JP2013545060A - 製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器、こうした熱交換器を含む製鉄所の燃焼ガスの処理のための装置及び関連処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器（１）であって、互いに対向しかつ位置合わせされた燃焼ガスの入口マニホルド（３）及び燃焼ガスの出口マニホルド（４）を含む少なくとも１つのモジュール（１００）の支持構造体（２）と、入口マニホルド（３）と出口マニホルド（４）との間に延びかつ互いから所定の距離をおいて互いに重ね合わされた複数のパネル（５）を含み、隣接するパネル（５）の対は肩部（７）により横方向が閉じられ、かつ対向する端部にそれぞれ入口マニホルド（３）と連通する入口開口部（８）と出口マニホルド（４）と連通する出口開口部（９）とを有する、燃焼ガスの流れチャネル（６）を定め、パネル（５）と関連付けられた冷却液の循環ダクト（１０）と、チャネル（６）の１つ又はそれ以上の入口開口部（８）の第１の選択的閉鎖手段（１４）と、チャネル（６）の１つ又はそれ以上の出口開口部（９）の第１の選択的閉鎖手段（１５）とが設けられ、チャネル（６）の各々は、少なくとも１つが取り外し可能型のものである肩部（７）のそれぞれの対により横方向が閉じられることを特徴とする熱交換器（１）に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器に関する。
本発明は、こうした熱交換器を含む製鉄所の燃焼ガスの処理のための装置及び関連処理方法にも関する。

製鉄所プラント、特に製鋼所プラントについて、製鋼所プラントは、酸化物、金属及び金属酸化物（Ｆｅ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｎＯ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ等）並びに、例えば供給原料中に存在する高分子有機物質等の汚染物質を含む両方のダクトが存在する、１５００℃から１８００℃までの間（電気炉出口における）、及び、８００℃から９００℃までの間（再燃焼装置又は供給原料の予熱システムの出口における）で変動する温度で、大量の燃焼ガスを放出することが知られている。

様々な国において適用可能な規則は、燃焼ガスに冷却及び還元処理を施さなくてはならないという規則を満たすために、大気中への放出物の温度及び組成に対して厳しい規制を課しており、そのことは、プラントの運転費用に多大な影響を与える。

こうした処理の経済的影響を制限するために、長期にわたり、燃焼ガスの熱、及び内部に含まれるダストの回収を目指した技術が開発されてきた。

ダストについては、ひとたび適切なダスト除去装置において燃焼ガスから分離されると、ダストには、特にＦｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ及びその他のような金属を含む、内部に存在する再利用可能物質の回収処理が施される。こうした処理は既知であり、確立しており、乾式精錬（ｐｙｒｏ−ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）又は高温−湿式精錬（ｐｙｒｏ−ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）工程に基づく。

燃焼ガスの熱については、これは、例えば、電気炉の供給原料若しくは燃焼ガス自体の後燃焼工程における燃焼補助材として用いられる気体を予熱するために、又は蒸気生成のためのエネルギー源として使用される。
このタイプの技術は、例えば、国際公開第２００５／０８３１３０号パンフレット（特許文献１）及び米国特許第４，６５５，４３６号明細書（特許文献２）に記載される。

特に、製鉄所の燃焼ガス、さらにより具体的には、製鋼所の燃焼ガスに関係する態様は、燃焼ガス中のダイオキシン及び／又はフランの存在であり、こうした用語は、ダイオキシン、ダイオキシン様物質及びフラン、及び／又はそれらの前駆体の「毒物学的」クラス全体を指すことを意図する。

こうした物質の存在は、主として、鋼製造用の炉の供給原料としての、高分子有機物質、特に塩化物質を含有する原料の使用に起因する。こうした原料は、例えば、塗料、油脂、ゴム、プラスチック材料等が存在する、例えば金属スクラップから成る。

ダイオキシンは、燃焼ガスを８００乃至８５０℃より高い温度に十分に長時間保持することにより除去されることが知られている。しかしながら、ダイオキシンは、燃焼ガス処理プラントの「低温」区間において再形成されることも知られている。実際のところ、燃焼ガス中に、供給原料として使用されるスクラップ内に存在する高分子有機物質の燃焼により形成されたダイオキシンの前駆体（クロロベンゼン及びクロロフェノール）が存在する場合、これらの前駆体は、約８００℃から約２００℃までの間の温度範囲において反応し、こうした温度範囲に長くとどまるほど、ますます大量のダイオキシンを形成する。

製鉄所プラントの燃焼ガス、特に製鋼所プラントの燃焼ガス中のダスト、及びダイオキシン、フラン及び／又はそれらの前駆体、並びに酸及び塩等の他の物質を含む化学汚染物質の両方の存在は、再利用のために燃焼ガス自体内に含まれる熱の回収を問題のあるものにする。一方、実際に、ダスト中の金属酸化物は、接触する表面に摩耗及び侵食作用を有し、燃焼ガスの流速を低下させるという制限を生じる。しかしながら、燃焼ガスの流速が低下すると、燃焼ガスからのダスト自体の分離及び堆積が増大し、そのことは、その熱交換係数に限度があるため、熱交換容量を低下させる。他方、汚染、有毒又は有害物質の内容物、特に大気中に放出される燃焼ガス中に存在するダイオキシン及びフランが、規則により設定された限度内であることを確実にすることが必要である。

