JPS6039121B2 - 高炉炉況不安定時における高炉ガスエネルギ回収発電設備の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉の高圧操業に伴って排出される高炉ガスに
よって発電を行なう高炉ガスヱネルギ回収発電設備の運
転方法に関し、特に高炉スリップ発生などの炉況不安定
時においても運転を継続して行なう高炉ガスェネルギ回
収発電設備（以下高炉炉頂圧力回収発電設備とも言う）
の運転方法に関するものである。

周知のように、高炉の生産性を高めかつ燃料比の低下を
図るために、炉頂圧力を高めて行なう所譜高圧操業が一
般的になってきており、それに伴って高圧ガスェネルギ
の有効利用を図るうえから、高圧の高炉排ガスによりタ
ービン発電機を駆動して圧力ェネルギを電気ヱネルギと
して回収することが一般に行なわれるようになっている
。

ところで、高炉炉頂圧力回収発電設備の運転は、火力発
電所におけるタービン発電機と同様にタービン入力条件
、つまりタービンの入口蒸気圧力や蒸気流量によって左
右されるが、高炉炉頂圧力回収発電設備におけるタービ
ンの入口ガス圧力あるいはガス流量は、高炉大スリップ
や中スリップあるいは減圧減風等高炉炉況によって頻繁
かつ大幅に変動し、本発電設備の危急停止を余儀なくさ
れている。すなわち、タービンへの入力ェネルギが過大
になったり、あるいは逆に過小になった場合、設備の保
護や発電機の電動機化などを防止するために、発電設備
を緊急停止している。これを高炉スリップ現象を例にと
って説明すると、スリップ発生と同時に炉頂圧力、ガス
発生量が急増し、発電出力はスリップ発生前の１．２〜
１．７倍程度まで急増するが、次の瞬間プリーダ弁が開
放し、次いでセプタン弁が全開するので、炉頂圧力およ
びガス発生量が激減し、その結果発電出力がこれにほぼ
比例して激減し、発電出力が霧あるいは負出力となる。
し兆蜂、炉頂圧力およびガス発生量が次第に元の状態に
回復するが、炉頂圧力回収発電設備は一般に、火力発電
設備に準拠して設備されており、したがって前記のよう
な高炉スリップ時におけるタービン入口ガス圧力低トリ
ップや高炉ガス流量低トリップ等は、火力発電設備にお
ける急激な蒸気圧力・蒸気流量低下あるいは真空低トリ
ップ等に対応し、その結果高炉スリップが発生すると、
逆電力１，２段、タービン入口ガス圧力低２段タービン
入力ガス流量低２段を検出し、直ちにタービン・発電機
トリップを行なわせて緊急停止しているのが通常である
。しかるに、高炉炉況の不調時には、大小の高炉スリッ
プが生じることは稀れではなく、それに伴って高炉ガス
流量の低下やガス圧力の低下等が比較的頻繁に起こるこ
とがあるが、前圧制御あるし、は流量制御方式を採用し
た従来の発電設備では、高炉スリップの発生の都度、前
述したように緊急停止を行なうことになり、しかも発電
設備が緊急停止した場合、原因調査や運転再開のための
連絡等に運転員が多大な労力と手間暇をかけているのが
現状であり、そのため復旧には、高炉スリップ１回当り
、少なくとも２０〜３び分を要している。

このように従釆の高炉炉頂圧力回収発電設備の運転方法
では、緊急停止する場合が多く、しかもその復旧に時間
を要するので、稼動率が低く、また電力供給の信頼性に
劣る等の問題があった。本発明は上記の事情に鑑みてな
されたもので、高炉炉況に伴う緊急停止を可及的に少な
くし、稼動率および発電供給信頼度の向上を図ることの
できる高炉ガスェネルギ回収発電設備の運転方法を提供
することを目的とするものである。

