JP2010084958A

JP2010084958A - 排ガス冷却装置

Info

Publication number: JP2010084958A
Application number: JP2008252048A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Tanaka; 芳幸田中; Yoshinori Ueshima; 好紀植島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP5755828B2

Abstract

【課題】溶銑予備処理時に発生する高温の排ガスを冷却する際、熱交換ユニットが排ガス中のダストで閉鎖するのを防止できる排ガス冷却装置を提供する。
【解決手段】高温の排ガスの熱を冷却用の空気に伝えられるように排ガス通路９及び空気通路１０がプレート２１を挟んで交互に形成される複数のプレート型熱交換ユニット８を、上下方向に積み重ねることなく水平方向に配列する。水平方向に配列された複数のプレート型熱交換ユニット８それぞれに、排ガス通路９に付着するダストを吹き払うスートブロワ１８を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、溶銑予備処理時に発生する高温の排ガスを冷却する冷却装置に関する。

高炉によって作られた溶銑は混銑車によって転炉工場に輸送される。溶銑中にはＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｔｉ，Ｖなどの元素が例えば５〜８％程度含まれている。溶銑の成分組成は製鋼工程における精錬能率や鋼の品質に大きく影響する。製鋼工程を合理化し、操業を容易にするため、溶銑の成分組成や生産鋼種に応じて種々の形式の溶銑予備処理法が採用されている。溶銑の予備処理は脱燐、脱硫が主体であり、混銑車、溶銑取鍋などで行われる。製鋼工場内に予備処理のための専用設備を設けて溶銑を脱燐、脱硫する。

混銑車にて固体酸素源を溶銑中に吹き込んで溶銑予備処理（主に脱燐処理）を行う際、ダスト含有の高温の排ガスが発生する。この排ガスを処理する排ガス処理設備として、高温の排ガスを冷却する排ガス冷却装置と、冷却された排ガス中のダストを集塵する集塵装置と、を設けなくてはならない。

従来の排ガス冷却装置としては、以下の四種類が知られている。
（ａ）自然蒸発冷却方式（Water Pool方式）
（ｂ）強制水冷方式（Shell & Tube方式）
（ｃ）自然空冷方式（Radiation方式）
（ｄ）強制空冷方式（Plate方式）
これらの各種冷却装置について、ダスト付着防止の観点から添付図面を参照してその概要を説明する。

（ａ）図７（ａ）に示されるように、タンク３１中に収容された水のプールに浸漬された熱交換ユニット３２中に高温ガスを通過させるもので、排ガスダクト３３は入側で複数のチューブ３４に分岐して水中に浸漬され、出側で一本のダクト３５に集められる。排ガスダクト３３に高温ガスを通すことで排ガスの熱がタンク３１中の冷却水に伝えられる。

（ｂ）図７（ｂ）に示されるように、シェル３６中に複数のチューブ３７に分岐した熱交換ユニット３８を収容し、ポンプ３９を用いてチューブ３７に冷却水を通す。一方、シェル３６中に高温の排ガスを通すことで、排ガスを熱交換ユニット３８内の冷却水に伝える。高温になった冷却水は冷却塔４０で再度冷やされ、循環使用される。

（ｃ）図７（ｃ）に示されるように、高温の排ガス用ダクト４１を多数のチューブ４２に分岐させ、高温の排ガスを自然冷却した後、再び一本のダクト４３として集める方式。

（ｄ）図７（ｄ）に示されるように、複数の金属板４４を一定間隔を空けて並列配置し、金属板４４を挟んで形成された排ガス通路４５に高温の排ガスを、空気通路４６に冷却用の空気を流す方式。高温の排ガスの熱は熱交換ユニット４７内の金属板４４を介して冷却用の空気に伝えられる。

ところで、近年、脱燐、脱硫を目的として、溶銑予備処理においてソーダ灰を精練剤として利用することが多い。しかし、ソーダ灰には潮解性があって、これを含むダストにより排ガス冷却装置が詰まり、操業不可能になることが往々にしてある。このガス冷却装置の詰まりは、ダストを回収して再利用を図ろうとする溶銑予備処理操業において大きな問題になっている。

