JP2023508886A - 高炉プラント及びシャットダウン方法 - Google Patents

Abstract

高炉プラント（１）及びそのような高炉プラント（１）の為のシャットダウン方法。前記高炉プラントは、 高炉（２）と、前記高炉からのクリーンガスの為のガス浄化区域（６）とを備えている。クリーンガスは、前記ガス浄化区域の下流にあるクリーンガス排気ライン（１１）を介して放出される。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉プラント（blast furnace plant）に、及びそのような高炉プラントの稼働を中断する為のシャットダウン（shutdown）方法に関する。

以下の説明は、一般的な背景情報の為に単に提供され、特許請求される主題の範囲を決定する助けとして使用されることは意図されていない。

高炉プラントは、高炉と、熱風生成システム（hot blast generation system）と、オフガスシステム（off-gas system）と、生ガス（raw gas）を浄化する為のガス浄化区域とを備えている。この文脈において、生ガスとは、該高炉の通常の稼働中に生成される平常のプロセスガス、及び／又は、シャットダウン中に生成される任意の他のガス、特にはブローダウン（blow down）中に通例互いに異なる任意の複数の他のガス、を意味する。クリーンガス（Clean gas）は、該ガス浄化区域全体を通過した後のガスを云う。セミクリーンガス（semi-clean gas）は、該ガス浄化区域の一部のみを通過するガスを云う。

オフガスシステムは通常、該高炉の上にある１以上の通気管（uptake）と、該通気管区域の上端から該ガス浄化区域に通じる下降管（downcomer）とを備えている。

該高炉プラントの稼働中、コークス及び鉄装入物（ferrous burden）が該高炉に投入され、一方で、任意的に追加の酸素及び／又は水分及び／又は燃料、例えば、微粉炭、天然ガス、水素若しくは油のような燃料、と共に、熱風空気が、羽口（tuyere）を介して吹き込まれて該高炉の下部区域に入る。最終生成物は、高温金属、スラグ、及びクリーンガスを含む。該クリーンガスは、一酸化炭素及び水素を含み、且つ加熱の為の燃料ガスとして、例えば熱風炉（hot blast stove）用に又は蒸気の生成の為に、使用されることができる。

該生ガスは、該高炉から該ガス浄化区域に流れる。該ガス浄化区域は典型的に、粉塵除去機器を備えている。そのようなガス除去機器の例は、大抵は後に湿式スクラバーが続く、重力又はサイクロン集塵機を包含する。湿式スクラバーが使用される場合、ガス流から洗浄液を分離する為に、デミスターが該ガス浄化区域の下流に配置されることができる。デミスターを備えた湿式スクラバーの代わりに、乾式システム、例えばフィルターバッグステーション及び／又は電気集塵器、が使用されることができる。該クリーンガスは典型的に、ガス配管網（gas grid）に移送される。

高炉は典型的には、一般的には該通気管の上端に、圧力ピーク及び温度ピークを緩和し且つ緊急状況を防止する為の１以上の吹き出し弁を備えている。該吹き出し弁はまた、シャットダウン時に圧力を大気レベルまで下げる為に且つ残留生ガスを排気する為に使用される。

高炉は典型的に、例えば窒素及び／又は蒸気及び／又は他のパージガスを使用する複数のパージガス供給源をさらに備えている。これらのパージガス流れは、状況に応じて、該ガス配管網及び／又は周囲空気のいずれかに移送されることができる。

頻繁な通常のシャットダウンの他に、該高炉はまた、該高炉のより徹底的な修理及び／又は保守点検の為に、いわゆるブローダウンによってシャットダウンされることができる。高炉プラントのブローダウンは、該高炉に投入せずに該高炉を稼働させることを必要とする。該高炉内の投入レベルは、徐々に低下する。該高炉内の予め決められた条件が達される場合に、該吹き出し弁が開かれる。該高炉及び／又はガス浄化区域の内部は、ガス混合物の爆発性の濃縮物を防止する為に、主に蒸気及び／又は窒素でパージされる。

該１以上の吹き出し弁を介して放出される生ガスは、高含有量の有害なガス成分を有するだけでなく、粉塵の実質的な放出をまた引き起こす。

一部の高炉プラントにおいて、１以上の追加的な吹き出し弁が、例えば該ガス浄化区域の後段間で、及び／又は下流スクラバーの上端で使用される。そのようないわゆるセミクリーンガス吹き出し弁は、粉塵含有量が低下したセミクリーンガスを放出するが、放出されるガスは依然として汚染性である。

