JP2007292344A - ボイラの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラの副生ガスの専焼運転時に、ボイラへ迅速に重油を供給可能とすると共に、可及的に重油の循環に必要な動力を抑えることでボイラの運転コストを低減する。
【解決手段】製鉄所で発生する副生ガスをボイラ２に供給する副生ガス供給手段と、重油タンク３内の重油を低圧重油ポンプ２０及び高圧重油ポンプ２２で昇圧し重油供給路１０を介してボイラ２に供給する重油供給手段とを具備して、副生ガスと重油の混焼運転及び副生ガスの専焼運転を行うボイラ２の運転方法であって、重油供給路１０から分岐して重油タンク３に戻る重油帰還路４０を更に備え、ボイラ２が副生ガスの専焼を行う際に、重油が重油帰還路４０を介して重油タンク３に還流するよう弁を制御し、且つ高圧重油ポンプ２２を停止させると共に、低圧重油ポンプ２０を通常運転時よりも低い負荷で稼働させることで重油供給系統内の重油を循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明はボイラの運転方法に関し、特に製鉄所で発生する副生ガスと重油の混焼運転及び副生ガスの専焼運転を行うボイラを運転する場合に適用して有用なものである。

従来、製鉄所で発生する高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス又はこれらを混合したガスをボイラで燃焼して高圧蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動し、その駆動力を用いて発電を行うことで、これらのガスが有効に利用されている（以下、高炉ガスを「ＢＦＧ（Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒａｎｃｅ Ｇａｓ）」、コークス炉ガスを「ＣＯＧ（Ｃｏｋｅ Ｏｖｅｎ Ｇａｓ）」、転炉ガスを「ＬＤＧ（Ｌｉｎｚｅｒ Ｄｏｎａｗｉｔｚ Ｇａｓ）」と称し、これらのガスを「副生ガス」と総称する。）。

しかしながら、製鉄所での操業状態によって生成される副生ガスの量が変動するため、蒸気発生量が安定しないという問題があった。かかる問題に対処すべく、副生ガスのみならず他の燃料を補完的に用いることで発電する電力量の安定化を図っている（特許文献１参照）。

例えば、重油と副生ガスの混焼運転及び副生ガスの専焼運転が可能なボイラを、次のような場合に応じて混焼運転又は専焼運転させる。

製鉄所から十分な量の副生ガスを得られる場合は、ボイラに副生ガスの専焼運転を行わせることで、安価な副生ガスを用いることによる発電コストの低減が可能となる。また、副生ガスの量が不十分である場合は、ボイラが副生ガスと重油の混焼運転を行うことで、製鉄所の操業状態に依存せずに安定した発電を行うことが可能となる。

ところで、重油をボイラへ供給する際には、ポンプを用いて重油の昇圧を行っている。このポンプが停止した状態からポンプを稼働させた場合、ボイラに所定の重油の量が供給されるまでには一定の時間を要する。したがって副生ガスの専焼運転から副生ガスと重油の混焼運転へ切り替える際に速やかに重油をボイラへ供給するためには、専焼運転時においてもポンプを稼働させて、重油の供給路内で重油を循環させる必要がある。

しかしながら、副生ガスの専焼運転時は重油を燃焼しないにもかかわらずポンプを稼働させるため、ポンプに供給する電力が無駄に消費されることとなり、その電力にかかる費用などの運転コストは経済的な観点から無視し得ないものとなっている。特に、重油を高圧力に昇圧するため高圧重油ポンプを稼働させるためにはより多くの電力量を要するため、運転コストの増大を抑えることは重要な課題となっている。

