(57)【要約】【課題】集塵処理後の排ガスが煙突内に漂う集塵処理されていない排ガスを吸い上げることによって集塵処理されていない排ガスが煙突から排出されることを抑制可能なコークス炉の排ガス処理装置を提供すること。【解決手段】コークス炉の排ガス処理装置は、集塵処理された排ガスを煙突６内に導入する吐出ダクト５ｂを備え、吐出ダクト５ｂは、煙突６の側面に略水平方向から接続する水平部５ｂ１と、水平部５ｂ１より排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部５ｂ２と、水平部５ｂ１と鉛直部５ｂ２とを接続する屈曲構造を有するベンド部５ｂ３と、を備え、ベンド部５ｂ３内にはベンド部５ｂ３の屈曲中心と略同じ屈曲中心を有する屈曲構造の１又は複数枚の案内板１３が設けられている。【選択図】図３
2018141072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に設けられた、コークス炉から排出された排ガスが供給される煙道と、
前記煙道から分岐し、鉛直方向に立設された煙突の第１高さ位置に前記排ガスを導入する未集塵排ガス経路と、
前記煙道から分岐して前記排ガスを吸引する吸引ダクト、前記吸引ダクトによって吸引された排ガスを集塵処理する集塵機、及び前記集塵機によって集塵処理された排ガスを前記第１高さ位置よりも高い前記煙突の第２高さ位置に導入する吐出ダクトと、を有する集塵排ガス経路と、
を備えるコークス炉の排ガス処理装置において、
前記排ガス処理装置は、前記未集塵排ガス経路が開放されている状態で運転され、
前記吸引ダクトに吸引される排ガスの量が前記コークス炉から排出される排ガスの量以上であり、
前記吐出ダクトは、前記煙突の側面に略水平方向から接続する水平部と、前記水平部より前記排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部と、前記水平部と前記鉛直部とを接続する屈曲構造を有するベンド部と、を備え、
前記ベンド部内には該ベンド部の屈曲中心と略同じ屈曲中心を有する屈曲構造の案内板が前記ベンド部の径方向に１又は複数枚設けられている
ことを特徴とするコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項２】
水平方向に設けられた、コークス炉から排出された排ガスが供給される煙道と、
前記煙道から分岐し、鉛直方向に立設された煙突の第１高さ位置に前記排ガスを導入する未集塵排ガス経路と、
前記煙道から分岐して前記排ガスを吸引する吸引ダクト、前記吸引ダクトによって吸引された排ガスを集塵処理する集塵機、及び前記集塵機によって集塵処理された排ガスを前記第１高さ位置よりも高い前記煙突の第２高さ位置に導入する吐出ダクトと、を有する集塵排ガス経路と、
を備えるコークス炉の排ガス処理装置において、
前記排ガス処理装置は、前記未集塵排ガス経路が開放されている状態で運転され、
前記吸引ダクトに吸引される排ガスの量が前記コークス炉から排出される排ガスの量以上であり、
前記吐出ダクトは、前記煙突の側面に略水平方向から接続する水平部と、前記水平部より前記排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部と、前記水平部と前記鉛直部とを接続する屈曲構造を有するベンド部と、を備え、
前記吐出ダクトの吐出口の内部には、前記煙突の軸に対して水平方向に広がる複数の分散板が設置されている
ことを特徴とするコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項３】
水平方向に設けられた、コークス炉から排出された排ガスが供給される煙道と、
前記煙道から分岐し、鉛直方向に立設された煙突の第１高さ位置に前記排ガスを導入する未集塵排ガス経路と、
前記煙道から分岐して前記排ガスを吸引する吸引ダクト、前記吸引ダクトによって吸引された排ガスを集塵処理する集塵機、及び前記集塵機によって集塵処理された排ガスを前記第１高さ位置よりも高い前記煙突の第２高さ位置に導入する吐出ダクトと、を有する集塵排ガス経路と、
を備えるコークス炉の排ガス処理装置において、
前記排ガス処理装置は、前記未集塵排ガス経路が開放されている状態で運転され、
前記吸引ダクトに吸引される排ガスの量が前記コークス炉から排出される排ガスの量以上であり、
