CN105492826A - 管道壁面结构 - Google Patents

Abstract

本发明是在具备供固气二相流流动的料斗的铁板制管道的烟道中，能够提高料斗中的固体粒子的捕获率而降低固体粒子向管道下游侧的流出的管道壁面结构。该管道壁面结构是供气流中包含大径灰(50)的固气二相流流动的烟道(10)的管道壁面结构，其具备设于在成为具有上下方向的速度分量的流动的方向上设置的第一垂直烟道部(12)的下端部，而从气流回收大径灰(50)的第一料斗(20A)，在第一料斗(20A)的流动方向上游侧且大径灰(50)所碰撞的倾斜面(21)上设置有反弹系数比铁板小的低反弹部(60)。

Description

管道壁面结构

技术领域

本发明涉及供例如像从煤焚烧锅炉排出的燃烧废气那样在气流中包含固体粒子的固气二相流流动的铁板制管道的管道壁面结构。

背景技术

以往，在煤焚烧锅炉中，由于煤的燃烧而从火炉内排出燃烧废气。在该燃烧废气中，尽管根据煤炭种类的不同而细节不同，但包含有被称为粉煤灰、高空隙率大径灰(以下称为“大径灰”)的煤灰(固体粒子)。

其中，粉煤灰是粒径为几μm量级的非常细小的粒子。与此相对，大径灰的粒径较大，为大约1mm以上，但由于空隙率较高，因此成为表观比重小的粒子。

从煤焚烧锅炉1的火炉2排出的固气二相流通过例如图9所示那样的由铁板制的管道形成的烟道10，并实施了脱硝等必要的处理之后，从未图示的烟囱等向大气排出。

图9所示的烟道10从燃烧废气的流动方向上游侧起、即从火炉2侧起依次连续地设置有第一水平烟道部11、第一垂直烟道部12、第二水平烟道部13、第二垂直烟道部14、第三水平烟道部15以及第三垂直烟道部16。需要说明的是，图中的符号G表示燃烧废气的流动，50表示大径灰。

在图示的构成例中，在第一垂直烟道部12以及第二垂直烟道部14的下端部分别设置有第一料斗(hopper)20以及第二料斗30，用于回收从火炉2飞散来的大径灰。此外，在第三垂直烟道部16设置有使燃烧废气通过而进行脱硝处理的脱硝装置40。在第一垂直烟道部12的下端部设置的第一料斗20具备角度被设定为使回收到的大径灰落下的倾斜面21。但是，以往的倾斜面21与管道同样地为铁板制的壁面，因此反弹系数高，因而，发生了较大反弹的大径灰越过第一料斗20而飞散至第二水平烟道部13的概率变高。

尤其是烟道10的剖面中央部的燃烧废气的流速较快，因此，越过第一料斗20而乘着燃烧废气的快速流动的大径灰有时表观比重小，从而在第二料斗30中也未被回收而到达脱硝装置40的可能性变高。

脱硝装置40构成为，预先将例如在格子状氧化钛载体上承载了二氧化钒的脱硝剂(脱硝催化剂)放入托盘，并将多个该托盘配置于装置内。因此，虽然固气二相流的燃烧废气通过脱硝装置40而被脱硝，但与此同时，格子状的脱硝催化剂中产生与燃烧废气一起通过的大径灰所引起的堵塞。

为了防止这样的脱硝催化剂堵塞，例如，如下述的专利文献1以及2所示，在第一料斗20的下游侧烟道内设置金属丝网状的捕获用筛网(screen)S。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6994036号说明书

专利文献2：日本特开平2-95415号公报

专利文献3：日本特开2008-241061号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，设置在第一料斗20的下游侧烟道内的捕获用筛网S由于筛网自身发生磨损、堵塞，因此需要更换筛网等，导致运转成本提高。另外，当捕获用筛网S中发生堵塞时，也存在烟道10的有效流路截面积下降而使压力损耗上升的可能性。

