JPS58678Y2 - 流動層還元プロセスにおける流動層の温度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は流動層還元プロセスにおける流動層の温度制
御手段を改良した流動層式炉の温度制御装置に関する。

一般に石炭を使用した流動層の鉄鉱石還元プロセスでは
、流動層内での石炭のガス化反応および鉄の還元反応な
らびに鉱石加熱のために流動層温度が吹込みガス温度よ
り低下する結果となる。

そこで従来は、流動層における流動化ガスの高温化手段
としてガス予熱器を用いるか、もしくは流動層内に電極
を設けてジュール熱により流動層を所要温度に保ってい
るが、前者のガス予熱器の場合は構造が複雑化して設計
難度が高くなることなどからコストアップを余儀なくさ
れること・なり、一方、上記後者の電極による場合は、
電気量が豊富でない僻地等の地域における電力利用の点
で大きな問題があった。

また、前記いずれの場合とも異なった手段として、流動
層内に酸素または空気を吹き込むことによりＣ＋ ０２
→ＣＯ２および２Ｃ＋０２→２ＣＯの反応で流動層の温
度を上げることも考えられるが、この場合、前記反応以
外に流動層内のＣＯまたはＨ２と反応して還元成分を薄
め、還元速度を遅くする可能性があり、かつ吹き込み媒
体が酸素または空気である場合には、その酸素が還元鉄
の再酸化を促す危惧があった。

更に前記各手段は総じて省エネルギー化を満足させるま
でには至らなかった。

この考案は上記種々の問題点を解消するためになされ、
その目的は、流動層還元プロセスにおいて、高温ガス予
熱器や電力を必要とせず、流動化現象で既に対流伝熱を
持った流動層に対しその雰囲気を変えることなく更に補
充熱を円滑に効率よく与えることができ、流動層の高温
化促進、省エネルギー化およびコストダウンをそれぞれ
図ることができ、かつ炉壁等の冷却にも適応させること
ができる構成とした流動層式炉の温度制御装置を提供す
ることにある。

以下に、この考案の一実施例を第１図乃至第３図に基づ
いて説明する。

第１図において、１は炉底側が漏斗状に形成された竪形
筒状をなす流動層式の還元炉で、ぞの炉壁は鉄皮２の内
周壁面を断熱性の耐火材３でライニングすることにより
形成されており、炉底には還元鉄抽出口４を有している
。

また、前記還元炉１は、その漏斗状部の上側内部に設け
た多孔性の整流板５と、炉頂部に開口連通させた原料投
入用の鉱石ホッパー６および石炭粉ホッパー７のそれぞ
れを有し、かつ整流板５の中央部下側にはガス吹込管８
の先端が開口させてあり、炉内における整流板５の上側
に流動層９が形成されるようになっている。

前記還元炉１において、その炉内には流動層９の形成部
に沿って熱媒体流路１０が設けられている。

この熱媒体流路１０は、本実施例において複数本のラジ
アントチューブからなり、これらのラジアントチューブ
は前述のごとく流動層９の形成部に沿い、かつその流動
層９を第２図に示すごとく囲繞する一定間隔の環状配列
状態にしてそれぞれの上下端側に曲成した外向屈曲部１
０ ａ 、１０ ｂを炉壁に対し密に貫通させて炉外に
導出した構成となっている。

斯様な熱媒体流路１０を形成する各ラジアントチューブ
の下側内部には、第３図に示すごとく、それぞれの下側
屈曲部１０ｂの開口端より挿入してチューブ垂直部内に
ノズル先端を臨ませたバーナ１１が設けである。

各バーナ１１は、ラジアントチューブ壁との間に燃焼空
気吹込用の二次空気路１２を形成しており、かつラジア
ントチューブ外の延出部にて開口させた吸気口１３に通
じて自らのノズル先端部に開口する一次空気路１４を有
している。

