JP4976721B2 - 排ガス循環方式焼結操業方法およびその装置 - Google Patents

排ガス循環方式焼結操業方法およびその装置 Download PDF

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Description

本発明は、排ガス循環方式焼結機の操業において、高水分排ガスを循環使用するともに、排気ガスからの脱硝効率を改善する焼結操業方法およびそれに用いる装置に関する。
焼結鉱の原料は、鉄源としての粉鉄鉱石や集塵ダスト、ミルスケールなどに、媒溶剤としての石灰石、ドロマイト、固体燃料としての粉コークス、無煙炭などである。これらを配合したものはドラムミキサで水やバインダとともに転動造粒され、所定の水分を含有する平均粒径3〜4mmの粒子よりなる焼結原料とされる。この焼結原料が焼結機に供給され、下方吸引式の焼結機(DL式焼結機)で連続焼結される。
近年、環境保全の点から焼結機の系外に排出する排ガス量やNOx総量の削減、さらに排ガスの熱回収、生産性の向上などを図る目的で、従来の大気吸引方式に代わって排ガス循環方式の操業方法が広く採用されている。ここで、排ガス循環方式による焼結操業方法は、DL式焼結機の風箱群を焼結機長手方向に適宜分割し、焼結で生じる排ガスの一部を焼結機のパレット上へ循環させて一部大気のかわりに吸引して操業を行うものである。
そして、その効率を改善するために種々の提案がなされている。例えば、排ガス循環方式を採用すると、循環ガスの酸素濃度が大気の酸素濃度より低下し、焼結過程における固体燃料の燃焼性が低下する問題が生じるため、循環ガスに酸素含有ガスを添加して酸素濃度を18〜25%に調整した後、焼結ベッドに供給する方法が開示されている(特許文献1参照)。また、焼結鉱の原料は水分を添加して造粒されているため、焼結過程より発生する排ガスは多量の水分を含む。このように多量の水分を含む排ガスを循環使用すると焼結過程の生産性を著しく低下させ、焼結鉱の品質を劣化させるため、焼結過程の前半部から排出される湿分の高い排ガスを除湿した後、中間部および後半部へ供給する方法が開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、近年、良質鉄鉱石の枯渇に伴い、従来、焼結鉱の製造ではあまり使用されなかった難造粒性鉱石や高結晶水鉱石(マラマンバ鉱石、ピソライト鉱石など)の使用量が増加している。このような難造粒性鉱石や高結晶水鉱石の使用量の増加に伴い、造粒水分や結晶水分解により生じる水分の量が増加するため、焼結過程から発生する排ガスに含まれる水分量が増加している。
さらに、排ガス循環方式の採用により排ガス量やNOx総量の削減が進み、脱硝設備のコンパクト化が一定程度達成されているが、今後も環境規制がさらに強化される傾向にあり、脱硝設備の負荷が増大する(すなわち、脱硝効率が低下する)ことが懸念されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の発明のように、単に、循環ガスに酸素含有ガスを添加するだけでは、循環ガス中の水分含有量を低下させることができない。一方、上記特許文献2に記載の発明のように、単に、焼結過程の前半部から排出される湿分の高い排ガスを除湿した後に中間部および後半部へ供給するだけでは、循環ガス中の水分含有量は低下させうるものの、排ガス量およびNOx総量はほとんど変化せず脱硝設備の負荷増大の問題を解消することはできない。
特開平8−291342号公報 特開2003−194473号公報
そこで、本発明は、難造粒性鉱石や高結晶水鉱石の使用量の増加に伴う焼結過程から発生する排ガス中の水分量の増加に対応しつつ、脱硝設備による排ガスからの脱硝効率をさらに向上しうる排ガス循環方式焼結操業方法およびそれに用いる装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、下方吸引式の焼結機の点火炉後から排鉱部までの間を前部域、中部域、後部域に3分割し、前部域からの排ガスは、除湿した後、その大部に酸素を富化した前部域循環ガスを前部域のパレット上に循環するとともに、前記除湿後の排ガスの残部を脱硝して排気するいっぽう、後部域からの排ガスは、そのまま後部域循環ガスとして中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環し、中部域からの排ガスは、脱硝せずに排気することを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法である。
