JP2012102367A - 転炉排ガス回収装置及び転炉排ガス回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転炉で発生した排ガスを集塵し、非燃焼で可燃性ガスを回収する転炉排ガス回収装置において、集塵後の排ガス経路におけるガス中酸素分析の分析応答遅れを低減し、転炉排ガスの回収量を増大することのできる転炉排ガス回収装置及び転炉排ガス回収方法を提供する。
【解決手段】転炉炉頂の集塵前排ガス経路にガス中酸素濃度分析計（炉頂酸素分析計２１）とガス中ＣＯ濃度分析計（炉頂ＣＯ分析計２２）を有し、集塵後の排ガス経路にガス中酸素分析計（炉下酸素分析計２３）を有し、炉下酸素分析計２３として、煙道の排ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計２５を用いることを特徴とする転炉排ガス回収装置、及び、上記転炉排ガス回収装置を用いて行う転炉排ガス回収方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、転炉で発生した排ガスを集塵し、非燃焼で可燃性ガスを回収する転炉排ガス回収装置及び転炉排ガス回収方法に関するものである。

転炉精錬時に発生する排ガスは、一酸化炭素を高濃度に含むガスである。この転炉排ガスを処理する方法として、転炉炉頂で排ガス中の一酸化炭素を燃焼させた上でボイラーにてエネルギーを回収する燃焼型排ガス処理装置と、一酸化炭素を燃焼させずに回収する非燃焼型排ガス処理装置とがある。非燃焼型排ガス処理装置として、非特許文献１に記載のように、ＯＧ方式転炉排ガス回収装置が代表的に用いられる。図１にＯＧ方式転炉排ガス回収装置の全体概略図を示す。ＯＧ方式転炉排ガス回収装置においては、転炉１の炉口部において転炉排ガスをフード２に導き、輻射部３でガス温度を低減した上で２段のベンチュリースクラバー４によって湿式集塵を行い、誘引送風機５でガスを誘引し、煙道１１を経由し、転炉排ガスをガスホルダー１０に回収する。

転炉での精錬においては、まず転炉に溶銑を装入し、転炉吹錬によって主に脱炭精錬を行う。精錬完了後に溶鋼を出鋼するとともにスラグを排滓し、次の精錬のために溶銑を装入する。以上のような転炉精錬サイクルの中で、高濃度の一酸化炭素を含む排ガスが多量に発生するのは転炉吹錬中である。非吹錬時には排ガスは発生しない。また、吹錬開始直後においては、排ガス発生量が急激に増大するが、排ガス中には高濃度の酸素が含まれている。吹錬開始から時間が経過するとともに、排ガス中の酸素濃度は低下し、一酸化炭素濃度が増大する。

吹錬開始直後、排ガス中の一酸化炭素濃度が高くない時点から排ガスを回収すると、回収した排ガスの燃料ガスとしての品位が低下するので好ましくない。そのため、特許文献１に記載のように、転炉吹錬開始時には排ガスを大気中に放散することとし、転炉炉頂の輻射部３の排ガス経路にガス中ＣＯ濃度分析計（炉頂ＣＯ分析計２２）を設け、排ガス中の一酸化炭素濃度が一定濃度以上に上昇するまでは排ガスのガスホルダーへの回収を開始しない。

吹錬開始直後は排ガス中の酸素濃度が高い。また、排ガス経路中に破損などが生じて外気が混入すると排ガス中の酸素濃度が増大することがある。排ガス中の酸素濃度が高いときに排ガスを回収すると、排ガスの成分が爆発限界を超える可能性がある。そのため、転炉炉頂の輻射部３の排ガス経路にガス中酸素濃度分析計（炉頂酸素分析計２１）を設け、さらに湿式集塵後の煙道１１にガス中酸素濃度分析計（炉下酸素分析計２３）を設け、該２箇所の排ガス中の酸素濃度が一定濃度以下である場合にのみ排ガスをガスホルダー１０に回収している。

