| 【発明の名称】 |
排ガスの冷却制御方法及び冷却制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】内田 親司朗
【氏名】有光 功
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| 【要約】 |
【課題】金属材料を溶解あるいは精錬する電気炉から溶解、精錬、昇温中に発生する排ガス、あるいは金属材料を電気炉内又はスクラップ予熱専用装置にて予熱するときに発生する排ガスを排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置において、水漏れがなく所定の目標温度に確実に安定して冷却可能にするための冷却制御方法及び冷却制御装置を提供する。
【解決手段】電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御方法において、冷却装置入り側の排ガス温度と排ガス流量及び冷却装置出側の排ガス温度を測定し、式（１）〜（３）に基づいて補正した噴霧水量Ｇ’を求め、冷却装置の噴霧水量を制御することを特徴とする排ガスの冷却制御方法及び冷却装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御方法において、冷却装置入り側の排ガス温度と排ガス流量及び冷却装置出側の排ガス温度を測定し、前記入り側排ガス温度と排ガス流量から排ガス入熱量を算出し、前記排ガス入熱量に基づいて一次噴霧水量を求め、更に前記排ガス出側温度と排ガス出側目標温度との差異に基づいて前記一次噴霧水量を補正して噴霧水量とし、冷却装置の噴霧水量を制御することを特徴とする排ガスの冷却制御方法。
【請求項２】 前記一次噴霧水量を前記排ガス入熱量の一次関数として定めることを特徴とする請求項１に記載の排ガスの冷却制御方法。
【請求項３】 電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御方法において、冷却装置入り側の排ガス温度と排ガス流量及び冷却装置出側の排ガス温度を測定し、下記式（１）〜（３）に基づいて補正した噴霧水量Ｇ’を求め、冷却装置の噴霧水量を制御することを特徴とする排ガスの冷却制御方法。
Ｇ’＝（Ｅ＋ΔＥ−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ）／（０．４５×Ｔｏ＋５３９．５） ・・・式（１）
Ｅ＝Ｑｇｉ×Ｔｇｉ×Ｃｐｉ ・・・式（２）
ΔＥ＝（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ’×Ｃｐｏ’−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ ・・・式（３）
ここで、Ｅ：冷却装置入り側の排ガス入熱量Ｑｇｉ：冷却装置入り側排ガス量Ｑａ：噴霧空気量Ｔｏ：冷却装置排ガス出側目標温度Ｃｐｏ：Ｔｏにおける排ガス比熱Ｔｇｉ：冷却装置排ガス入り側温度Ｃｐｉ：Ｔｇｉにおける排ガス比熱Ｔｏ’：実際の冷却装置出側排ガス温度Ｃｐｏ’：Ｔｏ’における排ガス比熱Ｇ’：補正した噴霧水量【請求項４】 電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御装置において、冷却装置入り側煙道に設けた排ガス流量計及び排ガス入り側温度計と、冷却装置出側煙道に設けた排ガス出側温度計と、前記排ガス流量計と排ガス入り側温度計の測定結果に基づいて排ガス入熱量を計算する演算器と、前記排ガス入熱量、前記排ガス出側温度計の測定結果と排ガス出側目標温度に基づいて上記式（１）〜（３）を用いて補正した噴霧水量を求めて冷却装置に噴霧水量を指令する補正演算器とを有することを特徴とする排ガスの冷却制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料を溶解あるいは精錬する電気炉から溶解、精錬、昇温中に発生する排ガス、あるいは金属材料を電気炉内又はスクラップ予熱専用装置にて予熱するときに発生する排ガスを排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御方法及び冷却制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料を電気炉内で溶解、昇温する場合、あるいは電気炉内またはスクラップ予熱専用装置にて予熱する場合に、該電気炉または予熱専用装置から白煙あるいは悪臭等の有害成分が発生することがある。この白煙は、金属材料に付着している油分が蒸発してミスト状になったもので、排ガスの集塵装置において集塵除去されるが、集塵装置内の濾布の目詰まり、あるいは火災の原因となる。また、悪臭や芳香族塩素化合物等の有害成分については、就業する作業者の作業環境の悪化だけでなく、地域住民の生活環境にも重大な影響を与える。
