JPH03240908A - 高炉への粉体燃料吹込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、高炉への粉体燃料吹込み方法に間し、詳細に
は一般に燃焼性が悪いとされている粉体燃料（微粉炭等
）を、高炉下部から燃焼性の良い状態で、且つ羽口内の
圧力損失および熱損失を最小限にしながら最適に吹込み
を行う方法に関するものである。

〔従来の技術〕

石油価格の大幅な高謄を契機に、高炉においては補助燃
料として吹込んでいた重油を全面的に中止するオールコ
ークス操業に移行した。その後、高炉操業の安定化とコ
ークスの代替として経済効果が高い微粉炭吹込みが注目
され、現在では日本国内高炉の過半数で採用されるまで
に至った。

しかしながら、微粉炭等の扮体燃Ｆ４（以下粉体燃料と
総称する）は重油に比べて燃焼性が悪く、灰分を含有す
るという欠点を有しているので、吹込みに当たってはさ
まざまな対策を講じる必要がある。

こうした状況のもとで、本出願人もかねてより粉体燃料
の効果的な吹込み法を確立すべく鋭意研究開発を進めて
おり、例えば特公昭６０−５３０８１号、特公昭６３−
３２８４２号、特公平１−２９８４６号公報に開示する
技術を提案した。

特公昭６０−５３０８１号では、粉体燃料の燃焼率向上
とブローパイプ内への灰分付着防止という二つの要望を
どちらも満足させる手段として粉体燃料の吹込み位置を
ブローパイプ内の上流側へ移行したものである。

また、特公昭６３−３２８４２号および特公平１−２９
８４６号では、１０５０°Ｃを下まわる様な低温の熱風
を使用した場合でも粉体燃料の燃焼率を充分に高めるた
めに、コークス炉ガスや天然ガスなどの易燃焼ガスを熱
針換算で２％以上混焼するか、熱風中の酸素濃度を２３
容量％以上に酸素富化燃焼することを提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

これまでに提案した高炉への粉体燃料吹込み方法をそれ
ぞれの高炉の状況に応して適切に応用し、同時にコーク
ス等装入物の分布制御などの改善を行った結果、微粉炭
吹込み量は銑鉄１トン当たり　１００〜］　］　Ｏｋｇ
まで高めることができた。しかし、石炭はコークスに比
べて価格が約半分であり、高炉微粉炭吹込み用は粘結炭
（原料炭）に限定されず一般炭まで使用可能であるから
、経済性および石炭ソースの多様化の両面から、より多
くの微粉炭を吹込むことが可能になればメリットは一層
大きくなる。

そこで、本出願人は試みに従来一般に使用されている１
本の粉体燃料吹込み用バーナを有する羽口により、微粉
炭吹込み量を銑鉄１トン当たり現状の最大量よりも大幅
に増量した１８５ｋｇまで吹込んだ結果、次のような問
題点が明らかとなった。

■　熱風量、温度を一定に保ちながら微粉炭吹込み量を
増加すると、羽口内での微粉炭燃焼率は少し低下するが
、燃焼量すなわち発熱量が増加してガス温度が高くなり
、ガス容積が増加して羽口内圧力損失が上昇する。この
結果、ブロワ−圧力の上限界以上となり、高炉へ所要の
熱風量を供給できなくなる。

■　微粉炭吹込み量を増加すると、燃焼量の変動により
熱風圧力の変動も大きくなり装入物のスリップ回数が増
すなど炉況が悪化する。

■　微粉炭吹込み量を増加すると、羽口内でのガス温度
が高くなり、羽口冷却水の抜熱量が増えて、省エネルギ
の面で好ましくない。

■　微粉炭吹込み量を増加すると、粒子濃度が高まり羽
口内面の摩耗損失量が多くなる。

■　微粉炭吹込み量を増加すると、気流輸送空気または
窒素量が増し、バーナ先端からの微粉炭噴射速度が上昇
し、羽口摩耗損失量が多くなり粉体輸送ラインの配管圧
損も大きくなる。

