JP6314936B2

JP6314936B2 - 集塵水槽

Info

Publication number: JP6314936B2
Application number: JP2015160576A
Authority: JP
Inventors: 順也宇佐美
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2035-08-17
Also published as: JP2017039958A

Description

本開示は、転炉排ガス回収装置の湿式集塵器に用いられる集塵水槽に関する。

溶鉄を酸化精錬する転炉には、精錬処理に伴い発生する排ガスを、ダストとガス成分とに分離回収する転炉排ガス回収装置が設けられる。この転炉排ガス回収装置には、排ガスからダストを分離するための湿式集塵器や、湿式集塵器で循環使用される集塵水を一時的に収容する集塵水槽が設けられる。このような集塵水槽では、槽内でのダストの堆積を防止するための様々な取り組みが行われている。
例えば、特許文献１，２には、集塵水槽内にアジテーションノズルを設置し、アジテーションノズルから水を吹き込むことで、集塵水槽内での旋回運動を促進させる方法が開示されている。

特開昭５４−１２０７号公報特開昭４９−２５５６７号公報

しかし、特許文献１，２の集塵水槽の場合、ダストの大きさによっては集塵水槽からダストが排出されず、集塵水槽内にダストが堆積することがあった。集塵水槽内にダストが堆積すると、堆積したダストが集塵水槽の流路を閉塞するため、集塵水が排出されなくなる。これにより、例えば、集塵水槽から集塵水がオーバーフローし、ポンプ等の周辺設備が冠水してしまったり、集塵水槽から集塵水を排出するポンプの負荷が過大となったりするなどの問題が生じることとなる。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ダストの堆積を抑制することができる集塵水槽を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、転炉排ガス回収装置の湿式集塵器に用いられる集塵水槽において、集塵水を収容する水槽と、上記水槽の内部に設けられたアジテーションノズルと
を備え、上記アジテーションノズルから不活性ガスを噴出させることを特徴とする集塵水槽が提供される。

本発明の一態様によれば、集塵水槽内でのダストの堆積を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る転炉および転炉排ガス回収装置の構成を示す模式図である。第１の集塵水槽を示す断面図である。図２のＩ―Ｉ線矢視図である。実施例における排出率の測定結果を示すグラフである。比較例における排出率の測定結果を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜転炉排ガス回収装置＞
はじめに、図１を参照して、転炉排ガス回収装置２の構成について説明する。図１に示すように、転炉排ガス回収装置２は、溶鉄の酸化精錬を行う転炉１の付帯設備であり、精錬処理に伴い転炉１から発生する排ガスから、ダストとガス成分とを分離し、回収する。転炉排ガス回収装置２は、冷却器３と、第１の湿式集塵器４と、第２の湿式集塵器５と、第１の集塵水槽６と、シックナー７と、第２の集塵水槽と、第１のポンプ９と、第３の集塵水槽１０と、スラリータンク１１と、第２のポンプ１２とを備える。

冷却器３は、一端が転炉１の炉口および他端が第１の湿式集塵器４に接続され、転炉１で発生した排ガスを冷却しながら第１の湿式集塵器４へと送る。
第１の湿式集塵器４は、ベンチュリ形の集塵器であり、後述するように転炉排ガス回収装置２にて循環使用される循環水を内部で噴射することで、排ガスを冷却すると共に排ガス中のダストを取り除く。

第２の湿式集塵器５は、第１の湿式集塵器４と同様にベンチュリ形の集塵器であり、後述するように転炉排ガス回収装置２にて循環使用される循環水を内部で噴射することで、排ガスを冷却すると共に排ガス中のダストを取り除く。
第１の集塵水槽６は、第１の湿式集塵器４から噴射された集塵水を一時的に収容する水槽である。第１の集塵水槽６に収容された集塵水は、その後、シックナー７へと送られる。

シックナー７は、撹拌等によって集塵水中のダストを沈殿分離させる装置である。シックナー７にてダストが分離除去された集塵水は、第２の集塵水槽８へと送られる。
第２の集塵水槽８は、集塵水を収容する水槽であり、第１の集塵水槽６と同様な構成を有する。第２の集塵水槽８に収容された集塵水は、第１のポンプによって第２の湿式集塵器５へと送られ、第２の湿式集塵器５でのダスト除去に用いられる。

第３の集塵水槽１０は、第２の湿式集塵器５から噴射された集塵水を一時的に収容する水槽であり、第１の集塵水槽６と同様な構成を有する。第１の集塵水槽６に収容された集塵水は、その後、スラリータンク１１へと送られる。
スラリータンク１１は、第３の集塵水槽１０から送られた集塵水を収容する水槽であり、収容した集塵水のダストを沈殿分離する。スラリータンク１１内でダストが分離除去された集塵水は、第２のポンプによって第１の湿式集塵器４へと送られ、第１の湿式集塵器４でのダスト除去に用いられる。

