(57)【要約】  炉頂ガスを浄化するためのプロセスおよびプラント。高炉ガス流における予想される温度ピークを示す１つまたは複数のパラメータを連続的に監視するために、１つまたは複数のセンサが使用される。次いで、ガス流は調整塔を通過させられる。測定されたパラメータが所定の限界値を超えた場合、水などの冷却材は、調整塔において高炉ガス流内へ噴霧される。その後、高炉ガスの流れは１つまたは複数のフィルタステーションを通過する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂ガスを浄化するプロセスであって、
以下のステップを含む：
−炉頂ガス流における予想される温度ピークを示す１つまたは複数のパラメータを連続的に監視するために１つまたは複数のセンサを使用し、
−次いで、前記炉頂ガス流を調整塔に通過させ、
−測定されたパラメータが所定の限界値を超えた場合、前記調整塔において前記炉頂ガス流内へ冷却材、例えば、水を噴霧し、
−その後、前記炉頂ガスの流れを１つまたは複数のフィルタセクションに通過させる、
炉頂ガスを浄化するプロセス。
【請求項２】
前記冷却材を、前記炉頂ガス流と並流で噴霧する、請求項１記載のプロセス。
【請求項３】
前記パラメータは、高炉の排出管において測定される前記炉頂ガス流の温度を含む、請求項１または２記載のプロセス。
【請求項４】
前記調整塔における前記炉頂ガスの平均滞留時間は、少なくとも３秒、例えば、３〜８秒である、請求項１から３までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項５】
前記炉頂ガスは、前記調整塔を通って下方へ流れる、請求項１から４までのいずれか１項記載のプロセス。
【請求項６】
鋼または鉄の製造などの金属製造のためのプラント（１）であって、
炉頂ガスのための排出管（３）と、冷却材供給ラインに接続されたノズル（１８）を有する下流の調整塔（１１）とを備える炉（２）を有する、
金属製造のためのプラント（１）。
【請求項７】
前記ノズル（１８）の少なくとも一部は、流れ方向へ向けられている、請求項６記載のプラント。
【請求項８】
前記ノズル（１８）は、流れ方向に向けて広がった、前記調整塔の円錐形セクション（１１ｂ）の上流端部に配置されている、請求項６または７記載のプラント。
【請求項９】
前記円錐形セクション（１１ｂ）は、３〜９度の円錐角を有する、請求項８記載のプラント。
【請求項１０】
前記調整塔（１１）は、その上部セクションにおける炉頂ガス入口（９）と、その底部セクションにおける炉頂ガス出口（１６）とを有する、請求項６から９までのいずれか１項記載のプラント。
【請求項１１】
前記炉頂ガス出口は、側部出口（１６）と、パイプセクション（２６）とを有し、該パイプセクション（２６）は、下向きの入口（２７）と、前記側部出口に接続された出口とを有する、請求項１０記載のプラント。
【請求項１２】
前記下向きの入口（２７）は、開放した下側（３１）を備える、頂点が上を指した円錐形のマウスピースである、請求項１１記載のプラント。
【請求項１３】
前記調整塔（１１）は、ダスト出口までテーパした底部セクションを有し、前記円錐形のマウスピースは、前記テーパした底部セクションの上方において中央に配置されている、請求項１４記載のプラント。
【請求項１４】
排出ラインによって前記調整塔（１１）の底部に接続されたロックホッパを有する、請求項６から１３までのいずれか１項記載のプラント。
【請求項１５】
前記高炉の前記排出管と前記調整塔との間に、サイクロンまたはダストキャッチャなどの第１のダスト除去装置を有するかつ／または前記調整塔の下流において、フィルタバッグステーションおよび／または静電集塵器などの１つまたは複数の別のダスト除去装置を有する、請求項６から１４までのいずれか１項記載のプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉ガスまたはアーク炉（ＥＡＦ）、純酸素上吹き転炉（ＢＯＦ）によってもしくは直接還元鉄（ＤＲＩ）プロセスによって生成されたガスなどの、金属製造プロセスの結果として生じる炉頂ガスからの乾ダスト除去のためのプロセスに関する。本発明は、このようなプロセスを実施するためのプラントにも関する。
【０００２】
背景
高炉ガスは、一般的に、比較的高い一酸化炭素含有量、例えば、約２０〜２８％を有し、様々なタイプのバーナにおける燃料ガスとしての使用を許容する。しかしながら、高炉から出てくる高炉ガスのダスト含有量は、バーナの安定した機能のためには高すぎるので、高炉ガスのダスト含有量は実質的に低下させられなければならない。これは、通常、２段階プロセスによって行われる。第１のステップにおいて、より大きなダスト粒子はサイクロンにおいて分離される。第２のステップにおいて、より小さな粒子は、通常は湿式プロセスにおいてスクラバによって分離される。このような湿式プロセスは、大量の水消費を必要とし、スラッジおよび排水を発生する。スラッジおよび排水はさらなる処理を必要とする。水スクラビング処理も、処理された高炉ガスの圧力および温度の低下を生じ、これは、下流ガスバーナにおける燃料ガスとしての効率を低下させる。
