JP2006007015A - 高温炉の排ガス処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】電気炉から排出される排ガス中のダイオキシン類の濃度を従来にも増して低減することのできる電気炉の排ガス処理設備を提供する。
【解決手段】電気炉１０から排出される排ガスを浄化処理する排ガス処理設備において、排ガスを高温に加熱及び保持して有害なダイオキシン類を分解する分解処理室１８を設けるとともに、CaO及びSiO_２を供給し得る物質を含み且つCaO／SiO_２のモル比が１．５〜３．２の範囲内であって、排ガス中の塩素を固定化するCaO−SiO_２系固定化剤を分解処理室１８内若しくはその上流に供給する固定化剤供給装置３０を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明はアーク炉等の高温炉からの排ガスの処理設備、特にダイオキシン類を従来に増して低減することのできる処理設備に関する。

ダイオキシン類は、廃棄物の焼却過程等で非意図的に発生する化学物質であってその発生源は多岐に渡っている。
ダイオキシン類は、芳香族塩素化合物であるポリ塩化ジベンゾパラジオキシン（ＰＣＤＤｓ），ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦｓ）及びコプラナーＰＣＢの総称で、２２３種類の異性体を持つ化合物群であり、毒性が強く、その環境汚染は大きな問題である。

このダイオキシン類の発生は、産業廃棄物の焼却過程等において特に問題となっているが、製鋼工場のアーク炉等やダスト・スラグ溶融炉や焼却灰等廃棄物溶融炉等の高温炉においても発生し、その問題の解決が必要である。
ここでダスト・スラグ溶融炉とは、製鋼工場で発生する製鋼排出物としての製鋼ダストと還元スラグとを溶融処理する炉である。

製鋼ダストは電気炉等を用いた製鋼において発生するダストで、排ガス中から集塵捕集されたものである。
また還元スラグは電気炉等を用いた製鋼において、還元精錬の際に製鋼排出物として生じたスラグである。
ダスト・スラグ溶融炉は、これらを溶融処理して有用な資源に転化するもので、このダスト・スラグ溶融炉は例えば下記特許文献１に開示されている。

一方アーク炉等の電気炉（製鋼炉）においては、スクラップを原料として用いることから、そのスクラップ中に不可避的に含まれる塩素源や有機材等が炉の内部で分解した後、炉外で反応して排ガス中にダイオキシン類を生成せしめる。
またその製鋼ダストを高温処理する上記ダスト・スラグ溶融炉からの排ガス中にもまた、ダイオキシン類が含有される可能性がある。
従ってこれら電気炉やダスト・スラグ溶融炉或いはその他ダイオキシン類を発生させる高温炉を操業するに際して、排ガス中のダイオキシン類を可及的に低減することが求められる。

排ガス中のダイオキシン類を低減するための排ガス処理設備として、例えば下記特許文献２には電気炉にて発生した排ガスを下流側の分解処理室（保持室）に導入して、そこで８００℃以上に排ガスを加熱及び保持して芳香族塩素化合物（ダイオキシン類）を分解するようになしたものが開示されている。
この特許文献２に開示の排ガス処理設備では、分解処理室の下流に急冷室（ガスクーラ）を設け、分解処理室で分解したダイオキシン類の分解成分が再び化学結合してダイオキシン類を再生成させないようにしている。
しかしながらこのようにしてもダイオキシン類を排ガスから完全に取り除くことができず、たとえ規制値以下であったとしても最終的に排ガス中にある程度のダイオキシン類が含まれてしまう。

排ガス中のダイオキシン類を更に低減する手段として、排ガス中に含まれる塩素或いはダイオキシン類の加熱分解により生成した塩素を例えばCaCO_３やCa(OH)_２等のCa源と反応させてこれを捕捉するといったことも考えられるが、従来塩素の捕捉剤として用いられているこれらのものは高温に曝されるとせっかく捕捉したClを再び放出してしまう問題がある。
従って高温度の分解処理室でダイオキシン類の分解により生成した塩素をこのような捕捉剤によって捕捉し、ダイオキシン類の再生成を防ごうとしても実際にはこれを実現することは難しい。