上記構成の転炉排ガス回収装置２では、転炉１から排出されたダストを含む排ガスを回収する。そして、回収された排ガスは、冷却器３で冷却され、第１の湿式集塵器４および第２の湿式集塵器５にてダストとガス成分とに分離される。ダストが除去された排ガスは、その後、成分組成に応じてガスホルダーまたは燃焼装置へと送られる。一方、集塵水として回収されたダストは、シックナーまたはスラリータンクにてスラッジとして分離回収される。

＜集塵水槽＞
次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る第１の集塵水槽６の構成について詳細に説明する。なお、詳細は説明しないが、第２の集塵水槽８および第３の集塵水槽１０も、後述する第１の集塵水槽６と同様な構成および効果を有する。第１の集塵水槽６は、図２および図３に示すように、内筒１３と、円形水槽１４と、案内板１５と、中継管１６と、排水管１７と、４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄ（１８）とを有する。

内筒１３は、筒体であり、ｚ軸正方向側となる上端が第１の湿式集塵器４で噴射された集塵水１９を回収する不図示の回収部に接続される。
円形水槽１４は、直径の異なる２つの筒体が、高さ方向となるｚ軸方向に並んで組み合わされた水槽である。このうち、直径の小さい筒体は、底部を有し、底部側（ｚ軸負方向側）となる下方に配される。一方、直径の大きな筒体は、ｚ軸正方向側となる上方に配される。この２つの筒体の繋ぎ部は、ｘ軸正方向側が低くなるように傾斜して設けられる。円形水槽１４の内部には、円形水槽１４の底部から少し離れて、内筒１３の下部がこれら２つの筒体と同心に配される。

案内板１５は、円錐体であり、円形水槽１４の底部に、内筒１３と同心に固定して設け有れる。
中継管１６は、有底筒体であり、ｘ軸方向に延在して設けられる。中継管１６のｘ軸負方向側の開口した一端は、円形水槽１４に接続される。また、中継管１６の底部となる他端側は、排水管１７と接続される。
排水管１７は、ｚ軸方向に延在する筒体であり、ｚ軸正方向側の上端が中継管１６に接続される。また、排水管１７の下端は、シックナー７に接続される。

４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄは、内筒１３の外側かつ円形水槽１４の内側に、内筒１３の周方向に等間隔に並んでそれぞれ配される。また、４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄは、ｚ軸方向に延在し、先端となるｚ軸負方向側の一端が円形水槽１４内にそれぞれ配され、他端が円形水槽１４の外部に設けられた不図示のガス供給装置にそれぞれ接続される。ガス供給装置は、４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄにＮ_２やＡｒ等の不活性ガスを所定の流量で供給する。ガス供給装置から各アジテーションノズル１８に供給された不活性ガスは、各アジテーションノズル１８の先端から円形水槽１４内に噴射する。さらに、４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄの先端は、不活性ガスの噴出方向が、円形水槽１４の周方向に沿った方向となるように傾いて設けられる。

攪拌ガスの流量は、円形水槽１４の容量や寸法、集塵水１９の処理量等に応じて適宜設定されるが、多ければ多い程より多くのダストを排出することができる。例えば、円形水槽１４の集塵水１９が上昇する経路（図２の円形水槽１４の下側の円筒部の内側且つ内筒１３の外側の領域）の断面積が７８５０００ｍｍ^２、内筒１３を介して送られる集塵水１９の量が８００ｍ^３／ｈｒである場合、不活性ガスの流量（４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄから吹き込まれる総流量）は、８００Ｎｍ^３／ｈｒ以上好ましくは１３５０Ｎｍ^３／ｈｒとしてもよい。この場合、不活性ガスのガス流量を８００Ｎｍ^３／ｈｒ以上とすることで直径３０ｍｍのダストを５０％以上、不活性ガスのガス流量を１３５０Ｎｍ^３／ｈｒ以上とすることで直径３０ｍｍのダストを６３％以上排出することができる。

上記構成の第１の集塵水槽６では、第１の湿式集塵器４で用いられ、ダストを含んだ集塵水１９は、内筒１３を通じて円形水槽１４へと送られる。この際、内筒１３の下端から排出される集塵水１９は、案内板１５に沿って円形水槽１４の径方向外方へと広がって排出される。次いで、内筒１３の下端から排出された集塵水１９は、内筒１３の外側の円形水槽１４の内部を上昇し、中継管１６を通じて排水管１７へと送られる。集塵水１９が円形水槽１４の内部を上昇する際、４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄからは不活性ガスが所定の流量で噴射される。吹き込まれた不活性ガスによって内筒１３の下端から排出された集塵水１９には浮力が生じる。このため、円形水槽１４の底部へのダストの堆積を抑えて、集塵水１９を排水管１７へと送ることができる。

