JP7268634B2 - 高炉炉頂圧回収設備におけるタービンの運転方法および高炉炉頂圧回収設備用タービン - Google Patents

Description

本発明は、高炉炉頂圧回収設備にけるタービンの運転方法および高炉炉頂圧回収設備用タービンに関するものであり、高炉ガス中に含まれるダストによる該タービンの翼摩耗や破損を回避しようとするものである。

高炉で発生したガスは、製鉄所内でコークス炉や各種加熱炉等に使用されているが、高炉ガス中に含まれるダストを除塵機やベンチュリ―スクラバー等を用いて除去し該高炉ガスが保有する炉頂圧力を電力として回収する高炉炉頂圧回収設備のタービンにも活用されている。

かかるタービンは、高炉ガスをタービンに直接通気させることから、ダストの除去が正常に行われなかった場合、タービン翼の摩耗や破損を引き起こすことがある。そのため、高炉ガス中のダスト濃度が許容値を超えたところで即時にタービンを停止することが望ましい。

この点に関する先行技術として、特許文献１には、タービン入側のダスト濃度を連続的に測定し、ダスト濃度が異常濃度になるとタービンを迂回するバイパス管へ高炉ガスを流してタービンの破損を防止する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、タービン入側でのみガスサンプリングを行ってダスト濃度を測定し、その測定値に基づいてタービンの運転の可否を判断するものであることから、ダストの影響でサンプリング配管の詰まりや測定機器の不具合が高頻度で発生する可能性があり、また、ダスト濃度の測定箇所が１箇所であり信頼性に欠ける面がある。

ダスト濃度が低いにも関わらずタービンを停止することは発電機会を逸するため不経済である一方、ダスト濃度が高いにも関わらずタービンの運転を継続した場合には、タービン翼の損傷を引き起こすことになる。

特開平９－２０９００９号公報

本発明の課題は、高炉ガス中に含まれるダストの濃度を正確に把握してタービンの摩耗や損傷を回避し、さらには、ダスト濃度の測定に供する測定器に異常があるかどうか的確に把握し得る高炉炉頂圧回収設備におけるタービンの運転方法および高炉炉頂圧回収設備用タービンを提案するところにある。

本発明は、高炉炉頂圧回収設備に設置され、高炉ガスを通気させることによって該高炉ガスのもつエネルギーを回転運動に変換するタービンの運転方法において、
該タービンのガス入側経路およびガス出側経路にてそれぞれ高炉ガス中のダスト濃度を測定し、測定されたダスト濃度の何れもが予め設定された閾値以上になった場合に該タービンを停止させることを特徴とする高炉炉頂圧回収設備におけるタービンの運転方法である。

上記の構成からなるタービンの運転方法においては、前記タービンのガス入側経路で測定されたダスト濃度と、該タービンのガス出側経路で測定されたダスト濃度との差の絶対値と予め設定された許容偏差とを比較することによりダスト濃度の測定に使用された測定器に異常があるかどうかを検知するのが好ましい。

また、本発明は、上記の方法の実施に使用されるタービンであって、
該タービンは、該タービンのガス入側経路とガス出側経路とにそれぞれ配置され、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器と、該測定器により測定されたダスト濃度と予め設定された閾値とを比較して測定器により測定されたダスト濃度の何れもが予め設定された閾値以上となった場合に該タービンを停止させる制御装置とを有する、ことを特徴とする高炉炉頂圧回収設備用タービンである。

上記の構成からなるタービンにおいては、前記制御装置は、ガス入側経路で測定された高炉ガス中のダスト濃度とガス出側経路で測定された高炉ガス中のダスト濃度との差の絶対値と予め設定された許容偏差とを比較することによりダスト濃度の測定に使用される測定器に異常があるかどうかを検知する検知機能を有すること、また、前記ガス入側経路と前記ガス出側経路との相互間に、前記タービンを迂回して高炉ガスを通気させるバイパス経路を設け、該バイパス経路の一端は、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器と前記タービンの入側との間でガス入側経路に接続しており、もう一端は、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器と前記タービンの出側との間でガス出側経路に接続していること、が課題解決のための具体的手段して好ましい。

