JP2003260335A - 電気炉の排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】本発明は、電気炉の高温排ガスを散水冷却処理
する際、低温度の水蒸気飽和領域にまで冷却し、ダイオ
キシン蒸気圧を大幅に下げてバグフィルターを通過さ
せ、濃度新規制値５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ_３以下を確実にク
リアーさせ、且つバグフィルターの結露閉塞の発生を防
止し、更に排風機の総吸引排ガス量を大幅に低減させて
その小容量化と省エネルギー化を図ることである。 【解決手段】電気炉（１）からの高温排ガスを燃焼塔
（２）、バグフイルター式集塵機（４）、冷却塔（Ｃ
Ｔ）、排風機（５ｑ）に順次導入通過せしめて大気放散
する電気炉排ガス処理方法において、前記冷却塔内（Ｃ
Ｔ）で高温排ガスを散水冷却するに際し、冷却塔（Ｃ
Ｔ）からの冷却流出ガスの目標温度を１００℃以下で且
つ予め該冷却塔（ＣＴ）への流入ガスの温度と、湿度と
の関係で求めた飽和温度以上の範囲内に設定して、散水
冷却するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオキシンを生
成する高温排ガスを発生する電気炉からの排ガス処理方
法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】前記電気炉は、電気アークの輻射熱と重
油、灯油、コークス等を純酸素で燃焼した燃焼熱でスク
ラップを溶解する。図２に示す如く電気炉１で発生する
ガスは、一般に排ガス処理装置で処理される。該排ガス
処理装置は、燃焼塔２、屋外冷却配管３、バグフイルタ
ー式集塵機４、排風機５、排気煙突６を順次連通接続し
て構成して成る。電気炉１に挿入されるスクラップＳに
は、水分、塩化ビニール、プラスチック、油脂、繊維、
木材、ゴム等の夾雑物が介在しそれらの燃焼分解ガスが
該燃料の燃焼排ガスと共に（以下単に排ガスＧと称す
る）前記排ガス処理装置に吸引される。 【０００３】この燃焼分解ガスを含む排ガスＧは、１５
００℃程度の高温度であり、Ｈ_２Ｏ，ＣＯ^２，ＣＯ，Ｈ
ＣＩ，ＨＦ，ＳＯ^２，ＺｎＯ，Ｎ_２，Ａｒ等から成り、
中でもＣＯガスは５〜３０％含むので燃焼塔で燃焼させ
て無害化する。このＣＯガスの燃焼方法は、炉口１Ａと
炉蓋１Ｂ間、炉蓋１Ｂとガス吸引管７との接合部の間隙
及び空気吸引管８から適量の空気を吸引させてガス吸引
管７内及び燃焼塔２内で燃焼させるものである。この燃
焼の際の該空気吸引量は、燃焼塔からの排出ガス中酸素
含有量から見て電気炉からの該燃焼分解ガス量の１〜２
倍の量であり、ＣＯガス燃焼に必要な空気量を大幅に越
えている。この空気の過剰吸引導入は、電気炉操業上の
指標として、１５００℃もの高温度の排ガスＧを、燃焼
塔２出側で８００℃程度に冷却降下させる効果を得るた
めのものでもある。 【０００４】該燃焼炉２から排出の該排ガスＧは、屋外
配管３（冷却水管を螺旋状に周設したジャケットタイプ
等がある）に導入して、集塵機４迄のダスト随伴搬送効
果を維持させながら、次工程のバグフイルター式集塵機
４のバグフイルター耐熱温度２４０℃以下の温度で、尚
かつ該バグフイルター４Ａの結露閉塞防止温度以上に冷
却される。しかし、電気炉１から発生する排ガスＧは発
生量、温度とも急峻に変動するため該屋外配管３のみに
よる放熱冷却では、往々にして２４０℃を越えるのでバ
グフイルター式集塵機４の入側配管９の途中に吸入弁９
Ａを設けてここから更に空気を混入して２００〜２４０
℃の範囲内に調節される。 【０００５】このようにして、前記電気炉１の排ガス処
理装置は、多量の空気を混入して、有害排ガスの無害化
