JP2009174025A - Method for use of blast furnace gas - Google Patents
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Description
本発明は、高炉ガスの利用方法に関する。 The present invention relates to a method for utilizing blast furnace gas.
具体的には、集塵機により清浄化された高炉ガスを製鉄プロセスや発電用に使用する高炉ガスの利用方法に関する。 Specifically, the present invention relates to a method of using blast furnace gas in which blast furnace gas cleaned by a dust collector is used for an iron making process or power generation.
高炉から排出される高炉ガスは、集塵機によりダストを除去した後において0.2〜0.3MPaの圧力を有することから、ＴＲＴ（炉頂圧力回収タービン：Top pressure Recovery Turbine）を用いて発電に利用している。その後、製鉄プロセスにおける加熱用及び発電用の燃料ガスとして使用されている。
近年、発電効率を向上させるために、高炉ガスをガスタービン発電装置で燃焼させることにより発電を行う方法が採用されている。前記の方法の一例として、例えば特開平９−７９０４６号公報に開示されている。
Since the blast furnace gas discharged from the blast furnace has a pressure of 0.2 to 0.3 MPa after the dust is removed by the dust collector, it is used for power generation using a TRT (Top pressure Recovery Turbine). . After that, it is used as a fuel gas for heating and power generation in the iron making process.
In recent years, in order to improve power generation efficiency, a method of generating power by burning blast furnace gas with a gas turbine power generator has been adopted. An example of the above method is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-79046.
しかし、前記従来技術に開示の内容は、高炉ガスをガスタービン発電装置の燃料ガスとして用いるためには高圧に昇圧する必要があり、そのため専用の燃料ガス圧縮機を設けるので設備コストが高くなるうえ、前記のとおりＴＲＴにて一旦降圧した高炉ガスを再度昇圧するためエネルギー利用効率が低下するという問題点があった。
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、高炉ガスを燃料とする発電と高炉ガスを製鉄プロセスにおける加熱用に使用する方法と組み合わせる際の双方の好ましい操業方法を満足する高炉ガスの利用方法を提供することを課題とする。 The present invention solves the problems of the prior art as described above, and satisfies the preferable operation method when combining power generation using blast furnace gas as a fuel and a method of using blast furnace gas for heating in an iron making process. It is an object to provide a method for using gas.
本発明は、高炉ガスを燃料とする発電と高炉ガスを製鉄プロセスにおける加熱用に使用する方法とを組み合わせる際の好ましい操業方法について鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載したとおりの下記内容である。
（１）集塵機により清浄化された高炉ガスの一部は膨張タービンを通過させて圧力を降下させた後、ガスホルダーに貯蔵して製鉄プロセスにおける加熱用として使用する一方、前記膨張タービンの回転により駆動させる高炉ガス圧縮機により、残りの高炉ガスを昇圧し、ガスタービン発電装置で高圧燃焼させて発電を行う燃料として使用することを特徴とする高炉ガスの利用方法。
（２）前記高炉ガスの一部を減圧弁にバイパスさせることにより、前記高炉ガス圧縮機で昇圧された高炉ガスの流量及び圧力を一定にさせることを特徴とする（１）に記載の高炉ガスの利用方法。
The present invention has been made as a result of intensive studies on a preferable operation method when combining power generation using blast furnace gas as a fuel and a method of using blast furnace gas for heating in an iron making process. It is the following contents as described in the claims.
(1) A part of the blast furnace gas cleaned by the dust collector is passed through the expansion turbine to lower the pressure, and then stored in a gas holder and used for heating in the iron making process, while the expansion turbine rotates. A method of using blast furnace gas, wherein the remaining blast furnace gas is boosted by a driven blast furnace gas compressor and used as fuel for generating power by being subjected to high-pressure combustion in a gas turbine power generator.
