WO2010007875A1 - 排ガス処理設備、および排ガス処理設備によるダスト回収方法 - Google Patents

排ガス処理設備、および排ガス処理設備によるダスト回収方法 Download PDF

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Abstract

 本発明は、溶湯製造炉から排出される排ガス中のダストを分離回収してダストの有効利用を向上すると共に、溶湯製造炉の炉内圧力や排ガス組成を制御することを容易にする排ガス処理設備を提供する。本発明の排ガス処理設備1は排ガスダクト2を備え、排ガスダクト2は、ダストを含む高温の排ガスを排出する溶湯製造炉20の排ガス出口21から、ダスト除去後の排ガスを大気中に放出する煙突12に連通する。排ガスダクト2には、集塵部、吸引ファン5が介装される。この集塵部は、排ガスダクト2の溶湯製造炉20側に介装されて粗粒ダストを回収する湿式集塵機3と、この湿式集塵機3の前記吸引ファン5側に介装されてヒューム系の微粒ダストを回収する乾式集塵機4と、を備える。

Description

排ガス処理設備、および排ガス処理設備によるダスト回収方法
 本発明は、排ガス処理設備、および排ガス処理設備によるダスト回収方法の改善に係る。本発明は、より詳しくは、溶湯製造プロセスにおいて溶湯製造炉から排出される排ガスに含まれるダストを効率良く回収して、ダストの有効利用効率を向上することができる排ガス処理設備、および排ガス処理設備によるダスト回収方法に関する。
 従来、溶銑は主として高炉法により製造されてきた。ところが、近年では、粉鉄鉱石から直接銑鉄を製造する方法として種々の銑鉄製造方法が開発されており、例えば後述するように、炭材を用いた方法が知られている。以下、炭材を用いる従来の銑鉄製造方法を、その工程の概略と、使用する銑鉄製造設備の一例を示す図3を参照しながら説明する。
 まず、原料受け入れホッパー50から切り出された粉鉱石52、粉状の還元剤54およびバインダー56が、混合機58によって混合される。この場合、さらにダストが加えられて混合される場合がある。また、得られる還元鉄に含まれるスラグ成分の塩基度を調整するために石灰(生石灰、石灰石等)を混合物中に添加して、回転炉床炉(還元炉)60で還元鉄が製造される。
 還元鉄は、高温状態で回転炉床炉60の外周部に設けられた排出口61から連続的に排出され、溶解炉(溶湯製造炉)101による還元、溶解工程へ送られる。溶解炉101には炉上部から、還元鉄の他に、炭材(石炭)およびスラグ塩基度調整用のフラックス(生石灰、ドロマイト等)が装入される。溶解炉101内では、炉上部から炉内に導入される酸素により炭材を燃焼させる。溶解炉101内では、さらに、還元鉄中に含まれる未還元の酸化鉄が還元されて生成するCOガス、および炭材から発生する可燃性ガス(CO,Hガス等)の一部を燃焼させる。これにより発生する燃焼熱で、還元鉄、炭材中の灰分およびフラックスを溶解すると共に、前記炭材で還元鉄中に含まれる未還元の酸化鉄を還元する。
 前記溶解炉101から発生する排ガス108は、サイクロン等の除塵機(以下、集塵機という)でダスト等が除去された後に回収される。回収された排ガス108は、下工程に送られたり、または発電のためにボイラに送られたりする。一方、集塵機で除去されたダストの一部は精錬用還元溶解炉101に直に供給される。残りのダストは、前記原料受け入れホッパー50を構成するダスト受入れホッパーに送られると共に、前記粉鉱石52、粉状の還元剤54およびバインダー56と共に混合機58により混合されて、精錬用還元溶解炉101に供給される(例えば、特許文献1参照)。
日本国公開特許公報:11-29806
 上記した特許文献1では、溶解炉の排ガス処理系にサイクロンを設けてダストを回収し、可燃性ガスを有効利用することが説明されている。しかしながら、排ガス処理設備の具体的な構成は不明瞭であり、またダストの回収状態や再利用状況が明確に説明されていない。
