(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス発生源と集塵装置との間に配設された排気ダクト内に複数の噴霧ノズルにより水を噴霧して、前記排気ダクト内を通流する排ガスの温度を低下させる減温装置を備えた排気ダクト構造であって、
前記複数の噴霧ノズルが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、
前記排気ダクト内の温度を検出する複数のノズル用温度センサが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、
前記複数のノズル用温度センサの夫々が、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの夫々の直下流側に配設され、
前記複数のノズル用温度センサにより検出された各温度から前記排気ダクトの周方向における前記複数の噴霧ノズルの各設置箇所の温度分布を導出し、当該温度分布に基づいて、前記複数の噴霧ノズルの各噴霧量を調整する制御部を備えた排気ダクト構造。
【請求項２】
前記制御部が、前記複数の噴霧ノズルのうち前記温度分布において相対的に低い温度が検出された各設置箇所に対応する噴霧ノズルの噴霧量を相対的に減少させる形態で、前記複数の噴霧ノズルの各噴霧量を調整する請求項１に記載の排気ダクト構造。
【請求項３】
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの上流側に、前記排ガスを前記排気ダクトの周方向に旋回させる第１旋回部を備えた請求項１または２に記載の排気ダクト構造。
【請求項４】
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズル及び前記複数のノズル用温度センサの下流側に、前記排ガスを攪拌する攪拌部を備えるとともに、前記攪拌部の下流側に、前記攪拌部の下流側の温度を検出する攪拌部用温度センサを備え、
前記制御部が、前記攪拌部用温度センサにより検出された温度に基づいて、前記複数の噴霧ノズルから噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量を調整する請求項１から３の何れか一項に記載の排気ダクト構造。
【請求項５】
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの上流側に、前記排ガスを前記排気ダクトの周方向に旋回させる第１旋回部を備え、
前記攪拌部が、前記第１旋回部により旋回させられた前記排ガスを、当該排ガスの旋回方向とは逆の旋回方向に回転させる第２旋回部を備えた請求項４に記載の排気ダクト構造。
【請求項６】
排ガス発生源と集塵装置との間に配設された排気ダクト内に複数の噴霧ノズルにより水を噴霧して、前記排気ダクト内を通流する排ガスの温度を低下させる減温装置を備えた排気ダクト構造であって、
前記複数の噴霧ノズルが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、
前記排気ダクト内の温度を検出する複数のノズル用温度センサが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、
前記複数のノズル用温度センサにより検出された各温度から前記排気ダクトの周方向における前記複数の噴霧ノズルの各設置箇所の温度分布を導出し、当該温度分布に基づいて、前記複数の噴霧ノズルの各噴霧量を調整する制御部を備え、
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズル及び前記複数のノズル用温度センサの下流側に、前記排ガスを攪拌する攪拌部を備えるとともに、前記攪拌部の下流側に、前記攪拌部の下流側の温度を検出する攪拌部用温度センサを備え、
前記制御部が、前記攪拌部用温度センサにより検出された温度に基づいて、前記複数の噴霧ノズルから噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量を調整し、
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの上流側に、前記排ガスを前記排気ダクトの周方向に旋回させる第１旋回部を備え、
前記攪拌部が、前記第１旋回部により旋回させられた前記排ガスを、当該排ガスの旋回方向とは逆の旋回方向に回転させる第２旋回部を備えた排気ダクト構造。
【請求項７】
前記排気ダクトが、主として水平方向に沿う横向き排気ダクトで構成される請求項１から６の何れか一項に記載の排気ダクト構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス発生源と集塵装置との間に配設された排気ダクト内に複数の噴霧ノズルにより水を噴霧して、排気ダクト内を通流する排ガスの温度を低下させる減温装置を備えた排気ダクト構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる減温装置は、製鋼プラント、ゴミ焼却炉等の排ガス発生源から集塵装置へと通流する高温の排ガスを、集塵装置において集塵処理するのに適した温度にまで適切に冷却する装置である。
例えば、かかる減温装置として、製鋼プラントの転炉（排ガス発生源の一例）から電気集塵装置（集塵装置の一例）に通流する高温の排ガスに、複数のスプレーノズル（複数の噴霧ノズルの一例）により水を噴霧し、蒸発潜熱により排ガスを冷却する冷却塔が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような水を噴霧して冷却する冷却塔では、噴霧された水は冷却塔内で完全に蒸発すること、及び、冷却塔内の温度が酸露点以下とならないことが必要とされる。
