(57)【要約】【課題】減温塔への排ガス導入部の構成を簡単な整流構造で整流機能を高め、冷却水噴霧による減温処理を有効にする排ガス処理用減温塔を提供する。【解決手段】塔体の頂部から被処理排ガスを導入して塔内流下中に冷却水の噴霧によって前記排ガスを冷却処理して塔下部から排出するようにした排ガス処理用減温塔１において、塔体頂部の排ガス流入口３に直結して設けられる排ガス受入れチャンバー５の内部には、同心円上に、周囲に環状空間を形成する所要径の上半部６ａと、下端縁６ｃが排ガス受入れチャンバー５の内面との環状隙間３０を他の部分より少なくなるように形成されたテーパ径とされる下半部６ｂと、でなる整流筒６が配置され、この整流筒６の中心軸線に直交するようにして排ガス導入ダクト１０が前記整流筒６の上半部６ａに対向するように排ガス受入れチャンバー５に接続されるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔体の頂部から被処理排ガスを導入して塔内流下中に冷却水の噴霧によって前記排ガスを冷却処理して塔下部から排出するようにした排ガス処理用減温塔において、
塔体頂部の排ガス流入口に直結して設けられる排ガス受入れチャンバー内部には、同心円上に、周囲に環状空間を形成する所要径の上半部と、下端縁が排ガス受入れチャンバーの内面との隙間を他の部分より少なくなるように形成されたテーパ径とされる下半部と、でなる整流筒が配置され、この整流筒の中心軸線に直交するようにして排ガス導入ダクトが前記整流筒の上半部に対向するように排ガス受入れチャンバーに接続されることを特徴とする排ガス処理用減温塔。
【請求項２】
前記排ガス受入れチャンバーは、減温塔本体の直胴部よりも小径で、この排ガス受入れチャンバーが取付く排ガス流入口から前記減温塔本体の直胴部までを下拡がりのテーパ胴部により接続されている請求項１に記載の排ガス処理用減温塔。
【請求項３】
前記排ガス導入ダクトは、排ガス受入れチャンバーに対して、その中心を通る軸線に対し５０°以下の角度で接続される請求項１に記載の排ガス処理用減温塔。
【請求項４】
前記排ガス導入ダクトは、そのガス出口がちょうど前記整流筒の上半部外面に対向する位置となるように排ガス受入れチャンバーに対して接続される請求項１または３に記載の排ガス処理用減温塔。
【請求項５】
排ガス受入れチャンバーと前記整流筒の上端部とは、所要の間隔はなれて配置され、前記排ガス導入ダクトのガス出口から流入するガスがその整流筒の内側に分散流入できるようにされている請求項１に記載の排ガス処理用減温塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみ焼却炉や溶融炉などの排ガスを水噴霧によって減温処理する排ガス処理用減温塔に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ごみ焼却炉や溶融炉などで発生する排ガスは、円筒形状の塔体内部を頂部から塔下部に移動させてこの間に冷却水を噴霧して熱交換させ、ガスを冷却する排ガス減温塔で処理されて、次の工程に送られるようにされている。
【０００３】
この排ガス処理用の減温塔では、都市ごみ焼却炉や溶融炉などから送り込まれる排ガス中に同伴するダストが塔内壁やダクトに付着することによる障害を回避して有効に減温処理する必要がある。しかしながら、減温塔に排ガスを導入して塔内を流下する際、排ガスを導入ダクトによって減温塔の頂部に導く途中でガスの流れが方向変換することにより偏流が生じて冷却水との接触効率が悪いことや、塔内を流下する際に塔内壁との接触で同伴するダストが壁面に付着して障害を発生し易いという問題がある。そのために、塔内での排ガスの流れを整流させる必要がある。
【０００４】
このようなことから、その解決手段として減温塔への排ガス導入部において整流するために塔頂部に排ガス導入口を設け、その導入口に対して排ガス導入ダクトの一部を彎曲構造にすることで整流効果を得ようとするものが特許文献１によって知られている。また、塔頂部の排ガス導入口に、内部に複雑な仕切り構造を設けてなるガス導入構造部を取付けて、このガス導入構造部を介して排ガス導入ダクトを接続する構成のものが特許文献２によって知られている。