【０００３】
湿式ガス浄化プロセスの欠点を克服するために、フィルタバッグによってガスをろ過することが提案されており、例えば、２００９年の中国、上海での第５回製鉄の科学および技術に関する国際会議でのZhang Fu-Mingの議事録、第６１２頁〜第６１６頁、“Study on Dry Type Bag Filter Cleaning Technology of BF Gas at Large Blast Furnace”ならびにLanzerstorferおよびXu、“Neue Entwicklungen zur Gichtgasreinigung von Hochofen : ein Ueberblick”、BH、第１９５巻、第９１頁〜第９８頁、２０１４年に記載されている。
【０００４】
通常運転中に高炉から出てくる高炉ガスは、一般的に、約８０〜２００℃の温度を有するが、高炉におけるプロセスダイナミクスにより、高炉ガス温度は、約６００〜１０００℃以上に達する可能性がある。高炉ガスを浄化するためにフィルタバッグが使用されていると、これらの温度ピークは、フィルタバックを過熱および損傷させる。
【０００５】
温度ピークを検出するために、国際公開第２０１３／０４５５３４号（WO 2013/045534）は、高炉ガスにおける圧力変化を監視することを提案している。突然の圧力ピークの場合、水がガス流内へ、例えば、サイクロンとフィルタステーションとの間のパイプラインにおいて噴霧される。このような水冷の欠点は、水が高炉ガスを汚染し、含水量を上昇させるということである。さらに、噴霧された液滴は完全に蒸発させられる必要がある。なぜならば、液体の水は、下流のフィルタバッグの詰まりの原因となるからである。
【０００６】
本発明の課題は、噴霧された液滴の完全な蒸発を保証しながら、液体冷却材を噴射することによって炉頂ガスの温度ピークを低減若しくは回避することである。
【０００７】
概要
本発明の課題は、以下のステップを含む、高炉ガスを浄化するプロセスによって達成される：
−高炉ガス流における予想される温度ピークを示す１つまたは複数のパラメータを連続的に監視するために１つまたは複数のセンサが使用される。監視されるパラメータは、例えば、例えば高炉の排気管におけるガス流の上流温度および／または国際公開第２０１３／０４５５３４号（WO 2013/045534）によって開示されているような圧力ピークまたはあらゆるその他の適切なパラメータを含むことができる。
−高炉ガス流は、次いで、調整塔を通過させられる；
−測定されたパラメータが所定の限界値を超えている場合、水などの冷却材が、調整塔における高炉ガス流内へ噴霧される；
−その後、高炉ガスの流れは、１つまたは複数のフィルタステーション、特に、バッグフィルタステーションを通過する。
【０００８】
調整塔における滞留時間は、一般的に、高炉ガス流において生じているプロセス圧力および温度でガス流が調整塔から出る前に全ての噴霧された水を蒸発させるように十分に長い。冷却材噴霧により、ガス流における浮遊した粒子は凝結または凝集し、高炉ガス流からの粒子の効率的な分離を可能にしてもよい。
【０００９】
特定の実施の形態において、冷却材は、例えば、流れ方向に広がる円錐形セクションの上流端部において、例えば、下方流れ方向へ、高炉ガス流と同時に噴霧される。例えば、円錐形セクションは、約３〜９度、例えば、約６度の円錐角を有してもよい。これらの手段は、液滴の完全蒸発および壁接触の最小化を可能にする、低乱流またはさらには非乱流の流れに寄与する。
【００１０】
調整塔における平均滞留時間は、例えば、約３〜約８秒、一般的に、約５〜約６秒であってもよい。そのように望まれるならば、より長いまたはより短い滞留時間が使用されてもよい。高炉ガス流の流速は、一般的に、約１０5〜８．１０5Ｎｍ3／ｈである。このような流速で、言及した滞留時間を得るために、ノズルと塔の出口との間の塔の体積は、例えば、８０〜１８００ｍ3の範囲であってもよい。特定の実施の形態において、ノズルと塔の出口との間のスペースは、少なくとも２．５、例えば、少なくとも３の高さ対直径比を有してもよく、直径は、調整塔の底部における直径である。
【００１１】
高炉ガス流の圧力は、一般的に、約２００〜３００ｋＰａ、例えば、約２５０ｋＰａである。この圧力は、調整塔において維持することができる。
【００１２】
冷却材は、一般的に、水であるが、その他の適切な冷却材を使用することもできる。選択的に、水は、凝固剤などの添加剤を含有してもよい。
【００１３】
