(57)【要約】【課題】噴霧された液滴により、排ガス中のダストがダクト内面に付着堆積するのを未然に防止しつつ、蒸発に必要とする距離を短縮して蒸発効率を向上する。【解決手段】ダクト１１内に流送される高温排ガス中に、ダクト軸心Ｏ上に配置された噴射ノズル１２から液滴を噴霧して冷却する排ガス冷却促進装置であって、噴射ノズル１２の上流側のダクト１１の内周面に、ダクト軸心Ｏの対称位置に配置され１８０°にわたって取り付けられた螺旋状の一対のガイド板１３を突設し、ダクトの内径：Ｄとすると、ガイド板１３のガイド長：Ｌを、（０．６２〜０．８５）×Ｄの範囲内とし、ダクト１１の内面から突出されるガイド板１３のガイド高：Ｈを、（０．１１〜０．２７）×Ｄの範囲内とした。液滴がダクト内面に付着することがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト内に流送される高温排ガス中に、ダクト軸心上に配置された噴射ノズルから冷却用の液滴を噴射して冷却する排ガス冷却促進装置であって、
噴射ノズルの上流側のダクト内周面に、ダクト軸心の対称位置に配置されダクト軸心周りに１８０°にわたって取り付けられた螺旋状の一対のガイド板を突設し、
ダクトの内径：Ｄとすると、ガイド板のダクト軸心方向の長さ：Ｌを、
Ｌ＝（０．６２〜０．８５）×Ｄの範囲内とし、
ダクト内面から突出されるガイド板の高さ：Ｈを、
Ｈ＝（０．１１〜０．２７）×Ｄの範囲内とした
ことを特徴とする排ガス冷却促進装置。
【請求項２】
ダクトの内径：Ｄ＝１０００〜１６００ｍｍとし、
排ガスの流量を８０００〜２２０００Ｎｍ３／ｈｒとし、
噴射ノズルの噴射水供給量を２００〜１０００ｋｇ／ｈｒとした
ことを特徴とする請求項１記載の排ガス冷却促進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクト内を流送される高温排ガス中に冷却水を噴射して冷却する排ガス冷却促進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気流中に液滴を噴射して蒸気の温度を低下させるための「蒸気温度低減器」が特許文献１に開示されている。
この「蒸気温度低減器」は、管に設置されたスプレーノズルの下流側内周面に保護筒を内接配置するとともに、保護筒の内面に螺旋状突起を管軸に対して３０°の捻り角で取り付け、螺旋状突起により蒸気流に旋回力を付与してスプレーノズルから供給された液滴を保護管の内面に分散付着させ、液滴を螺旋方向に流すことにより保護管を均一な温度分布とし、蒸気を冷却するものである。
【特許文献１】特開平８−１７８２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１では、螺旋状突起により蒸気流に強い旋回力を与えて液滴を保護管内面に分散付着させ、保護管内面の特定個所に集中して液滴が付着し冷却されるのを防止している。しかしながら、高温気流が気体中に多くのダストを含む排ガスである場合、スプレーノズルから噴射された液滴により濡れた管内面に、ダストが捕捉されて堆積固化し、成長して高温気流の流れを阻害するおそれがあった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決して、排ガスに含まれるダストがダクト内面に付着堆積するのを防止することができ、かつ蒸発に必要とする距離を短縮して蒸発効率を向上できる排ガス冷却促進装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、ダクト内に流送される高温排ガス中に、ダクト軸心上に配置された噴射ノズルから冷却用の液滴を噴射して冷却する排ガス冷却促進装置であって、噴射ノズルの上流側のダクト内周面に、ダクト軸心の対称位置に配置されダクト軸心周りに１８０°にわたって取り付けられた螺旋状の一対のガイド板を突設し、ダクトの内径：Ｄとすると、ガイド板のダクト軸心方向の長さ：Ｌを、Ｌ＝（０．６２〜０．８５）×Ｄの範囲内とし、ダクト内面から突出されるガイド板の高さ：Ｈを、Ｈ＝（０．