JP2784263B2 - ガス冷却器の入口ダクトの壁から堆積物を除去する方法と、冷却した弾性金属構造体を有するガス冷却器の入口ダクト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入口ダクトを介してガス冷却器へ高温プロセ
スガス、あるいは煙道ガスを導入する方法と装置に関す
る。本発明による方法と装置は特に、流動層を備えたガ
ス冷却器中へ流動ガスとして高温ガスを送り込むのに適
している。

高温ガスは通常、冷却し凝結すると粘性となり相互
に、およびガスと接触した表面と接着する微細ダストや
溶融あるいば蒸発成分のような付着成分を含有してい
る。このように、これら付着成分はプロセスガスと接触
した壁面に有害な堆積物を極めて急速に生長させうる。
通常、堆積物は高温の面と冷却された面との間の境界部
分に最も容易に堆積するようである。例えば廃熱ボイラ
のガス入口はそのような堆積物が通常たまる場所であ
る。その結果、時折掃除をしない限り、入口は容易に詰
ってしまう。そのような掃除は前記の高温状態では困難
である。

さらに、高温の面に堆積する堆積物は固くて、かつ引
き締っているので、高温の入口開口に堆積した堆積物を
除くことは通常困難である。殆んどの場合、入口ダクト
は耐火材で内張りした構造か、あるいは堆積物が面に接
着しやすいようにする僅かに不均一であり、かつ均一の
こともある多孔面を有するセラミック材から作られてい
る。耐火材で内張りした面を掃除することは耐火材の内
張りを損傷させる可能性がある。

例えば再循環され、冷却され、清浄にされたプロセス
ガスであるガスを入口へ吹き込むことにより堆積物の形
成を阻止する試みがなされてきた。このことにより粘性
の化合物が入口近傍の壁に接着するのをある程度阻止す
る。しかしながら、入口をきれいに保つには再循環ガス
の量は可成り大きくなければならない。このことによっ
てガス冷却器へ入る全体のガス量を大きくさせ、そのた
めガス冷却器の寸法を大きくし、すなわち、その結果ガ
ス冷却手段のコストを増大させる。さらに、熱回収装置
の前に、冷却されたガスを高温のプロセスガスと混合す
るためガスからの熱回収効率が低下する。

本発明の目的は前述したものと比較して改良された、
ガス冷却器へ高温のプロセスガスを導入する方法と装置
を提供することである。

目的は特に、高温ガス入口ダクトに堆積した堆積物が
容易に除去しうる方法と装置を提供することである。

さらに別の目的は入口ダクトに堆積した堆積物の特性
により該堆積物をダクトの壁から容易に除去しうるよう
にする方法と装置を提供することである。

高温のプロセスガスあるいは煙道ガスを冷却室へ導入
するための本発明による方法の特徴は、ガス側の面とは
反対側の入口ダクトの壁面を冷却媒体と接触するように
持って来ることにより入口ダクトの壁が間接的に冷却さ
れるため入口ダクトのガス側の壁面に形成された堆積物
がもろくなり、容易に除去しうるようになることであ
る。

入口ダクトの壁から堆積物を除くには、これらの壁に
急激な機械的な力を加え、この力が壁を一時的に変形あ
るいは振動するようにさせ、壁面に堆積された堆積物を
ほぐす。

高温のプロセスガスあるいは煙道ガスを冷却室へ導入
するための本発明による装置の特徴は、ガス冷却器の入
口ダクトが冷却された弾性の構造体から形成され、入口
ダクトの壁が金属製の冷却された面から形成されている
ことである。

入口ダクトには、該入口ダクトの壁に該壁を一時的に
変形および（または）振動させる急激な機械的力を加え
ることができる装置が設けられていることが好ましい。

本発明は、高温のプロセスガスが流動層を備えた冷却
室において冷却され、かつ高温のプロセスガイドが同時
に流動ガスとして作用するようなプラントに対して特に
適している。この場合、入口ダクトは冷却室の底部に配
設され、高温ガスが冷却室の底部に配設された入口を介
して流動層へ導入される。高温のガスが混合室へ導さ
れ、再循環され冷却された粒子と混合されることによっ
てガスが極めて急速に冷却される、循環流動層を備えた
ガス冷却器において冷却が行われるのが最も好ましい。

