JP6969694B1 - 排ガス冷却装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) セメント原料を焼成するキルンと、該キルンから排出される排ガスの一部を抽気するプローブと、該プローブに冷却ガスを導入し、該排ガスと該冷却ガスとを該プローブ内で混合した混合ガスを排出する排ガス冷却装置において、該プローブは円筒形であり、該プローブの円筒形の周面の一部に、該排ガスの上流側に該冷却ガスの導入部を1カ所のみ設け、該排ガスの下流側に該混合ガスを排出する分岐部が1カ所のみ設けられており、
該冷却ガスの導入方向又は導入速度は、該プローブの該排ガスの入口と該分岐部との間における圧力損失が最小になるように設定されていることを特徴とする。
図6及び7に示すように、本発明の排ガス冷却装置及び方法においては、排ガス(EG2)と冷却ガス(CG)とをプローブ(2)内で混合した混合ガス(MG)を排出する排ガス冷却装置及び方法において、該プローブ(2)は円筒形であり、該プローブ(2)の円筒形の周面の一部に、該排ガスの上流側に該冷却ガスの導入部(3)を設け、該排ガスの下流側に該混合ガスを排出する分岐部(4)が設けられていることを特徴とする。以下では、排ガス冷却装置を中心に説明する。
冷却ガスの運動量モーメント:ρ×D×Vs×Rsinθ2
なお、ρ×D×Vは質量流量Mであり、Vs=Vcosθ3であるため、上記式は、以下のように書き直せる。
ρ×D×Vs×Rsinθ2=M×R×sinθ2×cosθ3
これは、仮に、質量流量が一定の場合には、角度θ2及びθ3が、冷却ガスの運動量モーメントに影響を与えることが理解される。
L=2πR×(Δθ/360°)
ただし、Rはプローブの半径であり、Δθは、さらに以下のように変形できる。
Δθ=360°−(θ1’+θ2)≒270°−θ1
また、図8の図面に垂直方向(図6の上下方向)にΔH移動することから、LとΔHとの関係は、tanθ3=ΔH/Lで表現することができる。この関係を満足する場合、点C2から入った冷却ガスが点C3(点C3’)から排出されるため、冷却ガスの流れが円滑で、圧力損失も少なくなることが予想される。なお、角度θ1及びθ2(=90度)が決まると、角度θ3は上記式より算出することが可能となる。
L=L1+L2=2Rcosθ2+2πR×(Δθ’/360°)
ただし、Δθ’は、点C3’を点C3と仮定すると、以下のとおりとなる。
Δθ’=360°−(90°+(90°−θ2)+θ1’)≒180°−θ1+θ2
この場合も、角度θ1及びθ2が設定されると、上記Lがtanθ3=ΔH/Lの式を満足するように、導入角度のθ3が算出される。
(プローブの形状)
プローブの半径R:0.7[m]
(抽気ガスの特性)
プローブ入口での排ガス温度:1091℃
質量流量Q0:34.1[kg/s]
密度ρ0:0.266[kg/m3]
流速V0:14[m/s]
運動量F0(=Q0×V0):477[kg・m/s2]
(冷却ガス)
冷却ガスの温度:30℃
質量流量Q:4.83[kg/s]
密度ρ:1.203[kg/m3]
導入部の開口の高さh:0.9[m]
導入部の開口の幅wは、流速に応じて変更。
プローブの入口から導入部の開口の中心C2までの距離H:1.5[m]
また、プローブの冷却ガスの導入部から下流側にプローブの半径が、円錐台部分を経て狭くなる、所謂「絞り」がある場合についてもシミュレーションを行った。結果としては、「絞り」がある場合は、排ガスと冷却ガスの混合を補助する効果がある一方、冷却ガスがプローブの入口側に逆流する問題も発生し易い。ただし、絞りが存在しても、結果は大きく変化しなかったため、ここでは、絞りなしの結果を例示している。
(評価条件)
・プローブの出口における温度:計算結果の温度を「出口温度℃」で表示し、「温度評価」を350℃以下を「○」、それ以外を「×」で評価した。
・冷却ガスの導入部付近の下流側におけるプローブ内壁付近の温度分布を見て、排ガスと冷却ガスとの混合状態(表中の「混合状態」)を評価した。冷却ガスがプローブ内壁付近に留まって温度が低い場合を「×」、排ガスと混合し温度が上昇している場合を「○」で評価した。
上述したシミュレーションの条件に加え、以下の分岐部に関する条件を設定した。
(分岐部)
冷却ガスの導入部の開口の中心C2から分岐部の入口の中心C3までの距離ΔH:2m
分岐部の角度θ1:15度
プローブの中心軸から出口静圧の測定位置40までの距離d:4m
分岐部の内径φ1:1.1m
分岐部の内径φ2:1.2m
プローブの中心軸と分岐部の中心軸との角度δ:60度
