TWI448656B - 燃燒氣體抽氣管及其運轉方法 - Google Patents

Description

燃燒氣體抽氣管及其運轉方法 技術領域

本發明係有關於一種燃燒氣體抽氣管及其運轉方法，尤其係有關於一種使用在自水泥窯之窯尾至最下段旋風器之窯排氣流路，抽取燃燒氣體之一部分並除去氯之水泥窯氯旁路設備等的燃燒氣體抽氣管及其運轉方法。

背景技術

以往，有感於成為引發水泥製造設備中之預熱器之閉塞等問題來源的氯、硫磺、鹼等當中，氯的危害特別嚴重，多會使用自水泥窯入口罩附近抽取燃燒氣體之一部分並除去氯的氯旁路設備。又，隨著近年來含氯回收資源之活用量增加，被帶入水泥窯之氯的量增加，氯旁路設備能力的增強已屬必要。

由於，此類氯旁路設備係自前述入口罩附近抽取燃燒氣體之一部分，故入口罩附近設有突出之管，該管之後段設有抽氣處理設備。因為該管前端於入口罩附近處暴露在約1000℃高溫下，所以必須使用耐熱度高之鑄鋼，藉由從入口罩外部引入之冷風等加以冷卻來保護管。

另，窯排氣中之氯等揮發性成分，在前述管急速冷卻到450℃以下，而濃縮成旁路粉塵之微粉部分，所以於後段之抽氣排出設備設旋風器等分級機構，將旁路粉塵分級為揮發性成分濃度低之粗粉塵，及揮發性成分濃度高之微粉塵，且把粗粉塵送返窯系統，並藉由氯旁路設備僅將微粉塵排出系統外，如此可減少旁路粉塵量。因此，從此觀點看來，必須在管中急速冷卻窯排氣。

有鑑於前述觀點，專利文獻1揭露一種燃燒氣體抽氣管，係包含有內筒，高溫燃燒氣體流通其中；外筒，圍繞內筒；吐出口，穿過內筒設置可吐出低溫氣體；及低溫氣體供給機構，供給低溫氣體至內筒與外筒之間，且使低溫氣體從吐出口朝相對於高溫燃燒氣體之吸引方向為略直角中心方向吐出。

【專利文獻1】國際公開WO2005/050114號文獻

然而，專利文獻1揭露之燃燒氣體抽氣管等，即使是使用具有高除氯能力之直交流冷卻型管，仍會因管設置角度等之設置條件，造成抽氣對象之燃燒氣體、該燃燒氣體所含粉塵在管內或二次混合冷卻器中引起偏流，導致管磨耗、管內氣體溫度之偏分布，成為管壽命縮短和性能低下之因素。

又，雖然亦有人會設置防摩擦板與防偏流板，以求防止管磨耗、管內氣體溫度之偏分布，但是卻無法獲得所期望之效果。

在此，本發明係有鑑於前述習知技術之問題而作成者，其目的在於延長燃燒氣體抽氣管之壽命，及提升該管之除氯能力等性能。

為達成前述目的，本發明係一種燃燒氣體抽氣管，其具有低溫氣體吐出機構，該低溫氣體吐出機構具有朝相對燃燒氣體之吸引方向呈略直角方向且為該燃燒氣體流之中心方向吐出低溫氣體的多數吐出口，且，合成自前述多數吐出口之各個吐出之低溫氣體之運動量向量而成的向量具有鉛直方向朝下之成分。

並且，依據本發明，由於構造成合成自多數吐出口之各個吐出之低溫氣體之運動量向量而成的向量具有鉛直方向朝下之成分，故可配合燃燒氣體和粉塵之偏流之程度來供給低溫氣體，將粉塵偏流、粉塵對管構成構件之衝擊抑制到最小，並且亦可抑制管內氣體溫度之偏分布，進而延長管之壽命，及提升管之性能。

