JP7306523B1 - Exhaust gas cooling device and method - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却ガスのプローブ内での逆流を抑制し、排ガスと冷却ガスとの混合を円滑にし冷却効率の高い、排ガス冷却装置及び方法を提供すること。【解決手段】本発明の排ガス冷却装置及び方法においては、プローブ２の円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、冷却ガスの導入方向は、該中心軸から距離ｒだけずれて配置されており、位置Ｐ１に配置される導入手段の距離ｒ１は、位置Ｐ２に配置される導入手段の距離ｒ２よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。【選択図】図３An object of the present invention is to provide an exhaust gas cooling apparatus and method that suppress backflow of cooling gas in a probe, facilitate mixing of exhaust gas and cooling gas, and achieve high cooling efficiency. In the exhaust gas cooling apparatus and method of the present invention, a plurality of means for introducing the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylindrical probe 2, the direction of introducing the cooling gas is shifted from the central axis by a distance r, and the distance r1 of the introducing means arranged at the position P1 is set to be larger than the distance r2 of the introducing means arranged at the position P2. [Selection drawing] Fig. 3
Description
本発明は、排ガス冷却装置及び方法に関し、特に、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及び方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas cooling apparatus and method, and more particularly, to a kiln for firing cement raw materials, a probe for extracting part of the exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and a The present invention relates to an exhaust gas cooling apparatus and method for discharging mixed gas mixed with cooling gas in the probe.
セメント産業において、ナトリウム、カリウム等のアルカリや塩素等の種々の揮発性の不純物が含まれている産業廃棄物等をセメント原料の一部として利用することが進められている。これは、リサイクルの観点からも要望されている。特に、近年は、セメント生産量に対し、塩素含有産業廃棄物の処理量の増加や、高濃度塩素含有産業廃棄物の処理等が期待されており、セメントから塩素を除去する技術が望まれている。 BACKGROUND ART In the cement industry, the use of industrial wastes and the like containing various volatile impurities such as alkalis such as sodium and potassium and chlorine as part of raw materials for cement is being promoted. This is also desired from the viewpoint of recycling. In particular, in recent years, it is expected that there will be an increase in the amount of chlorine-containing industrial waste treated relative to cement production and the treatment of high-concentration chlorine-containing industrial waste. there is
セメントから塩素を除去する技術としては、セメントキルンから排出される排ガスの一部をプローブで抽気し、該プローブ内で該排ガスの温度を１０００℃程度から４５０℃以下に冷却し、塩素等の揮発性成分を排ガス中の微粉部分に濃縮し、当該微粉部分を分級除去することが提案されている。抽気するガスは、キルンの窯尻からの排ガスや、当該排ガスが導入されるプレヒータからの排ガスの何れであっても良い。 As a technique for removing chlorine from cement, part of the exhaust gas discharged from a cement kiln is extracted with a probe, the temperature of the exhaust gas is cooled from about 1000 ° C. to 450 ° C. or less in the probe, and chlorine etc. is volatilized. It has been proposed to condense the organic components into a fine powder portion in the exhaust gas and classify and remove the fine powder portion. The gas to be extracted may be exhaust gas from the bottom of the kiln or exhaust gas from the preheater into which the exhaust gas is introduced.
特許文献１では、冷却ガスの一部がプローブ内を逆流し、プレヒータ等に流入することを抑制するため、プローブの排ガスを抽気する方向と冷却ガスをプローブ内に向けて供給する方向とがなす角度を７０度以下に設定することが開示されている。
In
また、特許文献２では、プローブ内の燃焼ガス（排ガス）の吸引方向に対して直角方向、かつ、燃焼ガス流れの中心方向に低温ガス（冷却ガス）を吐出する複数の吐出口を備えた、直交流冷却型プローブが開示されている。
Further, in
プローブ内の排ガスを単に冷却するだけであれば、排ガスに対する冷却ガスの流量を増加するだけでも良いが、冷却ガスの流速や流量を増加すると、プローブの入口側（プレヒータ側）へ冷却ガスが逆流し、冷却ガスのリーク量が増加する原因となる。その結果、例えばプレヒータに供給される排ガスの温度が低下し、適切な石灰石の脱炭素率を実現するために必要な燃料も増加するなどの不具合を生じる。 To simply cool the exhaust gas inside the probe, it is sufficient to simply increase the flow rate of the cooling gas to the exhaust gas. This causes an increase in the amount of leakage of cooling gas. As a result, for example, the temperature of the exhaust gas supplied to the preheater decreases, causing problems such as an increase in the amount of fuel required to achieve an appropriate decarbonization rate of limestone.
プローブでは、抽気された排ガスを急冷し、揮発性物質を速やかに気相から固相に相変化させることで、プローブの内面に付着し易い液相状態となることを抑制することが重要である。冷却効率が悪く急冷できない場合には、プローブ内に液相状態の揮発性物質が付着しコーチングを生成し、プローブの閉塞等の操業トラブルの原因にもなる。 In the probe, it is important to quickly cool the extracted exhaust gas and quickly change the phase of volatile substances from the gas phase to the solid phase, thereby suppressing the liquid phase state that easily adheres to the inner surface of the probe. . If the cooling efficiency is poor and quenching is not possible, volatile substances in a liquid phase adhere to the inside of the probe to form a coating, which may cause operational troubles such as clogging of the probe.
