JP5392319B2 - Coke oven fuel gas mixing device - Google Patents
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本発明は高炉ガス(以下Bガス)とコークス炉ガス(以下Cガス)を混合する装置に関し、特にBガスの流れにCガスを混合して均一な燃料ガスとするものに関する。 The present invention relates to an apparatus for mixing blast furnace gas (hereinafter referred to as B gas) and coke oven gas (hereinafter referred to as C gas), and more particularly to an apparatus for mixing C gas into a flow of B gas to obtain a uniform fuel gas.
コークス炉は、石炭を乾留して高炉に還元剤として投入するコークスを製造する装置で、炭化室、燃焼室及び蓄熱室を其々複数基備え、蓄熱室で予熱したMガスを燃焼室で燃焼することにより炭化室の石炭を乾留する。
コークス炉の操業では均一な品質のコークスを製造することが重要で、複数の炭化室間および各炭化室内における温度分布調整をMガスの燃焼制御によって行う。最近、地球環境の観点から使用エネルギーの低減が要求され、燃焼制御の更なる高精度化が必要とされている。
A coke oven is a device that produces coke that is carbonized to charge coal into the blast furnace as a reducing agent. The coke oven is equipped with multiple carbonization chambers, combustion chambers, and heat storage chambers, and M gas preheated in the heat storage chamber is combusted in the combustion chamber. By doing this, the coal in the carbonization chamber is carbonized.
In the operation of the coke oven, it is important to produce coke with uniform quality, and temperature distribution adjustment between a plurality of carbonization chambers and in each carbonization chamber is performed by combustion control of M gas. Recently, a reduction in energy consumption is required from the viewpoint of the global environment, and further higher accuracy in combustion control is required.
燃料ガスの燃焼制御は、Mガス流量一定制御系と、Cガス流量を調整し、Mガスを一定のカロリーで燃焼させるためのMガスカロリー一定制御系の二つの制御系を有するMガスカロリー制御方法により燃焼制御が行われている。 The fuel gas combustion control is an M gas calorie control having two control systems: an M gas flow constant control system and an M gas calorie constant control system for adjusting the C gas flow rate and burning the M gas at a constant calorie. Combustion control is performed by the method.
Mガスカロリー制御方法では、Cガスをサンプリングしたものからその成分を求め、Cガスカロリが変動した場合に、Mガスカロリーが一定となるようにBガス流量とCガス流量を変化させる必要があるが、Mガス流量一定制御系とMガスカロリー一定制御系が干渉するため、安定燃焼となるまで時間を要することが指摘されている。 In the M gas calorie control method, the component is obtained from the sampled C gas, and when the C gas calorie fluctuates, it is necessary to change the B gas flow rate and the C gas flow rate so that the M gas calorie becomes constant. It has been pointed out that it takes time until stable combustion occurs because the M gas flow rate constant control system and the M gas calorie constant control system interfere.
特許文献1記載の制御方法は、コークス炉への投入熱量を設定するとともに、コークス炉に供給されるBガス及びCガスのそれぞれの燃料ガスの発熱量を検出し、これら設定投入熱量及びそれぞれの燃料ガスの発熱量に基づいて、設定投入熱量とほぼ等しい投入熱量が安定して得られるようにBガスおよび/またはCガスのコークス炉への供給熱量を制御することを特徴とするものである。 The control method described in Patent Document 1 sets the input heat amount to the coke oven, detects the calorific value of each of the B gas and C gas supplied to the coke oven, and sets the set input heat amount and the respective heat amount. Based on the calorific value of the fuel gas, the amount of heat supplied to the coke oven for the B gas and / or C gas is controlled so that an input heat amount substantially equal to the set input heat amount can be stably obtained. .
具体的には、投入熱量Eとし、設定したMガス発熱量QM、検出したBガス、Cガスの各々の発熱量QB、Qcより関係式を用いてBガスとCガスの流量比をγ(Cガス流量/Bガス流量)を用いて、必要なBガス流量、Cガス流量を制御することを特徴としている。 Specifically, the input heat amount E is used, and the flow rate ratio of the B gas and the C gas is calculated using a relational expression from the set M gas calorific value Q M and the detected calorific values Q B and Qc of the B gas and C gas. The necessary B gas flow rate and C gas flow rate are controlled using γ (C gas flow rate / B gas flow rate).
