JP2014006037A - ダスト捕集装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホッパ型のダスト捕集装置において、排ガスの偏流を抑制することによってダストの再飛散を防ぎ、ダストの捕集率を向上させる。
【解決手段】煙道４を流れる排ガス中のダストを、排ガスの流れを遮る衝突板８と衝突板８の下方で煙道４に形成されたホッパ部９とを用いて捕集するダスト捕集装置において、煙道４に、排ガスの流れをその左右方向に分割して案内する整流板１０を設ける。整流板１０を配置することによって、衝突板８およびホッパ部９を含むダスト捕集部５での排ガスの左右方向の偏流が防止される。従って、ダストの再飛散が抑制され、結果としてダストの捕集率が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コークス乾式消化設備（ＣＤＱ：Coke Dry Quenching）などで用いられるダスト捕集装置に関する。

コークス乾式消化設備は、コークス炉から搬出された赤熱コークスをチャンバー内に頂部から装入するとともに、チャンバーの底部から冷却ガスを吹き込み、冷却ガスとの熱交換によって赤熱コークスを冷却する技術である。かかるコークス乾式消化設備では、チャンバーの底部から吹き込まれた冷却ガスが、チャンバー内を徐々に降下するコークスを冷却しながら上昇し、チャンバーの上部から排出される。排出された冷却ガス（排ガス）はコークスとの熱交換によって昇温されており、その温度は例えば８００℃以上に達する。

そこで、排ガスをボイラに送り、熱回収した後に再び冷却ガスとしてチャンバーに吹き込むことが一般的である。ガスを循環させて熱回収することによって、赤熱コークスの顕熱を有効利用することができる。ところが、チャンバーから回収された排ガスにはコークスに起因するダストが多く含まれているため、そのままボイラに送ると、ダストのためにボイラの設備が損耗してしまう。それゆえ、下記の特許文献１，２などに記載されているように、排ガスからダストを取り除くためのダスト捕集装置が設置される。

特許文献１に記載されたホッパ型のダスト捕集装置は、煙道を流れる排ガスの流れを遮る衝突板を設置し、これに衝突したダストを下方に形成されたホッパ部によって捕集するものである。さらに、特許文献１に記載の技術では、ホッパ部の下流側の側板を鉛直に形成したり、衝突板取付け部で煙道の幅を拡大したりすることによって、ダストの捕集率を向上させることが試みられている。一方、特許文献２に記載の技術では、ダスト捕集装置としてホットサイクロンを用いることによって、ダストの捕集率を向上させている。

特開平７−２６８３４４号公報 特開平７−２６８３４１号公報

しかしながら、上記の特許文献２に記載の技術では、ダストの捕集率は向上するものの、ホットサイクロンの装置寿命が比較的短いため、ダスト捕集装置自体の交換コストが多く発生する。従って、コスト面では、特許文献１に記載されたようなホッパ型のダスト捕集装置が有利である。ところが、特許文献１に記載のような改善を加えても、ホッパ部で捕集されたダストの一部が再飛散して排ガス流に戻ってしまい、結果的にダストの捕集率は十分とはいえなかった。

そこで、本発明者らは、ホッパ型のダスト捕集装置でダストの再飛散が生じる原因について、数値流体解析を用いて究明した。その結果、後述するように、煙道内で排ガスの偏流が発生していることによって、ダストの再飛散が生じていることを見出した。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ホッパ型のダスト捕集装置において、排ガスの偏流を抑制することによってダストの再飛散を防ぎ、ダストの捕集率を向上させることが可能な、新規かつ改良されたダスト捕集装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、煙道を流れる排ガス中のダストを、該排ガスの流れを遮る衝突板と該衝突板の下方で煙道に形成されたホッパ部とを用いて捕集するダスト捕集装置であって、煙道に、排ガスの流れをその左右方向に分割して案内する整流板を設けたことを特徴とするダスト捕集装置が提供される。

