JP2000212615A - 製鉄設備排ガスからのエネルギ―回収方法 - Google Patents
製鉄設備排ガスからのエネルギ―回収方法Info
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- JP2000212615A JP2000212615A JP11017480A JP1748099A JP2000212615A JP 2000212615 A JP2000212615 A JP 2000212615A JP 11017480 A JP11017480 A JP 11017480A JP 1748099 A JP1748099 A JP 1748099A JP 2000212615 A JP2000212615 A JP 2000212615A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
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- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス改質に必要な熱量を抑制し、回収排ガス
のエネルギーを有効に利用するためのエネルギー回収方
法を提案する。 【解決手段】 各種製鉄設備から発生する排ガスエネル
ギーを排ガス回収設備を用いて回収するにあたり、二酸
化炭素および／または水蒸気を含む高温排ガスを、排ガ
ス回収設備に導入するとともに、その排ガス回収設備に
は炭化水素を含む気体および／または液体を供給し、前
記高温排ガスと炭化水素含有気体および／または同液体
とを反応させることにより、高温排ガスの潜熱分を増大
させる。
のエネルギーを有効に利用するためのエネルギー回収方
法を提案する。 【解決手段】 各種製鉄設備から発生する排ガスエネル
ギーを排ガス回収設備を用いて回収するにあたり、二酸
化炭素および／または水蒸気を含む高温排ガスを、排ガ
ス回収設備に導入するとともに、その排ガス回収設備に
は炭化水素を含む気体および／または液体を供給し、前
記高温排ガスと炭化水素含有気体および／または同液体
とを反応させることにより、高温排ガスの潜熱分を増大
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所内における
製鉄設備から発生する排ガスエネルギーを回収する方法
に関し、とくに、排ガスの顕熱を利用して外部から添加
する炭化水素を含む物質を加熱分解し、回収排ガスのカ
ロリーを高めてエネルギーの有効利用に供するための技
術についての提案である。
製鉄設備から発生する排ガスエネルギーを回収する方法
に関し、とくに、排ガスの顕熱を利用して外部から添加
する炭化水素を含む物質を加熱分解し、回収排ガスのカ
ロリーを高めてエネルギーの有効利用に供するための技
術についての提案である。
【０００２】
【従来の技術】最近の高炉−転炉工程による一貫製鉄所
においては、所内で使用するエネルギーの有効利用が高
度に進んでいる。すなわち、一貫製鉄所では、石炭、電
力、天然ガス、プロパンガスなどをその製鉄所全体のエ
ネルギー事情に最も適するような割合で購入し、コーク
ス炉、焼結機、高炉、転炉、圧延機等の各種製鉄設備に
おけるエネルギー源として使用している。例えば、高炉
では、コークス炉で乾留されたコークスを熱源および還
元剤として使用して、銑鉄を製造すると共に、一酸化炭
素を含む高炉排ガスを発生・回収している。また、高炉
内部の高い圧力を利用した、炉頂排ガスによる発電も行
っている。また、製鋼工程の転炉では、高炉からの溶銑
を主原料とし、これに酸素工場で電力をエネルギーとし
て製造した純酸素ガスを吹き込むことにより溶鋼を製造
している。それと同時に、一酸化炭素濃度の高い転炉排
ガスを回収し、上記の高炉排ガス、コークス炉排ガスと
共に発電所にて電力を製造したり、後工程の熱間圧延設
備の加熱炉の燃料ガスとして利用している。また、製鋼
工程で多量に使用する酸素は、上記発電所にて製造した
電力を用い、空気の深冷分離法で製造している。
においては、所内で使用するエネルギーの有効利用が高
度に進んでいる。すなわち、一貫製鉄所では、石炭、電
力、天然ガス、プロパンガスなどをその製鉄所全体のエ
ネルギー事情に最も適するような割合で購入し、コーク
ス炉、焼結機、高炉、転炉、圧延機等の各種製鉄設備に
おけるエネルギー源として使用している。例えば、高炉
では、コークス炉で乾留されたコークスを熱源および還
元剤として使用して、銑鉄を製造すると共に、一酸化炭
素を含む高炉排ガスを発生・回収している。また、高炉
内部の高い圧力を利用した、炉頂排ガスによる発電も行
っている。また、製鋼工程の転炉では、高炉からの溶銑
を主原料とし、これに酸素工場で電力をエネルギーとし
て製造した純酸素ガスを吹き込むことにより溶鋼を製造
している。それと同時に、一酸化炭素濃度の高い転炉排
ガスを回収し、上記の高炉排ガス、コークス炉排ガスと
共に発電所にて電力を製造したり、後工程の熱間圧延設
備の加熱炉の燃料ガスとして利用している。また、製鋼
工程で多量に使用する酸素は、上記発電所にて製造した
電力を用い、空気の深冷分離法で製造している。
【０００３】このようにして、製鉄所内で使用・発生す