１１〜０．２７）×Ｄの範囲内としたものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、ダクトの内径：Ｄ＝１０００〜１６００ｍｍとし、排ガスの流量を８０００〜２２０００Ｎｍ３／ｈｒとし、噴射ノズルの噴射水供給量を２００〜１０００ｋｇ／ｈｒとしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、噴射ノズルの上流側に、ダクト軸心の対称位置に配置された一対の螺旋状のガイド板の長さ：Ｌ＝（０．６２〜０．８５）×Ｄの範囲内とし、ガイド板の高さ：Ｈ＝（０．１１〜０．２７）Ｄの範囲内とすることにより、排ガス流に適度な旋回力を付与して旋回させ、これにより噴射ノズルから噴射された噴霧液滴がダクト内面に付着することなく、かつ適度な距離で蒸発させて排ガスを効果的に冷却することができる。したがって、排ガスに含まれるダストがダクト内面に付着堆積するのを未然に防止することができ、かつ蒸発に必要とする距離を十分に短縮して蒸発効率を向上することができ、排ガス冷却促進装置を小型化することができる。
【０００８】
請求項２記載の構成によれば、適正なダクトの内径と排ガスの流量と噴射水供給量の範囲で、排ガスに含まれるダストの付着を効果的に防止しつつ、蒸発効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
この排ガス冷却促進装置は、図１に示すように、たとえば金属などを溶融する溶融炉から排出されるダストを含む排ガスを冷却するためのもので、円筒状のダクト１１の所定位置でダクト軸心上に、下流方向に向かって冷却水を噴射する噴射ノズル１２が配置され、噴射ノズル１２の直前の上流側に、排ガスに旋回力を付与する一対の螺旋状のガイド板１３を突設している。噴射ノズル１２は、ダクト１１の内面にできるだけ噴霧液滴を付着させないように、ダクト軸心Ｏ上に配置されている。
【００１０】
ガイド板１３は、ダクト軸心Ｏに対する捻り角：θを有し、ダクト軸心Ｏ方向の長さ、すなわちガイド長：Ｌの範囲内に、かつダクト軸心Ｏを中心として１８０°の範囲に同一形状のもの一対が、ダクト軸心Ｏを中心とする点対称位置に取り付けられている。そして、これらガイド板１３は、ダクト１１の内面から半径方向に突出する一定の高さ、すなわちガイド高：Ｈに形成されている。
【００１１】
ガイド板１３は、ダクト１１の内径：Ｄ、ガイド板１３のガイド長：Ｌとすると、Ｌ＝（０．６２〜０．８５）×Ｄ…（１）式の範囲となるように形成されている。（１）式により、tanθ＝πＤ／２（０．６２〜０．８５）×Ｄ＝２．６〜１．８、捻り角：θが約６９°〜６１°となる。
【００１２】
またガイド高：Ｈは、Ｈ／Ｄ＝０．１１〜０．２７…（２）式の範囲となるように形成されている。
図２〜図４に、ガイド長：Ｌとダクト１１の温度変化を解析した結果を示す。すなわち、この排ガス冷却促進装置の場合、噴射ノズル１２から噴射された噴霧液滴がダクト１１の壁面に付着すると、付着した噴霧液滴が蒸発することによりダクト１１の壁面が冷却されるとともに、噴射された液滴が蒸発して冷却された排ガスを介してダクト１１の壁面が冷却される。ここで本発明者等は、排ガスを介して冷却されたダクト１１の壁面は、緩やかな温度勾配となるが、噴霧液滴が付着して冷却されたダクト１１の壁面は、急な温度勾配となることに着目し、壁面の温度勾配から噴霧液滴の付着の有無を判断した。
【００１３】
ここで解析した条件は、ダクト１１の内径：Ｄが１３００ｍｍ、排ガス流量が８０００Ｎｍ３／ｈｒ、噴射ノズル１２の噴射水供給量が４５０ｋｇ／ｈｒである。まずここで、ガイド高：Ｈ＝２００ｍｍで一定とし、ガイド板１３のガイド長：Ｌを、３００ｍｍから１１００ｍｍまで順次変化させた。そして、噴射ノズル１２の上流側から高温排ガスを流送し、ダクト１１の底面温度（入口排ガス温度の近似値）が３３０℃から、噴射ノズル１２の下流側のダクト１１の底面温度（出口排ガス温度の近似値）が２５０℃まで冷却される冷却距離：Ｌｃを求めた。ここで解析により温度を求めた個所を、ダクト１１の底面としたのは、噴射ノズル１２から噴射された噴霧液滴が重力により落下して付着しやすいためである。