及びダイオキシン生成の抑制とダストと生成ダイオキシ
ンの捕捉を継続維持してきた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記現
状の電気炉の排ガス処理は、次の問題が顕在化し、その
稼働維持が困難となってきた。即ち、現状のダイオキシ
ンの濃度規制２０ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３以下には対応でき
ているが、新しいダイオキシンの濃度規制５ｎｇ−ＴＥ
Ｑ／ｍ^３以下をクリヤーできないこと。更には、前記燃
焼用の空気量を遥かに越える量の冷却用空気を混入する
ため排風機の総吸引排ガス量は、燃焼塔からの排出排ガ
スＧ量の４．４５倍にも増加し設備的及び省エネルギー
的に不利な大容量の排風機５の設置と維持管理を余儀な
くされる。 【０００７】そこで、ダイオキシン低減対策としては、
該バグフイルター式集塵機からの集塵排ガスを．再び
又は他のバグフイルター式集塵機を通過させる方法、
．触媒を用いる方法があるが、これらいずれの方法も
排風機の負荷を増大させ、その運転費用が増え電力費を
増加させると共に、その設備費も高く、製造コストを高
くしている。また、電気炉から発生する排ガスの冷却手
段として、．ボイラーを使用する方法、．フイン付
チューブで間接水冷する方法があるが、このいずれもが
ダストで閉塞し冷却能力を早期に低下させる問題、及び
電気炉から発生するガスは前述の如く、発生量、温度と
も急峻に変動するためそれに追従した冷却制御が極めて
困難で過冷却、冷却不足による問題が解決されない。 【０００８】本発明は、上記問題を解決するため、燃焼
炉を出た８００〜２５０℃の高温排ガスに直接冷却水を
噴霧して冷却し、例えば７０℃もの低温領域にまで冷却
して、ダイオキシンの蒸気圧を低下させてバグフイルタ
ーを通過するダイオキシンを、濃度規制５ｎｇ−ＴＥＱ
／ｍ_３以下にすることである。そしてこれと同時に、バ
グフイルター式集塵機の集塵機能を低下させることなく
排風機の総吸引排ガス量を大幅に低減させてバグフイル
ター式集塵機と排風機の小容量化及び省エネルギー化を
有利に可能ならしめることである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決した優れた方法を提供するものであり、その特徴とす
るところは、電気炉からの高温排ガスを燃焼塔、バグフ
イルター式集塵機、排風機に順次導入通過せしめて大気
放散する電気炉排ガス処理方法において、前記燃焼塔と
バグフイルター式集塵機間に冷却塔を連通接続しこの冷
却塔内で高温排ガスを散水冷却するに際し、冷却塔から
の冷却流出ガスの目標温度を１００℃以下で且つ予め該
冷却塔への流入ガスの温度と、湿度との関係で求めた飽
和温度以上の範囲内に設定して、散水冷却することにあ
る。 【００１０】 【発明の実施の形態】即ち、本発明は、燃焼炉を出た高
温排ガスを、その温度と湿度に応じて１００℃以下の低
温飽和温度領域にまで散水冷却降下させることによっ
て、ダイオキシン（２．３．７．８−ＴｅＣＤＤ）の蒸
気圧を表１に記載の如く例えば１５０℃時の値に比し１
０００分の１と極めて低い値にすることが出来る つまり、前記した従来技術における直引排ガスは、バグ
フイルター式集塵機を１５０℃で通過させているが、本
発明により排ガス温度を１００℃以下の例えば７０℃に
下げればダイオキシン蒸気圧は、１５０℃の蒸気圧に比
べ３×１０^３分の１となりバグフィルターを通過するダ
イオキシンは３×１０^３分の１となって新規制濃度規制
５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ^３以下を確実にクリアーするもので