もしも入口ダクトが短かすぎる場合、粒子は冷却室の
流動層から入口ダクトまで下方に流れ有害な結果をもた
らすことがありうる。冷却室の壁に沿って流下する粒子
が高温のガスと出合うと、入口ダクトと冷却室との間で
ある程度の乱流が入口において形成される。流体はこの
ように入口ダクト中へ下方に流れる可能性がある。しか
しながら粒子は入口ダクトから高温のガスにより冷却室
へ戻される。但し入口ダクトがある最小の長さである場
合である。入口ダクトの直径に対する入口ダクトの長さ
の比L/Dは少なくとも0.5であらねばならず、１から２ま
でが好ましい。例えば、ガス流量が1000〜200,000Nm³/
時であって、流動層を備え、直径が約70センチから６メ
ートルの混合室を有する、高さが約５から30メートルの
ガス冷却反応器を備えたプラントであれば、直径が約15
センチから２メートル、高さが15センチから２メートル
の入口ダクトを有すればよい。

入口ダクトはダクト構造体にある程度の可撓性あるい
は弾性を付与する材料から作られることが好ましい。ダ
クト構造体自体も可撓性でよい。

本発明の好適実施例によれば、入口ダクトは、一方が
他方の内部に配設され、相互に円筒形の二重ケーシング
を形成する２個の金属の円筒体から形成されている。円
筒体の間には環状のスロットが形成され、そこを通して
冷却媒体が供給される。円筒体の間のスロットは非分割
とするか、あるいは複数の個別の部分に分割してもよ
い。円筒体の間の空間は例えば、一方の円筒体から他方
の円筒体まで延びる垂直なリブによって分割してよく、
そのためリブの量に応じて、円筒体の間には２個以上の
冷却媒体用の個別の垂直部分が形成される。冷却媒体は
ガスの流れに対して軸戦方向下流あるいは上流に導くこ
とができる。

構造と材質とに関して、金属の円筒体からなる入口ダ
クトは弾性である。ダクトの外面をハンマで急にたたく
とダクトの壁を変形させ、ダクトの内面に堆積した堆積
物が除かれる。それが冷却されたダクトである場合、そ
の壁に形成された堆積物はもろくなっており、そのため
容易に除去しうる。滑らかな金属面の場合は耐火材を内
張りした面ほどしっかりと接着することはない。硬質で
耐火材を内張りしたダクト構造あるいはセラミック製ダ
クト構造では、その材料自体がハンマの急激なたたきに
抵抗性がなく、かつ硬質構造は堆積物をほぐすための変
形をしないのでハンマーで急激にたたくことによっては
掃除することができない。ハンマでたたくと、また、堅
固な入口ダクトの場合、それがそのいずれかの側から緩
るむようにさせる可能性がある。

本発明の第２の実施例によれば、冷却媒体が通され
る、らせん状すなわち蛇状に曲げたチューブを採用する
ことにより弾性で、冷却された入口ダクト構造を提供す
ることができる。

らせん状に曲げられたチューブの諸々の層は相互に固
定されるのではなく、相互に対して層が少なくとも若干
の運動ができるようにしている。例えば、チューブの１
個以上の層にハンマをたたくことにより入口ダクトの内
面から堆積物を外す。その結果、この層は隣接のチュー
ブの層に対して運動することにより入口ダクトの内面が
変形する。この結果、ダクトの壁に付着していた堆積物
がほぐされる。ハンマでたたくことは同時にチューブを
振動させ、振動は長手方向にチューブに沿って双方向に
伝播される。振動によっても堆積物をほぐす。

冷却された入口ダクトにおける冷却媒体として、水、
蒸気、空気、あるいはその他何らかの適当なガスまたは
液体を使用することができる。その場合、清浄化され、
冷却されたプロセスガスはそれ自体ガス負荷を増すもの
ではないので使用してよい。しかしながら、最も好まし
い冷却媒体は水であって、例えばその場合、入口ダクト
の冷却は実際の冷却室の水／蒸気の循環と関連して行う
ことができる。冷却媒体は加圧されたガスまたは蒸気で
あってもよく、その場合その伝熱能力がより優れてい
る。その場合、入口ダクトはらせん状に巻いたチューブ
から形成することが好ましく、その圧力抵抗はより高く
なる。