 溶湯製造プロセスにおいては、溶湯の燃焼部が局部的に高温になるため,溶湯がヒュームとなって炉内ガス中に飛散する。これは、特に、酸素ランスから酸素を供給してカーボンを燃焼させると共に、還元鉄に含まれている未還元の酸化鉄の還元により生成するCOガス、およびカーボンから発生する可燃性ガスの一部を燃焼させる溶湯製造炉を備えた溶湯製造プロセスにおいて顕著である。また、溶湯のヒュームの飛散に加えて、投入原料やスラグが飛散する。
 従って、排ガスに随伴して溶湯製造炉から排出されるダストを再利用するためには、排ガスからダストを分離して回収する必要がある。しかしながら、サイクロンによる集塵方法ではダストの分離・回収率が不十分であるため、回収したダストの有効利用に限界があった。また、耐火物から作られる溶湯製造炉では、溶湯の原料である鉄鉱石や炭材内装型塊成物(鉄分75~98%還元)の溶解の際にガス(代表的にはCO)が連続的に発生し、また、燃焼エネルギーを得る際にもガス(代表的にはCOやCO)が連続的に発生する。ガス発生量やガス組成は実際には変動するため、炉内圧制御や排ガス組成制御は困難である。
 従来例に係る銑鉄製造方法のように、ダストの回収にサイクロンを用いる場合には、溶銑製造プロセスの関係上ダストの粒径が極めて小さいため、サイクロン単体では回収効率が低い。また、除塵後の排ガス中にも微粒(例えば、粒径20μm以下)が多く含まれているため、発電設備等の燃料として排ガスをそのまま使用するのは困難である。また、例えば、集塵機が乾式集塵機(バグフィルター)である場合には、設備(例えば、バグフィルターやパッキン材)の仕様により処理可能な排ガスの温度に制約があるため、集塵機の上流側に温度調節機能を有する冷却器(例えば、媒体は水や空気)を設ける必要がある。このように外部因子が増えると、溶湯製造炉の炉内圧力や排ガス組成を制御することが、より一層困難になる。
 従って、本発明の目的は、溶湯製造炉から排出される排ガスに含まれるダストを効率良く回収してダストの有効利用効率を向上すると共に、溶湯製造炉の炉内圧力や排ガス組成を制御することを容易にする排ガス処理設備、および排ガス処理設備によるダスト回収方法を提供することである。
 上記課題を解決するために、本発明に係る排ガス処理設備は排ガスダクトを備え、ダストを含む高温の排ガスを排出する溶湯製造炉の排ガス出口に前記排ガスダクトの一端側が設置され、前記排ガスダクトに排ガス中のダストを回収する集塵部が介装される排ガス処理設備において、前記集塵部は、前記排ガスダクトの前記溶湯製造炉側に介装されて主に粗粒ダストを回収する湿式集塵機と、前記湿式集塵機の下流側に介装されて微粒ダストを回収する乾式集塵機と、を含むことを特徴とする。
 前記排ガスダクトの、前記溶湯製造炉と前記湿式集塵機の間に、冷却媒体との熱交換により排ガスの熱エネルギーを回収して前記排ガスを冷却する排熱回収部が介装されると好ましい。
 前記湿式集塵機と前記乾式集塵機との間に、加熱媒体との熱交換により排ガスを加熱する排ガス加熱部が介装されると好ましい。
 また、前記排熱回収部及び前記排ガス加熱部が、前記排熱回収部により排ガスの熱エネルギーを回収した前記冷却媒体が前記加熱媒体として流れる加熱媒体供給ラインを介して連通すると好ましい。
 また、上記課題を解決するために、本発明に係る排ガス処理設備によるダスト回収方法は、溶湯製造炉から排出された高温の排ガスに含まれるダストを回収する排ガス処理設備によるダスト回収方法において、前記溶湯製造炉から排出された高温の排ガスを湿式集塵機に導入することにより、排ガスに含まれるダストのうち主に粗粒ダストを回収し、次いで、この排ガスを乾式集塵機に導入することにより、ヒューム系の微粒ダストを回収することを特徴とする。
 前記溶湯製造炉から排出された高温の排ガスを湿式集塵機に導入する前に、排熱回収部での冷却媒体との熱交換により排ガスの熱エネルギーを回収してこの排ガスを冷却すると好ましい。
 前記湿式集塵機から排出された排ガスを乾式集塵機に導入する前に、排ガス加熱部での加熱媒体との熱交換により排ガスを加熱すると好ましい。
