JP3701550B2 - 補助燃料吹込み操業方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高炉等の竪型冶金炉に羽口を介し、主たる補助燃料としての微粉炭と共に、廃棄された種々のプラスチック（廃合成樹脂）の粒体を従たる補助燃料として吹き込む技術に関し、詳細には微粉炭と廃合成樹脂粒体との最適併用条件を維持しながら操業を行う補助燃料吹込み操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護の観点から、大量に排出される廃合成樹脂の処理が問題視されている。この観点から、廃合成樹脂を高炉等の冶金炉やコークス炉、或いはボイラーやセメントキルン等の補助燃料としてリサイクル使用する処理方法が脚光を浴びている。
【０００３】
高炉での利用方法としては、例えば微粉炭と同様に羽口を介して炉内に吹き込む技術が提案され、一部の高炉で実用化に移されている。廃合成樹脂は炭化水素を主成分とするため、羽口から炉内に吹き込まれると高温の送風中で燃焼し、熱源となるとともに、高温のＣＯやＨ₂といった還元ガスを発生し、この作用により炉頂から装入された金属酸化物を速やかに昇温、還元、溶融させる。
【０００４】
例えば、特開平８−１７８２５４号では、図３に示すように廃プラスチック、廃タイヤ、都市ゴミ、汚泥、石炭等の可燃物或いはこれら混合物１０１を、高炉を含む燃焼炉１０２の内部に、スクリューフィーダ１０３を介して羽口１０４から定常的に供給すると共にスクリューフィーダ１０３の外側を送られる熱風１０５により吹込み、安定した燃焼を確保できる装置及び方法が記載されている。
【０００５】
また、従来からの主補助燃料である微粉炭の吹込み量を増加させ、かつ安定吹込みを実現させることを目的として、粗粒炭に、最大粒度１．０ｍｍの廃プラスチックを５〜１５重量％混合して使用する技術が報告されている（特開平７−２７８６２１号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来から微粉炭と廃合成樹脂粒体を併用する際には、以下の２つの問題が想定される。
【０００７】
第１の問題は、燃料特性の違いであり、微粉炭に比して通常の廃合成樹脂粒体は圧倒的に粗粒であることに起因する。後者はたとえ複数の破砕・粉砕工程を経たとしても、実用的にはせいぜい数ｍｍの大きさに減容するにとどまる。従って、これらを羽口まで気流搬送するときの最適条件は自ずと相違するから、廃合成樹脂粒体と微粉炭は別の経路を介してそれぞれ専用の羽口から吹込むことになるが、樹脂粒体が専用羽口から炉内に吹き込まれて昇温・燃焼する際の熱風中の酸素消費速度が微粉炭の場合とは異なる。即ち、羽口近傍のレースウェイ燃焼帯の大きさ、安定度、レースウェイ上部のコークス流下速度が各専用羽口間で大きく変化する。
【０００８】
第２の問題は、処理量の違いであり、通常の大型高炉では円周バランスを確保し、複数羽口から微粉炭を吹き込むという設備要因に伴う。こうすることで炉内装入物の荷下がり、ガス流れの円周バランスを健全に維持している。しかしながら、燃焼特性の異なる廃合成樹脂粒体と微粉炭がそれぞれの専用羽口から吹込まれると、上述の理由から、高炉の円周バランスに悪影響を及ぼす懸念がある。一方、特開平７−２７８６２１号に記載されているように石炭に廃合成樹脂粒体を混合する場合は、微粉炭の搬送性に影響を与えない程度に粉砕するか、或いはブローパイプ・羽口構造そのものを改造するという大きな設備改造が必要となり、現実的でない。
【０００９】
