JP2014240508A - 乾式冷却装置及びこれを用いた排ガス冷却方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る乾式冷却装置は、溶融金属精錬炉からの排ガスを冷却するためのものであり、上方から下方に向かって延びる相当直径dの流路を有する撹拌部と、撹拌部との接合部から下方に向かうに従って流路断面が拡大するテーパ部と当該テーパ部との接合部から下方に延びる相当直径Dの直胴部とを有する冷却装置本体と、撹拌部とテーパ部との接合部よりも上方に距離L離れた位置に設けられている複数の撹拌用スプレーノズルと、直胴部内に設けられている複数の冷却用スプレーノズルと、冷却装置本体の下部に設けられた排気口とを備え、撹拌部の相当直径d、直胴部の相当直径D及び距離Lが所定の条件を満たす。
【選択図】図1
Description
0.58≦d/D<1.0 …(1)
0.44≦L/D<1.5 …(2)
相当直径=4×S/L
0.1≦wA/W≦0.2 …(3)
偏流度=σ/σMAX …(4)
図1は、本発明に係る乾式冷却装置の一実施形態を模式的に示す正面図である。同図に示す乾式冷却装置50は、転炉(溶融金属精錬炉)20から排出される高温の排ガスを冷却するためのものであり、ダクト30を介して転炉20に係合されている。ダクト30は、転炉20の炉口付近から上方に延びる部分30aと、乾式冷却装置50の撹拌部1に接続するために排ガスの流れを上向きから下向きに変える湾曲部30bを有する。乾式冷却装置50は、撹拌部1と、テーパ部3と、直胴部5とを備え、これらの構成が鉛直方向の上方から下方に向けて並ぶように配置されている。テーパ部3と直胴部5とによって冷却装置本体が構成されている。以下、各構成について説明する。
撹拌部1は、転炉20からの高温の排ガスに水を噴射することによって排ガスを冷却するとともに、排ガスを撹拌して排ガスの偏流を解消するためのものである。撹拌部1は、その上端1aがダクト30に接合されており、下端1bがテーパ部3に接合されている。図2に示すように、撹拌部1の内部には上方から下方に鉛直方向に延びる排ガス用流路1cが設けられている。流路1c内には複数の撹拌用スプレーノズル2が設けられている。
テーパ部3は、撹拌部1と直胴部5とを接続するためのものであり、直胴部5とともに冷却装置本体部を構成する。テーパ部3は、撹拌部1と上端が接合し、下端が直胴部5と接合している。テーパ部3は、撹拌部1との接合部3aから下方に向かうに従って断面積が拡大する流路3bを内部に有する(図2参照)。流路3bの上端断面は撹拌部1の下端断面と一致し、下端断面は直胴部5の上端断面と一致している。
直胴部5は、テーパ部3からの排ガスを冷却するためのものであり、上方から下方に鉛直方向に延びる内壁5aを有する(図2参照)。直胴部5には収容する排ガスに向けて水を噴射して排ガスを冷却するための複数の冷却用スプレーノズル6が設けられている。複数の冷却用スプレーノズル6は、テーパ部3との接合部近傍に設けられている。なお、直胴部の長さ(テーパ部3との接合部5bから下端断面5cまでの距離)をAとすると、冷却用スプレーノズル6は接合部5bからA/10の距離の範囲に設けることが好ましく、A/20の距離の範囲に設けることが更に好ましい。このような高い位置に冷却用スプレーノズル6を設けることで、直胴部5内において排ガスを十分に冷却でき、また水滴が気化しないまま排気口8から排出されるのを十分に抑制できる。液滴を確実に気化させる観点から、直胴部5における排ガス(気化した水蒸気も含む)の滞留時間は好ましくは3〜15秒であり、より好ましくは5〜10秒である。
本実施形態において、図2に示す撹拌部1の相当直径d(単位:m)、直胴部5の相当直径D(単位:m)及び距離L(単位:m)は、式(1)及び式(2)で表される条件を満たす。これらの条件はシミュレーションによる解析によって求められた条件である。なお、距離Lは、撹拌用スプレーノズル2が設けられた位置から撹拌部1とテーパ部3との接合部3aまでの距離を意味する。なお、複数の撹拌用スプレーノズル2が互いに異なる高さに設けられている場合、距離Lは最も低い位置に設けられたスプレーノズル2から接合部3aまでの距離を意味する。
0.58≦d/D<1.0 …(1)
0.44≦L/D<1.5 …(2)
偏流度は、次のようにして求められる値である。
(i)直胴部5の下端断面5cの温度分布をシミュレーションによって解析し、当該断面5cの温度分布及びその標準偏差を求める。変動パラメータの値を変更しながら、複数回の計算を実行し、直胴部5の下端断面5cの位置において水滴が残らない上限の標準偏差の値σMAXを求める。なお、この解析を行う際の変動パラメータは相当直径d,D、距離L及びスプレーノズル2,6からそれぞれ噴射する水量等である。他方、固定パラメータは、ダクト30からの排ガス温度及び流量、並びに、排気口8から排出する排ガス温度等である。
(ii)特定の条件(例えば、転炉20を実際に運転した際に想定される条件)でシミュレーションソフトによる計算を実施し、直胴部5の下端断面5cの温度分布の標準偏差の値σを求める。この標準偏差σが上記σMAX以下である場合、すなわち、上記式(4)の定義により表される偏流度が1以下である場合に、直胴部5の下端断面に水滴は発生しない。
次に、乾式冷却装置50を用いて転炉20からの排ガスを冷却する方法について説明する。
外周側のスプレーノズル2Oの噴射量:1.2〜1.8(例えば1.5)