仮に、蒸発が完了しておらず排ガス内に水滴が存在すると、冷却塔から電気集塵装置へ至る排気ダクトの内壁面や電気集塵装置の内部機構を濡らしてしまい、当該濡れた箇所にダスト等が付着・堆積して集塵性能が低下する虞がある。また、酸露点以下となると、排ガス中に含まれる硫黄分が燃焼・酸化して生成された酸化物（ＳＯ3）が、蒸発が完了せずに排ガス中に存在する水滴と反応し硫酸蒸気（Ｈ2ＳＯ4）となり、当該硫酸蒸気が付着した箇所が酸化腐食する虞がある。
【０００４】
そのため、特許文献１に開示の冷却塔では、冷却塔内部の上側部位において、排ガス排出管と、この排ガス排出管の外周側に位置する内環旋回羽根と、この内環旋回羽根よりも傾き角が大きく且つ内環旋回羽根の外周側に位置する外環旋回羽根と、内環旋回羽根及び外環旋回羽根の上部に形成された排ガス導入空間と、を備え、噴霧ノズルからの水を、内環旋回羽根の下流側に噴霧する構成とされている。
これにより、冷却塔内の排ガス導入空間に導入された排ガスは外環旋回羽根及び内環旋回羽根により二分されて、外環旋回羽根による外側旋回流と内環旋回羽根による内側旋回流との下降流を形成するとともに、それぞれの下降流が合流して中心側に上昇流を形成し、排ガス排出管を介して下流側に排出されるように構成されている。すなわち、噴霧された水を含まず且つ高温の外側旋回流を冷却塔の内壁面近傍に通流させ、噴霧された水を含み且つ冷却されて低温の内側旋回流を冷却塔の内壁面近傍に通流させないようにして、内壁面への水滴の付着を防止するとともに、内壁面近傍の温度が酸露点以下に低下することを防止して、集塵性能の低下及び酸化腐食の防止を図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２３７２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、転炉等の製鋼プラントの炉から発生する排ガスは、時間の変化に伴って、その流量や温度が大きく変化するとともに、時間的にほぼ同時に排気ダクトを通流し冷却塔内に導入された場合であっても、転炉等から冷却塔に至る排気ダクトの配管構造に応じて、排気ダクト内及び冷却塔内における排ガスの流量分布や温度分布は大きく変化するものとなる場合がある。
このような流量や温度の変化（偏流）が発生すると、噴霧ノズルから噴霧された水により、排ガスが十分に冷却されない未冷却箇所や冷却され過ぎる過冷却箇所が部分的に発生する可能性がある。このような未冷却箇所が部分的に発生すると、電気集塵装置の集塵処理に支障をきたす虞があり、また、過冷却箇所が部分的に発生すると、当該過冷却箇所を通流する排ガス中に含まれる硫酸蒸気が酸露点以下となって硫酸の液滴が発生し、冷却塔や排気ダクトの内壁面が部分的に酸化腐食する虞がある。
【０００７】
この点、特許文献１に開示の冷却塔では、噴霧ノズルによる水の噴霧は、内環旋回羽根の下流側のみであるため、冷却塔の内周側はある程度冷却できるものの、外周側は高温のままとなる可能性があり、電気集塵装置に到達する排ガスの温度を所望の温度にまで冷却することができない虞がある。一方で、外周側まで所望の温度にまで確実に冷却するために、噴霧ノズルからの水の噴霧量を増加させると、冷却塔内で蒸発が完了せず水滴を含む排ガスが下流側に通流したり、排ガスが部分的に過冷却され酸露点以下となる虞がある。
【０００８】
また、冷却塔を設置する場合には、転炉等と電気集塵装置との間の排気ダクトに、比較的大きな設置空間が必要であり、しかも、冷却塔内で噴霧された水の確実な蒸発を行うために、冷却塔内において排ガスの通流経路を長く確保しようとすると、より大きな設置空間が必要となる。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、合理的な構成で省スペース化を図りながら、噴霧された水を確実且つ効率よく蒸発させて腐食を良好に防止できる排気ダクト構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る排気ダクト構造は、排ガス発生源と集塵装置との間に配設された排気ダクト内に複数の噴霧ノズルにより水を噴霧して、前記排気ダクト内を通流する排ガスの温度を低下させる減温装置を備えた排気ダクト構造であって、その特徴構成は、
前記複数の噴霧ノズルが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、前記排気ダクト内の温度を検出する複数のノズル用温度センサが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、前記複数のノズル用温度センサの夫々が、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの夫々の直下流側に配設され、前記複数のノズル用温度センサにより検出された各温度から前記排気ダクトの周方向における前記複数の噴霧ノズルの各設置箇所の温度分布を導出し、当該温度分布に基づいて、前記複数の噴霧ノズルの各噴霧量を調整する制御部を備えた点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、制御部が、周方向に複数配設されたノズル用温度センサにより検出された複数の噴霧ノズルの各設置箇所の周方向における温度分布を導出し、当該温度分布に基づいて、各噴霧ノズルの噴霧量を調整するので、各噴霧ノズルの噴霧量を、各噴霧ノズルの設置箇所付近の排ガスの温度に正確に対応した噴霧量に適切に調整したうえで、周方向に複数配設された噴霧ノズルから排気ダクト内の排ガスに水を噴霧することができる。すなわち、配管構造等の影響により排気ダクト内で周方向における流量分布や温度分布が生じている場合でも、それら流量や温度の分布を周方向における排ガスの温度分布として導出し、各噴霧ノズルから適時必要十分な量の水を噴霧することができる。また、排気ダクト内を通流する排ガスの流量や温度が時間的に変化した場合でも、それら流量や温度の変化を周方向における排ガスの温度分布の時間的変化として導出し、各噴霧ノズルから適時必要十分な量の水を噴霧することができる。
従って、排ガスが、排気ダクト内を流量や温度の種々異なる状態で通流して噴霧ノズル近傍に到達する場合であっても、当該排ガスは、各噴霧ノズルからそれぞれ噴霧された水により、排気ダクトの通流方向及び周方向において、均一且つ適切な温度にまで確実に冷却され且つ過冷却も確実に防止されることとなる。