本発明の目的は、粉塵の放出が実質的に少なく且つ環境に対する影響がより少ないところのシャットダウン方法を提供することである。

本開示は、概念の選択を簡略化された形態で紹介する為に提供される。本開示は、特許請求される主題の主要な特徴又は必須の特徴を特定することが意図されるものでなく、特許請求される主題の範囲を決定する助けとして使用されることが意図されるものでもない。

本発明の目的は、高炉プラントをシャットダウンする方法であって、該高炉プラントが、高炉（blast furnace）と、熱風生成システムと、該高炉からのガスを浄化する為のガス浄化区域とを備えており、ここで、該ガス浄化区域の下流にあるクリーンガス排気ラインを介して、クリーンガスが、大幅に低下した粉塵含有量で放出される、上記方法によって達成される。

特定の実施態様において、該方法は、熱風圧力及び流量を設定値まで下げること、引き続き、該高炉の羽口から該クリーンガス排気ラインへの流れを生成することの工程を含む。該流れは、該高炉内のガス形成化学反応によって生成されることができる。任意的に、該高炉の上流又は下流にある流れ生成手段により、補助流が生成されることができる。該補助流は、ガス、好ましくは不活性ガス、例えば窒素、を該高炉内に注入することによって生成されることができる。代替的には、又は追加的に、該流れは、例えば減圧弁、例えば排出器又は１以上のガスポンプ若しくはファン、による、該クリーンガス排気ライン内の吸引によって生成されることができる。

該流れは、該炉の装入物が一酸化炭素及び粉塵の生成を実質的に停止するまで、設定された期間にわたって維持されることができる。これは典型的に、該装入物中の実質的に全てのＦｅＯが鉄及び一酸化炭素に還元された場合に発生する。引き続き、１以上の該吹き出し弁が開かれることができ、及び該クリーンガス排気ラインが閉じられることができる。

該方法は、該ガス配管網において通常存在するフレア（flare）を使用して実行されることができる。しかしながら、該方法は、該ガス浄化区域の下流にクリーンガス排気ライン、特に、シャットダウン手順中に、特に該ガス配管網への該クリーンガス移送ラインが閉じられた場合に、該環境にクリーンガスを排気する能力を持つクリーンガス排気ラインを備えている高炉プラントで実行されることが好ましい。大半の場合は、少なくとも例えば約９００Ｎｍ^３／分、例えば少なくとも約１０００Ｎｍ^３／分、の能力であれば十分である。この流れは、該高炉の大きさ及び具体的なプロセス条件に依存する。

湿式スクラバーが使用される場合、該高炉プラントは典型的に、該ガス浄化区域の下流にデミスターを備えている。そのような場合、該クリーンガス排気ラインは、該デミスターの下流又は上流にあることができる。

特定の実施態様において、該高炉プラントは、該羽口と該クリーンガス排気ラインとの間に流れを生成する為の手段を備えている。該流れを生成する為のこの手段は、例えば、該羽口に動作的に接続された、ガス、好ましくは不活性ガス、例えば窒素、についての供給源を含みうる。代替的には、又は追加的に、流れを生成する為の該手段は、該ガス浄化区域の下流にある１以上の減圧装置、例えば排出器、又はガスポンプ、例えばファン、を包含する。

特定の実施態様において、該クリーンガス排気ラインは、該ガス配管網への該クリーンガス移送ラインの高さよりも上、例えば最大で該高炉の頂部の高さ、又はそれよりも高いところに延在しうる。

該高炉プラントは、該クリーンガス排気ライン及び該ガス配管網への該クリーンガス移送ラインを選択的に閉鎖する為の弁の組をさらに備えうる。シャットダウン時には、該クリーンガス排気ラインが開かれ、その後、該ガス配管網への該クリーンガス移送ラインが閉じられる。該高炉プラントの通常の稼働中、該クリーンガス排気ラインは閉じられ、及び該ガス配管網への該クリーンガス移送ラインは開いている。

上記で説明された観点は、以降で幾つかの実施態様を例として示す図面を参照しながら、更なる詳細及び利益と共にさらに説明される。

図１は、本発明に従う高炉プラントの第１の実施態様を示す。 図２は、本発明に従う高炉プラントの第２の実施態様を示す。 図３は、本発明に従う高炉プラントの第３の実施態様を示す。