るエネルギーは、所内で効率よく有効に利用されてい
る。図１はこのような製鉄所内エネルギーのフローを模
式的に示したものである。製鉄所に持ち込まれるエネル
ギーの大半は石炭であるが、一部は電力を直接電力会社
から購入したり、プロパンガス、天然ガスを直接購入し
て発電所の燃料として補助的に使用する場合がある。と
いうのは、発電所で燃料とされるガスは、高炉、転炉な
どで発生した、一酸化炭素や水素を含む排ガスを常温近
くまで冷却しガスホルダーに貯蔵したものである。その
ため、発電の際に、これらの排ガスのカロリーが低い場
合には、外部から購入したプロパンガス、ブタンガス、
天然ガスなどを混合し、排ガスの持つ熱量を増大させる
ことがある。そして、これらガスは、通常、製鉄設備か
ら回収した常温近くの排ガスに単に混合するのみで使用
される。この場合、上記ガス中の炭化水素は、下記(1)
の反応式に従う燃焼熱を発生するのみであるので、エネ
ルギーの回収は十分であるとは言えない。 Ｃm Ｈn +(m+n/4)Ｏ2 → mＣＯ2+ n/2Ｈ2 Ｏ…… (1)
るエネルギーは、所内で効率よく有効に利用されてい
る。図１はこのような製鉄所内エネルギーのフローを模
式的に示したものである。製鉄所に持ち込まれるエネル
ギーの大半は石炭であるが、一部は電力を直接電力会社
から購入したり、プロパンガス、天然ガスを直接購入し
て発電所の燃料として補助的に使用する場合がある。と
いうのは、発電所で燃料とされるガスは、高炉、転炉な
どで発生した、一酸化炭素や水素を含む排ガスを常温近
くまで冷却しガスホルダーに貯蔵したものである。その
ため、発電の際に、これらの排ガスのカロリーが低い場
合には、外部から購入したプロパンガス、ブタンガス、
天然ガスなどを混合し、排ガスの持つ熱量を増大させる
ことがある。そして、これらガスは、通常、製鉄設備か
ら回収した常温近くの排ガスに単に混合するのみで使用
される。この場合、上記ガス中の炭化水素は、下記(1)
の反応式に従う燃焼熱を発生するのみであるので、エネ
ルギーの回収は十分であるとは言えない。 Ｃm Ｈn +(m+n/4)Ｏ2 → mＣＯ2+ n/2Ｈ2 Ｏ…… (1)
【０００４】ところで、エネルギー回収と関連した従来
の技術として、炭化水素系のガスとＣＯ2 、Ｈ2 Ｏを含
むガスとを高温で反応させることにより、還元ガスを製
造する方法が提案されている。例えば、製鉄所内のガス
を利用するものとして、特公昭52-3359 号公報には、Ｃ
Ｈ4 を含むコークス炉ガスとＣＯ2 を含む高炉ガスをガ
ス変成炉に導入し、1200℃以上に保持することにより還
元反応を進行させ、ＣＯとＨ2 を製造する技術が述べら
れている。また、転炉排ガスを利用するガスの改質方法
として、特開平５−117668号公報では、転炉の排ガス煙
道の上方から石炭を供給し、転炉排ガス中のＣＯ2 と反
応させ、ＣＯガスに改質して排ガスのカロリー増加を図
る方法が開示されている。さらに、特開平２−11715 号
公報では、同じく転炉排ガス煙道の1300℃以上の排ガス
中にメタンと水蒸気を添加して水性ガス反応を生起させ
ることにより、排ガスのカロリー増加をはかる転炉排ガ
スの回収方法が示されている。
の技術として、炭化水素系のガスとＣＯ2 、Ｈ2 Ｏを含
むガスとを高温で反応させることにより、還元ガスを製
造する方法が提案されている。例えば、製鉄所内のガス
を利用するものとして、特公昭52-3359 号公報には、Ｃ
Ｈ4 を含むコークス炉ガスとＣＯ2 を含む高炉ガスをガ
ス変成炉に導入し、1200℃以上に保持することにより還
元反応を進行させ、ＣＯとＨ2 を製造する技術が述べら
れている。また、転炉排ガスを利用するガスの改質方法
として、特開平５−117668号公報では、転炉の排ガス煙
道の上方から石炭を供給し、転炉排ガス中のＣＯ2 と反
応させ、ＣＯガスに改質して排ガスのカロリー増加を図
る方法が開示されている。さらに、特開平２−11715 号
公報では、同じく転炉排ガス煙道の1300℃以上の排ガス
中にメタンと水蒸気を添加して水性ガス反応を生起させ
ることにより、排ガスのカロリー増加をはかる転炉排ガ
スの回収方法が示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、一般に、製鉄設備から発生する一酸化炭素、
水素を含む排ガスは一旦冷却水により常温近くまで冷却
され、これに別途用意した炭化水素ガスを含む燃料ガス
を混合して、発電所で使用する高カロリーの燃料ガスと
していた。例えば、混合する炭化水素ガスとしてメタン
ガスを例にとると、メタンガスは(2)式にしたがって発
電用ボイラー内で燃焼し、１モルあたり191 kcalの燃焼
熱が得られる。 ＣＨ4+ 2Ｏ2 →ＣＯ2+ 2Ｈ2 Ｏ、ΔＨ＝ -191 kcal…… (2) 一方、もしこのメタンガスを一旦ＣＯ2 ガスと反応さ
せ、 (3)式に従いＣＯガスとＨ2 ガスとした後、このＣ
ＯとＨ2 を (4) (5)の反応で燃焼させると、メタン１モ
ル当たり253 kcalの燃焼熱が得られる。ただし、このた
めにはメタンガスをＣＯ2 ガスと反応させる際の吸熱分
62 kcalを外部から補償する必要があるので、当然のこ
とながら、253 kcal（発熱）とこの62 kcal （吸熱）を
