JPS5928740B2 - 高炉の排ガスエネルギ−の回収方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉の排ガスの有するエネルギーを軸流タービ
ンを利用して助勢よく回収する方法およびそれに使用す
る軸流タービンに関する。

高炉を稼動すると多量の排ガスを発生するが、この排ガ
スは高温である上に、かなりの圧力を有している。

すなわち、高炉排ガスは熱的および機械的エネルギーを
有しているので、これを単に大気中に放出してしまうの
では、貴重なエネルギー源を無駄にしてしまうという問
題がある。

本発明は、軸流タービンを利用してエネルギーを回収す
るに際し、高効率で、ダストの詰りかなく稼動する方法
およびその装置を提供するものである。

高炉の排ガスよりエネルギーを回収する方法は従来より
試みられている。

この方法は例えば米国特許３８１８７０７号明細書で知
られている。

従来、高炉の排ガスの圧力エネルギーを回収する方法と
しては、求心式タービンを用いるものと軸流タービンを
用いるものの２つがある。

高炉の排ガスをタービンの動作流体として使用する際の
問題点としては、排ガス中には多量のダストが含有され
ているので、これをそのままタービンに送り込むとダス
トがノズル等に付着して効率低下を起す等種々の問題が
発生する。

このような関係から排ガスを除塵し、これをタービンに
供給している。

求心式タービンを用いる方法においては、除塵のために
水洗され、水蒸気で飽和されたガスを供給して求心式タ
ービンを駆動するものである。

求心式タービンは、軸流タービンに比較してタービン翼
が強固である上に、一般にノズル翼がないのでダストが
付着し難いという特性を有しているが、この装置は大型
で、設備費が高価になる土に、肝心の効率も比較的低く
、エネルギーの回収率も余りよくないという本質的な欠
点を伴っている。

一方、軸流タービンを用いる方法の場合には、同一出力
において求心タービンよりも小型で、効率もよいという
本質的な利点がある。

しかし、軸流タービンの場合には、ノズル（静翼）およ
ヒ動翼にダストが固着して効率が低下し、ダストによる
ノズルの閉塞、動翼にダストが付着してアンバランスを
生ずることによる振動の発生等の問題があった。

また、場合によっては、ノズルあるいは動翼に付着した
ダストの塊が剥離して、その下流側の動翼等に衝突して
これらを破損し、遂には大事故に至るという危険性があ
ったのである。

そのために、従来の軸流タービンを使用する方法におい
ては、排ガスを湿式洗浄器で洗浄した後に、ガスを加熱
してダストを乾燥状態として、ノズルや動翼に付着する
ことがないようにしていた。

したがって、そのために高炉ガスの部分燃焼装置捷たは
熱交換器が必要となり、設備が複雑化する上に熱効率が
その分だけ低下せざるを得なかっだのである。

ダストがタービンのノズル等に付着する様子は、ダスト
の量、その成分、水分の量、ガスの流速等によって異る
。

例えば、高炉排ガスを湿式除塵装置（ベンチュリスクラ
バ）で処理した後でも、１００１１Ｉ９１Ｎｒｒｔ程度
のダストと、３〜５ｇ／Ｎ７７１３の水分が存在するこ
とになり、この状態のダストはタービン内部に非常に付
着しやすい。

一方、乾燥状態のダストは、水分で包まれたダストより
もノズルおよび動翼に対する摩耗量が大きく、そのため
にエロージョン防止を更に考えなければならないという
問題があった。

本発明は、求心式タービンに比較して本質的にタービン
性能のすぐれた軸流タービンを使用してダストを含むガ
ス、特に高炉の排ガス中よりエネルギーを効率よく回収
する方法およびこれに使用する軸流タービンを提供する
ものである。

本発明の主たる目的は、ノズルおよび動翼にダストの固
着、堆積がなり、シかもエロージョン等をおこさずに長
時間にわたって安定した性能を発揮し、軸流タービンの
本質的な利点を十分に生かすことのできるダストを含む
ガスを作動流体とするエネルギーの回収方法およびこれ
に使用する軸流タービンを提供することにある。

すなわち、本発明の高炉の排ガスエネルギーの回収方法
は、ダストを含む高圧の排ガスのエネルギーを軸流ター
ビンを用いて回収する方法において、上記排ガスを水蒸
気で飽和させ、次いで、この飽和ガスに対してこの飽和
ガス流量の０．５〜５重量係の排ガスの温度より低温の
水をタービンの上流において噴霧して過飽和ガスとし、
この過飽和ガスを、少なくとも第１ノズル及び第１動翼
がその高さと弦長との比が０．７〜１．５である大型タ
ービン翼であり、かつ第１ノズルのガス流出速度が１４
０ｍ／ｓ〜１８０ｍ／ｓであり、第１ノズルからのガス
流出角度が５０〜６０であり、第１動翼の周速度が１５
０ｍ／ｓ〜２５０ｍ／ｓである軸流タービンに供給する
ことを特徴とするものである。