すなわち本発明者等が鋭意検討した結果、タービン入口
ガス圧力低２段トリップおよび高炉ガス流量低２段トリ
ップを惹起する高炉スリップは通常２０〜５の砂・程度
で回復することに着目し、時限タイマーを用いてタービ
ン入口ガス圧力低２段あるいは高炉ガス流量低２段発生
後５〜２の砂、程度継電器を閉止・ロックして緊急停止
信号の送出を停止し、かつその間の保護および保安対策
を講ずれば、発電設備を緊急停止させることなく継続運
転させることができ、かつ時限タイマーの設定時間を適
宜選定することにより、タービン入口ガス圧力低２段あ
るいは高炉ガス流量低２段が設定時間を超えて継続して
いる場合には、重故障と判定して運転を停止し、設備の
保護を図ることができるとの認識を得、この発明をなす
に到ったのである。

以下本発明をより詳細に説明すると、本発明は高炉スリ
ップ時等高炉炉況不安定時に、継電器を数秒ないし十数
秒閉止・ロックして運転を継続する方法であるが、その
際の保護・保安対策として以下に述べる対策を講ずる。

まず、高炉ガス流量低下とタービン入口ガス圧力低下に
伴う入力低下に対しての保護対策としては、逆電力継電
器を定格出力の２〜１０％の範囲の最適なりレー整定で
２０〜６頂砂程度時限タイマーで閉止・ロックして対処
するとともに、第２の逆電力継電器を追加装備し、その
第２の逆電力継電器により前記第１の逆電力継電器の保
護範囲以外を保護するようにし、その第２の逆電力継電
器を、定格出力の１５〜６０％の範囲の最適なりレー整
定で定格出力の３０〜１１０％の範囲で限時トリップさ
せるものとする。なお、この第２の逆電力の検出方法と
しては、タービンガバナー弁を制御する電気ガバナー内
の発電機出力信号を比較器で比較検出する方法でも同等
の作用をなさしめることができる。第１および第２の逆
電力継電器を以上のように整定することにより、タービ
インベラ或は、回転羽根および発電機の風損や軸受損分
の総和に相当する継電器整定することにより後備保護と
することができるとともに、これらの逆電力継電器は、
高炉ガスというダストおよびミスト分を多量に含有した
ガスの流入に伴う電動機化と、タービンへ異物が流入し
てィンベラあるいは回転羽根の破損事故や界磁喪失事故
に対する保護継電器としても作用する。また、発電機お
よび励磁装置側の対策として、高炉スリップの如き急峻
な大入力とそれに続く入力激減による電動機化に対して
も発電機短絡比を０．４５〜０．５６程度に設計してあ
るので、急峻な大入力に対して十分な定態安定度（定態
安定極限電力とも言う）を保持させることが出釆る。加
えて励磁器の運用面は、通常ＡＱＲ運転もしくはＡＰＦ
Ｒ運転をして比較的増励磁（定格力率程度又はそれ以上
）をし、もって安態安定度を補強すると同時に、配電系
統に無効電力を供給することとする。なおここで、ＡＱ
Ｒ運転とは一般に一定励磁運転Ｃを意味するが広義には
無効電力Ｑと有効電力Ｐとの間にＱ＝（士ｂＰ）十Ｃ（
ｂ，Ｃ；定数）の関係を保って運転することをいい、ま
たＡＰＦＲ運転とはＱ＝ｂＰの関係を保って運転するこ
とをし、つｏなお前述の場合、発電機容量に十分余裕の
ある時を説明したが、もしも、発電機容量に余裕がなく
一定励磁運転（や一定力率運転）でほぼ１００％力率に
て運転していて増励磁すると出力限界曲線範囲外となる
場合は、高炉スリップ開始を検出（図示せず）して、出
力増加時のみ遠応励磁や定格力率程度に相当する励磁を
１定時限の間パルス状にして強励磁を与えて定態安定度
を補強してもよい。

さらに、急激な入力減少には、定格出力の５〜２０％の
出力点でＡＶＲ運転へ切替える機能を付加して運転中に
電力系統の短絡・地絡事故発生に対しても過渡安定度（
過渡安定極限電力とも言う）を向上させる。上述の各保
護・保安対策を講ずれば、最近の静止励磁系の（過渡）
応答性の向上、発電設備機器の高信頼性や高性能化、さ
らにはタービンガバナー系の制御性の向上、油圧制御機
器の性能向上などと相まって、高炉スリップ等の悪条件
にも十分耐え、継続運転をすることができる。

