電気炉の排ガス処理方法及び排ガス処理装置
【課題】簡易な構成で電気炉から発生する高温の排ガスを高精度で冷却することができる電気炉の排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】電気炉１から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機７とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、前記直引きダクト内に、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構１１を配設した。
【解決手段】電気炉１から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機７とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、前記直引きダクト内に、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構１１を配設した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スクラップあるいはスクラップと溶銑などを併用して溶解・精錬して鉄鋼を製造するための製鋼用電気炉設備の操業において、電気炉から発生する高温の排ガスを冷却し清浄化処理する電気炉の排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、製鋼用電気炉で鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを加熱溶解し、得られた溶湯を精錬する工程で発生する高温の排ガスは、電気炉内から吸引排出され、電気炉に付帯した水冷式燃焼塔に導いて一旦燃焼させた後、排ガスを、水冷ダクト部を含む直引きダクトを経由して冷却し、集塵機に導き集塵した後、大気中に排出している。
前記電気炉で発生する排ガス温度は１５００℃にも達し、かつ排ガス中のＣＯを燃焼塔で燃焼させて除去するので、燃焼塔は水冷式とされ、また、燃焼塔以降の排ガスを導く直引きダクトは、高温排ガスが通過すること、及び、高温排ガスを冷却するために水冷ダクトが採用され、排ガスが水冷ダクトを経由する間に、集塵機での適正集塵温度になるように前記排ガスは水冷ダクトにより間接冷却されるようになっている。集塵機は一般的にはバグフィルタで構成される乾式集塵機が採用され、前記適正集塵温度は濾布の耐熱温度である２５０℃以下となるように水冷ダクト長さが定められ設計されている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来から、排ガス燃焼塔から集塵機まで延びる排ガスの冷却ダクトは、排ガス冷却のため長い延長距離を必要としており、その保守ならびに設備費用削減のため、排ガス冷却に関してさまざまな提案がなされている。
例えば、特許文献２では、製鋼用電気炉の操業過程で前記電気炉から発生する高温の排ガスを、水冷ダクトで間接冷却し、散水式スプレー冷却塔に導きスプレー水で直接冷却し、こうして冷却された前記排ガスに、建屋集塵ガスを合流させて冷却した後、集塵機に導き、前記集塵機で前記排ガスを清浄化処理した後に排出する排ガス処理方法が提案されている。また、特許文献３では、電気炉排ガスの燃焼塔に排ガスを送給して燃焼した後、燃焼廃ガスをスクラップ予熱ラインに送給した後に排ガスをガスクーラーで冷却すること、燃焼塔よりスクラップ予熱ラインに至る上記直引ラインとは別途に燃焼塔より水冷バイパス（水冷ダクト）を設け、かつ、上記の水冷バイパスと建屋集塵フードから延びるフードラインを合流させた合流ラインとし、この合流ラインを途中で分岐せしめてその一方を上記ガスクーラーからのラインに合流する分岐ラインとする集塵システムとして電気炉の排ガス処理方法が提案されている。
【０００４】
さらに、特許文献４では、水冷ダクトで冷却した排ガスを、水スプレー冷却塔に導き、さらに冷却を行なう電気炉の排ガス処理方法が提案されている。
さらにまた、燃焼塔を出た排ガスを冷却する冷却装置を新たに設ける提案として、特許文献５、６及び７に、燃焼塔下流に排ガス冷却塔を配置して、排ガスを散水冷却する電気炉の排ガス処理方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３８６７３０４号公報
【特許文献２】特開平１１−１１４３６１号公報
【特許文献３】特開平０８−２１０７８６号公報
【特許文献４】特開平１１−１７９１３０号公報
【特許文献５】特開２００３−２６０３３５号公報
【特許文献６】特開２００２−５５８０号公報
【特許文献７】特開平１１−１４０５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載された従来の電気炉の排ガス処理方法では、散水式スプレー冷却塔に導きスプレー水で直接冷却し、こうして冷却された前記排ガス中には湿分が多く残存し結露しやすく、湿分除去のためには散水式スプレー冷却塔が大掛かりな設備となるほか、温度調整のために合流される建屋集塵ガスによる集塵風量の大幅な増加を招き排ガス処理自体困難となる問題を生じ、実現されたものはない。
【０００６】
また、特許文献３に記載された従来の電気炉の排ガス処理方法も同様であって、ガスクーラー自体が大掛かりな設備となるほか、建屋集塵ガスを合流させるため特許文献２に記載された従来例と同様に集塵風量の大幅な増加を招き排ガス処理自体困難となる問題を生じる。
また、特許文献４では、水冷ダクトで冷却した排ガスを、水スプレー冷却塔に導き、さらに冷却を行なう電気炉の排ガス処理方法が提案されているが、特許文献２、３で記載したように水スプレー冷却塔自体が水冷ダクトによる冷却に対し大掛かりな大規模設備となって利点は少ない。
【０００７】
さらにまた、特許文献５〜７において提案される、燃焼塔下流に排ガス冷却塔を配置する例、すなわち燃焼塔を出た排ガスを冷却する冷却装置を新たに設ける提案では、操業中の電気炉から吸引排気される高温排ガスを燃焼した後に加えられる排ガス冷却であり、冷却塔能力は非常に高いものが要求され大規模装置にならざるを得ないという問題がある。
そこで、本発明は上記従来例の問題点に着目してなされたものであり、簡易な構成で電気炉から発生する高温の排ガスを高精度で冷却することができる電気炉の排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る電気炉の排ガス処理方法は、電気炉から発生する高温の排ガスを付帯して設置した燃焼室に導いて燃焼させ、次いで排ガスを直引きダクトを経由して集塵機に供給し、集塵後排出するようにした電気炉の排ガス処理方法において、前記直引きダクト内の排ガスに、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を噴霧して冷却するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る電気炉の排ガス処理方法は、請求項１に係る発明において、前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域で噴霧するようにしたことを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電気炉の排ガス処理方法は、請求項１に係る発明において、前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域で噴霧するようしたことを特徴としている。
【００１０】
さらにまた、請求項４に係る排ガス処理方法は、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、前記スプレー水を、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスに噴射することを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る電気炉の排ガス処理方法は、請求項１乃至４の何れか１つに係る発明において、前記スプレー水の粒径及び流量の少なくとも一方を前記集塵機の入側排ガス温度が当該集塵機の許容温度範囲内となるように制御するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に係る電気炉の排ガス処理装置は、電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、前記直引きダクト内に、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構を配設したことを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項７に係る電気炉の排ガス処理装置は、電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、前記直引きダクト内に配設した蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構と、前記集塵機の入側に配設した排ガス温度検出手段と、該排ガス温度検出手段で検出した排ガス温度に応じて前記スプレー冷却機構で噴霧するスプレー流量及び粒径の少なくとも一方を制御するスプレー水制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
