特許 7078708 煙道ガス混合装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-23

(45)【発行日】2022-05-31

(54)【発明の名称】煙道ガス混合装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 25/30 20220101AFI20220524BHJP

   B01F 23/10 20220101ALI20220524BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20220524BHJP

【ＦＩ】

B01F5/04

B01F3/02

F27D17/00 101Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020503915

(86)(22)【出願日】2018-03-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-09-24

(86)【国際出願番号】 CN2018078127

(87)【国際公開番号】W WO2019114138

(87)【国際公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-01-23

(31)【優先権主張番号】201711315911.3

(32)【優先日】2017-12-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】509031567

【氏名又は名称】中国科学院過程工程研究所

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＰＲＯＣＥＳＳ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ，ＣＨＩＮＥＳＥ ＡＣＡＤＥＭＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥＳ

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．１ Ｚｈｏｎｇｇｕａｎｃｕｎ Ｎｏｒｔｈ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｈａｉｄｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】朱廷▲ギュ▼

(72)【発明者】

【氏名】徐文青

(72)【発明者】

【氏名】李超群

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５１７６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３２４８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０９８０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５４３５６６９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５７７９３１７（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０３６２７０１０（ＣＮ，Ｕ）

【文献】西独国特許出願公開第３６０７６７６（ＤＥ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１００１９４１４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】仏国特許出願公開第２５９９４３７（ＦＲ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ ２３／１０、２５／３０－３２

Ｆ２７Ｄ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

煙道ガス混合装置であって、
前記煙道ガス混合装置は、
煙道入口セグメント（１１）と、
側壁に複数の吸入孔（２２１）が周設されたスロートセグメント（２２）と、
前記スロートセグメント（２２）の外周に設けられた環状キャビティ（３）と、
前記環状キャビティ（３）に連結された環状冷却排気ガス支管（３１）と、
煙道出口セグメント（１２）と、
前記煙道入口セグメント（１１）と前記スロートセグメント（２２）との間に連結されたネッキングセグメント（２１）と、
前記スロートセグメント（２２）と前記煙道出口セグメント（１２）との間に連結されたフレアセグメント（２３）と、
前記環状キャビティ（３）に設けられた空気支管（３２）と、制御モジュール（３４）とを含み、
前記空気支管（３２）の軸線と前記スロートセグメント（２２）の軸線との夾角は３０°～９０°であり、前記空気支管（３２）は電動バルブ（３３）を含み、前記電動バルブ（３３）は前記制御モジュール（３４）に電気的に接続されている、煙道ガス混合装置。

【請求項2】

前記吸入孔（２２１）の軸線と前記スロートセグメント（２２）の軸線との夾角は２０°～９０°である、ことを特徴とする請求項１に記載の煙道ガス混合装置。

【請求項3】

前記環状冷却排気ガス支管（３１）の軸線と前記スロートセグメント（２２）の軸線との夾角は１５°～７５°である、ことを特徴とする請求項１に記載の煙道ガス混合装置。

【請求項4】

前記環状キャビティ（３）の断面は台形構造であり、かつ前記台形構造の角部は円弧形遷移面を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の煙道ガス混合装置。

【請求項5】

前記煙道出口セグメント（１２）に設けられた酸素含有量モニタ（１４）をさらに含み、前記酸素含有量モニタ（１４）は前記制御モジュール（３４）に電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の煙道ガス混合装置。

【請求項6】

前記煙道出口セグメント（１２）の底部に設けられた灰バケツ（１３）をさらに含む、ことを特徴とする請求項５に記載の煙道ガス混合装置。

【請求項7】

前記煙道出口セグメント（１２）の直径は前記煙道入口セグメント（１１）の直径よりも大きい、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の煙道ガス混合装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の煙道ガス混合装置を利用する煙道ガス混合方法であって、
前記煙道入口セグメント（１１）へ煙道ガスを導入することと、
前記環状冷却排気ガス支管（３１）へ環状冷却排気ガスを導入することと、
前記環状冷却排気ガスが前記環状キャビティ（３）及び前記吸入孔（２１１）を順次通過した後、前記煙道ガスと混合して混合ガスを形成することとを含む、煙道ガス混合方法。

