JP4237077B2

JP4237077B2 - 転炉排ガス処理装置の排ガス流量の算出方法

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Publication number: JP4237077B2
Application number: JP2004042354A
Authority: JP
Inventors: 芳宜奥山; 信幸藤倉
Original assignee: JP Steel Plantech Co
Current assignee: JP Steel Plantech Co
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP2005232532A

Description

本発明は、乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置において、その排ガス流量を算出する方法に関するものである。

〔従来の技術〕
転炉の操業では、一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする転炉ガスが多量に発生するが、この転炉ガスは冷却し除塵した後、有価ガスとして回収される。この転炉ガスは、高温であって多量の塵を含むため、冷却器で冷却した後、除塵装置により除塵される。この除塵装置としては、湿式集塵器を用いたシステムと乾式電気集塵器を用いたシステムがある。

乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置は、図１に示されているように、転炉１、冷却器２、スタビライザ３、排ガス流量計４、乾式電気集塵器５、回転数可変の軸流送風機６、切替ダンパ７、放散筒８、及びガス回収ダクト９等の構成機器から成る。吹錬により転炉１から発生した約１５００℃の高温で高含塵の転炉ガスは、回転数可変の軸流送風機６により、前記転炉１の上方に設置した冷却器２に吸引されて、ここで約１０００℃まで冷却される。さらに、この冷却された転炉ガスは、乾式電気集塵器５で高捕集率を得るためにダストの見掛固有抵抗が最適値となるように、スタビライザ３で水を噴霧してガス温度を１５０℃〜２００℃として、乾式電気集塵器５に導かれる。この乾式電気集塵器５により除塵された清浄な転炉ガスは、それに含有される一酸化炭素（ＣＯ）濃度に応じて切替ダンパ７によりガス流路が切替えられて、放散筒８の上部で燃焼させた後大気に放散されるか、またはガス回収ダクト９を介して図示しないガスホルダに回収される。

集塵器として乾式電気集塵器５を用いた場合、集塵効率を向上させるため水の噴霧によりガス温度を１５０℃〜２００℃とすることは既述のとおりであるが、転炉の操業では炉内反応状況や投入副原料の銘柄、投入速度、投入時期により、発生ガス量、ガス温度が常に変動するため、乾式電気集塵器５の入口のガス温度が一定となるようにスタビライザ３での噴霧水量は常に制御されるが、従来のスタビライザ出口のガス温度をフィードバックする方式では、十分にガス温度を制御することができなかった。
上記の問題を解決するために、電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置において、スタビライザ入口と出口のガス温度、及び排ガス流量によりスタビライザへの噴霧水量を制御して、前記電気集塵器入口のガス温度を制御する方法は、特公昭６１−５６２８９号公報に開示されているように、既に提案されている。

〔従来技術の問題点〕
しかし、この方法においても、ダスト中に捕捉される噴霧水量、または水滴としてスタビライザ下部に落下する噴霧水量が不明のため、排ガス中の水蒸気量やガス密度を求めることができず、正確な排ガス流量を計測することができなかった。
このために、従来の技術では次のような問題があった。
(1) スタビライザ出口（電気集塵器入口）のガス温度を高い精度で制御することができない。
(2)排ガス流量と排ガス中のＣＯ，ＣＯ_２濃度を用いて、吹錬の終点制御をした場合、その精度が劣る。
(3) 正確な回収ガスの回収量の把握ができない。
(4) 排ガス流量を用いたガスバランス・マテリアルバランスの算出に支障がある。

特公昭６１−５６２８９号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置において、精度の高い排ガス流量を算出することである。

ここで、転炉排ガス処理装置についてみると、これに使用される誘引送風機の特性は、ガス圧力、軸動力はガス密度と温度に律則され、また、圧縮比が１.１以下の送風機では、回転数の変動が±２０％以内の場合にあっては、ガス流量は回転数の１乗に、ガス圧力は回転数の２乗に、軸動力は回転数の３乗に比例して変化することが周知である（ＪＩＳ−Ｂ８３３０等）。

一方、乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置においては、全圧が６００〜７５０ｍｍＡｑの軸流ファンが採用され、その圧縮比はガス回収時で１.０７８（−２５０ｍｍＡｑ／５００ｍｍＡｑ）、放散時で１.０７４（−７００ｍｍＡｑ／５０ｍｍＡｑ）以下であり、上記の関係が成立する範囲内にある。また、乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置では、誘引送風機の回転数により排ガス流量または炉口圧力の制御がなされるが、その範囲は計画された最大ガス流量の６５〜１００％の範囲にある。従って、回転数が定格回転数の約８３％の性能曲線を基準とすることにより、通常の転炉操業におけるガス量変動範囲に対し、ガス流量、ガス圧力、軸動力は回転数変動時の比例関係が成立する±２０％の範囲である。

