(57)【要約】【課題】高炉ガス等の副生ガスに含まれるダストをミクロンオーダーからサブミクロンオーダーまで高能率且つ容易に除去することができる。【解決手段】凝縮室１と不純物捕集室２と冷却水が流れる前記各室の壁により構成される冷却手段とを備え、凝縮室１と不純物捕集室２とは、開口部４が形成された仕切り壁３を介して複数個、交互に連続して形成され、凝縮室１は、加熱、加湿された、ダストを含む高炉ガスを前記冷却手段により急冷して、高炉ガス中に含まれるダストの周囲に水蒸気を凝縮させ、不純物捕集室２は、凝縮室１内での水蒸気の凝縮により重量増加したダストを壁面に衝突させて流下させ、かくして、ダストを高炉ガスから除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱、加湿された流動するガスを急冷して、前記ガス中に含まれる不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、次いで、水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を壁面に衝突させて流下させることを少なくとも１回行って、前記不純物を前記ガスから除去することを特徴とするガス清浄方法。
【請求項２】
加熱、加湿された流動するガスを急冷して、前記ガス中に含まれる不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、同時に、水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を壁面に衝突させて流下させることを少なくとも１回行って、前記不純物を前記ガスから除去することを特徴とするガス清浄方法。
【請求項３】
前記不純物の周囲に水蒸気を凝縮させる際に、前記ガスの流速を５ｍ／ｓｅｃ以下に維持することを特徴とする、請求項１または２に記載されたガス清浄方法。
【請求項４】
凝縮室と不純物捕集室と冷却手段とを備え、前記凝縮室と前記不純物捕集室とは、開口部が形成された仕切り壁を介して複数個、交互に連続して形成され、前記凝縮室は、加熱、加湿された、不純物を含むガスを前記冷却手段により急冷して、前記ガス中に含まれる不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、前記不純物捕集室は、前記凝縮室内での水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を壁面に衝突させて流下させ、かくして、前記不純物を前記ガスから除去することを特徴とするガス清浄装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたガス清浄装置において、前記ガスの流動方向下流側に、前記不純物捕集室が連続して複数個設けられていることを特徴とするガス清浄装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、それぞれ水冷可能な前記凝縮室の壁、前記不純物捕集室の壁および前記仕切り壁によって構成されていることを特徴とする、請求項４または５に記載されたガス清浄装置。
【請求項７】
前記開口部は、前記ガスが前記凝縮室および前記不純物捕集室内を上下に蛇行して流動するように形成されていることを特徴とする、請求項４から６の何れか１つに記載されたガス清浄装置。
【請求項８】
前記ガスが前記凝縮室から前記不純物捕集室に流入する前記開口部の幅は、前記ガスが前記不純物捕集室から前記凝縮室に流入する前記開口部の幅より狭いことを特徴とする、請求項４から７の何れか１つに記載されたガス清浄装置。
【請求項９】
冷却媒体が入れられた冷却槽と、前記冷却槽内に上下に間隔をあけて多段に設けられた仕切り壁とを備え、前記仕切り壁によって形成されたガス流路の各々は、上下にジグザグに形成され、前記ガス流路内に流入した加熱、加湿された、不純物を含むガスを前記冷却媒体により急冷することによって、前記不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、これと同時に、水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を前記仕切り壁のガス流と対向する前記仕切り壁の傾斜面に衝突させることによって、前記不純物を含む水を前記仕切り壁の谷部に落下させることを特徴とするガス清浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス清浄方法および装置、例えば、副生ガスとしての高炉ガスに含まれているダストを高能率且つ容易に除去することができるガス清浄方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、製鉄所においては、高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス等の副生ガスを回収し、燃料ガスとして有効利用している。これらの副生ガスは、多量のダスト（１０〜３０ｇ／Ｎｍ３）を含んでいるので、例えば、高炉ガスの場合には、ダストキャッチャー（ＤＣ）により５〜１０ｇ／Ｎｍ３程度に除塵し、次いで、ベンチュリースクラバー（ＶＳ）により１００ｍｇ／Ｎｍ３程度まで除塵し、さらに、電気集塵機（ＥＰ）により１０〜２０ｍｇ／Ｎｍ３程度まで除塵し、そして、熱風炉、加熱炉、コークス炉、ボイラ等に送られ、これらの燃料ガスとして有効利用されている。
