(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であって、排ガス導入部の形状に関して、
イ）排ガス導入ダクトを設置する高さ位置の減温塔胴部周方向に沿って、複数の開口を設置し、
ロ）該開口部をドーナツ状に覆うように排ガス導入ダクトを設置し、
排ガスを減温塔の半径方向に向けて排ガス導入ダクトへ導入し、減温塔胴部周方向に沿って導き、近接した開口部から互いに衝突させながら減温塔内部に誘導すること、
を特徴とする減温塔。
【請求項２】
排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であって、排ガス導入部の形状に関して、
ハ）排ガス導入ダクトを設置する高さ位置の減温塔胴部周方向に沿って、複数の開口を設置し、
ニ）複数に分岐した排ガス導入ダクトを前記開口部に接続すること、
を特徴とする減温塔。
【請求項３】
請求項１または２において、複数の開口は、排ガスの流れの上流側の方が開口割合が小さくなるように設置することを特徴とする減温塔。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、開口部の平均ガス流速が５ｍ／ｓ以下となるように開口部の全面積を設置することを特徴とする減温塔。
【請求項５】
排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であって、排ガス排出部の形状に関して、
ホ）排ガス排出ダクトを設置する高さ位置の減温塔胴部周方向に沿って、複数の開口を設置し、
へ）該開口部をドーナツ状に覆うように排ガス排出ダクトを設置し、
排ガスを減温塔内部から該開口部を介して排ガス排出ダクトへ排出し、減温塔の半径方向に向けて排出すること、
を特徴とする減温塔。
【請求項６】
排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であって、排ガス導入部が請求項１〜４による排ガス導入部の形状であり、かつ排ガス排出部が請求項５による形状であることを特徴とする減温塔。
【請求項７】
排ガスを水噴霧により冷却するスプレーノズルの設置位置を、前記開口部に対して塔内ガス流れの下流側に設置し、塔断面において水噴霧流の対称性が得られるように、塔胴部周方向にスプレーノズルを複数本設置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の減温塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみ焼却施設、可燃性廃棄物処理施設等の焼却装置などから排出される排ガスを廃水を生じることなく冷却するための減温塔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
焼却炉等から排出される８００℃以上の高温排ガスは、ボイラやエコノマイザ等の熱エネルギー回収手段か、水の蒸発潜熱を利用した水噴射式の冷却塔によって、２５０〜３５０℃程度に減温され、後段の電気集塵機などの集塵機に導入され処理されていた。ところが、ごみ焼却において、近年、猛毒であるダイオキシン類が３００℃付近の温度において生成することが知られるようになり、３００℃付近の集塵処理は敬遠され、２００℃以下でバグフィルターを用いた低温集塵が主流となりつつある。
【０００３】
排ガスを２００℃以下にするためには、ボイラ等により熱回収された２５０〜３５０℃程度の排ガスを、例えば、スプレーノズルを用いた水噴霧によりさらに減温する方法が用いられている。すなわち、ボイラと集塵機の間に減温塔を設置させて、ダイオキシン類の発生の少ない２００℃以下の低温化を実施するケースが増えている。
【０００４】
従来、減温塔は図９または図１０に示すように円筒型胴部の下部に排ガス導入ダクトを設置し、上部に排ガス排出ダクトを設置し、排ガスを冷却するために水噴霧スプレーノズルを排ガス導入ダクト上部に設置していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の形状の減温塔では、噴霧水の蒸発潜熱により排ガスを冷却するための減温領域である本体胴部において、導入する排ガス流れが均一に胴部断面全体に亘って拡散しないために、噴霧水滴の活発かつ効率的な蒸発が行われずに、未蒸発水滴による塔内壁の濡れ面形成、後段のパグフィルターへの未蒸発水滴の流出、濡れダストの生成によりダストの固着、ダスト排出困難等の問題を生じていた。