また、４本のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄの先端が傾いて設けられるため、円形水槽１４の内部で円形水槽１４の周方向に沿った集塵水１９の旋回流を形成する。これにより、円形水槽１４内を流れる集塵水１９の攪拌力が強くなり、円形水槽１４の底部へのダストの堆積をより抑えることができる。さらに、集塵水１９の旋回流が形成されるため、不活性ガスによる浮力を円形水槽１４内で均一にすることができる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである

例えば、上記実施形態では、ｚ軸方向に延在する４組のアジテーションノズル１８ａ〜１８ｄを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。アジテーションノズル１８を設ける個数は、円形水槽１４の寸法や不活性ガスの流量、ノズルの形状等に応じて適宜最適な個数が選択される。また、円形水槽１４に対して、底部側から不活性ガスを吹き込むことができればよいため、例えば、アジテーションノズル１８を円形水槽１４の底部や底部側の側面等に設ける構成でもよい。また、アジテーションノズル１８から吹き込まれる不活性ガスの浮上によって十分な攪拌力が得られれば、アジテーションノズル１８の先端を円形水槽１４の周方向に傾けずに設けてもよい。さらに、アジテーションノズル１８の先端を円形水槽１４の周方向に傾けずに設け、円形水槽１４の底部に攪拌板を設ける等の他の方法で旋回流を発生させてもよい。

また、上記実施形態では、ｚ軸方向の断面形状が円形となる円形水槽１４を用いる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、円形水槽１４の代わりに矩形等の他の断面形状の水槽が用いられてもよい。
さらに、上記実施形態では、不活性ガスを吹き込むアジテーションノズル１８を設ける構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。上記実施形態の不活性ガスを吹き込むアジテーションノズル１８に加え、旋回流の発生を助長するため、水を吹き込む他のアジテーションノズルが円形水槽１４の内部にさらに設けられてもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る集塵水槽６は、転炉排ガス回収装置２の湿式集塵器に用いられる集塵水槽６において、集塵水１９を収容する円形水槽１４等の水槽と、水槽の内部に設けられたアジテーションノズル１８とを備え、アジテーションノズル１８から不活性ガスを噴出させる。

上記構成によれば、水槽内に不活性ガスを吹き込むことにより、水槽内を流れる集塵水１９に浮力を付与することができる。この浮力によって、集塵水１９中のダストが集塵水１９と共に水槽から排出され易くなるため、水槽内でのダストの堆積を抑制することができる。例えば、第２の集塵水槽８でダストが堆積してしまうと、第２の集塵水槽８の集塵水１９の流路が閉塞するため、第２の集塵水槽８から集塵水がオーバーフローしてしまう。また、第１の集塵水槽６でダストが堆積してしまうと、第１の湿式集塵器で発生した集塵水が第１の集塵水槽６へ流れ込まなくなり、第３の集塵水槽１０やスラリータンク１１へと流れ込むこととなる。第１の湿式集塵器で発生した集塵水１９には第２の湿式集塵器で発生したものに比べ大きなダストが含まれる。このため、スラリータンク１１の集塵水１９の経路が閉塞し易くなり、スラリータンク１１から集塵水１９がオーバーフローしてしまう。集塵水が各設備からオーバーフローしてしまうと、ポンプ等の周辺設備が冠水するなどのトラブルの原因となる。しかし、上記構成によれば、このような設備の冠水などのトラブルを防止することが可能となる。

また、上記構成の集塵水槽６は、例えば特許文献１，２のようにアジテーションノズルから水を噴射させて集塵水を攪拌させる場合に比べ、より大きなダストを排出させることができる。特許文献１，２に記載の方法の場合、直径が３０ｍｍ未満のダストについては水槽内に堆積させずに高い排出率で排出させることができるが、直径３０ｍｍ以上のダストについては排出率が低くなるため水槽内に堆積する可能性があった。通常、転炉１で発生するダストは、直径０．１ｍｍ未満であるが、冷却器３のガスダクトの表面に付着し成長すると、ダストの直径が３０ｍｍ以上となることがある。このため、特許文献１，２のような方法では、ガスダクトの状態によっては、直径３０ｍｍ以上のダストが集塵水に含まれ、水槽内にダストが堆積することがあった。また、特許文献１，２の場合において、アジテーションノズルから吹き込む水の流量を増大させることで、ダストの排出能力を向上させることが考えられる。しかし、吹き込む水の流量と不活性ガスの流量とで比較した場合、水流によるダストの排出能力向上効果は、不活性ガスによるものに比べ効果が小さい。また、吹き込む水の流量を増大させることによって、ダストの排出能力が向上するが、スラリータンク１１等での水位の上昇を助長させることになるため、オーバーフローが発生し易くなる。これに対して、上記構成によれば、直径３０ｍｍ以上の大きなダストが発生しても、このダストを堆積させることなく集塵水槽６から排出することが可能となる。また、不活性ガスを用いるため、水を吹き込む場合に比べ、ダストの排出能力が向上し、スラリータンク１１等での水位の上昇を助長させることもない。

