JP2004105866A

JP2004105866A - 排ガス冷却装置及び排ガス冷却方法

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Publication number: JP2004105866A
Application number: JP2002272483A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Aida; 合田　泰之; Masami Kashima; 香島　正実
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP4095390B2

Abstract

【課題】排ガスダクトの内壁、ガス冷却装置の内壁に溶融塩が付着することなく排ガスを冷却できる排ガス冷却装置を提供する。
【解決手段】溶融炉１からの排ガス２を導入する導入管１５と、導入管の外側に配置される管状体１６と、導入管と管状体とで画成される環状部１８に、冷却用ガスＡを環状部の中心軸周りに旋回するよう導入する導入口１９と、導入管から排出される排ガスと環状部１８から排出される冷却用ガスＡとが混合するガス混合室１３とを備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融炉からの排ガスを冷却する排ガス冷却装置、排ガス冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、溶融炉１０１から排出される排ガス１０２を冷却する従来のガス冷却室１１１の構成を示す模式的断面図である。焼却灰、発電所からの灰（共に不図示）を溶融する溶融炉１０１の排ガス排出口１０３から排出された排ガス１０２は、排ガスダクト１０４を通ってガス冷却室１１１に導かれ、ガス冷却室１１１で後述のように空気希釈によって冷却される。
【０００３】
溶融炉１０１には、焼却灰等（不図示）が供給され、焼却灰等が溶融炉１０１で溶融され排ガス１０２が発生する。排ガス１０２中に含まれる飛灰の主成分は、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ_２ＳＯ_４、Ｋ_２ＳＯ_４等の塩類の混合物であり、これらの混合物の融点は約６００℃であり、沸点は約１２００℃である。溶融炉１０１内の温度は１５００℃であるので、これらの飛灰はガス状態である。したがって、溶融炉１０１から排出された排ガス１０２は、排ガスダクト１０４内を通過してガス冷却室１１１で冷却されるまでの間に、その飛灰の温度が、必ず融点を通過することになる（例えば、特開平７−１２７８４１号公開公報を参照）。よって、飛灰が排ガスダクト１０４やガス冷却室１１１の内壁１１７に融着する可能性がある。
【０００４】
排ガスダクト１０４の排ガス排出口１０３近傍には、冷却空気Ａを挿入する冷却空気挿入口１０５を有する冷却空気挿入ノズル１１０が設けられている。冷却空気挿入口１０５にはブロワ（不図示）が接続され、該ブロワから送られる冷却空気Ａは、冷却空気挿入ノズル１１０から排ガスダクト１０４内に流入する。ガス冷却室１１１には、冷却空気Ｂを供給する冷却空気供給ダクト１１２が設けられている。冷却空気Ａは、一定量供給され、ガス冷却室１１１に流れ込む冷却空気の一部分であり、大部分は冷却空気供給ダクト１１２から自然吸気によって供給される冷却空気Ｂである。
ガス冷却室１１１には、排ガス排出口１２０が設けられ、排ガス排出口１２０には排ガスダクト１２３が接続されている。排ガス１０２は、不図示の誘引装置によって誘引され、排ガス排出口１２０から排ガスダクト１２３を通って排出される。
【０００５】
図３は、冷却空気挿入ノズル１１０近傍の部分の排ガスダクト１０４の構造を示す部分断面図である。図３（Ａ）は、部分縦断面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＱ−Ｑ断面図である。図示するように、排ガスダクト１０４は、排ガスダクト１０４を構成する外管１０４Ａの内部を耐火物１０６でライニングして形成され、冷却空気挿入ノズル１１０は、耐火物１０６の内壁面に設けた環状溝１０７内に開口している。冷却空気挿入ノズル１１０は、環状溝１０７に流入する冷却空気Ａが環状溝１０７の内面の接線方向から流入するように設けられている。即ち、冷却空気挿入ノズル１１０の長手方向と該環状溝１０７の内面接線方向とが一致するように設けられている。