(2) The blast furnace gas according to (1), wherein the flow rate and pressure of the blast furnace gas increased by the blast furnace gas compressor are made constant by bypassing a part of the blast furnace gas to a pressure reducing valve. How to use
＜作用＞
（１）の発明によれば、 集塵機により清浄化された高炉ガスの一部は膨張タービンを通過させて圧力を降下させた後、ガスホルダーに貯蔵して製鉄プロセスにおける加熱用として使用する一方、前記膨張タービンの回転により駆動させる高炉ガス圧縮機に残りの高炉ガスを通過させて昇圧し、ガスタービン発電装置で燃焼させて発電を行うので、一旦ＴＲＴで大気圧近くまで発電しながら降圧させてから、再度ガスタービン発電装置に設けられた燃料ガス圧縮機で昇圧する従来方式より、全体として発電量が増加し、高炉ガスのエネルギー利用効率が良くなる。さらに、ＴＲＴの代わりに高炉ガス圧縮機及び膨張タービンを設置する必要があるものの、従来設置しているガスタービン発電装置側の燃料ガス圧縮機を小型化またはなくすことができる。また、ガスホルダーに貯蔵する高炉ガスの量が減少するため、ガスホルダーの容量も小さくすることができ、全体として設備コストを低減することができる。
（２）の発明によれば、高炉ガス圧縮機で昇圧された高炉ガスの流量及び圧力を一定に保つことにより、ガスタービン発電装置を安定して操業することができる。
<Action>
According to the invention of (1), a part of the blast furnace gas cleaned by the dust collector is passed through the expansion turbine to reduce the pressure, and then stored in the gas holder and used for heating in the iron making process. The remaining blast furnace gas is passed through the blast furnace gas compressor driven by the rotation of the expansion turbine to boost the pressure, and the gas turbine power generator burns the power to generate power. Therefore, the amount of power generation increases as a whole and the energy utilization efficiency of the blast furnace gas is improved as compared with the conventional method in which the pressure is increased again by the fuel gas compressor provided in the gas turbine power generator. Furthermore, although it is necessary to install a blast furnace gas compressor and an expansion turbine instead of TRT, the conventionally installed fuel gas compressor on the gas turbine power generation device side can be reduced in size or eliminated. Further, since the amount of blast furnace gas stored in the gas holder is reduced, the capacity of the gas holder can be reduced, and the equipment cost can be reduced as a whole.
According to the invention of (2), the gas turbine power generator can be stably operated by keeping the flow rate and pressure of the blast furnace gas boosted by the blast furnace gas compressor constant.
本発明によれば、高炉ガスを燃料とする発電と高炉ガスを製鉄プロセスにおける加熱用に使用する方法と組み合わせる際の双方の好ましい操業方法を満足する高炉ガスの利用方法を提供することができ、具体的には下記のような産業上有用な著しい効果を奏する。
１）ガスタービン発電装置で高圧燃焼させる燃料は高圧で供給し、ガスタービン発電装置側の燃料ガス圧縮機で昇圧する動力を削減しているので、一旦ＴＲＴで大気圧近くまで発電しながら降圧させてから、ガスタービン発電機で昇圧する従来方式より、全体として発電量が増加し、高炉ガスのエネルギー利用効率がよくなる。
2）ＴＲＴの代わりに高炉ガス圧縮機及び膨張タービンを設置する必要があるものの、従来設置しているガスタービン発電装置側の燃料ガス圧縮機を小型化またはなくすことができ、ガスホルダーに貯蔵する高炉ガスの量が減少するため、ガスホルダーの容量も小さくすることができ、全体として設備コストを低減することができる。
3）ガスタービン発電装置に供給する高炉ガスの圧力、流量を安定させることにより、ガスタービン発電装置の操業を安定させることができる。
According to the present invention, it is possible to provide a method of using blast furnace gas that satisfies both preferred operation methods when combined with power generation using blast furnace gas as a fuel and a method of using blast furnace gas for heating in an iron making process, Specifically, the following industrially useful remarkable effects are exhibited.
1) The fuel to be burned at high pressure in the gas turbine power generator is supplied at high pressure, and the power to be boosted by the fuel gas compressor on the gas turbine power generator is reduced. After that, compared to the conventional method of boosting with a gas turbine generator, the amount of power generation increases as a whole, and the energy utilization efficiency of blast furnace gas is improved.
2) Although it is necessary to install a blast furnace gas compressor and expansion turbine instead of TRT, the conventional gas gas generator generator side fuel gas compressor can be reduced in size or eliminated and stored in a gas holder Since the amount of blast furnace gas decreases, the capacity of the gas holder can also be reduced, and the equipment cost can be reduced as a whole.
3) By stabilizing the pressure and flow rate of the blast furnace gas supplied to the gas turbine generator, the operation of the gas turbine generator can be stabilized.
