特許第6215782号(P6215782)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6215782
(24)【登録日】2017年9月29日
(45)【発行日】2017年10月18日
(54)【発明の名称】回転炉床炉の排ガス処理装置
(51)【国際特許分類】
   F28G 7/00 20060101AFI20171005BHJP
   C21B 13/10 20060101ALI20171005BHJP
   F27D 17/00 20060101ALI20171005BHJP
   F28F 27/00 20060101ALI20171005BHJP
【FI】
   F28G7/00 A
   C21B13/10
   F27D17/00 104D
   F28F27/00 511G
【請求項の数】3
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2014-128874(P2014-128874)
(22)【出願日】2014年6月24日
(65)【公開番号】特開2016-8756(P2016-8756A)
(43)【公開日】2016年1月18日
【審査請求日】2016年11月2日
(73)【特許権者】
【識別番号】306022513
【氏名又は名称】新日鉄住金エンジニアリング株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】390022873
【氏名又は名称】NSプラント設計株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001601
【氏名又は名称】特許業務法人英和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田邉 圭一
(72)【発明者】
【氏名】野田 悦郎
(72)【発明者】
【氏名】柴田 智明
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 雄一
(72)【発明者】
【氏名】倉田 紳一郎
(72)【発明者】
【氏名】菊田 淳平
(72)【発明者】
【氏名】江川 善雄
【審査官】 石黒 雄一
(56)【参考文献】
【文献】 特許第3637223(JP,B2)
【文献】 特開2003−90686(JP,A)
【文献】 実開昭52−92103(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F28G 7/00
C21B 13/10
F27D 17/00
F28F 27/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転炉床炉にて酸化鉄含有原料から還元鉄を製造するにあたり、該回転炉床炉から発生する排ガス中に、アルカリ金属塩及び亜鉛を主成分とする物質が含まれる場合において、処理流路の第一段階として、冷媒を流した冷却配管の表面を400℃以下になるような廃熱回収ボイラーを設置し、該冷却配管に2m/s以上28m/s以下の加速度の振動を4分間に1回以上の頻度で生じさせる配管振動発生装置を設置したことを特徴とする回転炉床炉の排ガス処理装置。
【請求項2】
上記配管振動発生装置は、上記冷却配管に振動を0.1分間に1回以下の頻度で生じさせることを特徴とする請求項1に記載の回転炉床炉の排ガス処理装置。
【請求項3】
上記配管振動発生装置は、上記冷却配管に振動を生じさせて、該冷却配管に付着する付着物の厚みを2mm以上10mm以下となるように設けることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転炉床炉の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する回転炉床炉から発生する排ガスの処理を行う回転炉床炉の排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する回転炉床炉の導入が進んでいる。この回転炉床炉は、酸化鉄含有原料を回転炉床上に敷き詰めてバーナーで高温加熱して還元鉄を製造する設備である。そして、酸化鉄含有原料から還元鉄を製造するにあたり回転炉床炉から発生する排ガスは、図1に示すような排ガス処理装置1により処理される。具体的に、排ガス処理装置1では、回転炉床炉2から排出された排ガスが先ず廃熱回収ボイラー3により廃熱回収されて冷却される。次いで、廃熱回収ボイラー3により廃熱回収された排ガスは、熱交換器4によりさらに廃熱回収されて冷却される。次いで、熱交換器4により廃熱回収された排ガスは、バグフィルター5により除塵される。次いで、バグフィルター5により除塵された排ガスは、吸込みファン6により引き込まれて、煙突7から外部に排出される。
【0003】
