JP2003035492A - 加熱炉の操業方法 - Google Patents
加熱炉の操業方法Info
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Abstract
おいて、その系外への排水を実質的に無くすことがで
き、それにより清澄化設備を不要とし得、また、従来清
澄化設備で発生していた固形スラッジなどを無くすこと
ができ、鉄分や亜鉛分などを固形スラッジの形で集める
のではなく、処理または再利用しやすい形態の飛灰とし
て回収することができる技術を提供する。 【解決手段】 加熱炉を含む製造設備内における用水の
ブローダウン水を前記加熱炉から炉外に排出される排ガ
スに対して噴霧し蒸発させることを特徴とする加熱炉の
操業方法。
Description
に関する技術分野に属し、特には、加熱炉を含む製造設
備内における用水のブローダウン水の処理方法および加
熱炉からの排ガスの冷却方法に関する技術分野に属する
ものである。
て一以上の系統からなる。例えば、還元鉄製造設備にお
いては、機器の間接冷却水、プロセス水と呼ばれる直接
冷却水がある。また、脱ハロゲン・脱アルカリなどを行
う場合には、アルカリやハロゲンを含んだ洗浄水があ
る。また、ボイラーに使用するボイラー水がある。これ
らの用水は原水の供給量が限られるために通常プラント
内で循環使用される。これらの用水はそれぞれ水質が異
なっており別々に処理されるが、循環使用を繰り返すに
つれて濃縮度が高まる。このため、いずれも濃縮度をお
さえるために通常ブローダウン、即ち、排水を行う。
と直接は接触しないため、比較的懸濁物質(suspended
solids;SS)等の浮遊物質(以下、単に浮遊物質とい
う)の混入が少ないものの、繰り返し使用される間に溶
解塩類の濃度が高くなり、ついには飽和濃度になってそ
れらが析出したり、また、水質によっては腐食性が強く
なるため、濃縮度を一定以下に抑える必要があり、最終
的にはブローダウンが必要になる。
接接触するため、浮遊物質が多くなり、沈降分離式の固
液分離装置などを設置して浮遊物質を沈降・除去して、
浮遊物質含有量を低減したプロセス水を循環利用する。
このとき、浮遊物質を多く含んだブローダウン、即ち、
系外への排水が必要になる。脱ハロゲン・脱アルカリを
行う場合は、溶解塩の濃度が高くなるので、脱塩のため
のブローダウンが避けられない。ボイラー水では、固形
分量の蓄積を避けるため、あるいはアルカリやシリカな
ど特殊成分の濃度上昇を抑えるため、ブローダウンは不
可欠である。
ダウンが必ずといっていいほど必要になる。
全体としてみた場合、プラントから排出される水の量は
少ない方が良いのはもちろんであるが、排水する水質も
制限される。これらの規制は地域によって異なるが、例
えば浮遊物質を多く含む用水は凝集、沈降、ろ過などの
操作で清澄化する必要がある。清澄化設備は複数のプラ
ントで共用する場合も多い。
に排出するまでに何らかの方法で冷却される。この冷却
方法としては、他の流体と熱交換をしたり大気を導入し
て希釈するなどの方法があるが、水を噴霧することが容
易で効果も顕著であるため、よく行われている。
図4に示すものがある。これは、還元鉄を製造する回転
炉床炉の排ガスを水スプレーを用いて冷却するものであ
る。この場合、通常、スプレー水としては原水(SS:5
mg/L以下)を用いる。原水を使用する理由はいくつ
かあり、その理由としては、(1) スプレー水として原水
ではなく、浮遊物質を含む水を使用すると、浮遊物質も
排ガスに吹き込まれ、浮遊物質が飛灰として集じん設備
で捕集され好ましくないこと、即ち、通常の飛灰はその
性質に応じて適当な処理方法で処理されるが、飛灰の量
が増えるのが好ましくなく、又、性質の異なる飛灰が混
入することが嫌われることや、(2) スプレー水として原
水ではなく、カルシウム硬度や浮遊物質の高い水を使用