 前記排熱回収手段を流れる排ガスの熱エネルギーを回収した加熱媒体を前記排ガス加熱部に供給して、前記排ガス加熱部を流れる排ガスを加熱すると好ましい。
 本発明に係る排ガス処理設備、または本発明に係る排ガス処理設備によるダスト回収方法では、溶湯製造プロセスを構成する溶湯製造炉から排出される高温の排ガスに含まれているダストを、湿式集塵機と乾式集塵機とにより回収する。
 つまり、サイクロンで回収できるダストよりも小粒径のダストを、湿式集塵機により回収することができる。また、湿式集塵機で回収できるダストよりも微粒のダスト、特にヒューム系のダストを、乾式集塵機により回収することができる。
 従って、本発明によれば、例えば溶湯がSUS系鉄浴である場合、主にCr,Ni等の元素を乾式集塵機により回収することができるので、再利用可能なダストの有効利用率を向上できるという優れた効果を得ることができる。また、湿式集塵機を用いることにより、乾式集塵機のために排ガスの温度を細かく調整しなくても、湿式集塵機の排ガス出口から流出する排ガスの温度を所定の温度範囲に保持することができる。これにより、本発明では、乾式集塵機だけを備えた排ガス処理設備と比較して操作因子が少なくなるので、溶湯製造炉の炉内圧力や排ガス組成を安定させることができる。さらに、高温の排ガスによるバグフィルターの焼損トラブルが回避できる。
 また、本発明の好ましい態様によれば、溶湯製造炉から排出された排ガスの熱エネルギーを排熱回収手段により冷却媒体との熱交換により回収して冷却し、冷却した排ガスを湿式集塵機に導入することができる。従って、溶湯製造炉から排出される排ガスの顕熱を湿式集塵機で失うことがないので、排ガス処理設備の省エネルギー化に対して大いに寄与することができる。
 湿式集塵機から流出する排ガス中の水分は飽和状態であるため、下流側の乾式集塵機が例えばバグフィルターである場合、集塵機能が結露により正常に機能しなくなるという不具合が発生する可能性がある。しかしながら、本発明の好ましい態様によれば、湿式集塵機から流出する排ガスを排ガス加熱手段で加熱した後に乾式集塵機に導入することができる。従って、乾式集塵機がバグフィルターであっても結露することがなく集塵機能が正常に機能するため、安定的にダストを回収することができる。
 また、本発明の好ましい態様によれば、排熱回収手段で排ガスの熱エネルギーを回収した加熱媒体を排ガス加熱手段に導入して、湿式集塵機から流出する排ガスを加熱するものであり、連続式溶湯製造プロセス系外から導入したエネルギーを活用する必要がないので、排ガス処理設備の省エネルギー化に対して大いに寄与することができる。
本発明のダスト回収方法を実施する一実施形態による、溶湯製造炉から排出される排ガスのダストを回収する排ガス処理設備の系統図である。 湿式集塵機で回収した微粒ダストをリサイクルするための炭材内装塊成物の製造設備の系統図である。 従来例による銑鉄製造方法の工程の概略と、使用する銑鉄製造設備の一例を示す図である。
 以下、本発明のダスト回収方法を実施する実施の形態に係る排ガス処理設備を、添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明のダスト回収方法を実施する、溶湯製造炉から排出された排ガスのダストを回収する排ガス処理設備の系統図である。図2は、湿式集塵機で回収した微粒ダストをリサイクルするための炭材内装塊成物の製造設備の系統図である。
 図中に示される符号20は、連続式溶湯製造プロセスを実行する溶湯製造炉である。この溶湯製造炉20の炉頂部には排ガス出口21が設けられている。この排ガス出口21には、排ガス出口21から排出された高温の排ガスからダストを回収する排ガス処理設備1が設けられている。排ガス処理設備1は排ガスダクト2を備える。排ガスダクト2は、溶湯製造炉20の排ガス出口21から、ダスト除去後の排ガスを大気中に放出する煙突12に連通している。
 排ガスダクト2には、溶湯製造炉20側から煙突12側に向かって順に、排熱回収手段である熱交換器6と、湿式集塵機3と、排ガス加熱手段である再加熱器7と、排ガスを煙突12に送り込む誘引ファン5と、が介装されている。
