JP3914677B2 - Operation method of dust reduction furnace - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段の送風羽口を有するダスト還元処理炉内で鉄屑およびダスト塊成鉱を溶解・還元処理するに際して、1次羽口から廃プラスチックを吹き込んでコークスベッドの上端レベルを制御するとともに、2次羽口から廃プラスチックを吹き込んで処理するダスト還元処理炉の操業方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、廃棄物は可燃物と不燃物とに分別して回収されているが、不燃物の中には実際は燃焼可能なプラスチック製品も含まれている。したがって、廃プラスチックは、不燃物として回収された後、最終処分地に埋め立て処理されている。好景気時代の余波であるのか、依然として使い捨て思考が定着しているが、近年の廃棄物量の増加に伴って、廃プラスチックの処理方法が問題となっている。
【0003】
また、使用済みの洗濯機、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の廃家電は、金属の他、プラスチックやゴム等を含有する複合廃棄物である。従来、このような複合廃棄物は鉄、アルミニウム、銅等の有益な金属材料を含有しているにもかかわらず、まるごと小片に解体および破砕され、最終処分地に埋め立て処理されていた。
【0004】
しかし、最終処分地の不足やリサイクル新法の制定等の情勢にともなって、リサイクル実証プラントなどが建設され、複合廃棄物を分別処理して有益な金属材料を回収する試みがなされている。すなわち、複合廃棄物を洗濯機、冷蔵庫等の製品種別に応じて分類し、冷却媒体や潤滑油等の危険物質を抜き取った後、構成部品・部材ごとに解体し、その解体片を金属やプラスチック等の原材料ごとに分別して、その原材料に応じた処理を施している。例えば、分別後の金属屑はコークスなどとともに溶融炉内へ装入して溶融処理され、分別後の廃プラスチックは破砕して埋め立て処理されている。
【0005】
このような分別処理方法は、有益な金属材料を回収することができ、埋め立て処理する破砕片を減量化することができる点で有効な手段である。しかし、廃プラスチックは依然として埋め立て処理されている。
そこで、高炉やキュポラのようなシャフト炉内へ廃プラスチックを装入し、焼却処分する試みがなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシャフト炉では、有害物質を発生させることなく、廃プラスチックを安全に処理することが可能である。しかし、通常、高炉やキュポラの羽口は単一段として構成されており、ダスト還元処理炉のような二段以上の多段羽口を有する溶融炉に廃プラスチック吹き込んで、炉内反応の制御に利用する場合の具体的な条件については、何ら解明されていなかった。
【0007】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、多段の送風羽口を有するダスト還元処理炉に廃プラスチック吹き込む際の具体的な条件を設定して、炉内下部に位置するコークスベッドの上端レベルが変化しないように制御することができるとともに、ダスト還元処理炉の安定操業を維持しつつ、廃プラスチックを効率良く焼却処理することができるダスト還元処理炉の操業方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明のダスト還元処理炉の操業方法は、多段の送風羽口を有するダスト還元処理炉内へ鉄屑、ダスト塊成鉱およびコークスを装入して溶解・還元処理する際して、1次羽口からコークスベッドへレースウエイを形成しない送風を行い、粒状の廃プラスチックを吹き込んで、コークスベッドの上端レベルが変化しないように制御するとともに、2次羽口からコークスベッド上部の充填層へレースウエイを形成しない送風を行い、粒状の廃プラスチックを吹き込んで処理するものである。
【0009】
上記ダスト還元処理炉の操業方法において、1次羽口から常温の酸素富化送風下で粒状の廃プラスチックを吹き込むことが好ましい。この常温送風の酸素富化量は、2%以上であることが好ましい。
【0010】
また、2次羽口から700℃以下の熱風送風下で粒状の廃プラスチックを吹き込んで処理することが好ましい。
【0011】
さらに、原燃料の降下速度が一定となるように、1次羽口からの廃プラスチックの吹き込み量を調整することが好ましい。
【0012】
そして、2次羽口からの廃プラスチック吹き込み位置をコークスベッド上部の領域に設定することが好ましい。
【0013】
また、廃プラスチックの吹き込み量を0.2kg/Nm3 以下に設定することが好ましい。
【0014】
さらに、炉中心部に鉄屑を大径のコークスと混合して装入し、炉周辺部にダスト塊成鉱を小径のコークスと混合して装入することが好ましい。
【0015】
本発明によれば、多段の送風羽口を有するダスト還元処理炉において、1次羽口からコークスベッドへ常温の酸素富化送風下で粒状の廃プラスチックを吹き込んでいる。一方、2次羽口からコークスベッド上部の充填層へ熱風送風下で粒状の廃プラスチックを吹き込んで処理している。その際、レースウエイを形成していないのは、レースウエイ空間部を形成すると、コークスの燃焼、ソルーション反応が進行し、ダスト還元処理炉の効率が低下するからである。
【0016】
1次羽口からコークスベッドへ廃プラスチックを吹き込むことにより、コークスベッドの上端レベルが変化しないように制御することが可能となる。その理由は、コークスベッド内でのCO2 とコークスとの反応(ソルーションロス反応)量を一定値に保持するためで、そのためにはコークスよりも優先的にCO2 と反応する廃プラスチックを吹き込み、かつ、原燃料の降下速度変動の原因となっているソルーションロス反応量を廃プラスチックを吹き込むことで調整するためである。
一方、2次羽口からコークスベッド上部の充填層へ廃プラスチックを吹き込むことにより、廃プラスチックが効率良く焼却処理される。
ただし、燃焼生成ガスが多いため、ガス温度が低下し、鉄屑溶解/ダスト還元のように金属溶解を行うプロセスでは、熱不足気味となる。この熱不足を補うために、1次羽口から常温の酸素富化送風を行うとともに、2次羽口から700℃以下の熱風送風を行う。
【0017】
1次羽口からの常温送風の酸素富化量を2%以上としたのは、2%以下であると、廃プラスチック吹き込みに伴い、炉内ガス量増大する結果、ガス温度が低下し、スラグ、メタルの溶解に支障となるからである。
【0018】
一方、2次羽口からの熱風送風の温度を700℃以下としたのは、送風温度が700℃を超えると、コークスの燃焼反応およびソルーションロス反応が促進され、コークス比が必ずしも低減しないからである。
【0019】
また、原燃料の降下速度が一定となるように、1次羽口からの廃プラスチックの吹き込み量を調整している。このように、原燃料の降下速度に基づいて廃プラスチックの吹き込み量を調整するのは、コークスベッド内でのCO2 とコークスとの反応(ソルーションロス反応)量を一定値に保持するためで、そのためにはコークスよりも優先的にCO2 と反応する廃プラスチックを吹き込み、かつ、原燃料の降下速度変動の原因となっているソルーションロス反応量を廃プラスチックを吹き込むことで調整するためだある。
【0020】
さらに、2次羽口から廃プラスチック吹き込み位置をコークスベッド上部の領域に設定するのは、コークスよりも反応速度が速いため、優先的に廃プラスチック中Cが燃焼およびCO2 と反応し、コークス消費を抑制するからである。
【0021】
そして、廃プラスチックの吹き込み量を0.2kg/Nm3 以下に設定するのは、廃プラスチックの吹き込み量の上限が0.2kg/Nm3 を超えると、上限量を超えた廃プラスチックは燃焼しないため、コークスとの燃料代替えとならず、有効に活用されないからである。
【0022】
加えて、炉中心部に鉄屑および大径のコークスを、炉周辺部にダスト塊成鉱および小径のコークスを区分け装入するのは、炉内中心部において鉄屑の溶解処理を行うとともに、炉内周辺部においてダスト塊成鉱の還元処理を行い、さらに炉内中心部にガス流を形成して、ダスト還元処理炉の安定操業を行うためである。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダスト還元処理炉の操業方法における実施の形態を添付図面に基づいて詳述するが、本発明は以下の実施の形態に限るものではない。
【0024】
図1(a)は、本発明のダスト還元処理炉の操業方法に使用するダスト還元処理炉を示す概略図である。図示するように、このダスト還元処理炉1の炉頂には、装入装置2が設けられている。装入装置2は、バケット3、ベル4、可動アーマー5および装入ガイド6を有しており、原料および燃料を半径方向に区分けして装入することが可能な装置として構成されている。
【0025】
ダスト還元処理炉1の炉体7の上部には、炉内の向流ガスを排気するための排ガス管8が設けられている。排ガス管8に接続されている排ガス系統は、例えば、ごみ溶融炉用のものが流用されている。
