JP2024070491A - Method of operating a steel heating furnace and steel heating furnace - Google Patents
Method of operating a steel heating furnace and steel heating furnace Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024070491A JP2024070491A JP2022181017A JP2022181017A JP2024070491A JP 2024070491 A JP2024070491 A JP 2024070491A JP 2022181017 A JP2022181017 A JP 2022181017A JP 2022181017 A JP2022181017 A JP 2022181017A JP 2024070491 A JP2024070491 A JP 2024070491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- heating furnace
- burner
- ammonia
- steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 272
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 164
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 164
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 445
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 221
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 212
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 claims abstract description 120
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 97
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 56
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 51
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 193
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 40
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 20
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 58
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 35
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 10
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 4
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- -1 wire rods Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
Abstract
【課題】アンモニアを燃料ガスとして使用することにより二酸化炭素の排出を抑制すると共に、窒素酸化物や未燃アンモニアが炉外に排出されるのを抑制する鋼材用加熱炉の操業方法および鋼材用加熱炉を提供する。
【解決手段】燃料ガスとして石炭ガスを供給する石炭ガス供給部を有する第1バーナー設備と、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部を有する第2バーナー設備とを備え、任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合、または前記燃料ガスを水素ガスに置換する水素ガス供給部を有する鋼材用加熱炉である。石炭ガスを燃料ガスとするバーナー加熱および石炭ガスとアンモニアガスの混合ガスを燃料ガスとするバーナー加熱を行い、任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合するか、または、水素ガスをバーナー加熱に置換する、鋼材用加熱炉の操業方法である。
【選択図】図1
The present invention provides a method for operating a steel heating furnace that uses ammonia as a fuel gas to suppress carbon dioxide emissions and suppresses the emission of nitrogen oxides and unburned ammonia to the outside of the furnace, and a steel heating furnace.
[Solution] A steel heating furnace including a first burner facility having a coal gas supply unit that supplies coal gas as a fuel gas, and a second burner facility having a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas, and optionally having a hydrogen gas supply unit that mixes hydrogen gas with the fuel gas or replaces the fuel gas with hydrogen gas. A method of operating a steel heating furnace, which performs burner heating using coal gas as the fuel gas and burner heating using a mixed gas of coal gas and ammonia gas as the fuel gas, and optionally mixes hydrogen gas with the fuel gas or replaces hydrogen gas with burner heating.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、鋼材用加熱炉の操業方法および鋼材用加熱炉に関する。 The present invention relates to a method for operating a steel heating furnace and a steel heating furnace.
銑鋼一貫製鉄所においては、鉄鉱石を還元して溶銑を製造する高炉の炉頂から排出される高炉ガスをはじめとして、転炉やコークス炉で発生する副生ガスを燃料ガスとして有効利用してきた。しかし、近年二酸化炭素の排出量削減の要求に伴い、これらの副生ガスの使用量を低減するための燃焼技術が求められるようになってきた。例えば、銑鋼一貫製鉄所の熱延ラインや厚板圧延ラインなどで鋼材の加熱を行う鋼材用加熱炉でも、副生ガスの使用量を低減し、二酸化炭素の排出量を削減することが求められるようになっている。この場合、鋼材用加熱炉の燃料ガスとして、アンモニアを利用する技術が着目される。すなわち、炭素元素を含まないアンモニアは、燃焼しても主として水と窒素を発生するのみであるから二酸化炭素排出量の削減効果が大きく、鋼材用加熱炉に適用するための技術開発が望まれている。 In integrated steelworks, blast furnace gas discharged from the top of the blast furnace, which reduces iron ore to produce molten iron, and by-product gases generated in converters and coke ovens have been effectively used as fuel gas. However, in recent years, with the demand for reducing carbon dioxide emissions, combustion technology has been required to reduce the amount of by-product gas used. For example, in steel heating furnaces that heat steel in hot rolling lines and plate rolling lines in integrated steelworks, it is now required to reduce the amount of by-product gas used and the amount of carbon dioxide emissions. In this case, technology that uses ammonia as fuel gas for steel heating furnaces is attracting attention. In other words, ammonia, which does not contain carbon elements, mainly produces water and nitrogen when burned, so it is effective in reducing carbon dioxide emissions, and technological development is desired for application to steel heating furnaces.
一方、アンモニアは難燃性燃料であって、一般の燃料より着火しにくく燃焼速度も遅いという特性がある。例えば、アンモニアは、メタンやプロパンと言った広く用いられている炭化水素系燃料に比べて、燃焼速度が7分の1程度である。 On the other hand, ammonia is a flame-retardant fuel, and is characterized by being more difficult to ignite and having a slower burning speed than general fuels. For example, the burning speed of ammonia is about one-seventh that of commonly used hydrocarbon fuels such as methane and propane.
そこで、これらの問題を解決するため、加熱技術が提案されている。
特許文献1には、アンモニアを酸化剤と混合し、混合ガスを燃焼室内に供給する際に、燃焼室内で混合ガスを旋回させるスワラを設け、これによりアンモニアの燃焼を促進させ安定した燃焼を実現する技術が開示されている。
In order to solve these problems, heating techniques have been proposed.
また、特許文献2には、アンモニアガスから水素ガスを分離生成し、分離生成された水素ガスを燃焼室内に供給し、燃焼室内に供給された水素ガスに点火放電して水素ガスを燃焼させることにより、燃焼した水素ガスから燃焼室内のアンモニアガスに着火させる技術が開示されている。
しかし、上記従来技術を鋼材用加熱炉に適用しようとすると、以下のような問題が生じる。 However, when attempting to apply the above conventional technology to a steel heating furnace, the following problems arise:
特許文献1に記載された技術は、鋼材の加熱に用いるバーナーを新たに製造しなければならず、鋼材用加熱炉に配置される多数(例えば60~100本程度)のバーナーを交換する必要がある。そのため、既存の鋼材用加熱炉に適用する場合に、設備改造費が高価となると共に、設備改造を行う間は鋼材用加熱炉の操業を停止する必要があるため、機会損失が大きく経済的ではないという問題がある。
The technology described in
特許文献2に記載された技術も同様であり、アンモニアガスから水素ガスを分離して生成するための改質器を含めたバーナー設備を新たに設置する必要があり、既存の鋼材用加熱炉に適用する場合には設備改造費や設備の休止期間の面から現実的でない。
さらに、鋼材用加熱炉は、鋼板を加熱炉に装入する装入部と、加熱された鋼材を搬出する搬出部を有しており、少なくとも鋼材を装入する際と鋼材を搬出する際には、加熱炉の一部が大気に開放される状態(開口状態)となる。そのため、アンモニアの燃焼によって生じる窒素酸化物(NOx)や未燃焼のアンモニア(未燃アンモニア)が大気中に放出されやすくなるという問題が生じる。窒素酸化物は、温室効果ガスの一種であり、その排出量は法的な規制もあるため、窒素酸化物の排出を抑制することが求められる。また、アンモニアは毒性を有するため高濃度のアンモニアガスは人体に有害であると共に、未燃アンモニアが流出すると作業場において悪臭となって作業環境を害するため、未燃アンモニアが作業場に流出することを防ぐ必要がある。
The technology described in
Furthermore, the steel heating furnace has a charging section for charging steel sheets into the heating furnace and a discharge section for discharging the heated steel, and at least when the steel is charged and discharged, a part of the heating furnace is open to the atmosphere (open state). This causes a problem that nitrogen oxides (NOx) and unburned ammonia (unburned ammonia) generated by the combustion of ammonia are easily released into the atmosphere. Nitrogen oxides are a type of greenhouse gas, and their emissions are subject to legal regulations, so it is necessary to suppress the emission of nitrogen oxides. In addition, ammonia is toxic, so high concentrations of ammonia gas are harmful to the human body, and if unburned ammonia leaks out, it will cause a foul odor in the workplace, harming the working environment, so it is necessary to prevent unburned ammonia from leaking out into the workplace.
本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑み開発したものであって、その目的は、既存の鋼材用加熱炉に対して大幅な設備改造を行うことなく適用でき、アンモニアを燃料ガスとして使用することにより二酸化炭素の排出を抑制すると共に、窒素酸化物や未燃アンモニアが炉外に排出されるのを抑制する鋼材用加熱炉の操業方法および鋼材用加熱炉を提供することにある。 The present invention was developed in consideration of the above problems with the conventional technology, and its purpose is to provide a method of operating a steel heating furnace and a steel heating furnace that can be applied to existing steel heating furnaces without major equipment modifications, and that uses ammonia as a fuel gas to suppress carbon dioxide emissions and suppresses the emission of nitrogen oxides and unburned ammonia to the outside of the furnace.
上記課題を有利に解決する本発明に係る鋼材用加熱炉の操業方法は、以下のように構成される。 The method of operating a steel heating furnace according to the present invention, which advantageously solves the above problems, is configured as follows.
[1]鋼材を装入部から搬出部まで搬送しながら加熱する鋼材用加熱炉の操業方法であって、石炭ガスを燃料ガスとするバーナー加熱および石炭ガスとアンモニアガスの混合ガスを燃料ガスとするバーナー加熱を行い、任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合するか、または、水素ガスを燃料ガスとするバーナー加熱に置換する、鋼材用加熱炉の操業方法である。
[2]上記の[1]において、前記鋼材用加熱炉内の前記装入部に近接する位置では、前記石炭ガスによるバーナー加熱を行い、前記鋼材用加熱炉内の前記搬出部に近接する位置では、前記石炭ガスによるバーナー加熱を行う鋼材用加熱炉の操業方法である。
[3]上記の[2]において、前記石炭ガスによるバーナー加熱は、前記装入部または前記搬出部が開口しているときに行う、鋼材用加熱炉の操業方法である。
[4]上記の[1]から[3]のいずれかにおいて、前記混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を、前記鋼材の搬送方向に沿った加熱炉内部の圧力の測定値に基づいて設定する、鋼材用加熱炉の操業方法である。
[1] A method for operating a steel heating furnace in which steel materials are heated while being transported from a loading section to an unloading section, the method comprising the steps of: burner heating using coal gas as the fuel gas; and burner heating using a mixed gas of coal gas and ammonia gas as the fuel gas; and optionally mixing hydrogen gas with the fuel gas, or replacing the fuel gas with burner heating using hydrogen gas as the fuel gas.
[2] In the above [1], a method for operating a steel material heating furnace comprises performing burner heating with the coal gas at a position adjacent to the loading section of the steel material heating furnace, and performing burner heating with the coal gas at a position adjacent to the discharge section of the steel material heating furnace.
[3] In the above [2], the burner heating with the coal gas is performed when the charging section or the discharge section is open.
[4] In any one of the above [1] to [3], a mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas is set based on a measured value of a pressure inside the heating furnace along a transport direction of the steel material.
上記課題を有利に解決する本発明に係る鋼材用加熱炉は、以下のように構成される。
[5]バーナー設備を有する鋼材用加熱炉であって、前記バーナー設備は、鋼材を加熱炉の装入部から搬出部まで搬送しながら加熱する鋼材の搬送方向に沿って複数配置され、燃料ガスとして石炭ガスを供給する石炭ガス供給部を有する第1バーナー設備と、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部を有する第2バーナー設備と、を備え、任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合供給可能な、または前記燃料ガスを水素ガスに置換する水素ガス供給部を有する、鋼材用加熱炉である。
[6]上記の[5]において、前記第1バーナー設備は、前記鋼材用加熱炉の装入部および搬出部に近接する位置に配置し、他のバーナー設備は、前記第2バーナー設備である、鋼材用加熱炉である。
[7]上記の[5]または[6]において、前記鋼材用加熱炉は、さらに、前記混合ガス供給部から供給する混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を制御する制御部を備える、鋼材用加熱炉である。
[8]バーナー設備を有する鋼材用加熱炉であって、前記バーナー設備は、鋼材を加熱炉の装入部から搬出部まで搬送しながら加熱する鋼材の搬送方向に沿って複数配置され、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給部から供給する混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を制御する制御部と、を有する、バーナー設備を含む鋼材用加熱炉である。
[9]上記の[8]において、前記鋼材用加熱炉は、さらに、前記鋼材の搬送方向に沿って加熱炉内部の圧力を測定する複数の炉内圧力計と、前記複数の炉内圧力計の測定値に基づいて、前記制御部が制御する前記混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を設定する設定部とを備える、鋼材用加熱炉である。
The steel heating furnace according to the present invention, which advantageously solves the above problems, is configured as follows.
[5] A steel heating furnace having burner equipment, the burner equipment being arranged in a plurality of units along a transport direction of steel material as it is heated while being transported from an inlet section to an outlet section of the heating furnace, the burner equipment comprising: a first burner equipment having a coal gas supply unit which supplies coal gas as a fuel gas; and a second burner equipment having a mixed gas supply unit which supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as the fuel gas, and optionally having a hydrogen gas supply unit which is capable of mixing and supplying hydrogen gas to the fuel gas or which replaces the fuel gas with hydrogen gas.
[6] In the above [5], the first burner equipment is arranged in a position close to the loading section and the unloading section of the steel material heating furnace, and the other burner equipment is the second burner equipment, which is a steel material heating furnace.
[7] In the above [5] or [6], the steel heating furnace is a steel heating furnace further comprising a control unit that controls a mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit.
