鉄鋼業界のロータリーキルン排ガスにおける超低排出基準への準拠:洗浄塔、石灰石・石膏排煙脱硫装置、湿式電気集塵機、およびMGGH熱回収による白煙除去

事例研究・産業排出ガス制御

大手鉄鋼メーカーが、ロータリーキルン排ガス90,000 Nm³/hから、脱硫効率99.7%、SO₂排出量10 mg/Nm³未満、粒子状物質3 mg/Nm³未満、白色煙の完全除去を達成した方法 ― エネルギー効率の高い煙抑制と適応型汚染制御のためのリアルタイムインテリジェントモニタリングを備えた統合5段階処理システムとMGGH熱交換器の導入。

製鋼回転窯排ガス
MGGH熱交換器
湿式電気集塵機
石灰石-石膏排煙脱硫装置
白煙除去

99.7%
実際のSO₂除去
出口:10 mg/Nm³
90%
実際の粉塵除去
PM排出口:3 mg/Nm³
90,213
Nm³/時
プロセス排ガス量
ゼロ
目に見える白い煙
MGGH + ウェットESP

01 — 業界背景

鉄鋼生産、電気炉ダスト、そして超低排出への転換

製鉄工程では、副産物や微粒子状物質が複数の製造段階で発生します。特に焼結、製錬、電気炉の各段階では、高温の冶金反応によって微細な金属酸化物粉塵が放出されます。中でも電気炉(EAF)粉塵は、鋼1トンあたり12~20kgにも達し、酸化亜鉛含有量は40%を超えることも少なくありません。発電所、大型車両輸送、船舶運航からの粉塵と合わせると、製鉄所からの排出物は深刻な環境汚染問題を引き起こし、工業地帯近隣の住民の健康に直接的な影響を与えます。

したがって、電気炉ダストの効果的な管理は、環境規制遵守義務であるだけでなく、資源回収の機会でもあります。ダストには亜鉛、鉛、その他の金属が高濃度で含まれており、適切な回収工程を経て処理すれば商業的価値を持つからです。本事例研究で説明するロータリーキルン法は、電気炉ダストを処理し、ダストから亜鉛と鉄を回収するための主要な工業規模技術であり、同時に、包括的な多種汚染物質処理を必要とするキルン排ガスを発生させます。

本プロジェクトの施設では、電気炉ダスト処理用の回転窯を稼働させており、150~160℃で標準排ガス56,890 Nm³/h(処理条件下では90,213 Nm³/h)を排出しています。施設は、環境制御・管理統合型インテリジェントプラットフォームを構築し、空気マイクロステーションと浮遊粒子状物質濃度計を設置することで、煙突のリアルタイム監視、早期警報、インテリジェントな協調管理を包括的に実現しています。これらの対策により、施設の環境管理基準は大幅に向上し、超低排出基準への準拠を達成しています。

このプロジェクトは、 鉄鋼産業における大気汚染物質の超低排出基準 EUのIED BAT(工業排出規制)に基づく鉄鋼生産に関する結論では、SO₂ ≤20 mg/Nm³、粒子状物質 ≤5 mg/Nm³、CO ≤100 mg/Nm³、HCl ≤5 mg/Nm³、HF ≤20 mg/Nm³が求められています。本プロジェクトはこれらの目標を大幅に上回り、実際の排出濃度はすべての制限値をはるかに下回っています。

製鉄所のロータリーキルン電気炉ダスト処理施設における、統合型集塵・脱硫システムの適用事例。洗浄塔式石灰石・石膏排煙脱硫装置と湿式電気集塵機の設置による白色煙の除去を示す。

「ロータリーキルン電気炉の粉塵処理排ガスは、2,800 mg/Nm³のSO₂濃度を20 mg/Nm³未満(99.3%の削減要件)まで低減する必要があるという点で特徴的です。同時に、高濃度の粉塵、CO、HCl、HF、そして高湿度スクラバー後排ガスから発生する持続的な白色プルームも管理しなければなりません。MGGHの熱交換方式による白色プルーム除去は、従来のガス再加熱に伴うエネルギー損失を回避しつつ、施設の廃熱をプルーム抑制のためのエネルギー源として活用します。」

— 鉄鋼産業における粉塵除去および脱硫プロジェクトの技術概要


02 — 汚染状況

ロータリーキルン電気炉ダスト処理排ガス:高濃度のSO₂、高濃度の粉塵、CO、HCl、HF、および白色煙

回転窯は天然ガスで燃焼されます(燃料消費量は約5,500 m³/h)。窯出口でのプロセス条件では、150~160℃の排ガスが90,213 Nm³/h発生します。標準参照条件(15% O₂、乾燥基準)では、これは56,890 Nm³/hに相当します。排ガスには、以下の汚染物質が同時に含まれています。

