JPH07171440A

JPH07171440A - サイクロン式集塵装置

Info

Publication number: JPH07171440A
Application number: JP32264093A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Isozaki; 進市磯崎; Satoshi Matsui; 聰松井; Tsuneo Matsudaira; 恒夫松平; Toru Usui; 徹薄井; Toshio Takai; 敏夫高井; Masayuki Watabe; 雅之渡部
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-11
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JP2845109B2

Abstract

(57)【要約】【目的】サイクロン式集塵装置の内外筒を、排ガス温
度を低下させることなく冷却する。【構成】内筒と外筒の間に内外筒の軸線と直交しかつ
内外筒の接線に沿う方向から含塵排ガスを吹き込み、旋
回流を形成させて遠心力で排ガス中のダストを集塵する
サイクロン式集塵装置において、内筒および外筒の少な
くとも一方の外周面に放熱のためのフィンを円周方向に
沿って複数設けるとともに、内筒または外筒を冷却する
ための冷却ジャケットをフィンを付けた内筒または外筒
の外側を覆うように設けたサイクロン式集塵装置。【効果】低融点ダストの付着を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、低融点のダストを含
む排ガス集塵用のサイクロン式集塵装置に関し、特に溶
融還元炉において発生する排ガス用に適用するのに好適
なサイクロン式集塵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低融点のダストを含む排ガスを発生する
設備としては、例えば溶融還元設備がある。この設備に
ついては、溶融還元炉から発生する高温でかつ還元性の
ある排ガスを有効利用するために、予備還元炉を備えた
ものが数多く提案されている。特開平１−１４９９１２
号公報に開示された溶融還元設備は、図９に示すように
溶融還元炉５１と、予備還元炉５２とから構成されてい
る。

【０００３】この装置においては、鉄鉱石はまず予備還
元炉５２に装入され、予熱および予備還元された後、溶
融還元炉５１に供給される。溶融還元炉５１において
は、予備還元された鉄鉱石のほかに石炭や石灰が装入さ
れるとともに、酸素が吹き込まれ、鉄鉱石は溶融還元さ
れて溶鉄となる。そして、溶融還元炉５１で発生する還
元性の高温ガスは予備還元炉５２へ導入され、鉄鉱石の
予熱および予備還元に使用される。

【０００４】溶融還元炉５１で発生する還元性の高温ガ
スには、鉄鉱石の微粉や石炭由来のダスト（以下総称し
てダストという）が含まれており、予備還元炉５２へこ
のガスを導入するためには、ダストを捕集し取り除く必
要がある。このため、サイクロン式の集塵装置６０が溶
融還元炉５１と予備還元炉５２間に設置されている。

【０００５】サイクロン式集塵装置６０は、図１０
（ａ）および（ｂ）に示すように、内筒６１と外筒６２
の間に内外筒６１および６２の軸線と直交しかつ内外筒
６１および６２の接線に沿う方向から含塵ガス６３を吹
き込み、旋回流を形成させて遠心力でガス中の粉塵６４
をホッパー６５に集塵するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サイク
ロン式集塵装置により溶融還元炉で発生した排ガス中の
ダストを集塵しようとすると、排ガスの温度が１０００
℃程度の高温であるので、次のような問題点があった。
すなわち、ダストは多種類の物質の混合物であり、鉄鉱
石や石炭粉等の他に、硫黄分やアルカリ成分を含有する
灰分（鉄鉱石や石炭に由来するもの）を含んでいる。こ
の灰分は低融点ダストの一例であるが、溶融還元炉で発
生した排ガス中のダストの融点は、約８００℃程度であ
るので、サイクロン式集塵装置に排ガスを導入した時点
では、ダストは溶融状態になっている。

【０００７】そして、溶融状態のダストがサイクロン式
集塵装置の内筒内壁に接触すると、そのまま付着してし
まうとともに、溶融ダストがバインダーの役目をして、
鉄鉱石や石炭等のダストまでをも付着させてしまう。こ
のため、短期操業をしただけでサイクロン式集塵装置の
圧力損失が急上昇し、操業不能になるという問題点があ
った。

