(57)【要約】【課題】ガス管の形状にかかわらず使用でき、設備運転中でもガス管内の堆積物を除去することが可能な堆積物除去装置の提供を目的とする。【解決手段】ガス管内に堆積した堆積物を除去する堆積物除去装置であって、蒸気を供給する蒸気供給源と、前記蒸気供給源から蒸気が供給され、前記ガス管の内壁を貫通する複数の蒸気配管と、前記複数の蒸気配管の先端に位置し、前記蒸気供給源から前記蒸気配管を介して供給された蒸気を前記堆積物に噴射する複数のノズルと、を有し、前記複数のノズルは前記ガス管内に配置される。【選択図】図２
2020190356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス管内に堆積した堆積物を除去する堆積物除去装置であって、
蒸気を供給する蒸気供給源と、
前記蒸気供給源から蒸気が供給され、前記ガス管の内壁を貫通する複数の蒸気配管と、
前記複数の蒸気配管の先端に位置し、前記蒸気供給源から前記蒸気配管を介して供給された蒸気を前記堆積物に噴射する複数のノズルと、
を有し、
前記複数のノズルは前記ガス管内に配置される、
堆積物除去装置。
【請求項２】
前記複数のノズルは、前記ガス管の管軸に対し傾斜している、
請求項１に記載の堆積物除去装置。
【請求項３】
前記複数のノズルの各々は噴射口を有し、
前記噴射口の形状が略楕円である、
請求項１または２に記載の堆積物除去装置。
【請求項４】
前記複数のノズルは、前記ガス管の管軸と直交する平面において、前記ガス管の管軸に対して略対称となる位置に、前記ガス管の内壁に沿って配置される、
請求項１から３のいずれかに記載の堆積物除去装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の堆積物除去装置を用いて、ガス管内に堆積した堆積物を除去する堆積物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス管に堆積した堆積物を除去する堆積物除去装置および堆積物除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、コークス炉、高炉、および転炉から、それぞれコークス炉ガス（以下、Ｃガスともいう。）、高炉ガス（以下、Ｂガスともいう。）、および転炉ガス（以下、ＬＤガスともいう。）と称される副生ガスが発生する。これら副生ガスは、製鉄所内にある加熱炉や発電所のボイラへガス管により運ばれ、熱源として使用されている。
【０００３】
副生ガスが発生する各炉からの出口において、副生ガスは除塵をされてはいるが、一般の精製された都市ガスと比較すると多くのダストを含む傾向にある。副生ガスに含まれるダスト（以下、単にダストと称する。）は、副生ガスの種類に応じて石炭粉、鉄鉱石粉、鉄粉等で構成される。副生ガスを加熱炉やボイラに運ぶガス管の形状によっては、ダストがガス管中に堆積し、ガス管を閉塞する可能性もある。
【０００４】
特許文献１では、スパイラル片を配管の軸線回りに回転可能に装備して、排ガスダクト内壁面に付着したダストの堆積物（以下、単に堆積物と称する。）を掻いて押し出す除去装置および除去方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献１に示される方法以外にも、ガス管において堆積物によって閉塞された部分の外部から蒸気を吹き付けて内部のダストを軟化させ、ガス管を流れるガスによって堆積物を除去する方法や、閉塞された部分付近のガス管を開放し、閉塞された部分に手作業で蒸気を吹き付け、堆積物を除去する方法（例えば、ガス管のフランジの部分を開けて蒸気を吹き込む方法）が一般に広く行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−６５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案されている方法では、スパイラル片を配管の軸方向に回転させるため、ガス管が円形でなければならず、角型形状のガス管に適用することはできない。さらに、ボイラのバーナーへガスを供給するガス管で使用した場合、スパイラル片により掻き取られた堆積物の塊が炉内へ落下して内壁を痛める可能性がある。
【０００８】
また、ガス管を開放し、堆積物に直接蒸気を吹き付けて除去する方法は、設備を停止しなければ実施できないため、長期間の運転を前提としている設備で用いることは困難である。
【０００９】