煙道に整流板を配置することによって、衝突板およびホッパ部を含むダスト捕集部での排ガスの左右方向の偏流が防止される。従って、ダストの再飛散が抑制され、結果としてダストの捕集率が向上する。

上記のダスト捕集装置において、整流板は、例えば煙道の入口とホッパ部との間に設置されてもよいし、ホッパ部に設置されてもよい。いずれの場合も、排ガスの偏流を防止することによって、ダストの再飛散を抑制し、ダストの捕集率を向上させることが可能である。

以上説明したように本発明によれば、ホッパ型のダスト捕集装置において、排ガスの偏流を抑制することによってダストの再飛散を防ぎ、ダストの捕集率を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るコークス乾式消化設備の全体構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るコークス乾式消化設備の部分斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 整流板が設けられない比較例における図３Ａと同様の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るコークス乾式消化設備の部分斜視図である。 本発明の実施例に係るシミュレーションの結果を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、図１、図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態では、コークス乾式消化設備において、煙道の入口とホッパ部との間に整流板を配置する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るコークス乾式消化設備の全体構成を示す図である。コークス乾式消化設備１には、チャンバー２が設けられる。赤熱コークスは、チャンバー２の頂部から装入され、チャンバー２の内部を、プレチャンバー２ａから冷却チャンバー２ｂへと徐々に下降する。一方、チャンバー２の底部からは、冷却ガスが吹き込まれる。吹き込まれた冷却ガスは、冷却チャンバー２ｂ内を上昇しながらコークスを冷却する。

コークスとの熱交換によって昇温された冷却ガスは、冷却チャンバー２ｂの上部に設けられたガス排出口（図示せず）を通って環状チャネル３に排出される。環状チャネル３は、チャンバー２に周設されたチャネルであり、環状の水平断面を有する。排出された冷却ガス（排ガス）は、さらに、環状チャネル３に連通する煙道４に流れ込む。煙道４の途中にはホッパ型のダスト捕集部５が設けられ、排ガス中のダストを取り除く。本実施形態では、ダスト捕集部５での排ガスの偏流を防ぐために、煙道４に整流板が設けられる。なお、整流板の詳細については、煙道４の内部構造とともに後述する。

ダスト捕集部５での一次除塵を経た排ガスは、引き続き煙道４を流れてボイラ６に送られる。このとき、排ガス中にダストが多く残っていると、ボイラ６の内部の配管などの設備の損耗が激しくなるため、ダスト捕集部５で効果的に排ガス中のダストを取り除くことが重要である。ボイラ６で熱回収された排ガスは、二次除塵を経た後、ブロワ７によって、再び冷却ガスとしてチャンバー２の底部から吹き込まれる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るコークス乾式消化設備の部分斜視図である。図では、環状チャネル３、煙道４、ダスト捕集部５、およびボイラ６が示されている。上述のように、冷却チャンバー２ｂから環状チャネル３に排出された冷却ガス（排ガス）は、煙道４を流れてボイラ６に送られる。このとき、煙道４の途中に設けられたダスト捕集部５で、排ガス中のダストが取り除かれる。なお、図２、図３Ａ、図３Ｂにおいて、チャンバー２、およびボイラ６の内部の配管などの図示は省略されている。

ダスト捕集部５には、衝突板８とホッパ部９とが設けられる。衝突板８は、煙道４を略水平方向に流れる排ガスの流れに直交するように配置される。煙道４を流れてきた排ガスは、衝突板８によって流れを遮られ、流れの向きを下向きに変える。このとき、排ガス中のダストは、衝突板８に慣性衝突して落下する。

落下したダストは、衝突板８の下方に形成されたホッパ部９によって捕集される。ここで、ホッパ部９は、煙道４の底面が下向きに張り出して、断面が漏斗状のホッパを形成している部分である。一方、排ガスは、衝突板８の下端を迂回してさらに煙道４を流れ、ボイラ６に到達する。排ガスが迂回しやすいように、衝突板８の下部には図示されているような弧状の切り欠きが形成されていてもよい。

