JP6414124B2 - Method of supplying fuel gas to a power plant gas turbine in a steelworks - Google Patents
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Description
本発明は、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法に関するものである。 The present invention relates to a method for supplying fuel gas to a power plant gas turbine in an ironworks.
製鉄所では、高炉、コークス炉、転炉で大量の副生ガス（高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス）が発生している。これらの副生ガスは製鉄所内各所で熱源として消費される他、製鉄所内の発電所での発電にも使用されている。 In steelworks, a large amount of by-product gases (blast furnace gas, coke oven gas, converter gas) are generated in blast furnaces, coke ovens, and converters. These by-product gases are consumed as heat sources at various locations within the steelworks, and are also used for power generation at power plants within the steelworks.
これらの副生ガスは、高炉ガスが約８００〜９００ｋｃａｌ／Ｎｍ３、コークス炉ガスが約４，５００〜５，０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３、転炉ガスが約１，９００〜２，１００ｋｃａｌ／Ｎｍ３と、ガスの種類により発熱量が大きく異なっている。そのため、製鉄所内各所への副生ガスの供給に当たっては、必要とする発熱量と使用量に応じて、各使用設備毎に複数種類の副生ガスを混合することがある（例えば、特許文献１）。 These byproduct gases, blast furnace gas is about 800~900kcal / Nm 3, coke oven gas is about 4,500~5,000kcal / Nm 3, the converter gas is about 1,900~2,100kcal / Nm 3 The calorific value varies greatly depending on the type of gas. Therefore, when supplying the by-product gas to each place in the steelworks, a plurality of types of by-product gases may be mixed for each equipment used according to the required calorific value and usage (for example, Patent Document 1). ).
例えば、図２に示すように、製鉄所内の発電所に設置された発電設備であるガスタービン（発電所ガスタービン）４に燃料ガスを供給する際には、高炉１からの低発熱量の副生ガス（高炉ガス）とコークス炉２からの高発熱量の副生ガス（コークス炉ガス）をガス混合器３で混合して発熱量を約９５０〜１，１５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３に調整された燃料ガスを発電所ガスタービン４に供給している。なお、発電所ガスタービン４で発生した排ガスは集塵機（図示せず）等で無害化処理されて、煙突５から放散される。
For example, as shown in FIG. 2, when fuel gas is supplied to a gas turbine (power plant gas turbine) 4 that is a power generation facility installed in a power plant in a steel plant, a sub-heat amount from the blast furnace 1 is reduced. A fuel whose calorific value is adjusted to about 950 to 1,150 kcal / Nm 3 by mixing raw gas (blast furnace gas) and by-product gas having high calorific value (coke oven gas) from the
一方、製鉄所内の発電所に設置されていて、製鉄所内へ水蒸気を供給する水蒸気発生設備であるボイラー（発電所ボイラー）６に燃料ガスを供給する際には、高炉１からの低発熱量の副生ガス（高炉ガス）とコークス炉２からの高発熱量の副生ガス（コークス炉ガス）のどちらも燃料ガスとして発電所ボイラー６に直接供給している。なお、発電所ボイラー６で発生した排ガスは集塵機（図示せず）等で無害化処理されて、煙突７から放散される。 On the other hand, when fuel gas is supplied to a boiler (power plant boiler) 6 that is installed in a power plant in the steel plant and supplies steam to the steel plant, a low calorific value from the blast furnace 1 is reduced. Both the by-product gas (blast furnace gas) and the by-product gas with high calorific value from the coke oven 2 (coke oven gas) are directly supplied to the power plant boiler 6 as fuel gas. The exhaust gas generated in the power plant boiler 6 is detoxified by a dust collector (not shown) or the like and diffused from the chimney 7.
上述したように、製鉄所内の発電所ガスタービンに燃料ガスを供給する場合には、低発熱量の高炉ガスと高発熱量のコークス炉ガスを混合して発熱量が調整された燃料ガスを発電所ガスタービンに供給している。 As described above, when fuel gas is supplied to the power plant gas turbine in the steel works, the blast furnace gas with a low calorific value and the coke oven gas with a high calorific value are mixed to generate the fuel gas whose calorific value is adjusted. Supplies gas turbines.
