TW201512603A - 管道壁面構造 - Google Patents

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Abstract

在讓固氣二相流流過且具備漏斗之鐵板製管道的煙道中，使漏斗之固體粒子的捕集率提高而使往管道下游側的流出減少之管道壁面構造。 使在氣流中含有大徑灰(50)之固氣二相流流過之煙道(10)的管道壁面構造，係具備設置在第1垂直煙道部(12)的下端部而用來從氣流回收大徑灰(50)之第1漏斗(20A)，該第1垂直煙道部(12)是設置在成為具有上下方向的速度成分之流體的方向，在位於第1漏斗(20A)之流動方向上游側受大徑灰(50)碰撞之傾斜面(21)，設置反彈係數比鐵板小之低反彈部(60)。

Description

管道壁面構造
本發明係關於，例如使從燃煤鍋爐排出之燃燒排氣等之在氣流中含有固體粒子之固氣二相流流過之鐵板製管道的管道壁面構造。
以往，在燃煤鍋爐，是從火爐內排出煤炭的燃燒所產生之燃燒排氣。在該燃燒排氣中，依炭種不同其詳細組成雖有不同，但會含有被稱為飛灰、高空隙率大徑灰(以下稱「大徑灰」)之煤灰(固體粒子)。
其中，飛灰是粒徑數μm級之非常細小的粒子。相對於此，大徑灰之粒徑約1mm以上而比飛灰大，但由於空隙率高而成為視比重小的粒子。
從燃煤鍋爐1之火爐2排出的固氣二相流，例如如圖9所示般通過由鐵板製的管道所形成的煙道10，實施脫硝等必要的處理後，從未圖示之煙囪等朝大氣排放出。
圖9所示的煙道10，依從燃燒排氣的流動方向上游側的順序，亦即從火爐2側起依序連續地設有：第1水平 煙道部11、第1垂直煙道部12、第2水平煙道部13、第2垂直煙道部14、第3水平煙道部15以及第3垂直煙道部16。又圖中的符號G表示燃燒排氣的流體，50表示大徑灰。
在圖示的構成例中，是在第1垂直煙道部12 以及第2垂直煙道部14的下端部分別設置第1漏斗20以及第2漏斗30，藉此將從火爐2飛散之大徑灰予以回收。再者，在第3垂直煙道部16，設有讓燃燒排氣通過而進行脫硝處理之脫硝裝置40。設置於第1垂直煙道部12的下端部之第1漏斗20具備有傾斜面21，該傾斜面21的角度設定成使回收後的大徑灰落下。然而，習知的傾斜面21，是與管道相同地屬於鐵板製的壁面，其反彈係數高，因此，激烈反彈後的大徑灰，飛越第1漏斗20而飛散至第2水平煙道部13的機率變高。
特別是，在煙道10的剖面中央部由於燃燒排 氣的流速快，飛越第1漏斗20而順著燃燒排氣之快速流動的大徑灰，也因為其視比重小，未被第2漏斗30回收而到達脫硝裝置40的可能性變高。
脫硝裝置40，例如是將在格子狀氧化鈦載體上載持有二氧化釩之脫硝劑(脫硝觸媒)放入托板，在裝置內配置多數個托板而構成。因此，固氣二相流的燃燒排氣是通過脫硝裝置40而被施以脫硝，在此同時，格子狀的脫硝觸媒會被和燃燒排氣一起通過的大徑灰所堵塞。
為了防止上述脫硝觸媒堵塞，例如下述專利 文獻1以及2所示般，在第1漏斗20的下游側煙道內設置金屬網狀的捕集用篩S。
[專利文獻1]美國專利第6994036號說明書
[專利文獻2]日本特開平2-95415號公報
[專利文獻3]日本特開2008-241061號公報
然而，設置於第1漏斗20的下游側煙道內之捕集用篩S，篩本身會發生摩耗及堵塞，而必須進行篩的更換等，成為運轉成本增高的原因。此外，若捕集用篩S發生堵塞，煙道10之有效流路剖面積會減少，而有壓力損失上昇之虞。