一方、炉体7の下部には、炉内下部に送風するための羽口9が設けられている。羽口9は、炉体7の側壁高さ方向に多段に設けられており、図1(a)では下段羽口(1次羽口)9aと上段羽口(2次羽口)9bとの2段羽口として形成されている。また、これらの羽口9a,9bは、炉体7の周方向に適宜間隔で複数配置されている。
【0026】
送風条件は、1次羽口9aを主羽口として、主羽口9aから常温の酸素富化送風を行い、2次羽口9bは熱風送風を行うとともに、コークスベッド上端レベルの観察のために使用する。主羽口9aから常温の酸素富化送風を行う場合に、酸素富化量は2%以上に設定して送風される。一方、2次羽口9bから熱風送風を行う場合、700℃以下の温度で送風される。また、羽口9a,9bは、粉状鉄源や廃プラスチックを吹き込む場合にもレースウエイを形成しないように設定され、羽口径や炉内突き出し位置を変更しうるように構成されている。
【0027】
なお、本実施形態では、炉体7の側壁高さ方向に設けられた多段羽口9が、下段羽口(1次羽口)9aと上段羽口(2次羽口)9bとの2段羽口として形成されているが、3段以上の羽口を設けてもよい。例えば3段の場合には、コークスベッドの側方に位置する羽口を主羽口とし、この主羽口より主な送風を行いつつ廃プラスチックを吹き込み、コークスベッド上端レベルおよび燃焼効率を維持するとともに、コークスベッド上部に位置する羽口より廃プラスチック吹き込んで処理するものである。
【0028】
また、原料および燃料は、炉中心部11と炉周辺部12とに区分けして装入することが可能であり、上述したように、炉頂部には半径方向に区分け装入が可能な装入装置2を有している(図1(b)、(c))。
【0029】
図2に示すように、炉内下部のコークスベッド13は、その上端レベルが2次羽口9bと略同レベルに位置するように、1次羽口9aからの廃プラスチックの吹き込みにより高さ調整して形成される。すなわち、1次羽口9aを主羽口として、この主羽口9aからコークスベッド13内へ、常温の酸素富化送風下で廃プラスチックが吹き込まれるとともに、2次羽口9bからコークスベッド上部の充填層へ、熱風送風下で廃プラスチックが吹き込まれることになる。
【0030】
このようにダスト還元処理炉1は、高炉やキュポラのようなシャフト炉と異なり、多段の送風羽口を有しており、鉄屑の溶解処理を行うとともに、ダスト塊成鉱の還元処理を行う溶融炉である。
【0031】
次に、上記のダスト還元処理炉1を用いて実施する本発明のダスト還元処理炉の操業方法を説明する。
炉頂から装入する原料は主に鉄屑およびダスト塊成鉱であり、燃料はコークスを主体とし、1次羽口(主羽口)9aおよび2次羽口9bから粒状の廃プラスチックを吹き込んで処理する。
【0032】
装入方法は、コークスベッドを形成するためにコークスを装入した後、原燃料を完全混合または層状装入する通常の装入方法と、原燃料を半径方向に区分けして装入する方法とを採用する。
【0033】
図3に示すように、区分け装入方法は、鉄屑と大径のコークスとを混合して炉内中心部に装入し、ダスト塊成鉱と小径のコークスと混合して炉周辺部に装入することで、反応効率の高い操業を指向する。炉中心部に鉄屑を装入し、炉周辺部にダスト塊成鉱を装入するのは、炉中心部で鉄屑の溶解処理を行い、炉周辺部でダスト塊成鉱の還元処理を行うとともに、炉中心部のガス流化を促進して、高ηCO条件を継続するためである。
【0034】
ダスト還元処理炉の操業は、コークスベッドの上端レベル高さを一定に維持すべく、原燃料の大小に応じた区分け装入法、主羽口の送風条件(送風温度、酸素富化量、羽口径、突き出し位置、送風比)、原燃料の降下速度に基づく廃プラスチックの吹き込み量等で制御する。
なお、コークスベッド内では、コークスおよび廃プラスチックの燃焼反応と、燃焼後のソルーションロス反応が進行するが、両反応の反応速度を、燃料粒度、ガス流速、送風温度等により調整する。
【0035】
本発明では、多段の送風羽口を有するダスト還元処理炉1において、1次羽口(主羽口)9aからコークスベッド13へ常温の酸素富化送風下でレースウエイを形成せずに、粒状の廃プラスチックを吹き込んでいる。一方、2次羽口からコークスベッド上部の充填層へ熱風送風下でレースウエイを形成せずに、粒状の廃プラスチックを吹き込んで処理している。このようにレースウエイを形成しないのは、レースウエイ空間部を形成すると、コークスの燃焼、ソルーション反応が進行し、ダスト還元処理炉の効率が低下するからである。
【0036】
コークスベッドへ直接廃プラスチックを吹き込むことにより、コークスベッド13の上端レベルが変化しないように維持することができるが、その理由は、主羽口から吹き込まれた廃プラスチックが、コークスよりも優先的に酸素およびCO2 と反応することから、コークスベッド内のコークス消費を抑制でき、また、吹き込む廃プラスチックの粒度および量を調整することによって、コークスベッド内のコークス消費量を制御することが可能だからである。
【0037】
一方、2次羽口からコークスベッド上部の充填層へ廃プラスチックを吹き込むことにより、廃プラスチックが効率良く焼却処理される。
【0038】
しかし、燃焼生成ガスが多いため、ガス温度が低下し、鉄屑溶解/ダスト還元のように金属溶解を行うプロセスでは、熱不足気味となる。この熱不足を補うために、本発明では1次羽口から2%以上の酸素を富化した常温送風を行うとともに、2次羽口から700℃以下の熱風送風を行う。
【0039】
1次羽口9aから常温の酸素富化送風を行う場合に、酸素富化量を2%以上としたのは、2%以下とすると、廃プラスチック吹き込みに伴い、炉内ガス量増大する結果、ガス温度が低下し、スラグ、メタルの溶解に支障となるからである。
【0040】
一方、2次羽口9bからの熱風送風の温度を700℃以下としたのは、送風温度が700℃を超えると、コークスの燃料反応およびソルーションロス反応が促進され、コークス比が必ずしも低減しないからである。
【0041】
本実施形態では、廃プラスチックの性状は問わないが、1次羽口9aからの常温の酸素富化送風下で廃プラスチックの吹き込みを行う場合には、例えば1mm以下の粒度の小さな廃プラスチックを使用する。一方、2次羽口9bからの熱風送風下で廃プラスチックの吹き込みを行う場合には、例えば数mm程度の粒度の大きな廃プラスチックでも使用可能である。
【0042】
また、原燃料の降下速度が一定となるように、1次羽口9aからの廃プラスチックの吹き込み量を調整している。このように、原燃料の降下速度に基づいて廃プラスチックの吹き込み量を調整するのは、コークスベッド内でのCO2 とコークスとの反応(ソルーションロス反応)量を一定値に保持するためで、そのためにはコークスよりも優先的にCO2 と反応する廃プラスチックを吹き込み、かつ、原燃料の降下速度変動の原因となっているソルーションロス反応量を廃プラスチックを吹き込むことで調整するためである。
【0043】
さらに、2次羽口9bから廃プラスチック吹き込み位置をコークスベッド上部の領域に設定するのは、コークスよりも反応速度が速いため、優先的に廃プラスチック中Cが燃焼およびCO2 と反応し、コークス消費を抑制できるためである。
【0044】
そして、この廃プラスチックの吹き込み量は、0.2kg/Nm3 以下に設定する。吹き込み量の上限を0.2kg/Nm3 に設定するのは、廃プラスチックの吹き込み量が0.2kg/Nm3 を超えると、上限量を超えた廃プラスチックは燃焼しないため、コークスとの燃料代替えとならず、有効に活用されないからである。
【0045】
つぎに、半径方向の区分け装入法を採用した処理方法が、操業の安定性、低燃料比操業に有効で、原料の種類、粒度によらず、効率の良い操業が指向できること、また、原料、燃料の性状に応じて、効率の良い操業を指向するための操業方法について、説明する。
半径方向の区分け装入法については、原料の種類によって、適正な装入法がある。一つは、炉内のηCOを高くして、効率の良い操業を指向する例で、原料の金属化率(M.Fe/T.Fe)による分別法であり、一方は原料の粒度に応じた分別法である。
【0046】
まず、最初に、原料の金属化率(M.Fe/T.Fe)による分別法が、操業安定化に寄与し、効率の良い操業が指向できることを説明する。
原料が数種類に及び、M.Fe/T.Feの大小で分別できる場合、好ましくは、金属化率の高い原料、例えば鉄屑等は炉中心部に装入し、金属化率の低い原料、例えばダスト塊成鉱等を炉周辺部に装入する。炉周辺部に金属化率の低い原料を装入し、炉中心部に金属化率の高い原料を装入する理由は、炉中心部のコークスベッドの高さ制御を容易にすること、中心ガス流を確保すること、低燃料比操業を指向することにある。
【0047】
この操業を指向する場合、主羽口は、羽口先端が炉壁よりも炉内部に突き出した構造とし、基本的には、主羽口の先端位置を、炉中心部と炉周辺部の境界に設けるのが理想的である。また、ガス流を中心流とすることを重視すると、周辺部の燃料は小径が好ましく、中心部の燃料は大径が好ましい。
【0048】
主羽口を炉の中心部と周辺部の境界に設定する理由は、主羽口からの送風を周辺部に存在する燃料の燃焼に使用させないためで、主羽口からの送風はCOガス燃焼用に作用させるためである。炉中心部は溶解機能を促進させるため、炉中心部のηCO>90%の操業を指向すれば最も効率的であり、炉中心部の燃料は最低燃料比である浸炭分程度とすることができる。そのため、急激なコークスベッド高さの変化を抑制できる上、粒径を維持したコークスがコークスベッドとなるため、通気・通液性を確保した低燃料比操業が可能となる。