前述燃燒氣體抽氣管，若前述燃燒氣體之吸引方向，與該燃燒氣體由該管吸引前之流向所形成之角度越近於直角，構造成使前述合成向量之鉛直方向朝下之成分越大，並且若前述燃燒氣體之吸引方向，與該燃燒氣體由該管吸引前之流向越近於平行，構造成使前述合成向量之鉛直方向朝下之成分越小。由於若燃燒氣體之吸引方向，與該燃燒氣體由該管吸引前之流向所形成之角度越近於直角，燃燒氣體之速度分布之重心位置將自該管之物理中心位置大幅改變，所以可配合重心位置之變化大小來適當調整吐出口之位置。

前述燃燒氣體抽氣管，可構造成其中前述吐出口，在相對於該管對前述燃燒氣體之吸引方向為垂直之面內配置有2至6處，且自各吐出口吐出前述低溫氣體總量之10%以上50%以下的低溫氣體。藉此，可整體均勻地吐出低溫氣體至管內，可有效減少管內之氣體溫度之偏分布等。另，各吐出口之位置，可模擬燃燒氣體之冷卻狀況(管內之溫度分布)來決定，而自各吐出口吐出之冷風量宜依溫度分布量測結果來調整。

前述燃燒氣體抽氣管，可構造成其中前述吐出口，在相對於該管對前述燃燒氣體之吸引方向為垂直之面內配置有2處，且配置於該2處之各吐出口，配置在自該管之物理中心位置朝前述燃燒氣體之速度分布之重心位置方向移動的位置。又，前述燃燒氣體抽氣管，可構造成其中前述吐出口各個之移動量的最大值為該管之內徑之30%，由於當使變位大於管之內徑之30%時，自該管之物理中心位置觀之，對與燃燒氣體之速度分布之重心位置方向相反的方向的低溫氣體供給量會不足，所以宜藉模擬等方法決定管之出口溫度設定之最適值。

又，本發明係一種燃燒氣體抽氣管之運轉方法，其量測前述低溫氣體吐出後之該管內之溫度分布，並令附近溫度為最高溫之吐出口吐出較多低溫氣體。藉此，可因應吐出口附近之溫度來調整來自該吐出口之低溫氣體吐出量，進而有效減少管內之氣體溫度之偏分布等。

又，前述燃燒氣體抽氣管之運轉方法，其中可將自多數吐出口各個吐出之低溫氣體之吐出速度，調節在5m/s以上100m/s以下之範圍內。由於，若吐出速度未達5m/s，則吐出之低溫氣體連管之中心部都無法到達，所以不能有效減少管內之氣體溫度之偏分布等，而若吐出速度大於100m/s，則會阻礙管吸引燃燒氣體之順暢，並不適宜。

以上，依本發明，遂可提供能延長管之壽命，及提升除氯能力等性能之燃燒氣體抽氣管及其運轉方法。

用以實施發明之最佳形態

接著，配合參照圖式，說明本發明之實施形態。

第1圖(a)顯示本發明之燃燒氣體抽氣管(以下簡稱「管」)之一實施形態，該管1藉由安裝座4設置在水泥窯之立部5，且大致包含有：內筒2，呈圓筒狀；外筒3，呈圓筒狀且圍繞內筒2；鏡板6，作為環狀之板狀構件且固定在外筒3前端部；冷卻空氣通路8，形成於內筒2與外筒3之間；及，一次冷卻空氣供給口9，將來自冷卻扇(未圖示)之一次冷卻空氣供給至冷卻空氣通路8。管1之下游側之導管11，設有用以冷卻至均一溫度之二次冷卻空氣供給口10。

內筒2係用以藉自吐出口2b導入之一次冷卻空氣(以下稱「冷卻空氣」)C將流經立部5之高溫燃燒氣體G冷卻，並朝箭頭S方向抽氣。該內筒2之入口部2a面向水泥窯之立部5之燃燒氣體流路。吐出口2b在以通過內筒2中心O之鉛直線P為對稱軸之線對稱位置設有2個。