基於上述背景，在使從燃煤鍋爐排出之燃燒排氣等之固氣二相流流過之煙道的管道壁面構造方面，期望能讓漏斗之大徑灰等的固體粒子之捕集率提高，藉此減少其往煙道下游側的流出。
本發明是為了解決上述課題而開發完成的，其目的在於，在讓固氣二相流流過之具備有漏斗的鐵板製管道之煙道，提供一種管道壁面構造，其能使漏斗之固體粒子的捕集率提昇而減少其往管道下游側的流出。
本發明，為了解決上述課題而採用下述手段。
本發明的一態樣之管道壁面構造，是使在氣流中含有固體粒子之固氣二相流流過之鐵板製管道的管道壁面構造，係具備設置在前述鐵板製管道的下端部或管道中途而用來從前述氣流回收前述固體粒子之漏斗，該鐵板製管道是設置在成為具有上下方向的速度成分之流體的方向；在位於前述漏斗之流動方向上游側或下游側之受前述固體粒子碰撞的內壁面區域或流路部，設有反彈係數比鐵板小之低反彈構造部。
依據上述管道壁面構造，在位於漏斗之流動方向上游側或下游側之受固體粒子碰撞的內壁面區域或流路部，設有反彈係數比鐵板小之低反彈構造部，因此與低反彈構造部碰撞之固體粒子的反彈量減少。
結果，如果低反彈構造部位於漏斗之流動方向上游側的話，飛越漏斗而朝下游側飛散流出之固體粒子量減少，因此在漏斗之固體粒子的捕集率提高。此外，如果低反彈構造部位於漏斗之流動方向下游側的話，到達流速快的流路剖面中央以及其附近而和氣流一起往下游側流出之固體粒子量減少，藉由將從氣流分離後落下之固體粒子予以回收，而使漏斗之固體粒子的捕集率提高。
在上述態樣中，較佳為，前述低反彈部係低反彈部形成構件，該低反彈部形成構件在其與前述鐵板製管道的內壁面之間設置空間部，且具備作為前述固體粒子 的通路之開口部。在此情況，通過低反彈部形成構件的開口部之固體粒子，與內壁面碰撞而反彈後，與低反彈部形成構件之背面側再度碰撞的機率高，因此會沿著內壁面在空間部落下而藉由漏斗予以回收。此外，與反彈係數比鐵板低之低反彈部形成構件碰撞後的固體粒子，由於反彈量減少，其在漏斗之捕集率提高。
適當的低反彈部形成構件，例如為金屬網、格柵、多孔板等之具備多數個其大小能讓固體粒子通過的開口部之格子狀物，特別是，如果採用金屬網等之能彈性變形的材質，利用彈性變形能有效吸收固定粒子之碰撞能量。
在上述態樣，較佳為，前述低反彈部係低反彈部形成構件，該低反彈部形成構件設置在前述鐵板製管道的內壁面上，受前述固體粒子的碰撞會產生彈性變形。如此，與低反彈部形成構件碰撞之固體粒子，利用彈性變形能有效吸收固定粒子之碰撞能量，因此反彈量減少而使漏斗之捕集率提高。
又低反彈部形成構件，例如可採用線材、金屬網、隔熱材等之受固體粒子之碰撞會產生彈性變形的材質。
在上述態樣，前述固氣二相流是從燃煤鍋爐排出之含有煤灰的燃燒排氣，在此情況，與低反彈部碰撞之煤灰的大徑灰，因為反彈量減少而使漏斗的捕集率提高，其到達設置於下游之脫硝裝置的量減少。
依據上述本發明，在使固氣二相流流過之具備漏斗的鐵板製管道(煙道)，能使漏斗之固體粒子的捕集率提高而減少其往管道下游側之流出。
1‧‧‧燃煤鍋爐
2‧‧‧火爐
10,10A,10B‧‧‧煙道
20,20A‧‧‧第1漏斗
21‧‧‧傾斜面
30,30A~30C‧‧‧第2漏斗
40‧‧‧脫硝裝置
50‧‧‧高空隙率大徑灰(大徑灰)