【０００８】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、内筒をダスト
の融点以下に冷却してダストを付着させず、かつ排ガス
の温度を必要以上に低下させない冷却機構を有するサイ
クロン式集塵装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第一のサ
イクロン式集塵装置は、内筒と外筒の間に内外筒の軸線
と直交しかつ内外筒の接線に沿う方向から含塵排ガスを
吹き込み、旋回流を形成させて遠心力で排ガス中のダス
トを集塵するサイクロン式集塵装置において、内筒およ
び外筒の少なくとも一方の外周面にフィンを円周方向に
沿って複数設けるとともに、内筒または外筒を冷却する
ための冷却ジャケットをフィンを付けた内筒または外筒
の外側を覆うように設けたものである。

【００１０】また、この発明に係る第二のサイクロン式
集塵装置は、内筒と外筒の間に内外筒の軸線と直交しか
つ内外筒の接線に沿う方向から含塵排ガスを吹き込み、
旋回流を形成させて遠心力で排ガス中のダストを集塵す
るサイクロン式集塵装置において、内筒および外筒の少
なくとも一方を冷却するための冷却ジャケットを内筒ま
たは外筒の外側に空間を形成しかつ内筒または外筒を覆
うように設け、内筒または外筒と冷却ジャケットとの間
には断熱材を挿入したものである。

【００１１】

【作用】この発明に係る第一のサイクロン式集塵装置に
おいては、冷却用気体により内筒または外筒を冷却し
て、内筒または外筒の温度をダストの融点以下に低下さ
せることができるので、ダストが内筒または外筒の内壁
に付着することがないとともに、排ガスの温度が必要以
上に下がることはない。また、冷却ジャケットに液体の
冷却媒体を供給することにより、冷却用気体を冷却して
いるので、冷却用気体の使用量を必要最小限にすること
ができる。

【００１２】また、この発明に係る第二のサイクロン式
集塵装置においては、冷却ジャケットに水等液体の冷却
媒体を供給することにより、内筒または外筒の温度をダ
ストの融点以下に低下させることができるので、ダスト
が内筒または外筒の内壁に付着することはない。また、
冷却ジャケットと内筒の間に断熱材を挿入しているの
で、排ガス温度を必要以上に低下させることはない。

【００１３】

【実施例】この発明の第一のサイクロン式集塵装置の実
施例を図１および図２により説明する。図１（ａ）はこ
のサイクロン式集塵装置の平面図、図１（ｂ）はこのサ
イクロン式集塵装置の縦断面図、図２は図１（ｂ）のＡ
−Ａ矢視図である。

【００１４】この実施例においては、内筒１および外筒
２のそれぞれを冷却して、内筒１および外筒２の内壁に
ダストが付着しないようにしている。まず内筒１の冷却
機構を説明すると、内筒１の外側には、空気供給口３か
ら冷却空気を供給し、空気排出口４から冷却空気を排出
する冷却空気通路５が設けられている。そして、冷却空
気通路５の外側には、冷却水供給口６から冷却水を供給
し、冷却水排出口７から冷却水を排出する冷却水通路８
を有する冷却ジャケット９が設けられている。また、内
筒１の外周面には円周方向に一定間隔をおいて複数の冷
却フィン１０が、内筒１の長手方向に沿って設けられて
いる。

【００１５】次に、外筒２の冷却機構を説明すると、外
筒２の外側には、空気供給口１３から冷却空気を供給
し、空気排出口１４から冷却空気を排出する冷却空気通
路１５が設けられている。そして、冷却空気通路１５の
外側には、冷却水供給口１６から冷却水を供給し、冷却
水排出口１７から冷却水を排出する冷却水通路１８を有
する冷却ジャケット１９が設けられている。外筒２の外
周面には、内筒１の場合と同じように、複数の冷却フィ
ン２０が設けられている。

【００１６】さらに詳述すると、図２に示すように、冷
却フィン２０は外筒２の外周面にほぼ等ピッチで、かつ
外筒２の長手方向に沿って複数設けられている。冷却フ
ィン２０の外側を覆うように、内管２１と外管２２とで
構成される冷却通路１８を有する冷却ジャケットが設け
られている。