したがって、従来からの微粉炭吹込み操業を踏襲でき、しかも従来からの吹込み羽口・吹込み設備を流用して、安定して廃合成樹脂粒体を炉内に吹込み処理する操業方法が探求されるべきであり、この点に関して改良の余地が残されていた。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、従来からの微粉炭吹込み操業を踏襲でき、しかも従来からの吹込み周辺設備をそのまま使用して廃合成樹脂粒体の吹込みを行うことができる補助燃料吹込み操業方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の補助燃料吹込み操業方法は、炉内へ補助燃料として微粉炭及び廃合成樹脂粒体をそれぞれ専用の羽口を介して吹込み、炉操業を行う補助燃料吹込み操業方法であって、微粉炭吹込み羽口の平均微粉炭比をＰＣＲ[ｋｇ／ｔｐ]、廃合成樹脂粒体吹込み羽口の平均廃合成樹脂粒体吹込み比をＰＬＲ[ｋｇ／ｔｐ]、微粉炭の発熱量をＱｐｃ、廃合成樹脂粒体の発熱量をＱｐｌとするとき、下記の条件で廃合成樹脂粒体の吹込みを実施することを特徴とする。
【００１２】
ＰＬＲ＝ＰＣＲ×（Ｑｐｃ／Ｑｐｌ）×Ａ
但し、Ａ＝０．７以上１．２以下
この本発明方法にあっては、微粉炭吹込み羽口における操業条件に対する廃合成樹脂粒体吹込み羽口における操業条件を調整しているため、従来からの微粉炭吹込み操業を踏襲でき、しかも従来からの吹込み周辺設備をそのまま使用できるとともに、炉内状況、例えば高炉での荷下がり挙動の円周バランスを好適に維持することが可能になる。
【００１３】
ここで、微粉炭吹込み羽口の平均微粉炭比（ＰＣＲ）とは、銑鉄１トン生産する際に吹込む微粉炭の重量を、微粉炭吹込み羽口で平均した値をいい、廃合成樹脂粒体吹込み羽口の平均廃合成樹脂粒体吹込み比（ＰＬＲ）とは、銑鉄１トン生産する際に吹込む廃合成樹脂粒体の重量を、廃合成樹脂粒体吹込み羽口で平均した値を言う。
【００１４】
但し、Ａ＝０．７以上１．０以下の範囲で操業する場合（廃合成樹脂粒体の吹込量が相対的に少ない場合）は、廃合成樹脂粒体吹込み羽口数は全体羽口数の２０％以下にすることが好ましい。２０％を超えると、廃合成樹脂粒体吹込み羽口近傍での熱量が不足し易くなり、炉内の荷下がり円周バランスが崩れるからである。
【００１５】
本発明の補助燃料吹込み操業方法において、平均微粉炭比の異なる操業条件に対する廃合成樹脂粒体の適正粒子径範囲は、平均微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐより小のとき廃合成樹脂粒体の平均粒子径を５ｍｍより小にし、平均微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐ以上２３０ｋｇ／ｔｐ以下の範囲のとき廃合成樹脂粒体の平均粒子径を５ｍｍ以上９ｍｍ以下にし、平均微粉炭比が２３０ｋｇ／ｔｐより大のとき廃合成樹脂粒体の平均粒子径を９ｍｍより大にすることを特徴とする。換言すれば、平均微粉炭比が高くなるにつれて廃合成樹脂粒体を大きくすることが許容されることを意味する。
【００１６】
このようにすると、炉内状況、例えば高炉での炉内ガス流れ位置の円周バランスを好適に維持することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、実高炉への吹込み操業を通して、以下の第１の知見を得た。
【００１８】
高炉内へは炉下部の円周方向にバランスをとりながら多数の羽口から熱風、富化酸素および補助燃料を供給している。このとき、羽口前のレースウェイへのコークス流下速度が羽口毎に異なれば、レースウェイ内でコークスと競合する補助燃料の酸素消費速度が円周方向で大きく偏差することとなり、その結果、原料装入物のスリップ・棚つり等の降下異常現象を誘起し、荷下がりの不均整化、引いては炉況悪化に至る可能性が大きい。
【００１９】
