JP2021016809A - プレダスタ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度にダストを除去できるプレダスタを提供する。【解決手段】プレダスタ１は、ガスが流入する吸気口１１と、吸気口１１より下方に配置され、吸気口１１から流入したガスに含まれるダストをガスから分離する分離領域１３と、ダストを分離したガスを排気する排気口１２と、分離領域１３より下方に設けられ、ダストが溜まる溜まり部１４と、を有するホッパ１０と、分離領域１３に配置され、吸気口１１から流入したガスを分離領域１３の下部へ導く整流板１５と、分離領域１３に配置され、整流板１５よりも気流方向後方に向かって順に配置された、鉛直方向に延びる第１衝突板１６１および第２衝突板１６２と、を備える。第２衝突板１６２は、溜り部１４から鉛直方向に沿って上方に延び、その下端が、運転中に溜まり部１４に溜まるダストの堆積レベルの上限よりも下方に位置している。【選択図】図２

Description

本発明は、ガス中に含まれるダストをガスから分離するプレダスタに関する。

鉄鋼、セメント、ごみ焼却プラントなどの高温ガスが発生するプラントでは、排熱回収ボイラが併設されることが多い。粉塵（以下、ダストという）を多く含んだ高温ガスの場合、ボイラ設備保護のために、ボイラ入側にはプレダスタが設置される。プレダスタは、例えば、取り込んだガスの流速をダストの沈降速度以下にして、ダストを沈降させることで、ガスからダストを分離する構成である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、圧力損失を低減しつつ、所定粒径以上のダストだけを除去するダスト除去装置が開示されている。このダスト除去装置は、排ガスが流入される分離室に複数のバッフルプレートを配置した構成である。そして、バッフルプレート間の間隙の流通抵抗によって流速を制限し、流速の均一化を図っている。

特開２００７−１４７１１９号公報

特許文献１に記載のダスト除去装置は、ダスト除去装置の設置空間が十分大きく、分離室を十分に確保できる場合には、複数のバッフルプレートを配置でき、分離室内での流速を制限することができる。しかしながら、設置空間が限られている場合には、分離室の空間容量を十分に確保できないため、ガス流速を平均化するための複数のバッフルプレートを配置できない。その結果、分離室内のガスの流速がダストの沈降速度以下とならず、ダストを高精度に除去できないおそれがある。

そこで、上記課題を鑑み、本発明の目的は、プレダスタ内容積を十分に確保できない場合であっても、高精度にダストを除去できるプレダスタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のプレダスタは、
ガスが流入する吸気口と、前記吸気口より下方に配置され、前記吸気口から流入したガスに含まれるダストを前記ガスから分離する分離領域と、前記ダストを分離したガスを排気する排気口と、前記分離領域より下方に設けられ、前記ダストが溜まる溜まり部と、を有するホッパと、
前記分離領域に配置され、前記吸気口から流入したガスを前記分離領域の下部へ導く整流板と、
前記分離領域に配置され、前記整流板よりも気流方向後方に向かって順に配置された、鉛直方向に延びる第１衝突板および第２衝突板と、
を備え、
前記第２衝突板は、前記溜り部から前記鉛直方向に沿って上方に延び、その下端が、運転中に前記溜まり部に溜まるダストの堆積レベルの上限よりも下方に位置している。

本発明の構成によると、第１衝突板、および、第２衝突板を最適位置に配置することで、高精度にダストを除去できる。

図１は、鉛直方向から視たプレダスタの平面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図４は、第２衝突板の下端位置を説明するための図である。 図５は、第２衝突板と、第２側面板との水平距離を説明するための図である。 図６は、ホッパの底部での流速分布を示す図である。 図７は、ホッパ内の圧力損失および、ダストの捕集率を示す図である。 図８は、第１衝突板、第２衝突板および逆流防止板を設けたことによる、圧力損失およびダストの捕集率への影響を確認する試験の結果を示す図である。 図９は、第１衝突板の枚数と、圧力損失および、ダストの捕集率との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、鉛直方向から視たプレダスタ１の平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。なお、図１では、排気口１２を介して視える部材の一部の図示は省略している。

