WO2009113440A1 - 燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法 - Google Patents

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肇 和田
齋藤　紳一郎
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太平洋セメント株式会社
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/60—Methods for eliminating alkali metals or compounds thereof, e.g. from the raw materials or during the burning process; methods for eliminating other harmful components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/008—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices

Definitions

  • the present invention relates to a combustion gas extraction probe and a method of operating the same, and in particular, for extracting chlorine by extracting a part of combustion gas from a kiln exhaust gas passage from a kiln bottom of a cement kiln to a lowermost cyclone.
  • the present invention relates to a combustion gas extraction probe used in a cement kiln chlorine bypass facility and the like, and an operation method thereof.
  • chlorine was a particular problem among chlorine, sulfur, alkali, etc. that would cause problems such as blockage of preheaters in cement production facilities.
  • Chlorine bypass equipment is used to extract some of the chlorine and remove chlorine.
  • the amount of chlorine brought into the cement kiln has increased, making it impossible to increase the capacity of the chlorine bypass facility.
  • a probe is provided in the vicinity of the inlet hood, and an extraction gas processing facility is provided downstream of the probe. Since the tip of the probe is exposed to a high temperature of about 1000 ° C. near the inlet hood, it is necessary to use cast steel having a high heat resistance or to cool the probe with cold air taken from the outside of the inlet hood to protect the probe. .
  • volatile components such as chlorine in the kiln exhaust gas are concentrated to a fine part of the bypass dust by rapidly cooling to about 450 ° C. or less with a probe.
  • the bypass dust is classified into coarse dust with a low volatile component concentration and fine dust with a high volatile component concentration, the coarse dust is returned to the kiln system, and only the fine dust is removed from the system via the chlorine bypass facility. By discharging, the amount of bypass dust can be reduced. Therefore, also from this point, it is necessary to quench the kiln exhaust gas at the probe.
  • Patent Document 1 discloses an inner cylinder through which high-temperature combustion gas flows, an outer cylinder that surrounds the inner cylinder, a low-temperature gas outlet formed in the inner cylinder, an inner cylinder, and an outer cylinder.
  • a combustion gas extraction probe comprising low temperature gas supply means for supplying a low temperature gas to a cylinder and discharging a low temperature gas from a discharge port in a central direction substantially perpendicular to a suction direction of the high temperature combustion gas.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems in the conventional technology, and aims to extend the life of the combustion gas extraction probe and improve the performance of the probe such as the chlorine removal capability. To do.
  • the present invention has a low-temperature gas discharge means comprising a plurality of discharge ports for discharging low-temperature gas in a direction substantially perpendicular to the combustion gas suction direction and in the central direction of the combustion gas flow.
  • a combustion gas extraction probe wherein a vector obtained by synthesizing a momentum vector of a low temperature gas discharged from each of the plurality of discharge ports has a vertically downward component.
  • the vector obtained by synthesizing the momentum vector of the low temperature gas discharged from each of the plurality of discharge ports has a vertically downward component, it is adapted to the degree of drift of the combustion gas and dust.
  • Low temperature gas can be supplied, dust drift and dust collision with the probe components can be minimized, and uneven distribution of gas temperature in the probe can be suppressed. Long life and improved performance can be achieved.
  • the vertically downward component of the composite vector is increased, As the combustion gas suction direction and the flow direction of the combustion gas before suction by the probe approach each other, the vertically downward component of the composite vector can be reduced. As the angle formed between the suction direction of the combustion gas and the flow direction before the suction of the combustion gas by the probe approaches a right angle, the center of gravity position of the combustion gas velocity distribution greatly changes from the physical center position of the probe. The position of the discharge port can be adjusted appropriately according to the magnitude of the change in position.
  • the discharge ports are arranged at 2 to 6 locations in a plane perpendicular to the suction direction of the combustion gas of the probe, and 10% of the total amount of the low-temperature gas from each discharge port. More than 50% of the low temperature gas can be discharged. As a result, low temperature gas can be discharged into the probe in a well-balanced manner as a whole, and uneven distribution of gas temperature in the probe can be effectively reduced.
  • the position of each discharge port can be determined by simulating the cooling state of the combustion gas (temperature distribution in the probe), and the amount of cold air discharged from each discharge port should be adjusted from the measurement result of the temperature distribution. Is preferred.
  • the discharge ports are arranged at two locations in a plane perpendicular to the combustion gas suction direction of the probe, and each of the discharge ports arranged at the two locations is connected to the probe. It can be arranged at a position moved from the physical center position in the direction of the center of gravity of the velocity distribution of the combustion gas. Further, in this combustion gas extraction probe, the maximum value of the movement amount of each of the discharge ports can be set to 30% of the inner diameter of the probe, and when a displacement exceeding 30% of the inner diameter of the probe is given.
  • the amount of low-temperature gas supplied in the direction opposite to the center of gravity of the velocity distribution of the combustion gas when viewed from the physical center position of the probe may be insufficient. It is preferable to decide by such as.
