JP2005000837A - スパイラルノズル - Google Patents

Abstract

【課題】液体を均一に噴出することによって均一な処理を行う。
【解決手段】自らの中心軸Ｌに向かって収束する螺旋状に形成される噴霧案内部１から液滴状の液体を噴出するスパイラルノズルであって、上記噴霧案内部１は、中心軸Ｌに対して直交する面における上記液体の分布パターンが渦巻状となるように上記中心軸Ｌに対して所定の角度に傾斜された水当り面１１を有する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラルノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、石炭を燃料として用いる火力発電所のボイラから排出される排ガス中には硫黄成分が含有されている。近年における環境意識の高まりから、排ガス中の硫黄成分を除去するべく、脱硫装置が火力発電所等に設置されている。この脱硫装置には、周知のように湿式法、乾式法、半乾式法の３つの方法が一般的に用いられている。これら３つの方法の内、湿式法を採用する脱硫装置は、炭酸カルシウムを含有させたアルカリ溶液を排ガスに対して液滴状にして噴射することによって、排ガス中の硫黄成分をアルカリ成分によって中和すると共に、液滴中に吸収して除去している。
【０００３】
このようにアルカリ溶液を液滴状にして噴射するために、脱硫装置は、通常、いわゆるスパイラルノズルが用いられている。このスパイラルノズルは、図１及び図２に示すように、自らの中心軸Ｌに向けて収束する螺旋状に形成される噴霧案内部１００と、この噴霧案内部１００の非収束側の一端部と一体形成されかつアルカリ溶液を通過させるための挿通口が導水口２１０が形成される支持部２００と、を備えている。なお、図２は、図１におけるスパイラルノズルを左横方向から見た図である。
【０００４】
噴霧案内部１００は、３つの一巻部１１０，１２０，１３０を中心軸Ｌ方向に連接されたいわゆる３重管構造を有している。一巻部１１０，１２０，１３０の各々下面は、中心軸Ｌに対して各々異なる角度に姿勢設定された水当り面１１１，１２１，１３１として形成されている。なお、これらの水当り面１１１，１２１，１３１の各々については、中心軸Ｌに対して一定の角度に姿勢設定されている。
支持部２００は、一巻部１３０の一端部、すなわち噴霧案内部１００の非収束側の一端部と一体形成されており、自らの一端部（図１及び図２における上側端部）にはフランジ部３００が一体形成されている。
【０００５】
このように構成されたスパイラルノズルは、当該スパイラルノズルとは別体として形成されかつボルトあるいはねじが挿通される挿通口４１０が形成された支持板４００によって、スパイラルノズルにアルカリ溶液を所定の圧力で供給する供給装置（図示せず）に固定されている。具体的には、支持板４００に支持板用フランジ部４２０が形成されており、図示するように、当該支持板用フランジ部４２０と上記フランジ部３００とを接着剤を介して係合させ、さらにボルト５００によって支持板４００を供給装置に固定することによって、スパイラルノズルは供給装置に固定されている。そして、噴霧案内部１００、支持部２００、フランジ部３００は、アルカリ溶液に侵食されないようにセラミックによって形成されている。また、支持板４００には樹脂、ボルト５００には金属が使われている。
このようなスパイラルノズルに供給装置から所定圧力のアルカリ溶液が供給されると、供給装置から排出されたアルカリ溶液は導水口２１０を介して噴霧案内部１００に供給される。そしてアルカリ溶液は、水当り面１１１，１２１，１３１にぶつかることによって細かい液滴となって外部に噴出される。
【０００６】
図３は、上記スパイラルノズルから噴出されたアルカリ溶液の中心軸Ｌに対して直交する面における分布パターン（以下、噴霧パターンと称する）を模式的に示した図である。この図に示すように、アルカリ溶液は、３つの同心円状に分布する。これは、上述のように、噴霧案内部１００が各々異なる角度に傾斜された水当り面１１１，１２１，１３１を有する３つの一巻部１１０，１２０，１３０が連接されてなる３重管構造を有しているためである。
なお、噴霧案内部及び噴霧パターンの名称は、当業者によって通常用いられるものであるが、ここで言う「霧」は、粒子径が例えば数ｍｍ程度の液滴の集合体を含む概念である。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−１１１９５４号公報
【特許文献２】
特開平９−５７１５５号公報
【特許文献３】
Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ２８０４３４１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように各々の一巻部１１０，１２０，１３０は、異なる角度に傾斜された水当り面１１１，１２１，１３１を有しているために、一巻部１１０と一巻部１２０との接続部位Ａ及び一巻部１２０と一巻部１３０との接続部位Ｂとには、必然的に、図示するように、水当り面１１１と水当り面１２１とを接続する傾斜面ａ及び水当り面１２１と水当り面１３１とを接続する傾斜面ｂが各々形成される。このような傾斜面ａ，ｂが形成されることによって、スパイラルノズルを形成するための材料量が多くなり、製造コストの増大を招く。上述のように、スパイラルノズルはセラミックによって形成されているために、材料量が若干でも多くなることによって、その製造コストは特に増大する。さらには、ノズルの全長が長くなることによる焼成時の炉内挿入個数の減少や倒れ発生による不良の増大が生じ、その製造コストがさらに増大する。
