JP6215782B2 - 回転炉床炉の排ガス処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、主として鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する回転炉床炉から発生する排ガスの処理を行う回転炉床炉の排ガス処理装置に関する。
鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する回転炉床炉の導入が進んでいる。この回転炉床炉は、酸化鉄含有原料を回転炉床上に敷き詰めてバーナーで高温加熱して還元鉄を製造する設備である。そして、酸化鉄含有原料から還元鉄を製造するにあたり回転炉床炉から発生する排ガスは、図１に示すような排ガス処理装置１により処理される。具体的に、排ガス処理装置１では、回転炉床炉２から排出された排ガスが先ず廃熱回収ボイラー３により廃熱回収されて冷却される。次いで、廃熱回収ボイラー３により廃熱回収された排ガスは、熱交換器４によりさらに廃熱回収されて冷却される。次いで、熱交換器４により廃熱回収された排ガスは、バグフィルター５により除塵される。次いで、バグフィルター５により除塵された排ガスは、吸込みファン６により引き込まれて、煙突７から外部に排出される。
この際、回転炉床炉２から発生する排ガスは、原料から揮発した亜鉛やアルカリ金属や塩素等を含んでおり、これらの化合物が廃熱回収ボイラー３の冷却配管に固着閉塞する等の問題が生じていた。この問題を解決するために、特許文献１には、処理流路の第一段階として設置した廃熱回収ボイラーにおいて、冷媒を流した冷却配管の表面を４００℃以下にすることで、冷却配管の表面に付着する物質が常に剥離しやすい状態で析出させることを特徴とする回転炉床炉が開示されている。また、特許文献２には、付着した物質の剥離手段として、冷却配管にハンマリング装置等の付着物除去装置を設置することが開示されている。
しかしながら、特許文献１には、廃熱回収ボイラーの冷却配管の表面に付着する物質を常に剥離しやすくするために冷却配管の表面温度を４００℃以下とする温度条件が開示されているだけで、具体的な運転条件は開示されていなかった。そのため、剥離手段として付着物除去装置を設置しても、その剥離力や運転間隔が十分でない場合には、排ガスと接触する冷却配管の付着物の表面温度が４００℃以下に維持できず、付着物が剥離しなくなる課題が生じていた。
また、特許文献２のような付着物除去装置により付着物が常に冷却配管から剥離した状態を維持する場合、すなわち、付着物を冷却配管から完全に取り除いた場合には、回転炉床炉の内部にて排ガスの流れによって巻き上げられた原料や、原料から揮発し排ガス処理装置にて冷却されて固体となった亜鉛等の物質が冷却配管に直接衝突することで、冷却配管が磨耗するといった課題が生じていた。更に、付着物を冷却配管から完全に取り除いた場合には、燃焼ガスに含まれるＳＯｘ等が冷却配管に直接触れることで冷却配管が腐食するといった課題が生じていた。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、回転炉床炉の排ガス処理装置として設置した廃熱回収ボイラーの冷却配管に付着した物質を適切に除去し、付着物が容易に剥離可能で、冷却配管の磨耗防止及び腐食防止を図ることが可能な回転炉床炉の排ガス処理装置を提供することを目的とする。
本発明に係る回転炉床炉の排ガス処理装置は、回転炉床炉にて酸化鉄含有原料から還元鉄を製造するにあたり、該回転炉床炉から発生する排ガス中に、アルカリ金属塩及び亜鉛を主成分とする物質が含まれる場合において、処理流路の第一段階として、冷媒を流した冷却配管の表面を４００℃以下になるような廃熱回収ボイラーを設置し、該冷却配管に２ｍ/ｓ２以上２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を４分間に１回以上の頻度で生じさせる配管振動発生装置を設置したことを特徴とする。