 熱交換器6は、冷却媒体との熱交換により溶湯製造炉20の排ガス出口21から排出される排ガスの熱エネルギーを回収して、この排ガスを冷却する。湿式集塵機3はベンチュリースクラバーである。この湿式集塵機3により捕集され回収されたダストは、水・ダスト排出ライン3aを介してピット(図示しない)に水と共に送られ、このビットの下流側に設けられた水・ダスト分離システム(図示しない)で水と分離される。再加熱器7は、排ガスの熱エネルギーを回収した冷却媒体を加熱媒体として用いて、この加熱媒体との熱交換により、湿式集塵機3から流入する排ガスを例えば140℃に加熱する。乾式集塵機4は、例えば耐熱ナイロン製のバグフィルターを備える。なお、ベンチュリースクラバーからなる湿式集塵機3によれば、水滴の大きさを変更することにより微粒のダストを捕集することができる。しかしながら、湿式集塵機3による微粒ダストの捕集効率は低いので、本願発明においては、乾式集塵機4により微粒ダストを捕集する。
 熱交換器6の媒体入口6aには、媒体用ピット(図示しない)から冷却媒体用ポンプ8aが介装された熱回収用冷却媒体供給ライン8が連通している。この熱交換器6の媒体出口6bから、前記加熱媒体の圧力を0.8MPaにするためのアキュムレータ9aが介装された加熱媒体供給ライン9が、再加熱器7の媒体入口7aに連通している。また、再加熱器7の媒体出口7bから、媒体戻りライン10が媒体用ピットに連通する。また、加熱媒体供給ライン9の熱交換器6とアキュムレータ9aとの間から媒体戻り分岐ライン11が分岐し、媒体戻り分岐ライン11の先端側が前記媒体用ピットに連通している。
 以下、本発明のダスト回収方法を実施する一実施形態に係る排ガス処理設備1の作用態様を説明する。まず、ダストを含む高温の排ガスが溶湯製造炉20の排ガス出口21から排出されて、熱交換器6に導入される。この熱交換器6に導入された高温の排ガスは、熱回収用冷却媒体供給ライン8から供給される冷却媒体との熱交換により熱エネルギーを回収される。冷却媒体により熱エネルギーが回収された排ガスは、450℃程度になるまで冷却されて湿式集塵機3に導入される。
 この湿式集塵機3においては、排ガスに含まれる粒径が大きな粗粒ダストが水滴によって除去されて回収される。この湿式集塵機3では、サイクロンで回収されるダストよりも粒径が小さいダストから粒径が大きいダストまでが回収され、所定の粒径以上の粗粒ダストが回収される。この湿式集塵機3で回収された粗粒ダストは、水と共にピット(図示しない)に送られ、このビットの下流側に設けられる水・ダスト分離システム、例えばシックナー(図示しない)によって水から分離回収される。
 湿式集塵機3で所定の粒径以上のダストが除去された排ガスは、再加熱器7に導入される。この再加熱器7に導入された排ガスは、加熱媒体供給ライン9から導入される冷却媒体、すなわち、熱交換器6での高温の排ガスとの熱交換により排ガスの熱エネルギーを回収した加熱媒体との熱交換により、140℃程度の温度になるまで加熱された後に乾式集塵機4に導入される。この乾式集塵機4により、湿式集塵機3で除去できなかった微粒ダスト、特にヒューム系のダストが回収される。そして、乾式集塵機4によりヒューム系のダストが回収されたダスト除去後の排ガスは、誘引ファン5を経て煙突12から大気中に放出される。なお、ダスト発生のメカニズムから考えると、ヒュームが固化することによりヒューム系(主にFeO;溶湯の主成分であるFeが酸化したもの)である微粒ダストが生成されたことは容易に推定できる。
 ところで、湿式集塵機3から流出する排ガス中の水分は、飽和状態にある。そのため、バグフィルターを備えた乾式集塵機を用いた場合には、結露により集塵機能が正常に機能しなくなるという不具合が発生する可能性がある。しかしながら、本発明の一実施形態に係る排ガス処理設備1によれば、湿式集塵機3から流出する排ガスは、再加熱器7で加熱してから乾式集塵機4に導入される。従って、バグフィルターが結露することがなく集塵機能が正常に機能するため、安定的にダストを回収することができる。
