(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス入口とガス出口と水噴霧部を有した冷却塔本体を備え、冷却すべきガスが塔底部から上方に向かって流されるとともに、水噴霧部から冷却用の水が吹き付けられるガス冷却装置において、固体粒子を冷却塔本体内に供給する固体粒子供給部をさらに備え、供給された固体粒子が、冷却塔本体内で浮遊させられて、水の蒸発媒体として使用され、冷却塔本体は、縦型円筒であり、塔底部は、逆円錐部とその下端に連設され且つ冷却塔本体よりも小径の縦型円筒部とを備えており、塔底部にガス入口と水噴霧部を有し、頂部にガス出口を有し、ガス入口位置の上に一つまたは複数の水噴霧部を有し、冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように、冷却済みガスをガス入口部に合流させるガス流量調整ラインが設けられており、同ラインには循環ファンさらにまたガス加熱器が設けられていることを特徴とするガス冷却装置。
【請求項２】
ガス入口とガス出口と水噴霧部を有した冷却塔本体を備え、冷却すべきガスが塔底部から上方に向かって流されるとともに、水噴霧部から冷却用の水が吹き付けられるガス冷却装置において、固体粒子を冷却塔本体内に供給する固体粒子供給部をさらに備え、供給された固体粒子が、冷却塔本体内で浮遊させられて、水の蒸発媒体として使用され、冷却塔本体は、逆円錐型であり、塔底部は、縦型円筒をなし、塔底部にガス入口と水噴霧部を有し、頂部にガス出口を有し、ガス入口位置の上に一つまたは複数の水噴霧部を有し、冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように、冷却済みガスをガス入口部に合流させるガス流量調整ラインが設けられており、同ラインには循環ファンさらにまたガス加熱器が設けられていることを特徴とするガス冷却装置。
【請求項３】
ガス入口とガス出口と水噴霧部を有した冷却塔本体を備え、冷却すべきガスが塔底部から上方に向かって流されるとともに、水噴霧部から冷却用の水が吹き付けられるガス冷却装置において、固体粒子を冷却塔本体内に供給する固体粒子供給部をさらに備え、供給された固体粒子が、冷却塔本体内で浮遊させられて、水の蒸発媒体として使用され、冷却塔は、頂部にガス出口を有する縦型円筒または逆円錐型の本体と、本体下端に連なり１または複数の水噴霧部が配置された逆円錐状または円筒状のノズル配置部と、ノズル配置部の下端に連なるガス入口管とを有しており、ガス入口管は、Ｕ字状に形成されて、一端がノズル配置部に、他端が排ガスラインの排出口にそれぞれ接続されており、冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように、冷却済みガスをガス入口部に合流させるガス流量調整ラインが設けられており、同ラインには循環ファンさらにまたガス加熱器が設けられていることを特徴とするガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または電気炉など、その排ガス中にダイオキシン類に代表される塩素化芳香族化合物（以下、ダイオキシンと称す）を含む施設において、その排ガスを冷却するガス冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または電気炉などでは、排ガスを冷却するために、水を煙道内に直接噴霧するガス冷却方法が採用されている。この場合、冷却すべき排ガスは冷却塔本体の底部または頂部から入り、塔内を通過する間に、吹き込まれた水に顕熱と蒸発潜熱を与え、水蒸気を発生させることによって自らの温度を下げる。従って、吹き込まれた水が塔内ですべて蒸発するためには、排ガスから水への熱移動と水から排ガスへの物質移動が同時に行われなければならない。
【０００３】
また排ガス中に含まれるダイオキシンに対して、排出規制が強化され、焼却能力４ｔ／ｈ以上の新設炉については０．１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３の排出基準が定められた。ダイオキシンはガス温度が２５０〜５００℃の排ガス冷却過程で生成するため、この温度域での排ガスの滞留時間を短縮することにより、ダイオキシンの生成を抑制することができる。そのためガス冷却速度の高速化が要求され、そのガス冷却速度を高めるためには、上述した熱移動速度と物質移動速度を高める必要がある。
【０００４】
ここで、排ガスから水への熱移動と物質移動の速度式はいずれも表面積の項を含んでおり、すなわち排ガスと水の接触面積が大きいほど速度は増加する。従って、現在、実用化されている冷却塔本体では、水を微粒化して噴霧することにより表面積の増加が図られている。
【０００５】
しかし噴霧水の粒子径は水の蒸発と共に小さくなるので、噴霧水が完全に蒸発する直前では表面積は極めて小さいものになる。その結果、冷却後半では冷却速度は低下する。また冷却後半では、ガス温度が冷却目標温度に近づくことにより、熱移動温度差が減少するため、更に冷却速度は低下する。冷却速度が遅いと冷却までの滞留時間が必要となり、従ってダイオキシン生成を抑制することができず、かつ冷却塔を大規模なものにする必要がある。