プレダスタ１は、例えば、焼成後の冷却設備と、排熱回収ボイラとの間に配置され、冷却設備から排出されたガスに含まれるダストを除去する装置である。プレダスタ１によりダストが除去されたガスは、排熱回収ボイラへ送出され、排熱回収ボイラにて余熱が回収される。

プレダスタ１は、鉛直方向に延びた中空状のホッパ１０を備えている。ホッパ１０は、鉛直方向から視た平面視で長方形状であって、第１側面板１０１、第２側面板１０２、第３側面板１０３および第４側面板１０４を有している。第１側面板１０１と第２側面板１０２とが対向し、第３側面板１０３と第４側面板１０４とが対向している。以下の説明では、第１側面板１０１と第２側面板１０２とが対向する方向を、第１方向と言う。また、第３側面板１０３と第４側面板１０４とが対向する対向する方向を、第２方向と言う。第１方向および第２方向は、それぞれ水平方向に沿った方向であり、互いに直交する。

第１側面板１０１、第２側面板１０２、第３側面板１０３および第４側面板１０４は、鉛直方向における中央部近傍から下方に向かうに従い、ホッパ１０の外側から内側に向かって傾斜している。鉛直方向におけるホッパ１０の大型化を抑制するために、ホッパ１０の底部は、水平方向に沿った平面状となっている。以下では、第１側面板１０１における傾斜部分は、第１傾斜部１０１Ａと言い、第２側面板１０２における傾斜部分は、第２傾斜部１０２Ａと言う。なお、第１傾斜部１０１Ａおよび第２傾斜部１０２Ａの水平方向からの傾斜角度は、同じである。また、第３側面板１０３および第４側面板１０４それぞれの水平方向からの傾斜角度は、同じである。

このホッパ１０は、吸気口１１と、排気口１２と、分離領域１３と、溜り部１４とを有している。

吸気口１１は、例えば冷却設備から排出されたガスを取り込む開口である。吸気口１１は、上方に開口するように、ホッパ１０の上部に設けられている。排気口１２は、ホッパ１０内のガスを排出する開口である。排気口１２は、上方に開口するように、ホッパ１０の上部に設けられている。吸気口１１と、排気口１２とは、第１方向に並んで設けられている。また、吸気口１１は、第１方向における第１側面板１０１側に設けられ、排気口１２は第２側面板１０２側に設けられている。

分離領域１３は、吸気口１１および排気口１２より下方に位置し、吸気口１１から取り込んだガスから、ダストを分離する領域である。ホッパ１０は分離領域１３を備えている。分離領域１３は、第１側面板１０１、第２側面板１０２、第３側面板１０３および第４側面板１０４の内壁面で囲まれて形成されている。分離領域１３では、吸気口１１から取り込んだガスの流速が低下する。ガスの流速がガスに含まれるダストの沈降速度以下となると、ガスに含まれるダストは下方へ沈降する。分離領域１３内でダストが分離されたガスは、排気口１２から排出される。

溜り部１４には、分離領域１３でガスから分離され、沈降したダストを受け止めて、溜める領域である。ホッパ１０内には、その底部に対向配置された逆流防止板１７が設けられている。溜り部１４は、ホッパ１０の底部と逆流防止板１７との間に形成されている。溜り部１４には、溜まったダストを外部へ排出する不図示の排出機構が設けられている。

逆流防止板１７は、溜まり部１４内のダストが分離領域１３へ逆流することを防止する、例えば、すのこ状の板部材である。溜まり部１４は第１方向に延びていて、その深さは浅い。このため、溜り部１４に溜まったダストは分離領域１３に近く、分離領域１３内のガスに取り込まれるおそれがある。そこで、逆流防止板１７を設けて、分離領域１３へのダストの逆流することを防止することで、ダストが再びガスに取り込まれることを防止できる。

分離領域１３には、吸気口１１から取り込んだガスを下方へ導く整流板１５が設けられている。整流板１５は、鉛直方向において、吸気口１１と重なる位置に設けられている。整流板１５は、上側整流板１５１と、下側整流板１５２とを有している。

