JP4286886B2 - 残留排ガス処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、竪型炉の操業を休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する排ガスを、安全に、大気中に燃焼放散させる処理方法及び処理装置に関するものである。

近年、資源の再利用や環境保護を推進する観点から、鉄含有ダスト・ペレット等及び／又は鉄屑類を鉄源として用い、竪型炉で還元、溶解し、銑鉄を製造する技術が注目されている。この種の竪型炉においては、炉内で、還元と溶解を、同時に行うので、鉄源と混合して装入した固体燃料を燃焼させて生成したガスのη_CO（ガス利用率）を、最適値に制御することが重要である。

例えば、特許文献１には、原燃料を竪型炉で還元・溶解する竪型炉の操業方法において、排ガスのη_COを制御して、還元・溶解に最適なη_CO（ガス利用率）を確保する技術が開示されている。

このように、排ガス組成の制御は、竪型炉の操業において重要であるが、大量に発生する排ガス（可燃成分を含んでいる）の処理は、環境保護、及び、排ガス処理系統の保安の点で重要である。

通常、操業中の竪型炉から、ＣＯ：２５〜３０％、Ｈ₂：２〜３％、残部：Ｎ₂の排ガスが、３０，０００〜４０，０００Ｎｍ³／hr、排出されるが、大量の排ガスは、可燃成分ＣＯを含んでいるので、排ガス処理機器で、吸引、冷却、除塵された後、燃焼放散塔から大気中に放散される。

従来、排ガスを燃焼放散塔から放散する場合、図１に示すように、燃焼放散塔１の下部に、逆火Ｘを防ぐ水封装置２を設置し、排ガス処理系統の安全を確保している。即ち、竪型炉の操業時、排ガス処理機器（図示なし）で、吸引、冷却、除塵された排ガスは、排ガス管６を通り水封装置２に入り、主開閉弁４を開放した燃焼放散塔１から大気中に放散される。

竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器に残留する排ガスを処理しなければならないが、竪型炉と排ガス処理機器の間の排ガス経路を遮断し、排ガス処理機器側の排ガス経路内に１３００Ｎｍ³／hrの必要最小量の窒素を送給し、窒素で可燃成分を希釈した残留排ガスを、水封装置２を通し、バイバス管路３（バイパス開閉弁５を開き、主開閉弁４を閉じる）から、大気中に燃焼放散する。

この時、窒素を送給しても、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に空気が侵入し、残留排ガスが爆発性を帯びることがある。それ故、水封装置２は、竪型炉の操業が休止又は停止した時の残留排ガス処理においても、逆火を防止する機能を担うことになる。

しかし、水封装置は、例えば、直径：５ｍ、高さ：３ｍの、常時、水を収容するタンクと、循環水による水位制御を必要とする装置であり、これを、排ガス経路に設置し、常時、運転・保守・点検することは、竪型炉の操業コストを押し上げることになる。

可燃成分を含む排ガスを処理する際、安全を確保することは、最優先事項であるが、資源の再利用を推進する観点から、回収物の価格が上昇することは好ましくなく、大規模な水封装置を排ガス経路に設置しなくても、可燃成分を含む排ガスを、安全に処理することができる技術が求められている。

特開平１０−３６９０６号公報

前述したように、竪型炉の操業が休止又は停止した時の残留排ガスの処理において、排ガス経路に窒素ガスを送給しても、排ガス処理機器内に空気が侵入し、排ガス経路内のガスが爆発性を帯びることがある。そこで、本発明は、大規模な水封装置を設置しなくても、可燃成分を含む残留排ガスを、安全に、大気中に燃焼放散することができる処理方法及び処理装置を提供することを課題とする。

排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する排ガスが爆発性を帯びる原因は、該排ガス経路内への空気（即ち、酸素）の侵入であるので、本発明者は、上記排ガス経路内への空気の侵入を、完全に防止する手法について、鋭意検討した。

その結果、単に、窒素を、上記排ガス経路内に送給するのではなく、窒素送給と同時に、排ガス経路内のガス圧を制御し、かつ、燃焼放散時のガス流速を制御すると、逆火を防ぎ、残留排ガスを、安全に、大気中に放散することができることを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する可燃成分を含む排ガスを処理する方法において、
（ａ）竪型炉と排ガス処理機器の間の排ガス管を遮断し、
（ｂ）遮断弁の近傍から、排ガス処理機器側の排ガス経路内に、窒素を送給するとともに、
（ｃ）排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を、１気圧を超える正圧に保持し、
（ｄ）ＣＯ及びＨ₂の逆火速度を超える流速で、燃焼放散する
ことを特徴とする残留排ガス処理方法。

（２）前記排ガスが、ＣＯ：２５〜３０％、及び、Ｈ₂：２〜３％、を含むことを特徴とする前記（１）に記載の残留排ガス処理方法。

（３）前記排ガス処理機器が、ガス冷却機及びガス吸引除塵機を含むことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の残留排ガス処理方法。

