JP6362219B2

JP6362219B2 - ガスの冷却方法及び装置

Info

Publication number: JP6362219B2
Application number: JP2015045624A
Authority: JP
Inventors: 雄哉佐野; 肇和田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2035-03-09
Also published as: JP2016166684A

Description

本発明は、ガスの冷却方法及び装置に関し、特に、セメントキルンの窯尻等から燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去するための塩素バイパスシステム等に使用されるガスの冷却方法等に関する。

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を除去するために塩素バイパスシステムが用いられている。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、塩素バイパスシステムの能力の増大が不可避となっている。

この塩素バイパスシステムは、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するため、入口フード付近にプローブを突設し、プローブの後段に抽気ガス処理設備が設けられている。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、プローブを熱損傷から保護する必要がある。また、入口フード部におけるプローブの設置スペースに制約があるため、プローブの小型化が望まれる。

そこで、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提案されている。

上記塩素バイパスシステムでは、プローブで抽気ガスを直接３５０℃程度以下に急冷することで、抽気ガス中の塩素等の揮発性成分をバイパスダストの微粉部分に効率よく濃縮させている。しかし、近年の塩素バイパスシステムの大型化に伴うプローブの大型化を避けるため、特許文献２に記載のように、２段階の直接冷却システムを採用し、プローブで抽気ガスを４５０℃〜５５０℃に冷却した後、２段目で３５０℃程度まで冷却することも行われている。

特許第４７４４２９９号公報特開２０１１−０５６４３４号公報

上記塩素バイパスシステムの２段目における抽気ガスの冷却においても、上記特許文献１に記載の高い塩素除去能力を有する冷却方法を適用することができるが、抽気ガスに対して相対的に低温ガスの量が少ないことと、圧損の増加を抑制するために抽気ガスの流路径を大きくしているため、冷却能力が低下する傾向にあった。

一方、塩素バイパスシステムの能力を増強するにあたり、設備コストを低く抑えるため、プローブや２段階の直接冷却によって抽気ガスを冷却した後、抽気ガス処理設備を分岐させ、段階的に分岐系統を増設することで対応している。そのため、直接冷却後の抽気ガスは各々の分岐系統で固気分離処理されるが、設備保護の観点からもすべての分岐系統において抽気ガスを３５０℃程度以下になるように冷却風量を制御している。

しかし、上記冷却能力の低下により、直接冷却風量が増大する傾向にあった。そのため、抽気ガス量が低下したり、これを補うためにファンを増速した場合は塩素バイパス排ガス量が増大し、排ガスをセメントキルンに付設されるプレヒータに戻した場合の熱損失が増大するという問題があった。これを回避するため、分岐系統の各々における抽気ガス温度を制御しながら低温ガスを吐出させることも考えられるが、刻々と変化する燃焼ガスの偏流に対応して低温ガス量を制御するシステム等が必要となり、設備コスト及び運転コストの増大に繋がる。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで効率よくガスを冷却する方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ガスの冷却方法であって、高温のガスの流れ方向に対して実質的に垂直な同一面上に、低温のガスを前記高温ガスの流れに吐出するための吐出口を複数設け、前記高温ガスの流れにおける前記複数の吐出口が存在する同一面の近傍の領域を複数の独立した流路に分割し、該分割した流路の各々に前記複数の吐出口の各々から前記低温ガスを吐出して前記高温ガスを冷却することを特徴とする。

本発明によれば、分割して流路径を小さくした各々に低温ガスを吐出することにより、分割した流路を流れる各々の高温ガスとの混合性が改善されるため、効率よく高温ガスを冷却することができる。また、高温ガスは、分割流路で冷却された後、分割流路の下流側で合流するため、各分割流路間に温度差が生じても均一な温度となり、後段に冷却後のガスの処理系統が分岐している場合でも、各々の分岐系統毎に低温ガス量を制御する必要がなく、設備コスト等の上昇を回避できる。さらに、複数の吐出口が存在する同一面の近傍の領域のみを分割したため、圧力損失を最小限に抑えることができる。

上記ガスの冷却方法において、前記複数の吐出口を前記高温ガス流れに沿って複数段設け、前記高温ガスの最下流側における前記複数の吐出口の近傍の領域のみを複数の独立した流路に分割することができる。これによって、簡易な構成により、最下流の複数の吐出口の後段に冷却後のガスの処理系統が分岐している場合等に対応することができる。

上記ガスの冷却方法において、前記高温ガスは、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気されるセメントキルン排ガスの一部とすることができ、塩素バイパスシステムにおいて、設備コスト及び運転コストの増加を最小限に抑えながら塩素バイパスシステムの能力を増強することができる。

また、本発明は、ガスの冷却装置であって、高温のガスが流れる流路と、該高温ガスの流れ方向に対して実質的に垂直な同一面上に、低温のガスを前記高温ガスの流れに吐出するための複数の吐出口と、前記高温ガスの流れにおける前記複数の吐出口が存在する同一面の近傍の領域を複数の独立した流路に分割する分割板とを備え、該分割板によって分割された流路の各々に前記複数の吐出口の各々から前記低温ガスを吐出して前記高温ガスを冷却することを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様に、効率よく高温ガスを冷却することができ、後段に冷却後のガスの処理系統が分岐している場合でも、各々の分岐系統毎に低温ガス量を制御する必要がなく、設備コスト等の上昇を回避でき、圧力損失を最小限に抑えることができる。