 また、本発明の一実施形態に係る排ガス処理設備1によれば、ダストの粒径による分離回収を行うことができる。従って、例えば溶湯がSUS系浴である場合には、主としてCr,Ni等の元素を乾式集塵機4により回収することができる。また、湿式集塵機3を用いるために、乾式集塵機4のために排ガスの温度を細かく調整をするまでもなく、湿式集塵機3の排ガス出口から流出する排ガスの温度を所定の温度範囲(例えば、40~50℃)に保持することができる。これにより、乾式集塵機だけを備えた排ガス処理設備の場合に比較して、溶湯製造炉の炉内圧力や排ガス組成を容易に安定させることができるという効果が得られる。
 さらに、本発明の一実施形態に係る排ガス処理設備1によれば、上記のとおり、溶湯製造炉20から排出された高温の排ガスの熱エネルギーが、熱交換器6における冷却媒体との熱交換により回収され、排ガスが冷却される。そして、熱交換器6で排ガスの熱エネルギーを回収した冷却媒体を加熱媒体として再加熱器7に導入して、この加熱媒体により湿式集塵機3から流出した排ガスを加熱する。従って、溶湯製造炉20から排出される排ガスの顕熱を湿式集塵機で失うことがないので、排ガス処理設備1の省エネルギー化に対して大いに寄与することができる。
 以下、実施の形態において説明した構成の溶湯製造炉で溶湯を製造し、排ガス処理設備1により溶湯製造炉の排ガス出口から排出される高温の排ガスから、種々の投入原料を発生源とする種々のダストを回収した例について説明する。まず、4~8トンの溶湯がプールされた溶湯製造炉内に、燃焼エネルギーの主原料と、溶湯となる主原料を連続投入して溶湯を連続製造した。溶湯製造炉により製造された溶湯のFe以外の代表的な成分はC,Si,SおよびPであり、表1はこれらの含有率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 燃焼エネルギーの主原料として、粒径が10~25mmの炭材を使用した。表2は、使用した炭材の代表的な固形分の成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表3は、溶湯の主原料として用いた還元後の炭材内装塊成物の成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 800kgf/hの主原料(燃焼エネルギー源)と、1200~2000kgf/hの還元後の炭材内装塊成物を、溶湯製造炉20内に連続的に装入しながら、400~600Nm/hの空気をランス22から供給して吹錬した。そして、溶湯製造炉20の排ガス出口21から排出された排ガス中のダストを、JISZ8808の捕集基準に準じて排ガスダクト2から吸引し、回収した。回収したダストの量は、送酸量1Nm当たり70~350gであり、回収ダストの30~80%がFeヒュームであった。また、回収ダスト#1、#2の粒度分布(縦軸は相対粒子量q3%であり、横軸は粒子径μmである)を、レーザ回折式粒度分布測定装置(島津製作所、型式:SALD-3000S)を用いて測定した。
 乾式集塵機4により捕集して回収した微粒ダストをリサイクルするための炭材内装塊成物の製造設備の概要を、図5を参照しながら説明する。図5に示される符号30は、炭材内装塊成物の製造設備である。炭材内装塊成物の製造設備30は、鉄鉱石等の主原料が供給される主原料槽32と、微粉炭製造装置(図示しない)から微粉炭が供給される微粉炭槽33と、湿式集塵機3により捕集して回収した微粒ダストが供給される回収ダスト槽34と、を有する原料槽31を備える。これら主原料槽32、微粉炭槽33、および回収ダスト槽34のそれぞれから所定量ずつ切出された主原料、微粉炭、および微粒ダストは、混合機35に送られて混合される。この混合機35で混合された混合物は、塊成化機36に送られて炭材内装塊成物(ブリケット)となる。
