JP2008049206A

JP2008049206A - 排ガス処理方法

Info

Publication number: JP2008049206A
Application number: JP2006095399A
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: 2008-03-06

Abstract

【課題】低ランニングコストでしかも高効率で排ガス中のダイオキシン類を効果的に制限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上に、排ガス温度を検知する温度センサ（熱電対）２８を設けるとともに、吹込ノズル２６を設け、複数種類の浄化剤のうち温度センサにて検知される排ガス温度で最も浄化効率の高い浄化剤を選択して吹込ノズル２６から排気経路１２内に吹き込んで排ガス中のダイオキシン類濃度を低減し、排ガス浄化を行う。
【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塔を設けて、排気経路における分解処理塔の上流若しくは分解処理塔内に、排ガス中の塩素を捕捉してダイオキシン類を低減する浄化剤としてのCa剤を吹込み、これを高温の分解処理塔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（浄化剤）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CaO−SiO_２系（Ca・Si系）のものである。

ここでCa・Si系の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・Si系の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Ca・Si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、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Ca・Si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塔の上流又は分解処理塔内に供給することで、Ca・Si系の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剤による塩素の補足、即ち脱Clを高効率で行うために高温の分解処理塔を設けて、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。

これに対して排気経路にダイオキシン類を浄化する浄化剤を吹き込んで、排気経路内で直接排ガスと反応させてこれを浄化することができれば、上記分解処理塔を省略することができ、また分解処理塔を高温度に保持するための多量の熱エネルギーも省略し得て、ランニングコストを安価になし得、望ましい。

しかしながら排気経路に浄化剤を吹き込んで排気経路内で直接排ガスと反応させる場合、高温炉からの排ガスは１チャージ操業を通じて時間的に排ガス温度の変動が大きく、どのタイミングで浄化剤を吹き込んだら最も効率高く排ガス浄化を行えるかを見計らうのが難しい問題がある。

また排ガス中のダイオキシン濃度を低下させるための浄化剤としては特許文献３に開示されているCa・Si系のCa剤以外にも様々なものがあり、この場合、それらの浄化剤をその種類に応じてどのようなタイミングで吹き込むかを選定する場合にも同様の問題が生ずる。

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上に排ガス温度を検知する温度センサを設けるとともに、該排ガス中のダイオキシン類濃度を低下せしめる浄化剤の吹込ノズルを設け、複数種類の該浄化剤のうち該温度センサにて検知される排ガス温度で最も浄化効率の高い浄化剤を選択して前記吹込ノズルから前記排気経路内に吹き込んで排ガス浄化を行うことを特徴とする。

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、高温度からの排気経路上に温度センサと吹込ノズルとを設け、複数種類の浄化剤のうち、温度センサにて検知される排ガス温度で最も浄化効率の高い浄化剤を選択して吹込ノズルから排気経路内に吹き込んで排ガス浄化を行うもので、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、吹込ノズルから吹き込んだ浄化剤により、可及的に高い効率でダイオキシン類濃度を低減することができ、排ガスを効果的に浄化することができる。

本発明は特にアーク炉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、排気経路１２の燃焼塔１４入口の位置に、浄化剤を排気経路１２内に吹き込む吹込ノズル２６と、排ガス温度を検知するための温度センサとしての熱電対２８が設けられている。
ここで吹込ノズル２６は、後述の３種類の浄化剤のうちから選択されたものを吹き込む。また熱電対２８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。
この実施形態では、排ガス中のダイオキシン類濃度を低減させるための浄化剤として特許文献３に示すCa・Si剤，消石灰又は生石灰からなるCa剤及び活性炭が用いられている。

但しここではCa・Si剤として次のものを用いた。
即ち、ここではCa・Si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Ca・Si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。

図中３０ＡはCa・Si剤の供給装置で、３０Ｂは消石灰又は生石灰からなるCa剤の供給装置、３０Ｃは活性炭の供給装置である。
尚Ca・Si剤，消石灰等から成るCa剤，活性炭は何れも粉末状で供給装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから供給管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを通じて供給される。
これら供給管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ上には、管路を開閉し各浄化剤の供給・遮断を制御するバルブ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが設けられている。
これら供給管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃは、１つの共通した供給管３６に接続され、そしてこの供給管３６が上記の吹込ノズル２６に接続されている。

上記バルブ３４Ａ，３４Ｂ，３２Ｃはコントローラ３８に電気的に接続されていて、各バルブ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの開閉がコントローラ３８にて制御されるようになっている。
このコントローラ３８にはまた上記の熱電対２８が電気的に接続され、熱電対２８による排ガス温度の検知情報がコントローラ３８へと入力されるようになっている。

