(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の接線方向に取り付けられ、固体粒子を含んだガスが導入される入口配管と、
前記ガスに角運動量を与え、ガス中の固体粒子を遠心力により分離除去する固体除去装置と、
前記固体粒子を回収する前記固体除去装置の管状の脚と、
前記固体除去装置の上部の中心軸線上に配置され、前記固体粒子を除去したガスを取り出す排気内筒と、
該排気内筒に接続された出口配管と、
前記固体除去装置を内装する圧力容器とを備えたサイクロンシステムにおいて、
前記固体除去装置の下部の中心軸線上に配置され、上部が軸対象で外径が前記排気内筒内径の０．６５倍を超える径の構造物と、前記圧力容器の固体粒子回収部と前記出口配管を結ぶ配管とを備え、
前記固体除去装置の管状の脚の内径が前記構造物の外径よりも小さいとともに、該構造物の下方に配置され、かつ、前記固体除去装置の中心軸線を中心とし、前記構造物の外径を外径とする円筒状の領域の内側に、前記構造物を支持する複数本の支柱を備えたことを特徴とするサイクロンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス中の固体粒子を遠心力で分離除去する固体除去装置（以下、サイクロンという）に係り、特に複数機のサイクロンからなるマルチサイクロンのダストホッパ（固体粒子回収部）からガスを抽気するようにしたサイクロンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サイクロンは構造が簡単で、しかも可動部分を伴わないので、広く工業的に普及した遠心集塵装置である。
【０００３】
サイクロンの集塵効率を向上させる手段として、まず、「サイクロン分離器」（１９８０，加藤中道館）の１４３頁にあるように、構造物（渦芯遮断円錐体）をサイクロン内に設置する方法がある。しかし、サイクロン内に構造物を設置すると、構造物の支持体が流れの抵抗となって、旋回流が弱まるため、集塵効率が低下する可能性がある。また、構造物とサイクロン本体との間にダストが沈積し、サイクロンを閉塞して、集塵効率が低下する可能性もある。よって構造物を内部に設置するサイクロンには最適な設計が必要となる。
【０００４】
次に、サイクロンの集塵効率を向上させる手段として、「粉体工学ハンドブック」（１９６５，朝倉書店）の３９６頁にあるように、サイクロン内のガスの一部をサイクロン下部のダストホッパから抽気するブローダウンがある。ところで、本発明が対象とする高温高圧下のサイクロンシステムでブローダウンをする場合、抽気されたガスをそのまま系外に排出すると、エネルギ損失が大きくなる問題がある。そのため、ガスを系内に戻す必要がある。ここで、ブローダウンしたガスをリサイクルする技術としては、特開昭55−44368号公報、特公平6−98255号公報に開示された例がある。前者は集塵装置で分離された粉塵を排出管からガスとともに抜き出し、サイクロンで分離したのち、ガスのみを排風機を使用して集塵装置の上流に戻す装置を開示している。後者は、ルーバー型の集塵器の下部にダスト抜き管で接続されたダストホッパを設け、このダスト抜き管と前記ルーバー型の集塵器の下流側の主排風機の上流側の排ガスダクトを、ブローダウン系集塵器を介装したブローダウン管で接続した排ガス処理装置を開示している。この装置では、転炉からのガスを冷却した後にルーバー型の集塵器で脱塵する。いずれの装置も、ブローダウンに排風機を用いるが、高温高圧下のサイクロンシステムでは、排風機が高温にさらされて強度上の問題があるため、排風機を使用したブローダウンはできないという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的はサイクロン内に構造物をもつ高温高圧下のサイクロンシステムにおいて、システム内の圧力差を利用してブローダウンを可能にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の手段は、本体の接線方向に取り付けられ、固体粒子を含んだガスが導入される入口配管と、ガスに角運動量を与え、ガス中の固体粒子を遠心力により分離除去する固体除去装置と、固体粒子を回収する固体除去装置の管状の脚と、固体除去装置の上部の中心軸線上に配置され、固体粒子を除去したガスを取り出す排気内筒と、この排気内筒に接続された出口配管と、固体除去装置を内装する圧力容器とを備えたサイクロンシステムにおいて、固体除去装置の下部の中心軸線上に配置され、上部が軸対象で外径が排気内筒内径の０．６５倍を超える径の構造物と、圧力容器の固体粒子回収部と出口配管を結ぶ配管とを備え、固体除去装置の管状の脚の内径が構造物の外径よりも小さいとともに、構造物の下方に配置され、かつ、固体除去装置の中心軸線を中心とし、構造物の外径を外径とする円筒状の領域の内側に、構造物を支持する複数本の支柱を備えたことを特徴とする。