（４）前記排ガス経路内のガスを、燃焼放散する前に、冷却し、冷却された排ガスをガス吸引、除塵することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の残留排ガス処理方法。

（５）前記逆火速度を超える流速が、５ｍ／秒以上であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の残留排ガス処理方法。

（６）前記逆火速度を超える流速が、１２ｍ／秒以下であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の残留排ガス処理方法。

（７）竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する可燃成分を含む排ガスを処理する装置において、
（ａ）竪型炉と排ガス処理機器の間の排ガス管を遮断する遮断弁、
（ｂ）遮断弁の近傍から、排ガス処理機器側の排ガス経路内に、窒素を送給する窒素送給手段、
（ｃ）排ガス処理機器と燃焼放散塔の間に在って、排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を、１気圧を超える正圧に維持するガス圧調整弁、
（ｄ）燃焼放散塔のガス通路を遮断する主開閉弁、及び、燃焼放散塔の途中から分岐し、排ガス経路内の残留排ガスを燃焼放散するバイパス管、
を備えることを特徴とする残留排ガス処理装置。

（８）前記排ガスが、ＣＯ：２５〜３０％、Ｈ₂：２〜３％、を含むことを特徴とする前記（７）に記載の残留排ガス処理装置。

（９）前記排ガス処理機器が、ガス冷却機及びガス吸引除塵機を含むことを特徴とする前記（７）又は（８）に記載の残留排ガス処理装置。

（１０）前記排ガス経路内のガスを、燃焼放散する前に、冷却し、冷却された排ガスをガス吸引、除塵することを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれかに記載の残留排ガス処理装置。

（１１）前記排ガス経路内のガスを、バイパス管の出口から、ＣＯ及びＨ₂の逆火速度を超える流速で、燃焼放散することを特徴とする前記（７）〜（１０）のいずれかに記載の残留排ガス処理装置。

（１２）前記逆火速度を超える流速が、５ｍ／秒以上であることを特徴とする前記（１１）に記載の残留排ガス処理装置。

（１３）前記逆火速度を超える流速が、１２ｍ／秒以下であることを特徴とする前記（７）〜（１２）のいずれかに記載の残留排ガス処理装置。

本発明によれば、竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する可燃成分を含む排ガスを、逆火の恐れなく、安全に、大気中に燃焼放散することができる。

本発明について、図面に基づいて説明する。

図２に、本発明を実施する排ガス経路の一態様を示す。基台１２の上に、冷却機８、ガス吸引除塵機９、及び、ミスト分離機１０が、排ガス管６で接続されて配置されている。竪型炉の操業時、竪型炉（図示なし）で発生した排ガスは、支持台１３上に固定された排ガス管６により、冷却機８に導入され、冷却機８内で、散水により冷却される。

冷却された排ガスは、次のガス吸引除塵機９で、ガス吸引、除塵され、ミスト分離機１０で、ミスト（微細な水滴）が分離された後、燃焼放散塔１に繋がる排ガス管６を通り、燃焼放散塔１の出口で燃焼し（炎１４、参照）、大気中に放散される。

燃焼放散塔１には、ガス通路を開閉する主開閉弁４が取り付けられていて、通常の操業時は、全開されている。また、燃焼放散塔１には、途中で分岐するバイパス管路３が設けられていて、竪型炉の操業が休止又は停止した時の排ガス処理の際に、使用する。バイパス管路３には、管路を開閉するバイパス開閉弁５が取り付けられていて、通常の操業時は、全閉となっている。

竪型炉で発生した排ガスは、通常、ＣＯ：２５〜３０％、Ｈ₂：２〜３％を含んでいて、空気（酸素）が混入すると、爆発性を帯びることになるが、ガス吸引除塵機９が、吸引装置（図示なし）で吸引されているので、排ガスは、排ガス経路を、滞留することなく、速やかに通過し、燃焼放散塔から放散される。即ち、竪型炉の通常の操業における排ガス処理に、格別の問題は生じない。

排ガスを、冷却機８に導入する排ガス管６は、竪型炉の休止又は停止時に作動する遮断弁６を備え、さらに、遮断弁７の作動後、直ちに、排ガス管６に窒素を送給する窒素供給手段の窒素供給管１１と連結されている。

竪型炉の操業が休止又は停止すると、制御装置（図示なし）からの指令で、遮断弁７が排ガス管６を遮断し、窒素供給管１１が、排ガス管６内へ窒素を送給し始める。この時、同時に、ガス吸引除塵機９を引き続き運転し、ミスト分離機１０の上部に配置されている調整弁の開度を調整して、排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を、１気圧を超える正圧に保持する。