また、本発明の高炉の排ガスエネルギーの回収装置は、
ダストを含む高圧の排ガスのエネルギーを軸流タービン
を用いて回収する装置において、前記排ガス中のダスト
を除塵しながら飽和させる３式除塵器と、該洋式除塵器
により飽和した飽和ガスに対してこの飽和ガス流量の０
．５〜５重量係の排ガスの温度より低温の水を軸流ター
ビンの上流側に設置した水噴霧装置と、少なくとも第１
ノズル及び第１動翼がその高さと弦長との比が０．７〜
１．５である大型タービン翼であり、かつ第１ノズルの
ガス流出速度が１４０ｍ／ｓ〜１８０ｍ／ｓであり、第
１ノズルからのガス流出角度が５０〜６０であり、第１
動翼の周速度が１５０ｍ／ｓ〜２５０ ｍ／ｓ であ
る軸流タービンとから構成することを特徴とするもので
ある。

混式除塵器を利用して排ガス中のダストを除去する際に
は、水の昇温のために排ガスの持つ熱エネルギーが失わ
れるが、このエネルギーの損失を最小限度に維持するこ
とが重要である。

本発明者らは、ダストがタービンに付着する現象と排ガ
ス中に添加する水分の量とその温度について検討を行っ
た結果、水分がある範囲内において排ガスに添加される
ことによってダストの付着現象を防止できることを確認
した。

本発明者等の知見によると、水蒸気で飽和状態のガスに
対して多量の水、すなわち飽和ガス流量に対して０．５
〜５重量係の、ガスより低温の水を噴霧すると、顕著な
効果が得られることを確認した。

前記水の添加量の範囲は、ダストの量、その成分、ガス
の流速、ガスの温度、ガスの飽和、不飽和の状態によっ
て影響されるものである。

特に初段ノズルは、温度低下が十分とれないこと、ミス
トの凝縮過程の時間が十分とれないこと、などによりダ
ストが付着しやすいのでこの点から水蒸気で飽和状態の
ガスの流量に対して０．５〜５重量係であることが必要
である。

この水分が０．５重量係より低いとダスト付着防止の効
果が少なく、逆に５重量係より多いとタービン中におい
てミストな発生する量が多くなり、エロージョンの問題
が発生する。

一方、飽和状態のガスに添加する水の温度も重要であっ
て、ガスの温度より高い水（温水）の場合には、上記添
加量の範囲でもダスト付着防止効果に劣るという問題が
ある。

ダストがタービンのノズルや動翼に付着するのを防止で
きる挙動を実際的に観察することは困難である。

しかし、各種の条件、実験結果より判断すると、添加し
た水が完全に蒸気の状態となってガス中に浮遊する状態
においてはダストを除去する効果が少なく、ダストを核
として水分がこれを包んでミストの状態となったものが
好ましい結果を生むようである。

前述の如く、ダスト自体はタービン内部に付着し難いも
のが多いが、ガス中に水蒸気が含まれると何名しやすく
なり、さらに添加する水の量が増加すると前記の如く逆
に付着し難くなる。

前記した米国特許３８１８７０７号においては、水蒸気
で飽和したガスの飽和の程度を上げても本発明の如きダ
ストが水の膜に包囲される現象は少なく、この意味にお
いて、ダストがタービン内に付着するのを防止する機能
は少ないのである。

本発明はダストを核とし、その周囲を水の薄い膜で包囲
する条件を作り出すことに特徴があるが、この様に２重
構造の微小球の如く水の層で包まれたダストが、タービ
ンの内部に捕捉された場合、水の膜が一種のクッション
となってタービン内壁面に直接付着するのが防止でき、
あたかも水の層の中にダストが浮いた状態となる。

さらに重要なことは、前記のような過程を経て発生した
微小のミストは、慣性が小さいため翼列内でガス流れと
ほぼ同じ流れ方をし、ノズルの凹面凸面に沿って流れる
のでダストの付着防止効果を生ずることになるわけであ
る。