相殺した熱量は上記の191 kcalになる。 ＣＨ4 + ＣＯ2 → 2ＣＯ + 2Ｈ2 、ΔH = +62 kcal…… (3) ＣＯ +Ｏ2 → 2ＣＯ2 、ΔH = -134 kcal …… (4) 2Ｈ2 + Ｏ2 → 2Ｈ2 Ｏ 、ΔH = -119 kcal …… (5) それゆえ、前出の特公昭52-3359 の技術では、高炉ガス
を予熱機により1250℃以上に加熱するとか、ガス変成炉
では、酸素−燃料バーナーにより反応に必要な熱量を供
給していた。このような方法では、いずれも一部の反応
にはエネルギーが別途必要になり、エネルギーの利用面
からして極めて効率が劣る方法であった。
技術では、一般に、製鉄設備から発生する一酸化炭素、
水素を含む排ガスは一旦冷却水により常温近くまで冷却
され、これに別途用意した炭化水素ガスを含む燃料ガス
を混合して、発電所で使用する高カロリーの燃料ガスと
していた。例えば、混合する炭化水素ガスとしてメタン
ガスを例にとると、メタンガスは(2)式にしたがって発
電用ボイラー内で燃焼し、１モルあたり191 kcalの燃焼
熱が得られる。 ＣＨ4+ 2Ｏ2 →ＣＯ2+ 2Ｈ2 Ｏ、ΔＨ＝ -191 kcal…… (2) 一方、もしこのメタンガスを一旦ＣＯ2 ガスと反応さ
せ、 (3)式に従いＣＯガスとＨ2 ガスとした後、このＣ
ＯとＨ2 を (4) (5)の反応で燃焼させると、メタン１モ
ル当たり253 kcalの燃焼熱が得られる。ただし、このた
めにはメタンガスをＣＯ2 ガスと反応させる際の吸熱分
62 kcalを外部から補償する必要があるので、当然のこ
とながら、253 kcal（発熱）とこの62 kcal （吸熱）を
相殺した熱量は上記の191 kcalになる。 ＣＨ4 + ＣＯ2 → 2ＣＯ + 2Ｈ2 、ΔH = +62 kcal…… (3) ＣＯ +Ｏ2 → 2ＣＯ2 、ΔH = -134 kcal …… (4) 2Ｈ2 + Ｏ2 → 2Ｈ2 Ｏ 、ΔH = -119 kcal …… (5) それゆえ、前出の特公昭52-3359 の技術では、高炉ガス
を予熱機により1250℃以上に加熱するとか、ガス変成炉
では、酸素−燃料バーナーにより反応に必要な熱量を供
給していた。このような方法では、いずれも一部の反応
にはエネルギーが別途必要になり、エネルギーの利用面
からして極めて効率が劣る方法であった。
【０００６】また前記特開平５−117668号公報の提案
は、上記のＣＨ4 の代わりに、石炭を供給し、(6) 式の
反応によりＣＯガスに改質する技術である。しかし、こ
の方法では、石炭には炭素分の他に、脈石分（SiＯ2 、
Al2Ｏ3 を主成分とする多元系酸化物）が含まれてお
り、これらが煙道内に堆積すると、煙道に設置された廃
熱回収ボイラーの効率を著しく低下させたり、ダスト量
を増大させるといった不具合があって現実的ではない。
また、添加石炭の温度が、 (6)式の実質的な反応温度で
ある1000℃以上になるまで、石炭を排ガスの顕熱を利用
して昇温する必要がある。しかし、固体の石炭は比熱が
大きいために、昇温には多量の熱量を必要とし、利用で
きる排ガス顕熱には限界がある。このため、(6) 式の反
応を可能とする添加石炭量は自ずと制限されて、排ガス
カロリーの大きな増加を期待することはできない。 Ｃ + ＣＯ2 → 2ＣＯ …… (6) また、本発明者等の経験では、固体の石炭を転炉排ガス
煙道内に添加しても、煙道内における(6) 式の反応速度
はそれほど大きくはないため、未燃焼の石炭がやはりダ
ストとして集塵水に持ち込まれるので、これも不都合で
ある。
は、上記のＣＨ4 の代わりに、石炭を供給し、(6) 式の
反応によりＣＯガスに改質する技術である。しかし、こ
の方法では、石炭には炭素分の他に、脈石分（SiＯ2 、
Al2Ｏ3 を主成分とする多元系酸化物）が含まれてお
り、これらが煙道内に堆積すると、煙道に設置された廃
熱回収ボイラーの効率を著しく低下させたり、ダスト量
を増大させるといった不具合があって現実的ではない。
また、添加石炭の温度が、 (6)式の実質的な反応温度で
ある1000℃以上になるまで、石炭を排ガスの顕熱を利用
して昇温する必要がある。しかし、固体の石炭は比熱が
大きいために、昇温には多量の熱量を必要とし、利用で
きる排ガス顕熱には限界がある。このため、(6) 式の反
応を可能とする添加石炭量は自ずと制限されて、排ガス
カロリーの大きな増加を期待することはできない。 Ｃ + ＣＯ2 → 2ＣＯ …… (6) また、本発明者等の経験では、固体の石炭を転炉排ガス
煙道内に添加しても、煙道内における(6) 式の反応速度
はそれほど大きくはないため、未燃焼の石炭がやはりダ
ストとして集塵水に持ち込まれるので、これも不都合で
ある。
【０００７】さらに、特開平２−11715 号公報の技術で
は、気体である水蒸気とメタンを使用する点では上記の
不具合は無くなるように思える。しかしながら、この開
示方法において添加される水蒸気の温度は、製鉄所内で
利用できるもので、高々 200℃程度である。したがっ
て、ガス改質の反応物質である水蒸気を反応温度である
1300℃以上まで昇温するためには、排ガス顕熱でこの熱
量を保証しなければならないので、この方法も、前記石
炭添加の場合と同様に、排ガスカロリー増加のためのガ