現在までに開発された技術は、汚染、有毒又は有害物質の削減に焦点を合わせていた。こうした技術は、化学的処理、物理的処理及び熱処理に基づいている。

既知の化学的処理は、例えば特開第２００８−０４９２０６号（特許文献３）及び特開第２００７−２６８３７２号（特許文献４）に記載されるように、例えば、こうした物質の形成を抑制する又はそれらの前駆体を捕捉する特性を有する適切な化学剤を燃焼ガスが辿る経路の区間内に直接射出することから成る。

製鉄所プラントの燃焼ガスが通るダクト内部のような汚染された汚い環境内に、組成が一定でなく事前に分からない化学剤を添加すると、予期しない化学反応を引き起こして予測したものとは異なる物質が形成され、この物質が環境及び／又はプラント自体に害を及ぼすことがある。

さらに、こうした化学剤を燃焼ガスが通るダクト内に直接射出することにより、化学剤の一様な分布が困難になる。最後に、燃焼ガス中に存在するダスト及び微粒子は、射出された化学剤を妨害し取り込んで、その効果を減少させる。

別の既知の化学的処理は、直接燃焼ガスが通るダクト内に、又は燃焼ガス自体が辿る経路に沿って設けられた適切なチャンバ又はタワー内に、水を霧状又は雨状に射出することによる燃焼ガスのいわゆる洗浄から成る。

燃焼ガスの排出ダクト内に水を直接噴霧することにより燃焼ガスを同時に洗浄及び冷却のためのシステムの例が、英国特許第１，２３５，８０３号明細書（特許文献５）に記載される。

燃焼ガスの流れに導入される水は、燃焼ガス中に存在する可溶性物質を溶解する。しかしながら、こうした処理は、水中のこうした化合物の可用性が低いために、ダイオキシン及びフランに対する有効性に限度がある。活性コークスが洗浄液に導入される場合、有効性は増大する。

こうしたシステムはまた、破棄物処理の問題も伴う。事実、有害物質は、実際に、洗浄液内に移送され、従って、洗浄液を適切に処理して廃棄しなければならない。

上述の（化学剤の直接射出による又は洗浄による）化学剤の有効性は、最終的には、燃焼ガスの温度により制限される。こうした温度が高いほど、化学剤又は洗浄液がその作用を発揮せずに蒸発する又はこれにより捕捉された微粒子を解放する可能性が高くなる。

物理的処理は、フィルタの使用、特に活性炭素フィルタの使用に基づいている。しかしながら、こうしたフィルタの有効性は、これを通る燃焼ガスの温度と関連し、温度が高いほど、フィルタ処理の有効性が低くなる。従って、物理的処理は、フィルタに入る燃焼ガスの温度の低下、及び、フィルタ自体の目詰まり、その後のフィルタの再生又は交換を回避するための予備フィルタ処理又はデカント処理の少なくとも１つを必要とする。

フィルタ処理される燃焼ガスの温度を低減させるため、並びに化学的処理を施すために、燃焼ガスを大気と混合させること、及び「ヘアピン冷却機」として当技術分野において周知の放射型熱交換器において処理することも知られている。
燃焼ガスを大気と混合する場合、処理すべき体積が増大するという不利な点がある。

他方、放射型の熱交換器は、燃焼ガス中に活性コークスのダストを射出すること及び活性炭素ベッドを通して燃焼ガスをフィルタ処理することの両方により、処理される燃焼ガスの温度を低下させるために用いられる。

熱交換器は、製鉄所プラントの上屋の外に配置された、３００ｍｍから６００ｍｍまでの直径、８ｍから２０ｍまでの間の長さを有する管束から成り、ダクトの壁から周囲環境への熱の放射による伝達に加えて、管をなめ取る大気も冷却液の役割を果たす。こうしたタイプの冷却は、一定かつ反復可能な特徴を有さず、周囲空気の温度に影響を及ぼす気候変動のみを考慮しなければならない。さらに、こうした熱交換器において、管の寸法に起因して、燃焼ガスは強力な速度低下を被るため、一方で管自体に対する摩耗作用が低減する場合、他方では、特に金属酸化物のダストの堆積を助長し、それにより熱交換が妨げられる。

最後に、燃焼ガス処理プラントの「低温」区域におけるダイオキシンの合成を妨げる特定の目的のために、燃焼ガスにいわゆる「急冷」を施すことが知られている。
現在、急冷は、「湿式」方法又は「乾式」方法により実行される。