【０００６】
図７、図８を用いて説明すると、排ガス導入ダクト１２から導入された排ガスは減温塔胴部１１に至る過程で、十分に拡散できずに、排ガス排出ダクト１９に短絡して到達する。すなわち、所定の排ガス滞留時間が得られないために、噴霧水滴の十分な蒸発時間が得られないこと、また排ガス流れが胴部断面において均一でないので、噴霧水滴の蒸発が均一に効果的に行われず、温度分布に偏りが生じること、により噴霧水滴の完全蒸発が得られなくなり、以て上記問題を生じるに至る。
【０００７】
これらの問題は、先に述べたように近年の集塵温度の低温下とともにより顕著に発生した問題である。
本発明は集塵温度の低温下にも対応でき、上記問題の発生しない高性能の減温塔を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
噴霧水滴の効果的な完全蒸発を達成し、以て上記問題点を解決するために、減温塔部におけるガス流れの整流化、均一化を目指し、以下の手段を考案した。
第一に、排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であって、排ガス導入部の形状に関して、
イ）排ガス導入ダクトを設置する高さ位置の減温塔胴部周方向に沿って、複数の開口を設置し、
ロ）該開口部をドーナツ状に覆うように排ガス導入ダクトを設置し、
排ガスを減温塔の半径方向に向けて排ガス導入ダクトへ導入し、減温塔胴部周方向に沿って導き、近接した開口部から互いに衝突させながら減温塔内部に誘導すること、
を特徴とする減温塔である。
【０００９】
このように減温塔の排ガス導入部を構成することにより、排ガスは減温塔胴部周方向に設置された複数の開口から、誘引ファン等のガス吸引作用により塔内へ比較的低流速で導入され、スプレーノズルの噴霧水滴の蒸発により冷却されながら胴部を通過して排ガス排出部より排出される。複数の開口から塔内へ誘導されるので、近接した開口からの排ガス流が互いに衝突して混合されると同時に、複数の開口であるので、排ガス導入速度が低流速となり胴部断面において均一な上向流となる。
【００１０】
すなわち、噴霧水滴の蒸発に関わる減温塔胴部において、排ガス流れが均一であるので、スプレーノズルにより水噴霧を行った際に効果的に噴霧水滴の蒸発がなされる作用が得られる。
【００１１】
第二に、排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であって、排ガス導入部の形状に関して、
ハ）排ガス導入ダクトを設置する位置の減温塔胴部周方向に沿って、複数の開口を設置し、
ニ）複数に分岐した排ガス導入ダクトを前記開口部に接続する、ことを特徴とする減温塔である。
【００１２】
この場合も、複数の開口から排ガスを導入するので第一の発明と同様の作用が得られる。。
第三に、請求項１または請求項２において、複数の開口は排ガス導入ダクトに近い側が開口割合が小さくなるように設置することを特徴とする減温塔である。
【００１３】
このように開口割合を設置すると、排ガス導入部に近い側の開口部からの排ガス排出量が相対的に減少すると同時に、排ガス導入部に遠い側の開口部からの排ガス排出量が相対的に増加する。これは、排ガス導入ダクトに近い側の開口部の方が圧力損失が小さいので、より多くの排ガスが流出しやすいことを考慮し、より均一の量の排ガス導入を行うためである。したがって、排ガス導入部において、第一または第二の発明の作用がより効果的に得られる。
【００１４】
第四に、請求項１〜３のいずれか１つにおいて、開口部の平均ガス流速が５ｍ／ｓ以下となるように開口部の全面積を設置することを特徴とする減温塔である。
【００１５】
このように開口部の全面積を設定し、開口部における平均ガス流速を小さくすると、導入された排ガスが胴部断面において、中心部の流速が極端に速くなることなく、より均一に胴部での排ガス上向流が得られる。５ｍ／ｓ以上とすると、開口部から胴部に導入される排ガスが、塔断面の中心部に集中し、排ガスの上向流が軸中心付近に偏って、均一な排ガス流れが達成されにくくなるので、好ましくない。
【００１６】
第五に、排ガス排出部の形状に関して、請求項１〜４の排ガス導入ダクトが排ガス排出ダクトであることを特徴とする減温塔である。
