JPS5872835A - 工業用プロセス空気の加熱方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１１発明の背景 本発明は工業プロセスに使用するプロセスガスを特′ポ
の所望の温度に加熱する方法及び装置に関する。プロセ
スガス、特に加熱された空気は琴くの工業プロセスにお
いて相肖斤１が１−川される。

天童の空気を、例えば熱交換機によって、ＩＪｌ’ｌ熱
する通常の方法はかなりの設備投資を必要とする。

したがって石炭コークス、天然ガス、石油などの化石燃
料を燃焼させることが最近益々行われるようになった。

しかしこのような燃焼は環境及び技術的観点から問題を
生ずるようになった。環境的観点からは硫黄化合物の放
出によって環境を酸性化し煤煙が沈降する。硫黄はある
特定のプロセスにおいては存在しないので、もし存（Ｈ
すると工業的問題が起きる、そのプロセスというのは鉄
鋼製造などである。これに加えて化石燃料の価格が著し
く上昇し続けてい乙ので原価の問題がおきる。

この問題を解決するために多くのη法が樟挙されてきた
。生産叶を増加させ同時にコークスの消費量を減少させ
る目的で高炉における熱１虱の温度を高めるために、製
鉄業界において１つの）５法が開発された。との公知の
方法においては、熱風は公知の型のプラズマ発生機で電
弧によって発生されるプラズマに完全に又は部分的にプ
ラズマガスを通す。プラズマ発生嗜に伴う利益は効率が
高く、はとんど９０％に運することであり、′チたきわ
めて高い温度、通常はｓ、　ｏ　ｏ　ｏ℃を越ン、る温
度に達することである。

プラズマ発生機によって発生するプラズマガスの中では
原子及び分子のあるものがイオン化され、これらのイオ
ン化された粒子がきわめて活性を有することである。空
気流からつくられたプラズマガスが低い温度において通
常の状ｆｒＭＶｃもどるが、窒素および酸素と共に窒素
酸化物が生じる。窒素酸化物はきわめて毒性が強くて硝
酸を生じ、プロセス装置を破壊することができる。

しかし高炉に吹込む４！気をＱｎ熱する」二記公知のη
法においては、窒素酸化物の生成を考轡に入れていなか
った、これは発生するプラズマガスが直接高炉に吹きこ
捷れ、ここで窒素酸化物は自動的に分解しながら高寸の
装入物を逼るためである。

プロセスガスを加熱するためにプラズマ発生機を使用す
るととはこのために実質的に高炉に応用することに制限
されている。

１′２）　　発明の概略 本発明の目的は上記欠点を、解消１．て上記のように窒
素酸化物を形成して環境を汚染すると、となしにプロセ
ス空気を加熱することができる方法文び装置を提供する
ことである、またとれによって化石燃料を使用する通常
の加熱と比べて安価な加熱方法及び装置を提供すること
である。との目的は本発明によって第１の空気流分をプ
ラズマ発生機に通して高い温度に加熱する。窒素酸化物
の形成を僻けるために、炭素及び／又は炭化水素、）り
（１えば石油、石炭スラＩＪ−５天然ガス又は石炭粉末
、を含む物質をイオン化された窒素及び酸素を含むプラ
ズマガスに加える、この加える奢は、この物質がプラズ
マガスと反応１〜た時にＣＯ＋Ｈ２／ＣＯ２＋Ｈ２０の
比が少なくとも０．１であるようにする。そののち、加
熱はれたプラズマガスは炭素及び／又は炭化水素を含む
物質を含むが、ただちに第２の空気流分と混合［７、こ
の混合割合は最終空気混合物において所定の温度が得ら
れるような比で加える。

驚くべきことに次の噴柄が瞠、い出された、すなわちプ
ラズマガスの中で支配的な条件において、酸素は窒素と
反応するより速やかに炭素と反応すること、及びプラズ
マガスに供給する炭素質物質の一酸は反応が終ったあと
のプラズマガスにおけるＣＯ＋Ｈ２／ＣＯ２＋Ｈ２０の
比が少なくとも０．１になる時は、Ｎ木酸化物の瞳は無
視できる程度しか生成しないことである。炭素質物質を
ガロえる責は空気の流入曖及び流出畦及び温度が知られ
ている時に支配的な物質収支を親、察することによって
決定することができる。

