(57)【要約】      （修正有）【課題】乾式燃焼に対応可能で、背圧がより小さく、船舶の電力系統を損傷しにくく、小型で設置が容易な船舶排ガス洗浄塔を提供する。【解決手段】洗浄塔は、円柱状の塔本体１を含み、塔本体１の下端の取付ベース１０上には、真空煙進入スロート部８が貫通して配置される。真空煙進入スロート部８の上端には、煙道ガス下分布傘７及び煙道ガス上分布傘６が順に架設され、煙道ガス上分布傘６の上方には予冷装置５が配置され、予冷装置５の上方には、スプレー装置４及びミスト除去器３が配置され、ミスト除去器３の上下の両端には洗浄装置２が配置される。上記洗浄塔の作動方法は、脱硫と乾式燃焼の２つのプロセスを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔本体（１）を含むストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔であって、前記塔本体（１）は円柱状であり，前記塔本体の下端には取付ベース（１０）は配置され、取付ベースの中央部には真空煙進入スロート部（８）が縦方向に延伸して配置され、
前記真空煙進入スロート部（８）の上端には、煙道ガス下分布傘（７）が架設され、煙道ガス下分布傘の上端には、煙道ガス上分布傘（６）が架設され、煙道ガス下分布傘及び煙道ガス上分布傘の両者は傘の形であり、煙道ガス下分布傘の上端は開放し、煙道ガス上分布傘の上端は閉止し、
前記煙道ガス上分布傘の上方には予冷装置（５）が配置され、予冷装置の上方には、２ステージ以上のスプレー装置（４）が配置され、スプレー装置の上方にはミスト除去器（３）が配置され、ミスト除去器の上下の両端には洗浄装置（２）が配置され、洗浄装置のノズルはすべてミスト除去器の方向に向き、
前記塔本体の外壁には、２つ以上の側方向支持体（１６）が溶接され、側方向支持体には、２つの縦方向に配列された腰状の孔（１７）が設けられ，側方向支持体は、腰状の孔及び腰状の孔に適合して挿設されたボルトを介して、船舶の煙突の内壁に組み付けられるように構成され、
前記塔本体及び塔本体内の部品の材料はいずれもステンレス鋼である、ことを特徴とするストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項２】
前記スプレー装置（４）及び洗浄装置（２）はいずれもストレートスルーパイプ（２４）、内側環形支管（２０）、外側環形支管（２１）、及び多流体ノズル（２２）を備え、内側環形支管と外側環形支管とは同心に配置され、ストレートスルーパイプは内側環形支管と外側環形支管との中心線に位置し、前記多流体ノズル（２２）は２つ以上あり、多流体ノズルは、内側環形支管及び外側環形支管上に均一に配置され、
前記ストレートスルーパイプ（２４）の入水口端は、塔本体の内壁に溶接され、塔本体の他端は、閉塞されてから外筒管（１９）内に挿設され、外筒管は、塔本体の内壁に固定され、ストレートスルーパイプと隙間適合し、ストレートスルーパイプの閉塞端と塔本体の内壁との間には、形状変化量よりも大きい幅を有する間隙が設けられ、
前記塔本体の内壁には、スプレー装置及び洗浄装置をそれぞれ支持するための４ステージ以上の山形鋼支持体（１３）が溶接され、山形鋼支持体の内側の上端にはＵ字形の係止部（１４）が配置され、外側環形支管（２１）はＵ字形の係止部及びネジを介して山形鋼支持体に固定され、Ｕ字形の係止部は、外側環形支管を高さ方向にのみ固定し、Ｕ字形の係止部の内径は外側環形支管の外形よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項３】
前記ストレートスルーパイプ（２４）の入水口端は、塔本体の外部に設けられた入水管と連通し、前記入水管には、乾式燃焼状態における塔本体の縦方向の変形をサポートするために、２つ以上の伸縮継手（１５）が設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項４】
前記予冷装置（５）は、ブラケットパイプ及びスクロールノズル（２３）を備え、スクロールノズルは３つ以上あり、前記スクロールノズルは、ブラケットパイプに沿って上下に分布し、隣接するスクロールノズルは同じ水平面に対して１２０°の角度を有し、前記ブラケットパイプの一端は塔本体を介して、外部に設けられた入水管と連通し、他端は下方に曲げられ、スクロールノズルが固定される、ことを特徴とする請求項３に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項５】
前記真空煙進入スロート部（８）は２層構造であり、２層構造間には真空中間層が配置され、真空煙進入スロート部の下部外壁には、真空ガス抽出口（１８）が開設され、真空ガス抽出口には真空弁が配置される、ことを特徴とする請求項４に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項６】
前記煙道ガス上分布傘の底面の円形直径は煙道ガス下分布傘の底面の円形直径よりも小さく、煙道ガス上分布傘及び煙道ガス下分布傘の斜面の傾度はいずれも２５°であり、煙道ガス上分布傘及び煙道ガス下分布傘の上端面にはいずれも７つ以上のガイド板（１２）が設けられ、ガイド板はＶ型山形鋼であり、ガイド板のＶ型開口は外側を向いている、ことを特徴とする請求項５に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項７】
前記煙道ガス上分布傘の底面の円形直径は、煙道ガス下分布傘の直径の１／２〜２／３である、ことを特徴とする請求項６に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項８】