前記吐出ダクトは、前記煙突の側面に略水平方向から接続する水平部と、前記水平部より前記排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部と、前記水平部と前記鉛直部とを接続する屈曲構造を有するベンド部と、を備え、
前記ベンド部内には該ベンド部の屈曲中心と略同じ屈曲中心を有する屈曲構造の案内板が前記ベンド部の径方向に沿って１又は複数枚設けられ、
前記吐出ダクトの吐出口の内部には、前記煙突の軸に対して水平方向に広がる複数の分散板が設置されている
ことを特徴とするコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記吐出ダクトの吐出口の断面形状は、鉛直方向の辺の長さよりも水平方向の辺の長さが長い略長方形形状であり、前記分散板の設置箇所において前記吐出ダクトの吐出口が前記排ガスの流れ方向上流側から流れ方向下流側に向けて鉛直方向に絞られていることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載のコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記吐出ダクトから吐出される集塵処理後の排ガスの温度は前記煙道を流れる集塵処理されていない排ガスの温度よりも低く、前記吐出ダクトから吐出される集塵処理後の排ガスの単位時間当たりの運動量を煙突の断面積で除算した値が、集塵処理されていない排ガスの温度と集塵処理後の排ガスの温度との差及び前記煙道の高さ位置と前記吐出ダクトの吐出口の高さ位置と差により生じる浮力による圧力の６倍以上の大きさであることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載のコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記吸引ダクトとの接続箇所における前記煙道の断面形状は略長方形形状であり、前記煙道との接続箇所における前記吸引ダクトの開口部は前記煙道の長辺側に長いことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載のコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記吸引ダクトとの接続箇所における前記煙道の断面形状は略半円形形状であり、前記煙道との接続箇所における前記吸引ダクトの開口部は前記煙道の直径側に長いことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載のコークス炉の排ガス処理装置。
【請求項８】
前記煙道との接続箇所における前記吸引ダクトの開口部の幅は前記煙道の断面幅の７０％以上であることを特徴とする請求項６又は７に記載のコークス炉の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉からの排ガスを集塵処理して排出するコークス炉の排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、石炭を乾留してコークスを生成する炭化室と、炭化室に隣接して加熱する燃焼室とが、壁を介して交互に並ぶコークス炉において、燃焼室からの排ガス中に含まれる煤塵を集塵機によって除去することが知られている。また、不測の事態によって排ガスの集塵処理が突如停止した場合であっても、煙道内での排ガスの異常燃焼を防止可能な排ガス処理装置が提案されている。具体的には、特許文献１には、集塵排ガス経路の出側開口端部に設けられ、集塵排ガス経路を通じて煙突内に導入される集塵処理後の排ガス（集塵排ガス）を煙突の開口幅方向に分散させる分散板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、煙突の下部は、地震等によって煙突が転倒しないように強固な構造を有している。このため、煙突の下部に集塵機の吐出ダクトを接続する場合、その接続位置は煙突の構造上の制約から例えば地表から１０ｍ程度の高さ位置になる。また、集塵機本体は地表に設置されるファン等の重量の大きい装置を備えるために、吐出ダクトには鉛直上方に伸びる立ち上がり部分が存在する。このため、立ち上がり部分を煙突近傍に設ける場合には、吐出ダクトには煙突の側面方向に向かう略直角に屈曲するベンド部が必要になる。
【０００５】