本発明を有効に実施するためには、不要となった水の膜
に包まれだダストおよびミストを、早期にタービンケー
シング外に排出することが重要である。

何となれば、ダストおよびミストがガスと共に流れると
エネルギーの回収に伴って（後段にガスが流れるにつれ
て）ミストが増大し、エロージョンを発生させたり振動
の発生、エネルギーの回収効率の低下等の好ましくない
現象を生ずるからである。

本発明の実施に適用するタービンは、湿ったダストがタ
ービン内部に付着、堆積しないこと、添加する水滴によ
ってエロージョンなどの影響が現われないことおよび不
要となっだミストを捕捉しやすく、そして捕捉したダス
トやミストを速やかにタービンケーシング外に排出でき
ることが必要であり、そのためには特殊な軸流タービン
の構造が必要である。

この好寸しい特性を有するタービンとしては、少なくと
も第１ノズルより流出するガスの速度を２００ｍ／ｓ以
内、好ましくは１４０〜１８０ｍ／ｓ とし、エロー
ジョンを防止するとともにダストを含みミストにスムー
ズな流れを与える。

まだタービン軸を軸心とするガスの旋回流を形成してガ
ス中に遠心力を発生させ、その力によって水の層に含ま
れたダストや不要な粒径の大きなミストをケーシングの
内壁面に押しやって、これをケーシングの内壁面に設け
た排出溝やスリットあるいは排出孔を利用して外部に導
出し、速やかにダストを外部に排出して特に第１段ノズ
ルおよび第１段動翼にダストが付着するのを防止するこ
とができる。

一般の軸流タービンにおいては、第１ノズルよりの流出
速度が２００ｍ／ｓ以上あるが、本発明はこれを前記の
如く積極的に低下させると共に、第１ノズルからのガス
の流出角度を５０〜６０に規定することが重要である。

まだ、本発明の軸流タービンはノズルおよび動翼、特に
第１ノズルと第１動翼の高さと弦長比を０．７〜１．５
とし、大型のノズルと動翼に構成している。

それに伴って、ノズルおよび動翼の後縁の厚さは６〜１
２＋ｏ＋＋に構成した点に特徴がある。

また、本発明の軸流タービンは、動翼の先端の周速度を
一般の軸流タービンより低下しており、特に第１動翼の
周速度を１５０〜２５０ｍ／ｓ に規定している。

一般の軸流タービンにおいては、ノズル出口のガスの流
出方向と、動翼出口、すなわち、次段のノズルの流出方
向を異らせて最大効率を得るように設計されており、そ
のだめにガスは同方向の旋回流を生じていない。

本発明はこのガスの流れに積極的に同一方向の旋回流を
与え、遠心力を発生させ、これを利用してガス中よりダ
ストやミストを分離するように構成した点に特徴がある
。

本発明の最大の特徴は、高炉から流出したダストを含む
排ガスを水蒸気で飽和させた後、その飽和ガスが軸流タ
ービンに入る前に該飽和ガス流量の０．５〜５重量係の
ガスより低温の水を該飽和ガスに対して連続的に噴霧す
ることにより、つまりその水のミスト自体の洗浄作用に
加えて、その水の冷却作用によって過飽和の水蒸気を軸
流タービンに入る前に凝縮させてダストを包み込丑せる
のに十分な量の水の噴霧を軸流タービンの上流で行なう
ことにより、翼へのダストの固着、堆積を防止すること
、また一方ではこの多量の水のミストによる悪影響がな
いようにするだめノズルおよび翼に種種のエロージョン
防止策を施こして多量のミスト中でも十分な性能や寿命
が確保されるようにしたことを特徴とするものである。

言い換えれば、従来の軸流タービンでは、ダストの固着
、堆積を防止しうる水ミストの最小量よりも、エロージ
ョンを防止するために許容し得る水の最大量の方が小さ
かったために、軸流タービン方式の満足すべき実用化は
不可能とされていたのであるが、本発明はこのような未
解決の困難な課題を一挙に解決したものである。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による高炉の排ガスエネルギーの回収装
置の一実施例を示す系統図であり、高炉１から排出され
る排ガスはダクト２を経てダスト・キャッチャ−３に導
ひかれ、さらにダクト４を経てベンチュリ・スクラバー
すなわち湿式除塵器５に送り込まれる。

湿式除塵器５においては、高炉ガスは捷ず第１段階とし
て水蒸気で飽和される。

たとえば、高炉ガスが通常のものであって、約１５０℃
、約２気圧（ゲージ）のものである場合には、湿式除塵
器５における水の蒸発による冷却によって約６０℃の水
蒸気で飽和されたガスａ１ となる。