以上の事情に鑑み、本発明は、ガス管の形状にかかわらず使用でき、設備運転中でもガス管内の堆積物を除去することが可能な堆積物除去装置および堆積物除去方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、これら課題を解決するために以下の構成を有する。
［１］  ガス管内に堆積した堆積物を除去する堆積物除去装置であって、蒸気を供給する蒸気供給源と、前記蒸気供給源から蒸気が供給され、前記ガス管の内壁を貫通する複数の蒸気配管と、前記複数の蒸気配管の先端に位置し、前記蒸気供給源から前記蒸気配管を介して供給された蒸気を前記堆積物に噴射する複数のノズルと、を有し、前記複数のノズルは前記ガス管内に配置される、堆積物除去装置。
［２］  前記複数のノズルは、前記ガス管の管軸に対し傾斜している、［１］に記載の堆積物除去装置。
［３］  前記複数のノズルの各々は噴射口を有し、前記噴射口の形状が略楕円である、［１］または［２］に記載の堆積物除去装置。
［４］  前記複数のノズルは、前記ガス管の管軸と直交する平面において、前記ガス管の管軸に対して略対称となる位置に、前記ガス管の内壁に沿って配置される、［１］から［３］のいずれかに記載の堆積物除去装置。
［５］  ［１］〜［４］のいずれかに記載の堆積物除去装置を用いて、ガス管内に堆積した堆積物を除去する堆積物除去方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス管の形状にかかわらず使用可能であり、設備運転中でもガス管内の堆積物を除去することが可能である。
【００１２】
また、本発明によれば蒸気を噴射するため、堆積物が軟らかく細かくなって除去される。このため、堆積物除去装置が炉体やガスホルダーへ通じるガス管に適用された場合、堆積物の塊が落下し炉やガスホルダーの内壁を痛めるおそれが軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の堆積物除去装置が用いられる設備の一例の概要を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る堆積物除去装置の概略模式図である。
【図３】図３（Ａ）は、円形のガス管におけるノズルの配置例を模式的に示す図である。図３（Ｂ）は、角型のガス管におけるノズルの配置例を模式的に示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、円形のガス管におけるノズルの配置例を模式的に示す図である。図４（Ｂ）は、角型のガス管におけるノズルの配置例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の堆積物除去装置を適用した場合と適用しない場合のガス管のガス流量の経時的変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る堆積物除去装置が利用される設備１の一例の概要を示す図である。設備１は、例えば火力発電用設備であり、ボイラ１２のバーナーへ熱源となるガス（例えば副生ガス）を供給するガス管１１と、供給された熱源を燃焼させて高温および高圧の蒸気を発生するボイラ１２と、ボイラ１２から発生した蒸気を用いて回転運動に変換する蒸気タービン１３と、蒸気タービン１３に接続され、蒸気タービン１３の回転運動より電気を発生させる発電機１４とを備える。ガス管１１は、転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガス等の副生ガスを運搬する。
【００１５】
図２は、堆積物除去装置２０の模式的な概略構成とガス管１１の管軸ＣＴ方向の断面とを示す図である。堆積物除去装置２０は、ガス管１１に対して用いられ、ガス管１１内に堆積した堆積物を除去する装置である。具体的には、堆積物除去装置２０は、ガス管１１内の堆積物に対して蒸気を吹き付け、堆積物を吹き飛ばすことにより堆積物を除去する。図２を参照して、堆積物除去装置２０について説明する。堆積物除去装置２０は、蒸気を供給する蒸気供給源２１と、蒸気供給源２１から蒸気が供給される複数の蒸気配管２２と、各蒸気配管２２の先端に位置し、蒸気配管２２を介して蒸気供給源２１から供給された蒸気を堆積物に噴射するノズル２３と、を有する。複数の蒸気配管２２はガス管１１の内壁を貫通し、例えば溶接により固定される。複数のノズル２３はガス管１１内に配置される。より正確には、各ノズル２３は噴射口を有し、各ノズル２３の噴射口はガス管１１内に配置される。各ノズル２３は、噴射口から蒸気を噴射する。蒸気配管２２にはバルブ２４が取り付けられてもよく、バルブ２４の開閉により蒸気の供給および停止が制御されてもよい。なお、蒸気供給源２１により蒸気配管２２への蒸気の供給および停止が制御されてもよい。図２において、矢印ＦＬはガス管１１内のガスの流れる方向を示す。
