JP2002018222A

JP2002018222A - 高温排ガスの集塵装置

Info

Publication number: JP2002018222A
Application number: JP2000210716A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Isozaki; 進市磯崎; Mitsuhiro Tada; 光宏多田; Hajime Akiyama; 肇秋山; Koji Ishizeki; 幸二石関
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ダスト中の塩化物成分とそれ以外のダスト成
分を分離回収することを可能にした高温排ガスの集塵装
置を得る。【解決手段】固体粒子が濾過媒体とし充填された２段
の濾過層２１，２２を備える。第１段目の濾過層２１は
排ガス中に固体状態で存在する金属・スラグ成分を主と
して集塵する。第２段目の濾過層は、その内部温度が５
００℃程度に冷却されており、第１段目の濾過層２１を
通過してきた塩化物を冷却し、固体状態にして集塵す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉、直接還元
炉、溶融還元炉、焼結炉、電気炉、焼却炉、燃焼炉等か
ら排出される高温腐食性排ガスに含まれるダストを除塵
するための高温排ガスの集塵装置に関し、特に固体粒子
が濾過媒体として充填された集塵装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図２は特開平９−２０２８８７号公報に
開示されている、従来の固体粒子が濾過媒体として充填
された高温排ガスの集塵装置を含んで構成される石炭の
ガス化装置を示す説明図である。図２において、シャフ
ト炉１０７はコークス１１０が濾過媒体として充填され
た向流式の移動濾過層による集塵装置であり、噴流層ガ
ス化炉１０５から排出された高温排ガス中に含まれる飛
散スラグ及び未燃チャーを捕集する。また、このシャフ
ト炉１０７には、濾過媒体であるコークス１１０の補給
装置１１１や、コークス１１０とともに捕集した飛散ス
ラグ及び未燃チャーを排出する排出装置１１２等が付帯
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】排ガスに含まれる塩化
物（ＣａＣｌ₂、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＰｂＣｌ₂等）は、
ダイオキシンの発生防止の観点から、できるだけ高温で
除去したいという要請がある。また、塩化物はボイラチ
ューブへの付着や腐食を生じさせることから、ボイラー
の上流で集塵する必要がある。排ガス中の塩化物を上記
の従来技術で除去しようとすると、塩化物の凝固点の温
度以下に濾過層の内部温度を設定する必要がある。そし
て、この場合には、塩化物以外にＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃等
のスラグ成分やＦｅＯ，ＺｎＯ等の有価金属も濾過層に
捕捉されるため、以下の問題が生じる。

【０００４】有価金属・スラグ成分と塩化物とを１つ
の濾過層で集塵するため、濾過層の圧力損失が増大しや
すい。このため、濾過層圧損を一定値以下に抑制するた
めには濾過粒子を多量に切出す必要がある。この濾過粒
子から捕集ダストを分離するためには、処理能力が大き
い分離装置が必要になることや、濾過粒子の消費量が多
いなど経済的でない。このため、有価金属やスラグ成分のダストを捕集した
濾過粒子からダストを分離することは経済上不利になる
ことから、濾過粒子からダストを分離せずに、そのまま
反応炉に供給して有価金属の回収を図るという方策があ
る。また、濾過粒子としてコークスを用いると金属の還
元材として炉内で有効利用できるという利点がある。し
かし、ダスト中の塩化物も炉内に供給されることから、
排ガス中の塩化物が増大して、排ガス系統の閉塞等の設
備トラブルを生じる虞がある。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、ダスト中の塩化物成分とそれ
以外のダスト成分を分離回収することを可能にした高温
排ガスの集塵装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは排ガス中の
ダスト成分の雰囲気温度による影響について鋭意研究を
重ねた結果、以下のことを明らかにした。ダスト中の塩化物は高温ではガス状態であるが、８０
０℃以下の温度では溶融状態、５００℃以下の温度では
固体状態で存在する。それ以外の金属成分やスラグ成分は１１００℃以下で
は固体状態で存在する。本発明は上記の知見に基づいたものであり以下に述べる
構成からなる。