【請求項9】

前記環状冷却排気ガスと前記煙道ガスとを混合した後に、
前記混合ガスの酸素含有量に対して監視を行うことと、
前記酸素含有量により、前記環状キャビティ（３）に設けられた空気支管（３２）から前記環状キャビティ（３）内に補足されるべき空気の吸入量をリアルタイムに調整することとをさらに含む、ことを特徴とする請求項８に記載の煙道ガス混合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス混合技術分野に関し、例えば煙道ガス混合装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燒結煙道ガス循環プロセスとは、燒結過程で排出された一部の熱伝導ガスを燒結イグナイターの後の台車へ戻って循環使用する燒結方法である。関連技術における燒結煙道ガス循環プロセスには、いずれも煙道ガス循環において燒結鉱物品質を保証するために、循環煙道ガスの中に十分な酸素が含有されることを保証すべきであることが提出されているため、プロセス設計において一般的には環状冷却器が生じた排気ガスを利用して、燒結煙道ガスにおける酸素含有量を補足する。

【0003】

図１は、関連技術における煙道ガス循環の典型的なプロセスフローチャートであり、図１に示す機器は、環状冷却器１’、環状冷却循環送風機１１’、煙道ガス混合器２’、煙道ガスシールカバー３１’、燒結機３２’、除塵器４’、燒結循環送風機４１’、燒結メイン吸引機４２’、脱硫塔５’、煙突６’及び機器の間を連結する管路を有する。上記燒結工程、燒結煙道ガス処理工程及び煙道ガス循環プロセスの作動手順は以下の通りである。材料は燒結機３２’で燒結され、燒結機３２’から取り外された燒結熱鉱は、環状冷却器１’により冷却された後に環状冷却排気ガスを生じ、環状冷却排気ガスは、環状冷却循環送風機１１’により加圧された後、燒結機３２’から取り込んだ、燒結循環送風機４１’により増圧された循環煙道ガスと共に、煙道ガス混合器２’に入り、且つさらに燒結機３２’の上方に位置する煙道ガスシールカバー３１’を通過して燒結機３２’に入る。燒結機３２’が生じる煙道ガス（非循環煙道ガス）の大部分は、除塵器４’を通過し、燒結メイン吸引機４２’により加圧されて脱硫塔５’及び煙突６’に搬送され、最後に排出される。そのうち、環状冷却循環送風機及び煙道ガス混合器は、連携して環状冷却排気ガス及び循環煙道ガスの混合を実現するが、空気の補足は、煙道ガスシールカバーに通気弁を設けることにより実現することが多い。

【0004】

同時に、混合する必要な二本の煙道ガスの圧力、温度、流量及び成分などがいずれも異なるので、関連技術における煙道ガス混合装置は以下の問題が存在している。例えば三方煙道の混合装置は、煙道及びそのエルボの空間が限られるので、二本の気流が混合する過程において気流が偏向渦し、煙道が摩耗され、灰集積及び混合効果が悪いなどの問題が存在しており、さらに気流逆吸いが発生し、煙道ガス循環送風機の振動悪化及び失速不安定などの作業事故を引き起こす。複数の混合キャビティの混合装置及び変径混合ドラムの混合装置は煙道ガスを十分に混合することができるが、両方がいずれも塵含有量の大きい煙道ガスに適しない。したがって、低抵抗であり且つ煙道の煙道ガス成分及び煙道ガス温度を便利に調節し、煙道ガスの流量を安定化させ、煙道の集灰及び摩耗を回避し、送風機及び付属煙道などの機器を保護することができる煙道ガス混合装置の設計は、煙道ガス循環プロセスの安定及び効率的な動作に対して意義が重大である。