【０００５】
このほかに、本発明者らは、図６に示されるように、減温塔１００の塔体１０１の頂部に排ガス導入ダクト１０３と連通する導入筒部１０２を直立させ、この導入筒部１０２の下端から裾広がりのテーパ筒部１０４を介して減温塔１００の塔体１０１頂端に接続し、前記テーパ筒部１０４の内部にテーパ筒型の整流板１０５（整流筒）を配置する構成とすることで導入される排ガスを減温塔１００内に垂直方向に流入させる方式を採用することにより、導入する排ガスを塔体１０１内で整流状態にて流下させ得ることを見出した。図中符号１０７は冷却水の噴霧ノズルである。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５３７２９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１１３９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１によって開示されている先行技術のものでは、理論的には有効であることが認められる。しかしながら、この種の方式では導入ダクトに接続される整流部として曲率中心１８０°以上に彎曲させた大掛かりな導通路を形成して減温塔の頂部に接続しなければならず、処理する排ガス量が多くなると全体的に大きな構造となり設置設備が高価なものになる。また、その構成上設置高さが高くなるので、この減温塔を据え付けるための建屋は背の高いものが必要になり、これに伴う建設費が嵩むという問題点がある。
【０００８】
また、前記特許文献２に開示される装置では、ガス処理塔（減温塔）の頂部に設置されるガス導入構造はその内部で縦横に間仕切りを配した構造的で複雑なものになっているので、導入される排ガスにダストが同伴した場合、そのダストが仕切り部分によって生じる棚状の部分に堆積付着しやすい。また、ダストが堆積した場合、その除去操作に多くの労力を要し不都合であるなどの問題がある。しかも、構造的にこのガス導入構造ではガス処理塔の排ガス導入口に対するガスの出口が片寄る構造になるので、せっかくガス導入構造部で偏流を解消しても、ガス処理塔内では再び偏流が発生し易い構造になるという問題点がある。
【０００９】
一方、前記図６によって示される方式の整流装置では、減温塔１００の塔体１０１内への導入排ガスをその塔上頂部１０６に向かって垂直方向に送り込むことで整流できるが、そのためには導入筒部１０２を長くする必要がある。そのために、この方式を採用すると減温塔全体としての高さが高くなるので、減温塔を設置するための建屋も高くしなければならず、その経済性において問題点がある。
【００１０】
本発明は、これらの問題点を解消するためになされたもので、減温塔への排ガス導入部の構成を簡単な整流構造で整流機能を高め、冷却水噴霧による減温処理を有効にする排ガス処理用減温塔を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の排ガス処理用減温塔は、
塔体の頂部から被処理排ガスを導入して塔内流下中に冷却水の噴霧によって前記排ガスを冷却処理して塔下部から排出するようにした排ガス処理用減温塔において、
塔体頂部の排ガス流入口に直結して設けられる排ガス受入れチャンバー内部には、同心円上に、周囲に環状空間を形成する所要径の上半部と、下端縁が排ガス受入れチャンバーの内面との隙間を他の部分より少なくなるように形成されたテーパ径とされる下半部と、でなる整流筒が配置され、この整流筒の中心軸線に直交するようにして排ガス導入ダクトが前記整流筒の上半部に対向するように排ガス受入れチャンバーに接続されることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１２】
前記発明において、排ガス受入れチャンバーは、減温塔本体の直胴部よりも小径で、この排ガス受入れチャンバーが取付く排ガス流入口から前記減温塔本体の直胴部までを下拡がりのテーパ胴部により接続されているのがよい（第２発明）。
【００１３】