「湿式」急冷法は、全体的に洗浄処理（スクラビング）に類似しており、一般的には水である冷却液を、燃焼ガスの流れ内に噴霧又は射出する。従って、こうした方法は、洗浄（スクラビング）方法と関連して上で強調された、特に生成される廃棄物を処理又は廃棄しなければならないという同じ欠点を有する。

「乾式」急冷法は、例えば特開第２０００−２１０５２２号（特許文献６）に記載されるような、燃焼ガスの流れへの吹き込み空気、又は例えば中国特許第１０１２７４２１２号明細書（特許文献７）若しくは特開昭５９−１１２１９７号明細書（特許文献８）に記載されるような、管束熱交換器の使用に基づいている。

しかしながら、管束熱交換器において、ダストの堆積物及び付着物は容易かつ頻繁に形成され、一方では熱交換器の効率、従って、効果的な急冷に必要とされる温度低下の程度を低減させ、他方では、管を目詰まりさせて燃焼ガスの流れを妨げる。

こうした欠点を克服するために、一般に多数の管が設けられ、この種の交換器の動作中に生じ得る流速及び熱交換の低下を補償する。

いずれにせよ、こうした熱交換器は、洗浄作業を必要とし、この洗浄作業は、プラントの休止期間中にしか実行することができず、また、多数の管の存在により複雑で多くの時間と労力を要する。

国際公開第２００５／０８３１３０号パンフレット 米国特許第４，６５５，４３６号明細書 特開第２００８−０４９２０６号 特開第２００７−２６８３７２号 英国特許第１，２３５，８０３号明細書 特開第２０００−２１０５２２号 中国特許第１０１２７４２１２号明細書 特開昭５９−１１２１９７号

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を克服することである。

特に、本発明の目的は、ダイオキシン及び／又はフランの合成を制御し、大気放出に関する基準により設定されたダイオキシン及び／又はフランの濃度の限度を遵守するために、燃焼ガスの温度を急速かつ大幅に低下させることを可能にする製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器を提供することである。

本発明の更に別の目的は、構造的及び建設的に単純であり、かつ、プラントを休止させる必要としなくても容易に保守又は洗浄作業を行うことを可能にする、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器を提供することである。

本発明の更に別の目的は、中を通る燃焼ガスが取り去った熱の回収を可能にする、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器を提供することである。

本発明の更に別の目的は、製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための装置、並びに、ダイオキシン及び／又はフランの合成を制御し、大気放出に関する基準により設定されたダイオキシン及び／又はフランの濃度の限度を遵守するために、燃焼ガスの温度を急速かつ大幅に低下させることを可能にし、かつ燃焼ガス自体から抽出された熱を効率的に回収することを可能にする関連処理方法を提供することである。

本発明の別の目的は、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器、及び特に単純かつ機能的であり、低コストの製鉄所プラントの燃焼ガスを処理するための装置を実現することである。

本発明によるこれらの目的は、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器であって、互いに対向しかつ位置合わせされた燃焼ガスの入口マニホルド及び燃焼ガスの出口マニホルドを含む少なくとも１つのモジュールの支持構造体と、入口マニホルドと出口マニホルドとの間に延びかつ互いから所定の距離をおいて互いに重ね合わされた複数のパネルを含み、隣接するパネルの対は、肩部により横方向が閉じられ、かつ対向する端部にそれぞれ入口マニホルドと連通する入口開口部と、出口マニホルドと連通する出口開口部とを有する燃焼ガスの流れチャネルを定め、パネルと関連付けられた冷却液の循環ダクトとが設けられることを特徴とする熱交換器を実現することにより達成される。

好ましい実施形態において、パネルの対、すなわち燃焼ガスの流れチャネルは、パネル自体の間に定められた中空空間と交互する。

さらに別の好ましい実施形態において、燃焼ガスの全ての流れチャネルの対向する側を閉じる２つの横方向肩部が設けられる。代替的に、各チャネルは、それぞれの肩部の対により横方向が閉じられる。いずれの場合も、肩部は、チャネルの全てを同時に閉じるものであれ、各チャネルを個別に閉じるものであれ、取り外し可能型であり、洗浄及び保守作業を実行するためにチャネル自体に容易にアクセスすることができる。

好ましい実施形態において、燃焼ガスの流れチャネルの入口開口部の第１の同時又は選択的閉鎖手段が設けられ、かつチャネル自体の出口開口部の第２の同時又は選択的閉鎖手段を設けることもできる。

さらに別の好ましい実施形態において、燃焼ガスの各流れチャネルは、それぞれの取り外し可能肩部、及びチャネルの入口開口部及び出口開口部の第１の選択的閉鎖手段及び第２の選択的閉鎖手段により横方向が閉じられる。こうした構成により、燃焼ガスの流れから１つのチャネルを除外し、他のチャネルを動作状態に維持しながら、保守及び洗浄作業が行えるようにすること、及び処理すべき燃焼ガスの体積の削減に取り組むことの両方が可能である。