特開平１１−６１２３２号公報 特開平６−１１７７８０号公報

本発明はこのような事情を背景とし、電気炉等の高温炉から排出される排ガス中のダイオキシン類の濃度を従来にも増して低減することのできる、高温炉の排ガス処理設備を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、高温炉から排出された排ガスを浄化処理する排ガス処理設備であって、前記排ガスの排出経路上に該排ガスを高温に加熱及び保持して有害なダイオキシン類を分解する分解処理室を設けるとともに、CaO及びSiO_２を供給し得る物質を含み且つCaO／SiO_２のモル比が１．５〜３．２の範囲内であって前記排ガス中の塩素を固定化するCaO−SiO_２系固定化剤を、前記排出経路中に且つ前記分解処理室の上流若しくは該分解処理室内に供給する固定化剤供給装置を設けたことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記高温炉がアーク炉等の電気炉であることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記分解処理室はバーナを燃焼させて排ガスを加熱し高温に保持するものであることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記分解処理室の下流に排ガスを急冷してダイオキシン類の再生成を防止する急冷室が設けてあることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、排ガスの排出経路上に、排ガスを高温に加熱及び保持して有害なダイオキシン類を分解する分解処理室（分解処理室は望ましくは７００〜９００℃の高温度に保持される）を設けるとともに、その分解処理室の上流若しくはその内部にCaO−SiO_２系固定化剤を供給する固定化剤供給装置を設けたものである。

本発明の排ガス処理設備では、高温炉から排出された排ガス中のダイオキシン類は、分解処理室内で高温に加熱及び保持されることによってそこで分解される。
この分解処理室でダイオキシン類の分解により発生した塩素或いはもともと排ガス中に含まれている塩素は、後において再びダイオキシン類を生成させることがあるが、本発明では分解処理室でこれら塩素がCaO−SiO_２系固定化剤によって良好に固定される。

而して固定された塩素は再び放出されることはなく、従って放出された塩素がダイオキシン類を再生成させてしまうといったことを防止できる。
従って本発明によれば、最終的な排ガス中のダイオキシン類濃度を従来に増して一層低減することが可能である。

本発明に用いられるCaO−SiO_２系固定化剤は、特開２０００−１４０５６５に提案されているもので、CaO及びSiO_２を供給し得る物質を含み且つCaO／SiO_２のモル比が１．５〜３．２の範囲内にあるものである。

ここでCaO−SiO_２系固定化剤は、以下の反応によって塩素を高効率で吸収し固定化する。
CaO／SiO_２のモル比が１．６７近傍の場合は、
(10CaO，6SiO_２)＋2HCl→9CaO・6SiO_２・CaCl_２＋H_２O・・・式（１）
CaO／SiO_２のモル比が２近傍の場合は、
(2CaO，SiO_２)＋2HCl→CaO・SiO_２・CaCl_２＋H_２O・・・式（２）
CaO／SiO_２のモル比が３近傍の場合は、
(3CaO，SiO_２)＋2HCl→2CaO・SiO_２・CaCl_２＋H_２O・・・式（３）

CaO／SiO_２のモル比が１．７５〜２の間にある場合は、上記の反応式（１），（２）に従い、9CaO・6SiO_２・CaCl_２とCaO・SiO_２・CaCl_２との混合物が生成して塩素を固定化する。
またCaO／SiO_２のモル比が２〜３の間にある場合は、上記の反応式（２），（３）に従い、CaO・SiO_２・CaCl_２と2CaO・SiO_２・CaCl_２との混合物が生成する。

以上の反応生成物であるカルシウムクロロシリケート（CaO・SiO_２・CaCl_２，9CaO・6SiO_２・CaCl_２及び2CaO・SiO_２・CaCl_２）は水と接触してもカルシウムイオンや塩素イオンが溶出することがない。

ここでCaO及びSiO_２を供給し得る物質は、CaO及びSiO_２を同時に供給する物質であっても良く、CaO及びSiO_２を個々に供給する物質を組み合せても良い。
またCaO及びSiO_２を同時に供給する物質と、CaOを単独で供給する物質と、SiO_２を単独で供給する物質とを適宜組み合せても良い。

CaO及びSiO_２を同時に供給する物質としては、エーライトやビーライトに代表される無水カルシウムシリケート，トバモライトに代表される含水カルシウムシリケートの他、石炭灰や高炉スラグ，還元スラグ等の産業廃棄物や都市ごみ，下水道等に含まれる一般廃棄物の焼成灰等を用いることができる。

無水カルシウムシリケートは一般式(CaO)・nSiO_２で示される化合物であり、同式中エーライトはn＝３、ビーライトはn＝２である。
含水カルシウムシリケートは一般式(CaO)・nSiO_２・mH_２Oで示される化合物である。
以上のCaO及びSiO_２を同時に供給する物質は１種であっても良く、２種以上を混合して用いても良い。

CaOを単独で供給し得る物質としては、石灰石，消石灰，生石灰，ドロマイト等の内の１種又は複数を用いることができる。
SiO_２を単独で供給し得る物質としては、含水シリカ，無水シリカ，石英，トリジマイト，クリストバライト，シラス，パーライト，ベントナイト等の内の１種又は複数を用いることができる。

