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JP6690966B2 - 粉体搬送システム、流量調整弁及び流量計 - Google Patents
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JP6690966B2 - 粉体搬送システム、流量調整弁及び流量計 - Google Patents

粉体搬送システム、流量調整弁及び流量計 Download PDF

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本発明は、粉体搬送システム、流量調整弁及び流量計に関するものである。
粉体を気体で搬送する粉体搬送システムとして、下記特許文献1には、高炉微粉炭吹込み装置(PCI:Pulverized Coal Injection)が開示されている。この装置は、貯蔵タンクから押し出した微粉炭を窒素ガス等のキャリアガスで搬送し、高炉の羽口から吹き込む装置である。高炉には、多数(数十個)の羽口が配置されており、各羽口から微粉炭が吹き込まれるが、各羽口からの微粉炭の吹き込み量が均一にならないと、高炉内での均一な精錬反応が起こらず、生産性の低下要因となる。したがって、微粉炭の吹き込みにおいては、各羽口からの微粉炭の吹き込み量を均一にする必要がある。
しかしながら、高炉及び高炉微粉炭吹込み装置の配置のレイアウト、その周囲の関連設備の設置状況等により、高炉の各羽口に微粉炭を搬送する搬送流路の長さ、形状(直線・曲線)が相違し、それぞれの搬送流路における圧力損失が相違するため、微粉炭流量が同一にならない。このため、特許文献1では、複数の搬送流路のそれぞれに粉体流量測定手段及び粉体流量調整手段を設け、粉体流量測定手段によってそれぞれの搬送流路における微粉炭流量の絶対値を把握し、粉体流量調整手段によってそれぞれの搬送流路における微粉炭流量を均一になるように調整している。
特開2011−12324号公報
ところで、粉体搬送システムにおいては、搬送中の粉体の偏流が問題となっている。
例えば、搬送流路が曲り管を備える場合、粉体がその曲り管を流通した際の遠心力によって偏流する。このように粉体が偏流すると、曲り管より下流側の配管の摩耗を加速させてしまう。特に、高炉微粉炭吹込み装置のように、粉体の流速が高い場合、配管の摩耗量が増大する。
また、例えば、粉体流量計測手段は、粉体が偏流していた場合、粉体流量の測定誤差が大きくなるため、偏流を解消する目的で上流側と下流側に規定長さ(メーカー推奨長さ)の直管を設置しなければならない。このため、機器設置スペースを広く確保する必要があり、搬送流路が長くなると共にコストも増大する。また、粉体流量計測手段は、例えば、粉体流量調整手段の下流側で粉体の流量を計測するが、粉体流量調整手段が搬送流路の流路面積を徐々に開いていく流量調整弁の場合、この流量調整弁においても粉体の偏流が形成されるため、流量調整弁と粉体流量計測手段との間に規定長さの直管を設置しなければならない。また、粉体流量計測手段は、粉体流量調整手段の上流側で粉体の流量を計測する場合もあるが、その上流側に曲り管がある場合、その曲り管との間に所定長さの直管を設置しなければならない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、粉体の偏流による搬送流路の摩耗範囲を低減し、また、機器設置の省スペース化を図ることができる粉体搬送システム、流量調整弁及び流量計の提供を目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、粉体を気体で搬送する搬送流路を備え、前記搬送流路には、前記粉体の偏流を形成する偏流形成部が設けられており、前記搬送流路は、前記偏流形成部の下流側に、前記粉体が偏流した側の流路面に対して突出した突部を備える偏流低減装置を有する、粉体搬送システムを採用する。
また、本発明においては、前記突部を通らない流路面の断面積を、前記粉体が偏流した側とその反対側とに分割する仮想線を基準としたとき、前記突部を通る流路面の断面積は、前記粉体が偏流した側の面積よりも、当該偏流した側と反対側の面積の方が大きい、という構成を採用する。