すると、スケールを生成して配管閉塞を引き起こす可能
性があること等があげられる。
冷却水と直接冷却水のブローダウンはプラントから系外
へ排出される。還元鉄製造設備から排出されるブローダ
ウンで排出規制がかかる項目としては、浮遊物質量や亜
鉛などがある。通常、浮遊物質の排出量は200mg/
L(日平均150mg/L)以下、亜鉛は5mg/L以
下に規制されている。地域や業種によっては更に厳しい
規制がかかり、例えば排水量の多い鉄鋼業などは浮遊物
質を40mg/L以下に制限される地域もある。
化設備が必要になる場合が多い。浮遊物質は清澄化設備
で固形スラッジなどの形で集められる。製鉄ダストを製
鉄原料とする場合、間接冷却水や直接冷却水に亜鉛分が
混入する可能性がある。ブローダウン中の亜鉛分が高い
場合は排出規制値以下に抑える必要がある。亜鉛分を除
去する方法としてはアルカリを加えて沈殿させる沈殿法
やイオン交換法などがあるが、設備費や運転費がかか
る。
小限にするために排水量を減らすことが社会的に要請さ
れている。通常のプラントにおいては、用水の系統ごと
にブローダウンを行うため、排水量が多く、また、排出
のために清澄化設備が必要になり、鉄分や亜鉛分などを
含む固形スラッジが発生するという問題点がある。ま
た、鉛、六価クロムなどの除去やBOD,CODの低減
処理が必要になることもある。
を使用すると、水の使用量が増加し操業コストが高くな
るという問題点がある。
原水ではなく、カルシウム硬度や浮遊物質の高い水を使
用すると、前述の如く、スケールを生成して配管閉塞を
引き起こす可能性がある。この回避策に少し関連する技
術として、分野は異なるが、特開2001-26426号公報記載
の技術がある。この特開2001-26426号公報記載の技術
は、培焼炉への廃塩酸溶液の高圧スプレーラインでSiO2
やCaO が配管内で析出成長し配管が閉塞したり、あるタ
イミングで剥離してノズルを閉塞することによる操業停
止を回避するために液体サイクロンを設置して固形物を
除去するというものである。しかしながら、この技術に
おいては、液体サイクロンと沈降分離装置の組み合わせ
からとれるスケールの量は濃度が低いためにわずかであ
り、また、固形物の排出箇所が増えるために操業の負荷
が増し、さらに設備費が高価であるという問題点があ
る。
特開平10-337432 号公報記載の排ガス処理方法がある。
これは、熱設備から排出される排ガスを処理する排ガス
処理方法において、排ガスを湿式集塵機−ベンチュリス
クラバーで集塵処理をし、水冷却器で冷却した循環水と
共にガス冷却器に導入して低温の飽和ガスに冷却処理を
し、加熱装置で所定温度に加熱処理をし、バグフィルタ
に導入して粉塵捕集処理をするものである。しかしなが
ら、この方法においては、高温排ガスをベンチュリスク
ラバー、ガス冷却器で一旦冷却した後、加熱装置で加熱
処理するため、操業コストが高くなり、また、設備費も
高価になるという問題点がある。
ものであって、その目的は、加熱炉を含む製造設備を有
するプラント系において、その系外への排水を実質的に
無くすことができ、それにより清澄化設備を不要とし
得、また、従来清澄化設備で発生していた固形スラッジ
などを無くすことができ、鉄分や亜鉛分などを固形スラ
ッジの形で集めるのではなく、処理または再利用しやす
い形態の飛灰として回収することができる技術を提供し
ようとするものである。
とのできた本発明に係る技術は加熱炉の操業方法に係わ
り、具体的には、本発明に係る加熱炉の操業方法は請求
項1〜4記載の加熱炉の操業方法(第1発明〜第4発明
に係る加熱炉の操業方法)であり、それは次のような構
成としたものである。
は、加熱炉を含む製造設備内における用水のブローダウ
ン水を前記加熱炉から炉外に排出される排ガスに対して
噴霧し蒸発させることを特徴とする加熱炉の操業方法で