本発明による冷却された入口ダクトは例えば以下の利
点を有している。

−それ自体の冷却によりダクトの壁に堆積した堆積物を
もろくさせ、堆積物はダクトを振動あるいは変形させる
ことにより容易に除去することができる。

−金属製ダクトは機械的な打撃により振動し、かつ変形
することができる。

−金属入口ダクトは固くて、掃除に必要とされる急激な
機械的力に耐え、例えば耐火材内張りの壁とは異なり余
分の粒子が壁からほぐされることはない。

−堆積物は滑らかな金属の面には耐火材内張りの面ある
いはセラミックの面ほど簡単に接着しない。

−金属製入口ダクトは軽く、冷却室やプロセス自体に容
易に接続できる。

−冷却されたダクトから熱を回収することができる。

本発明は極めて諸々のプロセスに適している。治金学
的プロセスから出てくるガスの温度は、熱回収段階、す
なわち冷却段階に導かれる前は通常700から1800℃であ
って、冷却段階で通常350から1000℃、あるいは100℃ま
ででも冷却される。治金学的炉の放射室は約550〜1200
℃までのガスを発生させ、該ガスはまた約350〜1000℃
に冷却される。石灰石焼成やセメントキルンでは約800
〜1000℃のガスを発生させ、それらは300〜500℃に冷却
される。ごみ焼却炉からの煙道ガスは比較的低温で300
〜700℃程度である。しかしながら、それらは最多種の
汚染成分を含有し、約200〜250℃の温度まで冷却されな
ければ厄介である。また、ある治金学的プロセスは、比
較的低温ではあるが、汚染性であるガスを発生させる。
そのようなガスは、低温で溶融する例えばPbあるいはZn
化合物を含有する可能性があり、堆積物の形成が避けら
れるまでは比較的低温まで冷却する必要がある。

入口ダクトの冷却媒体の温度は常に、プロセスからの
高温のガスに含まれる溶融成分あるいは蒸発成分の共融
点より明らかに低くなければならない。このことは、壁
面と接触するようになる汚染成分を急速冷却する上で不
可欠である。例えば、冷却媒体として20〜50℃の水が用
いられた場合、この水の温度は約100℃まで上昇しう
る。冷却媒体の入口温度が低ければ低いほど、ガスダク
トの堆積物はより多孔性となる。通常、冷却媒体の温度
は入口ダクトにおいて約20〜100℃だけ上昇する。しか
しながら、温度上昇は約20〜30℃以下であることが多
い。温度が200℃以下である蒸気によりガスダクトの堆
積物を冷却するとより時間がかかり、その結果、ダクト
の堆積物は、より冷たい冷却媒体を用いた場合よりもよ
り固くなる。ガス温度は入口ダクトではそれほど変動せ
ず、通常約0.5〜25℃以下である。

冷却室において、冷たい粒子をガスと混合させる循環
流動層により冷却が行われ、ガス温度をガスに含まれて
いる溶融成分あるいは蒸発成分の共融点のすぐ下まで下
げる。従って、冷却室の壁に堆積物が堆積することがな
い。

本発明を添付図面を参照して例示として以下詳細に説
明する。

第１図は本発明による入口ダクト装置を示す図、 第２図は線Ａ−Ａに沿って視た第１図の断面図、 第３図は本発明による第２の入口ダクト装置の線Ａ−
Ａに沿って視た断面図、 第４図は本発明による第２の入口ダクト装置を示す
図、 第５図は線Ｂ−Ｂに沿って視た断面図である。

第１図と第２図はプロセス炉10と冷却室12との間に配
設された、冷却された入口ダクト14を示す。入口ダクト
はプロセス炉の屋根18の開口16に接続されている。

入口ダクトは、一方が他方の内部に配設された金属製
円筒体22,24からなる弾性の二重ケーシング構造体であ
る円筒体20を組み入れている。前記円筒体は従来の３〜
７ミリ厚さの鋼板から作ればよい。もしも冷却媒体が加
圧される場合、円筒体はより厚い板から作る必要があ
る。冷却媒体が通される環状空間25が円筒体の間に形成
されている。冷却媒体は導管40を介して環状空間25中へ
導かれ、導管50を介してそこから排出される。もしも水
が冷却媒体として使用される場合、円筒体の間の空隙は
例えば約５〜25ミリ、好ましくは幅が10〜15ミリであ
る。ガス状の冷却媒体はより大きい空間を必要とし、そ
の場合スロットの幅は50ミリでよい。環状空間には、図
示していないが流量制御手段が配置されることが好まし
い。