前記取付ベース（１０）の上端には、排水板（９）が傾斜して配置され、排水板の中央には、真空煙進入スロート部を収容できる開口が開設され、排水板と真空煙進入スロート部とは開口で密閉接続され、排水板の低い位置の一側には、排水口が配置され、排水口には排水管（１１）が固定配置され、排水管は、ベースを貫通して塔本体の外側に延びる、ことを特徴とする請求項７に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔。
【請求項９】
請求項８に記載のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔の動作方法であって、（Ａ）脱硫プロセス及び（Ｂ）乾式燃焼プロセスを含み、
（Ａ）脱硫プロセスは、
船舶の排ガスを、真空煙進入スロート部（８）を通して塔本体内に進入させ、真空煙進入スロート部から出る煙道ガスの一部を、煙道ガス下分布傘（７）の側端から直接流出して上方に上昇させ、他の部分を、煙道ガス下分布傘を通してから煙道ガス上分布傘（６）の側端から流出して上方に上昇させ、
予冷装置（５）により、予備冷却水を下方にスプレーして高温の煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスを上昇させ、各層のスプレー装置を順に通過させ、同時に、スプレー装置により、脱硫液を連続的に下方にスプレーして、煙道ガスと脱硫反応させ、
脱硫反応後の煙道ガスを上昇させ、ミスト除去器（３）により水蒸気を除去し、塔本体の上端の排気口を通して排出させ、
洗浄塔を長時間作動した後、上部と下部の２つの洗浄装置により、ミスト除去器を定期的に洗浄し、
煙道ガス上分布傘及び煙道ガス下分布傘の阻止作用下で、スプレー液及び洗浄水を、ガイド板間の間隔に沿って流出させることにより、上昇する煙道ガスと直接衝突して水ミストを形成することを回避するとともに、水が真空煙進入スロート部内に流入するのを回避し、
塔本体の底部に落下したスプレー液及び洗浄水を排水板（９）により集め、排水管（１１）を通して塔外に排出する、工程を含み、
（Ｂ）乾式燃焼プロセスは、
真空煙進入スロート部（８）を通して、低硫黄煙道ガスを塔本体に進入させ、内部構造を通過して大気中に直接排出させ、
高温の煙道ガスにより、塔本体を熱膨脹と冷収縮で縦方向と横方向の両方に変形させ、縦方向の変形のサポート構造により、延びる塔本体及び側方向支持体（１６）上の固定ボルトを腰状の孔（１７）に沿って縦方向に変形させ、同時に、外部に設けられた入水管は塔本体の変形により伸縮継手（１５）により引っ張られ、塔本体の変形による入水管の破裂を回避し、
横方向の変形のサポート構造において、スプレー装置（４）、洗浄装置（２）上の内側環形支管及び外側環形支管はいずれも環形で、引張変形機能を有し、ストレートスルーパイプ（２４）の一端が固定され、他端が外筒管（１９）に可動的に接続され、ストレートスルーパイプ（２４）の径方向の変形をサポートし、Ｕ字形の係止部（１４）は、外側環形支管を高さ方向にのみ制限し、幅方向に外側環形支管の径方向の変形をサポートする、工程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は洗浄塔及びその動作方法に関し、特にストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的な近代工業の発展、人口の急増、海洋での頻繁な活動により、海洋汚染はますます深刻になっており、海洋環境には深刻な変化が生じ、拡大し続ける傾向がある。そのため、海洋環境における汚染を減らすために、船舶の煙道ガスからの燃料硫黄の放出を制御するための国際海事機関の基準はますます厳しくなっている。
【０００３】
輸送用船舶の強制廃棄の年限は通常２５年以上である。新たに発効された燃料硫黄排出基準に適合するために、排気ガス排出基準を達成するための排ガス処理機能を備えた新しい船舶を特別に開発した船舶会社はほとんどない。
既存の船舶を改装し、煙突に洗浄塔を設置することによって、古い船舶に排気ガス処理機能を持たせることが多い。
【０００４】
船舶の煙突は、海上の過酷な環境に耐えるために各排出管路を囲む保護構造となっている。そのサイズは、船舶の主機、補機、ボイラーなどの機器の排出管路及び分布状況に基づいて、船舶の建築の初期段階で決定される。煙突内の各排出管路の分布状況は図１に示される。図１において、ＤＮ４００は、対応するパイプの直径が４００ｍｍであることを示し、主機２５に対応する管路のサイズが最も大きく、１５００ｍｍである。図１から分かるように、煙突内に残っている利用可能な空間が非常に限られているので、配置される洗浄塔の体積が大きいと、設置が困難であるという技術的問題がある。
【０００５】
図２に示されるように、既存の船舶排ガス洗浄塔の形状は、洗浄塔の下端から上に煙進入管３３（一般にＵ字形の洗浄塔と呼ばれる）が延在している。Ｕ字形の洗浄塔が取り付けられるとき，煙進入管３３の上端は移行管３４と連結される必要があり、移行管３４の他端は下方に屈曲し伸びて、各排出管路を集合してなる総管路３５と連結される。
【０００６】
既存の洗浄塔のＵ字形の構造は主に、塔底で蓄積されるスプレー水が各排出管路に連結された発電機内に逆流することを防止するためのものである。しかしながら、船舶の煙突内の利用可能な設置空間が限られかつＵ字形の構造の占用面積が大きすぎるため、設置が容易ではないという欠点もある。煙突の残りの空間がＵ字形の洗浄塔の体積より小さい場合、まず船舶の煙突全体を取り除いて、Ｕ字形の洗浄塔を取り付けた後に煙突を再建する必要があることが多く、工事量は非常に大きい。従って、スプレー水が発電機内に逆流するのを回避することができる条件下で洗浄塔の体積を効果的に減らすことができれば、船舶排ガス処理の改修プロジェクトに大きな実用的価値がもたらされるであろう。
【０００７】