60,60A~60C,70,80‧‧‧低反彈部(低反彈構造部)
圖1係顯示本發明之管道壁面構造的一實施形態之燃煤鍋爐的煙道之縱剖面圖。
圖2係在圖1所示的管道壁面構造中，將第1漏斗周邊構造放大顯示之縱剖面圖。
圖3係顯示圖2所示的低反彈構造部之第1具體例，(a)顯示在其與壁面之間設有空間且設置具有多數個開口部的構件之低反彈構造部的概要之立體圖，(b)顯示通過開口部之固體粒子的動作之剖面圖，(c)顯示未通過開口部之固體粒子的動作之剖面圖。
圖4係顯示圖2所示的低反彈構造部之第2具體例，(a)顯示在壁面設置有線材等的低反彈構件之低反彈構造部的概要之立體圖，(b)為(a)的剖面圖。
圖5係顯示圖2所示的低反彈構造部之第3具體例，是在壁面將低反彈構件設置成大致平面狀之低反彈構造部的剖面圖。
圖6係在圖1所示的管道壁面構造中，將第2漏斗周邊構造放大顯示之縱剖面圖。
圖7係關於2種的低反彈構件，顯示固體粒子的粒徑 和飛散減少率的關係。
圖8係顯示可運用本發明的管道壁面構造之其他煙道例，(a)是由水平煙道部以及提高流的垂直煙道部所構成之煙道例，(b)是由傾斜煙道所構成之煙道例，(c)是由水平煙道部以及向下流的垂直煙道部所構成之煙道例。
圖9係顯示習知管道壁面構造例之燃煤鍋爐的煙道之縱剖面圖。
以下，根據圖式而說明本發明之管道壁面構造的一實施形態。
圖1所例示之管道壁面構造，係讓從燃煤鍋爐1的火爐2排出之固氣二相流的燃燒排氣流過，而從未圖示煙囪等往大氣排放出之煙道10。該煙道10，是由鐵板製管道所形成之燃燒排氣流路，一般具有矩形剖面。從火爐2排出之燃燒排氣，是含有被稱為飛灰、大徑灰之煤灰(固體粒子)的固氣二相流，在通過煙道10時實施脫硝等之必要處理後，如圖中之箭頭G所示般流動而從未圖示之煙囪等往大氣排放出。
圖示的煙道10，從燃燒排氣之流動方向上游側、即火爐2側起依序連續地設有：第1水平煙道部11、第1垂直煙道部12、第2水平煙道部13、第2垂直煙道部14、第3水平煙道部15以及第3垂直煙道部16。
此外，在圖示的煙道10，在使具有向下的速度成分 之燃燒排氣流過之第1垂直煙道部12的下端部設置第1漏斗20A，再者，在使具有提高的速度成分之燃燒排氣流過之第2垂直煙道部14的下端部設置第2漏斗30A。而且，在使燃燒排氣向下流過之第3垂直煙道部16，設置有讓燃燒排氣通過而進行脫硝處理之脫硝裝置40。
上述第1漏斗20A以及第2漏斗30A，主要 的設置目的是為了回放燃燒排氣中所含的大徑灰。又關於粒徑非常小的飛灰，幾乎無法從燃燒排氣的氣流分離，因此，不像大徑灰那樣在第1漏斗20A以及第2漏斗30A被回收而是流過煙道10內。
第1漏斗20A，如圖1以及圖2所示般，在 上游側具備傾斜面21，該傾斜面21之角度設定成能使大徑灰落下之安息角以上。在本實施形態，為了有效提高第1漏斗20A的捕集率，以第1漏斗20A之上游側的傾斜面21作為反彈係數比鐵板小之低反彈構造低反彈部(低反彈構造部)60。
亦即，傾斜面21也是位於第1漏斗20A的上游側附近(漏斗附近)之煙道10的管道內壁面，藉由以該傾斜面21作為低反彈構造的低反彈部60，能夠抑制與向下氣流一起落下之大徑灰50碰撞低反彈部60時的反彈量。
