JP2007238985A

JP2007238985A - 転炉排ガス冷却システムおよび転炉排ガス冷却システム運転方法

Info

Publication number: JP2007238985A
Application number: JP2006060799A
Authority: JP
Inventors: Hitotsugu Nakano; 仁嗣中野; Takaaki Minegishi; 孝彰峯岸
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP4840722B2

Abstract

【課題】水資源の節約を図るとともに、スケーリングによる冷却ジャケットや給水配管内の閉塞を防止する。
【解決手段】冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、転炉から発生する高温の排ガスを冷却するための転炉排ガス冷却システムおよび転炉排ガス冷却システムの運転方法に関する。

非鉄金属、例えば銅の乾式製錬において、自熔炉などの溶錬炉で銅精鉱を処理して得られたマットは、転炉に装入され、粗銅とされるが、このマットを粗銅に転化する過程において、亜硫酸ガスを含む高温の排ガスが排出される。この排ガスは、硫酸製造の原料として排熱ボイラーを経由して、硫酸製造工程に送られる。

このとき発生する排ガスの捕集には、特許文献１に見られるように、転炉の周囲に設けられたフードが使用される。このフードは、高温の排ガスの熱による変形・歪みを防止するために、水冷の冷却ジャケットによって冷却されている。

図１は、従来技術による転炉排ガス冷却システムを示している。転炉排ガス冷却システムは、転炉１から発生した高温の排ガスを捕集するために、転炉１の周囲に設けられたフード１６、このフード１６に設けられ、冷却水の蒸発潜熱を利用して、排ガスを冷却する冷却ジャケット２、冷却水を貯蔵するホールドタンク４、ホールドタンク４の冷却水を給水ヘッドタンク５へ送るポンプ６、給水ヘッドタンク５の冷却水を冷却ジャケット２に供給するジャケット給水タンク７などを有している。

冷却ジャケット２は、フード１６の周囲にそれと一体または別体として、複数に分割した状態として設けられ、冷却ジャケット２の各室は下部でそれぞれジャケット給水タンク７に接続され、上部で大気に通じている。ジャケット給水タンク７内の冷却水は、冷却ジャケット２の各室の冷却水レベルの低下に応じて補給されるようになっている。

転炉１から発生した高温の排ガスは、転炉１の周囲に設けられたフード１６によって捕集され、硫酸製造工程に送られるが、フード１６を通過する際に、冷却ジャケット２の冷却水により冷却される。冷却水は、ホールドタンク４からポンプ６によって送り出され、給水ヘッドタンク５、ジャケット給水タンク７を経て、各冷却ジャケット２の室内に送り込まれ、フード１６を冷し、フード１６に触れる排ガスを冷却する。このように、冷却水は、その蒸発潜熱を利用して、排ガスを冷却するとともに、フード１６の熱変形歪みを防止し、最終的に蒸気となり、大気に放出される。

従来技術による転炉排ガス冷却システムでは、冷却の際に発生した蒸気は、そのまま大気中に放出され、蒸発分の冷却水は、新たに外部から補給水として供給されるシステムとなっている。このため、常に新しい補給水を外部から供給する必要があり、水資源の節約という面から問題があった。

また、従来技術による転炉排ガス冷却システムでは、冷却水として一般に工業用水が使用されるが、工業用水が蒸発する時に、冷却ジャケット２内でカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が飛躍的に濃縮されるため、冷却ジャケット２や配管内のスケーリングによる閉塞により、給水量が減少し、排ガスの廃熱が冷却ジャケット２に及ぼす熱負荷が増大する。このため、冷却ジャケット２の本体が焼損したり、また、スケーリング自身が冷却ジャケット２や配管を腐食させて、リークを発生させることがある。

その対策として軟水や純水を冷却水として利用する方法、頻繁にブローする方法などがあるが、いずれもコストアップにつながる点であまり有効ではない。また、水源が不足する地域においては、大量に水を消費する従来のシステムを採用することはできない。
実公平０７−４０５１４

本発明の課題は、上記問題を解決するため、スケーリングの原因となる硬度成分を含まない蒸留水を冷却水として再使用（リサイクル）することにより、水資源の節約を図るとともに、スケーリングによる冷却ジャケットや給水配管内の閉塞を防止することである。