また、本発明においては、前記偏流形成部は、流量調整弁である、という構成を採用する。
また、本発明においては、前記偏流形成部は、曲り管である、という構成を採用する。
また、本発明においては、前記搬送流路は、前記偏流低減装置の下流側に、前記粉体の流量を計測する流量計を備える、という構成を採用する。
また、本発明においては、前記搬送流路は、前記偏流低減装置の下流側に、流量調整弁を備える、という構成を採用する。
また、本発明においては、内部流路と、前記内部流路を片側から開いていく弁体を備える流量調整弁であって、前記内部流路の出口部に、前記片側の流路面に対し突出した突部を備える偏流低減装置が接続されている、という構成を採用する。
また、本発明においては、流体の流れ方向を変える曲り流路を備える曲り管の下流側で流体の流量を計測する流量計であって、前記曲り流路の出口部に接続可能な偏流低減装置を備え、前記偏流低減装置は、前記曲り流路の外側の流路面に対し突出した突部を備える、という構成を採用する。
本発明によれば、粉体を気体で搬送する搬送流路において、粉体の偏流を形成する偏流形成部の下流側に偏流低減装置が設けられ、粉体が偏流した側の流路面に対して突出した突部によって、流路面の片側に偏流している粉体を強制的に流路中心側に導くことで、粉体の偏流を低減する。これにより、粉体が偏流している長さが短くなり、搬送流路の摩耗範囲が低減され、また、粉体の偏流による機器設置スペースの制限が解除されるため、省スペース化を図ることができる。
本発明の実施形態における高炉微粉炭吹込み装置の系統図である。 本発明の実施形態における搬送流路の分配後の下流側の領域の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態における偏流低減装置が接続された流量調整弁を示す断面図である。 図3における流量調整弁の矢視A−A図である。 図3における偏流低減装置の矢視B−B断面図である。 図5における偏流低減装置の矢視C−C断面図である。 本発明の実施形態における偏流低減装置の一変形例を示す断面図である。 図7における偏流低減装置の矢視D−D断面図である。 本発明の実施形態における偏流低減装置の一変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態における搬送流路における偏流低減装置の配置の一変形例を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、本発明を高炉微粉炭吹込み装置に適用した場合を例示する。
図1は、本発明の実施形態における高炉微粉炭吹込み装置1の系統図である。
高炉微粉炭吹込み装置1(粉体搬送システム)は、微粉炭(粉体)をキャリアガス(気体)で高炉100の羽口に搬送するものである。高炉微粉炭吹込み装置1は、バグフィルター2と、ホッパー3,4,5と、キャリアガス供給装置6と、搬送流路7と、を備える。
バグフィルター2は、微粉炭を受け入れ、該受け入れた微粉炭をホッパー3に供給するものである。バグフィルター2は、微粉炭受入時に、飛散した微粉炭を捕集するフィルター2aを備える。
ホッパー3は、バグフィルター2から供給された微粉炭を貯蔵し、該貯蔵した微粉炭を、開閉弁3aを開けてホッパー4に供給するものである。
ホッパー4は、ホッパー3から供給された微粉炭を受け入れ、開閉弁3a及び開閉弁4aを閉めて、図示しない高圧窒素ガスによりホッパー5と均一な圧力になるように昇圧した後、開閉弁4aを開けて微粉炭をホッパー5に供給するものである。
ホッパー5は、ホッパー4から供給された微粉炭を貯蔵し、該貯蔵した微粉炭を、開状態の開閉弁5aを介して、搬送流路7に供給するものである。なお、ホッパー5から搬送流路7への微粉炭の供給は、図示しない高圧窒素ガスによりホッパー5の圧力を搬送流路7の圧力より若干高くすることで、ホッパー5に貯蔵した微粉炭を切り出していく。
キャリアガス供給装置6は、開状態の開閉弁6aを介して、搬送流路7にキャリアガス(高圧窒素ガス)を供給するものである。