特許文献１の方法では、冷却ガスの流速が不足した場合には、冷却ガスと排ガスとの混合が不十分となる。また、特許文献２の方法では、冷却ガスが排ガスの流れに対して直角に導入されるため、冷却ガスの流速が大きくなると、冷却ガスがプレヒータへ逆流する不具合も生じる。このように、従来のプローブにおいても、冷却効率をより一層高めることが期待されている。
In the method of
特許文献３では、このような不具合を解消するため、円筒形のプローブに対し冷却ガスの導入部を、冷却ガスの導入方向が該円筒形の中心軸と重ならず、該導入方向と該中心軸に垂直な断面とがなす角度が３０度以上、６０度以下に設定することを提案している。この構成により、冷却効率が高くなることが確認されている。
In
冷却効率を更に上げるため、冷却ガスの流量を増やした場合、冷却ガスのキルン側への逆流が発生し易すくなり、逆に冷却効率が下がる原因となる。また、逆流を抑えるため、冷却ガスの導入方向の角度をより大きくすると、排ガスと冷却ガスとが十分に混合されずに冷却ガスがプローブを通過し、冷却効果も低減することとなる。 If the flow rate of the cooling gas is increased in order to further improve the cooling efficiency, the cooling gas is likely to flow back to the kiln side, which causes the cooling efficiency to decrease. Further, if the angle of the introduction direction of the cooling gas is made larger in order to suppress backflow, the cooling gas passes through the probe without being sufficiently mixed with the exhaust gas, and the cooling effect is also reduced.
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、冷却ガスのプローブ内での逆流を抑制し、排ガスと冷却ガスとの混合を円滑にし冷却効率の高い、排ガス冷却装置及び方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-described problems, suppress the backflow of the cooling gas in the probe, smoothly mix the exhaust gas and the cooling gas, and achieve high cooling efficiency. to provide a method.
上記課題を解決するため、本発明の排ガス冷却装置及び方法は、以下の技術的特徴を有する。
（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中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸から距離ｒだけずれて配置されており、該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該距離ｒ１は、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該距離ｒ２よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the exhaust gas cooling device and method of the present invention have the following technical features.
(1) A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of the exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and the exhaust gas and the cooling gas being mixed in the probe In an exhaust gas cooling device for discharging a mixed gas, the probe is cylindrical, and a plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylinder of the probe, and each introduction means has at least one An introduction part is arranged, the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part is arranged at a distance r from the central axis of the cylindrical shape, and the introduction means arranged at a position P1 near the kiln is set to be greater than the distance r2 of the introduction means arranged at a position P2 away from the kiln.
（２） 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中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸に垂直な断面となす角度θを持ち、該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該角度θ１は、０度以上であり、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該角度θ２よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。 (2) A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of the exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and the exhaust gas and the cooling gas mixed in the probe. In an exhaust gas cooling device for discharging a mixed gas, the probe is cylindrical, and a plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylinder of the probe, and each introduction means has at least one The introduction means is arranged at a position P1 near the kiln, wherein an introduction part is arranged, and the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part has an angle θ with a cross section perpendicular to the central axis of the cylinder. The angle θ1 of the kiln is 0 degree or more and is set to be larger than the angle θ2 of the introduction means arranged at the position P2 away from the kiln.
（３） 上記（１）又は（２）に記載の排ガス冷却装置において、該導入手段には、２つの導入部が配置され、各導入部の冷却ガスの導入方向と該円筒形の中心軸との距離ｒは、該中心軸から反対方向に同じ距離だけずれていることを特徴とする。 (3) In the exhaust gas cooling device described in (1) or (2) above, the introduction means is provided with two introduction portions, and the cooling gas introduction direction of each introduction portion and the central axis of the cylindrical shape are aligned. are offset from the central axis by the same distance in opposite directions.
（４） 上記（１）又は（３）に記載の排ガス冷却装置において、該距離ｒ１は０より大きく、該距離ｒ２は０であることを特徴とする。 (4) In the exhaust gas cooling device described in (1) or (3) above, the distance r1 is greater than zero and the distance r2 is zero.
（５） 上記（２）又は（３）に記載の排ガス冷却装置において、該角度θ２は０度以下であることを特徴とする。 (5) In the exhaust gas cooling device described in (2) or (3) above, the angle θ2 is 0 degrees or less.
（６） 上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の排ガス冷却装置において、該セメント原料を予熱するプレヒーターを備え、一つのプレヒータに該プローブが複数設置されていることを特徴とする。 (6) The exhaust gas cooling device according to any one of (1) to (5) above, wherein a preheater for preheating the cement raw material is provided, and a plurality of the probes are installed in one preheater. .
（７） 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方法において、該プローブは円筒形であり、該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸から距離ｒだけずれて配置されており、該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該距離ｒ１は、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該距離ｒ２よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。 (7) A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of the exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and the exhaust gas and the cooling gas mixed in the probe. In the exhaust gas cooling method for discharging a mixed gas, the probe is cylindrical, and a plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylinder of the probe, and each introduction means has at least one An introduction part is arranged, the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part is arranged at a distance r from the central axis of the cylindrical shape, and the introduction means arranged at a position P1 near the kiln is set to be greater than the distance r2 of the introduction means arranged at a position P2 away from the kiln.