  • 脱硫装置入口におけるSO₂濃度は2,800 mg/Nm³であった。: 電気炉ダスト原料中の硫黄化合物および燃焼ガスから生成されます。洗浄塔前処理後、SO₂は2,800 mg/Nm³でFGD吸収塔に入ります。目標出口: ≤20 mg/Nm³ (設計値) / 実際の達成値: 10 mg/Nm³。脱硫効率: 設計値 99.3% / 実際の値 99.7%。
  • 初期粒子状物質(PM)濃度100 mg/Nm³: 電気炉ダスト供給部および回転窯燃焼ゾーンからの微細な金属酸化物および炭素粒子。洗浄塔前処理後、排煙脱硫装置(FGD)吸収器入口のPMは大幅に低減されます。残りの微粒子は、湿式電気集塵機で95%以上の効率で捕集されます。目標出口:≤5 mg/Nm³(設計値)/実際:3 mg/Nm³。システム全体の粉塵除去率:設計値75% / 実際値90%。
  • CO濃度4,000 mg/Nm³(初期値)回転窯内での不完全燃焼によって発生する。CO濃度が高い場合は、上流でのCOモニタリングとシステム安全インターロックの設置、およびシステムが密閉処理ゾーンに到達する前に適切な希釈空気混合が行われていることを確認する必要がある。
  • HCl濃度15 mg/Nm³、HF濃度50 mg/Nm³(初期濃度):電気炉ダスト供給物中の塩化物およびフッ化物化合物由来の酸性ガス。洗浄塔スクラビングおよび排煙脱硫装置(FGD)の石灰石・石膏吸収段で捕捉。出口:HCl ≤2 mg/Nm³(実測値、設計限界値5)、HF ≤6 mg/Nm³(実測値、設計限界値20)。
  • 30 mg/Nm³ NaClの腐食性物質電気炉ダスト処理から発生するアルカリ金属塩化物は、すべての湿潤処理装置にとって腐食性の高い環境を作り出します。材料仕様は、この酸性ガスとアルカリ塩が複合した使用環境を考慮したものでなければなりません。
  • 目に見える白い煙スクラバー後の排ガス(FGD出口で約50℃)は水蒸気で飽和しています。煙の発生を抑制する対策を講じなければ、ほとんどの環境条件下で目に見える白い煙が発生します。MGGH(ミスト発生・ガス加熱、すなわちガス-ガス熱交換器)システムは、高温の未処理キルン排ガスを利用してFGD後の清浄ガスを90℃以上に再加熱し、煙突排出温度を大気露点以上に上昇させることで、外部からのエネルギー投入なしに目に見える煙の発生を抑制します。
パラメータ 初期/FGD入口 デザインアウトレット 実際の店舗 EUのIED制限
SO₂ 2,800 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ 10 mg/Nm³ 20 mg/Nm³
粒子状物質(PM) 100 mg/Nm³ ≤5 mg/Nm³ 3 mg/Nm³ 5 mg/Nm³
CO 4,000 mg/Nm³ ≤100 mg/Nm³ ≤100 mg/Nm³ 100 mg/Nm³
HCl 15 mg/Nm³ ≤5 mg/Nm³ 2 mg/Nm³ 5 mg/Nm³
HF 50 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ 6 mg/Nm³ 20 mg/Nm³
目に見える白い煙 現在 なし(非表示) なし — 確認済み 白い煙は見えない
プロセス排ガス量 90,213 Nm³/h
標準排気量 56,890 Nm³/h
排ガス温度(窯出口) 150~160℃
腐食性物質(NaCl) 30 mg/Nm³

03 — 治療溶液

5段階処理システム:MGGH予冷、洗浄塔、FGD、湿式電気集塵機、MGGH再加熱

この処理システムは、MGGH(ガス-ガス熱交換器)システムを介して、施設の高温キルン排ガスをエネルギー源として利用し、予冷(スクラバー前)と再加熱(スクラバー後)の両方に活用します。これにより、処理工程の熱管理と白色煙の除去の両方に廃熱を回収し、ガス再加熱のための外部エネルギー投入は一切不要となります。このエネルギー自給自足こそが、蒸気ヒーターや電気ヒーターを用いた従来のガス再加熱方式とMGGH方式を区別する特徴です。

ステージ1:MGGH予冷熱交換器(160℃ → 115℃)

160℃の高温の窯の排ガスは、MGGH予冷熱交換器(排ガス量52,320 m³/h、伝熱面積400 m²、高温側入口160℃、高温側出口115℃、温水入口89℃、温水出口109℃、装置寸法3,000×2,120×3,524 mm)に入ります。この予冷ステップには2つの目的があります。1つは、下流の洗浄塔とFGDスクラバーの防食材料と互換性のあるレベルまでガス温度を下げること、もう1つは、後でFGD後のクリーンガスを再加熱して白い煙を除去するために使用する温水回路に熱エネルギーを回収することです。MGGH熱交換器は、腐食、漏洩、スラッジ堆積の問題を避けるために、適切なステンレス鋼グレードで製造する必要があります。 MGGHの長寿命化には、適切なステンレス鋼材グレードの選定、適切なガス流速の設定、堆積率を低減するためのダクト形状の最適化といった設計上の重要な要素が不可欠です。

ステージ2:洗浄塔(HClによる前処理およびPMの前除去)

