JP2001269530A

JP2001269530A - 水スプレー装置及びそれを備えるガス冷却システム

Info

Publication number: JP2001269530A
Application number: JP2000088416A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Hiraoka; 英一平岡
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】塊が冷却塔内壁に発生をできる限り抑え、排
ガス処理系の稼動効率の向上を図ること。【解決手段】弁開閉制御部５０からのバルブ制御信号
により、水及び空気の前記ノズル２０への供給開始及び
停止に際し、空気の圧力が水の圧力よりも高い状態を保
つようにして、空気用配管３２及び給水管４２の夫々に
設けられた弁３３及び４３の開閉タイミングを別個独立
に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水を噴霧するため
の水スプレー装置に関し、特に、排ガス処理系に設けら
れるガス冷却塔システムおいて使用される水スプレー装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業廃棄物の処理設備においては、多種
多様の固体及び液体の廃棄物を焼却・溶融し、それによ
り生じたスラグ等の固形物及び排ガスを更に個別処理す
ることで、無害化することとしている。このうち、この
排ガスを処理する処理系においては、一般に、フィルタ
リングや脱硝などの処理が行われることとなるが、その
前処理として、排ガスを冷却してその温度を下げる必要
がある。このため、排ガス処理系には、冷却塔を有する
ガス冷却システムが設けられている。

【０００３】この種の冷却システムとしては、従来、水
スプレー方式の冷却処理を採用したものが知られてい
る。かかる冷却システムにおいては、冷却塔内に設置さ
れたノズルに対して、水とその水を霧状にするためのガ
ス（一般には、空気：以下「噴霧用ガス」という。）と
を供給し、それによって微細化されたスプレー水をノズ
ル先端から塔内に噴霧し、主としてそのスプレー水の気
化熱を利用して、冷却塔内部に導入された排ガスの温度
を所定の温度まで下げ、冷却塔外部に排出することとし
ている。

【０００４】水及び噴霧用ガスのノズルに対する供給
は、制御手段により制御されている。詳しくは、制御手
段は、冷却塔から排出されるガスの温度が所定の温度よ
り低くなると、供給する水の流量を減らしてスプレー水
の噴霧量を減らし、ある程度まで噴霧量が低下してもな
お排出されるガスの温度が下がるような場合には、水及
び噴霧用ガスの供給を停止し、その後排出されるガスの
温度が所定の温度以上になるとスプレー水の噴霧を再開
すべく水及び噴霧用ガスの供給を開始するように、制御
を行っており、これによって、冷却塔から排出されるガ
スの温度を常に所定の温度近辺とするように調節してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の冷却システムにおいては、一定期間稼動させる
と、冷却塔の内壁にダストが付着して瘤状の塊が形成さ
れ、場合によってはその塊により塔内が閉塞し、排ガス
処理系の運転続行が困難になるといった問題が生じてい
た。

【０００６】また、ＳＯ_２ガス等の酸性ガスを含む場
合、これがダストと共に内壁に付着し酸腐食を生じさせ
るという問題もあった。

【０００７】そこで、本発明は、かかる塊が冷却塔内壁
に発生するのをできる限り抑え、排ガス処理系の稼動効
率の向上を図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者らは、上
述した課題を解決すべく、塊発生の原因の解析を行い、
その結果、従来の水スプレー式の冷却システムにおいて
は、スプレー水の微細化が不十分となってしまう場合が
あることに気付いた。

【０００９】スプレー水の微細化が不十分であると、噴
霧された水粒子の中に、気化しきれずに冷却塔の内壁に
衝突するものが現れてくる。このように水粒子が塔内壁
に衝突すれば、当然の如く、該当箇所が濡れることとな
る。一方、冷却塔に導入されるガスは、上述のように廃
棄物等を焼却処理した際等に発生するものであり、ダス
トを含んでいる。このダストが、先述の塔内壁の濡れた
個所に付着し、それが成長すると、問題となっている塊
が発生する。ダスト濃度が高いと塊の成長が促進される
ものと考えられることから、この現象は、ダスト濃度が
高ければ高いほど顕著になる。

【００１０】また、上記の解析を行った結果、併せて、
塔内壁が濡れると、例えばＳＯ_２濃度の高いガスを冷却
処理する場合に、ＳＯ_２が濡れた壁面上で凝縮され当該
部分を腐食させるという問題があることも分かった。