前記発明において、前記排ガス導入ダクトは、排ガス受入れチャンバーに対して、その中心を通る軸線に対し５０°以下の角度で接続されるのがよい（第３発明）。また、前記排ガス導入ダクトは、そのガス出口がちょうど前記整流筒の上半部外面に対向する位置となるように排ガス受入れチャンバーに対して接続されるのがよい（第４発明）。
【００１４】
前記発明において、排ガス受入れチャンバーと前記整流筒の上端部とは所要の間隔はなれて配置され、前記排ガス導入ダクトのガス出口から流入するガスがその整流筒の内側に分散流入できるようにされているのがよい（第５発明）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、減温塔の塔本体内に導入される排ガスを排ガス流入口の手前において流動抵抗を与えて適度な圧力損失を生じさせるに際し、排ガス受入れチャンバー内で整流筒を同心円に配するとともに、その外周下端部で環状の狭隘隙間を形成して塔内へのガス流れを中央部より周囲が速い状態にして全体の流れを塔本体の中心に集まるように流動させてから、塔体内に分散させている。その結果、塔頂部に設けた排ガス流入口から塔内中心部より分散して流入させ、整流状態にすることができ、構造的に簡単にして有効性を高めることができる。
【００１６】
本発明によれば、排ガスの導入整流構造を簡単にしてコンパクトに纏めることができるので、当該整流構造部（排ガス受入れチャンバーと整流筒）でのダストの堆積の発生を防ぐことができ、長期運転を可能にする。また、全体構造を嵩低くでき、整流状態を良好にできるので、水噴霧位置が従来の減温塔に較べて排ガス流入口に近づけて設けられることから、減温塔の高さを低くすることが可能になる。そのために、装置自体はもちろん据付建屋も低くできて設置費用を低減できるという効果を奏する。
【００１７】
また、排ガス受入れチャンバーのガス入口への排ガスの導入ダクトをより鋭角に傾斜させて接続することで、ダストの堆積を防止でき整流構造部の高さ構造を低くするのに有効である。また、整流構造にテーパ筒部を備えた整流筒を内部に設けて、複合筒状にすることで、減温塔の中心部に整流された排ガスが流動下降するようにして、偏流の発生を防止し、かつ流動ガスの分散を図っているので、塔内壁に対するダストなどの付着防止を有効にすることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明による排ガス処理用減温塔の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には本実施形態の排ガス処理用減温塔の全体概要図が、図２には排ガス処理用減温塔の要部を示す模式斜視図が、図３には要部の縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）が、それぞれ示されている。
【００２０】
本実施形態の排ガス処理用減温塔１は、概ね円筒形の塔本体２の上頂部に排ガス流入口３が設けられ、下部には処理済みガス出口４が設けられている。前記排ガス流入口３の上部には内部に整流筒６を配置される排ガス受入れチャンバー５が直結されており、その排ガス受入れチャンバー５に例えば都市ごみ焼却炉で発生する排ガスの導入ダクト１０が接続されるように構成されている。なお、前記塔本体２の上頂部に設けられる排ガス流入口３とその塔本体２の直胴部との間は下拡がりのテーパ胴部２′によって繋がれている。
【００２１】
前記排ガス受入れチャンバー５は、排ガス流入口３の口径に合わせた筒形（この実施形態では塔本体２に対応させて円筒形にされている）で、頂部を天板５ａにて覆われている。この排ガス受入れチャンバー５の内部には、同心円で整流筒６が配置されている。なお、整流筒６は排ガス受入れチャンバー５の内壁面に基端を取付けられた図示されない複数の支持部材によって同軸心上に位置するように設けられる。
【００２２】
前記整流筒６は、上半部６ａを円筒形に形成され、下半部６ｂを下拡がりのテーパ筒形に形成されて一体構造にされている。したがって、この整流筒６の上半部６ａ外周面と排ガス受入れチャンバー５の内周面との間には環状空間部２０が形成される。また、前記下半部６ｂの下端周縁６ｃと排ガス受入れチャンバー５の内壁面との間には排ガスとともに流入するダストが堆積しないで落下し得る環状間隙３０が形成される。なお、その下半部６ｂのテーパ面はダストに対する安息角（例えば軸心に対して２０°程度の傾斜角）が確保できる形状とされている。
