(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔本体をなす外塔に上部の蒸発部と下部のガス導入部と底部のテーパ状のホッパ部とを設け、ガス導入部の内部に蒸発部に連通する内塔を同心状に設けるとともに、内塔の下端開口をガス導入部の所定高さに配置し、内塔の内部に水噴霧ノズルを配置し、ガス導入部の側部に接続する入口ダクト部をガス導入部の接線方向に設け、蒸発部の頂部に出口ダクト部を設け、ホッパ部の塔底面にダスト排出口を設け、ホッパ部の内部にホッパ部上端縁から所定距離を隔てた位置に旋回流調整用ルーバーを配置したことを特徴とする旋回式排ガス減温塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋回式排ガス減温塔に関し、排ガスを旋回させることで、少ない蒸発空間内で完全に水粒子の蒸発を完了させ、かつ塔壁への水やダストの付着、塔壁の腐食を未然に防止する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ごみ焼却炉から排出する排ガスの処理においては、２００〜２８０℃の排ガスを排ガス減温塔に導いて水噴霧によって１５０〜２００℃に減温し、その後に除塵装置へ導いている。この排ガス減温塔には、例えば図９〜図１０に示すような旋回式排ガス減温塔がある。図９〜図１０において、塔本体をなす外塔１は上部の蒸発部２と下部の直胴状のガス導入部３と底部のテーパ状のホッパ部４からなり、ガス導入部３の内部には蒸発部２に連通する内塔５を同心状に配置している。
【０００３】
内塔５は内部に水噴霧ノズル６を有し、下端開口７がガス導入部３の所定高さに位置している。ガス導入部３の側部には焼却炉の排ガス排出系に連通する入口ダクト部８を接線方向に接続しており、蒸発部２の頂部には次系の除塵装置へ接続する出口ダクト部９を設け、ホッパ部４の塔底面にダスト排出口１０を設けている。
【０００４】
上記した構成により、焼却炉の排ガス排出系から入口ダクト部８を通してガス導入部３に流入する排ガスは、内塔５の周囲を旋回しながらホッパ部４に降下し、下端開口７から内塔５に流入する。内塔５において水噴霧ノズル６から噴霧する冷却水を伴った排ガスは蒸発部２に流入し、冷却水の蒸発によって所定温度に減温されて出口ダクト９から次系に排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の構成において、少ない蒸発空間内で水粒子の蒸発を完全に完了させ、かつ塔壁への水やダストの付着、塔壁の腐食を未然に防止するためには、蒸発空間における排ガスの旋回速度と水粒子の径のバランスを適正に調整することが重要であり、このために蒸発部２の蒸発空間における「排ガスの旋回速度」を調整することが必要となる。
【０００６】
蒸発部２の蒸発空間における排ガスの旋回速度と水粒子の径とのバランスが崩れた状態で運転した場合に、水粒子にかかる上昇力と遠心力のバランスが崩れ、水粒子は塔壁に付着して塔壁を濡らす。一方、減温塔に流入する排ガスは除塵前であるためにダストを多く含んでおり、また酸性ガス成分（ＨＣＬ、ＳＯｘ）を含んでいる。このために、壁塔の濡れた部分にダストが付着してガス通路が閉塞し、ごみ焼却炉の長期連続運転の妨げとなる。また、濡れた部分でガス中のＨＣＬ、ＳＯｘが金属壁と反応して急激に腐食が進んで穴が開くなどのトラブルが生じる。
【０００７】
しかしながら、従来の旋回式排ガス減温塔では、排ガスの旋回速度はごみ焼却炉から塔内に導く排ガス量と塔本体形状により決定されること、および水噴霧ノズルから噴出する水粒子の径がノズルの性能に依存することに起因して、以下のような問題点があった。
【０００８】
