JP2007268372A

JP2007268372A - 排ガス処理方法

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Publication number: JP2007268372A
Application number: JP2006095398A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kitabayashi; 庄治北林; Yukio Niwa; 幸雄丹羽; Tadashi Hattori; 服部　　正
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】低ランニングコストでしかも高効率で塩素を捕捉し得て、排ガス中のダイオキシン類を効果的に低減することのできる排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】アーク炉１０からの排ガスを排出する排気経路１２に且つ排気経路１２に沿った複数位置に、排ガス温度を検知する温度センサ（熱電対）２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ及び排ガス中の塩素と反応して塩素を捕捉するCa剤の吹込ノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを設け、温度センサにて検知された排ガスの温度範囲が予め設定した適性吹込温度範囲内となったときに、対応する位置の吹込ノズルからCa剤を排気経路１２に吹き込む。
【選択図】図１

Description

この発明はアーク炉等の高温炉からの排ガスの処理方法、特にダイオキシン類を低減することのできる処理方法に関する。

ダイオキシン類は、廃棄物の焼却過程等で非意図的に発生する化学物質であってその発生源は多岐に亘っている。
ダイオキシン類は、芳香族塩素化合物であるポリ塩化ジベンゾパラジオキシン（ＰＣＤＤｓ），ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦｓ）及びコプラナーＰＣＢの総称で、２２３種類の異性体を持つ化合物群であり、毒性が強く、その環境汚染は大きな問題である。

このダイオキシン類の発生は、産業廃棄物の焼却過程等において特に問題となっているが、製鋼工場のアーク炉等やダスト・スラグ溶融炉や焼却灰等廃棄物溶融炉等の高温炉においても発生し、その問題の解決が必要である。
ここでダスト・スラグ溶融炉とは、製鋼工場で発生する製鋼排出物としての製鋼ダストと還元スラグとを溶融処理する炉である。

製鋼ダストは電気炉等を用いた製鋼において発生するダストで、排ガス中から集塵捕集されたものである。
また還元スラグは電気炉等を用いた製鋼において、還元精錬の際に製鋼排出物として生じたスラグである。
ダスト・スラグ溶融炉は、これらを溶融処理して有用な資源に転化するもので、このダスト・スラグ溶融炉は例えば下記特許文献１に開示されている。

一方アーク炉等の電気炉（製鋼炉）においては、スクラップを原料として用いることから、そのスクラップ中に不可避的に含まれる塩素源や有機材等が炉の内部で分解した後、炉外で反応して排ガス中にダイオキシン類を生成せしめる。
またその製鋼ダストを高温処理する上記ダスト・スラグ溶融炉からの排ガス中にもまた、ダイオキシン類が含有される可能性がある。
従ってこれら電気炉やダスト・スラグ溶融炉或いはその他ダイオキシン類を発生させる高温炉を操業するに際して、排ガス中のダイオキシン類を可及的に低減することが求められる。

高温炉からの排ガス中のダイオキシン類を低減することを目的としたものとして、下記特許文献２に開示されたものがある。
この特許文献２に開示の技術は排ガスの排気経路上に、排ガスを高温に加熱及び保持して有害なダイオキシン類を分解する分解処理室を設けて、排気経路における分解処理室の上流若しくは分解処理室内にCa剤を吹き込み、これを高温の分解処理室で塩素と反応させて捕捉するようにしている。

この特許文献２に開示の技術ではまた、Ca剤として以下のようなものを用いている。
このCa剤は下記特許文献３に開示されているもので、CaO及びSiO_２を供給し得る物質を含み且つCaO／SiO_２のモル比が１．５〜３．２の範囲内にあるものである。

ここでCa剤は、以下の反応によって塩素を高効率で吸収し固定化する。
CaO／SiO_２のモル比が１．６７近傍の場合は、
(10CaO，6SiO_２)＋2HCl→9CaO・6SiO_２・CaCl_２＋H_２O・・・式（１）
CaO／SiO_２のモル比が２近傍の場合は、
(2CaO，SiO_２)＋2HCl→CaO・SiO_２・CaCl_２＋H_２O・・・式（２）
CaO／SiO_２のモル比が３近傍の場合は、
(3CaO，SiO_２)＋2HCl→2CaO・SiO_２・CaCl_２＋H_２O・・・式（３）

CaO／SiO_２のモル比が１．７５〜２の間にある場合は、上記の反応式（１），（２）に従い、9CaO・6SiO_２・CaCl_２とCaO・SiO_２・CaCl_２との混合物が生成して塩素を固定化する。
またCaO／SiO_２のモル比が２〜３の間にある場合は、上記の反応式（２），（３）に従い、CaO・SiO_２・CaCl_２と2CaO・SiO_２・CaCl_２との混合物が生成する。