第２図は線Ａ−Ａに沿って視た入口ダクト14の断面図
である。本実施例においては、環状空間25は液体のため
の単一で非分割の空間であり、該空間には流量制限手段
を設けることが好ましい。

第１図に示すように、環状空間25はプロセス炉の屋根
と、冷却室の底部58とに対してパッキン54,56により密
封されている。

入口ダクトの壁面60に形成される可撓性のある堆積物
62はたたき手段64によって除去される。前記たたき手段
はアーム66の端部に配置されたハンマ68からなる。ハン
マでたたくことにより入口ダクトの壁を変形させ、およ
び（または）振動させる。

他方、第３図に示すように、冷却媒体用の空間は個別
のセグメントから形成してもよい。前述の図に示すよう
に、入口ダクトの二重ケーシング構造20の内側円筒体22
を組み込み、ケーシングの外側は個別の垂直なプレート
26からなり、その縁部は円筒体22に向かって折り曲げら
れて円筒体22とプレート26との間で水封のセグメント空
間27を形成している。各セグメントは入口ダクト28と独
自の出口ダクト（図示せず）とを有している。

第４図と第５図はプロセス炉10と冷却室12との間に配
置された入口ダクト14を示し、入口ダクトの壁70はらせ
ん状、すなわち蛇状に曲げられたチューブ72から形成さ
れている。らせん状のチューブは部分的には円筒形の気
密密閉体74によって囲まれている。チューブ72の外径は
典型的には25〜100ミリで、好ましくは38ミリまたは52
ミリである。冷却媒体は入口導管76を介して上端からチ
ューブの中へ送られ、出口導管78を介して下端から排出
される。

チューブ72は可撓性のチューブ壁80を形成するように
巻かれ、一方が他方の上に配置されているチューブは、
例えば溶接のように固く結合されてはいない。諸々のチ
ューブ部分は隣接のチューブに対して動くことができ
る。このように、ガスが通る小さいスロット82,84,86が
チューブ間、最下方のらせんチューブとプロセス炉の屋
根との間、および最上方のらせんチューブと冷却室の底
部との間に形成できる。気密の密閉体すなわちケーシン
グ74の内側でチューブの壁を密閉することにより高温の
プロセスガスが壁を通して漏洩しないようにされてい
る。ガス用空間87がケーシングとチューブ構造体との間
に形成され、その空間へ隙間ガス、あるいはスリットガ
スまたは押出しガスが導管88を介して導入され、押出し
ガスの圧力は高温のプロセスガスより高いので、高温の
プロセスガスの漏洩を阻止する。例えば、清浄にし、冷
却し、循環した、例えば20〜200℃のプロセスガス、あ
るいはその他の何らかの不活性ガスまたは空気をスリッ
トガスとして用いることができる。スリットガスが選択
された場合、高温ガスの成分に留意することが望まし
い。最終の燃焼が何ら問題を生じさせることがないので
あれば、酸素を含むスリットガスを用いることができ
る。しかしながら、殆んどの場合、何らかの不活性ガス
が最も妥当な選択である。スリットガスの量は極めて小
さいので、全体のガス量に対しては基本的には重大では
ない。

スリットガスはチューブ層の間のスロットをきれいに
し、入口ダクトの内面に冷たいガスの膜を大量に形成
し、小滴が壁に向かって流れるのを阻止することができ
る。そのためスリットガスはダクトの内面において境界
層を形成する。

さらにコンパクトな構造が所望される場合、ダクトを
きつく縛って全体的に堅固な構造を形成することなくバ
ーを用いて相互に部分的に取り付ければよい。バーは例
えば、最下方と最上方のチューブに溶接することによ
り、チューブのらせん状構造体が垂直方向の余裕が限定
されるようにしうる。

