加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルとこれを用いた加圧熱水の噴霧方法
【課題】 熱水を用いた排ガス減温システムにおいて、熱水噴霧ノズルから常に良好な状態の熱水噴霧を安定して行うことにより、減温効率を大幅に高め得るようにした沸騰微粒化ノズルを提供する。
【解決手段】 大気圧下での水の準点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルに於いて、内部に回転子挿着部１２ａとこれに連通する熱水噴出口１２ｃを備えたノズルチップ１１と、前記回転子挿着部１２ａ内へ回転自在に挿着され、中心部に直線状の単孔１５ｂを穿設すると共に外周面に旋回溝１５ａを螺旋状に形成して成る回転子１５とから構成したことを特徴とする加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【解決手段】 大気圧下での水の準点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルに於いて、内部に回転子挿着部１２ａとこれに連通する熱水噴出口１２ｃを備えたノズルチップ１１と、前記回転子挿着部１２ａ内へ回転自在に挿着され、中心部に直線状の単孔１５ｂを穿設すると共に外周面に旋回溝１５ａを螺旋状に形成して成る回転子１５とから構成したことを特徴とする加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱水を利用した排ガス減温システムの改良に関するものであり、排ガスの減温をより安定した状態下で効率よく行えるようにした加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルと、これを用いた熱水の噴霧方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にごみ焼却炉やごみ溶融炉、ボイラ燃焼装置等から排出された燃焼排ガスは、所定の温度にまで減温されたあとガス浄化装置により清浄化され、大気中へ放散されて行く。
【０００３】
また、上記排ガスの減温システムとしては、所謂一流体方式（加圧水）や二流体方式（圧縮流体＋加圧水）と呼ばれる常温水を排ガス内へ噴霧する方式が多く利用されて来たが、近年、大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を排ガス内へ噴霧するようにした排ガス減温システムが、新たに開発されて実用化の段階に来ている。
【０００４】
図８は、本願出願人が先きに開発をして実用化を進めている熱水を利用した排ガス減温システムの基本構成を示すものであり、図８において、１は排ガス冷却塔、１ａは排ガス入口、１ｂは排ガス出口、１ｃは灰出口、１ｄは気密保持装置、２は熱水タンク、３は加圧ポンプ、４は熱水噴霧ノズル、５は温度制御装置、５ａは出口側の排ガス温度検出器、５ｂは入口側の排ガス温度検出器、６は熱水量制御弁、Ｇｈは高温排ガス、ＧＬは低温排ガス、Ｓは加熱蒸気、Ｗｔは熱水、Ｃｈは灰である。
【０００５】
高温排ガスＧｈの減温に際しては、熱水タンク２内の熱水Ｗｔが、熱水タンク２内の内圧及び又は減温水加圧ポンプ３の加圧送水力によって減温水ノズル４へ送られ、熱水噴霧ノズル４から高温排ガスＧｈ内へ噴霧される。熱水噴霧ノズル４から噴霧された熱水Ｗｔは、大気圧下における沸点（１００℃）よりも相当に高い温度の高圧水であるため、熱水噴霧ノズル４の噴出口の出口近傍で急激に減圧沸騰し、熱水噴霧ノズル４から噴霧された加圧熱水は、粒子径が約数１０μｍ〜数μｍの微細粒子になると共に、瞬時に蒸発して水蒸気となり、排ガス冷却塔１内の高温排ガスＧｈとの熱交換によりこれを冷却する。また、所定の温度にまで冷却された低温排ガスＧＬは排ガス出口１ｂを通して外部へ誘引され、更に、分離された排ガス内の灰（ダスト等）Ｃｈは、灰出口１ｃより外部へ排出されて行く。
【０００６】
上記図８の排ガス減温システムは、（ａ）減温水として加圧熱水を用いているため、噴霧された熱水は、熱水噴霧ノズルの噴出口の近傍に於いて急激に減圧沸騰をし、粒径が数μｍ程度の微粒子状の噴霧となると共に瞬時に蒸発をして水蒸気となる。これにより、水滴の付着に起因するガス冷却室壁面の損傷やダストの堆積によるトラブルがほぼ完全に防止されること、（ｂ）噴霧された熱水が瞬時に蒸発されることにより噴霧水の冷却性能が大幅に向上し、排ガス冷却塔の大幅な小形化が可能となること、（ｃ）熱水タンクの加圧力が十分である場合には、熱水加圧ポンプが不要となって設備が極めて簡素に構成できるうえ、ランニングコストの大幅な引下げが可能になること、（ｄ）焼却炉やボイラ設備に脱気器が付属されている場合には、脱気器の熱水をそのまま利用することができ、熱水設備としては熱水噴霧ノズルと脱気器からの配管設備のみがあれば良く、排ガス減温設備を極めて安価に構成することができること等の優れた効用を奏するものであり、高い実用的効用を有している。
【０００７】
しかし、当該排ガス減温システムにも未だ解決すべき多くの課題が残されており、実用化試験の積み重ねと共にその問題点が明らかになって来た。
第１の問題点は、熱水噴霧の熱水噴霧特性に関する点である。従前から、この積の熱水を利用する排ガス減温装置では、沸騰微粒化ノズルとして単孔型ノズルとホロコーン型ノズル（旋回孔型ノズル）が多く使用されてきた。
【０００８】
前者の単孔型ノズルは図９に示す如き構造のものであり、ノズル本体４ａの構造が簡単で安価であり、しかもトラブルの発生が少ないと云う特徴を有している。しかし、ノズル口径Ｒが大きくなってくると、噴射口４ａより吐出された噴霧水滴がノズル噴射口４ｂの中心軸線φ側に集まり易くなり、その結果排ガス冷却塔１に於ける熱水Ｗｔの排ガス減温効率が低下することになる。
【０００９】
また、熱水Ｗｔの噴霧開始時には、配管自体の熱容量による熱水Ｗｔの冷却や配管内での減圧・気化によって熱水温度が低下する。そのため、熱水Ｗｔが十分に微粒化し難くなると云う問題がある。
尚、上記熱水Ｗｔが十分に微粒化し難くなると云う問題は、噴霧停止時にも同様に発生することであり、噴霧停止時に配管内に残留する熱水Ｗｔの残量により、比較的大粒径の水滴が継続的に噴出すると云う問題がある。
【００１０】
一方、後者の図１０に示す所謂ホロコーン型ノズルに於いては、旋回体４ｄの旋回孔４ｃが大口径になっても、噴射口４ｂからの噴霧粒（噴霧水滴）が軸線φ側へ集まると云う傾向は比較的少ない。しかし、圧力制御によって噴霧量の調整を行う際に低噴霧圧領域に入ると、噴霧状態が極端に悪化して所謂一様に拡がった良好な噴霧状態を保持できなくなり、結果として排ガス冷却効率が悪化する等の問題がある。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２７４６５４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４７２５号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３３２８号公報