また、本発明の他の課題は、冷却ジャケットから蒸発した蒸気を一定圧力（大気圧）に維持する制御技術を提供し、蒸気圧力の変動による設備破壊の危険を回避し、システムの安全性を確保することである。

上記の課題のもとに、請求項１の発明は、冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用（リサイクル）する給水経路（４、６、５、７）とを有することを特徴とする。

請求項２の発明は、冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用（リサイクル）する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）とを有することを特徴とする。

請求項３の発明は、冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用（リサイクル）する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の入口側の蒸気管（８）に接続され、蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出する圧力計（１０）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）と、圧力調整ファン（１１）の吸引口側に接続され、外気を取り込むコック（１５）とを有し、
圧力計（１０）が大気圧を越えた蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出したときに、その偏差に応じてコック（１５）の開度を調節し、圧力調整ファン（１１）の外気流入量を調整することによって、蒸気圧力を大気圧に調整することを特徴とする。

請求項４の発明は、冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用（リサイクル）する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続された復水管（９）に接続され、復水の温度を検出する温度計（１４）と、空冷式熱交換器（３）に空気を送り込む空冷ファン（１２）とを有し、温度計（１４）により検出された復水の温度に応じて空冷ファン（１２）の回転数を変動させることを特徴とする。

請求項５の発明は、冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用（リサイクル）する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の入口側の蒸気管（８）に接続され、蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出する圧力計（１０）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）と、圧力調整ファン（１１）の吸引口側に接続され、外気を取り込むコック（１５）と、空冷式熱交換器（３）の入口側の蒸気管（８）に接続され、水を封入されているシールポット（１３）とを有し、圧力計（１０）が大気圧を越えた蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出したときに、その偏差に応じてコック（１５）の開度を調節し、圧力調整ファン（１１）の外気流入量を調整することによって、蒸気圧力を大気圧に調整し、また蒸気圧力がシールポット（１３）の水圧を越えたとき、蒸気管（８）内の蒸気を大気に放出することを特徴とする。

請求項１の発明によると、熱回収後の蒸気を復水し、冷却水として再使用（リサイクル）するから水資源の節約を図ることができる。また、スケーリングの原因となる硬度成分を含まない蒸留水を冷却水として使用するから、冷却水に含まれる硬度成分の濃縮によるスケーリングに伴う設備トラブルを防止することができる。

請求項２の発明によると、請求項１の発明の効果の他に、空冷式熱交換器内の蒸気圧力が圧力調整ファンにより調整されるから、蒸気経路の圧力上昇が回避でき、安全な設備として運転が可能となり、圧力上昇を考慮した冷却ジャケットの設計が不必要となり、設備、費用の低減が可能となる。復水手段として例えば水冷式のクーリングタワーを使用したときには、冷却ジャケットと同様に、やはり、蒸発潜熱を利用して冷却することになり、冷却水の補充が必要となるが、空冷式熱交換器によると、その必要はなく、取扱いも容易となる。

請求項３の発明によると、請求項１、請求項２の発明の効果の他に、圧力計が大気圧を越えた蒸気管内の蒸気圧力を検出したときに、その偏差に応じてコックの開度を調節し、圧力調整ファンの外気流入量を調整するから、蒸気経路の蒸気圧力が大気圧に自動的に調整でき、これによって、転炉での排ガスの温度変動に充分な対処ができる。

請求項４の発明によると、請求項１、請求項２の発明の効果の他に、温度計により検出された復水の温度に応じて、空冷ファンの回転数が自動的に変動させるから、蒸気の温度の変化に対して、適切な風量が確保でき、これにより蒸気から復水への変換効率が高められる。

請求項５の発明によると、請求項１、請求項２、請求項３の発明の効果の他に、蒸気圧力がシールポットの水圧を越えたとき、蒸気管内の蒸気が強制的に大気に放出されるから、圧力計や制御機器の故障や、蒸発量の急増に対して圧力制御が追随できないときに、蒸気圧力の異常な上昇が未然に防止でき、これにより安全性が維持できる。