【０００６】
上記のように冷却空気Ａを排ガスダクト１０４の環状溝１０７の内面接線方向から吹き込むことにより、冷却空気Ａは、環状溝１０７を図３（Ｂ）中反時計回りにグルグル回る旋回流となり、環状溝１０７から溢れ排ガスダクト１０４内を旋回しながら、排ガス１０２の流れの影響を受けガス冷却室１１１へ向かって進む。これにより排ガスダクト１０４の内壁面、即ち耐火物の内面に冷却空気Ａの層１０８が形成され、溶融炉１０１からの排ガス１０２はこの冷却空気Ａの層１０８で囲まれた管状の空間を通って流れることになる。言い換えると排ガス１０２は冷却空気Ａの層１０８により排ガスダクト１０４の内壁面から離れた位置を通ることになる。これにより、排ガス１０２に含まれる付着性のある溶融塩等が環状溝１０７下流側の排ガスダクト１０４内壁に付着するのが防止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のガス冷却室１１１によれば、ガス冷却室１１１内での排ガス１０２と冷却空気Ｂとの混合がうまくいかず、ガス冷却室１１１の内壁１１７、ガス冷却室１１１下流の排ガスダクト１２３の内壁に溶融塩の付着物（２０〜３０ｍの長さ）ができることがあった。
【０００８】
そこで本発明は、ガス冷却装置から排ガスを排出する排ガスダクトの内壁、ガス冷却装置の内壁に溶融塩が付着することなく排ガスを冷却できる排ガス冷却装置、排ガス冷却方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による排ガス冷却装置は、例えば図１に示すように、溶融炉１からの排ガス２を導入する導入管１５と；導入管１５の外側に配置される管状体１６と；導入管１５と管状体１６とで画成される環状部１８に、冷却用ガスＡを環状部１８の中心軸周りに旋回するよう導入する導入口２５と；導入管１５から排出される排ガス２と環状部１８から排出される冷却用ガスＡとが混合するガス混合室１３とを備える。
【００１０】
このように構成すると、導入口２５と、ガス混合室１３とを備えるので、導入口２５によって、環状部１８に冷却用ガスＡを環状部１８の中心軸周りに旋回するよう導入し、ガス混合室１３で、導入管１５から排出される、溶融炉１からの排ガス２と環状部１８から排出される冷却用ガスＡとを混合することができる。環状部１８から排出される冷却用ガスＡは、導入管１５から排出される排ガス２の周りを排ガス２の進行方向周りに旋回するので、導入管１５の出口部１５Ｂの外側では、排ガス２の圧力が冷却用ガスＡの圧力より高くなる。したがって、導入管１５を出た排ガス２は、膨張するので外側に広がり、旋回する冷却用ガスＡによって急速に攪拌され、希釈されて、冷却される。よって、排ガス２の攪拌、希釈は、ガス混合室１３で行われるので、排ガス２中にガス状態で含まれた物質が、ガス冷却装置１１から排ガス２を排出する排ガスダクト２３の内壁、ガス冷却装置１１の内壁１７に付着するのを防止することができる。なお、溶融炉１からの排ガス２は、高温であり、常温で固形物である物質をガス状態で含む。また、冷却用ガスは、冷却用空気を含む。
【００１１】
請求項１に記載の排ガス冷却装置において、前記導入される冷却用ガスＡの環状部１８内での流速を１０〜５０ｍ／ｓ以上とするとよい。
【００１２】
このように構成すると、旋回する冷却用ガスＡの流速が高いので、導入管１５の出口部の外側では、排ガス２の圧力が冷却用ガスＡの圧力より高くなる。したがって、導入管１５を出た排ガス２は、大きい膨張速度で膨張して外側に広がり、外側に広がる間に旋回する冷却用ガスＡによって攪拌され、希釈されて、冷却される。よって、排ガス２の攪拌、希釈が、ガス混合室１３で行われ、排ガス２中にガス状態で含まれる物質が、排ガスダクト２３の内壁、ガス冷却装置１１の内壁に付着することを防止することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明による排ガス冷却装置は、請求項１に記載の排ガス冷却装置において、図１に示すように、管状体１６が、導入管１５と管状体１６との間の相対的移動を吸収する移動吸収機構２２を有する。