【００１１】更に、スプレー水の微細化が不十分となる
原因について考察し、水及び噴霧用ガスの供給制御に、
その一因があることが分かった。

【００１２】スプレー水は、上述したように、ノズルに
供給された水を、同じくノズルに供給された噴霧用ガス
により微細化して得られるが、良好な微細化を達成する
ためには、噴霧用ガスの圧力が水の圧力よりも高くなけ
ればならず、このバランスが崩れると微細化が不十分と
なる。

【００１３】一方、従来の冷却塔においては、水及び噴
霧用ガスの供給開始及び停止の弁開閉を同時に行うよう
に制御していたが、かかる制御の下で水及び噴霧用ガス
の供給を行うと、例えば供給開始時においては、噴霧用
ガスの圧力がノズル内で所定の値に達する前に水がノズ
ルより流出し、噴霧用ガスの圧力が所定の値に達するま
で微細化が不十分なまま流れ続けることとなっていた。
また、供給停止時においては、水及び噴霧用ガスの供給
を同時に停止することにより、噴霧用ガスの圧力はすぐ
に降下するものの、その時点で、ノズル及びノズルに水
を供給する配管内に残留していた水は、ノズル先端方向
に向かって流れ続け、所定の圧力もかからないことか
ら、微細化が不十分なまま塔内に流れ出ることとなって
いた。

【００１４】以上の考察結果に基いて、本発明において
は、水及び噴霧用ガスのノズルに対する供給タイミング
を別個独立に制御することとし、それにより、噴霧用ガ
スによるノズル内の圧力が水の圧力よりも常に高くなる
ようにした。

【００１５】具体的には、本発明によれば、ノズルと、
水を前記ノズルに供給するための給水管と、前記水を霧
状化し前記ノズル先端から噴霧するために用いられる噴
霧用ガスを前記ノズルに供給する噴霧用ガス管と、前記
給水管に設けられた第１の開閉弁と、前記噴霧用ガス管
に設けられた第２の開閉弁と、前記第１及び第２の開閉
弁の開閉タイミングを制御する弁開閉制御手段とを有す
る水スプレー装置において、前記弁開閉制御手段は、前
記水及び噴霧用ガスの前記ノズルへの供給開始及び停止
に際し、前記噴霧用ガスの圧力が前記水の圧力よりも所
定の値だけ高い状態を保つようにして、前記第１及び第
２の開閉弁の開閉タイミングを別個独立に制御すること
を特徴とする水スプレー装置が得られる。

【００１６】例えば、前記弁開閉制御手段は、前記噴霧
の開始に際しては、前記噴霧用ガスの前記ノズルに対す
る供給を開始した後、所定の時間が経過するのを待っ
て、前記水の前記ノズルに対する供給を開始し、一方、
前記噴霧の終了に際しては、前記水の前記ノズルに対す
る供給を停止した後、当該停止時において前記ノズル内
に残留していた水が噴霧されるまでに要する時間の経過
を待って、前記噴霧用ガスの前記ノズルに対する供給を
停止するように、前記第１及び第２の開閉弁を制御す
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
水スプレー装置を備えるガス冷却システムについて、図
面を参照して、詳細に説明する。

【００１８】本実施の形態によるガス冷却システムは、
図１に示されるように、処理ガス導入口及び処理ガス排
出口１１及び１２を有する冷却塔１０、冷却塔１０内部
に設けられたノズル２０、エアコンプレッサ３１などを
備える空気供給手段、貯水層４０及びポンプ４１などを
備える給水手段、水及び空気の供給を制御する制御手段
（弁開閉制御部５０）を備えている。かかるシステムに
おいて、処理ガス導入口１１から冷却塔１０内部に導入
された処理ガスは、ノズル２０から噴霧されるスプレー
水の蒸発により、その温度が所定の温度範囲に収まるよ
うに冷却され、処理ガス排出口１２より排出される。な
お、冷却塔１０は、急冷塔或いは減温塔等と称されるも
のも含むものである。

【００１９】空気供給手段において、空気は、エア取込
口３０から取り込まれ、エアコンプレッサ３１により、
空気用配管３２を通じて、ノズル２０に供給される。一
方、給水手段において、水は、貯水層４０からポンプ４
１のポンピング動作により汲み上げられ、給水管４２を
通じて、ノズル２０に供給される。水と空気とがノズル
２０に供給されると、例えば、図２に示されるような、
ノズル２０の有するスプレー機構２１により、水が霧状
化されて、スプレー水として噴霧される。