[8] A steel heating furnace having burner equipment, the burner equipment being arranged in a plurality of burner equipment along a transport direction of steel material as it is heated while being transported from an inlet section to an outlet section of the heating furnace, the burner equipment having a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas, and a control unit that controls the mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit.
[9] In the above [8], the steel heating furnace further includes a plurality of furnace pressure gauges that measure the pressure inside the heating furnace along the transport direction of the steel, and a setting unit that sets the mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas controlled by the control unit based on the measurement values of the plurality of furnace pressure gauges.
本発明によれば、既存の鋼材用加熱炉に対して大幅な設備改造を行うことなく適用でき、アンモニアを燃料ガスとして使用することにより二酸化炭素の排出を抑制すると共に、窒素酸化物や未燃アンモニアが炉外に排出されるのを抑制できる。 The present invention can be applied to existing steel heating furnaces without making major equipment modifications, and by using ammonia as fuel gas, it is possible to suppress carbon dioxide emissions and also suppress the emission of nitrogen oxides and unburned ammonia outside the furnace.
以下、本実施形態に係る鋼材用加熱炉について説明する。
<鋼材用加熱炉>
図1は、本発明の一実施形態に係る鋼材用加熱炉の断面図を模式的に示したものである。鋼材用加熱炉は、例えば鋼板を製造する熱間圧延ラインに設置され、鋳造されたスラブを所定の加熱温度(1100~1300℃程度)に加熱するために用いられる。ただし、鋼材用加熱炉は、スラブを加熱する目的に限定されず、ビレットやブルームなど形鋼、棒線、鋼管などの素材となる鋼片を加熱するために設置されてよい。
本発明に係る鋼材用加熱炉(以下、「加熱炉」ともいう。)は、加熱する鋼材を装入する装入部と、加熱した鋼材を搬出(抽出)する搬出部とを備える。例えば、連続鋳造ラインで製造されたスラブは、加熱炉の装入側のヤードに搬送され、熱間圧延ライン等の生産スケジュールに従って装入部から加熱炉に装入される。鋼材用加熱炉の内部は複数の帯域に区切られており、一般に上流側には2~8個の帯域に区切られた加熱帯と、1~3個の均熱帯とから構成される。
Hereinafter, the steel heating furnace according to this embodiment will be described.
<Steel heating furnace>
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a steel heating furnace according to an embodiment of the present invention. The steel heating furnace is installed in, for example, a hot rolling line for producing steel plates, and is used to heat cast slabs to a predetermined heating temperature (approximately 1100 to 1300°C). However, the steel heating furnace is not limited to the purpose of heating slabs, and may be installed to heat billets, blooms, and other steel pieces that become raw materials for shaped steel, wire rods, steel pipes, and the like.
The steel heating furnace according to the present invention (hereinafter also referred to as "heating furnace") comprises a charging section for charging the steel material to be heated, and a discharge section for unloading (extracting) the heated steel material. For example, slabs produced in a continuous casting line are transported to a yard on the charging side of the heating furnace, and are charged into the heating furnace from the charging section according to a production schedule of a hot rolling line or the like. The interior of the steel heating furnace is divided into a number of zones, and generally consists of a heating zone divided into 2 to 8 zones on the upstream side, and 1 to 3 soaking zones.
加熱炉の操業では、加熱炉内部の帯域ごとに異なる雰囲気温度に制御され、加熱炉に装入されたスラブの平均温度が徐々に昇温して所定の目標加熱温度(加熱炉から抽出される際のスラブの目標温度)になるように制御される。加熱炉に装入されたスラブは、加熱炉内部でウォーキングビームと呼ばれる不図示の搬送設備により装入部から搬出部に向けて加熱炉内部を通過する。また、加熱炉内には複数のスラブが同時に装入されており、加熱炉に装入される順番で、加熱炉の抽出側に搬出され、順次熱間圧延が行われる。 When a heating furnace is in operation, the atmospheric temperature is controlled to be different for each zone inside the heating furnace, and the average temperature of the slabs loaded into the heating furnace is gradually increased to a predetermined target heating temperature (the target temperature of the slabs when they are removed from the heating furnace). The slabs loaded into the heating furnace pass through the inside of the heating furnace from the loading section to the unloading section by a transport facility called a walking beam (not shown). In addition, multiple slabs are loaded into the heating furnace at the same time, and are unloaded to the unloading side of the heating furnace in the order in which they were loaded into the heating furnace, and are hot rolled sequentially.
鋼材用加熱炉の装入部は、スラブを炉内に装入するための開口部と、開口部を覆う開閉式の装入扉を備える。鋼材用加熱炉のスラブが装入される際には、装入扉が開放され開口部が開口した状態となってスラブが装入される、一方、スラブを装入する以外の状態では、装入扉の開口部は閉じた状態となる。加熱炉内部は高温状態に維持されているため、必要以外では熱エネルギーが外部に漏れないようにするためである。同様に、鋼材用加熱炉の搬出部も、スラブを炉外に搬出するための開口部と、開口部を覆う開閉式の搬出扉を備える。鋼材用加熱炉のスラブが熱間圧延ラインに搬出される際には、搬出扉が開放され開口部が開口した状態となってスラブが搬出される、一方、スラブを搬出する以外の状態では、搬出扉の開口部は閉じた状態となる。本発明の実施形態では、装入部の装入扉が開放された状態を、装入部が開口している状態とよび、搬出部の搬出扉が開放された状態を、搬出部が開口している状態とよぶ。 The loading section of the steel heating furnace has an opening for loading slabs into the furnace and an opening/closing loading door that covers the opening. When the slab is loaded into the steel heating furnace, the loading door is opened and the opening is open, and the slab is loaded. On the other hand, the opening of the loading door is closed in all other states. This is to prevent thermal energy from leaking out unless necessary, since the inside of the heating furnace is maintained at a high temperature. Similarly, the unloading section of the steel heating furnace also has an opening for unloading the slab out of the furnace and an opening/closing unloading door that covers the opening. When the slab in the steel heating furnace is unloaded to the hot rolling line, the unloading door is opened and the opening is open, and the slab is unloaded. On the other hand, the opening of the unloading door is closed in all other states. In this embodiment of the invention, the state in which the loading door of the loading section is open is referred to as the loading section being open, and the state in which the discharge door of the discharge section is open is referred to as the discharge section being open.
加熱炉内部には、鋼材の搬送方向に沿って複数のバーナー設備が備えられている。バーナー設備は、燃焼により加熱炉の内部を昇温するために配置される。バーナー設備により加熱炉の内部が昇温されると、加熱炉の炉壁からの輻射により鋼材の温度が上昇する。また、加熱炉の内部において雰囲気ガスの流動が生じ、対流により鋼材が昇温されることがある。さらに、バーナー設備の火炎が直接鋼材に接触することにより鋼材が昇温されてもよい。いずれにしても、バーナー設備は、加熱炉の内部を昇温させることにより、加熱炉内部を搬送する鋼材を昇温させる。 Inside the heating furnace, multiple burner equipment are provided along the transport direction of the steel material. The burner equipment is arranged to heat the inside of the heating furnace by combustion. When the inside of the heating furnace is heated by the burner equipment, the temperature of the steel material increases due to radiation from the furnace wall. In addition, a flow of atmospheric gas occurs inside the heating furnace, and the temperature of the steel material may increase due to convection. Furthermore, the steel material may be heated by the flame of the burner equipment directly contacting the steel material. In any case, the burner equipment heats the inside of the heating furnace, thereby raising the temperature of the steel material being transported inside the heating furnace.
バーナー設備は、加熱炉内部の複数の帯域ごとに配置される。ただし、帯域の数とバーナー設備の数とは必ずしも一致しなくてもよい。図1に示す加熱炉には、装入部から搬出部に向けて、鋼材の上面側に5つのバーナー設備U1~U5が配置されている。また、鋼材の下面側に5つのバーナー設備L1~L5が配置されており、計10基のバーナー設備が配置されている。ただし、バーナー設備は加熱炉の側面部から加熱炉内部に向けて配置されてよい。 Burner equipment is arranged in each of several zones inside the heating furnace. However, the number of zones does not necessarily have to match the number of burner equipment. In the heating furnace shown in Figure 1, five burner equipment U1 to U5 are arranged on the upper surface side of the steel material from the loading section toward the unloading section. In addition, five burner equipment L1 to L5 are arranged on the lower surface side of the steel material, for a total of 10 burner equipment. However, the burner equipment may be arranged from the side of the heating furnace toward the inside of the heating furnace.
それぞれのバーナー設備には、燃料ガスと燃料用空気(エア)が供給され、燃料ガスが空気中で拡散することにより燃焼し、火炎が加熱炉の内部に吹き込まれる。燃料用空気は、通常は空気が用いられるが、酸素を含有する酸素含有ガスとして、酸素、酸素富化空気、酸素と排ガスの混合ガス等が用いられてもよい。 Fuel gas and fuel air are supplied to each burner equipment, and the fuel gas is burned by diffusing in the air, and the flame is blown into the inside of the heating furnace. Air is usually used as the fuel air, but oxygen-containing gases that contain oxygen, such as oxygen-enriched air and a mixture of oxygen and exhaust gas, may also be used.
燃料用空気は、不図示のブロアを用いてバーナー設備に送られる。その際、燃焼用空気は、燃焼用空気流量弁で調整され、燃焼用空気流量計で測定される。ただし、燃焼用空気流量弁や燃焼用空気流量計は、個々のバーナー設備ごとに設けられる必要はない。例えば、加熱炉の上面側に配置されるバーナー設備U1~U5全体に対して供給する燃焼用空気の流量が調整されればよく、複数のバーナー設備を一つの群として、群単位で燃焼用空気の流量が調整されてもよい。 The fuel air is sent to the burner equipment using a blower (not shown). At that time, the combustion air is adjusted by a combustion air flow valve and measured by a combustion air flow meter. However, it is not necessary to provide a combustion air flow valve or combustion air flow meter for each burner equipment. For example, it is sufficient to adjust the flow rate of the combustion air supplied to all of the burner equipment U1 to U5 located on the upper side of the heating furnace, and multiple burner equipment may be treated as one group, and the flow rate of the combustion air may be adjusted on a group basis.
燃料ガスは、バーナー設備ごとに設置される燃料ガス流量調整バルブによってバーナー設備への供給量が調整され、その流量は燃料ガス流量計によって測定される。燃料ガスの流量は、加熱炉において鋼材を所定の温度まで昇温するのに必要な熱エネルギーを確保できるように調整される。また、燃料ガスの流量は、加熱炉内部の帯域ごとに異なる雰囲気温度の目標値が設定され、帯域ごとの目標温度を達成するように調整されてよい。 The amount of fuel gas supplied to the burner equipment is adjusted by a fuel gas flow control valve installed for each burner equipment, and the flow rate is measured by a fuel gas flow meter. The flow rate of the fuel gas is adjusted so as to ensure the thermal energy required to heat the steel material to a specified temperature in the heating furnace. In addition, different target values for the atmospheric temperature are set for each zone inside the heating furnace, and the flow rate of the fuel gas may be adjusted to achieve the target temperature for each zone.
鋼材用加熱炉には、炉内で発生する排ガスを外部に排出するための煙道が設けられることがある。煙道からは加熱炉内のガスが排出されることがあるため、煙道は排ガス処理装置(不図示)と接続されており、通常は煙道を通じて加熱炉の外部に有害なガスが大気に排出されないように構成されている。そのため、鋼材用加熱炉の内部で、例えばアンモニアを燃焼させることにより窒素酸化物や未燃アンモニアが発生しても、煙道を通過して鋼材用加熱炉の外部に排出されることはない。しかし、上記の通り、鋼材用加熱炉は装入部と搬出部とを備え、少なくとも鋼材の搬入と搬出とを行う場合には、開口した状態となるため、開口部に排ガス処理装置を設置するのは困難であるため、それらの開口部を通じて窒素酸化物や未燃アンモニアが外部に排出される可能性がある点が問題となる。 A steel heating furnace may be provided with a flue for discharging exhaust gas generated in the furnace to the outside. Since gas inside the heating furnace may be discharged from the flue, the flue is connected to an exhaust gas treatment device (not shown) and is usually configured so that harmful gases are not discharged into the atmosphere outside the heating furnace through the flue. Therefore, even if nitrogen oxides or unburned ammonia are generated inside the steel heating furnace, for example, by burning ammonia, they will not be discharged to the outside of the steel heating furnace through the flue. However, as described above, a steel heating furnace has a loading section and an unloading section, and is open at least when steel is loaded and unloaded, so it is difficult to install an exhaust gas treatment device at the opening, and there is a problem in that nitrogen oxides and unburned ammonia may be discharged to the outside through these openings.
次に、本実施形態に係る鋼材用加熱炉とその操業方法について第一形態について説明する。
<第一形態のバーナー設備>
第一形態に係る鋼材用加熱炉は、燃料ガスとして石炭ガスを供給する石炭ガス供給部を有する第1バーナー設備と、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部を有する第2バーナー設備とを含む。図1に第一形態の鋼材用加熱炉Hを示す。図1に示す実施形態は、燃料ガスとしてアンモニア3が供給されていないバーナー設備U1、U5、L1、L5が第1バーナー設備となる。また、燃料ガスとしてアンモニア3が供給されているバーナー設備U2~U4、L2~L4が第2バーナー設備となる。第1バーナー設備の石炭ガス供給部と、第2バーナー設備の混合ガス供給部については後述する。
Next, a first embodiment of the steel heating furnace and its operating method according to the present embodiment will be described.