本発明では、竪型炉の操業の休止又は停止時に、ガス吸引除塵機９を吸引する吸引装置を運転し、ミスト分離機１０の上部に配置されている調整弁の開度を調整して、排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を正圧に保持するので、該排ガス経路への空気の侵入を防ぐことができる。この点が、本発明の特徴である。

一般に、機器内の圧力を正圧に維持すれば、機器内への外気の侵入を防ぐことができることは知られているが、通常の操業時には、３０，０００〜４０，０００Ｎｍ³／hrの大量の排ガスを処理し、また、操業の休止又は停止時には、１，３００Ｎｍ³／hrの窒素を送給して可燃排ガスを希釈する排ガス処理機器を含む排ガス経路において、この排ガス経路全域にて、空気の侵入を防ぎ、安全を確保するために、ガス圧を、１気圧を超える正圧に保持するとともに、燃焼放散塔との出口で、ガス圧に依存する流速を、所要の流速範囲に維持することは、技術的な工夫を要することである。

図３に、調整弁の開度を調整し、排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を正圧に保持する一態様を模式的に示す。ミスト分離機１０の頂部には、３個の炉頂圧調整弁１５ａ及び１個の経路内圧調整弁１５ｂが設けられている。

竪型炉の通常の操業時は、経路内圧調整弁１５ｂは閉じられていて、３０，０００〜４０、０００Ｎｍ³／hrの大量の排ガスに対して、３個の炉頂圧調整弁１５ａの開度を適宜調整して、炉頂圧を調整する。通常は、炉頂圧が０となるように、３個の炉頂圧調整弁１５ａの開度を調整する。

竪型炉の操業を休止又は停止した時も、引き続き、ガス吸引除塵機９を吸引する吸引装置を運転し、３個の炉頂圧調整弁１５ａを、全て閉じ、経路内圧調整弁１５ｂの開度を調整する。

操業の休止又は停止と同時に、遮断弁７が作動し、窒素供給管１１から排ガス管６内へ、１，３００Ｎｍ³／hrの窒素の供給が開始される。１，３００Ｎｍ³／hrの窒素の送給に対し、大量の排ガス量の圧力調整を行う炉頂圧調整弁１５ａでは、圧力調整が不能なため、排ガス管６への窒素の供給、３個の炉頂圧調整弁１５ａの全閉、及び、１，３００Ｎｍ³／hrの窒素の送給量に適応した小径の経路内圧調整弁１５ｂの開度調整で、ミスト分離機１０内に大きな正圧が発生し、ミスト分離機１０より上流側の排ガス経路内のガス圧が正圧に保持される。

排ガス経路内のガス圧を高くし過ぎると、逆に、残留排ガスが外部に漏れでることになるので、上記ガス圧は、残留排ガスが外部に漏れでない範囲とする。

排ガス経路内のガス圧が正圧に保持された状態で、窒素で可燃成分が希釈された残留排ガスは、経路内圧調整弁１５ｂを通過し、燃焼放散塔１に繋がる排ガス管６に流入するが、流入量は、必然的に、通常の操業時の流量に比べ少ないので、燃焼放散塔１の主開閉弁４を閉じ、バイパス管３のバイパス開閉弁を開け、上記残留排ガスを、バイパス管３経由で、燃焼放散塔１の出口から放散する。

ここで、図４に、本発明を適用した時の排ガス経路におけるガス圧分布の一例を示す。

図４中のＰ1〜Ｐ2は、図３中のＰ1〜Ｐ2に対応する。Ｐ2は、ミスト分離機の位置であり、本発明では、ミスト分離機頂部に配置した調整弁の開度を調整し、ここで、高い正圧を形成して、ミスト分離機より上流側の排ガス経路内のガス圧を、正圧に維持する。

図４に示すように、ミスト分離機（Ｐ2）で形成する圧が低いと、冷却機（Ｐ1）の内部で、正圧を維持することができず、冷却機内に空気が侵入することになる。

冷却機８の位置Ｐ1でも正圧状態が維持されているので、排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧が正圧に保持されていることが解る。

残留排ガスを、燃焼放散塔１から放散する時、当然に、ガス圧は、大気圧となっているが、この時、残留排ガス中の可燃成分（ＣＯとＨ₂）による逆火を防ぐため、残留排ガス放散時のガス流速を、ＣＯ及びＨ₂の逆火速度を超える流速とすることが重要である。

本発明では、残留排ガス放散時のガス流速を、ＣＯ及びＨ₂の逆火速度を超える流速とするので、大掛かりな水封装置を燃焼放散塔に備える必要がない。

逆火を、より確実に防ぐためには、残留排ガス放散時のガス流速を、５ｍ／秒以上とすることが好ましい。

残留排ガス放散時のガス流速を上げることは、逆火を防ぐ点で好ましいが、あまり上げすぎると、炎が吹き消えることがあるので、１２ｍ／秒以下が好ましい。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
図２に示す排ガス経路において、竪型炉の操業休止時に、遮断弁を作動させ、排ガス管内に、窒素を、１，３００Ｎｍ³／hr送給するとともに、ミスト分離機の炉頂圧調整弁を閉じ、経路内圧調整弁の開度を適宜調整し、ミスト分離機内のガス圧を、４８ｈＰaに保持した。

