JPS62158807A - 高炉炉頂圧回収発電装置 - 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〕 本発明は高炉の炉頂圧回収発電装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

近年の高炉においては生産性の向上を目指してその炉頂
圧を高くシ、また送風量を増大する操業が行われている
。これに伴い炉内で発生するガスの量および圧力も著し
く増大している。このガス（以下、排ガスと言う）の有
するエネルギーを、排ガス回収系にタービンを設け、電
力として回収する高炉炉頂圧回収発電装置が積極的に採
用されるようになっている。

第５図は周知の高炉炉頂圧回収発電装置（以下、単に炉
頂圧回収装置と言う）の全体構造図である。

図において１は高炉であシ、この高炉１から排出される
排ガスは除塵器２およびベンチュリースクラバー３で浄
化された後、ガスホルダー４に貯留される。５は除塵器
２、ベンチュリースクラバー３およびガスホルダー４等
を連結し、排ガスを流通、回収するガス回収管路である
。このガス回収管路５、詳しくはベンチュリースクラバ
ー３とガスホルダー４の間のガス回収管路５にはセプタ
ム弁６が設けられている。また、セプタム弁６の前方よ
り分岐されたバイパス管路５ａにはタービン７が設置さ
れている。従って、前述したように高圧を有した排ガス
はタービン７を回転せしめることによって発電し、電力
として回収される。また、炉頂圧はタービン７に付設さ
れた翼弁８あるいはセプタム弁６の開度を適宜調整する
ことによって所定の圧力範囲に制御できるよう構成され
ている。

９は炉頂圧設定装置、９１は炉頂圧検出装置である。而
して炉頂圧検出装置９１で炉頂圧を検出し、その結果を
炉頂圧設定装置９に入力することによって翼弁開度設定
器９２、およびセプタム弁開度設定器９３にそれぞれ指
令を発し、炉頂圧を設定値に維持するよう各種弁の制御
が行われる。

ところで、第５図に示した炉頂圧回収装置において、従
来は、例えば第６図に示すように高炉で発生する排ガス
量がピークになった際にもタービン７へのガス流量がタ
ービン７の最大許容量を超えないようにセプタム弁６の
開度を常に開き、一定量のガスをバイパスさせる操業が
一般的であった。

一方、特公昭５６−１４８５１号公報に示されるように
、排ガスの全量をタービン７に通過させることにより高
炉ガスエネルギーの回収効率を高める制御方法も提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来手段における前者の方法では、排ガス量がター
ビンの最大許容量以下の状態でも一定量がセプタム弁６
に流れるためその分だけ電力として回収できず、回収効
率が低下する。

また、後者の方法ではタービン７の能力が前述したピー
クの排ガス量をも総て流通せしめ得る能力を有するもの
であれば問題ないが、ガス発生量は操業条件の変化によ
シ大きく変動し、このためそれらを総て吸収し得る能力
にすると設備費が多大となったシ、稼動効率が低下する
などの問題が生ずることから、タービン７の能力は通常
前記ガス発生量の平均的な値から設定することが普通で
ある。而して、この後者の方法では排ガスがタービン最
大出力設定値（最大許容量）を越す量になったらタービ
ン７の流量調整弁の開度を調節してタービンに流れるガ
ス量を一定にし、尚且つこの流量調整弁の開度が大幅に
減少した際にセプタム弁６を開いて炉頂圧が上昇するこ
とを防止する制御がなされる。しかしながら、このよう
な制御法ではセプタム弁６を開くまでの間は実質上炉頂
圧制御が行われないこととなり、炉況悪化の原因となる
。また、セプタム弁６が開くとタービン７への流量が大
幅に低下し、当然のことながら回収効率も低下する。

本発明は前述したような従来手段における問題点を抜本
的に解決し、高炉の操業に悪影響を与えることなく排ガ
スの回収効率を極限まで高め得る炉頂圧回収装置の提供
をその目的とするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

前記問題点を解決するための本発明は、セプタム弁を備
えた高炉の排ガス回収系にタービンを設けた高炉炉頂圧
回収発電装置において、前記タービンの前方に設置され
、炉頂圧を制御する流量調整装置と；前記タービンに流
入するガス量Ｑを検出する流量検出装置と；前記タービ
ンの能力より最大許容流量ｑを設定する流量設定装置と
；前記流量検出装置からの流量検出値と流量設定装置か
らの設定値を比較する比較器と：前記比較器による比較
結果が、Ｑ＞ｑとなった際にはその偏倚量に応じてセプ
タム弁の開度を開制御して前記タービンへのガス流量を
前記最大許容流＋ｉｑに維持し、Ｑ≦ｑとなった際には
前記セプタム弁を全閉するセプタム弁開度制御装置とか
ら構成されてなることを特徴とする高炉炉頂圧回収発電
装置である。

