JPH0129847B2 - - Google Patents

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
コークス操業へ移行し、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
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、吹込みに当たつては色々の対策
を講ずる必要がある。

こうした状況のもとで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移
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つ
た。

［発明が解決しようとする問題点］ 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、1050℃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
であつて、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］ 以下実験経過に沿つ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は地上ホツ
パー１からスクリユーコンベア２によつてコール
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によつてバーナ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
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の上流側
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：石炭、揮発分35重量％ 粉体燃料吹込量：100Kg／時間 熱風温度：700〜1200℃ 粉体燃料吹込位置：Ｑ点、羽口とブローパイプ
の境界位置から上流200mm 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
明らかとなつた。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
込まれてくるキヤ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エ
イ内で起こることとなり、着火後レースウエイを
出るまでの燃焼時間が相対的に著しく短縮され
る。従つて熱風温度が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、レースウエ
イ内での燃焼時間を実質的に延長することができ
ず、結局レースウエ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つた。殊に高炉操
業時における粉体燃料のレースウエイ通過所要時
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1/300〜1/500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つて燃焼率の向上を
果たし得なかつ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、かかる着想に沿つ
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
の燃焼熱によつ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つた。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
つたのである。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
に至つた。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％）であつて、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つてもすみ
やかに着火燃焼する。そしてその燃焼熱によつて
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、それに伴つて粉体燃料の燃焼
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
料送給用のキヤ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つた。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
によつて抑制され、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つて
は、温度の低いキヤ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／キヤリヤガ
スの重量比率は一般に10〜30（Kg／Kg）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つ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つてガス燃料の着火
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
全性を確保される。

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。従つ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つて得られる上
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10Nm³／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（10Nm³／
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) 前記公告発明の方法(A)では、熱風温度を1050
℃以上に高めることによつ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
合であつても、両者を混合状態で供給した例(B)
では、上記(A)法に比べて極くわずかの燃焼率向
上効果が認められるだけであつて、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。従つ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。たとえば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は一体取付け型、第４図Ｂは別体取付
け型を示す〕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の先端をブローパイプ１０内に開口した例
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Ａ，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からレースウエイ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、必要によつては水冷構造とすることも
可能である。

［発明の効果］ 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ができ、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
いるので安価に入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エイに対
して可及的近い位置に設定できるので、ブロー
パイプ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，Ｂ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。 Ａ……粉体燃料、Ｃ……コークス炉ガス、１…
…地上ホツパー、２……スクリユーコンベア、３
……コールビン、４……定量供給機、５……輸送
空気、６……輸送管、７……バーナ、８……高温
熱風炉、９……送風管、１０……ブローパイプ、
１１……水冷羽口、１２……燃焼試験炉、１３…
…煙突、１４……のぞき窓、７ａ……内管、７ｂ
……外管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。