JP2018172720A - Blowing method to furnace and blower - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炉への送風方法および送風装置に関する。 The present invention relates to a blowing method and a blowing device for a furnace.
炉（特に、高炉）の操業では、高温の空気（熱風）が炉に設けられた空気の吹き込み口（高炉の場合、「羽口」という。）から炉内に吹き込まれる。従来、吹き込み口（特に、羽口）から炉内に吹き込まれる熱風には、炉への送風用の空気に酸素を加えて得られる酸素富化空気（通常、酸素濃度が２２〜３０体積％程度）を加熱したものが用いられる。
上記の酸素富化空気の調製は、例えば、深冷分離法などによって高濃度酸素（通常、酸素濃度９９体積％以上）を添加して実施される。しかしながら、深冷分離法による酸素の製造は、酸素製造設備の設置コスト、および、これを駆動するためのエネルギーコストが高いという問題がある。
このような問題に対して、特許文献１では、酸素分離膜（複合金属酸化膜）を備えた酸素分離装置を用いて、空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、に分離して、透過ガス（空気から分離した酸素）を炉への送風用の空気と混合することで、酸素富化空気を得る方法が開示されている。また、特許文献１では、不透過ガス（空気から分離した窒素）を有効利用すべく、不透過ガスを微粉炭製造設備に吹き込む方法が開示されている。
In the operation of a furnace (particularly a blast furnace), high-temperature air (hot air) is blown into the furnace from an air blowing port provided in the furnace (in the case of a blast furnace, it is referred to as “feather”). Conventionally, the hot air blown into the furnace from the inlet (particularly the tuyere) is oxygen-enriched air obtained by adding oxygen to the air for blowing into the furnace (usually an oxygen concentration of about 22 to 30% by volume) ) Is used.
The above oxygen-enriched air is prepared, for example, by adding high concentration oxygen (usually an oxygen concentration of 99% by volume or more) by a cryogenic separation method or the like. However, the production of oxygen by the cryogenic separation method has a problem that the installation cost of the oxygen production facility and the energy cost for driving it are high.
In order to solve such a problem, Patent Document 1 uses an oxygen separation apparatus including an oxygen separation membrane (composite metal oxide film) to provide an impervious gas having a nitrogen concentration higher than air and an oxygen concentration higher than air. A method of obtaining oxygen-enriched air by separating the permeated gas (oxygen separated from the air) with air for blowing into the furnace is disclosed. Moreover, in patent document 1, in order to utilize effectively the impervious gas (nitrogen isolate | separated from the air), the method of blowing impervious gas into pulverized coal manufacturing equipment is disclosed.
ここで、特許文献１では、送風機の空気供給側に透過ガスを供給する方法（いわゆる低圧法）、および、送風機の空気吹き出し側に透過ガスを供給する方法（いわゆる高圧法）が開示されている。
しかしながら、特許文献１にも記載されているように、高圧法においては、透過ガスを加圧するための専用の空気圧縮機（例えば、ポンプ）を設ける必要があり（特許文献１の段落［００２４］を参照）、これの駆動に使用する電力コストが生じたりするという問題があった。
Here, Patent Document 1 discloses a method of supplying a permeate gas to the air supply side of the blower (so-called low pressure method) and a method of supplying the permeate gas to the air blowing side of the blower (so-called high pressure method). .
However, as described in Patent Document 1, in the high pressure method, it is necessary to provide a dedicated air compressor (for example, a pump) for pressurizing the permeate gas (paragraph [0024] of Patent Document 1). ), And there is a problem in that the power cost used to drive it is generated.
そこで、本発明は、高圧法で酸素富化空気を炉に送風する場合に、低コストで運転可能な炉への送風方法、および、送風装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a blowing method and a blowing device for a furnace that can be operated at low cost when oxygen-enriched air is blown into the furnace by a high-pressure method.
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の構成により上記目的を達成できることを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by the following configuration.
