JP6906532B2 - 炉頂ガスからの乾ダスト除去 - Google Patents

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Description

本発明は、高炉ガスまたはアーク炉(EAF)、純酸素上吹き転炉(BOF)によってもしくは直接還元鉄(DRI)プロセスによって生成されたガスなどの、金属製造プロセスの結果として生じる炉頂ガスからの乾ダスト除去のためのプロセスに関する。本発明は、このようなプロセスを実施するためのプラントにも関する。
背景
高炉ガスは、一般的に、比較的高い一酸化炭素含有量、例えば、約20〜28%を有し、様々なタイプのバーナにおける燃料ガスとしての使用を許容する。しかしながら、高炉から出てくる高炉ガスのダスト含有量は、バーナの安定した機能のためには高すぎるので、高炉ガスのダスト含有量は実質的に低下させられなければならない。これは、通常、2段階プロセスによって行われる。第1のステップにおいて、より大きなダスト粒子はサイクロンにおいて分離される。第2のステップにおいて、より小さな粒子は、通常は湿式プロセスにおいてスクラバによって分離される。このような湿式プロセスは、大量の水消費を必要とし、スラッジおよび排水を発生する。スラッジおよび排水はさらなる処理を必要とする。水スクラビング処理も、処理された高炉ガスの圧力および温度の低下を生じ、これは、下流ガスバーナにおける燃料ガスとしての効率を低下させる。
湿式ガス浄化プロセスの欠点を克服するために、フィルタバッグによってガスをろ過することが提案されており、例えば、2009年の中国、上海での第5回製鉄の科学および技術に関する国際会議でのZhang Fu-Mingの議事録、第612頁〜第616頁、“Study on Dry Type Bag Filter Cleaning Technology of BF Gas at Large Blast Furnace”ならびにLanzerstorferおよびXu、“Neue Entwicklungen zur Gichtgasreinigung von Hochofen : ein Ueberblick”、BH、第195巻、第91頁〜第98頁、2014年に記載されている。
通常運転中に高炉から出てくる高炉ガスは、一般的に、約80〜200℃の温度を有するが、高炉におけるプロセスダイナミクスにより、高炉ガス温度は、約600〜1000℃以上に達する可能性がある。高炉ガスを浄化するためにフィルタバッグが使用されていると、これらの温度ピークは、フィルタバックを過熱および損傷させる。
温度ピークを検出するために、国際公開第2013/045534号(WO 2013/045534)は、高炉ガスにおける圧力変化を監視することを提案している。突然の圧力ピークの場合、水がガス流内へ、例えば、サイクロンとフィルタステーションとの間のパイプラインにおいて噴霧される。このような水冷の欠点は、水が高炉ガスを汚染し、含水量を上昇させるということである。さらに、噴霧された液滴は完全に蒸発させられる必要がある。なぜならば、液体の水は、下流のフィルタバッグの詰まりの原因となるからである。
本発明の課題は、噴霧された液滴の完全な蒸発を保証しながら、液体冷却材を噴射することによって炉頂ガスの温度ピークを低減若しくは回避することである。
概要
本発明の課題は、以下のステップを含む、高炉ガスを浄化するプロセスによって達成される:
−高炉ガス流における予想される温度ピークを示す1つまたは複数のパラメータを連続的に監視するために1つまたは複数のセンサが使用される。監視されるパラメータは、例えば、例えば高炉の排気管におけるガス流の上流温度および/または国際公開第2013/045534号(WO 2013/045534)によって開示されているような圧力ピークまたはあらゆるその他の適切なパラメータを含むことができる。
−高炉ガス流は、次いで、調整塔を通過させられる;
−測定されたパラメータが所定の限界値を超えている場合、水などの冷却材が、調整塔における高炉ガス流内へ噴霧される;
−その後、高炉ガスの流れは、1つまたは複数のフィルタステーション、特に、バッグフィルタステーションを通過する。
調整塔における滞留時間は、一般的に、高炉ガス流において生じているプロセス圧力および温度でガス流が調整塔から出る前に全ての噴霧された水を蒸発させるように十分に長い。冷却材噴霧により、ガス流における浮遊した粒子は凝結または凝集し、高炉ガス流からの粒子の効率的な分離を可能にしてもよい。