ところが、吐出ダクトにベンド部を設けた場合、吐出ダクトの吐出口付近における集塵排ガスの流れが上方向に偏る。このため、コークス炉からの集塵処理されていない排ガスを煙突下部に導入可能な煙突において、集塵排ガスをその上部に導入する場合、煙突内に合流した後、集塵排ガスが煙突内に漂う集塵処理されていない排ガス（未集塵排ガス）を吸い上げることによって未集塵排ガスが煙突から排出されてしまう。しかしながら、特許文献１記載の分散板は、集塵排ガスを煙突の開口幅方向に分散させるだけであるので、集塵排ガスが煙突内に漂う未集塵排ガスを吸い上げることによって未集塵排ガスが煙突から排出されることを抑制できない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、集塵処理後の排ガスが煙突内に漂う集塵処理されていない排ガスを吸い上げることによって集塵処理されていない排ガスが煙突から排出されることを抑制可能なコークス炉の排ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係るコークス炉の排ガス処理装置は、水平方向に設けられた、コークス炉から排出された排ガスが供給される煙道と、前記煙道から分岐し、鉛直方向に立設された煙突の第１高さ位置に前記排ガスを導入する未集塵排ガス経路と、前記煙道から分岐して前記排ガスを吸引する吸引ダクト、前記吸引ダクトによって吸引された排ガスを集塵処理する集塵機、及び集塵処理された排ガスを前記第１高さ位置よりも高い前記煙突の第２高さ位置に導入する吐出ダクトと、を有する集塵排ガス経路と、を備えるコークス炉の排ガス処理装置において、前記排ガス処理装置は、前記未集塵排ガス経路が開放されている状態で運転され、前記吸引ダクトに吸引される排ガスの量が前記コークス炉から排出される排ガスの量以上であり、前記吐出ダクトは、前記煙突の側面に略水平方向から接続する水平部と、前記水平部より前記排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部と、前記水平部と前記鉛直部とを接続する屈曲構造を有するベンド部と、を備え、前記ベンド部内には該ベンド部の屈曲中心と略同じ屈曲中心を有する屈曲構造の案内板が前記ベンド部の径方向に１又は複数枚設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の態様に係るコークス炉の排ガス処理装置は、水平方向に設けられた、コークス炉から排出された排ガスが供給される煙道と、前記煙道から分岐し、鉛直方向に立設された煙突の第１高さ位置に前記排ガスを導入する未集塵排ガス経路と、前記煙道から分岐して前記排ガスを吸引する吸引ダクト、前記吸引ダクトによって吸引された排ガスを集塵処理する集塵機、及び集塵処理された排ガスを前記第１高さ位置よりも高い前記煙突の第２高さ位置に導入する吐出ダクトと、を有する集塵排ガス経路と、を備えるコークス炉の排ガス処理装置において、前記排ガス処理装置は、前記未集塵排ガス経路が開放されている状態で運転され、前記吸引ダクトに吸引される排ガスの量が前記コークス炉から排出される排ガスの量以上であり、前記吐出ダクトは、前記煙突の側面に略水平方向から接続する水平部と、前記水平部より前記排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部と、前記水平部と前記鉛直部とを接続する屈曲構造を有するベンド部と、を備え、前記吐出ダクトの吐出口の内部には、前記煙突の軸に対して水平方向に広がる複数の分散板が設置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の態様に係るコークス炉の排ガス処理装置は、水平方向に設けられた、コークス炉から排出された排ガスが供給される煙道と、前記煙道から分岐し、鉛直方向に立設された煙突の第１高さ位置に前記排ガスを導入する未集塵排ガス経路と、前記煙道から分岐して前記排ガスを吸引する吸引ダクト、前記吸引ダクトによって吸引された排ガスを集塵処理する集塵機、及び集塵処理された排ガスを前記第１高さ位置よりも高い前記煙突の第２高さ位置に導入する吐出ダクトと、を有する集塵排ガス経路と、を備えるコークス炉の排ガス処理装置において、前記排ガス処理装置は、前記未集塵排ガス経路が開放されている状態で運転され、前記吸引ダクトに吸引される排ガスの量が前記コークス炉から排出される排ガスの量以上であり、前記吐出ダクトは、前記煙突の側面に略水平方向から接続する水平部と、前記水平部より前記排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部と、前記水平部と前記鉛直部とを接続する屈曲構造を有するベンド部と、を備え、前記ベンド部内には該ベンド部の屈曲中心と略同じ屈曲中心を有する屈曲構造の案内板が前記ベンド部の径方向に沿って１又は複数枚設けられ、前記吐出ダクトの吐出口の内部には、前記煙突の軸に対して水平方向に広がる複数の分散板が設置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るコークス炉の排ガス処理装置は、上記発明において、前記吐出ダクトの吐出口の断面形状は、鉛直方向の辺の長さよりも水平方向の辺の長さが長い略長方形形状であり、前記分散板の設置箇所において前記吐出ダクトの吐出口が前記排ガスの流れ方向上流側から流れ方向下流側に向けて鉛直方向に絞られていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るコークス炉の排ガス処理装置は、上記発明において、前記吐出ダクトから吐出される集塵処理後の排ガスの温度は前記煙道を流れる集塵処理されていない排ガスの温度よりも低く、前記吐出ダクトから吐出される集塵処理後の排ガスの単位時間当たりの運動量を煙突の断面積で除算した値が、集塵処理されていない排ガスの温度と集塵処理後の排ガスの温度との差及び前記煙道の高さ位置と前記吐出ダクトの吐出口の高さ位置と差により生じる浮力による圧力の６倍以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るコークス炉の排ガス処理装置は、上記発明において、前記吸引ダクトとの接続箇所における前記煙道の断面形状は略長方形形状であり、前記煙道との接続箇所における前記吸引ダクトの開口部は前記煙道の長辺側に長いことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るコークス炉の排ガス処理装置は、上記発明において、前記吸引ダクトとの接続箇所における前記煙道の断面形状は略半円形形状であり、前記煙道との接続箇所における前記吸引ダクトの開口部は前記煙道の直径側に長いことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るコークス炉の排ガス処理装置は、上記発明において、前記煙道との接続箇所における前記吸引ダクトの開口部の幅は、前記煙道の断面幅の７０％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るコークス炉の排ガス処理装置によれば、集塵処理後の排ガスが煙突内に漂う集塵処理されていない排ガスを吸い上げることによって集塵処理されていない排ガスが煙突から排出されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態であるコークス炉の排ガス処理装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、吸引ダクト及び吐出ダクトの構成を説明するための平面図及び側面図である。
【図３】図３は、吐出ダクトの構成を示す鉛直方向断面図及び平面方向断面図である。
【図４】図４は、図３に示す吐出ダクトの構成における煙突の鉛直方向断面内での集塵排ガスの速度分布を示す図である。
【図５】図５は、案内板及び分散板のない吐出ダクトの構成における煙突の鉛直方向断面内での集塵排ガスの速度分布を示す図である。
【図６】図６は、図３に示す吐出ダクトの変形例の構成を示す鉛直方向断面図及び平面方向断面図である。
【図７】図７は、図６に示す吐出ダクトの構成における煙突の鉛直方向断面内での集塵排ガスの速度分布を示す図である。
【図８】図８は、煙道と吸引ダクトとの接続部分の構成を示す平面図及び側面図である。
【図９】図９は、煙道と吸引ダクトとの接続部分の変形例の構成を示す平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるコークス炉の排ガス処理装置の構成及びその動作について説明する。
【００１８】
〔全体構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態であるコークス炉の排ガス処理装置の全体構成について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態であるコークス炉の排ガス処理装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるコークス炉の排ガス処理装置１は、コークス炉２からの排ガスを集塵処理して排出する装置であり、煙道３と、煙道３から分岐された未集塵排ガス経路４及び集塵排ガス経路５と、を備えている。なお、コークス炉２は、石炭を乾留してコークスを生成する炭化室と、炭化室に隣接して加熱する燃焼室とが、壁を介して交互に並んだ構成を有している。このようなコークス炉２では、老朽化等に伴い壁のレンガに亀裂等の隙間が生じると炭化室で発生したガスが壁のレンガの隙間を通って燃焼室内に流入し、燃焼室内で煤が生じて燃焼の排ガスと共に煤塵を含んだ排ガスとして排出される。
