JP6101349B2 - 粒状もしくは粉状物質を貯蔵する加圧型貯蔵容器を減圧する装置を含む、空気圧輸送方式による粒状物質もしくは粉状物質分配装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒状もしくは粉状物質を一時的に貯蔵する少なくとも１機の投入ホッパーを備えた、空気圧輸送による粒状もしくは粉状物質の分配装置、例えば高炉への石炭の噴射装置に関する。前記投入ホッパーは空にする際には加圧され、また充填に際しては減圧されなければならない。

本発明は、さらに具体的には投入ホッパーの充填前に該分配ホッパーを減圧することが可能な手段に関する。

例えばＥＰ００７９４４あるいはＥＰ０２１２２９６のように、高炉に粒状あるいは粉状の物質、とりわけ粉炭が投入されることは周知である。このような物質は従来空気圧によって輸送されている。一般的に、高炉の場合、各羽口のレベルにおいて、あるいは少なくとも複数の羽口内へ粉炭を噴射することが可能である。かかる輸送装置及び噴射装置を図１に示すが、本図では図を簡略にするため羽口への投入ラインは一つのみ示されているものの、このようなラインは１機の主貯蔵ホッパーへ複数本接続できることも理解されよう。石炭は主貯蔵ホッパー１から供給され、該ホッパーは大気圧に保持され、高炉付近において複数の噴射ラインに分けられ、それぞれ噴射箇所へ接続されている空気圧投入ライン２を介して各噴射箇所へ分配される。石炭を、投入ラインを経て高炉付近に配置される一定圧下に保持される別の容器、公知の「噴射ホッパー」、へ運ぶことも可能である。この場合は噴射ラインが該噴射ホッパーへ接続される。輸送装置及び噴射装置には、前記物質を収容するように適合し、及び輸送ガス、例えば窒素によって加圧される加圧型一時貯蔵容器、もしくは投入ホッパーが通常含まれている。このガスにより粉状物質を流動化し、及び通常羽口に位置される使用箇所までそれを運ぶことが可能とされる。

高炉へ送られる石炭の全流量を流量と一つの制御弁によって制御することは公知であるが、たとえ適所に種々の手段を講じてすべての羽口への一様な分配を確保したとしても、異なる羽口への個々の流れは制御されない。個々の流量とともに全体の流量が制御される装置もある。

輸送装置及び噴射装置は、一方において噴射される物質の流量を制御可能とすることを意図されているが、他方において粉状物質の連続供給も意図されている。この目的を達成するため、図１に示すように、それぞれの輸送ラインには、輸送ライン中に並列に配置され、及び各ホッパーを満たし及び空にする制御を可能とする閉鎖バルブ４、５が備えられた少なくとも２機の投入ホッパー３のセットが従来用いられている。前記投入ホッパー３は交互に使用され、一方は高炉羽口へ石炭を供給するために空にされる時、他方は主貯蔵ホッパーから充填される。さらに、各投入ホッパーには計量手段６が備えられ、これにより各充填において投入される粉炭量の測定が可能とされ、投入石炭量の制御が可能とされる。

前記主貯蔵ホッパーから投入ホッパーを充填する際、石炭の十分な流動を妨げ得る過剰な圧力を避けるため、投入ホッパー中に存在するガスは、充填中開状態となる遮断弁１６が備えられた圧力均一化ダクトによって主貯蔵ホッパーの上部の方へ放出される。投入ホッパーの充填が完了したら前記ダクトは前記弁１６によって閉じられるため、該ダクトは粉炭を含む湿ったガスで満たされたままとなる。石炭の凝縮及び詰まり、もしくは起こり得る該ラインの詰まりを防止するため、これらのダクトは断熱されかつ加熱される。