さらにまた、請求項８に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６又は７に係る発明において、前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項９に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６又は７に係る発明において、前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項１０に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６乃至９の何れか１つに係る発明において、前記スプレー冷却機構は、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスにスプレー水を噴射するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項１１に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６乃至１０の何れか１つに係る発明において、前記直引きダクトは前記燃焼室側の水冷ダクト部と、前記集塵機側の空冷ダクト部とで構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電気炉から排出される排ガスを燃焼室で燃焼させて、ＣＯを除去した状態で直引きダクトを介して集塵機に供給するが、直引きダクト内で排ガスに対して粒径１２０μｍ以下のスプレー水を噴霧して冷却することにより、スプレー冷却塔などの大型の冷却設備を設けることなく、排ガスを集塵機の許容温度以下に効果的に冷却することができるという効果が得られる。このため、集塵機の入側に供給する温度調節用の冷風の風量を減少させることが可能となり、電気炉から排出される排ガス処理量を向上させることができる。
【００１６】
ここで、直引きダクト内で排ガスに噴霧するスプレー水の流量及び粒径の少なくとも一方を集塵機入側の排ガス温度に基づいて制御することにより、集塵機に供給される排ガス温度を集塵機内に配設された濾布の耐熱温度以下に正確に制御することができる。
さらに、粒径１２０μｍ以下のスプレー水を使用するため、排ガス中でスプレー水が完全蒸発することになり、ダクト内の水の付着や集塵機の濾布が湿ったり、濡れたりすることがなく、スプレー水使用に伴うダスト付着や、集塵効果の低下の問題も生じない。
【００１７】
また、直引きダクト内で排ガスに噴霧するスプレー水は、排ガス温度が８００℃〜３００℃の範囲の領域好ましくは５００℃〜４００℃の範囲の領域で噴霧することにより、排ガスを効率良く冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電気炉の排ガス処理装置を示す概略構成図である。図中、1は製鋼用電気炉であって、鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを加熱溶解して精錬し、この際に高温の排ガスが発生する。
この製鋼用電気炉１で発生した高温の排ガスは、炉蓋エルボ２から摺動管３を通って燃焼塔４の燃焼室に吸引される。このとき、炉蓋エルボ２から排出される排ガスに摺動管３で外気を、排ガスとの混合比率が例えば排ガス７０％、外気３０％となるように吸引して両者を混合して１５００℃程度の高温で燃焼塔４に吸引される。
【００１９】
燃焼塔４では、吸引した排ガスを燃焼させて排ガス中の例えばＣＯやＨ2等の未燃ガス成分を燃焼させる。この燃焼塔４の排ガス出口には比較的長距離（９０ｍ以上）の直引きダクト５を介して直引きファン６が接続され、この直引きファン６の出側がバグフィルタで構成される乾式集塵機７に接続されている。
ここで、直引きダクト５は、燃焼塔４側が水冷ダクト５ｗとされ、直引きファン６側が空冷ダクト５ａとされ、空冷ダクト５ａの直引きファン６の入側に例えば６０℃の建屋集塵ガスを供給する希釈冷風ダクト８が接続されている。この希釈冷風ダクト８の空冷ダクト５ａとの接続部に電動ダンパ９が配設されている。この直引きダクト５では、燃焼塔４から排気される例えば８００℃の排ガスを乾式集塵機７の濾布の耐熱温度である２５０℃以下まで低下させる必要がある。このために、直引きダクト５内の排ガス温度が８００℃〜３００℃の範囲好ましくは５００℃〜４００℃の範囲となる水冷ダクト５ｗの後半側に、内部の排ガスに粒径が１２０μｍ以下で排ガスに接触することにより全て蒸発するスプレー水を供給するスプレー冷却機構１１が設けられている。
【００２０】
このスプレー冷却機構１１は、図２に示すように、例えば水冷ダクト５ｗを排ガスの流通経路に沿って例えば４つの冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に分け、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４には水冷ダクト５ｗ内に複数Ｎ個のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎが噴霧するスプレー水が水冷ダクト５ｗの内壁に達することなく排ガスのみに噴霧されるように配設されている。
各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎにはコンプレッサ１２から供給される圧縮空気をレシーバタンク１３に蓄積し、このレシーバタンク１３に蓄積された圧縮空気を各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４毎に設けられた流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４を介して供給されると共に、冷却水が同様に各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４毎に設けられた流量計ＦＡ２１〜ＦＡ２４を介して空気流路に対して直交する方向から供給される。流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４及びＦＡ２１〜ＦＡ２４を調節することにより、粒径が１２０μｍ以下で排気ガスに接触したときに全て蒸発するスプレー水を各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧する。
【００２１】
ここで、レシーバタンク１３と流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４との間には、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４が介挿されたメイン流路ＬＭ１〜ＬＭ４と、制御弁Ｖ１〜Ｖ４をバイパスして比較的小流量の圧縮空気を供給するバイパス流路ＬＢ１〜ＬＢ４とが設けられている。また、冷却水供給口と流量計ＦＡ２１〜ＦＡ２４との間には、制御弁Ｖ２１〜Ｖ２４が介挿されている。
【００２２】
ここで、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水の粒径を１２０μｍ以下と設定した理由は、スプレー水の粒径が１２０μｍを超えるとスプレー水が排ガスに接触したときに完全に蒸発せず、排ガス中に水分が含まれた状態で、乾式集塵機７に供給されることになり、濾布を濡らして集塵効率を低下させてしまうことになり、スプレー水の粒度を１２０μｍ以下とすることにより、排ガスに接触したときにスプレー水が完全に蒸発して、排ガスに水分が含まれることがなくなる。
【００２３】
また、冷却ゾーンＣ１の入側における排ガス温度Ｔ１を温度計２１で検出すると共に、希釈空気ダクト８の前側の排ガス温度Ｔ２を温度計２２で検出し、さらに直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３を温度計２３で検出する。
そして、各温度計２１〜２３で検出した排ガス温度Ｔ１〜Ｔ３がスプレー水制御手段としての排ガス冷却制御装置３０に入力され、この排ガス冷却制御装置３０で各部の排ガス温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいてスプレー冷却機構１１の各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４におけるスプレーＳＰ１〜ＳＰｎのスプレー水を噴霧するスプレー本数を制御すると共に、希釈冷風ダクト８から空冷ダクト５ａに供給する希釈冷風の流量を制御する電動ダンパ９の開度を制御する。
【００２４】
すなわち、排ガス冷却制御装置３０では、図３に示す冷却制御処理を実行する。この冷却制御処理では、先ず、ステップＳ１で各温度計２１〜２３で検出した排ガス温度Ｔ１〜Ｔ３を読込み、次いでステップＳ２に移行して、排ガス温度Ｔ１が２５０℃未満であるか否かを判定し、Ｔ１＜２５０℃であるときにはステップＳ３に移行して、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２１〜Ｖ２４を閉状態に制御し、次いでステップＳ４に移行して、電動ダンパ９を閉状態に制御してから前記ステップＳ１に戻る。なお、２５０℃を判断基準としているのは、集塵機７の濾布の耐熱温度が本例では２５０℃であるためであり、濾布耐熱温度を超えない温度に設定すればよい。
【００２５】
一方、ステップＳ２の判定結果が、Ｔ１≧２５０℃であるときにはステップＳ５に移行し、冷却ゾーンＣ１の入側温度Ｔ１に基づいて排ガスに対するスプレー水噴霧流量を算出してからステップＳ６に移行する。
