JP5179030B2 - 燃焼ガス抽気プローブ - Google Patents

Description

本発明は、燃焼ガス抽気プローブに関し、特に、セメントキルンのキルン尻からボトム
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
るための塩素バイパスシステムに用いられるプローブに関する。

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システムが用いられている。この塩素バイパスシステムには、セメントキルンの排ガス流路より燃焼ガスを冷却しながら抽気するためのプローブが設置される。

このプローブの一例として、特許文献１には、ガス抽気系に接続されている内管と、この内管のダクト内への突出先端の近傍に大気を導く外管とで構成される二重管構造のバイパス管が提案されている。

また、特許文献２には、二重管構造のプローブをキルン排ガス流路に連通させ、該プローブの内管を介してキルン排ガスの一部を抽気するとともに、該プローブの内管と外管との間の流体通路に冷却気体を供給し、該冷却気体を内管の先端部内方に案内して該プローブの先端部に混合急冷域を形成するキルンバイパスにおける排ガス冷却装置が開示されている。

さらに、特許文献３には、プローブの先端金物の焼損を防止し、プローブ内で均一に燃焼ガスを急冷することがきるとともに、外径を小さく抑えるため、高温の燃焼ガスが流れる円筒状の内筒と、内筒を囲繞する円筒状の外筒と、内筒に穿設された低温のガスの吐出孔と、内筒と外筒との間に低温ガスを供給し、吐出孔から低温のガスを、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提案されている。
特開平０２−１１６６４９号公報 特開平１１−３５３５５号公報 国際公開ＷＯ２００５／０５０１１４号パンフレット

近年、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ている。そのため、セメント製造設備の安定運転を継続する上で、塩素バイパスシステムの安定運転及び稼働率の向上が不可欠の状況になっている。

しかし、上記特許文献１乃至３に記載のプローブなどは、二重管を構成する内筒の先端部と、外筒の先端部とが先端金物等を介して一体化されているため、内筒を通過する高温の燃焼ガスによって内筒が熱膨張し、内筒の先端部がプローブの長手方向に伸長すると、外筒側は、高温の燃焼ガスに直接曝されないことから熱膨張が少ないため、プローブの先端部に過大な熱負荷がかかり、熱応力が発生する。この熱応力により、先端金物と内筒との接合部に亀裂が生じたり、先端金物等が破断して脱落することによりプローブの寿命が短くなり、塩素バイパスシステムの安定運転及び稼働率の向上を図ることができないという問題があった。

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、プ
ローブの寿命を延長させ、塩素バイパスシステム設備の安定運転を確保することのでき
る燃焼ガス抽気プローブ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、セメントキルンのキルン尻からボトム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塩素バイパスシステムに用いられる燃焼ガス抽気プローブであって、内部を高温の燃焼ガスが流れる内筒と、該内筒を囲繞し、該内筒との間に形成された通路を前記燃焼ガスより低温のガスが流れる外筒と、前記内筒に穿設され、前記低温ガスを前記内筒の内部に吐出する吐出孔と、前記外筒の先端部に固定され、該外筒と前記内筒の両先端部で形成される開口部を覆うように配置されるリング状の板状部材とを備え、該吐出孔から吐出された前記低温ガスによって冷却された前記燃焼ガスを抽気する燃焼ガス抽気プローブであって、前記内筒の先端部と、前記外筒の先端部及び前記板状部材とを一体化することなく、該内筒の先端部を、前記外筒の先端部及び前記板状部材に対して、該プローブの軸線方向に相対移動可能とし、前記内筒の上半周の先端は、前記リング状の板状部材との間に、該プローブの長手方向に隙間を有することを特徴とする。

そして、本発明によれば、内筒の先端部と外筒の先端部との間にリング状の板状部材が介在する燃焼ガス抽気プローブにおいて、燃焼ガス抽気プローブの内筒の先端部と、外筒の先端部及び板状部材とを一体化せずに、内筒の先端部を、外筒の先端部及び板状部材に対して、該プローブの軸線方向に相対移動可能としたため、該プローブを燃焼排ガス流路に設置して燃焼ガスを冷却しながら抽気した際に、内筒の先端部が熱膨張により長手方向に伸長しても、熱膨張の少ない外筒の先端部に対して相対的に移動し、該プローブの先端部に過大な熱負荷がかかるのを防止することができる。これによって、従来発生していた熱応力によるプローブ先端部の破断、脱落を回避することができる。また、内筒の上半周の先端と、リング状の板状部材の間の隙間から、低温ガスが内筒側に流れて、内筒の先端近傍におけるコーチングの生成を防止することができる。

前記燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記内筒の下半周の先端を、該下半周の先端を上にして、該プローブの取付部と上下方向に重なり合うように構成することができる。これにより、内筒の先端部等に生成されたコーチングが内筒と該プローブの取付部との間に落下することを防止することができる。

前記燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記リング状の板状部材を、前記外筒の先端部の内周面に固定される補強部材を介して固定することができ、簡易な構成にて外筒に対してリング状の板状部材を強固に保持するとともに、外筒先端部の垂れ下がりを防止することができる。

前記燃焼ガス抽気プローブにおいて、前記低温ガスとして、該プローブの周囲から取り入れた空気、又は悪臭を含む換気空気を用いることができる。

以上のように、本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブによれば、プローブの寿命を延長
させ、塩素バイパスシステムの安定運転を確保することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１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）からの冷却空気を冷却空気通路８に供給する冷却空気入口部（不図示）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。