【0049】
この操業においては、コークスベッド高さにより、主羽口の適正送風量が決まる。コークスベッド上端レベルのηCOが60%以上の場合には、主羽口からの送風によりηCO>90%に設定することが可能であり、炉中心部に関して理想的な操業が可能となる。
【0050】
つぎに、金属化率の低い原料を炉周辺部に装入する場合に、燃料と混合する装入法が効率的であることを説明する。
ηCOの高い操業を指向できれば、低燃料比の操業が可能となるが、金属化率の低い原料をηCO>30%の条件で還元させる実験を実施したところ、コークスと混合しない条件では、還元反応は進行せず、高温部で操業に悪影響を及ぼす溶融還元を引き起こす。それに対し、金属化率の低い原料でも、コークスと混合して装入すると、コークスと混合しない場合に比べ、少なくとも20%以上の還元率改善効果があることが、オフラインシミュレータの検討結果で明かとなった。
【0051】
このことは、金属化率の低い原料を装入する操業では、燃料(小径コークス)と混合する装入法が、燃料(小径コークス)と混合しない操業に比べると、複合廃棄物の還元性改善に効果があり、その結果、溶融時のスラグ融液量を低減することができ、棚吊り回避にも寄与することを示している。
【0052】
つぎに、主羽口からコークスベッドへの廃プラスチックの吹き込みに加えて、炉半径方向の区分け装入方法がコークスベッド高さを維持するのに寄与する点について述べる。
コークスベッド高さの制御が難しいのは、これが炉の中心下部にあり、コークス比が適当でなければ、未還元のFeO分が炉下部で溶融還元し、コークスベッドを消費することによって、コークスベッドの異常消耗が引き起こされるためである。特に、炉の中心下部で、このようなコークスの異常消耗が生じると、鉄分の溶解に支障となる上、スラグの固化等により、操業不能に陥る可能性もあり、問題となる。
【0053】
そこで、上述したように、炉中心部には、主として金属化率の高い原料、例えば鉄屑を装入することにより、炉中心部で溶融還元の生じ難い操業とし、炉中心部のコークスベッドの異常消耗を抑制する。また、コークスのソルーションロス反応を極力抑制するために、炉中心部に装入する燃料を、炉周辺部に装入する燃料と区別し、大径コークスを使用する。これによって、炉中心部のコークスベッドの異常損耗を抑制でき、さらに、炉下部の燃焼効率ηCOを高めた操業が可能となる。
一方、炉周辺部には、主として金属化率の低い原料、例えばダスト塊成鉱を装入することにより、炉周辺部で溶融還元の生じ易い操業とする。
【0054】
上段羽口の設置位置は、コークス粒度、送風量等の操業諸元によって、適正位置が存在するが、基本的には、主羽口部でのηCOレベルがηCO>60%程度が目安となる。
【0055】
コークスベッド高さを制御または監視する簡易法として、上段羽口部での肉眼観察、炉内圧損値による判定などがある。上段羽口部での観察は、少なくとも原料の溶融部位が上段羽口の上部か下部のいずれかに存在することを判定できる。また、下段羽口と上段羽口の圧損差を検知することにより、コークスベッド上端位置の確認が可能である。操業例によると、コークスベッドの上端レベルが上段羽口より下にある場合、下段羽口と上段羽口の圧損差が大きく検知される。これは、溶融部位の存在が圧損値を大きくするためである。
【0056】
また、コークスベッド高さを、精度良く測定する方法としては、炉上部から装入した垂直ゾンデもしくは鉄線類の降下挙動を測定することによって、判定可能である。垂直ゾンデの場合、炉内温度が急に上昇し、1200℃以上となる部位に相当し、鉄線類を用いた場合、降下速度がストップした地点が、コークスベッドの上端部に相当する。
【0057】
本発明でいう炉中心部と炉周辺部の境界位置は、原料の金属化率やコークス粒度によって、多少は炉半径方向で移動する。
この炉中心部と炉周辺部の境界位置riは、各部に装入する原料と燃料の量が決まれば、下記(1)式によって求められる。
ri2=(Wm(c)/ρm(c)+Wc(c)/ρc(c))/{(Wm(c)/ρm(c)+Wc(c)/ρc(c))+(Wm(p)/ρm(p)+Wc(p)/ρc(p))}・・・(1)
但し、ri:中心部と周辺部との無次元境界半径(−)
Wm(c) : 中心部に装入する原料重量(kg/チャージ)
Wc(c) : 中心部に装入する燃料重量(kg/チャージ)
Wm(p) : 周辺部に装入する原料重量(kg/チャージ)
Wc(p) : 周辺部に装入する燃料重量(kg/チャージ)
ρm(c) : 中心部に装入する原料の嵩密度(kg/m3 )
ρc(c) : 中心部に装入する燃料の嵩密度(kg/m3 )
ρm(p) : 周辺部の装入する原料の嵩密度(kg/m3 )
ρc(p) : 周辺部に装入する燃料の嵩密度(kg/m3 )
【0058】
なお、このriは、無次元半径で表されており、炉中心部と炉周辺部の装入物の降下速度を一定とした場合の境界位置を示している。このriで示される境界位置を調節するための装入方法については、種々考えられるが、ベル式の装入装置を使用する場合でも、アーマーを使用し、装入チャージ毎に中心装入、周辺装入を交互に繰り返して装入することにより、一部混合層が生成するものの、所定の境界設定は可能である。
【0059】
図4は、通常のコークスベッド内に廃プラスチックを吹き込んだ場合のコークスベッド内でのCO2 、CO及びO2 の変化を示す図である。
コークス中のCまたは廃プラスチック中のCの消費には下記の2形態が存在する。
C + O2 → CO2 ・・・(2)
C + CO2 → 2CO ・・・(3)
【0060】
図4において、CO2 濃度の曲線に示されるように、送風羽口からコークスベッド上方にいくにしたがって、(2)式の反応によりCO2 濃度が上昇し、O2 は消費され減少していく。そして、O2 の消失した位置より上方では、(3)式の反応によりCO2 濃度が減少し、CO濃度が上昇しはじめる。
【0061】
(2)式の反応は、発熱反応でコークス中のCが有効に利用されるが、(3)式の反応は吸熱反応でCが有効に利用されないことになる。従って、コークスには極力(2)式の反応をさせる必要があるが、O2 のない状態で、高温のCO2に接すると(3)式の反応によりコークスのソルーションロスが起こり、コークスが無駄に消費されることになる。
【0062】
廃プラスチックはコークスに比べ燃焼速度が速いため、コークスベッド内に廃プラスチックを吹き込むと、吹き込まない場合に比べて、O2 の消失位置が下ることになる。従って、廃プラスチックを吹き込まない条件のままで、むやみにコークスベッド内へ廃プラスチックを吹き込んでも、O2 の消失位置より上方にコークスが存在することになり、(2)式のコークス消費量を減少できても、(3)式でコークス消費量が増大し、結果的に廃プラスチック吹き込みがコークス消費量の低減に寄与することができなくなる。
【0063】
こうした状況を回避し、廃プラスチック吹き込みによりコークス代替を行わせるには、以下の二つの方法が有効である。即ち(3)式の反応をコークスベッド内で行わせないようにするか、(3)式で反応するコークス中のCを廃プラスチック中のCに置き換えることによりコークスのソルーションロスを起こさせないようにすることである。
【0064】
第一の方法は、主羽口から吹き込まれたO2 が廃プラスチックも加味して消失する高さにコークスベッドの上端レベルを設定し、O2 の存在しない領域にはコークスも存在しないようにして、廃プラスチックを主羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に吹き込む方法であり、上述した常温の酸素富化送風下で廃プラスチックを吹き込む場合に対応する。この場合、廃プラスチックの吹き込み位置は、主羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間であれば主羽口をも含めて任意の位置で良く、一段でも復数段でも良い。
【0065】
第二の方法は、主羽口から吹き込まれたO2 が廃プラスチックも加味して消失する高さよりコークスベッドの上端レベルを上方に設定する場合で、このときは、廃プラスチックを主羽口レベルとコークスベッド上端レベルとの間に吹き込むとともに、O2 の存在しないコークスベッド上部領域にもコークスに代替してソルーションロスを起こさせるための廃プラスチックを吹き込む方法である。この場合、下部の廃プラスチック吹き込み位置は、主羽口レベルとO2 消失点レベルとの間であれば主羽口をも含めて任意の位置で良く、一段でも複数段でも良い。また、上部の廃プラスチック吹き込み位置もO2 消失点レベルとコークスベッド上端レベルとの間であれば任意の位置で良く、一段でも複数段でも良い。この方法によれば、上部に吹き込む分だけ廃プラスチックの吹き込み量を増やすことが可能となる。
【0066】
【実施例】
以下、本発明のダスト還元処理炉の操業方法における実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限るものではない。
