ガス混合構造
【課題】ガスに対して熱量の異なる添加ガスを混合する際、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合する。
【解決手段】副生ガスを搬送する主管１と、主管１よりも小径の管からなり、先端が主管１内で同軸に、且つ副生ガスの搬送方向に開口するように配置され、副生ガスとは熱量の異なる燃料ガスを主管１内に供給する内管２と、内管２の先端に連結され、内管２と同一径となる第一の基端口３ａ、及び第一の基端口３ａよりも大径となる第一の先端口３ｂを有し、先端側に向かうほど拡径する第一の筒状ノズル３と、第一の筒状ノズル３に対して主ガスの搬送方向下流側に設けられ、第一の先端口３ｂよりも小径となる第二の基端口４ａ、及び第二の基端口４ａよりも大径となる第二の先端口４ｂを有し、先端側に向かうほど拡径する第二の筒状ノズル４と、を備える。
【解決手段】副生ガスを搬送する主管１と、主管１よりも小径の管からなり、先端が主管１内で同軸に、且つ副生ガスの搬送方向に開口するように配置され、副生ガスとは熱量の異なる燃料ガスを主管１内に供給する内管２と、内管２の先端に連結され、内管２と同一径となる第一の基端口３ａ、及び第一の基端口３ａよりも大径となる第一の先端口３ｂを有し、先端側に向かうほど拡径する第一の筒状ノズル３と、第一の筒状ノズル３に対して主ガスの搬送方向下流側に設けられ、第一の先端口３ｂよりも小径となる第二の基端口４ａ、及び第二の基端口４ａよりも大径となる第二の先端口４ｂを有し、先端側に向かうほど拡径する第二の筒状ノズル４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス混合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大口径の配管を流れる気体に他の気体を添加・混合する場合、単に配管を接続するだけのものや、邪魔板で旋回・撹拌などを促すスタティックミキサが一般的である。しかしながら、圧力損失を抑制し、且つ短距離で均一に混合することに特化した技術はなく、汎用的なものをそのまま使用するのが現状であった。
例えば、２流体の混合を行うものとして、主管内に撹拌のための突起を複数配置するものや（特許文献１参照）、また高炉ガスを乱流にしたり添加ガスを拡散するプレートを用いたりするものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８８７３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、ガス中に比較的多くのダストを含む高炉副生ガスに適用すると、突起部へのダストの堆積により圧力損失の問題が懸念される。また、特許文献１に記載された従来技術においても、短距離で均一な混合を意図した技術ではない。
本発明の課題は、ガスに対して熱量の異なる添加ガスを混合する際、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る副生ガス混合構造は、主ガスを搬送する主管と、主管よりも小径の管からなり、先端が主管内で同軸に、且つ主ガスの搬送方向に開口するように配置され、主ガスとは熱量の異なる添加ガスを主管内に供給する内管と、内管の先端に連結され、内管と同一径となる第一の基端口、及び第一の基端口よりも大径となる第一の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第一の筒状ノズルと、第一の筒状ノズルに対して主ガスの搬送方向下流側に設けられ、第一の先端口よりも小径となる第二の基端口、及び第二の基端口よりも大径となる第二の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第二の筒状ノズルと、を備えることを特徴とする。
また、第二の基端口は、内管よりも小径とし、第二の先端口は、第一の先端口よりも大径とすることを特徴とする。
また、第一の先端口から第二の基端口までの距離を内管の径よりも小さくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る副生ガス混合構造によれば、第一の筒状ノズルの外周面、及び第二の筒状ノズルの外周面によって、主ガスを撹拌し、そこに添加ガスが供給される。これにより、主ガスに対して効率よく添加ガスを混合させることができ、主ガスや添加ガスの流れを阻害することもない。すなわち、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合することである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】副生ガス混合構造の概略構成図である。