鉴于这样的背景，期望在供从煤焚烧锅炉排出的燃烧废气那样的固气二相流流动的烟道的管道壁面结构中，通过提高料斗中的大径灰这样的固体粒子的捕获率，来降低固体粒子向烟道下游侧的流出。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种在具备供固气二相流流动的料斗的铁板制管道的烟道中，能够提高料斗中的固体粒子的捕获率而降低固体粒子向管道下游侧的流出的管道壁面结构。

用于解决技术问题的方案

本发明为了解决上述技术问题而采用了下述的方案。

本发明的一方案所涉及的管道壁面结构是供气流中包含固体粒子的固气二相流流动的铁板制管道的管道壁面结构，所述管道壁面结构具备料斗，该料斗设于沿成为具有上下方向的速度分量的流动的方向设置的所述铁板制管道的下端部或者管道中途，而从所述气流中回收所述固体粒子，在所述料斗的流动方向上游侧或下游侧且所述固体粒子所碰撞的内壁面区域或流路部，设置有反弹系数比铁板小的低反弹结构部。

根据这样的管道壁面结构，由于在料斗的流动方向上游侧或下游侧且固体粒子所碰撞的内壁面区域或流路部设置有反弹系数比铁板小的低反弹结构部，因此，碰撞到低反弹结构部的固体粒子的反弹量下降。

其结果是，若低反弹结构部位于料斗的流动方向上游侧，则越过料斗并向下游侧飞散流出的固体粒子量减少，因此料斗中的固体粒子的捕获率提高。另外，若低反弹结构部位于料斗的流动方向下游侧，则到达至流速较快的流路剖面中央及其附近并与气流一起向下游侧流出的固体粒子量减少，因此，通过对从气流分离而落下的固体粒子进行回收而提高料斗中的固体粒子的捕获率。

在上述方案中，优选的是，所述低反弹部是以在与所述铁板制管道的内壁面之间设置空间部的方式设置、且具备成为所述固体粒子的通路的开口部的低反弹部形成构件。在该情况下，通过了低反弹部形成构件的开口部的固体粒子碰撞到内壁面而反弹之后，再次与低反弹部形成构件的背面侧发生碰撞的概率较高，因此，沿着内壁面在空间部落下而被料斗回收。另外，由于碰撞到反弹系数比铁板低的低反弹部形成构件的固体粒子的反弹量下降，从而料斗中的捕获率提高。

适当的低反弹部形成构件优选例如金属丝网、栅板、多孔板等那样具备多个固体粒子能够通过的大小的开口部的格子状的构件，尤其是若采用如金属丝网等那样发生弹性变形的原料，则能够借助弹性变形而高效地吸收固定粒子的碰撞能量。

在上述方案中，优选的是，所述低反弹部是设置在所述铁板制管道的内壁面上且因所述固体粒子的碰撞而发生弹性变形的低反弹部形成构件，由此，能够借助弹性变形而高效地吸收碰撞到低反弹部形成构件的固体粒子的碰撞能量，因此，固体粒子的反弹量下降，从而料斗中的捕获率提高。

需要说明的是，低反弹部形成构件采用例如线、金属丝网、隔热件等那样因固体粒子的碰撞而发生弹性变形的原料即可。

在上述方案中，所述固气二相流是从煤焚烧锅炉排出、包含煤灰的燃烧废气，在该情况下，碰撞到低反弹部的煤灰的大径灰的反弹量下降，从而料斗的捕获率提高，到达设置在下游的脱硝装置的到达量减少。

发明效果

根据上述的本发明，在具备供固气二相流流动的料斗的铁板制管道(烟道)中，能够提高料斗中的固体粒子的捕获率而降低固体粒子向管道下游侧的流出。

附图说明

图1是示出作为本发明所涉及的管道壁面结构的一实施方式的煤焚烧锅炉的烟道的纵向剖视图。

图2是将图1所示的管道壁面结构中的第一料斗周边结构放大示出的纵向剖视图。

图3是示出图2所示的低反弹结构部的第一具体例的图，(a)是示出以在与壁面之间设置空间的方式设置了具有多个开口部的构件而成的低反弹结构部的概要的立体图，(b)是示出通过了开口部的固体粒子的移动的剖视图，(c)是示出未能通过开口部的固体粒子的移动的剖视图。

