排ガス冷却塔

【課題】噴霧された水の蒸発をより促進し得る排ガス冷却塔を提供する。
【解決手段】所定高さの円筒状の胴体部１と、この胴体部の上部に設けられたガス導入部２と、胴体部の下部に設けられたガス導出部３から構成し、胴体部及びガス導出部に排ガスを取り出すガス取出ノズル４を設け、胴体部の上部に、排ガスに水を噴霧するための複数個の第１水噴霧ノズル11及び１個の第２水噴霧ノズル12を設け、この第１水噴霧ノズルより下方位置の胴体部に、排ガスに冷却用空気を吹き込むための気体吹込ノズル13を複数個配置すると共に、これら気体吹込ノズルを、吹き込まれた気体により排ガスが旋回流となるような方向でもって設置し、各気体吹込ノズルを、水噴霧ノズルの設置位置とガス取出ノズルにおけるガス取込部位置との距離の半分より上方に配置し、気体の流入量を排ガス流量の２０％以上となるようにしたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却炉または溶融炉から排出される排ガスを冷却するための排ガス冷却塔に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみなどの焼却炉または灰溶融炉から排出される排ガス中には、未燃の炭化水素や、塩素、重金属を含んだ煤塵などが入っており、３００℃前後の雰囲気温度でダイオキシン類が発生する。
【０００３】
このため、この温度域での滞留時間をできるだけ短時間とすることが、ダイオキシン類の発生抑制に繋がるため、焼却炉や溶融炉から排出された排ガスは、通常、排ガス冷却塔にて約２００℃以下まで急冷されている。
【０００４】
ところで、従来、このような排ガス冷却塔としては、排ガスダクトの途中に配置された筒状本体部の上部に、水噴霧ノズルが設けられるとともに、その下部に、空気吹込ノズルが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような排ガス冷却塔（減温塔とも呼ばれる）においては、筒状本体部の下部位置で且つ旋回流でもって吹き込まれた空気により、その内壁部を冷却して塩素が内壁面に付着するのを防止するとともに、噴霧された水を筒状本体部の中心に導き蒸発を促進させて冷却の効率化が図られていた。
【特許文献１】特開２００８−１４６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来の構成によると、水は本体部の上部にて噴霧されているのに対し、空気は本体部の下部から吹き込まれているため、空気の吹き込みによる効果が得られにくいという問題がある。
【０００７】
すなわち、水は中心に向かって噴霧されているため中央に集まりやすく、一方、空気は旋回流でもって吹き込まれているが、下部から吹き込まれているため、水の噴霧近傍においては旋回流が弱く、したがって水分が落下し易く、つまり、水分の滞留時間が短くなって、水分の蒸発が不十分であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の排ガス冷却塔は、噴霧された水分の蒸発をより促進し得る排ガス冷却塔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の排ガス冷却塔は、焼却炉または溶融炉から排出される排ガスを導き冷却するための排ガス冷却塔であって、
所定高さの筒状胴体部と、この筒状胴体部の上部に設けられて排ガスを導入するためのガス導入部と、上記筒状胴体部の下部に設けられて排ガスを導出するためのガス導出部とから構成するとともに、上記筒状胴体部またはガス導出部に排ガスを取り出すためのガス取出用管体を設け、
上記筒状胴体部の上部に、排ガスに水を噴霧するための水噴霧ノズルを設け、
この水噴霧ノズルより下方位置における上記筒状胴体部に、排ガスに冷却用気体として空気または排ガスを吹き込むための気体吹込ノズルを複数個配置するとともに、これら各気体吹込ノズルを、吹き込まれた気体により排ガスが旋回流となるような方向でもって設置し、
上記各気体吹込ノズルを、水噴霧ノズルの設置位置とガス取出用管体における出口部中心位置との高さ方向での距離の半分より上方に配置し、