〔作　用〕

第１図は本発明に基づく炉頂圧回収装置の一実施例を示
す全体構成図である。この第１図において第５図と同符
号のものは同一装置を示すものであるため説明を省略す
る。

本実施例の炉頂圧回収装置では、バイパス管路５ａｌＣ
タービン７に流入するガス量Ｑを検出する流量検出装置
１１が配設されておシ、またタービン７の前方（ガス流
入側）には排ガスの流量調整装置１２が設置されている
。流量調整装置１２としては、本実施例のようにバイパ
ス管路５ａの断面積を増減することによって調整する構
造のものの他に、第５図に示すようなタービン７に内蔵
された翼弁８を用いることでもよい。

１３はタービン７の能力より最大許容流量ｑを設定する
流量設定装置である。この流量設定の具体的手段として
は、例えば作業者がタービン７の設備仕様から最大許容
流量ｑを求め、手動で流量設定装置１３に入力し設定す
る手段、あるいはタービン入口圧、ガス温度、送風量等
の各種の条件をパラメータとして演算装置で算出して最
適な最大許容流量ｑを求め、流量設定装置１３に自動的
に入力し設定する手段を用いてもよい。

１４はこの流量設定装置１３で設定された最大許容流ｆ
Ｌｑと流量検出装置１１で検出されたガス量Ｑを比較す
る比較器である。１５はセプタム弁開度制御装置であシ
、比較器１４による比較結果がＱ＞ｑとなった際にはそ
の偏倚量に応じてセプタム弁６の開度を後述するように
開制御してタービン７へのガス流量を最大許容流量ｑに
維持し、Ｑ≦ｑとなった際にはセプタム弁６を全閉する
よう制御する。

１６は切替え装置であり、休風後の立ち上げ時や流量調
整装置１２の異常、あるいはタービントリップ、高炉１
の操業異常等でタービン７による排ガスの回収が行えな
いときにこの切替え装置１６を切シ替え、セプタム弁開
度調整装置１５との連結を切シ離すことによυ従来手段
と同様にセプタム弁６で炉頂圧を直接制御することがで
きる。

次に１本発明の炉頂圧回収装置による炉頂圧制御手段お
よび排ガス回収手段について説明する。

操業が開始され、炉頂圧が所定圧に達し流量調整装置１
２による炉頂圧制御が始まると切替え装置１６が切シ替
えられ、セプタム弁６はセプタム弁開度制御装置１５か
らの制御指令でその開度が制御されるようになる。高炉
１の炉頂圧は炉頂圧検出装置９１で検出され、炉頂圧設
定装置９に入力される。炉頂圧設定装置９では予め設定
された炉頂圧と実際の炉頂圧とを比較してその差異に応
じて流量調整装置１２の開度設定器９２ａに指令を発す
る。開度設定器９２ａにはタービン７に前方の圧力（以
下タービン前圧と言う）を検出するタービン前圧検出製
蓋９４からの信号も入力され、このタービン前圧と炉頂
圧設定装置９からの信号とから流量調整装置１２の開度
を設定し、流量調整装置１２を制御する。而してこの流
量調整装置１２の開度を制御することによって炉頂圧は
所定の範囲に維持される。

一方、タービン７に流入する排ガス量Ｑは流量検出装置
１１で時々刻々検出され、その値は比較器１４に入力さ
れる。比較器１４では流量設定装置１３からの最大許容
流量ｑと比較して、その結果をセプタム弁開度制御装置
１５に入力する。セプタム弁開度制御装置１５は、比較
器１４の比較結果がＱ≦９１つまり排ガスｆｌ：Ｑがタ
ービン７の最大許容流量ｑに等しいかそれ以下の状態で
はセプタム弁６は全閉とし、排ガスの全量をタービン７
に流入させる操作指令をセプタム弁駆動装置１７に発す
る。また、比較器１４の比較結果がＱ＞　ｑ　％つｔｂ
排ガス量Ｑがタービン７の最大許容流量ｑよシ多くなる
とセプタム弁６を開とする操作指令をセプタム弁駆動装
置１７に発する。このセプタム弁６を開く際の開度はＱ
＞ｑの程度、つまシ偏倚量に応じて設定され、制御され
る。

第２図は偏倚量とセプタム弁６の開度との関係を示す図
であシ、第２図（、）が偏倚量（ε＝Ｑ−ｑ）を、また
第２図（ｂ）は第２図（、）の偏倚量に対応するセプタ
ム弁６の開度動作を示す。本例は排ガス量Ｑが最大許容
流量ｑを越えた後の偏倚量εが実線ａのようにほぼ直線
的に増加する場合を示すものである。この増加した偏倚
量εをセプタム弁６で吸収するためには第２図（ｂ）の
実線すで示す開度にすればよい。実線すはセプタム弁駆
動装置１７の操作量を微分動作Ｄ（一点鎖線ｄ″！！で
の開度）、比例動作Ｐ（一点鎖線ｄと破線Ｃの開度）お
よび積分動作１（破線Ｃと実線すの開度）をそれぞれ加
えるととＫよって求められたものである。同様に第２図
（ｃ）は偏倚量εがステップ状に変化した場合を示すも
のであり、このようなステップ状の偏倚を生じた場合は
第２図（ｄ）に示すようにその偏倚量に対応するセプタ
ム弁６の開度動作を行えばよい。