［１］
送風機を用いて炉に送風する送風方法であって、
空気圧縮機Ａから圧送される空気を、酸素分離膜を有する酸素分離装置に供給して、前記酸素分離膜を透過した、該空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、前記酸素分離膜を透過しなかった、該空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、に分離する工程と、
前記透過ガスを前記送風機の出側に供給して、前記透過ガスと前記送風機から送り出される空気とを混合し、得られた酸素富化空気を前記炉に供給する工程と、
前記不透過ガスを、圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する圧力回収装置に送る工程と、を備え、
前記空気圧縮機Ａの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用する、送風方法。
［２］
前記空気圧縮機Ａ、および、前記空気圧縮機Ａとは異なる空気圧縮機Ｂを用いて、前記酸素分離装置に空気を圧送し、
前記空気圧縮機Ｂの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用しない、［１］に記載の送風方法。
［３］
前記空気圧縮機Ａと前記空気圧縮機Ｂとが並列に配置され、
前記空気圧縮機Ａおよび前記空気圧縮機Ｂから圧送された空気を共に前記酸素分離装置に供給する、［２］に記載の送風方法。
［４］
前記空気圧縮機Ａと前記空気圧縮機Ｂとが直列に配置され、
前記空気圧縮機Ａから圧送された空気を、前記空気圧縮機Ｂを経由して、前記酸素分離装置に供給する、［２］に記載の送風方法。
［５］
前記炉が、高炉である、［１］〜［４］のいずれか１つに記載の送風方法。
［６］
空気を圧送する空気圧縮機Ａと、
酸素分離膜を有し、前記空気圧縮機Ａから圧送される空気を、前記酸素分離膜を透過した、該空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、前記酸素分離膜を透過しなかった、該空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、に分離する酸素分離装置と、
炉に送風する送風機であって、前記透過ガスが出側に供給され、該透過ガスを含む酸素富化空気を炉に供給する送風機と、
前記不透過ガスを回収し、前記不透過ガスの圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する圧力回収装置と、を備え、
前記空気圧縮機Ａの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用する、送風装置。
［７］
前記酸素分離装置に空気を圧送する、前記空気圧縮機Ａとは異なる空気圧縮機Ｂを更に備え、
前記空気圧縮機Ｂの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用しない、［６］に記載の送風装置。
［８］
前記空気圧縮機Ａと前記空気圧縮機Ｂとが並列に配置され、
前記空気圧縮機Ａおよび前記空気圧縮機Ｂから圧送された空気を共に前記酸素分離装置に供給する、［７］に記載の送風装置。
［９］
前記空気圧縮機Ａと前記空気圧縮機Ｂとが直列に配置され、
前記空気圧縮機Ａから圧送された空気を、前記空気圧縮機Ｂを経由して、前記酸素分離装置に供給する、［７］に記載の送風装置。
［１０］
前記炉が、高炉である、［６］〜［９］のいずれか１つに記載の送風装置。
[1]
A method of blowing air to a furnace using a blower,
The air pumped from the air compressor A is supplied to an oxygen separator having an oxygen separation membrane, and passes through the oxygen separation membrane. The permeated gas has a higher oxygen concentration than the air, and passes through the oxygen separation membrane. And the step of separating into an impervious gas having a higher nitrogen concentration than the air,
Supplying the permeate gas to the outlet side of the blower, mixing the permeate gas and air sent from the blower, and supplying the obtained oxygen-enriched air to the furnace;
Sending the impervious gas to a pressure recovery device that converts pressure energy into kinetic energy, and
A blowing method in which the pressure of the impermeable gas is used as the driving force of the air compressor A.
[2]
Using the air compressor A and the air compressor B different from the air compressor A, the air is pumped to the oxygen separator,
The air blowing method according to [1], wherein the pressure of the impermeable gas is not used as the driving force of the air compressor B.
[3]
The air compressor A and the air compressor B are arranged in parallel,
The air blowing method according to [2], wherein both the air compressed from the air compressor A and the air compressor B are supplied to the oxygen separator.
[4]
The air compressor A and the air compressor B are arranged in series,
The air blowing method according to [2], wherein the air pumped from the air compressor A is supplied to the oxygen separation device via the air compressor B.
[5]
The blowing method according to any one of [1] to [4], wherein the furnace is a blast furnace.
[6]
An air compressor A for pumping air;
An oxygen separation membrane, and the air pumped from the air compressor A was permeated through the oxygen separation membrane, the permeated gas having a higher oxygen concentration than the air, and not permeated through the oxygen separation membrane, An oxygen separator that separates into an impervious gas having a higher nitrogen concentration than air;
A blower for blowing into a furnace, wherein the permeate gas is supplied to the outlet side, and the blower supplies oxygen-enriched air containing the permeate gas to the furnace;
A pressure recovery device that recovers the impermeable gas and converts pressure energy of the impermeable gas into kinetic energy;
A blower that uses the pressure of the impermeable gas as the driving force of the air compressor A.
[7]
An air compressor B different from the air compressor A for pumping air to the oxygen separator;
The air blower according to [6], wherein the pressure of the impermeable gas is not used as the driving force of the air compressor B.
[8]
The air compressor A and the air compressor B are arranged in parallel,
The air blower according to [7], wherein both the air compressed from the air compressor A and the air compressor B are supplied to the oxygen separator.
[9]
The air compressor A and the air compressor B are arranged in series,
The air blower according to [7], wherein the air pumped from the air compressor A is supplied to the oxygen separator via the air compressor B.