外筒3，形成截面為與內筒2呈同心圓狀之圓筒狀，圍繞內筒2。該外筒3藉由突緣部3a固定在安裝座4。外筒3之內面與內筒2之外面之間，形成有冷卻空氣通路8，且冷卻空氣C自一次冷卻空氣供給口9(以下稱「供給口」)供給至該冷卻空氣通路8，並藉由吐出口2b導入內筒2之內部。

接下來，配合參照第1(b)圖說明本發明特徵部分之吐出口2b。另，第1(b)圖係沿管1之A-A線截面觀看之圖，第1(a)圖之軸線L係描繪成在第1(b)圖中呈與紙面垂直之狀態。

如第1(b)圖所示，吐出口2b左右各配置1個，俾連結吐出口2b之中心2c和內筒2之中心O的直線L1，與通過內筒2之中心O之水平線H所形成之角度為15°。之所以如此配置，源自以下理由。

第2圖顯示前述管1之內部溫度分布之模擬結果。(a)作為對照試驗，將冷卻空氣C之吐出口2b之中心，左右各配置1個在通過內筒2之中心O之水平線H上，朝內筒2之中心O吐出冷卻空氣C時的情形，(b)係左右各配置1個，俾連結冷卻空氣C之吐出口2b之中心和內筒2之中心O的直線，與通過內筒2之中心O之水平線H所形成之角度為30°，如此朝內筒2之中心O吐出冷卻空氣C時的情形，(c)係左右各配置1個，俾連結冷卻空氣C之吐出口2b之中心和內筒2之中心O的直線，與通過內筒2之中心O之水平線H所形成之角度為60°，如此朝內筒2之中心O吐出冷卻空氣C時的情形，(d)係左右各配置1個，俾連結冷卻空氣C之吐出口2b之中心和內筒2之中心O的直線，與通過內筒2之中心O之水平線H所形成之角度為30°，如此朝水平方向吐出冷卻空氣C時的情形。

第2(a)~(d)圖中，立部5之內部與管1之立部5附近之黑色部分係高溫部(約1100℃)，鄰接高溫部之淡色部Y係較前述黑色部分低溫之部分(約600℃)，管1之內部之圖案部分Z係顯示低溫部(約400℃~600℃)，低溫部中顏色越濃，溫度越低。

第2(a)圖之對照中，管1之上方明顯出現淡色部Y，下方較不明顯，所以可知管1之上方之燃燒氣體G之冷卻不夠充分。又，圖案部分Z形成有多數不同顏色之圖案，所以可知管1內之氣體溫度呈偏分布。

接著，第2(b)圖之情形，管1之下方明顯出現淡色部Y，上方較不明顯，所以可知管1之下方之燃燒氣體之冷卻不夠充分。但是，儘管出現圖案部分Z，不過僅有單色圖案，所以可知管1內之氣體溫度之偏分布僅些許。自此結果看來可推知，第2(a)圖與第2(b)圖之中間位置，即，吐出口2b左右各配置1個，俾連結冷卻空氣C之吐出口2b之中心和內筒2之中心O的直線，與通過內筒2之中心O之水平線H所形成之角度約15°，如此時可獲良好結果。

然後，第2(c)圖之情形，管1之下方明顯出現淡色部Y，上方完全未出現，所以清楚可知管1之下方之燃燒氣體之冷卻不夠充分。又，圖案部分Z之區域亦擴大，形成多數不同顏色之圖案，特別是中心部也有濃色部分存在，所以可知管1內之氣體溫度之偏分布頗強。

接著，第2(d)圖之情形，也是管1之下方明顯出現淡色部Y，上方完全未出現，所以清楚可知管1之下方之燃燒氣體之冷卻不夠充分。又，圖案部分Z之區域雖然狹小，但是形成多數不同顏色之圖案，特別是中心部也有濃色部分存在，所以可知管1內之氣體溫度之偏分布頗強。比較此結果與第2(b)圖之結果，可知即使調整吐出口2b之位置，但未朝第1圖所示內筒2之中心O吐出冷卻空氣C，還是未能獲得良好結果。