【００１７】集塵前の還元ガスは、還元ガス入口２３か
ら内筒１と外筒２の間に、接線方向に沿って吹き込ま
れ、旋回流が形成される。このため、還元ガス中に含ま
れるダストは、遠心力により外筒２の内壁２ａ側に吹き
飛ばされ、内壁２ａに沿って下方へと落下して内筒２の
下部に堆積する。そして、一定量堆積するとダスト排出
口２４から排出するようにしている。一方、除塵された
還元ガスは内筒１を通って、還元ガス排出口２５から排
出される。

【００１８】還元ガス入口２３における還元ガスの温度
は、１０００℃に達しているので、還元ガス中に含まれ
るダストは、その融点が８００℃程度であるので、溶融
状態にあり、内筒１の内壁１ａや外筒２の内壁２ａに付
着しやすい。しかしながら、本発明の第一のサイクロン
式集塵装置においては、前述したように内筒１および外
筒２を、冷却空気でダストの融点以下に冷却しているの
で、ダストが付着することはない。図３は内筒１または
外筒の内壁温度とダストの付着成長速度の関係を示すグ
ラフであるが、内壁温度が８００℃以下では、内壁でダ
ストは成長しない。

【００１９】次に、外筒２の高さが１０ｍ、内径が１．
８ｍの場合について、外筒２の内壁２ａを８００℃以下
の温度にするために必要な冷却空気および冷却水を計算
により求めたところ、冷却空気は１１０００Ｎｍ³／
ｈ、冷却水は９０ｔ／ｈであった。また、それぞれの流
体の温度変化および外筒２の内壁２ａの温度の変化は、
図４に示すとうりである。

【００２０】すなわち、図４において、Ｔwallは内壁２
ａの温度、Ｔg は排ガスの温度、Ｔa は冷却空気の温
度、Ｔw は冷却水の温度であるが、排ガスの温度Ｔg は
出口においても１０００℃前後と入口とあまり変化がな
いが、冷却空気で外筒２を冷却し、かつ冷却空気を冷却
水で冷却することにより、内壁２ａの温度Ｔwallは７５
０〜７７０℃の範囲に維持される。冷却空気は冷却水で
冷却しても、５０℃から約４００℃まで昇温されるが、
内壁２ａの温度Ｔwallがこのような温度範囲に維持され
ているのは、冷却空気が昇温されると、流速が速くな
り、外筒２と冷却空気間の伝熱効率が上昇したためであ
る。

【００２１】上記したように、冷却空気は４００℃まで
昇温されるので、この熱エネルギを加熱用熱源や燃焼用
空気として利用することもできる。なお、上記計算にお
けるサイクロン式集塵装置の各部寸法は、表１に示す通
りであり、その材質は冷却ジャケットが普通鋼、外筒が
ステンレス鋼であるものとした。

【００２２】

【表１】

【００２３】なお、表１において外筒２の厚さ（ｔ₁）
とは、図５に示す外筒２の肉厚をいい、冷却ジャケット
の内管２１の厚さ（ｔ₂）とは、同じく図５に示す冷却
ジャケット１９の冷却空気通路１５側のジャケットの肉
厚をいう。また、外筒２と冷却ジャケット１９の間隔
（Ｃ₁）とは、冷却空気通路１５の通路幅をいい、冷却
フィン２０の幅（ｗ）、厚さ（ｙ_b）およびピッチ
（ｐ）は図６に示す数値をいう。また、排ガスおよび冷
却流体の条件は、表２の通りの条件であるものとした。

【００２４】

【表２】

【００２５】構造が図１で各部寸法が表１と同じである
この発明の第一のサイクロン式集塵装置を、溶融還元炉
と予備還元炉の間に設置して操業した。この際の排ガス
条件および冷却流体の条件は、表２の値と概略同じであ
り、外筒内壁の温度は７００〜７８０℃に保たれてい
た。そして、この操業においては、３日間連続操業を行
ったが、外筒内壁へのダストの付着はほとんど起こらな
かった。