予冷されたガスは洗浄塔に入ります(プロセス排ガス量 80,841 m³/h、入口温度 115℃、出口温度 65℃、ガス速度 2.4 m/s、塔内径 φ3.5 m、スプレー層 2 層、単一ポンプ流量 80 m³/h、塔高さ 23 m)。洗浄塔には、排ガスから HCl 酸性ガスを効果的に洗い流す 3 層のスプレーノズルがあります。洗浄後、ガス温度は低下し、FGD 処理のために脱硫システムに進みます。この塔は HCl を事前に除去し、塩化物汚染から石灰石 FGD スラリーを保護します。塩化物汚染があると、スラリーの SO₂ 吸収化学と石膏結晶化品質が損なわれます。洗浄塔の運転の鍵は、循環水を適切に管理することです。つまり、pH を継続的に監視し、循環液中の塩化物濃度を制御して、HCl 吸収効率を低下させるレベルまで上昇しないようにします。

第3段階:石灰石・石膏排煙脱硫吸収塔(φ2.8m、70,500Nm³/h)

洗浄塔の後、ガスは石灰石-石膏FGD吸収塔に入り、SO₂を除去します。主なパラメータ: FGD入口での排ガス量 70,500 m³/h、排ガス温度 65°C、SO₂入口濃度 2,800 mg/Nm³、SO₂出口濃度 20 mg/Nm³ (設計) / 10 mg/Nm³ (実際)、カルシウム対硫黄モル比 1.05、ガス速度 <3.2 m/s、塔内径 φ2.8 m、液気比 22.8、4 スプレー層、単一ポンプ流量 325 m³/h、スラリー沈降時間 3.5 時間、石灰石運転消費量 275 kg/h、石膏生産量 395 kg/h、石膏含水率 12–15%。ミスト除去装置:2層スクリーン型(第1段階)+1チューブ型(第2段階)。石灰石貯蔵容量30m³(4.5日間の自給率)。石灰石・石膏プロセスは、設計SO₂除去効率99.3%(実測値99.7%)を達成すると同時に、スラリー中のフッ化カルシウム生成により、ガス流中の残留HFの大部分を捕捉します。

第4段階:湿式電気集塵機(WESP、70,500 Nm³/h)

FGD後のガスはWESPに入り、PMの高度な研磨と酸性ミストの捕集が行われます。主なパラメータ:排ガス量 70,500 m³/h、排ガス温度 65°C、設計洗浄速度 1.4 m/s、陽極管有効捕集面積 14.16 m²、捕集面積 943.5 m²、出口PM濃度 ≤5 mg/Nm³、本体抵抗 300 Pa、陽極管仕様 φ360×6,000 mm、陽極管数 128、陰極線数 2,205、通電方式 高周波電力、電気パラメータ 72 kV / 800 mA、比捕集面積 37 m²/(m³·s)。 WESPは、FGDミスト除去装置を通過する残留微粒子および酸性ミストの95%以上の浄化を達成し、設計目標の5 mg/Nm³に対し、出口PMを3 mg/Nm³(実測値)に抑えています。

ステージ5:MGGH再加熱熱交換器(50℃→90℃)

WESP後の清浄ガス(約50℃)は、MGGH再加熱熱交換器(排ガス量53,366 m³/h、伝熱面積812 m²、装置圧力損失370 Pa、排ガス入口50℃、排ガス出口90℃、温水入口108℃、温水出口90℃、装置寸法3,000×2,120×4,004 mm)によって90℃まで再加熱されます。煙突排出温度を90℃(通常の運転条件下での大気露点以上)まで上昇させることで、外部からのエネルギー投入なしに目に見える白い煙柱が除去されます。清浄ガスの再加熱に使用される温水は、上流のMGGH予冷段階で未処理ガスによって加熱された温水と同じであり、完全に自己完結型の熱回収ループを形成します。

ロータリー

160℃
MGGH ⭐
プレクール
160→115℃
洗濯 ⭐
タワー
HCl/PM
FGD ⭐
石灰岩
99.3% SO₂
ウェットESP ⭐
PM+ミスト
≥95%
MGGH ⭐
再加熱
50~90℃
IDFファン
→ スタック
羽毛なし

⭐ このプロジェクトで新たに導入またはアップグレードされた機器

製鉄ロータリーキルン電気炉の粉塵処理排ガス処理における集塵・脱硫統合プロセスフロー図。MGGH予冷洗浄塔、石灰石・石膏排煙脱硫装置、湿式電気集塵機、および白色煙除去のためのMGGHガス再加熱段階を示す。

製鉄所ロータリーキルン施設における集塵・脱硫統合システムの設計モデル1。洗浄塔、排煙脱硫吸収塔、湿式電気集塵機を組み合わせた構成を示す。
製鉄ロータリーキルン施設における集塵・脱硫統合システムの設計モデル2。超低排出基準への準拠に向けたMGGH熱交換器洗浄塔、FGDスクラバー、湿式ESPタワー構成の別視点を示す。