吹錬開始時には、回収弁９を閉とした上で、三方弁６の操作で煙道１１からの排ガスを放散塔８に排出している。吹錬開始後、炉頂ＣＯ分析計２２で計測した一酸化炭素濃度が一定濃度以上、例えば２５％以上となるとともに、炉頂酸素分析計２１と炉下酸素分析計２３で計測した２箇所の排ガス中の酸素濃度が一定濃度以下、例えば２％以下となる条件が成立したときにはじめて、回収弁９を開とするとともに、三方弁６の操作で排ガス経路を切り換えて排ガスのガスホルダー１０への回収を開始する。

転炉排ガス中の酸素濃度分析においては、煙道内のガスをサンプリングし、分析する方法が一般的である。例えば湿式サンプラを用いた磁気式酸素分析計が用いられている。水流を用いて煙道からガスをサンプリングし、ドレンセパレータ、ガスクーラー、さらにドレンセパレータを経由して磁気式酸素分析計にサンプルガスを導入し、サンプルガス中の酸素濃度を測定する。

特開平５−２０９２１２号公報 特開２００２−２７７３９１号公報 特開２００７−１７０８４１号公報

日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧II製銑・製鋼」第４６２頁

転炉排ガスが排ガス経路を移動し、炉頂酸素分析計２１の位置を通過してから炉下酸素分析計２３の位置を通過するまでに要する時間は３０秒程度である。ところが、ガス分析計で分析したガス濃度の時間推移を転炉吹錬開始直後から比較すると、炉頂酸素分析計２１で分析したガス中酸素濃度が２％以下となってから、炉下酸素分析計２３で分析したガス中酸素濃度が２％以下となるまでに約１１０秒が経過していた。炉下酸素分析計２３での酸素分析において、排ガス経路からガスをサンプリングしてから当該ガスの分析結果が出るまでの応答遅れが存在するためであると推定される。炉下酸素分析計２３での分析応答遅れが存在するため、転炉吹錬開始後、排ガスをガスホルダー１０に回収開始する時期が遅れてしまい、可燃性ガスである転炉排ガスを十分に有効利用できていなかった。

本発明は、転炉で発生した排ガスを集塵し、非燃焼で可燃性ガスを回収する転炉排ガス回収装置において、集塵後の排ガス経路におけるガス中酸素分析の分析応答遅れを低減し、転炉排ガスの回収量を増大することのできる転炉排ガス回収装置及び転炉排ガス回収方法を提供することを目的とする。

ガス分析計として、測定ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計が、例えば特許文献２、３に開示されている。管路中を流れる測定ガスに向けてレーザ光を照射し、測定空間を透過したレーザ光を検出してガス成分を検出する。転炉排ガス回収装置の炉下酸素分析計としてレーザ式ガス分析計を用いたところ、ガス中の酸素分析の応答遅れを低減可能であることが明らかになった。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）転炉で発生した排ガスを集塵し、非燃焼で可燃性ガスを回収する転炉排ガス回収装置であって、転炉炉頂の集塵前排ガス経路にガス中酸素濃度分析計（以下「炉頂酸素分析計２１」という。）とガス中ＣＯ濃度分析計（以下「炉頂ＣＯ分析計２２」という。）を有し、集塵後の排ガス経路にガス中酸素分析計（以下「炉下酸素分析計２３」という。）を有し、炉下酸素分析計２３として、煙道の排ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計２５を用いることを特徴とする転炉排ガス回収装置。
（２）上記（１）に記載の転炉排ガス回収装置を用いて行う転炉排ガス回収方法であって、転炉吹錬を開始するときには発生した転炉排ガスを大気に放散し、炉頂酸素分析計２１と炉下酸素分析計２３で測定したガス中酸素濃度が所定濃度以下となるとともに炉頂ＣＯ分析計２２で測定したガス中ＣＯ濃度が所定濃度以上となったときに、ガスを大気放散からガスホルダー１０への回収に切り換えることを特徴とする転炉排ガス回収方法。

本発明は、転炉で発生した排ガスを集塵し、非燃焼で可燃性ガスを回収する転炉排ガス回収において、集塵後の排ガス経路に設ける炉下酸素分析計２３としてレーザ式ガス分析計２５を用いることにより、ガス中の酸素分析の応答遅れを低減することができ、転炉排ガスの回収量を増大することができる。