この問題を解決するために特許文献１には、図７（ｄ）に示される強制空冷方式の熱交換ユニットを用い、熱交換ユニットの金属板の温度が高温の排ガスの露点温度以下にならないように制御し、排ガス中のダストが排ガス通路に付着するのを防止する排ガス冷却装置が開示されている。
特開平２−２２８４１３号公報

しかし、特許文献１に記載の冷却装置にあっては、冷却用の空気の流量を調整するために送風機の回転数を制御したり、熱交換ユニットの入側及び出側のダクトに開閉可能なダンパを設けたりする必要があるので冷却装置が複雑化する。また、熱交換ユニットの金属板を排ガスの露点温度以下に制御したのでは、熱交換の効率が低下してしまう。

しかも、たとえソーダ灰を使わなくても、高温の排ガスを冷却するのに必要な熱交換ユニットの長さが長くなりすぎると、熱交換ユニットの排ガス通路に付着したダストを除去したり清掃したりするための気体噴射が行き届かなくなる。一定期間が経過すると、熱交換ユニットの排ガス通路が閉鎖してしまうので、操業を停止してのジェット洗浄等が必要になる。操業を停止してのメンテナンスは設備のダウンタイムを発生させる。

そこで本発明は、熱交換ユニットが排ガス中のダストで閉鎖するのを防止できる排ガス冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、溶銑予備処理時に発生する高温の排ガスを冷却する排ガス冷却装置において、高温の排ガスの熱を冷却用の空気に伝えられるように排ガス通路及び空気通路がプレートを挟んで交互に形成される複数のプレート型熱交換ユニットを、上下方向に積み重ねることなく水平方向に配列し、水平方向に配列された前記複数のプレート型熱交換ユニットそれぞれに、前記排ガス通路に付着するダストを吹き払うスートブロワを組み合わせる排ガス冷却装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排ガス冷却装置において、前記プレート型熱交換ユニットは、前記高温の排ガスと前記冷却用の空気の流れる方向が直交する直交式のプレート型熱交換ユニットであり、水平方向に配列された前記複数のプレート型熱交換ユニットには、水平方向に前記冷却用の空気が流されると共に、隣接する前記プレート型熱交換ユニットで前記高温の排ガスの流れる方向が上下反転するように、水平方向に配列された前記複数のプレート型熱交換ユニットに流される前記高温の排ガスが蛇行することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排ガス冷却装置において、前記プレート型熱交換ユニットの上下方向の高さは、３０００ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス冷却装置において、前記スートブロワは、前記プレート型熱交換ユニットの上部に配置されたランスを水平方向に移動させながら前記プレート型熱交換ユニットの前記排ガス通路に圧縮空気を噴射することを特徴とする。

排ガスを冷却するのに必要な伝熱面積を複数のプレート型熱交換ユニットによって確保し、この複数のプレート型熱交換ユニットを上下方向に積み重ねるのではなく、水平方向に配列することで、各プレート型熱交換ユニットの高さを抑制することができ、スートブロワを用いた気体噴射を各プレート型熱交換ユニットの全体に行き届かせることができる。したがって、プレート型熱交換ユニットがダストで閉鎖するのを防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。高炉で作られる溶銑は混銑車によって製鋼工場に輸送される。高炉の装入原料や操業条件によって溶銑成分にはかなりの変動が認められ、必ずしも次の製鋼工程に適した成分組成であるとは限らない。製鋼工程で要求される溶銑の成分組成は、最終の溶鋼の目標成分組成や製鋼工程、生産能率によって異なってくる。そこで溶銑の成分組成、製鋼精練方式、生産鋼種などに応じて適宜に溶銑の予備処理を行う必要がある。

溶銑の予備処理は、製鋼工場内に設けられた予備処理のための専用設備によって行われる。混銑車は予備処理のための処理ステーションに移動される。図１に示されるように、処理ステーションにおいて混銑車１には酸素源や精練剤を吹き込むためのランス２が挿入される。

図２は排ガス処理装置の概略図である。溶銑予備処理時に混銑車１から酸化鉄のダストを含んだ排ガスが発生する。予備処理ステーション３からブロワ４に吸引された排ガスは、ダクト５に集められ、排ガス冷却装置６により冷却される。そして、所定の温度にて集塵機７に集められる。