【特許文献４】特開２００３−２５４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は従前の熱水を利用した排ガス減温システムにおける上述の如き問題、即ち（イ）単孔型の熱水噴霧ノズルにあっては、熱水噴霧量が増大してノズル口径Ｒが大きくなると、噴霧水滴がノズル軸線φ寄りに集中し、熱水Ｗｔによる総合的な排ガス減温効率が低下すること、（ロ）熱水Ｗｔの噴霧の開始時や噴霧の停止時に於ける熱水の噴霧状態が、定常運転時に比較して著しく悪化すること、及び（ハ）ホロコーン型ノズルにあっては、圧力制御による熱水の流量調整時に低噴霧圧領域に入ると、噴霧状態が著しく悪化すること等の問題を解決せんとするものであり、ホロコーン型熱水噴霧ノズルの構造に改良を加えることにより、上記（イ）、（ロ）及び（ハ）のような問題の発生をほぼ完全に防止できるようにした新規な熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルを提供すると共に、複数個の沸騰微粒化ノズルを同時に作動させることにより、効率的な排ガス減温を行えるようにした加圧熱水の噴霧方法を提供することを発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルに於いて、内部に回転子挿着部１２ａとこれに連通する熱水噴出口１２ｃを備えたノズルチップ１１と、前記回転子挿着部１２ａ内へ回転自在に挿着され、中心部に直線状の単孔１５ｂを穿設すると共に外周面に旋回溝１５ａを螺旋状に形成して成る回転子１５とから構成したことを特徴とする加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【００１４】
請求項２の発明は、ノズルチップ１１を、熱水噴出口１２ｃと熱水噴出通路１２ｂと回転子挿着部１２ａを備えたチップ本体１２と、回転子１５を挿着したチップ本体１２の後方にシール材１４を介設して気密状に固定した回転子支持体１３とから形成するようにしたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、回転子１５の単孔１５ｂの長さＬとその内径Ｄとの比Ｌ／Ｄを７以上とするようにしたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、回転子１５の単孔１５ｂの断面積Ｓ1 と旋回溝１５ａの断面積Ｓ2との比Ｓ1 ／Ｓ2 を０．２以上とするようにしたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、ノズルチップ１１の前端面１２ｅを平坦面としたものである。
【００１８】
請求項６の発明は、排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置１の中央部に複数個の沸騰微粒化ノズル１０を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル１０からほぼ等量の熱水Ｗｔを排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル１０の熱水噴出口１２ｃの間隔Ｚを３００ｍｍ以上としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項7の発明は、排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置１の中央部に3個の沸騰微粒化ノズル１０を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル１０からほぼ等量の熱水Ｗｔを排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル１０の熱水噴出口１２ｃの間隔Ｚを１００〜３００ｍｍとすると共に、両側に位置する沸騰微粒化ノズル１０の熱水噴出口１２ｃの軸線方向を排ガスの流れの方向に対して夫々対向状に５〜２０度傾斜させるようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る沸騰微粒化ノズルでは、外周面に旋回溝１５ａを設けた回転子１５の高速回転によりノズルチップ１１内部に加圧熱水の旋回流が形成される。これにより、従前の単孔型ノズルに比較して熱水噴出口（ノズル口）１２ｃの口径が大きくても、噴霧熱水の水滴粒が均等に分散されることになり、排ガスＧｈとの接触効率が上昇する。その結果、噴霧熱水の蒸発時間が短縮されるため、排ガス減温装置１の大幅な小形化が可能となる。
【００２１】
また、噴霧開始時や停止時の低噴霧圧における噴霧状態の悪化を防ぐことができるうえ、ノズルチップ１１の先端部を平坦にすることにより、排ガスの巻込みがなくなり、噴霧不良の状態を引き起こすノズル先端へのダスト固着・成長が防止されることになる。
上述のように、本発明の沸騰微粒化ノズルを用いることにより、排ガス減温装置の小型化及び減温効率の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱水噴霧用の沸騰微粒化ノズルの一部を縦断した断面概要図であり、図２は図１のＡ−Ａ視断面図である。
当該沸騰微粒化ノズル１０はノズルチップ１１と、ノズルチップ１１内へ回転自在に挿着した回転子１５とから形成されている。
【００２３】
また、前記ノズルチップ１１は、円筒状の回転子挿着部１２ａと大径の噴出通路１２ｂと小口径の熱水噴出口１２ｃとラッパ形の噴射口１２ｄと平面状の前端面１２ｅとを備えたチップ本体１２と、チップ本体１２の後方へ螺挿した前端に鍔部１３ａを有する回転子支持体１３とから形成されており、チップ本体１２と回転子支持体１３との間には気密保持用のシールリング１４が配設されている。
【００２４】
前記回転子１５は、外周面に断面形状がＵ形又は半円形の螺旋状の旋回溝１５ａを有すると共に、中心部に断面形状が円形の単孔１５ｂを穿設した短円柱体であり、その後端面にはガイド部１５ｃが回転支持体１３内へ突設されている。
【００２５】
前記回転子支持体１３の上流側よりチップ本体１２内へ流入した加圧熱水Ｗｔは、単孔１５ｂと、回転子挿着部１２ａの内周面と回転子１５の外周面間に形成された螺旋状の旋回溝１５ａとに分流して熱水噴出口１２ｃ側へ流通し、旋回溝１５ａ内を流通する熱水Ｗｔの旋回力により回転子１５が高速回転される。
その結果、単孔１５ｂからの微粒化水滴が旋回溝１５ａからの旋回する微粒化水滴によって拡散されることになり、排ガスＧｈとの接触効率が向上することになる。
【００２６】
尚、図３は、沸騰微粒化ノズル１０における熱水Ｗｔの流通状態を模式的に示したものであり、ノズルチップ内へ供給された加圧熱水Ｗｔは、小口径の熱水噴霧口１２ｃ内での急減圧に伴う気泡の生成過程を経て、噴霧後は瞬時に液分裂をして微粒化することになる。即ち、液相流、気泡流、液分裂の過程を経て所謂噴霧状態となる。
【００２７】
また、上記沸騰微粒化ノズル１０の基本的な構成は公知であるが、後述する如く本発明に係る沸騰微粒化ノズル１０は、熱水Ｗｔを用いること及び単孔１５ｂの内径Ｄとその長さ寸法Ｌの比（Ｌ／Ｄ）、旋回溝１５ａの有効断面積Ｓ2 と単孔１５ｂの有効断面積Ｓ1 の比（Ｓ1 ／Ｓ2 ）等を特定の範囲内の値に限定したこと等に特徴点を有している。
【００２８】