本発明によれば、廃熱回収ボイラーの冷却配管の表面を４００℃以下に設け、この冷却配管に配管振動発生装置により２ｍ/ｓ２以上２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を４分間に１回以上の頻度で付与することで、冷却配管に付着する付着物の厚みが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設けることができる。したがって、本発明によれば、冷却配管の付着物の表面を４００℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができる。更に、本発明によれば、付着物を冷却配管から完全に取り除くのではなく、冷却配管の付着物の表面を４００℃以下に維持することができる程度に付着物を冷却配管に意図的に残すことで、冷却配管が磨耗及び腐食することを防止できる。
以下、本発明を適用した回転炉床炉の排ガス処理装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。
図１に示すように、本発明を適用した回転炉床炉の排ガス処理装置（以下、単に排ガス処理装置という。）１は、主として鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する回転炉床炉２が還元鉄を製造するにあたり回転炉床炉２から発生する排ガスの廃熱を回収する廃熱回収ボイラー３を備えている。この廃熱回収ボイラー３は、内部に、図２及び図３に示すように、排ガスを冷却する冷却配管８と付着物除去装置としてそれを振動させる配管振動発生装置９とを有している。
冷却配管８は、図２及び図３に示すように、廃熱回収ボイラー３の内部に複数個設けられ、それぞれその両端の配管を上方に延長し、上部でボイラー壁１０に固定されている。また、冷却配管８は、配管連結材１１で連結され、一枚の板状の形となっている。以下、これを配管パネルと呼ぶ。更に、この配管パネルは、配管連結材１１を通るパネル連結材１２によって複数枚が一体に連結されている。そして、廃熱回収ボイラー３は、排ガスが内部に設けられた冷却配管８と接触され、この冷却配管８の内部を流通する水と熱交換が行われることで、排ガスの廃熱を回収する。また、冷却配管８は、廃熱回収ボイラー３の内部にあるため、表面に排ガスに含まれる物質等が付着しやすい。このため、この配管パネルには、配管連結材１１を通るパネル連結材１２の延長上に、振動を与えて冷却配管８の表面に付着した付着物を除去する配管振動発生装置９が取り付けられている。この配管振動発生装置９は、例えば磁気ノッカーやエアーノッカー等で構成されている。
ここで、廃熱回収ボイラー３の冷却配管８の付着物を剥離させるためには、付着物自身の付着力Ｆ１よりも剥離させる剥離力Ｆ２が上回ればよい（Ｆ１＜Ｆ２）。剥離力Ｆ２は、Ｆ２＝ｍａ（ｍ：付着物の質量、ａ：加速度）であらわされることから、加速度を変化させることで、適宜変更させることができる。
ここでは、配管振動発生装置９は、冷却配管８に２ｍ/ｓ２以上２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を生じさせて付与する。配管振動発生装置９は、冷却配管８に２ｍ/ｓ２以上の加速度の振動を付与することで、冷却配管８の付着物の厚さを１０ｍｍ以下とすることができる。これにより、冷却配管８の付着物の表面を４００℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができる。その一方で、配管振動発生装置９は、冷却配管８に２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を付与することで、冷却配管８の付着物の厚さを２ｍｍ以上とすることができる。これにより、排ガス中の固体が冷却配管８に直接衝突することを防止できると共に、排ガス中のＳＯｘ等が冷却配管８に直接触れることを防止できる。
また、冷却配管８には連続して物質が付着するため、冷却配管８に振動を付与する間隔を長時間あけると冷却配管８の付着物の付着量が増加し続け、剥離力Ｆ２よりも付着力Ｆ１が上回り、付着物が剥離しなくなる場合がある。そこで、配管振動発生装置９は、付着物の付着量が一定以下になるように振動の間隔を一定以上とすることで、付着力Ｆ１が剥離力Ｆ２を超えないように保ち、冷却配管８の付着物を連続的に剥離させるようにしている。具体的に、配管振動発生装置９は、冷却配管８の付着物を連続して剥離させるために、例えば振動を０．１分〜４分間に１回の頻度で生じさせる。配管振動発生装置９は、冷却配管８に振動を４分間に１回未満の頻度で生じさせると、付着物除去動作の間隔が長過ぎてその間に増加した付着物を除去し切れず増加し続けてしまう。その一方で、配管振動発生装置９は、冷却配管８に振動を０．１分間に１回を超えた頻度で生じさせると、冷却配管８への繰返し応力に対する寿命や配管振動発生装置９自体の寿命が問題となる。