以上の反応生成物であるカルシウムクロロシリケート（CaO・SiO_２・CaCl_２，9CaO・6SiO_２・CaCl_２及び2CaO・SiO_２・CaCl_２）は水と接触してもカルシウムイオンや塩素イオンが溶出することがない。

ここでCaO及びSiO_２を供給し得る物質は、CaO及びSiO_２を同時に供給する物質であっても良く、CaO及びSiO_２を個々に供給する物質を組み合せても良い。
またCaO及びSiO_２を同時に供給する物質と、CaOを単独で供給する物質と、SiO_２を単独で供給する物質とを適宜組み合せても良い。

CaO及びSiO_２を同時に供給する物質としては、エーライトやビーライトに代表される無水カルシウムシリケート，トバモライトに代表される含水カルシウムシリケートの他、石炭灰や高炉スラグ，還元スラグ等の産業廃棄物や都市ごみ，下水道等に含まれる一般廃棄物の焼成灰等を用いることができる。

無水カルシウムシリケートは一般式(CaO)・nSiO_２で示される化合物であり、同式中エーライトはn＝３、ビーライトはn＝２である。
含水カルシウムシリケートは一般式(CaO)・nSiO_２・mH_２Oで示される化合物である。
以上のCaO及びSiO_２を同時に供給する物質は１種であっても良く、２種以上を混合して用いても良い。

CaOを単独で供給し得る物質としては、石灰石，消石灰，生石灰，ドロマイト等の内の１種又は複数を用いることができる。
SiO_２を単独で供給し得る物質としては、含水シリカ，無水シリカ，石英，トリジマイト，クリストバライト，シラス，パーライト，ベントナイト等の内の１種又は複数を用いることができる。

このCa剤におけるCaOの含量は29％（質量％：以下同じ）以上であれば良く、SiO_２の含量は12％以上あれば良い。これよりも少ないと塩素の捕捉効果が十分とならない。
塩素の捕捉効率の観点から、より好ましくはCaOの含量は40％以上であり、SiO_２の含量は17％以上である。

かかるCaO−SiO_２系のCa剤は、高温度で良好に塩素と反応してこれを固定する能力を有し、また一旦塩素を固定化した後は、従来のCaCO_３やCa(OH)_２のような捕捉剤と異なって高温度の下でも固定化した塩素を放出しない特性を有する。

従ってこのようなCaO−SiO_２系のCa剤を、排ガス中のダイオキシン類を熱分解するために備えられた分解処理室の上流又は分解処理室内に供給することで、CaO−SiO_２系Ca剤と塩素とを良好に反応させ得て、ダイオキシン類の分解により発生した塩素或いは排ガス中にもともと含まれている塩素を良好に捕捉固定でき、従って分解により発生した塩素が再びダイオキシン類を再生成するのを有効に阻止することができる。
その結果として、最終の排ガス中のダイオキシン類濃度を有効に低減することができる。

ところでこの特許文献２に開示のものでは、Ca剤による塩素の捕捉、即ち脱Clを高効率で行うために高温の分解処理室を設けて、そこでCa剤と排ガス中のClとを反応させるようにしているが、この場合、分解処理室を高温度に保持するための熱エネルギーが多量に必要となり、ランニングコストが高くついてしまうといった問題がある。

一方、排気経路に直接Ca剤を吹き込んで排ガスを直接反応させる場合、高温炉からの排ガスは１チャージ操業を通じて温度変動が激しく、Ca剤を吹き込むのに適正な温度範囲となるタイミングを見計らうのが難しい問題がある。
また排ガス温度は、排気経路に沿って変化して行くため、どの位置でCa剤を吹き込むのが最適かを見出すことも難しい。
以上ではCa剤として特許文献３に開示のものを用いた場合について述べているが、他のCa剤を用いる場合も可能で、これに伴って排気経路にCa剤を吹き込む際の最適温度も異なって来る。