  • the present invention is an operation method of each of the combustion gas extraction probes described above, wherein the temperature distribution in the probe after discharging the low temperature gas is measured, and the temperature in the vicinity is increased from the discharge port having the highest temperature. The low temperature gas is discharged. Thereby, the amount of low-temperature gas discharged from the discharge port can be adjusted according to the temperature near the discharge port, and the uneven distribution of the gas temperature in the probe can be effectively reduced.
  • the discharge speed of the low temperature gas discharged from each of the plurality of discharge ports can be adjusted in the range of 5 m / s to 100 m / s.
  • the discharge speed does not reach 5 m / s, the discharged low-temperature gas does not reach the center of the probe, so the uneven distribution of gas temperature in the probe cannot be effectively reduced, and the discharge speed is high. If it exceeds 100 m / s, there is a possibility that the smooth suction of the combustion gas by the probe may be hindered.
  • FIG. 1A shows an embodiment of a combustion gas extraction probe (hereinafter abbreviated as “probe”) according to the present invention.
  • the probe 1 includes a cylindrical inner cylinder 2 and an inner cylinder 2.
  • end plate 6 as a ring-shaped plate member fixed to the tip of outer cylinder 3, and cooling air passage formed between inner cylinder 2 and outer cylinder 3 8 and a primary cooling air supply port 9 for supplying primary cooling air from a cooling fan (not shown) to the cooling air passage 8 and the like, and is installed on the rising portion 5 of the cement kiln via the mounting seat 4.
  • the duct 11 on the downstream side of the probe 1 is provided with a secondary cooling air supply port 10 for cooling to a uniform temperature.
  • the inner cylinder 2 is provided for extracting the high-temperature combustion gas G flowing through the rising portion 5 in the direction of arrow S while being cooled by primary cooling air (hereinafter referred to as “cooling air”) C introduced from the discharge port 2b. It is done.
  • the inlet 2a of the inner cylinder 2 faces the combustion gas flow path of the rising part 5 of the cement kiln.
  • Two discharge ports 2b are provided at line-symmetrical positions with a vertical line P passing through the center O of the inner cylinder 2 as a symmetry axis.
  • the outer cylinder 3 is formed in a cylindrical shape whose cross section is concentric with the inner cylinder 2 so as to surround the inner cylinder 2.
  • the outer cylinder 3 is fixed to the mounting seat 4 via the flange portion 3a.
  • a cooling air passage 8 is formed between the inner surface of the outer cylinder 3 and the outer surface of the inner cylinder 2, and the cooling air passage 8 is cooled from a primary cooling air supply port 9 (hereinafter referred to as “supply port”). Air C is supplied and introduced into the inner cylinder 2 through the discharge port 2b.
  • FIG. 1B is a view taken along the line AA of the probe 1 and is drawn so that the axis L in FIG. 1A is perpendicular to the paper surface in FIG.
  • the discharge port 2b has an angle formed by a straight line L1 connecting the center 2c of the discharge port 2b and the center O of the inner cylinder 2 and a horizontal line H passing through the center O of the inner cylinder 2.
  • One each is arranged on the left and right so as to be 15 °. The reason for this arrangement is as follows.
  • FIG. 2 shows a simulation result of the temperature distribution inside the probe 1 described above.
  • A As a blank test, the center of the discharge port 2b of the cooling air C is arranged on the horizontal line H passing through the center O of the inner cylinder 2 one each on the left and right, and cooled toward the center O of the inner cylinder 2 When air C is discharged, (b) shows that the angle between the straight line connecting the center of the discharge port 2b of the cooling air C and the center O of the inner cylinder 2 and the horizontal line H passing through the center O of the inner cylinder 2 is 30.
  • the black portion inside the rising portion 5 and in the vicinity of the rising portion 5 of the probe 1 is a high-temperature portion (about 1100 ° C.), and the light-colored portion Y adjacent to the high-temperature portion is
  • the pattern portion Z inside the probe 1 is a lower temperature portion (about 600 ° C.) than the black portion, and shows a low temperature portion (about 400 ° C. to about 600 ° C.). It shows that.
  • the light colored portion Y appears strongly above the probe 1 and weakly appears below the probe 1, indicating that the combustion gas G above the probe 1 is not sufficiently cooled. Further, since a plurality of different color patterns are formed on the pattern portion Z, it can be seen that the gas temperature in the probe 1 is unevenly distributed.
  • the light-colored portion Y appears strongly below the probe 1 and appears weak above, so that the combustion gas below the probe 1 is not sufficiently cooled.
  • the pattern portion Z appears, since it is only a monochromatic pattern, it can be seen that the uneven distribution of the gas temperature in the probe 1 is slight. From this result, an intermediate position between FIG. 2A and FIG. 2B, that is, a straight line connecting the center of the discharge port 2 b of the cooling air C and the center O of the inner cylinder 2, and the center of the inner cylinder 2. It is presumed that good results can be obtained when the discharge ports 2b are arranged one on each of the left and right so that the angle formed with the horizontal line H passing through O is about 15 °.
  • the pattern portion Z is wide, and a plurality of different color patterns can be formed. In particular, there is a dark portion at the center, so that it can be seen that the uneven distribution of the gas temperature in the probe 1 is strong.
