JP5447562B2 - エルボセパレータ - Google Patents

Description

本発明は、排ガスに含まれるダストを集塵する湿式集塵機の下流側に接続され、前記湿式集塵機から排出されたダストを含有するダスト含有水と排ガスとを分離するエルボセパレータに関するものである。

例えば、製鉄プラントにおいて、転炉の排ガスからダストを除去する設備として、上述の湿式集塵機が適用される。この湿式集塵機においては、通過する排ガスに対して水を供給し、排ガス中のダストを供給した水で捕集して除去するものである。
この湿式集塵機から排出されたダストを含有する水（ダスト含有水）と排ガスは、湿式集塵機の下流側に接続されたエルボセパレータへと導入され、ダスト含有水と排ガスとに分離される。

エルボセパレータは、例えば特許文献１に示すように、湾曲した筒状をなしており、上方に向けて開口した導入口と水平方向に向けて開口したガス出口とを備えたセパレータ本体と、このセパレータ本体の内部空間を区分けする仕切部材と、を有している。
ここで、エルボセパレータに導入されたダスト含有水は、仕切部材及びセパレータ本体の底壁に沿って流れることになる。底壁に沿って流れるダスト含有水は、底壁に設けられた水出口を介してセパレータ本体の外部へと排出される。また、仕切部材に沿って流れるダスト含有水は、仕切部材のガス出口側端部に形成された堰部によってせき止められ、仕切部材に設けられた排水部を介して仕切部材上から排出され、セパレータ本体の外部へと排出される。
また、エルボセパレータに導入された排ガスは、ガス出口を介して下流側の設備へと導入される。

特開昭６３−１４００２２号公報

ところで、上述のエルボセパレータにおいては、下流側の設備と簡単な構造で接続するために、また、ダスト含有水と排ガスとの分離を確実に行うために、セパレータ本体のガス出口近傍部分は、水平方向に延在するように構成されている。そして、仕切部材はセパレータ本体に沿うように形成されていることから、仕切部材のガス出口側部分も水平方向に延在するように形成されている。

このため、仕切部材に沿って流れるダスト含有水は、水平方向に延在する部分で堰部に衝突するため、堰部の手前側部分において滞留し、ダスト含有水に含まれるダストが堆積してしまうおそれがあった。特に、排水部から離間した箇所では、ダスト含有水の流れが滞留してダストが堆積しやすい傾向にある。
このように、仕切部材のガス出口側部分においてダストが堆積すると、ダスト含有水が排水部を介して排出されなくなり、堰部を越えてガス出口へ流れ込んでしまうおそれがあった。すなわち、エルボセパレータにおいて、ガス成分とダスト含有水とを分離できなくなってしまう。
この場合、エルボセパレータの下流側の設備にダスト含有水が流れ込むことになり、転炉の操業を安定的に行うことができなくなるといった問題があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、セパレータ本体の内部に配設された仕切部材上を流れるダスト含有水の滞留及びダストの堆積を抑制でき、湿式集塵機から排出されたダスト含有水と排ガスとを確実に分離することが可能なエルボセパレータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエルボセパレータは、排ガスに含まれるダストを集塵する湿式集塵機の下流側に接続され、前記湿式集塵機から排出された前記ダストを含有するダスト含有水と排ガスとを分離するエルボセパレータであって、湾曲した筒状をなし、上方に向けて開口した導入口と水平方向に向けて開口したガス出口とを備えたセパレータ本体と、このセパレータ本体の内部空間を区分けする仕切部材と、を有し、前記仕切部材は、前記ガス出口側において前記セパレータ本体の内部空間を上下に区分けするように配置されており、前記仕切部材の前記ガス出口側の端部には、前記仕切部材上を流れる前記ダスト含有水をせき止める堰部と、前記仕切部材上を流れる前記ダスト含有水を前記仕切部材上から排出する排水部と、が設けられ、前記仕切部材には、前記仕切部材上を流れる前記ダスト含有水を前記排水部側へと案内するガイド部材が配設されており、前記仕切部材の幅方向両端に前記排水部が形成されており、前記ガイド部材は、概略三角板状をなし、前記仕切部材の上流側の幅方向中央部に向けて三角形の一つの頂点が向き、他の頂点がそれぞれ前記排水部に向くように配設されていることを特徴としている。