【０００３】
しかしながら、高炉ガスをガスタービン用燃焼器あるいは他の燃焼器の燃料ガスとして有効利用するような場合には、さらに除塵してダスト含有量を減少させる必要がある。このために、電気集塵機により最終的に除塵した後、新たに設けた専用湿式電気集塵機によりダスト含有量のさらなる低減を図っているが、０．５ｍｇ／Ｎｍ３程度が限界であった。これはダスト含有量が０．５ｍｇ／Ｎｍ３以下となった後の残存ダストの粒径は、１μｍ〜０．１μｍから、さらには、０．１μｍ以下の非常に微粒であるので、専用電気集塵機によっても空気のダスト含有量以下に低減することは困難であるからである。
【０００４】
上記副生ガス中に０．５ｍｇ／Ｎｍ３程度のダストが含まれていると、微粒ダストが高温燃焼器の蓄熱体やラジアントチューブあるいはガスタービン用燃焼器やタービンブレードに付着して、詰まり、腐食、エロージョン（壊食）あるいは化学反応等による劣化を引き起こす。このために、詰まり、腐食あるいは劣化した部品を定期的に新しいものと交換する必要があり、これに莫大な時間と費用を要していた。
【０００５】
そこで、特開平１０−１９２６４９号公報（特許文献１）には、廃棄物焼却炉等から発生する排ガス中のＨＣｌ、ＳＯｘを、湿式洗浄により中和処理して除去し、次いで、排ガス中ダイオキシン類および重金属類を固体粒子化させ、これらの微粒子を含む排ガスを急冷して、微粒子の周囲に水蒸気を凝縮させ肥大化させ、そして、バグフィルターあるいは電気集塵機により肥大化した微粒子を捕集除去する、排ガスの処理方法が開示されている。以下、この処理方法を従来技術と言う。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１９２６４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術によれば、水蒸気を凝縮させて肥大化した微粒子を、バグフィルターあるいは電気集塵機により捕集しているので、ミクロンオーダーのダスト除去は図れるものの、微粒子の捕集効果の持続を図るための維持管理に多大な費用と時間を要し、しかも、単に、水蒸気を凝縮させて肥大化した微粒子を捕集するのみでは、捕集効率が悪い。
【０００８】
また、近年、高炉操業においては、コークスの使用量の低減および微粉炭の有効利用を図るために微粉炭の高炉への吹込みが行われるようになったが、この微粉炭の吹込みにより高炉ガス中のダストに含まれる未燃焼の微粉炭の比率が上昇している。従って、この点からも、高炉ガスに含まれているダストを高能率且つ容易に除去することができるガス清浄方法および装置の提案が強く望まれていたが、かかるガス清浄方法および装置は、まだ提案されていない。
【０００９】
従って、この発明の目的は、例えば、高炉ガス等の副生ガスに含まれているダストを高能率且つ容易に除去することができるガス清浄方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、加熱、加湿された流動するガスを急冷して、前記ガス中に含まれる不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、次いで、水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を壁面に衝突させて流下させることを少なくとも１回行って、前記不純物を前記ガスから除去することに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、加熱、加湿された流動するガスを急冷して、前記ガス中に含まれる不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、同時に、水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を壁面に衝突させて流下させることを少なくとも１回行って、前記不純物を前記ガスから除去することに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、前記不純物の周囲に水蒸気を凝縮させる際に、前記ガスの流速を５ｍ／ｓｅｃ以下に維持することに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、凝縮室と不純物捕集室と冷却手段とを備え、前記凝縮室と前記不純物捕集室とは、開口部が形成された仕切り壁を介して複数個、交互に連続して形成され、前記凝縮室は、加熱、加湿された、不純物を含むガスを前記冷却手段により急冷して、前記ガス中に含まれる不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、前記不純物捕集室は、前記凝縮室内での水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を壁面に衝突させて流下させ、かくして、前記不純物を前記ガスから除去することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、請求項４に記載されたガス清浄装置において、前記ガスの流動方向下流側に、前記不純物捕集室が連続して複数個設けられていることに特徴を有するものである。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、前記冷却手段は、それぞれ水冷可能な前記凝縮室の壁、前記不純物捕集室の壁および前記仕切り壁によって構成されていることに特徴を有するものである。
