JPH08501973A - 工業プロセス等のための汚染制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 汚染物を工業プロセスのための汚染制御装置。汚染物を閉じ込め構造体（１）内に閉じ込め、該閉じ込め構造体内から汚染物を浄化装置によって除去する。吸収冷凍システムにより閉じ込め構造体から熱を除去し、共発電のために使用する。

Description

【発明の詳細な説明】 工業プロセス等のための汚染制御装置技術分野 本発明は、工業プロセスからの汚染物及び放出物の制御に関し、特に、熱を発 生し、閉じ込め建物内に放出物を発生する装置に関する。そのような放出物は、 閉じ込め建物内に捕捉されるので閉じ込め建物内の雰囲気から除去しなければな らない。技術背景 多量の熱と、粒状及びガス状放出物を発生する工業プロセスは、周知である。 そのようなプロセスは、金属産業において一般的であり、上吹き酸素転炉や副産 物コークス炉等の工業用プロセス設備を備えている。 コークス炉は、現在の環境保全規制に適合する態様で作動させることは特に困 難になってきている。コークス炉の稼働中は多量の熱が発生する。赤熱コークス が炉から急冷車へ押し出されたとき、赤熱コークスが急冷されたとき、及び、炉 にコークス用炭を再装入する際炉の扉とその周りの扉忰との間の密封を維持する ために炉の扉のシールからタールを焼き切るときに、放出物及び周囲雰囲気汚染 の問題が生じる。汚染問題を解決するために現在も熱心な努力が続けられている が、コークス炉の作動において汚染制御は、依然として大きな努力目標となって いる。発明の開示 従って、本発明の課題は、工業プロセス等のための汚染制御装置を改良するこ とである。 本発明の目的は、プロセス設備を閉じ込めするためのものであり、プロセス設 備を周雰囲気から隔離するためのバリヤーを含む閉じ込め構造体を提供すること である。 本発明の他の目的は、閉じ込め構造体内に取入口と排出口を有するガス浄化装 置を提供することである。 本発明の更に他の目的は、閉じ込め構造体内にその雰囲気に対して熱交換関係 に配置された蒸発器と、閉じ込め構造体外に熱受け取り媒体に対して熱交換関係 に配置された冷凍凝縮器とを含む冷凍システムを提供することである。好ましい 実施例では、本発明は、閉じ込め構造体内で熱ガスに対して熱交換関係に配置さ れた発生器を有する吸収冷凍システム、発生器は、プロセス装置から生じる熱に よって作動される。冷凍蒸発器を閉じ込め構造体の壁に近接して配置することが 好ましい。冷凍蒸発器は、閉じ込め構造体内に例えば一連の連絡導管を介しで組 み入れることができる。 本発明の一実施形態においては、冷凍発生器を、閉じ込め構造体内に、該閉じ 込め構造体内の温度差により熱ガスが該冷凍発生器の方に向けて流動せしめられ るような部位に配置する。図面の簡単な説明 図１は、コークス炉からの放出物を処理するために本 発明が組み入れられた設備の透視図である。 図２は、図１の設備に使用される冷凍システムの概略図である。 図３は、図１の設備と同様な設備であるが、閉じ込め構造体内の温度差により 全部又は一部が発生せしめられる熱ガスの流れ内に冷凍発生器を配置した例を示 す。好ましい実施例の説明 図１は、慣用の設計の一連のコークス炉から成るコークス炉設備即ち工業用プ ロセス設備２を密閉する大型ドーム１の形とした閉じ込め構造体又は閉じ込め建 物を示す。ドーム１は、管を格子状に結合して成る格子状枠体３と、格子状枠体 ３を覆う不透過性カバー即ちバリヤー（遮壁）４から成る。不透過性カバー４は 、ドーム内の雰囲気をその周りの大気から分離するバリヤーの役割を果たす。 石炭を焙焼するのに必要な熱を供給するために、ドーム内に燃焼装置が設けら れている。コークス炉設備２の各コークス炉のコークス化室と燃焼装置の燃焼室 とはドーム内のスペースを共有しているが、両者内の雰囲気は相互に連通してお らず、熱だけがコークス炉の壁を通してコークス炉内へ流れる。ドーム内へ石炭 が導入され、コークス及びその他の生成物が自動シール（密封）性搬送系統によ ってドームから搬出されるので、ドーム即ち閉じ込め建物１を気密にシールする ことが可能である。実際の実施において、メンテナンス要員がシールされた 建物１内へアクセスするには建物１を開放しなければならないが、効果的な錠止 装置を設けることによりどちらの方向への（ドーム内から外部への、又は外部か らドーム内への）漏れも最少限にすることができる。 