ス改質量は大きくできないという問題がある。
は、気体である水蒸気とメタンを使用する点では上記の
不具合は無くなるように思える。しかしながら、この開
示方法において添加される水蒸気の温度は、製鉄所内で
利用できるもので、高々 200℃程度である。したがっ
て、ガス改質の反応物質である水蒸気を反応温度である
1300℃以上まで昇温するためには、排ガス顕熱でこの熱
量を保証しなければならないので、この方法も、前記石
炭添加の場合と同様に、排ガスカロリー増加のためのガ
ス改質量は大きくできないという問題がある。
【０００８】以上述べたように、各種の製鉄設備から発
生する排ガスエネルギーを回収するための従来技術で
は、ダスト堆積に起因するボイラー効率の低下を招いた
り、反応させるために多量の熱量を必要とし、排ガス潜
熱を効果的に高めることはできなかった。そこで本発明
の目的は、製鉄設備排ガスの回収において、従来技術が
抱えていた上記問題を解消し、より効果的にガス改質を
行い、回収排ガスのエネルギーを有効に利用する、エネ
ルギー回収方法を提案することにある。
生する排ガスエネルギーを回収するための従来技術で
は、ダスト堆積に起因するボイラー効率の低下を招いた
り、反応させるために多量の熱量を必要とし、排ガス潜
熱を効果的に高めることはできなかった。そこで本発明
の目的は、製鉄設備排ガスの回収において、従来技術が
抱えていた上記問題を解消し、より効果的にガス改質を
行い、回収排ガスのエネルギーを有効に利用する、エネ
ルギー回収方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した課題を克服し、
エネルギーを有効に利用する手段として、 (1)各種製鉄設備から発生する排ガスエネルギーを排ガ
ス回収設備を用いて回収するにあたり、二酸化炭素およ
び／または水蒸気を含む高温排ガスを、排ガス回収設備
に導入するとともに、その排ガス回収設備には炭化水素
を含む気体および／または液体を供給し、前記高温排ガ
スと炭化水素含有気体および／または同液体とを反応さ
せることにより、高温排ガスの潜熱分を増大させること
を特徴とする、製鉄設備排ガスからのエネルギー回収方
法を提案する。
エネルギーを有効に利用する手段として、 (1)各種製鉄設備から発生する排ガスエネルギーを排ガ
ス回収設備を用いて回収するにあたり、二酸化炭素およ
び／または水蒸気を含む高温排ガスを、排ガス回収設備
に導入するとともに、その排ガス回収設備には炭化水素
を含む気体および／または液体を供給し、前記高温排ガ
スと炭化水素含有気体および／または同液体とを反応さ
せることにより、高温排ガスの潜熱分を増大させること
を特徴とする、製鉄設備排ガスからのエネルギー回収方
法を提案する。
【００１０】(2)また、上記 (1)において、高温排ガス
が、転炉、溶融還元炉などの精・製錬を行う製鉄設備か
ら発生するガスであり、排ガス回収設備が、前記製鉄設
備からの排ガス中の一酸化炭素、水素などの可燃性ガス
を回収するための設備であることが、一つの実施形態と
してあげられる。
が、転炉、溶融還元炉などの精・製錬を行う製鉄設備か
ら発生するガスであり、排ガス回収設備が、前記製鉄設
備からの排ガス中の一酸化炭素、水素などの可燃性ガス
を回収するための設備であることが、一つの実施形態と
してあげられる。
【００１１】(3)また、上記 (1)または (2)において、
炭化水素を含むガスが、コークス炉ガス、メタンガス、
ブタンガス、プロパンガス、天然ガス等のガスであるこ
とが経済的に有利である。
炭化水素を含むガスが、コークス炉ガス、メタンガス、
ブタンガス、プロパンガス、天然ガス等のガスであるこ
とが経済的に有利である。
【００１２】(4)さらに、上記 (1)または (2)におい
て、炭化水素を含む液体が、重油またはタールであるこ
とも経済的に有利である。
て、炭化水素を含む液体が、重油またはタールであるこ
とも経済的に有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は各種の製鉄設備で適用で
きる。例えば、転炉や転炉型の溶融還元炉から発生する
排ガスは、通常、ＯＧ設備等の非燃焼式排ガス回収設備
により回収される。この回収ガス中のＣＯやＨ2 は加熱
炉燃料の一部として、また発電所の燃料として製鉄所内
で有効利用されている。図２の排ガス回収設備の模式図
を用いて説明する。転炉の炉口３から1200℃以上の排ガ
スが吸引され、まず煙道６内の水蒸気ボイラー２にて顕
熱回収され、500 ℃以下になった後、冷却水のシャワー
７を通ることにより除塵されると共に水により冷却され
る。このガスは常温に近く、ＣＯやＨ2 を含むので気密
性のガスホルダー10に貯蔵され、その後上述のような潜
熱利用が行われる。この過程で、転炉排ガス中の顕熱は
ボイラーにて熱回収され、蒸気として製鉄所内で利用さ
れているが、その利用価値はあまり高くなく、実質的に
は、転炉排ガス中の潜熱（ＣＯ、Ｈ2 などの可燃性成分
が燃焼した場合に発生する熱量）が発電所や加熱炉で有
効利用されている。
きる。例えば、転炉や転炉型の溶融還元炉から発生する
排ガスは、通常、ＯＧ設備等の非燃焼式排ガス回収設備
により回収される。この回収ガス中のＣＯやＨ2 は加熱
炉燃料の一部として、また発電所の燃料として製鉄所内