請求項2に記載の発明は、前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率[=CO/(CO+CO)、以下同じ。]が一定となるように酸素富化量を調整するとともに、前記除湿後の排ガスの残部の量を、酸素富化量に相当する量とする請求項1に記載の排ガス循環方式焼結操業方法である。
請求項3に記載の発明は、前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整するとともに、前部域循環ガスの圧力が一定となるように前記除湿後の排ガスの残部の量を調整する請求項1に記載の排ガス循環方式焼結操業方法である。
請求項4に記載の発明は、前部域循環ガスの酸素濃度が大気中の酸素濃度以上となるように酸素富化量を調整する請求項2または3に記載の排ガス循環方式焼結操業方法である。
請求項5に記載の発明は、下方吸引式の焼結機の点火炉後から排鉱部までの間を前部域、中部域、後部域に3分割し、前部域からの排ガスは、除湿した後、その全部に酸素を富化した前部域循環ガスを前部域および中部域のパレット上に循環するいっぽう、後部域からの排ガスは、そのまま後部域循環ガスとして中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環し、中部域からの排ガスは、脱硝後に排気することを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法である。
請求項6に記載の発明は、前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整する請求項5に記載の排ガス循環方式焼結操業方法である。
請求項7に記載の発明は、点火炉後から排鉱部までの間が前部域、中部域、後部域に3分割された下方吸引式の排ガス循環方式焼結装置であって、前部域からの排ガスを除湿する除湿手段と、この除湿後の排ガスの大部を昇圧する第1昇圧手段と、この昇圧された排ガスに酸素を富化する酸素富化手段と、この酸素富化後の排ガスである前部域循環排ガスを前部域のパレット上に循環する第1循環手段と、前記除湿後の排ガスの残部を脱硝する脱硝手段とを備えるとともに、後部域からの排ガスを昇圧する第2昇圧手段と、この昇圧後の排ガスである後部域循環ガスを中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環する第2循環手段と、前記脱硝後の排ガスおよび中部域からの排ガスを排気する排気手段と、を備えたことを特徴とする排ガス循環方式焼結装置である。
請求項8に記載の発明は、前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整する酸素富化量調整手段と、前記除湿後の排ガスの残部の量を、酸素富化量に相当する量とするように調整する第1排ガス抜き出し量調整手段とをさらに備えた請求項7に記載の排ガス循環方式焼結装置である。
請求項9に記載の発明は、前記第1排ガス抜き出し量調整手段に代えて、前記除湿後の排ガスの圧力が一定となるように前記除湿後の排ガスの残部の量を調整する第1排ガス抜き出し量調整手段を備えた請求項8に記載の排ガス循環方式焼結装置である。