特許文献2は、特許文献1記載の技術を改善し、経時変化するBガス、Cガスの発熱量に基づき投入熱量を変更し、Mガス流量一定制御系とMガスカロリー一定制御系とが互いに干渉することによる投入熱量の変動を抑えることを特徴とするものである。
また、Mガスのガスカロリー一定燃焼を安定させる制御系として図3に示す制御系が検討されている。コークス炉100への供給熱量を設定する際、Bガス、Cガスの両方についてガスクロクロマトグラフ装置で成分分析を行い、得られた分析値よりガス密度を求め、Mガス流路のオリフィスの密度補正を行うことを特徴とする。
Further, a control system shown in FIG. 3 has been studied as a control system that stabilizes the constant gas calorie combustion of M gas. When setting the amount of heat supplied to the
BガスとCガスの流路で流量計60、流量計70の下流にガスクロクロマトグラフ装置200を配置し、その分析値より各ガス密度を求める。
A
混合機110でBガスとCガスを混合後、流量制御弁90で調整されるMガスの流量は、流量計80での計測値を密度補正するので、供給熱量(Mガス熱量と流量の積)を正確に設定することが可能となる。高精度な燃焼制御が可能となるため、NOX保証の安定性が向上する。
After mixing B gas and C gas in the
しかしながら、特許文献1,2記載の発明によれば、炉温の安定は向上するが、Bガス、Cガスのそれぞれの流路にカロリー計を配置し、それらの測定値を基にMガスの発熱量を求めるので、Mガスカロリー値はBガスおよびCガスのカロリー測定値に基づく計算値であり、真のMガスカロリーとは較差を生じる。また、流量制御方式も複雑になり燃焼制御の安定化は十分でない。
However, according to the inventions described in
また、図3に記載されている方法は、高価なガスクロ分析装置をBガス、Cガスの成分分析用に複数台必要とするので設備費が掛かり、流量計の密度補正自体も容易ではない。 Further, the method described in FIG. 3 requires a plurality of expensive gas chromatographic analyzers for component analysis of B gas and C gas, so that the equipment cost is increased and the density correction itself of the flow meter is not easy.
そこで、本発明は、BガスやCガスのガスカロリーが変動した場合に、精度良くMガスのガスカロリーを制御する装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for accurately controlling the gas calorie of M gas when the gas calorie of B gas or C gas fluctuates.
本発明の課題は以下の手段により達成できる。 The object of the present invention can be achieved by the following means.
1.高炉ガス供給管に装着され、高炉ガスにコークス炉ガスを混合させてコークス炉の燃料ガスとする混合装置であって、
管部と、高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部と、高炉ガスの中心部にコークス炉ガスを供給するノズル部とを備え、
前記管部は、管径が高炉ガス供給管と同径で、管軸方向の一部に、管内壁に沿ってコークス炉ガスを旋回流として吹き込む複数のスリットを有し、前記スリットを設けた管部は前記高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部を有する外管を備えた二重管構造で、
前記高炉ガスの中心部にコークス炉ガスを供給するノズル部は円錐状に開口したノズル口と、前記ノズル口の前方に同軸で配置される円錐状部材を有し、前記円錐状部材はその中心部に前記ノズル口と連通する開口部を有し、
前記ノズル口は、前記管部の上流側から、前記円錐状部材の径方向断面の中心部にコークス炉ガスを吹き込むように配置されていることを特徴とするコークス炉の燃料ガス用
混合装置。
1. A mixing device that is attached to a blast furnace gas supply pipe and mixes the coke oven gas with the blast furnace gas to form a fuel gas for the coke oven,
A pipe part, a nozzle part for supplying coke oven gas to the peripheral part of the blast furnace gas, and a nozzle part for supplying coke oven gas to the center part of the blast furnace gas,
The pipe portion has the same diameter as the blast furnace gas supply pipe, and has a plurality of slits for blowing the coke oven gas as a swirl flow along the inner wall of the pipe in a part of the pipe axis direction. The pipe part is a double pipe structure provided with an outer pipe having a nozzle part for supplying coke oven gas to the peripheral part of the blast furnace gas,
The nozzle part for supplying coke oven gas to the central part of the blast furnace gas has a nozzle opening that opens conically, and a conical member that is coaxially disposed in front of the nozzle opening, and the conical member is located at the center thereof Having an opening communicating with the nozzle opening in the part,
The coke oven fuel gas mixing device according to claim 1, wherein the nozzle port is arranged so as to blow coke oven gas from the upstream side of the pipe portion into a central portion of a radial section of the conical member .
