JPS62270709A - 高炉への粉体燃料吹込方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野コ 本発明は高炉への粉体燃料吹込方法に関し、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）
を燃料吹込用バーナからブローパイプ経由で羽口内へ吹
込んで燃焼させるに当たり、省エネルギーの観点からブ
ローパイプ内への供給熱風温度を低下させる場合であっ
ても、優れた燃焼率を得ることのできる高炉への粉体燃
料吹込方法に関するものである。

［従来の技術］ 高炉操業における燃料は重油吹込みからオールコークス
操業へ好性し、更に微粉炭の吹込みに進んでいる。しか
しながら微粉炭等の粉体燃料（以下粉体燃料と総称する
）は重油に比べて燃焼性が悪く且つ灰分等の未燃分を含
有するという欠点を有しているので、吹込みに当たって
は色々の対策を講する必要がある。

こうした状況のもとて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研究を進めており、例え
ば特公昭６０−５３０８１号公報に開示する技術を先に
提案した。この方法は粉体燃料の燃焼率を高めるには熱
風炉からブローパイプ内へ供給される熱風の温度を高め
なければならないという前提の下でなされたものである
が、熱風温度を高めた場合における粉体燃料吹込位置を
、重油燃焼時と同じ様に羽口とブローパイプの境界点近
傍に設定したままであると、羽口及び羽口に続くレース
ウェイ内で粉体燃料を完全に燃焼させることができない
という知見に基づいてなされたものである。これは粉体
燃料の燃焼性が低いことによるものであるから、上記公
告発明の方法では粉体燃料の吹込位置をブローパイプ内
の上流側へ移行させ熱風との接触を早めることによって
レースウェイ終点に至るまでの熱風との総接触時間を長
くシ（即ち粉体燃料の燃焼領域を広げ）、粉体燃料はレ
ースウェイ出口部へ至るまでに完全に燃焼させてしまお
うというものであった。但し粉体燃料吹込位置をブロー
パイプ上流側へ行き過ぎさせると、粉体燃料の溶融物（
粉体燃料中に含まれる灰分が高温熱風の為に溶融する）
がブローパイプ内に付着・堆積するので、径行位置につ
いては上限を設けている。上記の様に公告発明では粉体
燃料吹込位置を調整することによって灰分の付着を防止
しつつ燃料率を高めることに成功したのである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記公告発明においては、公告公報第４頁の第５図に示
した通り１０５０℃以上の高温熱風を用いることが燃焼
率向上の前提条件であると認識し、熱風温度が１０５０
℃未満の場合には所定の効果を挙げることができないと
考えていた。一方省エネルギーの要請は益々強くなり、
熱風温度はできる限り低くすることが望まれている。但
し燃焼率を犠牲にする訳にはいかず、粉体燃料の吹込み
技術においてき省エネルギーの要請に十分答えることが
できないという苦渋があった。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は、１０５０℃を下回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十分に高めること
のできる高炉への粉体燃料吹込方法を提供しようといる
ものである。

［問題点を解決する為の手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明方法は、粉体
燃料吹込用バーナを、高炉羽口に連設された熱風吹込用
ブローパイプの壁を貫通して該ブローパイプ内へ突入さ
せ、前記バーナから吹込まれた粉体燃料をブローパイプ
内を流れる１０５０℃未満の熱風と共に高炉羽口から吹
込む高炉への粉体燃料吹込方法であって、熱風中の酸素
濃度を２３容量％以上とする点に要旨を有するものであ
る。

［作用及び実施例コ 以下実験経過に沿って本発明の構成及び作用効果を詳細
に説明する。第１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Ａは地上ホッパー１からスクリューコンベ
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Ａ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。一方
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１０及び水冷羽口１１を経て燃焼試験炉１２へ送ら
れる。図中１３は煙突である。

高炉の燃料吹込部は一般の燃焼装置とは全く異す−ｈ　
−ｆｒ′ｆｆ−バノゴ１ｎＴ！＋γに弄療羽口１１でオ
浩甜されているので、この実験装置は実際の高炉吹込部
に近似させている。またこの試験炉には粉体燃料の燃焼
状態及び着火状態を観察する為ののぞき窓を多数設ける
と共に、炉内温度、炉内ガス組成、炉内ダスト、火炎輻
射量等を測定する為の検査孔が設けられ、且つブローパ
イプ１０の上流倒曲り部には、該ブローバイブ１０の壁
面への灰の付着状況を観察する為ののぞき窓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。

