JP6024649B2 - ガス流速調整装置、熱回収設備、ガス処理設備、及びガス流速調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、上部中心位置及び側部下方位置にそれぞれ入口ダクト及び出口ダクトを有し、入口ダクトから出口ダクトに向けて内部をガスが流通するケーシング内におけるガスの流速分布を調整するガス流速調整装置及びガス流速調整方法と、このガス流速調整装置を備える熱回収設備及びガス処理設備と、に関する。

従来より、熱回収設備やガス処理設備において、交換熱量や反応量を向上させるために、ガス流れ方向の上流側に整流板を配置することによってガスの流速分布の偏り（偏流）を防止する技術が知られている（特許文献１，２参照）。

特開２００２−３９５２４号公報 特開２００１−１４７０１２号公報

しかしながら、特許文献１，２記載の技術は、ガス流れ方向の上流側におけるガスの流速を均一にすることを目的としており、下流側におけるガスの流速分布を考慮していない。このため、図７に示すような上方から下方に向かうガスの流れＦにおいて熱回収を行う設備において、入口ダクト１２ａがケーシング１２の上部中心位置に設けられ、出口ダクト１２ｂが側部下方位置に偏って設けられている場合、以下に示すような問題が発生する。

すなわち、整流板１５のガス流出側（Ｂ−Ｂ断面位置）、換言すれば、熱交換部１３のガス流入側であるガス流れ方向の上流側ではガスの流速は均一である。しかしながら、ガスが下流に進むに従って出口ダクト１２ｂの吸引力の影響を受け、出口ダクト１２ｂ側にガスの流れＦが引き寄せられることによって、熱交換部１３のガス流出側（Ｃ−Ｃ断面位置）に偏流が生じる。また、出口ダクト１２ｂの反対側の領域Ｒ１には、渦が形成されることによって熱交換部１３を通過した後のガスが逆流する領域Ｒ２が発生し、渦の中心では流れの遅い淀み領域Ｒ３が発生する。結果、熱交換部１３における熱交換量が低下する。上記のような問題は、同様の構造のケーシングを備えるガス処理設備でも発生し、反応量が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガス流れ方向の下流側で渦が発生することを抑制可能なガス流速調整装置、熱回収設備、ガス処理設備、及びガス流速調整方法を提供することにある。

本発明に係るガス流速調整装置は、上部中心位置及び側部下方位置にそれぞれ入口ダクト及び出口ダクトを有し、入口ダクトから出口ダクトに向けて内部をガスが流通するケーシング内におけるガスの流速分布を調整するガス流速調整装置であって、ガス流れ方向上流側におけるガスの流速分布が前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って流速が速くなる流速分布になるようにガスの流速を調整するガス流速調整手段を備えることを特徴とする。

本発明に係るガス流速調整装置は、上記発明において、前記ガス流速調整手段は、複数の平板又は曲板によってガスの流路を区画するバッフルによって構成され、複数の平板又は曲板の角度及び長さはガス流れ方向上流側におけるガスの流速分布が前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って流速が速くなる流速分布になるように調整されていることを特徴とする。

本発明に係るガス流速調整装置は、上記発明において、前記複数の平板又は曲板によって区画されるガス流入側における流路面積に対するガス流出側における流路面積の比が、前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って小さくなっていることを特徴とする。

本発明に係る熱回収設備は、本発明に係るガス流速調整装置を通過したガスとの間で熱交換を行う熱交換部を備えることを特徴とする。

本発明に係るガス処理設備は、本発明に係るガス流速調整装置を通過したガスに対して所定の処理を施すガス処理部を備えることを特徴とする。

本発明に係るガス流速調整方法は、上部中心位置及び側部下方位置にそれぞれ入口ダクト及び出口ダクトを有し、入口ダクトから出口ダクトに向けて内部をガスが流通するケーシング内におけるガスの流速分布を調整するガス流速調整方法であって、ガス流れ方向上流側におけるガスの流速分布が前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って流速が速くなる流速分布になるようにガスの流速を調整するガス流速調整ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係るガス流速調整装置、熱回収設備、ガス処理設備、及びガス流速調整方法によれば、ガス流れ方向の下流側で渦が発生することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態である熱回収設備の全体構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すバッフルの構成を示す模式図である。 図３は、図１に示すバッフルの構成を示す拡大模式図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、図１に示す熱回収設備の内部におけるガス流速分布を示す図である。 図７は、従来の熱回収設備の内部におけるガス流速分布を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である熱回収設備の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である熱回収設備の全体構成を示す模式図である。図２は、図１に示すバッフルの構成を示す模式図である。図３は、図１に示すバッフルの構成を示す拡大模式図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、図１に示す熱回収設備の内部におけるガス流速分布を示す図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である熱回収設備１は、内部を流通するガスとの間で熱交換を行う設備であり、熱交換対象のガスが内部を流通するボイラケーシング２を備えている。ボイラケーシング２の上部中心位置及び側部下方位置にはそれぞれ入口ダクト２ａ及び出口ダクト２ｂが設けられている。

熱交換対象のガスは、入口ダクト２ａからボイラケーシング２の内部に流入し、ボイラケーシング２の内部を通って出口ダクト２ｂから外部に流出する。また、ボイラケーシング２の内部底面には、ガスに混入している塵等を堆積させて適宜排出することができるダストホッパー２ｃ，２ｄが設けられている。