結果，和向下的氣流(具有向下的速度成分之燃燒排氣的流體)一起落下之大徑灰50，產生比與鐵板、即習知的傾斜面21直接碰撞時的反彈量更少的反彈，飛越第1漏斗20A而飛散至第2水平煙道部13的機率降 低，因此，在第1漏斗20A之大徑灰捕集率提高。此大徑灰捕集率的提高，能將往煙道10的下游側飛散而流出之大徑灰50量減少，使到達設置於第3垂直煙道部16之脫硝裝置40的LPA(Large Particle Ash)量減少。
在此，針對上述低反彈部60，根據圖式來說明具體的構造例。
圖3所示之第1具體例的低反彈部60A，是在與鐵板製管道的內壁面、即傾斜面21之間設置空間部61並設置金屬網(低反彈部形成構件)62。在該金屬網62，設有多數個作為大徑灰50的通路之開口部62a。
藉由採用該低反彈部60A，如圖3(b)所示般，通過金屬網62的開口部62a之固體粒子，會與鐵板製的管道內壁面、即傾斜面21碰撞而反彈，然後與金屬網62的背面側再度碰撞的機率高。因此，與金屬網62的背面側碰撞之大徑灰50，會沿著傾斜面21而在空間部61落下，最後藉由第1漏斗20A予以回收。
另一方面，大徑灰50並非全部都通過金屬網62的開口部62a，也會與由線狀構件組合成格子狀之金屬網62碰撞。與金屬網62的線狀構件碰撞之大徑灰50，如圖3(c)所示般，是與反彈係數比通常鐵板低且容易彈性變形的構件碰撞，結果由於反彈量降低，藉由第1漏斗20A回收的機率變高。
如此，上述低反彈部60A，能使通過金屬網62的開口部之大徑灰50以及與金屬網62碰撞之大徑灰50效率 良好地藉由第1漏斗20A回收，因此有助於第1漏斗20A之大徑灰50的捕集率提高。
然而，在上述第1具體例，是將低反彈構件 做成金屬網62，但作為本具體例之適當的低反彈構件，除了金屬網62以外，也能使用例如格柵、多孔板、簾幕構造(百葉窗)等之具備多數個其大小可讓大徑灰50通過的開口部之格子狀物。
特別是如果採用像金屬網62的線狀構件等之受到大徑灰50的碰撞會產生彈性變形的材質之格子狀低反彈構件的話，利用彈性變形可有效吸收大徑灰50的碰撞能量而降低反彈量。此外，藉由使碰撞後的大徑灰50旋轉，也能降低反彈量。
圖4所示之第2具體例的低反彈部60B，是 在傾斜面21的壁面上固定於適當位置而設置多數個線材(低反彈部形成構件)63。線材63，是剛性比鐵板低而受大徑灰50的碰撞會產生彈性變形的材質。因此，線材63，如果以複數根在一起的狀態使用的話，其拆裝及固定變容易，較佳為按照需要將上下方向以及左右方向適宜地組合而配置成格子狀。
這種線材63，受大徑灰50的碰撞會產生彈性變形而有效吸收碰撞能量，使碰撞之大徑灰50的反彈量降低，而使第1漏斗20A的捕集率提高。再者，當大徑灰50與線材63碰撞時，大徑灰50變得容易旋轉，藉此也能降低速度能量而變得不容易反彈。
然而，在上述第2具體例，雖是將低反彈構 件做成線材63，但作為本具體例之適當的低反彈構件，除線材63以外，也能採用例如金屬網等之受大徑灰50的碰撞會產生彈性變形的材質所構成者。
此外，作為第3具體例，如圖5所示之低反彈部60C，作為低反彈構件可採用隔熱材64等的平板狀材質並貼附於傾斜面21。又在採用隔熱材64的情況，在成為煙道10的內壁面側之隔熱材64的表面，亦即受大徑灰50碰撞之隔熱材表面，並未設置高反彈係數之鐵板等的襯墊(liner)。
這種隔熱材64，受大徑灰50的碰撞會產生彈 性變形而有效吸收碰撞能量，使碰撞之大徑灰50的反彈量降低而使第1漏斗20A之捕集率提高。