【００１４】
このように構成すると、管状体１６が移動吸収機構２２を有するので、導入管１５と管状体１６との間の相対的移動を移動吸収機構２２によって吸収することができ、導入管１５の熱移動を吸収することができ、導入管１５に接続される排ガスダクト４の排ガス冷却装置１１に対する熱移動を吸収することができる。また、管状体１６の内側には冷却用ガスＡが供給されるので、移動吸収熱機構２２の温度を低く維持することができ、移動吸収熱機構２２に特別な耐熱対策を施す必要がない。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明による排ガス冷却方法は、例えば図１に示すように、溶融炉１からの排ガス２を導入し、排ガス２の流れの周囲に、排ガス２と混合しないよう排ガス２の移動方向周りに流速を持たせて旋回させつつ、排ガス２の移動方向と同じ方向に移動するよう、冷却用ガスＡを導入する工程と；導入される排ガス２と導入される冷却用ガスＡとを混合させて排ガス２を冷却する工程とからなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る、溶融炉１（図中、部分的に表示）から排出された、高温の排ガス２（１１００〜１２００℃）を冷却する、排ガス冷却装置としてのガス冷却室１１を示す側面断面ブロック図である。
【００１７】
溶融炉１は、都市ごみ、下水汚泥、その他の廃棄物を不図示の焼却炉で焼却することにより発生する焼却灰（不図示）を約１５００℃で溶融処理する。溶融炉１は、プラズマ式、抵抗式、アーク式の溶融炉１とするとよい。焼却灰の溶融処理によって溶融炉１で高温の排ガス２が発生する。溶融炉１は、常温で固形物である物質をガス状態で含む高温の排ガス２を、排出する排ガス排出口３を備え、排ガス排出口３には、排ガスダクト４が接続されている。焼却灰は、発電所からの灰（不図示）であってもよい。
【００１８】
ガス冷却室１１は、導入フランジ部１２と、鉛直方向上下に長い略筒型をしたガス混合室としてのガス冷却室本体１３と、排ガス２をガス冷却室本体１３へ導入する導入路１４とを備える。導入フランジ部１２は、溶融炉１からの排ガス２を導入する導入口１２Ａを有し、排ガスダクト４に接続されている。導入路１４は、導入管としての内管１５と管状体としての外管１６とを含んで構成される。導入路１４は水平に配置され、導入路１４の外管１６は、その一端１６Ａが移動吸収機構としてのエキスパンション２２を介して導入フランジ部１２に接続し、その他端１６Ｂがガス冷却室本体１３に接続するよう構成されている。内管１５は、外管１６の内側に配置されている。内管１５と外管１６は水平に配置され、互いに平行で、中心軸を一致させて配置されている。内管１５は、その一端１５Ａが導入フランジ部１２に接続され、内管１５の、出口部としての他端１５Ｂは、自由端である。他端１５Ｂには、テーパー部（先端に向かって外径が減少し内径が増加）が形成され、他端１５Ｂは、ガス冷却室本体１３の内壁１７の延長面より、ガス冷却室本体１３の中心に向かって僅かに突き出した位置に配置されている。
【００１９】
エキスパンション２２を内管１５の外側に配置し、排ガス２を内管１５内に通し、内管１５の外側でエキスパンション２２の内側に後述のように大気の冷却用ガスとしての冷却空気Ａを通しているので、溶融炉１の排ガスダクト４の接続部の熱移動による、排ガスダクト４のガス冷却室１１側の端部４Ｂの変位の吸収を、高温仕様のエキスパンション２２を用いることなく、比較的常温仕様に近い温度仕様のエキスパンション２２を用いて行うことができる。
【００２０】
ガス冷却室１１は、冷却された排ガス２をさらに排出する排ガス排出口２０を鉛直方向上側に備える。排ガス２は、不図示の誘引装置によって誘引され、排ガス排出口２０から排出される。ガス冷却室１１は、冷却された排ガス２から固化した固化物を排出する固化物排出口２１を鉛直方向下側に備える。排ガス排出口２０には、排ガスダクト２３（一部のみ図示）が接続され、排ガス２は、排ガスダクト２３を通って、排ガス２からダストを取り除く不図示の除塵装置に送られる。除塵装置には、バグフィルタ、サイクロンセパレータ、電気集塵機等が用いられる。