前記構成の還元炉１において、その炉頂部には廃ガス管
１５が連通させてあり、この廃ガス管１５はサイクロン
１６に通じている。

サイクロン１６はガス管１７を介してガスクーラ１８に
、このガスクーラ１８は燃料ガス管１９を介してガスヒ
ータ２０にそれぞれ連通させである。

前記燃料ガス管１９は分岐管２１を介してブロワ２２に
て通じており、このブロワ２２は脱硫器２４および脱Ｃ
Ｏ２器２６にそれぞれガス管２３および２５を介して順
次連通している。

脱ＣＯ２器２６はガス管２７を介してガスヒータ２０に
、そしてガスヒータ２０はガス吹込管８にそれぞれ連通
させである。

ブロワ２２と脱硫器２４相互を連通ずるガス管２３は途
中に分岐ガス管２８を有しており、この分岐ガス管２８
は熱媒体流路１０の各バーナ１１に連通させである。

つぎに、上記実施例の作用を説明する。

まず、鉱石ホッパー６および石炭粉ホッパー７のそれぞ
れから還元炉１内に鉱石および石炭粉を投入することに
より、これらによって前記還元炉１内における整流板５
の上層部に流動層９を形成する。

その状態で、ガス吹込管８から還元ガスを噴出させるこ
とにより、その還元ガスは前記流動層９を加熱してこれ
を形成する石炭粉のガス化反応および鉱石の還元反応を
促す。

一方、還元炉１の炉頂部から排出される廃ガスは、廃ガ
ス管１５、サイクロン１６、ガス管１７、ガスクーラ１
８を順次通り、ガスクーラ１８を通過した廃ガスはガス
管１９を通ってガスヒータ２０に向う糸路と、前記ガス
管１９の分岐管２１よりブロワ２２、ガス管２３、脱硫
器２４、ガス管２５、脱ＣＯ２器２６、ガス管２７を順
次流通してガスヒータ２０に向う糸路および分岐ガス管
２８を通って熱媒体流路１０内のバーナ１１に向う糸路
を辿るものに分流される。

そして、バーナ１１に流入した除塵昇圧状態の廃ガスは
、バーナ１１の吸気口１３から吸い込まれて一次空気路
１４を通る一次空気とともに前記バーナ１１のノズル先
端から熱媒体流路すなわちラジアントチューブ１０の垂
直部内に燃料として噴出されることにより第３図に示す
燃焼炎２９となって前記ラジアントチューブ１０を内側
がら加熱する。

もって、ラジアントチューブ１０は９００〜１０００℃
に加熱された状態でキープされ、そのラジアントチュー
ブ１０周壁からの放熱現象により、流動層９の流動現象
でもって既に対流伝熱を持った状態の流動化粒子が更に
加熱されること・なり、これによって前記流動層９がそ
の層内での反応（還元）促進に好適な温度状態に高温化
される。

以上説明した実施例において、熱媒体流路１０は、第４
図に示すごとく、複数本のラジアントチューブを前述の
ごとく流動層９の周囲に沿って環状配列するのみではな
く、その内側にも環状配列してなる二重配列構成のもの
であってもよく、この場合、流動層９の高温化を一層促
進させて流動化粒子の還元速度を早めることができる。

また、前記熱媒体流路１０は、還元炉１が第５図に示す
ごとく、横断面長方形状の角筒状をなしている場合には
、その長寸側炉壁内面に沿って複数本のラジアントチュ
ーブを所定間隔で配列してなるものとすれば゛良い。

更に、熱媒体流路１０用の前記ラジアントチューブは、
第６図に示すごとく直管形のものとしてもよく、この場
合、そのラジアントチューブ取付壁部となる還元炉１の
炉壁を外側に膨出させ、その炉壁膨出部１ａの上下壁部
に跨がって前記直管形のラジアントチューブを挿抜自在
に貫通保持させればよく、これによりラジアントチュー
ブは随時新たなものと容易に取替えることができる。

以上は熱媒体流路１０が複数本のラジアントチューブか
らなる場合の種々変形例であるが、その熱媒体流路１０
は還元炉１の炉壁を利用して一体的に形成されたもので
あってもよく、その場合の構成を第７図および第８図に
基づいて以下に説明する。

