JP6110076B2 - 湿式集塵機 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス中に含まれるダストを水中に含着させて回収する湿式集塵機に関し、特に、転炉における精錬後の排ガスからダストを回収する湿式集塵機（２次集塵機）に関する。

溶銑は、転炉で精錬されて溶鋼となるが、この転炉から、精錬時に発生する排ガス中には、ダストとＣＯガスが含まれているため、それを大気中に放出することはできず、排ガス中からダストを回収し、更にＣＯガスを回収する必要がある。図４は、転炉設備を示す図である。転炉１内に溶銑を装入し、ランスにより溶銑に酸素ガスを吹き付けるが、この精錬時に発生する転炉排ガスは、フード２ａ及びダクト２ｂを介して、ダクト２ｂで冷却されつつ、一次集塵機３に送られる。転炉排ガスは、この１次集塵機３にて大量の水を吹きかけられて粗ダストが除去される。この粗ダストを含む水は、シックナー（濃縮槽）に送られて、粗ダストが回収される。一方、１次集塵機３で除去されなかった微細なダストを含む転炉排ガスは、ダクト４を介して２次集塵機５（ＲＳＷ：Ring Slit Washer）に送られる。この２次集塵機５においては、１次集塵機３における処理水中に微細なダストが含まれた状態で、この処理水が開度調整弁となる円錐コーン型のダンパー６（ＲＳＥ：Ring Slit Element）を介して、２次集塵機５の本体に吹き付けられ、２次集塵機５の下部に設けられたエルボーセパレータ７にて、ダストを含む水が排ガスから分離されて、シックナーに送られ、ダストが固形化されて回収される。

エルボーセパレータ７からの排ガスは、ファン８により吸引されて、三方弁９に送られ、三方弁９にてＣＯ濃度が低い排ガスは煙突１２から大気に放散され、ＣＯ濃度が高い排ガスは、回収弁１０と、水を貯留したＶ弁１１を経てＣＯガスを貯留するガスホルダーに回収される（以上、特許文献１及び２）。

図５は、２次集塵機５を示す図である。１次集塵機３にて粗ダストが除去された排ガスは、ダクト４を経て２次集塵機５に至り、２次集塵機５におけるほぼ垂直に設置された機体内に供給される。この２次集塵機５の機体の内部の上部には、水を噴射するノズル２１が設置されており、その下方には、ダンパー６が設置されている。ダンパー６は円錐状をなし、その上端の頂点には、鉛直方向に延びる軸２０が設置されており、この軸２０を介して、２次集塵機５の上方の架台２７から吊り下げられている。軸２０の一端は、架台２７に設置されたシリンダ２８に連結されており、シリンダ２８により軸２０を介してダンパー６が鉛直方向に移動され、その開度を調整するようになっている。この軸２０は、機体内に設けられた軸支持部２２に支持されており、この軸支持部２２によりダンパー６がハウジングの中心に位置するように位置決めされている。また、２次集塵機５の機体は、ダンパー６の配置位置にて、ダンパー６の形状に見合うように円錐状をなし、機体内面とダンパー６との間に所定の隙間をおいて、ダンパー６が配置されている。そして、ダンパー６の下方には、軸２３を介して羽根２４が設置されている。２次集塵機５の機体の下部に設けられたエルボーセパレータ７には、水を排出するパイプ２６が設置されており、このパイプ２６を介してダストを含む水が水封装置２５に供給され、この水封装置２５にて排ガスの気体は遮断され（水封）、ダストを含む水がシックナーに送られて、ダストが回収される。

特開２００２−３３９０１１号公報 特開２００３−１８３７１９号公報

上述の従来技術においては、ノズル２１から噴射された水と排ガス中のダストがダンパー６にて混合され、ダストは水の中に取り込まれて、エルボーセパレータ７によりこのダストを含む水が排ガスから除去されるが、この２次集塵機における集塵性能は、高々、４０ｍｇ／Ｎｍ^３程度であり、これ以上に集塵性能を向上させるには限界があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、集塵性能をより高めることができる湿式集塵機を提供することを目的とする。