本発明はこのような事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、高炉への粉体燃料吹込み量をより高め
ても、上記の諸問題を起こすことなく粉体燃料が吹込め
る高炉への粉体燃料吹込み方法を捉供しようとするもの
である。

〔課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明に係わる高炉への
粉体燃料吹込み方法は、粉体燃料吹込み用バーナを、高
炉羽口または高炉羽口に連接された熱風吹込み用ブロー
パイプの壁に貫通して設け、この粉体燃料吹込み用バー
ナを介して粉体燃料を熱風と共に吹込む高炉への粉体燃
料吹込み方法であって、各吹込み羽口またはブローパイ
プに対して前記粉体燃料吹込み用バーナを複数設置して
吹込むことを要旨とするものである。

〔作　用および実　施　例） 以下実験経過および解析結果に沿って本発明の構成およ
び作用効果を詳細に説明する。第４図は燃焼実験で使用
した装置の概略図であり、実際の高炉羽口部に模した構
造に設計されている。粉体燃料（微粉炭）Ａは地上ホッ
パ１からスクリューコンヘア２によってコールビン３へ
搬送される。

コールビン３の下部には粉体燃料定量供給機４が設けら
れており、この部分で一定量ずつ切り出された粉体燃料
＾は、輸送空気５と共に輸送管６によってバーナ７へ送
られる。−刃高温熱風炉８で得られた熱風は、送風管９
からブローパイプＩＯおよび水冷羽口１１を経て燃焼試
験炉１２へ送られる。

間中１３は煙突である。

高炉の燃料吹込み部は一般の燃焼装置とは全くＨな’Ｑ
、ブローパイプ１０および水冷羽口１１で構成されてい
るので、この実験装置は実際の高炉吹込み部に近似させ
ている。また燃焼試験炉１２には粉体燃料の燃焼状態お
よび着火状態を観察する為の覗き窓を多数設けると共に
、炉内温度、炉内ガス組成、炉内ダスト、火炎輻射量等
を測定するための検査孔が設けられ、且つブローパイプ
１０の上流倒曲がり部には、該ブローパイプＩＯの壁面
への灰の付着状況を観察するための覗き窓１４が設けら
れている。

この装置を用いた後記一連の実験における条件は下記の
通りである。

粉体燃料　　　　　二石炭（揮発分３４重量％灰分１０
．５重量％） 粉体燃料吹込み量　エフ４〜１８５ｋｇ／銑鉄１トン相
当（Ｔ−Ｐ） 熱風温度　　　　　：　１２００°Ｃ 粉体燃料吹込み位置：羽口１１とブローパイプ１０の境
界位置から上流２００ｍｍ　（Ｑ点）〜下流４９６ｍｍ
　（羽口内） 先ず、本出願人は、前記した諸問題を知見した後これら
諸問題の発生原因をより明確にするために実験を行った
。その結果を以下に説明する。

第５回は、微粉炭吹込み位置Ｑ点（上流２００ｍｍ）で
微粉炭吹込み量を変化させた時のブローパイプ内圧力の
変化を示すグラフである。微粉炭吹込み量を増加すると
、羽口１１内での燃焼量が増加してガス温度が高くなり
、ガス容積が増加して羽口的流速が高まり圧力損失が上
昇する。即ち、ブローパイプ１０内圧力は微粉炭吹込み
量が国内の平均吹込み量に近い７４ｋｇ／Ｔ−ｐの場合
には、その燃焼により吹込みの無い場合に比べて３００
〜４５０ｍｍＨｚＯ上昇する。さらに１８５ｋｇ／Ｔ　
−Ｐまで微粉炭吹込み量を増量すると、ブローパイプ１
０内圧力は５５０〜６７０ｍｍｔ１２０上昇し、７４ｋ
ｇ／Ｔ−Ｐの時の上昇圧力の約２倍はど上昇する。本燃
焼実験は低圧であるが、実際の高炉の送風圧力はゲージ
圧の４〜５　ｋｇ　／　ｃｄであり、したがって微粉炭
を１８５ｋｇ／Ｔ−Ｐまで多量に吹込むと、実際の高炉
では燃焼により送風圧力が２７００〜４０００ｍｍ１ｌ
□０　　（０，２７〜０．４０ｋｇ　／　ｃｉ　）上昇
し、既設の送風機の供給最高圧力を越え、結果的に高炉
への送風量が減少し、高炉操業へ支障をきたすことにな
る。また、圧力上昇分だけブロワ−消費動力が増加して
省エネルギの面から好ましくない。