すなわち、この実施例において、還元炉１は、流動層９
の周囲炉壁を径方向外側に膨出した環状膨出炉壁３０と
して一体形成し、その内側開放端部を流動層９の形成部
周囲に沿った炭化珪素等耐火材よりなる熱交換壁３１で
一体的に閉塞することにより前記環状膨出炉壁３０内を
熱媒体流路１０としている。

また、前記環状膨出炉壁３０には、その上側部に燃焼廃
ガス排出口３３を、かつ底部に複数のバーナポート３４
を所定間隔毎に設けている。

そして、各バーナポート３４にバーナ１１ ａを取付け
、このバーナ１１ ａは竪形であるほかは第３図に示し
た前実施例のものと同一構成にしである。

以上の構成により、還元炉１の炉頂部から排出され第１
図に示したフローシートと同様の循環系路を辿ってバー
ナ１１に導びかれた除塵昇圧状態の廃ガスが前記バーナ
１１から熱媒体流路１０内に噴出されて熱焼炎となるこ
とから熱交換壁３１が加熱され、この熱交換壁３１から
の放熱現象により流動層９の流動化粒子は前実施例の場
合と同様に加熱高温化される。

なお、前記各実施例では、還元炉１の廃ガスを利用して
熱媒体流路１０により流動層９を加熱する場合について
のみ述べたが、熱媒体流路１０内に供給する燃焼燃料は
廃ガス以外の別の燃料であってもよいこと勿論である。

また、前記熱媒体流路１０は、流動層９の加熱高温化の
みではなく、還元炉１の炉壁冷却用にも適応させること
ができ、その場合は熱媒体流路１０内に循環冷媒を通せ
ばよい。

更に、この考案は還元炉１以外の炉にも実施可能である
。

この考案は以上説明したように、炉内の流動層形成部に
沿って熱媒体流路を設け、その路内に熱媒体を供給する
ようにしたので、その熱媒体を噴炎等の加熱媒体とする
ことにより前記熱媒体流路からの放熱現象で、既に対流
伝熱を持った状態の流動層に対し更に補充熱を与えるこ
とができ、このため、前記流動層を速やかに所要温度ま
で高温化することができる。

しかも、前記加熱媒体用燃料として炉頂部からの廃ガス
を利用することも可能であって電力を一切必要としない
ので、省エネルギー化に寄与するところの大きな効果が
得られる。

斯様に、この考案では、熱媒体流路からの放熱現象で流
動層に補充熱を与えるのであって、前記熱媒体に含まれ
た他の異質物質が流動層中に持ち込まれないので、炉内
雰囲気を変えることなく、流動層に対する補充熱の供給
が円滑に行なえる。

また、この考案は、前述のごとく構成が簡単であって従
来のように高温ガス予熱器を必要としないので、コスト
ダウンを図ることができ、かつ電力を必要としないこと
から電気量不足の僻地等地域での実施に頗ぶる効果的で
ある。

更に、この考案では前記熱媒体流路内に熱媒体として冷
熱媒体を供給することにより、炉壁等の冷却をも行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例に係わるフローシートを含
む流動層式還元炉の概略的縦断面図、第２図は第１図の
ＩＩ −ＩＩ線に沿う拡大横断面図、第３図は同熱媒体
流路の断面図、第４図および第５図はその熱媒体流路の
それぞれ異なった配列構成を示す横断面図、第６図は熱
媒体流路取付手段の変形例を示す説明図、第７図は熱媒
体流路の更に異なった変形例を示す縦断面図、第８図は
第７図の■−■線断面図である。 図中 １は流動層式炉、９は流動層、１０は熱媒体流路
である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 鉄鉱石と石炭とを還元ガスにより流動層を形成して鉄鉱
   石を還元する流動層還元プロセスにおいて、上記流動層
   形成部に熱媒体流路を設け、該流路内に上記流動層から
   得られるプロセス循環ガスを含む燃料ガスを燃焼させ上
   記流動層に可変的に加熱伝達させて温度制御するための
   バーナを設けたことを特徴とする流動層還元プロセスに
   おける流動層の温度制御装置。