【０００７】
発明者等は、サイクロンの集塵性能を向上させるべく、サイクロン管中心部にどのような構造物を設置すべきかを検討した。まず、管中心部に構造物を有するサイクロンのガス流動を計算した。計算によれば、サイクロン中心部に構造物があると、構造物が流れに対する抵抗体となり、構造物の下部では旋回力が弱まる。したがって、旋回によって生じるサイクロン中心部の圧力の低い領域は、構造物の下部に存在しなくなる。この時、構造物の外径を排気内筒の径の0.65倍以上とすれば、構造物の下部の圧力はサイクロン出口配管内の圧力よりも高くなることを見出した。つまり、ダストホッパの圧力がサイクロン出口配管の圧力より高くなる。よって、この状態でダストホッパとサイクロン出口配管を結ぶブローダウン配管を設けることで、システム内の圧力差を利用してブローダウンを行うことが可能となる。
【０００８】
サイクロンの脚の内径を前記構造物の外径より小さくすると、旋回する渦が前記構造物で遮断されるため、サイクロンに流入したガスは前記構造物の下部において、前記構造物の外径の内側（サイクロンの中心軸線からの距離が前記構造物の半径よりも小さい領域）に流入しない。
【０００９】
サイクロンの脚の内径を前記構造物の外径より小さくすると、サイクロンに流入したガスは構造物の下部において、構造物の外径の内側に流入しないため、構造物の下部において、構造物の径の内側（サイクロンの中心軸線からの距離が前記構造物の半径よりも小さい領域）に構造物の支持体を設置すれば、構造物の支持体は上流の旋回流に影響を及ぼさない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１の実施例を示す。本実施例のサイクロンシステムは、ガス入り側を加圧流動層燃焼装置１に連絡配管２で接続され、ガス出側をサイクロン出口配管８を介してガスタービン１０に接続されている。本実施例のサイクロンシステムは、図示のように、半球形の壁面をなす頭部とこの頭部の開放端の円形断面に同心状につながる円筒形の中間部と中間部の他端に同心状に大径端がつながる円錐台形の底部とからなる圧力容器５と、前記頭部と中間部の間に圧力容器５の中心軸線にほぼ垂直に配置されて圧力容器５内部を頭部区画とダストホッパつまり固体粒子回収部をなす胴側区画に分ける仕切壁５ａと、圧力容器５の中心軸線上に配置され頭部の壁面と仕切壁５ａを貫通するガス導入配管５ｂと、圧力容器５の胴側区画に軸線を圧力容器５の中心軸線にほぼ平行させて内装され、前記ガス導入配管５ｂにそれぞれ接続された複数のサイクロン３と、圧力容器５の円錐台形状の底部の小径端に接続されたダスト回収配管６と、圧力容器５の頭部区画に接続されたサイクロン出口配管８と、サイクロン出口配管８と圧力容器５の胴側区画を連通するブローダウン配管９と、を含んで構成されている。
【００１１】
サイクロン３は、軸対称な形状の本体３ａと、本体３ａとガス導入配管５ｂを接続する入口配管３ｂと、本体３ａの上部の中心軸線上に配置され一端が本体３ａ内に開口するとともに他端が圧力容器５の頭部区画内で開口する排気内筒７と、本体３ａの下端に同心状に接続され胴側区画内で開口する管状の脚４と、本体３ａの下部に内装され支持体１２で本体３ａ下端に支持された構造物１１と、を含んで構成されている。入口配管３ｂは本体３ａの外周に対して接線方向に接続され、排気内筒７の本体３ａ内での開口位置は、入口配管３ｂの接続位置よりも脚４側（以下、脚４側を下方、排気内筒７側を上方として説明する）になっている。本体３ａは、入口配管３ｂ及び排気内筒７が接続されている円筒部と、この円筒部の下端に大径端が同心状に接続された円錐形部と、この円錐形部の小径端に同心状に接続されたダストバンカとからなり、前記管状の脚４はダストバンカの下端に接続されている。
【００１２】
構造物１１は円錐形をなしていて、先端を上に向け、ダストバンカに同心状に配置されている。構造物１１の先端部は前記円錐形部の小径端の中心に位置し、その底面が支持体１２により、ダストバンカの下端部に支持されている。支持体１２の大きさは、構造物１１及び支持体１２を本体３ａの中心軸線方向に投影した場合、支持体１２の投影領域が構造物１１の底面の投影領域に収まる大きさとしてある。言い替えると、本体３ａの中心軸線から測った支持体１２の最大半径は、本体３ａの中心軸線から測った構造物１１の底面の外周の半径よりも小さくなっている。そして、構造物１１の底面外径は、排気内筒７の内径の0.8倍となっており、脚４の内径は構造物１１の底面外径より細くなっている。また、構造物１１の底面外径は、前記円錐形部の小径端の径よりも小さくなっている。
【００１３】
