燃燒氣體抽出用抽氣管及燃燒氣體的處理方法
2023-06-13 02:13:26
專利名稱：燃燒氣體抽出用抽氣管及燃燒氣體的處理方法
技術領域：
本發明涉及一種燃燒氣體抽出用抽氣管及燃燒氣體的處理方法，特別涉及用於水泥窯的氯旁路設備等的燃燒氣體抽出用抽氣管及對已抽出燃燒氣體進行處理的方法，該氯旁路設備可從水泥窯底部開始到底部旋流器之間的窯排出氣體流路中抽出一部分燃燒氣體以除去氯。
背景技術：
以往，在水泥製造設備中引起預熱器阻塞等問題的氯、硫磺、鹼等之中，對特別容易構成問題的氯加以關注，且使用可從水泥窯的入口罩附近抽出一部分燃燒氣體以除去氯的氯旁路設備。另外，伴隨著近年來含氯回收資源的實際應用量的增加，使得帶入水泥窯的氯的量增加，因而增大氯旁路設備的能力是不可避免的。
在該氯旁路設備中，為了從上述入口罩附近抽出一部分燃燒氣體，在入口罩附近突出設置有抽氣管，在該抽氣管的後段設置有抽出氣體處理設備。由於該抽氣管的前端在入口罩附近暴露於1000℃左右的高溫，因此，有必要使用耐熱度高的鑄鋼，或由從入口罩外部吸入的冷風等加以冷卻以保護抽氣管。
此外，利用在抽氣管中急速冷卻至450℃左右以下，可使窯的排出氣體中的氯等揮發性成分濃縮成旁路粉塵的細粉部分，因此，在後段的氣體抽出排出設備可配置旋流器等分級裝置，將旁路粉塵分成揮發性成分濃度低的粗粉塵及揮發性成分濃度高的細粉塵，使粗粉塵回到窯系統，而只將細粉塵經由氯旁路設備排出系統外，由此可減少旁路粉塵量。因此，從這一點亦可知有必要在抽氣管中急速冷卻窯的排出氣體。
鑑於上述問題點，在例如專利文獻1披露了下述技術，即，在窯排出氣體的抽氣脫離部設置有由具有多空氣噴出孔的雙層管所構成的空氣冷卻箱構造，使空氣入口形成於外管的切線方向上，並沿斜向設置空氣噴出孔以使排出氣流形成旋流。
此外，在專利文獻2中公開了下述技術，即，為了高效地急速冷卻窯旁路中的排出氣體，使雙層管構造的抽氣管連通於窯的排出氣體流路，並藉助該抽氣管的內管抽出一部分窯排出氣體，且將冷卻氣體供給至抽氣管的內管與外管之間的流體通路，再將冷卻氣體引導至內管前端部的內側，以在抽氣管的前端部形成混合急速冷卻區域。
專利文獻1日本專利公開公報，特開平第11-130489號(圖2至圖4)專利文獻2日本專利公開公報，特開平第11-35355號(圖2)發明內容但是，在以往的燃燒氣體抽出用抽氣管中，存在因抽氣管的前端金屬部的燒損而使冷風無法被吸入至窯內用以冷卻、從而無法確保抽氣的問題。
另外，在專利文獻1記載的抽氣脫離部中，由於將很多空氣噴出孔沿傾斜方向設置以使排出氣流變成旋流，因此，從噴出孔噴出的冷卻用空氣偏向於排出氣體的外側，從與排出氣體的流動方向垂直的截面的溫度分布來看，高溫部分偏向於中央部，從而可能無法在抽氣管內均勻地使窯排出氣體急速冷卻。
再者，如上所述，為了相應於帶入水泥窯的氯的量的增加，必須加強氯旁路設備的能力，以抽出更多的窯排出氣體來除去氯的量。但是，若直接使用專利文獻2所記載的抽氣管構造，則考慮到因抽氣管的直徑變大而使水泥窯入口罩附近的窯排出氣體流路變窄、以及在入口罩處設有各種用以處理廢棄物的設備的問題，認識到大直徑的抽氣管難以設置於入口罩部，因此，有必要控制抽氣管的直徑為小徑。
因此，本發明是鑑於上述先前技術的問題點而提出的，其目的為提供一種燃燒氣體抽出用抽氣管，可防止抽氣管的前端金屬部燒損，並可使抽氣管內的窯排出氣體等均勻地急速冷卻，同時可控制其外徑為小徑。
為達到上述目的，本發明提供一種燃燒氣體抽出用抽氣管，由低溫氣體將高溫燃燒氣體冷卻，並且同時進行抽氣，其特徵在於該燃燒氣體抽出用抽氣管使低溫氣體相對於高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向流入，以進行混合冷卻。