このステップＳ６では、算出したスプレー水噴霧流量に基づいてスプレーＳＰ１〜ＳＰｎからスプレー水を噴霧する冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４数を算出し、次いでステップＳ７に移行して、算出されたスプレー水を噴霧する冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４数に応じて、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に噴霧水を供給する制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２４を開閉制御してからステップＳ８に移行する。
【００２６】
このステップＳ８では、希釈冷風ダクト８の前側における排ガス温度Ｔ２及び直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３に基づいて直引きファン６の出側における排ガス温度が乾式集塵機７の濾布の耐熱温度である２５０℃以下で露点温度より高い所定値例えば１５０℃の温度範囲となるように希釈冷風流量を算出し、次いでステップＳ９に移行して、算出した希釈冷風流量に基づいて電動ダンパ９の開度θを算出し、次いでステップＳ１０に移行して、算出した電動ダンパの開度θを電動ダンパ９に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
【００２７】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、製鋼用電気炉１で、鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを加熱溶解する精錬が終了して次の精錬を開始する直前であるものとすると、この状態では、図４に示すように、直引きダクト５の燃焼塔４に直結された水冷ダクト５ｗの排ガス温度Ｔ０は図４で太い実線で示すように１５０℃程度に低下しており、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔも図４で太い破線で示すように１５０℃程度に低下し、希釈冷風ダクト８の接続前における排ガス温度Ｔ２も図４で細い実線で示すように１５０℃程度に低下し、直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３も図４で細い破線で示すように１５０℃程度に低下し、希釈冷風温度Ｔ４は図４で細い破線で示すように略６０℃を維持している。
【００２８】
この状態では、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ２が１５０℃程度であるので、排ガス冷却制御装置３０で、スプレー水の噴霧が必要ないものと判断してステップＳ２からステップＳ３に移行して、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２４を閉状態に制御し、次いでステップＳ４に移行して電動ダンパ９を閉制御する。
このとき、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎには、レシーバタンク１３からの圧縮空気がバイパス流路ＬＢ１〜ＬＢ４及び流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４を介して少量の圧縮空気が供給されて、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎの目詰まりを防止している。
【００２９】
この状態で、製鋼用電気炉１に、鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを投入して精錬を開始すると、これに応じて燃焼塔４に直結された水冷ダクト５ｗの出側の排ガス温度Ｔ０が上昇すると共に、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１も上昇し、この排ガス温度Ｔ１が２５０℃以上となると、排ガス冷却制御装置３０の図３に示す排ガス冷却処理で、ステップＳ２からステップＳ５に移行して、排ガス温度Ｔ１に基づいてスプレー水量Ｌｗを算出する。
【００３０】
このとき、排ガス温度Ｔ１が２５０℃を超えたばかりであるときには、算出されるスプレー水流量Ｌｗも小さい値となるため、ステップＳ６でスプレー水を噴霧する冷却ゾーン数を算出したときに、冷却ゾーン数が“０”となり、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２４は閉状態を維持する。
ところが、冷却ゾーンＣ１の排ガス温度Ｔ１がさらに上昇して、ステップＳ５で算出されるスプレー水噴霧流量Ｌｗが１つの冷却ゾーンから冷却水をスプレーする流量に達すると、先ず、先頭の冷却ゾーンＣ１が選択されて、これに対する制御弁Ｖ１１及びＶ２１が開状態に制御される。
【００３１】
このため、所定流量の空気が冷却ゾーンＣ１のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎに供給されると共に、所定流量例えば空気流量の７０〜２００倍（重量比）の冷却水が冷却ゾーンＣ１のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎに供給されて、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから粒径が１２０μ以下で、排ガスと接触して短時間で全て蒸発する粒径１２０μｍ以下のスプレー水が排ガスに向けて噴霧される。これによって、スプレー水が排ガスで蒸発する際の気化熱で排ガス温度が低下され、希釈冷風ダクト８の前側の排ガス温度Ｔ２が例えば２５０℃以下に制御される。
【００３２】
この状態では希釈冷風ダクト８の前側の排ガス温度Ｔ２が２５０℃前後に上昇するので、この排ガス温度Ｔ２に基づいて図３の処理におけるステップＳ８で希釈冷風量Ｌｃが算出され、算出された希釈冷風量Ｌｃに基づいて電動ダンパ９の開度θが算出され（ステップＳ９）、この開度θが電動ダンパ９に出力される（ステップＳ１０）。このため、希釈冷風ダクト８から希釈冷風が直引きファン６の手前側の空冷ダクト５ａに供給されることにより、直引きファン６の出側の排ガス温度が例えば露点より十分に高い１５０℃前後に制御される。
【００３３】
なお、排ガス冷却制御処理としては図３の処理に限らず、図３におけるステップＳ５でスプレー水噴霧流量Ｌｗ及び希釈冷風量Ｌｃを算出し、ステップＳ６及びＳ７の処理とステップＳ９及びＳ１０の処理とを並列に行うようにしてもよい。
また、図３の処理では、排ガス温度Ｔ２を２５０℃を判断基準とする制御を行っているが、濾布の耐熱温度を２５０℃とした時、望ましくは２２０℃と低温側で制御して、制御ムラによる温度上昇を避けるようにすることが望ましい。
【００３４】
そして、冷却された排ガスが乾式集塵機７に供給されることにより、乾式集塵機７で集塵が行われる。このとき、排ガス温度が露点よりは高く濾布の耐熱温度よりは低く制御されることにより、濾布が濡れることや熱的損失ひいては発火することを確実に防止することができる。
その後、製鋼用電気炉１での精錬が終了すると、再度直引きダクト５内の排ガス温度が１５０℃前後に低下し、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１が低下して、ステップＳ５で算出されるスプレー水流量Ｌｗが１つの冷却ゾーンＣ１で噴霧するスプレー水流量未満となると、制御弁Ｖ１１及びＶ２４が閉状態に制御され、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１が２５０℃未満となるとステップＳ２からステップＳ３に移行して、制御弁Ｖ１１及びＶ２１の閉状態が維持され、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎには目詰まりを防止する少量の空気のみが供給される状態となると共に、希釈冷風ダクト８の電動ダンパ９が閉状態に制御される。
【００３５】
その後、製鋼用電気炉１で新たな精錬が開始されたときに、直引きダクト５に流入する排ガス温度が前回よりも高くなると、図３の処理において、ステップＳ２からステップＳ５に移行したときに算出されるスプレー水噴霧流量Ｌｗが多くなり、これに応じてステップＳ６で算出される冷却ゾーン数も多くなることから、ステップＳ７に移行して、算出された冷却ゾーン数に応じた数の制御弁Ｖ１１〜Ｖ１ｉ（ｉは２，３，４）及びＶ２１〜Ｖ２ｉが開状態に制御されて、各冷却ゾーンＣ１〜ＣｉのスプレーＳＰ１〜ＳＰｎから所定流量で全て蒸発可能な粒径１２０μｍ以下のスプレー水が排ガスに噴霧される。このため、排ガス温度が冷却ゾーン数に応じた冷却降下温度だけ低下されると共に、希釈冷風ダクト８から所定量の希釈冷風ダクトの上流側の排ガス温度Ｔ２に基づく風量の希釈冷風が供給されて、直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３が例えば２００℃前後に制御される。
【００３６】
このように、上記実施形態によると、燃焼塔４と直引きファン６との間に配設された直引きダクト５内で排ガスに対してスプレー水を噴霧することにより、排ガスを冷却するので、排ガスの冷却制御を正確に行うことができる。すなわち、燃焼塔４内で排ガスに対して完全に蒸発するスプレー水を噴霧した場合には、排ガス温度を１５００℃から１３００℃程度に２００℃程度冷却することが可能であるが、この燃焼塔４内で排ガス温度を２００℃程度低下させても、直引きダクト５内での排ガス温度の低下は僅かであり、冷却効率が低いものである。
【００３７】
これに対して、本実施形態のように直引きダクト５内で排ガスに対して完全に蒸発する粒径１２０μｍ以下のスプレー水を噴霧した場合には、燃焼塔４での冷却降下温度よりは冷却降下温度が低いものの排ガス温度を確実に低下させることができるので、排ガスの冷却効率を高めて、乾式集塵機７に供給する排ガス温度を許容温度範囲に正確に制御することができる。