特定の実施の形態において、冷却材は、例えば、流れ方向に広がる円錐形セクションの上流端部において、例えば、下方流れ方向へ、高炉ガス流と同時に噴霧される。例えば、円錐形セクションは、約3〜9度、例えば、約6度の円錐角を有してもよい。これらの手段は、液滴の完全蒸発および壁接触の最小化を可能にする、低乱流またはさらには非乱流の流れに寄与する。
調整塔における平均滞留時間は、例えば、約3〜約8秒、一般的に、約5〜約6秒であってもよい。そのように望まれるならば、より長いまたはより短い滞留時間が使用されてもよい。高炉ガス流の流速は、一般的に、約105〜8.105Nm3/hである。このような流速で、言及した滞留時間を得るために、ノズルと塔の出口との間の塔の体積は、例えば、80〜1800m3の範囲であってもよい。特定の実施の形態において、ノズルと塔の出口との間のスペースは、少なくとも2.5、例えば、少なくとも3の高さ対直径比を有してもよく、直径は、調整塔の底部における直径である。
高炉ガス流の圧力は、一般的に、約200〜300kPa、例えば、約250kPaである。この圧力は、調整塔において維持することができる。
冷却材は、一般的に、水であるが、その他の適切な冷却材を使用することもできる。選択的に、水は、凝固剤などの添加剤を含有してもよい。
調整塔に進入する高炉ガスは、一般的に、塩化水素、フッ化水素、硫化カルボニルおよび硫化水素などの複数の酸性有機汚染物質を含む。これらは、例えば、調整塔においてまたは調整塔の下流においてガス流に基本薬剤を噴射することによって除去することができる。これらに、例えば、例えば噴霧水における溶解された薬剤のような冷却材を噴霧することができる。択一的にまたは付加的に、これらは、調整塔においておよび/または調整塔の下流において、例えば、ガス流をフィルタステーションへ導くパイプラインにおいて、ガス流に別個に加えることができる。基本薬剤を、乾燥化合物としてまたは水溶液として加えることができる。適切な化合物は、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム(ソーダ)、消石灰またはそれらの混合物を含有する。
高炉ガスのその他の典型的な汚染物質は、重金属、多環式芳香族炭化水素(PAH)、ベンゼン、トルエンおよびキシレン(BTX)を含有する。これらは、例えば、酸性汚染物質を中和するための試薬を含む混合物として、高炉ガス流内へ吸着剤を噴射することによって除去することができる。吸着剤は、例えば、活性炭、亜炭コークスまたはファイングレードゼオライトを含んでもよい。
1つまたは複数のノズルを使用して水を噴霧することができる。そのように望まれるならば、噴霧される水の量は、例えば、約200m3/h以下のあらゆる適切な量またはそれよりも多くてもよい。
調整塔の出口温度の設定点は、例えば、少なくとも150℃、例えば、最大でも250℃、例えば、約200℃であってもよい。
監視されたパラメータが許容できるレベルに戻った後、噴霧は停止してもよい。全ての噴射された冷却材は蒸発させられ、残った滴がフィルタバッグモジュールの下流に達することはない。
特定の実施の形態において、下方へのガス流は、ダスト収集ユニットの上方において上方へ変向される。これは、ガス流からより大きな凝固した粒子を分離する。分離された粒子は収集されかつ排出される。例えば、6.105Nm3/h高炉では、約200〜500kgのダストを一時間ごとに収集することができる。
プロセスは、高炉ガスのための排気管と、冷却材供給ライン、例えば、給水ラインに接続されたノズルを有する下流調整塔とを備える高炉を含む高炉プラントによって実施することができる。選択的に、プラントは、2つ以上の高炉および/または2つ以上の下流調整塔を有してもよい。
特定の実施の形態において、ノズルまたはその少なくとも一部は、高炉ガス流との冷却材の並流噴霧を可能にするために流れ方向に方向付けられている。択一的に、ノズルの全部または一部は、向流噴霧のために配置されていてもよい。適切なノズルの例は、例えば、冷却材を噴霧するために窒素または蒸気などの不活性ガスを使用する、2相ノズルを含む。ノズル当たりの流水量は、例えば、毎分約5〜100lであってもよい。
鉛直方向下方ガス流を提供するために、調整塔は、例えば、その上部セクションにおける高炉ガス入口と、その底部セクションにおける高炉ガス出口とを有してもよい。底部セクションは、例えば、凝固した粒子を排出するためにダスト排出部までテーパしていてもよい。
特定の実施の形態において、調整塔は、側部出口と、パイプセクションとを有してもよく、パイプセクションは、調整塔内における下向きの入口と、側部出口に接続された出口とを有する。下向きの入口に進入するために、下方ガス流は上方へ変向させられる。これは、ガス流からより大きなダスト粒子を分離する。下向きの入口は、例えば、開放した下側を備える、頂点が上を向いた円錐形のマウスピースであってもよい。この円錐形のマウスピースは、例えば、テーパした底部セクションの上方において中央に配置されていてもよい。