一方、国際海事機関ＩＭＯの規制によると、船舶は港から３海里以内に化学薬品を含む洗浄水を放流することが許可されていないので、船舶が入港しているときには、通常、高硫黄燃油を低硫黄燃油に切り替える必要があり、燃焼後の低硫黄テールガスは、脱硫及び洗浄することなく直接排出される。これは業界で一般に乾式燃焼として知られる。乾式燃焼煙道ガスは２８０℃以上の高温であるため、洗浄塔本体の変形が生じ易く、既存のＵ字形の洗浄塔は構造や材料の制約から乾式燃焼には対応していない。乾式燃焼後の高温煙道ガスは、一般に、移行管３４の上方に排気管３６を追加することによって排出される。この排気管３６は、管路継手を介して、各排出管路を集合してなる総管路３５と直接連結される。それにより、脱硫塔の改修の設置体積がさらに大きくなり、設置の困難性が増大する。
【０００８】
また、Ｕ字形の洗浄塔は、背圧が高すぎ、煙道ガスの排出が非常に困難であるという欠点を有するため、船舶の動力システムを容易に損傷する可能性がある。上記の３つの理由より、簡単な設置、乾式燃焼のサポート、及び低い背圧という要件を満たすために、船舶の排ガス洗浄塔の全体構造を改善することが急務である。
【発明の概要】
【０００９】
上記課題に鑑みて、本発明の第１の目的は、小型で設置が容易で、かつ船舶の元の煙突に直接設置することが容易な船舶排ガス洗浄塔を提供することである。本発明の第２の目的は、移行管及び排気管を追加することなく乾式燃焼条件下の高温変形にも対応できる乾式燃焼対応型船舶排ガス洗浄塔を提供することである。本発明の第３の目的は、従来のＵ字形の洗浄塔が大きな背圧により船舶の動力システムに損傷を与えるという問題を解決することができるストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔は、円柱状の塔本体１を含み、塔本体の下端には取付ベース１０が配置され、取付ベースの中央部には真空煙進入スロート部８が縦方向に貫通して（延伸して）配置される。円柱状の塔本体１は、煙が真空煙進入スロート部８の底端から進入できる構成であり、従来技術のＵ字形の洗浄塔の煙進入構造と比較して、移行管３４及び総管路３５の構造の体積が減少するので、船舶の煙突内に設置空間を見つけやすく、設置がより便利になるだけでなく、元の煙突を取り除いて再建する工事が回避される。
【００１１】
真空煙進入スロート部８の上端には、煙道ガス下分布傘７が架設され、煙道ガス下分布傘の上端には、煙道ガス上分布傘６が架設される。煙道ガス下分布傘及び煙道ガス上分布傘の両者は傘の形であり、煙道ガス下分布傘の上端は開放し、煙道ガス上分布傘の上端は閉止する。従来技術では、２つの分布傘を設置する構造は存在しない。本発明は、２つの分布傘の構造により、スプレーされた洗浄液を受け、洗浄液を分布傘の縁部から流出させ、洗浄液がエンジン内に流れるのを防止する。
【００１２】
煙道ガス上分布傘の上方には予冷装置５が配置され、予冷装置５の上方には、２ステージ以上のスプレー装置４が配置され、スプレー装置の上方にはミスト除去器３が配置される。ミスト除去器３の上下の両端には洗浄装置２が配置され、洗浄装置２のノズルはすべてミスト除去器３に向かう。これにより、ミスト除去器３を洗浄し、堆積した塵埃がミスト除去効果に影響を及ぼすのを防止する。従来技術では、ミスト除去器に洗浄装置が配置されておらず、長時間の使用により、ミスト除去器の詰まりによりミスト除去効果に影響を及ぼす可能性がある。しかし、手動の手段でしか洗浄を行うことができず、操作が非常に不便であった。
【００１３】
塔本体１の外壁には、２つ以上の側方向支持体１６が溶接される。側方向支持体１６には、２つの縦方向に配列された腰状の孔１７が設けられ，側方向支持体は、腰状の孔及び腰状の孔に適合して挿設されたボルトを介して、船舶の煙突の内壁に組み付けることができる。側方向支持体１６上の腰状の孔１７の設計は、本発明の創造的な構造であり、乾式燃焼状態で塔本体１の縦方向の変形に対応するために使用され、乾式燃焼中に煙突の内壁との緊密な接続による損傷を回避する。
【００１４】
塔本体１及び塔本体内の各部件の材料はいずれもステンレススチールである。塔内部の部品を乾式燃焼下の高温に耐えることができるようにするために、ミスト除去器３及びノズルの材料は、従来のＰＥからステンレス鋼に変更される。ステンレス鋼材料は、通常６００℃の耐高温性を有し、乾式燃焼中に排出される煙道ガスの最高温通は通常３００℃を超えないので、乾式燃焼状態での使用のニーズを満たすことができる。塔内部の構造に関しては、変形サポートの問題を解決する方法を考慮することが最も重要となる。
【００１５】
スプレー装置４、洗浄装置２はいずれもストレートスルーパイプ２４、内側環形支管２０、外側環形支管２１、及び多流体ノズル２２を備え、内側環形支管２０と外側環形支管２１とは同心に配置され、ストレートスルーパイプ２４は内側環形支管２０と外側環形支管２１との中心線に位置し、多流体ノズル２２は２つ以上あり、多流体ノズルは、内側環形支管２０及び外側環形支管２１上に均一に配置され、
ストレートスルーパイプ２４の入水口端は、塔本体１の内壁に溶接され、他端は、閉塞されてから外筒管１９内に挿設され、外筒管１９は、塔本体１の内壁に固定され、ストレートスルーパイプ２４と隙間適合し、ストレートスルーパイプ２４の閉塞端と塔本体１の内壁との間には、形状変化量よりも大きい幅を有する間隙が設けられる。従来技術では外筒管構造を有しておらず、ストレートスルーパイプの両端は塔本体に接続される。一方、本発明では、外筒管１９は、ストレートスルーパイプ２４に対する支持作用を果たすとともに、ストレートスルーパイプ２４を塔本体１の内壁に可動的に接続するため、乾式燃焼中にストレートスルーパイプ２４は塔本体１の径方向の変形により損傷を受けない。
【００１６】
