JP2006255573A - 排ガス洗浄冷却塔 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命を大幅に延長することができ、且つ、洗浄・冷却水スプレー装置の着脱が容易な排ガス洗浄冷却塔を提供する。
【解決手段】排ガス洗浄冷却塔１は、排ガス入口部４に隣接して、塔本体２の内壁１０の円周方向に複数の噴射ノズル１０１備えた旋回流形成スプレー装置１００を有し、噴射ノズル１０１により、塔本体上部の内壁の円周方向に沿って洗浄・冷却水を噴射し、内壁１０の円周方向に沿って旋回する環状の洗浄・冷却水から成る噴射流を形成し、噴射流を塔本体２の内壁面１０に沿って下方へと流動させて螺旋状の濡れ壁を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスの洗浄冷却塔に関するものであり、特に、塔本体の上部に排ガスの入口部を備え、塔本体の下方に洗浄され且つ冷却された排ガスの出口部を備えた、非鉄製錬で排出されるＳＯ_２ガスなどの洗浄、冷却を行う排ガス洗浄冷却塔に関するものである。

例えば、非鉄製錬で排出されるＳＯ_２ガスから硫酸を製造する際は、一般的に乾式電気集塵機でガス中のダストを除塵した後、排ガス洗浄冷却塔で多量の洗浄・冷却水を循環し、ガス中のダスト、ＳＯ_３、Ｆ、Ｃｌ等の不純物除去及び冷却を行う。

この操作により、ガス中の不純物は洗浄・冷却水によって吸収され、洗浄・冷却水は、不純物を含んだ希硫酸となる。

排ガス洗浄冷却塔を上記の希硫酸、ガス中のＦ、Ｃｌから保護するために、通常、塔内壁は、煉瓦材としてカーボンレンガ、目地材としてアイフランモルタル等を使用した耐酸材料にて製作されている。

一方、このような耐酸材料は、ガス中のＦ、Ｃｌに侵されやすいため、例えば、特許文献１に記載の排ガス洗浄冷却塔では、塔本体の内面に一周して設けられた樋に洗浄・冷却水を注入し、樋から塔内壁へと洗浄・冷却水を均一にオーバーフローさせることで、常時、内壁を冷却・湿潤化し、高温乾燥と低温湿潤の繰返しによるレンガ構造の劣化防止を図っている。

斯かる特許文献１に記載の構造では、樋から塔内壁へオーバーフローする面にダストが付着した場合、この部分は洗浄・冷却水が流れなくなるため、塔内壁を均一に湿潤させることが困難となる。

加えて、塔内部の樋が破損した場合、操業中の補修が出来ず、塔内壁を均一に湿潤させることが困難となり、塔内壁の早期劣化を招く。

また、排ガス洗浄冷却塔は、上述のように、洗浄・冷却水による不純物除去及び冷却を行っているため、塔内部には、洗浄・冷却水を供給する供給部より上方に気液境界面が存在する。

一般的に、塔入口の高温で乾燥条件下においては、煉瓦材として耐酸磁器レンガ、目地材としてアシプルモルタル等耐熱耐酸材料が使用されるが、これら耐熱耐酸材料は希硫酸やフッ酸に侵され易いといった問題を有している。

一方、塔内部の湿潤条件下においては、上述のように、上記カーボンレンガ、アイフランモルタル等の耐酸材料を使用するが、高温に弱いといった問題を有している。

従って、気液境界面を正確に把握して、条件に合った材料を使用する必要があるが、排ガス量の変動やスプレー分散状態の変化により気液境界面が変動するため、材料の選定が難しく、この部分の劣化が特に激しい。
特開平１０−８０６１８号公報

本発明の目的は、塔内壁の劣化を抑制し、塔本体の寿命を大幅に延長することができ、且つ、洗浄・冷却水スプレー装置の着脱手入れが容易な排ガス洗浄冷却塔を提供することである。

上記目的は本発明に係る排ガス洗浄冷却塔にて達成される。要約すれば、本発明は、塔本体の上部に排ガスの入口部を備え、塔本体の下方に洗浄され且つ冷却された排ガスの出口部を備えた排ガス洗浄冷却塔において、
前記排ガス入口部に隣接して、前記塔本体の内壁の円周方向に複数の噴射ノズル備えた旋回流形成スプレー装置を設け、
前記噴射ノズルにより、前記塔本体上部の内壁の円周方向に沿って洗浄・冷却水を噴射し、前記内壁の円周方向に沿って旋回する環状の洗浄・冷却水から成る噴射流を形成し、
前記噴射流を塔本体の内壁面に沿って下方へと流下させて螺旋状の濡れ壁を形成することを特徴とする排ガス洗浄冷却塔である。

本発明の一実施態様によると、前記噴射ノズルの上方の内壁面は、前記噴射ノズルの噴射口より塔中心部へと内方に位置して、下方の内壁面との間に段差を形成しており、前記噴射ノズルからの洗浄・冷却水の噴射流が前記噴射ノズルの上方の内壁面へと飛散するのを防止する。

本発明の他の実施態様によると、前記旋回流形成スプレー装置の前記噴射ノズルの下方に位置して前記塔本体の内壁の円周方向に配設された複数の噴射ノズルを備え、前記排ガスに洗浄・冷却水を噴射するためのガス洗浄冷却用スプレー装置を設ける。