（８） 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方法において、該プローブは円筒形であり、該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸に垂直な断面となす角度θを持ち、該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該角度θ１は、０度以上であり、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該角度θ２よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。 (8) A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of the exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and the exhaust gas and the cooling gas mixed in the probe. In the exhaust gas cooling method for discharging a mixed gas, the probe is cylindrical, and a plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylinder of the probe, and each introduction means has at least one The introduction means is arranged at a position P1 near the kiln, wherein an introduction part is arranged, and the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part has an angle θ with a cross section perpendicular to the central axis of the cylinder. The angle θ1 of the kiln is 0 degree or more and is set to be larger than the angle θ2 of the introduction means arranged at the position P2 away from the kiln.
（９） 上記（７）又は（８）に記載の排ガス冷却方法において、該導入手段には、２つの導入部が配置され、各導入部の冷却ガスの導入方向と該円筒形の中心軸との距離ｒは、該中心軸から反対方向に同じ距離だけずれていることを特徴とする。 (9) In the exhaust gas cooling method described in (7) or (8) above, two introduction parts are arranged in the introduction means, and the introduction direction of the cooling gas of each introduction part and the central axis of the cylindrical shape are offset from the central axis by the same distance in opposite directions.
（１０） 上記（７）又は（９）に記載の排ガス冷却方法において、該距離ｒ１は０より大きく、該距離ｒ２は０であることを特徴とする。 (10) In the exhaust gas cooling method described in (7) or (9) above, the distance r1 is greater than zero and the distance r2 is zero.
（１１） 上記（８）又は（９）に記載の排ガス冷却方法において、該角度θ２は０度以下であることを特徴とする。 (11) In the exhaust gas cooling method described in (8) or (9) above, the angle θ2 is 0 degree or less.
本発明は、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及び方法において、さらに、以下に示す（ａ）又は（ｂ）の特徴を備えることにより、冷却効率をより高めることが可能となる。
（ａ）該プローブは円筒形であり、該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸から距離ｒだけずれて配置されており、該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該距離ｒ１は、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該距離ｒ２よりも大きくなるように設定されていること。
（ｂ）該プローブは円筒形であり、該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸に垂直な断面となす角度θを持ち、該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該角度θ１は、０度以上であり、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該角度θ２よりも大きくなるように設定されていること。
The present invention comprises a kiln for firing cement raw materials, a probe for extracting part of the exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and the exhaust gas and the cooling gas being mixed in the probe. In the exhaust gas cooling device and method for discharging the mixed gas, the cooling efficiency can be further improved by further providing the feature (a) or (b) shown below.
(a) the probe is cylindrical, and a plurality of means for introducing the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylinder of the probe; each introduction means is provided with at least one introduction portion; The introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction portion is arranged at a distance r from the central axis of the cylinder, and the distance r1 of the introduction means arranged at a position P1 near the kiln is It is set to be larger than the distance r2 of the introducing means arranged at the position P2 away from the kiln.
(b) the probe is cylindrical, and a plurality of means for introducing the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylinder of the probe; The introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part forms an angle θ with the cross section perpendicular to the central axis of the cylinder, and the angle θ1 of the introduction means arranged at the position P1 near the kiln is 0. degree or more and set to be larger than the angle θ2 of the introduction means arranged at a position P2 away from the kiln.
この構成により、冷却ガスのプローブ内での逆流を抑制し、排ガスと冷却ガスとの混合を円滑にし冷却効率の高い、排ガス冷却装置及び方法を提供することが可能となる。具体的には、キルンに近い位置Ｐ１の導入手段には、排ガスと冷却ガスの円滑な混合を行い、排ガスの温度を速やかに冷却する役割を担っている。また、キルンから離れた位置Ｐ２にある冷却ガスの導入手段には、上述した入口側に近い導入手段の冷却ガスが、より長くプローブ内に滞在し、排ガスとよく混合され、プローブ出口の温度を適正な温度に維持するのを補助する役割がある。このような役割分担により、冷却効率をより高くすることが可能となる。 With this configuration, it is possible to provide an exhaust gas cooling apparatus and method that suppress backflow of the cooling gas in the probe, smoothly mix the exhaust gas and the cooling gas, and achieve high cooling efficiency. Specifically, the introducing means at the position P1 near the kiln has a role of smoothly mixing the exhaust gas and the cooling gas and rapidly cooling the temperature of the exhaust gas. In addition, in the cooling gas introduction means located at the position P2 away from the kiln, the cooling gas of the introduction means near the inlet stays in the probe for a longer time, mixes well with the exhaust gas, and increases the temperature at the probe outlet. It plays a role in helping to maintain the proper temperature. Such division of roles makes it possible to further increase the cooling efficiency.
以下、本発明の排ガス冷却装置及び方法について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の排ガス冷却装置及び方法の特徴は、プローブに供給する冷却ガスの導入手段を複数設け、これらを最適な条件で連動させることにより、冷却ガスの流量を増加させた際でも、排ガスのキルン側への逆流を抑制しながら、冷却効果をより高くすることを可能とする。
Hereinafter, the exhaust gas cooling apparatus and method of the present invention will be described in detail using preferred examples.