塔本体１の内壁には、４ステージ以上の山形鋼支持体１３が溶接され、スプレー装置及び洗浄装置をそれぞれ支持するために使用される。従来技術の溶接固定方法とは異なり、山形鋼支持体１３の内側の上端にはＵ字形の係止部１４が配置され、外側環形支管２１はＵ字形の係止部１４及びネジを介して山形鋼支持体１３に固定され、Ｕ字形の係止部１４は、外側環形支管２１を高さ方向にのみ固定し、その内径は外側環形支管２１の外形よりも大きい。それにより、外側環形支管２１はＵ字形の係止部１４の内径範囲内で径方向に変形が可能となる。
【００１７】
ストレートスルーパイプ２４の入水口端は、塔本体１の外部に設けられた入水管と連通する。この入水管には、乾式燃焼状態における支持塔本体の縦方向の変形をサポートするために、２つ以上の伸縮継手（１５）が設けられ、剛性接続による入水管と塔本体の損傷を回避する。一方、従来技術では乾式燃焼機能を有さず、伸縮継手の構造的特徴を有さない。
【００１８】
予冷装置５は、ブラケットパイプ及びスクロールノズル２３により構成される。本発明では、スクロールノズルは３つあり、３つのスクロールノズルは、ブラケットパイプに沿って上下に分布し、隣接するスクロールノズルの同じ水平面に対して１２０°の角度を有し、それにより、スプレーの均一性を確保することができる。ブラケットパイプの一端は塔本体を通して、外部に設けられた入水管と連通し、他端は下方に曲げられ、スクロールノズルが固定される。予冷装置５は、船舶の排ガスを予備冷却するために使用され、排ガス温度が高すぎることによる脱硫効果への影響を回避する。なお、スクロールノズルの数は、３つ以上とすることもできる。
【００１９】
従来技術とは異なり、本発明の真空煙進入スロート部８は２層構造であり、かつ２層構造間には真空中間層が配置される。真空煙進入スロート部８の下部外壁には、真空ガス抽出口１８が開設され、真空ガス抽出口１８には真空弁が配置される。真空煙進入スロート部８の２層構造により、スロート部の内部と外部との過度の温度差による酸結露を防止し、スロート部の加速腐食によりスプレー液が発電機内に逆流する危険性を低減することができる。従来技術の煙進入通路は単層板であり、板の一方の面は高温の煙道ガスであり、他方の面は低温の洗浄水であり、熱橋効果により板の高温の面に凝縮水を形成することが容易である。高温の煙道ガスは多量のＳＯ２を含み、ＳＯ２はさらに酸化されてＳＯ３を生成し、ＳＯ３と水蒸気とが結合して硫酸蒸気となると、凝縮水は腐食性の高い酸結露となって煙通路に腐食損傷を引き起こす。さらに、従来技術の煙進入通路は、腐食の問題を解決するために耐腐食性の高い高価な材料を使用する必要がある。一方、本発明では、真空煙進入スロート部８は酸結露の発生を防止する機能を有するため、より安価なステンレス鋼のみを使用することができ、製造コストも低減される。
【００２０】
煙道ガス上分布傘６の底面の円形直径は煙道ガス下分布傘よりも小さく、煙道ガス上分布傘６及び煙道ガス下分布傘７の斜面の傾度はいずれも２５°であり、煙道ガス上分布傘６及び煙道ガス下分布傘７の上端面にはいずれも２つ以上のガイド板１２が設けられる。ガイド板はＶ型山形鋼であり、ガイド板のＶ型開口は外側を向いている。ガイド板の配置及び形状の設計の両方は本発明の創造的な点である。下方にスプレーされるスプレー液及び上方に移動する煙道ガスに対して、ガイド板は仕切りとして作用する。それにより、煙道ガスはガイド板内のＶ字形の空間に沿って上方に移動し、スプレー液はガイド板間の間隙を通って下方に流出する。水蒸気の直接衝突により酸ミストが生成されて腐食を増加させることが回避される。
【００２１】
さらに、煙道ガス上分布傘６の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘７の直径の１／２〜２／３であるとき、本発明の脱硫効果は最も良い。
【００２２】
取付ベース１０の上端には、排水板９が傾斜して配置され、排水板９の中央には、真空煙進入スロート部を収容できる開口が開設され、排水板９と真空煙進入スロート部とは開口で密閉接続され、より低い位置の排水板９の一側には、排水口が配置され、排水口には排水管１１が固定配置される。排水管１１は、ベースを貫通してから塔本体１の外側に延びる。排水板９の傾斜した設計は、スプレー水を一箇所に集中させて放出することを容易にし、スプレー水が蓄積して発電機内に逆流することを回避する。
【００２３】
本発明のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔の動作方法の具体的なプロセスは次のとおりである。
Ａ、脱硫プロセスでは、
船舶の排ガスを、真空煙進入スロート部８を通して塔本体内に進入させ、真空煙進入スロート部８から出る煙道ガスの一部を、煙道ガス下分布傘７の側端から直接流出して上方に上昇させ、他の部分を、煙道ガス下分布傘を通してから煙道ガス上分布傘６の側端から流出して上方に上昇させ、
予冷装置５により、予備冷却水を下方にスプレーして高温の煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスを上昇させ、各層のスプレー装置を順に通過させ、同時に、スプレー装置により、脱硫液を連続的に下方にスプレーして、煙道ガスと脱硫反応させ、
脱硫反応後の煙道ガスを上昇させ、ミスト除去器３により水蒸気を除去し、塔本体の上端の排気口を通して排出させ、
洗浄塔を長時間作動した後、上部と下部の２つの洗浄装置によりミスト除去器３を定期的に洗浄し、
煙道ガス上分布傘、煙道ガス下分布傘の阻止作用下で、スプレー液及び洗浄水を、ガイド板間の間隔に沿って流出させることにより、上昇する煙道ガスと直接衝突して水ミストを形成することを回避するとともに、水が真空煙進入スロート部内に流入するのを回避し、
塔本体の底部に落下したスプレー液及び洗浄水を排水板９により集め、次に排水管１１を通して塔外に排出する。
【００２４】
Ｂ、乾式燃焼プロセスでは、
真空煙進入スロート部８を通して、低硫黄煙道ガスを塔本体に進入させ、内部構造を通過して大気中に直接排出させ、