そこで、本発明者らは、羽口近傍での廃合成樹脂粒体の消費メカニズムは未だ完全に理解されていないため、実炉への吹込み操業を通して、原料装入物の荷下がり挙動・炉下部ガス流れ挙動に着目して円周バランスを好適に維持するための操業範囲を探求した。
【００２０】
具体的には、以下のような検討を行った。廃合成樹脂粒体は、レースウェイ内での滞留時間が微粉炭に比して長くなると推定されるが、実炉での消費効率は一概に粒子サイズのみで比較することはできない。そのため、ある特定羽口に廃合成樹脂粒体のみを供給すると共に残り羽口に微粉炭のみを供給し、炉頂から装入した原料装入物の各羽口近傍での降下挙動を調べ、別途全羽口から微粉炭のみを供給する通常操業時における全羽口近傍での原料装入物の降下挙動を調べ、両挙動を比較した。このとき、廃合成樹脂粒体の吹込み条件は、微粉炭吹込み羽口の平均微粉炭比をＰＣＲ[ｋｇ／ｔｐ]とし、廃合成樹脂粒体吹込み羽口の平均廃合成樹脂粒体吹込み比をＰＬＲ[ｋｇ／ｔｐ]、微粉炭の発熱量をＱｐｃ[ｋｃａｌ／ｋｇ]、廃合成樹脂粒体の発熱量をＱｐｌ[ｋｃａｌ／ｋｇ] とするとき、発熱量に関する下記（１）式の係数Ａを変えている。
【００２１】
ＰＬＲ＝ＰＣＲ×（Ｑｐｃ／Ｑｐｌ）×Ａ…（１）
なお、廃合成樹脂粒体は、破砕処理により、或いは押出成形機等により押出された棒状樹脂をカットする溶融造粒処理により作製している。
【００２２】
図１は、得られた結果であり、係数Ａを変化させた場合における通常操業時（微粉炭のみ吹込み）における原料装入物の降下速度の円周方向偏差に対する廃合成樹脂粒体を吹込み時（微粉炭及び廃合成樹脂粒体吹込み）における原料装入物の降下速度の円周方向偏差の比を示すグラフである。縦軸にその降下速度の円周方向偏差の比をとり、横軸に係数Ａをとっている。
【００２３】
この図１より理解されるように、廃合成樹脂粒体の吹込み時においては、係数Ａを０．７以上１．２以下の範囲とすることにより、通常操業時と同様な炉操業が可能になる。
【００２４】
係数Ａを０．７以上１．２以下の範囲とするのは、係数Ａが０．７よりも小さい条件では廃合成樹脂粒体が少ないので当該羽口近傍での吹込酸素が余分となってその上方のコークスを多く燃焼させる結果、廃合成樹脂粒体吹込み羽口へのコークス流入量が微粉炭吹込み羽口でのコークス流入量（荷下がり量）の平均値よりも大きくなり、原料装入物降下バランスが崩れ、一方、係数Ａが１．２よりも大きい場合は、逆にレースウェイ内に滞留する廃合成樹脂粒体の量が増加するために、微粉炭吹込み羽口でのコークス流下速度よりも廃合成樹脂粒体吹込み羽口でのコークス流下速度が小さく、コークスが停滞して円周バランスが悪化するからである。
【００２５】
したがって、以上説明した第１の知見に基づき、実高炉において本発明を実施する場合には、微粉炭吹込み羽口における操業条件に対する廃合成樹脂粒体吹込み羽口における操業条件を調整するので、従来からの微粉炭吹込み操業を踏襲でき、しかも従来からの吹込み周辺設備をそのまま使用して廃合成樹脂粒体の吹込みを行うことができるとともに、炉内でのコークス流下速度（荷下がり挙動）の円周バランスを好適に維持することが可能になる。
【００２６】
但し、本発明の補助燃料吹込み操業方法において係数Ａ＝０．７以上１．０以下の範囲で操業する場合は、廃合成樹脂粒体吹込み羽口近傍での熱量が不足する場合もあり、よって炉内でのコークス流下速度の円周バランスが崩れるときもあるので、廃合成樹脂粒体吹込み羽口数は全体羽口数の２０％以下にすることが好ましい。
【００２７】
なお、上述した説明では廃合成樹脂粒体の吹込み時における係数Ａの範囲を０．７以上１．２以下と規定しているが、０．９以上１．１以下の範囲とすることが好ましい。このようにした場合には、炉内でのコークス流下速度の円周バランスをより高精度に調整することが可能になる。