【０００７】（１）本発明の一つの態様に係る高温排ガ
スの集塵装置は、固体粒子が濾過媒体として充填された
複数段の濾過層を備え、濾過層の内部温度を集塵対象物
に応じて異ならせたものである。本発明においては、濾
過層の内部温度を集塵対象物に応じて異ならせており、
例えば第１段目の濾過層において溶融状態又は固体状態
にある金属・スラグ成分を集塵する。そして、第２段目
の濾過層においては第１段目の濾過層においてガス状態
であった塩化成分を冷却して溶融状態又は固体状態にし
て、そのダスト成分を集塵する。このようにしてダスト
の成分を複数の段階に分けて集塵するので、ダスト中の
塩化物成分とそれ以外のダスト成分を分離回収すること
が可能になっている。更に、本発明においては、濾過層
を複数段設けたことにより集塵効率を高めることを可能
にしている（詳細は後述の実施形態を参照）。なお、本
発明おいて溶融状態は溶融＋固体の状態を示すものと
し、ガス状態（ガス＋溶融の状態）とは区別される。

【０００８】（２）本発明の他の態様に係る高温排ガス
の集塵装置は、上記（１）の集塵装置において、濾過層
の内部を冷却するための冷却手段を備え、沸点が異なる
ガス中成分を濾過層毎に分離回収する。本発明において
は、冷却手段により濾過層の内部を冷却して、沸点が異
なる排ガス中の成分を濾過層毎に分離回収する。

【０００９】（３）本発明の他の態様に係る高温排ガス
の集塵装置は、上記（１）又は（２）の集塵装置におい
て、第１段目の濾過層は金属・スラグ成分を集塵するも
のである。本発明においては、排ガス中に溶融状態又は
固体状態で存在する金属・スラグ成分を第１段目の濾過
層により集塵する。

【００１０】（４）本発明の他の態様に係る高温排ガス
の集塵装置は、上記（３）の集塵装置において、第２段
目の濾過層は塩化物を集塵するものである。本発明にお
いては、第１段目の濾過層を通過した塩化物を、第２段
目の濾過層により冷却して溶融状態又は固体状態して集
塵する。

【００１１】（５）本発明の他の態様に係る高温排ガス
の集塵装置は、上記（４）の集塵装置において、冷却手
段は第２段目の濾過層の内部温度を８００℃〜３５０℃
の範囲に冷却する。本発明においては、第１段目の濾過
層を通過した塩化物を第２段目の濾過層で８００℃〜３
５０℃の温度範囲に冷却し、溶融状態又は固体状態して
集塵する。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１に係る高温排ガスの集塵装置を示す概略断面
図であり、固体粒子を濾過媒体とした濾過層が向流式の
移動濾過層の例が示されている。排ガスは、集塵装置の
下部から導入され、最下段の空間部４１を経由して下段
の通風可能な支持板３に支えられた濾過媒体としての固
体粒子１（以降濾過媒体としての固体粒子を濾過粒子と
称する。）が薄く充填された下段の第１段目の濾過層２
１を通過し、そして、中段の空間部４２を経由して濾過
粒子１が薄く充填された上段の第２段目の濾過層２２を
通過し、集塵装置の上部から排出される。そして、第２
の濾過層２２には冷却管２３が設けられており、冷却管
２３から冷媒を第２段目の濾過層２２の中に放出するこ
とにより冷却して例えば５００℃程度に冷却し、第２の
濾過層２２を通過する排ガスを冷却して、排ガス中の塩
化物成分を固体状態に変化させて集塵する。

【００１３】一方、各濾過層２１，２２を形成する濾過
粒子１は、各濾過層２１，２２の上部にそれぞれ設けら
れている濾過粒子供給装置５によって供給され、また、
各濾過層２１，２２の下部にそれぞれ設けられている濾
過粒子排出装置６よって排出される。

【００１４】次に、図１の集塵装置の動作について説明
する。ここでは、まず、濾過層を複数段設けた理由につ
いて説明する。本発明者らは濾過粒子を濾過媒体として
充填した高温排ガスの集塵装置の集塵機能について鋭意
研究を重ねた結果、排ガスに含まれるダストは濾過媒体への慣性衝突によ
り排ガスの気流から分離されること、排ガスの気流から分離されるダストの量は排ガスに含
まれるダストの濾過媒体への慣性衝突の頻度が排ガスの
流れ方向に対し不連続に増加する界面の直下流の濾過層
内に集中していること、排ガスの気流から分離されたダストは濾過層内のほぼ
排ガスの気流から分離された位置に蓄積すること、濾過層内に蓄積したダストがある程度の量になると、
排ガスの気流により下流に（濾過層内の上流に蓄積した
ダストは濾過層の下流へ、濾過層内の最下流に蓄積した
ダストは濾過層の外へ）飛散すること、ダストの蓄積量の増加に応じてダストの飛散量も増加
するため、濾過層内の単位体積当りのダストの蓄積量は
飽和点を有すること、排ガスに含まれるダストの濾過媒体への慣性衝突の頻
度が不連続に増加する界面の直下流の濾過層内に蓄積し
たダストの単位体積当りの飽和蓄積量は、その界面の直
下流の濾過層を除く濾過層内の単位体積当たりのダスト
の飽和蓄積量よりも多いこと、などを明らかにした。