高温の煙道ガスにより、塔本体を熱膨脹と冷収縮で縦方向と横方向の両方に変形させ、縦方向の変形のサポート構造により、延びる塔本体及び側方向支持体１６上の固定ボルトを腰状の孔１７に沿って縦方向に変形させ、同時に、外部に設けられた入水管は塔本体の変形により伸縮継手１５により引っ張られ、塔本体の変形による入水管の破裂を回避し、
横方向の変形のサポート構造において、スプレー装置４、洗浄装置２上の内側環形支管及び外側環形支管はいずれも環形で、引張変形機能を有し、同時に、ストレートスルーパイプ２４の一端が固定され、他端が外筒管１９に可動的に接続され、ストレートスルーパイプ２４の径方向の変形をサポートし、Ｕ字形の係止部１４は、外側環形支管を高さ方向にのみ制限し、幅方向に外側環形支管の径方向の変形をサポートする。
本発明の技術効果は以下のとおりである。
【００２５】
上述のように、本発明の船舶排ガス洗浄塔は、従来のＵ字形の塔よりも体積が小さい。特に、Ｕ字形の煙進入管の約２０ｍ３の取り付け容積を節約できる。さらに、塔本体の取り付け時に考慮する必要がある検査修理、メンテナンス、絶縁、補強、スタッフの通路などの要因から、全体的に約１００ｍ３の取り付け空間を削減することができるの。このため、元の煙突内に設置することがより容易になり、工事量はさらに少なくなる。
【００２６】
また、本発明の船舶排ガス洗浄塔は、乾式燃焼をサポートする機能も有する。従来のＵ字形の塔は、背圧が大きいため、移行管の上方に排気管を追加することによってのみ乾式燃焼のガス排出を実現することができる。そのため、塔内で乾式燃焼現象がない限り、従来のＵ字形の洗浄塔内の部品、例えばミスト除去器、ノズルなどは、より安価で低コストのＰＥ材料で製造される。従来技術者が脱硫塔に乾式燃焼機能を持たせるためにステンレス鋼材を使用することを考えたとしても、ステンレス鋼が高温で変形するという問題は解決できない。そしてその形状の制限により背圧が大きいため、脱硫塔に乾式燃焼機能を付与する必要はない。移行管の上方に排気管を追加するのみで、乾式燃焼のガス排出を実現することができるが、これにより構造が複雑となり、取り付け空間が実質的には増加する。
【００２７】
さらに、本発明はストレートスルー型の塔本体であるため、排気時の背圧がより小さく、船舶の動力システムが破損しにくい。テストによれば、３．２ｍの直径及び１１ｍの高さを有する洗浄塔の場合、従来のＵ字形の塔の煙道ガス出口での背圧は約７００Ｐａであるが、本発明のストレートスルー型塔は２４０Ｐａまでに抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】船舶煙突内の元の管路分布状態の模式図である。
【図２】従来のＵ字形の洗浄塔の構造模式図である。
【図３】本発明におけるストレートスルー型洗浄塔の内面図である。
【図４】図３の縦断面の構造模式図である。
【図５】２つの分布傘の接続構造模式図である。
【図６】図５の上面図である。
【図７】側方向支持体の構造模式図である。
【図８】スプレー装置及び洗浄装置の構造模式図である。
【図９】スプレー装置の塔本体内の横断面の構造模式図である。
【図１０】山形鋼支持体及びＵ字形の係止部の構造模式図である。
【図１１】多流体ノズルの構造模式図である。
【図１２】予冷装置の部分構造模式図である。
【図１３】本発明におけるストレートスルー型洗浄塔の使用状態を示す図である。
【００２９】
１、塔本体；２、洗浄装置；３、ミスト除去器；４、スプレー装置；５、予冷装置；６、煙道ガス上分布傘；７、煙道ガス下分布傘；８、真空煙進入スロート部；９、排水板；１０、取付ベース；１１、排水管；１２、ガイド板；１３、山形鋼支持体；１４、Ｕ字形の係止部；１５、伸縮継手；１６、側方向支持体；１７、腰状の孔；１８、真空ガス抽出口；１９、外筒管；２０、内側環形支管；２１、外側環形支管；２２、多流体ノズル；２３、渦巻形ノズル；２４、ストレートスルーパイプ；２５、主機；２６、ディーゼル発電機；２７、焼却炉；２８、ボイラー；２９、デッキＡ；３０、デッキＢ；３１、デッキＣ；３２、デッキＤ；３３、煙進入管；３４、移行管；３５、総管路；３６、排気管；３７、電磁弁。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図３〜図１３を参照して本発明の具体的な実施形態を説明する。
〈実施例１〉
【００３１】
図３〜図４に示すように、ストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔は、円柱状の塔本体１を含み、塔本体の下端には取付ベース１０が配置され、取付ベースの中央部には真空煙進入スロート部８が貫通して縦（軸）方向に配置される。
【００３２】
真空煙進入スロート部８の上端には、煙道ガス下分布傘７が架設され、煙道ガス下分布傘７の上端には、煙道ガス上分布傘６が架設される。煙道ガス下分布傘７及び煙道ガス上分布傘６の両者は傘の形であり、煙道ガス下分布傘７の上端は開放し、煙道ガス上分布傘６の上端は閉じられている。２つの分布傘の構造は、図５、図６に示される。
【００３３】
煙道ガス上分布傘６の上方には予冷装置５が配置され、予冷装置の上方には、４ステージのスプレー装置４が配置され、スプレー装置の上方にはミスト除去器３が配置される。ミスト除去器３の上下の両端には洗浄装置２が配置され、洗浄装置のノズルはすべてミスト除去器に向かっている。
【００３４】
塔本体の外壁には、８つの側方向支持体１６が溶接される。図７に示すように、側方向支持体１６には、２つの縦方向に配列された腰状の孔１７が設けられ，側方向支持体１６は、腰状の孔１７及び腰状の孔１７に適合して挿設されたボルトを介して、船舶の煙突の内壁に組み付けることができる。
【００３５】
塔本体１及び塔本体内の各部品の材料はいずれもステンレス鋼である。
【００３６】