【００２３】
また、前記整流筒６の上半部６ａの上縁６ａ′と排ガス受入れチャンバー５の天板部５ａとは、排ガスの導入ダクト１０から流入する排ガスが整流筒６に接して分散されて、その整流筒６の内側に流入できる状態を作る間隙４０が得られるように配置される。
【００２４】
一方、この減温塔１に排ガスを導入するガス入口８は、前記排ガス受入れチャンバー５内の整流筒６の上半部６ａ外周面に対向するように設けられる。このガス入口８に接続される排ガスの導入ダクト１０は、排ガス受入れチャンバー５の軸心線Ｃに対して５０°以下の角度で接続される。排ガスの導入ダクト１０は、こうすることにより、同伴するダストが導入ダクト１０内で付着堆積することなくガスとともに送り込まれる。したがって、ガス入口８へ排ガスの導入ダクト１０の取付傾斜角度は、設置条件において可能であれば、より鋭角にすることが好ましい。なお、前記ガス入口８に対する排ガスの導入ダクト１０の取付角度は５０°を越えて水平状態に近づくとダストの付着堆積現象が発生し易くなり好ましくない。
【００２５】
前述のようにされる排ガス受入れチャンバー５が直結される塔本体２の内部では、前記整流筒６とその排ガス受入れチャンバー５とによって整流された排ガスが、排ガス流入口３から塔本体２内部に流下する上部位置に冷却水の噴霧ノズル１５が配置されている。この噴霧ノズル１５には、塔本体２の外部から冷却水供給管１６によって冷却水が供給され、流下する排ガスに冷却水を噴霧して冷却するようにされている。
【００２６】
このように構成される本実施形態の排ガス処理用減温塔１においては、導入される排ガスが、次のようにして整流され減温される。
【００２７】
排ガスは導入ダクト１０によって減温塔１の塔頂部に設けられた排ガス受入れチャンバー５のガス入口８から内部に送り込まれると、まずそのガス入口８から流出するとその前方に位置する整流筒６の上半部６ａ外周面に衝突してその周面に沿って少なくとも二方に分かれて流動する。それに加えて上下方向に分散するガス流れは、上昇する排ガスが排ガス受入れチャンバー５の天板５ａ部分によって流動方向を変えられて整流筒６の内側に流入する。また、整流筒６の外周面に沿って流動して下降する排ガスの流れは、その整流筒６の下半部６ｂのテーパ面に沿って下部の間隙３０に向かって流動する。
【００２８】
こうして流入する排ガスは、ガス入口８から内部に吐出した途端に概ね整流筒６の外周面に接触して流れの向きを変えられ、次いでその整流筒６と排ガス受入れチャンバー５の内面との間に形成される環状空間部２０を移動することにより流動抵抗を付加されて減速される。そして、環状空間部２０からテーパ面に沿って下降する流れは、整流筒６の下半部６ｂにおける下端縁６ｃに沿った環状間隙３０部分でのオリフィス効果で大きな抵抗が加えられることから、大部分のガス流れは整流筒６の上方に形成される空間部４０側に流動する。この空間部４０に達する排ガスは、当該部分で天板５ａの内面に接触して向きを変え、整流筒６の内側空間部に流動させられる。この整流筒６の内側空間部では、整流筒６の上縁６ａ′の周囲から一斉の内向きに方向変換してガスが流動するので、この入口部で抵抗が与えられ、そのまま減速されてガス流入口３に向かって流下することになる。
【００２９】
一方、整流筒６の外周に沿って下向きに移動するガス流は、下方の環状間隙３０部分で環状空間部２０とガス流入口３側との圧力差により圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されてガス流入口３から塔本体２内に噴出される。したがって、整流筒６の内部から流下する大部分のガス流は、その周囲を環状間隙３０部分から噴出される流速の速いガス流れによって取り囲まれた状態となって流下する。
【００３０】
その結果、環状間隙３０部分と整流筒６の内部とを通じて塔本体２内に流入する排ガスは、いずれも塔本体２の軸心を取り巻く部分、言い換えると塔本体２の内部中心を取り巻く周囲に送り込まれ、偏流を起こすことなく塔本体２内に流入し、テーパ胴部２′を通じて排ガス受入れチャンバー５よりも広い面積の直胴部分に移行するので、急速に速度を落してそのまま分散整流されて塔本体内を流下することになる。