04 — 主な利点

製鋼用ロータリーキルンの排ガス処理において、MGGH + 湿式電気集塵機が最適な構造である理由


  • MGGHのエネルギー自給自足:外部エネルギー投入なしでの白煙の除去: MGGH方式による白煙除去の決定的な利点は、予冷段階で高温の未処理キルン排ガスから抽出した施設の廃熱を、排煙脱硫後のガス再加熱のエネルギー源として利用する点にある。予冷MGGHで89℃から109℃に加熱された温水は、再加熱MGGHでWESP後のガスを50℃から90℃に加熱するのと同じ熱エネルギーを運ぶ。ガス再加熱には、蒸気、電気ヒーター、天然ガスバーナーは不要である。高温の未処理ガスを用いた直接的なガス間熱交換と比較して、温水を介在させることで、清浄ガスと未処理ガス間の相互汚染リスクを回避し、水回路の流量調整による優れた温度制御が可能となる。

  • 99.7% 実際のSO₂除去率:2,800 mg/Nm³から10 mg/Nm³へ — 20 mg/Nm³の超低濃度基準値をはるかに下回る。 検証済みの実際のSO₂除去効率は99.7%(出口10 mg/Nm³に対し、設計目標20 mg/Nm³、制限値20 mg/Nm³)であり、超低限度値に対して50%の適合マージンを確保しています。この堅牢な性能は、洗浄塔のプレスクラビング(石灰石の吸収能力をめぐってSO₂と競合するHClを除去する)と最適化されたFGD塔設計(4つのスプレー層、L/G比22.8、カルシウム対硫黄比1.05、単一ポンプ流量325 m³/h)の組み合わせによるものです。洗浄塔のHClの事前除去は、高SO₂入口条件での石灰石FGD性能にとって特に重要です。

  • 洗浄塔のHCl前処理は、排煙脱硫装置の化学組成と石膏の品質を保護します。 洗浄塔は二つの目的を果たします。一つは、排煙脱硫(FGD)吸収塔に入る前にガスからかなりの量のHClを除去すること、もう一つは、ガス温度を115℃から65℃に下げてFGD吸収塔の内部構造とスラリーの化学組成を保護することです。HClを事前に除去することで、FGDスラリーループ内での塩化物蓄積を防ぎます。塩化物蓄積は、石膏の結晶化品質を低下させ(塩化物で汚染された石膏は建築材料として再利用できません)、石灰の吸収能力を奪い合うことでSO₂吸収効率を低下させる原因となります。HClと高濃度のSO₂が同時に存在する製鉄所のロータリーキルン排ガス用途では、洗浄塔とFGDを組み合わせた二段構成が、一段構成のオールインワンスクラバーよりも優れています。

  • インテリジェント監視プラットフォームにより、様々な窯の運転条件に対応した適応制御が可能になる。 この施設の統合環境制御・管理インテリジェントプラットフォームは、空気マイクロステーションと総浮遊粒子状物質モニタリングを備え、煙突および環境のリアルタイム監視を包括的に提供します。このリアルタイムデータは、SO₂、PM、温度の変動に応じて石灰石スラリーの注入量、洗浄塔循環ポンプの速度、WESPの通電レベルを調整する適応制御アルゴリズムに直接入力されます。このインテリジェントプラットフォームは、施設の環境管理能力を大幅に向上させ、設計値と比較して実際に達成される一貫した超低排出性能を実現する重要な要素となっています。

  • 排煙脱硫(FGD)由来の石膏副産物が循環型経済と二次固体廃棄物ゼロを実現する: FGD工程では、水分含有量12~15%の石膏を最大395kg/hの速度で生産します。この石膏は、塩化物含有量がEN 13279-1の閾値レベルを下回っていることが確認された場合(上流の洗浄塔でHClを事前に除去することで保護されています)、建築資材の再利用(壁板基材、セメント添加剤)に関する品質仕様を満たします。この石膏副産物により、硫酸カルシウムを廃棄物として処理する際に発生する固形廃棄物処理費用と環境責任が削減され、施設の「グリーン、クリーン、低炭素」な開発目標に貢献します。

  • モジュール設計により、コアシステムを交換することなく将来の規格締め付けに対応可能: 5段階のMGGH + 洗浄塔 + FGD + WESP + MGGHモジュール構造により、処理システム全体を交換することなく、各段階を個別にアップグレードできます。将来、EU IED BATの結論でSO₂の排出基準が10 mg/Nm³未満に厳しくなった場合でも、FGD段階を個別にアップグレードできます(スプレー層の追加、L/G比の向上、第2段階吸収塔の設置など)。同様に、PMの排出基準が3 mg/Nm³未満に厳しくなった場合でも、他の処理段階に影響を与えることなく、WESPの発電量を増やしたり、第2段階のWESPを追加したりできます。

05 — 業務実績

実際の性能:6つのパラメータすべてがEUの超低排出基準値を大幅に下回る

10 / 20
mg/Nm³ 実測値/制限値
SO₂ — 50% 制限値以下
3 / 5
mg/Nm³ 実測値/制限値
PM — 制限値以下40%
2 / 5
mg/Nm³ 実測値/制限値
HCl — 60% が基準値以下
6 / 20
mg/Nm³ 実測値/制限値
HF — 70% 制限値以下
691kW
実際の走行電力
(最大設置容量:850kW)
ゼロ
目に見える白い煙
スタック出力は非表示です

