(57)【要約】【課題】サイクロンにおける旋回流の乱れを減少させる。【解決手段】入口管が円筒部の上端面を構成する天板から下方側に離間した位置に接続され、かつ、前記出口管の下端が前記天板よりも下方側に突出せず前記円筒部内に露出していないサイクロンにより解決される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板を有する円筒部と、その下方の円錐部と、前記円筒部の側部に接続され固体粒子を含む被処理ガスを前記円筒部内に導入する入口管と、前記天板に接続され固体粒子が分離された気体を排出する出口管とを備えるサイクロンにおいて、
前記入口管が前記天板から下方側に離間した前記円筒部の中間位置に接続され、
かつ、前記出口管の下端が前記天板よりも実質的に下方側に突出していないことを特徴とするサイクロン。
【請求項２】
円筒部の内径に対する、入口管上端と天板との間の距離の比率が０．４〜０．７である請求項１記載のサイクロン。
【請求項３】
円筒部の内径に対する、入口管上端から円筒部下端まで距離の比率が１．２〜１．８である請求項１または２記載のサイクロン。
【請求項４】
円筒部の内径に対する、円錐部の高さの比率が１．２〜１．８である請求項１〜３の何れか１項に記載のサイクロン。
【請求項５】
固形粒子分と気体との重量比が１．０以上ある被処理ガスに対して用いられる請求項１〜４の何れか１項に記載のサイクロン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体中の固形粒子を集塵するサイクロンに関し、特に、都市ゴミ、下水汚泥、産業廃棄物等の焼却処理を行う循環流動層炉に設置されるサイクロンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サイクロンは、円筒部（外筒と呼ばれることもある。）と、その下方の円錐部と、前記円筒部の側部に接続された被処理ガスを円筒部内に導入するための入口管と、前記円筒部の上端面に接続された排ガスを排出するための出口管（内筒と呼ばれることもある。）とを備える。
【０００３】
従来のサイクロンは、円筒部内に導入された被処理ガスについて固定粒子の分離がなされないまま、ショートパスして出口管から排出されないように、出口管を円筒部の天板を貫通させて設け、その下端が入口管の下端よりも下側に位置するように構成している。
【０００４】
しかし、かかる構成であると、被処理ガス中の固定粒子が前記出口管の外面に衝突して出口管が磨耗する。そして、出口管の磨耗が進行することにより旋回流に乱れが生じて集塵性能が低下するという問題がある。
【０００５】
かかる問題は、特に、循環流動層炉において燃焼ガスから流動媒体を分離回収するために設置されるホットサイクロンのように、高温かつ高粒子濃度の被処理ガスを対象とするサイクロンにおいて顕著である。
【０００６】
この問題点を解決しようとした先行技術として、特開２００１−２６３６３５号がある。この技術は、出口管の円筒部内露出長を、入口管の高さより短く設定するとともに、円筒部の直径に対する出口管の円筒部内露出長の比率を０．１〜０．４の間に設定することで出口管の磨耗を減少させるとしている。
【特許文献】
特開平２００１−２６３６３５
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記例のように、円筒部内への出口管の円筒部内露出長を入口管の高さより短くしたとしても、出口管の下端部が円筒内に露出していることにはかわりがなく、しかも、入口管の高さ範囲に出口管の下端部が位置しているため、磨耗を完全に防止することはできず、根本的な解決策とはなっていない。
【０００８】
そこで、本発明の主たる課題は、出口管の磨耗を防止するとともに、磨耗等に起因する旋回流の乱れのないサイクロンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明およびその作用効果は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
天板を有する円筒部と、その下方の円錐部と、前記円筒部の側部に接続され固体粒子を含む被処理ガスを前記円筒部内に導入する入口管と、前記天板に接続され固体粒子が分離された気体を排出する出口管とを備えるサイクロンにおいて、