【００２８】
更に、本発明者らは、以下の検討を行い、第２の知見を得た。
【００２９】
一般に微粉炭比が増加すると、羽口先で酸素が完全消費される位置が炉壁に近接する。同様に、レースウェイ内で最高ガス温度を示す位置も炉壁に近付く傾向があり、このため、炉体への熱負荷が増大する。従って、炉下部ガス流れの管理をシビアに実施しなければならない。即ち、廃合成樹脂粒体吹込み羽口については、レースウェイでの酸素消費挙動を極力微粉炭吹込み羽口と同調させてバランスをとるべく、微粉炭比レベルに応じた燃焼性管理を導入する必要があるためである。
【００３０】
そこで、本発明者らは、微粉炭比が異なる３水準、微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐより小さいとき、微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐ以上２３０ｋｇ／ｔｐ以下のとき、及び微粉炭比が２３０ｋｇ／ｔｐより大のときについて、廃合成樹脂粒体の平均粒子径を種々変更し、炉下部ガス流れの円周バランス変化を調査した。このとき、炉下部ガス流れの円周バランスは羽口上方のレンガ温度の円周方向偏差として求め、廃合成樹脂粒体吹込み時におけるレンガ温度の円周方向偏差と通常操業時におけるレンガ温度の円周方向偏差とを比較することで評価した。
【００３１】
図２は、得られた結果であり、通常操業時における炉下部レンガ温度の円周方向偏差に対する廃合成樹脂粒体吹込み時における炉下部レンガ温度の円周方向偏差の比を示すグラフである。縦軸にその炉下部レンガ温度の円周方向偏差の比をとり、横軸に廃合成樹脂粒体の平均粒子径[ｍｍ]をとっている。図２（ａ）は微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐより小さいとき、同（ｂ）は微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐ以上２３０ｋｇ／ｔｐ以下のとき、同（ｃ）は微粉炭比が２３０ｋｇ／ｔｐより大のときである。
【００３２】
この図２より理解されるように、微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐより小さいときは廃合成樹脂粒体の平均粒子径は５ｍｍより小にすることが好ましい。これ以上の大きさでは、廃合成樹脂粒体のレースウェイ内での滞留時間が長くなり、微粉炭羽口に比べてレースウェイへのコークス流下が停滞するからである。
【００３３】
また、微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐ以上２３０ｋｇ／ｔｐ以下の範囲で操業する際には、廃合成樹脂粒体の平均粒子径は５ｍｍ以上９ｍｍ以下に調整しておくことが望ましい。これは、５ｍｍよりも平均粒子径が小さい場合には廃合成樹脂粒体吹込み羽口前のレースウェイでの酸素消費が微粉炭吹込み羽口でのそれに比して小さく、このためコークス流下速度が大きくなりすぎ、９ｍｍよりも大きくなると逆に廃合成樹脂粒体吹込み羽口前のレースウェイ内の滞留時間が過度になり、いずれも円周バランスを健全に維持できないからである。
【００３４】
また、微粉炭比が２３０ｋｇ／ｔｐより大の超多量吹込み条件で使用する場合には、廃合成樹脂粒体の平均粒子径は９ｍｍより大に維持することが好ましい。９ｍｍ以下の条件下では、微粉炭吹込み羽口に対して廃合成樹脂粒体吹込み羽口ではやはり十分な酸素消費が達成され難いからである。
【００３５】