【図２】第一の筒状ノズル３と第二の筒状ノズル４との連結状態を示す図である。
【図３】本実施形態の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《構成》
図１は、副生ガス混合構造の概略構成図である。
主管１は、高炉の副生ガスを搬送する。主管１には、主管１よりも小径となる内管２を挿入してあり、内管２の先端は、主管１と同軸に配置され、且つ副生ガスの搬送方向に開口するように設けてあり、副生ガスの熱量調整のために燃料ガスを供給する。内管２の径は、主管１の径の１／２以下とする。つまり、内管２の径をｄ１、主管１の径をＤとすると、ｄ１≦０.５Ｄである。
【０００９】
内管２の先端には、第一の筒状ノズル３を連結してある。この第一の筒状ノズル３は、内管２と同一径となる基端口３ａと、この基端口３ａよりも大径となる先端口３ｂとを有する。つまり、基端口３ａの径をｄ１とし、先端口３ｂの径をｄ２とすると、ｄ１＜ｄ２である。すなわち、第一の筒状ノズル３は、基端側から先端側に向けてテーパ状に拡径させたラッパ形状（又はコーン形状）にしてあり、そのテーパ角度は３０〜６０度の範囲で設定してある。基端口３ａは、内管２の先端との間に隙間ができないように連結してある。
【００１０】
第一の筒状ノズル３には、第二の筒状ノズル４を連結してある。この第二の筒状ノズル４は、先端口３ｂよりも小径となる基端口４ａと、この基端口４ａよりも大径となる先端口４ｂとを有する。具体的には、先端口４ａは、内管２よりも小径にしてあり、先端口４ｂは、先端口３ｂよりも大径にしてある。つまり、基端口４ａの径をｄ３とし、先端口４ｂの径をｄ４とすると、ｄ３＜ｄ１であり、ｄ４＞ｄ２である。このように、第二の筒状ノズル４も、基端側から先端側に向けてテーパ状に拡径させたラッパ形状（又はコーン形状）にしてあり、そのテーパ角度は３０〜６０度の範囲で設定してある。先端口３ｂから基端口４ａまでの距離Ｌ１は、内管２の径ｄ１よりも小さくしてある。
【００１１】
図２は、第一の筒状ノズル３と第二の筒状ノズル４との連結状態を示す図である。
第一の筒状ノズル３と第二の筒状ノズル４とは、複数のリブ５によって連結してある。リブ５は、一端が第一の筒状ノズル３の内周面に連結してあり、他端が第二の筒状ノズルの外周面に連結してある。複数のリブ５は、周方向に略等間隔に設けている。リブ５の数量やサイズ（太さ）は、副生ガスや燃料ガスの流れを阻害しない範囲で設定する。
【００１２】
本実施形態では、高炉の副生ガスに添加ガスを混合する設備について説明したが、これに限定されるものではなく、他にも転炉の副生ガスに添加ガスを混合する設備に適用してもよい。すなわち、主ガスに対して熱量の異なる添加ガスを混合する他の如何なる設備にも適用することができる。
本実施形態では、第一の筒状ノズル３、及び第二の筒状ノズル４の断面が円形である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面は多角形状としてもよい。
【００１３】
本実施形態では、第一の筒状ノズル３を第二の筒状ノズル４に連結しているが、これに限定されるものではない。要は、第二の筒状ノズル４は、第一の筒状ノズル３に対して副生ガスの搬送方向下流側に設けてあればよい。したがって、第二の筒状ノズル４を第一の筒状ノズル３には連結せず、主管１の内周面に連結してもよい。
その他、本実施形態の主旨を逸脱しない範囲で、各部材の形状や位置、サイズなど、任意に設定することができる。
【００１４】
《作用》
第一の筒状ノズル３の外周面、及び第二の筒状ノズル４の外周面によって、副生ガスを撹拌し、そこに燃料ガスが供給される。このように、筒状ノズルを二段構えとすることにより、副生ガスに対して効率よく燃料ガスを混合させることができ、副生ガスや燃料ガスの流れを阻害することもない。すなわち、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合することである。したがって、熱量調整のための混合位置に関し、レイアウトの自由度が増す。
【００１５】
数値解析により、本実施形態と従来技術との比較を行った。従来技術としては、特開２００３−２５４０９０号公報の「高炉ガスと添加ガスとの混合装置および混合方法」に記載された図１の構造を採用した。主管の径、主管のガス流量、添加ガスの流量を同一にして比較した結果、本実施形態では従来技術の６０％の距離で同程度の混合度合を得ることができた。また、圧力損失も従来技術の２０％であり、大幅に減少させることができた。
このように、本実施形態によれば、混合位置から２０Ｄ（主管直径×２０倍）の距離において、充分に均一な混合が可能である。
【００１６】
《実施例》