上側整流板１５１は、吸気口１１の直下に配置されている。上側整流板１５１は、第１方向における第２側面板１０２側から第１側面板１０１側へ向かって、下方に傾斜している。下側整流板１５２は、上側整流板１５１の下方側の端部に設けられ、鉛直方向に沿って延びている。上側整流板１５１および下側整流板１５２は、図３に示すように、第２方向において、ホッパ１０の第３側面板１０３および第４側面板１０４まで延びている。

上側整流板１５１は、吸気口１１から取り込んだガスを、ホッパ１０の第１側面板１０１側へ導く。上側整流板１５１は、ガスを第１側面板１０１に衝突させることで、ダストを沈降させる。以下、このダスト捕集を１次捕集と言う。下側整流板１５２は、第１側面板１０１との間に流路を形成し、ガスをホッパ１０内の下方へ導く。下側整流板１５２と第１側面板１０１との間の流路を通ったガスは、その後、第１側面板１０１の第１傾斜部１０１Ａに沿って、ホッパ１０内の下方へ向かう。

分離領域１３には、第１衝突板１６１と、第２衝突板１６２とが設けられている。第１衝突板１６１および第２衝突板１６２は、分整流板１５よりも気流方向後方に向かって順に配置され、鉛直方向に延びている。また、図３に示すように、第１衝突板１６１および第２衝突板１６２は、第２方向において、ホッパ１０の第３側面板１０３および第４側面板１０４まで延びている。

第１衝突板１６１の下端と、整流板１５の下側整流板１５２の下端とは、第１側面板１０１の第１傾斜部１０１Ａに平行な仮想傾斜面Ｐ１上に位置している。このように配置された第１衝突板１６１は、ガスを第１傾斜部１０１Ａに沿わせて、ホッパ１０の底部近傍まで導く。このとき、第１衝突板１６１は、ガスの流れの方向を反転させ、それによって生じるガスとダストの慣性力の差を利用してダストを分離・落下させる。また、慣性力の差でうまく分離できなかったダストは第１衝突板１６１に衝突し、沈降させる。以下、このダスト捕集を２次捕集と言う。なお、第１衝突板１６１の下端は、第２衝突板１６２の上端よりも上方に位置していることが好ましい。

第２衝突板１６２は、ホッパ１０の底部に設けられ、逆流防止板１７から上方へ突出している。第２衝突板１６２は、逆流防止板１７近傍を流れるガスを自身に衝突させることで、ダストを沈降させる。以下、このダスト捕集を３次捕集と言う。第２衝突板１６２の下端は、溜り部１４内に位置している。図４は、第２衝突板１６２の下端位置を説明するための図である。第２衝突板１６２の下端は、運転中に溜まり部１４に溜まるダストＤの堆積レベルの上限よりも下方に位置している。第２衝突板１６２は、その下端がダストＤ内に埋まっていればよい。この構成とすることで、第２衝突板１６２の下方空間ができて、その空間へのガスの吹き抜けを防止できる。これにより、例えば、逆流防止板１７が設けられていない場合では、ダストの捕集率の低下を抑制できる。また、逆流防止板１７が設けられている場合では、第２衝突板１６２の背面側（下流側）にたまったダストが、再飛散することを抑制でき、ダストの捕集率の低下を抑制できる。

なお、ダストＤの堆積レベルは、溜り部１４の深さ、溜り部１４に設けられる排出機構のダスト排出能力、および、排出頻度などによって異なる。このため、第２衝突板１６２の下端がダストＤ内に埋まって、第２衝突板１６２の下方空間が形成されないように、排出機構を適宜駆動させることが好ましい。

また、第２衝突板１６２は、第１方向における第２衝突板１６２と第２側面板１０２との間の空間がより広く確保されるように、配置されている。そのために、第２衝突板１６２は、図２に示すように、鉛直方向に沿った排気口１２の中心を通る中心線Ｐ２より、第１衝突板１６１側に位置している。また、第１方向に対向する、第２衝突板１６２と第２側面板１０２との水平距離は、第２衝突板１６２の鉛直方向に沿った長さ（高さ）よりも離れている。