【００３８】
しかも、直引きダクト５の排ガス温度が５００℃〜４００℃の領域にスプレー冷却機構１１を設けることにより、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水の粒径を１２０μｍ〜６０μ程度の比較的大きな粒径とすることができ、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎに供給する空気量及び冷却水量の制御が比較的容易であると共に、冷却効率が最もよく、排ガス温度の正確な制御を行うことができる。
【００３９】
さらに、スプレー冷却機構１１によって、排ガス温度を正確に低下させることができるので、希釈冷風ダクト８から供給する希釈冷風の風量を従来の例えば１３００Ｎｍ3／ｍｉｎから３００〜４００Ｎｍ3／ｍｉｎ程度に減少させることができ、このため、直引きファン６の吸引力に対する製鋼用電気炉１からの排ガスの吸引量の比率を高めることができ、直引きダクト５の流速が速くなって圧損が増えることになるが、製鋼用電気炉１からの排ガスの吸引量を例えば１０００Ｎｍ3／ｍｉｎから１５００Ｎｍ3／ｍｉｎに大幅に増加させることができ、製鋼用電気炉１からの排ガス吸引効率を大幅に上昇させることができる。
【００４０】
また、直引きダクト５にスプレー冷却機構１１を設置するだけでよいので、冷却塔等の大型設備を必要とせず、簡易小型な構成で排ガスを高精度で冷却することができる。
なお、上記実施形態においては、スプレー冷却機構１１を直引きダクト５の排ガス温度が４００℃〜５００℃の領域にスプレー冷却機構１１を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、直引きダクト５の排ガス温度が８００℃〜３００℃の領域にスプレー冷却機構１１を配置しても冷却効果が多少低下するが上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。ここで、直引きダクト５の排ガス温度が８００℃を超える領域にスプレー冷却機構１１を設けた場合には、排ガス温度の冷却降下温度を大きくすることができるものの、直引きファン６の出側における排ガス温度の制御精度が悪化してしまい、直引きダクト５の排ガス温度が３００℃未満の領域にスプレー冷却機構１１を設けた場合には、冷却降下温度の幅が狭くなり、直引きファン６の出側における排ガス温度の制御精度が悪化すると共に、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水の粒径を例えば２０μｍ以下に制御する必要があり、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎの製造が困難となると共に、空気量及び冷却水量の制御精度も高める必要があり、実用化が困難となる。
【００４１】
また、上記実施形態においては、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１に基づいて冷却ゾーン数を決定するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に配置したスプレーの総数から噴霧するスプレー数をスプレー水噴霧流量Ｌｗから決定するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、排ガス冷却制御装置３０で実行する排ガス冷却制御処理が、図３に示すように、冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に対する制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４の制御の次に希釈空気量の制御を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、前述した図３におけるステップＳ４、Ｓ９及びＳ１０を省略して冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に対するスプレー水の供給制御のみを行うスプレー水供給制御処理と、図６に示すように、前述した図３におけるステップＳ３、Ｓ５〜Ｓ７を省略した希釈冷風制御処理とを分けて実行するようにしてもよい。
【００４２】
さらに、上記実施形態においては、排ガス温度Ｔ１に基づいて排ガスに対して噴霧するスプレー水流量を制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、排ガス温度Ｔ１に基づいてスプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水量やスプレー水粒径を制御するようにしてもよい。
さらにまた、上記実施形態においては、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度に基づいてスプレー冷却機構１１をフィードフォワード制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、希釈冷風ダクト８の上流側の排ガス温度Ｔ２や直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３に基づいてフィードバック制御するようにしてもよく、フィードフォワード制御とフィードバック制御との双方を行うようにしてもよい。
【００４３】
なおさらに、上記実施形態においては、希釈冷風ダクト８から供給する希釈冷風量を制御する場合について説明したが、排ガス温度Ｔ１に対するスプレー冷却機構１１での冷却状態から希釈冷風量を設定したり、希釈冷風量を一定量に制御したりするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る電気炉排ガス処理装置を示す概略構成図である。
【図２】スプレー冷却機構を示す構成図である。
【図３】排ガス冷却制御装置３０で実行する排ガス冷却処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の動作の説明に供する排ガス温度変化とスプレー水量との関係を示すタイムチャートである。
【図５】排ガス冷却制御装置で実行するスプレー水供給制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】排ガス冷却制御装置で実行する希釈冷風制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…製鋼用電気炉、４…燃焼塔、５…直引きダクト、５ｗ…水冷ダクト、５ａ…空冷ダクト、６…直引きファン、７…乾式集塵機、１１…スプレー冷却機構、１２…コンプレッサ、１３…レシーバタンク、２１〜２３…温度計、３０…排ガス冷却制御装置、Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４…制御弁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スクラップあるいはスクラップと溶銑などを併用して溶解・精錬して鉄鋼を製造するための製鋼用電気炉設備の操業において、電気炉から発生する高温の排ガスを冷却し清浄化処理する電気炉の排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、製鋼用電気炉で鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを加熱溶解し、得られた溶湯を精錬する工程で発生する高温の排ガスは、電気炉内から吸引排出され、電気炉に付帯した水冷式燃焼塔に導いて一旦燃焼させた後、排ガスを、水冷ダクト部を含む直引きダクトを経由して冷却し、集塵機に導き集塵した後、大気中に排出している。
前記電気炉で発生する排ガス温度は１５００℃にも達し、かつ排ガス中のＣＯを燃焼塔で燃焼させて除去するので、燃焼塔は水冷式とされ、また、燃焼塔以降の排ガスを導く直引きダクトは、高温排ガスが通過すること、及び、高温排ガスを冷却するために水冷ダクトが採用され、排ガスが水冷ダクトを経由する間に、集塵機での適正集塵温度になるように前記排ガスは水冷ダクトにより間接冷却されるようになっている。集塵機は一般的にはバグフィルタで構成される乾式集塵機が採用され、前記適正集塵温度は濾布の耐熱温度である２５０℃以下となるように水冷ダクト長さが定められ設計されている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来から、排ガス燃焼塔から集塵機まで延びる排ガスの冷却ダクトは、排ガス冷却のため長い延長距離を必要としており、その保守ならびに設備費用削減のため、排ガス冷却に関してさまざまな提案がなされている。
例えば、特許文献２では、製鋼用電気炉の操業過程で前記電気炉から発生する高温の排ガスを、水冷ダクトで間接冷却し、散水式スプレー冷却塔に導きスプレー水で直接冷却し、こうして冷却された前記排ガスに、建屋集塵ガスを合流させて冷却した後、集塵機に導き、前記集塵機で前記排ガスを清浄化処理した後に排出する排ガス処理方法が提案されている。また、特許文献３では、電気炉排ガスの燃焼塔に排ガスを送給して燃焼した後、燃焼廃ガスをスクラップ予熱ラインに送給した後に排ガスをガスクーラーで冷却すること、燃焼塔よりスクラップ予熱ラインに至る上記直引ラインとは別途に燃焼塔より水冷バイパス（水冷ダクト）を設け、かつ、上記の水冷バイパスと建屋集塵フードから延びるフードラインを合流させた合流ラインとし、この合流ラインを途中で分岐せしめてその一方を上記ガスクーラーからのラインに合流する分岐ラインとする集塵システムとして電気炉の排ガス処理方法が提案されている。
【０００４】
さらに、特許文献４では、水冷ダクトで冷却した排ガスを、水スプレー冷却塔に導き、さらに冷却を行なう電気炉の排ガス処理方法が提案されている。