以上のような構成を有する排ガス処理装置１は、以下のようにして回転炉床炉２から発生した排ガスを処理する。
先ず、図１に示すように、回転炉床炉２が、鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料を回転炉床上に敷き詰めてバーナーで高温加熱して、酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する。次いで、排ガス処理装置１である廃熱回収ボイラー３が、冷却配管８の付着物の表面を４００℃以下に維持しつつ、配管振動発生装置９により冷却配管８に２ｍ/ｓ２以上２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を０．１分〜４分間に１回の頻度で付与しながら、回転炉床炉２が還元鉄を製造するにあたり回転炉床炉２から発生した排ガスを冷却配管８に接触させて、冷却配管８の内部を流通する水と熱交換を行うことで、廃熱を回収して冷却する。次いで、熱交換器４が廃熱回収ボイラー３によって廃熱回収された排ガスをさらに廃熱回収して冷却し、バグフィルター５が熱交換器４によって冷却された排ガスを除塵して、吸込みファン６がバグフィルター５によって除塵された排ガスを引き込み、煙突７から外部に排出する。
以上のようにして、排ガス処理装置１は、回転炉床炉２から発生した排ガスを処理する。
以上のように、排ガス処理装置１は、廃熱回収ボイラー３の冷却配管８の付着物の表面を４００℃以下に設け、この冷却配管８に配管振動発生装置９により２ｍ/ｓ２以上２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を４分間に１回以上の頻度で付与することで、冷却配管８の付着物の厚みが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設けることができる。
したがって、排ガス処理装置１は、冷却配管８の付着物の厚みが１０ｍｍ以下となるように設けることで、冷却配管８の付着物の表面を４００℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができる。更に、排ガス処理装置１は、冷却配管８の付着物の厚みが２ｍｍ以上となるように設けて、付着物を冷却配管８から完全に取り除くのではなく、冷却配管８の付着物の表面を４００℃以下に維持することができる程度に付着物を冷却配管８に意図的に残すことで、排ガス中の固体が冷却配管８に直接衝突することや、排ガス中のＳＯｘ等が冷却配管８に直接触れることを防止でき、冷却配管８が磨耗及び高温腐食することを防止できる。
また、排ガス処理装置１は、冷却配管８に配管振動発生装置９により振動を４分間に１回以上の頻度で付与することで、付着物除去動作の間隔が長過ぎてその間に増加した付着物を除去し切れずに冷却配管８の付着物の付着量が増加することを防止でき、冷却配管８の付着物の付着量が一定以下にすることができる。更に、排ガス処理装置１は、冷却配管８に配管振動発生装置９により振動を０．１分間に１回以下の頻度で付与することで、冷却配管８や配管振動発生装置９の長寿命化を図ることができる。
次に、以上のような構成を有する排ガス処理装置１において、廃熱回収ボイラー３の冷却配管８の表面に付着した付着物を適切に除去するための運転条件の確認を行った。具体的には、性状の異なる２種類のダストを原料として用い、図４に示すような操業条件にて排ガスの冷却配管８の表面を４００℃以下に保ちつつ運転し、配管振動発生装置９を４分間に１回の間隔で動作させて種々の測定を行った。
先ず、配管振動発生装置９により各種の加速度の振動を冷却配管８に付与した際の冷却配管８の付着物の厚みを測定し、その結果を図５に示す。更に、各原料に対してそれぞれ冷却配管８の付着物の成分分析結果を、付着物Ａ、付着物Ｂとして表１に示す。本件出願人は、２種類の原料供給に対して、表１に示すように成分の異なる付着物が生じたが、図５から、それぞれ冷却配管８の振動の加速度を２ｍ/ｓ２以上にすることで、冷却配管８の付着物の厚さを１０ｍｍ以下に連続して保持できることが確認できた。