根據本發明，低溫氣體相對於高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向流入，因此，可使具一定程度運動量的低溫氣體到達高溫燃燒氣體的流動中心部，可高效且充分地與高溫燃燒氣體混合，可使在與燃燒氣體的流動方向垂直的截面中的溫度分布均勻，同時使高溫燃燒氣體急速冷卻。另外，對於以往的專利文獻2所揭示的抽氣管，在低溫氣體處於高速時有從抽氣管的前端流入窯側的危險，但是，在本發明中，低溫氣體沒有與燃燒氣體流動反向的速度向量分量，因此，可使低溫氣體的排出速度成為高速。隨之，可使內外筒之間的低溫氣體的流速提高至伴隨流速增加的壓力損失的容許限度，因此，可控制抽氣管的外徑為小徑。
所述燃燒氣體抽出用抽氣管，具有內筒，可供所述高溫燃燒氣體流動；外筒，圍繞該內筒；低溫氣體排出孔，貫穿設置於所述內筒；低溫氣體供給裝置，將所述低溫氣體供給到所述內筒與外筒之間，使該低溫氣體從所述排出孔相對於所述高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向噴出。
另外，所述燃燒氣體抽出用抽氣管，具有內筒，可供所述高溫燃燒氣體流動；外筒，圍繞該內筒的同時，在前端部設有覆蓋所述內筒前端部的摺疊部；低溫氣體排出孔，貫穿設置於所述摺疊部的面向所述高溫燃燒氣體流動的部分；低溫氣體供給裝置，將所述低溫氣體供給到所述內筒與外筒之間，使該低溫氣體從所述排出孔相對於所述高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向噴出。另外，在該抽氣管中，可保護暴露於最高溫的抽氣管的前端部，可進一步延長抽氣管的壽命。
在所述燃燒氣體抽出用抽氣管中，設置有多個所述排出孔，各個排出孔從該抽氣管的前端沿所述高溫燃燒氣體的吸入方向旋轉對稱地配置於大致相同的位置上。此外，設置有多個所述排出孔，該多個排出孔從該抽氣管前端沿所述高溫燃燒氣體的吸入方向跨越多個段地配置。
所述低溫氣體及所述高溫燃燒氣體的流速可設定為40m/s或40m/s以上、100m/s或100m/s以下。當這些流速低於40m/s時，抽氣管的直徑將過大，而超過100m/s時，抽氣管及內外筒間的壓力損失將過大，因此均不理想。
可在所述抽氣管的前端，設置向與所述高溫燃燒氣體的吸入方向反向的方向噴射壓縮空氣的噴砂裝置。由此，可防止因固結物附著於設置有抽氣管的排出氣體流路的壁面等而造成抽氣管的入口部阻塞的問題。
再者，本發明提供一種燃燒氣體處理方法，採用上述的任一燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，不管所述高溫燃燒氣體的抽氣量如何，均使所述低溫氣體的排出量大致維持一定，並且在該抽氣管的出口到後段的抽出氣體處理設備之間再度混合冷卻用氣體，以調整所述燃燒氣體至預定溫度。由此，可維持高冷卻速度以保持生成KCl的微晶，並維持可回收少量高濃度粉塵的氯旁路系統的性能。
如上述說明的那樣，根據本發明，可提供一種可經過長期使用也不會燒損並維持其性能、且在抽氣管內均勻地使窯排出氣體等高溫氣體急速冷卻、同時可控制外徑為小徑的燃燒氣體抽出用抽氣管。
圖1是表示使用本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的氯旁路系統的流程圖。
圖2是表示本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的第1實施方式的截面圖。
圖3是表示本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的第2實施方式的截面圖。
圖4是表示本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的第3實施方式的截面圖。
具體實施例方式
接下來，參照