  • FIG. 3 shows a case where a probe 21 having the same configuration as that of the probe 1 shown in FIG. 1 is attached so that an angle ⁇ 2 with respect to the surface of the rising portion 5 is smaller than ⁇ 1 in FIG.
  • ⁇ 2 with respect to the surface of the rising portion 5 is smaller than ⁇ 1 in FIG.
  • the probe 21 has an axis L with respect to the angle ⁇ 2 with respect to the surface of the rising portion 5, that is, the relationship with the flow direction of the combustion gas G before being sucked by the probe 21 is closer to parallel than in FIG.
  • the degree of drift of the extracted gas is reduced, and the amount of deviation ⁇ 2 of the center of gravity position 23 of the velocity distribution 22 of the extracted gas in the probe 21 from the physical center position of the probe 21 (existing on the axis L) is ⁇ 2.
  • 1 is smaller than the upward shift amount ⁇ 1 of the probe 1 in FIG. Therefore, in consideration of the shift amount of the center of gravity position 23, the probe 21 is arranged so that the ejection port 2 b is closer to the physical center position of the probe 1 than in the case of the probe 1.
  • the mounting position of the discharge port 2b As described above, it is necessary to change the mounting position of the discharge port 2b according to the mounting angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the rising portion 5 of the probes 1 and 21, but the physical positions of the probes 1 and 21 at the mounting position of the discharge port 2b are also necessary.
  • the displacement X from the center position exceeds 30% of the inner diameter of the probes 1 and 21, the velocity distribution 13 of the combustion gas G is viewed from the physical center position of the probes 1 and 21.
  • 22 may be insufficient in the amount of cooling air C supplied in the direction opposite to the direction of the center of gravity positions 14 and 23 (the bottom surface side of the inner cylinder 2). It is preferable to determine by simulation or the like.
  • the discharge ports 2b are arranged at two locations in a plane perpendicular to the combustion gas suction direction S of the probes 1 and 21, but may be arranged at three or more locations.
  • An arrangement example in this case will be described with reference to FIG. 4A to 4E show examples in which the discharge ports 2b are arranged at 2 to 6 locations, respectively, and each drawing shows a cross section perpendicular to the suction direction of the combustion gas of the probe 31.
  • FIG. 4A is an example in which the discharge ports are arranged at two locations.
  • the discharge port 2b is moved from the physical center position O of the probe 31 to the center of gravity position G of the velocity distribution of the combustion gas as described above. It is located at the position moved in the direction.
  • the discharge direction of the cooling air C from the discharge port 2b is the physical center position O of the probe 31
  • the momentum The vector MV has a size and direction as shown. Therefore, when the two momentum vectors MV are combined, the vector A is obtained, and the direction of the vector A is downward in the vertical direction.
  • the discharge port 2b is moved from the physical center position O of the probe 31 in the direction of the center of gravity position G of the velocity distribution of the combustion gas. This is equivalent to setting the combined vector A of the momentum vector MV of the cooling air C discharged from the vertical direction downward.
  • FIG. 4B is an example in which the discharge ports are arranged at three locations.
  • two discharge ports 2b are arranged at the same level as the physical center position O of the probe 31, and one is arranged on the ceiling.
  • the momentum vector MV has a size and a direction as illustrated. Therefore, when the three momentum vectors MV are combined, the vector A is obtained, and the direction of the vector A is also downward in the vertical direction.
  • FIG. 4C to 4E are examples in which the discharge ports are arranged at four to six locations, and the momentum vectors of the cooling air C discharged from the discharge ports 2b (indicated by arrows at the discharge ports 2b).
  • the direction of the vector A obtained by the synthesis is downward in the vertical direction in FIGS. 4 (d) and 4 (e).
  • FIG. 4C is an example in which the discharge ports are arranged at four locations. In this case, since the amount of combustion gas on the back side of the cement kiln (in the direction of arrow Y) is large, the discharge port 2b ′ on the back side. Is provided.
  • the direction of the vector A obtained by combining the momentum vectors of the cooling air C discharged from the discharge ports 2b and 2b ′ is not the downward direction in the vertical direction, but the lower right direction, and the vector A is in the vertical direction. Has a downward component.
  • the vector A obtained by synthesizing the momentum vector of the cooling air C discharged from each discharge port 2b is downward in the vertical direction regardless of the number of the discharge ports 2b (including 2b ′) arranged. It is characterized by having an ingredient.
  • the amount of cooling air C discharged from each discharge port 2b does not have to be the same and does not have to be discharged at the same speed. In any case, the same effect can be obtained because the vector obtained by synthesizing the momentum vector of the cooling air discharged from each discharge port has a vertically downward component.
  • this corresponds to reducing the vertically downward component of the vector obtained by synthesizing the momentum vector of the cooling air C from each discharge port 2 b.
  • the momentum vector of the cooling air C is synthesized as the angle formed between the suction direction of the combustion gas and the flow direction of the combustion gas before suction by the probe becomes closer to parallel. It is necessary to reduce the downward component of the vector in the vertical direction.
  • the temperature distribution in the probe after cooling air C is discharged is measured, and the cooling air supply amount from each discharge port 2b is controlled according to the measured temperature. Is preferred. For example, more cooling air C is discharged from the discharge port 2b having the highest temperature in the vicinity.