図３に示されるように、排ガス冷却装置６には複数のプレート型熱交換ユニット８が組み込まれる。図３には単一のプレート型熱交換ユニット８が示されている。プレート型熱交換ユニット８には、平行に配列された複数枚の金属板２１を介して排ガス通路９と空気通路１０とが交互に形成される。排ガス通路９には混銑車１から発生する高温の排ガスが流される。空気通路１０には冷却用の空気が流される。排ガスが流れる方向と空気が流れる方向とは互いに直交する。高温の排ガスの熱は金属板２１を介して冷却用の空気に伝えられる。

図４は排ガス冷却装置６の側面図を示す。排ガス冷却装置６には、複数のプレート型熱交換ユニット８が上下方向に積み重ねることなく水平方向に配列される。この実施形態においては、排ガス冷却装置６の側方からみて合計四つのプレート型熱交換ユニット８が水平方向に一列に並べられる。複数のプレート型熱交換ユニット８の伝熱面積を合算することで、高温の排ガスを冷却するのに必要な伝熱面積が確保される。各プレート型熱交換ユニット８の高さは３０００ｍｍ以下に設定される。

水平方向に配列された四つのプレート型熱交換ユニット８には水平方向に冷却用の空気が流される。左側のＮｏ．１のプレート型熱交換ユニット８ａに空気の入口１１が形成される。右側のＮｏ．４のプレート型熱交換ユニット８ｄに空気の出口１２が形成される。冷却用の空気は、Ｎｏ．１のプレート型熱交換ユニット８ａからＮｏ．４のプレート型熱交換ユニット８ｄまで順番に通過する。

一方、各プレート型熱交換ユニット８には、上下方向に高温の排ガスが流される。隣接するプレート型熱交換ユニット８で高温の排ガスが流れる方向が反転するように、水平方向に配列された複数のプレート型熱交換ユニット８に流される高温の排ガスが蛇行する。Ｎｏ．４のプレート型熱交換ユニット８ｄの上部には、排ガスの入口１３が形成される。Ｎｏ．１のプレート型熱交換ユニット８ａの上部には、排ガスの出口１４が形成される。Ｎｏ．４のプレート型熱交換ユニット８ｄの下部とＮｏ．３のプレート型熱交換ユニット８ｃの下部とは排ガスダクト１５によって接続される。Ｎｏ．３のプレート型熱交換ユニット８ｃの上部とＮｏ．２のプレート型熱交換ユニット８ｂの上部も排ガスダクト１６によって接続され、Ｎｏ．２のプレート型熱交換ユニット８ｂの下部とＮｏ．１のプレート型熱交換ユニット８ａの下部も排ガスダクト１７によって接続される。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のプレート型熱交換ユニット８ａ〜８ｄに水平方向に冷却用の空気を流すと共に、上下方向に高温の排ガスを流すことで、高温の排ガスの熱が各熱交換ユニット８の金属板２１を介して冷却用の空気に伝えられる。空気によって冷却された排ガスは、排ガスの出口１４から排出される。

プレート型熱交換ユニット８の排ガス通路９にはダストが付着する。排ガス通路９に付着したダストを吹き払うために、各プレート型熱交換ユニット８の上部にはスートブロワ１８が組み合わされる。スートブロワ１８はプレート型熱交換ユニット８の排ガス通路９に上下方向に圧縮空気を噴射する。湿気は詰まりを助長するおそれがあるが、圧縮空気の替わりに蒸気を噴射してもよい。

図６はスートブロワ及びプレート型熱交換ユニット８の平面図を示す。この実施形態では、左右方向に四列、奥行方向に四段、合計十六個のプレート型熱交換ユニット８が設けられる。スートブロワ１８は一対のプレート型熱交換ユニット８に対して一つ設けられる。各スートブロワ１８には、ランス１９が設けられている。ランス１９は圧縮空気を供給するための供給源、及び圧縮空気の圧力を調整するための圧力調整機構に接続される。ランス１９の先端には圧縮空気を噴射するための複数のノズル１９ａが設けられる。左右方向の二個のプレート型熱交換ユニット８を行き来できるように、ランス１９は駆動源によって軸線方向に移動される。ノズル１９ａが回転することによってプレート型熱交換ユニット８の上下方向に圧縮空気を噴射しつつ、ノズル１９ａを左右方向に移動させることで、一対のプレート型熱交換ユニット８の全体に圧縮空気を行き渡らせることができる。