本発明によれば、コークス炉への供給熱量の制御を簡単な方法で正確に行うことが可能で、排ガスロスが削減でき、産業上極めて有用である。また、MガスのカロリーはBガスとCガスが均一に混合された後に検出されるので、検出されたガスカロリーは真の値となり、投入熱量が安定し、炉温の不安定、コークス品質低下及びエネルギー原単位の増大を防止する。 According to the present invention, the amount of heat supplied to the coke oven can be accurately controlled by a simple method, exhaust gas loss can be reduced, and this is extremely useful industrially. In addition, since the calories of M gas are detected after B gas and C gas are uniformly mixed, the detected gas calories become true values, the input heat amount is stable, the furnace temperature is unstable, and the coke quality is degraded. And prevent an increase in energy intensity.
本発明は、Mガス流量一定制御系と、Cガス流量を調整し、Mガスを一定のカロリーで燃焼させるためのMガスカロリー一定制御系の二つの制御系を有するMガスカロリー制御方法において、Mガスの経路にカロリー計を配置し、Mガスのカロリーを直接求めること、及びカロリー計をBガスとCガスが均一に混合された後のガス経路に配置することを特徴とする。 The present invention relates to an M gas calorie control method having two control systems, an M gas flow constant control system and an M gas calorie constant control system for adjusting the C gas flow rate and burning M gas with a constant calorie. The calorimeter is arranged in the path of the M gas, the calorie of the M gas is directly obtained, and the calorimeter is arranged in the gas path after the B gas and the C gas are uniformly mixed.
図1は本発明に係るコークス炉の燃焼制御方法の制御構成を示す制御フロー図で、1はコークス炉、2はカロリー計、3は排ガス分析を行う分析装置、4はコークス炉1へのMガスの投入熱量を設定する計算装置、5はBガス流量を測定する流量計、6はCガス流量を測定する流量計、7はMガス流量を測定する流量計、8はMガスの流量制御弁、9は排ガスの圧力制御弁、10はBガスとCガスを混合する混合装置、11は煙突(排ガス塔)、eは混合装置10とカロリー計2の取付け位置との間隔を示す。
FIG. 1 is a control flow diagram showing a control configuration of a combustion control method for a coke oven according to the present invention, wherein 1 is a coke oven, 2 is a calorimeter, 3 is an analyzer for performing exhaust gas analysis, and 4 is an M for the coke oven 1 A calculation device for setting the input heat amount of gas, 5 is a flow meter for measuring the B gas flow rate, 6 is a flow meter for measuring the C gas flow rate, 7 is a flow meter for measuring the M gas flow rate, and 8 is a flow control for the M gas. Valve 9, pressure control valve for exhaust gas, 10 a mixing device for mixing B gas and C gas, 11 for a chimney (exhaust gas tower), e for the distance between the
本発明に係る燃焼制御方法において、コークス炉1へ供給するMガスの投入熱量を目標炉温と実績炉温較差より計算装置4で求め、燃焼中、Mガスの投入熱量が一定となるようにMガスは、Mガス流量計7とMガス流量制御弁8を用いて制御し、コークス炉からの排ガスは圧力制御弁9で圧力制御された後、煙突11から排出される。
In the combustion control method according to the present invention, the input heat amount of the M gas supplied to the coke oven 1 is obtained by the
Mガスの投入熱量はMガス熱量と流量の積で求めるが、Mガス熱量は混合装置10の下流側の燃料ガス経路に取り付けたカロリー計2により直接計測する。また、カロリー計2によりMガスカロリーを検出し、Bガス流量計5とCガス流量計6を用いて、Bガス流量とCガス流量比を補正する。
The input heat amount of the M gas is obtained by the product of the M gas heat amount and the flow rate, and the M gas heat amount is directly measured by the