  • the discharge speed of the cooling air C from the discharge port 2b is set to 5 m / s or more so that the discharged cooling air C reaches the center of the inner cylinder of the probes 1, 21, and 31, and the excessive increase in speed is a smooth combustion gas. Therefore, the discharge speed is adjusted to 100 m / s or less.
  • waste for example, municipal waste incineration ash, Ventilation air containing bad odor generated when drying sewage sludge, construction generation treated soil, etc.
  • the cooling gas for example, municipal waste incineration ash, Ventilation air containing bad odor generated when drying sewage sludge, construction generation treated soil, etc.

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Abstract

【課題】燃焼ガス抽気プローブの長寿命化、及び該プローブの塩素除去能力等の性能の向上を図る。 【解決手段】燃焼ガスＧの吸引方向Ｓに対して略々直角方向、かつ燃焼ガス流れの中心方向に低温ガスＣを吐出する複数の吐出口２ｂを備える低温ガス吐出手段を有する燃焼ガス抽気プローブ１であって、複数の吐出口の各々から吐出される低温ガスの運動量ベクトルＭＶを合成したベクトルＡが鉛直方向下向きの成分を有する燃焼ガス抽気プローブ。燃焼ガスの吸引方向と、燃焼ガスのプローブによる吸引前の流れ方向とのなす角度が直角に近づく程、合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を大きくし、燃焼ガスの吸引方向と、燃焼ガスのプローブによる吸引前の流れ方向とが平行に近づく程、合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を小さくする。吐出口は、プローブの燃焼ガスの吸引方向に対して垂直な面内の２乃至６箇所に配置することができる。

Description

燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法
　本発明は、燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法に関し、特に、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去するためのセメントキルン塩素バイパス設備等に使用される燃焼ガス抽気プローブと、その運転方法に関する。
　従来、セメント製造設備におけるプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの入口フード付近より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。また、近年の塩素含有リサイクル資源の活用量の増加に伴い、セメントキルンに持ち込まれる塩素の量が増加し、塩素バイパス設備の能力の増大が不可避となっている。
　この塩素バイパス設備には、上記入口フード付近より燃焼ガスの一部を抽気するため、入口フード付近にプローブを突設し、このプローブの後段に抽気ガス処理設備が設けられている。このプローブの先端は、入口フード付近で１０００℃程度の高温に晒されるため、耐熱度の高い鋳鋼を使用したり、入口フードの外部から取り入れた冷風等によって冷却してプローブを保護する必要がある。
　また、キルン排ガス中の塩素等の揮発性成分は、プローブで４５０℃程度以下に急冷することによって、バイパスダストの微粉部分に濃縮されるため、後段のガス抽気排出設備にサイクロン等の分級手段を配置し、バイパスダストを揮発性成分濃度の低い粗粉ダストと、揮発性成分濃度の高い微粉ダストに分級し、粗粉ダストはキルン系に戻し、微粉ダストのみ塩素バイパス設備を介して系外に排出することにより、バイパスダスト量を低減することができる。そのため、この点からも、プローブにおいてキルン排ガスを急冷することが必要である。
　上記の点に鑑み、特許文献１には、高温の燃焼ガスが流れる内筒と、内筒を囲繞する外筒と、内筒に穿設された低温のガスの吐出口と、内筒と外筒との間に低温のガスを供給し、吐出口から低温のガスを、高温の燃焼ガスの吸引方向に対して略々直角中心方向に吐出させる低温ガス供給手段とを備える燃焼ガス抽気プローブが記載されている。
国際公開ＷＯ２００５／０５０１１４号パンフレット
　しかし、特許文献１に記載の燃焼ガス抽気プローブ等、高い塩素除去能力を有する直交流冷却型プローブを用いた場合でも、プローブの設置角度等の設置条件によっては、抽気対象の燃焼ガスや、該燃焼ガスに含まれるダストがプローブ内又は二次混合冷却器において偏流を起こし、プローブの摩耗や、プローブ内のガス温度の偏分布を誘発し、プローブの寿命の短縮化や、性能の低下の原因となっていた。