請求項10に記載の発明は、点火炉後から排鉱部までの間が前部域、中部域、後部域に3分割された下方吸引式の排ガス循環方式焼結装置であって、前部域からの排ガスを除湿する除湿手段と、この除湿後の排ガスの全部を昇圧する第1昇圧手段と、この昇圧された排ガスに酸素を富化する酸素富化手段と、この酸素富化後の排ガスである前部域循環ガスを前部域および中部域のパレット上に循環する第1循環手段とを備えるとともに、後部域からの排ガスを昇圧する第2昇圧手段と、この昇圧後の排ガスである後部域循環ガスを中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環する第2循環手段と、中部域からの排ガスを脱硝する脱硝手段と、この脱硝後の排ガスを排気する排気手段と、を備えたことを特徴とする排ガス循環方式焼結装置である。
請求項11に記載の発明は、前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整する酸素富化量調整手段をさらに備えた請求項10に記載の排ガス循環方式焼結装置である。
本発明によれば、水分濃度が高く酸素濃度が低い前部域の排ガスだけを除湿した後に酸素富化して当該前部域のパレット上に循環し、水分濃度が低く酸素濃度が比較的高い後部域の排ガスはそのまま中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環しているので、難造粒性鉱石や高結晶水鉱石の使用量の増加に伴う焼結過程から発生する排ガス中の水分濃度が上昇しても、循環ガス中の水分濃度を低下できるとともに酸素濃度を高く維持できるので、焼結鉱製造の生産性および焼結鉱の品質を維持ないし向上できる。また、NOx濃度の高い前部域の排ガスだけを循環させてNOxを濃縮し、そのNOxが高濃度に濃縮された循環ガスの一部を取り出し脱硝後に排気するようにしたことで、脱硝効率が大幅に改善されて脱硝設備の負荷が軽減され、脱硝設備のコンパクト化が可能となる。
以下、図を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施形態1)
図1に本発明の一実施形態に係る排ガス循環方式焼結設備の概略構成を示す。
同図に示すように、下方吸引式の焼結機1の点火炉2後から排鉱部3までの間を前部域、中部域、後部域に3分割している。分割の位置は、例えば、過去の操業における各風箱での測定で得られた焼結機長手方向の排ガス流量、水分濃度、酸素濃度等の各分布を用いて物質バランス計算により決定すればよい。
そして、前部域の風箱群Aで吸引された排ガス14は、除湿手段としての凝縮器7で水分を除去された後、その大部15は、第1昇圧手段としての昇圧ブロワ8で昇圧され、この昇圧後の排ガス16に酸素富化手段としての酸素供給配管9にて所定量の酸素が添加(富化)される。
そして、この酸素富化後の排ガスである前部域循環ガス17は、第1循環手段としての、前部域のパレット4上に設置された前部域循環ガスフード5に導入(循環)され、再度焼結ベッド内へ吸引される。凝縮器7で水分を除去された排ガスの残部18は、脱硝手段としての脱硝設備10にてNOxを除去された後、後述の中部域排ガス22とともに排気手段である主排風機12にて大気へ放出される。
一方、後部域の風箱群Cで吸引された排ガス20は、第2昇圧手段としての昇圧ブロワ13で昇圧され、この昇圧後の排ガスである後部域循環ガス21は、第2循環手段としての、中部域および後部域のパレット4上に設置された中後部域循環ガスフード6に導入(循環)され、再度焼結ベッド内へ吸引される。
そして、中部域の風箱群Bで吸引された中部域排ガス22は、集塵機11で清浄化後、上記NOx除去後の排ガス19とともに、主排風機12にて大気に放出される。
このように、水分濃度の高い前部域の排ガスのみ、除湿後に酸素を富化して同じ領域である前部域に循環使用しているので、前部域で固体燃料の燃焼により消費された酸素量に相当する分だけ酸素を添加すればよい。したがって、上記特許文献1に記載の発明のように、酸素消費量の少ない領域までも含めて酸素富化の対象としないので、大規模な酸素製造装置を必要としない。
また、前部域だけで排ガスを循環することで、この循環ラインから抜き出して大気へ放出すべき排ガス量は、酸素富化量と同量程度と非常に少なくなる。しかも、固体燃料の燃焼がほぼ終了しNOx濃度が低い後部域に比べ、固体燃料の燃焼が活発でNOx濃度の高い前部域の排ガスを同じ領域である前部域だけで循環することで、NOxが濃縮され循環ガス中のNOx濃度が高くなる。このようにNOx濃度の高い少量のガスを脱硝すればよいため、脱硝効率が大幅に向上し、脱硝設備の負荷が軽減されコンパクト化が実現できる。
