JPS62185809A - 高炉炉頂圧回収制御法 - 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〕 本発明は高炉排ガスの有するエネルギーを電力エネルギ
ーとして回収する炉頂圧回収における制御法に関するも
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自相してその炉頂
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。このため前記ガス（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技術が積極的に採用されるよ
うになっている〇 第５図は前記炉頂圧回収のための一般的に周知の装置（
以下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は高炉であり、この高炉１から排出される排ガ
スは除塵器２およびペンチエリ−スクラバー３で浄化さ
れた後、ガス量・ルダ−４に貯留される。５は前記除塵
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−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。また前記セプタム弁
６の前方よシ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あるいは前記セプタム弁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。第５図において９は炉頂圧設定装置
、９１は炉頂圧検出装置である０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前
記設定値に維持するよう各種弁の制御が行われる。

ところで前記第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へのガス流量がター
ビンの最大許容量を超えないようにセプタム弁の開度を
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
前記排ガスの全量をタービン７に通過させる　゛ことに
よシ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
低下する〇 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
大きく変動する。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、稼働効率が低下する
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シ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、当然のことながら前記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制御方法の
提供をその目的とするものである０ 〔問題点を解決するための手段〕 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付設し、前記ガス
圧を利用して電力を回収するにあたり、前記タービンの
前方に炉頂圧を制御する流量調整装置を設けると共に、
前記タービンの能力より最大許容流量ｑを設定し、ター
ビンに流入するガス量Ｑが前記最大許容流量ｑ以下の際
には前記セプタム弁をほぼ全閉とし、前記ガス量Ｑが前
記最大許容流量ｑを超え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炉頂圧を常に前記流量調整
装置で制御しつつ前記タービンへの流入ガス流量を前記
最大許容流量ｑに近づける炉頂圧回収制御法において、
前記ガス量Ｑの単位時間当たりの変化量を時々刻々演算
してその変化率を求め、該変化率よシ将来のガス量ＱＯ
を予測し、該予測ガス量Ｑｏと前記最大許容流量ｑを比
較して、前記セプタム弁の開度制御を行うことを特徴と
する高炉炉頂圧回収制御法に関する。

〔作　用〕

第１図は本発明の制御法を実施するための炉頂圧回収装
置の一例を示す全体構成１図である。この第１図におい
て前記第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。

本例ではバイパス管路５ａにタービン７に流入するガス
量Ｑを検出する流量検出装置１１が配設されており、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ノ（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
のものの他に前記第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０この最大許容流量設定の具体的方法としては例えば
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
める方法、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して求める方法
、あるいはタービン７の能力よシ瞬間的な上限量ｑ　ｍ
　ａ　ｘ　を求め、セプタム弁の制御特性等を考慮して
前記上限量ｑｍａｘ　　より若干低目の値に設定するな
どのいずれを採用してもよい。而して前述した方法で求
められた値はそれぞれ手動、あるいは前記パラメータに
−づいて演算する装置を介して自動的に前記流量設定装
置１３に入力される。１１０は前記流量検出装置１１で
検出されるガス量Ｑより将来のガス量を予測する進み演
算装置である。このガス量を予測するには例えば第２図
に示すように流量検出装置１１で検出される実際のガス
量Ｑから当該操業時の単位時間（Δｔ）当たりのガス変
化量（Δｑｉ）を時々刻々演算して変化率（Δｑｉ／Δ
ｔ）を求め、この変化率と設定時間τを乗算することに
よって当該時点より設定時間後、つまシ将来のガス量Ｑ
ｏを予測できる。また前記将来の予測ガス量Ｑ０を前記
単位時間（Δｔ）毎に予測する場合には、当該時点の実
測ガス量Ｑにその直前のガス変化量Δｑｉを加算、もし
くは減算することによっても前記予測ガス量Ｑｏを求め
ることが可能である。本発明においてガス量Ｑの変化率
よシ将来のガス量Ｑ。を予測するとは前記方法を総称し
て言うものである。

而して進み演算装置１１Ｏでは当該時点より予め設定さ
れた時間後の将来の予測ガス量Ｑｏを算出して比較器１
４に入力する。比較器１４では前記予測ガス量Ｑ。と、
前記流量゛設定装置１８で設定された最大許容流量ｑと
を比較する。１５はセプタム弁開度制御装置であシ、前
記比較器１４の比較結果によシ予測ガス量Ｑｏが最大許
容流量ｑを超えた、つまＤＱｏ＞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後述するように開制
御してタービン７へのガス流量を前記最大許容流量ｑに
維持し、Ｑｏ≦ｑとなった際には前記セプタム弁を全閉
するよう制御する０１６は切替え装置であシ、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
）　ＩＪツブ、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時にこの切替え装置１６を切シ
替え、本発明のセプタム弁開度調整装置１５との連結を
切り離すことによシ従来手段と同様にセプタム弁７で炉
頂圧を直接制御することができる。