ある(第1発明)。
炉が酸化金属還元用の移動型炉床炉であることを特徴と
する請求項1記載の加熱炉の操業方法である(第2発
明)。
のうち浮遊物質を20mg/L以上含む直接冷却水を冷
却塔内の排ガスに噴霧し蒸発させることにより、排ガス
中の固形分ダストを除去することを特徴とする請求項1
または2記載の加熱炉の操業方法である(第3発明)。
ス系統に水噴霧する冷却塔を2箇所以上設置している場
合において、加熱炉に最も近い最上流側の冷却塔に浮遊
物質を20mg/L以上含有する直接冷却水を噴霧し、
最下流側の冷却塔に浮遊物質を20mg/L未満しか含
有しない水を噴霧することを特徴とする請求項1、2ま
たは3に記載の加熱炉の操業方法である(第4発明)。
施する。酸化金属還元用移動型炉床炉の如き加熱炉を有
する製造設備内における用水のブローダウン水を、前記
加熱炉から炉外に排出される排ガスに対して噴霧し蒸発
させる。また、これにより排ガス中の固形分ダストを除
去する。
下、本発明(第1発明〜第4発明)について主にその作
用効果を説明する。
方法によれば、加熱炉を含む製造設備(以下、プラント
ともいう)からのブローダウン水(排水)を前記加熱炉
から炉外に排出される排ガスに対して噴霧し蒸発させる
ことにより、プラント系外への排水を実質的に無くすこ
と(排水量を可能なかぎりゼロに近づけること)がで
き、それにより清澄化設備も不要になる。また、従来清
澄化設備で発生していた固形スラッジなどを無くすこと
ができ、従来清澄化設備で回収していた鉄分や亜鉛分等
の固形物は前記加熱炉の排ガス系統の冷却塔等で飛灰と
して集じんし、回収することができる。更に、ブローダ
ウン水に含まれる浮遊物質は排ガス中の固形ダストとの
衝突により、固形ダストの運動エネルギーを低減させ、
これにより加熱炉外に設置される冷却塔での集じん効率
を高めることができる。
方法は、前記第1発明での加熱炉が酸化金属還元用の移
動型炉床炉であることに特定したものである。このよう
に加熱炉が酸化金属還元用の移動炉床炉である場合、移
動炉床炉炉および周辺設備に使用される直接冷却水の中
に、該移動炉床炉で扱われる金属またはその化合物を含
む浮遊物質が多く含まれており、この直接冷却水を使用
することで集じん効率を高めることができ、また、移動
炉床炉炉から排ガスに飛散するダストの成分が該移動炉
床炉で取り扱われる金属またはその化合物を含む点で直
接冷却水中の浮遊物質とほぼ同じであるので、排ガスで
捕集されるダストの組成が変わらず、このため飛灰の処
理の際に分離など特別な処理が必要とならない。特に、
排水中に亜鉛を含む場合、排水から亜鉛を除去するため
の特別な操作を必要とせずに、亜鉛を回収できる。この
ような種々の作用効果を奏する。
方法は、用水のうち浮遊物質:20mg/L(:mg/
リットル)以上を含む直接冷却水を冷却塔内の排ガスに
噴霧し蒸発させることにより、排ガス中の固形分ダスト
を除去することとしたものである。このように浮遊物
質:20mg/L以上の直接冷却水を噴霧することによ
り、浮遊物質と排ガス中の固形分ダストの衝突で固形分
ダストの運動エネルギーが減少し、集じん効率が増す。
このため、例えば、簡易な粗集じん方式である重力式・
慣性式・遠心力式での集じんが可能となる。これによ
り、後段のバグフィルタなどで捕集される亜鉛などの濃
度を増すことができる。
方法は、排ガス系統に水噴霧する冷却塔を2箇所以上設
置している場合において、加熱炉に最も近い最上流側の
冷却塔に浮遊物質を20mg/L以上含有する直接冷却
水を噴霧し、最下流側の冷却塔に浮遊物質を20mg/
L未満しか含有しない水を噴霧することとしたものであ
る。このように最上流側の冷却塔に浮遊物質:20mg
/L以上の直接冷却水を噴霧すると、集じん効果が向上
する。即ち、上流側ほど排ガス中のダスト量が多いの
で、衝突確率が高く、このため集じん効果が増大する。
