JP5803891B2 - シャフト炉排ガスの除塵水量制御方法および除塵水量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャフト炉（縦型スクラップ溶解炉）中で鉄系スクラップを主体とする鉄源をコークスの燃焼熱により溶解して溶銑を製造する際に発生してシャフト炉から排出される排ガス中に含まれているダストを除去するために散水する除塵水の散水量の制御方法および制御装置に関するものである。

鉄系スクラップを主体とする鉄源をコークスの燃焼熱により溶解して溶銑を製造する際にシャフト炉から排出される可燃性の排ガス中には多量のダスト（塵埃）が含まれており、製鉄所ではこの排ガスに排ガス浄化設備で除塵水を散水して排ガス中に含まれているダストを除去し（例えば特許文献１参照）、除塵後の排ガスを燃料ガスとして、ブースタポンプで昇圧して高炉ガス（Ｂガス）に加えるとともに、シャフト炉用の燃焼空気の加熱にも利用し、除去したダストも資源としてリサイクルしている（例えば特許文献２，３参照）。

特開平０５−００９５２９号公報 特開２００８−２９１３３３号公報 特開２００８−２９１３３４号公報

しかしながら、従来の排ガス浄化設備では除塵水の散水量がダスト濃度によらず一定とされていたため、ダスト濃度の低下時に散水量が過多となって、除塵水送水ポンプのモータの消費電力が過多になってしまったり、排ガス圧力が低下し過ぎてブースタポンプのモータの消費電力が過多になってしまったりするという問題があった。

それゆえ本発明は、前記従来技術の課題を有利に解決したシャフト炉排ガスの除塵水量の制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量制御方法は、シャフト炉から排出される排ガスに排ガス浄化設備で散水する除塵水の散水量を制御するに際し、前記排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査し、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係を回帰分析し、前記排ガス中に含まれているダストの散水前の濃度の経時変化をダストモニターで監視し、その監視している散水前のダスト濃度の経時変化と前記回帰分析した関係とに基づいて除塵水の散水量を制御することを特徴としている。

すなわち、本発明の方法においては、排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査し、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係を回帰分析して、前記関係に基づき除塵水の散水量を制御する。

また、前記目的を達成する本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量制御装置は、シャフト炉から排出される排ガスに排ガス浄化設備で散水する除塵水の散水量を制御する装置において、前記排ガス中に含まれているダストの散水前の濃度の経時変化を監視するダストモニターと、排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査して回帰分析した、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係と、前記ダストモニターが監視している散水前のダスト濃度の経時変化とに基づいて除塵水の散水量を決定する散水量決定手段と、その散水量決定手段が決定した散水量に基づき排ガスへの除塵水の散水量を制御する散水量制御手段とを備えることを特徴としている。

すなわち、本発明の装置においては、前記散水量決定手段は、排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査し、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係を回帰分析して、前記関係に基づき除塵水の散水量を決定する。

なお、本発明の方法および装置において、前記ダストモニターは、排ガスへの除塵水の散水位置の上流側および下流側で、散水前および散水後のダスト濃度をそれぞれ監視することとすると、監視精度が高まるので望ましい。

さらに、本発明の方法および装置において、前記回帰分析は、一定期間ごとに繰り返し実行することとすると、分析精度が高まるので望ましい。

本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量の制御方法および制御装置によれば、シャフト炉から排出される排ガスに排ガス浄化設備で散水する除塵水の散水量を制御するに際し、排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査し、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係を回帰分析し、排ガス中に含まれているダストの散水前の濃度の経時変化をダストモニターで監視し、その監視している散水前のダスト濃度の経時変化と前記回帰分析した関係とに基づいて除塵水の散水量を制御することから、ダスト濃度の高低に応じて散水量を増減させてダストの除去に必要な最小限の水量の除塵水を散水することができるので、ダスト濃度の低下時に過剰の散水によって除塵水送水ポンプおよびブースタポンプのモータの消費電力が過多になってしまうのを防止することができる。

本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量の制御方法の一実施例を適用した、本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量の制御装置の一実施例の構成を示す略線図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１は、本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量の制御方法の一実施例を適用した、本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量の制御装置の一実施例の構成を示す略線図であり、図中符号１はシャフト炉を示す。

シャフト炉１から排出された高温の排ガスは、サイクロン式粗除塵機２を通されて、その排ガスに含まれた多量のダストのうちのかなりの部分を除去され、そのダストを集塵槽３に集められた後、排ガス供給路４を経て冷却器５に至り、その冷却器５内で冷却水を散水されて冷却された後、ディスインテグレータ（粉砕機）６内に入る。ディスインテグレータ６内では排ガス中のダストが冷却水を噴霧されつつ粉砕されてスラリー状となり、その排ガスとスラリー状のダストとはミストセパレータ７に送られてミストセパレータ７内で分離され、これによりダストを除去されて浄化された排ガスは、タービンポンプ８でガスホルダ９に送られ、ガスホルダ９からブースタポンプ１０で昇圧されてＢガス本管へ供給され、余剰分は煙突（放散塔）１１の先端部１２で燃焼されて大気中に放散される。