この構成のエルボセパレータによれば、セパレータ本体の内部に配設された仕切部材に、仕切部材上を流れるダスト含有水を前記排水部側へと案内するガイド部材が配設されているので、仕切部材上を流れるダスト含有水の流れが滞留することがなく、仕切部材上にダストが堆積することが抑制される。よって、仕切部材上を流れるダスト含有水が、堰部を乗り越えてガス出口側に流れ込むことがなく、ダスト含有水と排ガスとを確実に分離することができる。
すなわち、ガイド部材によってダスト含有水の流れを案内することで、排水部におけるダスト含有水の流速を確保し、ダストの堆積を抑制している。

また、前記仕切部材の幅方向両端に前記排水部が形成されており、前記ガイド部材は、概略三角板状をなしているので、概略三角板状をなす前記ガイド部の側面により、仕切部材の幅方向中央部を流れるダスト含有水を、幅方向両端部に形成された排水部側へと案内することが可能となる。よって、排水部から離間する位置を流れるダスト含有水も排水部を介して排出することができ、ダスト含有水の滞留によるダストの堆積を確実に抑制することが可能となる。

また、前記ガイド部材の前記仕切部材からの突出高さＨは、前記堰部の高さＨ_０に対して、０．５×Ｈ_０≦Ｈ≦１．０×Ｈ_０の範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記ガイド部材の前記仕切部材からの突出高さＨが、前記堰部の高さＨ_０に対して、Ｈ≧０．５×Ｈ_０とされていることにより、仕切部材上を流れるダスト含有水を排水部側へと案内することができる。また、前記ガイド部材の前記仕切部材からの突出高さＨが大きいほど、堰部によってダスト含有水と排ガスとをより確実に分離することが可能となるため、最も好ましい上限値はＨ＝１．０×Ｈ_０である。

さらに、前記仕切部材のガス出口側端部領域の水平面に対する傾斜角度θが、５°≦θ≦２５°とされていることが好ましい。
前記仕切部材のガス出口側端部領域の水平面に対する傾斜角度θがθ≧５°とされていることにより、仕切部材上を流れるダスト含有水の流れが堰部の近傍で滞留することを防止でき、仕切部材上にダストが堆積することがより確実に抑制できる。また、仕切部材のガス出口側端部領域の水平面に対する傾斜角度θが、θ≦２５°とされていることにより、仕切部材上を流れるダスト含有水の流速が大きくなり過ぎることを抑制でき、ダスト含有水が堰部を乗り越えてガス出口から下流側へと混入することが防止される。

上述のように、本発明によれば、セパレータ本体の内部に配設された仕切部材上を流れるダスト含有水の滞留及びダストの堆積を抑制でき、湿式集塵機から排出されたダスト含有水と排ガスとを確実に分離することが可能なエルボセパレータを提供することが可能となる。

本発明の実施形態であるエルボセパレータを備えた転炉排ガス処理設備の概略説明図である。 本発明の第一の実施形態であるエルボセパレータの断面説明図である。 仕切部材のガス出口側の断面斜視図である。 図２におけるＸ−Ｘ断面説明図である。 図２におけるＹ−Ｙ断面説明図である。 本発明の第二の実施形態であるエルボセパレータの断面説明図である。 実施例の結果を示すグラフである。 実施例の結果を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態であるエルボセパレータについて、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態であるエルボセパレータ２０は、製鉄プラントにおいて、溶銑を処理する転炉１１の排ガスを処理する転炉排ガス処理設備１で用いられるものである。図１に、本実施形態であるエルボセパレータ２０を備えた転炉排ガス処理設備１を示す。