なお、後部域では焼結ベッドの乾燥および固体燃料の燃焼がほぼ終了しているため、後部域からの排ガスの水分濃度は低く、酸素濃度は比較的高ので、循環に際し排ガスから除湿および酸素富化を行う必要はない。
また、中部域からの排ガスは、後部域からの低NOx濃度の排ガスの循環使用によりNOx濃度が低められているため、脱硝を省略できる。
(実施形態2)
上記実施形態1では、除湿後の排ガスに所定量の酸素を富化するとしたが、より具体的には、例えば、前記除湿後の排ガスの酸素濃度が一定となるように酸素富化量を調整する酸素富化量調整手段と、前記除湿後の排ガスの残部の量を、酸素富化量に相当する量とするように調整する第1排ガス抜き出し量調整手段とを設けるのが好ましい。
すなわち、焼結ベッド内の固体燃料の燃焼量が変動すると焼結速度が変動して焼結鉱の品質のばらつきが大きくなる。そこで、固体燃料の燃焼量をできるだけ一定に維持するため、固体燃料の燃焼量とほぼ比例関係にある酸素の消費量を一定にするように、前記除湿後の排ガス16の酸素濃度を一定とする。そして、富化された酸素(O)は、固体燃料を燃焼して主としてCOとなるので、前部域の循環ガス量を一定に保つために、酸素富化量に相当する量だけ循環ラインから抜き出して大気に放出する。
本実施形態の具体的な構成例としては、図2に示すように、昇圧後の排ガス16の酸素濃度を測定する酸素分析器22と、この酸素分析器22で測定した酸素濃度が一定となるように酸素富化量を調整する流量調節弁23を設け、さらに、酸素富化量を測定する流量計24と、この流量計24で測定された酸素富化量に相当する量だけ、循環ガスラインから排ガス18を抜き出すための流量計25と流量調節弁26を設けるとよい。
そして、酸素富化後の循環ガス17の酸素濃度が大気中の酸素濃度以上となるように酸素富化量を調整するのが、さらに好ましい。これにより、焼結ベッド内の固体燃料の燃焼速度を従来の排ガス循環操業より上昇させ、焼結鉱製造の生産性を向上させることができる。特に、焼結原料として難造粒性鉱石を多量に使用する場合は、造粒水分を多く必要とし、焼結ベッドの通気性が低下して通過ガス量が減少するため、循環ガスの酸素濃度を大気中の酸素濃度以上に高めることで、固体燃料の燃焼速度を確保することができる。
(実施形態3)
上記実施形態2では、前記除湿後の排ガス16の酸素濃度が一定となるように酸素富化量を調整する例を示したが、酸素濃度を一定にする代わりに、同排ガス16のCO利用率[=CO/(CO+CO)]を一定にするようにしてもよい。
すなわち、CO利用率は、排ガスの酸素濃度よりも、より直接的に固体燃料の燃焼時における酸素の過不足を評価できる指標であり、さらに精度良く酸素富化量を調整することができる。
本実施形態の具体的な構成例としては、図2において酸素分析器22の代わりに、CO/CO分析器(図示略)を設ければよい。
(実施形態4)
上記実施形態2および3では、全部ガス循環ガス量を制御する手段として、前記除湿後の排ガスの残部18の量を酸素富化量に相当する量とする第1排ガス抜き出し量調整手段を例示したが、図3に示すように、前記除湿後の排ガス16の圧力が一定となるように前記除湿後の排ガスの残部18の量を調整する第2排ガス抜き出し量調整手段を用いてもよい。
すなわち、排ガスからの除湿量や焼結ベッドの固体燃料の燃焼量や焼結ベッドからの水分の除去量は、必ずしも安定しているものではないため、上記実施形態2および3のように酸素富化量に相当する量を前記除湿後の排ガスの残部18の量(つまり、循環ガスラインからの排ガスの抜き出し量)とすると、循環ガス量に過不足が生じ、焼結速度に変動が生じやすい。そこで、前記除湿後の排ガス16の圧力が一定となるように制御することで、循環ガス量を一定に維持することが可能となる。