最大設置機器出力:850.05 kW、実際の運転出力:691 kW。24 時間連続運転、0.36 人民元/kWh 相当の場合、1 日の電気料金は 5,970.24 人民元相当、年間 8,000 時間の運転の場合、年間の電気料金は約 199,008 人民元相当。年間水道料金:約 4.8 万人民元相当 (3 t/h、2 人民元/t)。年間石灰石料金:約 55 万人民元相当 (275 kg/h、250 人民元/t)。


06 — 実施上の注意

製鉄用ロータリーキルンの排ガス処理に関する重要な工学的および運用上の教訓

  • ⚠️
    排ガス温度とSO₂濃度の変動は主要な運転リスクであり、適応制御と炉と処理装置間の通信が不可欠である。 主なリスクとして、排ガス温度とSO₂濃度の変動により、システムからの排出が不安定になることが挙げられます。電気炉ダストを処理する製鋼用ロータリーキルンでは、ダスト供給時の亜鉛と硫黄の含有量がバッチごとに異なるため、キルン出口でのSO₂濃度に大きな変動が生じます。ダスト供給組成やキルン運転温度設定値の変更を計画している場合は、事前にキルン運転チームから処理システム制御室へ通知する正式な手順を策定し、濃度変化が排煙脱硫吸収器に入る前に石灰石の投入量を積極的に調整できるようにしてください。
  • ⚠️
    上流の粉塵前処理装置の故障は、MGGH熱交換器の汚れや詰まりを容易に引き起こすため、MGGH入口にオンラインPMモニターを設置してください。 2つ目のリスクとして、上流側のガスダスト前処理装置の故障により、MGGH熱交換器へのダスト負荷が増加し、熱交換器通路の汚れや閉塞が進行することが挙げられます。MGGH入口(MGGH予冷熱交換器入口温度低下位置)にオンラインPM濃度モニターを設置し、アラーム閾値を汚れの進行が顕著になるレベルより低い値に設定してください。アラームが作動したら、MGGH煤吹き洗浄システムを起動し、負荷増加の原因を上流側のダスト前処理について調査してください。また、MGGH煤吹きシステムは、アラーム発生時だけでなく、通常運転時にも定期的に自動運転するように設定してください。
  • ⚠️
    製造工程における配管の漏れは、排水の溢水事故を引き起こす。そのため、配管の週次点検は義務付けられている。 腐食性のガス環境と広い温度サイクル範囲により、接液配管全体に大きな機械的ストレスがかかります。3つ目のリスクとして、製造中の配管漏れにより廃水が溢れるという点が挙げられます。すべての配管継手、バルブグランド、ポンプシール面、伸縮継手ベローズ、凝縮水排水接続部を対象とした週次目視点検プログラムを実施してください。すべての標準配管セ​​クションとシール部品の予備部品在庫を維持してください。漏洩が検出された際の緊急対応手順には、影響を受けたセクションの即時隔離と、再起動前に下流機器の汚染検査を含める必要があります。
  • ⚠️
    高腐食性ガスによる機器やダクトの腐食は構造強度を低下させるため、各セクションに適したステンレス鋼のグレードを指定してください。 4つ目のリスクとして、腐食性の高いガスとダクト環境によって機器の構造強度が徐々に低下することが挙げられます。HCl、SO₂、HF、NaClアルカリ塩、および凝縮水が、酸露点を境に温度が変動することで、多酸・多塩化物腐食環境が生じます。MGGH熱交換器の場合、適切なステンレス鋼グレード(一般的には塩化物濃度が高い環境では316Lまたはデュプレックス2205)を選択し、腐食侵食を最小限に抑えるために設計範囲内でガス速度を設定し、スラッジ堆積率を低減するためにダクトの流路断面積を最適化することが、MGGHの寿命を左右する重要な材料および設計上の課題となります。3年目以降は、ダクト壁とMGGHチューブ壁の厚さを毎年測定して検査することをお勧めします。
  • ⚠️
    洗浄塔循環水の塩化物濃度は積極的に制御する必要がある。連続導電率計を設置すること。 洗浄塔は、ガスからHClを除去して循環水に送ります。循環水の塩化物濃度が制御されずに上昇すると(適切なブリード・希釈を行わずに蒸発濃縮が起こると)、吸収の駆動力が低下するためHCl吸収効率が低下し、より多くのHClが排煙脱硫吸収塔に入り込み、塩化物汚染によって石膏の品質が低下します。洗浄塔の循環水ループに連続導電率計を設置し、塩化物濃度を20,000 mg/L未満(または石膏品質要件で指定された値)に維持する自動ブリード・希釈制御ループを導入してください。