しかしながら、高炉には保守点検のため休風する場合があり、その場合は、高炉ガスの発生がなくなり、そのままでは発電所ガスタービンも運転を停止せざるを得ない状況となる。発電所ガスタービンが運転を停止すれば、製鉄所内の発電所の発電量が低下し、製鉄所内への電力の安定供給が確保できなくなる。所内への電力の安定供給ができなくなると、外部電力の購入により電力の需給バランスを確保しなければならず、外部電力購入によるコストの増加につながる。 However, there are cases where the blast furnace is closed for maintenance and inspection, in which case the blast furnace gas is no longer generated, and the power plant gas turbine is forced to stop operating as it is. If the power plant gas turbine stops operating, the amount of power generated by the power plant in the steel plant decreases, and a stable supply of power to the steel plant cannot be secured. If stable power supply to the facility becomes impossible, the supply and demand balance of power must be secured by purchasing external power, leading to an increase in costs due to the purchase of external power.
これに対して、高炉ガスが供給されない期間（高炉の休風期間）は、低熱量の高炉ガスの代替として、製鉄所内ユーティリティの窒素ガスによって高発熱量のコークス炉ガスを希釈して発熱量を調整することが考えられるが、窒素ガスは高価であり、コストの増加につながる。しかも、必要となる窒素ガスの量（希釈量）は膨大であり、製鉄所内の窒素ガス供給量では希釈量を確保することは困難である。 In contrast, during periods when blast furnace gas is not supplied (resting period of blast furnace), coke oven gas with high calorific value is diluted with utility nitrogen gas in the steelworks as an alternative to blast furnace gas with low calorific value. Although it is conceivable to adjust, nitrogen gas is expensive, leading to an increase in cost. Moreover, the amount of nitrogen gas required (dilution amount) is enormous, and it is difficult to ensure the dilution amount with the nitrogen gas supply amount in the steelworks.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄所において、高炉が休風中でも、発電所ガスタービンを低コストで安定して運転継続することを可能にする、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and enables the steel plant to stably operate the power plant gas turbine at a low cost even when the blast furnace is closed. An object of the present invention is to provide a method for supplying fuel gas to a power plant gas turbine.
上述したように、高炉休風時にコークス炉ガスを希釈するガスとして、製鉄所内の窒素ガスを使用することが考えられるが、窒素ガスは高価であるとともに、必要な希釈量を確保することが困難である。 As described above, it is conceivable to use the nitrogen gas in the ironworks as a gas for diluting the coke oven gas when the blast furnace is closed, but the nitrogen gas is expensive and difficult to secure the necessary dilution amount. It is.
そこで、本発明者は鋭意検討の結果、高炉休風時にコークス炉ガスを希釈するガスとして、製鉄所内の各設備で発生する排ガスを利用することを着想した。利用できる排ガスとしては、発電設備である発電所ガスタービンの排ガスと、蒸気発生設備である発電所ボイラーの排ガスが考えられた。 Therefore, as a result of intensive studies, the present inventor has come up with the idea of using exhaust gas generated in each facility in the steelworks as a gas for diluting the coke oven gas when the blast furnace is closed. As the exhaust gas that can be used, the exhaust gas of the power plant gas turbine that is the power generation facility and the exhaust gas of the power plant boiler that is the steam generation facility were considered.
ところが、発電所ガスタービンの排ガスは酸素濃度が１０〜１５容積％と高く、コークス炉ガスと混合した場合、爆発の恐れがあり、適用は困難であった。 However, the exhaust gas of the power plant gas turbine has a high oxygen concentration of 10 to 15% by volume, and when mixed with the coke oven gas, there is a risk of explosion, which makes it difficult to apply.