さらにまた、燃焼塔を出た排ガスを冷却する冷却装置を新たに設ける提案として、特許文献５、６及び７に、燃焼塔下流に排ガス冷却塔を配置して、排ガスを散水冷却する電気炉の排ガス処理方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３８６７３０４号公報
【特許文献２】特開平１１−１１４３６１号公報
【特許文献３】特開平０８−２１０７８６号公報
【特許文献４】特開平１１−１７９１３０号公報
【特許文献５】特開２００３−２６０３３５号公報
【特許文献６】特開２００２−５５８０号公報
【特許文献７】特開平１１−１４０５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載された従来の電気炉の排ガス処理方法では、散水式スプレー冷却塔に導きスプレー水で直接冷却し、こうして冷却された前記排ガス中には湿分が多く残存し結露しやすく、湿分除去のためには散水式スプレー冷却塔が大掛かりな設備となるほか、温度調整のために合流される建屋集塵ガスによる集塵風量の大幅な増加を招き排ガス処理自体困難となる問題を生じ、実現されたものはない。
【０００６】
また、特許文献３に記載された従来の電気炉の排ガス処理方法も同様であって、ガスクーラー自体が大掛かりな設備となるほか、建屋集塵ガスを合流させるため特許文献２に記載された従来例と同様に集塵風量の大幅な増加を招き排ガス処理自体困難となる問題を生じる。
また、特許文献４では、水冷ダクトで冷却した排ガスを、水スプレー冷却塔に導き、さらに冷却を行なう電気炉の排ガス処理方法が提案されているが、特許文献２、３で記載したように水スプレー冷却塔自体が水冷ダクトによる冷却に対し大掛かりな大規模設備となって利点は少ない。
【０００７】
さらにまた、特許文献５〜７において提案される、燃焼塔下流に排ガス冷却塔を配置する例、すなわち燃焼塔を出た排ガスを冷却する冷却装置を新たに設ける提案では、操業中の電気炉から吸引排気される高温排ガスを燃焼した後に加えられる排ガス冷却であり、冷却塔能力は非常に高いものが要求され大規模装置にならざるを得ないという問題がある。
そこで、本発明は上記従来例の問題点に着目してなされたものであり、簡易な構成で電気炉から発生する高温の排ガスを高精度で冷却することができる電気炉の排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る電気炉の排ガス処理方法は、電気炉から発生する高温の排ガスを付帯して設置した燃焼室に導いて燃焼させ、次いで排ガスを直引きダクトを経由して集塵機に供給し、集塵後排出するようにした電気炉の排ガス処理方法において、前記直引きダクト内の排ガスに、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を噴霧して冷却するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る電気炉の排ガス処理方法は、請求項１に係る発明において、前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域で噴霧するようにしたことを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電気炉の排ガス処理方法は、請求項１に係る発明において、前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域で噴霧するようしたことを特徴としている。
【００１０】
さらにまた、請求項４に係る排ガス処理方法は、請求項１乃至３の何れか１つの発明において、前記スプレー水を、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスに噴射することを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る電気炉の排ガス処理方法は、請求項１乃至４の何れか１つに係る発明において、前記スプレー水の粒径及び流量の少なくとも一方を前記集塵機の入側排ガス温度が当該集塵機の許容温度範囲内となるように制御するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に係る電気炉の排ガス処理装置は、電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、前記直引きダクト内に、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構を配設したことを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項７に係る電気炉の排ガス処理装置は、電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、前記直引きダクト内に配設した蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構と、前記集塵機の入側に配設した排ガス温度検出手段と、該排ガス温度検出手段で検出した排ガス温度に応じて前記スプレー冷却機構で噴霧するスプレー流量及び粒径の少なくとも一方を制御するスプレー水制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
さらにまた、請求項８に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６又は７に係る発明において、前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項９に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６又は７に係る発明において、前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項１０に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６乃至９の何れか１つに係る発明において、前記スプレー冷却機構は、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスにスプレー水を噴射するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項１１に係る電気炉の排ガス処理装置は、請求項６乃至１０の何れか１つに係る発明において、前記直引きダクトは前記燃焼室側の水冷ダクト部と、前記集塵機側の空冷ダクト部とで構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電気炉から排出される排ガスを燃焼室で燃焼させて、ＣＯを除去した状態で直引きダクトを介して集塵機に供給するが、直引きダクト内で排ガスに対して粒径１２０μｍ以下のスプレー水を噴霧して冷却することにより、スプレー冷却塔などの大型の冷却設備を設けることなく、排ガスを集塵機の許容温度以下に効果的に冷却することができるという効果が得られる。このため、集塵機の入側に供給する温度調節用の冷風の風量を減少させることが可能となり、電気炉から排出される排ガス処理量を向上させることができる。
【００１６】
ここで、直引きダクト内で排ガスに噴霧するスプレー水の流量及び粒径の少なくとも一方を集塵機入側の排ガス温度に基づいて制御することにより、集塵機に供給される排ガス温度を集塵機内に配設された濾布の耐熱温度以下に正確に制御することができる。
さらに、粒径１２０μｍ以下のスプレー水を使用するため、排ガス中でスプレー水が完全蒸発することになり、ダクト内の水の付着や集塵機の濾布が湿ったり、濡れたりすることがなく、スプレー水使用に伴うダスト付着や、集塵効果の低下の問題も生じない。
【００１７】
また、直引きダクト内で排ガスに噴霧するスプレー水は、排ガス温度が８００℃〜３００℃の範囲の領域好ましくは５００℃〜４００℃の範囲の領域で噴霧することにより、排ガスを効率良く冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電気炉の排ガス処理装置を示す概略構成図である。図中、1は製鋼用電気炉であって、鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを加熱溶解して精錬し、この際に高温の排ガスが発生する。
この製鋼用電気炉１で発生した高温の排ガスは、炉蓋エルボ２から摺動管３を通って燃焼塔４の燃焼室に吸引される。このとき、炉蓋エルボ２から排出される排ガスに摺動管３で外気を、排ガスとの混合比率が例えば排ガス７０％、外気３０％となるように吸引して両者を混合して１５００℃程度の高温で燃焼塔４に吸引される。
【００１９】
燃焼塔４では、吸引した排ガスを燃焼させて排ガス中の例えばＣＯやＨ2等の未燃ガス成分を燃焼させる。この燃焼塔４の排ガス出口には比較的長距離（９０ｍ以上）の直引きダクト５を介して直引きファン６が接続され、この直引きファン６の出側がバグフィルタで構成される乾式集塵機７に接続されている。
ここで、直引きダクト５は、燃焼塔４側が水冷ダクト５ｗとされ、直引きファン６側が空冷ダクト５ａとされ、空冷ダクト５ａの直引きファン６の入側に例えば６０℃の建屋集塵ガスを供給する希釈冷風ダクト８が接続されている。この希釈冷風ダクト８の空冷ダクト５ａとの接続部に電動ダンパ９が配設されている。この直引きダクト５では、燃焼塔４から排気される例えば８００℃の排ガスを乾式集塵機７の濾布の耐熱温度である２５０℃以下まで低下させる必要がある。このために、直引きダクト５内の排ガス温度が８００℃〜３００℃の範囲好ましくは５００℃〜４００℃の範囲となる水冷ダクト５ｗの後半側に、内部の排ガスに粒径が１２０μｍ以下で排ガスに接触することにより全て蒸発するスプレー水を供給するスプレー冷却機構１１が設けられている。