本発明はオだプロセスガスを所′ポの温度に加熱する装
置に関する。すなわち、この装置は電弧によってプラズ
マガスを発生するプラズマ発生機と、プラズマガスを形
成すべき第１の空気流分の導入口及びプラズマガスによ
って加熱すべき噴２の空気流分の導入口等を有する。こ
の装置の１箸な特徴はプラズマガスがプラズマ発生機を
離れる領域にある羽目と、プラズマガスに炭素及び／又
は炭化水素を含む物質を供給するためのランスと、羽目
の直後に位−する１ズ応硝袂とである。プラズマガスに
よって加熱すべき第２の空気流分の導入口は反応領域に
開口する。

プラズマガスは電極の消耗を１減少させるためにプラズ
マ発生機の中で回転させることが好オしい。

本発明の好′８１：１−い実ｍ態様において、羽目に炭
素及び／又は炭化水素を含む物質の導入口をＩＥ接する
ようにもうけ、かつプラズマガスの回転方向に対して反
対の方向に炭素質物質が回転するように、この導入口の
方向を定める。こうして完全に混合されるので反応条件
は一一好ましくなる。

１３１　　好ましい実＠ｌ！ｉ！様の説明第１図はプラ
ズマ発生機１を模式的に示す。プラズマ発生機１は加熱
すべき第１の空気流分のための流入ダクト２を何する。

この空気流は同一のプロセス、例えば冷却空気などとし
て前に使用された空気を部分的又は完全に循環したもの
であることができる。空気がプラズマ発生機の中で発生
された電弧を通る時にプラズマ状蝮となりプラズマガス
が形成される。空気の流れの方向から見てプラズマ発生
）→の！に後に水冷された羽口３があり、この羽口仝は
炭素及び／又は炭化水素及び水を含む−物質を供給する
ためのランス ４を有する。この物質の供給をしない場合には好普しく
ない結果を起こす窒素酸化物が形成することをこれによ
って防止することができる。第２の空気流分は羽目の直
後にある導入ロアを通して著しい冒温のプラズマガスに
送る。導入ロアのオリフィスは混合領域すなわち反応Ｉ
ｉｉ域８に開口する。

第２図は第１図のト」線断面図であって炭素及び／又は
炭化水素を含む物質をプラズマガスに供給するための羽
目の断面図を示す。図面の太い矢印５で示すようにプラ
ズマガスは回転１７ている。

ランスは実質的に正接するように配置されていて、炭素
及び／又は炭化水素を片む物質をこれとけ反対の方向、
すなわち矢印６で示すように回転する。

こう１．７てプラズマガスの中で添加物を緊密に混合す
るので、炭素質物質の最少の十分な量をＱｎ　ｉること
によって窒素酸化物の形成を避けることができる。この
炭素質物質として適当な例は石油、炭化水素、石炭スラ
リー、石炭粉末等がある。

第３図は本発明を応田した直線格子型キルンを有するペ
レット化設備を示す。とこで示すペレット化設備は無限
コンベヤ１１を有し、こねけ相ｑに連結された多数のキ
ャリッジ１２からなり、炉すなわちキルン１３を通して
、ベレットとして知られる鉄精鉱の固まりを輸送するレ
ールの上を走る。ベレットは連続的にロールスクリーン
１４によってキャリッジ１２に供給する。キャリッジは
２つの乾燥領域１５，１ｉＳ、予熱領域１７、焼結領域
１８、次に２つの後焼晧領域１８ａ、１８ｂ及び２つの
６却領域１９．２０を通る。キャリッジ１２の底ｒＡｉ
は空気が通ることができるように、例えば格子又は網状
となっている。

他のプロセス設備から来る空気例えば冷却空気はペレッ
ト化設備のプロセス空気と［７て使用することができる
。空気は冷却ファンによって供給し、まず冷却領域１９
．２０に吹きこむ。少量の空気は最後の冷却領域２０を
通して吹きこむ。これは乾燥空気ファン２２によって第
１の冷却領域１５に供給し、キャリッジのベレットｔ−
を通して吹き上け、古川ファン２３によって煙突２４に
排出する。吹さこ与空気の残りの大部分はダクトす々わ
ちフード２５の中に吹〜こむ。このあとで空気はチャネ
ル２５ａ、２５ｂを通して予熱領域１７に吹き降さｎ、
更に焼結領域に配置したバーナ２６及び２７に導く。適
当な配６虻としては、４対のバーナを予熱領域にもうけ
、７対のバーナを焼結領域にもうけることができる。

冷却空気の少量を第２の後焼結領吠１８ｂのキャリッジ
に通して吹き降Ｌ２、焼結プロセスをキャリッジの一番
上の層のベレットも完全に焼結させる。

復熱ファン２８け焼結領域１８ａ、１８ｂの下に配置し
、このファンによって供給する空気は導！２９を通して
第２の乾燥領域１６に送る。ベレットをつめたキャリッ
ジを通してｂＩＬれたあとに空気は焼結領域から米た空
気と一緒に切気ファンによって・硬実に１１１出さｔす
る。