一方、最下流側の冷却塔に浮遊物質:20mg/L未満
の水を噴霧することにより、水噴霧用のノズルの閉塞を
避けることができる。
温度の位置に冷却水を噴霧する冷却塔を設置する場合に
おいては、プラント内の用水のブローダウンを複数に分
け、そのうち浮遊物質を多く含む水をガス温度の高い位
置の冷却塔のみに噴霧するようにし、浮遊物質の少ない
水をガス温度の低い位置の冷却塔に噴霧するようにする
ことが望ましい。その理由を以下記述する。排ガス温度
の低い位置に噴霧する水は、冷却塔の大きさを大きくす
ることなく、水粒子を完全に蒸発させるためには、水の
粒子径を小さくする必要がある。このため、ノズル径や
配管径が小さくなり、スケールの形成による配管閉塞の
おそれがある。浮遊物質の含有量が多い水をガス温度の
高い位置の冷却塔に使用し、浮遊物質の少ない水をガス
温度の低い位置の冷却塔に使用することにより、配管閉
塞などのトラブルが減少する。
を多く含まない水を同じ冷却塔に使用し、その冷却塔で
のガス温度をこれらの水により制御する場合、このガス
温度を浮遊物質を多く含まない水の量で制御することが
望ましい。それは、浮遊物質の量が多い水(SS:20m
g/L以上)の水量を増減させると、配管内での流速が
変動し、スケールが形成されたり、配管磨耗が発生した
りするが、浮遊物質の量が多い水の流量を変化させない
ことで配管トラブルが減少するからである。
法に関する技術概要を模式的に図1に示す。実施例1は
製鉄ダストから還元鉄製造用の還元炉に適用した例であ
る。即ち、加熱炉が還元鉄製造用の還元炉(回転炉床
炉)である場合の本発明の適用例である。その詳細を以
下に説明する。
は直接冷却水によって冷却される。このほか還元炉の水
封に使用する水も、直接原料や製品の一部と接触するた
め、直接冷却水としている。本実施例では、直接冷却水
中の浮遊物質は180mg/L(:mg/リットル)で
あり、また、その中の鉄分は60mg/Lである。
に、還元炉で製造された還元鉄の冷却および還元炉の水
封に使用された水(用水のブローダウン水)即ち直接冷
却水を冷却塔に導き、この直接冷却水を冷却塔内で前記
排ガスに対して噴霧し蒸発させる。
に慣性集じんにより固形分が除去され、次いで、冷却塔
の後段の集塵機で除塵される。
などの固形分と、亜鉛のように炉内で揮発して排ガス中
で冷却されたり反応したりするにしたがって固化する成
分とがある。本実施例では、冷却塔で慣性集じんにより
固形分を除去している。これに代えて、重力集じんや遠
心力集じんを行うことも可能である。
亜鉛分などを除去している。バグフィルタのかわりにス
クラバーや電気集塵機を使用することも可能である。
塔内で慣性集じんによりガスから分離され回収できる。
また、このとき浮遊物質と排ガス中の固形分ダストの衝
突で固形分ダストの運動エネルギーが減少し、固形分ダ
ストの集じん効率が高まる。
亜鉛精錬の原料となるが、このダストに混入する固形分
ダストを前記固形分ダストの集じん効率の向上により減
少させることができ、これにより亜鉛の濃度を高めるこ
とができる。
(その中、鉄分60mg/L)の直接冷却水を冷却塔内
に吹き込み噴霧したとき、冷却塔で集じんされたダスト
は1週間で約4.2t(トン)、バグフィルタで集じん
されたダストは1週間で約46.5tであった。これに
対して、原水を冷却塔内に吹き込んだとき、冷却塔で集
じんされたダストは1週間で約3.5t、バグフィルタ
で集じんされたダストは1週間で約46.9tであっ
た。そして、直接冷却水を噴霧した場合、約300kg
のダストが直接冷却水から固形ダストとして回収でき
た。このように、それぞれに捕集されたダストは直接冷
却水を用いた場合と原水を用いた場合とで組成に大きな
差はみられず、同等の処理ができた。
方法に関する技術概要を模式的に図2に示す。実施例2
は実施例1の排ガス設備に廃熱回収設備をつけて熱回収
