように吹き込むことが望ましい。

蒸気吹き込みノズルとしては、蒸気の噴出口を複数備えた多孔ノズルが好ましく、噴出口の配置は、予めシュミレーション試験などで高炉ガスと均一に混合されるように適宜決定する。

図３は高炉ガス及び水蒸気の吹込みの条件を、高炉ガス量６７０，０００Ｎｍ^３／Ｈ、高炉ガス圧力２．２ｋｇ/ｃｍ^２Ｇ、水蒸気流量３．５Ｔｏｎ／Ｈ、蒸気圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ（飽和）としてシミュレーション試験を行って、好ましい結果が得られた蒸気吹き込みノズルの例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は軸方向断面図を示す。図において、３は蒸気吹き込みノズル、３１ａは蒸気が噴出しないように蓋をされている蒸気噴出口、３１ｂは蓋がされず、蒸気を噴出させる蒸気噴出口を示す。

蒸気噴出口３１ａ（３１ｂ）は、ノズル中心位置と３層の同心円の各同心円上に等間隔に配置される。最も半径が小さい同心円（以下、第１の同心円）の場合、当該同心円の円周の４等分線との交点上に、次に半径が大きい同心円（以下、第２の同心円）の場合、当該同心円の円周の１６等分線との交点上に、最も半径が大きい同心円（以下、第３の同心円）の場合、当該同心円の円周の２４等分線との交点上に配置される。

これらの同心円における、それぞれの、０°、９０°、１８０°、２７０°における４等分線を一致させて、蒸気噴出口３１ａ（３１ｂ）を配置している。蒸気噴出口３１ａ（３１ｂ）の各孔径は５．３ｍｍ、吹出し角度は１５度とした。

そして、図３に示した蒸気吹き込みノズルでは、中心位置と第２の同心円と、０°と１８０°における等分線との交点、第３の同心円と、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°における等分線との交点に、蓋がされず、蒸気を噴出させる蒸気噴出口３１ｂ（図中白丸で表示）を合計１１個配置した。

図４は多孔ノズルである蒸気吹き込みノズル３の効果を説明する模式図で、（ａ）は多孔ノズルである蒸気吹き込みノズル３、（ｂ）は噴出し口が中心部に一つ設けられた従来ノズルにより高炉ガス配管４内に噴出した蒸気の流線ａを示す。

水蒸気を図４（ａ）に示すように、多孔ノズルにより吹き込むことにより各噴出口から吹込まれた水蒸気の流線ａは吹き込みの当初から分離された状態で高炉ガス配管４に入り、高炉ガス管断面の広い範囲に水蒸気の流線ａが形成され、水蒸気が配管内のガス全体に均一に混合して流れる。

図４（ｂ）はノズル孔径１５ｍｍの大径単孔ノズルによって水蒸気を吹込んだ場合の水蒸気の流線ａを示す図である。高炉ガス配管４の管内で水蒸気は管断面の一部に収束した局部的な流れになっており、水蒸気の潜熱が十分高炉ガスに伝達されないのでエネルギー効率も悪化する。

図５に、本発明の一実施例に係る製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧制御装置により、蒸気を吹き込んだ場合の炉頂圧回収発電設備の発電量の変化を示す。蒸気吹き込み量の増加により、発電量は直線的に増大する。

製鐵所内廃熱回収蒸気利用システムの全体構成を説明する模式図。本発明の一実施例に係る蒸気圧制御装置の要部を示す図。多孔ノズルの一例を示す図で（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図。図３に示す多孔ノズルの効果を、従来例と比較して示す図で（ａ）は多孔ノズル、（ｂ）は従来例。蒸気吹き込み量と炉頂圧力回収発電上昇量の関係を示す図。

符号の説明

１炉頂圧力回収発電装置
２発電機
３蒸気吹き込みノズル
４高炉ガス配管
５制御ケーブル
６蒸気吹き込み量調整弁
７蒸気配管
８蒸気本管圧力計
９蒸気本管
１０廃熱回収設備
１１蒸気使用工場
１２制御装置
３１ａ，３１ｂ蒸気噴出口

Claims

蒸気本管圧力が製鐵所内の蒸気需給バランスが得られる際の値となるように、炉頂圧力回収発電設備の上流側で余剰蒸気を高炉ガスに吹き込むことを特徴とする製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧の制御方法。
廃熱回収設備から発生する蒸気を取り込む蒸気本管と前記蒸気本管内の蒸気圧を測定する蒸気本管圧力計と前記蒸気本管と炉頂圧力回収発電設備の高炉ガス配管を連結する蒸気配管と、前記蒸気配管から前記高炉ガス配管に蒸気を吹き込む蒸気吹き込みノズルと前記蒸気配管から前記高炉ガス配管に吹き込む蒸気量を調整する蒸気吹き込み量調整弁と前記蒸気吹き込み量調整弁の開度を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記蒸気本管圧力計による蒸気圧力により、前記吹き込み量調整弁の開度を制御することを特徴とする製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧制御装置。
前記蒸気吹き込みノズルが多孔ノズルであることを特徴とする請求項２記載の製鐵所内廃熱回収蒸気の蒸気圧制御装置。
前記制御装置は、余剰蒸気が生じないように、前記吹き込み量調整弁を制御することを特徴とする請求項２または３記載の蒸気圧制御装置。