【００１６】
本明細書において、蒸気配管２２とノズル２３とは説明の都合上別々に説明するが、蒸気配管２２とその先端に位置するノズル２３とは一体的に成形されてもよい。蒸気配管２２とノズル２３とは概念上区別されるものであって、必ずしも物理的に別体であることを意味するものではない。蒸気配管２２とノズル２３とが一体的に成形される場合、蒸気配管２２のうちガス管１１内に突き出る一部の先端部分を加工して（例えば潰して）所定の形状とした部分を、ノズル２３とする。
【００１７】
また、蒸気供給源２１は、所定の圧力および温度で蒸気を供給することができるものであればよく、堆積物除去装置２０専用のものが設けられてもよいし、図１に例示する設備１内においてすでに用いられている機器があればそれを流用してもよい。例えば、ボイラ１２からの抽気、蒸気タービン１３からの抽気、または設備１内の排熱回収設備（図示省略）から発生した蒸気が、堆積物除去装置２０が用いる蒸気として用いられてよい。排熱回収設備の例としては、熱延加熱炉、コークス乾式消火設備（ＣＤＱ）、転炉排ガス処理設備が挙げられる。
【００１８】
上述の堆積物除去装置２０によれば、ガス管１１内に蒸気を噴射するノズル２３が配置され、ガス管１１内の堆積物に対して蒸気を吹き付けることにより、堆積物が除去される。ノズル２３はガス管１１の形状にかかわらず設置可能であるため、堆積物除去装置２０はガス管１１の形状にかかわらず適用できる。また、堆積物を除去する蒸気を噴射するノズル２３がガス管１１内に配置されるため、堆積物除去装置２０の使用にあたってガス管１１を開放する必要はない。このため、設備１の運転中であっても、堆積物除去装置２０を用いてガス管１１内の堆積物を除去することが可能である。
【００１９】
複数のノズル２３は、ガス管１１の管軸ＣＴに対し傾斜して配置されることが好ましい。換言すると、複数のノズル２３はガス管１１の管軸ＣＴに対して所定の角度を向くように設置される。ノズル２３の角度（すなわち、蒸気が噴射される角度）は、堆積物除去装置２０が適用されるガス管１１の形状、サイズ、ノズル２３が配置される箇所付近におけるガス管１１のサイズの変化（絞り部の有無）、ガス管１１を流れるガスの流速、蒸気配管２２の径、ノズル２３の噴射口のサイズ、およびノズル２３から噴射される蒸気の圧力を含む複数の条件のうちの少なくとも１つに応じて定められてよい。ガス管１１の管軸ＣＴに対して傾斜してノズル２３が配置されることにより、より効果的にガス管１１内の堆積物を除去することができる。
【００２０】
なお、ガス管１１内のガスの流れに対する蒸気の影響を抑えるため、ノズル２３はガスが流れる方向と順行する角度に設けられる。また、ノズル２３の角度を、ガス管１１の内壁を貫通しガス管１１内に突き出る蒸気配管２２の一部とノズル２３とにダストが堆積しないような角度に定めると好ましい。ガス管１１内に突き出る蒸気配管２２の一部の長さは適宜定められてよい。ガス管１１を流れるガスの流れに対する蒸気の影響を抑えるという観点からは、ガス管１１の断面から見た場合に、直径がガス管１１のサイズ（例えば内径）の１／３であり、管軸ＣＴを中心とする領域よりも外側に、ガス管１１内に突き出る蒸気配管２２の先端に位置するノズル２３の先端が配置されるように、ガス管１１内に突き出る蒸気配管２２の一部の長さが定められることが好ましい。なお、ノズル２３から噴射される蒸気の流速は、ガスの流速よりも大きい。
【００２１】
各ノズル２３の噴射口の形状は略楕円であることが好ましい。ここで、「略楕円」とは、ノズル２３の中心軸に垂直な断面が偏平形状をしていることを意味し、幾何学的な楕円に限られない。ノズル２３の噴射口の断面形状を略楕円とすることで、蒸気が噴射される範囲が広くなり、また、蒸気の流速が高まるため、より効果的に堆積物を除去することができる。ただし、ノズル２３の噴射口の形状は略楕円に限られない。ノズル２３の噴射口の形状は、円でもよいし、他の形状でもよい。換言すると、ノズル２３として、蒸気の流速および噴射範囲の観点からは、好ましくは広角ノズルが用いられる。ただし、充円錐ノズル、直射ノズル（小口径または大口系）等の他の種類のノズルが用いられてもよい。