07 — エンジニアリングの要点

この製鉄用回転窯排ガス処理プロジェクトから得られた4つの教訓

  • 1
    施設内で廃熱が利用可能な場合、MGGH熱交換は白色煙の除去において最もエネルギー効率の良い方法である。 蒸気再加熱と電気再加熱はいずれも、白煙除去のために継続的なエネルギーコストを伴います。MGGHは、本来であれば大気中に放出される廃熱を利用することで、エネルギー負債を燃料費ゼロで白煙除去という資産へと転換します。処理システムの手前で150℃以上の高温の窯排ガスが利用可能な鉄鋼、非鉄金属、またはセラミック製造施設においては、外部エネルギーを利用した再加熱方式を検討する前に、経済的および環境的な観点から、MGGHを白煙除去技術として優先的に評価すべきです。
  • 2
    石灰石排煙脱硫システムにおいて、HClと高濃度のSO₂の両方を含むガス流を処理する場合、洗浄塔によるHClの前処理は必須である。 洗浄塔単体で見ると、設備投資コスト、設置面積、および複雑さが増加するように見える。しかし、全体として見ると、洗浄塔は石灰石排煙脱硫(FGD)スラリーを塩化物汚染から保護する。塩化物汚染は二酸化硫黄(SO₂)吸収反応を阻害し、石膏の品質を建築材料の仕様以下に低下させ、最終的には石膏を製品として再利用するのではなく、FGDスラリーを有害廃棄物として処分する必要が生じる。洗浄塔とFGDを組み合わせた2段階構造は、すべての汚染物質を同時に処理しなければならない単段階システムよりも総ライフサイクルコストが低い。これは、一度発生すると修復が困難な塩化物汚染からFGD反応を保護できるためである。
  • 3
    このプロジェクトにおける実際の性能と設計性能のギャップは、インテリジェントな監視と適応制御の価値を明らかにしている。 設計性能:SO₂排出口 20 mg/Nm³(99.3%除去)、PM排出口 5 mg/Nm³(75%除去)。実際の性能:SO₂排出口 10 mg/Nm³(99.7%除去)、PM排出口 3 mg/Nm³(90%除去)。施設のインテリジェント監視プラットフォーム(石灰石注入、WESPの通電、洗浄塔循環のリアルタイム適応調整)は、設計基準値をはるかに上回る性能を一貫して実現しています。これは、リアルタイム監視と適応制御機能への投資が、単なる運用上の快適性向上機能ではなく、設計システムレベルを超える追加のコンプライアンスマージンを生み出す定量化可能な性能向上要因であることを示しています。
  • 4
    2,800 mg/Nm³ の SO₂ を除去するには、99% 以上の除去率を達成するために、高いカルシウム対硫黄比 (1.05) と高い液対ガス比 (22.8) が必要であり、標準的な発電所の FGD 設計パラメータは適用されません。 発電所の排煙脱硫装置(FGD)の設計では、通常、SO₂入口濃度が1,000~3,000 mg/Nm³の場合、カルシウム対硫黄比は1.02~1.05、L/G比は8~15となります。2,800 mg/Nm³の濃度で99.3%を20 mg/Nm³以下に除去するには、両方の比率を設計範囲の上限まで引き上げる必要があり、さらに4層のスプレー層(発電所では一般的に3層)と、スラリーのpH、カルシウム石灰石比、石膏結晶化条件の慎重な最適化を組み合わせる必要があります。高SO₂入口濃度における製鉄所ロータリーキルンのFGDの設計パラメータは、電力部門のFGD設計の参考資料を単純にコピーするのではなく、独自に最適化する必要があります。

08 — よくある質問

製鉄用ロータリーキルンの粉塵除去と脱硫:10の質問への回答

EU IED/オランダ活動規則の要件に基づき、超低排出ガス化改修を計画している製鉄所および電気炉ダスト処理施設の環境許可管理者、冶金技術者、サステナビリティチームからの質問。