冷却機内では、５ｈＰaを確保することができ、排ガス処理機器を含むガス経路内への空気の侵入を防ぐことができた。残留排ガスは、バイパス管路経由で、流速８ｍ／秒で、燃焼放散塔の出口から大気中に放散した。

残留排ガスの処理期間中、継続して、ガス経路内のガス圧を正圧に維持し、可燃成分の逆火速度を超える流速で燃焼放散塔から放散することができ、逆火は、発生しなかった。

前述したように、本発明によれば、竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する可燃成分を含む排ガスを、逆火の恐れなく、安全に、大気中に燃焼放散することができる。したがって、本発明は、可燃成分を含む排ガスを放出する炉を操業する二次産業において、利用可能性が大きいものである。

水封装置を備える、従来の排ガス処理設備を示す図である。 本発明を実施する排ガス経路の一態様を示す図である。 調整弁の開度を調整し、排ガス経路内のガス圧を正圧に保持する態様を示す図である。 本発明を適用した時の排ガス経路におけるガス圧分布を示す図である。

符号の説明

１ 燃焼放散塔
２ 水封装置
３ バイパス管路
４ 主開閉弁
５ バイバス開閉弁
６ 排ガス管
７ 遮断弁
８ 冷却機
９ ガス吸引除塵機
１０ ミスト分離機
１１ 窒素供給管
１２ 基台
１３ 支持台
１４ 炎
１５ａ 炉頂圧調整弁
１５ｂ 経路内圧調整弁
Ｘ 逆火

Claims (13)

1. 竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する可燃成分を含む排ガスを処理する方法において、
   （ａ）竪型炉と排ガス処理機器の間の排ガス管を遮断し、
   （ｂ）遮断弁の近傍から、排ガス処理機器側の排ガス経路内に、窒素を送給するとともに、
   （ｃ）排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を、１気圧を超える正圧に保持し、
   （ｄ）ＣＯ及びＨ₂の逆火速度を超える流速で、燃焼放散する
   ことを特徴とする残留排ガス処理方法。
2. 前記排ガスが、ＣＯ：２５〜３０％、及び、Ｈ₂：２〜３％、を含むことを特徴とする請求項１に記載の残留排ガス処理方法。
3. 前記排ガス処理機器が、ガス冷却機及びガス吸引除塵機を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の残留排ガス処理方法。
4. 前記排ガス経路内のガスを、燃焼放散する前に、冷却し、冷却された排ガスをガス吸引、除塵することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の残留排ガス処理方法。
5. 前記逆火速度を超える流速が、５ｍ／秒以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の残留排ガス処理方法。
6. 前記逆火速度を超える流速が、１２ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の残留排ガス処理方法。
7. 竪型炉の操業が休止又は停止した時、排ガス処理機器を含む排ガス経路内に残留する可燃成分を含む排ガスを処理する装置において、
   （ａ）竪型炉と排ガス処理機器の間の排ガス管を遮断する遮断弁、
   （ｂ）遮断弁の近傍から、排ガス処理機器側の排ガス経路内に、窒素を送給する窒素送給手段、
   （ｃ）排ガス処理機器と燃焼放散塔の間に在って、排ガス処理機器を含む排ガス経路内のガス圧を、１気圧を超える正圧に維持するガス圧調整弁、
   （ｄ）燃焼放散塔のガス通路を遮断する主開閉弁、及び、燃焼放散塔の途中から分岐し、排ガス経路内の残留排ガスを燃焼放散するバイパス管、
   を備えることを特徴とする残留排ガス処理装置。
8. 前記排ガスが、ＣＯ：２５〜３０％、Ｈ₂：２〜３％、を含むことを特徴とする請求項７に記載の残留排ガス処理装置。
9. 前記排ガス処理機器が、ガス冷却機及びガス吸引除塵機を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の残留排ガス処理装置。
10. 前記排ガス経路内のガスを、燃焼放散する前に、冷却し、冷却された排ガスをガス吸引、除塵することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の残留排ガス処理装置。
11. 前記排ガス経路内のガスを、バイパス管の出口から、ＣＯ及びＨ₂の逆火速度を超える流速で、燃焼放散することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の残留排ガス処理装置。
12. 前記逆火速度を超える流速が、５ｍ／秒以上であることを特徴とする請求項１１に記載の残留排ガス処理装置。
13. 前記逆火速度を超える流速が、１２ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の残留排ガス処理装置。

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