この飽和ガス８１社さらにダクト６、入口塞止弁７、ダ
クト８、入口緊急遮断弁９、ダクト１０、調速弁１１、
およびダクト１２を経て軸流タービン１３に流入し、該
軸流タービン１３に接続された被駆動機１４を駆動する
だめの駆動力源として利用される。

その場合、飽和ガスａ１は後記のようにダクト１０およ
び１２において本発明によりガスの温度より低温の水の
連続的噴霧を受けて過飽和状態のガスａ２ となってお
り、軸流タービン１３から排出されたガスａ２はさらに
ダクト１５、出口塞止弁１６、ダクト１７、出口止弁１
８、ダクト１９を経て導ひかれ、ダクト２０を通って系
外に排出される。

一方、湿式除塵器５からバイパスダクト２１、セプタン
弁２２を経てバイパスされた飽和ガスａ、は上記ガスａ
２ と共にダクト２０から系外に排出されるようになっ
ている。

以上のような高炉ガスの流れ系統において、本発明によ
れば、湿式除塵器５で飽和された飽和ガスａ１ が軸流
タービン１３に入る前に該飽和ガスａ１ に対して所定
量の水を連続的に噴霧するため、ポンプ２３が設けられ
ている。

すなわち、ポンプ２３は軸流タービン１３の上流におい
て噴霧水流すを飽和ガスａ１ に添加すべく、ダクト２
４を介してダクト１０に、またダクト２５を介してダク
ト１２にそれぞれ接続されている。

もつとも、第１図の実施例では調速弁１１の洗浄も行な
うために調速弁１１の上流のダクト１０にも噴霧水流す
を噴霧するようにしているが、これを省略してダクト２
５による噴霧のみにしてもよいし、軸流タービン１３の
上流であれば、さらに別の個所にも噴霧するようにして
もよい。

本発明によれば、飽和ガスａ１は噴霧水流すのミストの
冷却作用により、いわばガス中のダストを核として飽和
水蒸気を凝縮させ、飽和水蒸気が凝縮してダストを薄い
水の層で包む込むのである。

次に、本発明の理解を助けるためにダストがタービンの
ノズルや動翼に付着するのを防止する状況について説明
する。

（１） 軸流タービンにおいては、ノズルの凹面側ノ
他のノズルの凸面（翼の背面）にも小粒径（１μ以下）
のダスト、すなわち高炉内で蒸発と凝縮により生成され
た金属（酸化物および硫化物）ヒユームが固着、堆積し
、この固着、堆積は金属粒子が高速で衝突することおよ
びいわゆるＯＨボンドによって起こることが明らかにゝ
なっている。

ところが、単に水噴射によって生ずるミストではその粒
径が大きいので、特にノズルの凸面（翼の背面）には慣
性力による分離効果のため浄化力が到達しにりく、この
部分へのダストの固着、堆積が急速に成長して、ついに
はノズルを閉塞してしまうことがあった。

そこで、本発明者が鋭意研究したところ、この部分に浄
化力を及ぼしうるためには、水ミストの値径は通常の水
噴霧器で得られる程度のものでは大きすぎるので、ガス
の温度より低温の噴霧水によるガスの冷却作用により生
じる過飽和水蒸気が凝縮した小粒径（１μ程度）のミス
トが必要であるこことが判明した。

本発明者等の実験によれば、第２図に示す如く、ノズル
２６の翼２７の凸面部に固着していたダストの径は１μ
ないしはそれ以下のものである。

このダストｄに対して冷却水のミストを到達させるため
には、ダストｄと同様な経路をたどらせる必要があるが
、そのためにはミストの粒径は約１μ程度の小さなもの
が必要である。

湿式除塵器で処理されたガスの相対湿度は１００係前後
になっており、したがってこれを僅かに冷却するだけで
前記のような小粒径のミストの発生が可能である。

本発明によれば、前記の如く小粒径のミストが得られ、
このミストは第２図の実線ｇで示すガスの流れとは同一
ではないが、なるべくこれに近い流線ｂ１ を描いて翼
２７の凹面の固着ダストｄ１は勿論のこと、ノズル２７
凸面の固着ダス゛トｄ２をも洗い流すように作用する。

前記の如く、噴霧水流ｂ１ のミストはダストｄが飛行
する経路に近い経路を取らせ、しかもこの粒径の小さい
ことを利用してノズルを構成する翼２７の凸面へのダス
）ｄの固着、堆積を防止することができるようになった
のである。