A feature of the exhaust gas cooling apparatus and method of the present invention is that a plurality of means for introducing cooling gas to be supplied to the probe are provided and these are interlocked under optimum conditions, so that even when the flow rate of the cooling gas is increased, the kiln of the exhaust gas To increase the cooling effect while suppressing backflow to the side.
プローブに複数個所から冷却ガスを導入する方法としては、特許文献２のように、プローブの中心軸方向の同じ位置において、プローブの周囲に複数の導入部を設置する方法や、特許文献４のように、該中心軸方向で異なる位置に、複数の導入部を設置する方法がある。しかしながら、特許文献２及び４に開示されている方法は、複数の導入部が設置されているが、個々の役割は基本的に同じであり、単に数を増加して、冷却効果を高めたに過ぎない。
As a method for introducing the cooling gas into the probe from a plurality of locations, there is a method of installing a plurality of introduction portions around the probe at the same position in the central axis direction of the probe as in
プローブの周りに十分な配管用の空間がある場合は、特許文献２及び４のような対応も可能であるが、一般的にプローブの周りにはキルンやプレヒータなどの様々な配管があり、十分な空間を確保することが難しい。本発明は、このような問題にも鑑みて、より少ない配管で効率的な冷却を実現したものである。
If there is enough space for piping around the probe, it is possible to take measures like
本発明の排ガス冷却装置及び方法に使用する排ガスは、セメント原料を焼成するキルンの窯尻から抽出される排ガスであり、図１に示すように、窯尻から排出される排ガス（ＥＧ１）を案内する配管１の途中に、排ガス（ＥＧ１）の一部（ＥＧ２）を抽気するプローブ２を設けている。また、図２では、配管１から分岐するボックス１０を設け、そのボックス内の排ガス（ＥＧ１’）の一部（ＥＧ２）を抽気するプローブ２を設けている。このようなボックス１０を介することで、流量や流速の安定した排ガスをプローブ２に導入することができる。
The exhaust gas used in the exhaust gas cooling apparatus and method of the present invention is the exhaust gas extracted from the kiln bottom of the kiln that fires the cement raw material, and as shown in FIG. 1, the exhaust gas (EG1) discharged from the kiln bottom is guided. A
図１及び２に示した配管１は、キルンの窯尻から直接排出される排ガスを導入する配管に限定されない。キルンから排出される排ガスをセメント原料を加熱するプレヒータに導入する場合、プレヒータから排出される排ガスを案内する配管であっても良い。また、プレヒーターに複数のプローブを接続し、個々のプローブに本発明の排ガス冷却装置（方法）を組み込むことも可能である。
The
図３は、本発明の排ガス冷却装置（以下では、装置を中心に説明する。）の概略を示す図である。図３では、プローブ２の中心軸方向で異なる位置Ｐ１及びＰ２に、冷却ガスの導入部を設ける場合を説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、３つ以上の異なる位置に配置することも可能である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of an exhaust gas cooling device of the present invention (the device will be mainly described below). FIG. 3 illustrates the case where the cooling gas introduction parts are provided at different positions P1 and P2 in the central axis direction of the
本発明の排ガス冷却装置では、プローブの中心軸方向の異なる位置に複数の冷却ガス導入手段を設けた場合、配置する位置よって各導入手段の役割が異なる。例えば、プローブ入口側（キルン側）に近い位置（位置Ｐ１）の導入手段には、排ガスと冷却ガスの円滑な混合を行い、排ガスの温度を速やかに冷却することが期待される。揮発性成分が冷却してプローブ等の内壁に付着する「コーチング」を防止するためには、コーチングが付着し易い温度（約８００℃～約６００℃）に維持される時間を短縮することが必要である。具体的には、排ガスと冷却ガスとが混ざり易い流れを形成することと、冷却ガスがプローブの入り口側に逆流することを防止することが重要となる。これらを実現する条件は、特許文献３にも開示されている各種条件が利用可能である。
In the exhaust gas cooling device of the present invention, when a plurality of cooling gas introduction means are provided at different positions in the central axis direction of the probe, the role of each introduction means differs depending on the position. For example, the introduction means at a position (position P1) close to the probe inlet side (kiln side) is expected to smoothly mix the exhaust gas and the cooling gas and quickly cool the temperature of the exhaust gas. In order to prevent "coating" where the volatile components cool and adhere to the inner wall of the probe, etc., it is necessary to shorten the time at which the temperature is maintained at which the coating easily adheres (about 800 ° C to about 600 ° C). is. Specifically, it is important to form a flow in which the exhaust gas and the cooling gas are easily mixed, and to prevent the cooling gas from flowing back to the entrance side of the probe. Various conditions disclosed in
次に、プローブの入口側から離れた位置（位置Ｐ２）にある冷却ガスの導入手段には、上述した入口側に近い導入手段の冷却ガスが、より長くプローブ内に滞在し、排ガスとよく混合され、プローブ出口の温度を適正な温度に維持することである。このためには、プローブの上流側から流れて来る排ガスや冷却ガスを、容易に通過させない、ガスの通り抜けが悪い状態を形成することである。 Next, in the cooling gas introduction means located at a position (position P2) away from the inlet side of the probe, the cooling gas of the introduction means close to the inlet side stays longer in the probe and mixes well with the exhaust gas. and maintain the temperature of the probe outlet at an appropriate temperature. For this purpose, it is necessary to create a state in which the exhaust gas and the cooling gas flowing from the upstream side of the probe do not easily pass through, so that the gas does not pass through easily.