【０００６】
一方、排ガス中に存在する飛灰には、ダイオキシンや鉛などの重金属が含まれており、排ガスから捕集した飛灰はダイオキシンおよび重金属を無害化する必要がある。
【０００７】
従来は、バグフィルタを用いて排ガスから飛灰を捕集し、更にバグフィルタ前流の排ガスに消石灰などのアルカリ剤を吹き込んで脱塩や脱硫も同時におこなっている。しかし飛灰中のダイオキシンおよび重金属を無害化する際、消石灰や塩化カルシウムが含まれていると以下のような問題が発生する。
【０００８】
１）無害化するための飛灰処理装置が大きくなる。
【０００９】
２）無害化・再利用の一つとして考えられている灰溶融で処理する際、飛灰の溶融温度が高くなり運転が困難になる。また捕集された塩素は再び揮発するため、排ガス処理側で再度塩素を捕集する必要がある。同時に、灰溶融装置内では塩が濃縮する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題を解決することのできるガス冷却装置を提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるガス冷却装置は、ガス入口とガス出口と水噴霧部を有した冷却塔本体を備え、冷却すべきガスが塔底部から上方に向かって流されるとともに、水噴霧部から冷却用の水が吹き付けられるガス冷却装置において、固体粒子を冷却塔本体内に供給する固体粒子供給部をさらに備え、供給された固体粒子が、冷却塔本体内で浮遊させられて、水の蒸発媒体として使用され、冷却塔本体は、縦型円筒であり、塔底部は、逆円錐部とその下端に連設され且つ冷却塔本体よりも小径の縦型円筒部とを備えており、塔底部にガス入口と水噴霧部を有し、頂部にガス出口を有し、ガス入口位置の上に一つまたは複数の水噴霧部を有し、冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように、冷却済みガスをガス入口部に合流させるガス流量調整ラインが設けられており、同ラインには循環ファンさらにまたガス加熱器が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明によるガス冷却装置は、ガス入口とガス出口と水噴霧部を有した冷却塔本体を備え、冷却すべきガスが塔底部から上方に向かって流されるとともに、水噴霧部から冷却用の水が吹き付けられるガス冷却装置において、固体粒子を冷却塔本体内に供給する固体粒子供給部をさらに備え、供給された固体粒子が、冷却塔本体内で浮遊させられて、水の蒸発媒体として使用され、冷却塔本体は、逆円錐型であり、塔底部は、縦型円筒をなし、塔底部にガス入口と水噴霧部を有し、頂部にガス出口を有し、ガス入口位置の上に一つまたは複数の水噴霧部を有し、冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように、冷却済みガスをガス入口部に合流させるガス流量調整ラインが設けられており、同ラインには循環ファンさらにまたガス加熱器が設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明によるガス冷却装置は、ガス入口とガス出口と水噴霧部を有した冷却塔本体を備え、冷却すべきガスが塔底部から上方に向かって流されるとともに、水噴霧部から冷却用の水が吹き付けられるガス冷却装置において、固体粒子を冷却塔本体内に供給する固体粒子供給部をさらに備え、供給された固体粒子が、冷却塔本体内で浮遊させられて、水の蒸発媒体として使用され、冷却塔は、頂部にガス出口を有する縦型円筒または逆円錐型の本体と、本体下端に連なり１または複数の水噴霧部が配置された逆円錐状または円筒状のノズル配置部と、ノズル配置部の下端に連なるガス入口管とを有しており、ガス入口管は、Ｕ字状に形成されて、一端がノズル配置部に、他端が排ガスラインの排出口にそれぞれ接続されており、冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように、冷却済みガスをガス入口部に合流させるガス流量調整ラインが設けられており、同ラインには循環ファンさらにまたガス加熱器が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
上記ガス冷却装置において、ガス出口から排出されるガスに含まれる固体粒子を捕集する集塵装置をさらに備えていることが好ましい。集塵装置としては、例えば、バグフィルタが使用され、これに代えて、排ガスを邪魔板などに衝突させて粒子の慣性力によって分離する慣性力集じん器を使用してもよい。
【００１５】
また、集塵装置によって捕集された固体粒子を冷却塔本体へ循環する循環管をさらに備え、捕集固体粒子を同部へ循環して水の蒸発媒体として使用することが好ましい。
【００１６】