実験条件 粉体燃料　　　二石炭（揮発分３３重量％）粉体燃料吹
込量：１００Ｋｇ／時間 熱風温度　　　：９５０〜１２００℃ 粉体燃料吹込位置：９点、羽口とブローパイプの境界位
置から上流 ００ｍｍ まず前記公告発明に開示した方法を追試し、熱風温度が
１０５０℃未満であると燃焼率が十分に改善されない理
由を検討したところ、次の様な事実が明らかとなった。

即ち粉体燃料吹込みバーナ７　ｂ−らブローバイブ１０
内へ吹込まれた粉体燃料は、ブローバイブ１０内を流れ
る熱風から熱を受けてまず揮発分（水素や一酸化炭素等
）が揮発し、これらが着火温度に到達して燃焼が開始さ
れる。ところが上記の様な従来法において熱風温度が低
過ぎる場合は、粉体燃料自体の昇温と混相状態で吹込ま
れてくるキャリアガスにかなりの熱量が奪われることも
あって、肝心の粉体燃料は十分に加熱されず、その結果
揮発分の揮発開始が遅れるばかりでなく揮発速度も遅く
なり、更には揮発ガスが着火温度に達するまでの時間も
遅れ気味となり、吹込みから着火燃焼までに相当の時間
を要することになる。その結果粉体燃料の着火は、羽口
先端或はレースウェイ内で起こることとなり、着火後レ
ースウェイを出るまでの燃焼時間が相対的に著しく短縮
されレースウェイから多量の未燃チャーを排出する。従
って熱風温度が１０５０℃より低い場合は、前記公告発
明に示した如く粉体燃料吹込位置を１００〜３５０ｍｍ
程度上流側へ移動させても、レースウェイ内での燃焼時
間を実質的に延長することができず、結局レースウェイ
終了部における粉体燃料の燃焼状態は殆んど改善されな
かった。殊に高炉操業時における粉体燃料のレースウェ
イ通過所要時間は、ボイラー、キルン、焼結点火炉等に
おける燃料通過所要時間に比べて極端に短く（前者は後
者の１／３００〜１１５００程度）、こうした条件のも
とでは全滞留時間の半分近くが揮発分の揮発と着火を含
めた言わば予熱に消費されることとなる。従って実質的
な燃焼時間が不足気味となりて、レースウェイ内で完全
燃焼するに至らず、多量の未燃チャーを排出することに
なる。

尚チャーの燃焼は、粒子表面あるいは粒子の空孔内で酸
素と反応することによって進行する所謂固体の表面燃焼
である為、燃焼は、粒子表面あるいは粒子空孔内への酸
素の拡散律速であると考えられる。

しかるに微粉炭燃焼過程においては、燃焼初期に急激な
揮発化燃焼が起こり、多量の酸素が消費される。この為
揮発化燃焼に続いて起こるチャーの固体燃焼段階には粒
子環境中の酸素が少なく燃焼が遅延することになる。

本発明者等は上記の様な実験結果を基に研究を重ね、酸
素富化された熱風をブローパイプ内へ供給すれば上述の
問題は全て解決できるのではないかとの指針を得、更に
研究を重ねた結果本発明を完成するに至った。

即ち前記構成に示す様に、熱風中の酸素濃度を富化した
場合は、酸素富化をしない場合に比べて着、人位置は同
じであっても着火後の揮発燃焼はより高温となるので速
く進行し、しかもチャーの燃焼段階においてはチャー粒
子環境に高温で且つ酸素濃度の高い熱風が残存する為チ
ャーの燃焼もより速く進行する。この結果レースウェイ
出口部における粉体燃料の燃焼率を向上させることがで
きる。

尚本発明においては熱風中の酸素濃度を２３容量％以上
とする必要があり、これ未満では上記効酸素濃度を高く
しても燃焼率改善効果はそれ以上あがらず、酸素富化コ
ストが増大するばかりであるので酸素濃度は２５容量％
にとどめることが望ましい。

［実施例］ 第２図は、熱風温度を９５０℃とし、熱風中の酸素濃度
を種々変更した場合の燃焼率に及ぼす影響を示すグラフ
であり、Ｐ点は羽口先端、Ｑ点はレースウェイ出口部に
相当する位置を示す。尚参考例として前記公告発明にお
いて燃焼率が良好であった条件即ち熱風温度が１２００
℃、０２濃度＝２１％のときの燃焼率変化を（Ｆ）で示
した。