ダスト還元処理炉のコークスベッド上端レベルの維持効果、コークス比低減効果および廃プラスチック処理効果を狙い、1次羽口からレースウエイを形成しないで常温送風を行うとともに、2次羽口からレースウエイを形成しないで熱風送風を行うという送風条件下で、コークスベッドおよびコークスベッド上部の充填層への廃プラスチック吹き込み実験(ホットモデル実験)を実施した。
また、コークスベッドおよびコークスベッド上部の充填層の各部位で採取したダスト性状から廃プラスチックの燃焼性を調査し、コークス消費速度(降下挙動)から廃プラスチックの燃焼挙動・反応挙動を調査した。
【0067】
廃プラスチックとしては、ポリエチレン粒子(〜1.0mm、代表粒径680μm、嵩密度0.408t/m3 )を使用した。なお、ポリエチレン粒子の組成は、C:85.2%、H:14.3%、O:<0.1%であり、発熱量は10000calである。1次羽口からの送風は常温の酸素富化送風とし、酸素富化量は4%とした。2次羽口からの送風は熱風送風とし、その温度は500℃とした。また、廃プラスチックの吹き込み量は、0.15kg/Nm3 とした。
【0068】
その結果、まず第一に、図5に試験操業時の一例を示す。試験炉には主羽口(1次羽口)上に、70cm、80cm(2次羽口部)、90cmの位置に覗き孔を設けており、この覗き孔から、コークスベッド上端位置(原料の溶融する部位)を直接観察することができる。図5では、主羽口から廃プラスチックを定常的に0.15kg/Nm3 吹き込んでいたが、実験開始後、5時間後にコークスベッド上端位置が低下し始めたことから、廃プラスチックの吹き込み量を0.16kg/Nm3 に増大させて、コークスベッド上端位置を元のレベルに戻した状況を示す実験例である。炉頂からは、廃プラスチックの粒状物は見られず、ガス中にCH4ガスも存在しないことから、羽口から吹き込まれた廃プラスチックは炉内で消費されていることを確認している。また、廃プラスチックを吹き込むことによって、コークス比が低減しており、コークスの代替え燃料として、有効に活用されている。
【0069】
第二に、2次羽口からのポリエチレン吹き込み時は、コークス単味よりもηCO(=CO2 /(CO+CO2 )が低いことが判った。これは、熱風送風条件下において、コークスに比べて燃焼性が良く、かつソルーションロス反応が速いことを示唆している。すなわち、送風酸素によるポリエチレンの優先消費が確認された。
【0070】
第三に、CH4 分析によると、図6に示すように、主羽口から約40cm上部においてはガス中C2 H4 の消失やCH4 の減少が生じていること、およびダストの白色化が進行していることから、この部位ではポリエチレンの燃焼分解がほぼ完了していると判断される。
【0071】
第四に、図7に示すように、2次羽口からのポリエチレン吹込み時は、コークスベッド上部の領域でコークスの降下が停滞(少なくとも30分以上変化がない)を確認した。すなわち、コークスベッド上部の領域までの間では、コークスの燃焼反応は極微量であり、ポリエチレンが燃焼・反応していることが確認された。
【0072】
以上の実験結果から、1次羽口からの常温の酸素富化送風下におけるコークスベッドへの廃プラスチック吹込みは、コークスベッド上端レベルを変化させない安定な操業に有効であることが確認された。また、2次羽口からの熱風送風下におけるコークスベッド上部の充填層への廃プラスチック吹込みは、廃プラスチックの処理に有効であり、かつコークスベッド上部の領域に廃プラスチックを吹き込むと安定操業が可能なことが確認された。
【0073】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多段の送風羽口を有するダスト還元処理炉に廃プラスチック吹き込む際の具体的な条件を設定することにより、1次羽口からの廃プラスチック吹き込みにより、ダスト還元処理炉の安定操業を維持しつつ、炉内下部に位置するコークスベッドの上端レベルが変化しないように制御することができ、2次羽口からの廃プラスチック吹き込みにより、廃プラスチックを効率良く焼却処理することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のダスト還元処理炉の操業方法に使用するダスト還元処理炉であり、(a)はその全体構成を示す概略図、(b)はその装入装置の炉中心部への装入状況を示す概略図、(c)はその装入装置の炉周辺部への装入状況を示す概略図である。
【図2】2段羽口のダスト還元処理炉におけるコークスベッドの上端レベル、および廃プラスチック吹き込み位置を示す概略図である。
【図3】炉半径方向における区分け装入状況を示す概略図である。
【図4】炉内のCO2濃度曲線を示す説明図である。
【図5】本発明の実施例において、コークスベッド上端レベルを変化させないように廃プラスチック吹き込み量を調整した操業例を示す説明図である。
【図6】本発明の実施例において、コークスベッドへのポリエチレン吹き込み時のηCO変化を示す説明図である。
【図7】本発明の実施例において、ポリエチレン吹き込み時のコークス降下速度を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ダスト還元処理炉
2 装入装置
3 バケット
4 ベル
5 可動アーマー
6 装入ガイド
7 炉体
8 排ガス管
9 羽口
9a 1次羽口(下段羽口)
9b 2次羽口(上段羽口)
11 炉中心部
12 炉周辺部
13 コークスベッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention controls the upper level of a coke bed by blowing waste plastic from a primary tuyere when melting and reducing iron scraps and dust agglomerates in a dust reduction treatment furnace having a multistage blow tuyere. In addition, the present invention relates to a method for operating a dust reduction treatment furnace in which waste plastic is blown from a secondary tuyere and processed.
[0002]
[Prior art]
In general, waste is separated and collected into combustibles and noncombustibles, but incombustibles actually include combustible plastic products. Therefore, the waste plastic is collected as an incombustible material and then landfilled at the final disposal site. Disposable thinking is still established as the aftermath of the booming economy, but with the increase in the amount of waste in recent years, the disposal method of waste plastics has become a problem.
[0003]
In addition, waste home appliances such as used washing machines, refrigerators, and air conditioners are composite waste containing plastic, rubber, and the like in addition to metal. Conventionally, such composite waste has been disassembled and crushed into small pieces and landfilled at the final disposal site, despite containing useful metal materials such as iron, aluminum and copper.
[0004]
However, due to the shortage of final disposal sites and the enactment of new recycling laws, a recycling demonstration plant has been constructed, and attempts have been made to separate the composite waste and recover useful metal materials. In other words, composite waste is classified according to the type of product such as washing machines, refrigerators, etc., after extracting dangerous substances such as cooling media and lubricating oil, it is disassembled for each component and member, and the dismantled piece is made of metal or plastic Each raw material is sorted and processed according to the raw material. For example, the separated metal scrap is charged into a melting furnace together with coke and melted, and the waste plastic after separation is crushed and landfilled.