さらに、本実施形態では、煙道４に、排ガスの流れを左右方向に分割して案内する整流板１０が設けられる。整流板１０は、煙道４の入口と、煙道４に形成されたホッパ部９との間に、排ガスの流れに対して平行に設置される。

なお、本明細書でいう「左右方向」は、排ガス流の進行方向、つまり環状チャネル３とボイラ６とを結ぶ方向を前後方向とした場合の左右方向を意味する。図２では、前後方向がｘ軸方向、左右方向がｙ軸方向、上下方向がｚ軸方向として図示されている。また、この説明では、煙道４の環状チャネル３側の口を入口、ボイラ６側の口を出口とする。

なお、整流板１０の配置については、図示された例には限らず様々なバリエーションが可能である。例えば、長さについて、整流板１０は、煙道４の入口に達していてもよいし、図示されたように入口から間隔を空けて設置されてもよい。また、整流板１０は、図示されたように、煙道４のホッパ部９に至る傾斜部分にかからないように設置されてもよいし、少なくとも一部が傾斜部分にかかるように設置されてもよい。

一方、高さについて、整流板１０は、高温の排ガスの影響による熱膨張を考慮して、上端と煙道４の天井面との間に隙間が空くように設置することが望ましい。整流作用を向上させるために、この隙間にグラスウールや弾性のある目地材を充填してもよい。また、整流板１０の数は、必ずしも１枚には限られず、２枚以上であってもよい。

本実施形態では、かかる整流板１０の作用によって、ダスト捕集部５での排ガス流の左右方向の偏流の発生によるダストの再飛散が抑制され、結果としてダスト捕集部５におけるダストの捕集率が向上する。この点について、以下で図３Ａおよび図３Ｂを参照してさらに説明する。

図３Ａは、図２のＡ−Ａ断面図である。図３Ｂは、整流板が設けられない比較例における図３Ａと同様の断面図である。図３Ｂに示されるように、整流板が設けられない場合、煙道４を流れる排ガスにはカルマン渦が発生する。それゆえ、煙道４における排ガスの流速は、左右方向について不均一になり、その結果、ダスト捕集部５において、排ガス流が左右どちらかの側に偏って流れる偏流が発生する。この偏流のために、ホッパ部９で捕集されたダストの一部が再飛散し、排ガス流に戻ってしまう。

一方、図３Ａに示されるように、整流板１０を設けた場合、整流板１０が排ガスの流れを左右方向に分割して案内することによって、煙道４を流れる排ガスでのカルマン渦の発生が抑制される。それゆえ、煙道４における排ガスの流速は、左右方向について略均一になり、その結果、ダスト捕集部５においても偏流は発生しにくい。従って、ホッパ部９で捕集されたダストが再飛散するのを防ぐことができる。

上記のような煙道４における偏流の発生は、従来のハーフモデルによる定常解析では発見されていなかった。本発明者らは、かかる従来の解析がコークス乾式消化設備１における排ガス中のダストの実際の挙動に整合しないことに着目し、フルモデルによる非定常解析を行った結果、カルマン渦に起因する偏流の発生を発見した。なお、本実施形態において、カルマン渦は、排ガスが煙道４に流れ込む前に環状チャネル３を通過することによって生じる。

以上で説明した本発明の第１の実施形態では、煙道の入口とホッパ部との間に整流板を配置することによって、ダスト捕集部におけるダストの捕集率が向上する。これによって、排ガスとともにボイラに到達するダストが減少し、ボイラ設備の損耗を防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、整流板が、煙道のホッパ部に設置される。なお、コークス乾式消化設備の全体構成については、上記の第１の実施形態と同様の構成とすることが可能であるため、詳細な説明は省略する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るコークス乾式消化設備の部分斜視図である。図では、上記の図２と同様に、環状チャネル３、煙道４、ダスト捕集部５、およびボイラ６が示されている。