【００２１】
排ガスダクト２３は、不図示の消石灰噴霧口を有し、消石灰噴霧口から消石灰粉が噴霧され、該消石灰粉は排ガス２中の酸性ガスと反応する。
【００２２】
図１（Ｂ）に示すように、外管１６と内管１５によって円環状の環状部としての円環部１８が形成されている。外管１６には、冷却空気Ａを導入する二つの導入口２５が１８０度離れて形成され、各導入口２５には、水平に配置された空気供給ノズル１９が接続されている。各空気供給ノズル１９は不図示の冷却空気供給手段としての空気ブロワが接続され、空気ブロワより空気供給ノズル１９に大気が冷却空気Ａとして供給される。冷却空気は、外管１６の内壁の接線方向に並行な方向（内管１５の外壁の接線方向に並行な方向でもある）（図１（Ａ）の紙面に直角な方向）から円環部１８に供給され、円環部１８内を円環部１８に沿って、図中反時計回りに１０ｍ／ｓから１００ｍ／ｓ、好ましくは１０ｍ／ｓから５０ｍ／ｓの流速で流れて旋回する旋回流が形成される。旋回流は、図中反時計方向回りに回転しているが、時計方向回りに回転するものであってもよい。
【００２３】
次に図１（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本実施の形態の作用について説明する。
溶融炉１に不図示の焼却灰が供給され、焼却灰が溶融炉１で溶融され排ガス２が発生する。排ガス２内に含まれる飛灰の主成分は、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ_２ＳＯ_４、Ｋ_２ＳＯ_４等の常温で固形物である物質としての塩類の混合物であり、これらの混合物の融点は約６００℃であり、沸点は約１２００℃である。溶融炉１内の温度は前述のように１５００℃であるので、これらの溶融塩はガス状で排ガス２中に含まれる。
【００２４】
ガス状の溶融塩を含んだ排ガス２は、溶融炉１から排出され、排ガス排出口３から排ガスダクト４を通り、導入口１２Ａから導入路１４の内管１５に導入され、内管１５からガス冷却室本体１３に導入される。
【００２５】
空気供給ノズル１９には、不図示の空気ブロワから冷却空気Ａが供給され、円環部１８には冷却空気Ａの旋回流が発生し、円環部１８を通ってガス冷却室本体１３に向かう、冷却空気Ａの旋回流が供給されている。
【００２６】
円環部１８からガス冷却室本体１３に供給された冷却空気Ａは、円環部１８に沿って円環状に旋回しながらガス冷却室本体１３に供給されるので、冷却空気Ａは内管１５から離れると同時に、排ガス２による内管１５の中心軸線の延長線から離れ径方向外に向かう方向の力が働き、円環部１８を旋回しながら出た冷却空気４と、内管１５を出た排ガス２は攪拌され、排ガス２は冷却空気Ａにより希釈されほぼ瞬時に冷却される。以下、より詳しく説明する。
【００２７】
図１（Ａ）に示す、内管１５の内側のＸと、内管１５の外側のＹの条件を比較すると、Ｙでは冷却空気Ａの旋回が生じているのでＸよりＹの方が流速が大きく、したがってＹよりＸの方が圧力が高い（ベルヌーイの定理による）。即ち、内管１５には内圧がかかっている。よって、排ガス２が内管１５を出ると外側（内管１５の中心線を延長した延長線から内管１５の径方向に離れて広がろうとする方向）の力が働き、外側に広がろうとする排ガス２が、旋回する冷却空気Ａ（大気温度）によって急速に効率よく攪拌されるので、排ガス２の温度は瞬時に１５０〜２００℃にまで下がる。排ガス２の冷却により、排ガス２中にガス状で含まれていた溶融塩は析出して固形化し自重で落下し、固化物排出口２１から排出される。排ガス２の温度が１５０〜２００℃にまで下がるので、排ガス２中に含まれる固化した析出塩、その他の煤塵は、付着力が低下し、ガス冷却室１１の内壁１７、排ガスダクト２３の内壁に付着することはない。
【００２８】
内管１５を出た排ガス２が瞬時に冷却されるので、内管１５の他端１５Ｂに溶融塩が融着し、円環状の融着物２４が形成され、ガス冷却室本体１３の内壁１７に溶融塩が溶着することがない。この融着物２４の外側の気体（主として冷却空気Ａ）は内側の気体（排ガス２）より流速が早いので内側の方が圧力が高く、内圧がかかっている状態である。融着量が多くなると円環状の融着物２４の長さが長くなるが、長さが長くなるほど強度が低下するので、ある長さまで成長すると内圧により融着物２４が破壊され、脱落し、固化物排出口２１から排出される。