上記構成のサイクロンシステムにおけるガス及びダストの流れは次のとおりである。まず、加圧流動層燃焼装置１内に石炭と石灰石と空気が供給され、石炭の流動層燃焼が行われる。流動層燃焼に生成された燃焼ガス（固体粒子を含んだガス）は加圧流動層燃焼装置１から排出され、連絡配管２、ガス導入配管５ａ、入口配管３ａを通ってサイクロン本体３ａへ導入される。サイクロン本体３ａへ導入されたガスは、サイクロン本体３ａ内で旋回しながら下降し、サイクロン本体３ａの下部のある点で流れが下降から上昇へ反転する。ガスに含まれていた固体粒子は旋回による遠心力でサイクロン本体３ａの内周壁面側に移動し、内周壁面に沿って落下する。サイクロン本体３ａで固体粒子（以下、ダストという）を除去し流れ方向を反転させたガスは、サイクロン中心部を通って排気内筒７から流出する。排気内筒７から流出したガスは、頭部区画を経てサイクロン出口配管８からガスタービン１０に導入される。また、胴側区画（ダストホッパ）内のガスの一部は、胴側区画（ダストホッパ）とサイクロン出口配管８を結ぶブローダウン配管９を経てブローダウンによって抽気され、ガスタービン１０に導かれる。
【００１４】
一方、サイクロン本体３ａの内周壁面に沿って落下したダストは、ダストバンカを経て、サイクロン本体３ａを収納する圧力容器５の胴側区画内に、サイクロン本体３ａ下部のサイクロンの脚４から排出され、ダスト回収配管６を通って回収される。
【００１５】
図２に、サイクロン３内の中心軸から外周部に向かう方向（半径方向）の圧力分布を示す。図のように、サイクロン上部から下部に向かう方向（中心軸方向）には圧力はほとんど変わらず、サイクロン内の半径方向圧力分布は中心部が低く、外周部が高い分布となる。サイクロンの中心から排気内筒７の半径の0.65倍の距離の位置での圧力は、ほぼ排気内筒７の平均圧力、すなわち、サイクロン出口配管８内の圧力に等しくなる。ブローダウンをするためには、圧力容器５の胴側区画内の圧力が上記平均圧力以上でなければならない。
【００１６】
本発明のサイクロンシステムは、構造物１１の外径が排気内筒７の径の0.65倍以上であるため、サイクロン中心部の、排気内筒７の平均圧力より圧力が低い領域が下部に達するのが防止される。よって、圧力容器５の胴側区画内の圧力は少なくとも排気内筒７の平均圧力、すなわちサイクロン出口配管８内の圧力より高くなって、排風機を使わなくてもシステム内の圧力差のみで胴側区画内のガスのサイクロン出口配管８へのブローダウンが可能になる。
【００１７】
図３にサイクロン本体３ａの鉛直断面におけるガスの流線を示す。本図では、流れの上下方向の流線を示し、周方向の流れは無視してある。図示のように、サイクロンの脚４の内径を構造物１１の底面外径より小さくしてあるので、サイクロンに流入したガス流れは、構造物１１下部において、構造物１１の径の内側には流入しない。よって、構造物１１下部において、構造物１１の径の内側の領域に構造物１１を支える支持体１２が存在しても、上部の旋回流れに影響を与えない。もし旋回流が影響を受けると、旋回方向のガス速度が低下し、ダストに働く遠心力も減少するため、集塵効率が低下する。なお、支持体１２はダストのつまり防止を考え、図４のように数本の支柱によって構成することが望ましい。
【００１８】
また、サイクロンの脚４の内径が構造物１１の外径よりも太いと、旋回流が圧力容器５の胴側区画内にまで達し、一度遠心分離され圧力容器５内に捕集されたダストが、再び圧力容器５からサイクロン本体３ａに戻る流れに巻き上げられて、集塵率が低下する可能性がある。しかし、上記実施例では、サイクロンの脚４の内径は構造物１１の外径より細いため、ガスの流れは、圧力容器５内に達することなく反転、上昇してサイクロンから排気内筒７を経て排出され、集塵率が低下する可能性を回避することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、高温高圧下でシステム内の圧力差のみでブローダウンが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す系統構成図である。
【図２】サイクロン本体内の半径方向の位置とその位置の圧力との関係を示す概念図である。
【図３】図１に示すサイクロンの鉛直断面における流線を示す断面図である。
【図４】図１に示すサイクロンの構造物及び支持体を内装した部分を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１  加圧流動層燃焼装置
２  連絡配管
３  サイクロン
３ａ  本体
３ｂ  入口配管
４  サイクロンの脚
５  圧力容器
５ａ  仕切壁
５ｂ  ガス導入配管
６  ダスト回収配管
７  排気内筒
８  サイクロン出口配管
９  ブローダウン配管
１０  ガスタービン
１１  構造物
１２  構造物の支持体
【図１】
0004300593.tif 000002
【図２】
0004300593.tif 000003
【図３】
0004300593.tif 000004
【図４】
0004300593.tif 000005