【００２０】
煙道３は、コークス炉２と煙突６とを連通して、コークス炉２から煙突６に通じる排ガス経路を形成する。詳細には、煙道３の入側開口端部はコークス炉２に接続されている。煙道３の出側は、未集塵排ガス経路４と集塵排ガス経路５とに分岐し、未集塵排ガス経路４と集塵排ガス経路５の各出側開口端部は煙突６に接続されている。このように、煙道３は、未集塵排ガス経路４と集塵排ガス経路５とに分岐してコークス炉２と煙突６とを連通させている。また、煙道３には、圧力調整弁７が設けられている。圧力調整弁７は、煙道３における未集塵排ガス経路４と集塵排ガス経路５との分岐部分に比して上流側（コークス炉２側）に設けられている。圧力調整弁７は、煙道３の開度を調整することによってコークス炉２からの排ガスの煙道３内における圧力を調整する。
【００２１】
未集塵排ガス経路４は、コークス炉２からの排ガス（未集塵排ガス）を煙突６の低部位へ直接供給する排ガス経路である。ここで、煙突６内の低部位とは、集塵排ガス経路５が集塵処理後の排ガス（集塵排ガス）を導入する煙突６内の所定部位（第２高さ位置）に比して低い高さ位置（第１高さ位置）のことを意味する。
【００２２】
集塵排ガス経路５は、ガス流量調整弁８、遮断弁９、集塵機１０、及び吸引送風機１１を備え、集塵機８を経由させてコークス炉２からの未集塵排ガスを集塵処理して煙突６内の所定部位に導入する排ガス経路である。
【００２３】
ガス流量調整弁８は、集塵排ガス経路５のうちの煙道３から分岐して未集塵排ガスを吸引する吸引ダクト５ａに配置されている。ガス流量調整弁８は、コークス炉２から集塵排ガス経路５へ流通する未集塵排ガスの流量を調整する。
【００２４】
遮断弁９は、集塵排ガス経路５のうちのガス流量調整弁８と集塵機１０との間に配置されている。遮断弁９は、集塵排ガス経路５のうちの集塵機１０に通じる部分を開閉することによって、集塵機１０への未集塵排ガスの流通を許容又は遮断する。具体的には、遮断弁９は、集塵機１０等の立ち上げ又はメンテナンス等を行う期間のみ、集塵排ガス経路５を全閉状態にして、集塵機１０への未集塵排ガスの流通を遮断する。一方、遮断弁９は、この期間以外、すなわち、コークス炉２からの未集塵排ガスを集塵処理して煙突６から排出すべき期間、常に集塵排ガス経路５を開状態にして、集塵機１０への未集塵排ガスの流通を許容する。
【００２５】
集塵機１０は、コークス炉２からの未集塵排ガスを集塵処理する装置である。具体的には、集塵機１０は、電気集塵機又はバグフィルタ等を用いて実現され、遮断弁９と吸引送風機１１との間に配置されている。集塵機１０は、煙道３の分岐部分から集塵排ガス経路５内に流入した未集塵排ガスを集塵処理することによって、未集塵排ガスに含まれる煤塵を除去する。この結果、集塵機１０は、コークス炉２からの未集塵排ガスから煤塵を除去した排ガス、すなわち集塵排ガスを生成する。
【００２６】
吸引送風機１１は、従来の集塵処理に用いられる従来の吸引送風機に比して強力な吸引機能を有するものであり、集塵排ガス経路５のうちの集塵機１０の後段に配置されている。吸引送風機１１は、集塵排ガス経路５に沿って未集塵排ガスをコークス炉２側から集塵機１０へ流通させると共に、吐出ダクト５ｂを介して集塵機１０から煙突６内の所定部位に向けて集塵排ガスを流通させる。
【００２７】
〔吸引ダクト及び吐出ダクトの構成〕
次に、図２〜図９を参照して、上記集塵排ガス経路５における吸引ダクト５ａ及び吐出ダクト５ｂの構成について詳しく説明する。
【００２８】