ある。 【００１１】これと同時に本発明は、冷却塔での高温排
ガスの散水冷却は、冷却後の排ガスが水蒸気過飽和にな
ると結露しバグフイルターが濡れるので高温排ガスの温
度とこれの結露しない冷却下限温度の対応が必須であ
る。冷却目標温度を１００℃以下にしない場合は、冷却
前の高温排ガス中の水分含有量に無関係に散水冷却して
よいが、冷却目標温度を１００℃以下にする場合は、表
２に記載の如く、冷却前の高温排ガス中の水分含有量に
よって所定の下限温度以下にすることが出来ない。 【００１２】このように本発明は、冷却塔からの冷却流
出ガスの目標温度の上限温度を、１００℃とし、下限温
度を、予め該冷却塔への流入ガスの温度と湿度との関係
で求めた図３に示す例えば、散水冷却飽和曲線Ｈ１，Ｈ
２，Ｈ３に示す飽和温度とし、この温度範囲内で該冷却
流出ガスの目標温度を任意に設定して、散水冷却するこ
とにより、冷却塔からバグフイルター式集塵機に、結露
の無い常に飽和水蒸気体積比未満の含有水蒸気体積比の
充分な乾き状態で、しかも極めて低ボリュームの低温水
蒸気混合ガスＧ０を安定導入することができるものであ
る。 【００１３】これによりバグフイルター式集塵機の集塵
機能を低下させることなく排風機の総吸引排ガス量を大
幅に低減させてバグフイルター式集塵機と排風機の小容
量化及び動力の軽減を有利に可能ならしめたものであ
る。 【００１４】 【発明の実施例】図１には本発明方法を実施するための
ハード構成の１実施例を示す。６０ｔｏｎ電気炉１（排
ガス実体積２４ｍ^３／秒）からの高温排ガスＧは、燃焼
塔２（排ガス実体積２７．２ｍ^３／秒）と、塔内水噴霧
装置ＷＰが付設された冷却塔ＣＴ（排ガス実体積１６．
８ｍ^３／秒）と、バグフイルター式集塵機４（排ガス実
体積１１．０３ｍ^３／秒）と、排風機５ｑに順次導入通
過せしめて、ＣＯ燃焼−散水噴霧冷却−集塵を施されて
排気煙突６から大気放散する。 【００１５】今、電気炉１からの高温排ガスＧは、標準
状態の排ガス流量：３．６９Ｎｍ^３／秒、温度：１５０
０℃、湿度：０％。燃焼塔２は、空気混入量：３．２３
Ｎｍ^３／秒、出側排ガス温度（＝冷却塔ＣＴ入側温
度）：８００℃、標準状態の排ガス流量：６．９２Ｎｍ
^３／秒。の諸条件で操業するに際して、冷却塔ＣＴ出側
での排ガス目標温度の設定範囲は、図３の曲線Ｈ１に表
示のとうり７０〜１００℃である。当然、燃焼塔２出側
排ガス温度を８００℃より下げれば排ガス目標温度の下
限値は７０℃より低い温度にすることができる。次に、
上記操業条件つまり燃焼塔２出側温度が８００℃の排ガ
スＧを、冷却塔ＣＴ出側で７０℃の飽和水蒸気含有排ガ
スＧＯにするための、冷却塔ＣＴにおける塔内水噴霧装
置ＷＰからの塔内水噴霧量（冷却水供給量）αｋｇは、
次により求める。 【００１６】先ず、次式（１）．により該冷却塔ＣＴか
ら流入の高温排ガスＧのエンタルピーを求める。 （１）： ６．９２Ｎｍ^３／秒×８００℃・０．３１Ｋ
ｃａｌ／Ｎｍ^３・℃＝１，７２０Ｋｃａｌ／秒 次に冷却塔ＣＴから流出の冷却後排ガスＧが目標温度７
０℃の飽和水蒸気混合ガスとなる噴霧水量αｋｇを次式
（２）．（３）．により求める。 （２）： １，７２０Ｋｃａｌ／秒＝６．９２Ｎｍ^３／
秒×０．３１Ｋｃａｌ／Ｎｍ^３・℃×７０℃＋αｋｇ×
６２７．２Ｋｃａｌ／ｋｇ・秒 但し、６．９２Ｎｍ^３／秒×０．３１Ｋｃａｌ／Ｎｍ^３
・℃×７０℃は、該冷却塔ＣＴからの冷却後流出ガスＧ
Ｏ（水蒸気を除く）の目標温度７０℃におけるエンタル
ピー、又、αｋｇ×６２７．２Ｋｃａｌ／ｋｇ・秒は、
冷却水供給量αｋｇに基く該冷却塔流出ガス目標温度７
０℃時の飽和水蒸気のエンタルピー。 （３）： 噴霧水量αｋｇ＝（１，７２０−６．９２×