また、循環管の途中に、粒子篩い器および粒子貯留槽が設けられていることがより好ましい。この場合に、集塵装置によって捕集された固体粒子は、粒子篩い器によって５０〜１０００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍに分画され、分画された５０〜１０００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍの固体粒子は、粒子貯留槽を介して冷却塔本体底部へ戻され、再び水の蒸発媒体として使用されることが好ましい。
【００１７】
固体粒子供給部は、循環管に設けられてもよく、また、粒子貯留槽、さらにまた、冷却塔本体に設けられた導管に設けられてもよく、これらの循環管、粒子貯留槽および導管のうちの少なくとも１カ所に設けられ、固体粒子は、循環管、粒子貯留槽および冷却塔本体の少なくとも１カ所から供給される。固体粒子を冷却塔本体から供給する場合、導管は、水噴霧部位置の上下または同じ高さに設けることが好ましい。
【００１８】
上記の冷却装置において、冷却すべきガスとしては、例えば、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉、電気炉などからの燃焼排ガスが好適である。
【００１９】
また、冷却塔本体の高さ、すなわち、水噴霧部からガス出口配管までの距離は、１〜７ｍが好ましい。
【００２０】
水噴霧部から水を噴霧するに際しては、冷却塔本体の塔底部から上向きに噴霧してもよく、冷却塔本体の壁面から水平また斜め向きに噴霧するようにしてもよい。水を上向きに噴霧するには、例えば、一流体ノズルを使用することが適しており、この一流体ノズルから噴霧される水滴径は、３００μｍ以下であることが好ましい。また、水を水平また斜め向きに噴霧するには、例えば、一流体チップを使用することが適しており、この一流体チップから噴霧される水滴径は、３００μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
固体粒子は、適切な粒子を冷却塔本体に外部から供給してもよく、また、処理すべき排ガス中に含まれる固体粒子を利用してもよく、両者を適宜組み合わせて使用してもよい。固体粒子は、例えば、処理すべき排ガス中に含まれる焼却飛灰、もしくは砂、珪藻土、ゼオライト、ベントナイト、酸性白土または活性白土の天然物粒子、もしくはシリカゲル、アルミナまたはガラスなどの人工物粒子、もしくは酸化チタンと酸化バナジウムから成る酸化触媒または酸化鉄から成る酸化触媒、もしくは無機系鉱物のガーネット（アルマンダイト）であること、もしくはこれらを２種類以上混合して成るものとされる。
【００２２】
固体粒子は、軽すぎると冷却ガスとともに排出され、重すぎると自重で落下して、いずれも蒸発媒体としての浮遊固体粒子としての役目を果たさないため、適切な大きさとして、５０〜１０００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍとされる。再使用される捕集固体粒子は、粒子篩い器などによって５０〜１０００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍに分画される。
【００２３】
そして、好ましくは、冷却塔本体のガス入口温度は２００〜９５０℃とされ、ガス出口温度は１３０〜２５０℃とされ、冷却塔本体内の固体粒子濃度は、０．０１〜３０ｋｇ／ｍ３、好ましくは０．１〜３０ｋｇ／ｍ３とされる。冷却塔本体内の固体粒子濃度は、冷却塔本体の差圧によって監視され、固体粒子濃度が所定範囲を下回れば、固体粒子は、循環管もしくは冷却塔本体に設けられた導管の少なくとも１カ所から供給される。また、冷却塔本体のガス流速は、最小値が５ｍ／ｓ以下とされることが好ましい。
【００２４】
上記のガス冷却装置において、冷却塔本体前流に、アンモニアまたは尿素を注入することがある。この場合に、アンモニアもしくは尿素の注入量は、排ガス中ＮＯｘに対して、ＮＯｘ／アンモニアモル比が２以下、もしくはＮＯｘ／尿素モル比が２以下であることが好ましい。
【００２５】
また、上記のガス冷却装置において、集塵装置の後流に、排ガス中の塩化水素および硫黄硫化物を除去する有害ガス除去装置が設けられていることが好ましい。
【００２６】
有害ガス除去装置は、例えば、湿式洗煙塔であってもよく、また、消石灰や重曹を排ガス中に投入する薬剤投入部およびこの後流に設けられたバグフィルタであってもよい。
【００２７】
集塵装置としてのバグフィルタを前段バグフィルタとし、有害ガス除去装置に使用されるバグフィルタを後段バグフィルタとした場合に、前段バグフィルタの温度は１３０〜２５０℃とされ、後段バグフィルタの温度も１３０〜２５０℃とされる。
【００２８】
冷却塔本体が縦型円筒でかつ塔底部が逆円錐部および縦型円筒部を備えている場合には、塔底部の逆円錐部に水噴霧部を有し、小径円筒部にガス入口を有したものするか、小径円筒部に水噴霧部およびその下方にガス入口を有したものとすればよく、冷却塔本体が逆円錐型の場合には、塔底部の縦型円筒部に水噴霧部およびその下方にガス入口を有したものとすればよい。
【００２９】