で有効利用されている。図２の排ガス回収設備の模式図
を用いて説明する。転炉の炉口３から1200℃以上の排ガ
スが吸引され、まず煙道６内の水蒸気ボイラー２にて顕
熱回収され、500 ℃以下になった後、冷却水のシャワー
７を通ることにより除塵されると共に水により冷却され
る。このガスは常温に近く、ＣＯやＨ2 を含むので気密
性のガスホルダー10に貯蔵され、その後上述のような潜
熱利用が行われる。この過程で、転炉排ガス中の顕熱は
ボイラーにて熱回収され、蒸気として製鉄所内で利用さ
れているが、その利用価値はあまり高くなく、実質的に
は、転炉排ガス中の潜熱（ＣＯ、Ｈ2 などの可燃性成分
が燃焼した場合に発生する熱量）が発電所や加熱炉で有
効利用されている。
【００１４】発明者らは、このような設備、操業環境の
もとで、製鉄設備から発生する高温状態のＣＯ2 を含む
排ガスに着目した。すなわち、製鉄設備から発生する高
温排ガスの顕熱を蒸気回収すると同時に、外部から回収
設備に導入添加する炭化水素と排ガス中のＣＯ2 とを、
顕熱の一部を利用して反応させることにより、排ガスの
潜熱分を増大することを着想したのである。
もとで、製鉄設備から発生する高温状態のＣＯ2 を含む
排ガスに着目した。すなわち、製鉄設備から発生する高
温排ガスの顕熱を蒸気回収すると同時に、外部から回収
設備に導入添加する炭化水素と排ガス中のＣＯ2 とを、
顕熱の一部を利用して反応させることにより、排ガスの
潜熱分を増大することを着想したのである。
【００１５】以下、その具体的な方法を、図２を用いて
説明する。同図は転炉排ガスの回収設備を模式的に示し
たものである。転炉１からはＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 、Ｈ2
Ｏ、N2が発生し、転炉炉口３周辺での排ガス温度は、吹
錬操業の時期や吹錬条件によって異なるが概ね1200℃〜
1800℃である。炉口付近では周囲の大気を多少吹い込ん
でおり、炉内から上昇してくるＣＯの一部がＣＯ2 に燃
焼し、排ガス温度がその分上昇している。回収されるガ
ス中に含まれるN2はこの吸い込み空気に起因する。
説明する。同図は転炉排ガスの回収設備を模式的に示し
たものである。転炉１からはＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 、Ｈ2
Ｏ、N2が発生し、転炉炉口３周辺での排ガス温度は、吹
錬操業の時期や吹錬条件によって異なるが概ね1200℃〜
1800℃である。炉口付近では周囲の大気を多少吹い込ん
でおり、炉内から上昇してくるＣＯの一部がＣＯ2 に燃
焼し、排ガス温度がその分上昇している。回収されるガ
ス中に含まれるN2はこの吸い込み空気に起因する。
【００１６】転炉炉口の上方に位置する排ガス回収設備
の供給配管５から、炭化水素を含むガスや液体を、排ガ
ス回収設備の煙道６内に供給する。供給されたこのガス
や液体は煙道内のＣＯ2 を含む高温ガスから熱を吸収
し、前記 (3)式の反応によりＣＯとＨ2 が生成される。
なお、この式では、炭化水素の代表例として、天然ガス
やコークス炉ガスに含まれるメタンについて示した。こ
の反応に必要な熱は煙道内の排ガス顕熱により補償され
るため、排ガス温度は低下するので、排ガス温度の低下
のためにボイラーにより回収される蒸気エネルギー量は
低下低下する。しかし、前述のように、蒸気エネルギー
よりもＣＯやＨ2 のガスエネルギーとして回収した方
が、製鉄所内での利用価値は高く、エネルギー回収がよ
り効果的である。
の供給配管５から、炭化水素を含むガスや液体を、排ガ
ス回収設備の煙道６内に供給する。供給されたこのガス
や液体は煙道内のＣＯ2 を含む高温ガスから熱を吸収
し、前記 (3)式の反応によりＣＯとＨ2 が生成される。
なお、この式では、炭化水素の代表例として、天然ガス
やコークス炉ガスに含まれるメタンについて示した。こ
の反応に必要な熱は煙道内の排ガス顕熱により補償され
るため、排ガス温度は低下するので、排ガス温度の低下
のためにボイラーにより回収される蒸気エネルギー量は
低下低下する。しかし、前述のように、蒸気エネルギー
よりもＣＯやＨ2 のガスエネルギーとして回収した方
が、製鉄所内での利用価値は高く、エネルギー回収がよ
り効果的である。
【００１７】ここで、煙道内に供給する炭化水素を含む
ガスや液体としては、以下のものが使用できる。すなわ
ち、コークス炉ガス、メタンガス、ブタンガス、プロパ
ンガス、天然ガス等の炭化水素ガスや炭化水素を含むガ
ス、また、重油、タール等の炭化水素系液体の単独ある
いは混合物。これらのガスと液体は混合して噴霧状にし
て煙道内に吹き出しても良い。これらガスおよび／また
は液体の供給量は、前記排ガス中に含まれるＨ2 Ｏおよ
び／またはＣＯ2 を改質するに十分な量とするのが好ま
しい。排ガス中のＣＯ2 やＨ 2 Ｏの含有量は、精・製錬
炉の形式や精・製錬反応の種類に依存する。また、改質
反応の反応効率も炭化水素の種類や吹込み位置などによ
って異なるので、これらを勘案して定めるのが好まし
い。また、排ガス回収設備へのこれらガスや液体の供給
位置、すなわち配管５の取り付け位置は、反応効率の観
点からは、できるだけ転炉等の精・製錬炉に近い位置