この転炉排ガス処理設備１は、転炉１１の上方に位置するフード１２と、転炉１１とフード１２とを密閉状態で接続するスカート１３と、転炉１１から排出された排ガスを冷却する排ガス冷却器１４と、冷却された排ガスからダストを除去する１次集塵機１５と、本実施形態であるエルボセパレータ２０と、エルボセパレータ２０の下流側に配設された２次集塵機１７と、を備えている。なお、２次集塵機１７の下流側には、各種ガス処理装置が配設される。

ここで、エルボセパレータ２０の下流側に配設された２次集塵機１７には、転炉１１の炉圧を制御するダンパー１８が配設されている。このダンパー１８にダスト等が付着した場合には、転炉１１の炉圧を精度良く制御することができなくなり、操業が不安定になるおそれがある。このため、２次集塵機１７の上流側の１次集塵機１５及びエルボセパレータ２０でダストを十分に除去する必要がある。

１次集塵機１５は、湿式集塵機とされている。この１次集塵機１５においては、通過する排ガスに対して水を噴霧し、この水によって排ガス中のダストを捕集し、排ガスからダストを除去するものである。この１次集塵機１５からは、ダストが除去された排ガスと、ダストを捕集したダスト含有水とが排出される。

そして、本発明の第一の実施形態であるエルボセパレータ２０は、この１次集塵機１５から排出された排ガスとダスト含有水とを分離するものである。
本実施形態であるエルボセパレータ２０は、図２に示すように、湾曲した筒状をなすセパレータ本体２１と、このセパレータ本体２１の内部空間を区分けする仕切部材３０と、を備えている。本実施形態では、セパレータ本体２１の内部に、２つの仕切部材３０が配設されている。

セパレータ本体２１は、図２に示すように、鉛直方向上方側に向かって開口した導入口２２と、水平方向に向けて開口したガス出口２３と、を備えており、概略９０°に湾曲した曲管形状をなしている。また、セパレータ本体２１のガス出口２３側の領域は、水平方向に延在するように形成されており、セパレータ本体２１の底壁２１Ａには、下方に向けて開口した水出口２４が設けられている。

仕切部材３０は、図２に示すように、セパレータ本体２１に沿って湾曲した板状をなしており、図３及び図４に示すように、ガス出口２３側部分において、セパレータ本体２１の内部空間を上下方向に区分けするように配設されている。導入口２２から導入されたダスト含有水の一部が、この仕切部材３０の上を流れる。
本実施形態における仕切部材３０は、図４に示すように、ガス出口２３側部分においては、幅方向中央部から幅方向端部に向かうにしたがい漸次下方に向かうように傾斜した形状をなしている。

本実施形態における仕切部材３０は、図２に示すように、ガス出口２３側の領域が水平方向に延在するように構成されている。
仕切部材３０のガス出口２３側端部には、仕切部材３０上を流れるダスト含有水をせき止める堰部３１が設けられている。本実施形態では、堰部３１は、仕切部材３０の端部を上方に巻き返すことによって半割円筒状に形成されている。この堰部３１の高さＨ_０は、特に規定されるものではなく、ダスト含有水の流量に応じて、適宜、設定されるものである。ちなみに、通常の操業条件では、２００mm≦Ｈ_０≦４００ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。堰部の高さＨ_０が２００ｍｍ未満の場合、通常の操業条件では、ダスト含有水が堰部を乗り越えてガス出口から下流側へと混入する場合があるため、２００ｍｍ以上とすることが好ましい。また、堰部の高さＨ_０は大きいほどダスト含有水が堰部を乗り越えにくくなるが、通常の操業条件では堰部の高さＨ_０が４００ｍｍであれば、ダスト含有水が堰部を乗り越えることが防止できることから、４００ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、仕切部材３０のガス出口２３側端部には、仕切部材３０上を流れるダスト含有水を仕切部材３０上から排出する排水部３２が設けられている。
ここで、本実施形態における仕切部材３０は、上述のように、ガス出口２３側部分において、幅方向中央部から幅方向端部に向かうにしたがい漸次下方に向かうように傾斜した形状をなしていることから、仕切部材３０上を流れるダスト含有水は、仕切部材３０の幅方向端部から排出されることになり、図４及び図５に示すように、上述した堰部３１の幅方向端部が排水部３２とされている。
また、本実施形態では、排水部３２（堰部３１の幅方向端部）は、仕切部材３０の幅方向両端側に設けられた排水配管２８に接続されている。