ごみ焼却炉から導入する排ガス量が計画設計段階のものよりも多くなった場合に、排ガス量の増加に伴って排ガスの旋回速度が計画設計段階のものより大きくなり、上述したトラブルの原因となる。また、塔本体形状に由来する排ガスの流れ状態は計画設計において必ずしも十分に予測できるものではなく、予想外に排ガスの旋回速度が大きくなる場合がある。
【０００９】
この排ガスの旋回速度を抑制するためには、減温塔の塔本体形状を変更する必要があるが、それには莫大な費用と期間が必要であり、実際上は不可能なことであった。
【００１０】
その代替策として、排ガスの旋回速度と水粒子の径とのバランスを保つために、水噴霧ノズルから噴出する水粒子の径を小さくすることで理論的には対応できるが、現状における減温塔の運転は、水噴霧ノズルの現状性能において可能な最小の水粒子の径を使用して行なっており、排ガスの旋回速度の増加に対して水粒子の径を小さくすることができない場合が多い。
【００１１】
本発明は上記した課題を解決するものであり、塔本体形状の変更を伴うことなく、排ガスの旋回速度を調整することができ、排ガスの旋回速度と水粒子の径とのアンバランスによる水粒子の塔壁面への付着、およびそれに起因するトラブルを未然に防ぐことができる旋回式排ガス減温塔を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の旋回式排ガス減温塔は、塔本体をなす外塔に上部の蒸発部と下部のガス導入部と底部のテーパ状のホッパ部とを設け、ガス導入部の内部に蒸発部に連通する内塔を同心状に設けるとともに、内塔の下端開口をガス導入部の所定高さに配置し、内塔の内部に水噴霧ノズルを配置し、ガス導入部の側部に接続する入口ダクト部をガス導入部の接線方向に設け、蒸発部の頂部に出口ダクト部を設け、ホッパ部の塔底面にダスト排出口を設け、ホッパ部の内部にホッパ部上端縁から所定距離を隔てた位置に旋回流調整用ルーバーを配置したものである。
【００１３】
上記した構成において、蒸発部における排ガスの旋回速度を規程する要因としてホッパ部における排ガスの向心回転流動があり、ホッパ部における排ガスの向心回転流動はホッパ部の形状に依存して生起する。ホッパ部の形状は、ホッパ部上端縁における流路径と、ホッパ部の塔底面における流路径と、ホッパ部上端縁から塔底面までの距離によって規程することができる。
【００１４】
一方、旋回流調整用ルーバーは下方向へ排ガスが通過することを許容するが、排ガスの周方向の運動を阻害し、排ガスが旋回流として通過することを許さないので、旋回流に対して擬似的な塔底面として作用する。したがって、ホッパ部上端縁から旋回流調整用ルーバーまでの距離を調整することにより、ホッパ部における向心回転流動を調整して蒸発部における排ガスの旋回速度を任意のものに制御することができる。
【００１５】
このため、計画設計時には、蒸発部において水粒子の径と排ガスの旋回速度とのバランスを取るために、塔内に供給する計画排ガス量に見合って塔本体の形状を規程する諸元を設定し、ホッパ部上端縁から旋回流調整用ルーバーまでの距離を設定する。そして、実際の運転において排ガスの旋回速度が予測値と異なる場合には、ホッパ部における旋回流調整用ルーバーの取り付け位置を変更し、ホッパ部上端縁から旋回流調整用ルーバーまでの距離を調整して蒸発部における排ガスの旋回速度と水粒子の径とのバランスを図る。
【００１６】
このように構成した減温塔においては、入口ダクト部を通してガス導入部に流入する排ガスが内塔の周囲を旋回しながらホッパ部に降下し、ホッパ部において向心回転流動しながら旋回流調整用ルーバーまで降下し、漸次に塔中心付近で上昇流に転じて下端開口から内塔に流入する。
【００１７】
内塔において水噴霧ノズルから噴霧する冷却水の水粒子を伴った排ガスは蒸発部に流入し、蒸発部において水粒子の径と排ガスの旋回速度とがバランスする状態で旋回する排ガスは冷却水の蒸発によって所定温度に減温されて出口ダクトから次系に排出される。ホッパ部において遠心力による分離作用を受けて排ガスから塔壁面側に分離したダストは旋回流調整用ルーバーを通過して塔底面に沈降し、塔底面のダスト排出口から塔外へ排出する。