【００２０】図１を再度に参照して、空気用配管３２及
び給水管４２には、それぞれ、弁３３及び４３が設けら
れている。本実施の形態において、これら弁３３及び４
３は、電磁バルブであり、弁開閉制御部５０からのバル
ブ制御信号により開閉が制御される。その結果、ノズル
２０に対する水及び空気の供給の開始及び停止が制御さ
れる。

【００２１】詳しくは、本実施の形態による弁開閉制御
部５０は、プロセッサ及びメモリを備え、プロセッサが
メモリに格納された制御プログラムに従いバルブ制御信
号を変化させることにより、以下に説明するような弁開
閉制御を行う。

【００２２】まず、水及び空気のノズル２０に対する供
給開始時について説明すると、弁開閉制御部５０は、ま
ず、弁３３を開いて空気をノズル２０に供給する。この
弁３３を開いたのが、例えば図３に示されるように、時
刻ｔ_１であったとすると、弁開閉制御部５０は、その時
刻ｔ_１から開始時差分時間Δｔ_ｏｄだけ経過した時刻ｔ
_２において、弁４３を開いてノズル２０に対して、水を
供給する。即ち、供給開始時においては、空気を水より
も先にノズルに供給し、その後、水が供給されること
で、スプレー水の噴霧が開始される。

【００２３】ここで、開始時差分時間Δｔ_ｏｄは、空気
がノズル２０内において所定の圧力に達するまでに要す
る時間であり、空気用配管３２やノズル２０などの水ス
プレー装置の仕様により定められ、弁開閉制御部５０の
メモリに予め記憶されている。また、所定の圧力とは、
水が所望の粒径分布に霧状化されるに要する圧力であ
り、これも装置の仕様により定められる。

【００２４】このような制御を行えば、水がノズル２０
の先端に届いた際には、当該水が霧状化されるに足る空
気圧が既にノズル２０に与えられていることになること
から、所望の粒径に微細化されたスプレー水を噴霧開始
時から得ることができる。

【００２５】一方、水及び空気のノズル２０に対する供
給停止時について説明すると、弁開閉制御部５０は、ま
ず、弁４３を閉じてノズル２０に対する水の供給を停止
する。この弁４３を閉じたのが、例えば図４に示される
ように、時刻ｔ_３であったとすると、弁開閉制御部５０
は、その時刻ｔ_３から停止時差分時間Δｔ_ｃｄだけ経過
した時刻ｔ_４において、弁３３を閉じてノズル２０に対
する空気の供給を停止する。即ち、供給停止時において
は、水の供給を空気の供給よりも先に停止し、その後、
空気の供給が停止され、スプレー水の噴霧が停止され
る。

【００２６】停止時差分時間Δｔ_ｃｄは、水の供給停止
の時点において給水管４２の弁４３よりも下流の部分の
内部又はノズル２０内部に残留していた水が全て噴霧さ
れるまでに要する時間である。この停止時差分時間Δｔ
_ｃｄもまた、開始時差分時間Δｔ_ｏｄと同様に、給水管
４２やノズル２０などの水スプレー装置の仕様により定
められるものであり、弁開閉制御部５０のメモリに予め
記憶されている。

【００２７】このような制御を行えば、水の供給停止の
時点において、給水管の弁４３よりも下流の部分の内部
又はノズル２０内部に水が残留していたとしても、それ
が噴霧されきるまで空気の供給が続けられることから、
噴霧停止後に、微細化されなかった水がノズル先端から
塔内に流れ出ることがなくなる。

【００２８】なお、上述した実施の形態においては、本
発明による水スプレー装置が排ガス処理用の冷却システ
ムに適用された場合についてのみ説明してきたが、冷却
塔内部でスプレー水を用いて冷却を行うような他の冷却
システムについても、当該水スプレー装置を適用するこ
とも可能である。

【００２９】また、上述した実施の形態においては、水
を霧状化するために空気を用いた場合を例に挙げて説明
してきたが、空気以外のガスであっても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水及び空気の前記ノズルへの供給開始及び停止に際し、
空気の圧力を水の圧力よりも高い所定の値に保つように
して、空気用配管及び給水管の夫々に設けられた弁の開
閉タイミングを別個独立に制御することとしたため、水
が適切にスプレー化され、冷却塔内壁の濡れを防止で
き、それにより、塔内壁にダスト等が固まりついて塔内
部が閉塞してしまうことを防ぐことができる。更に、ダ
ストと共にＳＯ_２等酸性ガスの付着も防止できるので、
冷却塔の酸腐食も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による排ガス冷却システム
の構成を示す図である。