タービンポンプ８からガスホルダ９への配管には分岐配管１３が設けられ、その分岐配管１３から熱風用燃焼炉１４に供給された排ガスは、燃焼空気ファン１５で燃焼空気を供給されて熱風用燃焼炉１４内で燃焼した後、熱交換器１６を持つ煙突（放散塔）１７から大気中に放散される。送風機１８で熱交換器１６に供給されて排ガスの燃焼熱で加熱された燃焼空気は、シャフト炉１内に供給されてコークスを燃焼させ、シャフト炉１内にコークスとともに供給された鉄系スクラップを主体とする鉄源が、そのコークスの燃焼熱により溶解して溶銑となって、シャフト炉１の下部から出銑される。なお、シャフト炉１には炉体の保護のために冷却水を循環させる炉体冷却システム１９も設けられている。

この一方、冷却器５内を通った冷却水と、ミストセパレータ７内で排ガスから分離されたスラリー状のダストとは、集水槽２０に一緒に集められ、その集水槽２０からポンプ２１でガス除塵水処理システム２２のシックナー（凝集沈殿槽）２３に送られて、そのシックナー２３内で冷却水とスラリー状のダストとが分離される。シックナー２３内で分離された冷却水はポンプ２４で熱交換器２５に通されて冷却された後、貯水槽２６に戻され、その貯水槽２６から除塵水送水ポンプ２７で冷却器５とディスインテグレータ６とに供給される。なお、熱交換器２５には冷却水を循環させる冷却システム２８が設けられている。

シックナー２３内で分離されたスラリー状のダストは、ポンプ２９で脱水機３０に送られて圧縮脱水され、ケーキ状にされてもう一つの集塵槽３１内に集められ、集塵槽３内のダストとともに資源として利用される。貯水槽２６から溢れた水は、排水処理設備３２を経て排水処理された後に排水路へ放流される。

かかるシャフト炉排ガスの浄化およびリサイクルシステムにおいて、この実施例の除塵水量の制御方法および制御装置では、排ガスに除塵水を散水するディスインテグレータ６よりも上流側の排ガス供給路４に第１のダストモニター３３を配置するとともに、そのディスインテグレータ６よりも下流側のタービンポンプ８への配管に第２のダストモニター３４を配置する。これらのダストモニター３３，３４としては、例えば摩擦静電気検出方式や、光学式、静電誘導式等のダストモニターを用いることができる。そして、それらのダストモニター３３，３４で散水前および散水後の排ガスのダスト濃度をそれぞれ継続的に監視し、それらのダストモニター３３，３４が継続的に出力するダスト濃度のデータを、散水量決定手段としての、通常のコンピューターを有する散水量決定部３５に入力する。

この散水量決定部３５は、予め与えられたプログラムに基づき、後述の如き方法で、入力されたダスト濃度のデータから散水量を決定して、その散水量を、散水量制御手段としての通常のポンプ制御部３６に入力し、ポンプ制御部３６は、散水量決定部３５が決定した散水量を実現するように除塵水送水ポンプ２７のモータを駆動して除塵水の供給量を調節し、ディスインテグレータ６内を流れる排ガスへの除塵水の散水量を制御する。

すなわち、散水量決定部３５は、排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度の経時変化と散水量との関係を調査し、その調査結果から、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係を回帰分析し、その関係を示す回帰式を用いて現在の散水前のダスト濃度から、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための必要最小限の除塵水の散水量を決定する。なお、この排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係の調査および、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係の回帰分析を、一定期間例えば１ヶ月ごとに繰り返し実施して、回帰式を更新してもよく、このようにすれば、除塵水の散水量の決定精度を高めることができる。

具体的には、
シャフト炉１の炉頂から排出される排ガスについて、
ガス圧力＝ a [kPa]
ダスト濃度＝ A [g/Nm^３]
とすると、
サイクロン式粗除塵機２での１次除塵後の排ガスは、排ガス圧力の低下量をΔs [kPa]、ダスト濃度の低下量をΔS [g/Nm^３]とすると、
ガス圧力＝ a−Δs [kPa]
ダスト濃度＝ A−ΔS [g/Nm^３]
となり、
ディスインテグレータ６およびミストセパレータ７での２次除塵後の排ガスは、ミストセパレータ７での除塵水量をＸ[m^３/h]、排ガス圧力の低下量をΔm[kPa]、ダスト濃度の低下量をΔM[g/Nm^３]とすると、
ガス圧力＝ a−Δs−Δm [kPa]
ダスト濃度＝ A−ΔS−ΔM [g/Nm^３]≦目標ダスト濃度
となる。
そして熱風用燃焼炉１４の燃料分を分離した後の排ガスについては、ブースタポンプ１０で昇圧した後にＢガス本管へ供給してリサイクルするので、その昇圧分をΔb[kPa]とすると、
ガス圧力＝ a−Δs−Δm＋Δb [kPa]＝Ｂガス本管圧力（一定）
ダスト濃度＝ A−ΔS−ΔM [g/Nm³]≦目標ダスト濃度
となる。