カロリー計2は、混合装置10で混合されたBガスとCガスが、Mガス経路の径方向断面で均一に分布するようになった位置(図中、間隔eと表示)、すなわち、MガスにおけるCガス濃度分布差が解消した位置から下流側に取り付けるとMガス熱量の計測精度が向上し好ましい。
The
本発明ではBガスとCガスが、燃料ガス経路の径方向断面で均一に分布するように混合装置10を用いて、Bガスのガス流の中心部と周辺部にCガスを混流させる。
In the present invention, the B gas and the C gas are mixed in the central portion and the peripheral portion of the gas flow of the B gas by using the
Mガスにおける均一性は、Bガスの流れ方向直角断面における中心部と周辺部におけるCガス量比率とを調整して行うが、更にBガスにCガスを流入させる際の流速も制御することが好ましい。流入させる際の流速は、中心部と周辺部で流速差10%以内にすることにより均一性が向上して好ましい。 The uniformity in the M gas is performed by adjusting the ratio of the C gas amount in the central portion and the peripheral portion in the cross section perpendicular to the flow direction of the B gas, but the flow rate when the C gas is allowed to flow into the B gas can also be controlled. preferable. The flow rate at the time of inflow is preferably set so that the uniformity is improved by making the flow rate difference within 10% between the central part and the peripheral part.
図2は本発明に係る混合装置の一例を示す断面図で、(a)は側面図、(b)は正面図を示す。図において12は混合装置全体、13はBガスの中心部にCガスを供給するノズル、14はBガスの周辺部にCガスを供給するノズル、15はノズル13、14が取り付けられ、Bガス供給管20とMガス供給管21の間に装入される管部、151は管部15の外管、16はノズル14により供給されるCガスを旋回させる旋回翼、17はノズル13の前方に配置される円錐状部材、18は円錐状部材17の中心部に設けられた開口部、19は管部15の内壁に複数設けられ、Cガスを旋回流として管部15の周辺部に吹き込むためスリット、20はBガス供給管、21がBガスにCガスを混合させたMガスをコークス炉に供給するためのMガス供給管を示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a mixing apparatus according to the present invention, where (a) shows a side view and (b) shows a front view. In the figure, 12 is the entire mixing apparatus, 13 is a nozzle for supplying C gas to the central part of B gas, 14 is a nozzle for supplying C gas to the peripheral part of B gas, 15 is attached with
混合装置12は、管部15とノズル13、14を備え、Bガス供給管20に同軸で装着される。管部15は、管径がMガス供給管21と同径で、管軸方向の一部に、管内壁に沿ってCガスを旋回流として吹き込む複数のスリット19が設けられ、前記スリット19を設けた管部はCガスを供給するノズル14を備えた外管151を有する二重管構造となっている。
The
スリット19の形状は、Cガスが円滑に旋回流として管内に送給されれば良く特に規定しないが、管部15の内壁の周方向に等間隔に設けることが望ましい。
The shape of the
ノズル13は円錐状に開口したノズル口と、前記ノズル口の前方に同軸で配置される円錐状部材17を有し、円錐状部材17はその中心部に前記ノズル口と連通する開口部18を設ける。このような構造とすることによりCガスをBガスの中心部に安定して吹き込むことが可能となる。
The
そのため、ノズル13は、ノズル口が管部15内において開口するような形状、例えばL字形状で、前記円錐状部材17も管部15内において、Cガスを管部15の径方向断面の中心部に吹き込むように配置する。
Therefore, the
ノズル13に供給されるCガスはノズル口と円錐状部材17との隙間、および円錐状部材17の開口部18から吹き込まれる。ノズル13は管部15に支持部材a,円錐状部材17は管部15に支持部材bで取り付けられる。支持部材a,bはガス流を妨げないように棒状部材を用いることが望ましい。
The C gas supplied to the
一方、ノズル14に供給されるCガスは、ノズル14が取り付けられ、その内部に旋回翼16を有する外管151から、管部15の内壁に設けられたスリット19により管部15の内壁に沿う旋回流となり、Bガスの周辺部に供給される。
On the other hand, the C gas supplied to the
本発明によれば、Mガス熱量を直接計測し、サンプリングによるCガス成分とB/Cガス比率を用いて計算により求める場合と比較してより高精度で且つ即応性に優れる燃料ガスカロリー一定制御系を構築することが可能となる。 According to the present invention, the fuel gas calorie constant control is more accurate and more responsive than the case where the M gas calorific value is directly measured and obtained by calculation using the C gas component and B / C gas ratio by sampling. It is possible to construct a system.