[10]
The blower according to any one of [6] to [9], wherein the furnace is a blast furnace.
本発明によれば、高圧法で酸素富化空気を炉に送風する場合に、低コストで運転可能な炉への送風方法、および、送風装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when oxygen-enriched air is ventilated to a furnace by a high-pressure method, the ventilation method to a furnace which can be drive | operated at low cost, and an air blower can be provided.
本発明の送風方法は、送風機を用いて炉に送風する送風方法であって、空気圧縮機Ａから圧送される空気を、酸素分離膜を有する酸素分離装置に供給して、上記酸素分離膜を透過した、上記空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、上記酸素分離膜を透過しなかった、上記空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、に分離する工程と、上記透過ガスを上記送風機の出側に供給して、上記透過ガスと上記送風機から送り出される空気とを混合し、得られた酸素富化空気を上記炉に供給する工程と、上記不透過ガスを、圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する圧力回収装置に送る工程と、を備え、上記空気圧縮機Ａの駆動力として上記不透過ガスの圧力を使用する。
また、本発明の送風装置は、空気を圧送する空気圧縮機Ａと、酸素分離膜を有し、上記空気圧縮機Ａから圧送される空気を、上記酸素分離膜を透過した、上記空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、上記酸素分離膜を透過しなかった、上記空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、に分離する酸素分離装置と、炉に送風する送風機であって、上記透過ガスが出側に供給され、上記透過ガスを含む酸素富化空気を炉に供給する送風機と、上記不透過ガスを回収し、上記不透過ガスの圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する圧力回収装置と、を備え、上記空気圧縮機Ａの駆動力として上記不透過ガスの圧力を使用する。
The air blowing method of the present invention is a air blowing method in which air is blown into a furnace using a blower, and the air fed from the air compressor A is supplied to an oxygen separation device having an oxygen separation membrane, and the oxygen separation membrane is used. A step of separating the permeated gas having a higher oxygen concentration than the air and a non-permeating gas having a higher nitrogen concentration than the air that has not permeated the oxygen separation membrane; And supplying the obtained oxygen-enriched air to the furnace, and mixing the impervious gas with pressure energy as kinetic energy. And a step of sending the pressure to the pressure recovery device, and the pressure of the impermeable gas is used as the driving force of the air compressor A.
Moreover, the air blower of this invention has the air compressor A which pumps air, and an oxygen separation membrane, The air pumped from the said air compressor A is more permeated than the said air which permeate | transmitted the said oxygen separation membrane. An oxygen separator that separates into a permeate gas having a high oxygen concentration and a non-permeate gas having a higher nitrogen concentration than the air that has not permeated through the oxygen separation membrane, and a blower that blows air to a furnace, A blower in which gas is supplied to the outlet side and supplies oxygen-enriched air containing the permeate gas to the furnace; a pressure recovery device that recovers the impervious gas and converts the pressure energy of the impervious gas into kinetic energy; The pressure of the impermeable gas is used as the driving force of the air compressor A.
以下、本発明の送風方法および送風装置の好適な実施形態を、図１を参照して具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されない。 Hereinafter, a preferred embodiment of the air blowing method and the air blowing device of the present invention will be specifically described with reference to FIG. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.
図１は、本発明の送風装置の一実施形態である送風装置１００を示す概略図である。
図１に示すように、空気１（以下、「原料空気１」ともいう。）は、空気圧縮機１０Ａ、および、空気圧縮機１０Ａとは異なる空気圧縮機１０Ｂに供給される。
図１の例では、空気圧縮機１０Ａおよび空気圧縮機１０Ｂは、原料空気１の流れ方向（原料空気１の供給方向）に対して、並列に配置されている。
空気圧縮機１０Ａに供給された原料空気１および空気圧縮機１０Ｂに供給された原料空気１は共に圧送されて、酸素分離装置２０に供給される。
空気圧縮機１０Ａは、後述する不透過ガス３の圧力を利用して、原料空気１を圧縮する。なお、空気圧縮機１０Ａは、不透過ガス３の圧力とともに、図示しない発電機などから供給される電力を補助的に使用して原料空気１の圧縮を実施してもよい。
空気圧縮機１０Ｂは、後述する不透過ガス３の圧力を使用せず、原料空気１を圧縮する。具体的には、空気圧縮機１０Ｂは、例えば図示しない発電機などから供給される電力を利用して、原料空気１を圧縮する。
空気圧縮機１０Ａおよび空気圧縮機１０Ｂによって加圧された原料空気１の圧力は、８００〜２０００ＫＰａが好ましく、１０００〜１５００ＫＰａがより好ましい。
FIG. 1 is a schematic view showing a blower 100 that is an embodiment of the blower of the present invention.