【００１６】
請求項７に記載された発明は、前記開口部は、前記ガスが前記凝縮室および前記不純物捕集室内を上下に蛇行して流動するように形成されていることに特徴を有するものである。
【００１７】
請求項８に記載された発明は、前記ガスが前記凝縮室から前記不純物捕集室に流入する前記開口部の幅は、前記ガスが前記不純物捕集室から前記凝縮室に流入する前記開口部の幅より狭いことに特徴を有するものである。
【００１８】
請求項９に記載された発明は、冷却媒体が入れられた冷却槽と、前記冷却槽内に上下に間隔をあけて多段に設けられた仕切り壁とを備え、前記仕切り壁によって形成されたガス流路の各々は、上下にジグザグに形成され、前記ガス流路内に流入した加熱、加湿された、不純物を含むガスを前記冷却媒体により急冷することによって、前記不純物の周囲に水蒸気を凝縮させ、これと同時に、水蒸気の凝縮により重量増加した前記不純物を前記仕切り壁のガス流と対向する前記仕切り壁の傾斜面に衝突させることによって、前記不純物を含む水を前記仕切り壁の谷部に落下させることに特徴を有するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のガス清浄装置の一実施態様を、ダストを含む副生ガスとして高炉ガスを例に取って、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、請求項１に係る発明を実施するための、この発明のガス清浄装置を示す概略断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、請求項１に係る発明を実施するための、この発明の別のガス清浄装置を示す概略断面図である。
【００２１】
図１から図３において、１は、凝縮室、２は、不純物捕集室、３は、開口部４が形成された仕切り壁であり、凝縮室１と不純物捕集室２とが、仕切り壁３を介して複数個、交互に連続して形成されている。
【００２２】
凝縮室１の容積は、不純物捕集室２の容積より大きく形成されている。凝縮室１の容積を大きくしたのは、ガス流速を遅くして凝縮室１内において、高炉ガス中に含まれている不純物としてのダストの周囲に水蒸気を凝縮させやすくするためである。不純物捕集室２の容積を小さくしたのは、凝縮室１において水蒸気の凝縮により重量増加したダストを、不純物捕集室２の壁面に衝突させて流下させやすくするためである。
【００２３】
ダストの周囲に水蒸気を凝縮させやすくするために、凝縮室１内での高炉ガスの流速は、５ｍ／ｓｅｃ以下、望ましくは、１ｍ／ｓｅｃ程度が良い。
【００２４】
開口部４は、高炉ガスが凝縮室１および不純物捕集室２内を上下に蛇行して流動するように形成されている。これは、高炉ガスの流路を長くして除塵効率を上げるためである。高炉ガスが凝縮室１から不純物捕集室２に流入する開口部４の幅（Ｌ１）は、高炉ガスが不純物捕集室２から凝縮室１に流入する開口部４の幅（Ｌ２）より狭く形成されている。これは、凝縮室１から不純物捕集室２に流入する、水蒸気の凝縮により重量増加したダストの流速を速めて、不純物捕集室２の壁面に衝突しやすいようにするためである。
【００２５】
５は、最上流側の凝縮室１の下部に形成された除塵前の高炉ガスの入口、６は、最下流側の不純物捕集室２の上部に形成された除塵後の高炉ガスの出口、７は、各不純物捕集室２の底部に設けられた、捕集したダストを含有する水を外部に排出するドレン抜きである。
【００２６】
凝縮室１、不純物捕集室２および仕切り壁３内には、冷却水が高炉ガスの流れの方向と逆方向に流れるようになっていて、これが高炉ガスの冷却手段になっている。なお、冷却手段として、製鉄所において酸素や窒素ガスの製造用に常備している液体窒素を直接、凝縮室１内の高炉ガスに吹き付ける手段を用いることも可能である。凝縮室１内の高炉ガスの温度は、２５℃以上が良い。これは、この温度範囲が急冷による水蒸気の凝縮が起こりやすいからである。
【００２７】
以上のように構成されている、この発明のガス清浄装置によれば、以下のようにして、高炉ガス中のダストが除去される。
【００２８】
ダストキャッチャー、ベンチュリースクラバーおよび湿式電気集塵機により一次除塵された高炉ガスは、２５℃以上に加熱、加湿されており、このガスがガス入口５から最上流側の凝縮室１内に流入する。なお、除塵するガスが高炉ガスのように加熱、加湿されていない場合には、ガスを凝縮室１内に流入させる前に予め加熱、加湿する必要がある。凝縮室１内は、凝縮室１の壁内を流れる冷却水により冷却されているので、加熱、加湿された高炉ガスが凝縮室１内に流入すると、高炉ガスは、急冷されて高炉ガス中に含まれる微粒のダストの周囲に水蒸気が凝縮する。
【００２９】
このようにして、凝縮室１内において周囲に水蒸気が凝縮したダストを含む高炉ガスは、凝縮室１内から仕切り壁３の開口部４を通って最上流側の不純物捕集室２内に流入するが、この際、狭い開口部４を通ることによって、その流速が速められて不純物捕集室２内に流入する。この結果、水蒸気の凝縮により重量増加したダストは、狭い不純物捕集室２の壁面に容易に衝突して、壁面に沿って流下し、不純物捕集室２の底に溜まる。このようにして底に溜まったダスト含有の水は、ドレン抜き７から外部に排出される。
【００３０】