图4是示出图2所示的低反弹结构部的第二具体例的图，(a)是示出在壁面上设置了线等低反弹构件的低反弹结构部的概要的立体图，(b)是(a)的剖视图。

图5是示出图2所示的低反弹结构部的第三具体例的图，是在壁面上大致平面状地设置了低反弹构件的低反弹结构部的剖视图。

图6是将图1所示的管道壁面结构中的第二料斗周边结构放大示出的纵向剖视图。

图7是针对两种低反弹构件而示出固体粒子的粒径与飞散降低率之间的关系的图。

图8是示出能够应用本发明的管道壁面结构的其他的烟道例的图，(a)是由水平烟道部以及向上流动的垂直烟道部构成的烟道例，(b)是由倾斜烟道构成的烟道例，(c)是由水平烟道部以及向下流动的垂直烟道部构成的烟道例。

图9是示出作为以往的管道壁面结构例的煤焚烧锅炉的烟道的纵向剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的管道壁面结构的一实施方式进行说明。

图1所例示的管道壁面结构是用于供从煤焚烧锅炉1的火炉2排出的固气二相流的燃烧废气流动、并将该燃烧废气从未图示的烟囱等向大气排出的烟道10。该烟道10是由铁板制的管道形成的燃烧废气流路，通常具有矩形剖面。从火炉2排出的燃烧废气是包含被称为粉煤灰、大径灰的煤灰(固体粒子)在内的固气二相流，其在通过烟道10时实施了脱硝等必要的处理之后，如图中的箭头G所示那样流动而从未图示的烟囱等向大气排出。

图示的烟道10从成为燃烧废气的流动方向上游侧的火炉2侧起依次连续地设置有第一水平烟道部11、第一垂直烟道部12、第二水平烟道部13、第二垂直烟道部14、第三水平烟道部15以及第三垂直烟道部16。

另外，在图示的烟道10中，在供具有向下的速度分量的燃烧废气流动的第一垂直烟道部12的下端部设置有第一料斗20A，并且，在供具有向上的速度分量的燃烧废气流动的第二垂直烟道部14的下端部设置有第二料斗30A。而且，在供燃烧废气向下流动的第三垂直烟道部16设置有使燃烧废气通过并进行脱硝处理的脱硝装置40。

上述的第一料斗20A以及第二料斗30A是主要以回收燃烧废气中所含有的大径灰为目的而设置的。需要说明的是，关于粒径非常小的粉煤灰，几乎不会与燃烧废气的气流分离，因此，不会像大径灰那样被第一料斗20A以及第二料斗30A回收，而是在烟道10内流动。

如图1以及图2所示，第一料斗20A在上游侧具备倾斜面21，该倾斜面21的角度被设定为安息角以上，以使得大径灰落下。在本实施方式中，为了有效地提高第一料斗20A的捕获率，将成为第一料斗20A的上游侧的倾斜面21设为反弹系数比铁板小的低反弹结构的低反弹部(低反弹结构部)60。

即，倾斜面21也是位于第一料斗20A的上游侧附近(料斗附近)的烟道10的管道内壁面，通过将该倾斜面21设为低反弹结构的低反弹部60，能够抑制与向下的气流一起落下来的大径灰50碰撞到低反弹部60时的反弹量。

其结果是，与向下的气流(具有向下的速度分量的燃烧废气的流动)一起落下来的大径灰50发生比直接碰撞到作为铁板的以往的倾斜面21时的反弹量降低的反弹，因此，越过第一料斗20A而飞散至第二水平烟道部13的概率降低，因而，第一料斗20A中的大径灰捕获率提高。这样的大径灰捕获率的提高降低了向烟道10的下游侧飞散而流出的大径灰50的量，因此，能够降低到达在第三垂直烟道部16设置的脱硝装置40的LPA(LargeParticleAsh)量。

在此，基于附图，对上述的低反弹部60的具体构成例进行说明。

图3所示的第一具体例的低反弹部60A是以在与作为铁板制管道的内壁面的倾斜面21之间设置空间部61的方式设置金属丝网(低反弹部形成构件)62而成的。在该金属丝网62上，设置有多个成为大径灰50的通路的开口部62a。