即ち、本発明の熱水沸騰微粒化ノズル１０においては、前記回転子１５の単孔１５ｂの内径Ｄと長さ寸法Ｌとの比Ｌ／Ｄを、図１のＫに示すような理想的な熱水噴霧状態を得るために７以上の値、好ましくは１０以上の値に設定されており、内径Ｄと長さＬとの比をＬ／Ｄを上述の如き値とすることにより、理想的な熱水の微粒化状態を得ることができる実作動試験により確認されている。
【００２９】
同様に、回転子１５の旋回溝１５ａの断面積Ｓ2 と直線状の単孔１５ｂの断面積Ｓ1 との比Ｓ1 ／Ｓ2 は０．２以上の値にする必要があり、当該Ｓ1 ／Ｓ2 の値を０．２以上とすることにより、所定の噴霧の広がり角度αの全域に対して均等に熱水が微粒子化されることが、実作動試験により確認されている。
【００３０】
更に、ノズルチップ本体１２の前端面１２ｅは平坦面にするのが望ましい。当該前端面１２ｅを平坦面とすることにより、排ガスの巻込みによるノズル１０の先端部へのダストの付着・成長を有効に防止できることが、実作動試験により確認されている。
【００３１】
（試験例１）
図４は、本発明の熱水噴霧用沸騰微粒化ノズル１０及びこれを用いた熱水の噴霧方法に関する基礎データを得るために用いた試験装置の全体系統図である。図４において、１は排ガス冷却塔、２は熱水タンク、３は熱水加圧ポンプ、５は減温後の排ガス温度制御装置、６は熱水量制御弁、７は低圧蒸気だめ、８は蒸気式熱交換器、９は復水タンク、１６は熱水温度制御装置、１７は熱水循環圧力制御装置、１８は水槽、１９は水供給ポンプ、Ｔは温度検出器（又は温度計）、Ｐは圧力検出器（又は圧力計）、Ｆは熱水流量計である。
【００３２】
熱水Ｗｔの加熱源として蒸気式熱交換器８が使用されており、低圧蒸気だめ７より過熱蒸気Ｓを熱交換器８へ供給することにより、熱水（１２０℃〜１５５℃、１．１ＭＰａ〜２．０ＭＰａ）Ｗｔが製造されている。
また、排ガス冷却塔１は内径約１５００ｍｍφ、高さ約８０００ｍｍの外形寸法を有しており、その中に沸騰微粒化ノズル１０を取替可能に設けると共に、これに熱水Ｗｔを噴霧温度１３０℃、噴霧圧力０．３〜１．０ＭＰａ、噴霧量１００〜２５０ｋｇ／ｈの条件下で供給し、噴霧状態を目視によって排ガス冷却塔１の外部から検査窓を通して観察した。尚、当該試験例１に於いては、高温排ガスＧｈの供給をストップした状態としている。
【００３３】
上記熱水噴霧状態の観察を、沸騰微粒化ノズル１０の前記Ｌ／Ｄ（Ｌ＝単孔１５ｂの長さＬ、Ｄ＝単孔１５ｂの内径）及び前記Ｓ1 ／Ｓ2 （Ｓ1 ＝単孔１５ｂの断面積、Ｓ2 ＝旋回溝１５ａの断面積）を変化させた７個の異なる沸騰微粒化ノズル１０について、夫々行った。
表１は、上記試験例１の結果を示すものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
上記ノズル１０のＬ／Ｄ及びＳ1 ／Ｓ2 を変えた噴霧テストの結果からも明らかなように、Ｌ／Ｄ＞７、Ｓ1 ／Ｓ2 ＞０．２以上において、均等な微粒化がおこっている良好な噴霧状態が得られることが判明した。
【００３６】
（試験例２）
次に、図４の実験装置を用いて、排ガスＧｈの減温試験を行った。尚、排ガスＧｈは都市ごみ焼却施設パイロットプラントを実稼動させ、その高温燃焼排ガスＧｈを排ガス冷却塔１へ導入した。
試験条件を排ガス流量１６００Ｎｍ3 ／Ｈ、排ガス温度４２０℃、熱水噴霧量２００ｋｇ／Ｈ、排ガス減温塔１の排ガス出口の排ガス温度１８０℃とし、且つ熱水噴霧ノズルとして、本発明の沸騰微粒化ノズル１０と従前の単孔噴霧ノズルと二流体式噴霧ノズル（熱水圧力より僅かに高圧力の圧縮空気を熱水流量の約１／３の流量で供給）の三種のノズルを使用した。
【００３７】
試験は、排ガス減温塔１の内部の多数個所で温度を測定し、各地点の排ガス温度が完全に均一な温度（即ち、一定の温度）になるまでの時間（以下、蒸発時間と呼ぶ）を比較することにより行った。
表２は、試験例２の結果を示すものである。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表２の試験結果からも明らかなように、本発明に係る沸騰微粒化ノズル１０が最も速く噴霧微粒体が蒸発を完了すること、即ち所謂熱水の噴霧状態が良好なことが判明した。但し、当該試験例２で使用したノズル１０の各要部の寸法はＬ＝１．２ｍｍ、Ｄ＝１０．０ｍｍ、Ｓ1 ＝１．１ｍｍ2 、Ｓ2 ＝５．５ｍｍ2 であった。
【００４０】
また、当該試験例２では、沸騰微粒化ノズル１０のチップ本体１２の前端面１２ｅを平坦面としたものと、鋭角に加工したものとの両型式のノズル１０について、排ガスＧｈ内のダストの付着成長状態を観察した。
その結果、ノズル１０の先端部を鋭角に加工すると、噴射口１２ｄの近傍からダストの固着成長が始まり、これが噴霧状態を悪化させることが確認された。
【００４１】
次に、本発明に係る沸騰微粒化ノズル１０を複数個同時使用する場合のノズルチップ１１の最適間隔を求めるため、図４の排ガス減温塔１を排ガスＧｈが上向流であるものに変えると共に、熱水Ｗｔを上向き（即ち、排ガスＧｈの流れと同方向）に噴霧するように変更した。
【００４２】
図５は３個の沸騰微粒化ノズル１０を垂直姿勢で且つ相互の間隔Ｚを調整自在に一列状に配列した場合を示すものであり、また、図６は３個のノズルチップ１１を傾斜角度αを調整自在に一列状に配列した場合を示すものである。
【００４３】
（試験例３）
先ず、試験条件（全連続式都市ごみ焼却施設（５５ｔｏｎ／日）における試験）として、排ガス流量１６０００Ｎｍ3 ／Ｈ、高温排ガスＧｈの温度２８０℃、全熱水噴霧量８００ｋｇ／ｈ、排ガス減温塔出口の排ガスＧＩの温度１８０℃に設定し、次にノズルチップ１１の間隔Ｚを２００ｍｍ、３００ｍｍ及び４００ｍｍとした場合の、排ガス減温塔１内の排ガス温度がほぼ均一になる高さ位置を測定した。
尚、減温塔１内の温度分布は、試験例２の蒸発時間の測定の場合と同様に、減温塔１内に配置した複数の温度検出器により検出したものである。
【００４４】
図７はその試験結果を示すものであり、例えば、３ヶのノズルチップ１１の相互間の距離Ｚが３００ｍｍの場合には、ノズルチップ１１から約５０００ｍｍの高さ位置において排ガス温度が約１５０℃位いになる。
【００４５】
これに対して、ノズルチップ１１の間の間隔距離Ｚが２００ｍｍの場合には、高さ約５０００ｍｍの位置における排ガス温度は、排ガス冷却塔１の中心部で約１３０℃、中心より２００ｍｍ離れた位置で約１１０℃となり、ほぼ同じ温度には至っていないことが判る。
【００４６】
上記図７に示した試験例３の結果から、複数個のノズルチップ１１を用いて、排ガスＧｈの流れ方向と平行に熱水噴霧を行う場合には、ノズルチップ１１の相互間の間隔距離（小口径の熱水噴出口１２ｃの軸線φ間の距離）Ｚを３００ｍｍ以上とすることにより、減温塔１内の排ガス温度を減温塔１の高さ方向より低い位置において、その半径方向の全域において均一に保持できることが確認された。
【００４７】
（試験例４）
図６の試験装置において、３ヶのノズルチップ１１を３００ｍｍ以下の間隔Ｚでもって横一列に配列し、両側のノズルチップ１１の傾斜角度αを調整可能な構造とすると共に、その傾斜角αを５〜２０度に亘って変化をさせて、排ガス減温塔１の内壁面に付着する水滴の状態を観測した。
【００４８】