冷却塔本体の塔底部の縦型円筒部には、ガス入口の上方に、開口率２０％以上の絞りを設けることが好ましい。この際、絞り部のガス流速は、固体粒子を安定した状態で塔内に滞留させるため、５〜５０ｍ／ｓとなされていることが好ましい。
【００３０】
冷却塔本体の塔底部を逆円錐型とする場合には、その広がり角度は、固体粒子を安定した状態で塔内に滞留させるため、好ましくは１３０°以下、より好ましくは２０〜１３０°とされる。冷却塔本体を逆円錐型とする場合には、その広がり角度は、３０°以下が好ましい。
【００３１】
また、冷却塔本体を逆円錐型とする場合には、広がり角度が異なる２つの逆円錐型部分を縦につないだ形状としてもよく、この場合には、上部の逆円錐型部の広がり角度は３０°以下が好ましく、下部の逆円錐型部の広がり角度は、好ましくは１３０°以下、より好ましくは２０〜１３０°とされる。
【００３２】
さらにまた、冷却塔本体内に、上方に移動する固体粒子が衝突させられてその運動方向を変化させるコーン型または多孔板型の邪魔板が設けられていることがあり、ガス入口部におけるガス入口上方に、開口率２０％以上の絞りが設けられていることがある。絞りを設ける場合には、絞り部のガス流速は、１０〜５０ｍ／ｓとなるようにすることが好まし、冷却塔本体内のガス流速は、５ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。
【００３３】
さらにまた、ガス入口部に、冷却塔本体から落下する固体粒子を受ける貯留槽が設けられ、貯留槽に、同槽内の固体粒子を循環管途中に合流させる固体粒子戻し管が設けられていることがある。循環管の途中には、上述のように、粒子篩い器および粒子貯留槽が設けられていることが好ましく、固体粒子戻し管は、粒子篩い器の粒子入口部に接続してもよく、粒子篩い器の再利用粒子出口部または粒子貯留槽の出口部に接続してもよい。こうして、冷却塔本体から落下した固体粒子は、冷却塔本体の水噴霧部位置の上下または同じ高さに戻され、再び水の蒸発媒体として使用される。
【００３４】
冷却塔から排出される冷却済みガスの流量を計測する流量計が設置されるとともに、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるようにするには、ガス冷却装置の後流に設けられている湿式洗煙塔もしくは前段バグフィルタ（集塵装置）の出口に流量計を取り付け、この部分での流量変動が±１５％以下（好ましくは±１０％以下）になるように、冷却済みガスが湿式洗煙塔もしくは前段バグフィルタ（集塵装置）の出口から抜き出されて、ガス冷却装置の前流に戻される。これにより、ガス冷却装置の入口ガスの流量変動が規制される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３６】
実施例１
図１は、本発明によるガス冷却装置のフロー図である。
【００３７】
ガス冷却装置は、底部にガス入口(9)と水噴霧部(5)を有し、頂部にガス出口(7)を有した縦型円筒状の冷却塔本体(2)と、ガス出口(7)に連通する前段バグフィルタ(8)と、前段バグフィルタ(8)によって捕集された固体粒子を冷却塔本体(2)の塔底部へ戻す循環管(6)と、循環管(6)の途中に設けられている粒子篩い器(10)および粒子貯留槽(11)と、前段バグフィルタ(8)の後流に設けられた有害ガス除去装置(12)とを備えている。有害ガス除去装置(12)は、後段バグフィルタ(14)と、前段バグフィルタ(8)と後段バグフィルタ(14)とを連通させる薬剤投入用ダクト(13)とを有している。
【００３８】
冷却塔本体(2)の塔底部は、逆円錐部(2a)とその下端に連設され且つ冷却塔本体よりも小径の縦型円筒部(2b)とを備え、ガス入口(9)が下方に位置するように、上向きの噴き出し口が小径円筒部(2b)に位置させられた水噴霧ノズルからなる水噴霧部(5)とガス入口(9)との両方が小径円筒部(2b)に設けられている。水噴霧ノズルは、小径円筒部(2b)の中心部分または中心を囲む円周上に、１または複数配置される。なお、逆円錐部(2a)に水噴霧部が設けられ、小径円筒部(2b)がガス入口(9)を有するガス入口部とされているようにしてもよい。
【００３９】
固体粒子には、例えば砂が用いられる。その粒子径は１００〜１０００μｍが適当である。また固体粒子が不足である場合は、必要量を循環管(6)内に供給する。固体粒子は、処理すべき排ガス中に含まれる焼却飛灰であってもよい。固体粒子（燃焼飛灰および捕集灰）を冷却塔本体(2)に供給する固体粒子供給部は、排ガスの導管(1)と循環管(6)の冷却塔本体側端部との２カ所とされている。
【００４０】
上記構成のガス冷却装置において、ごみ焼却炉からの５００℃の高温の排ガスは、排ガス導管(1)から小径円筒部(2b)のガス入口(9)を経て塔底部に導入される。一方、ガス冷却用の冷却水は、導管(3)から小径円筒部(2b)の水噴霧部(5)を経て塔内に供給され、必要ならば、導管(4)からの圧縮空気でもって噴霧ノズル(5)から排ガス中に上向きに噴霧される。
【００４１】