本発明の方法をこのようなベレット化般備に応用する時
は焼結領域の６対のバーナをＰｌ″！１及び第２図のよ
うに設計したプラズマ発生機で１＃六かえて、窒素酸化
物を形成することなしに空気を必要な程度加熱すること
ができる１、石油バーナに使用する噴精用苧気は本発明
のプラズマ発生機を使用するのに十分な空気を供給する
。この方法又は装置に更にファン又は圧縮機のようガ設
備を加えることは必要ない。従ってプロセス空気加熱を
不発明の提案によってペレット化設備で行うにはプラズ
マバーナ及びこれに使用する醒気的設備を必要とするだ
けである。

第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線１、ノ１面図であって焼
、直領域を示す。図に示すようにキャリッジ１２はレー
ル３２の上を疋る車輪３１を・有する。空気１Ｖｔ約９
００℃に加熱されてフード２５−からチャネル２５ａ及
び２５１）を通って隣接するバーナ２６及び２７に行き
、ここでυｎＭされて炉内・ＩＩｑ域３５に入りぺｌ／
ノドを満たしたキＶリッジを通して下の方に流れる。第
４図に示す装ｒｄｌｄ木発明の２刊１図に示すようなプ
ラズマ発生機を有する。このペレット化設備の動作は下
の実施例を１参照すると匿に明らかになるであろう。

当−考はここに記載した実施・ＪＴＡ様Ｑま本発明の新
規な方法及び債１＃をプラズマ発生機において窒祝酸化
物の形成する問題を解消する多くの工業的応用の１つに
すぎないことを認めるであろう、。

本発明を更に説明するために＠３及び第４図に模式的に
示しだベレット化設置浦に関連して次の実施例を説明す
る。

実施例 ペレット化設備の生ｉｔは一時間あｋリベレソ）４２０
）ンとする。プロセスで便用し六空気は温度が約９００
℃でありこれを導入空気と］７て使用する。実際の焼結
プロセスで必要とする温度は１３００℃であることが知
られている。しか（−７供給するベレットを急激にｙＡ
ｊ１１３００℃に暴露することｄ：いけない。従ってこ
の設備は上記詳細な説明から明らかなように、温１蜜約
２５０℃の乾燥用空気を第１の乾燥領域で使用し、その
あとで次の予熱（泊域において温度を余々に上げる。後
焼結領域は焼結領域のうしろに配置する。こ、＃″ｌけ
＋５にあるベレットに焼結する時間を与えるためである
。

こうして実際の焼結領域において従東の石油バーナを本
会、明の提案によるプラズマ発生＊　（ｔＣよって置き
かえるのである。

上記生産能力を有する設備においては３９ＭＷの′−力
をよけいに磨管とする。これは石油の１では１時間あた
り五４トンに相当し、約７１１，００　ＯＮｍ３の空気
を１時間に加熱することができる。′本発明によって窒
素酸化物の形成を防止するために炭素及び／又は炭化水
素を含む十分子ｒ端の物質をプラズマバーナの中で発生
するプラズマガスに供給し７なけね１／ｆ°ならないが
、との時１ｄ文応が１柊ったのちにＣｏ　＋ｌ−Ｉ２７
　Ｃ０２＋、Ｈ２０の比が０１より大きくする。供給き
れる熱の２５％以十ｄ炭素＠物質の反応から（１（給さ
れ、残りの７５％の格は電気工オルギーから供給される
ととを卵い出１．た。

この実惰例のコンベヤを有する焼結炉は１１対のバーナ
を有し、・Ｐ＃′、結領域に７対を有する。本発明のこ
の応用１（おいて、後者のバーナの６対を、６対のプラ
ズマ発生機によって着きかえることができる。通常石油
を燃焼させるために導入する噴霧用空気はプラズマ発生
機に供給する空気の１として十分である。プラズマ発生
機に通してプラズマガスを形成する第１の空気流分は焼
結するために開用する最終的に得るプロセス空気のわず
か約１０％にすぎない。この第１の空気流分はプラズマ
発生機に入る時に支配的な周囲温度を有することが好ま
しい。

ベレット化設備のような設備投資の大きい設備において
幼芽のあるプロセスを開発するともの所望なあるいけ必
要な特徴は、既存の設備に変更を加えると、とをもっと
も少；午〈することによって改良することである。これ
は石油バーナ股（Ｍのみを、プラズマ発生機、これに関
；４−する電気設備及びわずか々付属設備に置きかえる
ととにＪ′つて達成するととができる。