<First type of burner equipment>
The steel heating furnace according to the first embodiment includes a first burner equipment having a coal gas supply unit that supplies coal gas as a fuel gas, and a second burner equipment having a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas. FIG. 1 shows a steel heating furnace H according to the first embodiment. In the embodiment shown in FIG. 1, burner equipment U1, U5, L1, and L5 to which
本実施形態のバーナー設備に用いられる燃料ガスである石炭ガスは、石炭から得られるガスを意味する。特に、製鉄所の高炉、コークス炉、転炉などで生成される副生ガスを用いるのが好ましい。高炉ガスは、高炉で鉄鉱石を還元して銑鉄を製造する際の副生ガスである。コークス炉ガスは、コークスを製造するために石炭を高温乾留して生成される副生ガスである。転炉ガスは、転炉における製鋼工程で生じる副生ガスである。 The coal gas, which is the fuel gas used in the burner equipment of this embodiment, means gas obtained from coal. In particular, it is preferable to use by-product gases generated in blast furnaces, coke ovens, converters, and the like in steelworks. Blast furnace gas is a by-product gas generated when iron ore is reduced in a blast furnace to produce pig iron. Coke oven gas is a by-product gas generated by high-temperature carbonization of coal to produce coke. Converter gas is a by-product gas generated in the steelmaking process in a converter.
副生ガスは、生成する工程により種々の成分組成を有する。例えば、高炉ガスは可燃成分の一酸化炭素が21~30体積%、不燃成分の窒素が50~60体積%、二酸化炭素が10~22体積%が代表的な組成である。高炉ガスの発火点は630~650℃であり、燃焼範囲は空気と混合した場合27~75体積%である。高炉ガスの低位発熱量は3.45MJ/Nm3程度が代表例である。コークス炉ガスは、水素46~60体積%、メタン20~35体積%、一酸化炭素5~10体積%、エチレンなどの炭化水素2~4体積%が代表的な組成である。コークス炉ガスの低位発熱量は18.0MJ/Nm3程度が代表例である。転炉ガスは、一酸化炭素が約75体積%、二酸化炭素が約13体積%であり、他に微量の酸素、窒素、水素が含有される。転炉ガスの低位発熱量は8.2MJ/Nm3程度が代表例である。 By-product gases have various component compositions depending on the process of generation. For example, blast furnace gas has a typical composition of 21-30 vol% of combustible carbon monoxide, 50-60 vol% of incombustible nitrogen, and 10-22 vol% of carbon dioxide. The ignition point of blast furnace gas is 630-650°C, and the combustion range is 27-75 vol% when mixed with air. The lower heating value of blast furnace gas is typically about 3.45 MJ/ Nm3 . The typical composition of coke oven gas is 46-60 vol% hydrogen, 20-35 vol% methane, 5-10 vol% carbon monoxide, and 2-4 vol% hydrocarbons such as ethylene. The typical lower heating value of coke oven gas is about 18.0 MJ/ Nm3 . Converter gas has about 75 vol% carbon monoxide, about 13 vol% carbon dioxide, and also contains small amounts of oxygen, nitrogen, and hydrogen. A typical example of the lower heating value of converter gas is about 8.2 MJ/ Nm3 .
石炭ガスは、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガスが適宜混合されたガス(Mガスと呼ばれることがある。)が用いられることがある。発熱量が異なる石炭ガスを混合することにより、鋼材の加熱に必要な熱量を供給し、安定した鋼材用加熱炉の操業を行うためである。また、本実施形態のバーナー設備に用いられる燃料ガスは、これらの石炭ガスに加えて、石油ガスなどの気体燃料や微量の固体燃料が添加されていてもよい。石炭ガスの含有量が50体積%以上であれば、鋼材の加熱に対する熱源の主体は石炭ガスとみなすことができるからである。 The coal gas used may be a suitable mixture of blast furnace gas, coke oven gas, and converter gas (sometimes called M gas). By mixing coal gases with different heating values, the amount of heat required to heat steel can be supplied, ensuring stable operation of the steel heating furnace. In addition to these coal gases, the fuel gas used in the burner equipment of this embodiment may also contain gaseous fuels such as petroleum gas or small amounts of solid fuel. This is because if the coal gas content is 50 volume % or more, the main heat source for heating steel can be considered to be coal gas.
第2バーナー設備に用いられるアンモニアは、化学式NH3で表される常温で無色の気体をいう。アンモニアの発火点は651℃であり、燃焼範囲は空気と混合した場合15.5~27体積%である。アンモニアの低位発熱量は14.1MJ/Nm3である。ただし、第2バーナー設備に用いられるアンモニアには、任意で水素を混合させたガスを用いてもよい。水素もアンモニアと同様に燃焼によって二酸化炭素が排出しないからである。また、アンモニアを燃焼させると高温状態で水素を発生させるため、予めアンモニアと水素とを混合したガスと類似する燃焼特性を示すことがあるからである。この場合、アンモニアに添加する水素ガスは、最大で50体積%が許容される。つまり、本実施形態の第2バーナー設備に用いられるアンモニアには、最大50体積%の水素を含んでよい。 The ammonia used in the second burner equipment is a colorless gas at room temperature represented by the chemical formula NH 3. The ignition point of ammonia is 651°C, and the combustion range is 15.5 to 27% by volume when mixed with air. The lower heating value of ammonia is 14.1 MJ/Nm 3. However, the ammonia used in the second burner equipment may be a gas mixed with hydrogen as desired. This is because hydrogen, like ammonia, does not emit carbon dioxide when burned. In addition, when ammonia is burned, hydrogen is generated in a high temperature state, and therefore it may exhibit combustion characteristics similar to those of a gas in which ammonia and hydrogen are mixed in advance. In this case, the amount of hydrogen gas added to the ammonia is allowed to be up to 50% by volume. In other words, the ammonia used in the second burner equipment of this embodiment may contain up to 50% by volume of hydrogen.
第1バーナー設備
第1バーナー設備の構成例を図2に示す。第1バーナー設備は、燃料ガスである石炭ガス10と燃焼用空気11を混合させ、先端から火炎を放出するバーナー1と、石炭ガスの流量を調整する石炭ガス流量調整バルブ101と、石炭ガスの流量を測定する石炭ガス流量計102とから構成される。本実施形態における石炭ガス供給部とは、バーナーに石炭ガスを供給するための石炭ガス流量調整バルブ101と石炭ガス流量計102のことである。
First burner equipment A configuration example of the first burner equipment is shown in Fig. 2. The first burner equipment is composed of a
第1バーナー設備には、図2に示すように石炭ガス10と燃焼用空気11とをバーナー内部で混合するノズルミックス型バーナーを用いるとよい。この場合、燃料ガスと混合する前に燃料用空気を、排ガスなどを用いて予熱しておくことで、省エネルギーを達成できる。また、第1バーナー設備には、蓄熱体と一体化した2台一対のバーナーを数十秒間隔で交互に燃焼させるリジェネバーナーを用いてもよい。この場合、一方のバーナーが燃焼しているときには、その排気を他方のバーナーの蓄熱体を通過させ、他方の蓄熱体を加熱することにより一方のバーナーからの排気が有する熱エネルギーを回収する。そして、次に他方のバーナーが燃焼するときには、燃焼用空気を他方の蓄熱体を通過させることによって予熱する。これにより、よりエネルギー効率に優れた燃焼を実現できる。ただし、第1バーナー設備は、図2に示すノズルミックス型バーナーに限定されず、プレミックス型バーナーを用いてもよい。プレミックス型バーナーは、石炭ガスの流動方向における石炭ガス流量計102の下流側に、石炭ガス10と燃焼用空気11とを混合する混合器(ミキサー)を設け、石炭ガス10と燃焼用空気11が混合されたガスをバーナー1の先端部から噴出する方式のバーナー設備である。
As shown in FIG. 2, the first burner equipment may be a nozzle mix type burner that mixes
第1バーナー設備では、一例として燃料用空気は625Nm3/hr、石炭ガスは185Nm3/hrとする操業条件で燃焼が行われる。ただし、燃料ガスである石炭ガスの供給量は、加熱炉内部を所定の温度に制御するように石炭ガス流量調整バルブ101の開度設定により調整されるようにしてよい。
In the first burner equipment, combustion is performed under operating conditions of, for example, fuel air of 625 Nm3 /hr and coal gas of 185 Nm3 /hr. However, the supply amount of coal gas as fuel gas may be adjusted by setting the opening of the coal gas flow
第2バーナー設備
一方、本実施形態に適用される第2バーナー設備の構成例を図3に示す。第2バーナー設備に用いられるバーナーは、第1バーナー設備と同様の形式のものを適用できる。第2バーナー設備は、石炭ガスの流量を調整する石炭ガス流量調整バルブ101と、石炭ガスの流量を測定する石炭ガス流量計102と、アンモニアの流量を調整するアンモニア流量調整バルブ31と、アンモニアの流量を測定するアンモニア流量計32とを含む。
Second burner equipment An example of the configuration of the second burner equipment applied to this embodiment is shown in Fig. 3. The burner used in the second burner equipment can be of the same type as that of the first burner equipment. The second burner equipment includes a coal gas flow
また、第2バーナー設備は、石炭ガスとアンモニアとを配管内で混合する混合部15を備える。本実施形態における混合ガス供給部とは、バーナーに混合ガスを供給するための、石炭ガス流量調整バルブ101、石炭ガス流量計102、アンモニア流量調整バルブ31、アンモニア流量計32および混合部15のことをいう。
The second burner equipment also includes a
図3に示す第2バーナー設備は、石炭ガスとアンモニアの配管が合流することにより内部を流動するガスを混合するものであり、この場合の混合部は石炭ガスの供給配管とアンモニアの供給配管とが合流する部分を指す。ただし、石炭ガスとアンモニアとはそれぞれの供給配管から供給されることで、特別な攪拌機構を設けなくても混合が行われるので、混合部15は燃焼用空気11の供給配管よりも上流側に一定の空間として構成すればよい。
第2バーナー設備についても、図3に示すノズルミックス型バーナーに限定されず、プレミックス型バーナーを用いてもよい。この場合、燃料ガスの流動方向における混合部15の下流側に、燃料ガスと燃焼用空気11とを混合する混合器(ミキサー)を設け、燃料ガスと燃焼用空気11が混合されたガスをバーナーの先端部から噴出する方式のバーナー設備を用いることができる。
3 is a burner in which the coal gas and ammonia pipes join together to mix the gases flowing inside, and the mixing section in this case refers to the part where the coal gas supply pipe and the ammonia supply pipe join together. However, since the coal gas and ammonia are supplied from their respective supply pipes, mixing can be performed without providing a special stirring mechanism, and therefore the
The second burner equipment is not limited to the nozzle mix type burner shown in Fig. 3, and a premix type burner may be used. In this case, a mixer for mixing the fuel gas and the
第2バーナー設備は、混合ガス供給部に加えて、混合ガス供給部が供給する混合ガス16に含まれるアンモニア3の混合比率を制御する制御部14を含むのが好ましい。制御部14は、石炭ガスの流量調整バルブ101の開度とアンモニア流量調整バルブ32の開度の比率を設定し、混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を制御する。この場合、石炭ガス流量調整バルブ101とアンモニア流量調整バルブ32との電磁弁を用いて構成し、石炭ガスおよびアンモニアの流量が所定の混合比率となるように制御部が電磁弁の開度を制御するとよい。
制御部14において、石炭ガスに対するアンモニアの比率を大きくすると、鋼材用加熱炉で発生する二酸化炭素量を低減できるものの、アンモニアの燃焼速度が遅いため火炎の安定性が低下する。一方、石炭ガスに対するアンモニアの比率を小さくすると、火炎の安定性は向上するものの、鋼材用加熱炉で発生する二酸化炭素量の低減効果が十分ではなくなる。そのため、本実施形態の第2バーナー設備では、混合ガスに占めるアンモニアの比率は、2~60体積%であることが好ましい。
The second burner equipment preferably includes, in addition to the mixed gas supply unit, a
In the
第2バーナー設備では、一例として燃料用空気625Nm3/hrに対して、燃料ガスとして石炭ガス150Nm3/hr、アンモニア30Nm3/hr程度の混合ガスを用いてよい。これにより、上記の第1バーナー設備の例と同程度の熱量を得ることができる。 In the second burner equipment, for example, a mixture of fuel gas of about 150 Nm3/hr of coal gas and about 30 Nm3 /hr of ammonia may be used with 625 Nm3 /hr of fuel air, thereby obtaining the same amount of heat as the above-mentioned example of the first burner equipment.