搬送流路7は、ホッパー5から供給された微粉炭を、キャリアガス供給装置6から供給されたキャリアガスで搬送し、該搬送した微粉炭を高炉100の羽口から吹き込ませるものである。この搬送流路7は、搬送配管8と、分配器9と、を備える。
搬送配管8は、ホッパー5に接続されると共に、キャリアガス供給装置6に接続される。分配器9は、搬送配管8を複数の分配管10に分岐させるものである。複数の分配管10は、高炉100の羽口にそれぞれ接続されている。すなわち、分配管10は、高炉100の羽口の数と同数で設けられている。
ここで、分配管10は、高炉100及び高炉微粉炭吹込み装置1の配置のレイアウト、その周囲の関連設備の設置状況等により、形状(直線・曲線)が相違し、それぞれの搬送流路における圧力損失が相違するため、微粉炭の流量が一定にならない。
このため、搬送流路7は、複数の分配管10のそれぞれに、図2に示す流量調整弁16及び流量計18を設けている。すなわち、搬送流路7の分配器9の下流側の領域K1は、図2に示すような構成となっている。
図2は、本発明の実施形態における搬送流路7の分配後の下流側の領域K1の構成を示す模式図である。
図2に示すように、搬送流路7は、短管13と、開閉弁14と、短管15と、流量調整弁16(偏流形成部)と、偏流低減装置17と、流量計18と、直管19と、曲り管20と、を備える。
短管13は、分配管10に接続されている。開閉弁14は、短管13の下流側に接続され、搬送流路7を開閉するものである。短管15は、開閉弁14の下流側に接続されている。流量調整弁16は、短管15の下流側に接続されており、分配管10の微粉炭の流量を調整するものである。偏流低減装置17は、流量調整弁16の下流側に接続され、流量調整弁16が形成した微粉炭の偏流を低減するものである。
流量計18は、偏流低減装置17の下流側に接続され、微粉炭の流量を計測するものである。この流量計18は、例えば静電容量式の流量計である。なお、流量計18は、公知の透過及び位相差型のマイクロ波式の流量計であってもよい。直管19は、流量計18の下流側に接続されており、流量計18の下流側に規定の長さを確保するものである。すなわち、直管19は、下流側に接続された曲り管20における微粉炭の衝突による乱流の影響を流量計18に与えないようにする。曲り管20は、直管19の下流側に接続されている。
次に、図2に示す領域K2の構成について図3〜図6を参照して説明する。なお、領域K2に配置された流量調整弁16及び偏流低減装置17は、互いに接続されてユニット化されている。
図3は、本発明の実施形態における偏流低減装置17が接続された流量調整弁16を示す断面図である。図4は、図3における流量調整弁16の矢視A−A図である。図5は、図3における偏流低減装置17の矢視B−B断面図である。図6は、図5における偏流低減装置17の矢視C−C断面図である。
なお、以下の説明では、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。搬送流路7における微粉炭の搬送方向をX軸方向、X軸方向と直交する方向(後述する弁体22の開閉方向)をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれと直交する方向(後述する弁体22の回転軸方向)をZ軸方向とする。
流量調整弁16は、図3に示すように、内部流路21と、弁体22と、を備える。内部流路21は、搬送流路7を形成するものであり、流量調整弁16のボディ23と、そのボディ23に接続された入口フランジ24によって形成されている。入口フランジ24は、内部流路21の入口部21aを形成している。ボディ23は、入口部21aを除く内部流路21を形成している。入口フランジ24は、シール25を間に挟んで、ボルト27を介してボディ23に締結固定されている。シール25は、環状に形成され、弁体22と接触している。