【００１２】
加えて、冷却塔等の大型の設備を必要とせず、従来の排気ダクトに、複数の噴霧ノズルと複数のノズル用温度センサと制御部とを配設するのみの簡便な減温装置を備えた排気ダクト構造を設けるだけの合理的な構成であり、省スペース化を図ることができる。
【００１３】
よって、合理的な構成で省スペース化を図りながら、噴霧された水を確実且つ効率よく蒸発させて腐食を良好に防止できる排気ダクト構造を提供することができた。
【００１４】
加えて、複数のノズル用温度センサの夫々が排ガスの通流方向における複数の噴霧ノズルの夫々の直下流側に配設されているので、各噴霧ノズルから噴霧された水により冷却された排ガスの各温度を各ノズル用温度センサにより直接的に検出して、当該検出された各温度から温度分布を正確に導出して、当該温度分布に基づいて各噴霧ノズルの噴霧量を適切に調整することができる。噴霧された水により冷却された排ガスの温度は、対応する噴霧ノズルから噴霧された水の噴霧量が適切であるか否か、すなわち、噴霧量が少な過ぎて排ガスを十分に冷却できていないことや噴霧量が多過ぎて排ガスが過冷却となっていることを如実に示す指標として用いることができ、この指標を用いることで、各噴霧ノズルの噴霧量を、より適切な噴霧量に調整することができる。
なお、各噴霧ノズルの直下流側とは、排ガスの通流方向に沿って各噴霧ノズルの配設箇所の下流側位置から排気ダクトの内径（直径）程度離間した位置までの範囲をいい、各噴霧ノズルから噴霧された水により冷却された排ガスの温度を適切に検出できる領域である。
【００１５】
本発明に係る排気ダクト構造の更なる特徴構成は、前記制御部が、前記複数の噴霧ノズルのうち前記温度分布において相対的に低い温度が検出された各設置箇所に対応する噴霧ノズルの噴霧量を相対的に減少させる形態で、前記複数の噴霧ノズルの各噴霧量を調整する点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、制御部が、複数のノズル用温度センサにより検出された各温度の周方向における温度分布において、相対的に低い温度が検出された設置箇所に対応する噴霧ノズルの噴霧量を相対的に減少させる形態で各噴霧量を調整する制御を行うので、噴霧量が多過ぎることが原因で温度が相対的に低下した可能性のある排ガスに対して、噴霧量を相対的に減少させることができる。これにより、排気ダクト内の周方向において排ガスの温度が部分的に低下し過冷却することを良好に防止でき、排ガスが部分的に酸露点以下となることを良好に防止することができる。なお、噴霧ノズルの噴霧量を相対的に減少させる際には、相対的に低い温度が検出される前の当該噴霧ノズルの噴霧量と比較して相対的に噴霧量を減少させたり、検出された温度に対応して予め設定された噴霧量となるように噴霧ノズルの噴霧量を相対的に減少させる構成としてもよい。
【００１７】
また、噴霧量が多過ぎることが原因で温度が相対的に低下した可能性のある排ガスに対して噴霧量を相対的に減少させるに当たり、噴霧量が少な過ぎることが原因で温度が相対的に上昇した可能性のある排ガスに対して噴霧量を相対的に増加させることができる。これにより、排気ダクト内の周方向において排ガスの温度が部分的に上昇し冷却が十分に行われないことを良好に防止でき、排ガスの温度を集塵装置での集塵処理に適した所定の温度以下で且つ酸露点を越える温度の範囲内に確実に維持することができる。なお、噴霧ノズルの噴霧量を相対的に増加させる際には、相対的に高い温度が検出される前の当該噴霧
ノズルの噴霧量と比較して相対的に噴霧量を増加させたり、検出された温度に対応して予め設定された噴霧量となるように噴霧ノズルの噴霧量を相対的に増加させる構成としてもよい。
【００１８】
本発明に係る排気ダクト構造の更なる特徴構成は、前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの上流側に、前記排ガスを前記排気ダクトの周方向に旋回させる第１旋回部を備えた点にある。
【００１９】
上記特徴構成によれば、排気ダクト内において複数の噴霧ノズルの上流側に設けられた第１旋回部により、排ガスが排気ダクトの周方向に旋回させられた状態で、噴霧ノズルを介して上流側から下流側に通流することとなる。これにより、排ガスの流量や温度が時間的に変化したり、配管構造等の影響により排気ダクト内で周方向における流量分布や温度分布が生じている場合でも、噴霧ノズルの上流側において第１旋回部の旋回により当該排ガスの変化や分布を低減させてから、噴霧ノズル近傍を通過させることができる。また、噴霧ノズルの下流側では、噴霧ノズルから噴霧された水が含まれる排ガスが、第１旋回部により旋回させられた状態で通流することとなり、当該水を蒸発させるための蒸発距離を増加させることができ、結果として、排気ダクト長を短くすることができる。
よって、複数の噴霧ノズルから噴霧する噴霧量の調整幅を小さくすることができ、より噴霧量の調整が確実且つ容易となり、また、噴霧した水を確実に蒸発させることができながら、省スペース化を図ることができる。
【００２０】
本発明に係る排気ダクト構造の更なる特徴構成は、前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズル及び前記複数のノズル用温度センサの下流側に、前記排ガスを攪拌する攪拌部を備えるとともに、前記攪拌部の下流側に、前記攪拌部の下流側の温度を検出する攪拌部用温度センサを備え、前記制御部が、前記攪拌部用温度センサにより検出された温度に基づいて、前記複数の噴霧ノズルから噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量を調整する点にある。
【００２１】