第一から第四の発明で述べた排ガス導入部の形状をそのまま排ガス排出部の形状として用いても、排ガスが均一になる作用が得られる。
【００１７】
減温塔胴部におけるガスの均一さは排ガス導入部の形状に大きく影響されるが、排ガス排出部の形状がガスの流れを大きく偏らせるものであると、減温塔胴部においてもガス流れの均一さが損なわれることがある。そこで、このように排ガス排出部の形状を設定することにより、排ガスが従来の側面に設置されたーつのダクトによる偏った排ガス排出ではなく、複数の排出口により排ガスを排出するので、均一に排ガスを排出することが可能となる。
【００１８】
また、排ガス排出ダクトを排ガス排出部の側面に設置するので、減温塔を設置する際に、従来の排ガス排出ダクトが塔上部に設置されるような不必要に垂直方向の長さを大きくする必要なく、コンパクトな垂直長さの減温塔が得られる。
【００１９】
第六に、排ガスを廃水を生じることなく水噴霧により冷却する減温塔であつて、排ガス導入部が請求項１〜４による排ガス導入部の形状で、排ガス排出部が請求項５による形状であることを特徴とする減温塔である。
【００２０】
上記、第一から第四で示した排ガス導入部の形状を有し、第六に示した排ガス排出部の形状を同時に有することにより、第一から第六の作用が相乗的に得られる。
【００２１】
第七に、排ガスを水噴霧により冷却するスプレーノズルの設置位置を、請求項１における開口部に対して塔内ガス流れの下流側に設置し、塔断面において水噴霧流の対称性が得られるように、塔胴部周方向にスプレーノズルを複数本設置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の減温塔である。
【００２２】
このように水噴霧のためのスプレーノズルを設置することにより、スプレーノズルの水滴噴霧流が対面の内壁に衝突することなく、すなわち、内壁が水噴霧により濡れ面を形成することなく、胴部断面において対称的な水噴霧流が得られ、水噴霧流の均一性および、塔内の完全蒸発が効果的に得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は、本発明に係わる減温塔の一実施形態を示す図である。
図７、図８は、本発明と比較のため従来の減温塔を示す図である。
ここで、１は減温塔外塔または本体胴部、２は排ガス導入ダクト、５はダスト捕集ホッパ部、６はダスト排出部、７は排ガス導入部における開口部、８は排ガス排出部における開口部、９は排ガス排出ダクト、１０はスプレーノズル、１１は減温塔本体胴部、１２は排ガス導入ダクト、１５はダスト捕集ホッパ部、１６はダスト排出部、１９は排ガス排出ダクトである。
【００２４】
以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施形態を説明する。
焼却炉などから排出されボイラなどにより熱回収されたあとの２００℃以上の排ガスは、減温塔下部に設置される排ガス導入ダクト２を介して、減温塔１に導入され、スプレーノズル１０（但し，簡単化のため図１〜図４においてはスプレーノズルを示していない。図５に記載）による水噴霧の結果、水滴の有する蒸発潜熱により排ガスは冷却されて、減温塔上部に設置される排ガス排出ダクト９から排出される。排出された排ガスは後段に設置される集塵機に導入される。但し、ここで述べた焼却炉、ボイラ、集塵機は図示していない。
【００２５】
減温塔で減温された排ガスの温度は、後段の集塵機の条件やその他運転に係わる条件によって異なるが、例えば、ごみ焼却施設に設置される減温塔の場合は、１５０〜２００℃のダイオキシン類の発生のごく少ない低温度に冷却することが近年、大いに望まれている。減温塔での温度降下、すなわち、入口温度と出口温度の差は、減温塔の大きさやスプレーノズルの噴霧性能にもよるが、通常、３０〜２００℃程度である。
【００２６】
図１に示すのは、排ガス導入ダクト２を設置する位置の減温塔胴部１の周方向に沿って、複数の開口７を設置し、該開口部をドーナツ状に覆うように排ガス導入ダクト２を設置した場合の排ガス導入部の形状である。
【００２７】
排ガス導入ダクト２から導入された排ガスは胴部１の周方向に複数設置された開口部７から、誘引フアン等のガス吸引作用により、塔内へ比較的低流速で導入され、スブレーノズルの噴霧水滴の蒸発により冷却されながら胴部１を通過して排ガス排出部（図示しない）より排出される。
【００２８】