【０００３】これら排ガス中に含まれる白煙、あるいは悪臭や芳香族塩素化合物等の有害成分を除去する方法としては、様々な方法が開示されている。
【０００４】例えば、電気炉内またはスクラップ予熱専用装置から発生する排ガスを直接燃焼加熱して有害成分を除去する直接燃焼装置として、特開平０６−１１７７８０号公報に開示されている発明は、バーナー燃焼による燃焼高温ガスと排ガスとを混合させ、所定の高温度に保持した状態で排ガス中の有害成分を分解し、その後有害成分が再生成するのを防止するために、冷却装置に設置されたスプレーノズルから噴霧される噴霧水で排ガスを所定の目標冷却温度まで直接冷却する方法である。
【０００５】また、例えば電気炉内またはスクラップ予熱専用装置から発生する排ガスを加熱することなく直接冷却して有害成分を除去する直接冷却方法として、特公平０７−１８６６５号公報には、排ガスを冷却装置内で所定の目標温度まで直接冷却する発明が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】電気炉から発生する排ガス流量や排ガス温度は電気炉の操業期によって大きく変動する。直接燃焼装置で排ガスのバーナー燃焼を行う場合においても、冷却装置入り側排ガス入熱量が排ガス流量の変動等に起因して大きく変動する。上記特開平０６−１１７７８０号公報に記載の方法においては、冷却装置出側の実績排ガス温度と排ガス出側目標温度との差異を測定し、該差異が大きい場合には冷却装置の噴霧水量を多く、差異が小さい場合は噴霧水量を少なくというように冷却制御を行っている。ところが、冷却装置入り側入熱量が急激に変化した場合において、冷却装置出側排ガス温度はそれに呼応してすぐには変化しないため、噴霧水量も急速には変化せず、結果として噴霧水量の供給過不足が発生し、噴霧水量過剰の場合は蒸発しきれなかった噴霧水が冷却装置下部より洩れ、噴霧水量不足の場合は排ガスを目標温度まで冷却できなくなる。
【０００７】上記特公平０７−１８６６５号公報に記載の方法では、所定の温度まで加熱する装置がないため、冷却装置へ導入される排ガスは排ガス流量、排ガス温度ともに大きく変動し、入り側排ガス入熱量の変動は加熱装置を有している場合以上に大きく変動する。そのため、冷却装置において噴霧水量の供給過不足が発生し、噴霧水量過剰の場合は蒸発しきれなかった噴霧水が冷却装置下部より洩れ、噴霧水量不足の場合は排ガスを目標温度まで冷却できなくなる。冷却が極端に不足した場合は、有害成分が再生成する恐れもでてくる。
【０００８】本発明は、金属材料を溶解あるいは精錬する電気炉から溶解、精錬、昇温中に発生する排ガス、あるいは金属材料を電気炉内又はスクラップ予熱専用装置にて予熱するときに発生する排ガスを排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置において、水漏れがなく所定の目標温度に確実に安定して冷却可能にするための冷却制御方法及び冷却制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御方法において、冷却装置入り側の排ガス温度と排ガス流量及び冷却装置出側の排ガス温度を測定し、前記入り側排ガス温度と排ガス流量から排ガス入熱量を算出し、前記排ガス入熱量に基づいて一次噴霧水量を求め、更に前記排ガス出側温度と排ガス出側目標温度との差異に基づいて前記一次噴霧水量を補正して噴霧水量とし、冷却装置の噴霧水量を制御することを特徴とする排ガスの冷却制御方法。
（２）前記一次噴霧水量を前記排ガス入熱量の一次関数として定めることを特徴とする上記（１）に記載の排ガスの冷却制御方法。
（３）電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御方法において、冷却装置入り側の排ガス温度と排ガス流量及び冷却装置出側の排ガス温度を測定し、下記式（１）〜（３）に基づいて補正した噴霧水量Ｇ’を求め、冷却装置の噴霧水量を制御することを特徴とする排ガスの冷却制御方法。
Ｇ’＝（Ｅ＋ΔＥ−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ）／（０．４５×Ｔｏ＋５３９．５） ・・・式（１）
Ｅ＝Ｑｇｉ×Ｔｇｉ×Ｃｐｉ ・・・式（２）
ΔＥ＝（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ’×Ｃｐｏ’−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ ・・・式（３）