上記特徴構成によれば、排気ダクト内において、排ガスの通流方向における複数の噴霧ノズル及び複数のノズル用温度センサの下流側に、排ガスを攪拌する攪拌部を備えるので、噴霧ノズルから噴霧された水により周方向において部分的に冷却された排ガスは、周方向で均一な温度分布となるように攪拌部にて攪拌される。これにより、噴霧ノズル及びノズル用温度センサの下流側の排ガスを、周方向で比較的温度分布の少ない状態とすることができる。
一方で、制御部が、攪拌部の下流側の温度を検出する攪拌部用温度センサにより検出された温度に基づいて、複数の噴霧ノズルから噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量を調整するので、攪拌部により攪拌されて周方向での温度分布が少ない状態となった排ガスの温度を用いて総噴霧量を調整でき、より正確且つ必要十分な総噴霧量とすることができる。
よって、複数の噴霧ノズルの総噴霧量は、攪拌部の下流側の攪拌部用温度センサからの検出温度に基づいて調整し、各噴霧ノズルの噴霧量は、各噴霧ノズルの設置箇所の温度を検出するノズル用温度センサからの各温度から導出した温度分布に基づいて調整することができ、噴霧ノズルの下流側の排ガスの温度及び攪拌部の下流側の排ガスの温度を、集塵装置での集塵処理に適した所定の温度以下で且つ酸露点を越える温度の範囲内に確実に維持することができる。
【００２２】
本発明に係る排気ダクト構造の更なる特徴構成は、前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの上流側に、前記排ガスを前記排気ダクトの周方向に旋回させる第１旋回部を備え、前記攪拌部が、前記第１旋回部により旋回させられた前記排ガスを、当該排ガスの旋回方向とは逆の旋回方向に回転させる第２旋回部を
備えた点にある。
【００２３】
また上記目的を達成するための本発明に係る排気ダクト構造は、排ガス発生源と集塵装置との間に配設された排気ダクト内に複数の噴霧ノズルにより水を噴霧して、前記排気ダクト内を通流する排ガスの温度を低下させる減温装置を備えた排気ダクト構造であって、その特徴構成は、
前記複数の噴霧ノズルが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、前記排気ダクト内の温度を検出する複数のノズル用温度センサが、前記排気ダクト内において、前記排気ダクトの周方向に沿って配設され、前記複数のノズル用温度センサにより検出された各温度から前記排気ダクトの周方向における前記複数の噴霧ノズルの各設置箇所の温度分布を導出し、当該温度分布に基づいて、前記複数の噴霧ノズルの各噴霧量を調整する制御部を備え、
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズル及び前記複数のノズル用温度センサの下流側に、前記排ガスを攪拌する攪拌部を備えるとともに、前記攪拌部の下流側に、前記攪拌部の下流側の温度を検出する攪拌部用温度センサを備え、前記制御部が、前記攪拌部用温度センサにより検出された温度に基づいて、前記複数の噴霧ノズルから噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量を調整し、
前記排気ダクト内において、前記排ガスの通流方向における前記複数の噴霧ノズルの上流側に、前記排ガスを前記排気ダクトの周方向に旋回させる第１旋回部を備え、前記攪拌部が、前記第１旋回部により旋回させられた前記排ガスを、当該排ガスの旋回方向とは逆の旋回方向に回転させる第２旋回部を備えた点にある。
【００２４】
上記特徴構成によれば、排気ダクト内において複数の噴霧ノズルの上流側に設けられた第１旋回部により、排ガスが排気ダクトの周方向に旋回させられた状態で、噴霧ノズルを介して上流側から下流側に通流することとなる。これにより、排ガスの流量や温度が時間的に変化したり、配管構造等の影響により排気ダクト内で周方向における流量分布や温度分布が生じている場合でも、噴霧ノズルの上流側において第１旋回羽根による旋回により当該排ガスの変化や分布を低減させてから、噴霧ノズル近傍を通過させることができる。また、噴霧ノズルの下流側では、噴霧ノズルから噴霧された水が含まれる排ガスが、第１旋回羽根により旋回させられた状態で通流することとなり、当該水を蒸発させるための蒸発距離を増加させることができる。
また、攪拌部が、第１旋回部により旋回させられた排ガスを、当該排ガスの旋回方向とは逆の旋回方向に回転させる第２旋回部を備えるので、仮に、第２旋回部に流入する前の排ガスに周方向の温度分布が形成されている場合でも、第２旋回部により第１旋回部の旋回方向とは逆の旋回方向に旋回させて拡散させ、温度分布を良好に混合して、第２旋回部の下流側を周方向に温度分布のより少ない状態とすることができる。これにより、より排ガスの温度を正確に反映した第２旋回部の下流側の温度を攪拌部用温度センサで検出することができ、当該温度に基づいてより正確且つ必要十分な総噴霧量の調整を行うことができる。
【００２５】
本発明に係る排気ダクト構造の更なる特徴構成は、前記排気ダクトが、主として水平方向に沿う横向き排気ダクトで構成される点にある。
【００２６】
上記特徴構成によれば、排気ダクトが、主として水平方向に沿う横向き排気ダクトで構成されるので、主として鉛直方向に沿う縦向き排気ダクトで構成される排気ダクト構造と比較して、土台となる基礎部分を簡素化することができるとともに、減温装置を備えた排気ダクト構造を設けた場合でも当該減温装置の上流側のレイアウトを変更する必要がないため、構成の簡素化及び設置コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る減温装置を備えた排気ダクト構造を示す概略全体断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図
【図３】（ａ）実施例に係る排気ダクト構造の温度分布を示すシミュレーション図、（ｂ）比較例に係る排気ダクト構造の温度分布を示すシミュレーション図