本発明を実施するための最良の形態について図１乃至図４を用いて詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図１乃至図４において、１はガスタービン発電装置、２は燃焼器、３はＴＲＴ、４は減圧弁、５はサイレンサー、６はガスホルダー、７は燃料ガス圧縮機、８は蒸気タービン、９はガスタービン発電機、１０は空気圧縮機、１１はガスタービン、１２は蒸気ボイラー、１４は流量調整弁、１５は高炉ガス圧縮機、１６は膨張タービン、１７は流量計、ＢＦＧは高炉ガス、ＣＯＧはコークス炉ガス、を示し、同じ要素については同じ記号を用いることにより説明の重複を避ける。 1 to 4, 1 is a gas turbine generator, 2 is a combustor, 3 is a TRT, 4 is a pressure reducing valve, 5 is a silencer, 6 is a gas holder, 7 is a fuel gas compressor, 8 is a steam turbine, 9 Is a gas turbine generator, 10 is an air compressor, 11 is a gas turbine, 12 is a steam boiler, 14 is a flow control valve, 15 is a blast furnace gas compressor, 16 is an expansion turbine, 17 is a flow meter, BFG is blast furnace gas, COG indicates coke oven gas, and the same symbols are used for the same elements to avoid duplication of explanation.
図４は、従来の高炉ガスの利用方法を例示する図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional method of using blast furnace gas.
図４に示すように、ダストが除去されて清浄化された0.2〜0.3MPa程度の高炉ガスは、ＴＲＴ３にて発電を行いながら降圧した後、ガスホルダー６に貯蔵される。 As shown in FIG. 4, the blast furnace gas of about 0.2 to 0.3 MPa, which is cleaned by removing dust, is stored in the gas holder 6 after being lowered in pressure while generating power in the TRT 3.
ＴＲＴ３を稼動させないときは、高炉ガスは、減圧弁４により降圧してサイレンサー６により消音した後、ガスホルダー６に貯蔵される。 When the TRT 3 is not operated, the blast furnace gas is depressurized by the pressure reducing valve 4, silenced by the silencer 6, and then stored in the gas holder 6.
ガスホルダー６に貯蔵された高炉ガスは、ガスタービン発電装置１側と熱風炉、コークス炉等の製鉄プロセスにおける加熱側に分岐され、ガスタービン発電装置１側に導入された高炉ガスは燃料ガス圧縮機７により大気圧から昇圧された後、空気圧縮機１０で昇圧された空気と混合して燃焼器２で燃焼され、ガスタービン１１を駆動した後、蒸気ボイラー１２に熱を供給して過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気で蒸気タービン８を駆動して発電することができる。 The blast furnace gas stored in the gas holder 6 is branched into the gas turbine power generator 1 side and the heating side in the iron making process such as a hot stove and coke oven, and the blast furnace gas introduced into the gas turbine power generator 1 side is compressed with fuel gas. After being pressurized from the atmospheric pressure by the machine 7, it is mixed with the air pressurized by the air compressor 10 and burned by the combustor 2. After driving the gas turbine 11, heat is supplied to the steam boiler 12 to superheated steam. And the steam turbine 8 can be driven by this superheated steam to generate electric power.
一方、製鉄プロセスにおける加熱側に導入される高炉ガスはコークス炉ガス（ＣＯＧ）とともに熱風炉やコークス炉等の加熱用の燃料として使用される。 On the other hand, the blast furnace gas introduced to the heating side in the iron making process is used as a heating fuel for a hot blast furnace, a coke oven, etc. together with a coke oven gas (COG).
このように、図１に示す従来の高炉ガスの利用方法においては、清浄化された高炉ガスをＴＲＴ３にて当該ガスの圧力を降下させ、発電を行い、その後、ガスホルダー６にて貯蔵した後、前記貯蔵されている高炉ガスの一部を降下させた圧力のままで燃焼させて熱風炉やコークス炉などの製鉄プロセスでの加熱用燃料として使用する一方、前記貯蔵されている残りの高炉ガスを、昇圧してガスタービン発電装置１で燃焼させ発電を行っていた。 As described above, in the conventional method of using the blast furnace gas shown in FIG. 1, the purified blast furnace gas is reduced in pressure by the TRT 3 to generate power, and then stored in the gas holder 6. The stored blast furnace gas is burned at a reduced pressure and used as a heating fuel in a steelmaking process such as a hot blast furnace or a coke oven, while the remaining stored blast furnace gas The pressure was increased and burned by the gas turbine power generator 1 to generate power.