[0005]
Such a separation processing method is an effective means in that useful metal materials can be collected and the amount of crushed pieces to be landfilled can be reduced. However, waste plastic is still being landfilled.
Therefore, attempts have been made to insert waste plastic into a shaft furnace such as a blast furnace or cupola and incinerate it.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In such a shaft furnace, it is possible to safely process waste plastic without generating harmful substances. However, the blast furnace and cupola tuyere are usually configured as a single stage, and waste plastic is blown into a melting furnace having two or more stages, such as a dust reduction furnace, to control the reaction in the furnace. The specific conditions for doing so have not been elucidated at all.
[0007]
In view of the above problems, the object of the present invention is to set specific conditions for injecting waste plastic into a dust reduction treatment furnace having a multistage blower tuyere and to change the upper end level of the coke bed located in the lower part of the furnace. It is an object of the present invention to provide a method for operating a dust reduction treatment furnace capable of efficiently incinerating waste plastics while maintaining stable operation of the dust reduction treatment furnace.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method of operating the dust reduction treatment furnace of the present invention is a melting / reduction treatment by charging iron dust, dust agglomerate and coke into a dust reduction treatment furnace having a multi-stage ventilation tuyere. When doing so, blow air that does not form a raceway from the primary tuyere to the coke bed, blow in granular waste plastic, and control so that the upper end level of the coke bed does not change. Blowing without forming a raceway is performed on the packed bed at the top of the bed, and granular waste plastic is blown in for treatment.
[0009]
In the operation method of the dust reduction furnace, it is preferable to blow in the granular waste plastic from the primary tuyere under normal temperature oxygen-enriched air. It is preferable that the oxygen enrichment amount of this room temperature ventilation is 2% or more.
[0010]
Moreover, it is preferable to blow and process a granular waste plastic from the secondary tuyere under hot air blowing at 700 degrees C or less.
[0011]
Furthermore, it is preferable to adjust the amount of waste plastic blown from the primary tuyere so that the lowering speed of the raw fuel becomes constant.
[0012]
And it is preferable to set the waste plastic blowing position from the secondary tuyere in the area above the coke bed.
[0013]
In addition, the amount of waste plastic blown is 0.2 kg / Nm.ThreeIt is preferable to set the following.
[0014]
Furthermore, it is preferable that iron scrap is mixed with large-diameter coke and charged into the furnace center, and dust agglomerate is mixed with small-diameter coke and charged into the furnace periphery.
[0015]
According to the present invention, in a dust reduction treatment furnace having a multi-stage ventilation tuyere, granular waste plastic is blown from the primary tuyere into the coke bed under a normal temperature oxygen-enriched blast. On the other hand, granular waste plastic is blown into the packed bed above the coke bed from the secondary tuyere under hot air. At that time, the reason why the raceway is not formed is that when the raceway space is formed, the combustion of the coke and the solution reaction proceed, and the efficiency of the dust reduction treatment furnace decreases.