本発明に係る湿式集塵機は、
排ガス中に含まれるダストを水中に含着させて集塵する湿式集塵機であって、
その内部を転炉排ガスが上部から下部に向けて流れる集塵機ハウジングと、
前記ハウジング内に設置され前記排ガスに向けて水を噴射するスプレーと、
前記ハウジングの内径が下方に向けて絞られた後一転して下方に向かうにつれて拡大する絞り拡大部に設置され、前記ハウジングの拡大部の内面に整合して下方に向かうにつれて外径が拡大するダンパーと、
前記ダンパーの直下に設けられ、前記ハウジングの内面に沿って下降してくる水を集めて前記ハウジング外に排出する水分離部と、
前記水分離部の下方にて、排ガス中のミストを前記ハウジング外に排出する１次ミスト分離部と、
前記ハウジングの下部に設けられた２次ミスト分離部と、
を有し、
前記ハウジングの拡大部の内面と前記ダンパーの外面との間の間隔は、１０乃至１６０ｍｍの範囲内で調整可能に構成されており、
前記水分離部は、
前記ハウジングの中心部に設けられ、筒状をなして前記１次ミスト分離部に連通し、前記ハウジングの内面に沿って下降してくる前記水から分離された排ガスのみを前記１次ミスト分離部に送るよう構成されたガス路部と、
前記ハウジングの内面と前記ガス路部の外面との間をそれらの周方向に延びると共に、前記ハウジングの横方向の一方向に傾斜する棚部と、
この棚部の傾斜方向の深部における前記ハウジングに設けられダストを含む水をハウジング外に排出する排出口と、
を有することを特徴とする。

上記湿式集塵機は、前記ハウジング外には、前記水分離部から前記ハウジング外に排出された水及び前記１次ミスト分離部から前記ハウジング外に排出されたミストに含まれる液体を通過させるが、気体の通過を遮断する水封装置が設けられているように構成することができる。

本発明によれば、転炉排ガスに、スプレーからの水を添加し、これをダンパーとハウジングとの間の隙間に通すことにより、水と転炉排ガスとを高効率で混合し、転炉排ガス中のダスト、特に粗ダストを除去した後の転炉排ガス中の微細ダストを水の中に捕捉する。そして、このダストを捕捉した直後の水を、水分離部でハウジング外に排出するので、水中に高効率で混合されているダストを、水から再分離される前にハウジング外に排出して回収することができるため、転炉排ガスからダストをより高効率で回収することができる。

本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理設備に設置された２次集塵機を示す縦断面図である。 水封装置を示す図である。 混合流体の流れを示す図である。 転炉排ガス処理設備を示す模式図である。 従来の２次集塵機を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理設備における湿式集塵機（２次集塵機）を示す縦断面図である。この２次集塵機５Ａは、そのハウジング３０が基本的に筒状をなし、その軸方向が垂直になるように設置されている。また、この２次集塵機５Ａは、図４に示す転炉精錬設備の２次集塵機５の代わりに配置されるものであり、１次集塵機３にて粗ダストが除去された後の転炉排ガスが、上端部から供給される。また、本実施形態の２次集塵機のハウジング３０の下部に設けられたエルボーセパレータ３９を出た排ガスは、ファン８により三方弁９に送られる。

図１に示すように、本実施形態の２次集塵機５Ａのハウジング３０には、その上部において、内径が下方に向けて徐々に絞られた縮径部３０ａと、縮径部３０ａの下部における内径が最も小さい最小径部３０ｂと、更にその下方で、内径が下方に向けて徐々に拡大する拡径部３０ｃとが設けられている。そして、この縮径部３０ａから拡径部３０ｃに至るハウジングの内部に、ダンパー３１が設置されている。このダンパー３１は、従来と同様に（図５参照）、設備の上方の架台から吊り下げられており、ハウジング３０の内部の軸支持部等により、ハウジングの中心に位置するように位置決めされている。そして、ダンパー３１は、軸２０（図５参照）を介してシリンダ２８（図５参照）により鉛直方向に駆動されるようになっており、ダンパー３１は、このシリンダ２８により鉛直方向に移動することにより、縮径部３０ａから拡径部３０ｃに至る部分におけるハウジング３０の内面との開度を調整している。また、１次集塵機で粗ダストが除去された転炉排ガスは、ハウジング３０の上方からハウジング３０内に供給されるが、ハウジング３０内のダンパー３１の上方には、水を噴射するスプレーノズル２１（図５参照）が設置されており、２次集塵機のハウジング３０内に供給された転炉排ガスに、ノズル２１から水が噴射されるようになっている。