図３及び図４で示すモデルの各パラメータについて、以下に説明する。なお、図４は、図３の位置Ｐ１又はＰ２における断面図である。また、冷却ガスの導入部の形状は、以下では円形を仮定しているが、方形や多角形であっても良いことは言うまでもない。
Ｌ１，Ｌ２：プローブ入口からの冷却ガス導入位置までの距離
ｒ１，ｒ２：プローブの中心軸と冷却ガスの導入方向との距離
θ１，θ２：プローブの中心軸に垂直な面と冷却ガスの導入方向とのなす角度
φ１，φ２：冷却ガスの導入管の内径
Each parameter of the model shown in FIGS. 3 and 4 will be described below. 4 is a cross-sectional view at position P1 or P2 in FIG. Further, although the shape of the cooling gas introduction part is assumed to be circular in the following description, it goes without saying that it may be rectangular or polygonal.
L1, L2: distance from the probe inlet to the cooling gas introduction position r1, r2: distance between the central axis of the probe and the direction of cooling gas introduction θ1, θ2: the plane perpendicular to the central axis of the probe and the direction of cooling gas introduction φ1, φ2: inner diameter of cooling gas introduction pipe
排ガスと冷却ガスとの混合を円滑に行うためには、特許文献３に示すように、プローブの中心軸と冷却ガスの導入方向との距離ｒを０より大きくすることが好ましい。一般的に、距離ｒには適切な範囲がある。例えば、距離ｒがプローブの内側の半径に近くなると、冷却ガスがプローブの内壁近傍を流れ、プローブ中心付近の排ガスと冷却ガスが接触せず、冷却効率が低下する。
In order to mix the exhaust gas and the cooling gas smoothly, it is preferable to set the distance r between the center axis of the probe and the cooling gas introduction direction to be greater than 0, as shown in
また、プローブの中心軸に垂直な面と冷却ガスの導入方向とのなす角度θについても、特許文献３が示すように、例えば３０度～６０度の範囲に設定することで、冷却ガスのプローブの下流方向への流れを円滑に行い、排ガスと冷却ガスとの混合ガスの流れもスムーズになる。しかも、角度θが０度以上（角度が正の値は、プローブの下流側に向いて冷却ガスは導入され、角度が負の値は、プローブの上流側に向いて導入される。）であることにより、プローブ入口側への冷却ガスの逆流を抑制することができる。
Further, the angle θ formed by the plane perpendicular to the central axis of the probe and the direction of introduction of the cooling gas is set, for example, in the range of 30 degrees to 60 degrees, as shown in
図３に示す排ガス冷却装置では、異なる位置Ｐ１及びＰ２にある冷却ガスの導入手段を比較すると、プローブの入口に近い位置Ｐ１に配置される導入手段の距離ｒ１は、該入口から離れている位置Ｐ２に配置される導入手段の距離ｒ２よりも大きくなるように設定されている。これにより、位置Ｐ１の導入手段では、冷却ガスと排ガスとの混合を円滑に行い、位置Ｐ２の導入手段により、冷却ガスを含む混合ガスのプローブ内での滞留時間を長くすることが可能となる。 In the exhaust gas cooling device shown in FIG. 3, comparing the cooling gas introduction means at different positions P1 and P2, the distance r1 of the introduction means arranged at the position P1 close to the inlet of the probe is the position farther from the inlet. It is set to be larger than the distance r2 of the introducing means arranged at P2. As a result, the cooling gas and exhaust gas are smoothly mixed with the introduction means at the position P1, and the residence time of the mixed gas containing the cooling gas in the probe can be lengthened by the introduction means at the position P2. .
また、図３に示す排ガス冷却装置では、プローブの入口に近い位置Ｐ１に配置される導入手段の角度θ１は、０度以上であり、該入口から離れている位置Ｐ２に配置される導入手段の角度θ２よりも大きくなるように設定されている。例えば、角度θ２は0度（プローブの中心軸方向に垂直）や負の角度（プローブの上流方向に向かう角度）を取ることもできる。これにより、位置Ｐ１の導入手段により、冷却ガスと排ガスの混合を円滑に行うと共に、プローブの下流側への流れをスムーズに行う。これに対し、位置Ｐ２の導入手段では、位置Ｐ１の導入手段よりは円滑な混合が阻害されており、冷却ガスを含む混合ガスの流れを妨げ、混合ガスのプローブ内での滞留時間を長くすることができる。 Further, in the exhaust gas cooling device shown in FIG. 3, the angle θ1 of the introduction means arranged at the position P1 close to the inlet of the probe is 0 degree or more, and the angle θ1 of the introduction means arranged at the position P2 away from the inlet is It is set to be larger than the angle θ2. For example, the angle θ2 can be 0 degrees (perpendicular to the direction of the central axis of the probe) or a negative angle (angle toward the upstream direction of the probe). As a result, the cooling gas and the exhaust gas are smoothly mixed by the introduction means at the position P1, and the flow to the downstream side of the probe is smoothly performed. On the other hand, the introduction means at the position P2 hinders smooth mixing more than the introduction means at the position P1, hinders the flow of the mixed gas containing the cooling gas, and lengthens the residence time of the mixed gas in the probe. be able to.