尚、排ガス減温塔１内へ供給する排ガス温度ＧＨ等の条件は図５の試験の場合と同一であり、また排ガス減温塔１の寸法は内径２４００ｍｍφ、高さ約１００００ｍｍである。更に、使用したノズルチップ１１の構造条件は、小口径熱水噴出口１２ｃの内径Ｒが１．６ｍｍ、単孔１５ｂの内径Ｄ＝１．２ｍ、長さＬ＝１０．０ｍｍ、断面積Ｓ1 ＝１．１ｍｍ、旋回溝１５ａの断面積Ｓ2 ＝５．５ｍｍ2 であり、且つ各ノズルチップ１１は相互の間隔Ｚを３００ｍｍ以下に選定して配列されている。
【００４９】
上記試験例４の結果から、両側のノズルチップ１１の傾斜角度αを２０度以上にすると、排ガス冷却塔１の内壁面に水滴が付着することが判明した。
また、傾斜角度αが５℃以下であると、噴霧熱水同士の干渉により減温効率が低下することが確認された。
【００５０】
上記の如き事実から、複数の沸騰微粒化ノズル１０を並列配置して同時使用する場合には、相互の間隔を３００ｍｍ以上にする必要のあることが判明した。また複数（３個）の沸騰微粒化ノズル１０を減温塔１の中央部に横一列に配置し、両側に位置するノズル１０の取付角度αを変化させる場合には、傾斜角度αは５〜２０度の間にする必要のあることが判明した。
【００５１】
前記試験例３及び試験例４では、高温排ガスＧｈを上向流とし、これと同方向に熱水噴霧を行うようにしているが、高温排ガスＧｈを下向流とすると共に、熱水噴霧を減温塔１の上方から下方へ向って行うようにしてもよいことは勿論である。
【００５２】
また、前記試験例３及び試験例４では、３個の熱水沸騰微粒化ノズル１０を排ガス減温塔１の中央部に横一列に配列する構成としているが、ノズル１０の数及び各ノズル１０の配置の形態は、各ノズル１０間の間隔Ｚが３００ｍｍ以上である限り、任意に選定できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、主として都市ごみ焼却炉や灰溶融炉、ボイラ装置を含む各種燃焼装置等からの燃焼排ガスの冷却に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る熱水噴霧用沸騰微粒化ノズルの一部を縦断した断面概要図である。
【図２】図１のＡ−Ａ視断面図である。
【図３】本発明の沸騰微粒化ノズル１０の内部に於ける熱水Ｗｔの流動状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る沸騰微粒化ノズルの熱水噴霧特性の各試験に用いた試験設備の全体系統図である。
【図５】複数個の沸騰微粒化ノズルを使用する場合の熱水噴霧特性の試験に使用した排ガス減温塔の断面概要図である。
【図６】複数個のノズルチップ１１を備えた沸騰微粒化ノズルを用いた場合の熱水噴霧特性の試験に使用した排ガス減温塔の断面概要図である。
【図７】図５の熱水噴霧特性試験に於ける試験結果を示す線図である。
【図８】従前の熱水を利用した排ガス減温塔の全体系統図である。
【図９】従前の単孔型熱水噴霧ノズルの断面概要図である。
【図１０】従前のホロコーン型熱水噴霧ノズルの断面概要図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｗｔは熱水、Ｓは加熱蒸気、Ｗは上水、Ｇｈは高温排ガス、Ｇｉは低温排ガス、Ｓ1 は単孔の断面積、Ｓ2 は旋回孔の断面積、Ｄは単孔１５ｂの内径、Ｌは単孔１５ｂの長さ、Ｄ2 は旋回孔の内径、Ｒはノズル口径、φはノズル噴射口４ａの軸線、Ａｏは気泡、Ｔは温度検出器（又は温度計）、Ｐは圧力検出器（又は圧力計）、Ｆは熱水流量計、Ｚはノズルチップの間隔、αはノズルチップの傾斜角度、Ｋは熱水の噴霧体、１は排ガス冷却塔（排ガス冷却装置）、１ａは排ガス入口、１ｂは排ガス出口、１ｃは灰出口、１ｄは気密保持装置、２は熱水タンク、３は加圧ポンプ、４は熱水噴霧ノズル、４ａはノズル本体、４ｂは噴射口、４ｃは旋回孔、４ｄは旋回体、５は温度制御装置、５ａは出口側の排ガス温度検出器、５ｂは入口側の排ガス温度検出器、６は熱水量制御弁、１０は沸騰微粒化ノズル、１１はノズルチップ、１２はチップ本体、１２ａは回転子挿着部、１２ｂは大径の噴出通路、１２ｃは小口径の熱水噴出口、１２ｄはラッパ形の噴射口、１２ｅは平面状の前端面、１３は回転子支持体、１３ａは鍔部、１４はシール材、１５は回転子、１５ａは螺旋状旋回溝、１５ｂは単孔、１５ｃはガイド部、１６は熱水温度制御装置、１７は熱水循環圧力制御装置、１８は水槽、１９は水供給ポンプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱水を利用した排ガス減温システムの改良に関するものであり、排ガスの減温をより安定した状態下で効率よく行えるようにした加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルと、これを用いた熱水の噴霧方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にごみ焼却炉やごみ溶融炉、ボイラ燃焼装置等から排出された燃焼排ガスは、所定の温度にまで減温されたあとガス浄化装置により清浄化され、大気中へ放散されて行く。
【０００３】
また、上記排ガスの減温システムとしては、所謂一流体方式（加圧水）や二流体方式（圧縮流体＋加圧水）と呼ばれる常温水を排ガス内へ噴霧する方式が多く利用されて来たが、近年、大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を排ガス内へ噴霧するようにした排ガス減温システムが、新たに開発されて実用化の段階に来ている。
【０００４】
図８は、本願出願人が先きに開発をして実用化を進めている熱水を利用した排ガス減温システムの基本構成を示すものであり、図８において、１は排ガス冷却塔、１ａは排ガス入口、１ｂは排ガス出口、１ｃは灰出口、１ｄは気密保持装置、２は熱水タンク、３は加圧ポンプ、４は熱水噴霧ノズル、５は温度制御装置、５ａは出口側の排ガス温度検出器、５ｂは入口側の排ガス温度検出器、６は熱水量制御弁、Ｇｈは高温排ガス、ＧＬは低温排ガス、Ｓは加熱蒸気、Ｗｔは熱水、Ｃｈは灰である。
【０００５】
高温排ガスＧｈの減温に際しては、熱水タンク２内の熱水Ｗｔが、熱水タンク２内の内圧及び又は減温水加圧ポンプ３の加圧送水力によって減温水ノズル４へ送られ、熱水噴霧ノズル４から高温排ガスＧｈ内へ噴霧される。熱水噴霧ノズル４から噴霧された熱水Ｗｔは、大気圧下における沸点（１００℃）よりも相当に高い温度の高圧水であるため、熱水噴霧ノズル４の噴出口の出口近傍で急激に減圧沸騰し、熱水噴霧ノズル４から噴霧された加圧熱水は、粒子径が約数１０μｍ〜数μｍの微細粒子になると共に、瞬時に蒸発して水蒸気となり、排ガス冷却塔１内の高温排ガスＧｈとの熱交換によりこれを冷却する。また、所定の温度にまで冷却された低温排ガスＧＬは排ガス出口１ｂを通して外部へ誘引され、更に、分離された排ガス内の灰（ダスト等）Ｃｈは、灰出口１ｃより外部へ排出されて行く。
【０００６】