又，平板狀的低反彈部60C，除隔熱材64以外，也能採用例如反彈係數比鐵板更小之橡膠系材質、塑膠製材質。
其次，圖6所示之低反彈構造的低反彈部(低 反彈構造部)70,80是設置在，位於第2漏斗30A的下游側之受大徑灰50碰撞的內壁面區域或流路部。亦即，第2漏斗30A設置在使提高的氣流(具有提高的速度成分之燃燒排氣的流體)流過之第2垂直煙道部14的下端部，在第2漏斗30A的下游側設置反彈係數比鐵板更小之低反彈構造部70,80。
圖6所示的低反彈構造部70是設置在，成為 第2漏斗30A的下游側之煙道10的流路部，具體而言，位於第2水平煙道部13與第2垂直煙道部14的連接部而從水平方向往上將氣流的流動方向改變之煙道流路內，換言之，在成為第2漏斗30A的上方之煙道流路內。該低反彈構造部70，例如成為與水平方向的氣流相對向之複數面所構成之簾幕構造，與簾幕構造的面碰撞之大徑灰50失速而往第2漏斗30A落下，因此第2漏斗30A的捕集率提高。
此外，圖6所示的低反彈部80是設置在，位 於第2漏斗30A的下游側之受大徑灰50碰撞的內壁面區域，具體而言在受流過第2水平煙道部13之水平方向氣流碰撞之第2垂直煙道部14的壁面部。該低反彈部80可採用例如金屬網、線材束、格柵等。
若設置該低反彈部80，順著沿水平方向流過第2水平煙道部13的氣流之大徑灰50的大部分，利用慣性力與設置於盡頭的內壁面區域之低反彈部80碰撞。藉由該碰撞而反彈之大徑灰50，雖會朝向第2垂直流路14的流路剖面中央方向，但因此反彈係數比習知的鐵板更低，到達流速快的流路剖面中央以及其附近的比例減少。
亦即，如果低反彈部80位於第2漏斗30A的 流動方向下游側的話，由於與低反彈部80碰撞之大徑灰50的反彈量降低，到達流速快的流路剖面中央以及其附近而與氣流一起往下游側流出之大徑灰50量減少。結果，從氣流分離後落下之大徑灰50增加，只要將該大徑 灰50藉由第2漏斗30A回收，可提高第2漏斗30A之大徑灰50的捕集率。
在此情況，低反彈部80可採用上述第1具體例到第3具體例的構造，此外，按照各條件而與低反彈部70適宜地組合而構成亦可。
在此，反彈係數比鐵板小的材質之例子，除 了橡膠系材質、塑膠系材質以外，例如可採用不鏽鋼、銅、鋁、磷青銅、蒙納合金(Monel)、高耐蝕合金(HC-22,HC-276)、鎳基的超合金(英高鎳600、英高鎳601；註冊商標)、鎳、鎳201等。這些，可做成上述板狀、金屬網以及線材等的狀態而適宜地選擇使用。
其次，關於上述低反彈構造，將固體粒子的 直徑、即粒徑(mm)與飛散減少率(%)的關係藉由數值模擬而進行試算的結果如圖7所示。亦即，圖7是驗證低反彈構造的有效性之試算，飛散減少率越大的粒徑，上述低反彈構造越有效。
在圖7所示的關係，是對二種的低反彈構造(低反彈a，低反彈b)進行試算，粒徑(d)從大致0.3mm起飛散減少率開始提高，粒徑(d)大到約5mm時飛散減少率成為100%。因此，上述本實施形態的低反彈構造，在固體粒子的粒徑(d)0.3mm以上5mm以下的範圍內是有效的。
此外，圖8所示的煙道(鐵板製的管道構造)，是可運用上述實施形態的管道壁面構造之其他構造例。
圖8(a)所示的煙道10，與圖1所示的實施形態同樣 的，是由水平煙道部以及向上流的垂直煙道部所構成之煙道例。在本煙道例，在連接於第2水平煙道部13的兩端部之第1垂直煙道部12的下端部以及第2垂直煙道部14的下端部，分別設有第1漏斗20A以及第2漏斗30A。