As shown in FIG. 1, air 1 (hereinafter also referred to as “raw air 1”) is supplied to an air compressor 10A and an air compressor 10B different from the air compressor 10A.
In the example of FIG. 1, the air compressor 10 </ b> A and the air compressor 10 </ b> B are arranged in parallel with the flow direction of the raw material air 1 (the supply direction of the raw material air 1).
The raw material air 1 supplied to the air compressor 10 </ b> A and the raw material air 1 supplied to the air compressor 10 </ b> B are both pumped and supplied to the oxygen separation device 20.
The air compressor 10A compresses the raw air 1 using the pressure of an impervious gas 3 described later. In addition, 10 A of air compressors may compress the raw material air 1 using the electric power supplied from the generator etc. which are not shown in figure with the pressure of the impermeable gas 3 supplementarily.
The air compressor 10B compresses the raw material air 1 without using the pressure of the impervious gas 3 described later. Specifically, the air compressor 10B compresses the raw material air 1 using, for example, power supplied from a generator (not shown) or the like.
The pressure of the raw material air 1 pressurized by the air compressor 10A and the air compressor 10B is preferably 800 to 2000 KPa, and more preferably 1000 to 1500 KPa.
酸素分離装置２０に供給された原料空気１は、酸素分離装置２０内に設置された酸素分離膜２２を透過した、酸素濃度が原料空気１よりも高い透過ガス２と、酸素分離膜２２を透過しなかった、窒素濃度が原料空気１よりも高い不透過ガス３と、に分離する。
酸素分離膜２２の材質は、酸素濃度が空気よりも高い透過ガス２と、窒素濃度が原料空気１よりも高い不透過ガス３と、を得られるのであれば特に限定されないが、その具体例としては、複合金属酸化膜（例えば、ペロブスカイト型金属酸化物、酸化金属安定化ジルコニア）、ポリイミドなどの高分子膜、ゼオライト膜が挙げられる。
透過ガス２の酸素濃度は、通常２５〜５０体積％であり、３０〜４０体積％が好ましい。
The raw material air 1 supplied to the oxygen separation device 20 permeates through the oxygen separation membrane 22 installed in the oxygen separation device 20 and permeates the permeated gas 2 having a higher oxygen concentration than the raw material air 1 and the oxygen separation membrane 22. The non-permeated gas 3 having a nitrogen concentration higher than that of the raw air 1 was not separated.
The material of the oxygen separation membrane 22 is not particularly limited as long as the permeate gas 2 having an oxygen concentration higher than that of air and the impervious gas 3 having a nitrogen concentration higher than that of the raw material air 1 can be obtained. Examples thereof include composite metal oxide films (for example, perovskite metal oxides, metal oxide stabilized zirconia), polymer films such as polyimide, and zeolite films.
The oxygen concentration of the permeating gas 2 is usually 25 to 50% by volume, preferably 30 to 40% by volume.
図２は、酸素分離装置２０に供給された原料空気１の流れを示す概略図である。所定の圧力まで加圧された原料空気１を、酸素分離膜２２を備えた酸素分離装置２０に導入すると、酸素分離膜２２を介して圧力差が生じるので、原料空気１の一部が酸素分離膜２２を透過する。このとき、酸素の透過速度が窒素の透過速度を上回ると、酸素分離膜２２を透過したガスから透過ガス２が得られる。一方、不透過側からは、不透過ガス３が得られる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of the raw air 1 supplied to the oxygen separation device 20. When the raw material air 1 pressurized to a predetermined pressure is introduced into the oxygen separation device 20 provided with the oxygen separation membrane 22, a pressure difference is generated through the oxygen separation membrane 22, so that a part of the raw material air 1 is separated by oxygen. Permeates through the membrane 22. At this time, if the oxygen permeation rate exceeds the nitrogen permeation rate, the permeate gas 2 is obtained from the gas that has permeated the oxygen separation membrane 22. On the other hand, an impermeable gas 3 is obtained from the impermeable side.
原料空気１から分離した不透過ガス３は、圧力回収装置３０に供給される。圧力回収装置３０は、供給された不透過ガス３の圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する。
不透過ガス３の圧力（すなわち、圧力回収装置３０を用いて得られる運動エネルギー）は、空気圧縮機１０Ａの駆動力として使用される。これにより、空気圧縮機１０Ａが駆動して、空気圧縮機１０Ａに供給された原料空気１が圧縮する。
圧力回収装置３０の具体例としては、タービン（例えば、軸流タービン）が挙げられる。
圧力回収装置３０と空気圧縮機１０Ａとは、同軸に配置されているのが好ましい。これにより、不透過ガス３の圧力によって圧力回収機構３０（例えば、タービン）が駆動すると、同軸に配置された空気圧縮機１０Ａが圧力回収機構３０と連動して、原料空気１が圧縮される。
The impervious gas 3 separated from the raw air 1 is supplied to the pressure recovery device 30. The pressure recovery device 30 converts the pressure energy of the supplied impervious gas 3 into kinetic energy.