以上のように、第1バーナー設備と第2バーナー設備は、バーナーに対して供給する燃料ガスの供給機器の構成が異なる。しかし、バーナーおよび燃料用空気の供給機器は共通の設備を用いることができるので、鋼材用加熱炉に適用される第1バーナー設備の一部について、大掛かりな設備更新を行うことなく、第2バーナー設備に更新することができる。 As described above, the first burner equipment and the second burner equipment have different configurations for the fuel gas supply equipment that supplies the burners. However, common equipment can be used for the burners and the fuel air supply equipment, so part of the first burner equipment applied to a steel heating furnace can be updated to the second burner equipment without major equipment updates.
第2バーナー設備で用いる混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率は、石炭ガスのウォッベ指数に基づいて設定することができる。ウォッベ指数は、燃料ガスの互換性を表す指標であり、燃料ガスが熱エネルギーを生成する相対的な能力を特定するために用いられる。ウォッベ指数WIは、燃料ガスの総発熱量H(MJ/Nm3)と、燃料ガスの比重S(空気はS=1)とを用いて、以下の式(1)により求められる。
WI=H/√S ・・・(1)
The mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas used in the second burner equipment can be set based on the Wobbe index of the coal gas. The Wobbe index is an index representing the compatibility of fuel gas and is used to identify the relative ability of the fuel gas to generate thermal energy. The Wobbe index WI is calculated by the following formula (1) using the total calorific value H (MJ/Nm 3 ) of the fuel gas and the specific gravity S of the fuel gas (S=1 for air).
WI=H/√S (1)
ウォッベ指数は、燃焼設備を変更することなく燃料ガスを変更する場合に、燃焼速度と共に所定の範囲に収める必要がある。そのため、制御部によって制御する混合比率は、石炭ガスとアンモニアのウォッベ指数に基づいて設定するのが好ましい。 When changing the fuel gas without changing the combustion equipment, the Wobbe index, together with the combustion speed, must be kept within a specified range. Therefore, it is preferable to set the mixture ratio controlled by the control unit based on the Wobbe index of coal gas and ammonia.
表1に、アンモニアと石炭ガスのウォッベ指数と最大燃焼速度の代表例を示す。表1に記載されたMガスは、高炉ガス、コークス炉ガスおよび転炉ガスを混合した石炭ガスを指す。なお、石炭ガスは副生ガスの原料となる石炭の産地や石炭ガスの生成源の操業条件などにより大きく変化するため、表1に示す数値はあくまで一例である。
表1からは、アンモニアの燃焼速度は非常に遅く、ウォッベ指数が低いことから燃焼により生成される熱エネルギーが他に比べて低いことが分かる。したがって、石炭ガスとしてコークス炉ガスを用いるバーナー設備では、コークス炉ガスにアンモニアを混合させると燃焼性(最大燃焼速度とウォッベ指数)が低下しやすいため、アンモニアの混合比率が過大にならないように設定する。一方、石炭ガスとしてMガスを用いるバーナー設備では、Mガスのウォッベ指数がアンモニアよりも低いため、アンモニアの混合比率を大きくすると熱負荷が過大となるおそれがある。この場合には、Mガスとアンモニアの混合ガスに不燃性ガスである窒素を加えることにより、混合ガスのウォッベ指数を調整できる。また、Mガスを構成する高炉ガスには比較的多量の窒素を含むため、Mガスに含まれる高炉ガスの比率を高めて混合ガスを生成するとよい。
Table 1 shows typical examples of the Wobbe index and maximum combustion speed of ammonia and coal gas. M gas in Table 1 refers to coal gas mixed with blast furnace gas, coke oven gas, and converter gas. Note that coal gas varies greatly depending on the production area of the coal that is the raw material for the by-product gas and the operating conditions of the coal gas generation source, so the values shown in Table 1 are merely examples.
From Table 1, it can be seen that the combustion speed of ammonia is very slow and the Wobbe index is low, so that the thermal energy generated by combustion is lower than other substances. Therefore, in a burner facility using coke oven gas as coal gas, the combustibility (maximum combustion speed and Wobbe index) is likely to decrease when ammonia is mixed with coke oven gas, so the mixing ratio of ammonia is set so as not to be excessive. On the other hand, in a burner facility using M gas as coal gas, the Wobbe index of M gas is lower than that of ammonia, so that increasing the mixing ratio of ammonia may cause excessive heat load. In this case, the Wobbe index of the mixed gas can be adjusted by adding nitrogen, which is a non-combustible gas, to the mixed gas of M gas and ammonia. In addition, since the blast furnace gas constituting M gas contains a relatively large amount of nitrogen, it is preferable to increase the ratio of blast furnace gas contained in M gas to generate the mixed gas.
なお、任意であるが、第1バーナー設備または第2バーナー設備の燃料ガスに水素ガスを混合して供給する、または燃料ガスを水素ガスに置換する水素ガス供給部を有することが可能である。 Optionally, it is possible to have a hydrogen gas supply unit that mixes hydrogen gas with the fuel gas of the first burner equipment or the second burner equipment and supplies it, or replaces the fuel gas with hydrogen gas.
<第一形態の操業方法>
石炭ガスを燃料ガスとするバーナー加熱および石炭ガスとアンモニアガスの混合ガスを燃料ガスとするバーナー加熱を行い、任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合するか、または、水素ガスを燃料ガスとするバーナー加熱に置換する、鋼材用加熱炉の操業方法である。
<First type of operation method>
This is a method for operating a steel heating furnace, which performs burner heating using coal gas as a fuel gas and burner heating using a mixed gas of coal gas and ammonia gas as the fuel gas, and optionally mixes hydrogen gas with the fuel gas or replaces the burner heating with hydrogen gas as the fuel gas.
加熱炉内でのバーナー配置
第一形態の鋼材用加熱炉は、鋼材の搬送方向に沿って複数のバーナー設備を有し、複数のバーナー設備の少なくとも一つは第1バーナー設備であり、他のバーナー設備の少なくとも一つは第2バーナー設備を用いる。この場合、鋼材用加熱炉には、第1バーナー設備および第2バーナー設備以外のバーナー設備を用いてもよい。例えば、石油ガスを主体とする燃料ガスを使用するものや、水素を燃料ガスとするもの、さらに固体燃料を主体として燃焼を生じさせるものなど、一部に第1バーナー設備や第2バーナー設備とは異なるバーナー設備が含まれてよい。
Burner arrangement in the heating furnace The first type of steel heating furnace has a plurality of burner equipment along the steel conveying direction, at least one of the plurality of burner equipment is the first burner equipment, and at least one of the other burner equipment is the second burner equipment. In this case, the steel heating furnace may use burner equipment other than the first burner equipment and the second burner equipment. For example, the steel heating furnace may include burner equipment other than the first burner equipment and the second burner equipment, such as one that uses a fuel gas mainly made of petroleum gas, one that uses hydrogen as a fuel gas, or one that mainly uses solid fuel for combustion.
図1に示す鋼材用加熱炉Hには、第1バーナー設備U1、U5、L1、L5が配置され、第2バーナー設備U2~U4、L2~L4が配置されている。第1バーナー設備は、石炭ガスを用いるので燃焼の安定性に優れるものの、二酸化炭素の排出量は従来の加熱炉と変わらない。一方、第2バーナー設備は、石炭ガスとアンモニアの混合ガスを用いるので、アンモニアの混合比率が増加するほど二酸化炭素の排出量を低減できる。一方、第2バーナー設備においてアンモニアを燃焼させる場合に、窒素酸化物(NOx)が発生することがある。窒素酸化物が鋼材用加熱炉の装入部や搬出部から大気に放出されると、温室効果ガスとして作用するため、その排出量を抑制する必要がある。この場合、第2バーナー設備において、アンモニアの混合比を高くすることで、アンモニアの脱硝反応が生じるため、これにより窒素酸化物(NOx)は、窒素と水に分解され無害化される。また、この場合、アンモニア当量比をリッチ側(アンモニア過剰側)で燃焼させる必要があるものの、未燃アンモニアが生じやすく、鋼材用加熱炉の外部に未燃アンモニアが漏洩するリスクが高まる。すなわち、第2バーナー設備では、アンモニアを燃料ガスに用いることにより、窒素酸化物と未燃アンモニアのいずれかが生成され、これらによる環境リスクが高まる点が問題となる。 In the steel heating furnace H shown in FIG. 1, first burner equipment U1, U5, L1, and L5 are arranged, and second burner equipment U2 to U4, L2 to L4 are arranged. The first burner equipment uses coal gas, which has excellent combustion stability, but the amount of carbon dioxide emissions is the same as that of conventional heating furnaces. On the other hand, the second burner equipment uses a mixture of coal gas and ammonia, so the amount of carbon dioxide emissions can be reduced as the mixture ratio of ammonia increases. On the other hand, when ammonia is burned in the second burner equipment, nitrogen oxides (NOx) may be generated. If nitrogen oxides are released into the atmosphere from the charging section or the discharge section of the steel heating furnace, they act as greenhouse gases, so it is necessary to suppress their emissions. In this case, by increasing the mixture ratio of ammonia in the second burner equipment, a denitrification reaction of ammonia occurs, and as a result, nitrogen oxides (NOx) are decomposed into nitrogen and water and rendered harmless. In this case, although it is necessary to burn the ammonia at a rich ammonia equivalence ratio (ammonia excess), unburned ammonia is likely to be generated, increasing the risk of unburned ammonia leaking outside the steel heating furnace. In other words, the second burner equipment uses ammonia as fuel gas, which generates either nitrogen oxides or unburned ammonia, increasing the environmental risk.
これに対して、本実施形態では、第1バーナー設備と第2バーナー設備とを備えてバーナー加熱するので、第2バーナー設備で生成する可能性のある窒素酸化物や未燃アンモニアが、燃料ガスとしてアンモニアを含有しない第1バーナー設備により分解され、窒素と水に変化する。これにより、鋼材用加熱炉が鋼材の装入部と搬出部を備え、鋼材の装入や搬出時に外部へ開口する状態が生じたとしても、鋼材用加熱炉から窒素酸化物や未燃アンモニアが流出するのを防止できる。 In contrast, in this embodiment, the first burner equipment and the second burner equipment are provided for burner heating, so that nitrogen oxides and unburned ammonia that may be generated by the second burner equipment are decomposed by the first burner equipment, which does not contain ammonia as fuel gas, and converted into nitrogen and water. This makes it possible to prevent nitrogen oxides and unburned ammonia from leaking out of the steel material heating furnace, even if the steel material heating furnace has a steel material loading section and a steel material unloading section and is open to the outside when the steel material is loaded or unloaded.
燃料ガスとして石炭ガスを用いる第1バーナー設備により、窒素酸化物が分解されるのは、第1バーナー設備で発生する火炎では還元物質としてシアン化水素(HCN)などが生成するため、これにより第2バーナー設備で生成する窒素酸化物が窒素に分解されるからである。また、第1バーナー設備により、未燃アンモニアが分解されるのは、第1バーナー設備のバーナーから発する火炎により未燃アンモニアが燃焼し、窒素と水に分解されるからである。なお、通常は、第1バーナー設備は燃焼用空気がリッチ(燃料用空気に対して石炭ガスの当量比が1未満の条件)で燃焼を行うため、第1バーナー設備で生じる余剰酸素によって未燃のアンモニアを分解することになる。 The first burner equipment, which uses coal gas as fuel gas, decomposes nitrogen oxides because the flame generated by the first burner equipment produces hydrogen cyanide (HCN) and other reducing substances, which decompose the nitrogen oxides produced by the second burner equipment into nitrogen. The first burner equipment decomposes unburned ammonia because the flame generated by the burner of the first burner equipment burns unburned ammonia and decomposes it into nitrogen and water. Normally, the first burner equipment burns with rich combustion air (the equivalence ratio of coal gas to fuel air is less than 1), so the excess oxygen produced by the first burner equipment decomposes the unburned ammonia.
なお、第2バーナー設備において、アンモニア当量比をリッチ側(過剰側)で燃焼させることにより、アンモニアの脱硝反応が生じることにより窒素酸化物が窒素と水に分解されやすくなるが、アンモニア当量比をリッチ側とすることにより、未燃アンモニアが発生しやすくなる。これに対して、第1バーナー設備によって第2バーナー設備で発生する未燃アンモニアを燃焼することにより、第2バーナー設備で窒素酸化物が生成するのを抑制し、第1バーナー設備で未燃アンモニアを燃焼させることで、窒素酸化物および未燃アンモニアの両者を低減することができる。特に、第1バーナー設備において、燃料用空気に対して石炭ガスの当量比を1未満とした希薄燃料側で燃焼させることで、第1バーナー設備の未燃アンモニアを燃焼させやすくなるため好ましい。 In the second burner equipment, by burning the ammonia at a rich (excessive) ammonia equivalence ratio, a denitration reaction of ammonia occurs, which makes it easier for nitrogen oxides to be decomposed into nitrogen and water, but by setting the ammonia equivalence ratio to the rich side, unburned ammonia is more likely to be generated. In contrast, by burning the unburned ammonia generated in the second burner equipment by the first burner equipment, it is possible to suppress the generation of nitrogen oxides in the second burner equipment, and by burning the unburned ammonia in the first burner equipment, it is possible to reduce both nitrogen oxides and unburned ammonia. In particular, it is preferable to burn the unburned ammonia in the first burner equipment on the lean fuel side, where the equivalence ratio of coal gas to fuel air is less than 1, because this makes it easier to burn the unburned ammonia in the first burner equipment.