[0016]
By blowing waste plastic from the primary tuyere into the coke bed, it is possible to control so that the upper end level of the coke bed does not change. The reason is CO in the coke bed2In order to maintain a constant amount of reaction (solution loss reaction) between the coke and the coke.2This is for the purpose of adjusting the amount of solution loss reaction that causes the fluctuation of the lowering speed of the raw fuel by blowing the waste plastic.
On the other hand, the waste plastic is efficiently incinerated by blowing the waste plastic from the secondary tuyere into the packed bed above the coke bed.
However, since the combustion product gas is large, the gas temperature is lowered, and in the process of metal dissolution such as iron scrap dissolution / dust reduction, it becomes a lack of heat. In order to make up for this lack of heat, normal temperature oxygen-enriched air is blown from the primary tuyere and hot air is blown at 700 ° C. or less from the secondary tuyere.
[0017]
The amount of oxygen enrichment of room temperature air blown from the primary tuyere is 2% or more. If it is 2% or less, the amount of gas in the furnace increases as the waste plastic is blown, resulting in a decrease in gas temperature and slag. This is because it will hinder the dissolution of metal.
[0018]
On the other hand, the temperature of the hot air blowing from the secondary tuyere was set to 700 ° C. or lower because when the blowing temperature exceeded 700 ° C., the combustion reaction and the solution loss reaction of coke were promoted and the coke ratio was not necessarily reduced. is there.
[0019]
Further, the amount of waste plastic blown from the primary tuyere is adjusted so that the lowering speed of the raw fuel is constant. In this way, the amount of waste plastic blown in based on the descent speed of the raw fuel is adjusted by the CO in the coke bed.2In order to maintain a constant amount of reaction (solution loss reaction) between the coke and the coke.2This is for the purpose of adjusting the amount of solution loss reaction that causes fluctuations in the lowering speed of the raw fuel by blowing waste plastic.
[0020]
Furthermore, since the reaction speed is faster than that of coke, the waste plastic blowing position from the secondary tuyere is set in the upper area of the coke bed.2This is because the coke consumption is suppressed.
[0021]
And the amount of waste plastic blown is 0.2kg / Nm.ThreeThe upper limit for the amount of waste plastic blown is 0.2 kg / Nm.ThreeThis is because the waste plastic that exceeds the upper limit amount does not burn, so that it does not replace fuel with coke and is not used effectively.
[0022]
In addition, iron scrap and large diameter coke in the furnace center, and dust agglomerate and small diameter coke in the furnace periphery are charged separately in the center of the furnace. This is because the dust agglomerate is reduced in the periphery of the furnace, and a gas flow is formed in the center of the furnace for stable operation of the dust reduction furnace.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although the embodiment in the operation method of the dust reduction processing furnace of the present invention is explained in full detail based on an accompanying drawing, the present invention is not limited to the following embodiment.
[0024]
Fig.1 (a) is the schematic which shows the dust reduction processing furnace used for the operating method of the dust reduction processing furnace of this invention. As shown in the figure, a
[0025]
An
On the other hand, a
[0026]
The air blowing condition is that the
[0027]
In the present embodiment, the
[0028]
In addition, the raw material and fuel can be charged separately in the
[0029]
As shown in FIG. 2, the height of the
[0030]
Thus, unlike the shaft furnace such as a blast furnace or a cupola, the dust
[0031]
Next, an operation method of the dust reduction treatment furnace of the present invention that is performed using the dust
The raw materials charged from the top of the furnace are mainly iron scraps and dust agglomerates, and the fuel is mainly coke, and granular waste plastic is blown from the primary tuyere (main tuyere) 9a and
[0032]
The charging method includes a normal charging method in which the raw fuel is completely mixed or layered after charging the coke to form a coke bed, and a method in which the raw fuel is divided in the radial direction and charged. Is adopted.
[0033]
As shown in FIG. 3, the sorting and charging method mixes iron scrap and large-diameter coke and charges them in the center of the furnace, mixes with dust agglomerate and small-diameter coke, and mixes them in the periphery of the furnace. By charging, it aims to operate with high reaction efficiency. Iron scrap is charged in the center of the furnace and dust agglomerate is charged in the periphery of the furnace. The iron scrap is dissolved in the center of the furnace and the dust agglomerate is reduced in the periphery of the furnace. This is to promote gas flow in the center of the furnace and continue high ηCO conditions.
[0034]
The operation of the dust reduction furnace is to maintain the coke bed top level at a constant level, according to the charging method according to the size of the raw fuel, air blowing conditions of the main tuyere (air blowing temperature, oxygen enrichment, feather It is controlled by the amount of waste plastic blown in based on the lowering speed of the raw fuel.
In the coke bed, the combustion reaction of coke and waste plastic and the solution loss reaction after combustion proceed. The reaction rate of both reactions is adjusted by the fuel particle size, gas flow rate, blowing temperature, and the like.
[0035]
In the present invention, in the dust
[0036]
By blowing waste plastic directly into the coke bed, it is possible to maintain the upper end level of the
[0037]
On the other hand, the waste plastic is efficiently incinerated by blowing the waste plastic from the secondary tuyere into the packed bed above the coke bed.
[0038]
However, since there are many combustion product gases, gas temperature falls and it becomes a heat shortage in the process which melt | dissolves metals like iron scrap dissolution / dust reduction. In order to make up for this lack of heat, in the present invention, air blowing at room temperature enriched with 2% or more oxygen from the primary tuyere and hot air blowing at 700 ° C. or less from the secondary tuyere are performed.
[0039]
When performing oxygen-enriched air blowing from the
[0040]
On the other hand, the temperature of the hot air blowing from the
[0041]
In the present embodiment, the properties of the waste plastic are not limited. However, when the waste plastic is blown from the
[0042]
Further, the amount of waste plastic blown from the
[0043]
Furthermore, since the reaction speed is faster than that of coke, the waste plastic blowing position from the
[0044]
The amount of waste plastic blown is 0.2 kg / Nm.ThreeSet as follows. The upper limit of the blowing rate is 0.2kg / NmThreeThe waste plastic blowing rate is set to 0.2kg / NmThreeThis is because the waste plastic that exceeds the upper limit amount does not burn, so that it does not replace fuel with coke and is not used effectively.
[0045]
Next, the treatment method adopting the radial sorting and charging method is effective for operation stability and low fuel ratio operation, and can be directed to efficient operation regardless of the type and particle size of the raw material. An operation method for directing efficient operation according to the properties of the fuel will be described.
There is an appropriate charging method depending on the type of raw material for the radial sorting charging method. One is an example of increasing the ηCO in the furnace and aiming for efficient operation, which is a fractionation method based on the metallization rate (M.Fe / T.Fe) of the raw material, and one depending on the particle size of the raw material This is a separate method.
[0046]
First, it will be explained that the fractionation method based on the metallization rate (M.Fe / T.Fe) of the raw material contributes to the stabilization of the operation, and the efficient operation can be directed.
There are several types of raw materials. Fe / T. When separation is possible according to the size of Fe, it is preferable that raw materials with a high metallization rate, such as iron scrap, be charged into the furnace center, and raw materials with a low metallization rate, such as dust agglomerates, are loaded in the periphery of the furnace. Enter. The reason why the raw material with a low metallization rate is charged in the periphery of the furnace and the raw material with a high metallization rate is charged in the center of the furnace is to make it easy to control the height of the coke bed in the center of the furnace. This is to ensure the flow and to aim for low fuel ratio operation.
