JP4799904B2 - 気送微粉炭分配方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の各羽口へ微粉炭を分配して吹き込むための気送微粉炭分配方法に関する。

高炉の各羽口へ微粉炭ＰＣ（Pulverized Coal）を吹き込むための微粉炭気送システムは、図８に示すように、コンベア１、バンカ２、切出フィーダ３からなる塊状石炭供給装置４と、ガス燃焼装置５から高温の燃焼排ガスを導入しながら切出フィーダ３から連続して導入した塊状石炭を微粉砕乾燥して、気送管路６に気送搬出する粉砕装置７とを備える。

また、気送管路６からの気送微粉炭をサイクロン８とバグフィルタ９により分離する分離装置１０と、サイクロン８とバグフィルタ９で分離した微粉炭をそれぞれロータリバルブ１１、１２及び開閉弁１３、１４が介設されたダクト１５、１６を経て導入貯蔵する貯蔵槽１７と、貯蔵槽１７から切替弁１８と開閉弁１９〜２１が介設された三叉ダクト２２を介して所定順で微粉炭を導入すると共に所定量の微粉炭を導入すると上部から不活性ガスを導入して所定圧に加圧維持し、かつ、下部にも不活性ガスを導入して微粉炭を下部吐出口から気送流出する加圧タンク２３ａ〜２３ｃとを備える。

さらに、各加圧タンク２３ａ〜２３ｃの下部吐出口からの微粉炭気送流を、弁２５ａ〜２５ｃが介設された分岐管２４ａ〜２４ｂ−加湿空気供給源３３からの加湿空気を導入して微粉炭気送流を希釈調節する希釈器２６−本管２７を介して導入して、周壁に設けた分配用開口部に接続する分配支管２８のそれぞれに分配し、高炉２９の羽口３０内ノズル３１から炉内に噴出する分配装置３２とを備える。

高炉への微粉炭吹き込み制御では、安定操業を実現するために各羽口への微粉炭吹き込み量が目標量になるようにする必要がある。すなわち、分配装置３２の基本機能は、各分配支管２８に目標流量の微粉炭気送流を分配することにある。

本件出願人は、特許文献１において、各分配支管２８に補助管を挿入装着し、補助管を分配装置３２の筒状本体内で筒状本体の中心に向けて突出せしめ、その突出長さを可変にすることを提案している。すなわち、分配装置３２の筒状本体内では、側周壁付近で微粉炭の濃度が濃く、中心に向かうに従って濃度が薄くなる濃度分布を持っているので、そういった濃度分布を利用し、補助管の突出長さを変えることにより、補助管の先端流入口付近の濃度を変えて各分配支管２８の微粉炭気送流の流量を調節するものである。

特開昭５８−６９６２０号公報

しかしながら、補助管の突出長さを制限なしに可変にすると、隣り合う補助管を突出させたときに、互いに干渉してしまい、補助管が損傷するおそれがある。

また、上述したように、分配装置３２の筒状本体内では、側周壁付近で微粉炭の濃度が濃く、中心に向かうに従って濃度が薄くなる濃度分布を持っており、補助管を突出させれば、その分配支管２８の微粉炭気送流の流量を低くすることができるが、補助管を制限なしに突出させたときにも流量を安定的に変化させることができる保証はない。分配装置３２の基本構成については後述するが、中心付近で上昇流が、側周壁付近で下降流が発生していることや、中心に向かうに従って濃度変化量が非常に小さくなるとともに、濃度が薄くなる傾向も一定ではなくばらつき（濃くなったり、薄くなったりする）があることから、補助管の突出長さを長くしたときには分配支管２８の流量変化が不安定となるおそれがある。その場合、補助管を突出させることが、分配支管２８ごとの微粉炭気送流を目標流量にする目的であるにもかかわらず、逆に目標流量から離れるという結果にもなりかねない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、気送微粉炭分配装置の筒状本体内で筒状本体の径方向に沿ってストロークできるように各分配支管に調節管を挿入装着することにより、各分配支管の微粉炭気送流を目標流量にすることができるとともに、調節管が互いに干渉したり、高炉への微粉炭吹き込み制御が不安定になったりするのを防ぐことを目的とする。