さらに、羽口１１内での発熱変動が微わ）炭吹込み量が
増加するほど大きくなり、その結果として送風圧力の変
動も大きくなった。例えば、燃焼試験炉における周波数
０〜６０１臣の脈動エネルギ積分値は、微粉炭吹込み量
７４ｋｇ７　Ｔ　−Ｐから１８５ｋｇ／Ｔ−Ｐにすると
、約２．９倍に大幅に増加し、装入物のスリップの発生
など炉況にも大きな悪影響を及ぼすことになる。

また、第６図は、微粉炭吹込み量と羽口冷却水温度の変
化の関係を示すグラフである。吹込み量が増加するほど
冷却水の抜熱量が増加して好ましくない。したがって、
省エネルギ対策の面から羽口１１内の燃焼を極力抑制し
て火炎温度を低下させるか、重油吹込み時に使用してい
た羽口断熱リングを使用する必要がある。但し、羽口断
熱リングを装着すると、石炭中に灰分が含有されている
ため微粉炭吹込み位置が上流の場合には、灰付着の問題
を生ずるので注意を必要とする。

しかるに、上述した諸問題を解決するためには羽口内で
の燃焼を抑制する必要があり、一方においては燃焼性を
高めるために羽口より下流の炉内の燃焼空間であるレー
スウェイ内で爆発的な燃焼を行わせる相反する対策が必
要となる。

第１図は、本発明方法に適用される羽口構造の一例を示
す概要図である。７ａおよび７ｂは粉体燃料吹込み用バ
ーナであって、このバーナ７ａ、’７ｂは、ブローパイ
プ１０を貫通し対称に配置しである。またそのバーナ先
端は、ブローパイプ１０と水冷羽口１１の境界面より下
流側の羽口１１内へ配置しである。この場合、微粉炭供
給量は粉体燃料吹込み用バーナ７ａ、　７ｂに均等配分
され、羽口内で二つの微粉炭噴流として熱風中へ均一分
散させることができる。

以下は、上記第１図に示す羽口構造を第４図示の実験装
置に適用した場合と前記従来技術とにより得られた結果
を比較して説明する。

第２図は、微粉炭吹込み位置とブローパイプ上昇圧力と
の関係を示す。従来技術では−１本の粉体燃料吹込み用
バーナで微粉炭をブローパイプ１０と水冷羽口１１との
境界面またはその境界面より上流側のブローパイプ内か
ら吹込んでいたが、本発明では羽口内へ吹込むようにし
た。その結果、フローパイプ上昇圧力は、微粉炭吹込み
量が１４８ｋｇ／Ｔ−Ｐであっても１８０〜２４０ｍｍ
１ｌ□０であり、従来技術より大幅ζこ減少し、従来技
術の７４ｋｇ／ＴＰと同等程度となる。すなわち、国内
の殆どの高炉では、従来技術である微粉炭を１本の粉体
燃料吹込み用バーナで７４ｋｇ／　Ｔ　−Ｐ程度吹込ん
でいるが、本発明の２本の粉体燃料吹込み用バーナを使
用し、羽口内へ微粉炭を吹込む場合には、その２倍の微
粉炭多量吹込みを行っても送風圧力の問題は発生しない
ことになる。同時に熱風の変動圧力を大幅に抑制できた
。