本実施形態の具体的な構成例としては、図3に示すように、図2で示す構成に、昇圧後の排ガス16の圧力を測定する圧力計27をさらに設け、この圧力計27で測定されたガス圧力が一定となるように流量調節弁26にて排ガスの抜き出し量を制御すればよい。なお、本実施形態では、流量計24,25は循環ガス量を制御する目的のためには、必ずしも必要としない。
(実施形態5)
上記実施形態1〜4では、前部域からの排ガスの大部を同じ領域である前部域のパレット上にのみ循環し、前記排ガスの残部は脱硝後に中部域からの排ガスとともに排気する例を示したが、図4に示すように、前部域からの排ガスの全部を前部域のパレット上のみでなく、中部域のパレット上にも循環し、後部域からの循環ガスとともに焼結ベッドを通過させた後、中部域からの排ガスとして脱硝後に排気するようにしてもよい。
これにより、前部域で吸引できない循環ガスを隣接する中部域で吸引することができ、上記実施形態1〜4のように、排ガス抜き出し量調整手段を必要とすることなく、循環ガスの量を自動的に制御することができる。
なお、本実施形態では、前部域の排ガスを循環することでNOxが濃縮された前部域からの循環ガスは、後部域からの低NOx濃度の循環ガスと混合し、焼結ベッドを通過した後に中部域から排気されるため、上記実施形態1〜4に比べれば排気ガスのNOx濃度が薄められるものの、従来の排ガス循環操業に比べれば排気ガス量は減少し、かつそのNOx濃度は高くなるので、従来よりも脱硝効率が向上し、脱硝設備の負荷が軽減される効果が得られる。
(変形例)
上記実施形態1〜5では、後部域の排ガスを中部域および後部域のパレット上に循環する例を示したが、中部域のパレット上にのみ循環してもよい。この場合、後部域は大気吸引となるが、吸引された空気は焼結ベッド通過後、全量中部域に循環されるので、排気ガス量にはほとんど変化がなく、中部域および後部域のパレット上に循環する場合と同様の効果が得られる。
また、上記実施形態2〜4では、酸素濃度またはCO利用率を測定する対象ガスとして、昇圧後の排ガス16を例示したが、除湿後であればいずれのガスでもよく、除湿後で昇圧前のガス15あるいは酸素富化後の循環ガス17を対象としてもよい。
また、上記実施例4では、圧力を測定する対象ガスとして、昇圧後で酸素富化前の排ガス16を例示したが、昇圧後であればいずれのガスでもよく、酸素富化後の循環ガス17を対象としてもよい。
実施形態1に係る排ガス循環方式焼結設備の概略構成を示すフロー図である。 実施形態2に係る排ガス循環方式焼結設備の概略構成を示すフロー図である。 実施形態4に係る排ガス循環方式焼結設備の概略構成を示すフロー図である。 実施形態5に係る排ガス循環方式焼結設備の概略構成を示すフロー図である。
符号の説明
1:焼結機
2:点火炉
3:排鉱部
4:パレット
5:第1循環手段(前部域循環ガスフード)
6:第2循環手段(中後部域循環ガスフード)
7:除湿手段(凝縮器)
8:第1昇圧手段(昇圧ブロワ)
9:酸素富化手段(酸素供給配管)
10:脱硝手段(脱硝設備)
11:集塵機
12:主排風機
13:第2昇圧手段(昇圧ブロワ)
14:前部域からの排ガス
15:除湿後の排ガスの大部
16:昇圧後の排ガス
17:前部域循環ガス
18:除湿後の排ガスの残部
19:脱硝後の排ガス
20:後部域からの排ガス
21:後部域循環ガス
22:酸素分析器
23:流量調節弁
24:流量計
25:流量計
26:流量調節弁
27:圧力計
A:前部域風箱群
B:中部域風箱群
C:後部域風箱群

Claims (11)

  1. 下方吸引式の焼結機の点火炉後から排鉱部までの間を前部域、中部域、後部域に3分割し、前部域からの排ガスは、除湿した後、その大部に酸素を富化した前部域循環ガスを前部域のパレット上に循環するとともに、前記除湿後の排ガスの残部を脱硝して排気するいっぽう、後部域からの排ガスは、そのまま後部域循環ガスとして中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環し、中部域からの排ガスは、脱硝せずに排気することを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法。