自前述模擬結果，可知使用第1圖所示之管1時，若將吐出口2b配製成使連結冷卻空氣C之吐出口2b之中心和內筒2之中心O的直線，與通過內筒2之中心O之水平線H所形成之角度約15°，並且自吐出口2b朝內筒2之中心O吐出冷卻空氣C，遂可獲得良好結果。這是如第1圖所示，當觀察管1內之抽氣氣體之速度分布13時，由於上側有速度快之部分集中，速度分布13之重心位置14存在於較管1之物理中心位置(存在於軸線L上)上側，所以可推知將吐出冷卻空氣C之吐出口2b也如此配合配置在較管1之物理中心位置上方遂可獲得良好結果。

接下來，配合參照第1圖及第3圖，說明管1安裝到立部5之安裝角度與吐出口2b之安裝位置之間關係。

第3圖係顯示安裝具有與第1圖所示管1同樣結構之管21，俾相對於立部5之表面之角度θ2較第1圖之θ1小的情形。另，以下省略管21之構成要素的詳細說明。

管21，其軸線L與相對於立部5之表面之角度θ2，即，燃燒氣體G由管21吸引前之流向之間關係較第1圖近於平行，所以管21內之抽氣氣體之偏流程度變小，管21內之抽氣氣體之速度分布22之重心位置23自管21之物理中心位置(存在於軸線L上)朝上方之偏移量Δ2也變得較第1圖朝管1上方之偏移量Δ1小。因此，考慮到該重心位置23之偏移量，在管21，相較於管1之情形吐出口2b配置接近管1之物理中心位置。

另，如前所述，由於管1、21相對於立部5之安裝角度θ1、θ2，吐出口2b之安裝位置亦必須改變，不過當吐出口2b之安裝位置自管1、21之物理中心位置之變位X(參照第1(b)圖)大於管1、21之內徑之30%時，自管1、21之物理中心位置觀之，朝著與燃燒氣體G之速度分布13、22之重心位置14、23之方向相反之方向(內筒2之底面側)的冷卻空氣C供給量會不足，所以宜藉由模擬管1、21之出口溫度設定之最適值來決定。

前述實施形態中，吐出口2b配置在相對於管1、21對燃燒氣體之吸引方向S為垂直之面內的2處，不過亦可配置3處以上。配合參照第4圖，說明此時之配置例。第4(a)~(e)圖，各顯示吐出口2b配置2~6處之例，各圖均顯示相對於管31對燃燒氣體之吸引方向為垂直之截面。

第4(a)圖係吐出口配置2處之例，此時如前述，吐出口2b配置在自管31之物理中心位置O朝燃燒氣體之速度分布之重心位置G之方向移動的位置。在此，來自吐出口2b之冷卻空氣C之吐出方向是管31之物理中心位置O，所以當質量M之冷卻空氣C分別自各吐出口2b以速度V吐出時，運動量向量MV具有如圖示之大小與方向。於是，若合成2個運動量向量MV，將成為向量A，該向量A之方向為鉛直方向朝下。因此，當吐出口2b配置2處時，使吐出口2b自管31之物理中心位置O朝燃燒氣體之速度分布之重心位置G之方向移動，換言之，相當於使自各吐出口2b吐出之冷卻空氣C之運動量向量MV之合成向量A鉛直方向朝下。

第4(b)圖係吐出口配置3處之例，此時吐出口2b，2個配置於與管31之物理中心位置O同水平，1個配置在頂部。在此，當質量M之冷卻空氣C分別自各吐出口2b以速度V吐出時，運動量向量MV具有如圖示之大小與方向。於是，若合成3個運動量向量MV，將成為向量A，該向量A之方向亦為鉛直方向朝下。