Q1. MGGHシステムとは何ですか?また、外部からのエネルギー投入なしに、どのようにして白色煙の除去を実現するのですか?
MGGH(ガス-ガス熱交換器、通常は温水中間ガス再加熱システムとして実装)は、予冷熱交換器で高温のキルン排ガスから熱エネルギーを抽出し、循環温水ループに伝達します。この温水(この設備では、予冷熱交換器に89℃で流入し、109℃で流出)は、湿式電気集塵機の後段に配置された再加熱熱交換器に循環され、そこで排煙脱硫後の清浄ガスを約50℃から90℃まで加熱します。煙突排出温度を90℃まで上昇させることで、ガスはあらゆる通常の環境条件下で大気中の水蒸気露点よりも高い温度を維持し、目に見える凝縮プルームの発生を防ぎます。システム外部からの正味エネルギー入力はゼロです。熱源は、回転キルン排ガスからの施設自身の廃熱です。この自給自足性こそが、MGGHを蒸気再加熱(ボイラー蒸気が必要)や電気再加熱(電力が必要)と区別する点であり、後者はいずれも継続的なエネルギーコストを伴う。
Q2. 製鉄所の回転窯排ガス処理には、EU IED/オランダのどのような規制要件が適用されますか?
ロータリーキルンで電気炉ダストを処理する製鉄施設は、鉄鋼セクターのEU IED 2010/75/EUに基づいて規制されています。適用されるBAT結論(鉄鋼生産のための最良利用可能技術参照文書)は、各特定のプロセスタイプごとに、ダスト、SO₂、NOx、CO、HCl、HF、および重金属の排出制限値を設定しています。オランダでは、許可は活動令(Activiteitenbesluit milieubeheer)および環境管理法に基づいて、州の環境サービス局によって発行されます。鉄鋼セクターのロータリーキルン排ガスに対するオランダの典型的な許可制限値は次のとおりです。SO₂ ≤20 mg/Nm³、PM ≤5 mg/Nm³、CO ≤100 mg/Nm³、HCl ≤5 mg/Nm³、HF ≤20 mg/Nm³。 CEMSはEN 14181 QAL1/QAL2/ASTの認証を取得し、所轄官庁の報告システムに接続する必要があります。E-PRTR規則(EC)166/2006に基づく年次コンプライアンス報告は、報告基準値を超えた場合に義務付けられます。
Q3. 石膏の品質を維持するために、洗浄塔は石灰石排煙脱硫装置とどのように連携するのですか?
洗浄塔は、排煙脱硫吸収塔に入る前に、ガス流から大部分のHClを除去します。このHClの事前除去は、次の2つの理由から重要です。(1) 排煙脱硫スラリーループ内の塩化物イオンは、石灰石表面の溶解部位をめぐって亜硫酸イオンと競合し、塩化物濃度の上昇に伴ってSO₂吸収効率が低下します。排煙脱硫の前に大部分のHClを除去することで、排煙脱硫スラリーはより低い塩化物定常状態濃度で動作し、吸収化学が向上します。(2) 排煙脱硫石膏の塩化物汚染は、建築材料としての商業的価値を低下させます。EN 13279-1の塩化物閾値を超える石膏は、壁板の基材として使用できず、販売するのではなく廃棄物として処分する必要があります。洗浄塔によるHClの事前除去により、排煙脱硫石膏は建築材料として再利用するための塩化物制限値以下に保たれ、潜在的な廃棄​​物が販売可能な副産物に変わります。
Q4.この5段階システムの場合、年間運用コストはどのくらいになると予想されますか?
主な年間運転コストの項目は次のとおりです。(1) 電気: 実際の運転電力 691 kW (最大 850 kW)、年間 8,000 時間、0.36 人民元/kWh 相当で、年間約 199,000 人民元相当。(2) 水: 消費量約 3 t/h、年間コスト約 4.8 万人民元相当。(3) 石灰石: 275 kg/h、250 人民元/t、年間コスト約 55 万人民元相当。(4) 交換部品: 洗浄塔スプレーノズル (年 1 回)、FGD ミスト除去エレメント (年 1 回点検、必要に応じて交換)、WESP アノードチューブ洗浄 (四半期 1 回)、MGGH 熱交換器煤吹き弁およびノズル保守 (年 1 回)。 (5)石膏の処分または販売:最大生産量395kg/hの石膏は、建築材料の仕様を満たしていればクレジットとなり、産業廃棄物として処分しなければならない場合はコストとなる。
Q5. なぜMGGH熱交換器の入口にオンラインPMモニターが特に必要なのですか?
MGGH熱交換器は、間隔の狭い伝熱管または伝熱プレートを使用しており、ガス流中の粒子状物質濃度が設計レベルを超えると、これらの伝熱管または伝熱プレートが徐々に汚れて詰まります。高濃度の粉塵負荷によって徐々に性能が低下するスクラバーや電気集塵機とは異なり、MGGH熱交換器では、堆積物が狭い通路を覆い始めると、詰まりが加速的に進行し、短時間で部分的な汚れから完全な詰まりに至る非線形的な故障モードが発生します。MGGH入口に設置されたオンラインPMモニターは、高濃度のPMが熱交換器に流入する上流の粉塵前処理の不具合を早期に警告し、詰まりが深刻化してオフライン洗浄が必要になる前に、オペレーターが煤吹きを開始したり、是正措置を講じたりできるようにします。
Q6. 高濃度のCO(初期濃度4,000 mg/Nm³)は、処理システムを通してどのように安全に管理されますか?