　また、プローブの摩耗や、プローブ内のガス温度の偏分布を防止するため、摩擦防止板や偏流防止板を設置することも行われているが、期待された程の効果を得ることができなかった。
　そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、燃焼ガス抽気プローブの長寿命化、及び該プローブの塩素除去能力等の性能の向上を図ることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は、燃焼ガスの吸引方向に対して略々直角方向、かつ該燃焼ガス流れの中心方向に低温ガスを吐出する複数の吐出口を備える低温ガス吐出手段を有する燃焼ガス抽気プローブであって、前記複数の吐出口の各々から吐出される低温ガスの運動量ベクトルを合成したベクトルが鉛直方向下向きの成分を有することを特徴とする。
　そして、本発明によれば、複数の吐出口の各々から吐出される低温ガスの運動量ベクトルを合成したベクトルが鉛直方向下向きの成分を有するように構成したため、燃焼ガスやダストの偏流の程度に合わせて低温ガスを供給することができ、ダストの偏流や、プローブの構成部品へのダストの衝突を最小限に抑えることができるとともに、プローブ内のガス温度の偏分布を抑えることもでき、プローブの長寿命化、性能の向上を図ることができる。
　上記燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記燃焼ガスの吸引方向と、該燃焼ガスの該プローブによる吸引前の流れ方向とのなす角度が直角に近づく程、前記合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を大きくし、前記燃焼ガスの吸引方向と、該燃焼ガスの該プローブによる吸引前の流れ方向とが平行に近づく程、前記合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を小さくすることができる。燃焼ガスの吸引方向と、燃焼ガスのプローブによる吸引前の流れ方向とのなす角度が直角に近づく程、燃焼ガスの速度分布の重心位置が該プローブの物理的中心位置から大きく変化するため、重心位置の変化の大きさに合わせて吐出口の位置を適切に調整することができる。
　上記燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記吐出口を、該プローブの前記燃焼ガスの吸引方向に対して垂直な面内の２乃至６箇所に配置し、各々の吐出口から前記低温ガスの全量の１０％以上５０％以下の低温ガスが吐出されるように構成することができる。これにより全体的にバランスよくプローブ内に低温ガスを吐出することができ、プローブ内のガス温度の偏分布等を効果的に低減することができる。尚、各吐出口の位置は、燃焼ガスの冷却状況（プローブ内の温度分布）をシミュレーションして決定することができ、各吐出口から吐出する冷風量は、温度分布の測定結果から調整することが好ましい。
　上記燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記吐出口を、該プローブの前記燃焼ガスの吸引方向に対して垂直な面内の２箇所に配置し、該２箇所に配置した吐出口の各々を、該プローブの物理的中心位置から前記燃焼ガスの速度分布の重心位置方向へ移動した位置に配置することができる。また、この燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記吐出口の各々の移動量の最大値を、該プローブの内径の３０％とすることができ、プローブの内径の３０％を超える変位を与えた場合には、該プローブの物理的中心位置から見て、燃焼ガスの速度分布の重心位置方向とは逆方向への低温ガスの供給量が不足する場合があるので、プローブの出口温度設定による最適値をシミュレーションなどにより決定していくことが好ましい。
　また、本発明は、上記各々の燃焼ガス抽気プローブの運転方法であって、前記低温ガスの吐出後の該プローブ内の温度分布を測定し、付近の温度が最も高温である吐出口からより多くの低温ガスを吐出することを特徴とする。これにより、吐出口付近の温度に応じて該吐出口からの低温ガス吐出量を調整することができ、効果的にプローブ内のガス温度の偏分布等を低減することができる。
　上記燃焼ガス抽気プローブの運転方法において、複数の吐出口の各々の吐出口から吐出される低温ガスの吐出速度を、５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下の範囲で調節することができる。吐出速度が５ｍ／ｓに達しない場合には、吐出した低温ガスがプローブの中心部まで届かないため、プローブ内のガス温度の偏分布等を効果的に低減することができず、吐出速度が１００ｍ／ｓを超えると、プローブによる燃焼ガスの円滑な吸引を阻害する虞があるため好ましくない。
　以上のように、本発明によれば、プローブの長寿命化、及び塩素除去能力等の性能の向上を図ることが可能な燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法を提供することができる。
  次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１（ａ）は、本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブ（以下、「プローブ」と略称する）の一実施の形態を示し、このプローブ１は、円筒状の内筒２と、内筒２を囲繞する円筒状の外筒３と、外筒３の先端部に固定された、リング状の板状部材としての鏡板６と、内筒２と外筒３との間に形成された冷却空気通路８と、冷却ファン（不図示）からの一次冷却空気を冷却空気通路８に供給する一次冷却空気供給口９等を備え、セメントキルンの立上り部５に取付座４を介して設置される。プローブ１の下流側のダクト１１には、均一な温度に冷却するための二次冷却空気供給口１０が設けられる。