【００１８】
したがって、旋回流調整用ルーバーの取り付け位置を調整することにより、塔本体形状の変更を伴うことなく、排ガスの旋回速度を調整することができ、排ガスの旋回速度と水粒子の径とのアンバランスによる水粒子の塔壁面への付着、およびそれに起因するトラブルを未然に防ぐことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。旋回式排ガス減温塔は、先に図９〜図１０において説明したものと基本的に同様であり、同様の作用を行なう部材については同一番号を付して説明を省略する。
【００２０】
図１〜図３において、ホッパ部４の形状は、ホッパ部上端縁４ａにおける流路径Ｄ１と、ホッパ部４の塔底面４ｂにおける流路径Ｄ２と、ホッパ部上端縁４ａから塔底面４ｂまでの距離Ｌ１によって規程することができる。
【００２１】
ホッパ部４の内部にはホッパ部上端縁４ａから所定距離Ｌ２を隔てた位置に旋回流調整用ルーバー１１を配置している。この旋回流調整用ルーバー１１は、図３に示すように、例えば高さ５０〜１００ｍｍ程度の平鋼を１００〜２００ｍｍの間隔で平行に配置したものであり、ボルト、溶接等の手段によってホッパ部４の壁面に取り付けており、その取り付け位置を変更することは容易に行い得る。旋回流調整用ルーバー１１は下方向へ排ガスが通過することを許容するが、排ガスの周方向の運動を阻害し、排ガスが旋回流として通過することを許さないので、旋回流に対して擬似的な塔底面として作用する。旋回流調整用ルーバー１１は図３に示すものに限らず、図４〜図８に示すように、種々の形態が考えられる。
【００２２】
ところで、蒸発部２における排ガスの旋回速度を規程する主要因としてホッパ部４における排ガスの向心回転流動があり、ホッパ部における排ガスの向心回転流動はホッパ部４の形状に依存して生起する。したがって、ホッパ部上端縁４ａから旋回流調整用ルーバー１１までの距離Ｌ２を調整することにより、ホッパ部４における向心回転流動を調整して蒸発部４における排ガスの旋回速度を任意のものに制御することができる。
【００２３】
このため、計画設計時には、蒸発部２において水粒子の径と排ガスの旋回速度とのバランスを取るために、塔内に供給する計画排ガス量に見合って塔本体の形状を規程する諸元を設定し、ホッパ部上端縁４ａから旋回流調整用ルーバー１１までの距離Ｌ２を設定する。
【００２４】
そして、実際の運転において排ガスの旋回速度が予測値と異なる場合には、ホッパ部４における旋回流調整用ルーバー１１の取り付け位置を変更し、ホッパ部上端縁４ａから旋回流調整用ルーバー１１までの距離Ｌ２を調整して蒸発部２における排ガスの旋回速度と水粒子の径とのバランスを図る。
【００２５】
このように調整した減温塔においては、入口ダクト部８を通してガス導入部３に流入する排ガスが内塔５の周囲を旋回しながらホッパ部４に降下し、ホッパ部において向心回転流動しながら旋回流調整用ルーバー１１まで降下し、漸次に塔中心付近で上昇流に転じて下端開口７から内塔５に流入する。
【００２６】
内塔５において水噴霧ノズル６から噴霧する冷却水の水粒子を伴った排ガスは蒸発部２に流入し、蒸発部２において水粒子の径と排ガスの旋回速度とがバランスする状態で旋回する排ガスは冷却水の蒸発によって所定温度に減温されて出口ダクト部９から次系に排出される。ホッパ部４において遠心力による分離作用を受けて排ガスから塔壁面側に分離したダストは旋回流調整用ルーバー１１を通過して塔底面４ｂに沈降し、塔底面４ｂのダスト排出口１０から塔外へ排出する。
【００２７】