The pressure of the impervious gas 3 (that is, the kinetic energy obtained using the pressure recovery device 30) is used as the driving force of the air compressor 10A. Thereby, 10 A of air compressors drive and the raw material air 1 supplied to 10 A of air compressors compresses.
A specific example of the pressure recovery device 30 is a turbine (for example, an axial flow turbine).
The pressure recovery device 30 and the air compressor 10A are preferably arranged coaxially. Thereby, when the pressure recovery mechanism 30 (for example, a turbine) is driven by the pressure of the impermeable gas 3, the air compressor 10A arranged coaxially is linked to the pressure recovery mechanism 30 and the raw air 1 is compressed.
原料空気１から分離した透過ガス２は、送風機４０における空気４（以下、「送風空気４」ともいう。）の出側（すなわち、送風機４０の送風空気４の吹き出し側）に供給される。これにより、透過ガス２と送風空気４とが混合して、酸素富化空気５が得られる。
送風装置１００によれば、空気圧縮機１０Ａが、不透過ガス３の圧力を動力源とする圧力回収装置３０によって駆動するため、送風装置１００の省電力化が達成される。
The permeate gas 2 separated from the raw material air 1 is supplied to the outlet side of the air 4 (hereinafter also referred to as “blowing air 4”) in the blower 40 (that is, the blowout side of the blown air 4 of the blower 40). Thereby, the permeate gas 2 and the blown air 4 are mixed to obtain oxygen-enriched air 5.
According to the air blower 100, since the air compressor 10A is driven by the pressure recovery device 30 using the pressure of the impervious gas 3 as a power source, power saving of the air blower 100 is achieved.
酸素富化空気５は、送風機４０によって、熱風炉５０に供給される。酸素富化空気５は、熱風炉５０によって昇温された後、高炉６０内に吹き込まれる。このようにして、高炉６０の操業に必要な酸素富化空気５が高炉６０内に供給されて、高炉６０の操業が実施される。
熱風炉４０による昇温は、酸素富化空気５が９００〜１２５０℃になるまで実施されるのが好ましい。
酸素富化空気５の酸素濃度は、２３〜３５体積％が好ましく、２５〜２９体積％がより好ましい。
The oxygen-enriched air 5 is supplied to the hot stove 50 by the blower 40. The oxygen-enriched air 5 is heated by the hot air furnace 50 and then blown into the blast furnace 60. In this manner, the oxygen-enriched air 5 necessary for the operation of the blast furnace 60 is supplied into the blast furnace 60, and the operation of the blast furnace 60 is performed.
The temperature increase by the hot stove 40 is preferably carried out until the oxygen-enriched air 5 reaches 900 to 1250 ° C.
The oxygen concentration of the oxygen-enriched air 5 is preferably 23 to 35% by volume, and more preferably 25 to 29% by volume.
図１では、高炉６０を用いた例を示したが、これに限定されず、本発明の送風方法および送風装置は、焼結炉にも適用できる。 Although the example using the blast furnace 60 was shown in FIG. 1, it is not limited to this, The ventilation method and ventilation apparatus of this invention are applicable also to a sintering furnace.
図１の送風装置１００は、２つの空気圧縮機が並列に配置された場合を示すものであるが、これに限定されず、２つの空気圧縮機が直列に配置されていてもよい。
以下、２つの空気圧縮機が直列に配置された本発明の送風装置について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の送風装置の一実施形態である送風装置２００を示す概略図である。なお、図３中、図１と同一の符号を付したものについては図１と同義であるので、その説明を省略する場合がある。
Although the air blower 100 of FIG. 1 shows the case where two air compressors are arrange | positioned in parallel, it is not limited to this, Two air compressors may be arrange | positioned in series.
Hereinafter, the air blower of the present invention in which two air compressors are arranged in series will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a blower 200 that is an embodiment of the blower of the present invention. 3 that have the same reference numerals as those in FIG. 1 are synonymous with those in FIG.
図３の送風装置２００において、空気圧縮機１１０Ａと空気圧縮機１１０Ｂとが、原料空気１の流れ方向（原料空気１の供給方向）に対して、直列に配置されている。より具体的には、空気圧縮機１１０Ａは、原料空気１の流れ方向に対して、空気圧縮機１１０Ｂの上流側に配置されている。空気圧縮機１１０Ａから圧送された原料空気１は、空気圧縮機１１０Ｂを経由して、酸素分離装置２０に供給される。 3, the air compressor 110A and the air compressor 110B are arranged in series with respect to the flow direction of the raw material air 1 (the supply direction of the raw material air 1). More specifically, the air compressor 110 </ b> A is arranged on the upstream side of the air compressor 110 </ b> B with respect to the flow direction of the raw material air 1. The raw material air 1 pumped from the air compressor 110A is supplied to the oxygen separation device 20 via the air compressor 110B.