CaO−SiO_２系固定化剤におけるCaOの含量は29％（質量％：以下同じ）以上であれば良く、SiO_２の含量は12％以上あれば良い。これよりも少ないと塩素の捕捉効果が十分とならない。
塩素の捕捉効率の観点から、より好ましくはCaOの含量は40％以上であり、SiO_２の含量は17％以上である。

かかる本発明のCaO−SiO_２系固定化剤は、特に６００℃以上の高温度で良好に塩素と反応してこれを固定する能力を有し、また一旦塩素を固定化した後は、従来のCaCO_３やCa(OH)_２のような捕捉剤と異なって高温度の下でも固定化した塩素を放出しない特性を有する。

従ってこのようなCaO−SiO_２系固定化剤を、排ガス中のダイオキシン類を熱分解するために備えられた分解処理室の上流又は分解処理室内に供給することで、CaO−SiO_２系固定化剤と塩素とを良好に反応させ得て、ダイオキシン類の分解により発生した塩素或いは排ガス中にもともと含まれている塩素を良好に捕捉固定でき、従って分解により発生した塩素が再びダイオキシン類を再生成するのを有効に阻止することができる。
その結果として、本発明によれば最終の排ガス中のダイオキシン類濃度を有効に低減することができる。

本発明は、特にアーク炉等の電気炉の排ガス処理設備に適用して好適なものである（請求項２）。
また上記分解処理室は、バーナを燃焼させて排ガスを加熱し高温に保持するものとなしておくことができる（請求項３）。
本発明ではまた、上記分解処理室の下流に排ガスを急冷してダイオキシン類の再生成を防止する急冷室を設けておくことができる（請求項４）。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において１０はアーク炉等の電気炉で、１２は電気炉本体であり、１４は燃焼室である。尚この燃焼室１４は、電気炉本体１２内で排ガスを燃焼させるタイプの炉では省略されることがある。
この燃焼室１４では、電気炉本体１２からの排ガス中の未燃分が燃焼せしめられる。

この電気炉１０からはダクト１６が延び出している。
排ガスの排出経路はこのダクト１６によって構成されている。
このダクト１６にて構成される排出経路上には、排ガスを高温に加熱し保持することによって排ガス中のダイオキシン類を熱分解する分解処理室１８が設けられている。

この実施形態では、バーナの燃焼による加熱によって排ガスを高温度とし且つこれを保持するものとなしてある。
因みにこの実施形態において、分解処理室１８内の温度は７００〜９００℃の範囲内の設定温度に一定に保持される。

この分解処理室１８のすぐ下流には冷却塔とも呼ばれている急冷室２０が設けられている。
この急冷室２０では冷却水をスプレー噴霧して高温の排ガスを急冷し、分解処理室１８で分解したダイオキシン類の分解成分が再び反応してダイオキシン類を生成するのを阻止する。
即ちここではダイオキシン類を再生成する恐れのない低い温度まで排ガスを急冷する。

この急冷室２０の下流には、更にバグハウス２２が設けられており、急冷室２０から排出された排ガスがバグハウス２２内のバグフィルタ２４に通されて、そこで排ガス中のダストが集塵される。
そしてそのバグフィルタ２４を通過した排ガスがスタック２６から大気中に放出される。
尚、２８は電気炉１０から排ガスを吸引してスタック２６から放出させるための送風機である。

３０はCaO−SiO_２系固定化剤を供給する固定化剤供給装置で、３２は装置本体であり、３４はその装置本体３２とダクト１６、即ち排出経路における分解処理室１８の上流部とを連絡する供給管路である。

図２は固定化剤供給装置３０における装置本体３２の概略構成を表している。
同図において、３６はサイロから粉末状のCaO−SiO_２系固定化剤を受けるホッパで、３８はハウジング、４０はそのハウジング３８内部に回転可能に設けられたテーブルフィーダである。
ホッパ３６に供給された粉末状のCaO−SiO_２系固定化剤は一旦このテーブルフィーダ４０上に落下した後、そのテーブルフィーダ４０の回転により運ばれ、そしてスクレーパ４２でこれが掻き取られて、ブロワ４４から送り出された空気によって吹上管４６内を図中上向きに吹き上げられる。

吹き上げられた粉末状のCaO−SiO_２系固定化剤は、吹上管４６に接続された可撓性のホースを通じてダクト１６へと供給される。詳しくはエアをキャリアガスとしてCaO−SiO_２系固定化剤の粉末がダクト１６内に噴出される。
供給された粉末状のCaO−SiO_２系固定化剤は、排ガスとともに分解処理室１８へと供給されて、そこで排ガス中にもともと含まれている塩素或いはダイオキシン類の分解により生成した塩素と反応して、それら塩素を固定化する。