ＯＧ方式転炉排ガス回収装置の全体概略図である。 炉下酸素分析計としてレーザ式ガス分析計を用いた状況を示す図である。 転炉吹錬開始後のガス分析計の分析結果の推移を示す図である。

ＯＧ方式転炉排ガス回収装置の全体を図１に示す。

転炉内で発生した排ガスは、転炉１の上部に配置されたフード２によって集められ、輻射部３でガスを冷却し、次いで２段のベンチュリースクラバー４によって湿式集塵される。湿式集塵後の排ガスは、煙道１１の途中に設けられた誘引送風機５で送風され、三方弁６に至る。三方弁６で分岐した一方の経路は放散塔８に至り、この経路を流れた排ガスは大気中に放散される。三方弁６で分岐した他方の経路は、回収弁９を経由してガスホルダー１０に至る。三方弁６の操作により、転炉１から排出された排ガスはガスホルダー１０に導かれ、あるいは放散塔８から放散される。

転炉炉頂の湿式集塵前排ガス経路である輻射部３にガス中酸素濃度分析計（炉頂酸素分析計２１）とガス中ＣＯ濃度分析計（炉頂ＣＯ分析計２２）が配置される。また、湿式集塵後の排ガス経路である煙道１１にガス中酸素分析計（炉下酸素分析計２３）が配置される。通常、炉下酸素分析計２３は誘引送風機５の下流側の煙道１１に配置される。

転炉排ガスをガスホルダー１０に回収するかあるいは放散塔８を経由して大気中に放散するかの判断については、排ガスのガス分析結果によって行っている。炉頂ＣＯ分析計２２で分析した排ガス中一酸化炭素濃度が例えば２５％以上であり、炉頂酸素分析計２１と炉下酸素分析計２３で分析した排ガス中酸素濃度が両方とも例えば２％以下である場合に回収条件が成立し、排ガスをガスホルダー１０に回収する。条件が一つでも外れた場合には回収条件が非成立となり、排ガスを放散塔８から放散する。転炉吹錬開始時には転炉排ガスを放散塔８から放散している。吹錬の経過とともに、炉頂酸素分析計２１、炉下酸素分析計２３で分析するガス中の酸素濃度が低下し、炉頂ＣＯ分析計２２で分析するガス中の一酸化炭素濃度が上昇する。そして分析したガス成分が前記回収条件成立に至ったときに、三方弁６を回収側に操作するとともに開閉弁９を開とし、ガスホルダー１０へのガス回収を開始する。

本発明においては、炉下酸素分析計２３として、煙道の排ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計２５を用いる。レーザ式ガス分析計は、図２に示すように、測定したい空間に向けて測定用レーザ光を照射するレーザ照射部２６と、測定空間を透過した測定用レーザ光３０を検出するレーザ受光部２７と、このレーザ受光部の出力信号を処理する演算処理装置３１と、により構成される。レーザ照射部２６から発するレーザ光３０の波長を連続的に変化させながら測定用レーザ光を測定空間に照射しており、この結果得られるレーザ受光部２７の出力信号を演算処理装置３１で分析・演算することにより検出対象である分子・原子の平均濃度及び平均温度のデータを得る。測定ガス中に高濃度の粉塵を含んでいても、精度良くガス中の成分濃度を分析することができる。

本発明においては、湿式集塵後の排ガス経路である煙道１１に、炉下酸素分析計２３としてレーザガス分析計２５を設置する。通常は図１に示すように、誘引送風機の下流側の排ガス経路に設ける。図２（ａ）に示すように、煙道１１の外側にレーザ照射部２６を配置し、レーザ光３０を煙道内の排ガスに向けて照射する。煙道１１のレーザ照射部２６と反対側の外側にレーザ受光部２７を配置する。このように配置したレーザ式ガス分析計により、煙道中を流れる排ガスの酸素濃度を分析することができる。