図2に示す混合装置においてBガス供給管1350Φ、Cガス供給用ノズル径300Φとし、Mガス燃焼時の流量をBガス:51940(Nm3/H)、Cガス:4500(Nm3/H)とした場合、混合長は44m近傍で、Cガス濃度分布差が1%以下と良好であった。 In the mixing apparatus shown in FIG. 2, a B gas supply pipe 1350Φ and a C gas supply nozzle diameter 300Φ are used, and the flow rates during M gas combustion are B gas: 51940 (Nm 3 / H) and C gas: 4500 (Nm 3 / H). The mixing length was around 44 m and the difference in C gas concentration distribution was as good as 1% or less.
また、Cガス混入部より60m位置では、Cガス濃度分布差は0.3%程度で、一方、周辺ガスだけ吹き込む従来法では6%程度であった。 Further, at a position 60 m from the C gas mixing portion, the C gas concentration distribution difference was about 0.3%, while the conventional method in which only the peripheral gas was blown was about 6%.
尚、本発明のMガス供給方法において、Mガス流量一定制御系は周知のものを用い、Mガス流量一定制御系とMガスカロリー一定制御系の二つの制御系も周知の方法により制御する。以下、本発明の効果を実施例により説明する。 In the M gas supply method of the present invention, a well-known M gas flow rate control system is used, and the two control systems of the M gas flow rate constant control system and the M gas calorie constant control system are also controlled by known methods. The effects of the present invention will be described below with reference to examples.
種々の構造の混合装置を用いてBガス供給管にCガスを吹き込み、混合状態を調査した。
本発明例は図2に示す混合装置を用い、中心ノズル径350mm,周辺スリットは80×50mmの矩形の開口部で、管内壁の周方向に等間隔で16個設けた。Bガス供給管は1350mm径とした。
C gas was blown into the B gas supply pipe using mixing devices having various structures, and the mixed state was investigated.
In the example of the present invention, the mixing apparatus shown in FIG. 2 was used. Sixteen nozzles having a central nozzle diameter of 350 mm and peripheral slits having a rectangular opening of 80 × 50 mm were provided at equal intervals in the circumferential direction of the inner wall of the tube. The B gas supply pipe had a diameter of 1350 mm.
比較例は図4、5に示す構造の混合装置で、Bガス供給管300の周辺部にのみ、Cガス供給ノズル400からCガスを供給する。図4ではBガス供給管300は1350mm径、Cガス供給ノズル400は400mm径、図5ではBガス供給管300は1350mm径、Cガス供給ノズル400は500mm径、3本のCガス供給ノズル400を連結するリング管500は400Aとした。
The comparative example is a mixing apparatus having the structure shown in FIGS. 4 and 5, and C gas is supplied from the C
表1に試験条件および混合性を示す。混合性は混合位置から60m下流断面にて測定した。本発明例No.1〜4はCガス濃度分布差が1%以下と良好であるのに対し、比較例No.5,6では6%程度と劣っていた。 Table 1 shows the test conditions and mixing properties. Mixability was measured at a cross section 60 m downstream from the mixing position. Invention Example No. Nos. 1 to 4 show a good difference in C gas concentration distribution of 1% or less, whereas Comparative Example 5 and 6 were inferior at around 6%.