このダンパー３１は、円錐形をなし、その円錐面と拡径部３０ｃの内面との間は、ほぼ一定の間隔で離隔している。そして、ノズル２１から水を添加された転炉排ガスは、拡径部３０ｃの内面とダンパー３１との間の横断面リング状の経路を経て水分離部３２に至るようになっている。水分離部３２においては、ハウジング３０は、拡径部３０ｃから鉛直下方に続く円筒部３０ｄとなっており、この円筒部３０ｄの内部に、円筒部３０ｄに同軸的な円筒状のガス炉部３３が設けられている。そして、棚部３４がハウジング３０の内面とガス路部３３の外面との間をそれらの周方向に延びると共に、ハウジングの横方向の一方向に傾斜するように延びている。そして、この棚部３４の傾斜方向の深部におけるハウジング３０には、ダストを含む水をハウジング３０外に排出する排出口３５が設けられている。なお、ダンパー３１の円錐面と、ハウジング３０の拡径部３０ｃの内面との間の間隔は、必ずしも一定ではなく、下方に向けて徐々に大きくしたり、逆に小さくしたりしてもよい。この間隔は、ダンパー３１の移動手段となるシリンダ２８の制御により調整可能であり、例えば、１０乃至１６０ｍｍの範囲で調整することができる。間隔が１０ｍｍより小さいと、流体の通流を阻害し、１６０ｍｍを超えると、水と排ガス中のダストとの混合効率が低下する。

一方、ガス成分は、ガス炉部３３を介して水分離部３２の下方側に設けられているミスト分離部３６に送られる。ミスト分離部３６においては、そのガス通過域に介在するようにして、ガスの流れを旋回させる旋回羽根３７が設置されている。この旋回羽根３７の下方には、ハウジングの内面の周辺部に滴下したミストを回収するための棚部３８が設けられており、この棚部３８を経由して滴下したミストが排出口３９を介して、ハウジング外部に導出される。なお、ミスト分離部３６に設けられる棚部３８の構成は、水分離部３２に設けられる棚部３４とほぼ同様である。

ミスト分離部３６を経た転炉排ガスは、ハウジング３０の下方に設けられたエルボーセパレータ４０に至り、このエルボーセパレータ４０内に設けられたミスト捕集部材４１により更にガス中のミストが回収される。このミスト捕集部材４１は、エルボーセパレータ４０の湾曲に合わせてガス通流方向に湾曲しており、その先端部は、液化したミストを捕集するように折り返されており、この折り返し部に設けた開口４２から、液化ミストが排出される。この開口４２から排出された液化ミストは、エルボーセパレータ４０の内面を伝わって下降してきた液化ミストと共に、排出口４３から排出される。

エルボーセパレータ４０を経てミストが除去された排ガスは、後工程の三方弁（９（図４参照）に送られる。一方，排出口３５、３９，４３から排出されたダストを含む水は、図２に示す水封装置５１を経て、シックナーに送られる。この水封装置５１は、排出口３５、３９，４３毎に個別に設置してもよいし、排出口３５、３９，４３をまとめて１個の水封装置５１を設置しても良い。水封装置５１の水タンクには、水が貯留されており、排出口３５等に気密的に接続された配管５０の端部が、水封装置５１内の水中に浸漬されている。そして、この水封装置の水タンクからオーバーフローした水が水回収部５２に集められ、更に水回収部５２内の水がポンプ５３によりシックナーに送給される。このシックナーにて、水中のダストが固形化されて回収される。水封装置５１の水タンクに貯留された水の水深は、例えば２５００ｍｍであり、配管５０下端の水圧は、ハウジング３０内のガスの圧力よりも高い。従って、２次集塵機のハウジング３０内のガスは、水封装置５１にて遮断されて、排出口３５，３９，４３から転炉排ガスが流出することはない。