粉炭の空気圧による輸送を介して各投入ホッパーを空にするため、これらホッパーには弁７が備えられたダクトを通して加圧ガスが供給され、これにより空にするために必要とされる全期間における輸送に要する圧力を保持することが可能となる。従って、これら投入ホッパーは使用時には圧力下に保持されるため、主貯蔵ホッパーからの再充填を受ける前に毎回周期的に減圧されなければならない。減圧中に該ホッパーから抜け出るガスによって、該ホッパー中に残存している粉状物質が必然的に運び去られる。減圧中に有意な量の粉炭が加圧されたガスと共に大気中へ放出されることを防止するために従来はバッグ(bag)フィルターが用いられてきた。典型例として、各投入ホッパーは弁８が備えられた減圧ダクトを介して主貯蔵ホッパー１上に位置するバッグフィルター９へ接続されることより、バッグフィルターによって保持される粉炭は前記主貯蔵ポッパーへ直接回収され、ガスは矢印Ｆに従って大気中へ放出されるか、あるいはいずれかにおいて回収される。主貯蔵ホッパーは大気圧下にあり、従ってフィルターも大気圧下にあるため、投入ホッパー３とバッグフィルター９間の負荷ロスによって圧力降下が生じるが、かかる圧力降下は該ホッパー及びフィルターを接続するダクト上に位置する減圧弁８によって制御可能である。

減圧期間中、投入ホッパー中の圧力は徐々に下降する。さらに、バッグフィルターによりフィルター濾過面の面積によって決まる最大体積流量が許容される。従って、減圧を最適化するためには、減圧期間を通してフィルターを通る最大限一定な体積流量を保持することが望ましく、これにより必要な濾過面と、ゆえにフィルターの全体サイズ及びコストを最小限に減らすことが可能となる。投入ホッパー３とバッグフィルター９の間のダクト上に設置される弁８によって為される流量制御により、望ましい流量安定性を確保することが可能とされる。

これらシステムの一つの欠点は、前記制御弁８が必然的に粉状物質を伴ったガス流に対して作用しなければならないことである。典型的な高炉装置においては、別の欠点として、それぞれが２つ、あるいは３つの計量ホッパーを含む複数の噴射ラインが単一の低圧バッグフィルターへ接続され、及びその結果として、減圧期間中に投入ホッパーをフィルターに接続するダクト中における圧力の変化が他の投入ホッパーの計量装置、とりわけ現に噴射を行っている投入ホッパーに対して破壊的影響を与える可能性があることである。

さらに別の欠点として、減圧中に、一定量の粉炭が減圧ガス流とともにバッグフィルターへ戻って来て、さらに主貯蔵ホッパーへと進んでいくことがある。この量を正確に測定することは不可能である。その結果、羽口へ噴射される石炭の実際量が投入ホッパー計量操作によって検出される量よりもどれだけ少ないかだけでなく、その量がどの程度であるかも正確に分からない。

さらなる欠点として、減圧弁とバッグフィルターとの間のダクトが比較的に長くかつ直径も大きいため設備コストが高くなることがある。

本発明は上述した問題を解決し、従来技術装置に関わる欠点を取り除き、あるいは少なくとも制限することを目的とする。

上記目的のもとに、本発明は、前記粒状もしくは粉状物質の一時貯蔵のために用いられ、交互に、投入ホッパーを空にする際には加圧され、及び充填する際には減圧されるようにされた複数の投入ホッパーと、前記投入ホッパーの減圧装置を含んで構成される、粒状もしくは粉状物質の空気圧輸送を介した分配装置であって、前記減圧装置は、
− 前記投入ホッパーへ接続される減圧ダクト、
− 最大作動流量を有し、減圧ダクトに接続される、すなわち該ダクト上に連続状に配置されるか、あるいは投入ホッパーに直接に、かつ前記ダクトの上流に接続されるバッグフィルター、及び
− 前記減圧ダクト中においてバッグフィルターを通る流量を制御する流量制御手段を含んで構成されることを特徴とする前記粒状もしくは粉状物質の空気圧輸送を介した分配装置を提供する。

本発明によれば、装置は、バッグフィルターが加圧下での作動に適したフィルターであり、前記流量制御手段がバッグフィルターの下流において減圧ダクト上に配置され、かつバッグフィルターの最大流量にほぼ等しい流量を確保するように構成されていることを特徴とする。

一つの利点として、前記フィルターの下流に配置されている流量制御手段中を除塵されたガス流が通過することから、摩損、詰まり及び断面減耗、従ってその結果として生ずる流量低下のリスクがないことが挙げられる。

