JP4364751B2 - 排ガス処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、製鉄所の焼結機から出る焼結排ガスの脱硫脱硝処理を行うための排ガス処理方法に関する。

従来、製鉄所の焼結機から出る焼結排ガス（以下、単に排ガスともいう）は、大気汚染防止法により、大気への放出時におけるダスト（煤塵）、ＮＯｘ、及びＳＯｘの各濃度が規制されている。このため、煤塵濃度が規制値以下となるよう、また脱硫脱硝処理も同時に行うことができるように、焼結機の下流側に、例えば、活性炭（排ガス処理剤）流動式の乾式排ガス処理装置（以下、単に排ガス処理装置ともいう）を設置している。
この排ガス処理装置は、活性炭が上方から下方に流れる処理槽の一側部に、上下方向にルーバーを配設した排ガス入口を、他側部に活性炭で処理した排ガスを排出する排ガス出口を設けたものである。そして、処理槽の内部は、例えば、上下方向に、間隔を持って配置された２枚の多孔板で仕切られ、多孔板の排ガス入口側に前室、排ガス出口側に後室が形成され、前室と後室との間に中室が形成されているタイプのものがある。

上記した排ガス処理装置を使用して排ガスの処理を行う場合、排ガスからのダストの除去を効率よく行って脱硫脱硝を行うため、排ガス中に含まれるダスト量に応じて処理槽からの活性炭の排出速度を調整し、各部屋内の活性炭の移動速度を設定している。
例えば、特許文献１には、中室内の活性炭の移動速度を、前室内の活性炭の移動速度に応じて変える方法が記載されている。
また、特許文献２には、前室内の活性炭の移動速度を、全ての活性炭の平均移動速度に応じて変える方法が記載されている。

特開２０００−１４０５８０号公報 特開平７−１３６４４５号公報

しかしながら、前記した活性炭の移動速度は、多孔板の孔径に対応したものではない。
このため、例えば、多孔板の孔径を活性炭による目詰まりを防止できる程度に大きくし、排ガス中のダスト量の増加に伴って中室を移動する活性炭の移動速度を速くした場合、活性炭が中室から前室へ流れ込み易くなり、前室の上部に活性炭の降下速度が遅くなる部分、即ち滞留部が発生する。これにより、処理槽からのダストの排出が遅延し、滞留部に流入しようとするダストがルーバーに堆積して、例えば、排ガスの処理効率の低下を招いたり、また堆積したダストの除去作業を行う必要性が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、前室上部、特には前室上端部での排ガス処理剤の降下速度の低下を抑制して、排ガスの処理効率を従来よりも高め、しかも排ガスの処理を安定に維持することを可能とする排ガス処理方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る排ガス処理方法は、上下方向に配置された多孔板により仕切られて、排ガスの通過方向に複数の部屋が形成された処理槽内を、排ガス処理剤を上方から下方へかけて移動させつつ前記排ガスに接触させた後、前記処理槽の下部からロータリーフィーダにより該処理槽外へ排出することにより前記排ガスの処理を行う方法において、前記多孔板を挟んで前記排ガスの入側に形成された前記処理槽内の前室からの前記排ガス処理剤の排出速度Ｖ１を、前記前室に隣り合う室内からの前記排ガス処理剤の排出速度Ｖ２を基にして下式より求め、この求めた排出速度Ｖ１又はそれ以上となるように、前記前室の下部に設けた前記ロータリーフィーダの回転速度を調整する。

Ｖ１＝αＶ２＋β
ここで、αは多孔板の孔径により決まる定数、βは前室上端部における排ガス処理剤の管理降下速度により決まる定数である。
なお、処理槽内の部屋数は、例えば、２（前室及び後室）、３（前室、中室、及び後室）、又は４以上（前室、後室、及び複数の中室）にできる。
また、排ガス処理剤としては、例えば、棒状又は球状となった活性炭又は炭材がある。