距離Ｌ１及びＬ２については、一般的に冷却ガスの異なる導入手段の間隔（Ｌ２－Ｌ１）は大きい方が、排ガスと冷却ガスとの混合を十分に行うことができる。また、距離Ｌ１の値が大きい方が、冷却ガスの逆流も抑制できる。ただし、冷却装置が占有する場所が大きくなることを抑える観点から、プローブの直径Ｒを基準にすると、間隔（Ｌ２―Ｌ１）は、下限値は０．２Ｒ以上、より好ましくは０．５Ｒ以上、上限値は３Ｒ以下、より好ましくは２Ｒ以下の範囲に設定することが好ましい。また、距離Ｌ１は２Ｒ以下、より好ましくは１Ｒ以下に設定される。 As for the distances L1 and L2, generally, the larger the interval (L2-L1) between the introducing means for different cooling gases, the more the exhaust gas and the cooling gas can be sufficiently mixed. Moreover, the larger the value of the distance L1, the more the backflow of the cooling gas can be suppressed. However, from the viewpoint of suppressing an increase in the space occupied by the cooling device, the lower limit of the interval (L2-L1) is 0.2R or more, more preferably 0.5R or more, based on the diameter R of the probe. It is preferable to set the upper limit in the range of 3R or less, more preferably 2R or less. Also, the distance L1 is set to 2R or less, more preferably 1R or less.
内径φ１及びφ２については、適切な範囲がある。例えば、φが小さすぎる（冷却ガス速度が速すぎる）場合には、冷却ガスがプローブの内壁近傍を流れ、プローブ中心部の排ガスと冷却ガスが接触しないため、排ガスと冷却ガスの混合が遅れ、冷却効率が低下することとなる。また、φが大きすぎる（冷却ガス速度が遅すぎる）場合には、冷却ガスが排ガス中に入り難くなり、結果として混合が進まずに排ガスの流れに乗って、プローブ下流側へ流され冷却効率が低下する。さらに、冷却ガスが排ガスに押し戻されて、冷却ガス送風機の運転が不安定になる。 There are appropriate ranges for the inner diameters φ1 and φ2. For example, if φ is too small (the cooling gas velocity is too high), the cooling gas flows near the inner wall of the probe, and the cooling gas does not contact the exhaust gas at the center of the probe. Cooling efficiency will decrease. Also, if φ is too large (cooling gas velocity is too slow), it becomes difficult for the cooling gas to enter the exhaust gas. decreases. Furthermore, the cooling gas is pushed back by the exhaust gas, making the operation of the cooling gas blower unstable.
一般的に、φ１＜φ２で、位置Ｐ１の方が冷却ガスの導入速度が大きい方が排ガスとの混合が円滑に進む。このため、内径φ２を基準とすると、内径φ１は、下限値は０．２倍、より好ましくは０．３倍以上であり、上限値は２倍以下、より好ましくは１．５倍以下の範囲に設定される。冷却ガスの導入用の配管の面積Ｓで比較する場合は、上述した数値の二乗の値、具体的には、下限値は０．０４倍、よりこのましくは０．０９倍、上限値は４倍以下、より好ましくは２．２５倍以下に設定される。 In general, when φ1<φ2 and the introduction speed of the cooling gas at the position P1 is higher, mixing with the exhaust gas proceeds smoothly. Therefore, when the inner diameter φ2 is used as a reference, the inner diameter φ1 has a lower limit of 0.2 times, more preferably 0.3 times or more, and an upper limit of 2 times or less, more preferably 1.5 times or less. is set to When comparing the area S of the pipe for introducing the cooling gas, the square value of the above numerical value, specifically, the lower limit is 0.04 times, more preferably 0.09 times, and the upper limit is It is set to 4 times or less, more preferably 2.25 times or less.
図３及び図４の例では、一つの位置（Ｐ１又はＰ２）では、冷却ガスの導入手段が一つのみであったが、本発明はこれに限らず、図５及びス６のように２つの導入手段を設けることも可能である。プローブの中心軸方向の同じ位置にある冷却ガス導入手段の数は、３つ以上であっても良いことは言うまでもない。 In the examples of FIGS. 3 and 4, one position (P1 or P2) has only one cooling gas introduction means, but the present invention is not limited to this, and two cooling gas introduction means are provided as shown in FIGS. It is also possible to provide two introduction means. Needless to say, the number of cooling gas introduction means located at the same position in the central axis direction of the probe may be three or more.
同じ位置に複数の導入手段を設ける方が、冷却ガスの各導入手段に期待される役割を、より効果的に発揮させることができる。ただし、各導入手段毎に上述のパラメータ（ｒ，θ，Ｌ，φ）を独立して設定することも可能であるが、複数の導入手段を同一面（プローブの中心軸に垂直な同じ断面）上に配置する場合には、各パラメータの値も同じにそろえる方が、相乗効果も高い。 By providing a plurality of introducing means at the same position, the expected role of each cooling gas introducing means can be more effectively exhibited. However, although it is possible to independently set the above-mentioned parameters (r, θ, L, φ) for each introduction means, it is possible to set a plurality of introduction means on the same plane (same cross section perpendicular to the central axis of the probe). In the case of arranging them on top, it is better to set the values of each parameter to be the same to obtain a high synergistic effect.