本発明の気送微粉炭分配方法は、微粉炭気送流を下部中央から流入させ、これを上端円形壁内面に衝突させて放射状に分流変流し、側周壁内面に沿って下降させて、該側周壁に沿って所定間隔で設けた開口部から流出させる筒状本体と、前記筒状本体の各開口部から流出する微粉炭気送流を高炉の羽口に供給する分配支管と、前記各分配支管の垂直部に設けられた流量計と、前記筒状本体内で前記筒状本体の径方向に沿ってストロークできるように前記各分配支管に挿入装着された調節管とを備えた気送微粉炭分配装置を用いた気送微粉炭分配方法であって、前記すべての調節管の突出し長さが０［ｍｍ］で前記各分配支管を流れる微粉炭流量Ｑｉ（ｉは分配支管の番号）を前記流量計で測定し、その測定微粉炭流量から前記各分配支管の流量分配率ｑｉを求め、その後、前記すべての分配支管を５０[ｍｍ]より小さい基準位置まで突出させてから、前記各分配支管の流量分配率ｑｉが同等になるように前記各調節管の前記筒状本体内への突出し長さを５０[ｍｍ]以下の範囲内で調整することを特徴とし、前記各分配支管の流量分配率ｑｉは、前記すべての分配支管での合計流量ΣＱｉを前記分配支管の本数で除した平均支管流量Ｑ _ave を求め、次式
ｑｉ＝Ｑｉ／Ｑ _ave
として算出されることを特徴とする。
また、本発明の気送微粉炭分配方法の他の特徴とするところは、前記各調節管の前記筒状本体内への突出し長さを３０[ｍｍ]以下の範囲内で調整する点にある。
また、本発明の気送微粉炭分配方法の他の特徴とするところは、前記筒状本体の直径が６００[ｍｍ]以上７５０[ｍｍ]以下の範囲にある点にある。
また、本発明の気送微粉炭分配方法の他の特徴とするところは、前記各調節管の前記筒状本体内への突出し長さの最大値を、隣り合う前記調節管を突出させたときに互いに干渉しないように設定する点にある。

本発明によれば、気送微粉炭分配装置の筒状本体内で筒状本体の径方向に沿ってストロークできるように各分配支管に調節管を挿入装着し、しかも各調節管の筒状本体内への突出し長さを５０[ｍｍ]以下、より好ましくは３０［ｍｍ］以下の範囲内で調整するようにしたので、各分配支管の微粉炭気送流を目標流量にすることができるとともに、調節管が互いに干渉したり、高炉への微粉炭吹き込み制御が不安定になったりするのを防ぐことができる。更に各分配支管の垂直部に流量計を設けたので、微粉炭が偏流しない位置で流量を測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１に、本実施形態の気送微粉炭分配装置の構成を示す。気送微粉炭分配装置は、管路１１から搬送されてきた微粉炭気送流を下部中央から流入させ（矢印１２）、これを上端円形壁１３の内面１３ａの中央部に衝突させて放射状に分流変流し、側周壁１４の内面１４ａに沿って下降させて、該側周壁１４の適宜な高さ位置に所定間隔で設けた開口部１５から流出させる筒状本体１と、筒状本体１の各開口部１５から流出する微粉炭気送流を高炉２９の羽口３０（図８を参照）に供給する分配支管２と、筒状本体１内で筒状本体１の径方向に沿ってストロークできるように各分配支管２に挿入装着された調節管３とを備える。

調節管３は、例えば図２に示すように、進退移動装置５０により進退移動（ストローク）を行う。図示例において、調節管３には後部外周の一部長手方向にネジ山ａと被ガイド突起ｂを形成し、これに分配支管２の周壁の切欠部５０ａから螺子ｃを挿入して噛合せ、その螺子ｃに分配支管２の周壁外面に載置した小型駆動モータｄを連結し、他方被ガイド突起ｂを分配支管２の入口部の内壁長手方向に形成したガイド５１ｂに摺動可能に係合せしめている。制御装置１００により各分配支管２の小型駆動モータｄをそれぞれ制御することで、調節管３をストロークさせることができる。