【００３１】
こうして整流状態で塔本体２内に流入した排ガスは、直胴部の上方位置に設けられた噴霧ノズル１５から噴出される噴霧冷却水と接触して熱交換され、冷却されて塔本体２下部のガス出口４から導管によって次の処理工程に送り出されるのである。そして、塔内を排ガスが整流されて流動することにより、冷却水の噴霧水滴は適当時間塔内に滞留して排ガスとの熱交換を良くし、完全蒸発することになる。したがって、塔内壁に付着することがなく、壁面腐食などが発生するのを回避することができるのである。
【００３２】
塔本体２内に流入する排ガスは、前述のようにして整流状態で流入することになるので、当然偏流が生じないから、同伴するダストも塔内壁に付着することが解消される。また、排ガスは整流されて塔内を流動することになるので、噴霧冷却水によって凝集された同伴ダストは、そのまま塔内下部に落下して収集を容易にすることができ、壁面に付着して堆積するのを回避することができる。
【００３３】
ちなみに、本実施形態の排ガス処理用減温塔１について、その被処理排ガスの整流化を検証するために、前述の排ガス受入れチャンバー５と整流筒６を備えたものにより、排ガス受入れチャンバー５から塔本体２内でのガス流れの速度分布を確認した。これを、図４に排ガス処理用減温塔におけるガス流れの速度分布を示す正面図（ａ）とその右側面図（ｂ）によって示している。
【００３４】
この速度分布図によれば、排ガスは排ガス受入れチャンバー５を経て排ガス流入口３から塔本体２内に流入すると、速やかに整流状態になり、塔内を流下していることが確認できる。なお、塔本体２内で上下方向に多段にわたり縞状に現れているのは、それぞれ各位置での速度分布を示している。
【００３５】
また、図５に前記減温塔における冷却水の噴霧による水粒子の軌跡を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）によって、前記実施形態の排ガス処理用減温塔１内での整流状態で流動する排ガスに対する噴霧冷却水の水粒子（図中塔体の軸心線相当部分に現れている実線が水粒子の軌跡である）が、確実に熱交換されて蒸発し、冷却効果を高めることができることを確認できる。つまり、水滴（水粒子）は塔体の中間位置に達するまでに蒸発していることが判り、冷却効果が高いことが示されている。
【００３６】
上述の排ガス処理用減温塔は、円筒形のものについて記載したが、本発明の趣旨に則すれば、円筒形に限定されるものではなく、必要に応じて多角形とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態の排ガス処理用減温塔の全体概要図
【図２】排ガス処理用減温塔の要部を示す模式斜視図
【図３】要部の縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）
【図４】本実施形態の排ガス処理用減温塔におけるガス流れの速度分布を示す正面図（ａ）とその右側面図（ｂ）
【図５】本実施形態の排ガス処理用減温塔における冷却水の噴霧による水粒子の軌跡を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）
【図６】先に検討した排ガス処理用減温塔の整流装置の模式図
【符号の説明】
【００３８】
１    排ガス処理用減温塔
２    塔本体
３    排ガス流入口
５    排ガス受入れチャンバー
６    整流筒
６ａ  整流筒の上半部
６ｂ  整流筒の下半部
８    ガス入口
１０  排ガスの導入ダクト
１５    冷却水の噴霧ノズル
２０    排ガス受入れチャンバー内の環状空間部
３０    排ガス受入れチャンバー内の環状間隙
４０    整流筒上側の空間部
【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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