図８に示すように、スプレー装置４、洗浄装置２はいずれもストレートスルーパイプ２４、内側環形支管２０、外側環形支管２１、及び多流体ノズル２２から構成される。内側環形支管２０と外側環形支管２１とは同心に配置され、ストレートスルーパイプ２４は内側環形支管２０と外側環形支管２１との中心線に位置する。同じステージのスプレー装置又は洗浄装置上の多流体ノズル２２は１６個あり、１６個の多流体ノズルは、内側環形支管２０及び外側環形支管２１に均一に配置される。多流体ノズル２２の構造図は図１１に示される。
【００３７】
図９に示すように、ストレートスルーパイプ２４の入水口端は、塔本体１の内壁に溶接され、他端は、閉塞されてから外筒管１９内に挿設され、外筒管１９は、塔本体１の内壁に固定され、ストレートスルーパイプ２４と隙間適合し、ストレートスルーパイプ２４の閉塞端と塔本体１の内壁との間には、形状変化量よりも大きい幅を有する間隙が設けられる。
【００３８】
塔本体１の内壁には、６ステージの山形鋼支持体１３が溶接され、スプレー装置及び洗浄装置をそれぞれ支持するために使用される。図１０に示すように、山形鋼支持体１３の内側の上端にはＵ字形の係止部１４が配置され、外側環形支管２１はＵ字形の係止部１４及びネジを介して山形鋼支持体１３に固定される。Ｕ字形の係止部１４は、外側環形支管を高さ方向に固定するのみであり、その内径は外側環形支管の外形よりも大きい。
【００３９】
図１３に示すように、ストレートスルーパイプ２４の入水口端は、塔本体の外部に設けられた入水管と連通し、この入水管には、乾式燃焼状態における塔本体の縦方向の変形をサポートするために、６つの伸縮継手１５が設けられる。
【００４０】
図１２に示すように、予冷装置５は、ブラケットパイプ及びスクロールノズル２３により構成される。スクロールノズル２３は３つあり、３つのスクロールノズル２３は、ブラケットパイプに沿って上下に分布し、隣接するスクロールノズル２３の同じ水平面に対して１２０°の角度を有する。ブラケットパイプ２３の一端は塔本体を通して、外部に設けられた入水管と連通し、他端は下方に曲げられ、スクロールノズル２３が固定される。
【００４１】
真空煙進入スロート部８は２層構造であり、２層構造間には真空中間層が配置され、真空煙進入スロート部の下部外壁には、真空ガス抽出口１８が開設され、真空ガス抽出口には真空弁が配置される。
【００４２】
煙道ガス上分布傘６及び煙道ガス下分布傘７の斜面の傾度（傾斜角）はいずれも２５°であり、煙道ガス上分布傘６の底面の円形の直径は煙道ガス下分布傘よりも小さく、煙道ガス上分布傘６及び煙道ガス下分布傘７の上端面にはいずれも７つ以上のガイド板１２が設けられる。ガイド板はＶ型山形鋼であり、ガイド板のＶ型開口は外側を向いている。
【００４３】
取付ベース１０の上端には、排水板９が傾斜して配置される。排水板の中央には、真空煙進入スロート部を収容できる開口が開設され、排水板９と真空煙進入スロート部とは開口で密閉接続され、排水板９のより低い位置の一側には、排水口が配置され、排水口には排水管１１が固定配置され、排水管１１は、ベースを貫通してから塔本体１の外側に延びる。
【００４４】
〈実施例１〉  （１）塔本体の変形量の計算
本実施例では、洗浄塔の直径は３．２ｍで、高さは１１ｍで，真空煙進入スロート部の直径は１．７ｍである。また、煙道ガス下分布傘及び煙道ガス上分布傘の底面の円形直径はそれぞれ２．１５ｍ、１．０７５ｍである。即ち、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径は煙道ガス下分布傘の１／２である。
【００４５】
本実施例では、使用されたスプレー液は海水である。塔本体の最高温度が３００℃、最低温度が２０℃である場合、ステンレス鋼の高温変形量の計算式に従って、塔本体の縦方向と径方向の変形は、次のとおり算出された。塔本体の縦方向の変形は３８．９７ｍｍであり、径方向の変形は１１．３４ｍｍであった。即ち、実際の製造組立においては、側方向支持体の腰状の孔の高さは３８．９７ｍｍ以上である必要があり、スプレー装置、洗浄装置におけるストレートスルーパイプの閉塞端と塔本体の内壁との間の空隙の幅は１１．３４ｍｍを超える必要がある。
【００４６】
ステンレス鋼の高温変形量の計算式は以下のとおりである。
△Ｌ＝１０＾（−５）×［１１１８（ｔ２−ｔ１）＋０．５２６（ｔ２−ｔ１）＾２］×Ｌ
式では、          △Ｌ−−膨張量（ｍｍ）、
ｔ２−−パイプの最高温度（℃）、
ｔ１−−パイプの最低温度（℃）、
Ｌ−−パイプの計算長さ（ｍ）である。
【００４７】
（２）脱硫効果及び背圧検出
本実施例の洗浄塔を用いて、脱硫前後の煙道ガスの炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表１に示す。
【００４８】
2020200015.tif 000003
【００４９】
次に、同じ塔本体直径、高さ及び煙進入条件で、Ｕ字形の洗浄塔を用いて、脱硫前後の煙道ガスの炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算して、結果を表２に示す。
【００５０】
2020200015.tif 000004
【００５１】
表１および２を比較することによって、以下のことがわかった。従来のＵ字形の洗浄塔では、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの排出基準である０．５％  ｍ／ｍまでしか満たすことができない。一方、本実施例では、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの最高の放出基準である０．１％  ｍ／ｍを満たすことができ、良好な脱硫効果を有する。また、従来のＵ字形の洗浄塔の煙道ガス出口での背圧は７６９〜８２７Ｐａである。一方、本実施例の煙道ガス出口での背圧は２４０〜３２２Ｐａである。従来の技術と比較して、本発明では、顕著な差異が認められ、大きな利点がある。すなわち、本発明では、大きな煙道ガス排出の背圧によるエンジンの損傷という従来技術の課題が解決され、船舶のエンジンの保護という観点で有利である。