さらに、上記第一形態では、第1バーナー設備は鋼材用加熱炉の装入部51および搬出部61に近接する位置に配置し、他のバーナー設備は第2バーナー設備を配置するのが好ましい。ここで、鋼材用加熱炉の装入部51に近接する位置とは、鋼材Sの搬送方向に沿って設置される複数のバーナー設備のなかで、装入部に最も近い位置をいう。また、鋼材用加熱炉の搬出部61に近接する位置とは、鋼材Sの搬送方向に沿って設置される複数のバーナー設備のなかで、搬出部に最も近い位置をいう。つまり、鋼材用加熱炉の装入部51と搬出部61に最も近い位置には、第1バーナー設備以外のバーナー設備が配置されていないことをいう。
Furthermore, in the first embodiment, it is preferable that the first burner equipment is disposed in a position close to the
鋼材用加熱炉の装入部51に近接する位置に第1バーナー設備を配置するのは、第2バーナー設備により窒素酸化物や未燃アンモニアが発生しても、装入部に近接する位置に配置する第1バーナー設備により窒素酸化物や未燃アンモニアが分解されるからである。
これにより、鋼材用加熱炉にスラブを装入する際に開口した状態となる装入部51から窒素酸化物や未燃アンモニアが鋼材用加熱炉から外部に流出することを防止できる。
同様に、鋼材用加熱炉の搬出部61に近接する位置に第1バーナー設備を配置するのは、第2バーナー設備により窒素酸化物や未燃アンモニアが発生しても、搬出部61に近接する位置に配置する第1バーナー設備により窒素酸化物や未燃アンモニアが分解されるからである。
これにより、鋼材用加熱炉からスラブを搬出する際に開口した状態となる搬出部から窒素酸化物や未燃アンモニアが鋼材用加熱炉から外部に流出することを防止できる。
The first burner equipment is located in close proximity to the
This makes it possible to prevent nitrogen oxides and unburned ammonia from leaking out of the steel heating furnace to the outside through the charging
Similarly, the first burner equipment is located in close proximity to the
This makes it possible to prevent nitrogen oxides and unburned ammonia from leaking out of the steel heating furnace through the discharge section that is opened when the slab is discharged from the steel heating furnace.
なお、図1に示す鋼材用加熱炉Hには、炉内で発生する排ガスを外部に排出するための煙道9が設けられている。煙道は加熱炉内のガスを外部に排出するガス流路を区画する。この場合、煙道9には不図示の排ガス処理装置が配置されており、煙道を通じて加熱炉の外部に窒素酸化物や未燃アンモニアを含む有害なガスが大気に排出されないように構成されている。
しかし、鋼材用加熱炉の装入部51と搬出部61では、加熱炉内のガス流路を限定することができないため、排ガス処理装置を設置することが困難である。これに対して、本実施形態の鋼材用加熱炉を用いることにより、装入部51および搬出部61が開口した状態でも窒素酸化物や未燃アンモニアが開口部を通じて外部に流出することを防止できる。その結果、煙道に配置される排ガス処理装置と併せて、鋼材用加熱炉の外部に窒素酸化物や未燃アンモニアが排出されるのを防止することができる。
The steel heating furnace H shown in Fig. 1 is provided with a
However, since the gas flow path in the steel material heating furnace cannot be limited in the charging
なお、任意ではあるが、上記の燃料ガスに水素ガスを混合するか、または、水素ガスを燃料ガスとするバーナー加熱に置換して鋼材加熱の操業をすることは可能である。 Optionally, it is possible to mix hydrogen gas with the above fuel gas, or to replace it with burner heating using hydrogen gas as the fuel gas for steel heating operations.
次に、本実施形態に係る鋼材用加熱炉とその操業方法について第二形態を説明する。
<第二形態のバーナー設備>
本発明の第二形態のバーナー設備は、上記第一形態と同様に、鋼材用加熱炉が鋼材の搬送方向に沿って鋼材用加熱炉の内部を昇温させる複数のバーナー設備を有する。複数のバーナー設備のうち少なくとも1つは、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部と、混合ガス供給部から供給する混合ガスに含まれるアンモニア混合比率を制御する制御部1とを有するバーナー設備を備える。
Next, a second embodiment of the steel heating furnace and its operating method according to the present embodiment will be described.
<Burner equipment of the second type>
The burner equipment of the second embodiment of the present invention has a plurality of burner equipments for heating the inside of the steel material heating furnace along the steel material transport direction, similarly to the first embodiment. At least one of the plurality of burner equipments has a mixed gas supply unit for supplying a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas, and a
第二形態の加熱炉の炉体構造や鋼材の搬送装置等は第一形態と同様である。第二形態は、加熱炉に上記第一形態における第2バーナー設備を少なくとも1つ有し、第2バーナー設備の混合ガス供給部は混合ガス16に含まれるアンモニアの混合比率をそれぞれ制御する制御部14を有する。この場合、第2バーナー設備の制御部14は、石炭ガスとアンモニアとを所定の比率で混合できるだけでなく、混合ガス16に含まれるアンモニアの混合比率をゼロに制御できる。制御部14において、混合ガス16のアンモニア混合比率をゼロに制御することで、上記第一形態における石炭ガスを供給する第1バーナー設備の機能を発揮できる。
The furnace body structure and steel material transport device of the second embodiment are the same as those of the first embodiment. In the second embodiment, the heating furnace has at least one second burner equipment of the first embodiment, and the mixed gas supply unit of the second burner equipment has a
鋼材用加熱炉の内部に、石炭ガスを燃料ガスとする第1バーナー設備を備える場合には、本第二形態の混合ガス供給部と制御部とを有するバーナー設備は、石炭ガスとアンモニアの混合ガスを燃料ガスとして燃焼を行えばよい。
これにより、二酸化炭素の排出量を削減しながら、第1バーナー設備により窒素酸化物や未燃アンモニアを燃焼し分解することができる。一方、鋼材用加熱炉の内部に、石炭ガスとアンモニアの混合ガスを燃料ガスとする第2バーナー設備を備える場合には、本実施形態の混合ガス供給部と制御部とを有するバーナー設備は、混合ガスのアンモニア混合比率をゼロとすればよい。このような態様であっても同様の効果が得られる。
In the case where a first burner equipment using coal gas as fuel gas is provided inside a steel heating furnace, the burner equipment having a mixed gas supply unit and a control unit of the second embodiment may perform combustion using a mixed gas of coal gas and ammonia as fuel gas.
This allows the first burner equipment to burn and decompose nitrogen oxides and unburned ammonia while reducing carbon dioxide emissions. On the other hand, when a second burner equipment using a mixed gas of coal gas and ammonia as fuel gas is provided inside the steel heating furnace, the burner equipment having the mixed gas supply unit and control unit of this embodiment may set the ammonia mixing ratio of the mixed gas to zero. Even in this embodiment, the same effect can be obtained.
一方、複数のバーナー設備のうち少なくとも2つ以上は、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部と、混合ガス供給部から供給する混合ガスの混合比率を制御する制御部とを含むバーナー設備を用いるのが好ましい。混合ガス供給部と制御部とを有するバーナー設備の少なくとも1つは、石炭ガスとアンモニアの混合ガスを燃料ガスとして燃焼を行い、他は制御部により混合ガスのアンモニア混合比率をゼロとして燃焼を行うことでも同様の効果が得られるからである。 On the other hand, it is preferable that at least two of the multiple burner equipment include a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as fuel gas, and a control unit that controls the mixture ratio of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit. This is because the same effect can be obtained by burning the mixed gas of coal gas and ammonia as fuel gas in at least one of the burner equipment having a mixed gas supply unit and a control unit, and burning the mixed gas of coal gas and ammonia as fuel gas in the other by setting the ammonia mixture ratio of the mixed gas to zero by the control unit.
<第二形態の操業方法>
図4を用いて本第二形態の鋼材用加熱炉Hを説明する。図4に示すバーナー設備U1~U5、L1~L5はそれぞれのバーナー設備に制御部14を有し、制御部14は石炭ガスとアンモニアの混合比率を制御できるように構成される。
これにより、バーナー設備U1~U5、L1~L5の一部は、制御部14により燃料ガスとして石炭ガス2を用いて加熱炉の内部を昇温し、他のバーナー設備は燃料ガスとして石炭ガス2とアンモニア3の混合ガスを用いて加熱炉の内部を昇温することができる。したがって、石炭ガスとアンモニアの混合ガス16を用いた燃焼により生成し得る窒素酸化物や未燃アンモニアを、石炭ガスを燃料ガスとする燃焼により分解でき、加熱炉の外部に窒素酸化物や未燃アンモニアが流出するのを防止できる。
<Second type of operation method>
The second embodiment of the steel heating furnace H will be described with reference to Fig. 4. Each of the burner equipment U1 to U5 and L1 to L5 shown in Fig. 4 has a
As a result, some of the burner equipment U1 to U5 and L1 to L5 can heat the inside of the heating furnace using
例えば、図4に示す鋼材用加熱炉Hを用いた操業として、鋼材用加熱炉の装入部51に近接する位置に配置されるバーナー設備U1またはL1のうち少なくとも一方については、制御部14により混合ガスのアンモニア混合比率をゼロに制御する。また、鋼材用加熱炉の搬出部61に近接する位置に配置されるバーナー設備U5またはL5のうち少なくとも一方についても、制御部14により燃料ガスのアンモニア混合比率をゼロに制御する。そして、鋼材用加熱炉の装入部および搬出部に近接する位置を除く位置に配置されるバーナー設備U2~U4、L2~L4のうち少なくとも一つのバーナー設備では、制御部14がアンモニアを含む混合ガスを用いるように制御する。
これにより、アンモニアを含む混合ガスを用いた燃焼により鋼材用加熱炉から排出される二酸化炭素量を低減でき、窒素酸化物や未燃アンモニアが加熱炉の外部に流出するのを防止できる。
For example, in an operation using the steel heating furnace H shown in Fig. 4, for at least one of the burner equipment U1 or L1 arranged in a position adjacent to the charging
This makes it possible to reduce the amount of carbon dioxide emitted from a steel heating furnace due to combustion using a mixed gas containing ammonia, and to prevent nitrogen oxides and unburned ammonia from leaking out of the heating furnace.
さらに、混合ガス16に含まれるアンモニアの混合比率は、バーナー設備ごとに設定するとよい。例えば、加熱炉内部の鋼材の搬送方向に対して、隣接するバーナー設備の一方で燃料ガスとして石炭ガス10とアンモニア3の混合ガス16を使用し、他方はアンモニアを混合させない石炭ガスを使用してもよい。
これにより、隣接する一方のバーナー設備で発生する窒素酸化物や未燃アンモニアを、他方のバーナー設備で分解することができる。
Furthermore, the mixing ratio of ammonia contained in the
This allows nitrogen oxides and unburned ammonia generated in one of the adjacent burner equipment to be decomposed by the other burner equipment.
次に、本実施形態に係る鋼材用加熱炉とその操業方法について第三形態について説明する。
<第三形態のバーナー設備>
本発明の第三形態は、上記第二形態の鋼材用加熱炉において、鋼材の搬送方向に沿って加熱炉内部の圧力を測定する複数の炉内圧力計を備える加熱炉であり、複数の炉内圧力計の測定値に基づいて、制御部が制御する混合ガスの混合比率を設定する設定部を有するものである。
Next, a third embodiment of the steel heating furnace and its operating method according to the present embodiment will be described.
<Third type burner equipment>
A third embodiment of the present invention is a steel heating furnace according to the second embodiment, which is provided with a plurality of furnace pressure gauges for measuring the pressure inside the heating furnace along the steel transport direction, and has a setting unit for setting the mixing ratio of the mixed gas controlled by the control unit based on the measurement values of the plurality of furnace pressure gauges.
本実施形態における炉内圧力計は、加熱炉の内部で鋼材が搬送する方向に複数配置する。図5の例では、それぞれのバーナー設備が配置される位置の近傍に炉内圧力計が配置されている。
本実施形態では、制御部が制御する混合ガスの混合比率を設定する設定部を有する。
図6に設定部の構成例を示す。設定部は、複数の炉内圧力計により測定した炉内の圧力の測定値を取得する。設定部は、加熱炉内部の雰囲気ガスが炉内圧力の高い位置から低い位置に向けて流動することに対応して、複数の炉内圧力計による測定値の相対的な大小関係により、雰囲気ガスの流動方向を特定する。そして、設定部は、雰囲気ガスの流動方向の下流側に配置されるバーナー設備では、燃料ガスに対するアンモニアの混合比率を小さくする。
さらに、設定部は、雰囲気ガスの流動方向の上流側に配置されるバーナー設備では、燃料ガスに対するアンモニアの混合比率を大きくするように混合ガスの混合比率を設定する。これにより、雰囲気ガスの流動方向の上流側に位置するバーナー設備はアンモニアリッチで燃焼させることにより加熱炉の二酸化炭素排出量を低減させることができる。また、雰囲気ガスの流動方向の下流側に位置するバーナー設備では、上流側に発生する窒素酸化物や未燃アンモニアを分解することができる。
In the present embodiment, a plurality of furnace pressure gauges are arranged in the direction in which the steel material is transported inside the heating furnace. In the example of Fig. 5, the furnace pressure gauges are arranged near the positions where the respective burner equipments are arranged.
