JPS6311608A - 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】 ［産業上の利用分野］ 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）
を高炉内へ吹込む方法において、粉体燃料の燃焼率を高
めることのできる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８行し、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遅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提案
した。この方法は、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２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
の上流側へ８行させたものであり、この方法であればブ
ローパイプ内に供給される熱風温度を高めてもブローパ
イプ壁面への灰分の付着が防止される為、前記２つの要
望を同時に満足することができるに至った。

［発明が解決しようとする問題点コ 即ち前記提案発明では、公告公報第４頁の第５図にも示
している通り１０５０℃以上という高温の熱風を用いる
ことが燃焼率向上の為の必要条件と考えており、１０５
０℃未満の熱風を用いた場合の燃焼率は非常に低い。そ
の為熱風炉の操業温度を高めなければならず、省エネル
ギーの観点から不利になることに加えて炉壁耐火物やダ
クトの寿命が短縮されることとなり、設備のメンテナン
ス性が悪化する。

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する
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の構成は
、粉体燃料を高炉内へ吹込むに当たり、ブローパイプか
ら供給される熱風温度を８１０℃以上に調整すると共に
、粉体燃料吹込管と平行してガス燃料吹込管を配設し、
粉体燃料とガス燃料の混焼を行なわせつつ高炉内へ吹込
むところ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、実際の高炉羽口部を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製蓋とは全く異なり、ブ
ローパイプ１０及び水冷羽口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の上流何曲
り部には、該ブローパイプ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３５重量％粉体燃料吹込
量：１００Ｋｇ／時間 熱風温度　　　：　７００　Ｎ１２００℃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からブローパイプ１０内へ
吹込まれた粉体燃料は、ブローパイプ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、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１７
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り、実質的な燃焼時間が不
足気味となって燃焼率の向上を果たし得なかったものと
考えられる。

そこで本発明者は、比較的低温の熱風を用いた場合でも
粉体燃料の燃焼率を満足の行く程度まで高める為には、
ブローパイプ内へ吹込まれた粉体燃料が着火するまでの
所要時間をできるだけ短縮するのが有効であろうと考え
、かかる着想に沿って更に研究を進めた。その結果、ブ
ローパイプ内へ粉体燃料と共にガス燃料を吹込み、該ガ
ス燃料の燃焼熱によって粉体燃料からの揮発分の急速揮
発化及び該揮発分の着火を促進させるのが有効であろう
との着想を持つに至った。即ち粉体燃料とガス燃料の混
焼という手段の採用を意図するに至ったのである。そこ
でこうした着想を実現すべく更に研究を進めた結果、ガ
ス燃料としてコークス炉ガス、天然ガス、都市ガス、転
炉ガス、石油ガス、高炉ガスなどを選択し、且つ該ガス
燃料の吹込管を粉体燃料の吹込管に併設して両燃料を同
時に吹込む方法を採用すれば、上記の着想が実用に即し
た技術として実現され得るという結論を得るに至った。

とりわけ、これらのガス燃料のうちコークス炉ガスは燃
焼速度が高いので本発明の効果が大きいし、製鉄所で副
生するので最適である。

すなわち、コークス炉ガスの主成分は水素（全体の５０
〜６０％）であって、その燃焼速度はＬＰＧや天然ガス
の７〜８倍であり、これをブローパイプ内へ吹込むと比
較的低温の熱風であってもすみやかに着火燃焼する。そ
してその燃焼熱によフて粉体燃料中の揮発分の急速揮発
化及びその着火が促進される結果、粉体燃料の着火まで
の所要時間が著しく短縮され、それに伴って粉体燃料の
燃焼時間が延長されることとなり、燃焼率を著しく高め
ることができる。この場合、ガス燃料を粉体燃料送給用
のキャリヤガスとして同時に供給することも考えられる
が、本発明者が実験により確認したところでは、該ガス
燃料は粉体燃料とは独立して供給すべきであることが分
かった。その理由は下記の通りである。即ちガス燃料を
粉体燃料と混合した状態でブローパイプ内へ供給した場
合、熱風によるガス燃料の昇温・着火が粉体燃料の混入
によって抑制され、期待されるほどの燃焼促進効果を得
ることができない。この点をより詳細に説明すると、高
炉への粉体燃料吹込みに当たっては、温度の低いキャリ
ヤガス量はできるだけ少ない方がよいとされており、粉
体燃料／キャリヤガスの重量比率は一般に１０〜３０（
にｇ／にｇ）の範囲から選択される。この様に粉体燃料
濃度の高い吹込条件のもとでは、吹込まれる固気混相流
における輻射伝熱効率及び光学的透過性は非常に低いも
のとならざるを得ない。しかもガス燃料を粉体燃料中に
混入して供給する方法を採用すると、ガス燃料は大量の
粉体燃料によって稀釈されることとなる。そして当該混
相流の着火燃焼は、その最外周側で熱風による熱を受け
て進行することになるが、ガス燃料が着火温度まで昇温
する為には同時に粉体燃料（ガスに比べて熱容量が大き
い）までも昇温させなければならない為、粉体燃料によ
る稀釈に伴う着火遅延とも相まってガス燃料の着火燃焼
自体が遅延し、燃焼促進効果を満足に高めることができ
ない。また粉体燃料とガス燃料の流量を個別に制御する
面からも両燃料を′独立して吹込んだほうが好ましいこ
とはいうまでもないし、安全性も確保される。