【００２９】
本実施の形態のガス冷却室１１は、内管１５の内側を通って出た内管１５外に出た排ガス２と、内管１５の外側を通って円環部１８外に出た冷却空気Ａの混合を急速に行わせることができ、ガス冷却室本体１３の内壁１７、ガス冷却室１１から排ガス２を排出する排ガスダクト２３の内壁に溶融塩が付着することを抑制することができる。よって、ガス冷却室１１および排ガスダクト２３に溶融塩が付着しないため、人力により現場で溶融塩を剥がすための清掃をする手間を省くことができる。また、ガス冷却室本体１３の内壁１７等にダストが付着するダストトラブルにより溶融炉１の稼働率が低下するのを回避することができる。さらに、溶融炉１の高温の排ガス２を急速に冷却することができるため、ダイオキシン類の再合成を抑制することができる。
【００３０】
また、図３に示すように、従来のガス冷却室１１１では、排ガスダクト１０４内に直接冷却空気Ａを吹き込むので排ガスダクト１０４の吹込部１０９の上流内壁面に溶融塩が付着することがあった。
しかし、図１に示すように、本実施の形態のガス冷却室１１では、排ガスダクト４の内側に冷却空気Ａを吹き込まないので、排ガスダクト４の内壁、排ガスダクト４の延長部の役割を持つ内管１５の内壁（他端１５Ｂの部分を除く）に付着する溶融塩の量を減少させることができ、溶融塩を剥がすための清掃の頻度を減少させ、手間を減少させることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導入口とガス混合室とを設けたので、導入口によって、環状部に冷却用ガスを環状部の中心軸周りに旋回するよう導入し、ガス混合室で、導入管から排出される排ガスと環状部から排出される冷却用ガスとを混合することができる。環状部から排出される冷却用ガスは、導入管から排出される排ガスの周りを排ガスの進行方向周りに旋回するので、導入管の出口部の外側では、排ガスの圧力が冷却用ガスの圧力より高くなる。したがって、導入管を出た排ガスは、膨張するので外側に広がり、旋回する冷却用ガスによって急速に攪拌され、希釈されて、冷却される。よって、排ガスの攪拌、希釈は、ガス混合室で行われるので、排ガス中にガス状態で含まれた物質が、ガス冷却装置から排ガスを排出する排ガスダクトの内壁、ガス冷却装置の内壁に付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、溶融炉に接続されたガス冷却室の構成を示す断面ブロック図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＰ−Ｐ断面ブロック図である。
【図２】溶融炉に接続された、従来のガス冷却室の構成を示すブロック図である。
【図３】溶融炉と、従来のガス冷却室とを結ぶ従来の排ガスダクトの構成を示すブック図である。
【符号の説明】
１　溶融炉
２　排ガス
３　排ガス排出口
４　排ガスダクト
１１　ガス冷却室
１２　導入フランジ部
１３　ガス冷却室本体
１５　内管
１６　外管
１７　内壁
１８　円環部
１９　空気供給ノズル
２０　排ガス排出口
２１　固化物排出口
２２　エキスパンション
２３　排ガスダクト
２４　溶融物
２５　導入口

Claims

溶融炉からの排ガスを導入する導入管と；
前記導入管の外側に配置される管状体と；
前記導入管と前記管状体とで画成される環状部に、冷却用ガスを前記環状部の中心軸周りに旋回するよう導入する導入口と；
前記導入管から排出される前記排ガスと前記環状部から排出される前記冷却用ガスとが混合するガス混合室とを備える；
排ガス冷却装置。
前記管状体が、前記導入管と管状体との間の相対的移動を吸収する移動吸収機構を有する；
請求項１に記載の排ガス冷却装置。
溶融炉からの排ガスを導入し、前記排ガスの流れの周囲に、前記排ガスと混合しないよう前記排ガスの移動方向周りに流速を持たせて旋回させつつ、前記排ガスの移動方向と同じ方向に移動するよう、冷却用ガスを導入する工程と；
前記導入される排ガスと前記導入される冷却用ガスとを混合させて前記排ガスを冷却する工程とからなる；
排ガス冷却方法。