  2. 前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率[=CO/(CO+CO)、以下同じ。]が一定となるように酸素富化量を調整するとともに、前記除湿後の排ガスの残部の量を、酸素富化量に相当する量とする請求項1に記載の排ガス循環方式焼結操業方法。
  3. 前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整するとともに、前部域循環ガスの圧力が一定となるように前記除湿後の排ガスの残部の量を調整する請求項1に記載の排ガス循環方式焼結操業方法。
  4. 前部域循環ガスの酸素濃度が大気中の酸素濃度以上となるように酸素富化量を調整する請求項2または3に記載の排ガス循環方式焼結操業方法。
  5. 下方吸引式の焼結機の点火炉後から排鉱部までの間を前部域、中部域、後部域に3分割し、前部域からの排ガスは、除湿した後、その全部に酸素を富化した前部域循環ガスを前部域および中部域のパレット上に循環するいっぽう、後部域からの排ガスは、そのまま後部域循環ガスとして中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環し、中部域からの排ガスは、脱硝後に排気することを特徴とする排ガス循環方式焼結操業方法。
  6. 前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整する請求項5に記載の排ガス循環方式焼結操業方法。
  7. 点火炉後から排鉱部までの間が前部域、中部域、後部域に3分割された下方吸引式の排ガス循環方式焼結装置であって、
    前部域からの排ガスを除湿する除湿手段と、この除湿後の排ガスの大部を昇圧する第1昇圧手段と、この昇圧された排ガスに酸素を富化する酸素富化手段と、この酸素富化後の排ガスである前部域循環排ガスを前部域のパレット上に循環する第1循環手段と、前記除湿後の排ガスの残部を脱硝する脱硝手段とを備えるとともに、
    後部域からの排ガスを昇圧する第2昇圧手段と、この昇圧後の排ガスである後部域循環ガスを中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環する第2循環手段と、前記脱硝後の排ガスおよび中部域からの排ガスを排気する排気手段と、
    を備えたことを特徴とする排ガス循環方式焼結装置。
  8. 前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整する酸素富化量調整手段と、前記除湿後の排ガスの残部の量を、酸素富化量に相当する量とするように調整する第1排ガス抜き出し量調整手段とをさらに備えた請求項7に記載の排ガス循環方式焼結装置。
  9. 前記第1排ガス抜き出し量調整手段に代えて、前記除湿後の排ガスの圧力が一定となるように前記除湿後の排ガスの残部の量を調整する第1排ガス抜き出し量調整手段を備えた請求項8に記載の排ガス循環方式焼結装置。
  10. 点火炉後から排鉱部までの間が前部域、中部域、後部域に3分割された下方吸引式の排ガス循環方式焼結装置であって、
    前部域からの排ガスを除湿する除湿手段と、この除湿後の排ガスの全部を昇圧する第1昇圧手段と、この昇圧された排ガスに酸素を富化する酸素富化手段と、この酸素富化後の排ガスである前部域循環ガスを前部域および中部域のパレット上に循環する第1循環手段とを備えるとともに、
    後部域からの排ガスを昇圧する第2昇圧手段と、この昇圧後の排ガスである後部域循環ガスを中部域のパレット上または中部域および後部域のパレット上に循環する第2循環手段と、中部域からの排ガスを脱硝する脱硝手段と、この脱硝後の排ガスを排気する排気手段と、
    を備えたことを特徴とする排ガス循環方式焼結装置。
  11. 前記除湿後の排ガスの酸素濃度またはCO利用率が一定となるように酸素富化量を調整する酸素富化量調整手段をさらに備えた請求項10に記載の排ガス循環方式焼結装置。
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