なお、図２に示した進退移動装置５０の構成は一例であり、他の構成、例えばモータや流体シリンダを駆動源とし、これをスクリュー機構、ラックアンドピニオン機構、スライド機構その他適宜な伝達機構を介して又は直接調節管３に連結するようにしてもよい。

本実施形態の気送微粉炭分配装置は、筒状本体１の直径Ｄが６００[ｍｍ]以上７５０[ｍｍ]以下の範囲にあり、また、開口部１５の数（すなわち、分配支管２の数）が高炉の羽口と同数の３８本又は４０本又は４２本である。

ここで、各調節管３の筒状本体１内への突出し長さＬに最大値Ｌ_maxが設定されており、最大値Ｌ_maxが５０[ｍｍ]以下、より好ましくは３０[ｍｍ]以下の範囲の値となっている。この場合に、各調節管３の突出し長さＬが最大値Ｌ_maxを超えないように規制する規制手段を設けてもよい。規制手段としては、例えば図２のガイド５１ｂ内にストッパを配置するような機械的な構成としてもよいし、制御装置１００がセンサを介して各調節管３の突出し長さＬを監視し、最大値Ｌ_maxを超えないように制御するような電気的な構成としてもよい。

突出し長さＬの最大値Ｌ_maxは、主に下記の観点から設定される。まず、最大値Ｌ_maxは、隣り合う調節管３を突出させたときに互いに干渉しないように設定される。本実施形態のように筒状本体１の直径Ｄが６００[ｍｍ]以上７５０[ｍｍ]以下の範囲にあり、分配支管２の数が３８本又は４０本又は４２本の場合、隣り合う調節管３をそれぞれ６０[ｍｍ]程度突出させたときに互いに干渉するおそれがある。したがって、この知見からいえば、調節管３の突出し長さＬの最大値Ｌ_maxは６０[ｍｍ]程度となる。もちろん、筒状本体１の直径Ｄ、分配支管２の数、調節管３の外径を取得しておけば、幾何学的に正確な値を求めることができる。

また、最大値Ｌ_maxは、調節管３を突出させるときに微粉炭ＰＣの流量変化が安定するように実績から求められた値に設定される。図３に示すように、各分配支管２に流量計２００を配設し、調節管３の突出し長さＬと流量との特性を調べてみた。流量計２００としては、例えば静電容量式流量計を用いる。

流量計２００を配設する場合に、図３に示すように、流量計２００は配管内を流れる微粉炭が偏流しない位置、すなわち、配管内を均等に流れている位置である、垂直部であり、なおかつ、垂直部の上流側に屈曲部がある場合には、その屈曲部よりできるだけ離れた下流位置が好ましい。

図４には、１つの分配支管２において、調節管３の突出し長さＬを０〜１００[ｍｍ]と変化させた場合の流量変化量[％]の実測例を示す。縦軸は調節管３の突出し長さＬ＝０[ｍｍ]、すなわち調節管３の先端流入口が壁際（側周壁１４の内面１４ａ）にあるときを１００[％]とした流量変化量を表わす。

図４に示す分配支管２での実測例では、調節管３の突出し長さＬが０〜５０[ｍｍ]程度（より好ましくは０〜３０[ｍｍ]程度）の範囲では流量変化が略リニアになるが、それを超える範囲では流量変化がほとんどなくなった。

また、図示しないが、別の実測例では、調節管３の突出し長さＬが０〜５０[ｍｍ]程度（より好ましくは０〜３０[ｍｍ]程度）の範囲では流量変化が略リニアになるが、それを超える範囲では流量変化が非常に不安定になった（増加方向に急激に変化する）。