本発明の一つの特定の構成によれば、本発明装置には、主貯蔵ホッパーと、該主貯蔵ホッパーから粒状もしくは粉状物質を空気圧輸送によって周期的に充填するために該主貯蔵ホッパーへ接続された複数の投入ホッパーが含まれ、各投入ホッパーにはそれ自体のための減圧装置が含まれ、各投入ホッパー上には加圧されたバッグフィルターが直接取り付けられる。

主貯蔵ホッパー上に取り付けられる大気圧下で作動するバッグフィルターを用いる従来型装置に比較して、本発明に従った構成には多数の利点がある。

投入ホッパーとバッグフィルターとの間に大口径の減圧ダクト、典型例としてＮＤ４００も、圧力均一化ダクト、典型例として直径ＮＤ２００も必要とされなくなり、通常の高炉装置において投入ホッパー１機当たり４トン程度の重量を減ずることが可能とされる。

さらに、圧力均一化ダクトが詰まるリスクはもはやなくなり、これらダクトの温度をモニターしたり断熱したりする必要もなくなる。

各投入ホッパー用のバッグフィルターによって保持されている粉炭は、主貯蔵ホッパーではなく、該投入ホッパーへ直接戻されるため、もはや噴射される粉炭の実際量の測定が歪められることはない。

投入ホッパーの減圧によって別の投入ホッパーの計量システムに何らかの影響が及ぶことはもはやない。かかる影響は、主貯蔵ホッパーの上部に配置され、かつ複数の投入ホッパーに共通であるバッグフィルターを用いる従来技術型システムにおいては、投入ホッパーのすべてがそれぞれの減圧ダクトを介して該フィルターに接続されている為である。その結果、バッグフィルターの減圧が他の投入ホッパーの減圧弁に影響する結果として、投入ホッパーの１機の減圧が別の投入ホッパーの計量システムに影響を与えることになる。この問題は投入ホッパー毎に一つのバッグフィルターを用いることによって解消される。

第一実施態様によれば、前記流量制御手段には、バッグフィルターにとっての最大許容流量より小さいかあるいは同等である最大体積流量での通過を可能とするのに適した所定断面を有する一つのオリフィスが設けられた一枚のプレートが含められる。

別の好ましい実施態様によれば、前記フロー制御手段には、バッグフィルターにとっての最大許容流量より小さいかあるいは同等である最大体積流量での通過を可能とするに適した所定断面及び形状をもつラバルノズル(de Laval nozzle)が含められる。

オリフィスあるいはラバルノズル中におけるガス状物及び粉状物の混合物の膨張が臨界に留まっている場合、減圧がほぼ一定温度で続行されている限りにおいて、該粉状物により上流に位置するバッグフィルターを通して一定の有効体積流量が生成される。

ラバルノズルの注入口、あるいは前記オリフィスの上流における圧力がホッパーの減圧の結果として連続して低下すると、ガス状物及び粉状物の混合物の質量流量もそれに比例して低下する。他方、上流のガス温度が一定であるならば、体積流量はラバルノズルあるいはプレートオリフィスの上流における圧力とは無関係に一定である。
従って、オリフィスを有するプレートあるいはラバルノズル等の動く要素をもたない静止型制御手段を用いることにより、従来技術において用いた制御方式の減圧弁はもはや必要とされず、ホッパーについて大幅なコスト減が得られる。

本明細書の序言において既に説明及びコメントした高炉へ石炭を噴射するための従来技術装置の模式図である。 本発明装置の投入ホッパーの変形例を示す模式図である。 本発明装置の投入ホッパーの変形例を示す模式図である。

発明を実施するための手段

本発明のさらなる詳細及び特徴について以下の実施態様において図面を参照しながら説明する。

発明の詳細な説明

図２ａ及び２ｂに示した本発明装置においては、投入ホッパー３には圧力下で作動させることが意図されたバッグフィルター１１が備えられる。このため、バッグフィルター１１のケーシングは、フィルターが流量制御手段の上流に位置し２５バール程度となる比較的高い圧力下に置かれることから、高圧に耐え得るように強化されている。さらに、該フィルターのケーシングは、およそ１２〜１５分のサイクルで、通常時間当たり４〜５回、何年にも亘って作動し加圧及び減圧されるため、その周期的作動から起こる疲労ストレスを考慮して寸法化される。さらに、バッグフィルターのフィルター表面は２〜６０ｍ^３／分のオーダーで該バッグを通る体積流量を許容するように確定される。