上記図８の排ガス減温システムは、（ａ）減温水として加圧熱水を用いているため、噴霧された熱水は、熱水噴霧ノズルの噴出口の近傍に於いて急激に減圧沸騰をし、粒径が数μｍ程度の微粒子状の噴霧となると共に瞬時に蒸発をして水蒸気となる。これにより、水滴の付着に起因するガス冷却室壁面の損傷やダストの堆積によるトラブルがほぼ完全に防止されること、（ｂ）噴霧された熱水が瞬時に蒸発されることにより噴霧水の冷却性能が大幅に向上し、排ガス冷却塔の大幅な小形化が可能となること、（ｃ）熱水タンクの加圧力が十分である場合には、熱水加圧ポンプが不要となって設備が極めて簡素に構成できるうえ、ランニングコストの大幅な引下げが可能になること、（ｄ）焼却炉やボイラ設備に脱気器が付属されている場合には、脱気器の熱水をそのまま利用することができ、熱水設備としては熱水噴霧ノズルと脱気器からの配管設備のみがあれば良く、排ガス減温設備を極めて安価に構成することができること等の優れた効用を奏するものであり、高い実用的効用を有している。
【０００７】
しかし、当該排ガス減温システムにも未だ解決すべき多くの課題が残されており、実用化試験の積み重ねと共にその問題点が明らかになって来た。
第１の問題点は、熱水噴霧の熱水噴霧特性に関する点である。従前から、この積の熱水を利用する排ガス減温装置では、沸騰微粒化ノズルとして単孔型ノズルとホロコーン型ノズル（旋回孔型ノズル）が多く使用されてきた。
【０００８】
前者の単孔型ノズルは図９に示す如き構造のものであり、ノズル本体４ａの構造が簡単で安価であり、しかもトラブルの発生が少ないと云う特徴を有している。しかし、ノズル口径Ｒが大きくなってくると、噴射口４ａより吐出された噴霧水滴がノズル噴射口４ｂの中心軸線φ側に集まり易くなり、その結果排ガス冷却塔１に於ける熱水Ｗｔの排ガス減温効率が低下することになる。
【０００９】
また、熱水Ｗｔの噴霧開始時には、配管自体の熱容量による熱水Ｗｔの冷却や配管内での減圧・気化によって熱水温度が低下する。そのため、熱水Ｗｔが十分に微粒化し難くなると云う問題がある。
尚、上記熱水Ｗｔが十分に微粒化し難くなると云う問題は、噴霧停止時にも同様に発生することであり、噴霧停止時に配管内に残留する熱水Ｗｔの残量により、比較的大粒径の水滴が継続的に噴出すると云う問題がある。
【００１０】
一方、後者の図１０に示す所謂ホロコーン型ノズルに於いては、旋回体４ｄの旋回孔４ｃが大口径になっても、噴射口４ｂからの噴霧粒（噴霧水滴）が軸線φ側へ集まると云う傾向は比較的少ない。しかし、圧力制御によって噴霧量の調整を行う際に低噴霧圧領域に入ると、噴霧状態が極端に悪化して所謂一様に拡がった良好な噴霧状態を保持できなくなり、結果として排ガス冷却効率が悪化する等の問題がある。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２７４６５４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４７２５号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３３２８号公報
【特許文献４】特開２００３−２５４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は従前の熱水を利用した排ガス減温システムにおける上述の如き問題、即ち（イ）単孔型の熱水噴霧ノズルにあっては、熱水噴霧量が増大してノズル口径Ｒが大きくなると、噴霧水滴がノズル軸線φ寄りに集中し、熱水Ｗｔによる総合的な排ガス減温効率が低下すること、（ロ）熱水Ｗｔの噴霧の開始時や噴霧の停止時に於ける熱水の噴霧状態が、定常運転時に比較して著しく悪化すること、及び（ハ）ホロコーン型ノズルにあっては、圧力制御による熱水の流量調整時に低噴霧圧領域に入ると、噴霧状態が著しく悪化すること等の問題を解決せんとするものであり、ホロコーン型熱水噴霧ノズルの構造に改良を加えることにより、上記（イ）、（ロ）及び（ハ）のような問題の発生をほぼ完全に防止できるようにした新規な熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルを提供すると共に、複数個の沸騰微粒化ノズルを同時に作動させることにより、効率的な排ガス減温を行えるようにした加圧熱水の噴霧方法を提供することを発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルに於いて、内部に回転子挿着部１２ａとこれに連通する熱水噴出口１２ｃを備えたノズルチップ１１と、前記回転子挿着部１２ａ内へ回転自在に挿着され、中心部に直線状の単孔１５ｂを穿設すると共に外周面に旋回溝１５ａを螺旋状に形成して成る回転子１５とから構成したことを特徴とする加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【００１４】
請求項２の発明は、ノズルチップ１１を、熱水噴出口１２ｃと熱水噴出通路１２ｂと回転子挿着部１２ａを備えたチップ本体１２と、回転子１５を挿着したチップ本体１２の後方にシール材１４を介設して気密状に固定した回転子支持体１３とから形成するようにしたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、回転子１５の単孔１５ｂの長さＬとその内径Ｄとの比Ｌ／Ｄを７以上とするようにしたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、回転子１５の単孔１５ｂの断面積Ｓ1 と旋回溝１５ａの断面積Ｓ2との比Ｓ1 ／Ｓ2 を０．２以上とするようにしたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、ノズルチップ１１の前端面１２ｅを平坦面としたものである。
【００１８】
請求項６の発明は、排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置１の中央部に複数個の沸騰微粒化ノズル１０を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル１０からほぼ等量の熱水Ｗｔを排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル１０の熱水噴出口１２ｃの間隔Ｚを３００ｍｍ以上としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項7の発明は、排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置１の中央部に3個の沸騰微粒化ノズル１０を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル１０からほぼ等量の熱水Ｗｔを排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル１０の熱水噴出口１２ｃの間隔Ｚを１００〜３００ｍｍとすると共に、両側に位置する沸騰微粒化ノズル１０の熱水噴出口１２ｃの軸線方向を排ガスの流れの方向に対して夫々対向状に５〜２０度傾斜させるようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る沸騰微粒化ノズルでは、外周面に旋回溝１５ａを設けた回転子１５の高速回転によりノズルチップ１１内部に加圧熱水の旋回流が形成される。これにより、従前の単孔型ノズルに比較して熱水噴出口（ノズル口）１２ｃの口径が大きくても、噴霧熱水の水滴粒が均等に分散されることになり、排ガスＧｈとの接触効率が上昇する。その結果、噴霧熱水の蒸発時間が短縮されるため、排ガス減温装置１の大幅な小形化が可能となる。