図１は、本発明の高炉プラント１の例示的実施態様を模式的に示す。該高炉プラント１は、高炉２と、この特定の実施態様において該高炉２の上の通気管３として実現されたオフガスシステムとを備えている。図示される実施態様は、図面中で単一の線によって模式的に表される複数の通気管３を備えているが、通気管がない又は１つのみの通気管を有する高炉がまた使用されることができる。現在の高炉は、大抵、各自の上端で互いと連結されている複数の通気管の構成を備えている。

該通気管３の上に吹き出し弁４がある。大半の高炉は、複数の通気管同士の接続部の上方のガス抜きプラットフォームに、複数の吹き出し弁を有する。

下降管５が、該通気管３の上からガス浄化区域６まで生ガスを移送する。該ガス浄化区域６は、粉塵除去システムの任意の好適な機構を有することができるが、典型的に、重力又はサイクロン集塵機７を備えており、通常はその後に湿式スクラバー８又はフィルターバッグステーション又は静電気集塵器が続く。湿式スクラバーが使用される場合、該高炉プラントは通常、スクラバー液を分離する為に、該ガス浄化区域の下流にデミスター９をまた備えている。ガス浄化機器７、８及び該デミスター９は全て、関連付けられたパージガス供給源を、例えば位置７Ａ、８Ａ、９Ａで有することができる。

クリーンガス移送ライン１０が、該ガス浄化区域から、例えば該ガス配管網に、クリーンガスを移送する。クリーンガス排気ライン１１が、該クリーンガス移送ライン１０から分岐している。該クリーンガス排気ライン１１は、逃がし弁１２によって閉じることが可能である。クリーンガス遮断弁１３が該クリーンガス排気ライン１１の下流に位置している。

入口側で、該高炉２は、該高炉への熱風入口を形成する羽口１４を備えている。該羽口１４は、通常はバッスル主管を介して、該高炉の周部に均等に分散されている。

ブロワー１５が供給ライン１６を介して圧縮空気を吹き込み、該供給ライン１６は、該ブロワー１５から下流のある距離で、該空気を加熱する為の熱風炉１７がある第１の岐路１６Ａと、そのような炉がない第２の岐路１６Ｂとに分割されている。該炉１７の各々は、各自の弁１９を備えている。該２つの岐路１６Ａ、１６Ｂは、下流地点で互いと連結して送風混合回路を形成している。該弁１８、１９は、該２つの岐路１６Ａ、１６Ｂの流れを計測及び混合して、所与の熱風圧力で該高炉２に入る所望の温度の送風を生成する為に使用されることができる。追加の酸素及び／又は水分及び／又は微粉炭、天然ガス、水素若しくは油のような燃料、及び／又は他の成分が、それらが要求される場合には、該熱風空気に加えられることができる。

供給された空気は、ライン２０を介して該高炉２の該羽口１４に流れる。該図示される例示的実施態様において、このライン２０は、弁２２によって閉じることが可能な逆流筒（backdraft stack）２１を備えていることができる。該弁２２を開くことは、シャットダウン後の該高炉２からの気体生成物の排気を容易にする。代替的には、該高炉プラント１は、そのような逆流筒２１を有さないことができる。

一部の高炉プラントは、該羽口１４のバッスル主管のすぐ上流に、又は該逆流筒２１が存在する場合には該逆流筒２１のすぐ上流に、熱風主遮断弁３４を有しうる。

該高炉２は、パージガス供給源２４を備えている。典型的なパージガスは、窒素及び／又は蒸気である。

該湿式スクラバー８の上に、セミクリーンガス（semi-clean gas）吹き出し弁２５へのラインがある。

該高炉プラント１の通常の稼働中、鉄装入物及びコークスが、該高炉２の一番上の区域まで、別個の層に投入される。任意的に追加の酸素及び／又は水分及び／又は微粉木炭、天然ガス、水素若しくは油のような燃料と共に、約１２００℃の高温の送風空気が該羽口１４を介して該高炉２に供給される。該熱風は、該コークス及び注入された燃料を気体化し、該鉄装入物を加熱、還元、及び溶解させて、液体の高温金属、スラグ及び生ガスを形成する。通常の稼働中、該高炉内の圧力は典型的に約２～５バールである。該生ガスは、該通気管区域３で収集され、該下降管５を介して該ガス浄化区域６に移送され、そこで粉塵分の大半が除去され、圧力が、典型的に約４０～１００ミリバールである該ガス配管網の圧力まで下げられる。該ガス浄化区域６を通過した後、該クリーンガスは、該クリーンガス移送ライン１０を介して該ガス配管網に移送される。収集されたクリーンガスは、発熱の為の燃料として、例えば熱風炉用に又は蒸気の生成の為に、使用されることができる。