[0047]
When directing this operation, the main tuyere has a structure in which the tip of the tuyere protrudes into the furnace rather than the furnace wall. Basically, the tip of the main tuyere is located at the boundary between the furnace center and the furnace periphery. Ideally provided in Further, considering the gas flow as the central flow, the peripheral fuel preferably has a small diameter, and the central fuel preferably has a large diameter.
[0048]
The reason why the main tuyere is set at the boundary between the central part and the peripheral part of the furnace is that the air blown from the main tuyere is not used for the combustion of the fuel existing in the peripheral part. This is to make it work. Since the furnace center promotes the melting function, it is most efficient if the operation is directed to ηCO> 90% of the furnace center, and the fuel in the furnace center can be about carburized, which is the lowest fuel ratio. . Therefore, a rapid change in the coke bed height can be suppressed, and the coke having a maintained particle size becomes a coke bed, so that a low fuel ratio operation that ensures air permeability and liquid permeability becomes possible.
[0049]
In this operation, the appropriate air volume of the main tuyere is determined by the coke bed height. When ηCO at the upper end level of the coke bed is 60% or more, it is possible to set ηCO> 90% by blowing air from the main tuyere, and ideal operation is possible with respect to the furnace center.
[0050]
Next, it will be explained that when a raw material having a low metallization rate is charged into the periphery of the furnace, a charging method mixed with fuel is efficient.
If the operation with a high ηCO can be directed, an operation with a low fuel ratio can be realized. However, an experiment was conducted to reduce a raw material with a low metalization rate under the condition of ηCO> 30%. Does not proceed and causes smelting reduction which adversely affects the operation at high temperature. On the other hand, even if the raw material with a low metalization rate is mixed with coke and charged, compared with the case where it is not mixed with coke, the reduction rate improvement effect of at least 20% is clear from the examination results of the offline simulator. became.
[0051]
This means that in operations that charge raw materials with a low metalization rate, the charging method that mixes with fuel (small-diameter coke) improves the reduction of composite waste compared to the operation that does not mix with fuel (small-diameter coke). As a result, it is shown that the amount of slag melt at the time of melting can be reduced, and this contributes to avoiding shelf hanging.
[0052]
Next, in addition to the injection of waste plastic from the main tuyere into the coke bed, the point that the section charging method in the furnace radial direction contributes to maintaining the coke bed height will be described.
It is difficult to control the height of the coke bed. This is at the lower center of the furnace. This is because the abnormal consumption of this is caused. In particular, when such an abnormal consumption of coke occurs in the lower center of the furnace, it becomes a problem because it interferes with melting of iron and may become inoperable due to solidification of slag.
[0053]
Therefore, as described above, the furnace center is mainly charged with raw materials with a high metallization rate, for example, iron scrap, so that it is difficult to cause smelting reduction in the furnace center. Reduce abnormal consumption. Also, in order to suppress the coke solution loss reaction as much as possible, the fuel charged in the furnace center is distinguished from the fuel charged in the furnace periphery, and large-diameter coke is used. As a result, abnormal wear of the coke bed at the center of the furnace can be suppressed, and further, an operation with an increased combustion efficiency ηCO at the lower part of the furnace becomes possible.
On the other hand, a raw material having a low metallization rate, for example, a dust agglomerate, is mainly charged in the periphery of the furnace so that the operation easily causes smelting reduction in the periphery of the furnace.
[0054]
The installation position of the upper tuyere has an appropriate position depending on the operation specifications such as the coke granularity and the air flow rate, but basically, the ηCO level at the main tuyere is ηCO> 60% as a guide. .
[0055]
Simple methods for controlling or monitoring the coke bed height include visual observation at the upper tuyere and determination based on the pressure loss value in the furnace. The observation at the upper tuyere portion can determine that at least the melting portion of the raw material exists in either the upper part or the lower part of the upper tuyere. In addition, the upper end position of the coke bed can be confirmed by detecting the pressure loss difference between the lower tuyere and the upper tuyere. According to the operation example, when the upper end level of the coke bed is below the upper tuyere, the pressure loss difference between the lower tuyere and the upper tuyere is detected greatly. This is because the presence of the melted portion increases the pressure loss value.
[0056]
Moreover, as a method of measuring the coke bed height with high accuracy, it can be determined by measuring the descending behavior of a vertical sonde or iron wires charged from the upper part of the furnace. In the case of a vertical sonde, the temperature in the furnace suddenly rises and corresponds to a portion where the temperature is 1200 ° C. or higher. When iron wires are used, the point at which the descent speed stops corresponds to the upper end of the coke bed.
[0057]
In the present invention, the boundary position between the furnace center and the furnace periphery moves somewhat in the furnace radial direction depending on the metallization rate of the raw material and the coke grain size.
The boundary position ri between the furnace central part and the furnace peripheral part can be obtained by the following equation (1) if the amount of raw material and fuel charged in each part is determined.
ri2= (Wm (c) / ρm (c) + Wc (c) / ρc (c)) / {(Wm (c) / ρm (c) + Wc (c) / ρc (c)) + (Wm (p) / ρm (p) + Wc (p) / ρc (p))} (1)
Ri: dimensionless boundary radius (−) between the central portion and the peripheral portion
Wm (c): Weight of raw material charged in the center (kg / charge)
Wc (c): Fuel weight charged in the center (kg / charge)
Wm (p): Raw material weight (kg / charge) charged to the periphery
Wc (p): Weight of fuel to be charged in the surrounding area (kg / charge)
ρm (c): Bulk density of raw material charged in the center (kg / mThree)
ρc (c): Bulk density of fuel to be charged in the center (kg / mThree )
ρm (p): Bulk density of raw material to be charged in the peripheral part (kg / mThree )
ρc (p): Bulk density of fuel to be charged in the peripheral part (kg / mThree )
[0058]
In addition, this ri is represented by a dimensionless radius, and indicates the boundary position when the descending speed of the charge in the furnace center and the furnace periphery is constant. Various charging methods for adjusting the boundary position indicated by ri can be considered. Even when a bell-type charging device is used, an armor is used, and a central charging and a peripheral charging are performed for each charging charge. Although a mixed layer is generated by charging repeatedly and alternately, a predetermined boundary can be set.
[0059]
Figure 4 shows the CO in the coke bed when waste plastic is blown into the normal coke bed.2, CO and O2 It is a figure which shows the change of.
There are two forms of C consumption in coke or C in waste plastic:
C + O2 → CO2 ... (2)
C + CO2 → 2CO (3)
[0060]
In FIG. 4, CO2 As shown in the concentration curve, as the air blower tuyere moves upward from the coke bed,
[0061]
In the reaction of the formula (2), C in the coke is effectively used in an exothermic reaction, but in the reaction of the formula (3), C is not effectively used in an endothermic reaction. Therefore, it is necessary to cause the coke to react as much as (2).2 High temperature CO2When contact is made, coke solution loss occurs due to the reaction of equation (3), and coke is wasted.
[0062]
Waste plastic has a higher burning rate than coke. Therefore, when waste plastic is blown into the coke bed, it is O.2 The disappearance position of will go down. Therefore, even if waste plastic is blown into the coke bed under the condition that waste plastic is not blown, O2 Coke is present above the disappearance position of, and even though the coke consumption in equation (2) can be reduced, the coke consumption in equation (3) increases, and as a result, waste plastic blowing is associated with coke consumption. It becomes impossible to contribute to the reduction of.