（２）水蒸気で飽和されたガスに対して冷却水を噴霧す
ることにより、水蒸気の凝縮が生ずるが、その際に多数
の小粒径のダストを核として水滴が形成される。

すなわち、ダストは水膜によって包み込まれた形になる
ので前記の如きＯＨボンドの効果がなくなり、まだ、水
膜がノズル等へ高速衝突時の緩衝材として作用するので
、ダストが特にノズル晶面へ付着するのを防止すること
ができるのである。

次に、ノズルの翼に付着したダストを除去するための噴
霧量は、下限がダスト付着防止効果が認められる限界に
よって、また上限がエロージョンの限界によって決定さ
れる。

第３図は、縦軸に年間摩耗（闘）とダスト付着量ｔｄ／
ｃ（（ダストの厚み）／（翼コード）〕をとり、横軸に
ガスの重量に対する噴霧量重量係をとって描いた図であ
る。

従来の軸流タービンの運転実績を勘案して、ノズルの年
間平均摩耗量を２闘とすると、噴霧量は５係が上限とな
る。

またダストの付着量を性能を維持するため５％（ｔｄ／
ｃ）に押えると噴霧量の下限値は０５〜０７係になる。

第３図において線Ｌ１は、エロージョンの限界値を、ま
だＬ２はエロージョン量を、さらにＬ３はダストの付着
限界量ｔｄ／ｃを示すものである。

ダストがノズルに付着する量と効率の低下とは密接な関
係があり、そのために効率が余り低下しない範囲で運転
することが重要である。

第４図はダストの付着量が効率の低下に及ぼす影響を示
すもので、効率低下を、初期効率の１０係に抑えるとす
ると、ダストの付着厚さくｔｄ／ｃ）は５係以下にする
必要がある。

第５図は、ダストの厚みと第１段ノズルのガスの流出速
度の関係を描いた図であり、Ｍの点は流速１２０ ｍ／
ｓ 、翼コード（Ｑ １２０ ｍｙｎ、ダスト付着量
（ｔｄ）が最大で１．５ｍｍの点を、またＮの点は、ガ
スの流速２００ｍ／ｓ、翼コード（Ｃ）２００ｍｍ、ダ
スト付着量（ｔｄ）が最大で１５闘の点を、寸たＯの点
はダストの付着が全くないかあるいは殆んどない点を示
している。

前記第４図においてダストの付着厚さを５係以下にする
必要があったが、ダストの付着厚さを５係以下とすると
、第１ノズルよりの流速は１８０ｍ／ｓ以下となる。

またタービンの効率を上げるだめには、第１ノズルより
流出するガスの流速が早いことが必要であるが、ダスト
の付着量が２〜５％の範囲を許容するとすれば、第１ノ
ズルより流出するガスの流速は１８０〜１２０ｍ／ｓ１
好ましくは１８０〜１４０ｍ／ｓ となる。

この場合の許容流出角の範囲は４６〜６０、好ましくは
４８〜６０の範囲が好ましく・ことになる。

第６図は本発明に係る軸流タービンのノズルの翼２７と
従来の軸流タービンのノズルの翼２７’ヲ対比して示す
もので、本発明の翼２７が従来の翼２７′よりも遥かに
大型のものになっており、これは本発明において特別に
設計されたものである。

第１図は第６図に示しだ翼形状を得るだめの実験結果を
示すもので、ピッチ（相隣る翼の中心間距離）Ｓと翼コ
ードＣの比Ｓ／Ｃを横軸に、まだ、水噴霧をしない場合
の連続運転時間を縦軸にとって描いたもので、両者は直
線的な関係にある。

なお、点Ｒはノズル出口流速１３６ ｍ／ｓ 、スロー
ト幅りを６ｍｍとした場合の値を示している。

第７図よりＳ／Ｃが大きくなるにつれて、連続運転時間
が長くなることが分る。

換云すれば、翼間隔（ピッチ）から大きくなるにつれて
閉塞時間が長くなることが分る。

第８図ばＳ／Ｃを略１．５で一定にして縦軸にダストの
厚みを、横軸に翼コードをとって描いた図で、翼が大型
化するにつれてダストの厚み、すなわちダストの付着量
が相対的に低下することが分る。

同図においてＰ点はＣが３５ｍｍ、ガスの流出速度■。

が１３６ｍ／ｓ の条件を、またＱ点は、Ｃが１２０ｍ
ｍ、 Ｖｏが１２０ｍ／ｓ の条件のものを示している
。

上記実験結果を考察するに、翼が大型化することによっ
てガスの流れとミストの流れが翼に沿って流れるように
なり、翼の裏面に１でミストが十分にまわって、翼に付
着しようとするダストを洗い流す効果があり、その結果
長時間運転してもノズルが閉塞することがないのである
。