第２図において、酸素を富化しない場合（Ａ）［０２濃
度＝２１容量％］の燃焼率を基準にすると、酸素富化率
１％（０２濃度：２２％）の場合（Ｂ）には燃焼率の向
上効果は極めて小さく殆んど効果がなかった。これに対
し酸素富化率２％（ＯＸ濃度：２３％）の（Ｃ）の場合
には顕著な燃焼案向ト独堺が霞められた。しかしながら
酸素富化率をさらに増やして（Ｄ）４％（Ｏａ？１４度
：２５％）あるいは（Ｅ）８％（０２濃度：２９％）と
高めてもそれ以上の燃焼率向上効果は期待できない。即
ち熱風温度が９５０℃の場合に満足することのできる燃
焼率［レースウェイ出口において（Ｆ）と同程度の燃焼
率コを得ようとすれば、酸素富化率を２％以上即ち酸素
濃度を２３％以上とする必要のあることが分かった。し
かしながらレースウェイ出口部における燃焼率改善効果
は（Ｄ）酸素富化率４％（０２濃度＝２５％）で飽和に
達しており、（Ｅ）酸素富化率毎８％に示す如くさらに
酸素富化率を上げても燃焼率改善効果はそれ以上にはあ
がらないことから、酸素富化率は４％以下（即ち０２濃
度は２５％以下）にとどめることが経済的に望ましいこ
とが分かった。

尚第２図に示すグラフから理解される様に、熱風温度が
高い場合（Ｆ）のラインに示される通り着火は、粉体燃
料吹込み位置に近い側で起こっており、羽口内および羽
口先端（Ｐ点）の燃焼率も高いレベルで推移している。

即ち（Ｆ）の場合には熱風温度が高い為に揮発化燃焼が
急速に且つ十分に起こり、全体としてレースウェイ出口
（Ｑ点）における燃焼率が高くなっている。これに対し
熱風温度が９５０℃の（Ａ）〜（Ｆ、）の場合には着火
位置は粉体燃料吹込位置から下流側に好打し、（Ｆ）と
比べると揮発化燃焼は遅れ気味に進行する。しかるに（
Ａ）〜（Ｅ）のうち酸素を２％以上富化した（Ｃ）〜（
Ｅ）については揮発化燃焼につづいて起こる未燃チャー
の固体燃焼が、酸素濃度が高い故に後半に急激に進行し
、レースウェイ出口部（Ｑ点）では（Ｆ）と同程度の燃
焼率に到謹している。尚酸素を２％以上富化した（Ｃ）
〜（Ｅ）については（Ａ）、（Ｂ）と比べて揮発化燃焼
も速く進行するので、未燃チャー燃焼段階で供給される
熱風温度が上昇して未燃チャーの燃焼が一層促進された
ものであると考えられる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、以下要約する効果
を得ることができる。

（１）高炉内へ粉体燃料を吹込むに当たり熱風中の酸素
濃度を高めたことにより、揮発化燃焼につづいて起こる
未燃チャーの燃焼を効率良く進行させることができ、熱
Ｊｕｌ温度を１０５０℃未満に低下させてもレースウェ
イ出口部において十分な燃焼率を得ることができる。こ
の結果熱風昇温コストを低減することができ、経済的に
高炉操業を行なうことができる。

（２）熱風温度を低下させる場合、従来燃焼率の低下分
だけ粉体燃料の吹込量を低下させる必要がありたが、本
発明においては熱風温度が高い場合と同等の燃焼率を得
ることがで辣るので吹込量を低下させる必要がなく、高
炉操業を経済的に実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は粉体燃焼吹込み実験の概要を示す説明図、第２
図は酸素富化率毎の燃焼率の推移を示す実験結果グラフ
である。 １・・・地上ホッパー　　２・・・スクリューコンベア
３・・・コールビン　　　４・・・粉イ本燃料宇量イ＃
給機５・・・輸送空気 ７・・・粉体燃料吹込みバーナ １０・・・ブローバイブ　　１１・・・水冷羽口１２・
・・燃焼試験炉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粉体燃料吹込用バーナを、高炉羽口に連設された熱風吹
   込用ブローパイプの壁を貫通して該ブローパイプ内へ突
   入させ、前記バーナから吹込まれた粉体燃料をブローパ
   イプ内を流れる１０５０℃未満の熱風と共に高炉羽口か
   ら吹込む高炉への粉体燃料吹込方法であって、熱風中の
   酸素濃度を２３容量％以上とすることを特徴とする高炉
   への粉体燃料吹込方法。