この際、回転炉床炉2から発生する排ガスは、原料から揮発した亜鉛やアルカリ金属や塩素等を含んでおり、これらの化合物が廃熱回収ボイラー3の冷却配管に固着閉塞する等の問題が生じていた。この問題を解決するために、特許文献1には、処理流路の第一段階として設置した廃熱回収ボイラーにおいて、冷媒を流した冷却配管の表面を400℃以下にすることで、冷却配管の表面に付着する物質が常に剥離しやすい状態で析出させることを特徴とする回転炉床炉が開示されている。また、特許文献2には、付着した物質の剥離手段として、冷却配管にハンマリング装置等の付着物除去装置を設置することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第3637223号公報
【特許文献2】特開平6−341790号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1には、廃熱回収ボイラーの冷却配管の表面に付着する物質を常に剥離しやすくするために冷却配管の表面温度を400℃以下とする温度条件が開示されているだけで、具体的な運転条件は開示されていなかった。そのため、剥離手段として付着物除去装置を設置しても、その剥離力や運転間隔が十分でない場合には、排ガスと接触する冷却配管の付着物の表面温度が400℃以下に維持できず、付着物が剥離しなくなる課題が生じていた。
【0006】
また、特許文献2のような付着物除去装置により付着物が常に冷却配管から剥離した状態を維持する場合、すなわち、付着物を冷却配管から完全に取り除いた場合には、回転炉床炉の内部にて排ガスの流れによって巻き上げられた原料や、原料から揮発し排ガス処理装置にて冷却されて固体となった亜鉛等の物質が冷却配管に直接衝突することで、冷却配管が磨耗するといった課題が生じていた。更に、付着物を冷却配管から完全に取り除いた場合には、燃焼ガスに含まれるSOx等が冷却配管に直接触れることで冷却配管が腐食するといった課題が生じていた。
【0007】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、回転炉床炉の排ガス処理装置として設置した廃熱回収ボイラーの冷却配管に付着した物質を適切に除去し、付着物が容易に剥離可能で、冷却配管の磨耗防止及び腐食防止を図ることが可能な回転炉床炉の排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る回転炉床炉の排ガス処理装置は、回転炉床炉にて酸化鉄含有原料から還元鉄を製造するにあたり、該回転炉床炉から発生する排ガス中に、アルカリ金属塩及び亜鉛を主成分とする物質が含まれる場合において、処理流路の第一段階として、冷媒を流した冷却配管の表面を400℃以下になるような廃熱回収ボイラーを設置し、該冷却配管に2m/s以上28m/s以下の加速度の振動を4分間に1回以上の頻度で生じさせる配管振動発生装置を設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、廃熱回収ボイラーの冷却配管の表面を400℃以下に設け、この冷却配管に配管振動発生装置により2m/s以上28m/s以下の加速度の振動を4分間に1回以上の頻度で付与することで、冷却配管に付着する付着物の厚みが2mm以上10mm以下となるように設けることができる。したがって、本発明によれば、冷却配管の付着物の表面を400℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができる。更に、本発明によれば、付着物を冷却配管から完全に取り除くのではなく、冷却配管の付着物の表面を400℃以下に維持することができる程度に付着物を冷却配管に意図的に残すことで、冷却配管が磨耗及び腐食することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】回転炉床炉の排ガス処理装置を示したブロック図である。
図2】廃熱回収ボイラーを示した側面図である。
図3】廃熱回収ボイラーを示した正面図である。
図4】回転炉床炉の排ガス処理装置の表面温度と排ガス温度との推移を示した図である。
図5】付着物の厚みと冷却配管への振動の加速度との関係を示したグラフである。
図6】付着物の厚みと冷却配管の付着物の表面温度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を適用した回転炉床炉の排ガス処理装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。
【0012】
図1に示すように、本発明を適用した回転炉床炉の排ガス処理装置(以下、単に排ガス処理装置という。)1は、主として鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する回転炉床炉2が還元鉄を製造するにあたり回転炉床炉2から発生する排ガスの廃熱を回収する廃熱回収ボイラー3を備えている。この廃熱回収ボイラー3は、内部に、図2及び図3に示すように、排ガスを冷却する冷却配管8と付着物除去装置としてそれを振動させる配管振動発生装置9とを有している。
【0013】