また、チューブのらせん状の壁は、その外面の断面が
円形でなく、四角に近い特殊チューブで作ることができ
る。従って、らせん状となるように曲げられると、チュ
ーブの層の間でより大きい密封面を提供し、その結果、
円形チューブ以上に緊密な結合構造を提供する。

第４図および第５図に示す実施例においては、ダクト
の壁を急激に変形させるためにハンマも用いることがで
きる。密閉体74とチューブの壁80との間のハンマをたた
く点において、密閉体に対する打撃を対応するレベルに
おけるチューブの層に伝達する部材90が配置されてい
る。たたき用ハンマは相互に対して対向して、あるいは
ダクトの数個所に配置することができる。ハンマをたた
く結果、ダクトがばねのように変形する。そのため堆積
物をダクトの壁から極めて効果的にほぐす。ダクトの双
方向に振動が伝播されることにより堆積をほぐしやすく
する。

たたき用ハンマはガス空間87の内側に配設してハンマ
の打撃がらせん状に巻いたチューブから形成された壁を
直接衝撃を与えるようにしてもよい。

また、掃除は瞬間的に、かつダクト中の冷却媒体の圧
力を変える脈の要領で用い、らせん状のチューブが真直
ぐになろうとして振動してダクトから堆積物をほぐすよ
うにもできる。

ある場合には、熱膨張により入口ダクトを変形させ、
そのため冷却媒体の流れが一時的に遅くなりダクトが熱
くなり、その後冷却媒体の流量を通常に戻すことにより
急速に冷却されるようにすることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−140024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−297979（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−34154（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−139844（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−13327（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23J 3/00 F28G 13/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却粒子で形成された流動層が配設された
   流動層ガス冷却器内へ金属製入口ダクト（14）において
   高温のプロセスガスまたは煙道ガスを導入する方法であ
   って、ガス冷却器の底部に配設された入口ダクトを介し
   て流動ガスとして高温のプロセスガスまたは煙道ガスを
   ガス冷却器へ導入する段階を含む方法において、 ガス側表面とは反対側の壁面を、入口ダクトの壁（60）
   の外面に沿って連続的に運ばれる冷却媒体と接触させる
   ことにより入口ダクトの壁を冷却媒体で間接的に冷却
   し、それにより入口ダクトのガス側の壁面に形成された
   堆積物（62）がもろくなり、容易に離脱可能になり、 入口ダクトの壁の外面に沿ってジャケット流れの形態で
   冷却媒体を運び、 急激な機械的な力を入口ダクトの壁に加え、この力が壁
   を一時的に変形および（または）振動させ、壁面に形成
   された堆積物を離脱させることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】ガス冷却器が循環する流動層を設けられて
   いることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】流動層ガス冷却器内へ高温のプロセスガス
   と煙道ガスを導く装置であって、ガス冷却器内へガスを
   導く金属製入口ダクト（14）を含み、ガス冷却器の入口
   ダクトが、入口ダクトの壁が金属で形成された被冷却表
   面（22,24;72）で形成された被冷却構造体で形成されて
   いるような装置において、冷却媒体の連続的な流動のた
   めの路（25,40,50;76,78,72）を構成することができる
   少なくとも１つの流路が入口ダクト内に設けられている
   こと、入口ダクトが、その壁を一時的に変形および（ま
   たは）振動させる過激な機械的な力を入口ダクトの壁に
   受けさせるように配設された手段（68）を備えているこ
   と、および入口ダクトが、一方が他方の内部に配設され
   た２つの金属シリンダー（22,24）で形成され、その間
   の環状の溝（25）が冷却媒体用の空間を形成しているこ
   とを特徴とする装置。
4. 【請求項４】ガス冷却器が流動層反応器からなり、入口
   ダクトが流動層反応器に達する流動ガス入口ダクトとし
   て使用することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の
   装置。
5. 【請求項５】ガス冷却器が循環流動層反応器を含むこと
   を特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。
6. 【請求項６】入口ダクトが金属シリンダー（22）で形成
   され、この金属シリンダーの周りに垂直な金属プレート
   （26）が気密に固定されて冷却媒体用の部分の形態の分
   離した空間（27）を形成していることを特徴とする請求
   の範囲第３項に記載の装置。