さらに、各分配支管２において実測を繰り返した結果、概ね調節管３の突出し長さＬが０〜５０[ｍｍ]程度（より好ましくは０〜３０[ｍｍ]程度）の範囲では流量変化が略リニアになるが、それを超える範囲では流量変化がほとんどなくなるか、非常に不安定になることがわかった。これは、図１に示すように、筒状本体１内の中心付近で上昇流が、側周壁１４付近で下降流が発生しており、また、時系列的に上昇流が偏る等の流動状況が変動することによる影響等と考えられる。

換言すれば、突出し長さＬを０〜５０[ｍｍ]程度（より好ましくは０〜３０[ｍｍ]程度）の範囲とする場合は要求どおりの流量制御を行うことができ、分配支管２ごとの流量のばらつきを抑えて高炉の安定操業を実現することができる。しかし、それを超える範囲で調節管３をストロークさせても、要求どおりの流量制御を行うことができず、逆に要求するものとまったく相違する流量となってしまうおそれもある。したがって、この知見からいえば、調節管３の突出し長さＬの最大値Ｌ_maxは５０[ｍｍ]程度（より好ましくは３０[ｍｍ]程度）となる。

また、図５には、筒状本体１内の径方向での微粉炭ＰＣの濃度変化の実測例を示す。同図に示すように、側周壁１４の内面１４ａ（壁際）からの距離が５０[ｍｍ]程度（より好ましくは３０[ｍｍ]程度）の範囲では濃度変化が安定しているが、それを超えて筒状本体１の中心に近くなる範囲では濃度変化が非常に鈍くなることがわかった。これは、図４に示した流量変化量[％]の実測例とも合致する。この知見からも、調節管３の突出し長さＬの最大値Ｌ_maxは５０[ｍｍ]程度（より好ましくは３０[ｍｍ]程度）となる。

以上述べたように、気送微粉炭分配装置の筒状本体１内で筒状本体１の径方向に沿ってストロークできるように各分配支管２に調節管３を挿入装着したので、各分配支管２の微粉炭気送流を目標流量にすることができ、さらに各調節管３の筒状本体１内への突出し長さに最大値を設定するようにしたので、調節管３が互いに干渉するのを防ぎ、各分配支管２の微粉炭気送流を確実に目標流量になるように調節して、安定した高炉操業を維持することができる。

次に、図６を参照して、気送微粉炭分配装置の制御装置１００の一例について説明する。本例では、調節管３の突出し長さＬの最大値Ｌ_maxを３０[ｍｍ]に設定している。

図６に示す制御装置１００において、１０１は流量取得部であり、各分配支管２に配設された流量計２００から、すべての分配支管２で調節管３の突出し長さＬ＝０[ｍｍ]（待機位置）としたときの流量Ｑｉ（ｉ：羽口（分配支管）の番号）を取得する。

１０２は流量分配率算出部であり、調節管３の突出し長さＬ＝０[ｍｍ]（待機位置）としたときの実績流量分配率を算出する。例えば高炉の羽口の数が４２本である場合、４２本の分配支管２での合計流量をΣＱｉとすると、平均支管流量Ｑ_aveは、
Ｑ_ave＝ΣＱｉ／４２
となる。そして、各分配支管２での流量分配率ｑｉは、
ｑｉ＝Ｑｉ／Ｑ_ave
として算出される。表１は、高炉の各羽口に対応する実績流量分配率を表わした表、図７は高炉の各羽口に対応する実績流量分配率を表わすグラフである。

１０３は進退移動制御部であり、進退移動装置５０に指示を出力して調節管３をストロークさせる。進退移動制御部１０３では、まず、すべての分配支管２の調節管３を、突出し長さＬ＝０[ｍｍ]（待機位置）から基準位置まで突出させる。ここでは、基準位置を、突出し長さＬの最大値である３０[ｍｍ]の半分、すなわち１５[ｍｍ]としている。このようにすべての分配支管２の調節管３を等しく１５[ｍｍ]だけ突出させる場合、各分配支管２での流量分配率ｑｉは変化しない（表１を参照）。

次に、進退移動制御部１０３では、流量分配率ｑｉが１．０００に対して±５[％]を超えている分配支管２において調節管３をストロークさせる。この場合に、例えば基準位置から調節管３を１０[ｍｍ]前進させると−１５[％]程度の流量変化となる、といったように調節管３のストローク量と流量変化との関係を過去の実績から定量的に求めておく。