さらに別の好ましい実施形態において、直列の２つのモジュールが設けられ、それぞれのチャネルは垂直に位置合わせされる。

燃焼ガスの流れチャネルの横断面は、燃焼ガスが段階的に冷却するにつれてもたらされる体積の減少を補償するため及び高い流速を維持するために、入口開口部に始まり出口開口部に向けて減少する。

また、本発明の目的を形成するのは、製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための装置であって、電気アーク炉又は転炉から出る燃焼ガスを捕捉するための群と、捕捉した燃焼ガスの予備処理群と、入口マニホルドが予備処理群の出口に接続され、かつ、出口マニホルドが燃焼ガスの取り込み群に接続された上記に定められた熱交換器と、該交換器から出る燃焼ガスの後処理群と、該交換器内で動作する冷却液の回路とを含み、該回路に沿って交換器を出る冷却液の冷却群が配置され、エネルギー又は加温されたサービス液の生成のために冷却液への取り去られた熱の回収を行う装置である。

また、本発明の目的を形成するのは、製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための方法であって、
電気アーク炉又は転炉から出る、５００℃から１８００℃までの間の温度の燃焼ガスを捕捉するステップと、
予備処理群（２０３）から出る、８００乃至９００℃に近い温度の燃焼ガスを得るために、捕捉した燃焼ガスを予備処理群において予備処理するステップと、
３００℃／秒を上回るか又はこれに等しい、好ましくは３５０℃／秒に等しい、さらに好ましくは４００℃／秒に等しい平均急冷速度で、予備処理された燃焼ガスの温度を２００℃に近い値まで低下させ、燃焼ガスから取り去られた熱を冷却液に移動させることにより、予備処理された燃焼ガスに、熱交換器を通過させるステップと、
エネルギー又は加温されたサービス液の生成のために冷却液に移動された熱を回収するステップと、
を含む方法である。

燃焼ガスの冷却ステップは、本発明の目的である熱交換器において行われ、燃焼ガスは、熱交換器を１５ｍ／秒を上回るか又はこれに等しい平均流速で通り抜け、燃焼ガスの温度は、おおよそ８００乃至９００℃から２００℃まで急速かつ大幅に低下し、ダイオキシン及びフランの合成を制御することを可能にする。

冷却液は、透熱性油脂であり、これにより燃焼ガスから取り去られた熱は、エネルギー、特に電気エネルギー、又は、蒸気若しくは温水等の加温されたサービス液を生成するために回収されるか、又はそれ自体ベクトル液として使用される。

本発明の特徴及び利点は、添付の概略的な図面を参照する、限定的でなく例示的である以下の説明から明らかになるであろう。

本発明による熱交換器の概略的な上部側面断面図である。 図１の熱交換器の端部詳細を概略的にかつ拡大して示す。 図１の熱交換器の端部詳細を概略的にかつ拡大して示す。 図３の詳細を概略的にかつ拡大して示す。 支持構造体なしの、図１の熱交換器の概略的な不等角投影図である。 図５の平面ＶＩ−ＶＩで取った概略的な断面図である。 図５の端部詳細の部分的断面図を概略的に示す。 本発明による熱交換器の燃焼ガスの流れチャネルの部分の拡大図を概略的に示す。 本発明による熱交換器のパネルの平面ＩＸ−ＩＸで取った概略的な断面図である。 図９のパネル内のダクトを概略的に示す。 図８のチャネル部の全体図を概略的に示す。 本発明の目的である熱交換器の２つの異なる実施形態を概略的に示す。 本発明の目的である熱交換器の２つの異なる実施形態を概略的に示す。 本発明による製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための装置の図を示す。

図を参照すると、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器が、全体を１で示すように図示される。

熱交換器１は、互いに対向しかつ位置合わせされた燃焼ガスの入口マニホルド３及び燃焼ガスの出口マニホルド４を含む少なくとも１つのモジュール１００の支持構造体２を含む。
入口マニホルド３及び出口マニホルド４の間に、互いから所定の距離をおいて互いに重ね合わされた複数のパネル５が延びる。
隣接するパネル５の対は、肩部７により横方向が閉じられ、かつ対向する端部にそれぞれ、入口マニホルド３と連通する入口開口部８と、出口マニホルド４と連通する出口開口部９とを有する、燃焼ガスの流れチャネル６を定める。
パネル５は、これらと関連付けられた、有利に透熱性油脂である、冷却液の循環ダクト１０を有する。
パネル５の対は、パネル自体の間に定められた中空の空間１１と交互する。

入口マニホルド３とチャネル６の入口開口部８との間に、チャネル自体に入る燃焼ガスの分配手段１２が挿置される。
同様に、チャネル６の出口開口部９と出口マニホルド４との間に、出口マニホルド自体に向かって出る冷却された燃焼ガスの搬送手段１３が挿置される。
さらに、チャネル６の入口開口部８の第１の同時又は選択的閉鎖手段１４及びチャネル６の出口開口部９の第２の同時又は選択的閉鎖手段１５が設けられる。