また、このようなスパイラルノズルは、図３に示したように、その噴霧パターンが３つの同心円状に分布する。このため、各々の円形状の噴霧パターンを連続とするためには、必然的に各円形状の噴霧パターンを接続するための噴霧パターンａ１，ｂ１が発生する。この噴霧パターンａ１，ｂ１は、上記傾斜面ａ，ｂによって発生するものであり、この噴霧パターンａ１，ｂ１が発生することによって、噴霧パターンが全体として不均一となる。すなわち、スパイラルノズルから噴出されるアルカリ溶液の流量が局部的に多くなり、排ガス中から均一に硫黄成分を除去することができなくなる。
また、このようなスパイラルノズルは、脱硫装置に１０００〜２０００個程度設けられているので、脱硫装置の製造コストが極めて高くなるという問題も発生する。
これに加え、図１及び図２で示すように、フランジ部３００と支持板４００とを現状では接着剤を介して係合しているため、使用環境によっては接着剤が劣化し、これによってスパイラルノズルの寿命が短くなる可能性が懸念される。スパイラルノズルの寿命が短くなると、その都度スパイラルノズルを交換しなければならず、交換回数が増加し、脱硫装置のメンテナンスコストが増大する。
【０００９】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）液体を均一に噴出することによって均一な処理を行う。
（２）スパイラルノズルを形成する材料量及びスパイラルノズル全長を減少させることによってスパイラルノズルの製造コストを低減させる。
（３）スパイラルノズルの設置個数を削減することによってスパイラルノズルを有する装置の製造コストを低減させる。
（４）スパイラルノズルの寿命を延ばすことによってスパイラルノズルを有する装置のメンテナンスコストを低減させる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、自らの中心軸に向かって収束する螺旋状に形成される噴霧案内部から液滴状の液体を噴出するスパイラルノズルであって、上記噴霧案内部は、中心軸に対して直交する面における上記液体の分布パターンが渦巻状となるように上記中心軸に対して所定の角度に傾斜された水当り面を有するという構成を採用する。
【００１１】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記液体の分布パターンは、略等間隔ピッチで巻回する渦巻状であるという構成を採用する。
【００１２】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記噴霧案内部の上記中心軸側の面は、所定の半径を有する円弧を上記中心軸に対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定されるという構成を採用する。
【００１３】
第４の手段として、上記第３の手段において、上記所定の半径は、２０００ｍｍ以下であるという構成を採用する。
【００１４】
第５の手段として、自らの中心軸に向かって収束する螺旋状に形成される噴霧案内部と、該噴霧案内部の他端部と一体形成されかつ液体を通過させるための導水口が形成される支持部とを有し、上記噴霧案内部から液滴の上記液体を噴出するスパイラルノズルであって、上記噴霧案内部と上記支持部との接続部位であってかつ上記噴霧案内部の立ち上がり部位であるコーナ部は、所定の半径を有する円弧に沿って形成されるという構成を採用する。
【００１５】
第６の手段として、上記第５の手段において、上記所定の半径は、３ｍｍ以上であるという構成を採用する。
【００１６】
第７の手段として、上記第５または第６の手段において、上記支持部と一体形成されボルトあるいはねじが挿通される挿通口が形成されるフランジ部を有するという構成を採用する。
【００１７】
第８の手段として、上記第１〜第７いずれかの手段において、全ての構成部材が同一種類のセラミックから形成されてなるという構成を採用する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るスパイラルノズルの一実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係るスパイラルノズルの正面図であり、図５は図４におけるスパイラルノズルを左横方向から見た図である。これらの図に示すように、本実施形態に係るスパイラルノズルは、自らの中心軸Ｌに向けて収束する螺旋状に形成される噴霧案内部１と、この噴霧案内部１の非収束側の一端部と一体形成されかつアルカリ溶液を通過させるための挿通口が導水口２１が形成される支持部２と、当該支持部２の一端部（図４及び図５における上側端部）にはフランジ部３が一体形成されている。このスパイラルノズルは、全ての構成部材（噴霧案内部１、支持部２及びフランジ部３）が一体形成されており、また、アルカリ溶液に対する耐久性を得るために同一種類のセラミック材料（例えば、Ｓｉ−ＳｉＣ）を焼成することによって形成されている。
【００１９】