In this embodiment, the controller has a setting unit that sets the mixing ratio of the mixed gas controlled by the controller.
An example of the configuration of the setting unit is shown in Fig. 6. The setting unit acquires measurements of pressure inside the furnace measured by a plurality of furnace pressure gauges. In response to the flow of the atmospheric gas inside the heating furnace from a position of high furnace pressure to a position of low furnace pressure, the setting unit specifies the flow direction of the atmospheric gas based on the relative magnitude relationship of the measurements by the plurality of furnace pressure gauges. Then, the setting unit reduces the mixing ratio of ammonia to fuel gas in the burner equipment arranged downstream of the flow direction of the atmospheric gas.
Furthermore, the setting unit sets the mixture ratio of the mixed gas so that the mixture ratio of ammonia to the fuel gas is increased in the burner equipment located upstream in the flow direction of the atmospheric gas. This allows the burner equipment located upstream in the flow direction of the atmospheric gas to burn with ammonia-rich, thereby reducing carbon dioxide emissions from the heating furnace. Also, the burner equipment located downstream in the flow direction of the atmospheric gas can decompose nitrogen oxides and unburned ammonia generated upstream.
<第三形態の操業方法>
例えば、図5において、炉内圧力が装入側5で高く搬出側6で低い場合には、雰囲気ガスの流動方向が装入側5から搬出側6となっていると推定される。この場合、設定部は、雰囲気ガスの流動方向の下流側にあるバーナー設備U5またはL5の少なくとも一方は雰囲気ガスの流動方向の上流側に位置するバーナー設備に比べてアンモニアの混合比率が低くなるように設定する。また、雰囲気ガスの流動方向の下流側にあるバーナー設備U5、L5だけでなく、バーナー設備U4、L4のアンモニアの混合比率がバーナー設備U1~U3、L1~L3よりも低くなるように設定してよい。これにより、搬出口61から窒素酸化物や未燃アンモニアが流出することを防止できる。
<Third type of operation method>
For example, in FIG. 5, when the pressure inside the furnace is high on the charging
一方、炉内圧力が装入側5で低く搬出側6で高い場合には、雰囲気ガスの流動方向が搬出側6から装入側5となっていると推定される。この場合、設定部は、雰囲気ガスの流動方向の上流側にあるバーナー設備U1またはL1の少なくとも一方は雰囲気ガスの流動方向の上流側に位置するバーナー設備に比べてアンモニアの混合比率が低くなるように設定する。これにより、装入口51を通じて未燃アンモニアが流出することを防止できる。
On the other hand, when the pressure inside the furnace is low on the charging
ところで、加熱炉内部の雰囲気ガスの流動方向は、装入部51の装入扉の開閉や、搬出部61の搬出扉の開閉に応じて変化することがある。加熱炉の内部は外部に比べて圧力が高い状態になっていることが多く、装入部が開口した状態では、加熱炉内部の雰囲気ガスは装入部の開口部の方向に流動し、装入部から外部に流出しやすい状態となる。搬出部が開口した状態でも同様であり、その場合には加熱炉内部の雰囲気ガスは搬出部の開口部の方向に流動し、搬出部から外部に流出しやすい状態となる。
The flow direction of the atmospheric gas inside the heating furnace may change depending on whether the loading door of the
したがって、加熱炉の装入部に近接する位置に配置したバーナー設備は、装入部51が開口している状態では、燃料ガスとして石炭ガスを用いた燃焼を行うのが好ましい。また、加熱炉の搬出部に近接する位置に配置したバーナー設備は、搬出部61が開口している状態では、燃料ガスとして石炭ガスを用いた燃焼を行うのが好ましい。
ただし、装入部51が開口している状態では、装入部に近接する位置に設置した炉内圧力計の測定が、装入部に近接する位置よりも下流側に設置した炉内圧力計の測定よりも小さくなる。このような場合でも、上記のように、設定部が複数の炉内圧力計による測定値の相対的な大小関係により、雰囲気ガスの流動方向を特定することによって、雰囲気ガスの流動方向の下流側に配置されるバーナー設備の燃料ガスに対するアンモニアの混合比率を小さくすることで同様の効果が得られる。
Therefore, the burner equipment arranged in the vicinity of the charging part of the heating furnace preferably performs combustion using coal gas as the fuel gas when the charging
However, when the charging
また、搬出部61が開口している状態も同様に、搬出部に近接する位置に設置した炉内圧力計の測定が、搬出部に近接する位置よりも上流側に設置した炉内圧力計の測定よりも小さくなる。したがって、設定部が複数の炉内圧力計による測定値の相対的な大小関係により、雰囲気ガスの流動方向を特定し、雰囲気ガスの流動方向の下流側に配置されるバーナー設備の燃料ガスに対するアンモニアの混合比率を小さくすればよい。
Similarly, when the
本実施形態の鋼材用加熱炉にはガス検知器をさらに配置して、窒素酸化物または未燃アンモニアを検知するようにしてもよい。図5の例では、加熱炉の装入側外部、搬出側外部および煙道にガス検知器17を配置している。ガス検知器は窒素酸化物(NOx)または未燃アンモニア(NH3)を検知できるものを用いる。好ましくは、窒素酸化物および未燃アンモニアを検出可能なガス検知器を用いる。
The steel heating furnace of this embodiment may further include a gas detector to detect nitrogen oxides or unburned ammonia. In the example of Fig. 5,
ガス検知器17によるガス濃度の測定値は、例えば設定部に送られるようにする。これによりガス検知器が検出するガス濃度(窒素酸化物濃度、未燃アンモニア濃度)が、予め設定した値を超える場合には、設定部はバーナー設備U1~U5、L1~L5で用いる混合ガスのアンモニア混合比率を下げるように再設定する。バーナー設備に使用する混合ガスのアンモニア混合比率を下げることにより、加熱炉の外部への窒素酸化物や未燃アンモニアの排出を抑制できるからである。
なお、予め設定する窒素酸化物濃度は、ガス検知器を加熱炉の外部に設置する場合に、例えば5ppm程度に設定するとよい。一方、予め設定する未燃アンモニア濃度は、ガス検知器を加熱炉の外部に設置する場合に、例えば5ppm程度に設定するとよい。
The gas concentration measured by the
The preset nitrogen oxide concentration may be set to, for example, about 5 ppm when the gas detector is installed outside the heating furnace, whereas the preset unburned ammonia concentration may be set to, for example, about 5 ppm when the gas detector is installed outside the heating furnace.
また、ガス検知器により窒素酸化物または未燃アンモニアの濃度が予め設定した値を超えたと判定した場合に、設定部はそのように検知したガス検知器から最も近い位置に配置されるバーナー設備のアンモニア混合比率を下げるように設定してよい。
これにより、加熱炉内部の窒素酸化物や未燃アンモニアの分解を促進し、窒素酸化物や未燃アンモニアの加熱炉外部への流出を防止できる。
特に、鋼材用加熱炉の操業条件が経時的に変化して、これにより加熱炉内の雰囲気ガスの流動状態が変化する場合であっても、設定部がバーナー設備のアンモニア混合比率を再設定することにより、確実に窒素酸化物や未燃アンモニアの炉外への流出を防止できる。
In addition, when a gas detector determines that the concentration of nitrogen oxides or unburned ammonia has exceeded a preset value, the setting unit may be set to lower the ammonia mixing ratio of the burner equipment located closest to the gas detector that detected the nitrogen oxides or unburned ammonia.
This promotes the decomposition of nitrogen oxides and unburned ammonia inside the heating furnace, and makes it possible to prevent the nitrogen oxides and unburned ammonia from leaking out of the heating furnace.
In particular, even if the operating conditions of the steel heating furnace change over time, causing the flow state of the atmospheric gas inside the heating furnace to change, the setting unit can reliably prevent nitrogen oxides and unburned ammonia from leaking out of the furnace by resetting the ammonia mixing ratio of the burner equipment.
ところで、上記実施形態において、図5に示すように、炉内ガスを排出するためのガス流路である煙道9が配置される場合には、煙道9にも炉内圧力計18が配置されるようにしてよい。また、煙道9に窒素酸化物または未燃アンモニアを検知するガス検知器17を設けてもよい。煙道に配置される炉内圧力計の測定値を含めて、加熱炉内部の雰囲気ガスの流動方向を検出することにより、加熱炉の装入部から搬出部にかけての水平方向のガス流れだけでなく、上下方向のガス流れも検出できるからである。
これにより、例えばバーナー設備U1とL1など、鋼材の上下面に配置されるバーナー設備の混合ガスのアンモニア混合比率を調整して、より効果的に窒素酸化物や未燃アンモニアの燃焼および分解を促進できる。
In the above embodiment, when a
This makes it possible to adjust the ammonia mixing ratio of the mixed gas in the burner equipment, such as burner equipment U1 and L1, that are placed on the upper and lower surfaces of the steel material, and more effectively promote the combustion and decomposition of nitrogen oxides and unburned ammonia.
さらに、煙道に配置される炉内圧力計の測定値が他に比べて低い場合には、煙道に近接する位置に配置されるバーナー設備(例えば、図5に示す加熱炉ではバーナー設備U1)のアンモニア混合比率を下げるように設定するのが好ましい。煙道から排出される窒素酸化物や未燃アンモニアの濃度を低下させることにより、排ガス処理装置の処理負荷を低減させることができるからである。
また、煙道に設置したガス検知器により窒素酸化物または未燃アンモニアの濃度が予め設定した値を超えたと判定した場合に、設定部は煙道に近接する位置に配置されるバーナー設備のアンモニア混合比率を下げるように設定するのが好ましい。排ガス処理装置の処理負荷を低減させることができるからである。
なお、煙道に配置されるガス検知器に予め設定される窒素酸化物の濃度は100ppm程度に設定してよい。また、煙道に配置されるガス検知器に予め設定される未燃アンモニアの濃度は25ppm程度とするとよい。煙道に配置される排ガス処理装置により、加熱炉の炉外では窒素酸化物や未燃アンモニアの濃度が十分抑制されるからである。
Furthermore, when the measured value of the furnace pressure gauge placed in the flue is lower than the others, it is preferable to set the ammonia mixing ratio of the burner equipment placed in the vicinity of the flue (for example, the burner equipment U1 in the heating furnace shown in FIG. 5) to be lowered. This is because the treatment load of the exhaust gas treatment device can be reduced by lowering the concentration of nitrogen oxides and unburned ammonia discharged from the flue.
Furthermore, when a gas detector installed in the flue determines that the concentration of nitrogen oxides or unburned ammonia exceeds a preset value, the setting unit preferably sets the ammonia mixing ratio of the burner equipment located in the vicinity of the flue to be lowered, because this can reduce the processing load of the exhaust gas treatment device.
The nitrogen oxide concentration preset in the gas detector disposed in the flue may be set to about 100 ppm. The unburned ammonia concentration preset in the gas detector disposed in the flue may be set to about 25 ppm. This is because the concentrations of nitrogen oxides and unburned ammonia outside the heating furnace are sufficiently suppressed by the exhaust gas treatment device disposed in the flue.
ところで、炉内圧力計が測定する圧力の測定値については、炉内圧力計が配置される高さに応じて補正を行うのがよい。通常は、加熱炉の炉内の雰囲気ガスは高温になっており、外気に比べて密度が低い状態にある。そのため、炉内圧力計が配置される高さが高いほど、圧力の測定値が高くなる。この場合、複数の炉内圧力計の設置高さが異なると、それらの測定値の違いには、炉内圧力計が配置される高さの影響が含まれることがある。
しかし、炉内圧力計が配置される高さの影響による圧力差は、加熱炉内の雰囲気ガスの横方向の流動には影響しないため、加熱炉内の雰囲気ガスの流動方向を特定するためには、炉内圧力計が配置される高さの影響を除外する必要がある。具体的には、圧力測定の基準高さを設定し、それぞれの炉内圧力計が設置される高さとの差ΔHを用いて、炉内圧力計による圧力の補正量ΔPは以下の式(2)により表される。
ΔP=Δρ×g×ΔH ・・・(2)
ここで、Δρは外気の密度と炉内ガスの密度との差であり、gは重力加速度を表す。
このようにして、炉内圧力計が配置される高さが異なる場合であっても、上記補正を行うことにより炉内の雰囲気ガスの流動方向を特定できる。
Incidentally, it is advisable to correct the pressure measurement value measured by the furnace pressure gauge according to the height at which the furnace pressure gauge is placed. Usually, the atmospheric gas inside a heating furnace is at a high temperature and has a lower density than the outside air. Therefore, the higher the height at which the furnace pressure gauge is placed, the higher the measured pressure value. In this case, if the installation heights of multiple furnace pressure gauges are different, the difference between the measured values may include the influence of the height at which the furnace pressure gauge is placed.
However, since the pressure difference due to the influence of the height at which the in-furnace pressure gauge is placed does not affect the lateral flow of the atmospheric gas in the heating furnace, it is necessary to exclude the influence of the height at which the in-furnace pressure gauge is placed in order to specify the flow direction of the atmospheric gas in the heating furnace. Specifically, a reference height for pressure measurement is set, and the correction amount ΔP of the pressure by the in-furnace pressure gauge is expressed by the following formula (2) using the difference ΔH between the reference height for pressure measurement and the height at which each in-furnace pressure gauge is placed.
