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技術 製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 大谷俊朗
出願日 2016年3月31日 (3年10ヶ月経過) 出願番号 2016-073237
公開日 2017年10月5日 (2年4ヶ月経過) 公開番号 2017-180436
状態 特許登録済
技術分野 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 蒸気発生設備 耐食鋼 ボイラー用 高炉休風 使用設備 希釈量 低発熱量 ガス混合器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年10月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

製鉄所において、高炉休風中でも、発電所ガスタービン低コストで安定して運転継続することを可能にする、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法を提供する。

解決手段

製鉄所において、発電所ガスタービンに燃料ガスを供給する方法であって、コークス炉ガスに、コークス炉ガスが燃料ガスとして供給された発電所ボイラー排ガスを混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービンに供給することを特徴とする製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。

概要

背景

製鉄所では、高炉コークス炉転炉で大量の副生ガス高炉ガスコークス炉ガス転炉ガス)が発生している。これらの副生ガスは製鉄所内各所で熱源として消費される他、製鉄所内の発電所での発電にも使用されている。

これらの副生ガスは、高炉ガスが約800〜900kcal/Nm3、コークス炉ガスが約4,500〜5,000kcal/Nm3、転炉ガスが約1,900〜2,100kcal/Nm3と、ガスの種類により発熱量が大きく異なっている。そのため、製鉄所内各所への副生ガスの供給に当たっては、必要とする発熱量と使用量に応じて、各使用設備毎に複数種類の副生ガスを混合することがある(例えば、特許文献1)。

例えば、図2に示すように、製鉄所内の発電所に設置された発電設備であるガスタービン(発電所ガスタービン)4に燃料ガスを供給する際には、高炉1からの低発熱量の副生ガス(高炉ガス)とコークス炉2からの高発熱量の副生ガス(コークス炉ガス)をガス混合器3で混合して発熱量を約950〜1,150kcal/Nm3に調整された燃料ガスを発電所ガスタービン4に供給している。なお、発電所ガスタービン4で発生した排ガス集塵機(図示せず)等で無害化処理されて、煙突5から放散される。

一方、製鉄所内の発電所に設置されていて、製鉄所内へ水蒸気を供給する水蒸気発生設備であるボイラー(発電所ボイラー)6に燃料ガスを供給する際には、高炉1からの低発熱量の副生ガス(高炉ガス)とコークス炉2からの高発熱量の副生ガス(コークス炉ガス)のどちらも燃料ガスとして発電所ボイラー6に直接供給している。なお、発電所ボイラー6で発生した排ガスは集塵機(図示せず)等で無害化処理されて、煙突7から放散される。

概要

製鉄所において、高炉が休風中でも、発電所ガスタービンを低コストで安定して運転継続することを可能にする、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法を提供する。製鉄所において、発電所ガスタービンに燃料ガスを供給する方法であって、コークス炉ガスに、コークス炉ガスが燃料ガスとして供給された発電所ボイラーの排ガスを混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービンに供給することを特徴とする製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。

目的

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄所において、高炉が休風中でも、発電所ガスタービンを低コストで安定して運転継続することを可能にする、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

製鉄所において、発電所ガスタービン燃料ガスを供給する方法であって、コークス炉ガスに、コークス炉ガスが燃料ガスとして供給された発電所ボイラー排ガスを混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービンに供給することを特徴とする製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法

請求項2

前記発電所ボイラーの排ガスを、前記発電所ボイラーに供給されるコークス炉ガス、同じく燃焼用空気、同じくボイラー用供給水、前記発電所ガスタービンに供給されるガスタービン用供給水のうちのいずれか1つ以上と熱交換させて冷却することを特徴とする請求項1に記載の製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。

技術分野

0001

本発明は、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法に関するものである。

背景技術

0002

製鉄所では、高炉コークス炉転炉で大量の副生ガス高炉ガスコークス炉ガス転炉ガス)が発生している。これらの副生ガスは製鉄所内各所で熱源として消費される他、製鉄所内の発電所での発電にも使用されている。

0003

これらの副生ガスは、高炉ガスが約800〜900kcal/Nm3、コークス炉ガスが約4,500〜5,000kcal/Nm3、転炉ガスが約1,900〜2,100kcal/Nm3と、ガスの種類により発熱量が大きく異なっている。そのため、製鉄所内各所への副生ガスの供給に当たっては、必要とする発熱量と使用量に応じて、各使用設備毎に複数種類の副生ガスを混合することがある(例えば、特許文献1)。