コークス炉設備２は、一連のコークス炉（以下、単に「炉」とも称する）５と 、石炭貯留器６と、コークス炉５の頂部に取り付けられており、石炭を石炭貯留 器６から個々のコークス炉５へ移送するための底開き鉱車７と、高温のコークス を炉５から急冷塔９へ通した後移送するための急冷車８を備えている。 コークス用石炭は、鉄道車両１０によってプラント即ちコークス炉設備２のド ーム１にまで搬送され、移送点１１で荷卸しされる。そこで石炭は水スラリーに 変換された後、パイプ１２を通して閉じ込め構造体１内へ搬入され、脱水ホッパ １３へ投入される。脱水された石炭は、コンベヤ１４によって石炭貯留器６へ運 ばれる。 急冷部即ち急冷塔９から急冷されたコークスを受け取るように受け取りホッパ １５が配置されている。ホッパ１５から処理搬送部１７へ水トラップを有する水 力搬送系統（水流と共に搬送するための管系統）１６が延長しており、コークス は処理搬送部１７において脱水される。脱水されたコークスは、処理搬送部１７ からコンベヤ１８によって搬出され、貯留所１９に堆積される。 コークス炉５は、コークス炉ガス、高炉ガス等を用いて通常の態様で加熱され る。燃焼用空気は、ドーム１の 外からダクト（図示せず）を通して供給される。空気と燃料を燃焼させるこよて 石炭を炉内で加熱する。燃焼生成物は、主管２０に集められ、閉じ込め構造体１ の壁を貫通して突出した煙突２１を通して外部大気へ排出される。燃焼系統は、 ドーム１内のスペースには連通していないので、ドーム１内のスペース中の汚染 物が外部へ放出されることがない。 コークス化プロセスからは多量の粒状物とガスが発生する。閉じ込め構造体１ 内の雰囲気は、取入口２３と排出口２４を有する空気スクラバー即ちガス浄化装 置２２を通して常時再循環される。生成物であるコークスと、閉じ込め構造体１ 内の再循環される雰囲気中から除去された粒状物は、閉じ込め構造体１の外部と 内部の間のガスの流れを阻止するための水シール又は他の適当なバリヤーを有す る水力搬送系統によって閉じ込め構造体から抽出される。ドーム１の内外の間に 空気の通流がないので、ドーム内の空気は、その含有酸素が消費されるにつれて 、急速に酸素欠乏状態となる。補給空間が不活性ガスで満たされているならば、 ドーム内の封入雰囲気をコークスを通して吹き通すことによってコークスをドラ イ急冷することが可能である。 コークス炉設備２の頂部に熱ガスダクト２５が取り付けられている。熱ガスダ クト２５は、急冷部の上方に取り付けられた複数の熱ガス取入口２６を有してお り、内部に吸引通風ファンを備え、排出口２８を有するケーシ ング２７へ延長している。 図１の設備に使用される吸収冷凍システムは、図２に概略的に示されている。 熱ガスダクト２５内を流れる熱ガスは、参照符号２９で示されている。この熱ガ スは、冷凍システムの発生器３０を通り、熱を放出した後、発生器３０から冷温 流れ３１として流出し、ケーシング２７の排出口２８を通ってドーム１内へ入る 。 発生器３０は、水とアンモニアの混合物を収容しており、混合物を加熱すると 、アンモニア蒸気が導管３２を通して凝縮器３２へ放出される。アンモニア蒸気 は、凝縮器３２内で熱を奪われて凝縮し液体になる。奪われた熱は、熱溜め３４ へ送給され、空間暖房に使用することができる温水又は蒸気の形で保持され、あ るいは、共発電等のその他の目的に使用される。一方、冷却されたアンモニア（ 液体）は、導管３５を通って貯留器３６へ流れ、そこから導管３７を通り膨脹弁 ３７を経て蒸発器３９に流入する。 図１に示された構成では、管から成る格子状枠体３が蒸発器３９として機能し 、周囲構造体及びドーム１内の雰囲気から熱を吸収する。別法として、この冷却 されたアンモニア液（冷媒）は、格子状枠体３の選択された一部分だけを冷却す るために用いてもよい。ドーム１から蒸発器３９（格子状枠体３）への熱の流れ は、図１に矢印で示されている。蒸発器３９内で加熱されて蒸気となったアンモ ニア（冷媒）は、導管４０を通って吸収器４ １へ流入する。 弱アンモニア／水混合溶液（アンモニア濃度の低いアンモニア／水混合溶液） （以下、単に「弱溶液」とも称する）は、発生器３０から導管４２を通って流出 し、熱交換器４３及び導管４４を通って吸収器４１へ流入し、吸収器４１内で蒸 発器３９からのアンモニアと混合する（アンモニアを吸収する）。かくして得ら れたアンモニア／水混合溶液は、吸収器４１からポンプ４５によって熱交換器４ ３に通され、熱交換器４３において弱溶液から熱を吸収して発生器３０へ戻され る。 