本発明の排ガス処理方法は、処理槽内の前室からの排ガス処理剤の排出速度Ｖ１を、前室に隣り合う室内からの排ガス処理剤の排出速度Ｖ２を基にして式Ｖ１＝αＶ２＋βより求め、この求めた排出速度Ｖ１又はそれ以上となるように、前室の下部に設けたロータリーフィーダの回転速度を調整するので、前室内に流れ込む排ガス処理剤の量を抑制でき、前室上端部での排ガス処理剤の降下速度の低下を抑制して、排ガスの処理効率を従来よりも高め、しかも排ガスの処理を安定に維持することを可能とするものである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る排ガス処理方法を適用する排ガス処理装置の説明図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ多孔板の各孔径毎の活性炭の前室流入量と中室排出速度との関係を示す説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る排ガス処理方法は、上下方向に配置された２枚の多孔板１０、１１により仕切られて、排ガスの通過方向に複数の部屋、即ち前室１２、中室１３、及び後室１４が形成された処理槽１５内を、活性炭（排ガス処理剤の一例）を上方から下方へかけて移動させつつ排ガスに接触させた後、処理槽１５の下部から排出して、排ガスの処理を行う方法である。
まず、本発明の一実施の形態に係る排ガス処理方法を適用する排ガス処理装置１６について説明した後、排ガス処理方法について説明する。

図１に示すように、排ガス処理装置１６は、一側部に、上下方向にルーバー１７を配設した排ガス入口１８が設けられ、他側部に、排ガス出口１９が設けられた処理槽１５を有している。この処理槽１５の内部には、上下方向に配置された２枚の多孔板１０、１１が、排ガス入口１８側から排ガス出口１９側へかけて間隔を開けて配置されている。そして、各多孔板１０、１１の孔径は、例えば、１２ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲内に設定されている。

このように、処理槽１５内を２枚の多孔板１０、１１で仕切ることにより、多孔板１０、１１を挟んで排ガスの入側には前室１２が形成され、出側には後室１４が形成され、前室１２と後室１４の間には前室１２に隣り合って配置される中室１３が形成される。
なお、各部屋の幅（排ガスの水平移動距離）は、前室１２の幅Ｗ１が例えば、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下、中室１３の幅Ｗ２が例えば、５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、後室１４の幅Ｗ３が例えば、５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下である。

処理槽１５の上方にはホッパー２０が設けられ、処理槽１５の前室１２、中室１３、及び後室１４の各下端部には、各部屋内の活性炭を予め設定した量ずつ定量的に切り出し可能なロータリーフィーダ（円筒体又は回転体ともいう）２１〜２３がそれぞれ設けられている。この処理槽１５は、ホッパー２０内への活性炭貯蔵量と各ロータリーフィーダ２１〜２３の切出量を制御することにより、処理槽１５内に常時活性炭が充填された状態で移動する構成になっている。
これにより、排ガス入口１８側から処理槽１５内へ流入した排ガスは、前室１２、中室１３、及び後室１４内をそれぞれ移動する活性炭で処理された後、排ガス出口１９から処理槽１５外へ排出される。

このとき、排ガスの処理を行って、各ロータリーフィーダ２１〜２３から処理槽１５外へ排出された活性炭は、搬送装置を介して脱離槽（共に図示しない）へ送られ、例えば４００℃程度に加熱されて、ＮＯｘ、ＳＯｘ、及び付着物（例えばダスト）が除去された後、搬送装置及びホッパー２０を介して再度処理槽１５内へ送られ、排ガスの処理に循環使用される。
なお、使用する活性炭の使用前の形状は、例えば、直径が９ｍｍ程度、長さが１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度の円柱状のものである。

続いて、本発明の一実施の形態に係る排ガス処理方法について説明する。
まず、各ロータリーフィーダ２１〜２３を作動させ、処理槽１５内の前室１２、中室１３、及び後室１４内に、処理槽１５の上方から下方へかけて移動する活性炭（例えば、直径が９ｍｍ程度、長さが１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度）の流れを形成する。そして、焼結機（図示しない）で発生した排ガスを、排ガス入口１８を介して処理槽１５内へ送り込み、各部屋内の活性炭で処理した後、排ガス出口１９から処理槽１５外へ排出する。
なお、各部屋内の活性炭の移動速度は、各部屋にそれぞれ設けられたロータリーフィーダ２１〜２３の回転速度、即ち排出速度によって調整される。

