(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスダクトを全面にわたって二重金属壁構造にし、該二重金属壁の間を冷却空気室とし、該空気室の排ガス流出口側に空気の供給口を設け、該空気室の排ガス流入口側に、前記二重金属壁の内壁に沿って排ガスの流れ方向に空気の膜が形成されるように、内壁の排ガスの流れ方向に開口部を有するスリット状の空気流出口を設けたことを特徴とする排ガスダクト。
【請求項２】
前記ダクトの排ガス流入口側には、スリット状の空気流出口のさらに排ガス流入口側に、該スリット状の空気流出口を覆うように、外周が多孔質体で構成された圧力空気室を設け、該圧力空気室には圧力空気導入口を設けたことを特徴とする請求項１記載の排ガスダクト。
【請求項３】
排ガスダクトを全面にわたって二重金属壁とし、該二重金属壁の間を冷却空気室にして、該空気室に排ガスの流出口側から流入口側に冷却空気を通し、該冷却空気を排ガス流入口側から排ガスの流れ方向に二重金属壁の内壁に沿って吹出し、該内壁に空気の保護膜を形成することを特徴とするダクト内のダスト付着防止方法。
【請求項４】
前記冷却空気は、排ガス流量の１／５〜２／３の流量で吹出すことを特徴とする請求項３記載のダクト内のダスト付着防止方法。
【請求項５】
前記ダクトの排ガス流入口には、二重金属壁の外周を覆うように、多孔質体でできた圧力空気室を設け、該圧力空気室に圧力空気を導入して排ガス流入口部のダストの付着を防止することを特徴とする請求項３又は４記載のダクト内のダスト付着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスダクトに係り、特に焼却灰溶融炉出滓口フードと集塵装置上流側の冷却チャンバを介する排気ダクトに有効な排ガスダクトとダクト内のダスト付着防止法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼却灰溶融炉の排ガスシステムは、図２に示すように出滓口フード１、排ガスダクト２及び冷却チャンバ３から構成される。出滓口フードからの高温ガス中に含まれる低沸点物質のガス、溶融塩類の飽和蒸気、低融点物質のミスト、飛散固形物等のダストが、比較的低温の下流のダクト壁において、蒸着、凝縮、固着することが避けられない。このような付着堆積物によるダクト閉塞はこの種の装置の大きなトラブルになっている。
この問題を解決するために、例えば、特開平５−１２６３３１号、特開平８−２１９４３７号及び特開平９−４２６４７号各公報では、ダクトの内側を多孔質体とし、圧縮空気を吹出すことによってダスト付着を防止する方法を提案している。しかし、抵抗の大きい多孔質材に圧縮空気を噴出するためには、多くの動力を消費する。また、大きな面積の多孔質面に空気を均一に吹出すことは困難という問題があった。
【０００３】
また、特開平５−１９５０２９号公報では、溶融還元製鉄設備における溶融還元炉のダクトの付着を防止するために、スリットから冷却ガスを旋回させながら供給し、膜状の冷却ガスを形成する方法を提案している。しかし、それは、特定の目標温度範囲までに壁面を冷却することを目的とし、なるべく少量の冷却ガスの使用を前題条件としている。また、空気供給部は、二重円筒のため、最も上流側のダクトの閉塞問題が解決出来ていない。なお、多段の供給部を設けることで、管路損失増大及びメンテナンスが不便などの問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、灰溶融炉等の排ガスに含まれる不純物ダストが壁へ蒸着、凝縮、固着することを防止できる排ガスダクト及びダクトへのダスト付着防止方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、排ガスダクトを全面にわたって二重金属壁構造にし、該二重金属壁の間を冷却空気室とし、該空気室の排ガス流出口側に空気の供給口を設け、該空気室の排ガス流入口側に、前記二重金属壁の内壁に沿って排ガスの流れ方向に空気の膜が形成されるように、内壁の排ガスの流れ方向に開口部を有するスリット状の空気流出口を設けたことを特徴とする排ガスダクトとしたものである。
前記排ガスダクトにおいて、ダクトの排ガス流入口側には、スリット状の空気流出口のさらに排ガス流入口側に、該スリット状の空気流出口を覆うように、外周が多孔質体で構成された圧力空気室を設け、該圧力空気室には圧力空気導入口を設けるのが良い。
【０００６】
また、本発明では、排ガスダクトを全面にわたって二重金属壁とし、該二重金属壁の間を冷却空気室にして、該空気室に排ガスの流出口側から流入口側に冷却空気を通し、該冷却空気を排ガス流入口側から排ガスの流れ方向に二重金属壁の内壁に沿って軸方向に吹出し、該内壁に空気の保護膜を形成することを特徴とするダクト内のダスト付着防止方法としたものである。
前記ダスト付着防止方法において、冷却空気は、排ガス流量の１／５〜２／３の流量で吹出すのがよく、前記ダクトの排ガス流入口には、二重金属壁の外周を覆うように、多孔質体でできた圧力空気室を設け、該圧力空気室に圧力空気を導入して排ガス流入口部のダストの付着を防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