【図２】図１に示されるノズルのスプレー機構について
説明するための一部切欠図である。

【図３】水及び空気の供給開始時における弁開閉制御動
作を説明するための図である。

【図４】水及び空気の供給停止時における弁開閉制御動
作を説明するための図である。

【符号の説明】

１０冷却塔１１処理ガス導入口１２処理ガス排出口２０ノズル２１スプレー機構３０エア取込口３１エアコンプレッサ３２空気用配管３３弁４０貯水層４１ポンプ４２給水管４３弁５０弁開閉制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルと、水を前記ノズルに供給するた
めの給水管と、前記水を霧状化し前記ノズル先端から噴
霧するために用いられる噴霧用ガスを前記ノズルに供給
する噴霧用ガス管と、前記給水管に設けられた第１の開
閉弁と、前記噴霧用ガス管に設けられた第２の開閉弁
と、前記第１及び第２の開閉弁の開閉タイミングを制御
する弁開閉制御手段とを有する水スプレー装置におい
て、前記弁開閉制御手段は、前記水及び噴霧用ガスの前記ノ
ズルへの供給開始及び停止に際し、前記噴霧用ガスの圧
力が前記水の圧力よりも所定の値だけ高い状態を保つよ
うにして、前記第１及び第２の開閉弁の開閉タイミング
を別個独立に制御することを特徴とする水スプレー装
置。
【請求項２】前記弁開閉制御手段は、前記水及び噴霧
用ガスの前記ノズルへの供給停止に際し、前記第１の開
閉弁を閉じて前記水のノズルへの供給を停止し、該水の
供給停止の時点で前記ノズル内に残留していた前記水が
噴霧されるまでに要する時間である停止時差分時間だけ
経過した後、前記第２の開閉弁を閉じるようにして、前
記第１及び第２の開閉弁を制御するものである、ことを
特徴とする請求項１記載の水スプレー装置。
【請求項３】前記弁開閉制御手段は、前記水及び噴霧
用ガスの前記ノズルへの供給開始に際し、前記第２の開
閉弁を開いて前記噴霧用ガスを前記ノズルに供給し、当
該噴霧用ガスが前記ノズル内において所定の圧力に達す
るまでに要する時間である開始時差分時間だけ経過した
後、前記第１の開閉弁を開くようにして、前記第１及び
第２の開閉弁を制御するものであり、これにより、前記
所定の圧力より小さい圧力を呈するようにして前記ノズ
ルに供給される前記水を噴霧することを特徴とする請求
項２記載の水スプレー装置。
【請求項４】前記停止時差分時間及び前記開始時差分
時間は、当該スプレー装置の仕様により定められ、前記
弁開閉制御手段に予め設定されていることを特徴とする
請求項３記載の水スプレー装置。
【請求項５】前記噴霧用ガスは、空気であることを特
徴とする水スプレー装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の水ス
プレー装置と、処理ガス導入口及び処理ガス排出口を有
する冷却塔であって前記スプレー装置の前記ノズルを塔
内に設置された冷却塔とを備え、前記ノズルから噴霧さ
れた水が気化することを利用して、前記処理ガス導入口
から前記塔内に導入された処理対象たるガスを冷却し、
該冷却されたガスを前記冷却塔の前記処理ガス排出口か
ら排出することを特徴とするガス冷却システム。
【請求項７】前記処理対象たるガスは、ダストを含む
排ガスであることを特徴とする請求項６記載のガス冷却
システム。
【請求項８】ノズルと、水を前記ノズルに対して制御
可能に供給するための給水手段と、前記水を霧状化し前
記ノズル先端から噴霧するために用いられる噴霧用ガス
を前記ノズルに対して制御可能に供給するための噴霧用
ガス供給手段とを有する水スプレー装置において、前記
水及び前記噴霧用ガスの前記ノズルに対する供給の開始
及び停止を制御することで前記噴霧を制御する方法であ
って、前記噴霧の開始に際しては、前記噴霧用ガスの前
記ノズルに対する供給を開始した後、所定の時間が経過
するのを待って、前記水の前記ノズルに対する供給を開
始し、一方、前記噴霧の終了に際しては、前記水の前記
ノズルに対する供給を停止した後、当該停止時において
前記ノズル内に残留していた水が噴霧されるまでに要す
る時間の経過を待って、前記噴霧用ガスの前記ノズルに
対する供給を停止することを特徴とする噴霧制御方法。