JP3566868B2 - 電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置の排ガス無害化設備及び排ガス無害化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料を溶解あるいは精練する電気炉から溶解・精練・昇温中に発生する排ガス、あるいは電気炉用スクラップを予熱する際に発生する排ガス中に含まれる有害成分を除去して排ガスを無害化する設備及び方法に関し、詳しくは、排ガスを下方から上方に流すＡ塔内に吹き込んだ粉体によって排ガスを無害化する設備及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料を電気炉を用いて溶解又は精練する場合、あるいは電気炉用スクラップを予熱装置によって予熱する場合、排ガス中に有害成分として白煙・悪臭・芳香族塩素化合物等が発生するため、排ガス中のこれら有害成分を除去して排ガスを無害化する方法として、様々な方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平９−３２４９９０号公報には、排ガスを下方から上方に向かって流すようにしたＡ塔の下方から粉体を吹き込み、その吹き込まれた粉体にて排ガス中の有害成分を吸着し除去する方法が開示されている。Ａ塔内の排ガス流速は、吹き込んだ粉体が排ガス中を落下する自由沈降速度と概略等しい速度とし、Ａ塔内で粉体が浮遊するごとく調整する。粉体吹き込み量については、排ガス中の有害成分の増減にかかわらず常に有害成分を除去するに十分な量が供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
製鋼用電気炉の排ガスは、操業の状態による変動が大きく、操業中の各期（溶解１、溶解２、昇温等）により、排ガス量、排ガス温度・排ガス成分が変動する。電気炉用スクラップ予熱装置の排ガスについても同様である。排ガス量、及び排ガス中の有害成分の含有量の変動に伴い、除去すべき有害成分の発生量も変動する。操業中のある期においては排ガス中の有害成分発生量が非常に少ないときもある。従来の方法においては、粉体の吹き込み量は排ガス中の有害物質の発生量が多い場合においても十分な吸着除去ができるような値に設定されている。
【０００５】
しかしながら、このような制御方法では、排ガス中の有害物質の量が少ない時期においても排ガス中の有害物質の量が多い時期と同量の粉体の吹き込み量となるため、除去すべき有害物質の量が少量であっても多量の粉体を使用することとなる。粉体の使用量は単に粉体コストにとどまらず、吹き込み動力コスト、最終的に排出されるダスト処理コストの増大につながり、非効率的で、非経済的であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決し、除去すべき有害物質の量に応じて粉体吹き込み量を増減する制御を行うことにより、粉体コスト、吹き込み動力コスト、ダスト処理コストの低減を図る電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置の排ガス無害化設備及び無害化方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは、
（１）排ガスを下方から上方に流すＡ塔７と、Ａ塔の後流側に連接され排ガスを上方から下方に流すＢ塔９と、Ａ塔の下方からＡ塔内に粉体を供給するための粉体吹き込み装置（１４、１５）とを有する電気炉１又は電気炉用スクラップ予熱装置３の排ガス無害化設備において、前記スクラップ予熱装置３の上流及び後流又は電気炉１の後流に排ガス温度を測定する検出器２０を配設し、該検出器２０からの排ガス温度情報に従って前記粉体吹き込み装置の粉体吹き込み量を制御する制御装置２１を配設することを特徴とする排ガス無害化設備。
（２）Ａ塔７とＢ塔８と粉体吹き込み装置とからなる組み合わせを、排ガスの流路に少なくとも２段以上設け、各段のＡ塔入口に排ガス温度を測定するための温度計１６を付設し、該温度計１６の測定結果によって粉体吹き込みを実施する塔を選択する自動的選択装置を配設することを特徴とする請求項１に記載の排ガス無害化設備。