 塊成化機36で製造された炭材内装塊成物(ブリケット)は、還元鉄を製造する回転炉床炉41に送られる。この回転炉床炉41で製造された還元鉄は還元鉄容器42に入れられた後に溶湯製造炉20で溶湯となり、排ガスダクト2から排出された排ガス中のヒューム系の微粒ダストは乾式集塵機5で捕集され、これらが繰り返される。
 以上のとおり、本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は2008年7月14日出願の日本特許出願(特願2008-182908)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1…排ガス処理設備
2…排ガスダクト
3…湿式集塵機,3a…水・ダスト排出ライン
4…乾式集塵機
5…誘引ファン
6…熱交換器(排熱回収手段),6a…媒体入口,6b…媒体出口
7…再加熱器(排ガス加熱手段),7a…媒体入口,7b…媒体出口
8…熱回収用冷却媒体供給ライン,8a…冷却媒体用ポンプ
9…加熱媒体供給ライン,9a…アキュムレータ
10…媒体戻りライン
11…媒体戻り分岐ライン
12…煙突
20…溶湯製造炉
21…排ガス出口
22…ランス
30…炭材内装塊成物の製造設備
31…原料槽
32…主原料槽
33…微粉炭槽
34…回収ダスト槽
35…混合機
36…塊成化機
41…回転炉床炉
42…還元鉄容器

Claims (8)

  1.  排ガスダクトを備える排ガス処理設備であって、
     ダストを含む高温の排ガスを排出する溶湯製造炉の排ガス出口に前記排ガスダクトの一端側が設置され、前記排ガスダクトに排ガス中のダストを回収する集塵部が介装される排ガス処理設備において、
     前記集塵部は、前記排ガスダクトの前記溶湯製造炉側に介装されて主に粗粒ダストを回収する湿式集塵機と、前記湿式集塵機の下流側に介装されて微粒ダストを回収する乾式集塵機と、を含むことを特徴とする排ガス処理設備。
  2.  前記排ガスダクトの、前記溶湯製造炉と前記湿式集塵機の間に、冷却媒体との熱交換により排ガスの熱エネルギーを回収して前記排ガスを冷却する排熱回収部が介装されることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理設備。
  3.  前記湿式集塵機と前記乾式集塵機との間に、加熱媒体との熱交換により排ガスを加熱する排ガス加熱部が介装されることを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス処理設備。
  4.  前記排熱回収部及び前記排ガス加熱部が、前記排熱回収部により排ガスの熱エネルギーを回収した前記冷却媒体が前記加熱媒体として流れる加熱媒体供給ラインを介して連通することを特徴とする請求項3に記載の排ガス処理設備。
  5.  溶湯製造炉から排出された高温の排ガスに含まれるダストを回収する排ガス処理設備によるダスト回収方法において、
     前記溶湯製造炉から排出された高温の排ガスを湿式集塵機に導入することにより、排ガスに含まれるダストのうち主に粗粒ダストを回収し、
     次いで、この排ガスを乾式集塵機に導入することにより、ヒューム系の微粒ダストを回収することを特徴とする排ガス処理設備によるダスト回収方法。
  6.  前記溶湯製造炉から排出された高温の排ガスを湿式集塵機に導入する前に、排熱回収部での冷却媒体との熱交換により排ガスの熱エネルギーを回収してこの排ガスを冷却することを特徴とする請求項5に記載の排ガス処理設備によるダスト回収方法。
  7.  前記湿式集塵機から排出された排ガスを乾式集塵機に導入する前に、排ガス加熱部での加熱媒体との熱交換により排ガスを加熱すること特徴とする請求項6に記載の排ガス処理設備によるダスト回収方法。
  8.  前記排熱回収手段を流れる排ガスの熱エネルギーを回収した加熱媒体を前記排ガス加熱部に供給して、前記排ガス加熱部を流れる排ガスを加熱することを特徴とする請求項7記載の排ガス処理設備によるダスト回収方法。
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