ボディ23は、内部流路21の出口部21bを形成する出口フランジ26を備える。出口フランジ26は、ボルト27を介して偏流低減装置17と接続されている。また、ボディ23は、弁体22を収容している。弁体22は、内部流路21を片側(−Y側)から開いていく構成となっている。弁体22は、弁本体22aと、弁軸22bと、を備える。弁本体22aは、略半円球状に形成されている。この弁本体22aには、切り欠き22a1が形成されている。弁軸22bは、弁本体22aをZ軸方向に延びる軸(図4における軸L1)回りに回転可能に支持するものであり、ボディ23に保持される。
切り欠き22a1は、図4に示すように、Λ(ラムダ)状に形成されている。この切り欠き22a1は、Y軸方向に延びる軸L2を中心線とするΛ状(二等辺三角形状)に形成されている。切り欠き22a1の先端は、+Y側を向くように配置されている。この構成によれば、弁体22を軸L1回りに回転させると、内部流路21を片側(−Y側)から徐々に開くことができ、その切り欠き22a1の面積の増加により、微粉炭の流量を調整することができる。なお、切り欠き22a1は、Λ状に限らず、円弧状、楕円状、多角形状、その他の異形状等であってもよい。
図3に戻り、内部流路21の出口部21bには、偏流低減装置17が接続されている。偏流低減装置17は、図5に示すように、円筒状に形成され、その両端部にボルト締結可能なフランジ30を備える。この偏流低減装置17は、微粉炭が偏流した側の流路面31に対して突出した突部32を備える。すなわち、偏流低減装置17の上流側に接続された流量調整弁16は、図4に示すように、内部流路21を片側(−Y側)から開いていくため、当該片側(−Y側)の流路面31に微粉炭の偏流(図5において符号Fを付す)が生じる。
突部32は、第1膨出部33aと、第2膨出部33bと、を備える。第1膨出部33a及び第2膨出部33bは、それぞれ断面視で、搬送流路7の下流側に向かうに従って滑らかに隆起する丘形状を有する。第1膨出部33aは、微粉炭が偏流した側(−Y側)に形成されている。また、第2膨出部33bは、微粉炭が偏流した側と反対側(+Y側)に形成されている。搬送流路7の突部32を通る流路面31aは、突部32を通らない流路面31よりも絞られている。なお、突部32を通らない流路面31は、流量調整弁16の内部流路21の出口部21bの流路面と同じ大きさである。
第1膨出部33aは、第2膨出部33bよりも突出量が大きい。すなわち、−Y側の流路面31から第1膨出部33aの頂部までの距離D1は、+Y側の流路面31から第2膨出部33bの頂部までの距離D2よりも大きい。これにより、突部32を通る流路面31aの断面積は、図6に示すように、微粉炭が偏流した側(−Y側)の面積よりも、当該偏流した側と反対側(+Y側)の面積の方が大きくなっている。ここで微粉炭が偏流した側(−Y側)の面積とは、図4において軸L1を基準とした紙面左側の流路面31aの面積を意味する。また、微粉炭が偏流した側と反対側(+Y側)の面積とは、図4において軸L1を基準とした紙面右側の流路面31aの面積を意味する。軸L1は、突部32を通らない流路面31の断面積を、微粉炭が偏流した側とその反対側とに分割する仮想線である。
本実施形態によれば、図2に示すように、微粉炭をキャリアガスで搬送する搬送流路7において、微粉炭の偏流を形成する流量調整弁16の下流側に偏流低減装置17を設け、図5に示すように、微粉炭が偏流した側(−Y側)の流路面31に対して突出した突部32によって、流路面31の片側(−Y側)に偏流している微粉炭を強制的に流路面31の中心側に向かって+Y側に導くことで、微粉炭の偏流を低減することができる。このように、微粉炭の偏流を低減することで、流量調整弁16の下流側における微粉炭が偏流した側(−Y側)の摩耗範囲を低減することができる。
また、流量調整弁16の直後において、微粉炭の偏流が低減されるため、図2に示すように、流量調整弁16と流量計18とを短距離で接続することができる。すなわち、流量計18の上流側に規定長さの直管を接続する必要がなく、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。