これに対して、発電所ボイラーの排ガスは酸素濃度が３容積％程度と低く、コークス炉ガスと混合しても爆発の可能性はほとんどなく、適用可能であることが確認された。 On the other hand, it was confirmed that the exhaust gas from the power plant boiler has a low oxygen concentration of about 3% by volume, and even if mixed with coke oven gas, there is almost no possibility of explosion and it can be applied.
本発明は、上記の着想と知見に基づいており、以下のような特徴を有している。 The present invention is based on the above idea and knowledge and has the following features.
［１］製鉄所において、発電所ガスタービンに燃料ガスを供給する方法であって、コークス炉ガスに、コークス炉ガスが燃料ガスとして供給された発電所ボイラーの排ガスを混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービンに供給することを特徴とする製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。 [1] A method of supplying fuel gas to a power plant gas turbine in an ironworks, wherein the coke oven gas is mixed with the exhaust gas of a power plant boiler supplied with the coke oven gas as fuel gas to adjust the heat generation amount A method for supplying a fuel gas to a power plant gas turbine in an ironworks, characterized in that a mixed gas whose calorific value is adjusted is supplied as a fuel gas to a power plant gas turbine.
［２］前記発電所ボイラーの排ガスを、前記発電所ボイラーに供給されるコークス炉ガス、同じく燃焼用空気、同じくボイラー用供給水、前記発電所ガスタービンに供給されるガスタービン用供給水のうちのいずれか１つ以上と熱交換させて冷却することを特徴とする前記［１］に記載の製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。 [2] Among the coke oven gas supplied to the power plant boiler, the combustion air, the boiler supply water, and the gas turbine supply water supplied to the power plant gas turbine. The method for supplying fuel gas to a power plant gas turbine in an ironworks according to the above [1], wherein the cooling is performed by exchanging heat with any one or more of the above.
本発明によれば、高炉が休風中でも、製鉄所の発電所ガスタービンを低コストで安定して運転継続することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a blast furnace is resting, it becomes possible to continue the operation | movement of the power plant gas turbine of a steelworks stably at low cost.
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の一実施形態においてベースとなる技術は、上記の図２に示したものである。 First, the technology used as a base in one embodiment of the present invention is the one shown in FIG.
すなわち、製鉄所内の発電所ガスタービン４に燃料ガスを供給する際には、高炉１からの低発熱量の高炉ガスとコークス炉ガス２からの高発熱量のコークス炉ガスをガス混合器３で混合して発熱量が調整された燃料ガスを発電所ガスタービン４に供給している。なお、発電所ガスタービン４で発生した排ガスは集塵機等で無害化処理されて、煙突５から放散される。
That is, when the fuel gas is supplied to the power plant gas turbine 4 in the ironworks, the gas mixer 3 is used to mix the low calorific value blast furnace gas from the blast furnace 1 and the high calorific value coke oven gas from the
一方、製鉄所内の発電所ボイラー６に燃料ガスを供給する際には、高炉１からの低発熱量の高炉ガスとコークス炉ガス２からの高発熱量のコークス炉ガスのどちらも発電所ボイラー６に直接供給している。なお、発電所ボイラー６で発生した排ガスは集塵機等で無害化処理されて、煙突７から放散される。
On the other hand, when supplying fuel gas to the power plant boiler 6 in the steel plant, both the low calorific value blast furnace gas from the blast furnace 1 and the high calorific value coke oven gas from the
この技術をベースにして、本発明の一実施形態においては、高炉１が休風になった場合に対応するために、発電所ボイラー６の排ガスを煙突７に送る排ガス配管から分岐して、高炉１からの高炉ガスをガス混合器３に送る高炉ガス配管に結合する排ガス分岐配管を設けている。この排ガス分岐配管には、ブロア、開閉弁、流量調整弁、流量計等が設置されている（いずれも図示せず）とともに、供給水予熱器８、熱交換器９が設置されている。なお、この排ガス分岐配管は、煙突７への排ガス配管中に設置されている集塵機の下流側から分岐するのが好ましい。 Based on this technology, in one embodiment of the present invention, in order to cope with the case where the blast furnace 1 is in a quiescent state, the exhaust gas from the power plant boiler 6 is branched from the exhaust gas pipe for sending to the chimney 7, and the blast furnace Exhaust gas branching pipes connected to blast furnace gas pipes for sending blast furnace gas from 1 to the gas mixer 3 are provided. The exhaust gas branch pipe is provided with a blower, an on-off valve, a flow rate adjustment valve, a flow meter, etc. (all not shown), and a supply water preheater 8 and a heat exchanger 9 are installed. This exhaust gas branch pipe is preferably branched from the downstream side of the dust collector installed in the exhaust gas pipe to the chimney 7.