図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、吸引ダクト５ａ及び吐出ダクト５ｂの構成を説明するための平面図及び側面図である。図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、吸引ダクト５ａは、煙道３から鉛直上方に分岐して未集塵排ガスを吸引する。吸引ダクト５ａが鉛直上方に分岐する理由は、煙道３が盛り土によって地表レベルよりも少なくとも煙道３の高さ分高くなっており、吸引ダクト５ａを水平方向に分岐させると、盛り土を掘って吸引ダクト５ａを埋設することになり、施工費用が増大するためである。そして、未集塵排ガスは例えば２３０℃の高温になりうるのに対して、集塵機１０の耐熱温度は例えば２００℃であるため、大気圧よりも低い吸引ダクト５ａ内の圧力を利用して、外気導入弁１２から大気温度の空気を吸い込ませて未集塵排ガスの温度を集塵機１０の耐熱温度以下にしている。
【００２９】
外気と合流した未集塵排ガスは、集塵機１０を通過して、煤塵を除去された集塵排ガスとなり、吸引送風機１１に吸引される。吸引送風機１１のファンは回転体であるため、吸引送風機１１は共振を防止するために地表レベルの強固な基礎上の架構に設置されている。吸引送風機１１の吐出口は、地表近くを通る吐出ダクト５ｂに接続され、煙突６へと導かれる。ここで、煙道３から集塵機１０に吸引される未集塵排ガス量がコークス炉２から排出される排ガス量を下回ると、その差が未集塵排ガス経路４を通って煙突６から排出されるため、煤塵の混じった排ガスが黒煙として見える可能性がある。
【００３０】
このため、煙道３から集塵機１０に吸引される未集塵排ガス量はコークス炉２から排出される排ガス量以上となるよう余裕を持って設定されている。ところが、煙道３から集塵機１０に吸引される未集塵排ガス量とコークス炉２からの排ガス量との差は、集塵排ガスが未集塵排ガス経路４を逆流して未集塵排ガスが順流してくることを阻止するが、未集塵排ガスの逆流量を多くすることは集塵機１０の容量を大きく設計することに他ならない。このため、煙道３から集塵機１０に吸引される未集塵排ガス量とコークス炉２からの排ガス量との差は、経済的にはできるだけ少なくすることが望ましく、未集塵排ガス量の３〜５％の範囲内とすることが望ましい。
【００３１】
煙突６は円筒状の鉄筋コンクリート製で高さが１２０ｍあり、地震等によって転倒しないようにその最下部は強固な構造を有している。このため、煙突６の下部に吐出ダクト５ｂを接続する場合でも、接続位置は最下部を避け地表から１０ｍの高さとしている。このような背景から、吐出ダクト５ｂには地表近くから煙突６の接続口まで鉛直方向に立ち上がる部分が存在している。また、コークス炉２への燃焼用空気の供給は、煙突６に生じるドラフトによってなされており、吸引送風機１１により強制通気する集塵排ガス経路５内の流速よりも未集塵排ガス経路４内の流速を小さくする必要がある。このため、未集塵排ガス経路４の断面積は集塵排ガス経路５の断面積より大きくなっている。
【００３２】
図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、吐出ダクト５ｂの構成を示す鉛直方向断面図及び水平方向断面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、吐出ダクト５ｂは、煙突６の側面に略水平方向から接続する水平部５ｂ１と、水平部５ｂ１より排ガスの流れ方向上流側において略鉛直方向に立ち上がる鉛直部５ｂ２と、水平部５ｂ１と鉛直部５ｂ２とを接続する屈曲構造を有するベンド部５ｂ３と、を備えている。ベンド部５ｂ３内には、３枚の案内板１３が設けられている。各案内板１３は、ベンド部５ｂ３の屈曲中心と略同じ屈曲中心を有する屈曲構造を有し、ベンド部５ｂ３の内半径と外半径とを等比に分割する位置に配置されている。これにより、案内板１３によって分割された集塵排ガス経路５は相似形となり、効率よく集塵排ガスの流れを直角に曲げることができる。本実施形態では、案内板１３は複数枚設けられているが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、案内板１３の枚数は１枚であってもよい。
【００３３】
また、案内板１３のガス流れ方向下流側には、水平方向に伸びる平板部１３ａが設けられており、この平板部１３ａによって集塵排ガスの流れを整えている。また、吐出ダクト５ｂの出側開口部（吐出口）には、それぞれの開き角度が６°の分散板１４が１１枚設けられており、全体で６０°に開くようにしている。分散板１４間の開き角度が６°よりも大きい場合、分散板１４の間で集塵排ガスの流れが剥離して偏流が生じる結果、分散板１４の効果が不十分となる。また、分散板１４間の開き角度が６°よりも小さい場合には、同じ６０°の開き角度を得るのに、分散板１４の枚数が増えて不経済となる上に、分散板１４の表面の摩擦によって圧力損失が大きくなる。なお、本実施形態では、案内板１３と分散板１４とを吐出ダクト５ｂに設けることとしたが、案内板１３及び分散板１４の一方のみを吐出ダクト５ｂに設けるようにしてもよい。