このとき、排ガス中のダストは、主として前室１２内で活性炭に吸着されるため、排ガス中のダストの除去効率を高めるためには、前室１２内での活性炭の移動速度を他の部屋よりも速くする必要がある。しかし、活性炭の移動速度の極度の上昇は、例えば活性炭の粉砕又は破砕を招くため不経済であり、しかも脱離槽の処理能力（装置規模）に依存するため、これらを考慮して設定する必要がある。

また、中室１３内の活性炭は、前室１２内の活性炭で除去できなかった排ガス中のダストを除去する役割を有しているため、排ガス中に含まれるダスト量に応じて、移動速度を調整する必要がある。しかし、前室１２と中室１３とを仕切る多孔板１０の孔径を大きくし、しかも中室１３内の活性炭の移動速度を速くすることによって、中室１３から前室１２への活性炭の流れ込み量が多くなり、前室１２上部（活性炭の滞留が発生し易い部分：滞留部２４）での活性炭の降下速度の遅延を招く場合があるため、これらを考慮して設定する必要がある。

なお、後室１４へ流れ込む排ガス中には、ほとんどダストが残存せずに、脱硫及び脱硝の役割しかないため、後室１４内の活性炭の移動速度は、例えば、活性炭の寿命を考慮して、他の部屋の活性炭の移動速度よりも遅くしてよい。
以上のことを考慮して、前室１２と中室１３での活性炭の移動速度の設定について、以下説明する。なお、前室１２からの活性炭の排出速度をＶ１（ｍ／時間）、中室１３からの活性炭の排出速度をＶ２（ｍ／時間）、前室１２上端部での活性炭の降下速度をＶ３（ｍ／時間）、前室１２と中室１３とを仕切る多孔板１０の孔径をφ（ｍｍ）、及び中室１３から前室１２への活性炭の流入量をＱ（ｍ³ ／時間／ルーバー）とする。

まず、前室１２におけるＶ１、Ｖ３、及びＱの関係を求める。
中室１３から前室１２へ流れ込んだ活性炭の降下速度（ｍ／時間）は、流入量Ｑと前室１２の活性炭の降下方向断面積Ｓ（ｍ² ）により決まるため、以下の関係式が成り立つ。
Ｖ３＝Ｖ１−Ｑ／Ｓ ・・・（１）
なお、本実施の形態においては、前室１２の幅Ｗ１が０．１５ｍ、横方向（図１中の奥行き方向）の幅が１ｍであるため、Ｓ＝０．１５ｍ² となる。
従って、（１）式は次のようになる。
Ｖ３＝Ｖ１−Ｑ／０．１５ ・・・（２）

続いて、Ｖ２とＱとの関係を求める。
このＶ２とＱとの関係を求めるにあたっては、多孔板１０の孔径の影響を考慮する必要があるため、孔径φを、１５ｍｍ、１８ｍｍ、及び２２ｍｍにそれぞれ設定した場合について調査した。なお、多孔板のトータルの孔面積（多孔板に占める孔の割合）は同一である。
図２（Ａ）には、孔径φを１５ｍｍに設定した場合のＶ２とＱとの関係を示しており、この結果から以下の関係式が得られる。
Ｑ＝０．１４Ｖ２ ・・・（３）

また、図２（Ｂ）には、孔径φを１８ｍｍに設定した場合のＶ２とＱとの関係を示しており、この結果から以下の関係式が得られる。
Ｑ＝０．３６Ｖ２ ・・・（４）
更に、図２（Ｃ）には、孔径φを２２ｍｍに設定した場合のＶ２とＱとの関係を示しており、この結果から以下の関係式が得られる。
Ｑ＝０．６Ｖ２ ・・・（５）

上記した（３）式〜（５）式を、前記した（２）式にそれぞれ代入することで、以下の関係式が得られる。
φが１５ｍｍの場合：Ｖ３＝Ｖ１−０．９３Ｖ２ ・・・（６）
φが１８ｍｍの場合：Ｖ３＝Ｖ１−２．４Ｖ２ ・・・（７）
φが２２ｍｍの場合：Ｖ３＝Ｖ１−４．０Ｖ２ ・・・（８）