図２は、本発明の転炉排ガス冷却システムを示している。本発明の転炉排ガス冷却システムは、図１のものと基本的にほぼ同様であり、転炉１から発生した高温の排ガスを捕集するために、転炉１の周囲に設けられたフード１６、フード１６に設けられ、冷却水の蒸発潜熱を利用して、排ガスを冷却する冷却ジャケット２、冷却水を貯蔵するホールドタンク４、ホールドタンク４の冷却水を給水ヘッドタンク５へ送るポンプ６、給水ヘッドタンク５の冷却水を冷却ジャケット２に供給するジャケット給水タンク７などを有している。

冷却ジャケット２は、フード１６の周囲にそれと一体または別体として、必要に応じて複数に分割した状態として設けられ、冷却ジャケット２の各室は、下部でそれぞれジャケット給水タンク７に接続され、冷却ジャケット２の各室の上部は、すべて蒸気管８に接続されている。ジャケット給水タンク７は、冷却ジャケット２の各室ごとに冷却水レベルを維持するように構成されている。

そして、本発明の転炉排ガス冷却システムは、復水手段として空冷式熱交換器３を有している。空冷式熱交換器３は、入口側で蒸気管８に接続されており、出口側で復水管９によりホールドタンク４に接続されている。ここで、ホールドタンク４、ポンプ６、給水ヘッドタンク５、ジャケット給水タンク７は、給水経路を構成している。

本発明の転炉排ガス冷却システムによる冷却プロセスは、次のように作用する。転炉１で発生した高温の排ガスは、転炉１の周囲に設けられたフード１６によって捕集され、フード１６を通過する際に、冷却ジャケット２の冷却水により冷却される。すなわち、冷却水は、ホールドタンク４からポンプ６によって送り出され、給水ヘッドタンク５、ジャケット給水タンク７を経て、冷却ジャケット２内に送り込まれ、フード１６を冷し、フード１６に触れる排ガスを冷却する。

このため、排ガスの熱は、冷却ジャケット２によって、冷却ジャケット２内を流れる冷却水に奪われ、冷却される。冷却された排ガスは、硫酸製造の原料として、硫酸製造工程に送られる。冷却ジャケット２の各室内を流れる冷却水は、排ガスの熱により加熱され、蒸発する。このようにして冷却水は、その蒸発潜熱を利用して、高温の排ガスを冷却するとともに、フード１６の熱変形歪みを防止し、最終的に蒸気となる。

冷却水の蒸気は、蒸気管８に集められ、それを経由し、復水手段としての空冷式熱交換器３に到達し、空冷式熱交換器３の内部で空気冷却され、復水（蒸留水）となる。この復水（蒸留水）は、復水管９を経由し、ホールドタンク４に一旦、冷却水として貯蔵される。このあと、冷却水は、再度、冷却水として使用するため、給水ヘッドタンク５にポンプ６で供給される。

復水（冷却水）は、給水ヘッドタンク５からヘッド圧にて各々のジャケット給水タンク７に供給され、ここから冷却ジャケット２の各室に供給される。冷却ジャケット２の各室ごとに、冷却水が蒸発すると、その蒸発分のみジャケット給水タンク７より補給される。このようにして冷却ジャケット２の各室に、常に一定レベルの冷却水が満たされている。

上記のように、冷却ジャケット２で発生した蒸気は、蒸気管８を通って空冷式熱交換器３により冷却され、復水されるが、蒸気が復水されるまでの間は大気と隔離されており、各冷却ジャケット２中の冷却水の蒸発量の変動に伴い、冷却ジャケット２の内部圧力も変動する。このため、瞬時に蒸発量が増加したときには、冷却ジャケット２などの内部圧力も急上昇し、冷却ジャケット２などの設備破壊に至る危険性が生じる。

そこで、本発明の転炉排ガス冷却システム運転方法は、転炉排ガス冷却システムを以下のように、運転する。

図３は、本発明の転炉排ガス冷却システム運転方法による制御システムを示している。蒸気管８には圧力計１０が取り付けられており、圧力計１０は制御機能を内蔵しており、その出力は、外気取り込み用のコック１５の開度を操作する。また、空冷式熱交換器３の出口には、圧力調整ファン１１の吸引口が接続されており、空冷式熱交換器３からの吸入量は、コック１５の開度による外気の取り込み量によって調整できるようになっている。