特に図８−図１０を参照すると、各チャネル６は、一緒に組み立てられたモジュールから実現することができる、２つのパネル５により境界が定められる。図８−図１１には、こうしたモジュールの１つだけが示され、従って、パネル５の部分を形成するが、図１、図５、図１２及び図１３においては、多くの組みたてられたモジュールから成るパネル５が示される。
各パネル５は、熱伝導性材料で実現される。各パネル５の内側には、冷却液の循環ダクト１０が存在する。冷却液の流れは、燃焼ガスの流れに対して逆流又は順流とすることができる。当業者であれば、ダクト１０の数、配置、寸法及び形状は、様々な設計条件によって変動すること、及び、図１０に示される流れは、限定ではなく純粋に表示のためのものであることを良く理解する。

チャネル６の内面を定めることになるパネル５の面は、燃焼ガス中に存在するダストによる摩耗のリスクを低減ように、平坦かつ滑らかである、すなわち粗さがない。
好ましい実施形態において、一対のパネル５の間に定められた各チャネル６は、少なくともその１つが取り外し可能型である肩部７のそれぞれに対により横方向が閉じられ、好ましくは、パネル５の対の間に定められた各チャネル６は、その両方が取り外し可能型である肩部７のそれぞれの対により横方向が閉じられる。

示されていない代替的な実施形態において、全てのチャネル６の対向する側を閉鎖する、同じく取り外し可能タイプのものである単一の対の肩部が設けられる。
いずれの場合も、横方向を閉鎖する肩部７を取り外すことができることにより、チャネル６への容易なアクセスが可能になり、洗浄及び保守作業を実行することができる。
各チャネル６が肩部７のそれぞれの対により横方向を閉じられた場合、一度に単一のチャネル６に対する作業を行うことができる。

図１及び図３に表されるように、分配手段１２は、各々が、基部が２つの連続するチャネル６の２つの隣接するパネル５の間に延び、かつ、傾斜面がパネル５自体から延びるように配置された、複数のくさび形状の本体１６を含む。
くさび形状本体１６は、交換器１に入る燃焼ガスを様々なチャネル６に分割する。
同様に、図１及び図２に表されるように、搬送手段１３は、各々が、基部が２つの連続するチャネル６の２つの隣接するパネル５の間に延び、かつ、傾斜面がパネル５自体から延びるように配置された、複数のくさび形状本体１７を含む。
くさび形状本体１７は、出口マニホルド４に向かって出る冷却された燃焼ガスを搬送し、燃焼ガス中に存在するダストの摩耗作用を増大させ得る渦を形成する可能性を低減させる。
出口マニホルド４内には、流れ偏向器１８も存在する。

チャネル６の入口開口部８の第１の閉鎖手段１４は、単一の適切な形状の可動板又はくさび形状本体１６自体から成り、こうした場合、それらは基部が２つの連続するチャネル６の隣接するパネル５の間に延びる構成と、基部が１つのこうしたチャネル６の入口開口部８と重なる構成との間に可動式に取り付けられる。
図１−図３に示す実施形態において、第１の閉鎖手段１４は、各々がチャネル６の入口開口部８を閉鎖するのに適した複数のサッシ式ドア１９を含む。

同様に、チャネル６の出口開口部９の第２の閉鎖手段１５は、単一の適切な形状の可動板又はくさび形状本体１６自体から成り、こうした場合、それらは基部が２つの連続するチャネル６の隣接するパネル５の間に延びる構成と、基部が１つのこうしたチャネル６の出口開口部９と重なる構成との間に可動式に取り付けられる。
図１−図３に示す実施形態において、第２の閉鎖手段１５は、各々がチャネル６の出口開口部９を閉鎖するのに適した複数のサッシ式ドア２０を含む。

当業者であれば、第１の閉鎖手段１４及び第２の閉鎖手段１５が、１つ又はそれ以上のチャネル６の入口開口部８及び出口開口部９をそれぞれ選択的に閉鎖できる場合、他のチャネルは動作状態に保持しながら、単一のチャネル６を隔離し、保守及び洗浄のためにこの上で作業すること又は処理すべき燃焼ガスの体積の減少に取り組むことが可能であることを理解する。
１つ又はそれ以上のチャネル６の入口及び出口開口部８、９をそれぞれ選択的に閉鎖できる第１の閉鎖手段１４及び第２の閉鎖手段１５を設けることは、その少なくとも１つ及び好ましくは両方が取り外し可能型のものである、それぞれの横方向肩部７を設けることと組み合わせて、交換器１の運転から１つ又はそれ以上のチャネル６を選択式に分離又は除外し、残りのチャネルを動作状態に保持することを可能にし、交換器１全体の運転を休止することなく、このように除外されたチャネル６の保守及び洗浄作業を実行することが可能になる。