冷却配管8は、図2及び図3に示すように、廃熱回収ボイラー3の内部に複数個設けられ、それぞれその両端の配管を上方に延長し、上部でボイラー壁10に固定されている。また、冷却配管8は、配管連結材11で連結され、一枚の板状の形となっている。以下、これを配管パネルと呼ぶ。更に、この配管パネルは、配管連結材11を通るパネル連結材12によって複数枚が一体に連結されている。そして、廃熱回収ボイラー3は、排ガスが内部に設けられた冷却配管8と接触され、この冷却配管8の内部を流通する水と熱交換が行われることで、排ガスの廃熱を回収する。また、冷却配管8は、廃熱回収ボイラー3の内部にあるため、表面に排ガスに含まれる物質等が付着しやすい。このため、この配管パネルには、配管連結材11を通るパネル連結材12の延長上に、振動を与えて冷却配管8の表面に付着した付着物を除去する配管振動発生装置9が取り付けられている。この配管振動発生装置9は、例えば磁気ノッカーやエアーノッカー等で構成されている。
【0014】
ここで、廃熱回収ボイラー3の冷却配管8の付着物を剥離させるためには、付着物自身の付着力F1よりも剥離させる剥離力F2が上回ればよい(F1<F2)。剥離力F2は、F2=ma(m:付着物の質量、a:加速度)であらわされることから、加速度を変化させることで、適宜変更させることができる。
【0015】
ここでは、配管振動発生装置9は、冷却配管8に2m/s以上28m/s以下の加速度の振動を生じさせて付与する。配管振動発生装置9は、冷却配管8に2m/s以上の加速度の振動を付与することで、冷却配管8の付着物の厚さを10mm以下とすることができる。これにより、冷却配管8の付着物の表面を400℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができる。その一方で、配管振動発生装置9は、冷却配管8に28m/s以下の加速度の振動を付与することで、冷却配管8の付着物の厚さを2mm以上とすることができる。これにより、排ガス中の固体が冷却配管8に直接衝突することを防止できると共に、排ガス中のSOx等が冷却配管8に直接触れることを防止できる。
【0016】
また、冷却配管8には連続して物質が付着するため、冷却配管8に振動を付与する間隔を長時間あけると冷却配管8の付着物の付着量が増加し続け、剥離力F2よりも付着力F1が上回り、付着物が剥離しなくなる場合がある。そこで、配管振動発生装置9は、付着物の付着量が一定以下になるように振動の間隔を一定以上とすることで、付着力F1が剥離力F2を超えないように保ち、冷却配管8の付着物を連続的に剥離させるようにしている。具体的に、配管振動発生装置9は、冷却配管8の付着物を連続して剥離させるために、例えば振動を0.1分〜4分間に1回の頻度で生じさせる。配管振動発生装置9は、冷却配管8に振動を4分間に1回未満の頻度で生じさせると、付着物除去動作の間隔が長過ぎてその間に増加した付着物を除去し切れず増加し続けてしまう。その一方で、配管振動発生装置9は、冷却配管8に振動を0.1分間に1回を超えた頻度で生じさせると、冷却配管8への繰返し応力に対する寿命や配管振動発生装置9自体の寿命が問題となる。
【0017】
以上のような構成を有する排ガス処理装置1は、以下のようにして回転炉床炉2から発生した排ガスを処理する。
【0018】
先ず、図1に示すように、回転炉床炉2が、鉄鉱石や製鉄廃棄物等の酸化鉄含有原料を回転炉床上に敷き詰めてバーナーで高温加熱して、酸化鉄含有原料から還元鉄を製造する。次いで、排ガス処理装置1である廃熱回収ボイラー3が、冷却配管8の付着物の表面を400℃以下に維持しつつ、配管振動発生装置9により冷却配管8に2m/s以上28m/s以下の加速度の振動を0.1分〜4分間に1回の頻度で付与しながら、回転炉床炉2が還元鉄を製造するにあたり回転炉床炉2から発生した排ガスを冷却配管8に接触させて、冷却配管8の内部を流通する水と熱交換を行うことで、廃熱を回収して冷却する。次いで、熱交換器4が廃熱回収ボイラー3によって廃熱回収された排ガスをさらに廃熱回収して冷却し、バグフィルター5が熱交換器4によって冷却された排ガスを除塵して、吸込みファン6がバグフィルター5によって除塵された排ガスを引き込み、煙突7から外部に排出する。
【0019】
以上のようにして、排ガス処理装置1は、回転炉床炉2から発生した排ガスを処理する。
【0020】
以上のように、排ガス処理装置1は、廃熱回収ボイラー3の冷却配管8の付着物の表面を400℃以下に設け、この冷却配管8に配管振動発生装置9により2m/s以上28m/s以下の加速度の振動を4分間に1回以上の頻度で付与することで、冷却配管8の付着物の厚みが2mm以上10mm以下となるように設けることができる。
【0021】
したがって、排ガス処理装置1は、冷却配管8の付着物の厚みが10mm以下となるように設けることで、冷却配管8の付着物の表面を400℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができる。更に、排ガス処理装置1は、冷却配管8の付着物の厚みが2mm以上となるように設けて、付着物を冷却配管8から完全に取り除くのではなく、冷却配管8の付着物の表面を400℃以下に維持することができる程度に付着物を冷却配管8に意図的に残すことで、排ガス中の固体が冷却配管8に直接衝突することや、排ガス中のSOx等が冷却配管8に直接触れることを防止でき、冷却配管8が磨耗及び高温腐食することを防止できる。