このような副生ガスの専焼運転時において、重油を効率的にボイラへ供給するような制御方法は従来提案されていなかった。

特開２００４−２７９７５号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、ボイラの副生ガスの専焼運転時には、重油をボイラへ迅速に供給できる状態を保つと同時に、可及的に重油の循環に必要な動力を抑えることで、ボイラの運転コストを低減するボイラの運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
製鉄所で発生する副生ガスをボイラに供給する副生ガス供給手段と、
重油タンクに貯蔵された重油を低圧重油ポンプ及び高圧重油ポンプを用いて昇圧し重油供給路を介して前記ボイラに供給する重油供給手段とを具備して、
前記副生ガスと重油の混焼運転及び前記副生ガスの専焼運転を行うボイラの運転方法であって、
前記重油供給手段は、前記重油供給路から分岐して前記重油タンクに戻る重油帰還路を更に備え、
前記ボイラが前記副生ガスの専焼運転を行う際に、重油が前記重油帰還路を介して前記重油タンクに還流するよう弁を制御し、且つ前記高圧重油ポンプを停止させると共に前記低圧重油ポンプを通常運転時よりも低い負荷で稼働させることで前記重油供給系統内の重油を循環させることを特徴とするボイラの運転方法にある。

かかる第１の態様では、ボイラの副生ガスの専焼運転時には、必要最小限の動力で低圧重油ポンプを稼働させることで、消費する電力を最小限に抑えてポンプの運転コストを低減すると共に、副生ガスと重油の混焼運転に切り替える際にも、速やかにボイラへ重油を供給することが可能となる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するボイラの運転方法において、
前記副生ガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス又はこれらを混合したガスであることを特徴とするボイラの運転方法にある。

かかる第２の態様では、副生ガスとして高炉ガス、コークス炉ガスのそれぞれ、又は両方のガスを同時に用いることが可能なボイラに対して重油を効率に供給することができる。

本発明の第３の態様は、
液化ガス貯蔵タンクに貯蔵された液化ガスを気化してボイラに供給するガス供給手段と、
重油タンクに貯蔵された重油を低圧重油ポンプ及び高圧重油ポンプを用いて昇圧し重油供給路を介して前記ボイラに供給する重油供給手段とを具備して、
前記液化ガスと重油の混焼運転及び前記液化ガスの専焼運転を行うボイラの運転方法であって、
前記重油供給手段は、前記重油供給路から分岐して前記重油タンクに戻る重油帰還路を更に備え、
前記ボイラが前記液化ガスの専焼運転を行う際に、重油が前記重油帰還路を介して前記重油タンクに還流するよう弁を制御し、且つ前記高圧重油ポンプを停止させると共に前記低圧重油ポンプを通常運転時よりも低い負荷で稼働させることで前記重油供給系統内の重油を循環させることを特徴とするボイラの運転方法にある。

かかる第３の態様では、副生ガスが利用できない液化ガス供給基地等で、液化ガスと重油とを混焼させて発電をする際に、ボイラに対して重油を効率的に供給することができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載するボイラの運転方法において、
前記液化ガス供給手段は、都市ガス、液化石油ガス、メタンガス、プロパンガス、ブタンガス又はこれらを混合して前記ボイラに供給することを特徴とするボイラの運転方法にある。

かかる第４の態様では、液化ガスとして都市ガス、液化石油ガス、メタンガス、プロパンガス、ブタンガス又はこれらを混合したガスと、重油とを混焼させて発電をする際に、ボイラに対して重油を効率的に供給することができる。

本発明によれば、ボイラの副生ガスの専焼運転時には、重油をボイラへ迅速に供給できる状態を保つと同時に、ボイラへ重油を供給するポンプが必要とする電力を最小限に抑えることで、ボイラの運転コストを低減することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

＜実施形態１＞
図１は本発明の実施の形態に係る燃焼設備の概略図であり、燃焼設備１は製鉄所の近傍に設置され、製鉄所の副生ガスを利用する場合を想定している。

まず、この図を用いて、本発明に係るボイラの運転方法の前提となる副生ガスの専焼運転及び副生ガスと重油の混焼運転を行うことが可能なボイラ２を含む燃焼設備１の構成について説明する。