[0063]
The following two methods are effective in avoiding this situation and allowing coke substitution by waste plastic blowing. That is, the reaction of the formula (3) is not performed in the coke bed, or the Coke in the coke reacted in the formula (3) is replaced with C in the waste plastic so as not to cause a coke solution loss. It is to be.
[0064]
The first method is O blown from the main tuyere2 Set the upper level of the coke bed to the height at which the waste plastics are added and disappear.2 In this method, waste plastic is blown between the main tuyere level and the coke bed upper end level so that coke does not exist in the area where there is no waste. Corresponding to In this case, the waste plastic blowing position may be an arbitrary position including the main tuyere as long as it is between the main tuyere level and the coke bed upper end level.
[0065]
The second method is O blown from the main tuyere2 In this case, the upper level of the coke bed is set higher than the height at which the waste plastic is taken into account. In this case, the waste plastic is blown between the main tuyere level and the upper level of the coke bed, and O2 In this method, waste plastic is blown into the upper area of the coke bed where no coke exists to cause solution loss instead of coke. In this case, the waste plastic blowing position at the bottom is the main tuyere level and O2 As long as it is between the vanishing point level, it may be at an arbitrary position including the main tuyere, and may be one stage or a plurality of stages. In addition, the waste plastic blowing position at the top is also O2 As long as it is between the vanishing point level and the coke bed upper end level, it may be at an arbitrary position, and may be one stage or a plurality of stages. According to this method, the amount of waste plastic blown can be increased by the amount blown into the upper part.
[0066]
【Example】
Hereinafter, although the Example in the operating method of the dust reduction processing furnace of this invention is described, this invention is not limited to a following example.
Aiming at maintaining the coke bed top level of the dust reduction furnace, reducing the coke ratio, and treating waste plastics, air is blown at room temperature without forming the raceway from the primary tuyere, and the raceway from the secondary tuyere. An experiment of blowing waste plastic (hot model experiment) into the coke bed and the packed bed above the coke bed was performed under the blowing condition of blowing hot air without forming.
In addition, the combustibility of waste plastic was investigated from the dust properties collected at each part of the coke bed and the packed bed above the coke bed, and the combustion behavior and reaction behavior of the waste plastic were investigated from the coke consumption rate (descent behavior).
[0067]
Waste plastics include polyethylene particles (up to 1.0 mm, typical particle size of 680 μm, bulk density of 0.408 t / m.Three)It was used. The composition of the polyethylene particles is C: 85.2%, H: 14.3%, O: <0.1%, and the calorific value is 10,000 cal. The air from the primary tuyere was an oxygen-enriched air at normal temperature, and the oxygen enrichment amount was 4%. The air from the secondary tuyere was hot air, and the temperature was 500 ° C. The amount of waste plastic blown is 0.15 kg / Nm.ThreeIt was.
[0068]
As a result, first of all, an example during the test operation is shown in FIG. The test furnace is provided with peep holes at 70 cm, 80 cm (secondary tuyere), and 90 cm on the main tuyere (primary tuyere). The melting part) can be observed directly. In FIG. 5, the waste plastic from the main tuyere is constantly 0.15 kg / Nm.ThreeThe coke bed top position began to drop 5 hours after the start of the experiment, but the amount of waste plastic blown was 0.16 kg / Nm.ThreeIt is an example of an experiment which shows a situation where the coke bed upper end position is returned to the original level by increasing it. From the top of the furnace, no waste plastic particulates are seen, and CHFourSince there is no gas, it is confirmed that the waste plastic blown from the tuyere is consumed in the furnace. In addition, by blowing waste plastic, the coke ratio is reduced, and it is effectively used as an alternative fuel for coke.
[0069]
Second, when polyethylene is blown from the secondary tuyere, ηCO (= CO2 / (CO + CO2 ) Was found to be low. This suggests that under hot air blowing conditions, combustibility is better than coke and the solution loss reaction is faster. That is, preferential consumption of polyethylene by blast oxygen was confirmed.
[0070]
Third, CHFourAccording to the analysis, as shown in FIG.2HFourDisappearance and CHFourSince the decrease in the amount of white matter and the whitening of the dust have progressed, it is determined that the combustion decomposition of polyethylene is almost completed at this site.
[0071]
Fourth, as shown in FIG. 7, when polyethylene was blown from the secondary tuyere, it was confirmed that the descent of coke was stagnant (no change for at least 30 minutes) in the region above the coke bed. That is, it was confirmed that the coke combustion reaction was extremely small up to the region above the coke bed, and that polyethylene was burning and reacting.
[0072]
From the above experimental results, it was confirmed that blowing plastic waste into the coke bed from the primary tuyere under normal temperature oxygen-enriched ventilation is effective for stable operation without changing the upper level of the coke bed. In addition, blowing waste plastic into the packed bed at the top of the coke bed under hot air blown from the secondary tuyere is effective for the treatment of waste plastic, and stable operation can be achieved by blowing waste plastic into the area above the coke bed. It was confirmed that it was possible.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by setting specific conditions when blowing waste plastic into a dust reduction treatment furnace having a multistage blowing tuyere, by blowing waste plastic from the primary tuyere, While maintaining stable operation of the dust reduction furnace, it can be controlled so that the upper level of the coke bed located in the lower part of the furnace does not change, and waste plastic is efficiently injected by blowing waste plastic from the secondary tuyere. It exhibits an excellent effect that it can be incinerated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a dust reduction treatment furnace used in the method of operating a dust reduction treatment furnace according to the present invention, wherein (a) is a schematic diagram showing the overall configuration, and (b) is a diagram showing how the charging device is attached to the furnace center. The schematic which shows a charging condition, (c) is the schematic which shows the charging condition to the furnace peripheral part of the charging device.
FIG. 2 is a schematic view showing an upper end level of a coke bed and a waste plastic blowing position in a two-stage tuyere dust reduction treatment furnace.
FIG. 3 is a schematic view showing the state of sorting and charging in the furnace radial direction.
[Fig. 4] CO in the furnace2It is explanatory drawing which shows a density | concentration curve.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation example in which the waste plastic blowing amount is adjusted so as not to change the coke bed upper end level in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in ηCO when polyethylene is blown into a coke bed in an example of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a coke lowering speed when polyethylene is blown in an example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Dust reduction furnace
2 Charger
3 buckets
4 bells
5 Movable armor
6 Charging guide
7 Furnace
8 Exhaust gas pipe
9 tuyere
9a Primary tuyere (lower tuyere)
9b Secondary tuyere (upper tuyere)
11 Furnace center
12 Furnace area
13 Coke bed
Claims (8)
1次羽口からコークスベッドへレースウエイを形成しない送風を行い、粒状の廃プラスチックを吹き込んで、コークスベッドの上端レベルが変化しないように制御するとともに、
2次羽口からコークスベッド上部の充填層へレースウエイを形成しない送風を行い、粒状の廃プラスチックを吹き込んで処理することを特徴とするダスト還元処理炉の操業方法。When charging iron dust, dust agglomerates, and coke into a dust reduction furnace with multi-stage air tuyeres,
While blowing air that does not form a raceway from the primary tuyere to the coke bed and blowing granular waste plastic, it is controlled so that the upper level of the coke bed does not change,
A method for operating a dust reduction treatment furnace, characterized in that air is blown without forming a raceway from a secondary tuyere to a packed bed above a coke bed, and granular waste plastic is blown in for treatment.
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