場合により、該高炉プラント１をブローダウンによってシャットダウンすることが必要とされる。そのようなブローダウン手順の最初の工程において、該高炉は、該高炉にそれ以上投入することなく稼働される。該高炉２内の投入レベルは、徐々に低下する。この段階で、該クリーンガス排気ライン１１が閉じられ、該クリーンガスが該クリーンガス移送ライン１０を介して該ガス配管網に移送される。

一酸化炭素レベルが閾値未満、例えば該生ガスの乾燥体積で７体積％未満、になると、該クリーンガス排気ラインが開かれ、引き続き、該ガス配管網への該クリーンガス移送ライン１０の該クリーンガス遮断弁１３が閉鎖され、その為、該クリーンガスは該クリーンガス排気ライン１１を介して流れる。該高炉２内の該生ガスの酸素含有量が閾値、例えば該高炉内の該生ガスの総体積の約２体積％、を超え、且つ該装入物が概ね該羽口１４の高さになると、該羽口１４における熱風の圧力がより低い値、例えば約０．１バール、に下げられる。次に、低温送風ライン１６Ｂの弁１８が開かれ、該熱風弁１９は閉鎖される。該低温送風ライン１６Ｂの該弁１８は、該高炉２内の圧力と該クリーンガス排気ライン１１内の圧力との間に約１０～３０ミリバールの圧力差を維持するように制御される。引き続き、該吹き出し弁４が開かれ、及び該排気ライン１１が閉鎖される。

図２は、高炉プラント１’の代替実施態様を示す。窒素供給ライン２３が、該送風混合回路の該第２の岐路１６Ｂを閉鎖する為の該弁１８の下流、且つ任意的な弁３４の上流に接続されていることを除いて、該プラントの全ての構成要素は図１と同じである。代替的には、該窒素供給２３は、該羽口１４よりも上流の該供給ライン２０上の任意の位置に接続されることができる。

図２の該高炉プラント１’がシャットダウンされる場合に、該羽口１４を介して熱風入口流を低減することにより、最初に該高炉２内の熱風圧力が約０．２～０．３バールまで下げられる。次の工程で、該高炉２の上記パージガス供給源２４が開かれる。次に、該クリーンガス排気ライン１１の該クリーンガス排気ライン弁１２が開かれ、該ガス配管網への該クリーンガス移送ラインの該弁１３が閉じられる。大抵、該熱風圧力は次に、約０．１バールにさらに下げられる。任意的に、排気されたクリーンガスが燃やされることができる。

次の工程で、該窒素供給２３が開かれ、該送風空気岐路１６Ａ、１６Ｂの該弁１８及び１９が閉じられる。該窒素供給は、該高炉２と該クリーンガス排気ライン１１との間に流れを作り出して、該高炉２を通る上方への流れを維持する。酸素を含有している熱風空気の供給が停止される為、一酸化炭素及び粉塵の発生が徐々に低減されるが、しばらくの間は、酸化鉄（ＦｅＯ）が該コークスと反応して一酸化炭素及び粉塵を発生させる。この段階で、該生ガスの粉塵含有量は低く、該クリーンガス排気ライン１１は、該通気管３の上の該吹き出し弁４が開かれた後に閉じられることができる。

引き続き、残留窒素が熱風主管内に存在しうることを考慮して、該シャットダウンを完結させる為の既存の手順が続いて行われることができる。

図３は、本発明に従う高炉プラント１’’の代替実施態様を示す。この実施態様において、該熱風供給回路１６Ａ、１６Ｂの構成内に窒素供給ライン２３がない。代わりに、クリーンガス排気ライン１１’’に、圧力降下を増大させ、吸引によって流れを促進する為の排出器３０が設けられている。該クリーンガス排気ライン１１’’は、該排出器３０がない第１の岐路１１Ａと、該排出器３０がある第２の岐路１１Ｂとに分割されている。該排出器３０の下流で、２つのライン１１Ａ、１１Ｂは、再び１つの排気管として連結する。弁１２、３２は、該２つのラインの一方を開いた後に他方のラインを閉鎖する為に使用され、その為、該クリーンガス排気ライン１１’’は、該排出器３０と共に又は該排出器３０なしで選択的に使用されることができる。該排出器３０は、不活性の原動ガス、例えば蒸気又は窒素、の供給源３３に接続されている。