バッグフィルター１１は、該フィルターによって保持されるダストもしくは粉状物質が投入ホッパー３へ直接戻るように該ホッパー３の上部へ直接取り付けられる。減圧ダクト１２は前記フィルターで洗浄されたガスの出口１３へ接続される。前記ダクト上には、前記フィルターの下流に遮断弁１４が取り付けられ、高炉の羽口あるいは噴射箇所への粉炭の空気圧による輸送の際、前記ホッパーの加圧のため該ホッパーを閉じるという従来的な使用が可能とされる。ラバルノズル１５は、図２ａの場合は遮断弁１４の下流に、図２ｂの場合は遮断弁１４の上流において減圧ダクト１２上に備えられる。ラバルノズル１５の寸法は、バッグフィルターの公称流量とほぼ同等か若干少ない量に相当する一定の体積流量が羽口を通過することを確保するため、バッグフィルターの公称流量、すなわち該フィルターバッグを通る最大許容流量に基づいて決定される。

ラバルノズルの出口は、必要であればサイレンサーを経て、大気中へ直接開口していてもよく、あるいは濾過済みガスのリサイクル装置へ接続されてもよい。

さらに、投入ホッパーを充填する場合、投入ホッパー中に存在するガスを放出するために前記弁１４が開かれることに留意すべきである。これは、ちなみに圧力均一化ダクトがもはや必要とされない理由となっている。

本発明により、７５ｍ^２の有効表面積をもつ大気フィルターを、フィルター面における負荷が若干増加するものの、同等性能を示す僅か１０ｍ^２のフィルターに置き換えることが可能となる。

本発明は本願記載の実施態様及び高炉中への石炭噴射の特定用途に限定されるものでない。本発明は粉状物質を収容し、及びバッグフィルターを通したホッパーの周期的減圧を必要とする加圧型ホッパーを含む他の装置にも適用可能である。

Claims (5)

1. 粒状もしくは粉状物質の一時貯蔵のために用いられ、交互に、投入ホッパーを空にする際には加圧され、及び充填する際には減圧されるようにされた複数の投入ホッパー（３）と、該投入ホッパーの減圧装置を含んで構成される、粒状もしくは粉状物質の空気圧輸送による分配装置であって、前記減圧装置には、
   − 前記投入ホッパーへ接続される減圧ダクト（１２）、
   − 前記減圧ダクトに接続される、最大作動流量を有するバッグフィルター（１１）、及び
   − 前記減圧ダクト中においてバッグフィルターを通る流量を制御する流量制御手段が含まれ、
   前記バッグフィルター（１１）は圧力下での作動に適するフィルターであり、及び流量制御手段（１５）は、前記バッグフィルター（１１）の下流において減圧ダクト（１２）上に配置され、かつバッグフィルターの最大許容流量よりも少ないかあるいは同等である最大体積流量の通過を許容するように構成された、所定の断面をもつ一つのオリフィスを備えた一枚のプレートが、または所定の断面及び形状をもつラバルノズル、を含んで構成される動く要素をもたない静的制御手段であることを特徴とする粒状もしくは粉状物質の空気圧輸送による分配装置。
2. 前記流量制御手段（１５）が遮断弁（１４）の下流の減圧ダクト上に配置されることを特徴とする請求項１項記載の装置。
3. 前記流量制御手段（１５）が遮断弁（１４）の上流の減圧ダクト上に配置されることを特徴とする請求項１項記載の装置。
4. 装置が高炉中への粉炭の噴射に用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 主貯蔵ホッパー、及び該主貯蔵ホッパーから空気圧輸送によって周期的に粒状もしくは粉状物質の充填を受けるために主貯蔵ホッパーに接続された複数の投入ホッパー（３）を含んで成り、及び各投入ホッパーにはそれ自体に用いる減圧装置が、各投入ホッパー上へ直接取り付けられる加圧型バッグフィルターとともに含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。

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