第4(c)~(e)圖，顯示吐出口配置4~6個之例，合成自各吐出口2b吐出之冷卻空氣C之運動量向量(於各吐出口2b以箭頭表示)而得之向量A之方向，在第4(d)、(e)圖中為鉛直方向朝下。另一方面，第4(c)圖雖說是吐出口配置4處之例，不過此時水泥窯之裏側(箭頭R方向)之燃燒氣體量多，所以該裏側設有吐出口2b’。因此，合成自各吐出口2b、2b’吐出之冷卻空氣C之運動量向量而得之向量A之方向，非鉛直方向朝下，而是右下方向，且向量A具有鉛直方向朝下之成分。

如上所述，本發明之一特徵在於不論所配置之吐出口2b(也包括2b’)之數量為何，合成自各吐出口2b吐出之冷卻空氣C之運動量向量而得之向量A，均具有鉛直方向朝下之成分。另，自各吐出口2b吐出之冷卻空氣C之量，不必都相同且也無須都以同速度吐出。不論哪一情形，由於合成自各吐出口吐出之冷卻空氣之運動量向量而得之向量均具有鉛直方向朝下之成分，所以可獲得同樣效果。

接著，說明管之安裝角度，即管對燃燒氣體之吸引方向、吸引前之燃燒氣體之流向所形成之角度、與吐出口安裝位置之間關係。

說明第1圖和第3圖中，吐出口2b配置2處時之管1安裝到立部5之安裝角度，與吐出口2b之安裝位置之間關係，在第3圖中，由於燃燒氣體之吸引方向S與燃燒氣體G由管21吸引前之流向之間關係較第1圖近於平行，所以管21內之抽氣氣體之速度分布22之重心位置23自管21之物理中心位置朝上方之偏移量Δ2，變得較第1圖朝管1上方之偏移量Δ1小，故考慮到此重心位置之偏移量，在管21，相較於管1之情形吐出口2b配置接近管1之物理中心位置。換言之，在第3圖中這是相當於使合成自各吐出口2b吐出之冷卻空氣C之運動量向量而成之向量的鉛直方向朝下成分減少。吐出口2b配置3處以上時亦同樣地，燃燒氣體之吸引方向，與由管吸引前之燃燒氣體之流向所形成之角度越近於平行，越須使冷卻空氣C之運動量向量之合成向量之鉛直方向朝下成分減少。

運轉前述管1、21、31時，宜量測冷卻空氣C吐出後之管內溫度分布，並依量測溫度控制自各吐出口2b吐出之冷卻空氣供給量。舉例而言，由附近溫度為最高溫之吐出口2b吐出較多冷卻空氣C。來自吐出口2b之冷卻空氣C之吐出速度，調節在5m/s以上，俾吐出之冷卻空氣C到達管1、21、31之內筒之中心部，且由於過度的速度上升會阻礙燃燒氣體之吸引順暢，故調節在100m/s以下之吐出速度。

又，前述實施形態係說明藉由自管1、21、31之周圍引入之空氣來冷卻高溫燃燒氣體G之情形，不過亦可使用水泥燒成設備中用以使廢棄物(例如都市垃圾焚化灰燼、下水道污泥、建設產生處理土等)乾燥時所產生之含惡臭之換氣空氣等來作為冷卻用氣體。