さらに気体の吹込流量を排ガス流量の２０％以上となるようにしたものであり、
また気体吹込ノズルの設置個数を３〜１０個の範囲内としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記排ガス冷却塔の構成によると、気体吹込ノズルを、水噴霧ノズルの設置位置とガス取出用管体における出口部中心位置との高さ方向での距離の半分より上方に配置するとともに、気体の吹込流量を排ガス流量の２０％以上となるようにしたので、従来の場合に比べて、水噴霧ノズルに対して気体吹込ノズルが接近して配置されているため、胴体部内で発生する旋回流の影響を大きく受け、したがって噴霧された水が確実に旋回されて胴体部内での滞留時間が長くなるので、水分の蒸発が十分に行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る排ガス冷却塔を、図１〜図７に基づき説明する。
この排ガス冷却塔は、例えば灰を溶融させる灰溶融炉からの排ガスを導くとともに水を噴霧させることにより、当該排ガスを所定温度域まで、例えばダイオキシンが発生しない２００℃以下の温度に低下させるためのものである。
【００１２】
図１に示すように、この排ガス冷却塔は、所定高さｈで且つ所定内径ｄの円筒状胴体部（筒状胴体部の一例で、以下、胴体部という）１と、この胴体部１の上部に設けられて灰溶融炉（または、焼却炉）から排出された排ガスを胴体部１内に導入するための逆ホッパー形状のガス導入部２と、同じく胴体部１の下部に設けられて当該胴体部１から排ガスを導出するための円錐ホッパー形状のガス導出部３とから構成されており、また上記胴体部１の下部には、粉塵などを含む排ガスのガス分だけを取り出すためのガス取出ダクト（ガス取出用管体の一例で、勿論、パイプ、ノズルなどであってもよい）４が設けられている。
【００１３】
このガス取出ダクト４は、側面視が逆Ｌ字形状（エルボ形状ともいえる）にされており、下向き鉛直ダクト部４ａとこの鉛直ダクト部４ａの上端に水平方向で接続される水平ダクト部４ｂとから構成されている。すなわち、鉛直ダクト部４ａは胴体部１の水平断面の中心に位置されるとともに水平ダクト部４ｂはその中心から胴体部１の側壁を挿通して設けられており、したがって排ガスを取り出すための入口部では、胴体部１の中心で下方に開口されている。
【００１４】
上記胴体部１の上部、正確には、上端近傍位置には、図２および図３に示すように、円周方向に沿って所定間隔おきに複数個、例えば８個の第１水噴霧ノズル１１が設けられるとともに、この第１水噴霧ノズル１１より少し下方位置には、第２水噴霧ノズル１２が例えば１個（複数個でもよい）設けられている。なお、図１においては、互いに反対側位置にある２個の第１水噴霧ノズル１１からの噴霧水の軌跡を強調して図示している。
【００１５】
さらに、この第２水噴霧ノズル１２より下方位置の胴体部１には、空気（排ガスでもよい）を吹き込むための気体吹込ノズル１３が円周方向に沿って複数個、例えば８個設けられている。
【００１６】
また、上記各水噴霧ノズル１１，１２の設置方向は、その噴霧方向が胴体部１の中心に向かうようにされるとともに、気体吹込ノズル１３の設置方向は、図４に示すように、その吹込方向が胴体部１内で旋回流となるように、その中心から外れた方向に向かうようにされている。
【００１７】
さらに、上記気体吹込ノズル１３の上下方向での設置位置（高さ）は、ガス取出ダクト４の出口部中心位置から第１水噴霧ノズル１１より下方の第２水噴霧ノズル１２の設置位置（開口部中心位置）までの距離ａに対して、ガス取出ダクト４の出口部中心位置から当該気体吹込ノズル１３の設置位置までの高さ方向での距離ｂが、半分を超える位置（つまり、ｂ／ａ＞１／２）にされている。
【００１８】
そして、空気の吹込流量は、当該排ガス冷却塔つまり胴体部１に導入される排ガス流量の２０％以上の値にされている。