特開平１１−６１２３２号公報特開２００６−７０１５号公報特開２０００−１４０５６５号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、低ランニングコストでしかも高効率で塩素を捕捉し得て、排ガス中のダイオキシン類を効果的に低減することのできる排ガス処理方法を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、高温炉からの排ガスを排出する排気経路に且つ該排気経路に沿った複数位置に、排ガス温度を検知する温度センサ及び該排ガス中の塩素と反応して該塩素を捕捉するCa剤の吹込ノズルを設け、前記複数位置のそれぞれにおいて前記温度センサにて検知された排ガスの温度範囲が予め設定した適性吹込温度範囲内となったときに、対応する位置の前記吹込ノズルから前記Ca剤を前記排気経路に吹き込むことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記高温炉がアーク炉等の電気炉であることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、排ガスの排気経路に沿った複数位置に温度センサ及び吹込ノズルを設け、温度センサにて検知された排ガスの温度範囲が予め設定した適性吹込温度範囲となったときに、対応する位置の吹込ノズルからCa剤を排気経路に吹き込むもので、本発明によれば、１チャージ操業を通じて排ガス温度が時間に伴って変化した場合であっても、或いはまた排気経路に沿った複数位置で温度変動が異なっている場合であっても、常に適正な位置で且つ適正な温度範囲でCa剤を排気経路に吹き込むことが可能となり、排ガス中の塩素を高効率で除去し得て、排ガス中のダイオキシン類を効果的に低減することが可能となる。
ここで上記Ca剤として特許文献３に開示されたものを好適に用いることができる。

本発明は、特にアーク等の電気炉からの排ガス処理に適用して好適なものである（請求項２）。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において１０はアーク炉（電気炉）で、１２はこのアーク炉１０からの排ガスを排出する排気経路であり、この排気経路１２に沿ってアーク炉１０側から順に燃焼塔１４，冷却塔１６，バグハウス１８が設けられている。
燃焼塔１４はアーク炉１０からの排ガス中の未燃分を燃焼させるもので、冷却塔１６は冷却水をスプレー噴霧して高温の排ガスを冷却するものである。
この冷却塔１６の下流側に設けられたバグハウス１８は、冷却塔１６を通過した排ガスをバグフィルタ２４に通して、そこで排ガス中のダストを集塵する。
そしてそのバグフィルタ２４を通過した排ガスが、スタック２０から大気中に放出される。
尚２２はアーク炉１０からの排ガスを吸引してスタック２０から放出するための送風機である。

この実施形態では、燃焼塔１４入口の位置Ａ，燃焼塔１４出口の位置Ｂ，冷却塔入口Ｃの位置，冷却塔出口Ｄの位置の各位置において排気経路１２にCa剤の吹込ノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ及び温度センサとしての熱電対２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄが設けられている。
ここで吹込ノズル２６Ａ〜２６Ｄは、排気経路１２内にCa剤を吹き込むもので、各熱電対２８Ａ〜２８Ｄは、排気経路１２に沿って排出されるアーク炉１０からの排ガスの温度を検知するものである。

３０はCa剤の吹込装置本体で供給管路３２がここから延び出している。供給管路３２は複数の管路に分岐しており、そして分岐した供給管路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄのそれぞれが上記の吹込ノズル２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄに接続されている。
またこれら分岐した供給管路３２Ａ〜３２Ｄのそれぞれには、供給管路３２Ａ〜３２Ｄを遮断又は連通させることによって、各吹込ノズル２６Ａ〜２６ＤからのCa剤の吹込みを制御するバルブ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが設けられている。そしてこれらバルブ３４Ａ〜３４Ｄの開閉がコントローラ３６にて制御されるようになっている。

上記熱電対２８Ａ〜２８Ｄのそれぞれもまた、このコントローラ３６に接続されており、各熱電対２８Ａ〜２８Ｄによる検知温度がコントローラ３６へと情報入力されるようになっている。
コントローラ３６は、これら熱電対２８Ａ〜２８Ｄの検知温度が予め設定されている適性吹込温度範囲内となったときに、各熱電対２８Ａ〜２８Ｄに対応するバルブ３４Ａ〜３４Ｄを開動作させ、供給装置本体３０からのCa剤を、各対応する吹込ノズル２６Ａ〜２６Ｄに供給して、それら吹込ノズル２６Ａ〜２６Ｄより排気経路１２内に吹き込ませる。

図２はアーク炉１０操業における複数チャージ分のＡ〜Ｄの各位置における排ガスの温度変動を表している。
同図に示しているように排気経路１２の排気温度は、アーク炉１０操業における時間の変化とともに、或いはまた排気経路１２の位置ごとに異なっている。

表１及び図３は、塩素を５０ｐｐｍの濃度で含んだ、種々温度の排ガスに対してCa剤を吹き込んだときの、吹込み後の塩素（Cl）濃度及び塩素（Cl）除去率の測定結果を示している。