図示するように、燃焼設備１は主な構成要素として、副生ガスであるＣＯＧ、ＢＦＧ又は重油を燃料として専焼運転、又はこれらの燃料を組み合わせて混焼運転を行うボイラ２と、重油供給手段である重油を貯蔵する重油タンク３と、ＣＯＧ及びＢＦＧを副次的に生成する副生ガス供給手段である製鉄所のコークス炉４及び高炉５とを備えている。

また、重油タンク３とボイラ２とを接続する管路である重油供給路１０、コークス炉４とボイラ２とを接続する管路であるＣＯＧ供給路１１及びコークス炉４とボイラ２とを接続する管路であるＢＦＧ供給路１２が配設されており、これらの供給路はそれぞれ重油，ＣＯＧ及びＢＦＧをボイラ２へ供給するための管路である。ＣＯＧ供給路１１及びＢＦＧ供給路１２上には、Ｕ字水封弁５０、緊急水封弁５１、流量制御ダンパ５２、バーナ弁５３及びバーナ５４が配設されている。

重油供給路１０上には低圧重油ポンプ２０、流量制御弁２１、高圧重油ポンプ２２、遮断弁２３、供給バーナ弁２４及び重油バーナ２５が配設されており、これらの弁やポンプを制御することでボイラへ供給する重油の流量を調整する。

また、残余重油帰還路３０は、重油バーナ２５で燃焼しきれずに残った重油を重油供給路１０に戻すための管路であって、その一端が重油バーナ２５に、他端は流量制御弁２１と高圧ポンプ２２との間の部分の重油供給路１０に接続されている。さらに、戻りバーナ弁３１が残余重油帰還路３０上に配設され、残余重油帰還路３０はコーナ循環弁３２を介して重油供給路１０と接続されている。

また、残余重油帰還路３０から分岐して重油タンク３へ戻る管路である重油帰還路４０が配設されている。ボイラ２が副生ガスの専焼運転を行う際に、重油帰還路４０は重油を重油タンク３に戻すための管路となる。さらに、重油帰還路４０は圧力制御弁４１とミニマムフロー弁４２を介して重油供給路１０と接続されている。

この圧力制御弁４１は流量制御弁２１よりも低圧重油ポンプ２０側における重油供給路１０内の重油の圧力（以下「流量制御弁前圧力」と称する。）を所定の圧力値にするために用いられる。また、ミニマムフロー弁４２は重油の量が高圧重油ポンプ２２の下限流量以下に低下する場合、調整開放して高圧重油ポンプ２２の損傷防止を図るために用いる。

なお、図示しないが、ボイラ２によって発生する高圧蒸気で駆動する蒸気タービンと上記タービンを原動機として発電された電力を利用する製鉄所やその他施設など需要家が存在している。

上述のような構成からなる燃焼設備１のボイラ２の運転方法について説明する。ボイラ２は、ＣＯＧ，ＢＦＧ若しくは重油又はこれらの組合せを燃料として用いる。これらの燃料の使用形態によってボイラ２は重油専焼運転、副生ガスと重油との混焼運転（以下「重油混焼運転」と称する。）又はガス専焼運転の何れかの運転を行うため、これらの運転毎にボイラ２の運転方法を詳説する。

図２は、本発明の実施の形態に係る重油専焼運転及び重油混焼運転時の重油の供給状態を示す概略図である。この図を用いて、ボイラ２の重油専焼運転及び重油混焼運転について説明する。

重油専焼運転とは、コークス炉４及び高炉５からＣＯＧ，ＢＦＧが供給されない場合において、ボイラ２が重油のみを燃焼する運転をいう。

重油専焼運転時においては、流量制御弁２１、遮断弁２３及び供給バーナ弁２４を開放し、低圧重油ポンプ２０及び高圧重油ポンプ２２を稼働させる。これによって、重油タンク３内の重油が各ポンプによって昇圧されて重油バーナ２５へ供給される。