複数の開口から塔内へ誘導されるので、近接した開口からの排ガス流が互いに衝突して混合されると同時に、複数の開口であるので、排ガス導入速度が低流速となり胴部断面において均一な上向流となる。すなわち、噴霧水滴の蒸発に関わる減温塔胴部において、排ガス流れが均一であるので、スプレーノズルにより水噴霧を行った際に効果的に噴霧水滴の蒸発がなされる。
【００２９】
図２に示すのは、排ガス導入ダクト２を設置する位置の減温塔胴部１の周方向に沿って、複数の開口７を設置し、複数に分岐した排ガス導入ダクト２を前記開口部７に接続する排ガス導入部の形状である。
【００３０】
この場合も、図１と同様に複数の開口から排ガスを導入するので第一の発明と同様の作用が得られる。
また、開口部７における平均ガス流速は５ｍ／ｓ以下となるように、開口部の全面積を設定するのが望ましい。このように開口部における平均ガス流速を小さくすると、導入された排ガスが胴部断面において、中心部の流速が極端に速くなることなく、より均一に胴部での排ガス上向流が得られる。５ｍ／ｓ以上とすると、開口部から胴部に導入される排ガスが、塔断面の中心部に集中し、排ガスの上向流が軸中心付近に偏って、均一な排ガス流れが達成されにくくなるので、好ましくない。
【００３１】
さらに、排ガス導入部の開口部７を図３に示すように、排ガス導入口に近い側の開口割合が小さくなるように設置してもよい。このように設置すると、排ガス導入部に近い側の開口部からの排ガス導入量が相対的に減少すると同時に、排ガス導入部に遠い側の開口部からの排ガス導入量が相対的に増加する。
【００３２】
これは、排ガス導入ダクトに近い側の開口部の方が圧力損失が小さいので、より多くの排ガスが流出しやすいことを考慮し、より均一の量の排ガス排出を行うためである。したがって、排ガス導入部において、図１または図２で示した効果がより確実に得られる。
【００３３】
図４に示すのは、本発明の排ガス導入部の形状を、排ガス排出部に用いた場合を示す図である。排ガス導入部の形状を排ガス排出部に用いても、同等にガス流れが均一になる効果が得られる。また、開口割合を排ガス排出口に近い側を小さくしてもよい。
【００３４】
さらに、図５に示すように排ガス導入部の形状と排ガス排出部の形状を、同時に組み合わせて用いてもよく、すでに述べた効果がより顕著に得られることは言うまでもない。
【００３５】
次に、水噴霧のためのスプレーノズル１０は、排ガス導入部の二重塔部分より上部に設置し、塔断面において水噴霧流の対称性が得られるように、塔胴部周方向に複数本設置することが望ましい。
【００３６】
図６に示すのは図５Ｂにおける断面図で、スプレーノズルを、水噴霧流の対称性が得られるように配置させた実施例である。図６（ａ）は同一断面に等間隔に４本設置した場合、図６（ｂ）は等間隔に３本設置した場合、図６（ｃ）は等間隔ではないが、対面方向にノズルを２組、合計４本設置した場合をそれぞれ示す図である。何れの場合も、水噴霧流の対称性が得られることは明らかである。
【００３７】
このように水噴霧のためのスプレーノズルを設置することにより、スプレーノズルの水滴噴霧流が対面の内壁に衝突することなく、すなわち、内壁が水噴霧により濡れ面を形成することなく、胴部断面１こおいて対称的な水噴霧流が得られ、水噴霧流の均一性および、塔内の完全蒸発が効果的に得られる。
【００３８】
図６では、スプレーノズルを同一断面に複数本設置したが、もちろん、設置断面を二段以上にしてもよい。
スプレーノズル１０は、運転条件によっても異なるが、例えば、２００℃以下に冷却するような低温用の減温塔の場合は、より微細な噴霧水滴が得られる水と空気を用いる二流体ノズルを採用するのが好ましいが特に限定しない。また、噴霧水として、消石灰スラリ等のアルカリ性吸収液を用いて、排ガス中の酸性成分を除去してもよく、水の潜熱を用いて排ガスを冷却できるものであればいかなる様式でもよい。
【００３９】
スプレーノズル１０を減温塔に設置する場合の取り付け方法として、例えば、内壁から数１Ｏｃｍ突き出してもよいし、そうでなくともよい。ノズルの耐久性を確保するために、ノズルの外周に保護管を取り付けてもよいし、ノズルと保護管の間にパージエアー等を用いてもよい。また、ノズルを断面に対して仰角を持たせて設置するか、ノズル先端部をガス流れ方向に屈曲させてもよい。何れの場合においても、本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【００４０】