分離された粒子を収集するために、高炉プラントは、例えば、排出ラインによって調整塔の底部に接続されたロックホッパを有してもよい。
高炉プラントは、一般的に、高炉の排気管と調整塔との間に、サイクロンまたはダストキャッチャなどの、1つまたは複数の第1のダスト除去装置を有する。このようなサイクロンまたはダストキャッチャは、より大きなダスト粒子を分離するために使用することができる。より微細なダスト粒子を除去するために、高炉プラントは、調整塔の下流に1つまたは複数の別のダスト除去装置を有してもよい。これらの下流のダスト除去装置は、例えば、例えばフィルタバッグおよび/または静電集塵器を含む、フィルタステーションであってもよい。
図面の簡単な説明
1つの典型的な実施の形態を示す添付の図面を参照して、発明の態様を説明する。
高炉プラントの1つの典型的な実施の形態を側面図で示している。 図1のプラントを側面図で概略的に示している。 図1のプラントの調整塔内のノズルを示している。 調整塔の底部セクションを示している。
詳細な説明
図1は、図2に概略的に示された高炉プラント1を示している。プラント1は、サイクロン6へ通じたライン4に接続されたガス排出管3を備える高炉2を有し、サイクロン6において、より大きなダスト粒子がガス流から分離される。サイクロン6は、ガス排出ライン7に接続されたその上端部におけるガス出口と、ダストを収集しかつ排出するためにダスト排出ラインに接続されたその底部におけるダスト出口8とを有する。
ガス排出ライン7は、ガス流を調整塔11の上端部における入口9へ導く。調整塔11は、ダスト排出出口14までテーパした底部セクション12を有する(図2参照。図1では、これは円筒壁13によって包囲されている)。ダスト出口14の上方の所定の距離において、調整塔11は、図4を参照して後で説明するように、下方ガス流を上方へ変向させる流れそらせ板17を備える、ガスのための側部出口16を有する。
図3は、調整塔11の中間セクションを断面図で示している。調整塔11の内部は、調整塔11の壁部を横切る一連の半径方向に延びる噴霧ランス15を有する。噴霧ランス15は、調整塔11の鉛直方向中心線の近くに、下向きのノズル18を有する。択一的な実施の形態において、ノズルは、上向きであってもよい。ノズル18は、加圧された窒素のための供給ライン15aおよび水のための供給ライン15bを備える2相ノズルである。窒素は、水のための噴霧ガスとして働く。窒素の代わりに、蒸気などの択一的な不活性噴霧ガスを使用することができる。
調整塔11は、下方へ広がった円錐形の中間セクション11bに接続された円筒状の上部セクション11aを有する。噴霧ランス15は、調整塔11の円筒状の上部セクション11aへの移行部の近くで、円錐形セクション11bの上端部に配置されている。ランス15のこの位置は、冷却水の良好な分配を促進する。
ガス排出ライン19(図2参照)は、側部出口16から複数のバッグフィルタステーション21へ延びている。ガスは、ガス(バッグ)フィルタステーション21にわたって分配され、その後、浄化されたガスが再収集される。クリーンガスは、高温の高炉またはガスタービンのための燃料として使用することができる。
ガス排出管3において、通過する高炉ガスの温度は1つまたは複数のセンサ22を使用して連続的に測定される。ガス温度が限界、例えば、180℃を超えると、1つまたは複数のセンサ22は警告信号を制御ユニット23へ送信する。制御ユニット23は、調整塔11における噴霧ノズル18を作動させるように構成されている。排出管3におけるガス温度が限界よりも低下すると、センサ22は第2の信号を制御ユニット23へ送信する。第2の信号に応答して、制御ユニット23は噴霧ノズル18を作動停止させる。
この典型的な実施の形態において、調整塔11の長さおよび直径は、高炉ガスの平均滞留時間が少なくとも5秒であるようになっている。
高炉ガス流における温度ピークは、一般的に、約2〜10分間生じる。その時間の間、温度ピークを低下させるために水が噴霧される。
図3および図4は、ノズル18をより詳細に示している。温度ピークを低減した後、フィルタ材料を損傷することなく高炉ガスをバッグフィルタ21へ搬送することができる。調整塔11からフィルタステーション21へのライン19において、汚染物質を除去するために、噴射ステーション24において、基本化合物および/または吸着剤をガス流内へ噴射することができる。例えば、消石灰および活性炭を含む混合物が噴射されてもよい。含水量をできるだけ低く維持するために、これらの化合物を乾燥粉末として加えることができる。