【００２１】
また、噴霧開始時や停止時の低噴霧圧における噴霧状態の悪化を防ぐことができるうえ、ノズルチップ１１の先端部を平坦にすることにより、排ガスの巻込みがなくなり、噴霧不良の状態を引き起こすノズル先端へのダスト固着・成長が防止されることになる。
上述のように、本発明の沸騰微粒化ノズルを用いることにより、排ガス減温装置の小型化及び減温効率の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱水噴霧用の沸騰微粒化ノズルの一部を縦断した断面概要図であり、図２は図１のＡ−Ａ視断面図である。
当該沸騰微粒化ノズル１０はノズルチップ１１と、ノズルチップ１１内へ回転自在に挿着した回転子１５とから形成されている。
【００２３】
また、前記ノズルチップ１１は、円筒状の回転子挿着部１２ａと大径の噴出通路１２ｂと小口径の熱水噴出口１２ｃとラッパ形の噴射口１２ｄと平面状の前端面１２ｅとを備えたチップ本体１２と、チップ本体１２の後方へ螺挿した前端に鍔部１３ａを有する回転子支持体１３とから形成されており、チップ本体１２と回転子支持体１３との間には気密保持用のシールリング１４が配設されている。
【００２４】
前記回転子１５は、外周面に断面形状がＵ形又は半円形の螺旋状の旋回溝１５ａを有すると共に、中心部に断面形状が円形の単孔１５ｂを穿設した短円柱体であり、その後端面にはガイド部１５ｃが回転支持体１３内へ突設されている。
【００２５】
前記回転子支持体１３の上流側よりチップ本体１２内へ流入した加圧熱水Ｗｔは、単孔１５ｂと、回転子挿着部１２ａの内周面と回転子１５の外周面間に形成された螺旋状の旋回溝１５ａとに分流して熱水噴出口１２ｃ側へ流通し、旋回溝１５ａ内を流通する熱水Ｗｔの旋回力により回転子１５が高速回転される。
その結果、単孔１５ｂからの微粒化水滴が旋回溝１５ａからの旋回する微粒化水滴によって拡散されることになり、排ガスＧｈとの接触効率が向上することになる。
【００２６】
尚、図３は、沸騰微粒化ノズル１０における熱水Ｗｔの流通状態を模式的に示したものであり、ノズルチップ内へ供給された加圧熱水Ｗｔは、小口径の熱水噴霧口１２ｃ内での急減圧に伴う気泡の生成過程を経て、噴霧後は瞬時に液分裂をして微粒化することになる。即ち、液相流、気泡流、液分裂の過程を経て所謂噴霧状態となる。
【００２７】
また、上記沸騰微粒化ノズル１０の基本的な構成は公知であるが、後述する如く本発明に係る沸騰微粒化ノズル１０は、熱水Ｗｔを用いること及び単孔１５ｂの内径Ｄとその長さ寸法Ｌの比（Ｌ／Ｄ）、旋回溝１５ａの有効断面積Ｓ2 と単孔１５ｂの有効断面積Ｓ1 の比（Ｓ1 ／Ｓ2 ）等を特定の範囲内の値に限定したこと等に特徴点を有している。
【００２８】
即ち、本発明の熱水沸騰微粒化ノズル１０においては、前記回転子１５の単孔１５ｂの内径Ｄと長さ寸法Ｌとの比Ｌ／Ｄを、図１のＫに示すような理想的な熱水噴霧状態を得るために７以上の値、好ましくは１０以上の値に設定されており、内径Ｄと長さＬとの比をＬ／Ｄを上述の如き値とすることにより、理想的な熱水の微粒化状態を得ることができる実作動試験により確認されている。
【００２９】
同様に、回転子１５の旋回溝１５ａの断面積Ｓ2 と直線状の単孔１５ｂの断面積Ｓ1 との比Ｓ1 ／Ｓ2 は０．２以上の値にする必要があり、当該Ｓ1 ／Ｓ2 の値を０．２以上とすることにより、所定の噴霧の広がり角度αの全域に対して均等に熱水が微粒子化されることが、実作動試験により確認されている。
【００３０】
更に、ノズルチップ本体１２の前端面１２ｅは平坦面にするのが望ましい。当該前端面１２ｅを平坦面とすることにより、排ガスの巻込みによるノズル１０の先端部へのダストの付着・成長を有効に防止できることが、実作動試験により確認されている。
【００３１】
（試験例１）
図４は、本発明の熱水噴霧用沸騰微粒化ノズル１０及びこれを用いた熱水の噴霧方法に関する基礎データを得るために用いた試験装置の全体系統図である。図４において、１は排ガス冷却塔、２は熱水タンク、３は熱水加圧ポンプ、５は減温後の排ガス温度制御装置、６は熱水量制御弁、７は低圧蒸気だめ、８は蒸気式熱交換器、９は復水タンク、１６は熱水温度制御装置、１７は熱水循環圧力制御装置、１８は水槽、１９は水供給ポンプ、Ｔは温度検出器（又は温度計）、Ｐは圧力検出器（又は圧力計）、Ｆは熱水流量計である。
【００３２】
熱水Ｗｔの加熱源として蒸気式熱交換器８が使用されており、低圧蒸気だめ７より過熱蒸気Ｓを熱交換器８へ供給することにより、熱水（１２０℃〜１５５℃、１．１ＭＰａ〜２．０ＭＰａ）Ｗｔが製造されている。
また、排ガス冷却塔１は内径約１５００ｍｍφ、高さ約８０００ｍｍの外形寸法を有しており、その中に沸騰微粒化ノズル１０を取替可能に設けると共に、これに熱水Ｗｔを噴霧温度１３０℃、噴霧圧力０．３〜１．０ＭＰａ、噴霧量１００〜２５０ｋｇ／ｈの条件下で供給し、噴霧状態を目視によって排ガス冷却塔１の外部から検査窓を通して観察した。尚、当該試験例１に於いては、高温排ガスＧｈの供給をストップした状態としている。
【００３３】
上記熱水噴霧状態の観察を、沸騰微粒化ノズル１０の前記Ｌ／Ｄ（Ｌ＝単孔１５ｂの長さＬ、Ｄ＝単孔１５ｂの内径）及び前記Ｓ1 ／Ｓ2 （Ｓ1 ＝単孔１５ｂの断面積、Ｓ2 ＝旋回溝１５ａの断面積）を変化させた７個の異なる沸騰微粒化ノズル１０について、夫々行った。
表１は、上記試験例１の結果を示すものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
上記ノズル１０のＬ／Ｄ及びＳ1 ／Ｓ2 を変えた噴霧テストの結果からも明らかなように、Ｌ／Ｄ＞７、Ｓ1 ／Ｓ2 ＞０．２以上において、均等な微粒化がおこっている良好な噴霧状態が得られることが判明した。
【００３６】
（試験例２）
次に、図４の実験装置を用いて、排ガスＧｈの減温試験を行った。尚、排ガスＧｈは都市ごみ焼却施設パイロットプラントを実稼動させ、その高温燃焼排ガスＧｈを排ガス冷却塔１へ導入した。
試験条件を排ガス流量１６００Ｎｍ3 ／Ｈ、排ガス温度４２０℃、熱水噴霧量２００ｋｇ／Ｈ、排ガス減温塔１の排ガス出口の排ガス温度１８０℃とし、且つ熱水噴霧ノズルとして、本発明の沸騰微粒化ノズル１０と従前の単孔噴霧ノズルと二流体式噴霧ノズル（熱水圧力より僅かに高圧力の圧縮空気を熱水流量の約１／３の流量で供給）の三種のノズルを使用した。
【００３７】
試験は、排ガス減温塔１の内部の多数個所で温度を測定し、各地点の排ガス温度が完全に均一な温度（即ち、一定の温度）になるまでの時間（以下、蒸発時間と呼ぶ）を比較することにより行った。
表２は、試験例２の結果を示すものである。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表２の試験結果からも明らかなように、本発明に係る沸騰微粒化ノズル１０が最も速く噴霧微粒体が蒸発を完了すること、即ち所謂熱水の噴霧状態が良好なことが判明した。但し、当該試験例２で使用したノズル１０の各要部の寸法はＬ＝１．２ｍｍ、Ｄ＝１０．０ｍｍ、Ｓ1 ＝１．１ｍｍ2 、Ｓ2 ＝５．５ｍｍ2 であった。
【００４０】