で、かつ操業の妨げにならない位置とするのが望まし
い。また、吹込み手段は、煙道の側壁に設けた吹込み口
あるいは煙道内にパイプなどを挿入して吹込むなどが好
ましいが、特にこれらに限定するものではない。なお、
利用できる精錬炉として、通常の製鋼用転炉、溶融還元
炉、合金鉄製造炉等があり、いずれも排ガスの顕熱と潜
熱を回収する設備を有することが必要である。
ガスや液体としては、以下のものが使用できる。すなわ
ち、コークス炉ガス、メタンガス、ブタンガス、プロパ
ンガス、天然ガス等の炭化水素ガスや炭化水素を含むガ
ス、また、重油、タール等の炭化水素系液体の単独ある
いは混合物。これらのガスと液体は混合して噴霧状にし
て煙道内に吹き出しても良い。これらガスおよび／また
は液体の供給量は、前記排ガス中に含まれるＨ2 Ｏおよ
び／またはＣＯ2 を改質するに十分な量とするのが好ま
しい。排ガス中のＣＯ2 やＨ 2 Ｏの含有量は、精・製錬
炉の形式や精・製錬反応の種類に依存する。また、改質
反応の反応効率も炭化水素の種類や吹込み位置などによ
って異なるので、これらを勘案して定めるのが好まし
い。また、排ガス回収設備へのこれらガスや液体の供給
位置、すなわち配管５の取り付け位置は、反応効率の観
点からは、できるだけ転炉等の精・製錬炉に近い位置
で、かつ操業の妨げにならない位置とするのが望まし
い。また、吹込み手段は、煙道の側壁に設けた吹込み口
あるいは煙道内にパイプなどを挿入して吹込むなどが好
ましいが、特にこれらに限定するものではない。なお、
利用できる精錬炉として、通常の製鋼用転炉、溶融還元
炉、合金鉄製造炉等があり、いずれも排ガスの顕熱と潜
熱を回収する設備を有することが必要である。
【００１８】
【実施例】（実施例１）250 ton の底吹き転炉を用いて
実施した例を示す。通常、この転炉には650Nm3/minの酸
素ガスを18本の炉底羽口から供給する。この羽口は同心
２重管となっており、内管と外管の隙間から羽口冷却用
のプロパンガスを19.5Nm3/min を供給している。炉内の
脱炭反応によりＣＯガスが発生し、炉口部分で一部空気
を吸い込むため、回収される排ガスの成分は、ＣＯ = 8
2.3 ％ 、ＣＯ2 = 4.3 ％、Ｈ2= 5.2 ％、N2 = 8.1％
である。排ガス総量は1500Nm3/min である。したがっ
て、ＣＯ2 は65Nm3/min の速度で発生していることにな
る。使用した炭化水素を含む気体は天然ガスであり、Ｃ
Ｈ4 を90.7％、その他の炭化水素ガスを9.3 ％含んでい
た。このガスは、ほぼＣＨ4 として扱ってよいので、
(3) 式に従い、ＣＯ2 と等モル量、すなわち65Nm3/min
の天然ガスを図２の供給配管５から煙道の円周上に６本
設置した単管ノズルから煙道内に吹き込んだ。なお、こ
の実施例で用いた転炉は底吹き転炉であるので、上吹き
ランス12は存在しない。
実施した例を示す。通常、この転炉には650Nm3/minの酸
素ガスを18本の炉底羽口から供給する。この羽口は同心
２重管となっており、内管と外管の隙間から羽口冷却用
のプロパンガスを19.5Nm3/min を供給している。炉内の
脱炭反応によりＣＯガスが発生し、炉口部分で一部空気
を吸い込むため、回収される排ガスの成分は、ＣＯ = 8
2.3 ％ 、ＣＯ2 = 4.3 ％、Ｈ2= 5.2 ％、N2 = 8.1％
である。排ガス総量は1500Nm3/min である。したがっ
て、ＣＯ2 は65Nm3/min の速度で発生していることにな
る。使用した炭化水素を含む気体は天然ガスであり、Ｃ
Ｈ4 を90.7％、その他の炭化水素ガスを9.3 ％含んでい
た。このガスは、ほぼＣＨ4 として扱ってよいので、
(3) 式に従い、ＣＯ2 と等モル量、すなわち65Nm3/min
の天然ガスを図２の供給配管５から煙道の円周上に６本
設置した単管ノズルから煙道内に吹き込んだ。なお、こ
の実施例で用いた転炉は底吹き転炉であるので、上吹き
ランス12は存在しない。
【００１９】底吹き転炉のサブランスを利用し、転炉炉
口３の位置での排ガス温度を脱炭吹錬の途中で多くのヒ
ートに対して測定したところ、ＣＨ4 の供給有無にかか
わらず、この位置では1480〜1630℃であった。一方、11
の位置に設置した温度計の測温結果は、ＣＨ4 を供給し
ないときには480 ℃であり、供給したときには375 ℃で
あった。また、11の位置から採取し分析した排ガス組成
は、ＣＨ4 を供給していないときは前述の組成であった
のに対し、供給したときには、ＣＯ = 80.5 ％、ＣＯ2
= 0.2 ％、Ｈ2 = 12. 1 ％、N2 = 7.2％であった。ＣＯ
濃度は低下しているが、排ガス総量が1695Nm3/min と増
加しているため、ＣＯガスとしての発生速度はＣＨ4 供
給により、1235Nm3/min から1365Nm3/min に増加した。
ＣＨ4 の供給により、蒸気回収量は90kg/tから61kg/tま
で低下したが、排ガスのカロリーは39.5×103 kcal/t増
加した。なお、ＣＨ4 のＣＯ、Ｈ2 への転換のために消
費されるガス顕熱が、そのまま蒸気回収量低減になると
計算すると、その低減量は36.7kg/tになるはずであった
が、29kg/tに抑えられていた。すなわち、蒸気回収効率
はＣＨ4 供給の有無により、同一ではなく、効率が多少