第９図は、横軸に動翼の流出角α２ （相対）を、縦軸
に動翼の出口相対速度Ｖ２を描いた図で、流量係数ψを
０．４〜０．７の範囲にとると、第５図の範囲より得ら
れる流速範囲１２０〜１８０ｍ／ｓもしくは１４０〜１
８０ｍ／ｓ を縦軸にとり、流量係数ψ−０，４〜０．
７の線と結ぶと、適切な動翼の流出角α２はほぼ５０〜
６０の範囲となる。

本発明の軸流タービンは、以上のように特に第１段ノズ
ルおよび動翼の弦長を大きくとること（高さと弦長の比
を０．７〜１５とすること）それに合わせて翼後縁部を
６〜１２酎に厚くすること、ノズル流出角度、流出速度
および動翼先端周速を通常の軸流タービンより小さな値
にすることを特徴としており、これにより水噴霧を最大
限に利用して、特に第１段ノズルにダストの固着、堆積
が起こらないようにするとともに、水噴霧によって起こ
り得るエロージョンの影響を実用上無視できるところま
で押えることができることになる。

さらに、本発明の軸流タービンは、特に第１段ノズル（
第１段静翼）のガスの流出速度を、一般のタービンより
も低く、１２０〜１８０ ｍ／ｓ １好捷しくは１４
０〜１８０ｍ／ｓ の範囲とし、さらにガスの流出角
度を４６〜６０に規定した点および動翼先端周速を１５
０〜２５０ｍ／ｓ に規定した点に特徴があるが、これ
により、ノズルより流出するガスの絶対速度と、動翼内
部および流出するガスの絶対速度が、タービン軸に対し
て同じ旋回方向をとることになる。

すなわち、タービン中を流れるガスはタービン軸を中心
として螺旋運動をすることになる。

ガスがタービンケーシングに沿って旋回すると、ガスに
遠心力が発生することになり、この遠心力の作用でダス
トおよびミストがガス中より分離し、タービンケーシン
グの内壁面に押し付けられることになる。

本発明においては、タービンケーシングの内壁面にダス
ト排出手段を設けてこれでダストを捕捉して外部に排出
するように構成している。

このダスト排出手段とは、タービンケーシング内壁面に
設けた溝、スリットあるいは孔等を意味する。

次に、図面を参照して本発明を実施するのに好適な軸流
タービンの構造を説明する。

第１０図は軸流タービン前段部分のタービン軸を含む断
面図、第１１図は翼形断面図、第１２図は速度三角形図
である。

タービンケーシング３０の中央部には、ローターボス３
１が回転自在に支持されている。

ケーシング３０にはガスの供給口３２が設けられ、前記
ローターボスを囲むケーシング３３の内側には、第１段
ノズル（静翼）３４、第２段ノズル３５が設けられてい
る。

また、ローターボス３１０周面には第１段動翼３６、第
２段動翼３７が順次設けられている。

次桜ガスの流れの関係について説明すると、第１１図お
よび第１２図において、ｖｏｌ 、Ｖｏ２はそれぞれ第
１段および第２段ノズル３４，３５のガス流出絶対速度
、Ｖｌｌ、Ｖ１２ばそれらの第１段および第２段動翼３
６．３７に対する相対流入速度、■３４ ｖＶ３５はそ
れぞれ第１段および第２段動翼３６．３７からのガス流
出絶対速度、ｖ２１．ｖ２２はそれらの動翼に対する相
対流出速度である。

第１２図は第１１図に示したタービン中を流れるガスの
各速度成分を用いて描いた速度三角形で、同図より分る
如く、第１段および第２段ノズル３４．３５より流出す
るガスの絶対速度Ｖ。

、。Ｖｏ２、および第１段および第２段動翼３６．３７
からのガス流出絶対速度Ｖ３４１Ｖ３５０分速度Ｖ。

１′。Ｖ８２′、■３４′、ｖ３Ｋをタービンの軸に対
して同じ方向になるようにしている。

すなわち、本発明に於ては、ノズルより流出するガスの
絶対速度と、これを受ける動翼のガス流出絶対速度とを
タービン軸に対して同一方向の速度成分を持つようにし
たものであり、このようにすることによって上記ガスの
流れは常にタービン軸を軸とする同一方向の旋回成分を
持つようになる。