また、当該試験例２では、沸騰微粒化ノズル１０のチップ本体１２の前端面１２ｅを平坦面としたものと、鋭角に加工したものとの両型式のノズル１０について、排ガスＧｈ内のダストの付着成長状態を観察した。
その結果、ノズル１０の先端部を鋭角に加工すると、噴射口１２ｄの近傍からダストの固着成長が始まり、これが噴霧状態を悪化させることが確認された。
【００４１】
次に、本発明に係る沸騰微粒化ノズル１０を複数個同時使用する場合のノズルチップ１１の最適間隔を求めるため、図４の排ガス減温塔１を排ガスＧｈが上向流であるものに変えると共に、熱水Ｗｔを上向き（即ち、排ガスＧｈの流れと同方向）に噴霧するように変更した。
【００４２】
図５は３個の沸騰微粒化ノズル１０を垂直姿勢で且つ相互の間隔Ｚを調整自在に一列状に配列した場合を示すものであり、また、図６は３個のノズルチップ１１を傾斜角度αを調整自在に一列状に配列した場合を示すものである。
【００４３】
（試験例３）
先ず、試験条件（全連続式都市ごみ焼却施設（５５ｔｏｎ／日）における試験）として、排ガス流量１６０００Ｎｍ3 ／Ｈ、高温排ガスＧｈの温度２８０℃、全熱水噴霧量８００ｋｇ／ｈ、排ガス減温塔出口の排ガスＧＩの温度１８０℃に設定し、次にノズルチップ１１の間隔Ｚを２００ｍｍ、３００ｍｍ及び４００ｍｍとした場合の、排ガス減温塔１内の排ガス温度がほぼ均一になる高さ位置を測定した。
尚、減温塔１内の温度分布は、試験例２の蒸発時間の測定の場合と同様に、減温塔１内に配置した複数の温度検出器により検出したものである。
【００４４】
図７はその試験結果を示すものであり、例えば、３ヶのノズルチップ１１の相互間の距離Ｚが３００ｍｍの場合には、ノズルチップ１１から約５０００ｍｍの高さ位置において排ガス温度が約１５０℃位いになる。
【００４５】
これに対して、ノズルチップ１１の間の間隔距離Ｚが２００ｍｍの場合には、高さ約５０００ｍｍの位置における排ガス温度は、排ガス冷却塔１の中心部で約１３０℃、中心より２００ｍｍ離れた位置で約１１０℃となり、ほぼ同じ温度には至っていないことが判る。
【００４６】
上記図７に示した試験例３の結果から、複数個のノズルチップ１１を用いて、排ガスＧｈの流れ方向と平行に熱水噴霧を行う場合には、ノズルチップ１１の相互間の間隔距離（小口径の熱水噴出口１２ｃの軸線φ間の距離）Ｚを３００ｍｍ以上とすることにより、減温塔１内の排ガス温度を減温塔１の高さ方向より低い位置において、その半径方向の全域において均一に保持できることが確認された。
【００４７】
（試験例４）
図６の試験装置において、３ヶのノズルチップ１１を３００ｍｍ以下の間隔Ｚでもって横一列に配列し、両側のノズルチップ１１の傾斜角度αを調整可能な構造とすると共に、その傾斜角αを５〜２０度に亘って変化をさせて、排ガス減温塔１の内壁面に付着する水滴の状態を観測した。
【００４８】
尚、排ガス減温塔１内へ供給する排ガス温度ＧＨ等の条件は図５の試験の場合と同一であり、また排ガス減温塔１の寸法は内径２４００ｍｍφ、高さ約１００００ｍｍである。更に、使用したノズルチップ１１の構造条件は、小口径熱水噴出口１２ｃの内径Ｒが１．６ｍｍ、単孔１５ｂの内径Ｄ＝１．２ｍ、長さＬ＝１０．０ｍｍ、断面積Ｓ1 ＝１．１ｍｍ、旋回溝１５ａの断面積Ｓ2 ＝５．５ｍｍ2 であり、且つ各ノズルチップ１１は相互の間隔Ｚを３００ｍｍ以下に選定して配列されている。
【００４９】
上記試験例４の結果から、両側のノズルチップ１１の傾斜角度αを２０度以上にすると、排ガス冷却塔１の内壁面に水滴が付着することが判明した。
また、傾斜角度αが５℃以下であると、噴霧熱水同士の干渉により減温効率が低下することが確認された。
【００５０】
上記の如き事実から、複数の沸騰微粒化ノズル１０を並列配置して同時使用する場合には、相互の間隔を３００ｍｍ以上にする必要のあることが判明した。また複数（３個）の沸騰微粒化ノズル１０を減温塔１の中央部に横一列に配置し、両側に位置するノズル１０の取付角度αを変化させる場合には、傾斜角度αは５〜２０度の間にする必要のあることが判明した。
【００５１】
前記試験例３及び試験例４では、高温排ガスＧｈを上向流とし、これと同方向に熱水噴霧を行うようにしているが、高温排ガスＧｈを下向流とすると共に、熱水噴霧を減温塔１の上方から下方へ向って行うようにしてもよいことは勿論である。
【００５２】
また、前記試験例３及び試験例４では、３個の熱水沸騰微粒化ノズル１０を排ガス減温塔１の中央部に横一列に配列する構成としているが、ノズル１０の数及び各ノズル１０の配置の形態は、各ノズル１０間の間隔Ｚが３００ｍｍ以上である限り、任意に選定できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、主として都市ごみ焼却炉や灰溶融炉、ボイラ装置を含む各種燃焼装置等からの燃焼排ガスの冷却に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る熱水噴霧用沸騰微粒化ノズルの一部を縦断した断面概要図である。
【図２】図１のＡ−Ａ視断面図である。
【図３】本発明の沸騰微粒化ノズル１０の内部に於ける熱水Ｗｔの流動状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る沸騰微粒化ノズルの熱水噴霧特性の各試験に用いた試験設備の全体系統図である。
【図５】複数個の沸騰微粒化ノズルを使用する場合の熱水噴霧特性の試験に使用した排ガス減温塔の断面概要図である。
【図６】複数個のノズルチップ１１を備えた沸騰微粒化ノズルを用いた場合の熱水噴霧特性の試験に使用した排ガス減温塔の断面概要図である。
【図７】図５の熱水噴霧特性試験に於ける試験結果を示す線図である。
【図８】従前の熱水を利用した排ガス減温塔の全体系統図である。
【図９】従前の単孔型熱水噴霧ノズルの断面概要図である。
【図１０】従前のホロコーン型熱水噴霧ノズルの断面概要図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｗｔは熱水、Ｓは加熱蒸気、Ｗは上水、Ｇｈは高温排ガス、Ｇｉは低温排ガス、Ｓ1 は単孔の断面積、Ｓ2 は旋回孔の断面積、Ｄは単孔１５ｂの内径、Ｌは単孔１５ｂの長さ、Ｄ2 は旋回孔の内径、Ｒはノズル口径、φはノズル噴射口４ａの軸線、Ａｏは気泡、Ｔは温度検出器（又は温度計）、Ｐは圧力検出器（又は圧力計）、Ｆは熱水流量計、Ｚはノズルチップの間隔、αはノズルチップの傾斜角度、Ｋは熱水の噴霧体、１は排ガス冷却塔（排ガス冷却装置）、１ａは排ガス入口、１ｂは排ガス出口、１ｃは灰出口、１ｄは気密保持装置、２は熱水タンク、３は加圧ポンプ、４は熱水噴霧ノズル、４ａはノズル本体、４ｂは噴射口、４ｃは旋回孔、４ｄは旋回体、５は温度制御装置、５ａは出口側の排ガス温度検出器、５ｂは入口側の排ガス温度検出器、６は熱水量制御弁、１０は沸騰微粒化ノズル、１１はノズルチップ、１２はチップ本体、１２ａは回転子挿着部、１２ｂは大径の噴出通路、１２ｃは小口径の熱水噴出口、１２ｄはラッパ形の噴射口、１２ｅは平面状の前端面、１３は回転子支持体、１３ａは鍔部、１４はシール材、１５は回転子、１５ａは螺旋状旋回溝、１５ｂは単孔、１５ｃはガイド部、１６は熱水温度制御装置、１７は熱水循環圧力制御装置、１８は水槽、１９は水供給ポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルに於いて、内部に回転子挿着部（１２ａ）とこれに連通する熱水噴出口（１２ｃ）を備えたノズルチップ（１１）と、前記回転子挿着部（１２ａ）内へ回転自在に挿着され、中心部に直線状の単孔（１５ｂ）を穿設すると共に外周面に旋回溝（１５ａ）を螺旋状に形成して成る回転子（１５）とから構成したことを特徴とする加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項２】