第３０は、微粉炭吹込み量が１４８ｋｇ／Ｔ　−Ｐでの
羽口先端から１．８ｍの位置における燃焼率と微粉炭吹
込み位置との関係を示す。本発明によると、羽口内では
微粉炭は熱風中へ均一に分散され微粉炭粒子の予熱、揮
発化および着火が主として行われ、燃焼反応はできるだ
け抑制される。一方、羽口１１から出てレースウェイ内
へ入ったら広い範囲に分散した微粉炭が爆発的に急激な
燃焼を起こす。このため燃焼率は急上昇し、微粉炭吹込
み位置を水冷羽口内にしても燃焼率は従来技術の燃焼率
と同等程度に保つことができる。参考までに、１本の粉
体燃料吹込み用バーナを使用して羽口内へ微粉炭を１４
８ｋｇ／Ｔ　−ｐ吹込んだ場合の燃焼率と比較すると１
２〜１６％高くなる。この理由は、１本バーナではレー
スウェイ内燃焼でも燃焼が拡散律速されているために低
くなり、本発明の燃焼は均一に微粉炭が分散し、拡散の
制約が無いので燃焼率が高くなるためである。

したがって、本発明によると、ブローパイプ内の圧力が
低下すると共に燃焼率は大幅に改良されるために、従来
技術による吹込み量の２倍以上の多量吹込みが可能とな
る。

さらに、羽口内では燃焼反応はできるだけ抑制され主と
して微粉炭の予熱、揮発化および着火が起こるだけなの
で、羽口内での火炎温度は灰融点である１４００〜１６
００°Ｃより低くなり、従来の重油吹込みで使用してい
た水冷羽口内面への断熱リングの装着が可能となった。

このことは、羽口内の火炎温度の低下と断熱リングによ
る断熱との相乗効果により、大幅に省エネルギとなり、
実高炉の実績によると送風温度換算でΔＴ＝２１°Ｃの
断熱効果かえられ、羽口の内面摩耗も皆無となった。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されており、その効果を要約
すれば、次の通りである。

■　送風圧力および燃焼率が同等のままで、微粉炭の吹
込み量を倍増できる。

■　羽口内での燃焼変動を低減できるので、送風圧力の
変動も小さくなり炉況が安定する。

■　羽口内の火炎温度が低下すると共に断熱リングの採
用が可能となり大幅な省エネルギとなる。

また断熱リングの装着により羽口の摩耗問題は解決でき
る。

■　吹込み量が少ない場合には１本でも吹込むことが可
能であり、微粉炭吹込み量の調節範囲を広く採れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法に通用される羽口構造の一例を示
す概要図、第２図は、微粉炭吹込み位置とブローパイプ
上昇圧力との関係を示すグラフ、第３図は、微粉炭吹込
み量が１４８ｋｇ／Ｔ　−Ｐでの羽口先端から１．８ｍ
の位置における燃焼率と微粉炭吹込み位置との関係を示
すグラフ、第４同は燃焼実験で使用した装置の概略図、
第５図は、微粉炭吹込み位ｆｆＱ点（上流２００ｍｍ　
）で微粉炭吹込み量を変化させた時のブローパイプ内圧
力の変化を示すグラフ、第６図は、微粉炭吹込み量と羽
口冷却水温度の変化の関係を示すグラフである。 ｌ　地上ホッパ　　　　　２　スクリューコンベア３　
コールビン　　　　４　粉体燃料定量供給機５　輸送空
気　　　　　６　輸送管 ７　７ａ、　７ｂ　　粉体燃料吹込み用バーナ８　高温
熱風炉　　　　９　送風管 １０　　ブローパイプ　　　１１　　水冷羽口１２　　
燃焼試験炉　　　　１３　　煙突１４　　覗き窓　　　
　　　＾　粉体燃料（微粉炭）第１図 第２図 微粉炭吹込み位置（ｍｍ） 第５１ （ｋｇ／Ｔ−Ｐ） 第６図 ４８ 第３図 微粉炭吹込み位置（ｍｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粉体燃料吹込み用バーナを、高炉羽口または高炉羽口に
   連接された熱風吹込み用ブローパイプの壁に貫通して設
   け、この粉体燃料吹込み用バーナを介して粉体燃料を熱
   風と共に吹込む高炉への粉体燃料吹込み方法であって、
   各吹込み羽口またはブローパイプに対して前記粉体燃料
   吹込み用バーナを複数設置して吹込むことを特徴とする
   高炉への粉体燃料吹込み方法。