更に概念的に云えば、タービン軸を中心としてガスがネ
ジ状に旋回しながら排出口に向って進行することになる
。

第１３図はノズルと動翼の配列と、これらより流出する
ガスの流れを示しだものであり、ノズル流出角α。

を持つノズル出口絶対速度Ｖ。１ ｔＶ０２動翼の流出
角α３を持つ動翼出口の絶対速度Ｖ３４゜Ｖ３５は共に
一方向を向いている。

その結果ガスは一方向に旋回流を生じ、それに伴って遠
心力がこのガスに作用して、ガスの中に含まれているダ
ストやミストを有効に分離するのである。

一方、第１０図に示す如く、ケーシング３３には周方向
に溝３８が設けられている。

この溝３８は相隣るノズルと動翼の間、あるいは動翼と
ノズルとの間であって、タービンの特性に影響のない位
置に設けるのがよい。

まだ、溝３８の底には排出孔３９が開口されており、こ
の排出孔３９はケーシング３３と、これの周囲を囲むカ
バー４０で形成された分離室４１に通じている。

なお、上記溝３８の代りに、この溝３８と排出口３９０
両機能を備えたスリットを使用することもできる。

前記分離室４１には、図示されていない排水管等に連結
されており、溝３８に捕捉されたダストは、排出孔３９
を通じて分離室４１に入り水分と共に凝集して水滴状と
なって分離室４１の下部に集まり、ドレン孔４２より排
出されるが、このドレン孔４２を通じて前記排水管に流
む。

前記の如く、特別に翼を設計する段は前段であって、特
に第１ノズルとこれに続く第１動翼は本発明にしだがっ
て設計するのがよい。

高炉ガスを利用して軸流タービンを運転する際の第１の
問題は、前記詳述した如くダストがタービンのノズルや
動翼に付着するのをいかに防止するかということであっ
たが、第２の問題としては、冷却水の噴霧に伴ってエロ
ージョンが発生することである。

このエロージョンを防止する手段としては、下記の如く
タービンを設計する。

（１）＠流タービンの第１段の動翼の先端周速度を一般
のタービンよりも下げて２５０〜１５０ｍ／ｓ とす
る。

一般のタービンにおいては、上記周速度は３００ｍ／ｓ
またはそれ以上に設計されている。

前記周速度の範囲は、実験的に周速度とエロージョンと
の関係を確認した結果得られたものである。

周速度を下げることは、ガスに対する動翼の相対速度を
下げ、ミストが動翼に衝突する速度を下げることを意味
する。

第１段およびこれを含む前段の動翼の周速度を下げるこ
とにより、また第１段およびこれを含む前段のノズルの
流出速度を下げることにより、各段当りの仕事量が減少
するが、この問題は全体の段数を増やすことにより効率
を下げることなく解決している。

（２）異型を変更する。

本発明の軸流タービンにおいては、第６図に示す如〈従
来のタービンの翼に比較して大型で厚肉の翼としている
。

従来の軸流タービンの前段のノズルの翼２７’の断面形
状と本発明におけるこの翼に対応する翼２７の断面形状
を比較して分るように、本発明の軸流タービンの翼の方
がかなり大型のものになっているが、これによりダスト
の付着による詰りを防止すると共に、エロージョンの影
響を極力防止している。

具体的に寸法を例示すれば、翼の高さと弦長の比を０．
７〜１５とする。

この比の値は従来の軸流タービンにおいては２〜３程度
であるので、本発明の翼が著しく低い値を取っており、
ずんぐりしだ大型の翼を使用しているかが分るであろう
。

寸だ翼の後端の厚さは、従来のものにおいては１〜２ｍ
ｍと薄く加工されているが、本発明においては弦長が長
い翼を採用しているので後縁厚さも６〜１２ｍｍ程度に
することが可能になりエロージョン対策としている。

（３） ノズルよりのガスの噴出速度を下げる。

ダストの固着を防止するだめに、第１ノズルのガスの噴
出速度を１２０〜１８０ｍ／Ｓ１好ましくけ１４０〜１
８０ｍ／ｓ に低下するが、これに伴って動翼に対する
ガスの相対速度を下げることになり、結局ダストの固着
を防止できると同時にエロージョンも防止できるのであ
る。

（４）ミストの排出を速やかに行なう。

水噴射や第１段の仕事によりガスの温度が低下し、それ
に伴ってガス中の水分が凝縮する。

この水分はダストを捕捉する作用を有するのは前述の通
りであるが、水ミストの増加につれて二ローションを起
し易くなる。

これの対策としては、第１０図に示す如く、タービンケ
ーシングに溝やスリットを設けて水およびダストを捕捉
し、これを排出する如く構成すると共に、第１１図ない
し第１３図の如くガスに旋回力を与えているのでガスの
温度低下に伴って発生しだミストを効果的にガスより分
離し、排出するので、エロージョンを防止する／ ことができる。