次に、冷却配管８の付着物の各種の厚みに対する冷却配管８の付着物の表面温度を測定し、その結果を図６に示す。図６から明らかなように、冷却配管８の付着物の厚みが１０ｍｍの場合には、冷却配管８の付着物の表面温度が４００℃となり、２０ｍｍの場合には、４５０℃となった。すなわち、冷却配管８の付着物の厚さが厚くなることに連れて、冷却配管８の付着物の表面温度が高くなり、１０ｍｍを超えると冷却配管８の付着物の表面温度が４００℃を超えることが分かった。これにより、本件出願人は、冷却配管８の付着物の厚さを１０ｍｍ以下とすることで、冷却配管８の付着物の表面温度を４００℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができることが確認できた。
次に、原料Ａにて操業した場合の冷却配管８の付着物の各種の厚みに対する摩耗及び高温腐食の有無を観察し、その観察結果を表２に示す。表２に示すように、この付着物が２ｍｍ以上付着している冷却配管８において、固体の衝突による摩耗やＳＯｘ等による高温腐食が共に生じていなかった。これにより、本件出願人は、冷却配管８に付着物を２ｍｍ以上付着させることで、冷却配管８の磨耗と高温腐食とが同時に防止できることが確認できた。更に、本件出願人は、図５から、冷却配管８の付着物の厚さを２ｍｍ以上とするためには、冷却配管８の振動の加速度を２８ｍ/ｓ２以下とすることが確認できた。
次に、原料Ａにて操業すると共に、冷却配管８の振動の加速度を２ｍ/ｓ２にて運転した場合において、振動の各種の間隔に対する一間隔前後の冷却配管８の付着物の付着量を測定し、その結果を表３に示す。表３から明らかなように、振動の間隔が０．１〜４［分／間隔］の場合には、冷却配管８の付着物の付着量が一定となる。その一方で、振動の間隔が４［分／間隔］を超える場合には、付着物除去動作の間隔が長過ぎてその間に増加した付着物を除去し切れずに、冷却配管８の付着物の付着量が増加する。これにより、本件出願人は、表３から、振動の間隔を４分以下とすることで、冷却配管８の付着物の付着量を増加させずに、付着物を連続して剥離できることが確認できた。
なお、排ガス処理装置１は、配管振動発生装置９を、パネル連結材１２によって連結された複数の冷却配管８毎に２個ずつ取り付けることに限定されるものではなく、冷却配管８の大きさや太さ等に応じて、１個ずつ取り付けるようにしても良く、３個以上ずつ取り付けるようにしても良い。
更に、排ガス処理装置１は、配管振動発生装置９を、パネル連結材１２によって連結された複数の冷却配管８毎に少なくとも１個ずつ取り付けて、複数の冷却配管８にまとめて振動を付与することに限定されるものではなく、各冷却配管８に取り付けて、各冷却配管８に振動を付与するようにしても良い。
１ 回転炉床炉の排ガス処理装置、２ 回転炉床炉、３ 廃熱回収ボイラー、４ 熱交換器、５ バグフィルター、６ 吸込みファン、７ 煙突、８ 冷却配管、９ 配管振動発生装置、１０ ボイラー壁、１１ 配管連結材、１２ パネル連結材
Claims (3)
- 回転炉床炉にて酸化鉄含有原料から還元鉄を製造するにあたり、該回転炉床炉から発生する排ガス中に、アルカリ金属塩及び亜鉛を主成分とする物質が含まれる場合において、処理流路の第一段階として、冷媒を流した冷却配管の表面を４００℃以下になるような廃熱回収ボイラーを設置し、該冷却配管に２ｍ/ｓ２以上２８ｍ/ｓ２以下の加速度の振動を４分間に１回以上の頻度で生じさせる配管振動発生装置を設置したことを特徴とする回転炉床炉の排ガス処理装置。
- 上記配管振動発生装置は、上記冷却配管に振動を０．１分間に１回以下の頻度で生じさせることを特徴とする請求項１に記載の回転炉床炉の排ガス処理装置。
- 上記配管振動発生装置は、上記冷却配管に振動を生じさせて、該冷却配管に付着する付着物の厚みを２ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転炉床炉の排ガス処理装置。
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