本実施形態でも、煙道４には、排ガスの流れを左右方向に分割して案内する整流板１１が設けられる。整流板１１は、煙道４に形成されたホッパ部９の下部に、排ガスの流れに対して平行に設置される。上記の第１の実施形態における整流板１０が、煙道４のダスト捕集部５の前の部分での左右方向のカルマン渦の発生を抑制することでダスト捕集部５での偏流によるダストの再飛散を防いだのに対して、本実施形態における整流板１１は、ダスト捕集部５での左右方向の偏流の発生を直接的に抑制することで、ダストの再飛散を防ぐ。

なお、ホッパ部９の上方には衝突板８が設置されているため、整流板１１と衝突板８とは、互いに直交した状態で対向する。高温の排ガスの影響による熱膨張を考慮して、整流板１１の上端と、対向する衝突板８の下端との間には隙間を設けることが望ましい。整流板１１は、図示されているように、衝突板８の下端との隙間が比較的小さい大型のものであってもよいし、衝突板８との間に大きく隙間が空く小型のものであってもよい。

以上で説明した本発明の第２の実施形態では、ダスト捕集部として設けられる煙道のホッパ部に整流板を配置することによって、ダストの捕集率が向上する。これによって、排ガスとともにボイラに到達するダストが減少し、ボイラ設備の損耗を防止することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。以下の例では、上記の第１の実施形態および第２の実施形態のそれぞれに係る２種類の整流板を設置した実施例と、整流板を設置しない比較例との間で、数値流体解析によってシミュレーションしたダストの捕集率を比較した。

解析の条件として、煙道の断面は幅約６ｍ、高さは約４ｍ、循環する冷却ガスの流量は２８．５×１０^４Ｎｍ^３／ｈとした。解析対象のダストは、ボイラ設備の損耗への影響が大きく、かつダスト捕集率が偏流の影響を大きく受ける、径が５００μｍのダストである。さらに、煙道内の壁面反発係数ｅは、０．２の場合と０．５の場合との２種類についてシミュレーションを実行した。壁面反発係数は、壁面へのダストの付着によって変化する。

図５は、上記のシミュレーションの結果を示すグラフである。「比較例」では、整流板が設けられない。「実施例１」では、第１の実施形態として説明されたように、煙道の入口とホッパ部との間に整流板が設けられる。「実施例２」では、第２の実施形態として説明されたように、煙道のホッパ部に整流板が設けられる。

グラフに示されるように、比較例では３０％台後半であったダスト捕集率が、実施例１、実施例２ともに、５０％前後まで向上している。この結果は、本発明の実施形態における整流板の設置が、ダスト捕集率の向上に有効であることを示しているといえる。上述のように、このシミュレーションの対象になった径５００μｍのダストは、ボイラ設備の損耗への影響が大きいダストである。従って、この径のダストの捕集率が向上することは、ボイラ設備の損耗を防止する上での効果が大きい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ コークス乾式消化設備
２ チャンバー
３ 環状チャネル
４ 煙道
５ ダスト捕集部
６ ボイラ
７ ブロワ
８ 衝突板
９ ホッパ部
１０，１１ 整流板

Claims (3)

1. 煙道を流れる排ガス中のダストを、該排ガスの流れを遮る衝突板と該衝突板の下方で前記煙道に形成されたホッパ部とを用いて捕集するダスト捕集装置であって、
   前記煙道に、前記排ガスの流れを該流れの左右方向に分割して案内する整流板を設けたことを特徴とするダスト捕集装置。
2. 前記整流板は、前記煙道の入口と前記ホッパ部との間に設置されることを特徴とする、請求項１に記載のダスト捕集装置。
3. 前記整流板は、前記ホッパ部に設置されることを特徴とする、請求項１に記載のダスト捕集装置。
   

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