これにより、この実施形態においては、高炉が休風になった場合は、排ガス分岐配管の開閉弁を開放し、ブロアを作動させることで、発電所ボイラー６の排ガス（ほぼ０ｋｃａｌ／Ｎｍ３）を排ガス分岐配管と高炉ガス配管を経由してガス混合器３に送り、コークス炉ガス（約４，５００〜５，０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３）に混合して発熱量を約９５０〜１，１５０ｋｃａｌ／Ｎｍ３に調整する。そして、発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービン４に供給する。 Thereby, in this embodiment, when the blast furnace is closed, the exhaust gas branch pipe open / close valve is opened and the blower is operated, so that the exhaust gas (approximately 0 kcal / Nm 3 ) of the power plant boiler 6 is discharged. via the exhaust branch pipe and the blast furnace gas pipe feeding the gas mixer 3, the coke oven gas (about 4,500~5,000kcal / Nm 3) mixed to approximately the amount of heat generated in 950~1,150kcal / Nm 3 Adjust to. Then, the mixed gas whose calorific value is adjusted is supplied to the power plant gas turbine 4 as fuel gas.
その際、排ガス分岐配管を流れる発電所ボイラー６排ガスの流量を流量計で確認し、適宜流量調整弁の開度を調整する。 At this time, the flow rate of the power plant boiler 6 exhaust gas flowing through the exhaust gas branch pipe is confirmed with a flow meter, and the opening degree of the flow rate adjusting valve is adjusted as appropriate.
ここで、発電所ボイラー６の排ガスの温度は１６０〜２００℃程度であり、温度が高いことから、発電所ボイラー６の排ガスを発電所ボイラー６に供給されるコークス炉ガス、同じく発電所ボイラー６に供給される燃焼用空気、同じく発電所ボイラー６に供給されるボイラー用供給水、発電所ガスタービン４に供給されるガスタービン用供給水のうちのいずれか１つ以上と熱交換させて常温（約４０℃）まで冷却することが好ましい。このように発電所ボイラー６の排ガスを冷却するのは、発電所ボイラー６の排ガスの体積を予め減少させることで、発電所ガスタービン４の前段に設置されているコンプレッサー（図示せず）の負荷軽減を図るためである。しかも、発電所ボイラー６に供給されるコークス炉ガス、燃焼用空気、ボイラー用供給水、発電所ガスタービン４に供給されるガスタービン用供給水を、発電所ボイラー６の排ガスとの熱交換で予熱することで、発電所ボイラー６や発電所ガスタービン４で消費するエネルギーを削減することが可能となる。なお、上記の熱交換は、排ガス分岐配管のどこで行ってもよい。 Here, since the temperature of the exhaust gas of the power plant boiler 6 is about 160 to 200 ° C. and the temperature is high, the coke oven gas supplied from the exhaust gas of the power plant boiler 6 to the power plant boiler 6 is also the same. Heat exchange with one or more of the combustion air supplied to the power plant, the boiler water supplied to the power plant boiler 6 and the gas turbine water supplied to the power plant gas turbine 4 at room temperature. It is preferable to cool to (about 40 ° C.). The exhaust gas of the power plant boiler 6 is cooled in this way by reducing the volume of the exhaust gas of the power plant boiler 6 in advance, so that the load of a compressor (not shown) installed in the front stage of the power plant gas turbine 4 is reduced. This is for the purpose of mitigation. Moreover, the coke oven gas, combustion air, boiler supply water, and gas turbine supply water supplied to the power plant gas turbine 4 are supplied to the power plant boiler 6 through heat exchange with the exhaust gas from the power plant boiler 6. By preheating, the energy consumed by the power plant boiler 6 and the power plant gas turbine 4 can be reduced. In addition, you may perform said heat exchange anywhere in exhaust gas branch piping.