冷却塔本体(2)の頂部のガス出口(7)から出た排ガスは、前段バグフィルタ(8)に通され、排ガス中の灰分が捕集される。前段バグフィルタ(8)によって捕集された捕集灰（捕集粒子）は、循環管(6)の途中に設けられている粒子篩い器(10)によって１００〜１０００μｍで分画される。１００〜１０００μｍの捕集粒子は粒子貯留槽(11)を介して冷却塔本体(2)に循環され、再び水の蒸発媒体として使用される。１００μｍ未満の捕集灰および１０００μｍを超える捕集灰は灰処理装置(16)に送られ、冷却塔本体(2)での蒸発媒体には使用されない。また、粒子貯留槽(11)内の灰の量が設定値以上になれば、過剰の灰も灰処理装置(16)に送られる。
【００４２】
捕集灰循環管(6)を通って冷却塔本体(2)に循環された捕集灰の表面に、噴霧水が吹き付けられ、水は排ガスに同伴されて冷却塔本体(2)内部を上昇する間に排ガスから蒸発熱を得て、自らは蒸発しながら、蒸発熱でもって排ガスを冷却する。
【００４３】
こうして所定温度に冷却され、水蒸気によって増湿された排ガスは、上述のように、前段バグフィルタ(8)に通され、排ガス中に含まれていた灰の殆どと冷却塔本体(2)内で排ガスに随伴した捕集灰との双方が捕集される。
【００４４】
一方、大部分の灰を除去された排ガスは、ダクト(13)を通って後段バグフィルター(14)に入る。通常のごみ焼却炉排ガスの場合、ガス中に高濃度で含まれる塩化水素の除去のために導管(15)からダクト(13)に消石灰や重曹が吹き込まれ、これにより、排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物が除去される。塩化水素と反応した消石灰と未反応消石灰及び前段バグフィルタ(8)で未捕集の灰は後段バグフィルタ(14)で捕集され、除塵排ガスは出口(17)から次の工程へ送られる。
【００４５】
なお、固体粒子として、酸化チタンと酸化バナジウムから成る酸化触媒（脱硝触媒）を使用して、冷却塔本体(2)の底部からアンモニアまたは尿素を供給することにより、冷却塔本体(2)内で脱硝反応を起こさせることも可能である。アンモニアもしくは尿素の注入量は、排ガス中ＮＯｘに対して、ＮＯｘ／アンモニアモル比＝０〜２、ＮＯｘ／尿素モル比＝０〜２とされる。
【００４６】
こうして、このガス冷却装置によると、ダイオキシンが抑制されるとともに、酸化触媒によるダイオキシン分解や脱硝等も図ることができる。
【００４７】
実施例２
図２は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例のフロー図である。第１の実施例との違いは、有害ガス除去装置の構成にあり、これ以外の構成は、第１実施例のものと同じであり、同じ構成のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
この実施例の有害ガス除去装置は、湿式洗煙塔(22)とされている。湿式洗煙塔(22)は、水噴霧部(23)と、水の循環ライン(24)とを備えており、この湿式洗煙塔(22)において、塩化水素や硫黄酸化物を除去された排ガスが出口(26)から次の工程へ送られる。そして、塩化水素や硫黄酸化物を含んだ排水は、排水処理装置(25)に送られて無害化される。
【００４９】
実施例３
図３は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例のフロー図である。第１の実施例との違いは、冷却塔本体の形状にあり、これ以外の構成は、第１実施例のものと同じであり、同じ構成のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００５０】
この実施例の冷却塔本体(32)は、テーパ角３０°以下の逆円錐部(32a)と、この下端に連設された縦型円筒部(32b)とからなる。そして、縦型円筒部(32b)の上部に水噴霧部(5)を、下部にガス入口(9)をそれぞれ有している。
【００５１】
この実施例のガス冷却装置において、ごみ焼却炉からの５００℃の高温の排ガスは、導管(1)から縦型円筒部(32b)のガス入口(9)を経て塔底部に導入される。一方、ガス冷却用の冷却水は、導管(3)から縦型筒部(32b)の水噴霧部(5)を経て塔内に供給され、必要ならば、導管(4)からの圧縮空気でもって噴霧ノズル(5)から排ガス中に上向きに噴霧される。
【００５２】
実施例４
図４は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例のフロー図である。第１の実施例との主な違いは、以下に示すように、後段バグフィルター(14)の出口(17)のガスを一部抜き出して再び排ガスの導管(1)に送り込むガス流量調整ライン(40)を備えている点にある。以下の説明では、第１実施例のものと同じ構成のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図４に示すように、ガス流量調整ライン(40)は、後段バグフィルター(14)のガス出口(17)部分に設けられたガス分岐口(41)と冷却塔本体(2)の排ガス導管(1)部分とを接続するように設けられており、同ライン(40)には、循環ファン(42)、ガス加熱器(43)およびダンパ(44)が設けられている。また、後段バグフィルター(14)（または前段バグフィルタ）のガス出口(17)には、冷却塔本体(2)から排出された冷却済みガスの流量を計測する流量計(47)が設けられており、この流量計(47)によって、循環ファン(42)の送風量は、冷却済みガス流量の変動が１５％以下になるように調整されている。