このように、上述の本実施形態によれば、微粉炭をキャリアガスで搬送する搬送流路7を備える高炉微粉炭吹込み装置1において、搬送流路7には、微粉炭の偏流を形成する流量調整弁16が設けられており、搬送流路7は、流量調整弁16の下流側に、微粉炭が偏流した側の流路面31に対して突出した突部32を備える偏流低減装置17を有する、という構成を採用することによって、微粉炭の偏流による搬送流路7の摩耗範囲を低減し、また、機器設置の省スペース化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、内部流路21と、内部流路21を片側から開いていく弁体を備える流量調整弁16であって、内部流路21の出口部21bに、当該片側の流路面31に対し突出した突部32を備える偏流低減装置17が接続されている、という構成を採用することによって、流量調整弁16の下流側における微粉炭の偏流による搬送流路7の摩耗範囲を低減し、また、機器設置の省スペース化を図ることができる。
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、本発明は、以下の変形例を採用し得る。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図7は、本発明の実施形態における偏流低減装置17の一変形例を示す断面図である。図8は、図7における偏流低減装置17の矢視D−D断面図である。
図7に示す偏流低減装置17の突部32Aは、断面視で、台形状の第1膨出部33a及び第2膨出部33bを備える。この第1膨出部33aは、台形の脚を形成する傾斜面33a1と、台形の上底を形成する平面33a2と、台形のもう一つの脚を形成する傾斜面33a3とを備える。また、第2膨出部33bも、台形の脚を形成する傾斜面33b1と、台形の上底を形成する平面33b2と、台形のもう一つの脚を形成する傾斜面33b3とを備える。この突部32Aを通る流路面31aは、図8に示すように、基準となる流路面31に対し、微粉炭が偏流した側(−Y側)と反対側(+Y側)に偏心した円形に形成されている。上述した実施形態の突部32は流線形状であるが、この変形例にかかる突部32Aは、比較的加工し易い直線形状の組み合わせであるため、製造コストを低減できる。
図9は、本発明の実施形態における偏流低減装置17の一変形例を示す断面図である。
図9に示す偏流低減装置17の突部32Bは、下流側の傾斜面33a3及び傾斜面33b3が切り欠かれている。すなわち、流路面31の片側(−Y側)に偏流している微粉炭を強制的に流路面31の中心側に向かって+Y側に導く作用は、突部32Bの上流側で行われるため、下流側の傾斜面33a3及び傾斜面33b3を切り欠き、垂直面33a4及び垂直面33b4としてもよい。これにより、突部32Bの長さが短くなるため、偏流低減装置17の全長を短くすることが可能となる。
図10は、本発明の実施形態における搬送流路7における偏流低減装置17の配置の一変形例を示す模式図である。
図10に示す搬送流路7は、曲り管20(偏流形成部)の下流側に流量計18を備えている。なお、ここで言う「曲り管」とは、流体の流れ方向を変える曲り流路を備えるものを意味し、例えば、エルボ、レデューサ、T(ティ)、Y、ホース、ベンド等を含む。流量計18は、曲り管20の曲り流路の出口部に接続可能な偏流低減装置17を備える。すなわち、領域K3に配置された流量計18及び偏流低減装置17は、互いに接続されてユニット化されている。偏流低減装置17は、曲り管20の曲り流路の外側の流路面に対し突出した突部32(図5参照)を備える。曲り管20においても、微粉炭の偏流が形成されるため、曲り管20の下流側に偏流低減装置17を接続することで、曲り管20の直後において、微粉炭の偏流を低減し、搬送流路7の摩耗範囲を低減することができる。また、偏流低減装置17によって、曲り管20の下流側で微粉炭の流量を計測する流量計18と当該曲り管20とを短距離で接続することができ、省スペース化を図ることができる。
また、例えば、上記実施形態では、偏流低減装置17の突部32は、流体の流れを円滑にするべく、微粉炭が偏流した側と反対側にも膨出部(第2膨出部33b)を備えるが、この第2膨出部33bを無くしてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、内部流路21の入口部21aと出口部21bが一直線上にある流量調整弁16を採用したが、この構成に限定されず、出口部21bが入口部21aに対して屈曲して配置される構成、例えば、LポートやTポートであってもよい。また、流量調整弁16は、ボールバルブ等であってもよい。