内周側のスプレーノズル2Iの噴射量:0.3〜0.7(例えば0.5)
その他のスプレーノズル2の噴射量 :1.0
0.1≦wA/W≦0.2 …(3)
図6は、偏流度と撹拌水量率(wA/W×100)との関係を示すグラフであり、式(3)の条件の根拠となるシミュレーション結果をプロットしたものである。撹拌水量率をこのように設定すると、撹拌部1において排ガスの偏流を十分に解消できる。そして、その後の直胴部5内における冷却処理を経ることで、直胴部5の下端断面5cを通過する排ガスの温度のバラツキを抑制でき、これにより湿潤ダストの発生を十分に抑制できる。
Claims (9)
- 溶融金属精錬炉からの排ガスを冷却するための乾式冷却装置であって、
前記排ガスを移送するダクトに接続されており上方から下方に向かって延びる相当直径dの流路を有する撹拌部と、
前記撹拌部との接合部から下方に向かうに従って流路断面が拡大するテーパ部と、前記テーパ部との接合部から下方に延びる相当直径Dの直胴部とを有する冷却装置本体と、
前記撹拌部の前記流路内であって前記撹拌部と前記テーパ部との接合部よりも上方に距離L離れた位置に設けられており、前記排ガスに向けて水を噴射する複数の撹拌用スプレーノズルと、
前記直胴部内の前記テーパ部との接合部近傍に設けられており、前記冷却装置本体内の前記排ガスに向けて水を噴射する複数の冷却用スプレーノズルと、
前記冷却装置本体の下部に設けられた排気口と、
を備え、
前記撹拌部の相当直径d(単位:m)、前記直胴部の相当直径D(単位:m)及び前記距離L(単位:m)が式(1)及び式(2)で表される条件を満たす乾式冷却装置。
0.58≦d/D<1.0 …(1)
0.44≦L/D<1.5 …(2) - 前記複数の撹拌用スプレーノズルは前記撹拌部の前記流路の内面に周方向に並んで配置されており、前記流路の中心方向に向けられている、請求項1に記載の乾式冷却装置。
- 前記撹拌用スプレーノズル及び前記冷却用スプレーノズルは、単位時間当たりに噴射する水量を変更可能である、請求項1又は2に記載の乾式冷却装置。
- 前記撹拌用スプレーノズルは、水のみが噴射される一流体スプレーノズルである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の乾式冷却装置。
- 前記冷却用スプレーノズルは、水のみが噴射される一流体スプレーノズルである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の乾式冷却装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の乾式冷却装置を用いて溶融金属精錬炉からの排ガスを冷却する方法であり、
前記撹拌用スプレーノズルから水を噴射することによって前記排ガスを撹拌するとともに、前記冷却用スプレーノズルから水を噴射することによって前記冷却装置本体内の前記排ガスを乾式冷却する、排ガス冷却方法。 - 前記撹拌用スプレーノズル及び前記冷却用スプレーノズルから噴射する単位時間当たりの水量の合計量Wと、前記撹拌用スプレーノズルから噴射する単位時間当たりの水量wAとの比(wA/W)は式(3)で表される条件を満たす、請求項6に記載の排ガス冷却方法。
0.1≦wA/W≦0.2 …(3) - 前記直胴部の下端断面における温度分布をシミュレーションによって解析し、当該下端断面の位置において水滴が残らない温度の標準偏差の上限値σMAXを求める工程と、
前記排ガスの温度又は流量の変動に伴って前記撹拌用スプレーノズル及び前記冷却用スプレーノズルから噴射する水量を変更する際、変更予定の条件で前記直胴部の下端断面における温度分布をシミュレーションによって解析して当該下端断面の位置における温度の標準偏差の値σを求める工程と、
下記式(4)で定義される偏流度が1以下となるように、前記撹拌用スプレーノズル及び前記冷却用スプレーノズルから噴射する水量を設定する工程と、
を更に備える、請求項6又は7に記載の排ガス冷却方法。
偏流度=σ/σMAX …(4) - 前記溶融金属精錬炉と前記乾式冷却装置とを接続する前記ダクトは、前記溶融金属精錬炉の炉口付近から上方に延びる部分と、前記乾式冷却装置の前記撹拌部に接続するために排ガスの流れを上向きから下向きに変える湾曲部とを有し、
前記複数の撹拌用スプレーノズルのうち前記湾曲部の外周側に相当する位置のノズルから噴射する水量を、前記湾曲部の内周側に相当する位置のノズルから噴射する水量よりも多くする、請求項6〜8のいずれか一項に記載の排ガス冷却方法。
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JPH10216451A (ja) * | 1997-02-12 | 1998-08-18 | Nkk Corp | 減温塔の水噴霧方法 |
JPH1163479A (ja) * | 1997-08-08 | 1999-03-05 | Hitachi Zosen Corp | ガス通路におけるガス流の均一化方法 |
JP2004361059A (ja) * | 2003-06-09 | 2004-12-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 減温塔の排ガス出口温度制御方法及び装置 |
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2013
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