しかし、このような従来の高炉ガスの利用方法においては、高炉ガスの圧力を一旦大気圧まで降圧した後、ガスタービン１１で燃焼させるために、燃料ガス圧縮機７を設けて昇圧する必要があり、そのための設備コストがかかるうえ、降圧および昇圧するときにエネルギー損失が発生するという問題点があった。 However, in such a conventional method of using blast furnace gas, it is necessary to increase the pressure by providing the fuel gas compressor 7 in order to burn the gas turbine 11 after reducing the pressure of the blast furnace gas to atmospheric pressure. In addition, there is a problem in that the equipment cost is increased and energy loss occurs when the pressure is reduced and boosted.
図２は、本発明の高炉ガスの利用方法を例示する詳細図である。 FIG. 2 is a detailed view illustrating the method of using blast furnace gas of the present invention.
本発明においては、ダストが除去されて清浄化された0.2〜0.3MPa程度の高炉ガスをガスタービン発電装置１で燃焼させるラインと製鉄プロセスにおける加熱用燃料として燃焼させるラインとに分岐させ、製鉄プロセスにおける加熱用燃料として燃焼させる高炉ガスは膨張タービン１６を通過させて圧力を降下させた後、ガスホルダー６に貯蔵して熱風炉、コークス炉等の製鉄プロセスにおける加熱用燃料として使用する一方、前記膨張タービン１６の回転により駆動させる高炉ガス圧縮機１５にガスタービン発電装置１で燃焼させる高炉ガスを通過させて昇圧し、ガスタービン発電装置１に供給し、燃料ガス圧縮機７でさらに昇圧した後、燃焼器２で燃焼させてガスタービン１１を駆動させた後、蒸気ボイラー１２に熱を供給して過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気で蒸気タービン８を駆動して発電を行うことを特徴とする。 In the present invention, the blast furnace gas of about 0.2 to 0.3 MPa, which has been cleaned by removing dust, is branched into a line for burning in the gas turbine power generator 1 and a line for burning as a heating fuel in the iron making process. The blast furnace gas to be combusted as the heating fuel in the furnace is allowed to pass through the expansion turbine 16 and the pressure is lowered. Then, the blast furnace gas is stored in the gas holder 6 and used as a heating fuel in a steelmaking process such as a hot blast furnace and a coke oven. After the blast furnace gas combusted by the gas turbine power generation device 1 is passed through the blast furnace gas compressor 15 driven by the rotation of the expansion turbine 16 to increase the pressure, the gas is supplied to the gas turbine power generation device 1, and the pressure is further increased by the fuel gas compressor 7 After the gas turbine 11 is driven by combustion in the combustor 2, heat is supplied to the steam boiler 12 to generate superheated steam. And, and performing power generation by driving the steam turbine 8 in the superheated steam.
図３は、本発明の作用・効果を例示する図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating the operation and effect of the present invention.
本発明によれば、膨張タービン１６を用いて、製鉄プロセスにおける加熱用燃料を降圧するときに発生する膨張エネルギーを用いて、ガスタービン発電装置１の燃料に用いる高炉ガスを昇圧させ、ガスタービン発電装置の燃料として供給している。これにより、従来の高炉ガスの利用方法を示す図１で使用していたＴＲＴでの発電量Aはなくなるが、高炉ガスを高圧で供給しているため、燃料ガスコンプレッサー１１で必要な駆動力をDからD’に削減できる。空気圧縮機に必要な駆動力Cは変わらない。また、ガスタービン発電装置の総出力Fは一定であるのでガスタービン発電機での発電量はBからB’に増加する。この増加量は高炉ガス圧縮機により回収したエネルギーEと等しい。これは従来方式でのＴＲＴ発電量Aより多いので全体として発電量が増加し、高炉ガスのエネルギー利用効率がよくなる。また、ＴＲＴの発電機３の代わりに高炉ガス圧縮機１５及び膨張タービン１６を設置する必要があるものの、ガスタービン発電装置１側の燃料ガス圧縮機１５を小型化することができ、ガスホルダー６に貯蔵する高炉ガスの量が減少するため、ガスホルダー６の容量も小さくすることができ、全体として設備コストを低減することができる。 According to the present invention, the expansion turbine 16 is used to increase the pressure of the blast furnace gas used as the fuel of the gas turbine power generation apparatus 1 using the expansion energy generated when the heating fuel in the iron making process is stepped down, thereby generating gas turbine power generation. It is supplied as fuel for the equipment. As a result, the power generation amount A in the TRT used in FIG. 1 showing the conventional method of using the blast furnace gas is eliminated, but since the blast furnace gas is supplied at a high pressure, the fuel gas compressor 11 has a necessary driving force. It can be reduced from D to D '. The driving force C required for the air compressor does not change. Further, since the total output F of the gas turbine power generator is constant, the amount of power generated by the gas turbine generator increases from B to B '. This increase is equal to the energy E recovered by the blast furnace gas compressor. Since this is larger than the TRT power generation amount A in the conventional method, the power generation amount increases as a whole, and the energy utilization efficiency of the blast furnace gas is improved. Although it is necessary to install the blast furnace gas compressor 15 and the expansion turbine 16 instead of the generator 3 of the TRT, the fuel gas compressor 15 on the gas turbine power generator 1 side can be reduced in size, and the gas holder 6 Since the amount of blast furnace gas to be stored in the container is reduced, the capacity of the gas holder 6 can be reduced, and the equipment cost can be reduced as a whole.