噴霧案内部１は、単一の三巻回部から構成されており、自らの下面は、各部位によって中心軸Ｌに対する角度が規定される水当り面１１として形成されている。そして、本発明に係るスパイラルノズルは、図６に示すような略等間隔ピッチの渦巻状の噴霧パターンが得られるように水当り面１１の各部位が所定の角度に傾斜されている。具体的には、図示するように、噴霧案内部１の立ち上がり部分の水当り面１１ａを中心軸Ｌに対して９０°となるように形成し、一巻回目の途中部位１１ｂから一巻回目の途中部位１１ｃまでを８９°となるように形成する。さらに、一巻回目の途中部位１１ｃから連続的に角度を変化させ二巻回目の途中部位１１ｄが６０°、三巻回目の途中部位１１ｅが４５°、三巻回目の途中部位１１ｆが２６°、そして三巻回目の終端（噴霧案内部１の他端部）が２０°となるように水当り面１１を中心軸Ｌに対して傾斜させることによって、図６に示すような、略等間隔ピッチの渦巻状の噴霧パターンが得られた。
【００２０】
このように、噴霧パターンが渦巻状となるように、水当り面１１の中心軸Ｌに対する角度を規定しながら噴霧案内部１を形成することによって、水当り面１１は、中心軸Ｌに対して、徐々にかつ連続的に中心軸Ｌに対する角度を変化させる。したがって、図１及び図２に示したような、従来のスパイラルノズルが有する傾斜面ａ，ｂが形成されることがないので、従来と比較して少ない材料で本発明に係るスパイラルノズルを形成することが可能となる。
【００２１】
また、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２は、半径５００ｍｍの円弧を中心軸Ｌに対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定されている。したがって、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２は、曲面となる。このため、噴霧案内部１に囲まれる空間容量が大きくなり、より多量のアルカリ溶液が噴霧案内部１に供給され、従来と比較してより多量のアルカリ溶液を単一のスパイラルノズルから噴出することが可能となる。
したがって、脱硫装置におけるスパイラルノズルの設置個数を削減することが可能となり、脱硫装置の製造コストを削減することが可能となる。
なお、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２は、導水口２１の直径以上２０００ｍｍ以下の半径を有する円弧を中心軸Ｌに対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定されることが好ましい。
これは、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２が半径２０００ｍｍ以上の円弧を中心軸Ｌに対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定された場合には、噴霧案内部１に囲まれる空間容量が充分に大きくなるような曲面とならないためである。また、導水口２１の直径以下の場合には、噴霧案内部１の中心軸Ｌ方向の長さを充分に確保できなくなり、噴霧案内部１の形成が困難となるためである。
【００２２】
また、噴霧案内部１と支持部２との接続部位であってかつ噴霧案内部１の立ち上がり部位であるコーナ部Ｃは、半径４ｍｍの円弧に沿って形成されている。このコーナ部Ｃは、所定の圧力のアルカリ溶液が噴霧案内部１に供給された際に、応力が集中する箇所である。このコーナ部Ｃを半径４ｍｍの円弧に沿って形成することによって、応力を分散することができ、スパイラルノズルの耐久性を向上させることが可能となる。
また、上述のように、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２は、所定の半径の円弧に沿って形成されている場合には、噴霧案内部１が肉薄となるが、このような場合であっても、このコーナ部Ｃを所定の半径の円弧に沿って形成することによって、充分な耐久性を得ることが可能となる。
なお、コーナ部Ｃは、半径３ｍｍ以上の円弧に沿って形成されていれば良い。仮に、半径３ｍｍ未満の円弧に沿ってコーナ部Ｃを形成した場合には、コーナ部Ｃに負荷する応力が大きくなり、充分な耐久性を期待することができない。
【００２３】
また、フランジ部３には、スパイラルノズルと当該スパイラルノズルにアルカリ溶液を所定の圧力で供給する供給装置（図示せず）とを固定するためのボルト（あるいはねじ）５が挿通される挿通口３１が形成されている。
このように、フランジ部３に直接挿通口３１を形成することによって、図１及び図２に示したような支持板４００を形成する必要がなくなり、容易にスパイラルノズルを形成することができる。また、支持板４００に形成されたフランジ４２０とフランジ部３００とを接着剤によって接着する必要がなくなるので、接着剤が劣化することに起因するスパイラルノズルの短命化がなくなり、スパイラルノズルの寿命を延ばすことが可能となる。このため、脱硫装置のメンテナンスコストを削減することが可能となる。
【００２４】
このように構成されたスパイラルノズルに、供給装置から所定圧力のアルカリ溶液が供給されると、アルカリ溶液は、噴霧案内部１の水当り面１１とぶつかることによって液滴状となり、噴霧パターンが略等間隔ピッチに巻回する渦巻状となるように噴出される。
したがって、従来の噴霧パターンが、図３に示すように、３つの同心円状に分布するスパイラルノズルと比較して、よりアルカリ溶液を均一に分散させて噴出することができるので、脱硫作用をより向上させることが可能となる。
【００２５】
（比較例）