【００３４】
図４は、流体解析によって求められた、図３（ａ），（ｂ）に示す吐出ダクト５ｂの構成における煙突６の鉛直方向断面内での集塵排ガスの速度分布を示す。図４において、矢印の方向は集塵排ガスの流れ方向、矢印の長さは集塵排ガスの速度を示している。図４に示すように、吐出ダクト５ｂの接続部Ｒ１において集塵排ガスは略均一な流速分布を示しており、煙突６内に吐出された集塵排ガスの主流が煙突６の正面内壁６ａに到達している。これにより、集塵排ガスの流れを横断して未処理排ガスが煙突６の上方に漏洩できなくなるので、未処理排ガスを遮断することができる。
【００３５】
これに対して、図５は、流体解析によって求められた、案内板１３及び分散板１４のない吐出ダクト５ｂの構成における煙突６の鉛直方向断面内での集塵排ガスの速度分布を示す。図５において、矢印の方向は集塵排ガスの流れ方向、矢印の長さは集塵排ガスの速度を示している。図５に示すように、案内板１３及び分散板１４がない場合、吐出ダクト５ｂの接続部Ｒ２で集塵排ガスの流れが上方に偏り、吐出後もその傾向が維持されるため、煙突６の正面内壁６ａに集塵排ガスの主流が到達していない。この場合は、煙突６内に存在している未処理排ガスが煙突６の上方に漏洩する可能性があり、煙突６からの排ガスに黒煙として混じりこむので、付近の住民に不快感を与えることがありえる。
【００３６】
図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図３（ａ），（ｂ）に示す吐出ダクト５ｂの変形例の構成を示す鉛直方向断面図及び水平方向断面図である。図６（ａ），（ｂ）に示す変形例では、分散板１４の箇所において吐出ダクト５ｂの吐出口５ｂ４をガス流れ方向上流側からガス流れ方向下流側に向けて絞っている。図７は、流体解析によって求められた、図６（ａ），（ｂ）に示す吐出ダクト５ｂの構成における煙突６の鉛直方向断面内での集塵排ガスの速度分布を示す図である。図７において、矢印の方向は集塵排ガスの流れ方向、矢印の長さは集塵排ガスの速度を示している。図７に示すように、図６（ａ），（ｂ）に示す吐出ダクト５ｂの構成によれば、水平方向に吐出される集塵排ガスの流速を速めることができるので、煙突６内に吐出された集塵排ガスの主流が煙突６の正面内壁６ａにより大きな流速をもって衝突し、図３（ａ），（ｂ）に示す吐出ダクト５ｂの形状よりも未処理排ガスの漏洩防止効果を大きくすることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、分散板１４の入側断面積と出側断面積とが等しくなるように吐出ダクト５ｂの吐出口５ｂ４を絞っている。このため、分散板１４の間での集塵排ガスの流速は入側から出側にわたってほぼ一定であり、減速による集塵排ガスの流れの剥離や加速による圧損の増大を防止できる。具体的には、本実施形態では、内直径６．２ｍ、断面積３０．２ｍ2の煙突６に対して、分散板１４の幅は入側から出側に向けて１．９ｍから２．２ｍに広げつつ、高さは入側から出側に向けて１．６ｍから１．３６ｍに狭めることにより、分散板１４の断面積を３．０ｍ2と一定としている。
【００３８】
以上の実施形態では、案内板１３と分散板１４の両方が設置された例について説明したが、案内板１３のみでも図４に示す領域Ｒ１では流れが均一になっており、未集塵ガスの漏洩防止効果を発揮できる。また、分散板１４のみでも集塵排ガスは煙突６内で水平方向に広がるので、未集塵ガスの漏洩防止効果を発揮できる。
【００３９】
また、特に未集塵排ガスが集塵排ガスよりも高温である場合、集塵排ガス中を未集塵排ガスが上昇する浮力が発生し、煙突単位断面積当たりに作用する浮力は、未集塵排ガス経路４が煙突６に接続する高さ位置と吐出ダクト５ｂが煙突６に接続する高さ位置との高低差が１０ｍである場合、４．６Ｐａの圧力に相当する。この４．６Ｐａの圧力は、２００℃の集塵排ガス密度(０．７７８ｋｇ／ｍ3)と２３０℃の未集塵排ガス密度(０．７３１ｋｇ／ｍ3)との差(０．０４７ｋｇ／ｍ3)に重力加速度(９．８ｍ／ｓ2)と高低差(１０ｍ)を乗じて算出したものである。吐出ダクト５ｂの吐出口５ｂ４を絞らない場合、集塵排ガスの吐出流速は１６．１ｍ／ｓ、その単位時間当たりの運動量は７１０Ｎであり、集塵排ガスの吐出流が煙突６の断面積に均一に作用した場合の圧力は２３．７Ｐａと浮力の５．