冷却ガスの流速を100m/sとして、導入角度のθ3を10〜60度の範囲で変化させた場合の、プローブの入口と分岐部の出口(図6の符号40)との間の圧力損失を、結果5に示す。
また、上述したtanθ3=ΔH/Lの式に当てはめて計算すると、θ3=32.7度となり、結果5にある程度近い値も得られる。
2 プローブ(円筒形)
3 冷却ガス導入部
4 分岐部
Claims (10)
- セメント原料を焼成するキルンと、該キルンから排出される排ガスの一部を抽気するプローブと、該プローブに冷却ガスを導入し、該排ガスと該冷却ガスとを該プローブ内で混合した混合ガスを排出する排ガス冷却装置において、
該プローブは円筒形であり、
該プローブの円筒形の周面の一部に、該排ガスの上流側に該冷却ガスの導入部を1カ所のみ設け、該排ガスの下流側に該混合ガスを排出する分岐部が1カ所のみ設けられており、
該冷却ガスの導入方向又は導入速度は、該プローブの該排ガスの入口と該分岐部との間における圧力損失が最小になるように設定されていることを特徴とする排ガス冷却装置。 - 請求項1に記載の排ガス冷却装置において、該導入部の開口の中心から該冷却ガスの導入方向への延長線上には、該プローブの円筒形の中心軸が配置されていないことを特徴とする排ガス冷却装置。
- 請求項1又は2に記載の排ガス冷却装置において、該冷却ガスの導入方向は、該プローブの円筒形の中心軸に沿って該排ガスの下流に向かう成分を有していることを特徴とする。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の排ガス冷却装置において、該冷却ガスの導入方向と該プローブの中心軸に垂直な面とがなす角度は30度以上であり、該冷却ガスの導入速度は40〜150m/sであることを特徴とする排ガス冷却装置。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の排ガス冷却装置において、該プローブの該排ガスの入口に対し反対側に位置する端部は、閉塞されていることを特徴とする排ガス冷却装置。
- セメント原料を焼成するキルンから排出される排ガスの一部を抽気し、前記抽気した排ガスと冷却ガスとを混合した混合ガスを排出する排ガス冷却方法において、
該排ガスと該冷却ガスとの混合は円筒形のプローブ内で行い、該プローブの円筒形の周面の一部に、該排ガスの上流側に該冷却ガスの導入部を1カ所のみ設け、該排ガスの下流側に該混合ガスを排出する分岐部が1カ所のみ設けられており、
該冷却ガスの導入方向又は導入速度は、該プローブの該排ガスの入口と該分岐部との間における圧力損失が最小になるように設定されていることを特徴とする排ガス冷却方法。 - 請求項6に記載の排ガス冷却方法において、該導入部の開口の中心から該冷却ガスの導入方向への延長線上には、該プローブの円筒形の中心軸が配置されていないことを特徴とする排ガス冷却方法。
- 請求項6又は7に記載の排ガス冷却方法において、該冷却ガスの導入方向は、該プローブの円筒形の中心軸に沿って該排ガスの下流に向かう成分を有していることを特徴とする排ガス冷却方法。
- 請求項6乃至8のいずれかに記載の排ガス冷却方法において、該冷却ガスの導入方向と該プローブの中心軸に垂直な面とがなす角度は30度以上であり、該冷却ガスの導入速度は40〜150m/sであることを特徴とする排ガス冷却方法。
- 請求項6乃至9のいずれかに記載の排ガス冷却方法において、該プローブの該排ガスの入口に対し反対側に位置する端部は、閉塞されていることを特徴とする排ガス冷却方法。
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JP2001335348A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-12-04 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セメントキルン排ガス抽気処理装置及びその運転方法 |
JP2008239413A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Ube Ind Ltd | セメントキルン排ガスの抽気装置 |
JP2012201580A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 排ガスの冷却方法及び排ガスの冷却装置 |
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