表１に示す例では、羽口Ｎｏ．２、４、８、１０〜１４、１７、２１、２７〜３２、３４〜３７、４２において、流量分配率ｑｉが１．０００に対して±５[％]を超えているため、それぞれ基準位置から調整管３をストロークさせている。具体的には、羽口Ｎｏ．４では流量分配率が１．１５５であり、１５．５[％]だけ流量が多いので、調節管３を１０[ｍｍ]前進させている。これにより、−１５[％]程度の流量変化となるので、推定流量分配率は略１．０００となる。

なお、本実施形態では制御装置１００を用いた調節管３の制御を説明したが、各流量計２００の値をオペレータが一定の時間ピッチ（例えば１時間ピッチ）で見て、範囲を有する目標値になっていない分配支管２については、その都度、調節管３を設定距離（例えば１[ｍｍ]）調節することを繰り返して、目標値となるようにしてもよい。

本実施形態の気送微粉炭分配装置の構成を示す図である。 進退移動移動装置の構成例を示す図である。 分配支管に流量計を配設した状態を示す図である。 ある１つの分配支管における調節管の突出し長さ[ｍｍ]と流量変化量[％]の実測例を示す特性図である。 筒状本体内の径方向での微粉炭の濃度変化の実測例を示す特性図である。 気送微粉炭分配装置の制御装置の機能構成を示す図である。 高炉の各羽口に対応する流量分配率を表わすグラフを示す図である。 高炉の各羽口へ微粉炭を吹き込むための微粉炭気送システムの構成を示す図である。

符号の説明

１ 筒状本体
２ 分配支管
３ 調節管
１１ 管路
１３ 上端円形壁
１４ 側周壁
１５ 開口部
５０ 進退移動装置
１００ 制御装置
１０１ 流量取得部
１０２ 流量分配率算出部
１０３ 進退移動制御部
２００ 流量計

Claims (4)

1. 微粉炭気送流を下部中央から流入させ、これを上端円形壁内面に衝突させて放射状に分流変流し、側周壁内面に沿って下降させて、該側周壁に沿って所定間隔で設けた開口部から流出させる筒状本体と、前記筒状本体の各開口部から流出する微粉炭気送流を高炉の羽口に供給する分配支管と、前記各分配支管の垂直部に設けられた流量計と、前記筒状本体内で前記筒状本体の径方向に沿ってストロークできるように前記各分配支管に挿入装着された調節管とを備えた気送微粉炭分配装置を用いた気送微粉炭分配方法であって、
   前記すべての調節管の突出し長さが０［ｍｍ］で前記各分配支管を流れる微粉炭流量Ｑｉ（ｉは分配支管の番号）を前記流量計で測定し、その測定微粉炭流量から前記各分配支管の流量分配率ｑｉを求め、その後、前記すべての分配支管を５０[ｍｍ]より小さい基準位置まで突出させてから、前記各分配支管の流量分配率ｑｉが同等になるように前記各調節管の前記筒状本体内への突出し長さを５０[ｍｍ]以下の範囲内で調整することを特徴とし、
   前記各分配支管の流量分配率ｑｉは、前記すべての分配支管での合計流量ΣＱｉを前記分配支管の本数で除した平均支管流量Ｑ _ave を求め、次式
   ｑｉ＝Ｑｉ／Ｑ _ave
   として算出されることを特徴とする気送微粉炭分配方法。
2. 前記各調節管の前記筒状本体内への突出し長さを３０[ｍｍ]以下の範囲内で調整することを特徴とする請求項１に記載の気送微粉炭分配方法。
3. 前記筒状本体の直径が６００[ｍｍ]以上７５０[ｍｍ]以下の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の気送微粉炭分配方法。
4. 前記各調節管の前記筒状本体内への突出し長さの最大値を、隣り合う前記調節管を突出させたときに互いに干渉しないように設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の気送微粉炭分配方法。

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