高炉の改修において、一部の燃料ガスの熱量を上げるため、大元のガス配管から個別設備への分岐後に、副生ガスにコークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）を添加して熱量の調整を行った。このとき、主管径Ｄ：φ１６００ｍｍ、内管径：φ５００ｍｍ、第一の筒状ノズル先端口径ｄ２：φ５５０ｍｍ、第二の筒状ノズル基端口径ｄ３：φ９０ｍｍ、第二の筒状ノズル先端口径ｄ４：φ６５０ｍｍ、第一の筒状ノズル先端口から第二の筒状ノズル基端口までの距離Ｌ１：９０ｍｍ、第二の筒状ノズル長さ：３５０ｍｍの構造を採用した。
【００１７】
混合位置から約３５ｍ下流のヘッダ分岐後で、均一な混合ガスが得ることができた（ガス成分測定：有意差なし）。また、第一の筒状ノズルと第二の筒状ノズルとも副生ガスの流れに淀みを発生させる箇所がないことを数値解析で確認しており、ダスト堆積による混合能力が低下する可能性はない。
【００１８】
図３は、本実施形態の効果を示す図である。
このように、季節の配管レイアウトを変更することなく、副生ガスの熱量を調整することができた。同一の設備レイアウトで従来技術を用いた場合は、使用先の熱量が約１.７％のバラツキが生じる可能性があった。また、従来技術で同一の均一度を得るには、配管レイアウトを変更して混合後の配管長さを延長しなければならなかった。しかし、本実施形態の構造とすることで、建設コストを抑制しつつ、均一な燃料ガスの混合を行うことができた。
【符号の説明】
【００１９】
１ 主管
２ 内管
３ 第一の筒状ノズル
３ａ 基端口
３ｂ 先端口
４ 第二の筒状ノズル
４ａ 基端口
４ｂ 先端口
５ リブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス混合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大口径の配管を流れる気体に他の気体を添加・混合する場合、単に配管を接続するだけのものや、邪魔板で旋回・撹拌などを促すスタティックミキサが一般的である。しかしながら、圧力損失を抑制し、且つ短距離で均一に混合することに特化した技術はなく、汎用的なものをそのまま使用するのが現状であった。
例えば、２流体の混合を行うものとして、主管内に撹拌のための突起を複数配置するものや（特許文献１参照）、また高炉ガスを乱流にしたり添加ガスを拡散するプレートを用いたりするものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０８８７３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、ガス中に比較的多くのダストを含む高炉副生ガスに適用すると、突起部へのダストの堆積により圧力損失の問題が懸念される。また、特許文献１に記載された従来技術においても、短距離で均一な混合を意図した技術ではない。
本発明の課題は、ガスに対して熱量の異なる添加ガスを混合する際、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る副生ガス混合構造は、主ガスを搬送する主管と、主管よりも小径の管からなり、先端が主管内で同軸に、且つ主ガスの搬送方向に開口するように配置され、主ガスとは熱量の異なる添加ガスを主管内に供給する内管と、内管の先端に連結され、内管と同一径となる第一の基端口、及び第一の基端口よりも大径となる第一の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第一の筒状ノズルと、第一の筒状ノズルに対して主ガスの搬送方向下流側に設けられ、第一の先端口よりも小径となる第二の基端口、及び第二の基端口よりも大径となる第二の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第二の筒状ノズルと、を備えることを特徴とする。
また、第二の基端口は、内管よりも小径とし、第二の先端口は、第一の先端口よりも大径とすることを特徴とする。
また、第一の先端口から第二の基端口までの距離を内管の径よりも小さくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る副生ガス混合構造によれば、第一の筒状ノズルの外周面、及び第二の筒状ノズルの外周面によって、主ガスを撹拌し、そこに添加ガスが供給される。これにより、主ガスに対して効率よく添加ガスを混合させることができ、主ガスや添加ガスの流れを阻害することもない。すなわち、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合することである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】副生ガス混合構造の概略構成図である。