なお、前室１２上部、特には上端部での活性炭の滞留を無くし、排ガスからダストを除去できる程度に排ガスと活性炭の接触時間を維持するためには、前室１２内を降下する活性炭が、排ガスに接触しながら降下する距離２１．６ｍ（排ガス出口１９の高さＨに相当）を、１００時間で降下すれば十分である。このことから、活性炭の管理降下速度となる降下速度Ｖ３を０．２１６（ｍ／時間）とする。
これを、前記した（６）式〜（８）式にそれぞれ代入する。
φが１５ｍｍの場合：Ｖ１＝０．９３Ｖ２＋０．２１６ ・・・ （９）
φが１８ｍｍの場合：Ｖ１＝２．４Ｖ２＋０．２１６ ・・・（１０）
φが２２ｍｍの場合：Ｖ１＝４．０Ｖ２＋０．２１６ ・・・（１１）

ここで、Ｖ２は、排ガス中に含まれるダスト量に応じて決定する。例えば、処理槽１５内に流入する排ガス中に含まれるダスト量が、予め設定した値よりも多い場合は、速く（例えば、０．３ｍ／時間）し、一方少ない場合は、遅く（例えば、０．１ｍ／時間）する。
このダスト量の多い少ないは、例えば、処理槽１５に流入する排ガス中のダスト量を予め測定して確認することも、また処理槽１５から排出される処理後の排ガス中に含まれるダスト量を測定して確認することも可能である。
このように、多孔板１０の孔径φに応じて、前室１２からの活性炭の排出速度Ｖ１が決定される。

なお、活性炭の排出速度Ｖ１の決定においては、多孔板１０の孔径、排ガス中に含まれるダスト量、及び設備仕様を考慮する必要があるため、以下の一般式が成り立つ。
Ｖ１≧αＶ２＋β
ここで、αは多孔板１０の孔径により決まる定数、βは前室１２上端部における活性炭の管理降下速度、即ち前室１２上端部での活性炭の滞留を無くし、排ガスからダストを除去できる程度に排ガスと活性炭の接触時間を維持できることを考慮して決まる定数である。

更に、前記したＶ１＋Ｖ２を大きくするに伴って、活性炭が粉砕又は破砕されて不経済であり、また、脱離槽の設備能力にも限界が生じるため、Ｖ１＋Ｖ２の上限には限界がある。
従って、活性炭の排出速度Ｖ１は以下の式で求めることが好ましい。
Ｖ１＝αＶ２＋β
これにより、前室１２上端部での活性炭の降下速度の低下を抑制して、排ガスの処理効率を従来よりも高め、しかも排ガスの処理を安定に維持できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の排ガス処理方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、前室からの活性炭の排出速度Ｖ１の式中のα及びβを、所定の数値に限定して説明したが、この数値に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る排ガス処理方法を適用する排ガス処理装置の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ多孔板の各孔径毎の活性炭の前室流入量と中室排出速度との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０、１１：多孔板、１２：前室、１３：中室、１４：後室、１５：処理槽、１６：排ガス処理装置、１７：ルーバー、１８：排ガス入口、１９：排ガス出口、２０：ホッパー、２１〜２３：ロータリーフィーダ、２４：滞留部

Claims (1)

1. 上下方向に配置された多孔板により仕切られて、排ガスの通過方向に複数の部屋が形成された処理槽内を、排ガス処理剤を上方から下方へかけて移動させつつ前記排ガスに接触させた後、前記処理槽の下部からロータリーフィーダにより該処理槽外へ排出することにより前記排ガスの処理を行う方法において、
   前記多孔板を挟んで前記排ガスの入側に形成された前記処理槽内の前室からの前記排ガス処理剤の排出速度Ｖ１を、前記前室に隣り合う室内からの前記排ガス処理剤の排出速度Ｖ２を基にして下式より求め、この求めた排出速度Ｖ１又はそれ以上となるように、前記前室の下部に設けた前記ロータリーフィーダの回転速度を調整することを特徴とする排ガス処理方法。
   Ｖ１＝αＶ２＋β
   ここで、αは多孔板の孔径により決まる定数、βは前室上端部における排ガス処理剤の管理降下速度により決まる定数である。

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