清浄化された高炉ガスの圧力は、高炉の操業状態によって圧力と流量が変動するが、ガスタービン発電に用いる高炉ガスの圧力と流量は一定に保つことがガスタービン発電装置の操業上好ましい。 The pressure and flow rate of the cleaned blast furnace gas varies depending on the operating state of the blast furnace, but it is preferable for the operation of the gas turbine power generator to keep the pressure and flow rate of the blast furnace gas used for gas turbine power generation constant.
そこで、高炉ガス圧縮機１５および膨張タービン１６を通過させる高炉ガスの流量を一定にし、残りの高炉ガスは減圧弁４を通過させて大気圧に降圧させた後、ガスホルダー６に貯蔵することにより、ガスタービン発電に用いる高炉ガスの圧力と流量を一定に保つことができる。 Therefore, the flow rate of the blast furnace gas passing through the blast furnace gas compressor 15 and the expansion turbine 16 is made constant, and the remaining blast furnace gas is passed through the pressure reducing valve 4 to be reduced to atmospheric pressure, and then stored in the gas holder 6. The pressure and flow rate of the blast furnace gas used for gas turbine power generation can be kept constant.
本発明においては、減圧弁を通過する高炉ガスの流量を制御する方法は問わないが、例えば、流量計１７にて高炉ガス圧縮機及び膨張タービンに導入される高炉ガスの流量を測定し、この流量が一定になるように流量調整弁１４の開度を調整することにより、高炉ガス圧縮機１５及び膨張タービン１６に導入される流量を調整することができる。
本実施例ではガスタービン発電装置を、蒸気タービンを併設したガスタービン複合発電装置としたが、これに限ることなく例えばガスタービン単独の発電装置でもよい。
In the present invention, the method of controlling the flow rate of the blast furnace gas passing through the pressure reducing valve is not limited. For example, the flow meter 17 measures the flow rate of the blast furnace gas introduced into the blast furnace gas compressor and the expansion turbine. The flow rate introduced into the blast furnace gas compressor 15 and the expansion turbine 16 can be adjusted by adjusting the opening of the flow rate adjustment valve 14 so that the flow rate becomes constant.
In this embodiment, the gas turbine power generation device is a gas turbine combined power generation device provided with a steam turbine. However, the gas turbine power generation device is not limited to this and may be, for example, a power generation device of a gas turbine alone.
１ ガスタービン発電装置
２ 燃焼器
３ ＴＲＴ
４ 減圧弁
５ サイレンサー
６ ガスホルダー
７ 燃料ガス圧縮機
８ 蒸気タービン
９ ガスタービン発電機
１０ 空気圧縮機
１１ ガスタービン
１２ 蒸気ボイラー
１４ 流量調整弁
１５ 高炉ガス圧縮機
１６ 膨張タービン
１７ 流量計
ＢＦＧ 高炉ガス
ＣＯＧ コークスガス
1 Gas Turbine Generator 2 Combustor 3 TRT
4 Pressure reducing valve 5 Silencer 6 Gas holder 7 Fuel gas compressor 8 Steam turbine 9 Gas turbine generator 10 Air compressor 11 Gas turbine 12 Steam boiler
14 Flow control valve 15 Blast furnace gas compressor 16 Expansion turbine 17 Flow meter BFG Blast furnace gas COG Coke gas
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| JP2008015712A JP2009174025A (en) | 2008-01-28 | 2008-01-28 | Method for use of blast furnace gas |
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