本發明的實施方式。在以下的說明中，舉例說明適用於水泥窯的氯旁路設備的本發明燃燒氣體抽出用抽氣管(以下，簡稱為「抽氣管」)及燃燒氣體的處理方法。
如圖1所示，在水泥燒成設備的水泥窯2入口罩附近，連結有構成水泥窯2的排出氣體流路的一部分的立起部3，並且，在該立起部3上突出設置有用以吸入高溫燃燒氣體的抽氣管4。該抽氣管4後段配置有2次混合室5、旋流器6、熱交換器7及袋式除塵器8等，由這些構件全體構成氯旁路系統1。
圖2表示本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的第1實施方式，該抽氣管4具有可供高溫燃燒氣體往箭頭A方向流動且呈圓筒狀的內筒4a，圍繞內筒4a且呈圓筒狀的外筒4b，貫穿設置於內筒4a的多個(在該圖中為4個)低溫氣體排出孔4c，形成於內筒4a與外筒4b之間的冷卻空氣通路4g，及將來自作為低溫氣體供給裝置的冷卻風扇9(參照圖1)的低溫氣體供給冷卻空氣通路4g的冷卻空氣入口部4d。
內筒4a形成為圓筒狀，且具有高溫燃燒氣體的入口部4e及出口部4f。燃燒氣體入口部4e插入於水泥窯2的立起部3，燃燒氣體出口部4f連接於後段的抽氣處理設備。
外筒4b以圍繞著內筒4a的方式形成截面與內筒4a成同心圓的圓筒狀。在外筒4b上設置有用以將來自冷卻風扇9的冷卻空氣引導至抽氣管4內的冷卻空氣入口部4d，外筒4b與內筒4a之間的空間形成為冷卻空氣通路4g，該冷卻空氣通路4g在抽氣管4的前端部關閉。在外筒4b的外周部鋪設有未圖示的耐火物。在上述實施方式中，雖然內筒4a及外筒4b形成圓筒狀，但內筒4a及外筒4b的截面形狀並不限定為圓形，亦可為矩形或者是多邊形。
排出孔4c從內筒4a的燃燒氣體入口部4e沿高溫燃燒氣體的流動方向(箭頭A方向)、即內筒4a的軸線方向在等位置處配置多個，從這些排出孔4c，可相對於高溫燃燒氣體的流動方向大致呈直角地向中心方向(箭頭C方向)排出由冷卻風扇9導入的冷卻空氣。圖2中的排出孔4c數量為4個，但以設置2個到6個為佳。
接下來，參照圖1及圖2說明具有上述構造的抽氣管4的動作。
由抽氣管4抽出在水泥窯2內產生的一部分1000℃左右的窯排出氣體。此時，從冷卻空氣入口部4d供給來自冷卻風扇9的冷卻空氣至抽氣管4，冷卻空氣通過冷卻空氣通路4g從排出孔4c導入至內筒4a內並與燃燒氣體混合。由此，高溫燃燒氣體可急速冷卻，以使抽氣管4的出口氣體溫度T1為450℃左右。在此，將出口氣體溫度T1設定成450℃左右的原因在於若超過約450℃時，KCl將具有附著性。而且，使在抽氣管4中已經冷卻的抽出氣體在2次混合室5中進一步由2次冷卻風扇12進行冷卻，以將熱交換器7的入口溫度T2控制在350℃左右。
在使來自上述水泥窯2的高溫燃燒氣體冷卻時，一旦使用本發明的抽氣管4，則從排出孔4c流入內筒4a內的冷卻空氣以相對於高溫燃燒氣體的吸入方向呈直角的沿中心方向具有一定程度的運動量(動量)的方式流入，因此，低溫氣體可到達高溫燃燒氣體的流動中心部，高效並充分地與高溫燃燒氣體混合，從而使高溫燃燒氣體急速冷卻。另外，低溫氣體不具有與燃燒氣體的流動反向的速度矢量分量，因此，不需由冷卻空氣冷卻未抽出的窯排出氣體，從而可使低溫氣體成為高速，並且可使內外筒之間的低溫氣體的流速提高至伴隨流速增加而產生的壓力損失的容許限度，所以，可控制抽氣管的外徑為小徑。
接下來，使來自2次混合室5的含粉塵抽出氣體在旋流器6進行分級。然後，粗粉塵回到旋轉式窯系統，而細粉塵及燃燒氣體被送至熱交換器7，並由來自風扇10的冷卻空氣進行熱交換後，在袋式除塵器8中進行集塵，再藉助風扇11回到排氣處理系統。在此，控制風扇10的風量，以使袋式除塵器的入口溫度T3變成150℃左右。另外，將已在熱交換器7及袋式除塵器8中集塵的含氯率高的粉塵添加至水泥磨機系統，或在系統外處理。也可由2次冷卻風扇12吹入冷風，以使2次混合室5的出口氣體溫度變成150℃左右，從而可以省去熱交換器7。