上記構成において、灰溶融炉から排出された高温の排ガスは、ガス排出ダクトなどを介して、排ガス冷却塔における排ガス導入部２から胴体部１内に導かれ、まず胴体部１の上部に配置された第１および第２水噴霧ノズル１１，１２から水が中心部に向かって噴霧されて排ガスの冷却が行われるとともに、その下方に配置された気体吹込ノズル１３から空気が旋回流を形成するように吹き込まれる。
【００１９】
すなわち、胴体部１内では、排ガス中に水が噴霧されて冷却が行われるとともに、この排ガスは下方に配置された気体吹込ノズル１３からの空気により旋回されるため、特に、空気の吹込位置は、ガス取出ダクト４の出口部中心位置から第２水噴霧ノズル１２の設置位置までの高さ方向での距離ａに対して、ガス取出ダクト４の出口部中心位置から当該気体吹込ノズル１３の設置位置までの高さ方向での距離ｂが、半分を超える位置にされているため、つまり、従来の場合よりも、水噴霧部分例えば第２水噴霧ノズル１２に対して気体吹込ノズル１３がより近い場所に設けられているため、胴体部１内で発生する旋回流の影響を大きく受け、したがって噴霧された水が確実に旋回されて胴体部１内での滞留時間が長くなる。すなわち、噴霧された水の蒸発が十分に行われる。言い換えれば、未蒸発の水分は最終的に旋回流に乗って旋回することにより滞留時間が延び、完全蒸発に至る。
【００２０】
図５には、気体吹込ノズル１３の設置位置を変化させた場合の水噴霧状態のシミュレーション結果を示す。このときの吹込条件を下記の［表１］に示しておく。
図５は、ｂ／ａ＞１／２となる場合のシミュレーション結果であり、冷却塔の底面に到達する粒子や出口から流出する粒子がなくなっていることが分かる。なお、従来の場合に比べると、噴霧水の落下距離が約３／４以下になっていた。すなわち、水分が早く蒸発していることが分かる。図５中、（イ）は第１水噴霧ノズル１１による噴霧位置を示し、（ロ）は第２水噴霧ノズル１２による噴霧位置を示している（図６および図７も同じ）。
【００２１】
【表１】

また、図６に、気体吹込ノズル１３から吹き込まれる空気流量を変化させた場合の水噴霧状態のシミュレーション結果を示す。このときの吹込条件を下記の［表２］に示しておく。
【００２２】
図６から、吹き込まれる空気流量が排ガス流量に対して２０％以上になると、噴霧水の到達距離が短くなっていることがよく分かる。勿論、図示していないが、吹き込まれる空気流量が排ガス流量に対して２０％未満になると、噴霧水の到達距離が長くなってしまう。
【００２３】
【表２】

さらに、図７に、気体吹込ノズル１３の設置個数を変化させた場合の水噴霧状態のシミュレーション結果を示す。このときの吹込条件を下記の［表３］に示しておく。
【００２４】
図７から、気体吹込ノズル１３の設置個数については、３〜１０個の範囲内であれば、大きな差はないことが分かる。
【００２５】
【表３】

上述したように、気体吹込ノズル１３を、ガス取出ダクト４の出口部中心位置から第２水噴霧ノズル１２の噴霧中心位置までの高さ方向での距離の半分を超える位置に配置するとともに、空気の吹込流量を排ガス流量の２０％以上となるようにしたので、従来の場合に比べて、水噴霧ノズル１１，１２に対する気体吹込ノズル１３の位置が接近して設けられるため、胴体部１内で発生する旋回流の影響を大きく受け、したがって噴霧された水が確実に旋回されて胴体部１内での滞留時間が長くなるので、水分の蒸発が十分に行われる。言い換えれば、未蒸発の水分は最終的に旋回流に乗って旋回し、滞留時間が延びて完全蒸発に至る。
【００２６】
簡単に言えば、冷却塔の長さが短くても、または噴霧の粒子直径が大きくても、噴霧された水を完全に蒸発させることが可能となる。この条件は、上述したように、気体吹込ノズル１３の設置位置が、ガス取出ダクト４の出口部中心位置から第２水噴霧ノズル１２の噴霧中心位置までの高さ方向での距離の半分を超える位置であるとともに吹込流量が排ガス流量に対して２０％以上であるときに現れる。
【００２７】
なお、本発明に係る構成を、既設の装置に適用する場合、つまり改造する場合、流入する気体として、冷却塔下流で流入する希釈用空気や排ガスの全部あるいは一部を用いることが可能で、新たな機器設置の必要もほとんどなく、改造費を抑えることができる。
【００２８】