排ガスダクトにおいては、排ガス中の不純物の混合比によって、融点や蒸気の飽和条件が安定な状態にならないため、単純な冷却では顕著な付着防止効果が得られない。本発明は上記した点を考慮して壁面の温度制御だけでなく、排ガス中の不純物が壁付近に近づかないように、相変化が起きないガス（例えば、空気）をダクト先端部から供給することによって、厚さのある安定な単相気体保護層を形成し、不純物が壁への接近を遮断しダストの付着を防止したものである。
即ち、本発明は、二重円管の間に空気室を設け、ダクト入口にある排ガス取り入れ部のスリット状の供給口から冷却空気を下流の方向に吹出し、安定な単相気体保護層を形成することで、ダクト内壁の冷却効果を得るのみならず、排ガスに含まれる液滴ミストや微細固形物、及び相変化し易い気体の壁への接近を遮断してダクト閉塞を防止するようにしたものである。
【０００８】
次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
本発明による溶融炉の排ガスダクトの一例を図１に示す。図１において、１はダクトの金属外壁、２は金属の内壁、３は保護膜用の冷却空気室、４は空気流出口部の金属壁、５は多孔質体の排ガス流入口部、６は排ガス取り入れ部の圧力空気室、７は空気室３への空気供給口、８は保護膜用の空気、９は圧力空気導入口、１０は排ガス取り入れ部用の圧力空気、１１はスリット状の空気流出口、１２は出滓口フードからの排ガス、１３は供給空気から形成された単相保護膜である。
【０００９】
供給口７から導入される空気８は、ダクト内外壁１、２の間の冷却空気室３を経て、空気流出口１１から吹出され、排ガス１２に混ぜ合わされにくい領域を持ち、単相の保護膜１３を形成することで、ダクトの閉塞が防止できる。また、圧力空気導入口９から導入される圧力空気１０は、多孔質体の排ガス流入口部５から吹出させることで、ダクト入口部への付着防止が出来る。
空気室３の通路を損失が小さくなるように設計できるので、保護膜用の空気８の圧力がわずかで済む。排ガス取り入れ部の圧力空気室６にある程度の圧力空気がいるものの、空気量が少ないため、大きな動力を必要としない。
空気流出口のスリット幅Ｓ、それと内壁の段差Ｈ、空気供給量Ｑ1 などの最適値を求めるために、ダクト内の混相流動解析を行った結果の一例を図３から図６に示す。
【００１０】
図３は排ガス中における溶融塩ミストの粒跡を示したものである。空気供給部の段差の縮流効果と保護空気の吹出しとの総合作用によって、流入口での高密度のミストや固形粒子などは、半径方向の偏向が生じ難いので、壁面に接触せずダクトを通過できる。つまり、壁面近傍で粒子が侵入できない領域が形成される。
図４は溶融塩の飽和蒸気の濃度分布を示したものである。空気の供給によって、壁近傍で濃度０の安定な保護層（Ｌh はその長さ）が形成されることが分かる。
空気供給量Ｑh について、ある流量範囲で、Ｑh の増大とともに、Ｌh の格大が期待できるが、Ｑh がさらに増すと、図５に示すように、ダクト軸中心部で大きな逆流域が出来たため、排ガスが壁付近に押し付けられ、付着防止効果を弱める。
保護層長さと吹出し流量の関係を図６に示す。この図から分かるように、保護膜長さを効率よく得るために、吹出し流量範囲は排ガス流量の１／５〜２／３にするべきである。
【００１１】
また、空気供給口のスリット幅の影響を図６に示す。一定の流量に対して、スリット幅が大きい方がＬh が長くなる。Ｌh ／Ｄを２以上に維持するために、Ｓ／Ｄ＞１／２５は必要条件となる。
段差Ｈについては、Ｓの最小値及び構造を考慮すると、Ｈ／Ｄ＞１／２０が必要である。また段差高さの増加とともに保護層の長さ及び粒子が侵入できない領域はともに大きくなり、付着回避効果が顕著となるが、ダクトの管路損失も増える。ダクト流入口の損失係数が１０以下になるように、Ｈ／Ｄ＜１／１０の条件にする。よってＨ／Ｄの範囲は１／２０〜１／１０とする。
排ガスからダクト内壁に伝わった熱が、空気室に流れるガスによって吸収され、ダクト内に戻されるため、外壁への熱移動を抑えることができる。
空気供給量がある一定の値を超えると、排ガスが十分に冷却され、下流の冷却チャンバへの冷却空気導入が無くても済む。
【００１２】
【発明の効果】
本発明により、灰溶融炉出滓口フードと冷却チャンバ間の排ガスダクトにおいて、低沸点ガス状物質や溶融塩の飽和蒸気の凝縮、溶融塩ミストの凝縮固着、及び微小固形物の付着などのダクト閉塞を防止し、メンテナンスフリーな排ガスダクトが提供でき、顕著な工業効果が得られる。
また、副次効果として、内外壁間の空気室によって、断熱壁が提供できる。
なお、冷却空気の供給によって、排ガスの早期冷却ができ、場合によって、冷却チャンバからの空気導入が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガスダクトの断面図。
【図２】本発明の排ガスダクトを溶融炉出滓口フードと冷却チャンバ間に適用した例を示す説明図。
【図３】排ガスダクト内のミスト粒跡を示す説明図。
【図４】排ガスダクト内の溶融塩蒸気濃度分布を示す説明図。
【図５】排ガスダクト内逆流領域の発生状況を示す説明図。
【図６】保護層長さに及ぼす供給空気流量及びスリット幅の影響を示す説明図。
【符号の説明】
１：金属外壁、２：金属内壁、３：冷却空気室、４：空気流出口部金属壁、５：排ガス流入口部多孔質体、６：圧力空気室、７：空気供給口、８：空気、９：圧力空気導入口、１０：圧力空気、１１：スリット状空気流出口、１２：排ガス、１３：空気保護膜
【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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