これに対しガス燃料を粉体燃料が独立して平行供給する
と、ガス燃料は熱風に接して瞬時に着火温度まで昇温し
て着火・燃焼し、その燃焼熱が粉体燃料中の揮発分の揮
発・着火に生かされる結果、粉体燃料の燃焼開始までの
時間が著しく短縮される。従ってガス燃料を粉体燃料と
は独立して供給する限り本発明の効果は有効に発揮され
るが、最も好ましいのは、例えば第２図（縦断面図）に
示す如く粉体燃料吹込用ノズル７を多重管構造（図例で
は二重管）とし、内管７ａから粉体燃料Ａを供給すると
共に外管７ｂからガス燃料Ｃを供給する方法である。し
かしてこの様な吹込み方式を採用すると、粉体燃料Ａを
とりまく様にしてガス燃料Ｃが吹込まれることになり、
最外周側のガス燃料は熱風により直ちに着火・燃焼する
と共に、粉体燃料を外周側から一斉に加熱することとな
り、粉体燃料の着火・燃焼開始時間を著しく短縮するこ
とができる。

ところでガス燃料の吹込みによって得られる上記の燃焼
促進効果を発揮させる為には、ガス燃料を着火させる最
少限の温度が必要であり、以下の実験例（第３図参照）
でも明らかにする通り熱風温度を少なくとも８１０℃以
上としなければならない。しかして熱風温度が８１０℃
未満である場合はガス燃料の着火自体に相当の時間がか
かり、従来例（ガス燃料吹込みなし）を超える燃焼促進
効果を得ることはできない。ちなみに第３図は、前記第
１図に示した燃焼実験装置を使用し、（Ａ）粉体燃料単
独吹込み、 （Ｂ）粉体燃料輸送空気５内へ１ＯＮｍ″／Ｈのコーク
ス炉ガスを混入させて粉体燃料と共に供給、或は （Ｃ）第２図に示す二重管構造の粉体燃料吹込みバーナ
７を使用し、内管７ａから粉体燃料を、また外管７ｂか
らはコークス炉ガス（１ＯＮｍ３／Ｈ）を夫々独立して
送給した場合 について、夫々の熱風温度と燃焼率の関係を示したもの
である。

第３図の結果から次の様に考えることができる。

（１）＃記公告発明の方法（Ａ）では、熱風温度を１０
５０℃以上に高めることによってはじめて急激な燃焼率
の向上が認められ、１０５０℃未満の熱風温度を採用す
る限り十分な燃焼率向上効果を期待することはできない
。

（２）コークス炉ガスを粉体燃料と共に供給した場合で
あっても、両者を混合状態で供給した例（Ｂ）では、上
記（八）法に比べて掻くわずかの燃焼率向上効果が認め
られるだけであって、飛躍的効果は得られない。

（３）これらに対し、二重管構造のノズルを使用し、内
管から粉体燃料、外管からコークス炉ガスを夫々独立し
て送給する本発明法（Ｃ）を採用すると、８１０℃前後
を境としてそれより高温側では燃焼率が急激に上昇し、
殊に８１０〜１０５０℃の熱風温度領域においては、燃
焼率を従来例の２〜３倍に激増することができる。