（３）Ａ塔７において排ガスを下方から上方に流し、Ａ塔の下方からＡ塔内に吹き込んだ粉体によって排ガスを無害化する電気炉１又は電気炉用スクラップ予熱装置３の排ガス無害化方法において、前記スクラップ予熱装置の上流及び後流又は電気炉の後流の排ガス温度を測定し、排ガス流量と前記排ガス温度情報に基づいて前記粉体吹き込み量を調整することを特徴とする排ガス無害化方法。
（４）前記排ガス流量情報に基づいた前記粉体吹き込み量の調整は、前記排ガス流量の増減に基づいて前記粉体吹き込み量を増減することによって行い、前記排ガス温度情報に基づいた前記粉体吹き込み量の調整は、前記排ガス温度が予め定めた温度Ｔ１よりも高いときは前記粉体吹き込み量を減少し、前記排ガス温度が予め定めた温度Ｔ２よりも低いときは前記粉体吹き込み量を減少することによって行うを特徴とする請求項３に記載の排ガス無害化方法（Ｔ１＞Ｔ２）。
である。
【０００８】
電気炉１あるいは電気炉用スクラップ予熱装置３の操業時における排ガス中の有害成分、特に芳香族塩素化合物の濃度は、電気炉出側排ガス温度又はスクラップ予熱装置入り側・出側排ガス温度と密接な関係があることが判明した。該排ガス温度が３００℃〜６００℃の範囲にあるときに排ガス中の有害成分濃度が高く、排ガス温度が上記温度範囲よりも高い場合及び低い場合には排ガス中の有害成分の濃度が低下する。排ガス中の有害成分濃度と排ガス温度との関係は、各電気炉あるいはスクラップ予熱装置毎に測定することにより正確に把握することができる。排ガス中の有害物質の量は、排ガス量と排ガス中の有害成分濃度の積に比例する。
【０００９】
排ガス中の有害物質は、Ａ塔内において吹き込まれた粉体に吸着され、除去される。単位時間に発生する有害物質の量が少ない場合は、粉体吹き込み量を減少しても有害物質の除去が可能であり、概略単位時間有害物質発生量と粉体吹き込み量を比例させることができる。
【００１０】
本発明においては、電気炉出側排ガス温度又はスクラップ予熱装置入り側・出側排ガス温度を測定することにより排ガス中の有害成分濃度を推定し、排ガス量と該有害成分濃度推定値との積から単位時間有害物質発生量を推定し、有害物質発生量の多いときは粉体吹き込み量を多く、有害物質発生量の少ないときは粉体吹き込み量を少なくするように制御する。これにより、排ガス中の有害物質発生量が少ないときには粉体吹き込み量を低減することができ、さらに、粉体吹き込み用動力を低減することができる。さらに、吹き込む粉体量が少なくなることにより、回収後処理するダスト量も低減する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において、排ガスはＡ塔内を下方から上方に流れ、粉体はＡ塔７の下方に吹き込まれる。通常は、排ガスが上方から下方に流れるＢ塔９を配設し、Ａ塔の上端とＢ塔の上端とを連接する。Ａ塔とＢ塔の下端にはそれぞれダストボックス６、１０を配設する。
【００１２】
排ガス処理設備においては、電気炉又はスクラップ予熱装置の排ガス発生量に応じて排ガスの吸引を行うため、Ａ塔内の排ガス速度は排ガス発生量の変動に応じて変動し、必ずしも吹き込んだ粉体がＡ塔内で浮遊静止する速度にはならず、吹き込んだ粉体のＡ塔内滞在時間も排ガス速度の変動に応じて変動する。
【００１３】
Ａ塔内において、粉体が上昇する速度は、排ガス速度から粉体の自由沈降速度を差し引いた速度となる。Ａ塔内において、粉体は排ガスに対して粉体の自由沈降速度に等しい相対速度を有するため、粉体がＡ塔内に滞在する間に排ガスの有害成分が粉体に吸着される。粉体の有害成分吸着能力限度まで有害成分を吸着するに必要な時間だけ粉体がＡ塔内に滞在するので、粉体の有害成分吸着能力を十分に活用することができる。Ａ塔から排ガスとともに排出された粉体は、通常はＢ塔内を下降し、Ｂ塔下端のダストボックス１０で回収される。
【００１４】
排ガス発生量が少なく、排ガス速度が低下するとともに、粉体のＡ塔内滞在時間が長くなる。排ガス速度が粉体の自由沈降速度よりも低い場合には、粉体は上昇せずにＡ塔下部のダストボックス６に回収される。Ａ塔の高さ及び内径は、通常の排ガス流量の変動変動範囲内において、排ガス流量が多く排ガス速度が速くてもＡ塔内の粉体滞在時間が有害物質除去に十分な時間であり、かつ排ガス流量が少なくても排ガス速度が粉体の自由沈降速度よりも速くなるように選択する。
【００１５】