したがって、以上説明した第１の知見及び第２の知見に基づき、実高炉において本発明を実施した場合には、炉内温度の円周バランスを好適に維持すること、つまり炉内ガスが流れる位置の炉壁からの距離を円周方向の各位置で均一にすることが可能になる。
【００３６】
なお、上述した説明では高炉の大きさや羽口の数等については明言していないが、本発明は高炉の大きさに拘わらず、また、羽口の数等に拘わらず、適用できることは勿論である。
【００３７】
また、上述した説明では高炉内への吹込み設備についても明言していないが、本発明はどのような吹込み設備、例えば図３に示したものや、図示しない他の吹込み設備にも同様に適用することができる。
【００３８】
また、上述した説明では高炉内への吹込みを例に挙げているが、本発明は高炉に限らず、他の竪型炉、例えば竪型冶金炉やコークス炉、或いはボイラーやセメントキルン等の竪型炉にも適用できることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明による場合には、微粉炭吹込み羽口における操業条件に対する廃合成樹脂粒体吹込み羽口における操業条件を調整しているため、従来からの微粉炭吹込み操業を踏襲でき、しかも従来からの吹込み周辺設備をそのまま使用して廃合成樹脂粒体の吹込みを行うことができるとともに、炉内状況の円周バランスを好適に維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る補助燃料吹込み操業方法に用いる操業条件の係数Ａを変化させた場合における通常操業時における原料装入物降下速度の円周方向偏差量に対する廃合成樹脂粒体を吹込み時における原料装入物降下速度の円周方向偏差量の比を示すグラフである。
【図２】本発明に係る補助燃料吹込み操業方法に用いる操業条件の微粉炭比を変化させた場合における通常操業時の炉下部レンガ温度の円周方向偏差量に対する廃合成樹脂粒体を吹込み時の炉下部レンガ温度の円周方向偏差量の比を示すグラフである。
【図３】従来技術で用いる吹込み設備を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０１ 可燃物（混合物）
１０２ 燃焼炉
１０３ スクリューフィーダ
１０４ 羽口
１０５ 熱風

Claims (3)

1. 炉内へ補助燃料として微粉炭及び廃合成樹脂粒体をそれぞれ専用の羽口を介して吹込み、炉操業を行う補助燃料吹込み操業方法であって、
   微粉炭吹込み羽口の平均微粉炭比をＰＣＲ[ｋｇ／ｔｐ（ｔｐは溶銑トンを示す。以下同じ）]、廃合成樹脂粒体吹込み羽口の平均廃合成樹脂粒体吹込み比をＰＬＲ[ｋｇ／ｔｐ]、微粉炭の発熱量をＱｐｃ、廃合成樹脂粒体の発熱量をＱｐｌとするとき、下記の条件で廃合成樹脂粒体の吹込みを実施することを特徴とする補助燃料吹込み操業方法。
   ＰＬＲ＝ＰＣＲ×（Ｑｐｃ／Ｑｐｌ）×Ａ
   但し、Ａ＝０．７以上１．２以下
2. Ａ＝０．７以上１．０以下の範囲で操業する場合は、廃合成樹脂粒体吹込み羽口数は全体羽口数の２０％以下にすることを特徴とする請求項１に記載の補助燃料吹込み操業方法。
3. 平均微粉炭比の異なる操業条件に対する廃合成樹脂粒体の適正粒子径範囲は、
   平均微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐより小のとき廃合成樹脂粒体の平均粒子径を５ｍｍより小にし、
   平均微粉炭比が１８０ｋｇ／ｔｐ以上２３０ｋｇ／ｔｐ以下の範囲のとき廃合成樹脂粒体の平均粒子径を５ｍｍ以上９ｍｍ以下にし、
   平均微粉炭比が２３０ｋｇ／ｔｐより大のとき廃合成樹脂粒体の平均粒子径を９ｍｍより大にすることを特徴とする請求項１または２に記載の補助燃料吹込み操業方法。

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