接下來，參照圖3說明本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的第2實施方式。
該抽氣管14具有可供高溫燃燒氣體往箭頭D方向流動且呈圓筒狀的內筒14a，圍繞內筒14a的同時在前端部設有覆蓋內筒14a前端部的摺疊部14h的外筒14b，貫穿設置於摺疊部14h的面向高溫燃燒氣體流動的部分中的多個低溫氣體排出孔14c，形成於內筒14a與外筒14b之間的冷卻空氣通路14g，及將來自作為低溫氣體供給裝置的冷卻風扇9(參照圖1)的低溫氣體供給至冷卻空氣通路14g的冷卻空氣入口部14d。
該抽氣管14的主要構成要素與上述圖2所示的抽氣管4大致相同，因此省略其詳細說明，但在本實施方式中，由外筒14b的摺疊部14h覆蓋內筒14a的前端部，因此，可使通過冷卻空氣通路14g的冷卻空氣以繞到外筒14b前端部的內側的方式流動，從而可保護暴露於高溫的外筒14b前端部，可進一步延長抽氣管的壽命。
接下來，參照圖4說明本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管的第3實施方式。
該抽氣管24的特徵在於在上述第2實施方式的抽氣管14中，還設置有利用壓縮空氣以除去抽氣管吸入口的固結物的噴砂裝置21。如圖2及圖3所示，上述本發明的抽氣管4、14也以控制其外徑為小徑為特徵之一，但隨之可能會由附著於設置有抽氣管4、14的窯排出氣體流路壁面上的固結物而導致抽氣管4、14的入口部阻塞，因此，設置了噴砂裝置21。在圖4中，對與圖3所示抽氣管14相同的構成要素採用相同的附圖標記並省略其詳細說明。
噴砂裝置21從外筒14b上方經過立起部3(參照圖1)的垂直壁23，進而被導入至窯排出氣體流路內。當除去抽氣管吸入口25的固結物22時，關閉未圖示的抽出氣體吸入調節器(設置於燃燒氣體出口部14f的後段、可使高溫燃燒氣體往箭頭D方向流動的調節器)，根據抽出氣體的溫度控制而使冷卻空氣的量自動地減少後，從噴砂裝置21吹進壓縮空氣以除去固結物22。除去固結物22之後，打開所述抽出氣體吸入調節器，返回到正常運轉。
使用上述噴砂裝置21進行除去固結物的時限，依照抽氣管24的出口壓力降低、及風扇11(參照圖1)的電流降低等來判斷。在因由噴砂裝置21除去的固結物而使排出口14c堵塞的情況下，可在排出口14c設置格柵。
在上述實施方式中，將多個排出孔4c、14c從抽氣管4、14、24的前端沿高溫燃燒氣體的吸入方向配置於大致相同位置，但也可將這些多個排出孔4c、14c從抽氣管4、14、24的前端沿高溫燃燒氣體的吸入方向上跨越多個段地配置。
此外，在作為冷卻用氣體的空氣中加入包含因處理汙泥等而產生的臭氣的排出氣體，可同時進行高溫燃燒氣體的冷卻及臭氣處理。
而且，在上述實施方式中，已舉例說明將本發明的燃燒氣體抽出用抽氣管及燃燒氣體的處理方法適用於水泥窯的氯旁路設備的情況，但不限於氯旁路，亦可適用於水泥窯的鹼旁路等、或者是水泥窯以外的燃燒爐等。
符號說明1…氯旁路系統2…水泥窯3…立起部4…抽氣管4a…內筒4b…外筒4c…排出孔4d…冷卻空氣入口部4e…燃燒氣體入口部4f…燃燒氣體出口部4g…冷卻空氣通路5…2次混合室6…旋流器
7…熱交換器8…袋式除塵器9…冷卻風扇10…風扇11…風扇12…2次冷卻風扇14…抽氣管14a…內筒14b…外筒14c…排出孔14d…冷卻空氣入口部14e…燃燒氣體入口部14f…燃燒氣體出口部14g…冷卻空氣通路14h…摺疊部21…噴砂裝置22…固結物23…垂直壁25…抽氣管吸入口
權利要求
1.一種燃燒氣體抽出用抽氣管，由低溫氣體將高溫燃燒氣體冷卻，並且同時進行抽氣，其特徵在於該燃燒氣體抽出用抽氣管使低溫氣體相對於高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向流入，以進行混合冷卻。