【００５２】
燃油硫黄含有量とＯ２／ＣＯ２比の対応関係は、表３に示されるように、国際海事機関ＩＭＯによって発行されたＭＡＲＰＯＬ条約の付則ＶＩにおいて基準が設定されている。
【００５３】
2020200015.tif 000005
【００５４】
また、国際海事機関ＩＭＯによって発行されたＭＡＲＰＯＬ条約の付則ＶＩには、表４に示すように、排出規制領域内外の燃油硫黄含有量の基準が定められている。ＩＭＯによって発行されたＭＡＲＰＯＬ条約の付則ＶＩは世界的に公表されている。表４からわかるように、ＩＭＯの現在最も厳しい硫黄含有量の規定は０．１％  ｍ／ｍである。
【００５５】
2020200015.tif 000006
【００５６】
注：ＭＡＲＰＯＬ条約の付則ＶＩの第１４条に規定されている排出規制領域は、現在、バルト海の海域、北海の海域、北米の海域、及び米国加勒比海の海域を含む（２０１４年１月１日に実施）。
〈実施例２〉
【００５７】
本実施例では、煙道ガス下分布傘及び煙道ガス上分布傘の底面の円形直径はそれぞれ２．１５ｍ、１．４３ｍである。即ち煙道ガス上分布傘の底面の円形直径は煙道ガス下分布傘の２／３である。他の技術的解決策及び製品のパラメータは、実施例１と同じである。
【００５８】
本実施例の洗浄塔を用いて、脱硫前後の煙道ガスの炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表５に示す。
【００５９】
2020200015.tif 000007
【００６０】
次に、同じ塔本体直径、高さ及び煙進入条件で、Ｕ字形の洗浄塔を用いて、脱硫前後の煙道ガスの炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表６に示す。
【００６１】
2020200015.tif 000008
【００６２】
表５および表６を比較することにより、従来のＵ字形の洗浄塔は、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの排出基準０．５％  ｍ／ｍしか満たすことができないことがわかった。一方、本実施例では、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの最高の放出基準０．１％  ｍ／ｍを満たし、良好な脱硫効果という利点を有することが確認された。また、従来のＵ字形の洗浄塔の煙道ガス出口での背圧は６９７〜７６１Ｐａであった。一方、本実施例の煙道ガス出口での背圧は３１５〜３３６Ｐａであった。
従来の技術と比較して、本発明では、顕著な差異が認められ、大きな利点がある。すなわち、本発明では、大きな煙道ガス排出の背圧によるエンジンの損傷という従来技術の課題が解決され、船舶のエンジンの保護という観点で有利である。
〈実施例３〉
【００６３】
本実施例では、煙道ガス下分布傘及び煙道ガス上分布傘の底面の円形直径はそれぞれ２．１５ｍ、１．６１３ｍである。即ち、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径は煙道ガス下分布傘の３／４である。他の技術的解決策及び製品パラメータは、実施例１と同じである。
【００６４】
本実施例の洗浄塔を用いて煙道ガスの脱硫前後の炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表７に示す。
【００６５】
2020200015.tif 000009
【００６６】
次に、同じ塔本体直径、高さ及び煙進入条件で、Ｕ字形の洗浄塔を用いて、煙道ガスの脱硫前後の炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表８に示す。
【００６７】
2020200015.tif 000010
【００６８】
表７および表８を比較することにより、以下のことがわかった。従来のＵ字形の洗浄塔は、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの排出基準０．５％  ｍ／ｍしか満たすことができない。一方、本実施例では、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの最高の放出基準０．１％  ｍ／ｍを満たし、良好な脱硫効果を有する。
また、従来のＵ字形の洗浄塔の煙道ガス出口での背圧は７１３〜８０６Ｐａである。一方、本実施例の煙道ガス出口での背圧は３３２〜３３９Ｐａである。
従来の技術と比較して、本発明では、顕著な差異が認められ、大きな利点がある。すなわち、本発明では、大きな煙道ガス排出の背圧によるエンジンの損傷という従来技術の課題が解決され、船舶のエンジンの保護という観点で有利である。
〈実施例４〉
【００６９】
本実施例では、煙道ガス下分布傘及び煙道ガス上分布傘の底面の円形直径はそれぞれ２．１５ｍ、１．７２ｍである。即ち、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径は煙道ガス下分布傘の４／５である。他の技術的解決策及び製品パラメータは、実施例１と同じである。
【００７０】
本実施例の洗浄塔を用いて、脱硫前後の煙道ガスの炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表９に示す。
【００７１】
2020200015.tif 000011
【００７２】
次に、同じ塔本体直径、高さ及び煙進入条件で、Ｕ字形の洗浄塔を用いて、脱硫前後の煙道ガスの炭素、硫黄含有量及び背圧を測定し、硫黄−炭素比及び燃油硫黄含有量を計算した結果を表１０に示す。
【００７３】
2020200015.tif 000012
【００７４】