吹き込み粉体としては、電気炉排ガスの集塵装置で補集される電気炉からのダストを用いることができる。その他、消石灰、活性炭、ゼオライトなどを用いてもよい。
【００１６】
排ガス中の有害成分、特に芳香族塩素化合物の濃度は、スクラップ予熱装置の上流及び後流又は電気炉の後流の排ガス温度の影響を強く受け、該温度によって有害成分の濃度が異なる。より具体的には、該温度が３００℃〜６００℃の範囲にあるときに有害成分の濃度が高くなり、該温度が上記温度範囲よりも高いとき、あるいは低いときには有害成分の濃度が低下する。従って、予め当該温度と排ガス中の有害成分濃度との関係を測定しておけば、運転中の該温度を測定することにより、排ガス中の有害成分濃度を推定することができる。
【００１７】
単位時間に発生する排ガス中の有害成分の量は、排ガス量と排ガス中の有害成分濃度の積に比例するので、Ａ塔への粉体吹き込み量は排ガス量と前記排ガス中の有害成分濃度推定値との積に比例するように吹き込むことができる。これにより、排ガス中の有害成分発生量が多いときは確実に有害成分の除去を行い、有害成分発生量が少ないときは粉体吹き込み量を低減することができる。有害成分発生量に応じた粉体吹き込み量は、予め実験等によって定めておく。
【００１８】
スクラップ予熱装置の上流及び後流又は電気炉の後流の排ガス温度の測定結果に基づく粉体吹き込み量の制御は、予め測定した当該温度と排ガス中の有害成分濃度との関係にもとづいて行うことができる。６００℃付近に存在する温度Ｔ１よりも高い温度では有害成分の濃度が減少し、また３００℃付近に存在する温度Ｔ２よりも低い温度では有害成分の濃度が減少する。従って、粉体吹き込み量の制御は、予め測定等によって温度Ｔ１、Ｔ２を定め、排ガス温度が予め定めた温度Ｔ１よりも高いときは前記粉体吹き込み量を減少し、前記排ガス温度が予め定めた温度Ｔ２よりも低いときは前記粉体吹き込み量を減少することによって行うことができる。例えば、排ガス温度がＴ１とＴ２の間にあるときの粉体吹き込み量を１としたとき、排ガス温度＞Ｔ１、又は排ガス温度＜Ｔ２のときの粉体吹き込み量を０．２とするような制御が有効である。
【００１９】
粉体への有害物質の吸収能力は、粉体に有害物質を吸着させるＡ塔における排ガス温度の影響を受ける。排ガス温度が１００℃から１５０℃の範囲において、粉体への有害成分の吸収能力が最大となる。電気炉又はスクラップ予熱装置出側の排ガス温度が高温である場合、本発明の排ガス無害化設備の入り側において、排ガス温度が十分に低下せず、上記適切な排ガス温度範囲より高い温度となる場合がある。本発明において、Ａ塔とＢ塔の組合わせを複数直列に配置すると、Ａ塔Ｂ塔が竪型冷却塔の機能を発揮し、少ない敷地内にも配置が可能であり、複数配置した組合わせの下流側のＡ塔において排ガス温度が好ましい温度に低下する。従って、各Ａ塔入口の排ガス温度を測定し、最も好ましい排ガス温度となっている段において粉体吹き込みを実施するようにすることで、最も効率良く排ガスの無害化を行うことができる。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
図１に、本発明の実施例１を示す。電気炉１から発生した排ガスは、水冷煙道２をとおり、スクラップ予熱装置３に導入される。その後、水冷煙道４を経由してヘッダー管５に導入され、入り側ダストボックス６を経て、本発明の排ガス無害化設備で無害化され、出側のダストボックス１０を経由して、ダクト１１へと流れ、ブロア１２によって図示しない集塵機に導かれ、最終的には大気に放散される。電気炉１とスクラップ予熱装置３をつなぐ水冷煙道２には温度計測器１９が配設され、スクラップ予熱装置３とヘッダー管５を接続する水冷煙道４には温度計測器２０が配設される。温度計測器１９、２０は制御装置２１に接続され、制御装置２１は温度計測器１９、２０からの温度情報に基づき、粉体供給装置１４の粉体供給量を制御する。
【００２１】
本発明の排ガス無害化設備において、排ガスはＡ塔７にて下方から上方に向かって流れ、次にＢ塔９では排ガスは上方から下方に向けて流れる。このＡ塔とＢ塔とは１８０度の曲がり管８を介して連接している。Ａ塔７の下方には粉体供給装置１４が設けられており、配管１５及び粉体供給口１３を介し、Ａ塔内に粉体を供給する。粉体供給装置１４と配管１５とによって本発明の粉体吹き込み装置が構成される。吹き込み粉体としては、電気炉発生ダストを用いた。