さて操業が開始され、炉頂圧が所定圧に達し流量調整装
置１２による炉頂圧制御が始まると前記切替え装置１６
が切り替えられ、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の前方の圧
力（以下タービン前圧と言う）を検出するタービン前圧
検出装置９４からの信号も入力され、このタービン前圧
と前記炉頂圧設定装置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、その値は進み演算装置１１０
に入力される。前記方法に基づいて進み演算装置１１０
で求められた予測ガス量Ｑ。は比較器１４に入力され、
流量設定装置１８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は前記比較器１４の比較結果が。

０≦ｑ、つまり予測ガス量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を
ほぼ全閉とし、実質的に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。

また前記比較器１４の比較結果がＱｏ　＞　Ｑ　ｓつま
り予測ガス量Ｑｏがタービン７の最大許容流量ｑより多
くなるとセプタム弁６を開とする操作指令を前記セプタ
ム弁駆動装置１７に発する。このセプタム弁６を開く際
の開度は前記。０〉ｑの程度、つまシ偏倚量に応じて設
定され、制御される。

第３図は前記偏倚量とセプタム弁６の開度との関係を示
す図表であり、第３図（ａ）が偏倚量（ε＝Ｑ。

−ｑ）を、また第８図（ｂ）は前記第８図（ａ）の偏倚
量て対応するセプタム弁６の開度動作を示す。本例は予
測ガス量Ｑｏが最大許容流量ｑを越えた後の前記偏倚量
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３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までの開度）、比例動作Ｐ（一点鎖
線ｄと破線Ｃの開度）および積分動作工（破線Ｃと実線
すの開度）をそれぞれ加えることによって求められたも
のである。同様に第３図（ｃ）は前記偏倚量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３図（ｄ）Ｋ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。

以上のように予測ガス量Ｑｏ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量εに相当するガスはセプ
タム弁６を通ってガスボルダ−４に回収されるが、この
間においても炉頂圧の制御は流量調整装置１２によって
行われる。っまシセプタム弁６は前記偏倚量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
頂圧制御圧は全く機能しない。また当該時点の実際のガ
ス量Ｑではなく、それ以降の将来に予測されるガス１ｔ
Ｑｏで制御されることからガス量の変動が大きい際にも
セプタム弁駆動装置１７等の制御遅れがなく、正確で確
実な炉頂圧回収制御が可能となったＯ 〔実施例〕 内容積２８００ｍ３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表の通シであシ、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４図は本実施例に基づいてタービン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４図（ａ）が本発明に基づ〈実施例、第４図（
ｂ）が比較例である。この第４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〈実施例ではタービンに実際に流入するガス量。は殆
ど変動することがなく、また予測ガス量。。が最犬許容
量ｑを超えた場合には逸早くセプタム弁６が的確に開操
作され、前記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２．２
０ｋＬ１／ｃｍ２を安定して維持でき、加えてタービン
７に流入するガス流量Ｑも最大許容流量ｑに近づく高位
で、かつ安定したものとなった。第７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０以上の結果前記第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３７：３００ＯＮｍ３／Ｈと
な）、有効発生電力は８７５０ＫＷ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つまりガス
回収率は比較例の８２．７　％を大幅に上回る９１．３
％となるなど本発明の優れた効果が確認された０尚、第
４図においてガス量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
回収が可能となった。しかも高炉の操業に何等の支障も
与えることはなかった。加えて実際のガス量でなく、そ
れ以降に変化するであろう予測ガス量Ｑｏと最大許容景
ｑを比較することによシセプタム弁の制御遅れが大幅に
改善され、ガス量の急激な変化時におけるオーバーシュ
ートも皆無となった。

以上のように本発明の実用的効果はきわめて犬である。

【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図は予測ガス量を演算する手段の一
例を示す図表、第３図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）
はガス偏倚量とセプタム弁６の開度との関係を示す図表
、第４図（ａ）　（ｂ）はタービン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図
表、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表、第７図は成る期
間内における有効発生電力を示す図表である。 １・・・高炉　　　　　　２・・・除塵器８・・・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９８・
・・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１１０・・・進み演算装置 第２図 第３凶 （ａＪ ｅｌ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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付
   設し、前記ガス圧を利用して電力を回収するにあたり、
   前記タービンの前方に炉頂圧を制御する流量調整装置を
   設けると共に、前記タービンの能力より最大許容流量ｑ
   を設定し、タービンに流入するガス量Ｑが前記最大許容
   流量ｑ以下の際には前記セプタム弁をほぼ全閉とし、前
   記ガス量Ｑが前記最大許容流量ｑを超えた際にはその偏
   倚量に応じてセプタム弁の開度を開制御して炉頂圧を常
   に前記流量調整装置で制御しつつ前記タービンへの流入
   ガス流量を前記最大許容流量ｑに近づける炉頂圧回収制
   御法において、前記ガス量Ｑの単位時間当たりの変化量
   を時々刻々演算してその変化率を求め、該変化率より将
   来のガス量Ｑ＿０を予測し、該予測ガス量Ｑ＿０と前記
   最大許容流量ｑを比較して、前記セプタム弁の開度制御
   を行うことを特徴とする高炉炉頂圧回収制御法。