【００２６】これに反し、従来の冷却しない構造のサイ
クロン式集塵装置においては、２〜３日でサイクロンの
圧力損失が増加し、操業を停止せざるを得ない状態にな
った。また、この発明の第一のサイクロン式集塵装置を
使用した場合、内筒および外筒の内壁の温度は空気冷却
のため、低融点ダストの融点近傍までしか冷却されない
ので、排ガスの温度低下が小さく、予備還元炉の還元性
能に及ぼす影響は少なかった。

【００２７】なお、本実施例の説明では、溶融還元炉の
場合に適用する場合について説明したが、溶融還元炉だ
けでなく、低融点ダストを含む他の排ガスの集塵にも有
効であるのはもちろんである。

【００２８】次に、この発明の第二のサイクロン式集塵
装置の実施例を、図７および図８により説明する。図７
（ａ）はこのサイクロン式集塵装置の平面図、図７
（ｂ）はこのサイクロン式集塵装置の縦断面図、図８は
図７（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。この実施例において
は、内筒３１および外筒３２のそれぞれを冷却して、内
筒３１および外筒３２の内壁にダストが付着しないよう
にしている。まず内筒３１の冷却機構を説明すると、内
筒３１の外側には、断熱材３３が内筒３１の外周面を覆
うように配置され、さらに断熱材３３を挟んでその外側
に、内筒３１全体を覆うように、冷却ジャケット３４が
設けられている。冷却ジャケット３４には、冷却水供給
口３５から冷却水を供給し、冷却水排出口３６から冷却
水を排出する冷却水通路３７が設けられている。

【００２９】次に、外筒３２の冷却機構を説明すると、
外筒３２の外側には、断熱材４３が外筒３２の外周面を
覆うように配置され、さらに断熱材４３を挟んでその外
側に、外筒３２全体を覆うように、冷却ジャケット４４
が設けられている。冷却ジャケット４４には、冷却水供
給口４５から冷却水を供給し、冷却水排出口４６から冷
却水を排出する冷却水通路４７が設けられている。

【００３０】図８に示すように、断熱材４３は外筒３２
と冷却ジャケット４４の内管３８との間に挿入されてお
り、冷却ジャケット４４の内管４８と外管４９との間の
冷却水通路４７を流れる冷却水が直接外筒３２に触れ
て、外筒３２の内壁３２ａを通して、排ガスの温度が必
要以上に低下しないようにしている。なお、内筒３１、
断熱材３３および冷却ジャケット３４の相対位置関係
は、図８で説明した外筒３２の場合と同じである。

【００３１】使用する材質としては、冷却ジャケット３
４および４４は普通鋼でよいが、内筒３１や外筒３２は
ステンレス鋼等の耐熱鋼を使用する必要がある。また、
断熱材３３および４３はセラミックファイバーからなる
セラミックシート等のセラミック材料や、マグネシア・
カーボン、不定型耐火物等の耐火物等各種のものが使用
できる。

【００３２】次に、図７の構造のサイクロン式集塵装置
の外筒３２の内壁面の温度を８００℃以下にするために
必要な各種断熱材の厚さを計算により求めた結果につい
て説明する。この場合外筒３２の寸法は、高さが１０
ｍ、内径は１．８ｍ、材質は冷却ジャケットが普通鋼、
外筒がステンレス鋼とし、操業条件は表３の通りとし
た。

【００３３】

【表３】

【００３４】この計算結果を表４に示す。

【００３５】

【表４】

【００３６】表４によると、セラミックシート使用する
と、その厚さはわずか１ｍｍでよく、マグネシア・カー
ボンや不定型耐火物に比較して著しく薄くてすむ。そし
て、このように薄いと、内筒３１や外筒３２を組み立て
る際に、断熱材３３および４３を内筒３１や外筒３２あ
るいは冷却ジャケット３４および４４に接着させておく
ことができ、断熱材３３および４３を挿入する手間を省
くことができる。