【００５４】
また、この実施例では、冷却塔本体(2)の頂部に、固体粒子供給用のロータリバルブ付きフィーダー(46)が設けられている。図４では、前段バグフィルタ(8)によって捕集された固体粒子を循環させる部分は図示省略されているが、固体粒子供給用のロータリバルブ付きフィーダー(46)は、固体粒子の循環ラインと併用されてももちろんよい。また、冷却塔本体(2)には、塔内のガス流の差圧を検出する差圧計(45)が設けられており、この差圧計(45)によって固体粒子の供給量が調節されている。
【００５５】
この実施例のガス冷却装置によると、炉の負荷変動によってガス流量は変動するが、後段バグフィルタ(14)の出口(17)に設けられた流量計(47)の計測値に基づいて、冷却塔本体(2)を流れるガスの流量が把握され、それに応じて循環ファン(42)の送風量が調節され、冷却塔本体(2)を流れるガスの流量の変動が抑えられる。循環ファン(42)の送風量は、後段バグフィルタ(14)の出口(17)におけるガス流量の変動が例えば±１５％以下、好ましくは±１０％以下に抑えられるように制御される。さらにまた、冷却塔本体(2)のガス入口(9)のガス圧力とガス出口(7)のガス圧力との差圧が検知され、それに応じて、冷却塔本体(2)内の粒子濃度も検知される。したがって、焼却炉等の立上げ時、運転停止時、負荷変動時でも、冷却塔本体(2)内のガス流速がほぼ一定に保たれ、固体粒子の落下や流出が抑えられ、冷却塔本体(2)内に固体粒子を浮遊・保持させることができる。こうして、ガス入口(9)でのガス温度が５００℃程度で、ガス出口(7)での排ガス温度が約１７０℃という条件で、安定的に排ガスの冷却が行われる。なお、焼却炉の立上げ時には、ガス流量調整ライン(40)中に設けられているガス加熱器(43)により冷却済みガスを加熱することができ、立上げに要する時間を短くすることができる。
【００５６】
実施例５
図５は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例のフロー図である。この実施例のものは、実施例３を基準として、ガス入口部の形状が変更されている。以下の説明では、実施例３のものと同じ構成のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図５に示すように、冷却塔本体(32)は、頂部にガス出口(7)を有する逆円錐部(32a)とこれの下端に連接されたノズル配置部としての縦型円筒部(32b)とを有しており、縦型円筒部(32b)の下端に連なるように、ガス入口管(51)が設けられている。ガス入口管(51)は、Ｕ字状に形成されており、縦型円筒部(32b)に接続されていない方の端部(51a)は、排ガスラインの排出口に接続されてガス入口とされている。Ｕ字状ガス入口管(51)の底部(51b)は、運転停止時の固体粒子の溜まり部となるもので、同部(51b)には、ここに溜まった固体粒子を吸引するための吸引部(52)が設けられている。
【００５８】
この実施例のガス冷却装置によると、炉の運転停止時には、固体粒子は、冷却塔の最下点であるＵ字状ガス入口管(51)の底部(51b)に貯留される。立上げ時に、ガス入口管(51)の底部(51b)を吸引するとともに、同管(51)のガス入口用端部(51a)から排ガスを導入すると、固体粒子は、ガスによって吹き上げられて冷却塔本体(32)内を上昇し、浮遊・保持されて冷却媒体として再使用される。したがって、炉の立上げに要する時間および手間を少なくすることができる。
【００５９】
実施例６
図６は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例のフロー図である。実施例１との主な違いは、以下に示すように、絞り(71)、冷却塔下方の固体粒子貯留槽(72)および固体粒子戻し管(73)を備えている点にある。以下の説明では、実施例１のものと同じ構成のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図６に示すように、冷却塔本体(2)は、縦型円筒状で、その塔底部は、逆円錐部(2a)とその下端に連設され且つ冷却塔本体(2)よりも小径の縦型円筒部(2b)とを備え、ガス入口(9)が下方に位置するように、水噴霧部(5)とガス入口(9)との両方が小径円筒部(2b)に設けられている。そして、縦型円筒部(2b)には、そのガス入口(9)上方に、開口率２０％以上の絞り(71)が設けられている。
【００６１】
また、縦型円筒部(2b)の下端には、冷却塔本体(2)から落下する固体粒子を受ける落下固体粒子貯留槽(72)が設けられている。この貯留槽(72)には、同槽(72)内の固体粒子を循環管(6)途中に合流させる固体粒子戻し管(73)が設けられている。この実施例では、固体粒子戻し管(73)は、粒子貯留槽(11)に接続されているが、固体粒子戻し管(73)は、粒子貯留槽(11)の前流側または後流側に接続されてもよい。