ちなみに、この実施形態では、供給水予熱器８において、発電所ボイラー６の排ガスと供給水（発電所ガスタービン４用の供給水、発電所ボイラー６用の供給水）とで熱交換し、熱交換器９において、発電所ボイラー６の排ガスと発電所ボイラー６用の燃焼用空気などとで熱交換している。 Incidentally, in this embodiment, in the feed water preheater 8, heat exchange is performed between the exhaust gas of the power plant boiler 6 and the feed water (the feed water for the power plant gas turbine 4 and the feed water for the power plant boiler 6). In the exchanger 9, heat is exchanged between the exhaust gas from the power plant boiler 6 and the combustion air for the power plant boiler 6.
なお、発電所ボイラー６の排ガスが上記の熱交換では所望の温度まで冷却できない場合は、さらに海水または／および製鉄所内で循環使用される冷却水と熱交換して所望の温度に冷却するようにすればよい。 If the exhaust gas from the power plant boiler 6 cannot be cooled to the desired temperature by the above heat exchange, it is further cooled to the desired temperature by exchanging heat with seawater and / or cooling water circulated in the steelworks. do it.
また、発電所ボイラー６の排ガスは、熱交換で冷却されることにより、ＳＯｘガスの露点以下となって硫酸化し、熱交換器や配管が腐食する懸念があるので、熱交換器（供給水予熱器８、熱交換器９）は耐食鋼製とし、発電所ボイラー６の排ガスが流れる配管（排ガス分岐配管等）は一層高い耐食性を有する材質（例えば、チタン）にすることが好適である。 Moreover, since the exhaust gas from the power plant boiler 6 is cooled by heat exchange, it may become sulfated below the dew point of SOx gas and corrode the heat exchanger and piping. It is preferable that the vessel 8 and the heat exchanger 9) are made of corrosion-resistant steel, and the piping (exhaust gas branching piping, etc.) through which the exhaust gas of the power plant boiler 6 flows is made of a material having higher corrosion resistance (for example, titanium).
このようにして、この実施形態においては、高炉１が休風中でも、製鉄所の発電所ガスタービン４を低コストで安定して運転継続することが可能になる。 In this way, in this embodiment, even when the blast furnace 1 is off, the power plant gas turbine 4 of the steel works can be stably operated at low cost.
１ 高炉
２ コークス炉
３ ガス混合器
４ 発電所ガスタービン
５ 煙突
６ 発電所ボイラー
７ 煙突
８ 供給水予熱器
９ 熱交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
高炉が稼働している場合は、高炉ガスとコークス炉ガスとを混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして前記ガスタービンに供給し、
高炉が休風している場合は、製鉄所内の発電所に設置された水蒸気発生設備であるボイラーにコークス炉ガスが燃料ガスとして供給された後の前記ボイラーの排ガスをコークス炉ガスに混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして前記ガスタービンに供給することを特徴とする製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。 A method of supplying fuel gas to a gas turbine, which is a power generation facility installed at a power plant in a steel plant ,
When the blast furnace is in operation, the blast furnace gas and the coke oven gas are mixed to adjust the calorific value, and the mixed gas with the calorific value adjusted is supplied to the gas turbine as a fuel gas,
When the blast furnace is idle , mix the coke oven gas with the coke oven gas after the coke oven gas is supplied as fuel gas to the boiler, which is a steam generation facility installed at the power plant in the steel plant. A method for supplying fuel gas to a power plant gas turbine in an ironworks, wherein a calorific value is adjusted and a mixed gas whose calorific value is adjusted is supplied to the gas turbine as a fuel gas.
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