冷却に起因して燃焼ガスが被る体積の減少を補償し、依然として平均で１５ｍ／秒より大きい又はこれに等しい値を有する交換器１内部の高い流速を保証するために、チャネル６の横断面積は入口開口部８から始まり出口開口部９に向けて減少する。
１つの実施形態において、パネル５は互いに並行であり、チャネル６の断面積の減少は、パネル５の幅を連続的に減少させることにより得られる。当業者に対しては、パネル５の幅の減少は、段階的に目立たない方法で又は連続的にもたらされ得ることが明らかである。
代替的な実施形態において、図１２に示すように、パネル５は、各チャネル６の出口開口部９に向かって収束するように互いに傾斜して配置される。この場合も、チャネル６の境界を定める２つのパネル５間の距離の減少は、連続的に又は段階的に目立たない方法でもたらすことができる。
両方の場合、入口開口部８と出口開口部９との間のチャネル６の断面積の減少は、５０％のオーダーであり、これは、冷却中に燃焼ガスの体積が減少すると予測される指標である。

図１−図７に示す実施形態において、交換器１は、入口マニホルド３及び出口マニホルド４が、例えばホッパ２１から成る、燃焼ガスから分離するダストの収集及び吸引手段が設けられた下端部において入口マニホルド３と垂直に位置合わせされた単一のモジュール１００を含む。
こうした実施形態において、パネル５は互いに並行であり、一定の幅を有する。
図１２は、チャネル６が出口開口部９に向かって減少する断面積を有する交換器１の代替的な実施形態を示す。

図１３において、熱交換器は、それぞれの入口マニホルド３及び出口マニホルド４が垂直に位置合わせされて隣り合って配置され、かつ、第１のモジュール１００の出口マニホルドを第２のモジュール１００’入口マニホルドに結合することにより、互いに直列に接続された２つのモジュール１００、１００’を含む。第１のモジュール１００の入口マニホルド３及び第２のモジュール１００’の出口マニホルド４は、交換器１の下端部に配置され、その各々には、それぞれのホッパ２１が設けられる。
燃焼ガスが冷えるにつれて燃焼ガスの体積が減少することを考慮に入れるために、第２のモジュール１００’の幅は、第１のモジュール１００のパネル５の幅よりも狭くし、代替的に、第２のモジュール１００’のチャネル６の数は、第１のモジュール１００のチャネル６の数より少なくすることができる。

こうした構成は、燃焼ガスの流速が偶発的に低下した場合でも、燃焼ガス中に存在するダスト又は可能な固体凝集物が重力により分離し、かつ、第２のモジュール１００’の底部上に収集されることを保証する。
チャネル６の同じ全長について、こうした構成は、２つのモジュール１００、１００’の高さの低減を可能にして、交換器１を、垂直方向に空間的制限がある場所にも据え付けることを可能にする。

添付図面において、燃焼ガスの流れは、限定的な方法ではなく例示的な方法で、矢印Ｆにより図式化され、一方、冷却液の流れは、矢印Ｈにより図式化される。
当業者であれば、パネル５の数、従ってチャネル６の数は、直列又は並列に接続されるモジュール１００の数が変化し得るのと全く同じように、場合の要件に応じて変化することができることを良く理解する。例えば、添付図面に示すように、各モジュール１００は、垂直方向の代わりに、水平方向に配置することができる。

図１４は、本発明による交換器１を組み込んだ製鉄所プラントの燃焼ガスの処理装置２００を示す。
この装置２００は、電気アーク炉２０２又は転炉から出る燃焼ガスを捕捉するための群２０１と、捕捉した燃焼ガスの予備処理群２０３と、図示されない、入口マニホルドが予備処理群２０３の出口に接続され、かつ、出口マニホルドが燃焼ガスを吸引するための群に接続された熱交換器１と、交換器１から出る燃焼ガスの後処理群２０４とを含む。
交換器１内で動作する冷却液の回路２０５も設けられ、こうした回路２０５に沿って、電気エネルギー又は加温されたサービス液の製造のために、冷却液に取り去られた熱を回収するように、交換器１から出る冷却液の冷却群２０６が配置される。

予備処理群２０３は、捕捉された燃焼ガスの再燃焼装置及び／又は電気アーク炉２０２に対する装入の予熱トンネルを含む。
後処理群２０４は、例えば、ダスト除去装置又はフィルタを含む。
電気アーク炉２０２から出る燃焼ガスは、捕捉され、予備処理群２０３内に搬送される。電気アーク炉２０２から出る際に、燃焼ガスは、５００℃から１８００℃までの間の温度を有する。
例えば、電気アーク炉の装入の予熱トンネルから成る予備処理群２０３において、燃焼ガスは、予備処理群の出力温度が８００乃至９００℃付近に達するように、その熱の一部を放出する。
８００乃至９００℃の燃焼ガスは、交換器１に入り、吸引群により、少なくとも１５ｍ／秒のオーダーの高速で交換器を通り抜ける。