ところで、上記実施の形態においては、第１水噴霧ノズルと第２水噴霧ノズルとを２段でもって配置するとともにガス取出ダクト４をＬ字形状としたが、例えば図８および図９に示すように、筒状胴体部１に設置される水噴霧ノズル３１については一段でもって（つまり、８個）配置するとともに、ホッパ形状のガス導出部３の側壁部に水平方向の管状のガス取出ダクト２４を接続するようにしたものでもよい。勿論、この胴体部１に設けられる水噴霧ノズル３１および気体吹込ノズル３３と管状のガス取出ダクト２４の出口部中心位置との距離ａ，ｂは、ｂ／ａ＞１／２を満足するようにされている。
【００２９】
また、上記実施の形態においては、筒状胴体部の水平断面形状を円筒として説明したが、例えば図１０および図１１に示すように、胴体部の水平断面形状を正方形とした角筒状胴体部１′であってもよい（勿論、ガス導入部２′およびガス導出部３′も、四角錐のホッパー形状にされている）。
【００３０】
この場合も、胴体部１′に設けられる水噴霧ノズル５１および気体吹込ノズル５３と管状のガス取出ダクト４４の出口部中心位置との距離ａ，ｂは、ｂ／ａ＞１／２を満足するようにされている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る排ガス冷却塔の概略構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】同排ガス冷却塔における水の噴霧状態をシミュレーションした概略断面図である。
【図６】同排ガス冷却塔における空気の吹き込みによる影響を調べるために水の噴霧状態をシミュレーションした概略断面図である。
【図７】同排ガス冷却塔における気体吹込ノズルの設置個数による影響を調べるために水の噴霧状態をシミュレーションした概略断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る排ガス冷却塔を示す概略斜視図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る排ガス冷却塔を示す概略斜視図である。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１円筒状胴体部
１′ 角筒状胴体部
２ガス導入部
３ガス導出部
４ガス取出用ダクト
４ａ鉛直ダクト部
４ｂ水平ダクト部
１１第１水噴霧ノズル
１２第２水噴霧ノズル
１３気体吹込ノズル
２４ガス取出用ダクト
３１水噴霧ノズル
３３気体吹込ノズル
４４ガス取出用ダクト
５１水噴霧ノズル
５３気体吹込ノズル

【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉または溶融炉から排出される排ガスを導き冷却するための排ガス冷却塔であって、
所定高さの筒状胴体部と、この筒状胴体部の上部に設けられて排ガスを導入するためのガス導入部と、上記筒状胴体部の下部に設けられて排ガスを導出するためのガス導出部とから構成するとともに、上記筒状胴体部またはガス導出部に排ガスを取り出すためのガス取出用管体を設け、
上記筒状胴体部の上部に、排ガスに水を噴霧するための水噴霧ノズルを設け、
この水噴霧ノズルより下方位置における上記筒状胴体部に、排ガスに冷却用気体を吹き込むための気体吹込ノズルを複数個配置するとともに、これら各気体吹込ノズルを、吹き込まれた気体により排ガスが旋回流となるような方向でもって設置し、
上記各気体吹込ノズルを、水噴霧ノズルの設置位置とガス取出用管体における出口部中心位置との高さ方向での距離の半分より上方に配置し、
さらに気体の吹込流量を排ガス流量の２０％以上となるようにしたことを特徴とする排ガス冷却塔。
【請求項２】
気体吹込ノズルの設置個数を３〜１０個の範囲内にしたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス冷却塔。
【請求項３】
気体吹込ノズルから吹き込む気体が空気または排ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス冷却塔。

【図１】