向上したことになる。
口３の位置での排ガス温度を脱炭吹錬の途中で多くのヒ
ートに対して測定したところ、ＣＨ4 の供給有無にかか
わらず、この位置では1480〜1630℃であった。一方、11
の位置に設置した温度計の測温結果は、ＣＨ4 を供給し
ないときには480 ℃であり、供給したときには375 ℃で
あった。また、11の位置から採取し分析した排ガス組成
は、ＣＨ4 を供給していないときは前述の組成であった
のに対し、供給したときには、ＣＯ = 80.5 ％、ＣＯ2
= 0.2 ％、Ｈ2 = 12. 1 ％、N2 = 7.2％であった。ＣＯ
濃度は低下しているが、排ガス総量が1695Nm3/min と増
加しているため、ＣＯガスとしての発生速度はＣＨ4 供
給により、1235Nm3/min から1365Nm3/min に増加した。
ＣＨ4 の供給により、蒸気回収量は90kg/tから61kg/tま
で低下したが、排ガスのカロリーは39.5×103 kcal/t増
加した。なお、ＣＨ4 のＣＯ、Ｈ2 への転換のために消
費されるガス顕熱が、そのまま蒸気回収量低減になると
計算すると、その低減量は36.7kg/tになるはずであった
が、29kg/tに抑えられていた。すなわち、蒸気回収効率
はＣＨ4 供給の有無により、同一ではなく、効率が多少
向上したことになる。
【００２０】（実施例２）５トン規模の試験転炉を用
い、重油を、実施例１と同様、供給配管５から煙道内に
吹き込んで排ガス潜熱上昇を行う実験を行った。この試
験転炉は、図２に示したように上底吹き転炉として使用
し、上吹きランスから18Nm3/min の酸素を、４本の単管
底吹き羽口から合計1Nm3/minのアルゴンガスを攪拌用に
供給した。５の位置に２本の重油供給用ノズルを設置
し、重油用ポンプにより3.6kg/ minの速度でＡ重油を供
給した。この時、重油と排ガス中のＣＯ2 との反応速度
を高めるために、ノズルは重油の噴霧が可能な特別なノ
ズルを使用した。重油を供給した時としない時の排ガス
組成、流量をまとめて表１に示す。表１のガス分析値か
ら求めたガスカロリーは、57％増大した。
い、重油を、実施例１と同様、供給配管５から煙道内に
吹き込んで排ガス潜熱上昇を行う実験を行った。この試
験転炉は、図２に示したように上底吹き転炉として使用
し、上吹きランスから18Nm3/min の酸素を、４本の単管
底吹き羽口から合計1Nm3/minのアルゴンガスを攪拌用に
供給した。５の位置に２本の重油供給用ノズルを設置
し、重油用ポンプにより3.6kg/ minの速度でＡ重油を供
給した。この時、重油と排ガス中のＣＯ2 との反応速度
を高めるために、ノズルは重油の噴霧が可能な特別なノ
ズルを使用した。重油を供給した時としない時の排ガス
組成、流量をまとめて表１に示す。表１のガス分析値か
ら求めたガスカロリーは、57％増大した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来利用価値の低い蒸気エネルギーとしてしか回収でき
なかった転炉などの製鉄設備から発生する高温排ガスの
顕熱を、利用価値の高いＣＯ、Ｈ2 ガスという潜熱エネ
ルギーに有利に転換することができる。特に、低圧蒸気
の発生が十分にあり、低圧蒸気回収の経済性が低い製鉄
所においては、本発明により同一のエネルギー量を利用
価値の高い、すなわち経済性に優れるエネルギーとして
使用することができ、全体として省エネルギーを達成す
ることにもつながる。
従来利用価値の低い蒸気エネルギーとしてしか回収でき
なかった転炉などの製鉄設備から発生する高温排ガスの
顕熱を、利用価値の高いＣＯ、Ｈ2 ガスという潜熱エネ
ルギーに有利に転換することができる。特に、低圧蒸気
の発生が十分にあり、低圧蒸気回収の経済性が低い製鉄
所においては、本発明により同一のエネルギー量を利用
価値の高い、すなわち経済性に優れるエネルギーとして
使用することができ、全体として省エネルギーを達成す
ることにもつながる。
【図１】製鉄所のエネルギーの収支を模式的に示した図
である。
である。
【図２】転炉排ガス中に炭化水素を含むガスや液体を供
給し、その排ガスを回収するための設備例を模式的に示
した図である。
給し、その排ガスを回収するための設備例を模式的に示
した図である。
１ 転炉 ２ 水蒸気ボイラー ３ 転炉炉口 ４ 排ガス回収用昇降式スカート ５ 炭化水素、液体の供給配管 ６ 煙道 ７ 除塵用水スプレイ装置 ８ 煙突 ９ ガス流路切換弁 10 ガス貯蔵タンク 11 ガス測温位置 12 酸素上吹ランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K002 AA01 BA01 BA06 4K015 AB00 AB02 4K056 AA01 AA02 AA05 AA16 BA06 BB01 CA02 DA02 DA12 DA13 DA17 DA32 DA33 DA38
Claims (4)
- 【請求項１】 各種製鉄設備から発生する排ガスエネル
ギーを排ガス回収設備を用いて回収するにあたり、二酸
化炭素および／または水蒸気を含む高温排ガスを、排ガ
ス回収設備に導入するとともに、その排ガス回収設備に
は炭化水素を含む気体および／または液体を供給し、前