【0005】

同時に、関連技術における煙道ガス循環プロセスは、シールカバーから空気を直接補充し、シールカバー空間が大きいので、シールカバー内のガスは短い滞留時間内に燒結床層に吸入されて燃焼反応に参加することで、このような方式は、酸素が循環煙道ガスに不均一に混合する問題が存在し、即ち空気インレットに近づく領域に酸素含有量が高いが、空気インレットに遠ざかる領域に酸素含有量が低く（または低酸素不感帯と称する）、このような低酸素不感帯の存在は燒結生産にかなり不利である。したがって、適正な技術的手段によって補足的に入る空気により運んだ酸素を循環煙道ガスに均一に混合させることも煙道ガス循環プロセスの安定性を向上する重要なポイントである。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、煙道ガス混合装置及び方法を提供し、関連技術における煙道ガス混合装置のエネルギー消費が高く、煙道ガス混合効果が不良であるという問題を解決することができる。煙道ガス混合装置は、
煙道入口セグメントと、
側壁に複数の吸入孔が周設されたスロートセグメントと、
スロートセグメントの外周に設けられた環状キャビティと、
環状キャビティに連結された環状冷却排気ガス支管と、
煙道出口セグメントと、
煙道入口セグメントとスロートセグメントとの間に連結されたネッキングセグメントと、
スロートセグメントと煙道出口セグメントとの間に連結されたフレアセグメントとを含む。

【0007】

一実施例において、吸入孔の軸線とスロートセグメントの軸線との夾角は２０°～９０°である。

【0008】

一実施例において、環状冷却排気ガス支管の軸線とスロートセグメントの軸線との夾角は１５°～７５°である。

【0009】

一実施例において、環状キャビティの断面は台形構造であり、且つ台形構造の角部は円弧形遷移面を有する。

【0010】

一実施例において、空気支管及び制御モジュールをさらに含み、空気支管の軸線とスロートセグメントの軸線との夾角は３０°～９０°であり、空気支管は電動バルブを含み、電動バルブは制御モジュールに電気的に接続されている。

【0011】

一実施例において、煙道出口セグメントに設けられた酸素含有量モニタをさらに含み、酸素含有量モニタは制御モジュールに電気的に接続されている。

【0012】

一実施例において、煙道出口セグメントの底部に設けられた灰バケツをさらに含む。

【0013】

一実施例において、煙道出口セグメントの直径は煙道入口セグメントの直径よりも大きい。

【0014】

煙道ガス混合方法は、
煙道入口セグメントへ煙道ガスを導入することと、
環状冷却排気ガス支管に環状冷却排気ガスを導入することと、
環状冷却排気ガスが環状キャビティ及び吸入孔を順次通過した後、煙道ガスと混合して混合ガスを形成することとを含む。

【0015】

一実施例において、前記環状冷却排気ガスと前記煙道ガスとを混合した後に、混合ガスの酸素含有量に対して監視を行うことと、
前記酸素含有量により、環状キャビティ内に吸入された空気の吸入量をリアルタイムに調整することとをさらに含む。

【0016】

本発明の煙道ガス混合装置及び方法は、関連技術における煙道ガス混合装置のエネルギー消費が高く、煙道ガス混合効果が不良であるという問題を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は関連技術の燒結煙道ガス循環プロセスフロー模式図である。

【図2】図２は一実施例に係る煙道ガス混合装置の平面図である。

【図3】図３は一実施例に係る煙道ガス混合装置の正面図である。

【図4】図４は一実施例に係る燒結煙道ガス循環プロセスのプロセスフロー模式図である。

【図5】図５は一実施例に係る煙道ガス混合方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図２に示すように、図２は一実施例に係る煙道ガス混合装置の平面図であり（図に空気支管を表示していない）、煙道ガス混合装置の本体はベンチュリ管（Ｖｅｎｔｕｒｉ ｔｕｂｅ）構造であり、且つ煙道ガスの流れ方向に沿って煙道入口セグメント１１、ネッキングセグメント２１、スロートセグメント２２、フレアセグメント２３及び煙道出口セグメント１２が順に設けられている。吸入孔２２１は、均一で且つ傾斜してスロートセグメント２２の周方向側壁に周設されており、スロートセグメント２２の周方向から外へ環状キャビティ３が延在され、環状キャビティ３はスロートセグメント２２全体の外部に被覆し、環状キャビティ３の内部にガスを収容する空間が形成されている。環状キャビティ３の断面は円形構造であってもよいし、台形構造であってもよい。例示的には、本実施例において、環状キャビティ３の断面は台形構造であり、環状キャビティ３の断面が台形構造であると、台形構造の角部は円弧形遷移面を有することで、環状キャビティ３内に灰集積の死角が存在せず、環状キャビティ３の内部に吸入された気流がスムーズであることを保障するとともに、環状キャビティ３の内壁の灰集積を防止することができる。