ボイラケーシング２の内部には、ボイラケーシング２の内部を流通するガスとの間で熱交換を行う熱交換部３が設けられている。熱交換部３としては、水や蒸気等の媒体が内部を流通する伝熱管等を例示することができる。ボイラケーシング２の内部に高温ガスを流通させ、高温ガスと伝熱管内部の媒体との間で熱交換を行うことによって、媒体を加熱することができる。

入口ダクト２ａと熱交換部３との間のボイラケーシング２の内部空間には、バッフル５が設けられている。図２及び図３に示すように、バッフル５は、ガスの流路を区画する複数の平板や曲板によって構成されている。また、複数の平板又は曲板の角度及び長さは、図４、図５に示すように、複数の平板又は曲板によって区画されるガス流入側（図４のＡ-Ａ断面位置）における流路面積（入口面積）に対するガス流出側（図５のＢ-Ｂ断面位置）における流路面積（出口面積）の比（入口面積／出口面積）が流路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の順に、すなわち出口ダクト２ｂからの距離が長くなるのに従って、小さくなるように設計されている。

このような構成を有するバッフル５を入口ダクト２ａと熱交換部３との間のボイラケーシング２の内部空間に設けた場合、図６に示すように、バッフル５のガス流出側（Ｂ−Ｂ断面位置）、すなわち熱交換部３のガス流入側であるガス流れ方向の上流側におけるガスの流速分布は出口ダクト２ｂからの距離が長くなるのに従って流速が速くなる流速分布になる。結果、熱交換部３のガス流出側（Ｃ−Ｃ断面位置）であるガス流れ方向の下流側で渦が発生することがなく、熱交換部３の熱交換量を向上させることができる。

なお、バッフル５を構成する平板又は曲板の枚数は、ガスの流速分布ができるだけ連続的な分布になるようにできるだけ多くし、平板又は曲板間の間隔をできるだけ小さくする方が望ましい。但し、この場合、ガスの圧力損失を考慮する必要がある。

本実施例では、バッフルを構成する複数の平板又は曲板によって区画される入口面積に対する出口面積の比が出口ダクト２ｂからの距離が長くなるのに従って小さくなる場合（本発明例）及び一定である場合（比較例）について、各流路の入口側及び出口側におけるガスの流速を評価した。本発明例及び比較例の評価結果をそれぞれ表１，２に示す。

表２に示すように、比較例では、流路の出口側におけるガスの流速は出口ダクト２ｂからの距離に係わらず一定であるために、出口ダクト２ｂの反対側の領域に渦が形成された。これに対して、表１に示すように、本発明例では、流路の出口側におけるガスの流速は出口ダクト２ｂからの距離が長くなるのに従って大きくなるために、出口ダクト２ｂの反対側の領域に渦は形成されなかった。以上のことから、本発明によれば、ガス流れ方向の下流側で渦が発生することを抑制できることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態は、本発明に係るガス流速調整装置を熱回収設備に適用したものであるが、本発明に係るガス流速調整装置はガス処理設備にも適用することができる。本発明に係るガス流速調整装置をガス処理設備に適用することにより、ガスの反応量を向上させることができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 熱回収設備
２ ボイラケーシング
２ａ 入口ダクト
２ｂ 出口ダクト
２ｃ，２ｄ ダストホッパー
３ 熱交換部
５ バッフル

Claims (4)

1. 上部中心位置及び側部下方位置にそれぞれ入口ダクト及び出口ダクトを有し、入口ダクトから出口ダクトに向けて内部をガスが流通するケーシング内におけるガスの流速分布を調整するガス流速調整装置であって、
   ガス流れ方向上流側におけるガスの流速分布が該ガスの流路断面における前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って流速が速くなる流速分布になるようにガスの流速を調整するガス流速調整手段を備え、
   前記ガス流速調整手段は、複数の平板又は曲板によってガスの流路を区画するバッフルによって構成され、前記複数の平板又は曲板によって区画されるガス流入側における流路面積に対するガス流出側における流路面積の比が、該ガスの流路断面における前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って小さくなっていることを特徴とするガス流速調整装置。
2. 請求項１に記載のガス流速調整装置を通過したガスとの間で熱交換を行う熱交換部を備えることを特徴とする熱回収設備。
3. 請求項１に記載のガス流速調整装置を通過したガスに対して所定の処理を施すガス処理部を備えることを特徴とするガス処理設備。
4. 上部中心位置及び側部下方位置にそれぞれ入口ダクト及び出口ダクトを有し、入口ダクトから出口ダクトに向けて内部をガスが流通するケーシング内におけるガスの流速分布を調整するガス流速調整方法であって、
   複数の平板又は曲板によってガスの流路を区画するバッフルによって構成され、前記複数の平板又は曲板によって区画されるガス流入側における流路面積に対するガス流出側における流路面積の比が、該ガスの流路断面における前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って小さくなっているガス流速調整手段を前記ガスの流路に配置することによって、ガス流れ方向上流側におけるガスの流速分布が該ガスの流路断面における前記出口ダクトからの距離が長くなるのに従って流速が速くなる流速分布になるようにガスの流速を調整するガス流速調整ステップを含むことを特徴とするガス流速調整方法。

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