電気炉ダスト回転炉における不完全燃焼による高濃度の初期COは、処理装置ではなく、燃焼管理(炉の二次燃焼ゾーンにおける適切な空気/燃料比と滞留時間の確保)によって発生源で対処する必要があります。処理システム自体(湿式スクラビングチェーン)は、COを効果的に除去しません。COは、(1)炉出口と処理システム入口でのCOの連続監視と、自動システム安全インターロックに連動した高CO警報レベル、(2)炉出口と処理システム入口間のダクト内で適切な希釈空気混合を行い、密閉された機器が安全に操作できるレベルまでCO濃度を低減すること、(3)炉の燃焼ゾーンを定期的に検査し、二次燃焼室(存在する場合)が設計温度で機能していることを確認することによって管理されます。残留CO出口濃度は、処理システムの性能ではなく、炉の燃焼管理に依存します。
Q7. この腐食環境下で使用されるMGGH熱交換器には、どのようなステンレス鋼のグレードが指定されていますか?
製鉄回転窯排ガス(115~160℃でHCl + HF + SO₂ + NaCl)用MGGH熱交換器の場合、予冷熱交換器(高温側:160℃の生ガス、高粉塵および酸性ガス)には、通常、低塩化物セクションには最低316Lステンレス鋼、高塩化物濃度または酸露点を通過する温度サイクルを受けるセクションにはデュプレックス2205または904L、濃縮酸凝縮液にさらされるコンポーネントにはハステロイC-276が必要です。再加熱熱交換器(低塩化物濃度で50~90℃のクリーンなWESP後ガスを処理)には、通常、全体に316Lを使用できます。すべての材料選択は、一般的なグレード参照ではなく、設置場所の特定の測定ガス組成データを使用した腐食工学レビューによって確認する必要があります。
Q8. 石灰石排煙脱硫システムは、2,800 mg/Nm³から99.3%のSO₂を除去するためにどのように設計されていますか?
2,800 mg/Nm³ から 99.3% の SO₂ を除去するには、FGD 吸収器の設計パラメータを標準的な発電所の運転範囲を超えて拡張する必要があります。(1) 4 層のスプレー層 (通常 3 層) により、ガスと液体の接触滞留時間が長くなります。(2) 液気比は 22.8 L/Nm³ (低 SO₂ 発電所の FGD では通常 8〜15) です。(3) カルシウムと硫黄のモル比は 1.05 (標準範囲 1.02〜1.05) です。(4) 単一ポンプ流量 325 m³/h により、高いスプレー密度を実現します。(5) スラリー沈降時間は 3.5 時間で、亜硫酸カルシウムが石膏に酸化されるのに十分な滞留時間を確保します。(6) 下流の機器へのスラリーの持ち込みを防ぐため、積極的なミスト除去装置設計 (2 層スクリーン + 1 本のチューブバンドル) を採用します。これらのパラメータの組み合わせにより、設計上の99.3%という性能が実現されます。さらに、インテリジェントな監視および適応制御システムにより、実際の運用において99.7%という性能向上が実現されます。
Q9. オランダの環境許可条件の下で、製鉄用ロータリーキルン施設の煙突において要求されるCEMSパラメータは何ですか?
オランダの鉄鋼セクターのIED設置に関する環境許可条件では、煙突に設置されるCEMS設備は、通常、SO₂、PM、CO、NOx(該当する場合)、O₂濃度、温度、流量、水分含有量を連続チャネルとしてカバーします。HClとHFは、許可でHClまたはHFの連続監視が特に要求されている場合を除き、連続監視ではなく、通常、定期的な手動サンプリング(最低四半期ごと)によって監視されます。重金属(亜鉛、鉛、電気炉ダスト処理由来のその他)は、通常、半年に一度の定期的な手動等速サンプリングによって監視されます。すべてのCEMSチャネルは、認定検証機関によって実施される年次現場精度試験(AST)により、EN 14181 QAL1/QAL2/ASTの認証を受ける必要があります。データは、所轄官庁の報告システム(E-Monitoringまたは同等のもの)にリアルタイムで送信され、年次コンプライアンスレポートがOmgevingsdienstに提出されます。
Q10. 製鉄ロータリーキルン電気炉の粉塵処理排ガス処理に関する参考設備は、見学可能ですか?
はい。本事例研究で紹介した、MGGH + 洗浄塔 + 石灰石・石膏排煙脱硫装置 + WESP + MGGH 再加熱処理システムを統合したシステムは、鉄鋼業界のロータリーキルン電気炉ダスト処理施設に導入され、超低排出基準を達成しています。適格な見込み顧客様には、検証済みのCEMS準拠データ、インテリジェント監視プラットフォームの実演、年間性能範囲全体を網羅した運用ドキュメントへのアクセスを含む、参考サイトへの訪問を手配いたします。参考資料のご請求、または同等の鉄鋼業界のロータリーキルン排ガス処理施設へのサイト訪問の手配については、下記の連絡先リンクをご利用ください。

鉄鋼業界における超低排出基準の達成準備はできていますか?

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MGGH統合型製鉄ロータリーキルンの集塵・脱硫から 産業用VOC除去のための再生式熱酸化システム当社のエンジニアリングチームは、最も厳しい鉄鋼業界の排出規制要件に対応するため、EU IED(排出ガス規制)に準拠したソリューションを提供します。

本事例研究は、電気炉ダスト処理用のロータリーキルンを稼働させている製鉄所における、統合型集塵・脱硫技術の実例に基づいています。技術パラメータは、検証済みのエンジニアリング記録およびコンプライアンス監視データから抽出されています。個々のプロジェクトの結果は、電気炉ダストの供給組成、ロータリーキルンの運転条件、および適用される規制管轄区域によって異なる場合があります。規制に関する参照は、EU産業排出指令2010/75/EUおよびオランダの活動規制(Activiteitenbesluit milieubeheer)の枠組みを反映しています。