図５は、第２衝突板１６２と、第２側面板１０２との水平距離を説明するための図である。第２衝突板１６２と、第２側面板１０２との水平距離をａ、第２衝突板１６２の長さをｂで表す。なお、第２側面板１０２の第２傾斜部１０２Ａは、傾斜しているため、位置によって、第２衝突板１６２との距離は異なる。このため、本実施形態では、最も距離がある、第２衝突板１６２の上端部と、第２傾斜部１０２Ａとの距離を水平距離とする。この場合において、第２衝突板１６２は、ａ＞ｂとなる位置に、配置されていることが好ましい。

このように、第２側面板１０２との間の空間を広くなるように配置された第２衝突板１６２は、気流方向における第２衝突板１６２より下流側での流速を、ダストの沈降速度よりも低下させて、ダストを自然沈降させる。以下、このダスト捕集を４次捕集と言う。

上記のように構成されたプレダスタ１では、その内容積を十分に確保できない場合であっても、第１衝突板１６１、および、第２衝突板１６２を最適位置に配置することで、１次捕集〜４次捕集の４つの段階でダストを捕集することができ、高精度にダストを除去することができる。

以下に、ホッパ１０の底部における流速分布を確認する試験を行った結果を示す。

図６は、ホッパ１０の底部での流速分布を示す図である。図６の縦軸は、ホッパ１０の底部でのガスの流速［ｍ／ｓ］、横軸は、第１方向における、第１側面板１０１からの位置［ｍ］である。

図６では、第１衝突板１６１と、第２衝突板１６２とをそれぞれ配置を異ならせた場合の試験結果を示す。「Ｃａｓｅ１」は、本実施形態のプレダスタ１を用いて行った試験結果である。「Ｃａｓｅ２」は、本実施形態のプレダスタ１において、第２衝突板１６２を中心線Ｐ２よりも第２側面板１０２側へ配置して行った試験結果である。「Ｃａｓｅ３」は、本実施形態のプレダスタ１において、第１衝突板１６１の下端を仮想傾斜面Ｐ１よりも下方に位置させて、第２衝突板１６２を中心線Ｐ２よりも第２側面板１０２側へ配置して行った試験結果である。「Ｃａｓｅ４」は、本実施形態のプレダスタ１において、第１衝突板１６１の下端を仮想傾斜面Ｐ１よりも上方に位置させて、第２衝突板１６２を中心線Ｐ２よりも第２側面板１０２側へ配置して行った試験結果である。

図６に示す結果から、「Ｃａｓｅ１」の場合の最大流速は、他の場合の最大流速よりも低いことが読み取れる。つまり、「Ｃａｓｅ１」の場合、他の場合よりも、気流方向における第２衝突板１６２より下流側での流速を、効果的に沈降速度以下にすることができることが分かる。

次に、上記「Ｃａｓｅ１」〜「Ｃａｓｅ４」での圧力損失を確認する試験を行った。図７は、ホッパ１０内の圧力損失および、ダストの捕集率を示す図である。図７では、圧力損失およびダストの捕集率を同じグラフ上に示している。図７に示すように、「Ｃａｓｅ１」〜「Ｃａｓｅ４」のいずれであっても、ダストの捕集率は、ほぼ同じである。したがって、本実施形態のプレダスタ１は、圧力損失、および、ダストの捕集率に影響を及ぼすことなく、ホッパ１０の底部におけるガスの最大流速を低減させることができる。

続いて、ホッパ１内に、第１衝突板１６１、第２衝突板１６２および逆流防止板１７を設けたことによる、圧力損失への影響を確認する試験を行った。図８は、第１衝突板１６１、第２衝突板１６２および逆流防止板１７を設けたことによる、圧力損失およびダストの捕集率への影響を確認する試験の結果を示す図である。図８では、圧力損失およびダストの捕集率を同じグラフ上に示している。

図８（Ｉ）は、第１衝突板１６１のみを設けた場合の圧力損失およびダストの捕集率である。図８（ＩＩ）は、第１衝突板１６１および第２衝突板１６２を設けた場合の圧力損失およびダストの捕集率である。図８（ＩＩＩ）は、第１衝突板１６１、第２衝突板１６２および逆流防止板１７を設けた場合、つまり、本実施形態のプレダスタ１の圧力損失およびダストの捕集率である。