そして、仕切部材３０には、図３に示すように、仕切部材３０上を流れるダスト含有水を排水部３２側へと案内するガイド部材３５が配設されている。
本実施形態では、上述のように、排水部３２が仕切部材３０の幅方向両端に配設されていることから、図５に示すように、ガイド部材３５は、概略三角形板状をなしている。すなわち、仕切部材３０の上流側の幅方向中央部に向けて三角形の一つの頂点が向き、他の頂点がそれぞれ仕切部材３０の排水部３２に向くように配設されている。なお、ガイド部材３５がなす三角形板の側壁３５Ａは、図５に示すように、内側に僅かに湾曲している。
ここで、ガイド部材３５の仕切部材３０からの突出高さＨは、上述の通り、堰部３１の高さＨ_０に対して、０．５×Ｈ_０≦Ｈ≦１．０×Ｈ_０の範囲内に設定されていることが好ましい。

このような構成とされたエルボセパレータ２０においては、１次集塵機１５から排出された排ガスとダスト含有水とが、鉛直方向上方に開口された導入口２２からセパレータ本体２１内部へ導入される。
排ガスは、セパレータ本体２１の内部を通過し、水平方向に開口されたガス出口２３から下流側の２次集塵機１７へと排出される。

導入口２２から導入されたダスト含有水は、セパレータ本体２１の底壁２１Ａ及び仕切部材３０の上を流れる。
底壁２１Ａの上を流れるダスト含有水は、底壁２１Ａに設けられた水出口２４からセパレータ本体２１の外部へ排出される。
仕切部材３０の上を流れるダスト含有水は、図５に示すように、ガイド部材３５によって仕切部材３０の幅方向中央部から、排水部３２側に向けて案内され、排水部３２を介して仕切部材３０の上から排水配管２８へと排出され、この排水配管２８を介してセパレータ本体２１の外部へ排出される。

以上のような構成とされた本実施形態であるエルボセパレータ２０によれば、セパレータ本体２１の内部に配設された仕切部材３０に、仕切部材３０の上を流れるダスト含有水を排水部３２側へと案内するガイド部材３５が配設されているので、仕切部材３０上を流れるダスト含有水が堰部３１に衝突して滞留することがなく、仕切部材３０上におけるダストの堆積を抑制することが可能となる。特に、本実施形態では、仕切部材３０のガス出口２３側部分が水平に延在していることから、ダスト含有水が滞留しやすい構造とされているが、ガイド部材３５によってダスト含有水の流速を確保でき、ダストの堆積を抑制することが可能となる。

また、仕切部材３０上を流れるダスト含有水を、排水部３２から排水配管２８へ確実に排出してセパレータ本体２１の外部へと排出することができるので、排ガスとダスト含有水とを良好に分離することができる。よって、エルボセパレータ２０の下流側に配設された２次集塵機１７に、ダストが除去された排ガスが供給されることになり、２次集塵機１７のダンパー１８にダストが付着することが抑制され、転炉１１の炉圧制御を精度良く実施することができる。

また、本実施形態では、仕切部材３０が、ガス出口２３側部分において幅方向中央部から幅方向端部に向かうにしたがい漸次下方に向かうように傾斜した形状をなし、堰部３１の幅方向両端部が排水部３２とされており、ガイド部材３５が概略三角板状をなしているので、ガイド部材３５の側壁３５Ａによって仕切部材３０の幅方向中央部を流れるダスト含有水を、幅方向両端部に形成された排水部３２側へと案内することができ、ダスト含有水の滞留によるダストの堆積を確実に抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態では、ガイド部材３５の仕切部材３０からの突出高さＨが、堰部３１の高さＨ_０に対して、Ｈ≧０．５×Ｈ_０とされているので、仕切部材３０上を流れるダスト含有水を排水部３２側へと案内することができる。また、ガイド部材３５の仕切部材３０からの突出高さＨが、堰部３１の高さＨ_０に対して、Ｈ≦１．０×Ｈ_０とされているので、堰部３１によってダスト含有水と排ガスとをより確実に分離することが可能となる。なお、本実施形態のように、堰部３１を半割円筒状に形成されている場合は、堰部３１の高さＨ_０は、堰部３１がなす半割円筒の直径に該当する。