　内筒２は、立上り部５を流れる高温の燃焼ガスＧを、吐出口２ｂから導入された一次冷却空気（以下、「冷却空気」という）Ｃによって冷却しながら矢印Ｓ方向に抽気するために備えられる。この内筒２の入口部２ａは、セメントキルンの立上り部５の燃焼ガス流路に面する。吐出口２ｂは、内筒２の中心Ｏを通る鉛直線Ｐを対称軸として線対称の位置に２つ設けられる。
　外筒３は、内筒２を囲繞するように、断面が内筒２と同心円状の円筒状に形成される。この外筒３は、フランジ部３ａを介して取付座４に固定される。外筒３の内面と、内筒２の外面との間には、冷却空気通路８が形成され、この冷却空気通路８に、一次冷却空気供給口９（以下、「供給口」という）から冷却空気Ｃが供給され、吐出口２ｂを介して内筒２の内部に導入される。
　次に、本発明の特徴部分である吐出口２ｂの取付位置について、図１（ｂ）を参照しながら説明する。尚、図１（ｂ）は、プローブ１のＡ－Ａ矢視図であって、図１（ａ）における軸線Ｌが、図１（ｂ）において紙面に垂直になるように描いている。
　図１（ｂ）に示すように、吐出口２ｂは、吐出口２ｂの中心２ｃと内筒２の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１と、内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈとのなす角が１５°になるように左右に各々１つずつ配置される。このような配置としたのは、以下の理由による。
　図２は、上述のプローブ１の内部の温度分布のシミュレーション結果を示す。（ａ）は、ブランクテストとして、冷却空気Ｃの吐出口２ｂの中心を内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈ上に左右に各々１つずつ配置し、内筒２の中心Ｏに向かって冷却空気Ｃを吐出した場合、（ｂ）は、冷却空気Ｃの吐出口２ｂの中心と内筒２の中心Ｏとを結ぶ直線と、内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈとのなす角が３０°になるように左右に各々１つずつ配置し、内筒２の中心Ｏに向かって冷却空気Ｃを吐出した場合、（ｃ）は、冷却空気Ｃの吐出口２ｂの中心と内筒２の中心Ｏとを結ぶ直線と、内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈとのなす角が６０°になるように左右に各々１つずつ配置し、内筒２の中心Ｏに向かって冷却空気Ｃを吐出した場合、（ｄ）は、冷却空気Ｃの吐出口２ｂの中心と内筒２の中心Ｏとを結ぶ直線と、内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈとのなす角が３０°になるように左右に各々１つずつ配置し、水平方向に冷却空気Ｃを吐出した場合を示す。
　図２（ａ）～（ｄ）において、立上り部５の内部と、プローブ１の立上り部５近傍の黒色部分は、高温部（１１００℃程度）であって、高温部に隣接する淡色部Ｙは、上記黒色部より低温の部分（６００℃程度）であって、プローブ１の内部の模様部分Ｚは、低温部（４００℃～６００℃程度）を示し、低温部は色が濃い程温度が低いことを示す。
　図２（ａ）のブランクでは、プローブ１の上方に強く淡色部Ｙが現れ、下方には弱く現れていることから、プローブ１の上方の燃焼ガスＧの冷却が不十分であることが判る。また、模様部分Ｚに複数の異なる色の模様ができていることから、プローブ１内のガス温度が偏分布していることが判る。
　次に、図２（ｂ）の場合には、プローブ１の下方に強く淡色部Ｙが現れ、上方には弱く現れていることから、プローブ１の下方の燃焼ガスの冷却が不十分であることが判る。但し、模様部分Ｚが現れているものの、単色の模様のみであるため、プローブ１内のガス温度の偏分布は僅かであることが判る。この結果から、図２（ａ）と図２（ｂ）の中間的な位置、すなわち、冷却空気Ｃの吐出口２ｂの中心と内筒２の中心Ｏとを結ぶ直線と、内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈとのなす角が１５°程度になるように、左右に各々１つずつ吐出口２ｂを配置した場合には良好な結果が得られることが推測される。
　次に、図２（ｃ）の場合には、プローブ１の下方に強く淡色部Ｙが現れ、上方には全く現れていないことから、明らかにプローブ１の下方の燃焼ガスの冷却が不十分であることが判る。また、模様部分Ｚの領域も広く、複数の異なる色の模様ができ、特に中心部には濃い部分も存在するため、プローブ１内のガス温度の偏分布が強いことも判る。
　次に、図２（ｄ）の場合にも、プローブ１の下方に強く淡色部Ｙが現れ、上方には全く現れていないことから、明らかにプローブ１の下方の燃焼ガスの冷却が不十分であることが判る。また、模様部分Ｚの領域は狭いものの、複数の異なる色の模様ができ、特に中心部には濃い部分も存在するため、プローブ１内のガス温度の偏分布が強いことも判る。この結果と、図２（ｂ）の結果を比較することにより、吐出口２ｂの位置を調整しても、図１に示した内筒２の中心Ｏに向かって冷却空気Ｃを吐出しなければ、良好な結果が得られないことが判る。