（２）上記（１）の構成において、水槽は、円筒形状を有し、アジテーションノズル１８は、水槽の底部側となる水槽の内部の下方に先端が配され、不活性ガスの噴出方向が水槽の周方向に沿った方向となるように先端が配される。
上記構成によれば、集塵水には不活性ガスによる浮力に加え、旋回流が発生するため、より高いダストの排出能力を得ることができる。

次に、本発明者が行った実施例について説明する。実施例では、図２および図３に示す第１の集塵水槽６を模した装置（集塵水１９が上昇する経路の断面積が３１４１６ｍｍ^２）を用いて、集塵水としてダストを模した球体の鉄（Ｆｅ）やアルミ（Ａｌ）を含ませた水を１８ｍ^３／ｈｒ（＝３００Ｌ／ｍｉｎ）流し、その排出能力を確認した。実施例では、φ５ｍｍの鉄球またはφ３ｍｍ，９ｍｍ，１２ｍｍのアルミ球をそれぞれ用い、不活性ガスを模したエアをガス吹込流量０，１００，３００，５００Ｌ／ｍｉｎずつ吹き込む条件で排出能力を検証した。なお、ガス吹込流量０Ｌ／ｍｉｎとは、エアの吹込みを行わない条件となる。また、ガス吹込流量１００，３００，５００Ｌ／ｍｉｎの条件は、実機における不活性ガスの吹込流量として、２７０，８１０，１３５０Ｎｍ^３／ｈｒにそれぞれ相当する。排出能力の検証としては、第１の集塵水槽６へ流し込んだ鉄球またはアルミ球のうち、第１の集塵水槽６から排出された鉄球またはアルミ球の数を計測することで排出率を算出することで排出能力を評価した。

また、実施例では、比較例としてアジテーションノズル１８から不活性ガスではなく水を流した条件でも試験を行った。比較例では、実施例と同様に、φ５ｍｍの鉄球またはφ３ｍｍ，９ｍｍ，１２ｍｍのアルミ球をそれぞれ用いて排出能力を検証した。さらに、アジテーションノズル１８から吹き込む水の流量を水吹込流量０，６０，１２０，１８０Ｌ／ｍｉｎの条件とした。水吹込流量０，６０，１２０，１８０Ｌ／ｍｉｎの条件は、実機における水の吹込流量として、１６０，３２０，４８０ｔ／ｈｒにそれぞれ相当する。

図４および図５に、実施例および比較例における排出率の測定結果のグラフをそれぞれ示す。実施例および比較例において、φ９ｍｍのアルミ球の測定結果は、φ７．１ｍｍの鉄粉またはφ２４．２ｍｍのダストにおける排出能力の測定結果に相当する。また、φ１２ｍｍのアルミ球の測定結果は、φ９．５ｍｍの鉄粉またはφ３２．２ｍｍのダストにおける排出能力の測定結果に相当する。

図４および図５に示すように、実機において不活性ガスの吹き込む流量を８１０Ｎｍ^３／ｈｒとすることでφ３０ｍｍのダストを５０％の排出率で排出することができることが確認できた。また、実機において不活性ガスの吹き込む流量を１３５０Ｎｍ^３／ｈｒとすることでφ３０ｍｍのダストを６３％の排出率で排出することができることが確認できた。一方、比較例の場合、実機において水の吹き込む流量を４８０ｔ／ｈｒとしても２５％程度の排出率にしかならず、ダストの排出能力の向上効果が得にくいことが確認できた。

１転炉
２転炉排ガス回収装置
３冷却器
４第１の湿式集塵器
５第２の湿式集塵器
６第１の集塵水槽
７シックナー
８第２の集塵水槽
９第１のポンプ
１０第３の集塵水槽
１１スラリータンク
１２第２のポンプ
１３内筒
１４円形水槽
１５案内板
１６中継管
１７排水管
１８，１８ａ〜１８ｄアジテーションノズル
１９集塵水

Claims

転炉排ガス回収装置の湿式集塵器に用いられる集塵水槽において、
集塵水を収容する水槽と、
前記水槽の内部に設けられたアジテーションノズルと
を備え、
前記アジテーションノズルから不活性ガスを噴出させることを特徴とする集塵水槽。
前記水槽は、円筒形状を有し、
前記アジテーションノズルは、前記水槽の底部側となる前記水槽の内部の下方に先端が配され、前記不活性ガスの噴出方向が前記水槽の周方向に沿った方向となるように前記先端が配されることを特徴とする請求項１に記載の集塵水槽。