【００２２】
図３および図４は、ガス管１１の管軸ＣＴと直交する平面における、複数のノズル２３の配置例を模式的に示す図である。図３（Ａ）は、円形のガス管１１における２つのノズル２３の配置例を示し、図３（Ｂ）は、角型のガス管１１における２つのノズル２３の配置例を示す。図４（Ａ）は、円形のガス管１１における４つのノズル２３の配置例を示し、図４（Ｂ）は、角型のガス管１１における４つのノズル２３の配置例を示す。なお、図３および図４では、ノズル２３の噴射口２３０の形状が略楕円である例を示す。ノズル２３の噴射口２３０の形状が略楕円である場合、図３および図４に示すように、略楕円の長軸がガス管１１の内壁に沿うようにノズル２３が配置されることが好ましい。
【００２３】
図３および図４に示すように、複数のノズル２３は、ガス管１１の管軸ＣＴと直交する平面において、ガス管１１の管軸ＣＴに対して略対称となる位置に、ガス管１１の内壁に沿って配置されることが好ましい。より具体的に、図３に示す例においては、２つのノズル２３が、管軸ＣＴを通る直線Ｌ上に配置されている。図４に示す例においては、４つのノズル２３のうち２つのノズル２３が管軸ＣＴを通る直線Ｌ１上に配置され、残りの２つのノズル２３が、管軸ＣＴを通り直線Ｌ１と直角に交わる直線Ｌ２上に配置されている。なお、図３および図４では、ガス管１１の管軸ＣＴと直交する平面において、ノズル２３がそれぞれガス管１１の上下および上下左右に配置される例を示すが、ノズル２３が配置される位置はこれらの例に限られない。
【００２４】
ガス管１１の管軸ＣＴに対して略対称となる位置に複数のノズル２３が配置されることにより、ガス管１１内の堆積物の均一な除去に資する。ここで、「略対称」とは、厳密に対称でなくてもよく、ほぼ対称であればよいことを意味する。
【００２５】
ただし、管軸ＣＴと直交する平面においてノズル２３が配置される位置は、管軸ＣＴに対して略対称となる位置には限られない。ガス管１１の形状、絞り部の有無、および／または屈曲の有無等の条件に応じて、ガス管１１内においてダストが堆積しやすい箇所は変わり得る。このため、管軸ＣＴと直交する平面においてノズル２３が配置される位置は、ガス管１１の形状等の条件やガス管１１内でのダストの堆積量の分布によって適宜定められてもよい。
【００２６】
図３および図４では、管軸ＣＴと直交する平面において堆積物除去装置２０がそれぞれ２つおよび４つのノズル２３を備える例を示したが、堆積物除去装置２０が備える複数のノズル２３の数は、これらの例に限られない。管軸ＣＴと直交する平面において堆積物除去装置２０が備えるノズル２３の数は、３でもよいし、５以上でもよい。ノズル２３の数が多いほど堆積物の除去する効果は上がる。ただし、蒸気配管２２およびノズル２３の設置費用、メンテナンス費用、蒸気配管２２および／またはノズル２３に不具合が発生するリスク等の事情を考慮すると、堆積物除去装置２０が備える複数のノズル２３の数は、好ましくは２〜４個である。Ｎ個のノズル２３（Ｎは２以上の整数）は、管軸ＣＴと直交する平面において、ガス管１１の内壁に沿って略等間隔に配置されてよい。「略等間隔」とは、厳密に等間隔でなくてもよく、ほぼ等間隔であればよいことを意味する。
【００２７】
また、図３および図４では、それぞれガス管１１が円形および角型である例を示したが、堆積物除去装置２０は、円形および角型以外の形状のガス管１１に対しても適用可能である。
【００２８】
また、ガス管１１の管軸ＣＴ方向において、複数のノズル２３は、ダストが堆積しやすい箇所よりも上流側に設けられる。ダストが堆積しやすい箇所の例としては、ガス管１１の絞り部、ガス管１１が屈曲している箇所、ボイラ１２への接続部分に近く、ガス管１１のサイズが狭くなっている箇所、ガス管１１の分岐部や合流部、ガス管１１内のガスの流速が遅い箇所等が挙げられる。
【００２９】
以上では、ガス管１１の管軸ＣＴ方向において１か所（管軸ＣＴと直交する１つの平面）に複数のノズル２３を設置する場合を例示して説明したが、管軸ＣＴ方向において複数箇所に設置されてもよい。この場合にも、各箇所において、上述の説明のように、複数のノズル２３がガス管１１内に配置される。
【００３０】