誘引送風機下流側の煙道１１は、直径が２ｍを超える大口径である。レーザ照射部２６からレーザ受光部２７に至るレーザ光３０の光路の長さは煙道１１の直径と同等あるいはそれ以上となる。排ガス中にダストや水滴が多く存在する場合には、レーザ光３０の光路が長すぎると、レーザ光がダストや水滴に散乱されて測定が困難になるときがある。このような場合には、図２（ｂ）に示すように、レーザ照射部２６側とレーザ検出器２７側の一方または双方に、レーザ光３０の光路を囲むようにインサーションチューブ２８を配置することによって問題を解決することができる。インサーションチューブ２８内には、炉内側のインサーションチューブ先端に向けて流れるようにパージガス２９として窒素ガスを流す。これにより、インサーションチューブ内は常に清浄な窒素ガスで満たされる。測定ガスが流れる光路は、両側から延びるインサーションチューブ２８の先端から先端までの間となる。インサーションチューブ２８の設置によって、測定ガス中を通過するレーザ光路を短くすることができ、たとえ排ガス中にダストや水滴が含まれていても、良好にガス中酸素濃度を分析することが可能となる。

本発明において、炉頂酸素分析計２１及び炉頂ＣＯ分析計２２については、従来と同様の分析計を用いることとしてよい。従来、ガス分析の応答遅れが顕著だったのは炉下酸素分析計２３であり、炉下酸素分析計２３を磁気式酸素分析計からレーザ式ガス分析計２５に変更するのみによって、転炉排ガスの回収開始時期を早めることができ、ガス回収量の増大を図ることができるからである。

本発明の転炉排ガス回収方法においては、上記本発明の転炉排ガス回収装置を用い、転炉吹錬を開始するときには発生した転炉排ガスを大気に放散し、炉頂酸素分析計２１と炉下酸素分析計２３で測定したガス中酸素濃度が所定濃度以下となるとともに炉頂ＣＯ分析計２２で測定したガス中ＣＯ濃度が所定濃度以上となったときに、ガスを大気放散からガスホルダー１０への回収に切り換える。炉下酸素分析計２３としてレーザガス分析計２５を用いているので、転炉排ガスの回収開始時期を早めることができ、ガス回収量の増大を図ることができる。

以上、ＯＧ方式転炉排ガス回収装置を例にとって説明してきたが、本発明は非燃焼式ガス回収装置で下流の酸素濃度を回収条件としている場合には他の方式であっても実施可能である。

３００トン転炉のＯＧ方式転炉排ガス回収装置において、本発明を適用した。ＯＧ方式転炉排ガス回収装置の全体は図１に示すとおりである。

転炉炉頂の輻射部３の排ガス経路に炉頂酸素分析計２１と炉頂ＣＯ分析計２２を設置し、湿式集塵後の煙道１１に炉下酸素分析計２３を設置している。吹錬開始時には、回収弁９を閉とした上で、三方弁６の操作で煙道１１からの排ガスを放散塔８に排出している。吹錬開始後、炉頂ＣＯ分析計２２で計測した一酸化炭素濃度が２５％以上となるとともに、炉頂酸素分析計２１と炉下酸素分析計２３で計測した２箇所の排ガス中の酸素濃度が２％以下となる条件が成立したときにはじめて、回収弁９を開とするとともに、三方弁６の操作で排ガス経路を切り換えて排ガスのガスホルダー１０への回収を開始する。