【００６２】
この実施例のガス冷却装置によると、ガス入口(9)から導入された排ガスは、絞り(71)によって、そのガス流速が増大される。このガス流速を５〜５０ｍ／ｓとすることにより、所要の大きさの固体粒子が冷却塔本体(2)内で浮遊させられる。また、ガス流速などの変動に応じて固体粒子の一部は、冷却塔本体(2)内から落下し、落下固体粒子貯留槽(72)に貯留される。この貯留槽(72)の固体粒子は、固体粒子戻し管(73)および循環管(6)を介して再び冷却塔本体(2)に戻される。
【００６３】
実施例７
図７は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例のフロー図である。実施例１との主な違いは、以下に示すように、絞り(71)を備えている点および水噴霧部(81)の構成が異なっている点にある。以下の説明では、実施例１のものと同じ構成のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図７に示すように、冷却塔本体(2)は、縦型円筒状で、その塔底部は、逆円錐部(2a)とその下端に連設され且つ冷却塔本体(2)よりも小径の縦型円筒部(2b)とを備え、ガス入口(9)が下方に位置するように、逆円錐部(2a)に水噴霧部(81)が設けられ、縦型円筒部(2b)にガス入口(9)が設けられている。そして、縦型円筒部(2b)には、そのガス入口(9)上方に、開口率２０％以上の絞り(71)が設けられている。
【００６５】
この実施例では、水噴霧部(81)は、冷却塔本体の壁面に設けられた複数の一流体チップからなり、冷却水は、この一流体チップから水平に噴霧されている。
【００６６】
この実施例のガス冷却装置によると、水噴霧部(81)としての一流体チップから水平に噴霧された冷却水は、水噴霧部(81)下方のガス入口(9)から導入された排ガスとともに塔本体内を上昇し、固体粒子を蒸発媒体として排ガスを冷却する。一方、ガス入口(9)から導入された排ガスは、絞り(71)によって、そのガス流速が増大される。このガス流速を５〜５０ｍ／ｓとすることにより、所要の大きさの固体粒子が冷却塔本体(2)内で浮遊させられる。
【００６７】
実施例８
図８は、本発明によるガス冷却装置の他の実施例を示す図である。この実施例は、冷却塔本体(2)内に邪魔板(61)(62)(63)(64)を設けたもので、上記実施例１から７までのどの装置にも適用可能な構成である。
【００６８】
図８（ａ）のものは、冷却塔本体(2)内上部に、コーン型の邪魔板(61)を設けたものである。邪魔板(61)の形状は、粒子安息角を参照して決定され、好ましくは、そのテーパ角度が安息角以上の３０〜６０°とされる。また、冷却塔本体(2)の直径をＤ、邪魔板(61)の底面の直径をｄとして、ｄ／Ｄ＝０．２〜０．６とされることが好ましい。
【００６９】
コーン型の邪魔板(61)に代えて、多孔板型の邪魔板(62)(63)(64)を使用してもよく、多孔板型邪魔板(62)(63)(64)の形状は、図８（ｂ）に示すもの(62)のように、水平状でもよく、図８（ｃ）に示すもの(63)のように、傾斜状でもよく、図８（ｄ）に示すもの(64)のように、逆Ｖ字状でもよい。傾斜状の場合には、傾斜方向はどの方向に傾斜していてもよく、また、図８（ｄ）に示す逆Ｖ字状に代えて、Ｖ字状としてもよい。多孔板型邪魔板(62)(63)(64)を使用する場合のその孔面積比は、０．４〜０．７が好ましい。コーン型の邪魔板(61)または傾斜状、Ｖ字状、逆Ｖ字状の多孔板型邪魔板(63)(64)を使用することにより、邪魔板(61)(63)(64)への固体粒子やダストの堆積および固着を防止することができる。
【００７０】
この実施例のガス冷却装置によると、冷却塔本体(2)に邪魔板(61)(62)(63)(64)が設けられているので、上方に移動する固体粒子がこれに衝突させられてその運動方向を変化させ、これにより、固体粒子の流出が抑制され、冷却能力が向上するとともに、冷却塔本体(2)内への固体粒子の補給量を少なくすることができる。
【００７１】
上記の各実施例において、４００℃の排ガスを２７℃の水で２００℃まで冷却する場合、必要冷却水量は９８ｇ／Ｎｍ３程度である。
【００７２】
この冷却を従来技術である水噴霧のみでおこなう場合、噴霧水の微粒化が必要であるが、通常微細化の程度が増せば噴霧のための圧縮空気動力が増加する。動力的に無理のない噴霧ノズルの条件、すなわち噴霧粒子径として２００μｍ程度を考えると、前述の水量を噴霧すると排ガス１ｍ３当たりの水の蒸発面積は噴霧直後で２．９ｍ２になる。
【００７３】
一方、本発明の固体粒子の場合、粒子密度が４０００ｋｇ／ｍ３、粒子径が６００μｍで、この粒子を排ガス１ｍ３当たり１０ｋｇ循環させると、粒子表面積は２５ｍ２になり、この表面に噴霧水が均等に吹き付けられたとすると、約８．５倍の蒸発面積になる。実際には、各固体粒子にすべて水が付着するわけではないが、水滴単独よりも蒸発面積は増加し、かつ付着水の表面積は蒸発の進行によって減少しないため蒸発速度は極端に低下することがない。従ってガス冷却速度は極めて高い。