【００２２】
粉体吹き込み量は、次式により制御した。
Ｚ＝β×α×Ｑ
ここで、Ｚは粉体吹き込み量、Ｑは単位時間当たりの排ガス流量、αは排ガス流量当たりの標準的な粉体吹き込み量を定める比例定数、βは排ガス温度測定結果に基づいて変化させる係数である。本実施例では、排ガス温度＞６００℃あるいは排ガス温度＜３００℃の場合にはβ＝０．２、その他の場合にはβ＝１と設定した。
【００２３】
これにより、粉体吹き込み量を排ガス温度に応じて変化させない従来例と比較し、粉体吹き込み量が約４０％低減するという効果をあげることができた。
【００２４】
（実施例２）
図２に本発明の実施例２を示す。実施例１と同様のＡ塔とＢ塔の組合わせを２段配置し、１段目出側と２段目入り側とを接続管１８で接続している。各段のＡ塔入り側に温度計（１６ａ、１６ｂ）を配置し、Ａ塔入り側の排ガス温度を測定する。各段のＡ塔とＢ塔とは竪型冷却塔の機能を有するので、前段より後段の方が排ガス温度が低下している。従って、各段のＡ塔入り側の排ガス温度のうち、粉体への有害物質吸着能力が優れた温度（１００℃から１５０℃）を有する段を選択し、その段において粉体吹き込みを実施する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の排ガス無害化設備により、放出される排ガス中の有害成分量を低レベルに保ったまま、粉体の使用量、粉体吹き込み用動力、ダスト処理量が低減でき、排ガス無害化設備のランニングコストの低減を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排ガス無害化設備の実施例
【図２】本発明による排ガス無害化設備の別の実施例
【符号の説明】
１ 電気炉（溶解炉）
２ 水冷煙道
３ スクラップ予熱装置
４ 水冷煙道
５ ヘッダー管
６ ダストボックス
７ Ａ塔
８ 曲がり管
９ Ｂ塔
１０ ダストボックス
１１ ダクト
１２ ブロア
１３ 粉体供給口
１４ 粉体供給装置
１５ 配管
１６ 温度計
１７ ケーブル
１８ 接続管
１９ 温度計測器
２０ 温度計測器
２１ 制御装置

Claims (4)

1. 排ガスを下方から上方に流すＡ塔と、Ａ塔の後流側に連接され排ガスを上方から下方に流すＢ塔と、Ａ塔の下方からＡ塔内に粉体を供給するための粉体吹き込み装置とを有する電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置の排ガス無害化設備において、
   前記スクラップ予熱装置の上流及び後流又は電気炉の後流に排ガス温度を測定する検出器を配設し、該検出器からの排ガス温度情報に従って前記粉体吹き込み装置の粉体吹き込み量を制御する制御装置を配設することを特徴とする排ガス無害化設備。
2. Ａ塔とＢ塔と粉体吹き込み装置とからなる組み合わせを、排ガスの流路に少なくとも２段以上設け、各段のＡ塔入口に排ガス温度を測定するための温度計を付設し、該温度計の測定結果によって粉体吹き込みを実施する塔を選択する自動的選択装置を配設することを特徴とする請求項１に記載の排ガス無害化設備。
3. Ａ塔において排ガスを下方から上方に流し、Ａ塔の下方からＡ塔内に吹き込んだ粉体によって排ガスを無害化する電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置の排ガス無害化方法において、
   前記スクラップ予熱装置の上流及び後流又は電気炉の後流の排ガス温度を測定し、排ガス流量と前記排ガス温度情報に基づいて前記粉体吹き込み量を調整することを特徴とする排ガス無害化方法。
4. 前記排ガス流量情報に基づいた前記粉体吹き込み量の調整は、前記排ガス流量の増減に基づいて前記粉体吹き込み量を増減することによって行い、前記排ガス温度情報に基づいた前記粉体吹き込み量の調整は、前記排ガス温度が予め定めた温度Ｔ１よりも高いときは前記粉体吹き込み量を減少し、前記排ガス温度が予め定めた温度Ｔ２よりも低いときは前記粉体吹き込み量を減少することによって行うを特徴とする請求項３に記載の排ガス無害化方法。
   なお、Ｔ１＞Ｔ２である。

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