【００１５】本実施形態においては、上記の知見により
濾過層を複数段設けている。そして、図１の装置におい
て、排ガスの流れにおいて、空間部４１，４２では排ガ
スに含まれるダストの濾過媒体への衝突は起こらないの
で、最下段の空間部４１を経由して下段の第１段目の濾
過層２１に入る時及び中段の空間部４２を経由して上段
の第２段目の濾過層２２に入る時に、排ガスに含まれる
ダストの濾過媒体への慣性衝突の頻度が急激に増加する
ことになる。すなわち、本実施形態では最下段の空間部
４１から第１段目の過粒子層２１への境界面と、中段の
空間部４２から第２段目の濾過層２２への境界面の２つ
の境界面が、排ガスの流れ方向に対し排ガスに含まれる
ダストの濾過媒体への慣性衝突の頻度が不連続に増加す
る界面を構成するので、排ガスに含まれるダストはこれ
らの境界面の直下流の濾過層２１，２２内において集中
的に排ガスの気流から分離されほぼその位置に蓄積す
る。

【００１６】蓄積したダストがある程度の量になると排
ガスの気流により濾過層の下流に飛散（集塵効率が低
下）し始めるが、境界面の直下流の濾過層２１，２２内
の単位体積当りのダストの蓄積量を常に飽和点以下に保
つように濾過層２内での濾過粒子１の滞留時間を調整す
ることにより、すなわちダストを濾過粒子１と共に濾過
粒子排出装置６で濾過層２１，２２から適切な速度で排
出しダストが蓄積されていない新しい濾過粒子１を濾過
粒子供給装置５により濾過層２１，２２に適切な速度で
供給することにより、高い集塵効率を達成することがで
きる。

【００１７】そして、本実施形態では直列して境界面を
２つ設けているので、第１段目の濾過層２１から飛散し
たダストもその上の中段の空間部４２から上段の第２段
目のの濾過層２２への境界面で捕捉することができ、そ
の結果、全体として高い集塵効率が維持される。しか
も、従来の固体粒子を濾過媒体として充填した高温排ガ
スの集塵装置に対し排ガスの流れ方向の全層厚も薄くな
るように個々の濾過層２１，２２の層厚を薄くしている
ため、高温排ガスの集塵装置としての圧力損失は低く抑
えられる。

【００１８】なお、本実施形態では排ガスに含まれるダ
ストの濾過媒体への慣性衝突の頻度が不連続に増加する
界面として集塵装置内の空間部４１，４２から濾過層２
１，２２への境界面を２つ設けているが、排ガス中の含
塵量が多く第２の濾過層２２からの飛散が無視できない
ような場合には、第１段目の濾過層２１を構成する濾過
粒子１に対して第２のの濾過層２２を構成する濾過粒子
１の粒径を小さくしたり、あるいはそれに加えて形状を
変更して中段の空間部４２から第２段目の濾過層２２へ
の境界面での排ガスに含まれるダストの濾過媒体への慣
性衝突の頻度の増加量をさらに増加させることにより、
又は排ガスに含まれるダストの濾過媒体への慣性衝突の
頻度が不連続に増加する界面を３つ以上とすることによ
り、トータルとして集塵効率を更に高めてダスト排出量
を低下させることも可能である。

【００１９】また、第１段目の濾過層２１内に蓄積する
ダストの量と第２段目の濾過層２２内に蓄積するダスト
の量はダストの粒度分布などの条件によって異なるた
め、各濾過層２１，２２毎に各濾過層２１，２２内での
濾過粒子の滞留時間を調整できるようにしておくことが
望ましい。