如图3(b)所示，若采用这样的低反弹部60A，则通过了金属丝网62的开口部62a的固体粒子虽然碰撞到作为铁板制的管道内壁面的倾斜面21而发生反弹，但之后再次与金属丝网62的背面侧发生碰撞的概率较高。因此，碰撞到金属丝网62的背面侧的大径灰50沿着倾斜面21而在空间部61落下，最终被第一料斗20A回收。

另一方面，大径灰50并非全部通过金属丝网62的开口部62a，也存在碰撞到将线状构件组合成格子状而成的金属丝网62的情况。如图3(c)所示，碰撞到金属丝网62的线状构件的大径灰50与反弹系数比通常铁板低且容易弹性变形的构件发生碰撞，其结果是，由于反弹量的下降而被第一料斗20A回收的概率变高。

这样，上述的低反弹部60A能够使通过了金属丝网62的开口部的大径灰50以及碰撞到金属丝网62的大径灰50高效地被第一料斗20A回收，因此在提高第一料斗20A中的大径灰50的捕获率方面是有效的。

然而，虽然在上述的第一具体例中，将低反弹构件设为了金属丝网62，但作为适于该具体例的低反弹构件，除了金属丝网62之外，还可以使用例如栅板、多孔板、帘结构(百叶窗)等那样具备多个能够使大径灰50通过的大小的开口部的格子状构件。

尤其是若采用如金属丝网62的线状构件等那样受到大径灰50的碰撞后发生弹性变形的原料的格子状低反弹构件，则能够借助弹性变形高效地吸收大径灰50的碰撞能量来降低反弹量。另外，由于碰撞后的大径灰50旋转，由此也能够降低反弹量。

图4所示的第二具体例的低反弹部60B是在倾斜面21的壁面上固定适当的位置来设置多根线(低反弹部形成构件)63而成的。线63是刚性比铁板低、且因大径灰50的碰撞而发生弹性变形的原料。因此，线63若在捆束了多根的状态下使用，则容易进行拆装、固定，优选配置为根据需要而在上下方向以及左右方向上适当进行了组合而成的格子状。

这样的线63在与大径灰50发生碰撞时借助弹性变形而高效地吸收碰撞能量，因此，碰撞后的大径灰50的反弹量下降，从而第一料斗20A的捕获率提高。此外，当大径灰50碰撞到线63时，大径灰50容易进行旋转，由此也降低速度能量而难以反弹。

然而，虽然在上述的第二具体例中，将低反弹构件设为了线63，但作为适于该具体例的低反弹构件，除了线63之外，还可以使用例如金属丝网等那样由因大径灰50的碰撞而发生弹性变形的原料构成的构件。

另外，作为第三具体例，如图5所示的低反弹部60C那样，也能够通过采用如隔热件64等那样的平板状原料作为低反弹构件贴附于倾斜面21来构成。需要说明的是，在采用隔热件64的情况下，不必在成为烟道10的内壁面侧的隔热件64的表面上、即大径灰50所碰撞的隔热件表面上设置反弹系数高的铁板等的衬垫。

这样的隔热件64在与大径灰50碰撞时借助弹性变形而高效地吸收碰撞能量，因此，碰撞后的大径灰50的反弹量下降，从而第一料斗20A的捕获率提高。

需要说明的是，平板状的低反弹部60C除了隔热件64之外，还能够采用例如反弹系数比铁板小的橡胶系原料、塑料制原料。

接着，图6所示的低反弹结构的低反弹部(低反弹结构部)70、80设置于第二料斗30A的下游侧且大径灰50所碰撞的内壁面区域或流路部。即，第二料斗30A设置于供向上的气流(具有向上的速度分量的燃烧废气的流动)流动的第二垂直烟道部14的下端部，在第二料斗30A的下游侧设置有反弹系数比铁板小的低反弹结构部70、80。