前記入口管が前記天板から下方側に離間した前記円筒部の中間位置に接続され、
かつ、前記出口管の下端が前記天板よりも実質的に下方側に突出していないことを特徴とするサイクロン。
【００１０】
＜請求項２記載の発明＞
円筒部の内径に対する、入口管上端と天板との間の距離の比率が０．４〜０．７である請求項１記載のサイクロン。
【００１１】
＜請求項３記載尾発明＞
円筒部の内径に対する、入口管上端から円筒部下端まで距離の比率が１．２〜１．８である請求項１または２記載のサイクロン。
【００１２】
＜請求項４記載の発明＞
円筒部の内径に対する、円錐部の高さの比率が１．２〜１．８である請求項１〜３の何れか１項に記載のサイクロン。
【００１３】
＜請求項５記載の発明＞
固形粒子分と気体との重量比が１．０以上ある被処理ガスに対して用いられる請求項１〜４の何れか１項に記載のサイクロン。
【００１４】
（作用効果）
本発明にかかるサイクロンは、出口管において円筒部内に露出する部分がないので、被処理ガスの衝突に起因する磨耗の問題が完全に改善される。そして、出口管の円筒部内露出部分の磨耗によって旋回流の乱れも発生しないので集塵性能の低下が防止される。また、サイクロンの圧力損失に関しても、出口管の円筒部内突出部が無くなることにより低減される。
【００１５】
一方、入口管を円筒部の側部上端部から下方側に離間した位置に接続するので、被処理ガスがショートパスするおそれが少なくなる。
【００１６】
他方、本発明者らの研究により、出口管を円筒部内に突出させず、入口管を円筒部の側部上端から離間させた位置に接続するにあたっては、円筒部の内径に対する入口管上端と天板との間の距離の比率を０．４〜０．７とすると、被処理ガスがショートパスして出口管から排気されることがほぼなくなる。
【００１７】
他方、上記本発明にかかるサイクロンにおいては、円筒部の内径に対する入口管上端から円筒部下端まで距離の比率を１．２〜１．８とすると、円錐部におけるおける旋回流速が効果的な範囲となる。
【００１８】
そして、通常サイクロンにおいては、サイクロンの円錐部の長さ（高さ）が長いほど、被処理ガスの旋回回数が増加し集塵効率が向上するが、無制限に長くすると旋回回数の増加に伴う圧力損失の増大、設備費の高騰等のため経済的ではない。この長さはサイクロンの構成により決定されるが、上記本発明の出口管を円筒部内に突出させず、入口管を円筒部の側部上端から離間させた位置に接続するサイクロンにおいては、円筒部の内径に対する前記円錐部の高さの比率が１．２〜１．８とすると集塵効率がより適した範囲となる。
【００１９】
そして、上記請求項１〜４記載の本発明にかかるサイクロンは、固形粒子分と気体との重量比が１．０以上ある被処理ガスに対して効果的であり、さらには、循環型流動層炉に用いられる８００〜９００℃の高温燃焼ガスから流動媒体を回収するのに用いるサイクロンとして特に効果的である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次いで、本実施の形態を、循環流動層炉における接線型ホットサイクロンを例に図面を参照しながら説明する。図１は、循環流動層炉Ｘの概略図であり、図２は、前記循環流動層炉ＸにおけるホットサイクロンＳの概略の縦断面図であり、図３は、その３―３線断面図である。図中において、１は円筒部、２は円錐部、３は入口管、４は出口管、５は排出管、６は円筒部の天板、Ａは燃焼炉本体、Ａ１は被燃焼物の導入管、Ａ２は一次燃焼用ガスの導入管、Ａ３は二次燃焼ガスの導入管を示す。
【００２１】
図示例の循環型流動層炉Ｘは、流動媒体（熱媒体）が循環している燃焼炉Ａ内に被燃焼物導入管Ａ１から被燃焼物を導入し、燃焼用ガス導入管Ａ２，Ａ３から燃料ガスを燃焼炉Ａに導入して被燃焼物を燃焼処理する。この燃焼処理において発生した燃焼排ガスは燃焼炉頂上部Ａ４からサイクロンＳに向かって流れ、サイクロンＳにおいて燃焼排ガスから流動媒体が高温のまま分離回収されサイクロンＳの下端に接続された排出管５を介して燃焼炉Ａ内に返送される。
【００２２】