【００２０】次に、図１の集塵装置に冷却管２３を配置
して第２段目の濾過層２２を冷却する理由について説明
する。ここでは、第１段目の濾過層２１は冷却されてお
らず、そして、排ガスが透過するので第１段目の濾過層
２１の内部温度は排ガスの温度（例えば１０００℃）に
なる。このため、第１段目の濾過層２１では、１０００
℃で固体常態にあるダスト成分、例えばＳｉＯ_2、Ａｌ₂
Ｏ_3、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃，ＦｅＯは集塵される
が、ガス状態にあるＣａＣｌ₂、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｐ
ｂＣｌ₂、ＺｎＣｌ₂等の塩化物はその殆どが通過するこ
となになる。しかし、第１段目の濾過層２１を通過した
ＣａＣｌ₂、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＰｂＣｌ₂、ＺｎＣｌ₂
等の塩化物成分は第２段目の濾過層２２において５００
℃程度に冷却されて固体状態に変化することから、第２
段目の濾過層２２ではこれらの塩化物ダストが確実に集
塵される。以上のようにして濾過層２１，２２の内部温
度を異ならせることにより、沸点が異なるガス中成分を
濾過層２１，２２毎に分離回収することが可能になる。

【００２１】実施形態２．なお、上記の実施形態におい
ては、第２の段目の濾過層２２を５００℃程度に冷却し
て主として塩化物成分を集塵する例について説明した
が、その温度範囲は塩化物成分の液化又は固化を目的と
するので８００℃〜３５０℃の範囲であればよく、望ま
しくは、５００℃〜３５０℃の範囲にして塩化物を固体
状態にして集塵する。更に、第２段目の濾過層２２の下
流側に、第３の段目の濾過層を設けてそれを１５０℃以
下に冷却して例えばＮｏｘ、ＳＯｘ等を集塵するように
してもよい。

【００２２】また、本発明の冷却手段は、上記の冷却管
２３の配置や冷却方法に限定されるものではなく、必要
に応じて適宜変更され得るものである。更に、濾過層の
配置についても図１の例に限定されるものではなく、十
字流式、円環状の十字流式等の何れでも良い。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、固体粒子
が濾過媒体として充填された複数段の濾過層を備え、そ
して、濾過層の内部温度を集塵対象物に応じて異ならせ
たことにより、以下の効果が得られる。金属・スラグ成分と塩化物を分離して集塵することが
できるため、濾過層の圧損を一定値以下に抑制するよう
に、各々の濾過層の濾過粒子の切出し量を独立して制御
できる。このため、必要最低限の濾過粒子の使用済み、
処理能力が小さい分離装置ですむことや、濾過粒子の搬
送装置がコンパクトになるなど経済効果が大きい。金属成分やスラグ成分のダストを捕集した濾過粒子か
らダストを分離せずに、そのまま反応炉に供給して有価
金属の回収を図ることが可能になる。また、濾過粒子と
してコークスを用いると金属の還元材として炉内で有効
利用できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る高温排ガスの集塵
装置を示す概略断面図である。

【図２】特開平９−２０２８８７号公報に開示されてい
る石炭のガス化装置の説明図である。

【符号の説明】

１固体粒子（濾過粒子）２１第１段目の濾過層２２第２段目の濾過層３支持板４１，４２空間部５濾過粒子供給装置６濾過粒子排出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山肇東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者石関幸二東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4D058 JA52 JB02 JB33 KB05 KB12 RA15 4G070 AA01 AB06 BA08 BB21 CA07 CA10 CA15 CB02 CB11 CB19 CC02 CC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体粒子が濾過媒体としてそれぞれ充填
された複数段の濾過層を備え、該濾過層の内部温度を集
塵対象物に応じて異ならせたことを特徴とする高温排ガ
スの集塵装置。
【請求項２】前記濾過層の内部を冷却するための冷却
手段を備え、沸点が異なるガス中成分を濾過層毎に分離
回収することを特徴とする請求項１記載の高温排ガスの
集塵装置。
【請求項３】第１段目の濾過層は金属・スラグ成分を
集塵することを特徴とする請求項１又は２記載の高温排
ガスの集塵装置。
【請求項４】第２段目の濾過層は塩化物を集塵するこ
とを特徴とする請求項３記載の高温排ガスの集塵装置。
【請求項５】前記冷却手段は第２段目の濾過層の内部
温度を８００℃〜３５０℃の範囲に冷却することを特徴
とする請求項４記載の高温排ガスの集塵装置。