【図２】第一の筒状ノズル３と第二の筒状ノズル４との連結状態を示す図である。
【図３】本実施形態の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《構成》
図１は、副生ガス混合構造の概略構成図である。
主管１は、高炉の副生ガスを搬送する。主管１には、主管１よりも小径となる内管２を挿入してあり、内管２の先端は、主管１と同軸に配置され、且つ副生ガスの搬送方向に開口するように設けてあり、副生ガスの熱量調整のために燃料ガスを供給する。内管２の径は、主管１の径の１／２以下とする。つまり、内管２の径をｄ１、主管１の径をＤとすると、ｄ１≦０.５Ｄである。
【０００９】
内管２の先端には、第一の筒状ノズル３を連結してある。この第一の筒状ノズル３は、内管２と同一径となる基端口３ａと、この基端口３ａよりも大径となる先端口３ｂとを有する。つまり、基端口３ａの径をｄ１とし、先端口３ｂの径をｄ２とすると、ｄ１＜ｄ２である。すなわち、第一の筒状ノズル３は、基端側から先端側に向けてテーパ状に拡径させたラッパ形状（又はコーン形状）にしてあり、そのテーパ角度は３０〜６０度の範囲で設定してある。基端口３ａは、内管２の先端との間に隙間ができないように連結してある。
【００１０】
第一の筒状ノズル３には、第二の筒状ノズル４を連結してある。この第二の筒状ノズル４は、先端口３ｂよりも小径となる基端口４ａと、この基端口４ａよりも大径となる先端口４ｂとを有する。具体的には、先端口４ａは、内管２よりも小径にしてあり、先端口４ｂは、先端口３ｂよりも大径にしてある。つまり、基端口４ａの径をｄ３とし、先端口４ｂの径をｄ４とすると、ｄ３＜ｄ１であり、ｄ４＞ｄ２である。このように、第二の筒状ノズル４も、基端側から先端側に向けてテーパ状に拡径させたラッパ形状（又はコーン形状）にしてあり、そのテーパ角度は３０〜６０度の範囲で設定してある。先端口３ｂから基端口４ａまでの距離Ｌ１は、内管２の径ｄ１よりも小さくしてある。
【００１１】
図２は、第一の筒状ノズル３と第二の筒状ノズル４との連結状態を示す図である。
第一の筒状ノズル３と第二の筒状ノズル４とは、複数のリブ５によって連結してある。リブ５は、一端が第一の筒状ノズル３の内周面に連結してあり、他端が第二の筒状ノズルの外周面に連結してある。複数のリブ５は、周方向に略等間隔に設けている。リブ５の数量やサイズ（太さ）は、副生ガスや燃料ガスの流れを阻害しない範囲で設定する。
【００１２】
本実施形態では、高炉の副生ガスに添加ガスを混合する設備について説明したが、これに限定されるものではなく、他にも転炉の副生ガスに添加ガスを混合する設備に適用してもよい。すなわち、主ガスに対して熱量の異なる添加ガスを混合する他の如何なる設備にも適用することができる。
本実施形態では、第一の筒状ノズル３、及び第二の筒状ノズル４の断面が円形である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面は多角形状としてもよい。
【００１３】
本実施形態では、第一の筒状ノズル３を第二の筒状ノズル４に連結しているが、これに限定されるものではない。要は、第二の筒状ノズル４は、第一の筒状ノズル３に対して副生ガスの搬送方向下流側に設けてあればよい。したがって、第二の筒状ノズル４を第一の筒状ノズル３には連結せず、主管１の内周面に連結してもよい。
その他、本実施形態の主旨を逸脱しない範囲で、各部材の形状や位置、サイズなど、任意に設定することができる。
【００１４】
《作用》
第一の筒状ノズル３の外周面、及び第二の筒状ノズル４の外周面によって、副生ガスを撹拌し、そこに燃料ガスが供給される。このように、筒状ノズルを二段構えとすることにより、副生ガスに対して効率よく燃料ガスを混合させることができ、副生ガスや燃料ガスの流れを阻害することもない。すなわち、圧力損失を抑制しつつ、短距離で均一に混合することである。したがって、熱量調整のための混合位置に関し、レイアウトの自由度が増す。
【００１５】
数値解析により、本実施形態と従来技術との比較を行った。従来技術としては、特開２００３−２５４０９０号公報の「高炉ガスと添加ガスとの混合装置および混合方法」に記載された図１の構造を採用した。主管の径、主管のガス流量、添加ガスの流量を同一にして比較した結果、本実施形態では従来技術の６０％の距離で同程度の混合度合を得ることができた。また、圧力損失も従来技術の２０％であり、大幅に減少させることができた。
このように、本実施形態によれば、混合位置から２０Ｄ（主管直径×２０倍）の距離において、充分に均一な混合が可能である。
【００１６】
《実施例》