また、空冷式熱交換器３には、例えば２台の空冷ファン１２が設置されており、それらの空冷ファン１２の回転数（空冷ファン１２の駆動モータの回転数）は、復水管９に接続された温度計１４の出力に応じて加減できるようになっている。このために、空冷ファン１２または温度計１４に回転数制御機能が付与されている。なお、異常な事態を想定して、蒸気管８に、蒸気を大気放出させるために、シールポット１３が接続されている。

前記のように、冷却ジャケット２で発生した蒸気は、蒸気管８を通じて空冷式熱交換器３に送られる。この過程で、圧力計１０は、検出された蒸気管８の内部の蒸気圧力と大気圧とを比較し、蒸気圧力が大気圧を越えたとき、そのときの偏差に応じた出力を発生する。この圧力計１０の出力は、偏差に応じてコック１５を開度を調節し、圧力調整ファン１１への外気吸入量を調整することによって、空冷式熱交換器３の出口からの空気吸入量を加減する。これによって、空冷式熱交換器３の内部の蒸気圧力は、大気圧と同じに制御される。

また、圧力計１０などの制御機器が故障したときや、冷却ジャケット２における蒸発量が急増して、空冷ファン１２の回転数制御が一時的に追随できないときなどの事態が発生したときに、蒸気管８のシールポット１３は、蒸気管８の内の蒸気を大気に放出させ、異常な上昇を抑え、設備の破壊や危険を回避し、システムの安全性を確保する。

本発明は、非鉄金属の転炉に限らず、その他の各種の転炉にも応用できる。

従来技術による転炉排ガス冷却システムの説明図である。本発明に係る転炉排ガス冷却システムの説明図である。本発明に係る転炉排ガス冷却システム運転方法を実施するときの制御システムの説明図である。

符号の説明

１転炉
２冷却ジャケット
３空冷式熱交換器
４ホールドタンク
５給水ヘッドタンク
６ポンプ
７ジャケット給水タンク
８蒸気管
９復水管
１０圧力計
１１圧力調整ファン
１２空冷ファン
１３シールポット
１４温度計
１５コック
１６フード

Claims

冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用する給水経路（４、６、５、７）とを有することを特徴とする転炉排ガス冷却システム。
冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）とを有することを特徴とする転炉排ガス冷却システム。
冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の入口側の蒸気管（８）に接続され、蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出する圧力計（１０）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）と、圧力調整ファン（１１）の吸引口側に接続され、外気を取り込むコック（１５）とを有し、
圧力計（１０）が大気圧を越えた蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出したときに、その偏差に応じてコック（１５）の開度を調節し、圧力調整ファン（１１）の外気流入量を調整することによって、蒸気圧力を大気圧に調整することを特徴とする転炉排ガス冷却システム運転方法。
冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続された復水管（９）に接続され、復水の温度を検出する温度計（１４）と、空冷式熱交換器（３）に空気を送り込む空冷ファン（１２）とを有し、温度計（１４）により検出された復水の温度に応じて空冷ファン（１２）の回転数を変動させることを特徴とする転炉排ガス冷却システム運転方法。
冷却ジャケット（２）内の冷却水の蒸発潜熱を利用して、転炉（１）で発生した高温の排ガスを冷却する転炉排ガス冷却システムにおいて、冷却ジャケット（２）で発生した蒸気を復水する空冷式熱交換器（３）と、復水により得られた蒸留水を冷却水として冷却ジャケット（２）に供給して再使用する給水経路（４、６、５、７）と、空冷式熱交換器（３）の入口側の蒸気管（８）に接続され、蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出する圧力計（１０）と、空冷式熱交換器（３）の出力側に接続され、空冷式熱交換器（３）内の蒸気を大気に放出して、蒸気圧力を調整する圧力調整ファン（１１）と、圧力調整ファン（１１）の吸引口側に接続され、外気を取り込むコック（１５）と、空冷式熱交換器（３）の入口側の蒸気管（８）に接続され、水を封入されているシールポット（１３）とを有し、
圧力計（１０）が大気圧を越えた蒸気管（８）内の蒸気圧力を検出したときに、その偏差に応じてコック（１５）の開度を調節し、圧力調整ファン（１１）の外気流入量を調整することによって、蒸気圧力を大気圧に調整し、また蒸気圧力がシールポット（１３）の水圧を越えたとき、蒸気管（８）内の蒸気を大気に放出することを特徴とする転炉排ガス冷却システム運転方法。