本発明は、説明の便宜上、排ガスが減温塔下部から導入され、上部から排出される場合について述べたが、もちろん、減温塔上部より排ガスを導入し、下部から排出する場合（図５の黒太矢印）にも適用できることは明らかで同等の効果がある。
【００４１】
「実施例」
本発明をごみ焼却場に付設する減温塔に実施して得られた試験結果を従来の比較例とともに図９、図１０に示す。
【００４２】
図９は、本発明を実施した場合の試験結果を示す図である。
図１０は、本発明を実施しない場合の試験結果の従来の比較例を示す図である。但し、２０は堆積ダストである。
【００４３】
実施例は、図１に示す排ガス導入部の形状を排ガス排出部にも採用した図５に示す減温塔である。開口部の全面積は開口部の平均排ガス流速が４ｍ／ｓとなるように設定した。
【００４４】
比較例は、図７に示す形状の減温塔とした。
共通の条件として、減温塔の外形は同一寸法とし、排ガス処理量４００００Ｎｍ３  ／ｈ、減温塔排ガス滞留時間４秒（容積と排ガス量で算定される）、減温塔入口排ガス温度約２００℃、出口排ガス温度（水噴霧量を調整して一定とする）１５０℃とした。スプレーノズルは４本同一断面に等間隔に設置し、二流体ノズルを用いた。
【００４５】
試験内容は、まず、水噴霧を行う前に塔内の断面におけるガス流速分布を測定し、次に水霧運転を連続一ケ月行い、一ヶ月後の塔内のダストの堆積状況を確認した。
【００４６】
この結果、水噴霧前のガス速度分布は、従来の比較例では、排ガス導入ダクトから排出ダクトにかけてガス流れが短絡して分散しないので、流速分布が極端に偏った結果が得られたが、本発明の実施例ではほぼ均一な流速分布が得られた。
【００４７】
次に、一ヶ月後の塔内ダスト堆積を観察すると、比較例では、塔内壁の広範囲に亘って噴霧水滴の不完全蒸発による湿りダストが１０ｃｍ以上の厚みで堆積し、一部は排ガス検熱により固着していたのに対し、本発明の実施例は、塔内のダストの堆積は見られず、内壁にうっすらとダストが付着している程度であった。
【００４８】
ダストの堆積は、未蒸発水滴が塔壁に付着したり、ダストの凝集効果を促進させるために発生するので、水滴が完全蒸発し、以て安定した運転がなされたかどうかの判断指標となる。
【００４９】
すなわち、本発明の減温塔は、塔内で均一な排ガス流れが得られ、１５０℃と低温であっても効果的に噴霧水滴を蒸発させ、もって不完全蒸発によるダスト堆積等の問題の生じない優れた減温塔であることが確認できた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の減温塔を用いれば、排ガス導入部で排ガスが効果的に整流され、胴部において、均一なガス流れが得られので、ダイオキシン類の発生のごく少ない１５０℃程度の低温であっても、スブレーノズルによる噴霧水滴を効果的に蒸発させ、以て不完全蒸発による塔内のダスト堆積等の問題の生じない優れた排ガス冷却が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる減温塔の排ガス導入部形状の実施形態の一例を示す図。
【図２】本発明に係わる減温塔の排ガス導入部形状の実施形態のたの例を示す図。
【図３】本発明に係わる減温塔の排ガス導入部形状の実施形態の他の例を示す図。
【図４】本発明に係わる減温塔の排ガス排出部形状の実施形態の一例を示す図。
【図５】本発明に係わる減温塔の実施形態の一例を示す図。
【図６】本発明に係わる減温塔のスプレーノズル設置の実施形態の一例を示す図。
【図７】従来の減温塔の一例を示す図。
【図８】従来の減温塔の他の例を示す図。
【図９】本発明に係わる減温塔の運転結果を示す図。
【図１０】従来の減温塔の運転結果を示す図。
【符号の説明】
１…減温塔外塔または本体胴部、２…排ガス導入ダク卜、５…ダスト捕集ホッパ部、６…ダスト排出部、７…排ガス導入部における開口部、８…排ガス排出部における開口部、９…ドーナツ型の排ガス排出ダクト、１０…スプレーノズル、１１…減温塔本体胴部、１２…排ガス導入ダクト、１５…ダスト捕集ホッパ部、１６…ダスト排出部、１９…排ガス排出ダクト、２０…堆積ダスト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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