1,21,31．．．管

2．．．內筒

2a．．．入口部

2b(2b’)．．．吐出口

2c．．．(吐出口之)中心

3．．．外筒

3a．．．突緣部

4．．．安裝座

5．．．立部

6．．．鏡板

8．．．冷卻空氣通路

9．．．一次冷卻空氣供給口

10‧‧‧二次冷卻空氣供給口

11‧‧‧導管

13,22‧‧‧(抽氣氣體之)速度分布

14,23‧‧‧速度分布之重心位置

θ 1,θ 2‧‧‧角度

△1,△2‧‧‧偏移量

A‧‧‧向量

C‧‧‧冷卻空氣

G‧‧‧燃燒氣體

S,R‧‧‧箭頭方向

L‧‧‧軸線

L1‧‧‧直線

H‧‧‧水平線

MV‧‧‧運動量向量

M‧‧‧質量

O‧‧‧中心

P‧‧‧鉛直線

X‧‧‧變位

Y‧‧‧淡色部

Z‧‧‧圖案部分

第1圖(a)~(b)圖係顯示本發明之燃燒氣體抽氣管之一實施形態之部分截斷截面圖。

第2圖(a)~(d)圖係顯示燃燒氣體抽氣管之內部之溫度分布模擬結果之圖式。

第3圖係係顯示本發明之燃燒氣體抽氣管之另一實施形態之部分截斷截面圖。

第4圖(a)~(e)圖係用以說明本發明之燃燒氣體抽氣管之吐出口配置例之概略圖。

1‧‧‧管

2‧‧‧內筒

2a‧‧‧入口部

2b‧‧‧吐出口

2c‧‧‧(吐出口之)中心

3‧‧‧外筒

3a‧‧‧突緣部

4‧‧‧安裝座

5‧‧‧立部

6‧‧‧鏡板

8‧‧‧冷卻空氣通路

9‧‧‧一次冷卻空氣供給口

10‧‧‧二次冷卻空氣供給口

11‧‧‧導管

13‧‧‧(抽氣氣體之)速度分布

14‧‧‧速度分布之重心位置

θ 1‧‧‧角度

△1‧‧‧偏移量

A‧‧‧向量

C‧‧‧冷卻空氣

G‧‧‧燃燒氣體

H‧‧‧水平線

L‧‧‧軸線

L1‧‧‧直線

O‧‧‧中心

P‧‧‧鉛直線

S‧‧‧箭頭方向

Claims (7)

1. 一種燃燒氣體抽氣管，係具有低溫氣體吐出機構者，該低溫氣體吐出機構具有朝相對燃燒氣體之吸引方向呈略直角方向且為該燃燒氣體流之中心方向吐出低溫氣體的多數吐出口，該燃燒氣體抽氣管之特徵在於：合成自前述多數吐出口之各個吐出之低溫氣體之運動量向量而成的向量具有鉛直方向朝下之成分。
2. 如申請專利範圍第1項之燃燒氣體抽氣管，其中若前述燃燒氣體之吸引方向，與該燃燒氣體由該管吸引前之流向所形成之角度越近於直角，前述合成向量之鉛直方向朝下之成分越大，並且若前述燃燒氣體之吸引方向，與該燃燒氣體由該管吸引前之流向越近於平行，前述合成向量之鉛直方向朝下之成分越小。
3. 如申請專利範圍第1或2項之燃燒氣體抽氣管，其中前述吐出口，在相對於該管對前述燃燒氣體之吸引方向為垂直之面內配置有2至6處，且自各吐出口吐出前述低溫氣體總量之10%以上50%以下的低溫氣體。
4. 如申請專利範圍第1項之燃燒氣體抽氣管，其中前述吐出口，在相對於該管對前述燃燒氣體之吸引方向為垂直之面內配置有2處，且配置於該2處之各吐出口，配置在自該管之物理中心位置朝前述燃燒氣體之速度分布之重心位置方向移動的位置。
5. 如申請專利範圍第4項之燃燒氣體抽氣管，其中前述吐出口各個之移動量的最大值為該管之內徑之30%。
6. 一種燃燒氣體抽氣管之運轉方法，係申請專利範圍第1~5項之其中任一項之燃燒氣體抽氣管之運轉方法，其特徵在於：測定前述低溫氣體吐出後之該管內的溫度分布，並自附近溫度為最高溫之吐出口吐出較多低溫氣體。
7. 如申請專利範圍第6項之燃燒氣體抽氣管之運轉方法，其中將自前述多數吐出口各個吐出之低溫氣體的吐出速度，調節在5m/s以上100m/s以下之範圍內。