従来例は炉頂酸素分析計２１、炉下酸素分析計２３には磁気式の分析計を用い、炉頂ＣＯ分析計２２には赤外線式分析計を用いた。

本発明例においては、炉下酸素分析計２３のみについて、従来の磁気式酸素分析計からレーザ式ガス分析計２５に変更した。誘引送風機５の下流側の煙道１１に、図２（ｂ）に示すようにレーザ式ガス分析計２５を設置した。煙道１１の外側にレーザ照射部２６を配置し、レーザ光３０を煙道内の排ガスに向けて照射するとともに、煙道１１のレーザ照射部２６と反対側の外側にレーザ受光部２７を配置した。レーザ照射部２６から発するレーザ光３０の波長を連続的に変化させながら測定用レーザ光を測定空間に照射し、この結果得るレーザ受光部２７の出力信号を演算処理装置３１で分析・演算することにより、煙道内を通過する排ガス中の酸素濃度を分析する。煙道１１は直径が２．４ｍと大きいため、図２（ｂ）に示すようにインサーションチューブ２８を設けた。インサーションチューブ２８内には、炉内側のインサーションチューブ先端に向けて流れるようにパージガス２９として窒素ガスを流す。両側から延びるインサーションチューブ２８の先端から先端までの間隔を１ｍとした。これにより、排ガス中を通過するレーザ光３０の光路の長さが１ｍとなり、排ガスが粉塵や水分を含んでいても問題なく排ガス中の酸素濃度を分析することができる。

図３に、転炉１での吹錬を開始してからの時間経過と、炉頂酸素分析計２１、炉頂ＣＯ分析計２２、炉下酸素分析計２３によるガス分析結果の時間推移を示している。炉下酸素分析計２３については、磁気式分析計による従来データとレーザ式ガス分析計による本発明データをともに掲載している。図中には、炉頂ＣＯ分析計条件成立４１、従来法における炉下酸素分析計条件成立４２、本発明法における炉下酸素分析計条件成立４３のタイミングを図示している。

図１の横軸が約２０秒において吹錬を開始している。

従来例においては、まず炉頂酸素分析計の条件が成立し、さらに約９０秒で炉頂ＣＯ分析計条件成立４１となり、次いで約１７０秒で炉下酸素分析計条件成立４２となる。この時点で「回収条件成立」であり、ガス回収に向けてのシーケンスが開始される。

本発明例においては、まず炉頂酸素分析計の条件成立とほぼ同時に約６０秒で炉下酸素分析計条件成立４３となり、次いで約９０秒で炉頂ＣＯ分析計条件成立４１となる。この時点で「回収条件成立」であり、ガス回収に向けてのシーケンスが開始される。従って、従来例に比較して本発明例は、回収条件成立が１７０秒から９０秒になり、差し引き８０秒の時間短縮を実現することができた。

１ 転炉
２ フード
３ 輻射部
４ ベンチュリースクラバー
５ 誘引送風機
６ 三方弁
７ バイパス弁
８ 放散塔
９ 回収弁
１０ ガスホルダー
１１ 煙道
２１ 炉頂酸素分析計
２２ 炉頂ＣＯ分析計
２３ 炉下酸素分析計
２５ レーザ式ガス分析計
２６ レーザ照射部
２７ レーザ受光部
２８ インサーションチューブ
２９ パージガス
３０ レーザ光
３１ 演算処理装置
４１ 炉頂ＣＯ分析計条件成立
４２ 従来法における炉下酸素分析計条件成立
４３ 本発明法における炉下酸素分析計条件成立

Claims (2)

1. 転炉で発生した排ガスを集塵し、非燃焼で可燃性ガスを回収する転炉排ガス回収装置であって、転炉炉頂の集塵前排ガス経路にガス中酸素濃度分析計（以下「炉頂酸素分析計」という。）とガス中ＣＯ濃度分析計（以下「炉頂ＣＯ分析計」という。）を有し、集塵後の排ガス経路にガス中酸素分析計（以下「炉下酸素分析計」という。）を有し、
   前記炉下酸素分析計として、煙道の排ガス中にレーザ光を照射し、そのレーザ光の光吸収による光量変化からガス濃度を測定するレーザ式ガス分析計を用いることを特徴とする転炉排ガス回収装置。
2. 請求項１に記載の転炉排ガス回収装置を用いて行う転炉排ガス回収方法であって、転炉吹錬を開始するときには発生した転炉排ガスを大気に放散し、炉頂酸素分析計と炉下酸素分析計で測定したガス中酸素濃度が所定濃度以下となるとともに炉頂ＣＯ分析計で測定したガス中ＣＯ濃度が所定濃度以上となったときに、ガスを大気放散からガスホルダーへの回収に切り換えることを特徴とする転炉排ガス回収方法。

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