【００３７】上記の計算結果に基づき断熱材としてシリ
カ・アルミナ系で厚さ１ｍｍのセラミックシートを外筒
３２と冷却ジャケット４４間に挿入した、高さ１０ｍ、
内径１．８ｍのサイクロン式集塵装置を溶融還元炉と予
備還元炉の間に配置して操業した。この際の排ガスおよ
び冷却水の条件は表３の値とほぼ同じであり、外筒３２
の内壁面の温度は７２０〜７８０℃であった。そして、
この操業においては、３日間連続操業を行ったが、外筒
３２内壁３２ａへのダストの付着はほとんど起こらなか
った。

【００３８】これに反し、従来の冷却しない構造のサイ
クロン式集塵装置においては、２〜３日でサイクロンの
圧力損失が増加し、操業を停止せざるを得ない状態にな
った。また、この発明の第二のサイクロン式集塵装置を
使用した場合、内筒および外筒の内壁の温度は断熱材が
あるため、低融点ダストの融点近傍までしか冷却されな
いので、排ガスの温度低下が小さく、予備還元炉の還元
性能に及ぼす影響は少なかった。

【００３９】なお、本実施例の説明では、溶融還元炉の
場合に適用する場合について説明したが、溶融還元炉だ
けでなく、低融点ダストを含む他の排ガスの集塵にも有
効であるのはもちろんである。

【００４０】

【発明の効果】この発明により、低融点ダストがサイク
ロン式集塵装置の内筒や外筒の内壁に付着することがな
いとともに、内外筒冷却にともなう排ガスの温度の低下
が、必要以上に大きくなることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一のサイクロン式集塵装置の実施例
を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】内筒または外筒の内壁温度とダストの付着成長
速度の関係を示すグラフである。

【図４】入口から出口までの内壁温度、排ガス温度、冷
却空気温度および冷却水温度の変化を示すグラフであ
る。

【図５】部材厚さの符号を説明するグラフである。

【図６】冷却フィンの寸法諸元を示す説明図である。

【図７】本発明の第二のサイクロン式集塵装置の実施例
を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図８】図７（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

【図９】溶融還元設備における各設備の配置状態を示す
説明図である。

【図１０】サイクロン式集塵装置の（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は平面図である。

【符号の説明】

１内筒２外筒３空気供給口４空気排出口５冷却空気通路６冷却水供給口７冷却水排出口８冷却水通路９冷却ジャケット１０冷却フィン１３空気供給口１４空気排出口１５冷却空気通路１６冷却水供給口１７冷却水排出口１８冷却水通路１９冷却ジャケット２０冷却フィン２１冷却ジャケットの内管２２冷却ジャケットの外管２３還元ガス入口２４ダスト排出口２５還元ガス排出口３１内筒３２外筒３３断熱材３４冷却ジャケット３５冷却水供給口３６冷却水排出口３７冷却水通路４３断熱材４４冷却ジャケット４５冷却水供給口４６冷却水排出口４７冷却水通路４８冷却ジャケットの内管４９冷却ジャケットの外管

フロントページの続き (72)発明者薄井徹東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者高井敏夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者渡部雅之東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内筒と外筒の間に内外筒の軸線と直交し
かつ内外筒の接線に沿う方向から含塵排ガスを吹き込
み、旋回流を形成させて遠心力で排ガス中のダストを集
塵するサイクロン式集塵装置において、内筒および外筒
の少なくとも一方の外周面にフィンを円周方向に沿って
複数設けるとともに、内筒または外筒を冷却するための
冷却ジャケットをフィンを付けた内筒または外筒の外側
を覆うように設けたことを特徴とするサイクロン式集塵
装置。
【請求項２】内筒と外筒の間に内外筒の軸線と直交し
かつ内外筒の接線に沿う方向から含塵排ガスを吹き込
み、旋回流を形成させて遠心力で排ガス中のダストを集
塵するサイクロン式集塵装置において、内筒および外筒
の少なくとも一方を冷却するための冷却ジャケットを内
筒または外筒の外側に空間を形成しかつ内筒または外筒
を覆うように設け、内筒または外筒と冷却ジャケットと
の間には断熱材を挿入したことを特徴とするサイクロン
式集塵装置。