次に、本発明の第二の実施形態であるエルボセパレータ１２０について、図６を用いて説明する。この第二の実施形態であるエルボセパレータ１２０は、上述した第一の実施形態であるエルボセパレータ１２０と同様に、湿式集塵機から排出された排ガスとダスト含有水とを分離するものである。

第二の実施形態であるエルボセパレータ１２０においては、図６に示すように、仕切部材１３０のガス出口１２３側端部領域が、水平方向に延在しておらず、ガス出口１２３側へ向かうに従い漸次下方に向かうように水平面に対して傾斜しており、水平面に対する傾斜角度θが、５°≦θ≦２５°の範囲内に設定されている。

仕切部材１３０のガス出口１２３側端部には、仕切部材１３０上を流れるダスト含有水をせき止める堰部１３１が設けられている。本実施形態では、堰部１３１は、仕切部材１３０の端部を上方に巻き返すことによって半割筒状に形成されている。ここで、堰部１３１の高さＨ_０は、第一の実施形態と同様に、２００mm≦Ｈ_０≦４００ｍｍの範囲内に設定されていることが好ましい。
また、仕切部材１３０のガス出口１２３側端部には、仕切部材１３０上を流れるダスト含有水を仕切部材１３０上から排出する排水部が設けられている。

そして、仕切部材１３０には、図６に示すように、仕切部材１３０上を流れるダスト含有水を排水部側へと案内するガイド部材１３５が配設されている。
ここで、本実施形態では、図６に示すように、仕切部材１３０のガス出口１２３側端部が湾曲した状態で、堰部１３１に接続されているので、ガイド部材１３５は、湾曲した仕切部材１３０に合わせて湾曲した形状とされている。また、ガイド部材１３５の仕切部材１３０からの突出高さＨは、第一の実施形態と同様に、堰部１３１の高さＨ_０に対して、０．５×Ｈ_０≦Ｈ≦１．０×Ｈ_０の範囲内に設定されていることが好ましい。

以上のような構成とされた本実施形態であるエルボセパレータ１２０によれば、第一の実施形態と同様に、仕切部材１３０上を流れるダスト含有水がガイド部材１３５によって排水部側に向けて案内されるので、ダスト含有水が堰部１３１に衝突して滞留することがなく、仕切部材１３０上におけるダストの堆積を抑制することが可能となる。
そして、本実施形態では、仕切部材１３０のガス出口１２３側端部が、水平方向に延在しておらず、ガス出口１２３側へ向かうに従い漸次下方に向かうように水平面に対して傾斜しているので、ダスト含有水が仕切部材１３０上で滞留することが抑制され、仕切部材１３０上におけるダストの堆積を確実に抑制することが可能となる。

ここで、仕切部材１３０のガス出口１２３側端部領域の水平面に対する傾斜角度θがθ≧５°とされていることにより、仕切部材１３０上を流れるダスト含有水の流れが堰部１３１の近傍で滞留することがより確実に抑制でき、仕切部材１３０上にダストが堆積することがさらに抑制される。また、仕切部材１３０のガス出口１２３側端部領域の水平面に対する傾斜角度θが、θ≦２５°とされていることにより、仕切部材１３０上を流れるダスト含有水の流速が大きくなり過ぎることを抑制でき、ダスト含有水が堰部１３１を乗り越えてガス出口１２３から下流側へと混入することが防止される。

以上、本発明の実施形態であるエルボセパレータについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、転炉の排ガスを処理するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の設備で発生する排ガスを処理するものであってもよい。