【００２０】
このスプレー冷却機構１１は、図２に示すように、例えば水冷ダクト５ｗを排ガスの流通経路に沿って例えば４つの冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に分け、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４には水冷ダクト５ｗ内に複数Ｎ個のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎが噴霧するスプレー水が水冷ダクト５ｗの内壁に達することなく排ガスのみに噴霧されるように配設されている。
各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎにはコンプレッサ１２から供給される圧縮空気をレシーバタンク１３に蓄積し、このレシーバタンク１３に蓄積された圧縮空気を各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４毎に設けられた流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４を介して供給されると共に、冷却水が同様に各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４毎に設けられた流量計ＦＡ２１〜ＦＡ２４を介して空気流路に対して直交する方向から供給される。流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４及びＦＡ２１〜ＦＡ２４を調節することにより、粒径が１２０μｍ以下で排気ガスに接触したときに全て蒸発するスプレー水を各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧する。
【００２１】
ここで、レシーバタンク１３と流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４との間には、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４が介挿されたメイン流路ＬＭ１〜ＬＭ４と、制御弁Ｖ１〜Ｖ４をバイパスして比較的小流量の圧縮空気を供給するバイパス流路ＬＢ１〜ＬＢ４とが設けられている。また、冷却水供給口と流量計ＦＡ２１〜ＦＡ２４との間には、制御弁Ｖ２１〜Ｖ２４が介挿されている。
【００２２】
ここで、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水の粒径を１２０μｍ以下と設定した理由は、スプレー水の粒径が１２０μｍを超えるとスプレー水が排ガスに接触したときに完全に蒸発せず、排ガス中に水分が含まれた状態で、乾式集塵機７に供給されることになり、濾布を濡らして集塵効率を低下させてしまうことになり、スプレー水の粒度を１２０μｍ以下とすることにより、排ガスに接触したときにスプレー水が完全に蒸発して、排ガスに水分が含まれることがなくなる。
【００２３】
また、冷却ゾーンＣ１の入側における排ガス温度Ｔ１を温度計２１で検出すると共に、希釈空気ダクト８の前側の排ガス温度Ｔ２を温度計２２で検出し、さらに直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３を温度計２３で検出する。
そして、各温度計２１〜２３で検出した排ガス温度Ｔ１〜Ｔ３がスプレー水制御手段としての排ガス冷却制御装置３０に入力され、この排ガス冷却制御装置３０で各部の排ガス温度Ｔ１〜Ｔ３に基づいてスプレー冷却機構１１の各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４におけるスプレーＳＰ１〜ＳＰｎのスプレー水を噴霧するスプレー本数を制御すると共に、希釈冷風ダクト８から空冷ダクト５ａに供給する希釈冷風の流量を制御する電動ダンパ９の開度を制御する。
【００２４】
すなわち、排ガス冷却制御装置３０では、図３に示す冷却制御処理を実行する。この冷却制御処理では、先ず、ステップＳ１で各温度計２１〜２３で検出した排ガス温度Ｔ１〜Ｔ３を読込み、次いでステップＳ２に移行して、排ガス温度Ｔ１が２５０℃未満であるか否かを判定し、Ｔ１＜２５０℃であるときにはステップＳ３に移行して、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２１〜Ｖ２４を閉状態に制御し、次いでステップＳ４に移行して、電動ダンパ９を閉状態に制御してから前記ステップＳ１に戻る。なお、２５０℃を判断基準としているのは、集塵機７の濾布の耐熱温度が本例では２５０℃であるためであり、濾布耐熱温度を超えない温度に設定すればよい。
【００２５】
一方、ステップＳ２の判定結果が、Ｔ１≧２５０℃であるときにはステップＳ５に移行し、冷却ゾーンＣ１の入側温度Ｔ１に基づいて排ガスに対するスプレー水噴霧流量を算出してからステップＳ６に移行する。
このステップＳ６では、算出したスプレー水噴霧流量に基づいてスプレーＳＰ１〜ＳＰｎからスプレー水を噴霧する冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４数を算出し、次いでステップＳ７に移行して、算出されたスプレー水を噴霧する冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４数に応じて、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に噴霧水を供給する制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２４を開閉制御してからステップＳ８に移行する。
【００２６】
このステップＳ８では、希釈冷風ダクト８の前側における排ガス温度Ｔ２及び直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３に基づいて直引きファン６の出側における排ガス温度が乾式集塵機７の濾布の耐熱温度である２５０℃以下で露点温度より高い所定値例えば１５０℃の温度範囲となるように希釈冷風流量を算出し、次いでステップＳ９に移行して、算出した希釈冷風流量に基づいて電動ダンパ９の開度θを算出し、次いでステップＳ１０に移行して、算出した電動ダンパの開度θを電動ダンパ９に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
【００２７】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、製鋼用電気炉１で、鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを加熱溶解する精錬が終了して次の精錬を開始する直前であるものとすると、この状態では、図４に示すように、直引きダクト５の燃焼塔４に直結された水冷ダクト５ｗの排ガス温度Ｔ０は図４で太い実線で示すように１５０℃程度に低下しており、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔも図４で太い破線で示すように１５０℃程度に低下し、希釈冷風ダクト８の接続前における排ガス温度Ｔ２も図４で細い実線で示すように１５０℃程度に低下し、直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３も図４で細い破線で示すように１５０℃程度に低下し、希釈冷風温度Ｔ４は図４で細い破線で示すように略６０℃を維持している。
【００２８】
この状態では、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ２が１５０℃程度であるので、排ガス冷却制御装置３０で、スプレー水の噴霧が必要ないものと判断してステップＳ２からステップＳ３に移行して、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２４を閉状態に制御し、次いでステップＳ４に移行して電動ダンパ９を閉制御する。
このとき、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎには、レシーバタンク１３からの圧縮空気がバイパス流路ＬＢ１〜ＬＢ４及び流量計ＦＡ１１〜ＦＡ１４を介して少量の圧縮空気が供給されて、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎの目詰まりを防止している。
【００２９】
この状態で、製鋼用電気炉１に、鉄スクラップあるいは鉄スクラップと溶銑などを投入して精錬を開始すると、これに応じて燃焼塔４に直結された水冷ダクト５ｗの出側の排ガス温度Ｔ０が上昇すると共に、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１も上昇し、この排ガス温度Ｔ１が２５０℃以上となると、排ガス冷却制御装置３０の図３に示す排ガス冷却処理で、ステップＳ２からステップＳ５に移行して、排ガス温度Ｔ１に基づいてスプレー水量Ｌｗを算出する。
【００３０】
このとき、排ガス温度Ｔ１が２５０℃を超えたばかりであるときには、算出されるスプレー水流量Ｌｗも小さい値となるため、ステップＳ６でスプレー水を噴霧する冷却ゾーン数を算出したときに、冷却ゾーン数が“０”となり、制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４及びＶ２１〜Ｖ２４は閉状態を維持する。