これらの関係を用いて、誘引送風機をその定格回転数以下の所定回転数として、ガス温度とガス密度が既知のガス体の基準性能曲線Ｉを作成し、実操業で実測した前記誘引送風機の入口ガス温度と入口ガス圧力と回転数によって、前記基準性能曲線Ｉを補正して性能曲線IIを作成することにより、ガス密度が不明であっても、正確な排ガス流量を求めることである。

〔解決手段〕（請求項１に対応）
乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置であって、誘引送風機の入口ガス圧力検出器と、出口ガス圧力検出器と、入口ガス温度検出器と、前記誘引送風機の回転数検出器と、前記誘引送風機駆動用電動機の電流値検出器と、排ガス分析器と、炉内吹込み酸素流量検出器とを備えた転炉排ガス処理装置において、
前記誘引送風機を定格回転数以下の所定回転数として、温度と密度が既知のガス体の基準性能曲線Ｉを作成し、
実操業で実測した前記誘引送風機の入口ガス温度と入口ガス圧力と回転数によって、前記基準性能曲線Ｉを補正して性能曲線IIを作成し、
前記性能曲線IIの送風機全圧曲線と、実操業で実測した前記誘引送風機全圧の等圧線との交点から複数の排ガス流量を求め、
実操業で実測した排ガス中のＣＯ又はＣＯ_２濃度と、炉内吹込み酸素流量とにより、前記複数の排ガス流量のうちの１つを特定して、
転炉排ガス処理装置の排ガス流量を算出することである。

〔作用〕
誘引送風機回転数の変動が±２０％以内である通常の転炉操業でのガス量変動範囲においては、ガス流量、ガス圧力、軸動力と誘引送風機回転数との間に比例関係が成立する。性能曲線IIは基準性能曲線Ｉを本関係にもとづく回転数による補正以外に、実操業での誘引送風機の入口ガス温度と入口ガス圧力によって使用状態に補正しているから、実操業状態での性能曲線となっている。この実操業状態での性能曲線IIの送風機全圧曲線と、実操業で実測した誘引送風機全圧（吸込圧力＋吐出圧力）との交点により、複数の排ガス流量が求まり、さらに、実操業で実測した排ガス中のＣＯ又はＣＯ_２濃度と、炉内吹込み酸素流量とにより、前記複数の排ガス流量から１つを特定することができる。

〔実施態様〕（請求項２に対応）
実施態様は、上記解決手段において、性能曲線IIの電流値曲線における特定された排ガス流量に対応する電流値と、実操業で実測した電流値と、基準性能曲線Ｉのガス密度とから、実操業での排ガスの密度を求めることである。
〔作用〕
性能曲線IIは使用状態のガス密度が未知のため基準性能曲線Ｉのガス密度として作成されるが、実操業での排ガス密度は、（基準性能曲線Ｉのガス密度）×（実操業での実測電流値）／（基準性能曲線Ｉの電流値）を計算することにより、求めることができる。

この発明の効果を請求項毎に整理すると次のとおりである。
(１) 請求項１に係る発明の効果
予めガス温度、ガス密度が既知の気体を用いて、誘引送風機を所定の回転数として基準性能曲線Ｉを作成し、この基準性能曲線Ｉを補正して性能曲線IIを作成し、この性能曲線IIの送風機全圧曲線と、実操業で実測した前記誘引送風機全圧の等圧線との交点から複数の排ガス流量を求め、実操業で実測した排ガス中のＣＯ又はＣＯ_２濃度と、炉内吹込み酸素流量とにより、前記複数の排ガス流量のうち１つを特定して、転炉排ガス処理装置の排ガス流量を算出することにより、ベンチュリ管、オリフィス、ピトー管等の流量計を用いることなく、ガス密度が不明であっても、正確な排ガス流量を求めることができ、スタビライザ出口のガス温度を高精度に制御可能であり、吹錬の終点制御の精度向上が可能となり、また回収ガスの回収量、ガスバランス・マテリアルバランスの算出を正確に把握できるようになった。

(２) 請求項２に係る発明の効果
上記請求項１の発明の効果の他に、実操業での排ガス密度を求めることができる。

ガス密度が不明であっても、正確な排ガス流量を求めるという目的を、ガス温度とガス密度が既知のガス体により誘引送風機の基準性能曲線Ｉを作成して、これを実操業で実測した値によって補正し性能曲線IIを作成することにより、流量計を用いることなく実現したものである。