空気圧縮機１１０Ａは、図１の空気圧縮機１０Ａと同様に、不透過ガス３の圧力を利用して、原料空気１を圧縮する。なお、空気圧縮機１１０Ａは、不透過ガス３の圧力とともに、図示しない発電機などから供給される電力を補助的に使用して原料空気１の圧縮を実施してもよい。
空気圧縮機１１０Ｂは、図１の空気圧縮機１０Ｂと同様に、不透過ガス３の圧力を使用せず、原料空気１を圧縮する。具体的には、空気圧縮機１１０Ｂは、例えば図示しない発電機などから供給される電力を利用して、原料空気１を圧縮する。
110 A of air compressors compress the raw material air 1 using the pressure of the impermeable gas 3, similarly to the air compressor 10A of FIG. Note that the air compressor 110 </ b> A may compress the raw material air 1 using the pressure of the impermeable gas 3 as well as the power supplied from a generator (not shown) or the like.
The air compressor 110B compresses the raw material air 1 without using the pressure of the impermeable gas 3, similarly to the air compressor 10B of FIG. Specifically, the air compressor 110B compresses the raw material air 1 using, for example, power supplied from a generator (not shown) or the like.
圧力回収装置を利用して駆動する空気圧縮機は、電力等を動力源とする空気圧縮機よりも、原料空気を圧縮するための力が弱い傾向にある。このような場合、図３に示すように、空気圧縮機１１０Ａを空気圧縮機１１０Ｂの上流側に配置すれば、原料空気１を段階的に加圧できるため、原料空気１をスムーズに供給でき、エネルギーロスを小さくできるという利点がある。 An air compressor driven using a pressure recovery device tends to have a weaker force for compressing raw material air than an air compressor using electric power or the like as a power source. In such a case, as shown in FIG. 3, if the air compressor 110A is arranged upstream of the air compressor 110B, the raw air 1 can be pressurized stepwise, so that the raw air 1 can be supplied smoothly, There is an advantage that energy loss can be reduced.
図１および図３の例では、空気圧縮機を２つ備えた送風装置を示したが、これに限定されず、本発明においては、空気圧縮機を１つ備えた送風装置を用いてもよい。
以下、空気圧縮機を１つ備えた本発明の送風装置について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の送風装置の一実施形態である送風装置３００を示す概略図である。なお、図４中、図１と同一の符号を付したものについては図１と同義であるので、その説明を省略する場合がある。
In the example of FIG. 1 and FIG. 3, the air blower provided with two air compressors is shown. However, the present invention is not limited to this, and the air blower provided with one air compressor may be used in the present invention. .
Hereinafter, the air blower of the present invention having one air compressor will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view showing a blower 300 that is an embodiment of the blower of the present invention. 4 that have the same reference numerals as those in FIG. 1 are synonymous with those in FIG.
図４の送風装置３００は、図１の空気圧縮機１０Ｂが設置されておらず、１つの空気圧縮機２１０（図１の空気圧縮機１０Ａに対応）が設置されている以外は、図１の送風装置１００と同様である。
空気圧縮機２１０は、図１の空気圧縮機１０Ａと同様に、不透過ガス３の圧力を利用して、原料空気１を圧縮する。なお、空気圧縮機２１０は、不透過ガス３の圧力とともに、図示しない発電機などから供給される電力を補助的に使用して原料空気１の圧縮を実施してもよい。
図４の送風装置３００についても、図１の空気圧縮機１０Ａと同様に、空気圧縮機２１０が、不透過ガス３の圧力を動力源とする圧力回収装置３０によって駆動するため、送風装置１００の省電力化が達成される。
The air blower 300 of FIG. 4 is not provided with the air compressor 10B of FIG. 1, but has one air compressor 210 (corresponding to the air compressor 10A of FIG. 1). This is the same as the blower 100.
The air compressor 210 compresses the raw material air 1 using the pressure of the impervious gas 3 as in the air compressor 10A of FIG. In addition, the air compressor 210 may compress the raw material air 1 by using the electric power supplied from a generator (not shown) or the like together with the pressure of the impermeable gas 3.
4 as well as the air compressor 10A of FIG. 1, the air compressor 210 is driven by the pressure recovery device 30 using the pressure of the impervious gas 3 as a power source. Power saving is achieved.