【図４】（ａ）実施例に係る排気ダクトの出口の温度分布を示すシミュレーション図、（ｂ）比較例に係る排気ダクトの出口の温度分布を示すシミュレーション図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る減温装置を備えた排気ダクト構造について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、製鋼プラントのコークス炉１（排ガス発生源の一例）とバグフィルタ式集塵装置２（集塵装置の一例）との間には、コークス炉１から発生した高温の排ガスＧが通流する排気ダクト３が接続されている。この排気ダクト３には、排気ダクト３内に複数の噴霧ノズル４により水Ｗを噴霧して、排気ダクト３内を通流する排ガスＧの温度を低下させる減温装置５を備えた排気ダクトユニットＸ（排気ダクト構造の一例）が設けられている。
【００２９】
コークス炉１は、高温（例えば、２５０〜７００℃程度）で、少なくとも硫黄分（ＳＯXやＳＯ3）及び塵埃を含んだ排ガスＧを排出し、当該排ガスＧは、排気ダクト３を介してバグフィルタ式集塵装置２に供給される。また、このコークス炉１から排気ダクト３に供給される排ガスＧは、通常、その流量や温度が時間的に変化したり、配管構造等の影響により排気ダクト３内で排気ダクト３の周方向における流量分布や温度分布が大きくなる傾向にある。
【００３０】
バグフィルタ式集塵装置２は、排気ダクト３において適宜処理された排ガスＧを導入し、その排ガスＧ中の塵埃を、ケーシング（図示せず）内に設けられた不織布等からなる袋状のバグフィルタ（図示せず）により集塵して、塵埃を取り除いた状態の排ガスＧを排出するように構成されている。なお、バグフィルタ式集塵装置２から排出された排ガスＧは、その後、煙突（図示せず）から外部空間に排出される。
【００３１】
排気ダクト３は、中空円筒状の金属管で構成され、コークス炉１の排気側及びバグフィルタ式集塵装置２の吸気側に接続されている。
本実施形態では、排気ダクト３は、主として水平方向（地面）に沿う横向き排気ダクトで構成されている。従って、主として鉛直方向に沿う縦向き排気ダクトで構成される排気ダクト構造と比較して、土台となる基礎部分を簡素化することができるとともに、減温装置５を備えた排気ダクトユニットＸを設けた場合でも当該減温装置５の上流側のレイアウトを変更する必要がないため、構成の簡素化及び設置コストの低減を図ることが可能となっている。なお、図示しないが、排気ダクト３は、コークス炉１からバグフィルタ式集塵装置２に至るまでに、適宜箇所で必要に応じて屈曲した状態で配置されている。
【００３２】
コークス炉１とバグフィルタ式集塵装置２との間の排気ダクト３には、排気ダクト３内を通流する排ガスＧを、バグフィルタ式集塵装置２において集塵処理するのに適した温度（例えば、２００℃以下程度）にまで適切に冷却する減温装置５を備えた排気ダクトユニットＸが、複数のボルト６・ナット７等の締結手段により脱着自在にフランジ接合されている。
【００３３】
排気ダクトユニットＸは、中空円筒状の金属管で構成され、内径及び外径が排気ダクト３と略同様となるように形成されており、排気ダクトユニットＸの両端には、排気ダクト３に形成された一対の連結フランジ（図示せず）に対してボルト６・ナット７によりフランジ接合される連結フランジ（図示せず）がそれぞれ形成されている。なお、排気ダクトユニットＸを構成する金属管は、上記排気ダクト３の金属管と同様の構成であるので、以下では、これらを区別せずに排気ダクト３の一部を構成するものとして説明する。
【００３４】
排気ダクトユニットＸは、減温装置５を備え、この減温装置５は、各機器の作動を制御する制御部８を備えるとともに、排ガスＧの通流方向において上流側から下流側に向かう順に、第１旋回羽根９（第１旋回部の一例）と、複数の噴霧ノズル４と、複数のノズル用温度センサ１０と、第２旋回羽根１１（攪拌部及び第２旋回部の一例）と、第３旋回羽根１２（第３旋回部の一例）と、攪拌部用温度センサ１３とを備えている。
【００３５】
第１旋回羽根９は、排気ダクト３内において、排ガスＧの通流方向において最も上流側（コークス炉１側）に配設されている。第１旋回羽根９は、長方形状からなる一対の板部材からなり、排ガスＧの通流方向に対して相互に逆方向に４５度ずつ傾斜した傾斜状態で、排気ダクト３の内壁面側の両短辺部分が溶接等により当該内壁面に夫々固着されるとともに、相互に対向して当接する両端辺部分同士が溶接等により固着された固定羽根として構成されている。これにより、排ガスＧが第１旋回羽根９の配設された部位を通流することにより、排ガスＧの通流方向視（図２方向視）で時計回りに旋回するように構成されている。
従って、排ガスＧの流量や温度が時間的に変化したり、配管構造等の影響により排気ダクト３内で周方向における流量分布や温度分布が生じている場合でも、噴霧ノズル４の上流側において第１旋回羽根９による旋回により当該排ガスＧの変化や分布を低減させてから、噴霧ノズル４近傍を通過させることができる。また、噴霧ノズル４の下流側では、噴霧ノズル４から噴霧された水Ｗが含まれる排ガスＧが、第１旋回羽根９により旋回させられた状態で通流することとなり、当該水Ｗを蒸発させるための蒸発距離を増加させることができる。
【００３６】
噴霧ノズル４は、排気ダクト３内において、排ガスＧの通流方向において第１旋回羽根９の下流側に配設されている。噴霧ノズル４は、排気ダクト３の周方向において等間隔（４５度間隔）に複数本（本実施形態では、８本）配設されている。噴霧ノズル４の先端部は、排気ダクト３の内壁面から中心に向かって当該排気ダクト３の内径の４分の１程度入り込んだ位置で固定され、先端部には、下流側に開口し当該下流側に水Ｗを噴霧可能な噴霧口４ａが形成されている。
【００３７】
また、噴霧ノズル４には、水供給管４Ａ（本実施形態では、８本）が夫々接続され、水供給管４Ａに配設された流量調整弁４Ｂ（本実施形態では、８個）により各噴霧ノズル４に供給する水Ｗの流量を各別に調整可能に構成されている。また、水供給管４Ａは、流量調整弁４Ｂよりも上流側で１本に集約されて水ポンプ等の水供給源４Ｃに接続され、水供給管４Ａの当該集約された部分に配設された全体流量調整弁４Ｄにより水供給源４Ｃから供給される水の全体流量を調整可能に構成されている。なお、各流量調整弁４Ｂ及び全体流量調整弁４Ｄには、夫々に対応する内蔵型或いは別体の流量計（図示せず）が配設され、各流量調整弁４Ｂ及び全体流量調整弁４Ｄを通流する水の流量を監視可能に構成されている。