つぎに、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明す
ると、第１図は高炉排ガス系統を示し、高炉１から発生
する高圧排ガスを、乾式集塵器２および湿式集塵器３を
順次経てセプタム弁装置４に導き、このセプタム弁装置
４を構成する手動弁４Ｍ、レンジ弁４Ｒおよびコントロ
ール弁４Ｃにより所定の炉頂圧力Ｐｓに制御・調整する
と共に減圧し、しかる後電気集塵器５を経てガスホルダ
ー６から各所に分配するようになっている。

前記セプタム弁装置４に対して炉項圧力回収発電設備７
が並設されており、前記湿式集塵器３から排出される高
炉ガスを遮断弁８およびガバナー弁９を介してタービン
ｌＯＴに導き、このタービン１ＯＴで発電機１０Ｇを駆
動し、タービン１０Ｔの排出ガスを出口止弁１１を介し
て前記電気集塵器５並びにガスホルダー６に導くように
なっている。前記高炉１に炉頂圧検出器１２が付設され
、のこの炉頂圧検出器１２の検出信号を炉頂圧調節器１
３に入力し、炉頂圧調節器１３が出力する制御信号によ
り、セプタム弁装置４のコントロール弁４Ｃを制御して
ある範囲内の圧力を制御し、かつレンジ弁４Ｒを制御し
て適正な圧力範囲に制御するようになっており、さらに
前記炉頂圧調節器１３が出力する制御信号をタービン電
気ガバナー１４に入力し、ここで演算処理した制御出力
信号により前記ガバナー弁９の開度を調整し、もって炉
頂圧力をここで大部分制御するとともに、高炉ガスのほ
ぼ全量をタービン１０Ｔに流入させて前圧制郷を行なう
ようになっている。また、タービンが緊急停止する際に
は電気ガバナー１４のフィードフオアード出力信号によ
りセプタム弁装置４の手動弁４Ｍを開制御するようにな
っている。さらに、前記発電設備７は保安インターロッ
ク装置１５が装備され、この保安インターロック装贋１
５により前記遮断弁８および遮断器１６を遮断するよう
になっている。第２図に保安インターロックシステムの
要部を示す。

すなわち、タービン重故障、発電機重故障、タービン発
電機停止および発電機中故障の各信号に基づいてタービ
ン発電機を停止させるとともに電気ガバナーがガバナー
弁に全閉指令を送出するようになっており、またタービ
ン入口ガス圧力低２段トリップ、高炉ガス流量低２段ト
リップおよび第１逆電力トリップの各信号はそれぞれ時
限タイマーで所定時間閉止ロックし、時限タイマーによ
る設定時間以上状況が継続している場合、タービン発電
機を停止させるとともに遮断弁８を全閉にし電気ガバナ
−１４よりガバナー弁９に全閉指令を送出するようにな
っており、さらに第２逆電力トリップの信号で直ちにタ
ービン発電機を停止させるとともに、電気ガバナー全閉
指令を送出するようになっている。上記のように構成し
た炉頂圧力回収発電設備の動作すなわち本発明の運転方
法を高炉スリップ時を例にとって説明する。