ところが、冷却ゾーンＣ１の排ガス温度Ｔ１がさらに上昇して、ステップＳ５で算出されるスプレー水噴霧流量Ｌｗが１つの冷却ゾーンから冷却水をスプレーする流量に達すると、先ず、先頭の冷却ゾーンＣ１が選択されて、これに対する制御弁Ｖ１１及びＶ２１が開状態に制御される。
【００３１】
このため、所定流量の空気が冷却ゾーンＣ１のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎに供給されると共に、所定流量例えば空気流量の７０〜２００倍（重量比）の冷却水が冷却ゾーンＣ１のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎに供給されて、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから粒径が１２０μ以下で、排ガスと接触して短時間で全て蒸発する粒径１２０μｍ以下のスプレー水が排ガスに向けて噴霧される。これによって、スプレー水が排ガスで蒸発する際の気化熱で排ガス温度が低下され、希釈冷風ダクト８の前側の排ガス温度Ｔ２が例えば２５０℃以下に制御される。
【００３２】
この状態では希釈冷風ダクト８の前側の排ガス温度Ｔ２が２５０℃前後に上昇するので、この排ガス温度Ｔ２に基づいて図３の処理におけるステップＳ８で希釈冷風量Ｌｃが算出され、算出された希釈冷風量Ｌｃに基づいて電動ダンパ９の開度θが算出され（ステップＳ９）、この開度θが電動ダンパ９に出力される（ステップＳ１０）。このため、希釈冷風ダクト８から希釈冷風が直引きファン６の手前側の空冷ダクト５ａに供給されることにより、直引きファン６の出側の排ガス温度が例えば露点より十分に高い１５０℃前後に制御される。
【００３３】
なお、排ガス冷却制御処理としては図３の処理に限らず、図３におけるステップＳ５でスプレー水噴霧流量Ｌｗ及び希釈冷風量Ｌｃを算出し、ステップＳ６及びＳ７の処理とステップＳ９及びＳ１０の処理とを並列に行うようにしてもよい。
また、図３の処理では、排ガス温度Ｔ２を２５０℃を判断基準とする制御を行っているが、濾布の耐熱温度を２５０℃とした時、望ましくは２２０℃と低温側で制御して、制御ムラによる温度上昇を避けるようにすることが望ましい。
【００３４】
そして、冷却された排ガスが乾式集塵機７に供給されることにより、乾式集塵機７で集塵が行われる。このとき、排ガス温度が露点よりは高く濾布の耐熱温度よりは低く制御されることにより、濾布が濡れることや熱的損失ひいては発火することを確実に防止することができる。
その後、製鋼用電気炉１での精錬が終了すると、再度直引きダクト５内の排ガス温度が１５０℃前後に低下し、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１が低下して、ステップＳ５で算出されるスプレー水流量Ｌｗが１つの冷却ゾーンＣ１で噴霧するスプレー水流量未満となると、制御弁Ｖ１１及びＶ２４が閉状態に制御され、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１が２５０℃未満となるとステップＳ２からステップＳ３に移行して、制御弁Ｖ１１及びＶ２１の閉状態が維持され、各冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４のスプレーＳＰ１〜ＳＰｎには目詰まりを防止する少量の空気のみが供給される状態となると共に、希釈冷風ダクト８の電動ダンパ９が閉状態に制御される。
【００３５】
その後、製鋼用電気炉１で新たな精錬が開始されたときに、直引きダクト５に流入する排ガス温度が前回よりも高くなると、図３の処理において、ステップＳ２からステップＳ５に移行したときに算出されるスプレー水噴霧流量Ｌｗが多くなり、これに応じてステップＳ６で算出される冷却ゾーン数も多くなることから、ステップＳ７に移行して、算出された冷却ゾーン数に応じた数の制御弁Ｖ１１〜Ｖ１ｉ（ｉは２，３，４）及びＶ２１〜Ｖ２ｉが開状態に制御されて、各冷却ゾーンＣ１〜ＣｉのスプレーＳＰ１〜ＳＰｎから所定流量で全て蒸発可能な粒径１２０μｍ以下のスプレー水が排ガスに噴霧される。このため、排ガス温度が冷却ゾーン数に応じた冷却降下温度だけ低下されると共に、希釈冷風ダクト８から所定量の希釈冷風ダクトの上流側の排ガス温度Ｔ２に基づく風量の希釈冷風が供給されて、直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３が例えば２００℃前後に制御される。
【００３６】
このように、上記実施形態によると、燃焼塔４と直引きファン６との間に配設された直引きダクト５内で排ガスに対してスプレー水を噴霧することにより、排ガスを冷却するので、排ガスの冷却制御を正確に行うことができる。すなわち、燃焼塔４内で排ガスに対して完全に蒸発するスプレー水を噴霧した場合には、排ガス温度を１５００℃から１３００℃程度に２００℃程度冷却することが可能であるが、この燃焼塔４内で排ガス温度を２００℃程度低下させても、直引きダクト５内での排ガス温度の低下は僅かであり、冷却効率が低いものである。
【００３７】
これに対して、本実施形態のように直引きダクト５内で排ガスに対して完全に蒸発する粒径１２０μｍ以下のスプレー水を噴霧した場合には、燃焼塔４での冷却降下温度よりは冷却降下温度が低いものの排ガス温度を確実に低下させることができるので、排ガスの冷却効率を高めて、乾式集塵機７に供給する排ガス温度を許容温度範囲に正確に制御することができる。
【００３８】
しかも、直引きダクト５の排ガス温度が５００℃〜４００℃の領域にスプレー冷却機構１１を設けることにより、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水の粒径を１２０μｍ〜６０μ程度の比較的大きな粒径とすることができ、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎに供給する空気量及び冷却水量の制御が比較的容易であると共に、冷却効率が最もよく、排ガス温度の正確な制御を行うことができる。
【００３９】
さらに、スプレー冷却機構１１によって、排ガス温度を正確に低下させることができるので、希釈冷風ダクト８から供給する希釈冷風の風量を従来の例えば１３００Ｎｍ3／ｍｉｎから３００〜４００Ｎｍ3／ｍｉｎ程度に減少させることができ、このため、直引きファン６の吸引力に対する製鋼用電気炉１からの排ガスの吸引量の比率を高めることができ、直引きダクト５の流速が速くなって圧損が増えることになるが、製鋼用電気炉１からの排ガスの吸引量を例えば１０００Ｎｍ3／ｍｉｎから１５００Ｎｍ3／ｍｉｎに大幅に増加させることができ、製鋼用電気炉１からの排ガス吸引効率を大幅に上昇させることができる。
【００４０】
また、直引きダクト５にスプレー冷却機構１１を設置するだけでよいので、冷却塔等の大型設備を必要とせず、簡易小型な構成で排ガスを高精度で冷却することができる。
なお、上記実施形態においては、スプレー冷却機構１１を直引きダクト５の排ガス温度が４００℃〜５００℃の領域にスプレー冷却機構１１を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、直引きダクト５の排ガス温度が８００℃〜３００℃の領域にスプレー冷却機構１１を配置しても冷却効果が多少低下するが上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。ここで、直引きダクト５の排ガス温度が８００℃を超える領域にスプレー冷却機構１１を設けた場合には、排ガス温度の冷却降下温度を大きくすることができるものの、直引きファン６の出側における排ガス温度の制御精度が悪化してしまい、直引きダクト５の排ガス温度が３００℃未満の領域にスプレー冷却機構１１を設けた場合には、冷却降下温度の幅が狭くなり、直引きファン６の出側における排ガス温度の制御精度が悪化すると共に、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水の粒径を例えば２０μｍ以下に制御する必要があり、スプレーＳＰ１〜ＳＰｎの製造が困難となると共に、空気量及び冷却水量の制御精度も高める必要があり、実用化が困難となる。
【００４１】
また、上記実施形態においては、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度Ｔ１に基づいて冷却ゾーン数を決定するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に配置したスプレーの総数から噴霧するスプレー数をスプレー水噴霧流量Ｌｗから決定するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、排ガス冷却制御装置３０で実行する排ガス冷却制御処理が、図３に示すように、冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に対する制御弁Ｖ１１〜Ｖ１４の制御の次に希釈空気量の制御を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、前述した図３におけるステップＳ４、Ｓ９及びＳ１０を省略して冷却ゾーンＣ１〜Ｃ４に対するスプレー水の供給制御のみを行うスプレー水供給制御処理と、図６に示すように、前述した図３におけるステップＳ３、Ｓ５〜Ｓ７を省略した希釈冷風制御処理とを分けて実行するようにしてもよい。
【００４２】
さらに、上記実施形態においては、排ガス温度Ｔ１に基づいて排ガスに対して噴霧するスプレー水流量を制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、排ガス温度Ｔ１に基づいてスプレーＳＰ１〜ＳＰｎから噴霧するスプレー水量やスプレー水粒径を制御するようにしてもよい。