なお、制御部８により、各流量調整弁４Ｂ及び全体流量調整弁４Ｄの開閉及び開度調整等の作動が制御される。
【００３８】
ノズル用温度センサ１０は、公知の温度センサにより構成され、排気ダクト３内において、排ガスＧの通流方向において噴霧ノズル４の直下流側（本実施形態では、噴霧ノズル４の配設箇所の下流側位置から排気ダクト３の内径（直径）の２分の１程度離間した位置）に配設されている。なお、各噴霧ノズル４の直下流側とは、排ガスＧの通流方向に沿って各噴霧ノズル４の配設箇所の下流側位置から排気ダクト３の内径（直径）程度離間した位置までの範囲をいい、各噴霧ノズル４から噴霧された水Ｗにより冷却された排ガスＧの温度を適切に検出できる範囲である。
従って、各噴霧ノズル４から噴霧された水Ｗにより冷却された排ガスＧの各温度を各ノズル用温度センサ１０により直接的に検出して、当該検出された各温度から温度分布を正確に導出して、当該温度分布に基づいて各噴霧ノズル４の噴霧量を適切に調整することができる。噴霧された水Ｗにより冷却された排ガスＧの温度は、対応する噴霧ノズル４から噴霧された水Ｗの噴霧量が適切であるか否か、すなわち、噴霧量が少な過ぎて排ガスＧを十分に冷却できていないことや噴霧量が多過ぎて排ガスＧが過冷却となっていることを如実に示す指標として用いることができ、この指標を用いることで、各噴霧ノズル４の噴霧量を、より適切な噴霧量に調整することができる。
【００３９】
また、ノズル用温度センサ１０は、周方向において隣接する噴霧ノズル４と位相ずれ（本実施形態では、４５度位相ずれ）するように、排気ダクト３の周方向において等間隔（本実施形態では、９０度間隔）に複数本（本実施形態では、４本）配設されている。ノズル用温度センサ１０の先端部は、排気ダクト３の内壁面から中心に向かって当該排気ダクト３の内径の８分の１程度入り込んだ位置で固定され、先端部には、測温部（図示せず）が配設されている。
【００４０】
ノズル用温度センサ１０は、排気ダクト３内において、隣接する噴霧ノズル４の直下流側を通流する排ガスＧの温度を所定時間ごとに検出可能に構成され、検出した各温度を各噴霧ノズル４と対応付けて、所定時間ごとに制御部８に送信するように構成されている。
【００４１】
第２旋回羽根１１は、排気ダクト３内において、排ガスＧの通流方向において噴霧ノズル４及びノズル用温度センサ１０の下流側に配設されている。第２旋回羽根１１は、上記第１旋回羽根９と同様の構成であるが、排ガスＧの通流方向に対して相互に逆方向に４５度ずつ傾斜した傾斜状態が、第１旋回羽根９とは逆となっている点で相違し、排ガスＧが第２旋回羽根１１を通流することにより、排ガスＧの通流方向視（図２方向視）で反時計回りに旋回するように構成されている。
従って、仮に、第２旋回羽根１１に流入する前の排ガスＧに周方向の温度分布が形成されている場合でも、第２旋回羽根１１により第１旋回羽根９の旋回方向とは逆の旋回方向に旋回させて拡散させ、温度分布を良好に混合して、第２旋回羽根１１の下流側を周方向に温度分布のより少ない状態とすることができる。
【００４２】
第３旋回羽根１２は、排気ダクト３内において、排ガスＧの通流方向において第２旋回羽根１１の下流側に配設されている。第３旋回羽根１２は、上記第１旋回羽根９と同様の構成である。
従って、仮に、第３旋回羽根１２に流入する前の排ガスＧに周方向の温度分布が形成されている場合でも、第３旋回羽根１２により第２旋回羽根１１の旋回方向とは逆の旋回方向に旋回させて拡散させ、温度分布を良好に混合して、第３旋回羽根１２の下流側を周方向に温度分布のより少ない状態とすることができる。これにより、より排ガスＧの温度を正確に反映した第３旋回羽根１２の下流側の温度を攪拌部用温度センサ１３で検出することができ、当該温度に基づいてより正確且つ必要十分な総噴霧量の調整を行うことができる。
【００４３】
攪拌部用温度センサ１３は、公知の温度センサにより構成され、排気ダクト３内において、排ガスＧの通流方向において第３旋回羽根１２の下流側に配設されている（本実施形態では、１本）。攪拌部用温度センサ１３の先端部は、排気ダクト３の内壁面から中心に向かって当該排気ダクト３の内径の８分の１程度入り込んだ位置で固定され、先端部には、測温部（図示せず）が配設されている。
【００４４】
攪拌部用温度センサ１３は、第３旋回羽根１２により攪拌された排ガスＧの温度を所定時間ごとに検出可能に構成され、検出した温度を所定時間ごとに制御部８に送信するように構成されている。
【００４５】
制御部８は、中央演算処理部や記憶部等（図示せず）を備えた公知の情報処理手段により構成され、詳細は後述するが、減温装置５の各機器である全体流量調整弁４Ｄや流量調整弁４Ｂ等の作動を制御することができる。
【００４６】
上記のように構成された減温装置５を備えた排気ダクトユニットＸを、コークス炉１とバグフィルタ式集塵装置２との間の排気ダクト３に配設して、排気ダクト３内を通流する排ガスＧの温度を低下させる際の制御部８の動作について説明する。
【００４７】
排気ダクト３と排気ダクトユニットＸとがボルト６・ナット７にてフランジ接合された状態で、コークス炉１から排気ダクト３（排気ダクトユニットＸ）を介してバグフィルタ式集塵装置２へ、高温の排ガスＧの通流を開始させる。
この際、制御部８は、全体流量調整弁４Ｄに所定の開度とする開度情報を送信するとともに、複数の流量調整弁４Ｂの夫々に所定の開度とする開度情報を送信して、複数の噴霧ノズル４の夫々から同一噴霧量の水を噴霧させ、排ガスＧを冷却する。
【００４８】