【００１４】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ガイド板１３のガイド長：Ｌ＝３００〜６００ｍｍ［Ｌ＝（０．２３〜０．４６）×Ｄ］では、冷却距離：Ｌｃと、ガイド板１３のガイド長：Ｌとが同程度で、急な温度勾配であるのに対して、図２（ｅ）に示すガイド長：Ｌ＝７００ｍｍを越えると、冷却距離：Ｌｃが徐々に長くなり、ダクト１１の底面が緩やかな温度勾配になるのが確認できた。したがって、ガイド板１３のガイド長：Ｌ＝６００ｍｍ以下の図２（ａ）〜（ｄ）では、噴射ノズル１２から噴射された噴霧液滴が直接ダクト１１の底面に付着して冷却されたと判断できる。また図２（ｆ）に示すガイド長：Ｌ＝７００ｍｍを越えるケースでは、排ガスを介して間接的にダクト１１の底面を冷却していると判断できる。また図３（ｉ）に示すように、ガイド長：Ｌ＝１１００ｍｍを越えると、冷却距離：Ｌｃが２９００ｍｍを越えるため、液滴の蒸発に必要とする距離が長くなって、冷却促進装置が大型化するという問題が生じる。
【００１５】
したがって、ガイド板１３は、ガイド長：Ｌ＝８００ｍｍ以上、１１００ｍｍ以下［Ｌ＝（０．６２〜０．８５）×Ｄ、Ｌｃ＝（１．３〜２．２）×Ｄ、捻り角：θ＝６９°〜６１°］が適正値となる。さらに効果的な冷却を行うことができる最適値は、ガイド板１３のガイド長：Ｌ＝９００ｍｍ以上、１１００ｍｍ以下［Ｌ＝（０．７０〜０．８５）×Ｄ、Ｌｃ＝（１．６〜２．２）×Ｄ、捻り角：θ＝６７°〜６１°］である。
【００１６】
また同様の条件で、ガイド板１３のガイド高：Ｈを、１００ｍｍから４００ｍｍまで順次変化させた解析結果を図５および図６に示す。この解析でのガイド長Ｌ＝１０００ｍｍ、捻り角：θ≒６３°と一定である。図５（ａ）（ｄ）に示すように、ガイド板１３のガイド高：Ｈ＝１００ｍｍ（Ｈ／Ｄ＝０．０８）およびＨ＝４００ｍｍ（Ｈ＝０．３１×Ｄ）のケースでは、冷却距離：Ｌｃが１２００ｍｍ以下と短くて急な温度勾配であるため、噴射ノズル１２から噴射された噴霧液滴が直接ダクト１１の底面に付着して冷却されたと判断できる。また図５（ｂ）（ｃ）に示すように、ガイド板１３のガイド高：Ｈ＝２００〜３００ｍｍのケースでは、冷却距離：Ｌｃが２０００ｍｍ以上で緩やかな温度勾配であるため、排ガスを介して間接的にダクト１１の底面を冷却していると判断できる。
【００１７】
したがって、図５に示すように、ガイド長：Ｌの適正値と同様に、Ｌｃ／Ｄ＝１．３〜２．２に対応して、ガイド板１３のガイド高：Ｈが１４０ｍｍ以上、３５０ｍｍ以下［Ｌ＝（０．１１〜０．２７）×Ｄ、Ｌｃ／Ｄ＝（１．３〜２．２）×Ｄ］を適正値とすることができる。さらに効果的な冷却を行うことができる最適値は、ガイド高：Ｈが１７０ｍｍ以上、３１５ｍｍ以下［Ｈ＝（０．１３〜０．２４）×Ｄ、Ｌｃ／Ｄ＝（１．６〜２．２）×Ｄ］である。
【００１８】
なお、上記解析条件は、ダクト１１の内径：Ｄ＝１３００ｍｍ、排ガスの流量を８０００Ｎｍ３／ｈｒ、噴射ノズル１２の噴射水供給量を４５０ｋｇ／ｈｒとしたが、ダクト１１の内径：Ｄ＝１０００〜１６００ｍｍ、排ガスの流量を８０００〜２２０００Ｎｍ３／ｈｒ、噴射ノズル１２の噴射水供給量を２００〜１０００ｋｇ／ｈｒの範囲で同様の作用効果を奏することができることを確認している。
【００１９】
上記実施の形態１によれば、ダクト１１の対称位置に配置された一対の螺旋状のガイド板１３のガイド長：Ｌを、（０．６２〜０．８５）×Ｄの範囲内とし、ガイド高：Ｈを、（０．１１〜０．２７）×Ｄの範囲内とすることにより、排ガス流に適度な旋回力を付与して旋回させ、これにより噴射ノズル１２から噴射された噴霧液滴がダクト１１の内面に付着することなく、かつ適度な範囲で蒸発させて排ガスを効果的に冷却することができる。したがって、排ガスに含まれるダストがダクト１１の内面に付着堆積するのを未然に防止しつつ、蒸発に必要とする距離を十分に短縮して蒸発効率を向上でき、排ガス冷却促進装置を小型化することができる。
【００２０】
また最適値として、ガイド長：Ｌを（０．７０〜０．８５）×Ｄの範囲とし、ガイド高：Ｈを（０．１３〜０．２４）×Ｄの範囲とすることにより、さらに効果的にダストの付着を防止しつつ、蒸発効率を向上させることができる。
【００２１】
図７は、ガイド板の変形例を示し、（ａ）のガイド板２３は、ガイド板本体２３ａの先端部の一面側に、所定幅のリブ２３ｂを垂設したものである。また（ｂ）のガイド板３３は、ガイド板本体３３ａの先端部の両面側に、所定幅のフランジ３３ｂを垂設したものである。このように、ガイド板本体２３ａ，３３ａにリブ２３ｂまたはフランジ３３ｂを設けることにより、リブ２３ｂまたはフランジ３３ｂの作用で、短いガイド長で排ガス流に十分な旋回力を付与することができる。
【００２２】
図８は、エルボ４１や湾曲ダクトなどの湾曲流路１１Ｒの下流側に設置された排ガス冷却促進装置を示す。湾曲流路１１Ｒの下流側では、湾曲内周側の排ガス流速Ｖｉから湾曲外周側の排ガス流速Ｖｏほど高速となる。これに対して、一対のガイド板１３は対称位置に配置され、旋回力の付与能力が低いガイド板１３の両端部が１８０°対称位置に位置している。したがって、図９に示すように、ガイド板１３の両端部の一方が湾曲外周側の高速部に配置されると、排ガスを効果的に旋回させることができない。このため、本発明では、図８に示すように、ガイド板１３の両端部がそれぞれ湾曲内外周の中間位置になるように配置している。これにより、湾曲外周側に配置された螺旋状ガイド板１３が、湾曲外周側の高速の排ガス流速Ｖｏに効果的に作用して十分な旋回力を付与することができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、上記ガイド板１３，２３，３３を噴射ノズル１２の直前の上流位置に配置したが、噴射ノズル１２の上流側に、ダクト内径：Ｄの０．２倍の間隔をあけて配置しても、同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る排ガス冷却促進装置の実施の形態１を示し、（ａ）は中央縦断面図、（ｂ）はガイド板取り付け部のダクトの展開図、（ｃ）は（ａ）に示すａ−ａ断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれガイド板のガイド長と噴霧液滴によるダクトの冷却状態を示す解析図である。
【図３】（ｆ）〜（ｉ）はそれぞれガイド板のガイド長と噴霧液滴によるダクトの冷却状態を示す解析図である。
【図４】上記解析結果におけるガイド長／ダクト内径と、冷却距離／ダクト内径の関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれガイド板のガイド高と噴霧液滴によるダクトの冷却状態を示す解析図である。
【図６】上記解析結果におけるガイド高／ダクト内径と、冷却距離／ダクト内径の関係を示すグラフである。
【図７】ガイド板の変形例を示し、（ａ）はリブを有するガイド板の横断面図、（ｂ）はフランジを有するガイド板の横断面図である。
【図８】湾曲流路の下流側に配置した排ガス冷却促進装置のガイド板の配置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示すｂ−ｂ断面図である。
【図９】図８のガイド板の比較例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示すｃ−ｃ断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１    ダクト
１２    噴射ノズル
１３    ガイド板
Ｌ    ガイド長
Ｄ    内径
Ｌｃ  冷却距離
２３    ガイド板
２３ｂ  リブ
３３    ガイド板
３３ｂ  フランジ
【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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