ノズルチップ（１１）を、熱水噴出口（１２ｃ）と熱水噴出通路（１２ｂ）と回転子挿着部（１２ａ）を備えたチップ本体（１２）と、回転子（１５）を挿着したチップ本体（１２）の後方にシール材（１４）を介設して気密状に固定した回転子支持体（１３）とから形成するようにした請求項１に記載の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項３】
回転子（１５）の単孔（１５ｂ）の長さＬとその内径Ｄとの比Ｌ／Ｄを７以上とするようにした請求項１に記載の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項４】
回転子（１５）の単孔（１５ｂ）の断面積（Ｓ1 ）と旋回溝（１５ａ）の断面積（Ｓ2）との比Ｓ1 ／Ｓ2 を０．２以上とするようにした加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項５】
ノズルチップ（１１）の前端面（１２ｅ）を平坦面とした請求項１に記載の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項６】
排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置（１）の中央部に複数個の沸騰微粒化ノズル（１０）を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル（１０）からほぼ等量の熱水（Ｗｔ）を排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル（１０）の熱水噴出口（１２ｃ）の間隔（Ｚ）を３００ｍｍ以上としたことを特徴とする沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法。
【請求項７】
排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置（１）の中央部に3個の沸騰微粒化ノズル（１０）を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル（１０）からほぼ等量の熱水（Ｗｔ）を排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル（１０）の熱水噴出口（１２ｃ）の間隔（Ｚ）を１００〜３００ｍｍとすると共に、両側に位置する沸騰微粒化ノズル（１０）の熱水噴出口（１２ｃ）の軸線方向を排ガスの流れの方向に対して夫々対向状に５〜２０度傾斜させるようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法。
【請求項１】
大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズルに於いて、内部に回転子挿着部（１２ａ）とこれに連通する熱水噴出口（１２ｃ）を備えたノズルチップ（１１）と、前記回転子挿着部（１２ａ）内へ回転自在に挿着され、中心部に直線状の単孔（１５ｂ）を穿設すると共に外周面に旋回溝（１５ａ）を螺旋状に形成して成る回転子（１５）とから構成したことを特徴とする加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項２】
ノズルチップ（１１）を、熱水噴出口（１２ｃ）と熱水噴出通路（１２ｂ）と回転子挿着部（１２ａ）を備えたチップ本体（１２）と、回転子（１５）を挿着したチップ本体（１２）の後方にシール材（１４）を介設して気密状に固定した回転子支持体（１３）とから形成するようにした請求項１に記載の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項３】
回転子（１５）の単孔（１５ｂ）の長さＬとその内径Ｄとの比Ｌ／Ｄを７以上とするようにした請求項１に記載の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項４】
回転子（１５）の単孔（１５ｂ）の断面積（Ｓ1 ）と旋回溝（１５ａ）の断面積（Ｓ2）との比Ｓ1 ／Ｓ2 を０．２以上とするようにした加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項５】
ノズルチップ（１１）の前端面（１２ｅ）を平坦面とした請求項１に記載の加圧熱水を噴霧する排ガス減温装置用の沸騰微粒化ノズル。
【請求項６】
排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置（１）の中央部に複数個の沸騰微粒化ノズル（１０）を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル（１０）からほぼ等量の熱水（Ｗｔ）を排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル（１０）の熱水噴出口（１２ｃ）の間隔（Ｚ）を３００ｍｍ以上としたことを特徴とする沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法。
【請求項７】
排ガス減温装置内へ大気圧下での水の沸点よりも高い温度の加圧熱水を噴霧して排ガスを減温するようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法に於いて、排ガス減温装置（１）の中央部に3個の沸騰微粒化ノズル（１０）を隣接して配置し、前記各沸騰微粒化ノズル（１０）からほぼ等量の熱水（Ｗｔ）を排ガス流と同方向に噴霧すると共に、前記隣接する沸騰微粒化ノズル（１０）の熱水噴出口（１２ｃ）の間隔（Ｚ）を１００〜３００ｍｍとすると共に、両側に位置する沸騰微粒化ノズル（１０）の熱水噴出口（１２ｃ）の軸線方向を排ガスの流れの方向に対して夫々対向状に５〜２０度傾斜させるようにした沸騰微粒化ノズルを用いた加圧熱水の噴霧方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−５７８９４（Ｐ２００６−５７８９４Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３９０６５（Ｐ２００４−２３９０６５）
【出願日】平成１６年８月１９日（２００４．８．１９）
【出願人】（０００１３３０３２）株式会社タクマ (308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１９日（２００４．８．１９）
【出願人】（０００１３３０３２）株式会社タクマ (308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]