記高温排ガスと炭化水素含有気体および／または同液体
とを反応させることにより、高温排ガスの潜熱分を増大
させることを特徴とする、製鉄設備排ガスからのエネル
ギー回収方法。 - 【請求項２】 請求項１において、高温排ガスが、転
炉、溶融還元炉などの精・製錬を行う製鉄設備から発生
するガスであり、排ガス回収設備が、前記製鉄設備から
の排ガス中の一酸化炭素、水素などの可燃性ガスを回収
するための設備であることを特徴とする、製鉄設備排ガ
スからのエネルギー回収方法。 - 【請求項３】 請求項１または２において、炭化水素を
含むガスが、コークス炉ガスやメタンガス、ブタンガ
ス、プロパンガス、天然ガス等のガスであることを特徴
とする、製鉄設備排ガスからのエネルギー回収方法。 - 【請求項４】 請求項１または２において、炭化水素を
含む液体が、重油またはタールであることを特徴とす
る、製鉄設備排ガスからのエネルギー回収方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11017480A JP2000212615A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 製鉄設備排ガスからのエネルギ―回収方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11017480A JP2000212615A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 製鉄設備排ガスからのエネルギ―回収方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000212615A true JP2000212615A (ja) | 2000-08-02 |
Family
ID=11945178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11017480A Pending JP2000212615A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 製鉄設備排ガスからのエネルギ―回収方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000212615A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002156288A (ja) * | 2000-11-20 | 2002-05-31 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 溶解炉用熱電対及びそれを用いた温度測定方法 |
| WO2009139488A1 (ja) | 2008-05-16 | 2009-11-19 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 冶金炉発生排ガスの改質方法および冷却方法、並びにそれらの装置 |
| JP2010196141A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Jfe Steel Corp | 冶金炉発生排ガスの改質方法およびその改質装置 |
| JP2010202953A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Jfe Steel Corp | 冶金炉排ガスの改質装置 |
| JP2010223573A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-10-07 | Jfe Steel Corp | 冶金炉発生排ガスの冷却方法およびその装置 |
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| JP2011102420A (ja) * | 2009-11-11 | 2011-05-26 | Jfe Steel Corp | 転炉排ガスの熱エネルギー回収方法およびその装置 |
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| CN114150103A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-08 | 中冶京诚工程技术有限公司 | 一种转炉烟气的处理方法和系统 |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP11017480A patent/JP2000212615A/ja active Pending
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| AU2012203242B2 (en) * | 2008-05-16 | 2012-11-29 | Jfe Steel Corporation | Method for cooling exhaust gas and apparatus therefor |
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