全長が２００ｍｍ、噴霧案内部１の中心軸Ｌ方向の長さが１４５ｍｍ、支持部の直径が１２０ｍｍ、導水口２１の直径が１００ｍｍであって、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２が半径５００ｍｍの円弧を中心軸Ｌに対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定され、コーナ部Ｃが半径４ｍｍの円弧に沿って形成され、さらに全体が弾性率３６０Ｇｐａ、ポアソン比０．１９のＳｉ−ＳｉＣによって形成されている上記実施形態に係るスパイラルノズルに対して、０．０３ＭＰａの圧力で液体を供給した。この場合、スパイラルノズルから噴出された液体の流量は２８００Ｌ／ｍｉｎ、コーナ部Ｃに負荷する応力は３０ＭＰａであった。
【００２６】
これに対し、全長が２５０ｍｍ、噴霧案内部１の中心軸Ｌ方向の長さが１８０ｍｍ、支持部の直径が１２０ｍｍ、導水口２１の直径が１００ｍｍであって、噴霧案内部１の中心軸Ｌ側の面１２が直線分を中心軸Ｌに対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定され、コーナ部Ｃが半径２ｍｍの円弧に沿って形成され、さらに全体が弾性率３６０Ｇｐａ、ポアソン比０．１９のＳｉ−ＳｉＣによって形成されている従来の技術に係るスパイラルノズルに対して、０．０３ＭＰａの圧力で液体を供給した。この場合、スパイラルノズルから噴出される液体の流量が２０００Ｌ／ｍｉｎ、コーナ部Ｃに負荷する応力が３８ＭＰａであった。
【００２７】
このように、本実施形態に係るスパイラルノズルは、従来の技術に係るスパイラルノズルに対して、噴出する液体の流量を増加させ、さらに、コーナ部Ｃに負荷する応力を低減させることができることが実証された。
【００２８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２９】
例えば、上記実施形態において、スパイラルノズルを脱硫装置に設置されるものとして説明した。しかしながら、これに限定されるものではなく、鎮塵装置やガス冷却装置に設置することも可能である。このような場合には、スパイラルノズルをセラミック材料から形成しなくとも良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自らの中心軸に向かって収束する螺旋状に形成される噴霧案内部から液滴状の液体を噴出するスパイラルノズルであって、上記噴霧案内部は、中心軸に対して直交する面における上記液体の分布パターンが渦巻状となるように上記中心軸に対して所定の角度に傾斜された水当り面を有するので、液体を均一に噴出することによって均一な処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に係るスパイラルノズルの正面図である。
【図２】図１におけるスパイラルノズルを左横方向から見た図である。
【図３】従来の技術に係る噴霧パターンを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスパイラルノズルの正面図である。
【図５】図４におけるスパイラルノズルを左横方向から見た図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る噴霧パターンを示した図である。
【符号の説明】
１……噴霧案内部
１１……水当り面
２……支持部
３……フランジ部
５……ボルト
Ｃ……コーナ部
Ｌ……中心軸

Claims (8)

1. 自らの中心軸に向かって収束する螺旋状に形成される噴霧案内部から液滴状の液体を噴出するスパイラルノズルであって、
   前記噴霧案内部は、中心軸に対して直交する面における前記液体の分布パターンが渦巻状となるように前記中心軸に対して所定の角度に傾斜された水当り面を有することを特徴とするスパイラルノズル。
2. 前記液体の分布パターンは、略等間隔ピッチで巻回する渦巻状であることを特徴とする請求項１記載のスパイラルノズル。
3. 前記噴霧案内部の前記中心軸側の面は、所定の半径を有する円弧を前記中心軸に対して回転させることによって得られる回転体の表面によって規定されることを特徴とする請求項１または２記載のスパイラルノズル。
4. 前記所定の半径は、２０００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のスパイラルノズル。
5. 自らの中心軸に向かって収束する螺旋状に形成される噴霧案内部と、該噴霧案内部の他端部と一体形成されかつ液体を通過させるための導水口が形成される支持部とを有し、前記噴霧案内部から液滴状の前記液体を噴出するスパイラルノズルであって、
   前記噴霧案内部と前記支持部との接続部位であってかつ前記噴霧案内部の立ち上がり部位であるコーナ部は、所定の半径を有する円弧に沿って形成されることを特徴とするスパイラルノズル。
6. 前記所定の半径は、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５記載のスパイラルノズル。
7. 前記支持部と一体形成されボルトあるいはねじが挿通される挿通口が形成されるフランジ部を有することを特徴とする請求項５または６記載のスパイラルノズル。
8. 全ての構成部材が同一種類のセラミックから形成されてなることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載のスパイラルノズル。

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