以上の操作が下流側の凝縮室１および不純物捕集室２毎に繰り返し行われ、最終的にミクロンオーダーからサブミクロンオーダーまでダストが除去された高炉ガスは、ガス出口６から排出され、ガスタービン用燃焼器あるいは他の燃焼器に燃料ガスとして有効利用される。
【００３１】
上述した除塵過程において、粒径の大きいダストは、上流側の不純物捕集室２において捕集されやすい。従って、下流側に行くに従って粒径の小さいダストが残る。この微粒ダストを効率良く除塵するには、図３に示すように、高炉ガスの流動方向下流側に、不純物捕集室２を連続して複数個設けると良い。この場合も、複数個の不純物捕集室２の仕切り壁３の開口部４の幅（Ｌ３）、（Ｌ４）、（Ｌ５）を下流側の不純物捕集室２に行くに従って順次狭く（Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ５）形成すれば、さらに、除塵が高効率で行える。図３において、図１および図２と同一番号は、同一物を示すので説明は省略する。
【００３２】
次に、この発明のさらに別のガス清浄装置の一実施態様を、ダストを含む副生ガスとして高炉ガスを例に取って、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図４は、請求項２に係る発明を実施するための、この発明のガス清浄装置を示す概略断面図、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３４】
図４および図５において、８は、冷却槽であり、冷却水で満たされている。冷却水は、冷却水入口８Ａから冷却槽８内に供給され、順次、冷却水出口８Ｂから排出され、これにより冷却槽８内の冷却水の温度は、常時、一定温度に維持される。
【００３５】
９は、冷却槽８内に、その長手方向に沿って設けられたガス流路である。ガス流路９は、上下に間隔をあけて多段に且つ上下にジグザグに設けられ、ジグザグに形成された複数枚の仕切り壁１０により形成されている。仕切り壁１０の幅は、冷却槽８の幅とほぼ等しい。仕切り壁１０の各谷部には、ドレン抜き１１が設けられている。１２は、ガス流路９の一端に設けられた除塵前のガス入口、１３は、ガス流路９の他端に設けられた除塵後のガス出口である。
【００３６】
ダストの周囲に水蒸気を凝縮させやすくするために、ガス流路９内での高炉ガスの流速は、５ｍ／ｓｅｃ以下、望ましくは、１ｍ／ｓｅｃ程度が良い。
【００３７】
以上のように構成されている、この発明のガス清浄装置によれば、以下のようにして、高炉ガス中のダストが除去される。
【００３８】
ダストキャッチャー、ベンチュリースクラバーおよび湿式電気集塵機により一次除塵された高炉ガスは、２５℃以上に加熱、加湿されており、このガスがガス入口１２からガス流路９内に流入すると、高炉ガスは、冷却槽８内の冷却水により急冷されて、高炉ガス中に含まれている微粒のダストの周囲に水蒸気が凝縮する。これと同時に、水蒸気の凝縮により重量増加したダストは、仕切り壁１０のガス流と対向する傾斜面１０Ａに衝突して落下し、仕切り壁１０の谷部に溜まる。溜まったダスト含有の水は、ドレン抜き１１から外部に排出される。
【００３９】
このような操作が仕切り壁１０のジグザグの周期毎に繰り返し行われ、最終的にミクロンオーダーからサブミクロンオーダーまでダストが除去された高炉ガスは、ガス出口１３から排出され、ガスタービン用燃焼器あるいは他の燃焼器に燃料ガスとして有効利用される。
【００４０】
上述したガス清浄装置において、水蒸気の凝縮により重量増加したダストの仕切り壁１０への衝突効率を上げるために、仕切り壁１０のジグザグのピッチを変えても良い。
【００４１】
以上は、副生ガスとして、高炉ガスを例にあげた場合であるが、高炉ガス以外のコークス炉ガス、転炉ガス等の副生ガス、あるいは、石炭系発生炉ガス等にも適用できることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一次除塵された高炉ガス等の副生ガスに含まれるダストを、安価で維持管理が容易に行える装置によってミクロンオーダーからサブミクロンオーダーまで高効率で容易に除去することができる。従って、副生ガスをガスタービン用燃焼器あるいは他の燃焼器の燃料ガスとして、ダストによる各種部材の詰まり、腐食、エロージョンあるいは化学反応等による劣化を引き起こすことなく、有効利用することができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る発明を実施するための、この発明のガス清浄装置を示す概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】請求項１に係る発明を実施するための、この発明の別のガス清浄装置を示す概略断面図である。
【図４】請求項２に係る発明を実施するための、この発明のガス清浄装置を示す概略断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１：凝縮室
２：不純物捕集室
３：仕切り壁
４：開口部
５：ガス入口
６：ガス出口
７：ドレン抜き
８：冷却槽
８Ａ：冷却水入口
８Ｂ：冷却水出口
９：ガス流路
１０：仕切り壁
１０Ａ：傾斜面
１１：ドレン抜き
１２：ガス入口
１３：ガス出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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