図３は電気炉１０の操業における燃焼室１４出口（図１中Ａ点）の排ガスの２チャージ分の温度の推移を表したものである。
同図に示しているように燃焼室１４からの排ガスの温度は、電気炉１０における操業状態に応じて絶えず変化している。
図３から明らかなように、ここでの排ガス温度は最高温度が６００℃に達しておらず、また最低温度は２００℃を下回る温度である。

このような温度の変化を示す電気炉１０（燃焼室１４）からの排ガスに対し、直接CaO−SiO_２系固定化剤を供給して反応させたとき、このCaO−SiO_２系固定化剤は６００℃以上の温度、とりわけ８００℃近傍で最も高効率で反応するものであることから、単にCaO−SiO_２系固定化剤を排ガス中に投入しただけでは、十分にこれを排ガス中の塩素と反応させて固定化することができない。

しかるに本実施形態では、CaO−SiO_２系固定化剤を高温の分解処理室１８に排ガスとともに流入させて反応させるようにしていることから、電気炉１０からの排ガスが上記のような温度分布を有していたとしても、かかる排ガス中の塩素をCaO−SiO_２系固定化剤と良好に反応させ得て、これをCaO−SiO_２系固定化剤にて固定化することができる。

またこの分解処理室１８では、排ガス中に含まれるダイオキシン類が高温度の下で熱分解せしめられ、その際にダイオキシン類の構成成分である塩素がそこで分解生成すると、生成した塩素が直ちに分解処理室１８内でCaO−SiO_２系固定化剤と反応し、CaO−SiO_２系固定化剤に固定化される。

而して一旦固定化された塩素は分解処理室１８内の高温度の下でも再び分離して来ることはなく、それ故ダイオキシン類から分解生成した塩素が再び反応してダイオキシン類を再生成するといったことはない。
その結果として、スタック２６からの排ガス中のダイオキシン類濃度が従来に増して一層低減される。

因みに表１は、本実施形態のCaO−SiO_２系固定化剤を吹込み投入した場合の図１中Ａ点，Ｂ点，Ｃ点における排ガス中のダイオキシン類濃度を、CaO−SiO_２系固定化剤を吹込み投入しない場合との比較において表したものである。

但しCaO−SiO_２系固定化剤としては水酸化カルシウムと無水ケイ酸とを混合して成る粉末状の混合剤を用いた。
ここで粉末の平均粒子径は１８５μｍであり、嵩密度は０．５３（ｇ／ｃｃ）である。
尚粉末状の混合剤におけるCaO／SiO_２のモル比は３．０である。また混合剤即ちCaO−SiO_２系固定化剤におけるCaOの含量は７３．７質量％であり、SiO_２の含量は２６．３質量％である。
更にCaO−SiO_２系固定化剤の投入量は３３００ｇ／ｍｉｎとした。

上記表１中Ｂ点はバグハウス２２の上流部であり、またＣ点はスタック２６の出口を表している。
尚、この測定時における分解処理室１８の出口温度は９００℃であり、また急冷室２０の出口温度は２５０℃、バグハウス２２の入口温度は２００℃、バグハウス風量は３０００ｍ^３／ｍｉｎであった。

表１の結果から、本実施形態に従いCaO−SiO_２系固定化剤を吹き込むことによって、最終的な排ガス中のダイオキシン類濃度を従来に増して一層低減できることが分る。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態である電気炉の排ガス処理設備を示す図である。 図１の要部を拡大して示す図である。 図１の電気炉からの排ガスの温度変化を表す図である。

符号の説明

１０ 電気炉
１８ 分解処理室
２０ 急冷室
３０ 固定化剤供給装置

Claims (4)

1. 高温炉から排出された排ガスを浄化処理する排ガス処理設備であって、
   前記排ガスの排出経路上に該排ガスを高温に加熱及び保持して有害なダイオキシン類を分解する分解処理室を設けるとともに、
   CaO及びSiO_２を供給し得る物質を含み且つCaO／SiO_２のモル比が１．５〜３．２の範囲内であって前記排ガス中の塩素を固定化するCaO−SiO_２系固定化剤を、前記排出経路中に且つ前記分解処理室の上流若しくは該分解処理室内に供給する固定化剤供給装置を設けたことを特徴とする高温炉の排ガス処理設備。
2. 請求項１において、前記高温炉がアーク炉等の電気炉であることを特徴とする高温炉の排ガス処理設備。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記分解処理室はバーナを燃焼させて排ガスを加熱し高温に保持するものであることを特徴とする高温炉の排ガス処理設備。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記分解処理室の下流に排ガスを急冷してダイオキシン類の再生成を防止する急冷室が設けてあることを特徴とする高温炉の排ガス処理設備。

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