プレート型熱交換ユニットの高さを３０００ｍｍ以下にすることによって、清掃のためのスートブロワ１８によるエアー噴射をプレート型熱交換ユニット８の排ガス通路９上下方向の全体に行き届かせることができる。したがって、排ガス通路へのダストの付着を防止することができる。また、これにより溶銑予備処理の操業を停止してまでプレート型熱交換ユニット８を清掃する必要もなくなり、ダスト付着防止を継続しながら安定的に脱燐処理操業を継続できる。

図５は比較例としてプレート型熱交換ユニットを上下方向に積み重ねた例を示す。図中左側に三段のプレート型熱交換ユニット２２ａ〜２２ｃが積み重ねられ、右側に一段のプレート型熱交換ユニット２２ｄが配置される。プレート型熱交換ユニット２２ａ〜２２ｄには、水平方向に冷却用の空気が流されると共に、上下方向に高温の排ガスが流される。ここで、最上段のＮｏ．１のプレート型熱交換ユニット２２ａを通過した空気は蛇行して、中段のＮｏ．２のプレート型熱交換ユニット２２ｂを通過し、再び蛇行して下段のＮｏ．３のプレート型熱交換ユニット２２ｃを通過する。そして、右側のＮｏ．４のプレート型熱交換ユニット２２ｄを通過する。一方、高温の排ガスはＮｏ．４のプレート型熱交換ユニット２２ｄを上から下に向かって通過した後、反転してＮｏ．３からＮｏ．１のプレート型熱交換ユニット２２ａ〜２２ｃを下から上に向かって通過する。スートブロア２３は三段に積み重ねられた左側の三つのプレート型熱交換ユニット２２ａ〜２２ｃの上部に一つ、右側のプレート型熱交換ユニット２２ｄの上部に一つ設けられる。この比較例においては、左側の三つのプレート型熱交換ユニット２２ａ〜２２ｃの上部に設けたスートブロア２３のエアー噴射が最下段のプレート型熱交換ユニット２２ｃまで行き届かず、一定期間が経過すると最下段のプレート型熱交換ユニット２２ｃの排ガス通路が閉鎖してしまう。

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更可能である。たとえば、プレート型熱交換ユニットは排ガスの流れと空気の流れが直交する直交式に限られることなく、排ガスの流れと空気の流れが対向する向流式や、同一方向の並流式のものが用いられてもよい。

混銑車の断面図排ガス処理装置の概略図プレート型熱交換ユニットの斜視図本発明の一実施形態の排ガス冷却装置の側面図比較例の排ガス冷却装置の側面図スートブロワの平面図従来の冷却装置の概略図

符号の説明

１…混銑車
６…排ガス冷却装置
８…プレート型熱交換ユニット
８ａ〜８ｄ…Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４プレート型熱交換ユニット
９…排ガス通路
１０…空気通路
１８…スートブロワ
２１…金属板（プレート）

Claims

溶銑予備処理時に発生する高温の排ガスを冷却する排ガス冷却装置において、
高温の排ガスの熱を冷却用の空気に伝えられるように排ガス通路及び空気通路がプレートを挟んで交互に形成される複数のプレート型熱交換ユニットを、上下方向に積み重ねることなく水平方向に配列し、
水平方向に配列された前記複数のプレート型熱交換ユニットそれぞれに、前記排ガス通路に付着するダストを吹き払うスートブロワを組み合わせる排ガス冷却装置。
前記プレート型熱交換ユニットは、前記高温の排ガスと前記冷却用の空気の流れる方向が直交する直交式のプレート型熱交換ユニットであり、
水平方向に配列された前記複数のプレート型熱交換ユニットには、水平方向に前記冷却用の空気が流されると共に、
隣接する前記プレート型熱交換ユニットで前記高温の排ガスの流れる方向が上下反転するように、水平方向に配列された前記複数のプレート型熱交換ユニットに流される前記高温の排ガスが蛇行することを特徴とする請求項１に記載の排ガス冷却装置。
前記プレート型熱交換ユニットの上下方向の高さは、３０００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス冷却装置。
前記スートブロワは、前記プレート型熱交換ユニットの上部に配置されたランスを水平方向に移動させながら前記プレート型熱交換ユニットの前記排ガス通路に圧縮空気を噴射することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス冷却装置。