調整塔に進入する高炉ガスは、一般的に、塩化水素、フッ化水素、硫化カルボニルおよび硫化水素などの複数の酸性有機汚染物質を含む。これらは、例えば、調整塔においてまたは調整塔の下流においてガス流に基本薬剤を噴射することによって除去することができる。これらに、例えば、例えば噴霧水における溶解された薬剤のような冷却材を噴霧することができる。択一的にまたは付加的に、これらは、調整塔においておよび／または調整塔の下流において、例えば、ガス流をフィルタステーションへ導くパイプラインにおいて、ガス流に別個に加えることができる。基本薬剤を、乾燥化合物としてまたは水溶液として加えることができる。適切な化合物は、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム（ソーダ）、消石灰またはそれらの混合物を含有する。
【００１４】
高炉ガスのその他の典型的な汚染物質は、重金属、多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）、ベンゼン、トルエンおよびキシレン（ＢＴＸ）を含有する。これらは、例えば、酸性汚染物質を中和するための試薬を含む混合物として、高炉ガス流内へ吸着剤を噴射することによって除去することができる。吸着剤は、例えば、活性炭、亜炭コークスまたはファイングレードゼオライトを含んでもよい。
【００１５】
１つまたは複数のノズルを使用して水を噴霧することができる。そのように望まれるならば、噴霧される水の量は、例えば、約２００ｍ3／ｈ以下のあらゆる適切な量またはそれよりも多くてもよい。
【００１６】
調整塔の出口温度の設定点は、例えば、少なくとも１５０℃、例えば、最大でも２５０℃、例えば、約２００℃であってもよい。
【００１７】
監視されたパラメータが許容できるレベルに戻った後、噴霧は停止してもよい。全ての噴射された冷却材は蒸発させられ、残った滴がフィルタバッグモジュールの下流に達することはない。
【００１８】
特定の実施の形態において、下方へのガス流は、ダスト収集ユニットの上方において上方へ変向される。これは、ガス流からより大きな凝固した粒子を分離する。分離された粒子は収集されかつ排出される。例えば、６．１０5Ｎｍ3／ｈ高炉では、約２００〜５００ｋｇのダストを一時間ごとに収集することができる。
【００１９】
プロセスは、高炉ガスのための排気管と、冷却材供給ライン、例えば、給水ラインに接続されたノズルを有する下流調整塔とを備える高炉を含む高炉プラントによって実施することができる。選択的に、プラントは、２つ以上の高炉および／または２つ以上の下流調整塔を有してもよい。
【００２０】
特定の実施の形態において、ノズルまたはその少なくとも一部は、高炉ガス流との冷却材の並流噴霧を可能にするために流れ方向に方向付けられている。択一的に、ノズルの全部または一部は、向流噴霧のために配置されていてもよい。適切なノズルの例は、例えば、冷却材を噴霧するために窒素または蒸気などの不活性ガスを使用する、２相ノズルを含む。ノズル当たりの流水量は、例えば、毎分約５〜１００ｌであってもよい。
【００２１】
鉛直方向下方ガス流を提供するために、調整塔は、例えば、その上部セクションにおける高炉ガス入口と、その底部セクションにおける高炉ガス出口とを有してもよい。底部セクションは、例えば、凝固した粒子を排出するためにダスト排出部までテーパしていてもよい。
【００２２】
特定の実施の形態において、調整塔は、側部出口と、パイプセクションとを有してもよく、パイプセクションは、調整塔内における下向きの入口と、側部出口に接続された出口とを有する。下向きの入口に進入するために、下方ガス流は上方へ変向させられる。これは、ガス流からより大きなダスト粒子を分離する。下向きの入口は、例えば、開放した下側を備える、頂点が上を向いた円錐形のマウスピースであってもよい。この円錐形のマウスピースは、例えば、テーパした底部セクションの上方において中央に配置されていてもよい。
【００２３】
分離された粒子を収集するために、高炉プラントは、例えば、排出ラインによって調整塔の底部に接続されたロックホッパを有してもよい。
【００２４】
高炉プラントは、一般的に、高炉の排気管と調整塔との間に、サイクロンまたはダストキャッチャなどの、１つまたは複数の第１のダスト除去装置を有する。このようなサイクロンまたはダストキャッチャは、より大きなダスト粒子を分離するために使用することができる。より微細なダスト粒子を除去するために、高炉プラントは、調整塔の下流に１つまたは複数の別のダスト除去装置を有してもよい。これらの下流のダスト除去装置は、例えば、例えばフィルタバッグおよび／または静電集塵器を含む、フィルタステーションであってもよい。
【００２５】
図面の簡単な説明
１つの典型的な実施の形態を示す添付の図面を参照して、発明の態様を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】高炉プラントの１つの典型的な実施の形態を側面図で示している。