高炉の改修において、一部の燃料ガスの熱量を上げるため、大元のガス配管から個別設備への分岐後に、副生ガスにコークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）を添加して熱量の調整を行った。このとき、主管径Ｄ：φ１６００ｍｍ、内管径：φ５００ｍｍ、第一の筒状ノズル先端口径ｄ２：φ５５０ｍｍ、第二の筒状ノズル基端口径ｄ３：φ９０ｍｍ、第二の筒状ノズル先端口径ｄ４：φ６５０ｍｍ、第一の筒状ノズル先端口から第二の筒状ノズル基端口までの距離Ｌ１：９０ｍｍ、第二の筒状ノズル長さ：３５０ｍｍの構造を採用した。
【００１７】
混合位置から約３５ｍ下流のヘッダ分岐後で、均一な混合ガスが得ることができた（ガス成分測定：有意差なし）。また、第一の筒状ノズルと第二の筒状ノズルとも副生ガスの流れに淀みを発生させる箇所がないことを数値解析で確認しており、ダスト堆積による混合能力が低下する可能性はない。
【００１８】
図３は、本実施形態の効果を示す図である。
このように、季節の配管レイアウトを変更することなく、副生ガスの熱量を調整することができた。同一の設備レイアウトで従来技術を用いた場合は、使用先の熱量が約１.７％のバラツキが生じる可能性があった。また、従来技術で同一の均一度を得るには、配管レイアウトを変更して混合後の配管長さを延長しなければならなかった。しかし、本実施形態の構造とすることで、建設コストを抑制しつつ、均一な燃料ガスの混合を行うことができた。
【符号の説明】
【００１９】
１ 主管
２ 内管
３ 第一の筒状ノズル
３ａ 基端口
３ｂ 先端口
４ 第二の筒状ノズル
４ａ 基端口
４ｂ 先端口
５ リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ガスを搬送する主管と、
前記主管よりも小径の管からなり、先端が前記主管内で同軸に、且つ前記主ガスの搬送方向に開口するように配置され、前記主ガスとは熱量の異なる添加ガスを前記主管内に供給する内管と、
前記内管の先端に連結され、前記内管と同一径となる第一の基端口、及び前記第一の基端口よりも大径となる第一の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第一の筒状ノズルと、
前記第一の筒状ノズルに対して前記主ガスの搬送方向下流側に設けられ、前記第一の先端口よりも小径となる第二の基端口、及び前記第二の基端口よりも大径となる第二の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第二の筒状ノズルと、を備えることを特徴とするガス混合構造。
【請求項２】
前記第二の基端口は、前記内管よりも小径とし、
前記第二の先端口は、前記第一の先端口よりも大径とすることを特徴とする請求項１に記載のガス混合構造。
【請求項３】
前記第一の先端口から前記第二の基端口までの距離を前記内管の径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス混合構造。
【請求項１】
主ガスを搬送する主管と、
前記主管よりも小径の管からなり、先端が前記主管内で同軸に、且つ前記主ガスの搬送方向に開口するように配置され、前記主ガスとは熱量の異なる添加ガスを前記主管内に供給する内管と、
前記内管の先端に連結され、前記内管と同一径となる第一の基端口、及び前記第一の基端口よりも大径となる第一の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第一の筒状ノズルと、
前記第一の筒状ノズルに対して前記主ガスの搬送方向下流側に設けられ、前記第一の先端口よりも小径となる第二の基端口、及び前記第二の基端口よりも大径となる第二の先端口を有し、先端側に向かうほど拡径する第二の筒状ノズルと、を備えることを特徴とするガス混合構造。
【請求項２】
前記第二の基端口は、前記内管よりも小径とし、
前記第二の先端口は、前記第一の先端口よりも大径とすることを特徴とする請求項１に記載のガス混合構造。
【請求項３】
前記第一の先端口から前記第二の基端口までの距離を前記内管の径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス混合構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−６３３９３（Ｐ２０１３−６３３９３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３６３４（Ｐ２０１１−２０３６３４）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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