本発明によれば、高炉ガス中のダスト濃度を正確に計測することができ、タービン翼の摩耗や破損を回避した効率のよい運転が可能となる。

また、本発明によれば、タービンのガス入側経路で測定されたダスト濃度と、タービンのガス出側経路で側手されたダスト濃度とを比較することよりダスト濃度の測定に使用される測定器に異常があるかどうかを検知することができる。

本発明にしたがう運転方法の実施に用いて好適な高炉炉頂圧回収設備を模式的に示した図である。 計測されたダスト濃度に基づいて行う処理のフローチャートを示した図である。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明にしたがう運転方法の実施に用いて好適な炉頂圧回収設備を模式的に示した図である。図１における符号１は、高炉、２は、高炉１の炉頂につながる経路を有し、高炉１で発生した高炉ガス中の粗粒ダスト分を除去する除塵機、３は、除塵機２につながる経路を有し、除塵機２を経た高炉ガスのガス中に含まれる微細なダストを取り除くベンチュリースクラバー、４は、ベンチュリースクラバー３を経て浄化された高炉ガスを通気させることにより回転させ、それにつながる発電機（図示せず）によって電力を生み出すタービン、５は、タービン４の入側とベンチュリ―スクラバー３とをつなぐガス入側経路、６は、タービン４の出側につながるガス出側経路である。

また、符号７は、ガス入側経路５に設けられた入側遮断弁、８は、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器である。この測定器８は、ガス入側経路５の、入側遮断弁７が設けられた上流側に設置されている。また、符号９は、ガス出側経路６に設けられた出側遮断弁、１０は、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器である。この測定器１０は、ガス出側経路６の、出側遮断弁９が設けられた下流側に設置されている。測定器８、１０は、高炉ガス中のダスト濃度を連続的あるいは、任意のピッチ毎に測定することができるものであって、高炉ガス中のダスト濃度を連続的に計測するか、任意のピッチ毎に計測するかは本発明においてとくに限定されることはない。

さらに、符号１１は、ガス入側経路５とガス出側経路６との相互間に設けられ、タービン４を迂回して高炉ガスを通気させるバイパス経路である。バイパス経路１１は、減圧弁１１ａを備えており、その一端１１ｂは、測定器８と入側遮断弁７との間でガス入側経路５に接続されており、もう一端１１ｃは、測定器１０と出側遮断弁９との間でガス出側経路６に接続されており、定期点検等でタービン４を稼働できない場合や、高炉ガスのダスト濃度が予め設定されている閾値よりも高くなり、タービン翼の摩耗や破損が懸念されると判断された場合に減圧弁１１ａを開とする一方、入側遮断弁７、出側遮断弁９を閉として高炉ガスの全量を通気させる。

また、符号１２は、通信ケーブルＫを介して測定器８、１０につながる制御装置である。制御装置１２は、該測定器８、１０で測定されたダスト濃度のデータを用いて図２に示すフローチャートに基づく処理を行う。

制御装置１２における処理は、具体的には、測定器８で測定されたダスト濃度をＡ、測定器１０で測定されたダスト濃度をＢとし、タービン４が正常に稼働できるダスト濃度をＣとすると、ＡとＢの両方がＣ以上になった場合にタービン４の運転継続を不可とする判定がなされ、入側遮断弁７を閉として高炉ガスの全量をバイパス経路１１に通してタービン４を自動的に、あるいは手動で停止させる。

ＡとＢのどちらか一方のみがＣ以上であれば、ダスト濃度が上昇している可能性があるとしてタービン４の運転状況を監視している監視員へ警報を発報する。

制御装置１２では、測定器８、１０で測定されたダスト濃度の偏差についても計算され、Ａ－Ｂの絶対値が予め設定された許容偏差Ｄ以上となった場合に、どちらか一方の測定器に異常が生じている可能性があることを発報する。

本発明においては、測定器８を、バイパス経路１１がガス入側経路５に合流する点の上流側に設置し、測定器１０を、バイパス経路１１がガス出側経路６に合流する点の下流側に設置することとしたが、このような構成を採用することにより、タービン４が停止していても、高炉ガスが常時通気しているため、ダスト濃度の測定が可能となり、タービン４の運転が可能であるかどうか判断することもできる。また、高炉ガスのダスト濃度を連続的あるいは任意のピッチで制御装置１２に取り込むことで、ダスト濃度値の変化や変化率を把握することも可能となりタービン４の運転監視にも活用することができる。