ここで、Ｅ：冷却装置入り側の排ガス入熱量Ｑｇｉ：冷却装置入り側排ガス量Ｑａ：噴霧空気量Ｔｏ：冷却装置排ガス出側目標温度Ｃｐｏ：Ｔｏにおける排ガス比熱Ｔｇｉ：冷却装置排ガス入り側温度Ｃｐｉ：Ｔｇｉにおける排ガス比熱Ｔｏ’：実際の冷却装置出側排ガス温度Ｃｐｏ’：Ｔｏ’における排ガス比熱Ｇ’：補正した噴霧水量（４）電気炉又は電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスに水を噴霧して該排ガス温度を排ガス出側目標温度まで冷却する冷却装置の冷却制御装置において、冷却装置入り側煙道に設けた排ガス流量計及び排ガス入り側温度計と、冷却装置出側煙道に設けた排ガス出側温度計と、前記排ガス流量計と排ガス入り側温度計の測定結果に基づいて排ガス入熱量を計算する演算器と、前記排ガス入熱量、前記排ガス出側温度計の測定結果と排ガス出側目標温度に基づいて上記式（１）〜（３）を用いて補正した噴霧水量を求めて冷却装置に噴霧水量を指令する補正演算器とを有することを特徴とする排ガスの冷却制御装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】従来技術においては、冷却装置出側の実績排ガス温度と排ガス出側目標温度との差異を測定し、該差異が大きい場合には冷却装置の噴霧水量を多く、差異が小さい場合は噴霧水量を少なくというように冷却制御を行っていた。これでは前記のように、冷却装置入り側入熱量が急激に変化した場合において、冷却装置出側排ガス温度はそれに呼応してすぐには変化しないため、噴霧水量も急速には変化せず、結果として噴霧水量の供給過不足が発生していた。
【００１１】本発明においては、冷却装置入り側の排ガス温度と排ガス流量を測定し、入り側排ガス温度と排ガス流量から排ガス入熱量を算出し、この排ガス入熱量に基づいて一次噴霧水量を求めている。具体的には、排ガス入熱量と排ガス出側目標温度とから冷却に必要な理論噴霧水量を求め、この理論噴霧水量を一次噴霧水量としている。このため、排ガス入熱量の急激な変化があっても計算した一次噴霧水量は排ガス入熱量の変化に対応して急速に変化するため、噴霧水量の供給過不足を発生させない。
【００１２】理論噴霧水量は以下の式によって計算することができる。
Ｇ＝（Ｅ−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ）／（０．４５×Ｔｏ＋５３９．
５） ・・・式（４）
Ｅ＝Ｑｇｉ×Ｔｇｉ×Ｃｐｉ ・・・式（２）
ここで、Ｅ：冷却装置入り側の排ガス入熱量Ｑｇｉ：冷却装置入り側排ガス量Ｑａ：噴霧空気量Ｔｏ：冷却装置排ガス出側目標温度Ｃｐｏ：Ｔｏにおける排ガス比熱Ｔｇｉ：冷却装置排ガス入り側温度Ｃｐｉ：Ｔｇｉにおける排ガス比熱Ｇ：理論噴霧水量【００１３】以上のように理論噴霧水量は排ガス入熱量Ｅの一次関数となっている。従って、上記理論式に基づかなくても、排ガス出側温度を一定に保つための必要噴霧水量を排ガス入熱量を変化させて実験により求め、その結果をもとに噴霧水量を排ガス入熱量の一次関数の形に表現し、これをもって一次噴霧水量としてもよい。
【００１４】上記のように一次噴霧水量は理論噴霧水量に基づいており、一次噴霧水量の計算にはパラメーターとして排ガス入り側流量、排ガス入り側温度、排ガス出側目標温度のみを採用している。もちろん、理論噴霧水量とはいっても当該冷却装置において実績値に基づいてキャリブレーションを行うので、当該冷却装置に最適な一次噴霧水量を算出することができる。
【００１５】発明者等の経験によると、冷却装置入り側の排ガス流量、排ガス温度が大きく変動している場合、冷却装置出側の温度が実際に所定の目標冷却温度に到達するまでに、およそ１０分かかっている。従って、その時間を超えても、なお所定の目標冷却温度に到達しない、あるいは所定の目標冷却温度を大幅に下回る場合は、噴霧冷却水の温度が異なる、冷却装置内の雰囲気温度が異なる等で、計算によって算出した理論噴霧水量が現状にあっていないと考えられる。従って、そのような場合は、冷却装置出側温度の実績値と、所定の目標冷却温度との差から噴霧水量の補正計算を実施し、その分の噴霧水量の増減を実施する。
【００１６】以下具体的に述べる。例えば、仮に冷却装置内面耐火物の温度が周囲温度より高くなっているとすると、実際に冷却水を噴霧しているときには、耐火物表面より放熱して、その分雰囲気温度が高くなるため、所定の目標冷却温度まで冷却するためにはその分噴霧水量は理論噴霧水量より多く必要になる。
【００１７】耐火物の放熱量をΔＥとおくと、そのときに必要な噴霧水量Ｇ’は以下となる。
Ｇ’＝（Ｅ＋ΔＥ−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ）／（０．４５×Ｔｏ＋５３９．５） ・・・式（１）
ここで、ΔＥ：耐火物の放熱量、その他は前記のとおり。
【００１８】ここで、ΔＥ以外は実測値からすべて算出可能だが、ΔＥを定量的に把握することは困難なため、このような補正方法は現実的ではない。そこで、発明者等は、実機において収集したデータからおよそ以下の関係を導き出した。すなわち、概括的に整理すれば、図３に示したように、もともと設定していた理論噴霧水量に対する、所定の目標冷却温度まで冷却するのに実際に必要な噴霧水量の比α（噴霧水量係数）は、実際の冷却装置出側排ガス温度と目標冷却温度との差から以下の式によって求まる排ガス熱量差ΔＥとおよそ一次比例の関係にあるということである。