次に、本発明の実施例について、図２〜図４を参照しながら説明する。
この実施例の説明に用いるのは、軸流ファン及び乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置であり、次のような仕様を備えている。
転炉容量：２５０Ｔ／Ｈeat
送酸量：６００００ｍ³Ｎ／Ｈｒ
処理ガス量：１８００００ｍ³Ｎ／Ｈｒ
誘引送風機容量：１８００００ｍ³Ｎ／Ｈｒ
誘引送風機昇圧能力：６００ｍｍＡｑ
（ガス回収時吸込圧力／吐出圧力＝−２００ｍｍＡｑ／４００ｍｍＡｑ）
誘引送風機吸込ガス温度：２００℃
誘引送風機吸込ガス比重量：１.４３２Ｋｇ／ｍ³Ｎ
誘引送風機回転数：１８００ｒｐｍ

ここで、実操業時の実測値が、次の値であったときについて説明する。
誘引送風機の吸込ガス温度：１５０℃
回転数：１６２０ｒｐｍ
吸込圧力：−１５０ｍｍＡｑ
吐出圧力：３２０ｍｍＡｑ
送酸量：６００００ｍ³Ｎ／Ｈｒ
ＣＯ濃度：７０％、ＣＯ₂濃度：１６％、Ｎ₂濃度：１４％
電流値：１９９Ａ

先ず、誘引送風機の回転数を規定回転数の約８３％となる１５００ｒｐｍとし、温度が２０℃で相対湿度が６５％の空気を圧力−２００ｍｍＡｑで吸込んだ場合の送風機性能曲線〔排ガス流量（ｍ³／ｍｉｎ.）に対する送風機全圧（ｍｍＡｑ）と電動機の電流値（Ａ）の関係〕を作成し、基準性能曲線Ｉとした。この基準性能曲線Ｉは、送風機の吸込空気量を変更し、それぞれの吸込空気量時の吸込圧力、吐出圧力、吸込温度、電流値、及び回転数を測定して、各々の吸込空気を−２００ｍｍＡｑ、２０℃の状態となるようにヘッド（水頭）換算及び回転数の補正を行なうことにより作成される。このときの空気密度は吸込み状態で１.１７７Ｋｇ／ｍ³となる。図２において実線で示した曲線は誘引送風機の設計条件の性能曲線を示し、破線は基準性能曲線Ｉである。この基準性能曲線Ｉは、吸込空気条件が−２００ｍｍＡｑ、吸込温度２０℃、回転数１５００ｒｐｍの状態での性能を表すものである。

次に、基準性能曲線Ｉを実操業時の誘引送風機入口ガス温度と誘引送風機入口ガス圧力と回転数の実測値により補正して、性能曲線IIを作成する（図３の一点鎖線を参照）。性能曲線IIは実操業時の測定値、誘引送風機入口ガス温度１５０℃、誘引送風機入口ガス圧力−１５０ｍｍＡｑ、回転数１６２０ｒｐｍ時の性能を表すものとなり、該性能曲線IIの全圧曲線と測定した誘引送風機全圧４７０ｍｍＡｑの等圧線Ｄとの交点から、排ガス流量を求めることができるが、前記等圧線Ｄと性能曲線IIの全圧曲線とは３つの交点Ａ、Ｂ、Ｃが存在する。

一般に送風機の特性として同一ガス圧力に対し複数のガス流量を持つが、測定されたガス圧力に対応するガス流量は、炉内吹込み酸素流量と排ガス中のＣＯまたはＣＯ₂濃度により特定することができる。
即ち、炉内に吹込まれた純酸素は、溶銑中の炭素と反応し１００％濃度のＣＯガスとして発生するが、その一部は炉内での燃焼、所謂炉内２次燃焼と炉口から吸込んだ空気による燃焼（炉口燃焼）により、ガス回収型の転炉排ガス処理装置ではＣＯ濃度は吹錬初期を除き７０〜８５％となる。
したがって、炉内吹込み酸素流量と排ガス中のＣＯまたはＣＯ₂濃度が判れば転炉排ガス流量は図４に示す関係となり、炉内２次燃焼率と炉口燃焼率が不明であっても概略の排ガス流量が想定できるため、前記性能曲線II上で排ガス流量が特定できることになる。