图6所示的低反弹结构部70设置于成为第二料斗30A的下游侧的烟道10的流路部，具体而言，设置于第二水平烟道部13与第二垂直烟道部14的连接部且将气流的流动方向从水平方向改变为向上的烟道流路内，换而言之，设置于成为第二料斗30A的上方的烟道流路内。该低反弹结构部70为例如由与水平方向的气流对置的多个面构成的帘结构，碰撞到帘结构的面的大径灰50发生失速而向第二料斗30A落下，因此，第二料斗30A的捕获率提高。

另外，图6所示的低反弹部80设置于第二料斗30A的下游侧且大径灰50所碰撞的内壁面区域，具体而言，设置于在第二水平烟道部13中流动的水平方向的气流所碰撞的第二垂直烟道部14的壁面部。该低反弹部80能够采用例如金属丝网、线束、栅板等。

当设置这样的低反弹部80时，乘着在第二水平烟道部13中沿水平方向流动的气流的大径灰50的大部分因惯性力而与设于尽头的内壁面区域的低反弹部80发生碰撞。通过该碰撞而反弹的大径灰50虽然朝向第二垂直流路14的流路剖面中央方向，但由于反弹系数比以往的铁板低，因此，到达至流速较快的流路剖面中央及其附近的比例减少。

即，若低反弹部80位于第二料斗30A的流动方向下游侧，则碰撞到低反弹部80的大径灰50的反弹量下降，从而到达至流速较快的流路剖面中央及其附近而与气流一起向下游侧流出的大径灰50的量减少。其结果是，从气流中分离而落下的大径灰50增加，因此，若利用第二料斗30A来回收该大径灰50，则第二料斗30A中的大径灰50的捕获率提高。

在该情况下，低反弹部80能够采用上述的第一具体例至第三具体例的结构，另外，根据各种条件也能够采用与低反弹部70适当组合的结构。

在此，若例示反弹系数比铁板小的原料的话，除了橡胶系原料、塑料系原料之外，例如具有不锈钢、铜、铝、磷青铜、蒙乃尔合金、高耐腐蚀合金(HC-22、HC-276)、镍基超合金(因科内尔镍合金600，因科内尔镍合金601；注册商标)、镍、镍201等。这些材料能够以上述的板状、金属丝网以及线等的状态适当地选择。

下面，关于上述的低反弹结构，通过数值模拟对作为固体粒子的直径的粒径(mm)与飞散降低率(％)的关系进行估算并将其结果示于图7。即，图7是验证了低反弹结构的有效性的估算，越是飞散降低率变大的粒径，则上述的低反弹结构越为有效。

在图7所示的关系中，对两种低反弹结构(低反弹a、低反弹b)进行了估算，但飞散降低率从粒径(d)为大致0.3mm起开始提高，当粒径(d)增大至大致5mm时，飞散降低率成为100％。因此，上述的本实施方式的低反弹结构在固体粒子的粒径(d)为0.3mm以上且5mm以下的范围内是有效的。

另外，图8所示的烟道(铁板制的管道结构)是能够应用上述的实施方式的管道壁面结构的另一构成例。

图8(a)所示的烟道10与图1所示的实施方式相同，是由水平烟道部以及向上流动的垂直烟道部构成的烟道例。在该烟道例中，在与第二水平烟道部13的两端部连接的第一垂直烟道部12的下端部以及第二垂直烟道部14的下端部分别设置有第一料斗20A以及第二料斗30A。

图8(b)所示的烟道10A是第一垂直烟道12与水平烟道部15A之间由流动具有向上的速度分量的倾斜烟道17构成的烟道例。在该烟道例中，在第一垂直烟道部12的下端部设置有第一料斗20A，在倾斜烟道17的中途设置有第二料斗30B。

在该烟道例中，通过在成为第二料斗30B的下游侧的流路部设置例如帘状的低反弹结构，能够提高捕获率。

图8(c)所示的烟道10B是由水平烟道部以及向下流动的垂直烟道部构成的烟道例。即，取代图8(a)所示的第二垂直烟道部14而具备从第二水平烟道部13的端部向下设置的第二垂直烟道部14A。在该烟道例中，由于在第二料斗30C的下游侧向上下方向的下方流动，因此，通过在第二料斗30C的上游侧或下游侧的流路部设置例如帘状的低反弹结构，能够提高捕获率。