2.如權利要求1所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，具有內筒，可供所述高溫燃燒氣體流動；外筒，圍繞該內筒；低溫氣體排出孔，貫穿設置於所述內筒；低溫氣體供給裝置，將所述低溫氣體供給到所述內筒與外筒之間，使該低溫氣體從所述排出孔相對於所述高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向噴出。
3.如權利要求1所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，具有內筒，可供所述高溫燃燒氣體流動；外筒，圍繞該內筒的同時，在前端部設有覆蓋所述內筒前端部的摺疊部；低溫氣體排出孔，貫穿設置於該摺疊部的面向所述高溫燃燒氣體流動的部分；低溫氣體供給裝置，將所述低溫氣體供給到所述內筒與外筒之間，使該低溫氣體從所述排出孔相對於所述高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向噴出。
4.如權利要求2或3所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，設置有多個所述排出孔，各個排出孔從該抽氣管的前端沿所述高溫燃燒氣體的吸入方向旋轉對稱地配置於大致相同的位置上。
5.如權利要求2或3所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，設置有多個所述排出孔，該多個排出孔從該抽氣管前端沿所述高溫燃燒氣體的吸入方向跨越多個段地配置。
6.如權利要求1至5中任一項所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，將所述低溫氣體及所述高溫燃燒氣體的流速設定為40m/s或40m/s以上、100m/s或100m/s以下。
7.如權利要求1至6中任一項所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，其特徵在於，在該抽氣管的前端，設置有可向與所述高溫燃燒氣體的吸入方向相反的方向噴射壓縮空氣的噴砂裝置。
8.一種燃燒氣體的處理方法，採用權利要求1至7中任一項所述的燃燒氣體抽出用抽氣管，不管所述高溫燃燒氣體的抽氣量如何，均使所述低溫氣體的排出量大致維持一定，並且在該抽氣管的出口到後段的抽出氣體處理設備之間再度混合冷卻用氣體，以調整所述燃燒氣體至預定溫度。
全文摘要
本發明提供燃燒氣體抽出用抽氣管等，可防止抽氣管的前端金屬部燒損，並可使高溫氣體在抽氣管內均勻地急速冷卻，同時可控制其外徑為小徑。該燃燒氣體抽出用抽氣管(4)具有可供高溫燃燒氣體流動且呈圓筒狀的內筒(4a)，圍繞內筒(4a)且呈圓筒狀的外筒(4b)，貫穿設置於內筒(4a)的低溫氣體排出孔(4c)，及可供給低溫氣體於內筒(4a)與外筒(4b)之間、且使低溫氣體從排出孔(4c)相對於高溫燃燒氣體的吸入方向大致呈直角地向中心方向排出的低溫氣體供給裝置(9)。可設置多個排出孔(4c)，使各個排出孔(4c)從抽氣管(4)的前端沿高溫燃燒氣體的吸入方向配置於大致相同的位置上，也可以沿高溫燃燒氣體的吸入方向跨越多個段地配置。低溫氣體及高溫燃燒氣體的流速以設定為40m/s或40m/s以上、100m/s或100m/s以下為佳。
文檔編號F27D17/00GK1882815SQ20048003402
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月16日 優先權日2003年11月18日
發明者齋藤紳一郎, 鈴木貴彥 申請人:太平洋水泥株式會社