　上記シミュレーション結果より、図１に示したプローブ１を用いた場合には、冷却空気Ｃの吐出口２ｂの中心と内筒２の中心Ｏとを結ぶ直線と、内筒２の中心Ｏを通る水平線Ｈとのなす角が１５°程度になるように吐出口２ｂを配置するとともに、内筒２の中心Ｏに向かって吐出口２ｂから冷却空気Ｃを吐出することにより良好な結果が得られることが判った。これは、図１に示すように、プローブ１内の抽気ガスの速度分布１３を見ると、上側に速度の大きい部分が集まり、速度分布１３の重心位置１４がプローブ１の物理的中心位置（軸線Ｌ上に存在する）より上側に存在するため、冷却空気Ｃを吐出するための吐出口２ｂも、これに合わせてプローブ１の物理的中心位置より上方に配置することで好結果が得られるものと推察される。
　次に、立上り部５へのプローブ１の取付角度と、吐出口２ｂの取付位置との関係について、図１及び図３を参照しながら説明する。
　図３は、図１に示したプローブ１と同様の構成を有するプローブ２１を立上り部５の表面に対する角度θ２が図１におけるθ１より小さくなるように取り付けた場合を示している。尚、以下、プローブ２１の構成要素についての詳細説明は省略する。
　プローブ２１は、その軸線Ｌが立上り部５の表面に対する角度θ２、すなわち、燃焼ガスＧのプローブ２１による吸引前の流れ方向との関係が図１よりも平行に近づいている分、プローブ２１内での抽気ガスの偏流の程度が小さくなり、プローブ２１内の抽気ガスの速度分布２２の重心位置２３の、プローブ２１の物理的中心位置（軸線Ｌ上に存在する）から上方へのずれ量Δ２が、図１のプローブ１の上方へのずれ量Δ１よりも小さくなる。そのため、この重心位置２３のずれ量を考慮し、プローブ２１においては、プローブ１の場合と比較して吐出口２ｂをプローブ１の物理的中心位置に近づくように配置する。
　尚、上述のように、プローブ１、２１の立上り部５に対する取付角度θ１、θ２により吐出口２ｂの取付位置も変更する必要があるが、吐出口２ｂの取付位置のプローブ１、２１の物理的中心位置からの変位Ｘ（図１（ｂ）参照）がプローブ１、２１の内径の３０％を超える場合には、プローブ１、２１の物理的中心位置から見て、燃焼ガスＧの速度分布１３、２２の重心位置１４、２３の方向とは逆方向（内筒２の底面側）への冷却空気Ｃの供給量が不足する場合があるので、プローブ１、２１の出口温度設定による最適値をシミュレーションなどにより決定していくことが好ましい。
　上記実施の形態においては、吐出口２ｂを、プローブ１、２１の燃焼ガスの吸引方向Ｓに対して垂直な面内の２箇所に配置したが、３箇所以上に配置することも可能である。この場合の配置例について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）～（ｅ）は、各々吐出口２ｂを２～６箇所に配置した例を示し、各図とも、プローブ３１の燃焼ガスの吸引方向に対して垂直な断面を示している。
　図４（ａ）は、吐出口を２箇所に配置した例であり、この場合、上述のように、吐出口２ｂをプローブ３１の物理的中心位置Ｏから燃焼ガスの速度分布の重心位置Ｇの方向へ移動した位置に配置している。ここで、吐出口２ｂからの冷却空気Ｃの吐出方向は、プローブ３１の物理的中心位置Ｏであるため、各吐出口２ｂから各々質量Ｍの冷却空気Ｃが速度Ｖで吐出された場合、運動量ベクトルＭＶは、図示のような大きさと方向を有する。そこで、２つの運動量ベクトルＭＶを合成すると、ベクトルＡとなり、このベクトルＡの方向は鉛直方向下向きとなる。従って、吐出口２ｂを２箇所に配置した場合、吐出口２ｂをプローブ３１の物理的中心位置Ｏから燃焼ガスの速度分布の重心位置Ｇの方向へ移動させることは、言い換えれば、各吐出口２ｂから吐出される冷却空気Ｃの運動量ベクトルＭＶの合成ベクトルＡを鉛直方向下向きとすることに相当する。
　図４（ｂ）は、吐出口を３箇所に配置した例であり、この場合、吐出口２ｂは、プローブ３１の物理的中心位置Ｏと同じレベルに２個、天井部に１個配置している。ここで、各吐出口２ｂから各々質量Ｍの冷却空気Ｃが速度Ｖで吐出された場合、運動量ベクトルＭＶは、図示のような大きさと方向を有する。そこで、３つの運動量ベクトルＭＶを合成すると、ベクトルＡとなり、このベクトルＡの方向も鉛直方向下向きとなる。
　図４（ｃ）～（ｅ）は、吐出口を４～６箇所に配置した例であり、各吐出口２ｂから吐出された冷却空気Ｃの運動量ベクトル（各吐出口２ｂにおいて矢印で示す）を合成して得られたベクトルＡの方向は、図４（ｄ）、（ｅ）において鉛直方向下向きとなる。一方、図４（ｃ）は、吐出口を４箇所に配置した例であるが、この場合セメントキルンの奥側（矢印Ｙの方向）の燃焼ガス量が多いため、奥側に吐出口２ｂ’を設けている。このため、各吐出口２ｂ、２ｂ’から吐出された冷却空気Ｃの運動量ベクトルを合成して得られたベクトルＡの方向は、鉛直方向下向きではなく、右下方向となり、ベクトルＡは、鉛直方向下向きの成分を有する。
　以上のように、本発明では、配置する吐出口２ｂ（２ｂ’も含む）の数に関わらず、各吐出口２ｂから吐出される冷却空気Ｃの運動量ベクトルを合成したベクトルＡが鉛直方向下向きの成分を有することを特徴としている。尚、各吐出口２ｂから吐出される冷却空気Ｃの量は、同一である必要はなく、また同速度で吐出しなくともよい。いずれの場合でも、各吐出口から吐出される冷却空気の運動量ベクトルを合成して得られるベクトルが鉛直方向下向きの成分を有することで同様の効果を得ることができる。
　次に、プローブの取付角度、すなわちプローブによる燃焼ガスの吸引方向と、吸引前の燃焼ガスの流れ方向とのなす角と、吐出口の取付位置との関係について説明する。