０．３１×２００）／６２７．２＝２．５０ｋｇ 【００１７】このようにして該冷却水供給量αｋｇを逐
次求めて、冷却塔ＣＴの塔内塔内水噴霧装置ＷＰから散
水供給し冷却することにより、冷却塔ＣＴ出側における
排出ガスを確実に、目標温度７０℃の飽和水蒸気混合ガ
スＧＯにすることができるため、ダイオキシンの蒸気圧
を低下させ、バグフイルター式集塵機４を通過するダイ
オキシンを近く規制される規制値５ｎｇ／Ｎｍ^３よりも
遥かに低い０．５ｎｇ／Ｎｍ^３以下に抑制することを可
能とした。 【００１９】更に、この混合ガスＧＯの標準状態流量
は、次式（４）．（５）．で明らかなように、１０．０
３Ｎｍ^３／秒であり、冷却塔ＣＴにおける希釈倍率が
１．４５倍と極めて少なく、しかも排ガス中の含有ダス
トを分離沈降させることなくバグフイルター式集塵機４
まで確実に随伴搬送せしめるものである。 （４）： ３．１１Ｎｍ^３／秒＋６．９２Ｎｍ^３／秒＝
１０．０３Ｎｍ^３／秒 （５）： １０．０３Ｎｍ^３／６．９２Ｎｍ^３＝１．４
５ 但し、３．１１Ｎｍ^３／秒：水２．５０ｋｇのガス化標
準体積 ６．９２Ｎｍ^３／秒：冷却塔ＣＴへの流出ガス流量 【００２０】又、該目標温度７０℃の水蒸気の混合ガス
ＧＯ中の水蒸気分圧は、（６）式の如く０．３１であ
る。 （６）：３．１１／１０．０３＝０．３１ 該目標温度７０℃の水蒸気混合ガスＧＯ中の飽和水蒸気
量は、表３に記載のとうり、３１．８％であるから該目
標温度７０℃の水蒸気の混合ガスＧＯは、結露しない。 【００２１】かくして、この冷却塔ＣＴを出た目標温度
７０℃の水蒸気混合ガスＧＯを、次工程のバグフイルタ
ー式集塵機４に導入したが、該集塵機４内で結露するこ
となく除塵され排風機５ｑから大気放散することができ
た。 【００２２】これらの本発明例の操業において、電気炉
１からバグフイルター式集塵機４までの排ガスＧＯの温
度℃と標準状態の流量Ｎｍ^３／秒の推移を表４に示し、
図２に示す従来方法による操業における該排ガスＧの温
度℃と標準状態の流量Ｎｍ^３／秒の推移を表５に示す。 【００２３】又、排風機５ｑの動力は、この表４，表５
を比較して明らかなように、バグフイルター式集塵機４
を通過する排ガス量が、表４の本発明例では、表５の従
来法の２８％でよい。 排ガスＧＯの風量比＝１２．６／４８．０＝０．２６ そこでこの場合の排風機５ｑの動力は、通常風量の３乗
に比例するので（０．２６）^３＝０．０１７３となる。
しかし、集塵機４への風量として、配管内等でダストを
随伴搬送可能な最低のガス流速を維持する必要がある。
例えば酸化鉄ダストの場合、最低８ｍ／ｓの風速を必要
とする。従って該風量はダストの比重、配管の口径など
も考慮に入れて決定すべきであるが、仮に風量を７０％
に下げるとすれば動力は（０．７）^３＝０．３４とする
ことができる。 【００２４】次に、実際に操業する場合のソフト構成に
ついて述べる。電気炉１から発生する排ガスＧは発生
量、温度とも急峻に変動するが、冷却後バグフイルター
式集塵機４に流入する排ガスＧＯの温度は、正確に目標
設定温度に一致させなければ成らない。前記冷却塔３に
付設した塔内水噴霧装置ＷＰによる高温排ガスの冷却制
御は、例えばディジタルコントロールシステム装置２０
０によって精度良く行うことができる。 【００２５】塔内水噴霧装置ＷＰは、図１に示す如く、
遮断弁１１、流量計１２，流量調整弁１３、圧力計１
４、圧力調整弁１５、ポンプ１６を配管に介設してなる
定圧純水供給調節機構と、圧縮空気供給ポンプ２１、遮
断弁２２を配管に介設してなる圧縮空気供給機構（水噴
霧ノズル機構４０から水を噴霧しない時間は過熱（蒸気
閉塞）防止のために圧宿空気を吹き込むためのものであ
るが、気水混合用として併用してもよい）、一端を遮断
弁１１と遮断弁２２の各出側に連通接続し、他端を冷却