このフローにおいて、２次除塵後のダスト濃度が目標ダスト濃度以下となるという条件下で除塵水量Ｘ[m^３/h]を最少化し、これにより排ガス圧力の低下量Δmを最少化して、ブースタポンプ１０で昇圧する圧力（＋Δb[kPa]）を最小化することにより、ブースタポンプ１０と除塵水送水ポンプ２７とのモータの消費電力を抑制する。また、除塵水量Ｘ［m³/h］に応じてミストセパレータ７での除塵量 ΔM [g/Nm^３]が変化するので、この実績を繰返し分析して除塵精度を高め、除塵水量Ｘ[m³/h]の最少化を図る。

上述した本実施例の制御方法を実施する本実施例の制御装置によれば、ダスト濃度の高低に応じて散水量を増減させて、排ガスからのダストの除去に必要な最小限の水量の除塵水を散水することができるので、ダスト濃度の低下時に過剰な量の散水によって除塵水送水ポンプ２７およびブースタポンプ１０のモータの消費電力が過大になるのを防止することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、所要に応じて特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、一旦回帰式が定められた後は、ダストモニター３３，３４のうち下流側のダストモニター３４を除いて、散水前のダスト濃度から、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための必要最小限の除塵水の散水量を決定するようにしても良く、次回の回帰式の更新時に再度下流側のダストモニター３４を設置しても良い。そしてダストモニターの設置位置も、所要に応じて適宜変更することができる。

かくして本発明のシャフト炉排ガスの除塵水量の制御方法および制御装置によれば、シャフト炉から排出される排ガスに排ガス浄化設備で散水する除塵水の散水量を制御するに際し、排ガス中に含まれているダストの散水前の濃度の経時変化をダストモニターで監視し、その監視している散水前のダスト濃度の経時変化と、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との回帰分析した関係とに基づいて除塵水の散水量を制御することから、ダスト濃度の高低に応じて散水量を増減させてダストの除去に必要な最小限の水量の除塵水を散水することができるので、ダスト濃度の低下時に過剰の散水によって除塵水送水ポンプおよびブースタポンプのモータの消費電力が過多になってしまうのを防止することができる。

１ シャフト炉
２ サイクロン式粗除塵機
３，３１ 集塵槽
４ 排ガス供給路
５ 冷却器
６ ディスインテグレータ（粉砕機）
７ ミストセパレータ
８ タービンポンプ
９ ガスホルダ
１０ ブースタポンプ
１１ 煙突（放散塔）
１２ 先端部
１３ 分岐配管
１４ 熱風用燃焼炉
１５ 燃焼空気ファン
１６ 熱交換器
１７ 煙突（放散塔）
１８ 送風機
１９ 炉体冷却システム
２０ 集水槽
２１，２４，２９ ポンプ
２２ ガス除塵水処理システム
２３ シックナー（凝集沈殿槽）
２５ 熱交換器
２６ 貯水槽
２７ 除塵水送水ポンプ
２８ 冷却システム
３０ 脱水機
３２ 排水処理設備
３３ 第１のダストモニター
３４ 第２のダストモニター
３５ 散水量決定部
３６ ポンプ制御部

Claims (6)

1. シャフト炉から排出される排ガスに排ガス浄化設備で散水する除塵水の散水量を制御するに際し、
   前記排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査し、
   散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係を回帰分析し、
   前記排ガス中に含まれているダストの散水前の濃度の経時変化をダストモニターで監視し、
   その監視している散水前のダスト濃度の経時変化と前記回帰分析した関係とに基づいて除塵水の散水量を制御することを特徴とするシャフト炉排ガスの除塵水量制御方法。
2. 前記ダストモニターは、排ガスへの除塵水の散水位置の上流側および下流側で、散水前および散水後のダスト濃度をそれぞれ監視することを特徴とする、請求項１記載のシャフト炉排ガスの除塵水量制御方法。
3. 前記回帰分析は、一定期間ごとに繰り返し実行することを特徴とする、請求項１または２記載のシャフト炉排ガスの除塵水量制御方法。
4. シャフト炉から排出される排ガスに排ガス浄化設備で散水する除塵水の散水量を制御する装置において、
   前記排ガス中に含まれているダストの散水前の濃度の経時変化を監視するダストモニターと、
   排ガスへの除塵水の散水前および散水後のダスト濃度と散水量との関係を調査して回帰分析した、散水前のダスト濃度と、散水後のダスト濃度を所定量以下とするための散水量との関係と、前記ダストモニターが監視している散水前のダスト濃度の経時変化とに基づいて除塵水の散水量を決定する散水量決定手段と、
   その散水量決定手段が決定した散水量に基づき排ガスへの除塵水の散水量を制御する散水量制御手段と、
   を備えることを特徴とするシャフト炉排ガスの除塵水量制御装置。
5. 前記ダストモニターは、排ガスへの除塵水の散水位置の上流側および下流側で、散水前および散水後のダスト濃度をそれぞれ監視することを特徴とする、請求項４記載のシャフト炉排ガスの除塵水量制御装置。
6. 前記散水量決定手段は、前記回帰分析を一定期間ごとに繰り返し実行することを特徴とする、請求項４または５記載のシャフト炉排ガスの除塵水量制御装置。

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