なお、炉内吹込み酸素流量と排ガス中のＣＯまたはＣＯ_２濃度の関係は、脱炭酸素効率、転炉発生ガス組成（冷却器に吸引される排ガス組成は基本的にＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２であるが、操業方法によりＨ_２が存在する場合がある）により若干変化するが、それぞれの条件による値を予め計算しておくことにより対応が可能である。

図４において、曲線(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、及び(ｄ)は、それぞれ炉内２次燃焼率が０％、１０％、２０％、及び３０％に対して炉口燃焼率が０〜１００％に変化した場合の、炉内に吹込まれた送酸量“１”に対する排ガス量の増加割合を示したもので、本実施例の転炉操業では炉内２次燃焼率は５〜２０％程度であった。
実施例では測定値のＣＯ濃度７０％から、図４のＣＯ濃度が７０％の点に垂線Ｅを引き、曲線(ａ)と(ｄ)の交点から水平に引いた線Ｇ,Ｆの排ガス量比との交点が求まり、その値は送酸量の１.９〜２.５倍の範囲となる。この係数を用いて排ガス量を求めて、更に測定時の送風機吸込み状態（−１５０ｍｍＡｑ、１５０℃）に換算すると、求める排ガス流量は２９９０ｍ³／ｍｉｎ.〜３９３０ｍ³／ｍｉｎ.の範囲の中にあり、上記実操業での実測時の誘引送風機吸込み排ガス流量は、図３の性能曲線II上における交点Ｃの３８５０ｍ³／ｍｉｎ.となる。

次に、図３の交点Ｃの垂線上に実測電流値１９９Ａをプロットすると、基準性能曲線Ｉの電流値１７０Ａと２９Ａの差があることが判る。この差はガス密度に起因するものであり、性能曲線IIは測定時のガス密度が未知のため基準性能曲線Ｉの１.１７７Ｋｇ／ｍ³Ｎを採用しているから、（１.１７７(＝基準性能曲線Ｉのガス密度)）×（実操業での実測電流値）／（基準性能曲線Ｉの電流値）を計算すれば、実ガスの密度を求めることができ、その値は１.３７９Ｋｇ／ｍ³Ｎとなる。
一方、ガス回収型の転炉排ガス処理装置には必ず排ガス分析計が設置されるから、排ガス組成と先に求めたガス密度から基準状態の排ガス流量と水蒸気量を求めることができる。

なお、基準性能曲線を複数本とする事により、更に広い流量変動範囲に対応することが可能となる。
また、実施例は軸流送風機を使用した例について既述したが、軸流送風機に限られるものではなく、他の型式の送風機を使用した場合でも、本発明に包含される。

は、従来の乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置の模式図である。は、誘引送風機の設備計画条件の性能曲線と基準性能曲線Ｉを示すグラフである。は、基準性能曲線Ｉと実操業時の実測値により補正した性能曲線IIを示すグラフである。は、排ガスＣＯ濃度と排ガス量比との関係を、炉内２次燃焼率毎に示すグラフである。

符号の説明

１：転炉
２：冷却器
３：スタビライザ
４：排ガス流量計
５：乾式電気集塵器
６：軸流送風機
７：切替ダンパ
８：放散筒
９：ガス回収ダクト

Claims

乾式電気集塵器を用いた転炉排ガス処理装置であって、誘引送風機の入口ガス圧力検出器と、出口ガス圧力検出器と、入口ガス温度検出器と、前記誘引送風機の回転数検出器と、前記誘引送風機駆動用電動機の電流値検出器と、排ガス分析器と、炉内吹込み酸素流量検出器とを備えた転炉排ガス処理装置において、
前記誘引送風機をその定格回転数以下の所定回転数として、温度と密度が既知のガス体の基準性能曲線Ｉを作成し、
実操業で実測した前記誘引送風機の入口ガス温度と入口ガス圧力と回転数によって、前記基準性能曲線Ｉを補正して性能曲線IIを作成し、
前記性能曲線IIの送風機全圧曲線と、実操業で実測した前記誘引送風機全圧の等圧線との交点から複数の排ガス流量を求め、
実操業で実測した排ガス中のＣＯ又はＣＯ_２濃度と、炉内吹込み酸素流量とにより、前記複数の排ガス流量のうち１つを特定すること、
を特徴とする転炉排ガス処理装置の排ガス流量の算出方法。
上記性能曲線IIの電流値曲線における上記特定された排ガス流量に対応する電流値と、上記実操業で実測した電流値と、上記基準性能曲線Ｉのガス密度とから、実操業での排ガス密度を求めることを特徴とする請求項１に記載の転炉排ガス処理装置の排ガス流量の算出方法。