一般には、ガス中のダストはタービンの前段で除去され
るが、ガス洩れを防止するラビリンス部まで侵入する場
合がある。

このラビリンス部へダストが侵入し、固着、堆積した場
合にはシール効果が減少するので、これを防止する必要
がある。

この方法としては、ガスより僅かに高圧に保たれている
不活性ガスまたは水蒸気をラビリンス部へ導入してダス
トを含むガスが侵入するのを防止するのがよい。

上記のように、本発明によれば、ノズルおよび動翼にダ
ストの固着や堆積がなり、シかもエロージョンなどをお
こさずに長時間にわたって安定した性能を発揮すること
ができる。

壕だ、本発明によれば、高炉排ガスの完全な除塵と加熱
の必要がないので設備費を低減できるという利点がある
。

さらに、従来から高炉に用いられている湿式除塵器の出
口からのガスをそのまま使用できるので既存の設備を大
幅に改造する必要がなく改造費も安価である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高炉の排ガスエネルギーの回収装
置の１例を示す系統図である。 第２図はダストがノズルに付着する状況を示す図である
。 第３図は冷却水の噴霧量とダスト付着量および摩耗量と
の関係を示す図である。 第４図はダスト付着量とタービン効率の低下の関係を示
す図である。 第５図は第１ノズルよりのガスの流出速度と付着量の関
係を示す図である。 第６図は本発明の軸流タービンの第１ノズルと従来の軸
流タービンのそれを対比して示す図である。 第７図はノズルのピッチ（Ｓ）／翼コード（０に対する
タービンの連続運転時間を示す図である。 第８図は翼コードとノズルの翼へのダスト付着量を示す
図である。 第９図は動翼の流出角α２と動翼出口の相対速度Ｖ２の
関係を示す図である。 第１０図は本発明の軸流タービンの要部を示す断面図で
ある。 第１１図は、ノズルと動翼のガスの流出速度を示す図、
第１２図は第１１図に対応して描いたガスの流出速度の
ベクトル図である。 第１３図は本発明に係る軸流タービン中を流れるガスが
旋回流を形成する状況を示す図である。 １・・・高炉、３・・・ダスト・キャッチャ−１５・・
・湿式除塵器、１０．１２・・・ダクト、１１・・・調
速弁、１３・・・軸流タービン、１４・・・被駆動機、
２３・・・ポンプ、３１・・・ローターボス、３２・・
・ガスの供給口、３３・・・ケーシング、３４・・・第
１段ノズル、３５・・・第２段ノズル、３６・・・第１
段動翼、３７・・・第２段動翼、３８・・・溝、３９・
・・排出孔、４０・・・カバー、４１・・・分離室、４
２・・・ドレン孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダストを含む高圧の排ガスのエネルギーを軸流ター
   ビンを用いて回収する方法において、上記排ガスを水蒸
   気で飽和させ、次いで、この飽和ガスに対してこの飽和
   ガス流量の０．５〜５重量係の排ガスの温度より低温の
   水をタービンの上流において噴霧して過飽和ガスとし、
   この過飽和ガスを、少なくとも第１ノズル及び第１動翼
   がその高さと弦長との比が０．７〜１．５である大型タ
   ービン翼であり、かつ第１ノズルのガス流出速度が１４
   ０ｍ／ｓ〜１８０ｍ／ｓであり、第１ノズルからのガス
   流出角度が５０〜６０であり、第１動翼の周速度が１５
   ０ｍ／ｓ〜２５０ ｍ／ｓである軸流タービンに供給す
   ることを特徴とする高炉の排ガスエネルギーの回収方法
   。 ２ ダストを含む高圧の排ガスのエネルギーを軸流ター
   ビンを用いて回収する装置において、前記排ガス中のダ
   ストを除塵しながら飽和させる湿式除塵器と、該湿式除
   塵器により飽和した飽和ガスに対してこの飽和ガス流量
   の０．５〜５重量係の排ガスの温度より低温の水を軸流
   タービンの上流側に設置した水噴霧装置と、少なくとも
   第１ノズル及び第１動翼がその高さと弦長との比が０．
   ７〜１．５である大型タービン翼であり、かつ第１ノズ
   ルのガス流出速度が１４０ ｍ／ｓ〜１８０ｍ／ｓであ
   り、第１ノズルからのガス流出角度が５０〜６０であり
   、第１動翼の周速度が１５０ｍ／ｓ〜２５０ ｍ／ｓ
   である軸流タービンとから成る高炉ノ排ガスエネルギ
   ーの回収装置。