図１、図３および図４の送風装置は、いずれも、不透過ガス３の圧力が原料空気１を供給する空気圧縮機の駆動力として利用されているが、不透過ガス３の圧力（圧力回収装置３０によって得られた運動エネルギー）は、透過ガス２の圧縮にも利用してもよい。
具体的には、酸素分離装置２０の透過ガス２の出側に設けられた空気圧縮機（図示せず）を用いて、透過ガス２を送風機４０の出側に圧送し、透過ガス２の出側に設けられた空気圧縮機（図示せず）の駆動力としても不透過ガス３の圧力を使用する態様である。
1, 3, and 4, the pressure of the impervious gas 3 is used as the driving force of the air compressor that supplies the raw air 1. The kinetic energy obtained by the recovery device 30 may also be used for compressing the permeate gas 2.
Specifically, using an air compressor (not shown) provided on the outlet side of the permeate gas 2 of the oxygen separator 20, the permeate gas 2 is pumped to the outlet side of the blower 40, and the permeate gas 2 is discharged. In this embodiment, the pressure of the impervious gas 3 is used as a driving force of an air compressor (not shown) provided on the side.
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
＜実施例１＞
実施例１では、図１の送風装置１００を用いて、不透過ガス３の圧力エネルギーを３０％回収して操業した。
なお、図１の送風装置１００の操業条件は、以下の通りである。
<Example 1>
In Example 1, 30% of the pressure energy of the impervious gas 3 was recovered and operated using the blower 100 of FIG.
In addition, the operating conditions of the air blower 100 of FIG. 1 are as follows.
（酸素分離膜の性能）
透過係数：６．５×１０−１０［ｍｏｌ・ｍ／（ｍ２・ｓｅｃ・ｋＰａ）］
分離係数：１０
膜面積：２５０［ｍ２］
膜厚：５．０×１０−７［ｍ］
（原料空気の条件）
流量：３２０００［Ｎｍ３／ｈ］
圧力：１３７１［ｋＰａ］
（透過ガスの条件）
流量：２２０００［Ｎｍ３／ｈ］
圧力：５０１［ｋＰａ］
酸素濃度：４０［体積％］
(Performance of oxygen separation membrane)
Permeation coefficient: 6.5 × 10 −10 [mol · m / (m 2 · sec · kPa)]
Separation factor: 10
Membrane area: 250 [m 2 ]
Film thickness: 5.0 × 10 −7 [m]
(Raw material conditions)
Flow rate: 32000 [Nm 3 / h]
Pressure: 1371 [kPa]
(Permeating gas conditions)
Flow rate: 22000 [Nm 3 / h]
Pressure: 501 [kPa]
Oxygen concentration: 40 [volume%]
＜比較例１＞
比較例１では、不透過ガス３の圧力エネルギーを利用しなかった以外は、実施例１と同様の条件にて、図１の送風装置１００を操業した。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, the blower 100 of FIG. 1 was operated under the same conditions as in Example 1 except that the pressure energy of the impermeable gas 3 was not used.
＜電力費の評価結果＞
実施例１および比較例１について電力費の概算を行ったところ、実施例１の電力費は、比較例１の電力費（１００％）に対して、７４％であった。
<Evaluation results of electricity costs>
When the power cost was estimated for Example 1 and Comparative Example 1, the power cost of Example 1 was 74% with respect to the power cost (100%) of Comparative Example 1.
＜実施例２＞
実施例２では、図３の送風装置２００を用いた以外は、実施例１と同様にして、図３の送風装置２００を操業した。
その結果、実施例２の電力費は、実施例１の電力費よりも少なく、具体的には、比較例１の電力費（１００％）に対して、６８％であった。
<Example 2>
In Example 2, the blower 200 in FIG. 3 was operated in the same manner as in Example 1 except that the blower 200 in FIG. 3 was used.
As a result, the power cost of Example 2 was less than the power cost of Example 1, and specifically, 68% of the power cost of Comparative Example 1 (100%).