【0019】

環状キャビティ３が外へ延在して環状冷却排気ガス支管３１が形成され、吸入孔２２１はいずれも環状キャビティ３及び環状冷却排気ガス支管３１に連通され、且つ環状冷却排気ガス支管３１は傾斜して環状キャビティ３に設けられ、このように設計することにより、環状冷却排気ガスはまず環状冷却排気ガス支管３１から環状キャビティ３に吸入され、さらに均一で且つ傾斜してスロートセグメント２２の周方向側壁に分布された吸入孔２２１により煙道ガスメイン通路に吸入されることで、スロートセグメント２２の全周に亘って均一に吸入することを実現し、流入煙道ガスに対する緩衝及び圧力安定化も実現し、且つ環状キャビティ３と煙道ガスメイン通路に安定差圧を形成させ、煙道ガスメイン通路流動場の均一安定性を維持する。好ましくは、環状キャビティ３内に環状冷却排気ガスが充満することを利用し、スロートセグメント２２のすべての吸入孔２２１を十分に利用して吸入することにより、環状冷却排気ガスは吸入孔２２１を通過すると加速が発生し、さらに流入煙道ガスに対するガイド作用を実現することができる。また、スロートセグメント２２における吸入孔２２１は傾斜して設けられ、環状冷却排気ガスを予め設けられた角度で流入煙道ガスと合流させることができ、環状冷却排気ガスの流入煙道ガスに対する直接な衝撃を回避することで、流入煙道ガスの流動に対する影響を減少し、且つ引き込まれたガスと流入煙道ガスとの衝突損失を減少する。図３に示すように、図３は一実施例に係る煙道ガス混合装置の正面図であり（図に環状冷却排気ガス支管を表示していない）、環状キャビティ３に空気支管３２が設けられ、空気支管３２の底部に電動バルブ３３が組み付けられることで、空気支管３２の吸気を制御する。煙道出口セグメント１２の頂上部に酸素含有量モニタ１４が設けられることで、混合した後に煙道ガスにおける酸素含有量をリアルタイムに監視し、酸素含有量モニタ１４のプローブは煙道出口セグメント１２の中心位置までに延びており、混合した煙道ガスの酸素含有量に対してより正確に測定できることを保証することができる。煙道ガス混合装置には、制御モジュール３４がさらに設けられ、酸素含有量モニタ１４は制御モジュール３４に電気的に接続され、酸素含有量モニタ１４は、検出された酸素含有量の結果を制御モジュール３４にフィードバックし、制御モジュール３４は、空気支管３２における電動バルブ３３の開度を調節することで、燒結酸素が十分に供給されることを保証する。好ましくは、煙道ガス循環過程における熱損失を減少するために、煙道ガス混合装置の本体の外部に保温処理を行い、且つ空気支管３２の電動バルブ３３の開度を適時調節する。煙道出口セグメント１２の直径は煙道入口セグメント１１の直径より大きく、煙道出口セグメント１２の底部に灰バケツ１３が設けられることで、混合煙道ガスがフレアセグメント２３に通した後に管直径が大きくになることにより流速が減速され、重力により沈降される一部の粉塵を収集することで、煙道の灰集積及び摩耗を有効に回避することができる。

【0020】

図２及び図３に示すように、吸入孔２２１の軸線とスロートセグメント２２の軸線との夾角は２０°～９０°であり、環状冷却排気ガス支管３１の軸線とスロートセグメント２２の軸線との夾角は１５°～７５°であり、空気支管３２の軸線とスロートセグメント２２の軸線との夾角は３０°～９０°である。引き込んだガスの吸気構造を傾斜して設けることにより、引き込んだガスが流入煙道ガスに対する直接な衝撃を回避することができるとともに、流入煙道ガスにガイド作用を与えることができ、煙道ガスメイン通路の流動場の均一及び安定が維持され、引き込んだガスと流入煙道ガスとの衝突損失が減少される。そのうち、環状冷却排気ガス支管３１は一定な角度で環状キャビティ３内に傾斜して連結し、環状冷却排気ガス支管３１と環状キャビティ３との連通をより便利にすることができる。