また、本実施形態では、２つの仕切部材を備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、１つ又は３つ以上の仕切部材を備えたものであってもよい。
さらに、堰部の形状についても、本実施形態に限定されることはなく、その他の形状、構造とされていてもよい。

また、堰部の幅方向両端部からダスト含有水を仕切部材上から排出する構成として説明したが、幅方向一方側からのみダスト含有水を排出するものとしてもよい。
さらに、ガイド部材を、概略三角形板状をなすものとして説明したが、これに限定されることはなく、ダスト含有水を排水部側に案内するものであれば、その他の形状であってもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
第一の実施形態で説明したエルボセパレータとして、堰部の高さＨ_０が４００ｍｍ、ガイド部材の仕切部材からの突出高さＨも４００ｍｍの装置を用いて、操業中の転炉から排出される排出ガスを処理し、使用状況を評価した。
比較例として、ガイド部材を備えていないエルボセパレータを準備した。また、本発明例として、ガイド部材を備えたエルボセパレータを準備した。

比較例、本発明例について、それぞれ４ヶ月間の操業を実施し、仕切部材上のダストの堆積高さを測定し、これを使用チャージ数で割り、平均ダスト堆積速度を算出した。評価結果を図７に示す。
また、比較例、本発明例について、上記のエルボセパレータを用いた操業条件を再現させて、流体計算ソフト（ＦＬＵＥＮＴ）を用いて、使用時にガス出口側から排出されるダスト含有水（オーバーフロー水量）を計算した。計算結果を図８に示す。

図７に示すように、本発明例においては、比較例に比べて平均ダスト堆積速度が大幅に小さくなっており、ダストの堆積が十分に抑制されていることが確認される。
また、図８に示すように、本発明例においては、比較例に比べてオーバーフロー水量が大幅に減少しており、１次集塵機から導入された排ガスとダスト含有水とが良好に分離されることが確認される。
さらに、第一の実施形態のエルボセパレータを用いた本発明例において、ダストの堆積が十分に抑制され、オーバーフロー水量が大幅に減少できていることから、第二の実施形態のエルボセパレータを用いると、さらに良好な結果となることは明らかである。

１５ １次集塵機（湿式集塵機）
２０、１２０ エルボセパレータ
２１、１２１ セパレータ本体
３０、１３０ 仕切部材
３１、１３１ 堰部
３２ 排水部
３５、１３５ ガイド部材

Claims (3)

1. 排ガスに含まれるダストを集塵する湿式集塵機の下流側に接続され、前記湿式集塵機から排出された前記ダストを含有するダスト含有水と排ガスとを分離するエルボセパレータであって、
   湾曲した筒状をなし、上方に向けて開口した導入口と水平方向に向けて開口したガス出口とを備えたセパレータ本体と、このセパレータ本体の内部空間を区分けする仕切部材と、を有し、
   前記仕切部材は、前記ガス出口側において前記セパレータ本体の内部空間を上下に区分けするように配置されており、
   前記仕切部材の前記ガス出口側の端部には、前記仕切部材上を流れる前記ダスト含有水をせき止める堰部と、前記仕切部材上を流れる前記ダスト含有水を前記仕切部材上から排出する排水部と、が設けられ、
   前記仕切部材には、前記仕切部材上を流れる前記ダスト含有水を前記排水部側へと案内するガイド部材が配設されており、
   前記仕切部材の幅方向両端に前記排水部が形成されており、
   前記ガイド部材は、概略三角板状をなし、前記仕切部材の上流側の幅方向中央部に向けて三角形の一つの頂点が向き、他の頂点がそれぞれ前記排水部に向くように配設されていることを特徴とするエルボセパレータ。
2. 前記ガイド部材の前記仕切部材からの突出高さＨは、前記堰部の高さＨ_０に対して、
   ０．５×Ｈ_０≦Ｈ≦１．０×Ｈ_０
   の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエルボセパレータ。
3. 前記仕切部材のガス出口側端部領域の水平面に対する傾斜角度θが、５°≦θ≦２５°とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエルボセパレータ。
   

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