ΔP=Δρ×g×ΔH (2)
Here, Δρ is the difference between the density of the outside air and the density of the gas inside the furnace, and g represents the gravitational acceleration.
In this manner, even if the height at which the furnace pressure gauge is disposed varies, the flow direction of the atmospheric gas in the furnace can be identified by carrying out the above-mentioned correction.
以下、本実施形態の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例として、熱延鋼板を製造する熱間圧延ラインの加熱炉に適用した例について説明する。本実施例に用いた鋼材用加熱炉は、図5に示す構成であり、連続鋳造ラインで製造されたスラブ(鋼材)が、加熱炉の装入側のヤードに搬送され、加熱炉の装入部から順次加熱炉の内部に装入される。そして、所定の抽出温度まで加熱されたスラブは、搬出部から搬出され、抽出側に配置する熱間圧延ラインで鋼板が製造される。
The effects of this embodiment will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
As an embodiment of the present invention, an example in which the present invention is applied to a heating furnace of a hot rolling line for manufacturing hot-rolled steel sheets will be described. The steel heating furnace used in this embodiment has a configuration shown in Fig. 5, and slabs (steel materials) manufactured in a continuous casting line are transported to a yard on the charging side of the heating furnace, and are sequentially charged into the heating furnace from the charging section of the heating furnace. The slabs heated to a predetermined extraction temperature are then discharged from the discharge section, and steel sheets are manufactured in the hot rolling line arranged on the discharge side.
加熱炉に配置されるバーナー設備U1~U5、L1~L5は、燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部を有すると共に、混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を制御する制御部を備える。バーナー設備U1~U5、L1~L5は、図3に示すように、バーナーに対して燃焼用空気と、石炭ガスとアンモニアとの混合ガスが供給される構造となっている。
また、制御部は、石炭ガス流量調整バルブとアンモニア流量調整バルブの開度を制御することにより、混合ガスのアンモニア混合比率を制御できる。この場合、制御部は、アンモニア混合比率をゼロに設定することができ、この場合には燃料ガスとして石炭ガスのみをバーナーに供給し、アンモニアを供給しない条件を実現できる。
Burner equipment U1 to U5, L1 to L5 arranged in the heating furnace has a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas, and is equipped with a control unit that controls the mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas. As shown in Figure 3, burner equipment U1 to U5, L1 to L5 is structured so that combustion air and a mixed gas of coal gas and ammonia are supplied to the burners.
Furthermore, the control unit can control the ammonia mixing ratio of the mixed gas by controlling the openings of the coal gas flow rate control valve and the ammonia flow rate control valve. In this case, the control unit can set the ammonia mixing ratio to zero, and in this case, a condition can be realized in which only coal gas is supplied to the burner as the fuel gas and no ammonia is supplied.
さらに、本実施例では、加熱炉内の鋼材の搬送方向に沿った方向に圧力を測定する圧力計を配置した。また、加熱炉の装入側外部と抽出側外部に窒素酸化物NOxと未燃アンモニアNH3の濃度を測定するガス検知器を配置した。 In this embodiment, a pressure gauge was arranged to measure the pressure in the direction along the steel material conveying direction in the heating furnace. Gas detectors for measuring the concentrations of nitrogen oxides NOx and unburned ammonia NH3 were also arranged on the outside of the charging side and the outside of the extraction side of the heating furnace.
本実施例では、このような鋼材用加熱炉により熱間圧延用のスラブを加熱する操業を行った。加熱炉の操業条件としては、スラブの厚み235mm、幅1500mm、長さ7200mmを平均サイズとして、平均重量20トンのスラブを加熱炉能率160トン/hrで加熱した。なお、この場合の加熱炉能率は1時間で概ね8つのスラブを加熱する条件に相当する。スラブの加熱温度は平均で1200℃、加熱時間は平均で60分であった。 In this example, an operation was carried out to heat slabs for hot rolling using this type of steel heating furnace. The operating conditions of the heating furnace were an average size of slab thickness of 235 mm, width of 1500 mm, and length of 7200 mm, and slabs with an average weight of 20 tons were heated at a heating furnace efficiency of 160 tons/hr. Note that the heating furnace efficiency in this case is equivalent to heating approximately eight slabs per hour. The slab heating temperature was an average of 1200°C, and the heating time was an average of 60 minutes.
本実施例におけるバーナー設備の燃料ガスとしてアンモニアの混合比率をゼロとする石炭ガスを用いた燃焼の基準条件は次のとおりである。すなわち、上記の鋼材用加熱炉における従来の操業条件は、燃料ガスとして表2に示すMガスを用いるものであり、その燃料ガスの流量は一つのバーナー設備あたり188Nm3/hrであり、燃焼用空気の流量は625Nm3/hrである。この場合、表2に示すMガスの組成からは、理論空気量(燃料ガスを完全燃焼させるのに必要な空気量)は2.47であり、この当量比(空気比の逆数)が0.74となることから、希薄燃焼の条件(空気が過剰)となっている。 The standard conditions for combustion using coal gas with a mixture ratio of ammonia set to zero as the fuel gas for the burner equipment in this embodiment are as follows: That is, the conventional operating conditions for the above-mentioned steel heating furnace are to use M gas shown in Table 2 as the fuel gas, the flow rate of the fuel gas is 188 Nm3 /hr per burner equipment, and the flow rate of the combustion air is 625 Nm3 /hr. In this case, from the composition of M gas shown in Table 2, the theoretical air amount (amount of air required to completely combust the fuel gas) is 2.47, and the equivalence ratio (the reciprocal of the air ratio) is 0.74, which results in lean combustion conditions (excess air).
一方、本実施例におけるバーナー設備の燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを用いる場合の操業条件は以下のようにして設定した。石炭ガスの流量をVc、アンモニアの流量をVaとして、それぞれの低位発熱量をHc、Haとすると、石炭ガスが燃焼することによる低位発熱量はVc×Hcであり、アンモニアが燃焼することによる低位発熱量はVa×Haとなる。この場合、混合ガスの低位発熱量がVc×HcとVa×Haとの和になるため、この値が上記の石炭ガスを用いた低位発熱量と同等になるように混合ガスの流量と混合比率を設定した。 On the other hand, in this embodiment, the operating conditions for using a mixed gas of coal gas and ammonia as the fuel gas for the burner equipment were set as follows. If the flow rate of coal gas is Vc, the flow rate of ammonia is Va, and the respective lower heating values are Hc and Ha, the lower heating value due to the combustion of coal gas is Vc x Hc, and the lower heating value due to the combustion of ammonia is Va x Ha. In this case, since the lower heating value of the mixed gas is the sum of Vc x Hc and Va x Ha, the flow rate and mixing ratio of the mixed gas were set so that this value was equivalent to the lower heating value using the above coal gas.
例えば、Mガスの流量を150.5Nm3/hrとして、アンモニアの流量を28.5Nm3/hrとすると、混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率は15.9%であり、混合ガスの低位発熱量は2012KJ/hrとなる。この低位発熱量は、Mガスのみを用いて流量188Nm3/hrの石炭ガスを燃焼させたときの低位発熱量と等しくなる。このようにして、混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を設定して、混合ガスによる低位発熱量が上記の石炭ガスのみを燃焼させたときの低位発熱量と同じになるように石炭ガスとアンモニアの流量を設定して操業を行った。 For example, when the flow rate of M gas is 150.5 Nm3 /hr and the flow rate of ammonia is 28.5 Nm3 /hr, the mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas is 15.9%, and the lower heating value of the mixed gas is 2012 KJ/hr. This lower heating value is equal to the lower heating value when coal gas with a flow rate of 188 Nm3 /hr is burned using only M gas. In this way, the mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas was set, and the flow rates of coal gas and ammonia were set so that the lower heating value of the mixed gas was the same as the lower heating value when only the above-mentioned coal gas was burned, and operation was performed.
ここでは混合ガスの燃焼による低位発熱量に対する、アンモニアの燃焼による低位発熱量の比率を「燃料比率」または「アンモニア燃料比率」と呼ぶ。すなわち、燃料比率は、Va×Ha/(Va×Ha+Vc×Hc)によって表される。そして、制御部は、混合ガスの低位発熱量(Va×Ha+Vc×Hc)が一定の値になるように、石炭ガスの流量Vcとアンモニアの流量Vaを算出する。
さらに、制御部は、算出された石炭ガスの流量Vcとアンモニアの流量Vaから混合比率Va/(Va+Vc)を決定し、これらの値に基づきバーナー設備の石炭ガス流量調整バルブおよびアンモニア流量調整バルブを設定した。
Here, the ratio of the lower heating value due to the combustion of ammonia to the lower heating value due to the combustion of the mixed gas is called the "fuel ratio" or the "ammonia fuel ratio". That is, the fuel ratio is expressed by Va×Ha/(Va×Ha+Vc×Hc). Then, the control unit calculates the flow rate Vc of the coal gas and the flow rate Va of the ammonia so that the lower heating value (Va×Ha+Vc×Hc) of the mixed gas becomes a constant value.
Furthermore, the control unit determined the mixing ratio Va/(Va+Vc) from the calculated coal gas flow rate Vc and ammonia flow rate Va, and set the coal gas flow rate control valve and the ammonia flow rate control valve of the burner equipment based on these values.
表3―3に、加熱炉の操業中にガス検知器が検出した窒素酸化物濃度の最大値(炉外最大NOx)および未燃アンモニア濃度の最大値(炉外最大NH3)を含む操業結果を示す。ただし、加熱炉は操業中に、装入部と搬出部とが一時的に開口した状態になるので、表3―1および3-2は装入部および搬出部がいずれも開口していない状態(条件1A~4A)と、搬出部のみが開口した状態(条件1B~4B)にあるときに測定された窒素酸化物および未燃アンモニア濃度の最大値をそれぞれ示している。 Table 3-3 shows the operating results, including the maximum nitrogen oxide concentration (maximum NOx outside the furnace) and the maximum unburned ammonia concentration (maximum NH3 outside the furnace) detected by the gas detector during heating furnace operation. However, since the charging section and discharge section of the heating furnace are temporarily opened during operation, Tables 3-1 and 3-2 show the maximum nitrogen oxide and unburned ammonia concentrations measured when neither the charging section nor the discharge section are open (conditions 1A to 4A) and when only the discharge section is open (conditions 1B to 4B), respectively.
また、表3―1および3-2中の「圧力」は、それぞれのバーナー設備の近傍で炉内圧力計を用いて測定された圧力の測定値に対して、上記(2)式の補正を行った値を示している。また、各バーナー設備の燃料比率は上記のとおりであり、表3-3中の「平均燃料比率」は、本実施例に用いた加熱炉に投入した燃料ガスの低位発熱量の総量に対するアンモニアの低位発熱量の総量の比率を表す。すなわち、平均燃料比率が大きいほど加熱炉の燃焼エネルギーに対するアンモニアの寄与率が大きく、加熱炉の二酸化炭素排出量の低減効果を代表する指標となる。 In addition, the "pressure" in Tables 3-1 and 3-2 indicates the value obtained by correcting the pressure measured using an in-furnace pressure gauge near each burner equipment using the above formula (2). The fuel ratio for each burner equipment is as described above, and the "average fuel ratio" in Table 3-3 indicates the ratio of the total amount of lower heating value of ammonia to the total amount of lower heating value of the fuel gas fed into the heating furnace used in this example. In other words, the higher the average fuel ratio, the greater the contribution rate of ammonia to the combustion energy of the heating furnace, and this is an index that represents the effect of reducing carbon dioxide emissions from the heating furnace.
条件1(A、B)は、アンモニアを使用しない基準条件での操業結果を示す。基準条件では、アンモニアの混合燃焼を行わないので、すべてのバーナー設備の燃料比率はゼロであり、炉外最大NOxは管理基準である5ppmを満足し、炉外最大NH3も管理基準である5ppmを満足する条件で操業が行われている。ただし、アンモニアを用いていないので、二酸化炭素排出量は従来通りとなる。 Condition 1 (A, B) shows the results of operation under standard conditions without using ammonia. Under the standard conditions, ammonia is not mixed and burned, so the fuel ratio of all burner equipment is zero, the maximum NOx outside the furnace satisfies the control standard of 5 ppm, and the maximum NH3 outside the furnace also satisfies the control standard of 5 ppm. However, since ammonia is not used, the carbon dioxide emissions are the same as before.