さらにまた、上記実施形態においては、冷却ゾーンＣ１の入側の排ガス温度に基づいてスプレー冷却機構１１をフィードフォワード制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、希釈冷風ダクト８の上流側の排ガス温度Ｔ２や直引きファン６の出側における排ガス温度Ｔ３に基づいてフィードバック制御するようにしてもよく、フィードフォワード制御とフィードバック制御との双方を行うようにしてもよい。
【００４３】
なおさらに、上記実施形態においては、希釈冷風ダクト８から供給する希釈冷風量を制御する場合について説明したが、排ガス温度Ｔ１に対するスプレー冷却機構１１での冷却状態から希釈冷風量を設定したり、希釈冷風量を一定量に制御したりするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る電気炉排ガス処理装置を示す概略構成図である。
【図２】スプレー冷却機構を示す構成図である。
【図３】排ガス冷却制御装置３０で実行する排ガス冷却処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の動作の説明に供する排ガス温度変化とスプレー水量との関係を示すタイムチャートである。
【図５】排ガス冷却制御装置で実行するスプレー水供給制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】排ガス冷却制御装置で実行する希釈冷風制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…製鋼用電気炉、４…燃焼塔、５…直引きダクト、５ｗ…水冷ダクト、５ａ…空冷ダクト、６…直引きファン、７…乾式集塵機、１１…スプレー冷却機構、１２…コンプレッサ、１３…レシーバタンク、２１〜２３…温度計、３０…排ガス冷却制御装置、Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４…制御弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉から発生する高温の排ガスを付帯して設置した燃焼室に導いて燃焼させ、次いで排ガスを直引きダクトを経由して集塵機に供給し、集塵後排出するようにした電気炉の排ガス処理方法において、
前記直引きダクト内の排ガスに、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を噴霧して冷却するようにしたことを特徴とする電気炉の排ガス処理方法。
【請求項２】
前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域で噴霧するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域で噴霧するようしたことを特徴とする請求項１に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項４】
前記スプレー水を、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスに噴射することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項５】
前記スプレー水の粒径及び流量の少なくとも一方を前記集塵機の入側排ガス温度が当該集塵機の許容温度範囲内となるように制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項６】
電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、
前記直引きダクト内に、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構を配設したことを特徴とする電気炉の排ガス処理装置。
【請求項７】
電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、
前記直引きダクト内に配設した蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構と、前記集塵機の入側に配設した排ガス温度検出手段と、該排ガス温度検出手段で検出した排ガス温度に応じて前記スプレー冷却機構で噴霧するスプレー流量及び粒径の少なくとも一方を制御するスプレー水制御手段とを備えたことを特徴とする電気炉の排ガス処理装置。
【請求項８】
前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項９】
前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項１０】
前記スプレー冷却機構は、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスにスプレー水を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項１１】
前記直引きダクトは前記燃焼室側の水冷ダクト部と、前記集塵機側の空冷ダクト部とで構成されていることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項１】
電気炉から発生する高温の排ガスを付帯して設置した燃焼室に導いて燃焼させ、次いで排ガスを直引きダクトを経由して集塵機に供給し、集塵後排出するようにした電気炉の排ガス処理方法において、
前記直引きダクト内の排ガスに、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を噴霧して冷却するようにしたことを特徴とする電気炉の排ガス処理方法。
【請求項２】
前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域で噴霧するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記スプレー水を、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域で噴霧するようしたことを特徴とする請求項１に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項４】
前記スプレー水を、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスに噴射することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項５】
前記スプレー水の粒径及び流量の少なくとも一方を前記集塵機の入側排ガス温度が当該集塵機の許容温度範囲内となるように制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理方法。
【請求項６】
電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、
前記直引きダクト内に、蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構を配設したことを特徴とする電気炉の排ガス処理装置。
【請求項７】
電気炉から発生する高温の排ガスを燃焼させる燃焼室と、該燃焼室の排気側に一端が直結された直引きダクトと、該直引きダクトの他端側に接続された集塵機とを備えた電気炉の排ガス処理装置において、
前記直引きダクト内に配設した蒸発可能な１２０μｍ以下の粒径のスプレー水を排ガスに噴霧して冷却するスプレー冷却機構と、前記集塵機の入側に配設した排ガス温度検出手段と、該排ガス温度検出手段で検出した排ガス温度に応じて前記スプレー冷却機構で噴霧するスプレー流量及び粒径の少なくとも一方を制御するスプレー水制御手段とを備えたことを特徴とする電気炉の排ガス処理装置。
【請求項８】
前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が８００℃〜３００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項９】
前記スプレー噴霧機構は、前記直引きダクト内における前記排ガスの温度が５００℃〜４００℃の範囲となる領域に配設されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項１０】
前記スプレー冷却機構は、前記直引きダクトの複数領域で、複数の噴射ノズルから排ガスにスプレー水を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【請求項１１】
前記直引きダクトは前記燃焼室側の水冷ダクト部と、前記集塵機側の空冷ダクト部とで構成されていることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか１項に記載の電気炉の排ガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６２４０８（Ｐ２００９−１６２４０８Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４０６１１（Ｐ２００７−３４０６１１）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（５９４１９８６９５）ダイワスチール株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（５９４１９８６９５）ダイワスチール株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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