【００７４】
以下に、実験結果の一例を示す。
【００７５】
表１は、実験条件を示すもので、Ｒｕｎ１（入口ガス温度３００℃）およびＲｕｎ２（入口ガス温度５００℃）の２種類の条件で実験を行った。Ｒｕｎ１では、塔内の固体粒子の滞留状況が違うＣａｓｅ１〜４について測定し、Ｒｕｎ２では、塔内の固体粒子の滞留状況が違うＣａｓｅ１〜３について測定した。表２は、Ｒｕｎ１のＣａｓｅ１〜４における塔内の固体粒子の滞留状況とガス温度１４０℃以上に達する塔高さを示し、表３は、Ｒｕｎ２のＣａｓｅ１〜３における塔内の固体粒子の滞留状況とガス温度１４０℃以上に達する塔高さおよびガス温度３００°以下に達する塔高さを示している。なお、ガス温度については、塔高さに対する各高さで温度計測した中の最低値を四捨五入したもので示している。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
【表２】
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【００７８】
【表３】
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【００７９】
この実験結果から、ガス冷却塔に固体粒子を滞留させることにより得られる効果として、次のようなものがあることが分かる。
【００８０】
１.冷却水の蒸発速度が速くなり、塔高さを１／２以下に低減できる。
【００８１】
２.ガスの冷却速度が向上するため、冷却塔内において、ダイオキシン生成の最適温度である３００〜４００℃域が減り、ダイオキシン生成を抑制できる。
【００８２】
３.冷却塔入口部での重金属の凝縮・堆積の防止が期待でき、これに伴って、ダイオキシンの生成がさらに抑制される。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却塔内に固体粒子を浮遊させて、その一部を水の蒸発媒体として使用することにより、高温ガスを効果的に冷却することができ、ダイオキシンの生成を抑制するとともに、冷却装置のコンパクト化が図ることができる。
【００８４】
また、本発明によれば、ガス中の固体粒子を捕集して所定の大きさに選別してから塔へ循環し、循環固体粒子を水の蒸発媒体として再使用することにより、新規に投入する固体粒子の量を減らすことができるとともに、浮遊させるのに好適な粒子だけを冷却塔本体内に供給でき、より一層、高温ガスを効果的に冷却することができ、ダイオキシンの生成を抑制するとともに、冷却装置のコンパクト化が図ることができる。
【００８５】
また、集塵装置によって捕集された一部固体粒子を塔へ循環する循環管を設けるとともに、循環管の途中に粒子篩い器および粒子貯留槽を設け、適正な粒子径の捕集固体粒子を塔底部へ循環して水の蒸発媒体として使用することにより、より効果的な冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明によるガス冷却装置の第１実施例を示すフローシートである。
【図２】  図２は、本発明によるガス冷却装置の第２実施例を示すフローシートである。
【図３】  図３は、本発明によるガス冷却装置の第３実施例を示すフローシートである。
【図４】  図４は、本発明によるガス冷却装置の第４実施例を示すフローシートである。
【図５】  図５は、本発明によるガス冷却装置の第５実施例を示すフローシートである。
【図６】  図６は、本発明によるガス冷却装置の第６実施例を示すフローシートである。
【図７】  図７は、本発明によるガス冷却装置の第７実施例を示すフローシートである。
【図８】  図８は、本発明によるガス冷却装置の第８実施例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
(2)：冷却塔本体
(2a)：逆円錐部
(2b)：小径円筒部
(5)：水噴霧部（水噴霧ノズル）
(6)：循環管
(7)：ガス出口
(8)：前段バグフィルタ（集塵装置）
(9)：ガス入口
(10)：粒子篩い器
(11)：粒子貯留槽
(12)：有害ガス除去装置
(13)：薬剤投入用ダクト
(14)：後段バグフィルター
(22)：湿式洗煙塔（有害ガス除去装置）
(32)：冷却塔本体
(32a)：逆円錐部
(32b)：縦型円筒部
(40)：ガス流量調整ライン
(42)：循環ファン
(43)：ガス加熱器
(45)：差圧計
(47)：流量計
(51)：Ｕ字状ガス入口管
(61)：コーン型邪魔板
(62)：水平状多孔板型邪魔板
(63)：傾斜状多孔板型邪魔板
(64)：逆Ｖ字状多孔板型邪魔板
(71)：絞り
(72)：落下固体粒子貯留槽
(73)：固体粒子戻し管
(81)：水噴霧部（一流体チップ）
【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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