以下に旋回流調整用ルーバー１１の効果に関する数値解析の結果を説明する。旋回流調整用ルーバー１１を挿入する減温塔と旋回流調整用ルーバー１１を挿入しない減温塔とを、旋回流調整用ルーバー１１の存在の有無以外は３次元幾何形状において同様に形成し、ガスの流速分布と水噴霧ノズル６から噴霧する水粒子の軌跡とを調べた。
【００２８】
試験条件は以下の通りである。
減温塔本体の直径：４５００ｍｍ
ガス量          ：６１０００ｍ3Ｎ／ｈ
入口温度        ：２２０℃
出口温度        ：１５０℃
ガス中水分量    ：１２％
冷却水量        ：１９００ｌ／ｈ
水粒子径        ：１５５μｍ
結果において、旋回流調整用ルーバー１１を挿入しない場合の旋回速度最大値は３５ｍ／ｓであり、旋回流調整用ルーバー１１を挿入した場合の旋回速度最大値は２３ｍ／ｓであった。この結果から旋回流調整用ルーバー１１が蒸発部２における排ガスの旋回速度を抑制する効果を発揮することは明らかである。
【００２９】
次に、水粒子の軌跡の解析結果を説明する。ここで水粒子の軌跡とは噴霧した水粒子が蒸発完了するまでの軌跡である。
塔壁面への水粒子の付着個数割合と付着重量割合を表１に示す。ここで付着割合は噴霧した水量全量に対する付着量を表す。
【００３０】
【表１】
0003741594.tif 000002
表１に示す結果において、旋回流調整用ルーバー１１の存在によって付着割合が大幅に減少していることが明らかである。
【００３１】
表２は塔壁に付着したダストの付着厚みを示し、このダストの付着厚みは塔壁における最大値である。
【００３２】
【表２】
0003741594.tif 000003
表２に示す結果において、旋回流調整用ルーバー１１の存在によってダストの付着厚みの増加割合が大幅に減少していることが明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、旋回流調整用ルーバーの取り付け位置を調整することにより、塔本体形状の変更を伴うことなく、排ガスの旋回速度を調整することができ、排ガスの旋回速度と水粒子の径とのアンバランスによる水粒子の塔壁面への付着、およびそれに起因するトラブルを未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における旋回式排ガス減温塔を示す全体構成図である。
【図２】同旋回式排ガス減温塔のホッパ部を示す要部拡大図である。
【図３】同旋回式排ガス減温塔に装着する旋回流調整用ルーバーの平面図である。
【図４】同旋回式排ガス減温塔に装着する他の旋回流調整用ルーバーの平面図である。
【図５】同旋回式排ガス減温塔に装着する他の旋回流調整用ルーバーの平面図である。
【図６】同旋回式排ガス減温塔に装着する他の旋回流調整用ルーバーの平面図である。
【図７】同旋回式排ガス減温塔に装着する他の旋回流調整用ルーバーの平面図である。
【図８】同旋回式排ガス減温塔に装着する他の旋回流調整用ルーバーの平面図である。
【図９】従来の旋回式排ガス減温塔を示す全体構成図である。
【図１０】同旋回式排ガス減温塔のガス導入部におけるガス流を示す模式図である。
【符号の説明】
１    外塔
２    蒸発部
３    ガス導入部
４    ホッパ部
５    内塔
６    水噴霧ノズル
７    下端開口
８    入口ダクト部
９    出口ダクト部
１０    ダスト排出口
１１    旋回流調整用ルーバー
【図１】
0003741594.tif 000004
【図２】
0003741594.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003741594.tif 000009
【図７】
0003741594.tif 000010
【図８】
0003741594.tif 000011
【図９】
0003741594.tif 000012
【図１０】
0003741594.tif 000013