【0021】

図４は一実施例に係る燒結煙道ガス循環プロセスのプロセスフロー模式図であり、図２～図４に示すように、燒結煙道ガス循環プロセスの作業原理は以下の通りである。

【0022】

材料は燒結機３ｂで燒結され、燒結機３ｂから取り外された燒結熱鉱は、環状冷却器１により冷却された後に環状冷却排気ガスを生じ、燒結機３ｂの首尾部から取り込んだ、燒結循環送風機４１により増圧された循環煙道ガスと共に、煙道ガス混合装置に入り、且つ燒結機３ｂの頭部における煙道ガスシールカバー３ａを通過して燒結機３ｂに入る。燒結機３ｂが生じる煙道ガス（非循環煙道ガス）の大部分は、除塵器４を通過し、燒結メイン吸引機４２により加圧されて脱硫塔５及び煙突６に搬送され、最後に排出される。

【0023】

本実施例において、循環煙道ガスは燒結循環送風機４１により加圧された後に、経典的なベンチュリ管構造を本体とする煙道ガス混合装置内に流れることにより、スロートセグメント２２で負圧が発生され、環状冷却排気ガスは、環状冷却器１の従来の送風機（図示せず）により押されて環状冷却排気ガス支管３１により環状キャビティ３内に入り、負圧の作用で吸入孔２２１によりスロートセグメント２２の流入煙道ガスに吸入され、且つ二つの流体の差圧を利用して引き込んだ環状冷却排気ガスと流入煙道ガスとを十分に混合させ、関連技術における燒結煙道ガス循環プロセスに比べて、本実施例は環状冷却循環送風機１１を必要とせず、環状冷却排気ガスと循環煙道ガスとの十分な混合を効果的に実現することができ、燒結煙道ガス循環プロセスにおける煙道の煙道ガスの成分及び煙道ガスの温度を均一にして、煙道ガスの流量を安定化することもできる。また、スロートセグメント２２に空気支管３２が傾斜して設けられ、空気支管３２は、混合した後に煙道出口セグメント１２における酸素含有量の変化により、随時調整・制御して空気を補足することもできる。

【0024】

図５は一実施例に係る煙道ガス混合方法フローチャートであり、図５に示すように、当該煙道ガス混合方法はステップ１１０～ステップ１３０を含む。

【0025】

ステップ１１０において、煙道入口セグメントへ煙道ガスを導入する。

【0026】

ステップ１２０において、環状冷却排気ガス支管へ環状冷却排気ガスを導入する。

【0027】

ステップ１３０において、環状冷却排気ガスは環状キャビティ及び吸入孔を順次通過した後に、煙道ガスと混合して混合ガスを形成する。

【0028】

好ましくは、当該煙道ガス混合方法は、混合ガスの酸素含有量を監視することと、
酸素含有量により、環状キャビティ内に吸入された空気の吸入量をリアルタイムに調整することとをさらに含む。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明に係る煙道ガス混合装置は、関連技術における煙道ガス混合装置のエネルギー消費が高く、煙道ガス混合効果が不良であるという問題を解決することができる。

【符号の説明】

【0030】

１’ 環状冷却器
１１’ 環状冷却循環送風機
２’ 煙道ガス混合器
３１’ 煙道ガスシールカバー
３２’ 燒結機
４’ 除塵器
４１’ 燒結循環送風機
４２’ 燒結メイン吸引機
５’ 脱硫塔
６’ 煙突
１ 環状冷却器
３ａ 煙道ガスシールカバー
３ｂ 燒結機
４ 除塵器
４１ 燒結循環送風機
４２ 燒結メイン吸引機
５ 脱硫塔
６ 煙突
１１ 煙道入口セグメント
１２ 煙道出口セグメント
１３ 灰バケツ
１４ 酸素含有量モニタ
２１ ネッキングセグメント
２２ スロートセグメント
２３ フレアセグメント
２２１ 吸入孔
３ 環状キャビティ
３１ 環状冷却排気ガス支管
３２ 空気支管
３３ 電動バルブ
３４ 制御モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】