尚、本発明例において、中心ノズルと周辺スリットから吹き込まれるCガス速度が略等しいNo.2は0.21%、No.4は0.17%で、周辺スリットから吹き込まれるCガス速度が中心ノズルに対し約4倍となるNo.1は0.26%、周辺スリットから吹き込まれるCガス速度が中心ノズルに対し約0.5倍となるNo.3は0.30%と劣っていた。尚、本発明例はいずれも排ガス中のNOx濃度が、比較例より低かった。 In the example of the present invention, the C.sub.gas velocities blown from the central nozzle and the peripheral slit are substantially equal. 2 is 0.21%. No. 4 is 0.17%, and the C gas velocity blown from the peripheral slit is about 4 times that of the central nozzle. No. 1 is 0.26%, and the C gas velocity blown from the peripheral slit is about 0.5 times that of the central nozzle. 3 was inferior at 0.30%. In each of the inventive examples, the NOx concentration in the exhaust gas was lower than that of the comparative example.
1 コークス炉
2 カロリー計
3 排ガス分析を行う分析装置
4 コークス炉へのMガスの投入熱量を設定する計算装置
5 Bガス流量を測定する流量計
6 Cガス流量を測定する流量計
7 Mガス流量を測定する流量計
8 Mガスの流量制御弁
9 排ガスの圧力制御弁
10、12 混合装置
11 排ガス塔
13、14 ノズル
15 管部
151 外管
16 旋回翼
17 円錐状部材
18 開口部
19 スリット
20 Bガス供給管
21 Mガス供給管
a,b 支持部材
e 混合装置とカロリー計の間隔
60、70、80 流量計
90 流量制御弁
100 コークス炉
110 混合装置
200 ガスクロクロマトグラフ装置
300 Bガス供給管
400 Cガス供給ノズル
500 リング管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
管部と、高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部と、高炉ガスの中心部にコークス炉ガスを供給するノズル部とを備え、
前記管部は、管径が高炉ガス供給管と同径で、管軸方向の一部に、管内壁に沿ってコークス炉ガスを旋回流として吹き込む複数のスリットを有し、前記スリットを設けた管部は前記高炉ガスの周辺部にコークス炉ガスを供給するノズル部を有する外管を備えた二重管構造で、
前記高炉ガスの中心部にコークス炉ガスを供給するノズル部は円錐状に開口したノズル口と、前記ノズル口の前方に同軸で配置される円錐状部材を有し、前記円錐状部材はその中心部に前記ノズル口と連通する開口部を有し、
前記ノズル口は、前記管部の上流側から、前記円錐状部材の径方向断面の中心部にコークス炉ガスを吹き込むように配置されていることを特徴とするコークス炉の燃料ガス用
混合装置。 A mixing device that is attached to a blast furnace gas supply pipe and mixes the coke oven gas with the blast furnace gas to form a fuel gas for the coke oven,
A pipe part, a nozzle part for supplying coke oven gas to the peripheral part of the blast furnace gas, and a nozzle part for supplying coke oven gas to the center part of the blast furnace gas,
The pipe portion has the same diameter as the blast furnace gas supply pipe, and has a plurality of slits for blowing the coke oven gas as a swirl flow along the inner wall of the pipe in a part of the pipe axis direction. The pipe part is a double pipe structure provided with an outer pipe having a nozzle part for supplying coke oven gas to the peripheral part of the blast furnace gas,
The nozzle part for supplying coke oven gas to the central part of the blast furnace gas has a nozzle opening that opens conically, and a conical member that is coaxially disposed in front of the nozzle opening, and the conical member is located at the center thereof Having an opening communicating with the nozzle opening in the part,
The coke oven fuel gas mixing device according to claim 1, wherein the nozzle port is arranged so as to blow coke oven gas from the upstream side of the pipe portion into a central portion of a radial section of the conical member .
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