前記サイクロンＳは、前記円筒部１と円錐部２とがサイクロンＳの胴部本体をなし、前記入口管３が前記円筒部１の接線方向に向かって被処理ガスが導入されるように円筒部１の側部に接続され、出口管４が円筒部の天板に接続され、前記円錐部の下端に回収した流動媒体等を燃焼炉に返送する返送管５が接続され、燃焼炉Ａからの燃焼排ガスについて流動媒体等と排ガスとに分離して、熱媒体となる流動媒体を燃焼炉に返送するとともに排ガスを排気させる。
【００２３】
循環型流動層炉Ａから排出された流動媒体、飛灰を含む粒子濃度の高い燃焼排ガス（被処理ガス）は入口管３を介して、円筒部１の接線方向に向かって導入され、導入された燃焼排ガスは、円筒部１内を旋回しながら円錐部２の下部まで下降し、前記円錐部２の下部においてガスおよび飛灰が反転して上昇し出口管４より排気される。それとともに流動媒体が排出管５から排出される。
【００２４】
出口管４は、円筒部１の天板６に接続されており、その下端部は円筒部１内には突出していない。すなわち、出口管４が天板６を貫通して円筒部１内に露出しておらず、天板６に出口管４の排ガス導入口が開口する構成となっている。かかる構成とすることで、入口管３から導入される燃焼排ガスが出口管４の円筒部内突出部に衝突して当該部位が磨耗するということがありえなくなる。なお、円筒部１と出口管４との接続方法については特に限定されない。出口管４と円筒部１とを一体的に形成することもできるし、別体に形成して螺子固定等することもできる。従来の管の接続方法に従って接続することができる。
【００２５】
前記入口管３は、円筒部１の側部に接続される点では従来例と同様であるが、その接続位置が異なり円筒部１の天板から下方側に離間した位置に接続されている。従って、燃焼排ガスは円筒部１の天板６から離間した位置に導入されることになる。このようにすると、円筒部１において入口管接続部上端より上方、すなわち図示の入口管上端延長面Ｐと天板内面との間に、高さｈの空間が構成され、入口管３から円筒部１内に導入された燃焼排ガスのショートパスが減少する。
【００２６】
円筒部１に対する入口管３の接続位置は、好適には、円筒部１の内径Ｄに対する入口管上端と天板内面との間の距離ｈの比率が１：０．４〜０．７となる位置とする。すなわち、（Ｄ：ｈ）＝（１：０．４〜０．７）となるように入口管３を接続するのが望ましい。このようにすると、燃焼排ガスのショートパスがより減少する。
【００２７】
一方、一般的なサイクロンにおいては、入口管下端から円錐部下端までの距離（以下、入口管下距離と記載する。）を変化させると、集塵効率も変化する。すなわち、入口管下距離がながいほど旋回速度が高まるが、過度に長くしすぎると遠心効果が無くなるとともに、旋回流が弱くなって、ガス流れが反転する位置における旋回流と反転流の境界がはっきりしなくなり旋回流中に含有される固形粒子の一部が反転流に同伴され逆に集塵効率が低下する。このため、入口管下距離に好適長が存在する。
【００２８】
この好適長は、サイクロンの構造により異なるものであるが、本実施の形態にかかるサイクロンＳのように入口管３を円筒部１の側部上端から下方側に離間させて接続するとともに、出口管４について円筒部内突出部分を設けない構造とする場合には、円筒部１に対する入口管３の接続位置は、好適には、円筒部１の内径Ｄに対する入口管上端から円筒部下端まで距離Ｈの比率が１．２〜１．８となる位置とするのが望ましい。すなわち、（Ｄ：Ｈ）＝（１：１．２〜１．８）となるように入口管を接続するのが望ましい。このようにすると、入口管３から導入された燃焼排ガスの旋回流が弱くならず、効果的な分離が可能となる状態で、燃焼排ガスが円錐部に移行される。
【００２９】
一方、円筒部１の下方の円錐部２の高さ（長さ）は、円筒部１の内径Ｄに対する前記円錐部２の高さの比率を１．２〜１．８とするのが望ましい。すなわち、（Ｄ：Ｌ）＝（１：１．２〜１．８）となるようにするのが望ましい。このようにすると、円錐部下部において、旋回流が弱くならず旋回流と反転流の境界がはっきりした状態が維持され、旋回流中に含有されるダストの一部が反転流に同伴されることがない。
【００３０】
（実施例）
次いで、本発明の実施例を示す。実施条件は、粒子の挙動を実設備と同等になるように、アルキメデス係数Ａｒとレイノルズ数Ｒｅとを等値とした。
【００３１】