0004

例えば、図2に示すように、製鉄所内の発電所に設置された発電設備であるガスタービン(発電所ガスタービン)4に燃料ガスを供給する際には、高炉1からの低発熱量の副生ガス(高炉ガス)とコークス炉2からの高発熱量の副生ガス(コークス炉ガス)をガス混合器3で混合して発熱量を約950〜1,150kcal/Nm3に調整された燃料ガスを発電所ガスタービン4に供給している。なお、発電所ガスタービン4で発生した排ガス集塵機(図示せず)等で無害化処理されて、煙突5から放散される。

0005

一方、製鉄所内の発電所に設置されていて、製鉄所内へ水蒸気を供給する水蒸気発生設備であるボイラー(発電所ボイラー)6に燃料ガスを供給する際には、高炉1からの低発熱量の副生ガス(高炉ガス)とコークス炉2からの高発熱量の副生ガス(コークス炉ガス)のどちらも燃料ガスとして発電所ボイラー6に直接供給している。なお、発電所ボイラー6で発生した排ガスは集塵機(図示せず)等で無害化処理されて、煙突7から放散される。

先行技術

0006

特開2004−190632号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上述したように、製鉄所内の発電所ガスタービンに燃料ガスを供給する場合には、低発熱量の高炉ガスと高発熱量のコークス炉ガスを混合して発熱量が調整された燃料ガスを発電所ガスタービンに供給している。

0008

しかしながら、高炉には保守点検のため休風する場合があり、その場合は、高炉ガスの発生がなくなり、そのままでは発電所ガスタービンも運転を停止せざるを得ない状況となる。発電所ガスタービンが運転を停止すれば、製鉄所内の発電所の発電量が低下し、製鉄所内への電力の安定供給が確保できなくなる。所内への電力の安定供給ができなくなると、外部電力購入により電力の需給バランスを確保しなければならず、外部電力購入によるコストの増加につながる。

0009

これに対して、高炉ガスが供給されない期間(高炉の休風期間)は、低熱量の高炉ガスの代替として、製鉄所内ユーティリティ窒素ガスによって高発熱量のコークス炉ガスを希釈して発熱量を調整することが考えられるが、窒素ガスは高価であり、コストの増加につながる。しかも、必要となる窒素ガスの量(希釈量)は膨大であり、製鉄所内の窒素ガス供給量では希釈量を確保することは困難である。

0010

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄所において、高炉が休風中でも、発電所ガスタービンを低コストで安定して運転継続することを可能にする、製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0011

上述したように、高炉休風時にコークス炉ガスを希釈するガスとして、製鉄所内の窒素ガスを使用することが考えられるが、窒素ガスは高価であるとともに、必要な希釈量を確保することが困難である。

0012

そこで、本発明者は鋭意検討の結果、高炉休風時にコークス炉ガスを希釈するガスとして、製鉄所内の各設備で発生する排ガスを利用することを着想した。利用できる排ガスとしては、発電設備である発電所ガスタービンの排ガスと、蒸気発生設備である発電所ボイラーの排ガスが考えられた。

0013

ところが、発電所ガスタービンの排ガスは酸素濃度が10〜15容積%と高く、コークス炉ガスと混合した場合、爆発の恐れがあり、適用は困難であった。

0014

これに対して、発電所ボイラーの排ガスは酸素濃度が3容積%程度と低く、コークス炉ガスと混合しても爆発の可能性はほとんどなく、適用可能であることが確認された。

0015

本発明は、上記の着想と知見に基づいており、以下のような特徴を有している。

0016

[1]製鉄所において、発電所ガスタービンに燃料ガスを供給する方法であって、コークス炉ガスに、コークス炉ガスが燃料ガスとして供給された発電所ボイラーの排ガスを混合して発熱量を調整し、その発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービンに供給することを特徴とする製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。

0017

[2]前記発電所ボイラーの排ガスを、前記発電所ボイラーに供給されるコークス炉ガス、同じく燃焼用空気、同じくボイラー用供給水、前記発電所ガスタービンに供給されるガスタービン用供給水のうちのいずれか1つ以上と熱交換させて冷却することを特徴とする前記[1]に記載の製鉄所における発電所ガスタービンへの燃料ガス供給方法。

発明の効果

0018

本発明によれば、高炉が休風中でも、製鉄所の発電所ガスタービンを低コストで安定して運転継続することが可能になる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の一実施形態を示す図である。
従来技術を示す図である。