図３は、本発明の変型実施例を示す。この構造体は、総体的に図１に示された ものと同様であり、同様な部分は同じ参照番号で示されている。発生器１３０は 、閉じ込め構造体内の中心地点に配置されている。コークス炉設備２の頂部に取 り付けられた熱ガスダクト１２５は、急冷部の上方に取り付けられた複数の熱ガ ス取入口１２６を有しており、発生器１３０の頂部に取り付けられた充気室１５ ０へ延長している。急冷塔９の上方に熱ガス収集器１５１が取り付けられ、収集 器１５１から充気室１５０へ熱ガスダクト１５２が延長している。 空気スクラバー即ちガス浄化装置１２２は、その頂部に空気取入口１２３を有 しており、浄化された空気はスクラバーの底部から排出される。 急冷塔９の底部内の温水を充気室１５０内の熱交換器（図示せず）へ循環する ための水循環系統が設けられて いる。この循環系統は、急冷塔９の底部内の温水溜めから温水を汲み上げるポン プと、該ポンプから充気室１５０内の熱交換器へ延長した送給管１５３と、該熱 交換器から温水溜めへ延長した戻り管１５４を含む。 図１、２の実施例の作動においては、コークス及び石炭が鉄道車両１０によっ て移送点１１へ送給される。石炭は、移送点１１において水と混合されてスラリ ーにされ、パイプ１２を通して脱水ホッパ１３へポンプ送りされる。この石炭ス ラリーのためのポンプ送り装置は、空気ロックとして機能し、ドーム１内から外 部大気へガスが漏れるのを防止する。脱水ホッパ１３においてスクリーンによっ て石炭粒子から水が分離され、脱水された石炭は、ホッパ１３の底部からコンベ ヤ１４によって搬出され、石炭貯留器６内へ投下される。石炭貯留器６へ送給す る前にこの脱水操作に加えて石炭を更に乾燥させるために、乾燥部署を設けても よい。石炭貯留器６内の石炭は、底開き鉱車７によってコークス炉設備２の各コ ークス炉のコークス化サイクルに合わせて適宜の時点で個々のコークス炉へ送給 される。 コークス化プロセスが完了すると、コークスは、コークス炉から慣用のタイプ の押し器（図示せず）によって急冷車８へ押し出される。この赤熱コークスは、 急冷車８によって急冷塔９へ送られ、そこで制御された量の水スプレーで燃焼温 度以下に冷却される。 コークス炉の加熱熱源としては、高炉ガスやコークス 炉ガス等の燃料ガスが用いられる。コークス炉の燃焼生成物は、主管２０を通し 、煙突２１を通してドーム１内から外部大気へ排出される。コークス炉の作動態 様は、慣用のものであり、コークス炉設備に精通した人にとっては周知である。 高温コークスを急冷することにより、又コークス炉からの漏れにより汚染物が ドーム１によって囲われたスペース内へ排出される。ドーム１内の空気は、空気 スクラバー２２を通して常時循環されている。空気は、空気スクラバー２２の取 入口２３から吸入され、排出口２４から排出される。汚染物は、この循環空気か ら空気スクラバー２２内で除去され、水力搬送系統（図示せず）を用いてドーム から排出される。 高温コークスの急冷が水によって行われる場合、急冷塔９から相当多量の水蒸 気が放出される。この水蒸気が上昇して冷却すると、凝縮してドーム内に「雨」 を降らせることになる。そのような現象を回避するために、急冷塔９に冷凍蒸発 器を設置してもよく、それによって、急冷塔９の周囲雰囲気から水蒸気を凝縮さ せて液体に変換するのに十分なだけ急冷塔９からの排出ガスを冷却することがで きる。そのような蒸発器は、図２に示されるシステムによって駆動され、該シス テムの一部を構成するものとすることができる。 ドーム１内の空気は、ダクト２５ケーシング２７から成る系統を通して循環さ れる。吸収冷凍システムの発生 器３０は、ケーシング２７内に配置される。空気は、発生器３０を通って循環し 、その間に発生器３０へ熱を放出して冷却されるとともに、発生器内の流体（冷 媒）を加熱する。加熱された冷媒は、導管を通してドーム１の外部へ排出され、 ドーム１の外部で凝縮器２９に導入されて熱を奪われる。この熱は、収集して共 発生又は共発電プロセスに利用することが好ましいが、ドーム１外の大気へ排出 してもよい。凝縮器によって冷却された冷媒は、管から成る格子状枠体３へ送ら れて膨脹せしめられ格子状枠体３を冷却するとともに、ドーム１内の空気から熱 を除去する。 凝縮器２９からの熱を格子状枠体３を介してドーム外の大気へ排出せずに、そ の廃熱を収集し、空間暖房システム又はその他のプロセスのための熱エネルギー として利用してもよい。