続いて、制御部８は、攪拌部用温度センサ１３により検出された温度の情報を所定の時間間隔で受信して、当該受信した温度に基づいて複数の噴霧ノズル４から噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量を調整するための開度情報を導出し、当該開度情報を全体流量調整弁４Ｄに送信して全体流量調整弁４Ｄの開度を調整する制御を行う。なお、攪拌部用温度センサ１３により検出される排ガスＧの温度は、第２旋回羽根１１及び第３旋回羽根１２により攪拌されて周方向での温度分布が少ない状態となった温度であるので、より正確且つ必要十分な総噴霧量とすることができるように構成されている。
【００４９】
この開度情報は、例えば、攪拌部用温度センサ１３により検出された温度が、所定の目標温度（例えば、１９０℃±１０℃程度）となっている場合には全体流量調整弁４Ｄの開度を維持する情報となり、一方で、所定の目標温度よりも低い場合は全体流量調整弁４Ｄを通過する水Ｗの流量が所定量だけ少なくなるように開度を所定量だけ減少させる情報となり、他方で、所定の目標温度よりも高い場合は全体流量調整弁４Ｄを通過する水Ｗの流量が所定量だけ多くなるように所定量だけ開度を増加させる情報となる。
【００５０】
これと同時に、制御部８は、各ノズル用温度センサ１０により検出された各温度の情報を所定の時間間隔で受信して、当該受信した各温度から排気ダクト３の周方向における複数の噴霧ノズル４の各設置箇所の温度分布を導出する。さらに、制御部８は、当該温度分布に基づいて複数の噴霧ノズル４の各噴霧量を調整するための開度情報を導出し、当該開度情報を各流量調整弁４Ｂに個別に送信して各流量調整弁４Ｂの開度を調整する制御を行う。この場合、配管構造等の影響により排気ダクト３内で周方向における流量分布や温度分布が生じている場合でも、それら流量や温度の分布を周方向における排ガスＧの温度分布として導出し、各噴霧ノズル４から必要十分な量の水を噴霧することができる。また、排気ダクト３内を通流する排ガスＧの流量や温度が時間的に変化する場合でも、それら流量や温度の変化を周方向における排ガスＧの温度分布の時間的変化として導出し、各噴霧ノズル４から適時必要十分な量の水Ｗを噴霧することができる。
【００５１】
この開度情報は、例えば、ノズル用温度センサ１０により検出された温度が、所定の目標温度（例えば、１５０〜２００℃程度）となっている場合には流量調整弁４ｂの開度を維持する情報となり、一方で、所定の目標温度（例えば、１５０℃程度よりも低い温度、特に酸露点の温度）よりも低い場合は流量調整弁４Ｂを通過する水Ｗの流量が所定量だけ少なくなるように開度を所定量だけ減少させる情報となり、他方で、所定の目標温度（例えば、２００℃程度）よりも高い場合は流量調整弁４Ｂを通過する水Ｗの流量が所定量だけ多くなるように所定量だけ開度を増加させる情報となる。なお、この開度情報は、各噴霧ノズル４に対応する各流量調整弁４Ｂに対して各別に導出され送信されるが、上述の通り、実際には、水供給管４Ａを通流して複数の噴霧ノズル４から噴霧される各噴霧量を合算した総噴霧量は全体流量制御弁４Ｄにより制御されるため、当該開度情報は、当該総噴霧量を各噴霧ノズル４に振り分ける割合を定義する情報となる。
【００５２】
このような制御部８による制御が、コークス炉１の運転が終了し、排気ダクト３内を排ガスＧが通流しなくなるまで継続的に行われる。
よって、排ガスＧが、排気ダクト３内を流量や温度の種々異なる状態で通流して噴霧ノズル４近傍に到達する場合であっても、当該排ガスＧは、各噴霧ノズル４からそれぞれ噴霧された水Ｗにより、排気ダクト３の通流方向及び周方向において、均一且つ適切な温度にまで確実に冷却され且つ過冷却も確実に防止されることとなる。
【００５３】
次に、図３及び図４に示すように、上記排気ダクトユニットＸに高温の排ガスＧを通流させ、当該排気ダクトユニットＸを構成する排気ダクト３内の温度分布をシミュレーションした結果について説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、排気ダクトユニットＸの排気ダクト３において、入口から出口に向かって（左下側から右上側に向かって）等間隔に７箇所の横断面を抜き出し、これら各横断面の温度分布を示すシミュレーション図であり、図４（ａ）及び（ｂ）は、排気ダクト３の出口（図３の右上側）の横断面の温度分布を拡大したシミュレーション図である。
このシミュレーションでは、排気ダクトユニットＸの排気ダクト３の各横断面を、便宜的に、左上領域、右上領域、左下領域、右下領域の４つの領域に等分し、左上領域及び右上領域には、比較的低温（２５０℃）の排ガスＧを通流させ、左下領域及び右下領域には、比較的高温であるが基準となる温度（２７０℃）の排ガスＧを通流させている。
【００５４】
〔実施例〕
図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、本願発明に係る実施例としては、複数の噴霧ノズル４の各噴霧量を当該排ガスＧの温度に応じて調整して、排ガスＧの温度が相対的に高い領域である左下領域及び右下領域の各噴霧ノズル４の各噴霧量を所定の噴霧量（例えば、夫々０．２６０ｋｇ／ｓ）のまま維持しながら、排ガスＧの温度が相対的に低い領域である左上領域及び右上領域の各噴霧ノズル４の各噴霧量を元の所定の噴霧量（例えば、夫々０．２６０ｋｇ／ｓ）から相対的に所定量（例えば、夫々０．０６５ｋｇ／ｓ）だけ減少させた噴霧量（例えば、夫々０．１９５ｋｇ／ｓ）に変更して噴霧する構成とした。
【００５５】
なお、図３（ａ）に示すように、この実施例では、入口から２つめの横断面で示す箇所の直下流側において、左上領域、右上領域、左下領域、右下領域の夫々（図中、仮想線の丸印で示す箇所の夫々）に噴霧ノズル（合計４本）により３０℃の水を噴霧している。また、入口における排ガスＧの組成を、Ｎ2（７０％）、ＣＯ2（５％）、Ｏ2（１０％）、Ｈ2Ｏ（１５％）とし、出口における排ガスＧの流速を１１．９３ｍ／ｓとし、各噴霧ノズル４の各噴霧量の総噴霧量を０．９１０ｋｇ／ｓとして設定した。
【００５６】