但しここではCa剤として次のものを用いた。
即ちここではCaO−SiO_２系のCa剤として、水酸化カルシウムと無水ケイ酸とを混合して成る粉末状の混合剤を用いた。
ここで粉末の平均粒子径は１８５μｍであり、嵩密度は０．５３（ｇ／ｍｌ）である。
尚粉末状の混合剤におけるCaO／SiO_２のモル比は３．０である。また混合剤即ちCaO−SiO_２系Ca剤におけるCaOの含量は７３．７質量％であり、SiO_２の含量は２６．３質量％である。
更にCaO−SiO_２系Ca剤の排ガスへの投入量は３３００ｇ／ｍｉｎとした。
尚、バグハウス風量は３０００ｍ^３／ｍｉｎであった。

図３に示しているように、この測定結果では塩素の除去率は排ガス温度６５０〜７５０℃の範囲が最も高く、次に７５０〜８５０℃の温度範囲，５５０〜６５０℃の温度範囲，４５０〜５５０℃の温度範囲の順となっている。

本実施形態では、熱電対２８Ａ〜２８Ｄにて検知される排ガス温度が予め設定した適性吹込温度範囲内となったときに、対応する吹込ノズル２６Ａ〜２６ＤからCa剤を排気経路１２内に吹き込むようにする。
その際にCa剤を吹き込むときの排ガス温度に優先順位を設定しておく。例えばここでは６５０〜７５０℃の温度範囲を第１優先とし、次に７５０〜８５０℃の温度範囲，５５０〜６５０℃の温度範囲，４５０〜５５０℃の温度範囲の順とする。

このようにすることで、アーク炉１０の１チャージ操業の過程を通じて排ガス温度が時間とともに変化した場合であっても、また排気経路１２に沿って異なった位置で排ガス温度が変動した場合であっても、常に適正なタイミングで且つ排ガス温度の下でCa剤を排ガス中に吹き込み、Ca剤と塩素とを効果的に反応させ得て、排ガス中の塩素を高効率で除去し得て、排ガス中のダイオキシン類濃度を効果的に減少せしめることができる。
尚、複数の位置で排ガス温度が同時に優先順位の高い適正吹込温度範囲となったときには、複数の位置でCa剤を同時に吹き込むようになすことができる。或いはまた何れか一方からだけCa剤を吹き込むようになすことができる。
勿論Ａ〜Ｄの各位置のそれぞれからアーク炉１０操業１チャージ毎に１回ずつCa剤を吹き込むようになすことも場合によって可能であり、この場合において塩素除去効率が最も高い温度となったタイミングでCa剤を吹き込むようになすことができる。

以上のような本実施形態によれば、１チャージ操業を通じて排ガス温度が時間に伴って変化した場合であっても、或いはまた排気経路１２に沿った複数位置で温度変動が異なっている場合であっても、常に適正な位置で且つ適正な温度範囲でCa剤を排気経路１２に吹き込むことが可能となり、排ガス中の塩素を高効率で除去し得て、排ガス中のダイオキシン類を効果的に低減することが可能となる。
更に本実施形態によれば吹き込んだCa剤を効率高く反応させることができるため、効果が殆ど無い温度条件でCa剤を吹き込むことによるCa剤のロスを可及的に少なくすることができ、Ca剤に要するコストを低減することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上記実施形態における温度センサ，吹込ノズルの配設位置はあくまで一例示であって、他の位置を選定してそれらを配設しておくことも可能である。
更に上記実施形態では４箇所にそれら温度センサ及び吹込ノズルを設けているが、これより少ない３箇所、或いは多い５箇所若しくはそれ以上に温度センサ及び吹込ノズルを配設しておくことも可能である。更に上例とは異なった種類のCa剤を用いることも可能で、その用いるCa剤の種類に応じて適正吹込温度範囲を様々に設定することが可能である。
更に本発明は他の様々な高温炉からの排ガスの処理に適用することが可能である等、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

本発明の一実施形態の排ガス処理方法の適用対象の一例を示す図である。図１のアーク炉からの排ガスの温度変動を表した図である。排ガス温度とCa剤吹込みによるCl除去率との関係を示した図である。

符号の説明

１０アーク炉
１２排気経路
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ吹込ノズル
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ熱電対

Claims

高温炉からの排ガスを排出する排気経路に且つ該排気経路に沿った複数位置に、排ガス温度を検知する温度センサ及び該排ガス中の塩素と反応して該塩素を捕捉するCa剤の吹込ノズルを設け、前記複数位置のそれぞれにおいて前記温度センサにて検知された排ガスの温度範囲が予め設定した適性吹込温度範囲内となったときに、対応する位置の前記吹込ノズルから前記Ca剤を前記排気経路に吹き込むことを特徴とする排ガス処理方法。
請求項１において、前記高温炉がアーク炉等の電気炉であることを特徴とする排ガス処理方法。