【0022】
また、排ガス処理装置1は、冷却配管8に配管振動発生装置9により振動を4分間に1回以上の頻度で付与することで、付着物除去動作の間隔が長過ぎてその間に増加した付着物を除去し切れずに冷却配管8の付着物の付着量が増加することを防止でき、冷却配管8の付着物の付着量が一定以下にすることができる。更に、排ガス処理装置1は、冷却配管8に配管振動発生装置9により振動を0.1分間に1回以下の頻度で付与することで、冷却配管8や配管振動発生装置9の長寿命化を図ることができる。
【実施例】
【0023】
次に、以上のような構成を有する排ガス処理装置1において、廃熱回収ボイラー3の冷却配管8の表面に付着した付着物を適切に除去するための運転条件の確認を行った。具体的には、性状の異なる2種類のダストを原料として用い、図4に示すような操業条件にて排ガスの冷却配管8の表面を400℃以下に保ちつつ運転し、配管振動発生装置9を4分間に1回の間隔で動作させて種々の測定を行った。
【0024】
先ず、配管振動発生装置9により各種の加速度の振動を冷却配管8に付与した際の冷却配管8の付着物の厚みを測定し、その結果を図5に示す。更に、各原料に対してそれぞれ冷却配管8の付着物の成分分析結果を、付着物A、付着物Bとして表1に示す。本件出願人は、2種類の原料供給に対して、表1に示すように成分の異なる付着物が生じたが、図5から、それぞれ冷却配管8の振動の加速度を2m/s以上にすることで、冷却配管8の付着物の厚さを10mm以下に連続して保持できることが確認できた。
【0025】
【表1】
【0026】
次に、冷却配管8の付着物の各種の厚みに対する冷却配管8の付着物の表面温度を測定し、その結果を図6に示す。図6から明らかなように、冷却配管8の付着物の厚みが10mmの場合には、冷却配管8の付着物の表面温度が400℃となり、20mmの場合には、450℃となった。すなわち、冷却配管8の付着物の厚さが厚くなることに連れて、冷却配管8の付着物の表面温度が高くなり、10mmを超えると冷却配管8の付着物の表面温度が400℃を超えることが分かった。これにより、本件出願人は、冷却配管8の付着物の厚さを10mm以下とすることで、冷却配管8の付着物の表面温度を400℃以下に維持することができ、付着物を容易に剥離させることができることが確認できた。
【0027】
次に、原料Aにて操業した場合の冷却配管8の付着物の各種の厚みに対する摩耗及び高温腐食の有無を観察し、その観察結果を表2に示す。表2に示すように、この付着物が2mm以上付着している冷却配管8において、固体の衝突による摩耗やSOx等による高温腐食が共に生じていなかった。これにより、本件出願人は、冷却配管8に付着物を2mm以上付着させることで、冷却配管8の磨耗と高温腐食とが同時に防止できることが確認できた。更に、本件出願人は、図5から、冷却配管8の付着物の厚さを2mm以上とするためには、冷却配管8の振動の加速度を28m/s以下とすることが確認できた。
【0028】
【表2】
【0029】
次に、原料Aにて操業すると共に、冷却配管8の振動の加速度を2m/sにて運転した場合において、振動の各種の間隔に対する一間隔前後の冷却配管8の付着物の付着量を測定し、その結果を表3に示す。表3から明らかなように、振動の間隔が0.1〜4[分/間隔]の場合には、冷却配管8の付着物の付着量が一定となる。その一方で、振動の間隔が4[分/間隔]を超える場合には、付着物除去動作の間隔が長過ぎてその間に増加した付着物を除去し切れずに、冷却配管8の付着物の付着量が増加する。これにより、本件出願人は、表3から、振動の間隔を4分以下とすることで、冷却配管8の付着物の付着量を増加させずに、付着物を連続して剥離できることが確認できた。
【0030】
【表3】
【0031】
なお、排ガス処理装置1は、配管振動発生装置9を、パネル連結材12によって連結された複数の冷却配管8毎に2個ずつ取り付けることに限定されるものではなく、冷却配管8の大きさや太さ等に応じて、1個ずつ取り付けるようにしても良く、3個以上ずつ取り付けるようにしても良い。
【0032】
更に、排ガス処理装置1は、配管振動発生装置9を、パネル連結材12によって連結された複数の冷却配管8毎に少なくとも1個ずつ取り付けて、複数の冷却配管8にまとめて振動を付与することに限定されるものではなく、各冷却配管8に取り付けて、各冷却配管8に振動を付与するようにしても良い。
【符号の説明】
【0033】
1 回転炉床炉の排ガス処理装置、2 回転炉床炉、3 廃熱回収ボイラー、4 熱交換器、5 バグフィルター、6 吸込みファン、7 煙突、8 冷却配管、9 配管振動発生装置、10 ボイラー壁、11 配管連結材、12 パネル連結材
図1
図2
図3
図4
図5
図6