表９および表１０を比較することによって、以下のことがわかった。従来のＵ字形の洗浄塔は、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの排出基準０．５％  ｍ／ｍしか満たすことができない。一方、本実施例では、煙道ガス中の燃油硫黄含有量の排出に関する国際海事機関ＩＭＯの最高の放出基準０．１％  ｍ／ｍを満たすことができ、良好な脱硫効果を有する。また、従来のＵ字形の洗浄塔の煙道ガス出口での背圧は７３４〜８１９Ｐａである。一方、本実施例の煙道ガス出口での背圧は３３０〜３４８Ｐａである。
従来の技術と比較して、本発明では、顕著な差異が認められ、大きな利点がある。すなわち、本発明では、大きな煙道ガス排出の背圧によるエンジンの損傷という従来技術の課題が解決され、船舶のエンジンの保護という観点で有利である。
〈実施例５〉
【００７５】
本実施例のストレートスルー型船舶排ガス洗浄塔の動作方法は、以下の具体的なプロセスを含む。
（Ａ）脱硫プロセス
（Ａ）脱硫プロセスでは、船舶の排ガスを真空煙進入スロート部８を通して塔本体内に進入させ、真空煙進入スロート部から出る煙道ガスの一部を、煙道ガス下分布傘７の側端から直接流出して上方に上昇させ、他の部分を、煙道ガス下分布傘を通してから煙道ガス上分布傘６の側端から流出して上方に上昇させ、
予冷装置５により、予備冷却水を下方にスプレーして高温の煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスを上昇させ、各層のスプレー装置を順に通過させ、同時に、スプレー装置により、脱硫液を連続的に下方にスプレーして、煙道ガスと脱硫反応させ、
脱硫反応後の煙道ガスを上昇させ、ミスト除去器３により水蒸気を除去し、塔本体の上端の排気口を通して排出させ、
洗浄塔を長時間作動した後、上部と下部の２つの洗浄装置により、りミスト除去器を定期的に洗浄し、
煙道ガス上分布傘、煙道ガス下分布傘の阻止作用下で、スプレー液及び洗浄水を、ガイド板間の間隔に沿って流出させることにより、上昇する煙道ガスと直接衝突させて水ミストを形成することを回避するとともに、水が真空煙進入スロート部内に流入するのを回避し、
塔本体の底部に落下したスプレー液及び洗浄水を排水板９により集め、次に排水管１１を通して塔外に排出する。
【００７６】
（Ｂ）乾式燃焼プロセス
（Ｂ）乾式燃焼プロセスでは、
真空煙進入スロート部８を通して、低硫黄煙道ガスを塔本体に進入させ、内部構造を通過して大気中に直接排出させ、
高温の煙道ガスにより、塔本体を熱膨脹と冷収縮で縦方向と横方向の両方に変形させ、縦方向の変形のサポート構造により、延びる塔本体及び側方向支持体上の固定ボルトを腰状の孔１７に沿って縦方向に変形させ、同時に、外部に設けられた入水管は塔本体の変形により伸縮継手１５により引っ張られ、塔本体の変形による入水管の破裂を回避し、
横方向の変形のサポート構造において、スプレー装置４、洗浄装置２上の内側環形支管及び外側環形支管はいずれも環形で、引張変形機能を有し、同時に、ストレートスルーパイプ２４の一端が固定され、他端が外筒管１９に可動的に接続され、ストレートスルーパイプ２４の径方向の変形をサポートし、Ｕ字形の係止部１４は、外側環形支管を高さ方向のみに制限（規制）し、幅方向に外側環形支管の径方向の変形をサポートする。
【００７７】
有益な技術的効果は以下のとおりである。
実施例１〜４のテストデータによれば、本発明では良好な脱硫効果及び低背圧という利点を有する。洗浄塔の脱硫効果は、上煙道ガス分布傘と下煙道ガス分布傘の底面の円形直径の比の影響を受ける。具体的には、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘の１／２であるとき、燃油硫黄含有量は０．００７〜０．０１％  ｍ／ｍであり、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘の２／３であるとき、燃油硫黄含有量は０．００５〜０．００６％  ｍ／ｍであり、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘の３／４であるとき、燃油硫黄含有量は０．００６〜０．００７％  ｍ／ｍであり、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘の４／５であるとき、燃油硫黄含有量は約０．００７％  ｍ／ｍであった。即ち、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘の２／３であるとき、燃油硫黄含有量は最も低く、洗浄塔の脱硫効果は最も良い。煙道ガス上分布傘と煙道ガス下分布傘の底面の円形直径の比が２／３よりも大きいか又は小さい場合、燃油硫黄含有量は増加する、即ち洗浄塔の脱硫効果は低下する。従って、煙道ガス上分布傘の底面の円形直径が煙道ガス下分布傘の直径の１／２〜２／３であるとき、本発明の脱硫効果は最も良いと結論付けることができる。この原因は、分布傘に配置された、煙道ガスが上方に移動する経路と洗浄水が下方に流動する経路とを仕切るガイド板構造に関連する可能性があるが、それは更なる実験的実証を必要とする。
【００７８】
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明は上記例に限定されるものではなく、本発明の技術的解決策の範囲内で当業者が行う変更、修正、追加または代用も本発明の保護範囲に含まれる。
【図１】
2020200015.tif 000013
【図２】
2020200015.tif 000014
【図３】
2020200015.tif 000015
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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