本発明の吸収冷凍システムによれば、コークス化プロセ スからの利用可能な熱を用いることにより閉じ込め構造体を安全な作動温度に維 持することができる。しかも、本発明の吸収冷凍システムの冷凍サイクルは、ド ーム内から周囲大気へ汚染物を放出することなくドームから熱を除去する働きを する。 図３に示された本発明の実施例においては、発生器１３０と空気スクラバー１ ２２が、温度差によって生じる閉じ込め構造体１内の空気循環を有利に利用する ことができるように配置されている。熱は、コークス炉設備２からの、及び底開 き鉱車８へ押し出される高温コークス の各塊体からの放射及び対流によって閉じ込め構造体内の雰囲気へ伝えられる。 詳述すれば、コークス炉設備２からの熱は、総じてドーム１内の上方部分の雰囲 気を加熱する。底開き鉱車８へ押し出された高温コークスによって放出される熱 は、熱ガスの流れ１５５として上昇し、ドーム１内の上方部分において、加熱さ れてはいるが比較的低温のガスと合流する。ドームの壁のうちコークス炉設備２ のある側とは反対側の壁部分１５９を選択的に冷却する。ドームの壁の残りの部 分は、全く冷却しないか、あるいは、ドームの壁に熱損傷を与えない程度にのみ 冷却する。この壁部分１５９の局部的な冷却により、その壁部分に近接したガス を冷却することになり、その結果、ガスの密度を高め、ガスを密閉空間（閉じ込 め構造体内の空間）の底部へ下降させる。かくし、ドーム内にガスの循環が惹起 される。即ち、ガス流は、壁部分１５９に沿って下降し、密閉空間の底部を横切 ってガス流１５８として移動し、次いで、ドームの壁部分１５９の反対側でドー ムの頂部にまで上昇する。 ドーム内の上方部分の熱ガスの混合物は、スクラバー１２２の取入口１２３に 向けて矢印１５７で示されるように誘引される。スクラバー１２２内でのガス（ 空気）の浄化は、洗浄水で行われるが、その洗浄水がガスを冷却する働きをもす る。かくして冷却されたガスは、構造体１の床を横切って流れ１５８として流動 し、熱勾配によって駆動されてドームの上方部分へ上昇する。このよ うに、熱の付与と抽出によりドーム内にガスの循環を惹起する。 高温コークスを積載した鉱車８が急冷塔９に入ると、所定量の水が鉱車８上の 赤熱コークスにスプレーされて蒸気に変換される。かくして生じた高温蒸気は、 収集器１５１及びダクト１５２によって充気室１５０へ送られる。又、コークス 炉の頂部の熱ガスは、取入口１２６からダクト１２５によって充気室１５０へ送 られる。熱ガス中の熱は、冷媒に受け渡され、をよって冷却される。かくして冷 却されたガスは、密閉空間の底部へ排出され流れ１５８に合流する。 急冷塔９の温水溜めからの温水は、発生器１３０内の冷媒に追加の熱を与える ために、所望ならば、発生器１３０のところに配設された熱交換器へポンプ送り することができる。 ガスを上述した流れパターンで流動させるのを助成するために、随意選択とし て、スクラバー１２２又はダクト１２５，１５２内にファンを設けてもよい。 以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施 例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱す ることなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加え ることができることを理解されたい。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．汚染物を帯同した多量の熱ガスを発生する工業用プロセス装置のための 汚染制御装置であって、 （ａ）前記プロセス装置を密閉するものであり、該プロセス装置と外部雰囲気 との間に介在するバリヤーを設定する閉じ込め構造体と、 （ｂ）該閉じ込め構造体内に設置された、取入口と排出口を有するガス浄化装 置と、 （ｃ）（ｉ）前記閉じ込め構造体内の熱ガスに対して熱交換関係に配置されて おり、前記プロセス装置が発生する熱によって駆動される発生器と、 （ii）前記閉じ込め構造体外の媒体に対して熱交換関係に配置された凝 縮器と、 （iii）前記閉じ込め構造体内の雰囲気に対して熱交換関係に配置され た蒸発器を含む吸収冷凍システムと、 から成る汚染制御装置。 ２．前記閉じ込め構造体内にガスの循環を誘起するための熱勾配を設定する ようにを該閉じ込め構造体の局部的た一部分を冷却することを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の汚染制御装置。 ３．前記閉じ込め構造体は、部材を連結することによって構成された格子状 枠体から成ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の汚染制御装置。 ４．前記閉じ込め構造体は、前記冷凍システムの蒸 発器の少くとも一部分を構成する複数の管を含むことを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の汚染制御装置。 ５．前記工業用プロセス装置は、コークス炉設備であることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の汚染制御装置。 ６．前記コークス炉設備のコークス炉は、燃焼システムによって加熱され、 該燃焼システムは前記閉じ込め構造体内の雰囲気から隔離されていることを特徴 とする請求の範囲第５項に記載の汚染制御装置。 ７．前記冷凍システムの凝縮器からの排熱を共発電のために使用することを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の汚染制御装置。 ８．閉じ込め構造体内のガス流の選択された一部分を冷却するために前記冷 凍システムの一部を利用することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の汚染制 御装置。 ９．汚染物を帯同した多量の熱ガスを発生する工業用プロセス装置のための 汚染制御装置であって、 （ａ）前記プロセス装置を密閉するものであり、該プロセス装置と外部雰囲気 との間に介在するバリヤーを含む閉じ込め構造体と、 （ｂ）該閉じ込め構造体に設定された冷却帯域と、 （ｃ）該閉じ込め構造体内に熱発生源である前記プロセス装置と前記冷却帯域 との間に配置されており、閉じ込め構造体によって囲われた密閉空間内のガスを 冷却して 該密閉空間内の下方部分に向けて排出するように、ガス取入口と、その下方に位 置するガス排出口を有するガス浄化装置と、 （ｄ）（ｉ）該閉じ込め構造体内に配置されており、該密閉空間内のガスを冷 却して該密閉空間内の下方部分に向けて排出するように、ガス取入口と、その下 方に位置するガス排出口を有する発生器と、 （ii）前記閉じ込め構造体外の媒体に対して熱交換関係に配置された凝 縮器と、 （iii）前記閉じ込め構造体内の雰囲気に対して熱交換関係に配置され た蒸発器を含む吸収冷凍システムと、 から成る汚染制御装置。 １０．汚染物を帯同した熱ガスを発生するプロセスから生じる汚染物を収集す る方法であって、 （ａ）前記熱ガスを外部大気から隔離する閉じ込め構造体内の該熱ガスを収集 し、 （ｂ）該熱ガスを該閉じ込め構造体の内部でガス浄化装置を通して流動させて 該熱ガスから汚染物を分離し、 （ｃ）該分離された汚染物を該閉じ込め構造体内から除去し、 （ｄ）発生器と、凝縮器と、前記閉じ込め構造体に対して熱交換関係に配置さ れた蒸発器と、それらの発生器、凝縮器及び蒸発器を通って循環する冷媒から成 る吸収冷凍システムを設置し、 （ｅ）前記熱ガスを該冷凍システムの発生器を通して通流させ、 （ｆ）冷却媒体を該冷凍システムの凝縮器を通して通流させ、 （ｇ）冷却された冷媒を該冷凍システムの蒸発器を通して通流させることによ り前記閉じ込め構造体を安全な作動温度に維持することを特徴とする方法。 １１．前記閉じ込め構造体内のガスを局部的な冷却帯域に露呈することによっ て冷却することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．前記閉じ込め構造体内のガスを選択的に前記冷凍システムの蒸発器を通 して通流させることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 １３．前記凝縮器を通して通流された前記冷却媒体を共発電のために使用する ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 １４．前記閉じ込め構造体によって囲われ密閉空間内で該閉じ込め構造体内の 雰囲気から隔離した状態で燃焼プロセスを実施することを特徴とする請求の範囲 第１０項に記載の方法。 １５．前記閉じ込め構造体内の熱を前記発生器内へ導入し、前記蒸発器内で冷 却された冷媒に熱を放出させることによって該閉じ込め構造体から熱を除去する ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。