調整塔11において、分離されたダストおよび噴射された吸着剤は、底部セクション12において収集かつ排出される。このために、調整塔11は、下向きの入口27と、側部出口16に接続された出口28とを有するパイプセクション26を有する。下向きの入口27は、開放した下側31を備える、頂点が上を指した円錐形のマウスピース29である。円錐形のマウスピース29は、テーパした底部セクション12の上方において中央に配置されている。高炉ガスの下方流れ方向は、円錐形のマウスピース29によって、側部出口16に向かって上向きに変向される。より大きな粒子は、流れ方向のこの変向に追従せず、ガス流から分離され、調整塔11のテーパした底部セクション12に収集される。

Claims (11)

  1. 高炉からダスト除去装置(6)を介して1つまたは複数のフィルタステーション(21)へ流れる高炉ガスを浄化するプロセスであって、
    以下のステップを含む:
    −高炉ガス流における予想される温度ピークを示す1つまたは複数のパラメータを連続的に監視するために1つまたは複数のセンサを使用し、
    −測定されたパラメータが所定の限界値を超えた場合、前記高炉ガス流内へ冷却材を噴霧し、
    −前記ダスト除去装置(6)を通過した後に前記フィルタステーション(21)を通過する前に、前記高炉ガスは、その上部セクションにおける高炉ガス入口と、その底部セクションにおけるまたはその底部セクション付近の高炉ガス出口(16)とを有する調整塔を通って下方へ流れ、前記調整塔は、前記冷却材を前記高炉ガス流に並流噴霧または向流噴霧するノズルを有しており、
    −前記調整塔における滞留時間中に、前記冷却材は、前記高炉ガスが前記高炉ガス出口(16)を通過する前に蒸発する
    高炉ガスを浄化するプロセス。
  2. 前記パラメータは、前記高炉の排出管において測定される前記高炉ガス流の温度を含む、請求項1記載のプロセス。
  3. 前記調整塔における前記高炉ガスの平均滞留時間は、少なくとも3秒である、請求項1または2記載のプロセス。
  4. 鋼または鉄の製造のためのプラント(1)であって、
    −高炉ガスのための排出管(3)を備える高炉(2)と、
    −ダスト除去装置(6)と、
    −1つまたは複数のフィルタステーションと、
    −高炉ガス流における予想される温度ピークを示す1つまたは複数のパラメータを連続的に監視するための1つまたは複数のセンサと、
    −冷却材供給ラインに接続されたノズル(18)と、
    −調整塔(11)とを備えており、
    前記調整塔(11)は、前記排出管(3)に接続された、前記調整塔(11)の上部セクションにおける高炉ガス入口(9)と、前記調整塔(11)の底部セクションにおけるまたは底部セクション付近の高炉ガス出口(16)とを有しており、前記高炉ガス出口(16)は前記フィルタステーションに接続しており、前記調整塔(11)は、高炉ガスの流れ方向または向流方向に方向付けられた前記ノズル(18)を有しており、前記ダスト除去装置(6)は、前記高炉の前記排出管(3)と前記調整塔(11)との間にある、
    鋼または鉄の製造のためのプラント(1)。
  5. 前記ノズル(18)は、流れ方向に向けて広がった、前記調整塔(11)の円錐台形セクション(11b)の上流端部に配置されている、請求項4記載のプラント。
  6. 前記円錐台形セクション(11b)の周壁は、3〜9度の円錐角を有する、請求項5記載のプラント。
  7. 前記高炉ガス出口(16)は、側部出口(16)と、パイプセクション(26)とを有し、該パイプセクション(26)は、下向きの入口(27)と、前記側部出口に接続された出口とを有する、請求項4記載のプラント。
  8. 前記下向きの入口(27)は、開放した下側(31)を備える、頂点が上を指した円錐形のマウスピースである、請求項7記載のプラント。
  9. 前記調整塔(11)の前記底部セクションは、ダスト出口まで下方にテーパしており、前記円錐形のマウスピースは、前記テーパした底部セクションの上方において中央に配置されている、請求項8記載のプラント。
  10. 排出ラインによって前記調整塔(11)の底部に接続されたロックホッパを有する、請求項4から9までのいずれか1項記載のプラント。
  11. 前記ダスト除去装置(6)はサイクロンまたはダストキャッチャである、請求項4から10までのいずれか1項記載のプラント。
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