なお、本実施形態の２次集塵機において、水分離部３２以外の例えばミスト分離部３６（１次ミスト分離）及びエルボーセパレータ４０（２次ミスト分離）の構成は、従来と異なるものではなく、種々の構成を採用することができる。

次に，上述の如く構成された本実施形態の２次集塵機５Ａの動作について説明する。１次集塵機にて粗ダストが除去された転炉排ガスは、スプレーノズル２２（図５参照）から水を噴射されて、水が添加された状態で、ダンパー３１に衝突する。このダンパー３１においては、ハウジング３０が縮径されて縮径部３０ａによりガス及び水の通路が狭くなっており、最小径部３０ｂにてガス及び水は、ハウジング３０内面とダンパー３１の間のリング状の隙間に入り、拡径部３０ｃにて、ガス及び水は、このハウジング３０内面とダンパー３１の間のリング状の隙間を下方に向けて通流する。このとき、転炉排ガス中のダスト（１次集塵後の細かいダスト）は、水と共に前記隙間を通流するので、水中に十分に混合され、ダストが水中に取り込まれる。排ガスの通流量と水量との兼ね合いもあるが、水量が十分に多ければ、水及び排ガスの混合流体が前記隙間を通流することにより、排ガス中のダストは、ほぼ全量が水中に移行して水中に混合される。

そして、本発明者等によるシミュレーションの結果、図３に示すように、ダンパー３１を通過後の水と排ガスとの混合流体は、ダンパー３１とハウジング３０内面との間の隙間を通流してきた状態で、そのままハウジング３０内面に沿って下方に流れることが判明した。図３の左図は、ダンパー３１が図１と同様の下面が平坦なもの、図３の右図は、ダンパー３１の下面が下方に膨らみ、縦断面において下に凸に湾曲しているものである。ダンパー３１の下面の形状がいずれの場合も、ダンパー３１とハウジング３０内面との間の隙間からダンパー３１の下方に向けて流出してきた混合流体は、その後しばらくの間は、ハウジング３０の内面に沿って層状にハウジング３０の下方に移動し、ダンパー３１の下面側に巻き込まれる量は、極めて少ない。つまり、ダンパー３１の下面の形状によらず、混合流体は、ハウジング３０の内面に沿ってその下方に層状に移動する。

本発明においては、ハウジング３０の内面に沿って下方に流れる水を集めてハウジング外に排出する水分離部３２がダンパー３１の下方に設けられている。水分離部３２は、ダンパー３１の下方に設けられたハウジング３０の円筒部３０ｄにて、ガス炉部３３との間で２重筒が形成され、円筒部３０ｄとガス炉部３３との間のリング状の領域に排出口３５に向けて傾斜する棚部３４が設けられている。ダストを含着した水は、ハウジング３０の円筒部３０ｄの内面に沿って下方に伝わりながら、棚部３４でせき止められて、排出口３５に向けて移動して、ハウジング３０外で回収される。

このように、ダンパー３１にて高混合率でダストが混合された水が、ダンパー３１の直下に設けられた水分離部３２の棚部３４によりせき止めて回収されて、ハウジング３０外に排出されるので、ガス炉部３３からミスト分離部３５及びエルボーセパレータ４０に送られる排ガス中のダストは、極めて少なくなる。即ち、水分離部３２にて高効率でダストを転炉排ガスから回収することができる。

ガス炉部３３から下方に送られる排ガス中には、ミストが含まれており、このミスト中には、未だダストが含まれている。そこで、本発明では、排ガス中のミストをハウジング３０外に排出して回収するためのミスト分離部３６が、水分離部３２の下方に設けられている。ミスト分離部３６では、旋回羽根３７がミストを含むガスの流れを旋回させて遠心力を付与することにより、ミストを排ガスから除去し、エルボーセパレータ４０にて更にミストを回収して排ガスから除去する。

そして、排出口３５から排出された水及び排出口３９，４３から排出された液化ミストは、水封装置５１を介してシックナーに送られ、シックナーにて排出口３５から排出された水及び排出口３９，４３から排出された液化ミストに含まれるダストが濃縮され、固形化されて回収される。