２倍となる。この単位時間当たりの運動量は、吐出流速に集塵排ガスの流量(５６．７ｍ3／ｓ)と集塵排ガス密度を乗じて求まり、その圧力への換算は煙突の断面積(２９．９ｍ2)で除して行ったものである。ところが、分散板１４によっても集塵排ガスの吐出流を煙突６の断面に均一には作用させることができないので、未集塵排ガスの逆流量が未集塵排ガス量の５％のときに未集塵排ガスの漏洩が１．０％存在する流体解析結果であった。これに対して、吐出ダクト５ｂの吐出口５ｂ４を絞った場合には、集塵排ガスの吐出流速は１９．０ｍ／ｓに高まり、その単位時間当たりの運動量も８３８Ｎになり、それを煙突６の断面積で除した値は２８.０Ｐａと煙突単位断面積当たりの浮力の６．１倍になり、未集塵排ガスの漏洩をゼロにすることができた。
【００４０】
図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ、煙道３と吸引ダクト５ａとの接続部分の構成例を示す平面図及び側面図である。図８に示すように、本実施形態では、煙道３は、鉄筋コンクリート製であり、断面形状が幅４５８８ｍｍ、高さ３６３５ｍｍの長方形形状であり、その上部の角には補強用のテーパー部分３ａが存在している。そして、煙道３の長辺である煙道３の幅方向に長辺長３４００ｍｍ、煙道３の短辺である煙道３の軸方向に短辺長１３００ｍｍの開口部３ｂを設けて、開口部３ｂに吸引ダクト５ａを接続している。
【００４１】
一般的に、煙道３のような大きい断面積の流路から吸引ダクト５ａのような小さい断面積の流路に分岐する場合、その分岐部に生じる圧力損失を抑制するために、吸引ダクト５ａ内の流速よりも開口部３ｂにおける平均流速を小さく設計する必要がある。そこで、本実施形態では、開口部３ｂにおける平均流速が１５ｍ／ｓ以下になるよう、開口部３ｂの面積を４．４ｍ2とし、開口部３ｂの形状としては、周長をできるだけ小さくするために例えば一辺２．１ｍの正方形とすることも可能であった。しかしながら、開口部３ｂの形状を正方形に近い形状にした場合には、煙道３の幅に対して吸引する開口部３ｂの幅が半分以下であり、吸引されない特に上部の両隅に未集塵排ガスの淀んだ部分が存在し、煙道３の上面に沿って未集塵排ガスが煙突６内に流入する。このため、未集塵排ガスの逆流量が小さい未集塵排ガス量の３％である場合、未集塵排ガスの漏洩が２．０％存在する流体解析結果であった。
【００４２】
そこで、煙道３内の未集塵排ガスを満遍なく吸引できるように、煙道３の上部の角には補強用のテーパー部３ａを避けるという、構造上の制約範囲内で煙道３の幅に近い開口として煙道３の幅の７４％である３．４ｍまで広げて、その面積を前述のとおり４．４ｍ2とした場合に開口の奥行きは１．３ｍとした。その場合には、未集塵排ガスの逆流量が小さい未集塵排ガス量の３％である場合でも、未集塵排ガスの漏洩をゼロにすることができた。
【００４３】
図９（ａ），（ｂ）はそれぞれ、煙道３と吸引ダクト５ａとの接続部分の変形例の構成を示す平面図及び側面図である。図９（ａ），（ｂ）に示す変形例は、前述の鉄筋コンクリート製の煙道３の中に、コンクリート表面保護のためにレンガを用いてアーチ式の煙道３ｃを構成した場合の煙道３と吸引ダクト５ａとの接続部分の形態である。アーチ式の煙道３ｃは鉄筋コンクリート製の煙道３の天井よりも低いため、前述の開口部３ｂと同じ断面で吸引ダクト５ａからアーチ式の煙道３ｃの天井まで差込口５ａ１を伸ばして接続している。この場合には、吸引ダクトへ５ａの開口は同じ形状のままで、アーチ式の煙道３ｃにより煙道３の幅が３９８８ｍｍまで狭まっている。このため、開口幅の割合が８５％まで向上すると共に、煙道３の上面の開口部３ｂ以外の部分が傾斜しているので、その面に沿って未集塵排ガスの淀んだ部分が存在しなくなり、この場合にも未集塵排ガスの漏洩を有効に防止することができた。
【００４４】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１  コークス炉の排ガス処理装置
２  コークス炉
３  煙道
４  未集塵排ガス経路
５  集塵排ガス経路
５ａ  吸引ダクト
５ｂ  吐出ダクト
５ｂ１  水平部
５ｂ２  鉛直部
５ｂ３  ベンド部
５ｂ４  吐出口
１３  案内板
１４  分散板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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