本発明の排ガス冷却装置及び方法の効果を確かめるため、図５及び図６に示すモデルについて、以下の境界条件を用いて、シミュレーションを行った。
（プローブの形状）
プローブの内径Ｒ：１．４［ｍ］
（抽気ガスの特性）
プローブ入口での排ガス温度：１０９０℃
質量流量Ｑ０：３４．１［ｋｇ／ｓ］
密度ρ０：０．２６６［ｋｇ／ｍ３］
流速Ｖ０：１４［ｍ／ｓ］
（冷却ガス）
冷却ガスの温度：２５℃
質量流量Ｑ：４．８３［ｋｇ／ｓ］
密度ρ：１．２０３［ｋｇ／ｍ３］
位置Ｐ１の導入部の配管内径φ１：０．１３１［ｍ］
位置Ｐ２の導入部の配管内径φ２：０．２５４［ｍ］
プローブの入口から位置Ｐ１の導入部の開口中心までの距離Ｌ１：１．０３［ｍ］
プローブの入口から位置Ｐ２の導入部の開口中心までの距離Ｌ２：１．８８［ｍ］
In order to confirm the effect of the exhaust gas cooling apparatus and method of the present invention, simulations were performed for the models shown in FIGS. 5 and 6 using the following boundary conditions.
(probe shape)
Probe inner diameter R: 1.4 [m]
(Characteristics of bleed gas)
Exhaust gas temperature at probe inlet: 1090°C
Mass flow rate Q 0 : 34.1 [kg/s]
Density ρ 0 : 0.266 [kg/m 3 ]
Flow velocity V 0 : 14 [m/s]
(cooling gas)
Cooling gas temperature: 25°C
Mass flow rate Q: 4.83 [kg/s]
Density ρ: 1.203 [kg/m 3 ]
Piping inner diameter φ1 at the introduction part at position P1: 0.131 [m]
Piping inner diameter φ2 at the introduction part at position P2: 0.254 [m]
Distance L1 from the entrance of the probe to the opening center of the introduction part at position P1: 1.03 [m]
Distance L2 from the entrance of the probe to the opening center of the introduction part at position P2: 1.88 [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。なお、「絞り」を設ける場合には、「絞り」に到達する前に、プローブから分岐する排気管が別途設けられる。 A simulation was also performed for a case where there is a so-called "restriction" in which the radius of the probe is narrowed through the truncated cone portion on the downstream side from the inlet of the cooling gas of the probe. As a result, when there is a "throttle", although it has the effect of assisting the mixing of the exhaust gas and the cooling gas, the cooling gas tends to flow back to the inlet side of the probe. However, even with the presence of the aperture, the results did not change significantly, so the results without the aperture are shown here. In addition, when the "throttle" is provided, an exhaust pipe branching from the probe is separately provided before reaching the "throttle".
シミュレーション結果の評価方法は、「プローブ内で排ガスと冷却ガスが完全に混合された場合の温度」に対する「プローブの出口における平均温度」の割合（％）で評価した。
（評価条件）
・割合が９０％以上を「○」、それ以外を「×」で評価した。
The evaluation method for the simulation results was the ratio (%) of the "average temperature at the outlet of the probe" to the "temperature when exhaust gas and cooling gas are completely mixed within the probe".
(Evaluation conditions)
- A rate of 90% or more was evaluated as "○", and other than that was evaluated as "X".
なお、表１の各シミュレーションモデルにおいて、角度θ１＝２０度、角度θ２＝０度とする。
表１の結果から、距離ｒ１及びｒ２が０．１５ｍ又は０ｍの際に、冷却効果が高いという評価が得られている。この数値範囲を参考に、モデル５及び６のように、距離ｒ１及びｒ２を互いに変更した場合は、ｒ１＞ｒ２の方が冷却効果が高いことが理解される。
In each simulation model in Table 1, the angle θ1=20 degrees and the angle θ2=0 degrees.
From the results in Table 1, it is evaluated that the cooling effect is high when the distances r1 and r2 are 0.15 m or 0 m. With reference to this numerical range, it can be understood that when the distances r1 and r2 are changed to each other as in Models 5 and 6, the cooling effect is higher when r1>r2.
なお、表２の各シミュレーションモデルにおいて、距離ｒ１＝０．３５ｍ、ｒ２＝０．３５ｍとする。
表２の結果から、いずれのモデルの評価も〇ではないが、数値を見ると、モデル８が最も冷却効果が高く、その次がモデル７となっている。これらは、角度θ２＝０度としており、位置Ｐ２における冷却ガス導入手段により、冷却ガスを含む混合ガスの滞留時間を長くすることが影響していると評価される。
In each simulation model in Table 2, distances r1=0.35 m and r2=0.35 m.