本発明は上記の様に構成されるが、その最大の特徴は、
粉体燃料とガス燃料を独立して供給し、高温の熱風によ
り該ガス燃料を即座に燃焼させてその燃焼熱により粉体
燃料を急速に加熱するところにあり、これにより粉体燃
料中の揮発分の揮発及び着火を加速し、燃焼開始までの
時間、ひいては完全燃焼に要する時間を大幅に短縮した
ところにある。従ってこうした特徴を有効に発揮し得る
限り、ガス燃料の供給手段や粉体燃料の吹込み位置等は
必要に応じて任意に変更することができる。たとえはガ
ス燃料の供給手段としては、第２図に示した様に多重管
構造の外管７ｂ側を活用する方法のほか、たとえば第４
図（Ａ）、（Ｂ）　　（何れも横断面図〕に示す如く、
粉体燃料吹込用バーナ７の外周をとりまく様に設けたガ
ス燃料供給管１５〔第４図（Ａ）は一体取付は型、第４
図（８）は別体取付は型を示す〕等を使用することも勿
論可能である。また第１図の例では、粉体燃料吹込用バ
ーナ７をブローパイプ１０内へ突込んで挿設し、該バー
ナ７の先端をブローバイブ１０内に間口した例を示した
が、本発明では前述の如く粉体燃料の燃焼時間を著しく
短縮し、吹込み後即座に着火・燃焼し得る様に構成され
ているので、たとえば第５図（八）、（Ｂ）　　（何れ
も縦断面図）に示す如く、粉体燃料吹込用バーナ７の先
端を羽口１１内に臨ませたり、更には羽口１１からレー
スウェイＬを臨む位置まで突出させることも可能である
。

この場合バーナ７はかなり高温にさらされるのでガス燃
料供給管を含めて耐熱材を使用すべきであることは当然
であり、必要によっては水冷構造とすることも可能であ
る。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
れば次の通りである。

（１）熱風温度が低い場合でも粉体燃料の燃焼率を満足
のいく程度まで高めることができ、粉体燃料の多量吹込
みが可能となり、大幅な燃料コストダウンになる。また
、高温の熱風温度が得られ難いときでも粉体燃料を有効
に活用することができる。

（２）熱風温度を積極的に下げて高炉操業を行なうこと
もでき、省エネルギーとなるばかりでなくダクト等を含
めた耐火物の劣化も抑制することが可能となる。

（３）燃焼率を十分に高め得るところから安価な微粉炭
の使用比率を高めることが可能となり、燃料費の低減を
図ることができる。

（４）燃焼率が高レベルで安定するので高炉々況の安定
性も高めることかでき、高炉操業効率も向上する。

（５）本発明を実施するに当たり別途必要となるのは多
重構造のバーナだけであり、或はその他ガス燃料吹込用
装置だけであり、負担増は少ない。

（６）ガス燃料のうち、最も燃焼速度が高く最適なコー
クス炉ガスは、高炉装入原料として欠くことのできない
コークス製造工程で生成するものであり、通常は高炉設
備に隣接して設けられているので安価に人手することが
できる。

（７）固体燃料とガス燃料とが独立して吹込まれるので
、それぞれの流量制御が容易である。

（８）ガス燃料が冷却ガスとなり、バーナの寿命を増す
ことができる。

（９）粉体燃料の吹込位置を高炉レースウェイに対して
可及的近い位置に設定できるので、ブローバイブ内への
灰分付着という欠陥の発生を大幅に抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験で用いた燃焼装置を示す説明図、第２図は
本発明を実施する際に用いられる多重構造のバーナを例
示する一部破断側面図、第３図は本発明の効果を従来例
と対比して示すグラフ、第４図（Ａ）　、　ＣＢ）は本
発明で使用するバーナの他の例を示す横断面図、第５図
（Ａ）　、　（Ｂ）はバーナの他の挿設例を示す横断面
略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粉体燃料を高炉内へ吹込むに当たり、ブローパイプから
   供給される熱風温度を８１０℃以上に調整すると共に、
   粉体燃料吹込管と平行してガス燃料吹込管を配設し、粉
   体燃料とガス燃料の混焼を行なわせつつ高炉内へ吹込む
   ことを特徴とする高炉への粉体燃料吹込方法。