内筒２は、立上り部５を流れる高温の燃焼ガスを、吐出孔２ｃから導入された冷却空気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は、円筒状に形成され、燃焼ガスの入口部２ａは、セメントキルンの立上り部５の燃焼ガス流路に面し、出口部２ｂは、後段の抽気ガス処理設備に接続される。吐出孔２ｃは、内筒２の相対向する位置に２つ設けられる。

図２に示すように、内筒２の上半周の先端２ｄは、鏡板６との間に隙間Ｃを有し、冷却空気通路８内を矢印方向に流れる冷却空気が、隙間Ｃより矢印Ｄ方向に吹き込まれることによって、立上り部５の内側に蓄積されるコーチングを除去することができる。

一方、内筒２の下半周の先端２ｅは、図３に示すように、この先端２ｅを上にして、取付座４の縁部４ａと上下方向に重なり合うように構成され、これにより、立上り部５や、内筒２の先端部に生成されたコーチングが内筒２と取付座４との間に落下することを防止することができる。

図１に示すように、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、図示しない冷却空気入口部を介して外部から冷却空気が供給され、吐出孔２ｃを介して内筒２の内部に導入される。

鏡板６は、内筒２と外筒３の両先端部の開口部を覆うようにリング状に形成される。但し、図２及び図３に示したように、開口部全体を覆うのではなく、内筒２との間には隙間が形成される。この鏡板６と外筒３との間には、補強部材としての補強リブ７が装着され、外筒３に対して鏡板６を強固に保持するとともに、外筒３の先端部の垂れ下がりを防止している。

上記プローブ１を用いてセメントキルン内で発生した１０００℃程度のキルン排ガスの一部を抽気する際には、図示しない冷却ファン及び冷却空気入口部から冷却空気通路８に冷却空気が供給され、冷却空気は、冷却空気通路８を矢印方向に流れた後、吐出孔２ｃから内筒２内に導入され、高温の燃焼ガスと混合される。これによって、燃焼ガスは、プローブ１の出口ガス温度が４５０℃程度になるように急冷されながら矢印Ｓ方向に抽気される。

ここで、内筒２の先端部は、高温雰囲気に曝されて熱膨張する一方、外筒３の先端部及び鏡板６の部分は、高温雰囲気に直接曝されることはなく、また、冷却空気通路８に冷却気体が流れるため熱膨張が少ない。その結果、図２に示すように、外筒３の先端部及び鏡板６に対して、内筒２の先端部が相対的にプローブ１の軸線方向（矢印Ｅ方向）に移動するが、内筒２の先端部と鏡板６とは一体化されず、隙間が設けられているため、内筒２の先端部と鏡板６との間に熱応力が発生することはなく、従来この熱応力により発生していた内筒２の先端部と鏡板６との間の亀裂、鏡板６の脱落等を回避することができる。

尚、上記実施の形態においては、内筒２及び外筒３の先端部の開口部を覆う鏡板６を有するプローブ１について説明したが、鏡板６を備えずに、外筒３の先端部を内径が先端部に向かうにつれて漸減するような構成としたり、鏡板６を有していてもリング状ではなく、円錐台状に形成するなど、プローブ１の先端部の構成は種々変更可能であるが、いずれにしても、本発明においては、内筒２の先端部を外筒３の先端部等と一体化することなく、外筒３の先端部等に対して、プローブ１の軸線方向に相対移動可能としたことを特徴とする。

また、上記実施の形態においては、高温の燃焼ガスをプローブ１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。

さらに、内筒２や外筒３は、鉄板又は鋳鋼で製作することができるが、これらに限定されることなく、その他の金属等、高温に耐えることができ、加工性に優れる材料等を用いることもできる。また、鏡板６や補強リブ７についても鉄板等で製作することができるが、鉄板等に限定されることなく、他の材料を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全体図である。 図１のＡ部拡大図である。 図１のＢ部拡大図である。

符号の説明

１ 燃焼ガス抽気プローブ
２ 内筒
２ａ 入口部
２ｂ 出口部
２ｃ 吐出孔
２ｄ 先端（上半周）
２ｅ 先端（下半周）
３ 外筒
３ａフランジ部
４ 取付座
４ａ縁部
５ 立上り部
６ 鏡板
７ 補強リブ
８ 冷却空気通路

Claims (4)

1. セメントキルンのキルン尻からボトム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塩素バイパスシステムに用いられる燃焼ガス抽気プローブであって、
   内部を高温の燃焼ガスが流れる内筒と、
   該内筒を囲繞し、該内筒との間に形成された通路を前記燃焼ガスより低温のガスが流れる外筒と、
   前記内筒に穿設され、前記低温ガスを前記内筒の内部に吐出する吐出孔と、
   前記外筒の先端部に固定され、該外筒と前記内筒の両先端部で形成される開口部を覆う
   ように配置されるリング状の板状部材とを備え、
   該吐出孔から吐出された前記低温ガスによって冷却された前記燃焼ガスを抽気する燃焼ガス抽気プローブにおいて、
   前記内筒の先端部と、前記外筒の先端部及び前記板状部材とを一体化することなく、該内筒の先端部を、前記外筒の先端部及び前記板状部材に対して、該プローブの軸線方向に相対移動可能とし、
   前記内筒の上半周の先端は、前記リング状の板状部材との間に、該プローブの長手方向に隙間を有することを特徴とする燃焼ガス抽気プローブ。
2. 前記内筒の下半周の先端は、該下半周の先端を上にして、該プローブの取付部と上下方
   向に重なり合う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. 前記リング状の板状部材は、前記外筒の先端部の内周面に固定される補強部材を介して支持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. 前記低温ガスは、該プローブの周囲から取り入れた空気、又は悪臭を含む換気空気であ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。

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