また、以上では、管軸ＣＴと直交する平面において複数のノズル２３が配置される各箇所につき１つのノズル２３が配置される場合を例示して説明したが、各箇所につき、２以上のノズル２３を含む１セットのノズル２３（以下、ノズルセットと称する場合がある。）が配置されてもよい。この場合、堆積物除去装置２０が有する複数のノズル２３は、複数のノズルセットに分けられてよい。複数のノズルセットは、ガス管１１の管軸ＣＴと直交する平面において、ガス管１１の管軸ＣＴに対して略対称となる位置に、ガス管１１の内壁に沿って配置されることが好ましい。各ノズルセットに含まれる複数のノズル２３は、ガス管１１の内壁に沿うように並べられることが好ましい。
【００３１】
上述の実施形態に係る堆積物除去装置２０によれば、ガス管１１内に蒸気を噴射するノズル２３が配置され、ガス管１１内の堆積物に対して蒸気を吹き付けることにより、堆積物が除去される。ノズル２３はガス管１１の形状にかかわらず設置可能であるため、図３および図４に例示したように、ガス管１１の形状にかかわらず適用できる。また、ノズル２３がガス管１１内に配置されるため、堆積物除去装置２０の使用にあたってガス管１１を開放する必要はない。このため、設備１の運転中においてもガス管１１内の堆積物を除去することが可能である。
【００３２】
図５は、ガス管１１内のガス流量の経時的変化を示すグラフである。破線のグラフは、ガス管１１の定期清掃Ｃ１後から堆積物除去装置２０を適用した場合（発明例）のガス流量を示し、実線のグラフは、堆積物除去装置２０を適用しなかった場合（比較例）のガス流量を示す。発明例においては、定期清掃Ｃ１の後、堆積物除去装置２０を用いて間欠的にガス管１１の堆積物を除去している。図５に示されるように、発明例においては、比較例と比較して、定期清掃Ｃ１後のガス流量の低下が抑えられている。このことから、堆積物除去装置２０により、効果的にガス管１１内の堆積物が除去されていることが分かる。
【００３３】
比較例においては、発明例と比較して定期清掃Ｃ１後のガス流量の低下が大きく、設備１の運転に必要な規定流量Ｖを確保するために２回目の定期清掃Ｃ２を行う必要がある。これに対し、発明例においては、比較例と比較して、定期清掃後Ｃ１後のガス流量の低下が抑えられていることから、定期清掃Ｃ２を行わずとも、規定流量Ｖが確保できている。定期清掃Ｃを行うには設備１の運転を停止する必要があり、また、清掃を行う作業員の作業負荷も高い。堆積物除去装置２０を適用することにより、定期清掃Ｃを行う回数が低減されるため、設備１の連続運転が可能となり、また、作業員の負荷も軽減できる。
【００３４】
さらに、本実施形態によれば、堆積物は蒸気により柔らかく細かくなった状態で吹き飛ばされる。堆積物が塊状ではなく細かくなってガス管１１と連結するボイラ１２の炉体へ運ばれるため、ボイラ１２へ運ばれた堆積物はボイラ１２の炉底に堆積、またはボイラ１２内でガスの流れに乗りボイラ１２より排出され、設備１内に設けられる後段の集塵装置等（図示省略）により捕捉される。このため、特許文献１に記載の方法において懸念されるように、塊状の堆積物が炉内に落下し、内壁を痛める可能性が軽減される。
【００３５】
なお、上述の実施形態では、ボイラ１２に連結されたガス管１１に対して堆積物除去装置２０を用いる場合を例示して説明したが、堆積物除去装置２０を用いる対象はボイラ１２に連結されたガス管１１に限られない。堆積物除去装置２０は、ガスホルダーに連結されたガス管１１に対して用いられてもよく、ボイラ１２に設置された排ガスダクト（図示省略）に対して用いられてもよい。なお、ガスホルダーに連結されたガス管１１に対して堆積物除去装置２０が用いられた場合にも、細かくなった堆積物がガスホルダーの底に蓄積するに過ぎず、塊状の堆積物が落下することによりガスホルダーの内壁を痛める可能性が低減される。
【００３６】
本発明は、上述の堆積物除去装置２０を用いて、ガス管１１内に堆積した堆積物を除去する堆積物除去方法としても把握され、堆積物除去装置２０により奏される効果と同様の効果が奏される。
【符号の説明】
【００３７】
１    設備
１１    ガス管
１２    ボイラ
１３    蒸気タービン
１４    発電機
２０    堆積物除去装置
２１    蒸気供給源
２２    蒸気配管
２３    ノズル
２４    バルブ
２３０    噴射口
ＣＴ    管軸
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２    管軸を通る直線
【図１】
2020190356.tif 000003
【図２】
2020190356.tif 000004
【図３】
2020190356.tif 000005
【図４】
2020190356.tif 000006
【図５】
2020190356.tif 000007