なお、この時、戻りバーナ弁３１を開放し、且つコーナ循環弁３２を閉鎖することで、重油バーナ２５へ供給された重油の内、燃焼されずに残った重油が残余重油帰還路３０を介して重油供給路１０へ戻され、再度、重油バーナ２５へ供給されることとなる。

重油混焼運転とは、ボイラ２でコークス炉４及び高炉５から供給されるＣＯＧ，ＢＦＧを燃焼すると共に、補完的に重油も燃焼する運転をいう。ＣＯＧ，ＢＦＧはコークス炉４及び高炉５の操業状態によってボイラ２へ供給される量が変動するため、ボイラ２は需要家の必要とする電力量（以下「需要電力量」と称す。）を発電するのに十分な高圧蒸気を出力できない場合がある。かかる場合には重油混焼運転を行うことで、需要電力量を発電するのに十分な高圧蒸気を発生させるだけの燃料をボイラ２へ供給することができる。

具体的には、図１に示すように、コークス炉４及び高炉５から供給されたＣＯＧ，ＢＦＧがＵ字水封弁５０及び緊急水封弁５１を経由し、流量制御ダンパ５２で各々のガスの流量が調整された上で、バーナ弁５３を開放しバーナ５４で燃焼される。さらに、重油タンク３から重油をボイラ２へ供給する。この重油の供給に関しては、重油専焼運転と同様であるので説明は省略する。なお、比較的副生ガスの量が多いために、少量の重油をボイラ２へ供給する場合は、ミニマムフロー弁４２を制御することでボイラ２へ供給される重油の量を制御してもよい。

図３は、本発明の実施の形態に係るガス専焼運転時の重油の供給状態を示す概略図である。この図を用いて、ボイラ２のガス専焼運転について説明する。

ガス専焼運転とは、ボイラ２でコークス炉４及び高炉５から供給されるＣＯＧ，ＢＦＧを燃焼する運転をいう。ボイラ２がＣＯＧ，ＢＦＧを燃焼するだけで需要電力量を発電するのに十分な高圧蒸気を出力できる場合に、ボイラ２はガス専焼運転を行う。

ガス専焼運転時においては、流量制御弁２１、遮断弁２３及びコーナ循環弁３２を開放し、且つ供給バーナ弁２４、戻りバーナ弁３１を閉鎖する。さらに、高圧重油ポンプ２２を停止させると共に、低圧重油ポンプ２０の負荷が重油専焼運転又は重油混焼運転時よりも低い負荷となるように、低圧重油ポンプ２０の圧力を下げて稼働させる。これにより、ガス専焼運転時に掛かる電力量を削減することができる。

これによって、低圧重油ポンプ２０によって昇圧された重油は、重油供給路１０からコーナ循環弁３２を介して、残余重油帰還路３０、重油帰還路４０を経て重油タンク３に還流する。

つまり、重油供給路１０、残余重油帰還路３０、重油帰還路４０が環状となるよう弁を制御し、低圧重油ポンプ２０を稼働させることで、重油が常に循環している状態となる。この結果、ガス専焼運転から重油専焼運転又は重油混焼運転へ切り替える際においては、暖機運転のための時間を要さず速やかに重油バーナ２５へ重油を供給することが可能となる。

なお、ガス専焼運転時において、圧力制御弁４１を調整して流量制御弁前圧力を下げてもよい。また、ガス混焼運転時と同様に、ミニマムフロー弁４２を制御することで循環する重油の流量を調整してもよい。

また、重油専焼運転、重油混焼運転及びガス専焼運転時のいずれにおいても、低圧重油ポンプ２０、高圧重油ポンプ２２をそれぞれ複数台用いて、重油を昇圧してもよい。この時、ボイラ２で必要とされる重油の量に応じて、これらのポンプを稼働させる台数を調整するよう制御してもよい。