該高炉プラント１’’がシャットダウンされる場合に、該熱風入口流を低減することにより、該熱風圧力が最初に０．２～０．３バールまで下げられる。次の工程で、該高炉２の該パージガス供給源２４が開かれる。次に、該排出器３０を迂回する該クリーンガス排気ライン１１Ａの該弁１２が開かれ、該ガス配管網への該クリーンガス移送ライン１０の該クリーンガス遮断弁１３が閉じられる。次に、該熱風圧力は、約０．１バールにさらに下げられる。

次の工程で、該排出器３０が開かれ、及び該排出器３０を迂回する該ライン１１Ａは閉じられる。システム内の圧力は、該排出器３０によって生成される吸引によって制御される。設定された期間の後、該通気管３の上の該吹き出し弁４が開かれ、続いて、該排出器３０及び該クリーンガス排気ライン１１’が閉鎖される。

更なる実施態様は、例えば、該排出器３０並びに該窒素供給２３の両方を備えている、及び／又は、該高炉から該クリーンガス排気ラインへのガス流を促進する為の更なる手段を備えていることができる。

Claims (13)

1. 高炉プラント（１）をシャットダウンする方法であって、前記高炉プラント（１）が、高炉（２）と、前記高炉からのガスを浄化する為のガス浄化区域（６）とを備えており、ここで、クリーンガスが、前記ガス浄化区域の下流にあるクリーンガス排気ライン（１１）を介して放出される、前記方法。
2. 熱風圧力及び／又は流量を設定値まで下げ、引き続き、前記高炉（２）の羽口（１４）から前記クリーンガス排気ライン（１１）への流れを生成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記流れが、ガス、好ましくは不活性ガス、例えば窒素、を前記高炉（２）内に注入することによって生成される、請求項２に記載の方法。
4. 前記流れが、例えば減圧弁、例えば排出器（３０）又は１以上のガスポンプ若しくはファン、による、前記クリーンガス排気ライン（１１）内の吸引によって生成される、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記流れが、設定された期間にわたって維持され、そして、引き続き、前記高炉（２）の１以上の吹き出し弁（４）が開かれ、及び前記クリーンガス排気ライン（１１）が閉じられる、請求項２、３又は４に記載の方法。
6. 高炉プラント（１）であって、高炉（２）、ガス浄化区域（６）、及び、清浄化されたガスの更なる輸送の為の、ガス配管網へのクリーンガス移送ライン（１０）を備えており、前記ガス配管網への前記クリーンガス移送ラインには、クリーンガス排気ライン（１１）が備えられている、前記高炉プラント。
7. 羽口（１４）と、前記高炉（２）の前記羽口から前記クリーンガス排気ライン（１１）への流れを生成する為の手段を備えている、請求項６に記載の高炉プラント。
8. 流れを生成する為の前記手段が、ガス、好ましくは不活性ガス、例えば窒素、についての供給源（２３）を備えている、請求項７に記載の高炉プラント。
9. 流れを生成する為の前記手段が、前記ガス浄化区域の下流にある減圧装置（３０）を備えている、請求項７又は８に記載の高炉プラント。
10. 前記減圧装置が、排出器（３０）及び／又は１以上のポンプ及び／又は１以上のファンを備えている、請求項９に記載の高炉プラント。
11. 前記クリーンガス排気ライン（１１）が、前記ガス配管網への前記クリーンガス移送ライン（１０）の高さよりも上、例えば最大で前記高炉の頂部の高さ、又はそれよりも高いところに延在する、請求項６～１０のいずれか１項に記載の高炉プラント。
12. 前記クリーンガス排気ライン（１１）が、フレア（flare）に接続されている、請求項６～１１のいずれか１項に記載の高炉プラント。
13. 前記クリーンガス排気ライン（１１）が、１以上の更なる排気ライン、例えばセミクリーンガス排気ライン又は煙突、に接続されている、請求項６～１２のいずれか１項に記載の高炉プラント。

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