From the results in Table 2, none of the models was evaluated as ◯, but looking at the numerical values, model 8 had the highest cooling effect, followed by
以上のことから、距離ｒについては、ｒ１＞ｒ２の方が冷却効果が高く、角度θについては、θ１＞θ２の方が冷却効果が期待できる。特に、特許文献３のように、θ１を３０度以上、６０度以下に設定する場合はなおさらである。
From the above, the cooling effect can be expected to be higher when the distance r is r1>r2, and when the angle .theta. is .theta.1>.theta.2. This is especially true when θ1 is set to 30 degrees or more and 60 degrees or less as in
図３又は５では、プローブの中心軸方向の２つの異なる位置を選択したが、この２つの位置の間に他の導入手段を設ける場合には、両者のパラメータの間の数値を採用することが好ましい。
また、本発明には必要に応じて冷却ガスの導入部の下流側に散水機構や「絞り」を設けることができることは、言うまでもない。
In FIG. 3 or 5, two different positions in the direction of the center axis of the probe were selected, but when another introduction means is provided between these two positions, it is possible to adopt a numerical value between both parameters. preferable.
Further, it goes without saying that the present invention can be provided with a sprinkler mechanism or a "throttle" on the downstream side of the inlet of the cooling gas as required.
以上説明したように、本発明によれば、冷却ガスのプローブ内での逆流を抑制し、排ガスと冷却ガスとの混合を円滑にし冷却効率の高い、排ガス冷却装置及び方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust gas cooling apparatus and method that suppresses backflow of the cooling gas in the probe, facilitates mixing of the exhaust gas and the cooling gas, and achieves high cooling efficiency. becomes.
１ キルンからの排ガス用の配管
２ プローブ（円筒形）
３ 冷却ガス導入管
1 pipe for exhaust gas from the
3 Cooling gas introduction pipe
Claims (11)
該プローブは円筒形であり、
該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、
各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸から距離ｒだけずれて配置されており、
該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該距離ｒ１は、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該距離ｒ２よりも大きく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。 A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and a mixed gas obtained by mixing the exhaust gas and the cooling gas in the probe In the exhaust gas cooler,
the probe is cylindrical;
A plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylindrical shape of the probe,
At least one introduction part is arranged in each introduction means, and the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part is arranged at a distance r from the central axis of the cylindrical shape,
The distance r1 of the introduction means arranged at a position P1 close to the kiln is set to be greater than the distance r2 of the introduction means arranged at a position P2 away from the kiln. Characterized exhaust gas cooling device.
該プローブは円筒形であり、
該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、
各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸に垂直な断面となす角度θを持ち、
該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該角度θ１は、０度以上であり、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該角度θ２よりも大きく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。 A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and a mixed gas obtained by mixing the exhaust gas and the cooling gas in the probe In the exhaust gas cooler,
the probe is cylindrical;
A plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylindrical shape of the probe,
At least one introduction part is arranged in each introduction means, and the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part forms an angle θ with the cross section perpendicular to the central axis of the cylinder,
The angle θ1 of the introducing means arranged at the position P1 close to the kiln is 0 degrees or more, and is larger than the angle θ2 of the introducing means arranged at the position P2 away from the kiln. An exhaust gas cooling device characterized by being set.
該プローブは円筒形であり、
該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、
各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸から距離ｒだけずれて配置されており、
該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該距離ｒ１は、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該距離ｒ２よりも大きく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。 A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and a mixed gas obtained by mixing the exhaust gas and the cooling gas in the probe In the exhaust gas cooling method,
the probe is cylindrical;
A plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylindrical shape of the probe,
At least one introduction part is arranged in each introduction means, and the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part is arranged at a distance r from the central axis of the cylindrical shape,
The distance r1 of the introduction means arranged at a position P1 close to the kiln is set to be greater than the distance r2 of the introduction means arranged at a position P2 away from the kiln. An exhaust gas cooling method characterized by:
該プローブは円筒形であり、
該プローブの円筒形の中心軸方向の異なる位置に該冷却ガスの導入手段を複数設け、
各導入手段には、少なくとも１つの導入部が配置され、該導入部から導入される冷却ガスの導入方向は、該円筒形の中心軸に垂直な断面となす角度θを持ち、
該キルンに近い位置Ｐ１に配置される該導入手段の該角度θ１は、０度以上であり、該キルンから離れている位置Ｐ２に配置される該導入手段の該角度θ２よりも大きく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。 A kiln for firing cement raw materials, a probe for bleeding a part of exhaust gas discharged from the kiln, a cooling gas introduced into the probe, and a mixed gas obtained by mixing the exhaust gas and the cooling gas in the probe In the exhaust gas cooling method,
the probe is cylindrical;
A plurality of introduction means for the cooling gas are provided at different positions in the direction of the central axis of the cylindrical shape of the probe,
At least one introduction part is arranged in each introduction means, and the introduction direction of the cooling gas introduced from the introduction part forms an angle θ with the cross section perpendicular to the central axis of the cylinder,
The angle θ1 of the introducing means arranged at the position P1 close to the kiln is 0 degrees or more, and is larger than the angle θ2 of the introducing means arranged at the position P2 away from the kiln. An exhaust gas cooling method, characterized in that:
10. The exhaust gas cooling method according to claim 8, wherein said angle θ2 is 0 degree or less.
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