まず、入口管上端部と円筒部天板との距離ｈを変化させて回収されず飛散してしまった粒子（出口管から排出された粒子）の量を測定し飛散率の変化を測定するとともに、円筒部内に出口管が突出している従来のサイクロンとの比較を行った。
【００３２】
図４に結果を示す。図４中横軸は円筒部の内径Ｄに対する入口管上端と円筒部の側部上端からの距離ｈの比率（ｈ／Ｄ）を示し、縦軸には飛散率を示す。図４より本実施条件において、本発明のサイクロンＳは、ｈ／Ｄ値が約０．３以下においては、従来サイクロンよりも高飛散率であるが、０．３以上とすると従来サイクロンよりも低飛散率となることが確認できた。すなわち、上記実施条件において、本発明にかかるサイクロンが従来例より低飛散率にすることができることが確認された。
【００３３】
次に、ｈ／Ｄを０．５に固定し、入口管３の上端から円筒部１の下端（円錐部の上端）までの距離Ｈを変化させて飛散率を測定するとともに、円筒部内に出口管が突出している従来のサイクロンとの比較を行った。この測定は、円筒部の内径Ｄに対する前記円錐部の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）を１．０、１．５、２．０の場合の各々について行った。
【００３４】
図５に結果を示す。図５中横軸は円筒部の内径Ｄに対する入口管上端から円筒部の下端までの距離Ｈの比率（Ｈ／Ｄ）を示し、縦軸には飛散率を示す。図５より本実施条件において、本発明にかかるサイクロンは、（Ｌ／Ｄ）＝１．０、１．５、２．０のすべてにおいて、Ｈ／Ｄが約１．５で最小の飛散率となった。そして（Ｌ／Ｄ）＝１．０では、本実施条件では従来例以下の飛散率とはならなかったが、（Ｌ／Ｄ）＝１．５、（Ｌ／Ｄ）＝２．０においては、従来サイクロンよりも低飛散率にすることができた。
【００３５】
詳細には、（Ｌ／Ｄ）＝１．０の従来サイクロンに対しては；（Ｌ／Ｄ）＝１．５の本実施例のサイクロンは、（Ｈ／Ｄ）＝約１．１５〜１．７０の範囲において低飛散率であり、（Ｌ／Ｄ）＝２．０の本実施例のサイクロンは、（Ｈ／Ｄ）＝約０．８５〜１．８５の範囲において、低飛散率となっている。
【００３６】
（Ｌ／Ｄ）＝１．５の従来サイクロンに対しては；（Ｌ／Ｄ）＝１．５の本実施例のサイクロンは、（Ｈ／Ｄ）＝約１．２〜１．７５の範囲において低飛散率であり、（Ｌ／Ｄ）＝２．０の本実施例のサイクロンは、（Ｈ／Ｄ）＝約１．２５〜１．９の範囲において、低飛散率となっている。
【００３７】
（Ｌ／Ｄ）＝２．０の従来サイクロンに対しては；（Ｌ／Ｄ）＝１．５の本実施例のサイクロンは、（Ｈ／Ｄ）＝約１．３５〜１．７の範囲において低飛散率であり、（Ｌ／Ｄ）＝２．０の本実施例のサイクロンは、（Ｈ／Ｄ）＝約１．３５〜１．８の範囲において、低飛散率となっている。
【００３８】
してみると、上記実施条件において、本発明にかかる（Ｌ／Ｄ）＝１．５、２．０のサイクロンについては、従来サイクロンより低飛散率にできることが確認された。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳述のとおり本発明によれば、出口管の磨耗がなく旋回流の乱れが生じなくなり、これに起因する集塵効率の低下がなく、しかも集塵効率の向上もなせるサイクロンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる循環型流動層炉の概略図である。
【図２】本実施の形態にかかる接線型ホットサイクロンの概略図である。
【図３】そのＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図４】入口管上端と、飛散率との関係を表す図である。
【図５】飛散率との関係を表す図である。
【符号の説明】
１…円筒部、２…円錐部、３…入口管、４…出口管、５…排出管、６…円筒部天板、Ｓ…サイクロン、Ｈ…入口管上端から円筒部下端までの距離、ｈ…円筒部側部上端から入口管上端までの距離、Ｄ…円筒部の内径、Ｌ…円錐部の高さ、Ｐ…入口管上端延面。
【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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