交換器１の内部で、燃焼ガスの温度は、３００℃／秒を上回るか又はこれに等しく、好ましくは３５０℃／秒に等しい、さらに好ましくは４００℃／秒に等しい平均急冷速度で２００℃に近い値まで低下され、熱を冷却液に移動する。燃焼ガスから分離する、存在する可能性がある微粒子は、交換器１のホッパ２１内に収集される。
こうした急速かつ大幅な冷却により、ダイオキシン及びフランの合成を制御又はさらに良好に防止することが可能になる。
冷却液に移動した熱は、エネルギー又は加温されたサービス液の製造のために冷却群２０６において回収される。
交換器１から出る冷却された燃焼ガスは、例えばフィルタ処理装置等の後処理群２０４に搬送される。

本発明の目的である熱交換器は、既存のプラントに容易に適合させることができる特に単純なモジュール式構造により、製鉄所プラントの燃焼ガスの急速かつ大幅な冷却を可能にするという利点を有する。
本発明の目的である熱交換器は、これを形成する単一チャネルの特定の構造により、必ずしもプラントを休止させずに、単純かつ容易に保守及び洗浄作業を実行し、従って、運転の継続を保証することを可能にする。
本発明の目的である熱交換器は、これを構成するチャネルを選択的に閉鎖できることにより、処理すべき燃焼ガスの体積が変動する場合でも、所望の温度の低下を保証することを可能にする。

さらに、燃焼ガスの個々の流れチャネルの構造及び構成は、基本的形態が平行六面体の面に従って配置された平坦なパネルにより境界が定められ、流れ自体を助け、パネル自体の摩耗のリスクを低下させる。
本発明による製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための装置は、燃焼ガスから取り去られた熱を回収して、エネルギー又は加温されたサービス液を製造できる利点を有する。
このように考えられた製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための熱交換器及び装置に、多くの変更及び改変を施すことができ、それらの全てが本発明により網羅され、さらに、詳細の全てを技術的に同等の要素に置き換えることができる。実際には、使用される材料及びサイズは、技術的要件に応じて、どのようなものにすることもできる。

１ 熱交換器
２ 支持構造体
３ 入口マニホルド
４ 出口マニホルド
５ パネル
６ チャネル
７ 肩部
８ 入口開口部
９ 出口開口部
１０ ダクト
１１ 中空空間
１２ 分配手段
１３ 搬送手段
１４、１５ 閉鎖手段
１６、１７ くさび形状本体
１８ 流れ偏向器
１９、２０ サッシ式ドア
２１ ホッパ
１００、１００’ モジュール

Claims (26)