【図２】図１のプラントを側面図で概略的に示している。
【図３】図１のプラントの調整塔内のノズルを示している。
【図４】調整塔の底部セクションを示している。
【００２７】
詳細な説明
図１は、図２に概略的に示された高炉プラント１を示している。プラント１は、サイクロン６へ通じたライン４に接続されたガス排出管３を備える高炉２を有し、サイクロン６において、より大きなダスト粒子がガス流から分離される。サイクロン６は、ガス排出ライン７に接続されたその上端部におけるガス出口と、ダストを収集しかつ排出するためにダスト排出ラインに接続されたその底部におけるダスト出口８とを有する。
【００２８】
ガス排出ライン７は、ガス流を調整塔１１の上端部における入口９へ導く。調整塔１１は、ダスト排出出口１４までテーパした底部セクション１２を有する（図２参照。図１では、これは円筒壁１３によって包囲されている）。ダスト出口１４の上方の所定の距離において、調整塔１１は、図４を参照して後で説明するように、下方ガス流を上方へ変向させる流れそらせ板１７を備える、ガスのための側部出口１６を有する。
【００２９】
図３は、調整塔１１の中間セクションを断面図で示している。調整塔１１の内部は、調整塔１１の壁部を横切る一連の半径方向に延びる噴霧ランス１５を有する。噴霧ランス１５は、調整塔１１の鉛直方向中心線の近くに、下向きのノズル１８を有する。択一的な実施の形態において、ノズルは、上向きであってもよい。ノズル１８は、加圧された窒素のための供給ライン１５ａおよび水のための供給ライン１５ｂを備える２相ノズルである。窒素は、水のための噴霧ガスとして働く。窒素の代わりに、蒸気などの択一的な不活性噴霧ガスを使用することができる。
【００３０】
調整塔１１は、下方へ広がった円錐形の中間セクション１１ｂに接続された円筒状の上部セクション１１ａを有する。噴霧ランス１５は、調整塔１１の円筒状の上部セクション１１ａへの移行部の近くで、円錐形セクション１１ｂの上端部に配置されている。ランス１５のこの位置は、冷却水の良好な分配を促進する。
【００３１】
ガス排出ライン１９（図２参照）は、側部出口１６から複数のバッグフィルタステーション２１へ延びている。ガスは、ガス（バッグ）フィルタステーション２１にわたって分配され、その後、浄化されたガスが再収集される。クリーンガスは、高温の高炉またはガスタービンのための燃料として使用することができる。
【００３２】
ガス排出管３において、通過する高炉ガスの温度は１つまたは複数のセンサ２２を使用して連続的に測定される。ガス温度が限界、例えば、１８０℃を超えると、１つまたは複数のセンサ２２は警告信号を制御ユニット２３へ送信する。制御ユニット２３は、調整塔１１における噴霧ノズル１８を作動させるように構成されている。排出管３におけるガス温度が限界よりも低下すると、センサ２２は第２の信号を制御ユニット２３へ送信する。第２の信号に応答して、制御ユニット２３は噴霧ノズル１８を作動停止させる。
【００３３】
この典型的な実施の形態において、調整塔１１の長さおよび直径は、高炉ガスの平均滞留時間が少なくとも５秒であるようになっている。
【００３４】
高炉ガス流における温度ピークは、一般的に、約２〜１０分間生じる。その時間の間、温度ピークを低下させるために水が噴霧される。
【００３５】
図３および図４は、ノズル１８をより詳細に示している。温度ピークを低減した後、フィルタ材料を損傷することなく高炉ガスをバッグフィルタ２１へ搬送することができる。調整塔１１からフィルタステーション２１へのライン１９において、汚染物質を除去するために、噴射ステーション２４において、基本化合物および／または吸着剤をガス流内へ噴射することができる。例えば、消石灰および活性炭を含む混合物が噴射されてもよい。含水量をできるだけ低く維持するために、これらの化合物を乾燥粉末として加えることができる。
【００３６】
調整塔１１において、分離されたダストおよび噴射された吸着剤は、底部セクション１２において収集かつ排出される。このために、調整塔１１は、下向きの入口２７と、側部出口１６に接続された出口２８とを有するパイプセクション２６を有する。下向きの入口２７は、開放した下側３１を備える、頂点が上を指した円錐形のマウスピース２９である。円錐形のマウスピース２９は、テーパした底部セクション１２の上方において中央に配置されている。高炉ガスの下方流れ方向は、円錐形のマウスピース２９によって、側部出口１６に向かって上向きに変向される。より大きな粒子は、流れ方向のこの変向に追従せず、ガス流から分離され、調整塔１１のテーパした底部セクション１２に収集される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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