図８に示すように、（Ｉ）〜（ＩＩＩ）では、圧力損失および、ダストの捕集率は、ほぼ同じである。したがって、第２衝突板１６２を設けても、圧力損失および、ダストの捕集率に影響を及ぼすことがない。また、逆流防止板１７をさらに設けても、圧力損失および、ダストの捕集率に影響を及ぼすことがない。つまり、ホッパ１０内に設ける部材を増やした場合、圧力損失に影響が及ぶおそれがあるが、第２衝突板１６２および逆流防止板１７を配置しても、圧力損失およびダストの捕集率への影響はないことが分かる。

次に、第１衝突板１６１の枚数と、圧力損失および、ダストの捕集率との関係を確認する試験を行った。図９は、第１衝突板１６１の枚数と、圧力損失および、ダストの捕集率との関係を示す図である。図９では、圧力損失およびダストの捕集率を同じグラフ上に示している。

本実施形態では、仮想傾斜面Ｐ１に沿って、一枚の第１衝突板１６１のみを設けている。この場合、圧力損失は最も低く、ダストの捕集率は、他の場合とほぼ同じである。つまり、一枚の第１衝突板１６１を設けることで、効率よくダスト捕集を行うことができる。なお、第１衝突板１６１は２枚設けてもよい。この場合、上側整流板１５１と、２枚の第１衝突板１６１とは、第１方向において、等間隔に配置することが好ましい。また、第１衝突板１６１を設けない場合、圧力損失は低くなるが、ダスト捕集率も低くなるので、好ましくない。

以上のように、本実施形態のプレダスタ１は、圧力損失およびダスト捕集率を悪化させることなく、ホッパ１０内のダストの最大流速を低減させて、高精度にダストを除去できる。

１ プレダスタ
１０ ホッパ
１１ 吸気口
１２ 排気口
１３ 分離領域
１４ 溜り部
１５ 整流板
１７ 逆流防止板
１５１ 上側整流板
１５２ 下側整流板
１６１ 第１衝突板
１６２ 第２衝突板

Claims (7)

1. ガスが流入する吸気口と、前記吸気口より下方に配置され、前記吸気口から流入したガスに含まれるダストを前記ガスから分離する分離領域と、前記ダストを分離したガスを排気する排気口と、前記分離領域より下方に設けられ、前記ダストが溜まる溜まり部と、を有するホッパと、
   前記分離領域に配置され、前記吸気口から流入したガスを前記分離領域の下部へ導く整流板と、
   前記分離領域に配置され、前記整流板よりも気流方向後方に向かって順に配置された、鉛直方向に延びる第１衝突板および第２衝突板と、
   を備え、
   前記第２衝突板は、前記溜り部から前記鉛直方向に沿って上方に延び、その下端が、運転中に前記溜まり部に溜まるダストの堆積レベルの上限よりも下方に位置している、
   プレダスタ。
2. 前記第１衝突板は一枚である、請求項１に記載のプレダスタ。
3. 水平方向における前記第１衝突板とは反対側に、前記第２衝突板と対向する前記ホッパの内壁面と、前記第２衝突板の上端部との水平距離は、前記第２衝突板の鉛直方向の高さよりも離れている、
   請求項１または請求項２に記載のプレダスタ。
4. 水平方向における前記第２衝突板とは反対側に、前記第１衝突板と対向する前記ホッパの内壁面は、下方に向かうに従い、前記ホッパの外側から内側に向かって傾斜しており、
   前記整流板および前記第１衝突板それぞれの下端は、傾斜している前記ホッパの内壁面に平行な同一の仮想傾斜面上に位置している、
   請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のプレダスタ。
5. 前記第１衝突板の下端は、前記第２衝突板よりも上方に位置している、
   請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載のプレダスタ。
6. 前記排気口は、鉛直方向上向きに開口し、
   前記第２衝突板は、鉛直方向に沿った前記排気口の中心を通る中心線より、前記第１衝突板側に位置している、
   請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のプレダスタ。
7. 前記ホッパの底部は水平方向に沿った平面状であり、
   前記底部に対向配置され、前記底部との間に前記溜まり部を形成し、前記溜まり部内のダストが前記分離領域へ逆流することを防止する逆流防止板、
   をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のプレダスタ。
   
   

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