１：空気（原料空気）
２：透過ガス
３：不透過ガス
４：空気（送風空気）
５：酸素富化空気
１０Ａ、１０Ｂ、１１０Ａ、１１０Ｂ、２１０：空気圧縮機
２０：酸素分離装置
２２：酸素分離膜
３０：圧力回収装置
４０：送風機
５０：熱風炉
６０：高炉
１００、２００、３００：送風装置
1: Air (raw material air)
2: Permeated gas 3: Impermeable gas 4: Air (air blown)
5: Oxygen-enriched air 10A, 10B, 110A, 110B, 210: Air compressor 20: Oxygen separator 22: Oxygen separator membrane 30: Pressure recovery device 40: Blower 50: Hot stove 60: Blast furnace 100, 200, 300: Blower
Claims (10)
空気圧縮機Ａから圧送される空気を、酸素分離膜を有する酸素分離装置に供給して、前記酸素分離膜を透過した、該空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、前記酸素分離膜を透過しなかった、該空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、に分離する工程と、
前記透過ガスを前記送風機の出側に供給して、前記透過ガスと前記送風機から送り出される空気とを混合し、得られた酸素富化空気を前記炉に供給する工程と、
前記不透過ガスを、圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する圧力回収装置に送る工程と、を備え、
前記空気圧縮機Ａの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用する、送風方法。 A method of blowing air to a furnace using a blower,
The air pumped from the air compressor A is supplied to an oxygen separator having an oxygen separation membrane, and passes through the oxygen separation membrane. The permeated gas has a higher oxygen concentration than the air, and passes through the oxygen separation membrane. And the step of separating into an impervious gas having a higher nitrogen concentration than the air,
Supplying the permeate gas to the outlet side of the blower, mixing the permeate gas and air sent from the blower, and supplying the obtained oxygen-enriched air to the furnace;
Sending the impervious gas to a pressure recovery device that converts pressure energy into kinetic energy, and
A blowing method in which the pressure of the impermeable gas is used as the driving force of the air compressor A.
前記空気圧縮機Ｂの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用しない、請求項１に記載の送風方法。 Using the air compressor A and the air compressor B different from the air compressor A, the air is pumped to the oxygen separator,
The air blowing method according to claim 1, wherein the pressure of the impermeable gas is not used as the driving force of the air compressor B.
前記空気圧縮機Ａおよび前記空気圧縮機Ｂから圧送された空気を共に前記酸素分離装置に供給する、請求項２に記載の送風方法。 The air compressor A and the air compressor B are arranged in parallel,
The air blowing method according to claim 2, wherein both the air compressed from the air compressor A and the air compressor B are supplied to the oxygen separator.
前記空気圧縮機Ａから圧送された空気を、前記空気圧縮機Ｂを経由して、前記酸素分離装置に供給する、請求項２に記載の送風方法。 The air compressor A and the air compressor B are arranged in series,
The air blowing method according to claim 2, wherein the air pressure-fed from the air compressor A is supplied to the oxygen separation device via the air compressor B.
酸素分離膜を有し、前記空気圧縮機Ａから圧送される空気を、前記酸素分離膜を透過した、該空気よりも酸素濃度が高い透過ガスと、前記酸素分離膜を透過しなかった、該空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、に分離する酸素分離装置と、
炉に送風する送風機であって、前記透過ガスが出側に供給され、該透過ガスを含む酸素富化空気を炉に供給する送風機と、
前記不透過ガスを回収し、前記不透過ガスの圧力エネルギーを運動エネルギーに変換する圧力回収装置と、を備え、
前記空気圧縮機Ａの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用する、送風装置。 An air compressor A for pumping air;
An oxygen separation membrane, and the air pumped from the air compressor A was permeated through the oxygen separation membrane, the permeated gas having a higher oxygen concentration than the air, and not permeated through the oxygen separation membrane, An oxygen separator that separates into an impervious gas having a higher nitrogen concentration than air;
A blower for blowing into a furnace, wherein the permeate gas is supplied to the outlet side, and the blower supplies oxygen-enriched air containing the permeate gas to the furnace;
A pressure recovery device that recovers the impermeable gas and converts pressure energy of the impermeable gas into kinetic energy;
A blower that uses the pressure of the impermeable gas as the driving force of the air compressor A.
前記空気圧縮機Ｂの駆動力として前記不透過ガスの圧力を使用しない、請求項６に記載の送風装置。 An air compressor B different from the air compressor A for pumping air to the oxygen separator;
The blower according to claim 6, wherein the pressure of the impermeable gas is not used as the driving force of the air compressor B.
前記空気圧縮機Ａおよび前記空気圧縮機Ｂから圧送された空気を共に前記酸素分離装置に供給する、請求項７に記載の送風装置。 The air compressor A and the air compressor B are arranged in parallel,
The air blower according to claim 7, wherein both the air compressed from the air compressor A and the air compressor B are supplied to the oxygen separator.
前記空気圧縮機Ａから圧送された空気を、前記空気圧縮機Ｂを経由して、前記酸素分離装置に供給する、請求項７に記載の送風装置。 The air compressor A and the air compressor B are arranged in series,
The air blower according to claim 7, wherein the air pressure-fed from the air compressor A is supplied to the oxygen separation device via the air compressor B.
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|---|---|---|---|---|
| CN112797440A (en) * | 2021-01-15 | 2021-05-14 | 山东京博石油化工有限公司 | Oxygen-enriched combustion control system of heating furnace and control method thereof |
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