プラズマバーナ又は石油バーナの使用において必要とす
るエネルギーは実質的に同一でネ、４．が、プラズマバ
ーナの効率は石油バーナの効率より高い。化石・燃料は
その価格が急速に上昇しているので、本発明によってこ
れよりもか′ｆｒｈ少ない′を用の電力によって爾きか
えることけ−・育市要であると言うことができろ。

４．１馨白酊の簡単な貢卯明 第１図１ｔｉ本発明のプラズマ発生機の側面図であり、
第２図は第１図の水冷羽目の■−１１線１ザを面図であ
り、第５図は本発明の高温空気発生中１々を：没けた直
線格子型ベレット製造設備の説明図であり、第４図は第
３図の設備のＶ−Ａ／＠断面図である。

１・・・・・・プラズマ発生機、　　２・・・・・・第
１空気導入口、　　３・・・・・・水冷羽口、　　４・
・・・・・ランス、５・・・・・・プラズマガスの回転
方向、　　６・・・・・・炭素および／または炭化水素
を含む物質の回転方向、７・・・・・・第２空気導入口
、　　８・・・・・・反応領域、１１・・・・・・コン
ベヤ、　　１２・・・・・・キャリッジ、１３…・・・
ギルン、　　１４・・・…ロールスクリーン、１５．１
６・・・・・・乾燥領域、　　１７・・・・・・予熱領
域、１８・・・・・・焼結領域、１８ａ、１８ｂ・・・
・・・饅焼結領域、　　１９．２０・・・・・・冷却領
域、　２１・・・・・・冷却ファン、　　２２・・・・
・・乾桑空ｆｉファン、２３．３０・・・・・・排気フ
ァン、　　２５・・・・・・ダクト、２５ａ、２５ｂ・
・・・・・チャネル、　　２６・・・・・・バーナ、２
８・・・・・・復熱）アン、　　５１・・・・・・車輪
、３２・・・・・・レール、　　３３・・・・−・炉。

Ｆｉｏ、２ イ ） ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １６　　工業用プロセス空気を加熱する方法であって、
   プラズマ発生機に第１の空気流分を通し、この流分に含
   まれる酸素および窒素をイオン化してプラズマガスを形
   成するのに流分な高温ｔＫとの流分を万口熱した直後に
   、プラズマガスと父モしてＣｏ　　＋　Ｈ２／　ＣＯ２
   ＋　Ｈ２Ｏの比が少なくとも０．１となるのに十分な量
   の炭素および／または炭化水素を含む物質をこのプラズ
   マガスに加え、これによって窒素酸化物の生成を防止し
   た・直後に、炭素および／でたけ撹化水素を含むプラズ
   マガスに￥２の空気流分を混合し、かつこの１合は、最
   終空気混合物が所定温度となるような比で混合すること
   を特徴とする、工業相プロセス空気の加熱方法。 Ｚ　プラズマガスがプラズマ発生機を雅れるときに、プ
   ラズマガスを回転させ、かつ炭素および／または炭化水
   素を沈む物質をプラズマガスに注入するときに、プラズ
   マガスの１ｄ転方向に対して向流方向にこの物質を回転
   させる、特許請求の範囲第１項記載の方法。 五　炭素および／−）たけ炭化水素を含む物質をプラズ
   マガスに注入する点の１ｕ後に形成される反応領域に向
   けて、第２の空気流分を特徴する特許請求の範囲第１捷
   たけｉ！ｇ２項記載の方法。 ４、工業用プロセス空気を所定温げに加熱する装置であ
   って、電弧によってプラズマガスを発生するプラズマ発
   生機と、プラズマガスを形成すべき第１の空気流分のた
   めにプラズマ発生機に設けた第１導入口と、プラズマガ
   スがプラズマ発生機を離れる頭載に設けた羽口と、炭素
   および／または炭化水素を含む物質をプラズマガスに供
   給するために羽目に設けたランスと、羽目のｉＨ後に設
   けた反応碩域と、プラズマガスによって加熱すべき第２
   の空気流分のために反応・頭載に開口する第２導入口と
   を有することを特徴とする、工業用プロセス空気の加熱
   装普。 ５、　プラズマガスがプラズマ発生機を離り、るときに
   、プラズマガスを回転させる手段と、炭素および／また
   は炭化水素を含む物質を、プラズマガスの回転方向に対
   して向流方向に回転プせるために羽目に実質的に正接す
   るように配置しにランス出口とを有する、特許請求の範
   囲第４項記載の装置。