また、例えば、上記実施形態では、搬送流路7が偏流低減装置17の下流側に流量計18を備える構成を例示したが、偏流低減装置17の下流側に流量調整弁16を備える構成であってもよい。例えば、搬送流路7が、曲り管20(偏流形成部)、偏流低減装置17、流量調整弁16の順に接続されて形成されてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、粉体搬送システムを高炉微粉炭吹込み装置1に適用したが、この構成に限定されず、例えば食品や医薬品分野において粉体を搬送するシステムにも適用することができる。
1 高炉微粉炭吹込み装置(粉体搬送システム)
7 搬送流路
16 流量調整弁(偏流形成部)
17 偏流低減装置
18 流量計
20 曲り管(偏流形成部)
21 内部流路
21b 出口部
31 流路面
31a 流路面
32 突部
32A 突部
32B 突部

Claims (8)

  1. 粉体を気体で搬送する搬送流路を備え、
    前記搬送流路には、前記粉体の偏流を形成する偏流形成部が設けられており、
    前記搬送流路は、前記偏流形成部の下流側に、前記粉体が偏流した側の流路面に対し突出した第1膨出部と前記粉体が偏流した側と反対側の流路面に対して突出した第2膨出部とを備える偏流低減装置を有し、
    前記第1膨出部は、前記第2膨出部よりも突出量が大であり、
    前記搬送流路に直交する方向における前記第1膨出部及び前記第2膨出部を含む前記搬送流路の断面形状が曲面として形成されていることを特徴とする粉体搬送システム。
  2. 前記突部を通らない流路面の断面積を、前記粉体が偏流した側とその反対側とに分割する仮想線を基準としたとき、前記突部を通る流路面の断面積は、前記搬送流路を前記粉体が偏流した側の面積よりも、当該偏流した側と反対側の面積の方が大きい、ことを特徴とする請求項1に記載の粉体搬送システム。
  3. 前記偏流形成部は、流量調整弁である、ことを特徴とする請求項1または2に記載の粉体搬送システム。
  4. 前記偏流形成部は、曲り管である、ことを特徴とする請求項1または2に記載の粉体搬送システム。
  5. 前記搬送流路は、前記偏流低減装置の下流側に、前記粉体の流量を計測する流量計を備える、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の粉体搬送システム。
  6. 前記搬送流路は、前記偏流低減装置の下流側に、流量調整弁を備える、ことを特徴とする請求項1または2に記載の粉体搬送システム。
  7. 内部流路と、前記内部流路を片側から開いていく弁体を備える流量調整弁であって、
    前記内部流路の出口部に、前記片側の流路面に対し突出した第1膨出部と前記片側の反対側の流路面に対して突出した第2膨出部とを備える偏流低減装置が接続されており、
    前記第1膨出部は、前記第2膨出部よりも突出量が大であり、
    前記内部流路に直交する方向における前記第1膨出部及び前記第2膨出部を含む前記内部流路の断面形状が曲面として形成されていることを特徴とする流量調整弁。
  8. 流体の流れ方向を変える曲り流路を備える曲り管の下流側で流体の流量を計測する流量計であって、
    前記曲り流路の出口部に接続可能な偏流低減装置を備え、
    前記偏流低減装置は、前記曲り流路の外側の流路面に対し突出した第1膨出部と前記曲り流路の内側の流路面に対して突出した第2膨出部とを備え、
    前記第1膨出部は、前記第2膨出部よりも突出量が大であり、
    前記曲り流路に直交する方向における前記第1膨出部及び前記第2膨出部を含む前記曲り流路の断面形状が曲面として形成されていることを特徴とする流量計。
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