よって、２次集塵機から三方弁及び排ガス回収部に送られる転炉排ガス中には、ダストは、殆ど含まれていない。例えば、この排ガス回収部に送られる転炉排ガス中のダストの割合を、１０ｍｇ／Ｎｍ^３（１Ｎｍ^３のガス中のダストが１０ｍｇ）まで低下させることができ、極めて高い集塵効率を得ることができる。従来の湿式集塵機では、この集塵効率は前述の如く高々４０ｍｇ／Ｎｍ^３であったが、これは一旦水中に混合されたダストが、その後エルボーセパレータまで流れる間に、水から分離してガス中に戻ってしまうことが原因であると考えられる。本発明のように、ダンパー３１の直下の近傍でダストを補習した水を混合流体として回収してしまうことにより、水からガス中に戻るダストがなくなり、集塵効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、ハウジング内面の近傍を流れる水と排ガスとの混合流体を回収する棚部３４は、上記実施形態のように、拡径部３０ｃの下端から下方に延びる円筒部３０ｄに設けるのではなく、拡径部３０ｃの途中に設けてもよい。このように、ダンパー３１の直下であって、ダンパー３１に近い位置から混合流体を回収することにより、集塵効率を更に向上させることができる。また、ハウジング３０は、ダンパー３１の配置位置にて絞り込まれているが、縮径部３０ａ、最小径部３０ｂ及び拡径部３０ｃの長さ及び傾斜角度は任意である。

また、上記実施形態では、転炉排ガス処理設備における２次集塵機に本発明の湿式集塵機を適用した場合について説明しているが、本発明はこれに限らず、排ガス中のダストを回収するために、化学系分野等の工場及びプラント等に設けられる湿式集塵機にも適用可能である。

本発明は、転炉排ガスの２次集塵機等における集塵効率を著しく高めることができ、環境負荷の軽減に寄与する。

１：転炉
５Ａ：２次集塵機
２１：スプレーノズル
３０：ハウジング
３０ａ：縮径部
３０ｂ：最小径部
３０ｃ：拡径部
３０ｄ：円筒部
３１：ダンパー
３２：水分離部
３３：ガス炉部
３４、３８：棚部
３５、３９，４３：排出口
３６：ミスト分離部
３７：旋回羽根
４０：エルボーセパレータ

Claims (2)

1. 排ガス中に含まれるダストを水中に含着させて集塵する湿式集塵機であって、
   その内部を排ガスが上部から下部に向けて流れる集塵機ハウジングと、
   前記ハウジング内に設置され前記排ガスに向けて水を噴射するスプレーと、
   前記ハウジングの内径が下方に向けて絞られた後一転して下方に向かうにつれて拡大する絞り拡大部に設置され、前記ハウジングの拡大部の内面に整合して下方に向かうにつれて外径が拡大するダンパーと、
   前記ダンパーの直下に設けられ、前記ハウジングの内面に沿って下降してくる水を集めて前記ハウジング外に排出する水分離部と、
   前記水分離部の下方にて、排ガス中のミストを前記ハウジング外に排出する１次ミスト分離部と、
   前記ハウジングの下部に設けられた２次ミスト分離部と、
   を有し、
   前記ハウジングの拡大部の内面と前記ダンパーの外面との間の間隔は、１０乃至１６０ｍｍの範囲内で調整可能に構成されており、
   前記水分離部は、
   前記ハウジングの中心部に設けられ、筒状をなして前記１次ミスト分離部に連通し、前記ハウジングの内面に沿って下降してくる前記水から分離された排ガスのみを前記１次ミスト分離部に送るよう構成されたガス路部と、
   前記ハウジングの内面と前記ガス路部の外面との間をそれらの周方向に延びると共に、前記ハウジングの横方向の一方向に傾斜する棚部と、
   この棚部の傾斜方向の深部における前記ハウジングに設けられダストを含む水をハウジング外に排出する排出口と、
   を有することを特徴とする湿式集塵機。
2. 前記ハウジング外には、前記水分離部から前記ハウジング外に排出された水及び前記１次ミスト分離部から前記ハウジング外に排出されたミストに含まれる液体を通過させるが、気体の通過を遮断する水封装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の湿式集塵機。

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