を行ったものである。その詳細を以下に説明する。
交換器の後段にも冷却塔を設置し、バグフィルター(集
塵機)前の温度を調整している。ただし、本実施例で
は、後段の冷却塔には間接冷却水のブローダウン水を使
用している。これは、次のような理由による。
の場合に比べて低く、出口温度で150〜300℃であ
るので、冷却塔の大きさをあまり大きくせずに、水粒子
を完全に蒸発させるためには、水の粒子径を小さくする
必要があり、このため前段の冷却塔の場合に比べて細か
な噴霧ノズルを使用することが必要であり、このため直
接冷却水のような浮遊物質を多く含む水を使用した場合
にはノズルや配管の閉塞のおそれがあり、このようなト
ラブル発生を避けるために浮遊物質量が少ない間接冷却
水を使用しているのである。なお、前段の冷却塔の出口
温度は350〜600℃である。また、後段の冷却塔で
噴霧する間接冷却水に含まれる浮遊物質は10mg/L
で、直接冷却水に比べてはるかに少ない。
方法に関する技術概要を模式的に図3に示す。実施例3
は、実施例2での前段の冷却塔(最上流側の冷却塔)で
噴霧する水として直接冷却水と間接冷却水とを用いたも
のである。この詳細を以下説明する。
行うが、浮遊物質を多く含む直接冷却水の水量を下げる
と、配管内の流速が下がりスケールが堆積し、その逆に
流量を上げると、配管内の流速が上がり配管の磨耗を促
進する恐れがある。そこで、本実施例では、前段の冷却
塔に噴霧する直接冷却水の量を一定に保ち、前段の冷却
塔に噴霧する間接冷却水の量を増減させて排ガスの温度
制御を行った。これにより、直接冷却水の水量を増減さ
せることがなくなり、スケールの堆積や配管の磨耗を防
ぐことができる。
を必要本数以上として順次切り替えて使用したり、配管
系統にバイパスラインを設置して切り替えて使用するこ
とにより、運転を停止することなく清掃を行えるように
すると更によい。これは実施例1〜3において共通して
いえることである。
ば、加熱炉を含む製造設備を有するプラント系におい
て、その系外への排水を実質的に無くすことができ、そ
れにより清澄化設備を不要とし得、また、従来清澄化設
備で発生していた固形スラッジなどを無くすことがで
き、従来清澄化設備で固形スラッジとして回収していた
鉄分や亜鉛分などを処理または再利用しやすい形態の飛
灰として回収することができるようになり、更には、排
水中の浮遊物質が加熱炉からの排ガス中の固形ダストと
衝突して固形ダストの運動エネルギーを低減させ、これ
により加熱炉外に設置される冷却塔での集じん効率を高
めることができるようになる。
術の概要を模式的に示す図である。
術の概要を模式的に示す図である。
術の概要を模式的に示す図である。
の概要を模式的に示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 加熱炉を含む製造設備内における用水の
ブローダウン水を前記加熱炉から炉外に排出される排ガ
スに対して噴霧し蒸発させることを特徴とする加熱炉の
操業方法。 - 【請求項2】 加熱炉が酸化金属還元用の移動型炉床炉
であることを特徴とする請求項1に記載の加熱炉の操業
方法。 - 【請求項3】 用水のうち浮遊物質を20mg/L以上
含む直接冷却水を冷却塔内の排ガスに噴霧し蒸発させる
ことにより、排ガス中の固形分ダストを除去することを
特徴とする請求項1または2に記載の加熱炉の操業方
法。 - 【請求項4】 排ガス系統に水噴霧する冷却塔を2箇所
以上設置している場合において、加熱炉に最も近い最上
流側の冷却塔に浮遊物質を20mg/L以上含有する直
接冷却水を噴霧し、最下流側の冷却塔に浮遊物質を20
mg/L未満しか含有しない水を噴霧することを特徴と
する請求項1、2または3に記載の加熱炉の操業方法。
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