　図１と図３において、吐出口２ｂを２箇所に配置した場合の立上り部５へのプローブ１の取付角度と、吐出口２ｂの取付位置との関係について説明し、図３では、燃焼ガスの吸引方向Ｓと、燃焼ガスＧのプローブ２１による吸引前の流れ方向との関係が図１よりも平行に近づいている分、プローブ２１内の抽気ガスの速度分布２２の重心位置２３の、プローブ２１の物理的中心位置から上方へのずれ量Δ２が、図１のプローブ１の上方へのずれ量Δ１よりも小さくなるため、この重心位置のずれ量を考慮し、プローブ２１においては、プローブ１の場合と比較して吐出口２ｂをプローブ１の物理的中心位置に近づくように配置した。これは、言い換えれば、図３では、各吐出口２ｂからの冷却空気Ｃの運動量ベクトルを合成したベクトルの鉛直方向下向きの成分を小さくしたことに相当する。吐出口２ｂを３箇所以上に配置した場合も同様に、燃焼ガスの吸引方向と、プローブによる吸引前の燃焼ガスの流れ方向とのなす角度が平行に近づく程、冷却空気Ｃの運動量ベクトルの合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を小さくする必要がある。
　上記プローブ１、２１、３１を運転する際には、冷却空気Ｃの吐出後のプローブ内の温度分布を測定し、測定温度に応じて各々の吐出口２ｂからの冷却空気供給量を制御することが好ましい。例えば、付近の温度が最も高温である吐出口２ｂからより多くの冷却空気Ｃを吐出する。吐出口２ｂからの冷却空気Ｃの吐出速度は、吐出した冷却空気Ｃがプローブ１、２１、３１の内筒の中心部まで届くように５ｍ／ｓ以上とし、過度の速度上昇は円滑な燃焼ガスの吸引を阻害する虞があるため、１００ｍ／ｓ以下の吐出速度となるように調節する。
　また、上記実施の形態においては、高温の燃焼ガスＧをプローブ１、２１、３１の周囲から取り入れた空気によって冷却する場合について説明したが、セメント焼成設備において廃棄物（例えば、都市ごみ焼却灰、下水汚泥、建設発生処理土等）を乾燥する際に発生する悪臭を含む換気空気等を冷却用ガスとして用いることもできる。
本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの一実施の形態を示す一部破断断面図である。 燃焼ガス抽気プローブの内部の温度分布のシミュレーション結果を示す図である。 本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの他の実施の形態を示す一部破断断面図である。 本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの吐出口の配置例を説明するための概略図である。
符号の説明
１　プローブ
２  内筒
２ａ  入口部
２ｂ（２ｂ’）　吐出口
２ｃ　（吐出口の）中心
３  外筒
３ａ　フランジ部
４  取付座
５  立上り部
６  鏡板
８  冷却空気通路
９  一次冷却空気供給口
１０　二次冷却空気供給口
１１  ダクト
１３  （抽気ガスの）速度分布
１４  速度分布の重心位置
２１  プローブ
２２  （抽気ガスの）速度分布
２３  速度分布の重心位置
３１  プローブ

Claims (7)

  1. 　燃焼ガスの吸引方向に対して略々直角方向、かつ該燃焼ガス流れの中心方向に低温ガスを吐出する複数の吐出口を備える低温ガス吐出手段を有する燃焼ガス抽気プローブであって、
    　前記複数の吐出口の各々から吐出される低温ガスの運動量ベクトルを合成したベクトルが鉛直方向下向きの成分を有することを特徴とする燃焼ガス抽気プローブ。
  2. 　前記燃焼ガスの吸引方向と、該燃焼ガスの該プローブによる吸引前の流れ方向とのなす角度が直角に近づく程、前記合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を大きくし、前記燃焼ガスの吸引方向と、該燃焼ガスの該プローブによる吸引前の流れ方向とが平行に近づく程、前記合成ベクトルの鉛直方向下向きの成分を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の燃焼ガス抽気プローブ。
  3. 　前記吐出口は、該プローブの前記燃焼ガスの吸引方向に対して垂直な面内の２乃至６箇所に配置され、各々の吐出口から前記低温ガスの全量の１０％以上５０％以下の低温ガスが吐出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼ガス抽気プローブ。
  4. 　前記吐出口は、該プローブの前記燃焼ガスの吸引方向に対して垂直な面内の２箇所に配置され、該２箇所に配置された吐出口の各々は、該プローブの物理的中心位置から前記燃焼ガスの速度分布の重心位置方向へ移動した位置に配置されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の燃焼ガス抽気プローブ。
  5. 　前記吐出口の各々の移動量の最大値を、該プローブの内径の３０％とすることを特徴とする請求項４に記載の燃焼ガス抽気プローブ。
  6. 　請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法であって、
    　前記低温ガスの吐出後の該プローブ内の温度分布を測定し、付近の温度が最も高温である吐出口からより多くの低温ガスを吐出することを特徴とする燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
  7. 　前記複数の吐出口の各々の吐出口から吐出される低温ガスの吐出速度を、５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下の範囲で調節することを特徴とする請求項６に記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
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