前記Ｐ、Ｉ、Ｄの数値は各制御機器の特性等を考慮して
予め設定し、実操業時の調整によって最適な値を決定す
ればよい。これによシ前述したような偏倚量εとセプタ
ム弁開度との相関が決定される。

以上のように１排ガス量Ｑがタービン７の最大許容流量
ｑよシ多くなるとその偏倚Ｊｉ１ｇに相当するガスはセ
プタム弁６を通ってガスホルダー４に回収されるが、こ
の間においても炉頂圧の制御は流ｔＸ整装置１２によっ
て行われる。つまシセプタム弁６は偏倚量εに相当する
ガスを流通せしめ、タービン７に流入するガス量を最大
許容流量ｑに維持する機能を発揮するのみであシ、炉頂
圧制御には全く機能しない。このことが本発明の主要な
！時機である。

〔実施例〕

内容積２８００？？ＩＩの高炉において本発明を実施し
た。本実施例における操業条件は第１表の通シであり、
比較例としては前記第６図に示したセプタム弁６を常に
所定の開度に開き、一定量のガスをバイパスさせる操業
を行った。

第　　１　　表 第３図は本実施例におけるタービン７のガス量とセプタ
ム弁６の開度の変化状況を調査した結果の一例を示すも
ので、第３図（、）が本発明に基づ〈実施例、第３図（
ｂ）が比較例を示す。この第３図から判るように、比較
例ではタービン７に流入するガス流量Ｑの変動が激しく
、その絶対量も少なくなっている。これに対して本発明
に基づ〈実施例ではガス量Ｑは殆ど変動することがなく
、またガスｆｔＱが最大許容量ｑを超えた場合にはセプ
タム弁６が的確に開操作され、ｑの値に安定して保持さ
れている。しかもそのような制御を行っても炉頂圧は所
定の２．２０に９／−を安定して維持でき、加えてター
ビン７に流入するガス流ｆＬＱも高位に安定したものと
なった。

第４図は成る期間内における有効発生電力を比較例と対
比して示したものである。

以上の結果、第１表に示すようにタービン７に流入する
ガス流量Ｑは平均で３７２０００　Ｎｍ’／Ｈとなシ、
　有効発生電力は８７３０ＫＷに達し、発生ガス量に対
するタービン７に流入するガス流量Ｑ１つオシガス回収
率は比較例の８２．７％を大幅に上回る９１．１％とな
るなど本発明の優れた効果が確認された。

尚、第３図においてガス流量Ｑが瞬時に低下しているの
は、高炉１で原料を投入した際の炉頂圧低下、または炉
頂原料ホッパー内の均圧によるタービン前圧低下等で流
量調整装置１２が閉となった結果生じるものである。

〔発明の効果〕

本発明の実施によシ、高炉で大量に発生し、しかもその
発生量も大きく変動する排ガスに対して、タービンの能
力を必要以上に大きくすることなく、高効率で安定した
電力回収が可能となる。しかも、高炉の操業に何等の支
障も与えることはない。

以上のように、本発明の実用的効果はきわめて大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく炉頂圧回収装置の一実施例を示
す全体構成図、 第２図はガス偏倚量とセプタム弁６の開度との関係を示
す図、 第３図はタービン７のガス量とセプタム弁６０開度の変
化状況を調査した結果の一例を示す図、第４図は成る期
間内における有効発生電力を示す図、 第５図は周知の炉頂圧回収装置の全体構造図、第６図は
従来の制御手段の一例を示す図である。 １・・・高炉、２・・・除塵器、３・・・ベンチュリー
スクラバー、４・・・ガスホルダー、５・・・ガス回収
管路、５ａ・・・バイパス管路、６・・・セプタム弁、
７・−タービン、８・−翼弁、９・−炉頂圧設定装置、
９１−・炉頂圧検出装置、９２・−翼弁開度設定器、９
３・・・セプタム弁開度設定器、 １１−流量検出装置、１２・−流量調整装置、１３・・
・流量設定装置、１４−・比較器、１５・・・セプタム
弁開度制御装置、１６・・・切替え装置、１７・・・セ
プタム弁駆動装置。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セプタム弁を備えた高炉の排ガス回収系にタービ
   ンを設けた高炉炉頂圧回収発電装置において、前記ター
   ビンの前方に設置され、炉頂圧を制御する流量調整装置
   と；前記タービンに流入するガス量Ｑを検出する流量検
   出装置と；前記タービンの能力より最大許容流量ｑを設
   定する流量設定装置と；前記流量検出装置からの流量検
   出値と流量設定装置からの設定値を比較する比較器と；
   前記比較器による比較結果が、Ｑ＞ｑとなつた際にはそ
   の偏倚量に応じてセプタム弁の開度を開制御して前記タ
   ービンへのガス流量を前記最大許容流量ｑに維持し、Ｑ
   ≦ｑとなつた際には前記セプタム弁を全閉するセプタム
   弁開度制御装置とから構成されてなることを特徴とする
   高炉炉頂圧回収発電装置。