結果、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、本願の実施例において、上述のように各噴霧ノズル４から噴霧される各噴霧量を、排気ダクト３の周方向における排ガスＧの温度分布に応じて調整する構成とした場合には、噴霧ノズル４よりも下流側の排気ダクト３内の排ガスＧの温度は、良好に低下しており、過冷却され酸露点以下となる可能性がある部分（比較的白く示される１５０℃よりも低温の領域）が比較的少なくなっている。さらに、図４（ａ）に示すように、排気ダクト３の出口の横断面において周方向での温度分布（温度の変動幅）が小さくなっており、特に、過冷却され酸露点以下となる可能性がある部分（白く示される１５０℃よりも低温の領域）が非常に少なくなっている。また、排気ダクトの３の出口の横断面において、排ガスＧの温度は概ね１５０〜２００℃程度にまで良好に冷却されている。なお、図示されていないが、各噴霧ノズル４により噴霧された水Ｗは、入口から４番目の横断面付近で完全に蒸発している。
【００５７】
〔比較例〕
一方、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、比較例では、複数の噴霧ノズル４の各噴霧量を当該排ガスＧの温度分布に応じて調整せず各噴霧量を所定量（例えば、０．２６０ｋｇ／ｓ）のまま維持する構成とし、各噴霧ノズル４の各噴霧量の総噴霧量を、１．０４０ｋｇ／ｓとして設定した以外は、実施例と同様に設定してシミュレーションを行った。
【００５８】
結果、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、この比較例では、噴霧ノズル４よりも下流側の排気ダクト３内の排ガスＧの温度は低下しているものの、過冷却され酸露点以下となる可能性がある部分（比較的白く示される１５０℃よりも低温の領域）が比較的多く存在している。さらに、図４（ｂ）に示すように、排気ダクト３の出口の横断面において周方向での温度分布（温度の変動幅）が比較的大きくなっており、特に、過冷却され酸露点以下となる可能性がある部分（白く示される１５０℃よりも低温の領域）が比較的多く存在している。
【００５９】
従って、実施例では、比較例と比較して、少なくとも各噴霧ノズル４の上流側の排ガスＧに、排気ダクト３の周方向に温度分布が生じている場合に、当該温度分布のうち相対的に温度が低下している箇所に対応する噴霧ノズル４の噴霧量を相対的に減少させることにより、排ガスＧの温度を周方向において、できるだけ均一な状態でバグフィルタ式集塵装置２の集塵処理に適した温度に良好に低下させながら、過冷却され酸露点以下に低下する部分が生じることを良好に防止できることが判明した。
【００６０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、複数の噴霧ノズル４を排気ダクト３の周方向に配設する際に、等間隔に８本の噴霧ノズル４を配設したが、排気ダクト３内に水Ｗを噴霧して排ガスＧを良好に冷却できる構成であれば、配設間隔や配設本数を適宜変更しても良い。
【００６１】
（２）上記実施形態では、排気ダクト３を、主として水平方向に沿う横向き排気ダクトで構成したが、設置するための基礎となる土台が大掛かりになることを許容できるのであれば、主として鉛直方向に沿う縦向き排気ダクトで構成することもできる。
【００６２】
（３）上記実施形態では、第１旋回羽根９（第１旋回部）、第２旋回羽根１１（第２旋回部、攪拌部）及び第３旋回羽根１２（第３旋回部）を設ける構成としたが、排ガスＧを排気ダクト３の周方向に温度分布を生じさせにくい（特に、過冷却となり酸露点以下となる部分を生じさせにくい）状態とすることができる場合には、各旋回羽根を、一つ、二つ或いは全部省略する構成とすることもできる。
【００６３】
（４）上記実施形態では、複数のノズル用温度センサ１０を、複数の噴霧ノズル４の直下流側に設ける構成としたが、排気ダクト３内において噴霧ノズル４の近傍の排ガスＧの温度を良好に検出することができる構成であれば、噴霧ノズル４の直上流側の箇所や、周方向で噴霧ノズル４に隣接する箇所に配設して、当該各配設箇所の排ガスＧの温度を検出する構成としてもよい。
【００６４】
（５）上記実施形態では、制御部８が、各ノズル用温度センサ１０により検出された各温度が、所定の温度範囲（例えば、１５０℃〜２００℃程度）にある場合には噴霧量を所定の噴霧量に維持し、所定の温度範囲よりも低い場合には噴霧量を相対的に減少させ、所定の温度よりも高い場合には噴霧量を相対的に増加させる形態で、各噴霧ノズル４の噴霧量を調整する構成とした。
しかしながら、排ガスＧにおいて排気ダクト３の周方向に温度分布を生じさせにくい（特に、過冷却となり酸露点以下となる部分を生じさせにくい）状態とすることができる場合には、制御部８が、各ノズル用温度センサ１０により検出された各温度が、所定の温度範囲（例えば、１５０℃〜２００℃程度）にある場合には噴霧量を所定の噴霧量に維持し、所定の温度範囲よりも低い場合には噴霧量を相対的に減少させる形態で各噴霧ノズル４の噴霧量を調整して、排ガスＧの過冷却を防止して当該排ガスＧの温度が酸露点以下となることを確実に防止する構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、合理的な構成で省スペース化を図りながら、噴霧された水を確実且つ効率よく蒸発させて腐食を良好に防止できる排気ダクト構造を提供することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１      コークス炉（排ガス発生源）
２      バグフィルタ式集塵装置（集塵装置）
３      排気ダクト
４      噴霧ノズル
４Ｄ    全体流量調整弁
５      減温装置
８      制御部
９      第１旋回羽根（第１旋回部）
１０    ノズル用温度センサ
１１    第２旋回羽根（攪拌部及び第２旋回部）
１３    攪拌部用温度センサ
Ｘ      排気ダクトユニット（排気ダクト構造）
Ｗ      水
Ｇ      排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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