塔３内に配設した水噴霧ノズル機構４０に連通接続した
水供給本管３０とを主要な構成要件としてある。 【００２６】ディジタルコントロールシステム装置２０
０は、予め記憶させた図３のグラフに示す散水冷却飽和
温度曲線に基いて、冷却塔ＣＴ入り側のガス温度計３１
からの実測ガス温度Ｔ１と、湿度計７１からの実測湿度
Ｗ又は、予測設定してある湿度値とを逐次導入してその
都度、散水冷却飽和温度を算出しこれを冷却塔４におけ
る冷却下限目標温度に設定する。この冷却下限目標温度
が設定されると、塔内水噴霧装置ＷＰからの冷却水量を
算出する。 【００２７】塔内水噴霧装置ＷＰからの冷却水量ｋｇ／
秒は、冷却塔ＣＴ入り側のガス温度計３１からの実測ガ
ス温度Ｔ１と、同入り側のガス流量計３２からの実測ガ
ス流量Ｑ１（別にアーク電力、重油・コークスなどの燃
料の投入量等から演算し制御を補完する）、と、予め設
定してある標準状態の燃焼用空気混入量、水のガス化
量、燃焼塔２出側ガス温度、冷却塔ＣＴ出側の前記冷却
下限目標温度等により前述の（１）、（２）、（３）逐
次算出して、定圧純水供給調節機構の流量調整弁１３を
フィードフォワード制御する。 【００２８】一方冷却塔ＣＴ出側の混合気温度計３３
と、バグフイルター式集塵機４入側の混合気温度計３４
と同出側混合気温度計３５の各からの実測混合気温度Ｔ
２，Ｔ３，Ｔ４を導入して該流量調整弁１３制御部にフ
ィードバックし、各設定温度の修正や冷却水の供給量等
を修正制御するものである。 【００２９】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、前記した課題の全てを解決したのである。即ち、
本発明は、燃焼炉を出た８００〜２５０℃の高温排ガス
に直接冷却水を噴霧して冷却し、例えば７０℃もの低温
領域にまで冷却して、ダイオキシンの蒸気圧を低下させ
てバグフイルターを通過するダイオキシンを、前記の如
く０．５ｎｇ／Ｎｍ^３以下にすることが可能であり、新
濃度規制（５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ_３以下）は勿論、将来の
厳格な低減規制にも対応するものである。そしてこれと
同時に、バグフイルター式集塵機の集塵機能を低下させ
ることなく排風機の総吸引排ガス量を大幅に低減させて
バグフイルター式集塵機と排風機の小容量化及び省エネ
ルギー化を有利に可能ならたものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電気炉排ガス処理法を説明するための
説明図である 【図２】従来の電気炉排ガス処理法を説明するための説
明図である。 【図３】冷却塔において、冷却前の排ガス流入温度（横
軸）と、冷却後の排ガス流出温度（縦軸）との関係で求
めた散水冷却飽和温度曲線（冷却下限温度曲線）を冷却
前の排ガスの湿度で層別表示したグラフである。 【符号の説明】 １：電気炉 ４０：水噴霧ノズル機構 ５：
排風機 ２：燃焼塔 ４：バグフイルター式集塵機 ＣＴ：冷却塔 ２００：ディジタルコントロールシ
ステム装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】電気炉からの高温排ガスを燃焼塔、バグフ
   ィルター式集塵機、排風機に順次導入通過せしめて大気
   放散する電気炉排ガス処理方法において、 前記燃焼塔とバグフィルター式集塵機間に冷却塔を連通
   接続しこの冷却塔内で高温排ガスを散水冷却するに際
   し、 冷却塔からの冷却流出ガスの目標温度を１００℃以下で
   且つ予め該冷却塔への流入ガスの温度と、湿度との関係
   で求めた飽和温度以上の範囲内に設定して、散水冷却す
   ることを特徴とする電気炉の排ガス処理方法