ΔＥ＝（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ’×Ｃｐｏ’−（Ｑｇｉ＋Ｑａ）×Ｔｏ×Ｃｐｏ ・・式（３）
ここで、Ｔｏ’：実際の冷却装置出側排ガス温度Ｃｐｏ’：Ｔｏ’における排ガス比熱【００１９】従って、所定の目標冷却温度より高い場合、または低い場合には、そのときの上記に述べた排ガス熱量差ΔＥから求まる噴霧水量係数αを図３より求め、それをもともとの理論噴霧水量（上記式（４）のＧ）に乗じた噴霧水量へ切り替えることで、所定の目標冷却温度に到達させることが可能になるわけである。あるいは、上記式（１）のＧ’を用いても同様の効果を発揮することができる。
【００２０】このことは、別の表現を用いると、冷却装置からの排ガス出熱量について実績出熱量と目標出熱量との差を算出し、該差に比例する補正噴霧水量をもって上記一次噴霧水量を補正すると、結果として排ガス出側実績温度を排ガス出側目標温度に一致させることができることとなる。この結果に基づき、本発明においては、冷却装置出側の排ガス温度を測定し、排ガス出側温度と排ガス出側目標温度との差異に基づいて前記一次噴霧水量を補正して噴霧水量とし、冷却装置の噴霧水量を制御する。具体的には、一次噴霧水量に補正噴霧水量を加減する方法を採用しても、あるいは一次噴霧水量に補正係数を乗除する方法を採用してもよい。
【００２１】上記補正量を排ガス出側温度と排ガス出側目標温度との差異に比例する成分のみとすると、制御を行った結果として排ガス出側温度と排ガス出側目標温度との間にオフセットが残存することがある。オフセットを除去するためには、上記補正量の計算において積分項を導入することが有効である。
【００２２】
【実施例】（実施例１）図１に示す実施例１にもとづいて本発明を説明する。冷却装置１の入り側の水冷煙道２には排ガス流量を測定するための排ガス流量計３及び排ガス温度を測定するための排ガス入り側温度計４が設置され、それぞれの測定値は演算器５に送られる。演算器５では、測定された排ガス流量と排ガス入り側温度を基に排ガスの入熱量及び一次噴霧水量が計算される。
【００２３】冷却装置出側には冷却後の排ガス温度を測定するための排ガス出側温度計９が設置されている。排ガス出側温度計９の測定値も演算器５に送られる。
【００２４】補正演算器１２においては、式（１）〜（３）に基づいて補正した噴霧水量を算出する。
【００２５】一方、冷却装置上部には、冷却水を噴霧するためのスプレーノズル６が配され、スプレーノズル６に冷却水を供給する配管途中には、冷却水流量を制御するための流量調節弁７が設置されている。流量調節弁７には、弁開度を制御・調整するための調節器８が接続されている。
【００２６】上記補正演算器１２から噴霧水量が調節器８に指令として送られ、該指令に基づいて調節器８によって流量調節弁７の弁開度が調整され、上記補正演算器１２により計算されたとおりの噴霧水量が冷却装置内に供給される。この結果、冷却装置下部からは水が漏れることがなく、また排ガスは目標温度まで冷却されることとなる。
【００２７】本発明に基づいて冷却装置の制御を行った結果、冷却装置出側の排ガス温度は常に排ガス出側目標温度を維持することができ、また冷却装置下部から水が漏れることもなくなった。
【００２８】（実施例２）本発明の実施例２として、図２に示す設備構成を用いた。スプレーノズルに気水ノズルを採用したものであり、スプレーノズルの構成以外の部分については実施例１と同様である。実施例１と同様、本発明に基づいて冷却装置の制御を行った結果、冷却装置出側の排ガス温度は常に排ガス出側目標温度を維持することができ、また冷却装置下部から水が漏れることもなくなった。
【００２９】
【発明の効果】電気炉または電気炉用スクラップ予熱装置から発生する排ガスの冷却装置において、冷却装置入り側の排ガス入熱量に応じて冷却のための噴霧水量を求め、更に排ガス出側温度と排ガス出側目標温度との差異に基づいて該噴霧水量を補正することにより、噴霧水量の過不足が解消され、冷却装置下部から水が漏れることがなくなり、冷却装置出側の排ガス温度は常に排ガス出側目標温度を維持することができるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月１８日（１９９９．６．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７５４１
【弁理士】
【氏名又は名称】岸田 正行 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−４２８８（Ｐ２００１−４２８８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１７２５０４ |
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