実施例

0020

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

0021

まず、本発明の一実施形態においてベースとなる技術は、上記の図2に示したものである。

0022

すなわち、製鉄所内の発電所ガスタービン4に燃料ガスを供給する際には、高炉1からの低発熱量の高炉ガスとコークス炉ガス2からの高発熱量のコークス炉ガスをガス混合器3で混合して発熱量が調整された燃料ガスを発電所ガスタービン4に供給している。なお、発電所ガスタービン4で発生した排ガスは集塵機等で無害化処理されて、煙突5から放散される。

0023

一方、製鉄所内の発電所ボイラー6に燃料ガスを供給する際には、高炉1からの低発熱量の高炉ガスとコークス炉ガス2からの高発熱量のコークス炉ガスのどちらも発電所ボイラー6に直接供給している。なお、発電所ボイラー6で発生した排ガスは集塵機等で無害化処理されて、煙突7から放散される。

0024

この技術をベースにして、本発明の一実施形態においては、高炉1が休風になった場合に対応するために、発電所ボイラー6の排ガスを煙突7に送る排ガス配管から分岐して、高炉1からの高炉ガスをガス混合器3に送る高炉ガス配管に結合する排ガス分岐配管を設けている。この排ガス分岐配管には、ブロア開閉弁流量調整弁流量計等が設置されている(いずれも図示せず)とともに、供給水予熱器8、熱交換器9が設置されている。なお、この排ガス分岐配管は、煙突7への排ガス配管中に設置されている集塵機の下流側から分岐するのが好ましい。

0025

これにより、この実施形態においては、高炉が休風になった場合は、排ガス分岐配管の開閉弁を開放し、ブロアを作動させることで、発電所ボイラー6の排ガス(ほぼ0kcal/Nm3)を排ガス分岐配管と高炉ガス配管を経由してガス混合器3に送り、コークス炉ガス(約4,500〜5,000kcal/Nm3)に混合して発熱量を約950〜1,150kcal/Nm3に調整する。そして、発熱量が調整された混合ガスを燃料ガスとして発電所ガスタービン4に供給する。

0026

その際、排ガス分岐配管を流れる発電所ボイラー6排ガスの流量を流量計で確認し、適宜流量調整弁の開度を調整する。

0027

ここで、発電所ボイラー6の排ガスの温度は160〜200℃程度であり、温度が高いことから、発電所ボイラー6の排ガスを発電所ボイラー6に供給されるコークス炉ガス、同じく発電所ボイラー6に供給される燃焼用空気、同じく発電所ボイラー6に供給されるボイラー用供給水、発電所ガスタービン4に供給されるガスタービン用供給水のうちのいずれか1つ以上と熱交換させて常温(約40℃)まで冷却することが好ましい。このように発電所ボイラー6の排ガスを冷却するのは、発電所ボイラー6の排ガスの体積を予め減少させることで、発電所ガスタービン4の前段に設置されているコンプレッサー(図示せず)の負荷軽減を図るためである。しかも、発電所ボイラー6に供給されるコークス炉ガス、燃焼用空気、ボイラー用供給水、発電所ガスタービン4に供給されるガスタービン用供給水を、発電所ボイラー6の排ガスとの熱交換で予熱することで、発電所ボイラー6や発電所ガスタービン4で消費するエネルギーを削減することが可能となる。なお、上記の熱交換は、排ガス分岐配管のどこで行ってもよい。

0028

ちなみに、この実施形態では、供給水予熱器8において、発電所ボイラー6の排ガスと供給水(発電所ガスタービン4用の供給水、発電所ボイラー6用の供給水)とで熱交換し、熱交換器9において、発電所ボイラー6の排ガスと発電所ボイラー6用の燃焼用空気などとで熱交換している。

0029

なお、発電所ボイラー6の排ガスが上記の熱交換では所望の温度まで冷却できない場合は、さらに海水または/および製鉄所内で循環使用される冷却水と熱交換して所望の温度に冷却するようにすればよい。

0030

また、発電所ボイラー6の排ガスは、熱交換で冷却されることにより、SOxガスの露点以下となって硫酸化し、熱交換器や配管腐食する懸念があるので、熱交換器(供給水予熱器8、熱交換器9)は耐食鋼製とし、発電所ボイラー6の排ガスが流れる配管(排ガス分岐配管等)は一層高耐食性を有する材質(例えば、チタン)にすることが好適である。

0031

このようにして、この実施形態においては、高炉1が休風中でも、製鉄所の発電所ガスタービン4を低コストで安定して運転継続することが可能になる。

0032

1高炉
2コークス炉
3ガス混合器
4発電所ガスタービン
5煙突
6 発電所ボイラー
7 煙突
8供給水予熱器
9 熱交換器

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