以上のように、本発明は、ガス入側経路５およびガス出側経路６において高炉ガス中のダスト濃度の測定を行うことにより測定値の信頼性を向上させることができ、タービン４の不必要な停止を無くすとともに、タービン４の確実な損傷防止を図ることが可能であり、また、測定器が正常に機能しているかどうか察知し得る。

測定器８、１０は、ガス入側経路５、ガス出側経路６にそれぞれ１つずつ配置した場合を例として示したが、測定器８、１０は、複数設けるようにしてもよく、これによれば、ダスト濃度の測定精度をより一層高めることができる。

発電出力が２０ＭＷ程度になるタービン４を備えた上掲図１に示した高炉炉頂圧回収設備を用い、高炉送風流量６０００～７０００Ｎｍ^３／ｍｉｎ程度のもとに炉頂圧回収操業を行った。なお、この操業では、閾値としてタービンが正常に稼働できるダスト濃度：７５ｍｇ／Ｎｍ^３、ダスト濃度の偏差：２０ｍｇ／Ｎｍ^３に設定した。

その結果、タービンを不必要に停止させたり、タービンの損傷を伴うことなしに安定して運転することが可能であり、また、測定器が正常に機能しているかどうかを察知できることが確認された。

本発明によれば、高炉ガス中に含まれるダストの濃度を正確に把握してタービンの摩耗や損傷を回避することが可能であり、また、ダスト濃度を測定する測定器に異常があるかどうかを察知し得る高炉炉頂圧回収設備におけるタービンの運転方法および高炉炉頂圧回収設備用タービンが提供できる。

１ 高炉
２ 除塵機
３ ベンチュリースクラバー
４ タービン
５ ガス入側経路
６ ガス出側経路
７ 入側遮断弁
８ 測定器
９ 出側遮断弁
１０ 測定器
１１ バイパス経路
１１ａ 減圧弁
１１ｂ 一端
１１ｃ もう一端
１２ 制御装置

Claims (5)

1. 高炉炉頂圧回収設備に設置され、高炉ガスを通気させることによって該高炉ガスのもつエネルギーを回転運動に変換するタービンの運転方法において、
   該タービンのガス入側経路およびガス出側経路にてそれぞれ高炉ガス中のダスト濃度を測定し、測定されたダスト濃度の何れもが予め設定された閾値以上になった場合に該タービンを停止させることを特徴とする高炉炉頂圧回収設備におけるタービンの運転方法。
2. 前記タービンのガス入側経路で測定されたダスト濃度と、該タービンのガス出側経路で測定されたダスト濃度との差の絶対値と予め設定された許容偏差とを比較することによりダスト濃度の測定に使用された測定器に異常があるかどうかを検知することを特徴とする請求項１に記載した高炉炉頂圧回収設備におけるタービンの運転方法。
3. 請求項１または２に記載した方法の実施に使用されるタービンであって、
   該タービンは、該タービンのガス入側経路とガス出側経路とにそれぞれ配置され、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器と、該測定器により測定されたダスト濃度と予め設定された閾値とを比較して測定器により測定されたダスト濃度の何れもが予め設定された閾値以上となった場合に該タービンを停止させる制御装置とを有する、ことを特徴とする高炉炉頂圧回収設備用タービン。
4. 前記制御装置は、ガス入側経路で測定された高炉ガス中のダスト濃度とガス出側経路で測定された高炉ガス中のダスト濃度との差の絶対値と予め設定された許容偏差とを比較することによりダスト濃度の測定に使用される測定器に異常があるかどうかを検知する検知機能を有することを特徴とする請求項３に記載した高炉炉頂圧回収設備用タービン。
5. 前記ガス入側経路と前記ガス出側経路との相互間に、前記タービンを迂回して高炉ガスを通気させるバイパス経路を設け、該バイパス経路の一端は、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器と前記タービンの入側との間でガス入側経路に接続しており、もう一端は、高炉ガス中のダスト濃度を測定する測定器と前記タービンの出側との間でガス出側経路に接続していることを特徴とする請求項３または４に記載した高炉炉頂圧回収設備用タービン。

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