条件2(A、B)は、バーナー設備U1~U5、L1~L5のアンモニア燃料比率を15%に設定した。これにより平均燃料比率も15%となった。一方、炉外最大NOxは条件1より増加し、管理基準である5ppmを超える濃度を示した。また、炉外最大NH3についても管理基準である5ppmを超える濃度を示した。すなわち、加熱炉内のバーナー設備のすべてでアンモニア混合燃焼を行うことで、加熱炉の外部に排出される窒素酸化物と未燃アンモニアが、石炭ガスのみを用いた条件1に対して大幅に増加した。
In condition 2 (A, B), the ammonia fuel ratio of burner equipment U1-U5 and L1-L5 was set to 15%. This resulted in the average fuel ratio being 15%. On the other hand, the maximum NOx outside the furnace increased from
これに対して、条件3(A、B)は、加熱炉の装入部に近接する位置に配置するバーナー設備U1と、搬出部に近接する位置に配置するバーナー設備U5、L5のアンモニア燃料比率がゼロになるように設定した。また、その他のバーナー設備U2~U4、L1~L4については、アンモニア燃料比率を20%または30%に設定した。この場合、バーナー設備L3の近傍に配置した炉内圧力計で測定された圧力が他に比べて高いことから、バーナー設備L3の位置が加熱炉内のガス流れの上流にあると判定して、バーナー設備L3の燃料比率を他に比べて大きくした。
なお、加熱炉の装入部に近接する位置で加熱炉の下部に配置するバーナー設備L1については、その近傍の測定圧力が、上部に配置されるバーナー設備U1の近傍の測定圧力に比べて高いため、加熱炉の装入部の近傍では、加熱炉内の雰囲気ガスが炉内下部から上部に向けて流動していると判定し、バーナー設備U1の燃料比率をゼロ、バーナー設備L1の燃料比率を20%に設定した。
In contrast, in condition 3 (A, B), the ammonia fuel ratios of burner equipment U1 located near the charging section of the heating furnace and burner equipment U5, L5 located near the discharge section were set to zero. The ammonia fuel ratios of the other burner equipment U2 to U4, L1 to L4 were set to 20% or 30%. In this case, since the pressure measured by the furnace pressure gauge located near burner equipment L3 was higher than the others, it was determined that the position of burner equipment L3 was upstream of the gas flow in the heating furnace, and the fuel ratio of burner equipment L3 was set to be higher than the others.
In addition, with regard to burner equipment L1, which is located at the bottom of the heating furnace in the vicinity of the charging section of the heating furnace, the measured pressure in its vicinity is higher than the measured pressure in the vicinity of burner equipment U1, which is located at the top. Therefore, it was determined that the atmospheric gas inside the heating furnace was flowing from the bottom to the top in the vicinity of the charging section of the heating furnace, and the fuel ratio of burner equipment U1 was set to zero and the fuel ratio of burner equipment L1 was set to 20%.
その結果、条件3(A、B)では、加熱炉の平均燃料比率15%に保ちながら、炉外最大NOxおよび炉外最大NH3は、石炭ガスを燃料とする条件1とほぼ同等のレベルに抑制できた。この場合、炉外最大NOxについては、搬出部が開口した状態では0.1ppmの濃度となり、条件1(A、B)に比べて増加しているものの、条件2(A、B)に比べて大幅に低減していると共に、管理基準である5ppmを十分満足するレベルとなった。
As a result, under condition 3 (A, B), the average fuel ratio of the heating furnace was kept at 15%, while the maximum NOx outside the furnace and the maximum NH3 outside the furnace were suppressed to levels almost equivalent to those under
さらに、本実施例では、条件4(A、B)として、鋼材用加熱炉の搬出部の扉の開閉により生じる炉内圧力の変化に基づき、設定部がバーナー設備の混合ガス比率を設定した例を示す。条件4は、搬出部の扉が閉じた状態(条件4A)では加熱炉の平均燃料比率を高く設定し、搬出部の扉が開口した状態(条件4B)では搬出部に近い位置に配置されるバーナー設備U5、L5の平均燃料比率を低下させた例である。
この場合、バーナー設備U5の近傍で想定される炉内圧力は搬出部の扉が閉から開に変化することで、11.6Paから7.8Paに低下し、バーナー設備L5の近傍で想定される炉内圧力も12.7Paから2.1Paに低下した。そのため、搬出部が開口した状態(条件4B)ではバーナー設備U5とL5の近傍では、炉内から搬出部に向かうガス流れが形成されることになるため、設定部は搬出部が開口した状態でバーナー設備U5とL5のアンモニア燃料比率を低下させた。
その結果、加熱炉の搬出部が開口していない状態(条件4A)では加熱炉の平均燃料比率を34%と高く保ちながら、加熱炉の搬出部が開口した状態(条件4B)でも平均燃料比率を26%と高くすることができた。これにより、条件4(A、B)は、条件3(A、B)に比べて二酸化炭素の排出量をより低減させながら、炉外最大NOxおよび炉外最大NH3を条件3(A、B)と同等にすることができた。
Furthermore, in this embodiment, as condition 4 (A, B), an example is shown in which the setting unit sets the mixed gas ratio of the burner equipment based on the change in furnace pressure caused by opening and closing the door of the discharge part of the steel heating furnace.
In this case, the furnace pressure assumed near the burner equipment U5 dropped from 11.6 Pa to 7.8 Pa as the door of the discharge part changed from closed to open, and the furnace pressure assumed near the burner equipment L5 also dropped from 12.7 Pa to 2.1 Pa. Therefore, in the state where the discharge part was open (condition 4B), a gas flow from inside the furnace toward the discharge part was formed in the vicinity of the burner equipment U5 and L5, so the setting part lowered the ammonia fuel ratio of the burner equipment U5 and L5 with the discharge part open.
As a result, when the discharge part of the heating furnace was not open (condition 4A), the average fuel ratio of the heating furnace was kept high at 34%, while when the discharge part of the heating furnace was open (condition 4B), the average fuel ratio could be increased to 26%. As a result, under condition 4 (A, B), the maximum NOx and maximum NH3 outside the furnace were equivalent to those under condition 3 (A, B) while reducing the amount of carbon dioxide emissions more than under condition 3 (A, B).
以上から、本実施例により、石炭ガスを燃料ガスとする従来の加熱炉に比べて二酸化炭素排出量を低減しながら、窒素酸化物および未燃アンモニアの排出量を抑制した加熱炉の操業が可能であることが分かった。 From the above, it was found that this embodiment makes it possible to operate a heating furnace that reduces carbon dioxide emissions while suppressing emissions of nitrogen oxides and unburned ammonia compared to conventional heating furnaces that use coal gas as fuel gas.
H 加熱炉
S 鋼材
1 バーナー
2 副生ガス
3 アンモニアガス
31 アンモニア流量調整バルブ
32 アンモニア流量計
4 エア
5 装入側
51 挿入部
6 搬出側
61 搬出部
7 流調バルブ
8 流量計
9 煙道
10 石炭ガス
101 石炭ガス流量調整バルブ
102 石炭ガス流量計
11 燃焼用空気
12 炉内
13 炉壁
14 制御部
15 混合部
16 混合ガス
17 ガス検知器
18 炉内圧力計
H: heating furnace S: steel material 1: burner 2: by-product gas 3: ammonia gas 31: ammonia flow rate control valve 32: ammonia flow rate meter 4: air 5: charging side 51: insertion section 6: discharge side 61: discharge section 7: flow rate control valve 8: flow rate meter 9: flue 10: coal gas 101: coal gas flow rate control valve 102: coal gas flow rate meter 11: combustion air 12: furnace interior 13: furnace wall 14: control section 15: mixing section 16: mixed gas 17: gas detector 18: furnace pressure gauge
Claims (9)
石炭ガスを燃料ガスとするバーナー加熱および石炭ガスとアンモニアガスの混合ガスを燃料ガスとするバーナー加熱を行い、
任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合するか、または、水素ガスを燃料ガスとするバーナー加熱に置換する、
鋼材用加熱炉の操業方法。 A method for operating a steel heating furnace in which steel materials are heated while being transported from a charging section to a discharge section, comprising the steps of:
Burner heating is performed using coal gas as fuel gas and a mixture of coal gas and ammonia gas as fuel gas.
Optionally, hydrogen gas is mixed with the fuel gas or hydrogen gas is used as fuel gas to replace the burner heating.
How to operate a steel heating furnace.
請求項1に記載の鋼材用加熱炉の操業方法。 At a position adjacent to the charging section in the steel material heating furnace, burner heating with the coal gas is performed, and at a position adjacent to the discharge section in the steel material heating furnace, burner heating with the coal gas is performed.
A method for operating a steel heating furnace according to claim 1.
請求項2に記載の鋼材用加熱炉の操業方法。 The burner heating with the coal gas is performed when the charging section or the discharge section is open.
A method for operating a steel heating furnace according to claim 2.
前記バーナー設備は、
鋼材を加熱炉の装入部から搬出部まで搬送しながら加熱する鋼材の搬送方向に沿って複数配置され、
燃料ガスとして石炭ガスを供給する石炭ガス供給部を有する第1バーナー設備と、
燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部を有する第2バーナー設備と、を備え、
任意選択的に、前記燃料ガスに水素ガスを混合供給可能な、または前記燃料ガスを水素ガスに置換する水素ガス供給部を有する鋼材用加熱炉。 A steel heating furnace having a burner equipment,
The burner equipment includes:
A plurality of such heaters are arranged along the conveying direction of the steel material, which is heated while being conveyed from the charging section to the discharge section of the heating furnace,
a first burner facility having a coal gas supply unit that supplies coal gas as a fuel gas;
a second burner facility having a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas,
Optionally, the steel heating furnace has a hydrogen gas supplying section capable of mixing and supplying hydrogen gas to the fuel gas or replacing the fuel gas with hydrogen gas.
他のバーナー設備は、前記第2バーナー設備である、
請求項5に記載の鋼材用加熱炉。 The first burner equipment is disposed at a position adjacent to a charging section and a discharging section of the steel material heating furnace,
The other burner installation is the second burner installation.
The steel heating furnace according to claim 5.
前記混合ガス供給部から供給する混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を制御する制御部を備える、請求項5または6に記載の鋼材用加熱炉。 The steel heating furnace further comprises:
7. The steel heating furnace according to claim 5, further comprising a control unit for controlling a mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit.
前記バーナー設備は、
鋼材を加熱炉の装入部から搬出部まで搬送しながら加熱する鋼材の搬送方向に沿って複数配置され、
燃料ガスとして石炭ガスとアンモニアを混合した混合ガスを供給する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給部から供給する混合ガスに含まれるアンモニアの混合比率を制御する制御部と、を有するバーナー設備を含む鋼材用加熱炉。 A steel heating furnace having a burner equipment,
The burner equipment includes:
A plurality of such heaters are arranged along the conveying direction of the steel material, which is heated while being conveyed from the charging section to the discharge section of the heating furnace,
A steel heating furnace including a burner facility having a mixed gas supply unit that supplies a mixed gas of coal gas and ammonia as a fuel gas, and a control unit that controls the mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit.
9. The steel heating furnace according to claim 8, further comprising: a plurality of furnace pressure gauges for measuring a pressure inside the heating furnace along a conveying direction of the steel; and a setting unit for setting a mixing ratio of ammonia contained in the mixed gas controlled by the control unit based on the measured values of the plurality of furnace pressure gauges.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022181017A JP2024070491A (en) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | Method of operating a steel heating furnace and steel heating furnace |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022181017A JP2024070491A (en) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | Method of operating a steel heating furnace and steel heating furnace |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024070491A true JP2024070491A (en) | 2024-05-23 |
Family
ID=91128597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022181017A Pending JP2024070491A (en) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | Method of operating a steel heating furnace and steel heating furnace |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024070491A (en) |
-
2022
- 2022-11-11 JP JP2022181017A patent/JP2024070491A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5458560B2 (en) | Sintering machine | |
CA2537514A1 (en) | Process for combusting fuels, in particular waste | |
JP2009228133A (en) | Method for producing sintered ore, and sintering machine | |
JP2020112280A (en) | Boiler device and thermal power generation facility, capable of carrying out mixed combustion of ammonia | |
JP6307769B2 (en) | Exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus | |
EP2494274B1 (en) | Method of combusting particulate solid fuel with a burner | |
Teng et al. | Control of NOx emissions through combustion modifications for reheating furnaces in steel plants | |
KR101879895B1 (en) | Apparatus and method for heating a blast furnace stove | |
JP2011106803A (en) | Method of burning blast furnace gas by combustion burner, and method of operating blast furnace | |
CN106090894A (en) | The all-oxygen combustion device of a kind of low NOx and combustion method thereof and application | |
JP2024070491A (en) | Method of operating a steel heating furnace and steel heating furnace | |
EP0793071A2 (en) | Furnace waste gas combustion control | |
KR20150068918A (en) | Method for heating a metal material in an industrial furnace | |
JP2008196717A (en) | Rotary hearth reducing furnace and method of operating the same | |
RU2695793C2 (en) | Blast furnace operation method | |
CN104160214B (en) | Grate-type incinerator and castoff burning method | |
KR101751069B1 (en) | Method for combustion of a low-grade fuel | |
JP2008175465A (en) | Combustion method of industrial furnace | |
JP3866253B2 (en) | Control method of combustion air in waste incinerator | |
CN206786702U (en) | The air distribution arrangement of U-shaped stove | |
JPH08152118A (en) | Combustion temperature control method in melting furnace of wastes based on shaft furnace system | |
US20240003539A1 (en) | Burner and method for transient heating | |
RU2286511C2 (en) | Method for neutralizing flue gases of fuel-burning units | |
RU2363884C2 (en) | Method for disinfection of smoke gases of fuelburn aggregates | |
SU1364639A1 (en) | Method of heating open-hearth furnace |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240626 |