表１及び図２（Ａ）は、塩素濃度５０ｐｐｍの各種温度の排ガスに上記Ca・Si剤を吹き込んだときの吹込後の塩素濃度及び塩素除去率（但し図２（Ａ）では塩素除去率のみ）を表しており、また表２及び図２（Ｂ）は、塩素濃度５０ｐｐｍの各種温度の排ガスに消石灰を吹き込んだときの吹込後の塩素濃度及び塩素除去率（但し図２（Ｂ）は塩素除去率のみ）を表している。

これらの表及び図の比較から明らかなように、Ca・Si剤は排ガス温度が６００〜９００℃のときに塩素の除去効率が最も高く、従って同温度範囲内でCa・Si剤を吹き込んだときに特に有効に働く。
一方消石灰からなるCa剤の場合、排ガス温度２００〜６００℃の温度範囲で最も効率高く塩素除去する。
換言すれば、排ガス温度６００℃〜９００℃のときには消石灰からなるCa剤よりもCa・Si剤の方が塩素の除去効率が高く、また逆に排ガス温度が２００〜６００℃の温度範囲内にあるときにはCa・Si剤よりも消石灰からなるCa剤の方が塩素除去効率が高く、従って排ガス温度がこの温度範囲内にあるときにはCa・Si剤よりも消石灰からなるCa剤を吹き込んだ方が排ガス浄化に対して、詳しくは排ガス中のダイオキシン濃度低減のための浄化剤としてより有効である。
また図示はしていないが、排ガス温度が２００℃以下のときには活性炭が有効に働く。
ここで活性炭は主として塩素除去よりもダイオキシンそのものを吸着して排ガス中からこれを除去する働きをなす。

本実施形態では、アーク炉１０からの排ガス温度を熱電対１８にて検知する。
そしてその検知温度が６００℃〜９００℃の温度範囲にあるときには、コントローラ３８がバルブ３４Ａだけを開弁させて供給装置３０ＡからCa・Si剤を供給管３２Ａ，３６を通じて吹込ノズル２６に供給させ、そして吹込ノズル２６から排気経路１２内へと吹き込ませる。

また一方排ガス温度が２００〜６００℃の温度範囲内にあるときには、コントローラ３８がバルブ３４Ｂだけを開弁させて、供給装置３０Ｂから消石灰からなるCa剤を供給管３２Ｂ，３６を通じて吹込ノズル２６へと供給させ、そして吹込ノズル２６から排気経路１２内へと吹き込ませる。
更に排ガス温度が２００℃以下である場合には、コントローラ３８がバルブ３４Ｃだけを開弁させて、供給装置３０Ｃから活性炭を吹込ノズル２６へと供給させ、排気経路１２内へと吹き込ませる。

以上のような本実施形態によれば、温度センサとしての熱電対２８にて検知される排ガス温度の下で、最も浄化効率の高い浄化剤を選択して排気経路１２内に吹き込んで排ガス浄化を行うことから、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、吹込ノズル２６から吹き込んだ浄化剤により可及的に高い効率でダイオキシン類濃度を低減することができ、排ガスを効果的に浄化することができる。
更に本実施形態によれば各浄化剤を最も効果を高く発揮する排ガス温度の下で吹き込むようにしているため、各浄化剤の使用量を可及的に少なくすることができ、浄化剤に要するコストを低減することができる利点も得られる。

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。
例えば上例では同一の吹込ノズルから３種類の浄化剤のうちの何れかを選択して排気経路１２内に吹き込むようにしているが、場合によって各浄化剤に対応した吹込ノズルを別々に設けておいて、各対応する吹込ノズルからそれぞれの浄化剤を排気経路１２へと吹き込むようになすことも可能である。

また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り、更に上記例示した以外の浄化剤を選択して排気経路内へ吹き込むようになすことも、また選択した浄化剤に応じて適正吹込温度範囲を様々に設定することも可能であるなど、本発明は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した図である。排ガス温度と浄化剤吹込みによるCl除去率との関係を示す図である。

符号の説明

１０アーク炉
１２排気経路
２６吹込ノズル
２８熱電対（温度センサ）

Claims

高温炉からの排ガスを排出する排気経路上に排ガス温度を検知する温度センサを設けるとともに、該排ガス中のダイオキシン類濃度を低下せしめる浄化剤の吹込ノズルを設け、複数種類の該浄化剤のうち該温度センサにて検知される排ガス温度で最も浄化効率の高い浄化剤を選択して前記吹込ノズルから前記排気経路内に吹き込んで排ガス浄化を行う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。