上記ガスの冷却装置において、前記分割板の前記流路の軸線方向の長さを、前記吐出口の開口径の１倍以上１０倍以下となるように構成することができる。これにより、冷却性能の向上と圧力損失の低減のバランスを最適化することができる。

上記ガスの冷却装置において、前記複数の吐出口を、前記高温ガス流れに沿って複数段配置し、前記分割板を、前記高温ガスの最下流側における前記複数の吐出口の近傍にのみ配置することができ、簡易な構成により、最下流の複数の吐出口の後段に冷却後のガスの処理系統が分岐している場合等に対応することができる。

上記ガスの冷却装置を、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からセメントキルン排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブの下流側に配置することができ、塩素バイパスシステムにおいて、設備コスト及び運転コストの増加を最小限に抑えながら塩素バイパスシステムの能力を増強することができる。

以上のように、本発明によれば、低コストで効率よくガスを冷却することができる。

本発明に係るガスの冷却装置を備える塩素バイパスシステムを示す全体構成図である。図１に示す２次冷却器の全体構成を示す図であって、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下では、本発明に係るガスの冷却方法及び装置を塩素バイパスシステムに適用した場合を例にとって説明する。

図１は、本発明に係るガスの冷却装置を備える塩素バイパスシステムを示し、このシステム１は、セメントキルン２の窯尻からプレヒータの最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼排ガスの一部（図中符号Ｇ）を抽気するプローブ３と、プローブ３内に冷風Ａ１を供給して燃焼排ガスＧを急冷する冷却ファン４と、抽気ガスＧ１をさらに冷却する２次冷却器５と、２次冷却ガスＧ２を粗粉Ｄ１と、塩素分が偏在している微粉Ｄ２を含む排ガスＧ３とに分離するサイクロン７と、排ガスＧ３を冷却する冷却器８と、排ガスＧ３に含まれる微粉Ｄ４を回収するバッグフィルタ１０と、冷却器８で回収された微粉Ｄ３と上記微粉Ｄ４とを塩素バイパスダストＤ５として貯留するダストタンク１１、排気ファン１２等で構成される。ここで、２次冷却器５が本発明に係るガスの冷却装置に相当する。

上記プローブ３、冷却ファン４、サイクロン７、冷却器８、バッグフィルタ１０、ダストタンク１１及び排気ファン１２は、従来の塩素バイパスシステムに用いられている装置であって、これらについての詳細説明を省略する。

２次冷却器５は、図２に詳細に示すように、プローブ３の出口ダクト（内筒の出口）に接続され、流入口５ｂ及び流出口５ｃを有する本体５ａと、抽気ガス（高温ガス）Ｇ１の流れ方向に対して実質的に垂直な同一面５ｇ（図２（ｃ）参照）上に、冷却ファン６（図１参照）からの冷風（低温ガス）Ａ２を抽気ガスＧ１の流れに吐出するための４つの吐出口５ｄと、４つの吐出口５ｄが存在する同一面５ｇの近傍の領域を独立した４つの流路に分割する、上面視十字状の４枚の分割板５ｅとを備え、分割板５ｅによって分割された４つの分割流路５ｆの各々に４つの吐出口５ｄの各々から冷風Ａ２を吐出して抽気ガスＧ１を冷却する。

分散板５ｅの流路の軸線方向の長さＬは、吐出口５ｄの開口径Ｄの４倍程度になるように設定される。これにより、抽気ガスＧ１の冷却性能の向上と、抽気ガスＧ１による圧力損失の低減のバランスを最適化することができる。

流出口５ｃが４つに分かれているのは、図１に示すように、プローブ３からの抽気ガスＧ１の増加に伴って２次冷却ガスＧ２が増加し、２次冷却ガスＧ２を４系統のガス抽気排出設備（サイクロン７、冷却器８及びバグフィルタ１０等、図１では１系統のみ図示）で処理することを考慮したものであり、ガス抽気排出設備が１系統の場合には、流出口５ｃを分ける必要はない。

次に、上記構成を有する塩素パイパスシステム１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。

プローブ３で抽気された燃焼排ガスＧは、冷却ファン４からの冷風Ａ１によって４５０〜５５０℃程度に冷却され、冷却後の抽気ガスＧ１は２次冷却器５に供給される。

２次冷却器５において、流入口５ｂから流入した抽気ガスＧ１を、分割板５ｅで分割された４つの分割流路５ｆに導入し、この分割流路５ｆの各々に４つの吐出口５ｄの各々から冷風Ａ２を吐出し、抽気ガスＧ１と冷風Ａ２とを混合して抽気ガスＧ１を３５０℃程度に冷却する。