1. 製鉄所プラントの燃焼ガスの急速冷却のための熱交換器（１）であって、
   互いに対向しかつ位置合わせされた前記燃焼ガスの入口マニホルド（３）及び前記燃焼ガスの出口マニホルド（４）を含む少なくとも１つのモジュール（１００）の支持構造体（２）と、
   前記入口マニホルド（３）と前記出口マニホルド（４）との間に延びかつ互いから所定の距離をおいて互いに重ね合わされた複数のパネル（５）と、を備え、
   隣接するパネル（５）の対は、肩部（７）により横方向が閉じられ、かつ対向する端部にそれぞれ前記入口マニホルド（３）と連通する入口開口部（８）と、前記出口マニホルド（４）と連通する出口開口部（９）とを有する、前記燃焼ガスの流れチャネル（６）を定め、
   前記パネル（５）と関連付けられた冷却液の循環ダクト（１０）と、前記チャネル（６）の１つ又はそれ以上の前記入口開口部（８）の第１の選択的閉鎖手段（１４）と、前記チャネル（６）の１つ又はそれ以上の前記出口開口部（９）の第１の選択的閉鎖手段（１５）とが設けられ、
   前記チャネル（６）の各々は、少なくとも１つが取り外し可能型のものである前記肩部（７）のそれぞれの対により横方向が閉じられることを特徴とする熱交換器（１）。
2. 前記パネル（５）の対は、前記パネル（５）の間に定められる中空空間（１１）と交互することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（１）。
3. 前記肩部（７）の各々は、前記取り外し可能型のものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱交換器（１）。
4. 前記入口マニホルド（３）と前記チャネル（６）の前記入口開口部（８）との間に、前記チャネルに入る前記燃焼ガスの分配手段（１２）が挿置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１）。
5. 前記チャネル（６）の前記出口開口部（９）と前記出口マニホルド（４）との間に、前記出口マニホルド（４）に向かって出る前記燃焼ガスの搬送手段（１３）が挿置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器（１）。
6. 前記分配手段（１２）及び／又は前記搬送手段（１３）は、基部が２つの連続する前記チャネル（６）の２つの隣接する前記パネル（５）の間に延び、かつ、傾斜面が前記パネルから延びるように配置された、複数のくさび形状本体（１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項４又は５に記載の熱交換器（１）。
7. 前記第１の閉鎖手段（１４）又は前記第２の閉鎖手段（１５）は、基部が２つの連続する前記チャネル（６）の隣接する前記パネル（５）の間に延びる構成と、基部が１つの前記連続するチャネル（６）の前記入口開口部８と重なる構成との間に可動式に取り付けられた前記くさび形状本体（１６、１７）を含むことを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器（１）。
8. 前記第１の閉鎖手段（１４）及び／又は前記第２の閉鎖手段（１５）は、前記チャネル（６）の各々について、それぞれのサッシ・ドア（１９、２０）を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器（１）。
9. 前記チャネル（６）の断面積は、前記入口開口部（８）から前記出口開口部（９）に向かって減少することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の熱交換器（１）。
10. 前記パネル（５）は、前記入口開口部（８）に近い端部から始まり前記出口開口部（９）に近い端部に向かって減少する幅を有することを特徴とする、請求項９に記載の熱交換器（１）。
11. 前記パネル（５）の対の各々は、前記出口開口部（９）に向かって傾斜しかつ収束することを特徴とする、請求項９または１０に記載の熱交換器（１）。
12. 前記パネル（５）は互いに平行であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器（１）。
13. 前記入口マニホルド（３）及び前記出口マニホルド（４）は垂直に位置合わせされ、前記熱交換器の下端部に、前記燃焼ガスからダストを分離する収集及び吸引手段（２１）が設けられたことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の熱交換器（１）。
14. 前記第１のモジュール（１００）の前記出口マニホルドを第２のモジュール（１００’）の前記入口マニホルドに結合することにより、互いに直列に接続された少なくとも２つの前記モジュール（１００、１００’）を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の熱交換器（１）。
15. 前記モジュール（１００、１００’）は、それぞれの入口マニホルド及び出口マニホルドが垂直に位置合わせされて隣り合って配置されることを特徴とする、請求項１４に記載の熱交換器（１）。
16. 前記パネル（５）の各々は、モジュール式構造を有することを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の熱交換器（１）。
17. 製鉄所プラントの燃焼ガスの処理のための装置（２００）であって、
    電気アーク炉（２０２）又は転炉から出る前記燃焼ガスを捕捉するための群（２０１）と、前記捕捉した燃焼ガスの予備処理のための群（２０３）と、前記入口マニホルドが前記予備処理群（２０３）の出口に接続され、かつ、前記出口マニホルドが前記燃焼ガスを吸引するための群に接続された請求項１〜１６のいずれかに記載の熱交換器（１）と、前記交換器（１）から出る前記燃焼ガスの後処理群（２０４）と、前記熱交換器内で動作する前記冷却液の回路（２０５）とを含み、前記回路に沿って前記熱交換器（１）から出る前記冷却液の冷却群（２０６）が配置され、前記冷却液に取り去られた熱の回収を行うことを特徴とする装置（２００）。
18. 前記予備処理群（２０３）は、前記捕捉された燃焼ガスの再燃焼装置及び／又は前記電気アーク炉に対する装入の予熱トンネルを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の装置（２００）。
19. 前記冷却群（２０６）は、エネルギー又は加温されたサービス液の生成のために前記熱を回収することを特徴とする、請求項１７又は１８のいずれかに記載の装置（２００）。
20. 前記後処理群（２０４）は、ダスト除去装置又はフィルタを含むことを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれかに記載の装置（２００）。
21. 製鉄所プラントの燃焼ガスを処理するための方法であって、
    電気アーク炉（２０２）又は転炉から出る、５００℃から１８００℃までの間の温度の、前記燃焼ガスを捕捉するステップと、
    予備処理群（２０３）から出る、８００乃至９００℃に近い温度の燃焼ガスを得るために、前記捕捉した燃焼ガスを前記予備処理群において予備処理するステップと、
    ３００℃／秒を上回るか又はこれに等しい、好ましくは３５０℃／秒に等しい、より好ましくは４００℃／秒に等しい平均急冷速度で、前記予備処理された燃焼ガスの温度を２００℃に近い値まで低下させ、前記燃焼ガスから取り去られた熱を冷却液に移動させることにより、前記予備処理された燃焼ガスに、請求項１〜１６のいずれかに記載の熱交換器（１）を通過させるステップと、
    エネルギー又は加温されたサービス液の生成のために前記冷却液に移動された前記熱を回収するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
22. 前記通過させるステップにおいて、前記燃焼ガスの平均流速は、１５ｍ／秒を上回るか又はそれと等しく、好ましくは３５ｍ／秒から５０ｍ／秒までの間であることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 前記熱交換器から出る前記燃焼ガスを後処理するステップも含むことを特徴とする、請求項２１又は２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記予備処理ステップは、互いに逆流する、前記電気アーク炉から出る前記燃焼ガスに、前記電気アーク炉の前記装入の前記予熱トンネル内を通過させるステップを含み、前記トンネル内部で、前記燃焼ガスは、その熱の一部をスクラップに移動することを特徴とする、請求項２１〜２３のいずれかに記載の方法。
25. 前記予備処理ステップは、前記電気アーク炉から出る前記燃焼ガスを後処理するステップを含むことを特徴とする、請求項２１〜２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記冷却液は、透熱性油脂であることを特徴とする請求項２１〜２５のいずれかに記載の方法。

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