圖8(b)所示的煙道10A，在第1垂直煙道12 和水平煙道部15A之間，是由具有向上流的速度成分之傾斜煙道17所構成之煙道例。在本煙道例，是在第1垂直煙道部12的下端部設置第1漏斗20A，在傾斜煙道17的中途設置第2漏斗30B。
在本煙道例，藉由在成為第2漏斗30B的下游側之流路部設置例如簾幕狀的低反彈構造，可達成捕集率提高。
圖8(c)所示的煙道10B，是由水平煙道部以及向下流的垂直煙道部所構成之煙道例。亦即，取代圖8(a)所示之第2垂直煙道部14，而具備從第2水平煙道部13的端部向下設置之第2垂直煙道部14A。在本煙道例，因為在第2漏斗30C的下游側沿上下方向向下流，可在第2漏斗30C之上游側或下游側的流路部設置例如簾幕狀的低反彈構造而使捕集率提高。
如此般，依據上述本實施形態，在使從燃煤鍋爐1排出之含有煤灰之燃燒排氣(固氣二相流)流過之鐵板製管道(煙道)，能使設置於管道中途之漏斗的大徑灰捕集率提高，能使往管道下游側的流出減少。結果，例如將到達脫硫裝置40的大徑灰減少，能抑制或防止脫硝觸媒的堵塞。
然而，在上述實施形態，在氣流中含有固體 粒子之固氣二相流是採用從燃煤鍋爐1的火爐2排出之煤灰，但運用本實施形態的管道壁面構造之鐵板製管道，可適用於例如作為固體粒子是含有煤、鐵粉、柴油排氣微粒子以及未燃粒子之各種氣流的裝置。
又本發明並不限定於上述實施形態，在不脫離其要旨的範圍內可適宜地變更。
1‧‧‧燃煤鍋爐
2‧‧‧火爐
10‧‧‧煙道
11‧‧‧第1水平煙道部
12‧‧‧第1垂直煙道部
13‧‧‧第2水平煙道部
14‧‧‧第2垂直煙道部
15‧‧‧第3水平煙道部
16‧‧‧第3垂直煙道部
20A‧‧‧第1漏斗
21‧‧‧傾斜面
30A‧‧‧第2漏斗
40‧‧‧脫硝裝置
50‧‧‧高空隙率大徑灰(大徑灰)
60‧‧‧低反彈部(低反彈構造部)
G‧‧‧燃燒排氣的流體

Claims (4)

  1. 一種管道壁面構造，是使在氣流中含有固體粒子之固氣二相流流過之鐵板製管道的管道壁面構造，係具備設置在前述鐵板製管道的下端部或管道中途而用來從前述氣流回收前述固體粒子之漏斗，該鐵板製管道是設置在成為具有上下方向的速度成分之流體的方向；在位於前述漏斗之流動方向上游側或下游側之受前述固體粒子碰撞的內壁面區域或流路部，設有反彈係數比鐵板小之低反彈構造部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之管道壁面構造，其中，前述低反彈部係低反彈部形成構件，該低反彈部形成構件在其與前述鐵板製管道的內壁面之間設置空間部，且具備作為前述固體粒子的通路之開口部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之管道壁面構造，其中，前述低反彈部係低反彈部形成構件，該低反彈部形成構件設置在前述鐵板製管道的內壁面上，受前述固體粒子的碰撞會產生彈性變形。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之管道壁面構造，其中，前述固氣二相流是從燃煤鍋爐所排出之含有煤灰的燃燒排氣。
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