以上に説明したボイラの運転方法によれば、高圧重油ポンプ２２を稼働させるための電力が不要となるため、電気料金が低減されることによる経済的な効果は特に顕著なものとなる。

図４は、低圧重油ポンプ及び高圧重油ポンプの性能を例示する図である。例えば、ガス専焼運転時間が年間４６００時間程度ある場合に、図４に示す低圧重油ポンプ２０及び高圧重油ポンプ２２を用いて本発明の実施形態に係るボイラの運転方法を実施すると、実施しない場合と比較して年間約２２０ＭＷｈの電力を削減することが可能となる。

本発明は製鉄所において、副生ガスと重油を混焼させてエネルギーを得て発電等を行う場合に関連する産業に利用できる。

本発明の実施の形態に係る燃焼設備の概略図である。 本発明の実施の形態に係る重油専焼運転及び重油混焼運転時の重油の供給状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るガス専焼運転時の重油の供給状態を示す概略図である。 低圧重油ポンプ及び高圧重油ポンプの性能を例示する図である。

符号の説明

１ 燃焼設備
２ ボイラ
３ 重油タンク
４ コークス炉
５ 高炉
１０ 重油供給路
１１ ＣＯＧ供給路
１２ ＢＦＧ供給路
２０ 低圧重油ポンプ
２１ 流量制御弁
２２ 高圧重油ポンプ
２３ 遮断弁
２４ 供給バーナ弁
２５ 重油バーナ
３０ 残余重油帰還路
３１ 戻りバーナ弁
３２ コーナ循環弁
４０ 重油帰還路
４１ 圧力制御弁
４２ ミニマムフロー弁

Claims (4)

1. 製鉄所で発生する副生ガスをボイラに供給する副生ガス供給手段と、
   重油タンクに貯蔵された重油を低圧重油ポンプ及び高圧重油ポンプを用いて昇圧し重油供給路を介して前記ボイラに供給する重油供給手段とを具備して、
   前記副生ガスと重油の混焼運転及び前記副生ガスの専焼運転を行うボイラの運転方法であって、
   前記重油供給手段は、前記重油供給路から分岐して前記重油タンクに戻る重油帰還路を更に備え、
   前記ボイラが前記副生ガスの専焼運転を行う際に、重油が前記重油帰還路を介して前記重油タンクに還流するよう弁を制御し、且つ前記高圧重油ポンプを停止させると共に前記低圧重油ポンプを通常運転時よりも低い負荷で稼働させることで前記重油供給系統内の重油を循環させることを特徴とするボイラの運転方法。
2. 請求項１のボイラの運転方法において、
   前記副生ガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス又はこれらを混合したガスであることを特徴とするボイラの運転方法。
3. 液化ガス貯蔵タンクに貯蔵された液化ガスを気化してボイラに供給するガス供給手段と、
   重油タンクに貯蔵された重油を低圧重油ポンプ及び高圧重油ポンプを用いて昇圧し重油供給路を介して前記ボイラに供給する重油供給手段とを具備して、
   前記液化ガスと重油の混焼運転及び前記液化ガスの専焼運転を行うボイラの運転方法であって、
   前記重油供給手段は、前記重油供給路から分岐して前記重油タンクに戻る重油帰還路を更に備え、
   前記ボイラが前記液化ガスの専焼運転を行う際に、重油が前記重油帰還路を介して前記重油タンクに還流するよう弁を制御し、且つ前記高圧重油ポンプを停止させると共に前記低圧重油ポンプを通常運転時よりも低い負荷で稼働させることで前記重油供給系統内の重油を循環させることを特徴とするボイラの運転方法。
4. 請求項３のボイラの運転方法において、
   前記液化ガス供給手段は、天然ガス、都市ガス、液化石油ガス、メタンガス、プロパンガス、ブタンガス又はこれらを混合して前記ボイラに供給することを特徴とするボイラの運転方法。

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