上述のように、分割流路５ｆの各々に冷風Ａ２を吐出することにより、各々の分割流路５ｆにおける抽気ガスＧ１に適量の冷風Ａ２を混合することができると共に、抽気ガスＧ１と冷風Ａ２とを効率よく混合することができるため、抽気ガスＧ１の冷却性能を向上させることができる。そのため、冷風Ａ２の吐出量を少なく抑えることができると共に、熱量損失を抑えることができる。また、冷風Ａ２が吐出される部分の近傍のみを分割したため、圧力損失を最小限に抑えることができる。

２次冷却器５からの２次冷却ガスＧ２は、サイクロン７に導入され、粗粉Ｄ１と、塩素分が偏在している微粉Ｄ２を含む排ガスＧ３とに分離される。ここで、粗粉Ｄ１は塩素含有量が少ないため、セメント原料系へ戻すことができる。

サイクロン７から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ３は、冷却器８に供給され、冷却ファン９からの冷風Ａ３で間接的に冷却された後、冷却器８及びバッグフィルタ１０で微粉Ｄ３、Ｄ４が回収される。回収された微粉Ｄ３、Ｄ４からなる塩素バイパスダストＤ５は、ダストタンク１１に貯留される。一方、バッグフィルタ１０の排ガスＧ４は、ＳＯｘを含むため、排気ファン１２を介してセメントキルンに付設されたプレヒータ等に戻して脱硫する。

尚、上記実施の形態においては、２次冷却器５としてガスの冷却装置を塩素バイパスシステムに適用した場合について説明したが、本発明は、高温ガスを低温ガスで直接冷却するものであれば他の用途にも適用可能である。

また、２次冷却器５内を４つの分割流路５ｆに分割したが、高温ガスと低温ガスの混合冷却性及び低温ガスの供給配管の数等を考慮した設備点数を勘案すると、この４分割乃至３分割が好ましい。但し、２以上の任意の数の分割流路５ｆを形成することもでき、これに伴って２以上の任意の数の吐出口５ｄを設けることができる。

上記図２に示した２次冷却器５と、分割板５ｅを設けずに高温ガスの流路を分割しない２次冷却器について、４つの流出口５ｃにおけるガス温度を熱流体シミュレーションソフトを用いて計算したところ、表１に示すような結果となった。尚、抽気ガスは、温度１１５０℃、ガス量２３５Ｎｍ³／ｍｉｎ、低温ガスは、温度２０℃、１次低温ガス量２９５Ｎｍ³／ｍｉｎ、２次低温ガス量４２０Ｎｍ³／ｍｉｎの設定にて実施した。

同表より、実施例の方が４つの流出口５ｃにおけるガス温度のばらつきが小さく、効率よく高温ガスが冷却されていることが判る。

１塩素パイパスシステム
２セメントキルン
３プローブ
４冷却ファン
５２次冷却器
５ａ本体
５ｂ流入口
５ｃ流出口
５ｄ吐出口
５ｅ分割板
５ｆ分割流路
５ｇ同一面
６冷却ファン
７サイクロン
８冷却器
９冷却ファン
１０バッグフィルタ
１１ダストタンク
１２排気ファン
Ａ１〜Ａ３冷風
Ｄ１粗粉
Ｄ２微粉
Ｄ３、Ｄ４微粉
Ｄ５塩素バイパスダスト
Ｇ燃焼排ガスの一部
Ｇ１抽気ガス
Ｇ２２次冷却ガス
Ｇ３、Ｇ４排ガス

Claims

高温のガスの流れ方向に対して実質的に垂直な同一面上に、低温のガスを前記高温ガスの流れに吐出するための吐出口を複数設け、
前記高温ガスの流れにおける前記複数の吐出口が存在する同一面の近傍の領域を複数の独立した流路に分割し、
該分割した流路の各々に前記複数の吐出口の各々から前記低温ガスを吐出して前記高温ガスを冷却することを特徴とするガスの冷却方法。
前記複数の吐出口を前記高温ガス流れに沿って複数段設け、
前記高温ガスの最下流側における前記複数の吐出口の近傍の領域のみを複数の独立した流路に分割することを特徴とする請求項１に記載のガスの冷却方法。
前記高温ガスは、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気されるセメントキルン排ガスの一部であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスの冷却方法。
高温のガスが流れる流路と、該高温ガスの流れ方向に対して実質的に垂直な同一面上に、低温のガスを前記高温ガスの流れに吐出するための複数の吐出口と、
前記高温ガスの流れにおける前記複数の吐出口が存在する同一面の近傍の領域を複数の独立した流路に分割する分割板とを備え、
該分割板によって分割された流路の各々に前記複数の吐出口の各々から前記低温ガスを吐出して前記高温ガスを冷却することを特徴とするガスの冷却装置。
前記分割板の前記流路の軸線方向の長さは、前記吐出口の開口径の１倍以上１０倍以下であることを特徴とする請求項４に記載のガスの冷却装置。
前記複数の吐出口は、前記高温ガス流れに沿って複数段配置され、
前記分割板は、前記高温ガスの最下流側における前記複数の吐出口の近傍にのみ配置されることを特徴とする請求項４又は５に記載のガスの冷却装置。
セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路からセメントキルン排ガスの一部を冷却しながら抽気するプローブの下流側に配置されることを特徴とする請求項４、５又は６に記載のガスの冷却装置。