这样，根据上述的本实施方式，在供从煤焚烧锅炉1排出的包含煤灰在内的燃烧废气(固气二相流)流动的铁板制管道(烟道)中，能够提高设于管道中途的料斗的大径灰捕获率，因此能够降低大径灰向管道下游侧的流出。其结果是，能够减少到达至例如脱硫装置40的大径灰，能够抑制或防止脱硝催化剂的堵塞。

然而，在上述实施方式中，将从煤焚烧锅炉1的火炉2排出的煤灰作为气流中包含固体粒子的固气二相流，但采用了本实施方式的管道壁面结构的铁板制管道能够应用于供作为固体粒子而包含例如煤、铁粉、柴油废气微粒以及未燃粒子在内的各种气流流动的装置。

需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够适当进行变更。

附图标号说明

1煤焚烧锅炉

2火炉

10、10A、10B烟道

20、20A第一料斗

21倾斜面

30、30A～30C第二料斗

40脱硝装置

50高空隙率大径灰(大径灰)

60、60A～60C、70、80低反弹部(低反弹结构部)

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种管道壁面结构，其是供气流中包含固体粒子的固气二相流流动的铁板制管道的管道壁面结构，

所述管道壁面结构具备料斗，该料斗设于沿成为具有上下方向的速度分量的流动的方向设置的所述铁板制管道的下端部或者管道中途，而从所述气流中回收所述固体粒子，

在所述料斗的流动方向上游侧或下游侧且所述固体粒子所碰撞的内壁面区域，设置有反弹系数比铁板小的低反弹结构部。

2.根据权利要求1所述的管道壁面结构，其中，

所述低反弹部是以在与所述铁板制管道的内壁面之间设置空间部的方式设置、且具备成为所述固体粒子的通路的开口部的低反弹部形成构件。

3.根据权利要求1所述的管道壁面结构，其中，

所述低反弹部是设置在所述铁板制管道的内壁面上、因所述固体粒子的碰撞而发生弹性变形的低反弹部形成构件。

4.(追加)一种管道壁面结构，其是供气流中包含固体粒子的固气二相流流动的铁板制管道的管道壁面结构，

所述管道壁面结构具备料斗，该料斗设于与所述铁板制管道的水平方向烟道部的流动方向下游侧连接、且沿成为具有上下方向的速度分量的流动的方向设置的所述铁板制管道的烟道部的下端部或者中途，而从所述气流中回收所述固体粒子，

在所述料斗的流动方向上游侧或下游侧的流路部，设置有由与水平方向的气流对置的多个面构成的帘结构的、反弹系数比铁板小的低反弹结构部。

5.(修改后)根据权利要求1至4中任一项所述的管道壁面结构，其中，

所述固气二相流是从煤焚烧锅炉排出、包含煤灰的燃烧废气。

Claims (4)

1.一种管道壁面结构，其是供气流中包含固体粒子的固气二相流流动的铁板制管道的管道壁面结构，

所述管道壁面结构具备料斗，该料斗设于沿成为具有上下方向的速度分量的流动的方向设置的所述铁板制管道的下端部或者管道中途，而从所述气流中回收所述固体粒子，

在所述料斗的流动方向上游侧或下游侧且所述固体粒子所碰撞的内壁面区域或流路部，设置有反弹系数比铁板小的低反弹结构部。

2.根据权利要求1所述的管道壁面结构，其中，

所述低反弹部是以在与所述铁板制管道的内壁面之间设置空间部的方式设置、且具备成为所述固体粒子的通路的开口部的低反弹部形成构件。

3.根据权利要求1所述的管道壁面结构，其中，

所述低反弹部是设置在所述铁板制管道的内壁面上、因所述固体粒子的碰撞而发生弹性变形的低反弹部形成构件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管道壁面结构，其中，

所述固气二相流是从煤焚烧锅炉排出、包含煤灰的燃烧废气。