第３図は高炉スリップ時のガス圧、ガス流量および発電
電力の推移を示すグラフであって、高炉スリップ発生瞬
時には高炉ガス発生量、炉頂圧力の急増に伴って発電出
力も急激に上昇し、定常出力の１．２〜１．７倍程度に
なるが、通常発電機１０ＧはＡＱＲ運転あるいはＡＰＦ
Ｒ運転（ＥＸＡ）を行なっているので安定運転を維持す
る。また、炉項圧力がブリーダ弁開放圧力ＰＢ以上にな
るとブリーダ弁が放散し、タービン電気ガバナー１４に
炉頂圧調節器１３からの制御信号が入力されることによ
りガバナー弁９がタービン電気ガバナー１４の出力信号
で全開上限へ動作し、次いでセプタム弁装置４のコント
ロール弁４Ｃおよびレンジ弁４Ｒが炉頂圧調節器１３の
制御信号により全開となる。しかる後、ブリ−ダ弁およ
びセブタム弁装置４の全開と共に高炉の吹き抜けが終り
炉内通気抵抗の増大により、炉頂圧力、高炉ガス流量が
急激に減少し、それに伴い炉頂圧力が設定圧力Ｐｓから
更にタービン入口ガス圧力低２段トリップ圧ＰＴを〆下
へと低下し、同時に高炉ガス流量もこれと同様な傾向を
示し、高炉ガス流量低２段トリップ点ＱＴ２以下となる
。他方、発電出力（ＷＰ）よりも急激に減少し、定格出
力の５〜２０％内のある設定点以下になったことを自動
的に検出して（図示せず）ＡＶＲ運転（ＥＸＶ）に切替
わり、運転を継続する。この場合、発電機１０Ｇは電動
機化し、その発電出力は負出力となり、第１逆電力トリ
ップ点ＷＲ，以下となる。そして、ガス圧がタービン入
口ガス圧低２段トリップ点ＰＴ炎〆下となっている高炉
が時限タイマーによる設定時間ＴＰｄ〆内で、ガス流量
が高炉ガス流量低トリップ点Ｑ，渉よ下となっている高
炉が時限タイマーによる設定時間ＴＱ２以内で、さらに
発電出力が第１逆電力トリップ点ＷＲ，以下第２逆電力
トリップ点ＷＲ渉〆上でかつその継続時間が第１の逆電
力トリツプ点ＷＲ，の時間タイマーによる設定時間Ｔｗ
以内であれば、高炉スリップ時に−定時限の間は閉止ロ
ックして緊急停止、負荷遮断などの夕−ビン発電機重故
障としての停止指令の送出を中止して、運転を継続する
。

すなわち上述の方法では、高炉スリップおよびこれと同
様な現象が、前述の設定時限以内でかつ継電器設定値以
内であると、重故障でないと判定して運転を継続する。

このように、高炉炉況による入力条件を前述した保安イ
ンターロック項目（第２図の一点鎖線で囲んだ部分参照
）で判断しタービン発電機の許容範囲内で運転を継続す
る。以上説明したように本発明では、高炉スリップなど
高炉炉況不安定時特に高炉ガス圧、ガス流量が急激に減
少低下し、かつその継続時間が一定時間以内であれば、
その間のみ保護継電器あるいは保護装置を閉止・ロック
し、かつＡＱＲ運転あるいはＡＰＦＲ運転からＡＶＲ運
転に切替えるので、高炉スリップ等炉況不安定時にも設
備の重大事故を招来することなく連続運転が可能となり
、その結果エネルギー回収率、稼動率あるいは発電供給
信頼度を飛躍的に向上させることができ、他方配電系統
への無効電力補給、力率改善を図ることができ、また高
炉炉況不安定時のタービントリップ指令中断に伴い、セ
プタム弁強制関に伴う高温、高圧舎塵ガス流を抑制でき
、その結果高炉排ガス系統特に乾視集塵器、湿式集塵器
、セプタム弁袋鷹および配管中へのダスト固着等を防止
するととができるなど、実用上優れた多くの効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を実施するための発電設備を組み込んだ
高炉排ガス系統の一例を示す略解図、第２図はその保安
ィンタ−ロックシステムの要部を示すブロック図、第３
図は高炉スリップ時におけるガス圧、ガス流量および発
電出力の推移を示すグラフである。 １・・・・・・高炉、４・・・・・・セプタム弁装置、
７・・・・・・炉頂圧力回収発電設備、１０Ｔ・・・・
・・タービン、１０Ｇ…・・・発電機、１５…・・・保
安インターロック装置。 翁ｌ図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉排ガス系統中に高炉ガス圧力エネルギを回収す
   るガスタービン発電設備をセプタム弁装置と並設し、こ
   れら発電設備とセプタム弁装置とにより炉頂圧力を制御
   するとともに発電を行なう高炉ガスエネルギ回収発電設
   備の運転方法において、高炉スリツプ発生等高炉炉況不
   安定時における急激な出力増加時には、タービン発電機
   を一定力率運転もしくか一定励磁運転あるいは増励磁と
   して継続運転し、ついで高炉ガス発生量および炉頂圧力
   減少時には、一定時限の間保護継電器および保護装置を
   閉止・ロツクし、かつタービン発電機を自動電圧調整運
   転に切替えて運転し、この間前記ガスタービン発電設備
   に停止指令を出すことなく運転を継続することを特徴と
   する高炉炉況不安定時における高炉ガスエネルギ回収発
   電設備の運転方法。