本発明の他の実施態様によると、前記旋回流形成スプレー装置の前記噴射ノズルは、樹脂で作製される。

本発明の他の実施態様によると、前記排ガスは、温度が２００〜４００℃の非鉄製錬排ガスである。

本発明によれば、
（１）従来の排ガス洗浄冷却塔入口の気液境界面レンガ部の寿命が、２〜３年であったが、３倍以上の寿命を達成できる。
（２）外部からのスプレー装置の修理が可能なため、装置修理のために操業を停止することが必要なく、操業効率の向上を図ることができる。
（３）旋回流形成スプレー装置に用いる洗浄・冷却水の温度は３０〜７０℃であるが、旋回流形成スプレー装置における噴射ノズルを塔外部から塔を貫通して設置したことで、外部から噴射ノズルの温度を測定することが可能であり、その測定結果から洗浄・冷却水噴射状況を簡単に察知することができる。
（４）各々の噴射ノズルから放出される洗浄・冷却水は、洗浄・冷却水放出側に隣接している噴射ノズルに常時かかっており、噴射ノズルの高温度に対する溶損防止が可能であり、そのために、樹脂製噴射ノズルの使用が可能である。

以下、本発明に係る排ガス洗浄冷却塔を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１に、本発明に係る排ガス洗浄冷却塔の一実施例の概略構成を示す。

本実施例にて、排ガス洗浄冷却塔１は、概略円筒形状とされる塔本体２を備え、塔本体２は、基台３により略垂直状態に設置されている。塔本体２の上部に円筒状の排ガス入口部４を備え、塔本体２の下方底壁５に隣接して、塔本体２より側方へと延在した円筒状の排ガス出口部６を備えている。

塔本体２の、上部排ガス入口部４と下部排ガス出口部６との間の塔本体中央部７の接液部はカーボンレンガなどの耐酸材料を使用して構成される。

塔本体２の入口部４は、本実施例では、上記塔本体中央部７と連接する境界領域４Ａと、境界流域４Ａから塔頂部のガス入口４Ｃへと延在する入口領域４Ｂとを有する。境界領域４Ａは、外側は鉄壁８とされるが、内壁１２は、煉瓦材として耐酸性の高いカーボンレンガなどを使用して製作される。

また、入口部内壁１２の内径が塔本体中央部７の内壁１０の内径より小さくされ、従って、塔本体入口部４の上記境界領域４Ａの内壁下端部と、塔本体中央部７の内壁１０の上端との間には、環状の段差１３が形成される。この段差１３の作用については後で説明する。

また、塔本体上部入口部４の入口領域４Ｂにおける外側の鉄壁８は、上記境界領域４Ａから頂部開口４Ｃへと傾斜して構成されている。入口領域４Ｂの内壁１４は、境界領域４Ａの内壁１２と同じ内径にて、上記境界領域４Ａから頂部開口４Ｃへと形成され、煉瓦材として耐酸磁器レンガなどを使用して製作される。

また、本実施例では、塔本体下方底部５及び排ガス出口部６は、外側の鉄壁８と、内壁の煉瓦材としてカーボンレンガを使用して構成されている。

上記実施例では、特に、塔本体内壁１０、１２などは、煉瓦材としてカーボンレンガを使用し、また、塔本体内壁１４は、煉瓦材として耐酸磁器レンガを使用し、塔本体底壁及び出口部内壁１６などは、煉瓦材としてカーボンレンガなどを使用するものとして説明したが、内壁の材料はこれに限定されるものではない。例えば、カーボンレンガの代わりにフランレンガなども使用することができるし、その他種々のレンガを使用することができる。

次に、図２及び図３をも参照して、本実施例の特徴をなす、塔本体上部入口部４に形成される旋回流形成スプレー装置１００について説明する。

本実施例にて、旋回流形成スプレー装置１００は、塔本体上部入口部４の上記境界領域４Ａの下方に、即ち、塔本体中央部７の上端領域７Ａに設けられる。

図２をも参照すると理解されるように、塔本体中央部７の上端領域７Ａには、その円周方向に均等に、本実施例では、８つの、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１を取り付けるためのノズル装着穴２０が形成される。ノズル装着穴２０は、塔本体２の中心部Ｏ１に対して所定の角度（α）、本実施例では、４５°傾けて形成される。従って、本実施例では、互いに隣り合った装着穴２０、２０同士の傾斜角度（β）も４５°とされる。

また、各ノズル装着穴２０には、図３に示すように、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１が着脱自在に装着される。噴射ノズル１０１には、図５に示すように、流量調整弁１１０及び連通管１１１を介して洗浄・冷却水が所定の圧力及び流量で供給される。これによって、図３に示すように、隣接する一方の噴射ノズル１０１からの噴射流１０３が、噴射流１０３の下流側に位置する噴射ノズル２０の噴射口１０２近傍に至るように噴射される。洗浄・冷却水としては、洗浄塔で使用した洗浄・冷却水を一部繰り返し循環して使用することもできる。

このような噴射ノズル２０、２０の配置構成とすることにより、図２に示すように、各噴射ノズル２０からの噴射流１０３は旋回流となり、塔本体２の内側には、内壁の内周に沿った環状をなす旋回噴射流層１０４が形成される。 この環状の旋回噴射流層１０４は、図５に示すように、重力により、塔本体内壁に沿って下方へと流動し、塔本体内に旋回噴射流層１０４から成る螺旋状の濡れ壁１０５を形成する。濡れ壁の厚さ（ｔ）としては、１〜５ｍｍとすることが出来る。

上述の構成の本実施例によれば、旋回流形成スプレー装置１００の、特に、噴射ノズル１０１を、塔本体２を貫通して形成された装着穴２０に装着可能に構成したことで、外部から噴射ノズルの温度を測定することが可能であり、温度から塔内噴射状況を簡単に察知することが出来る。

また、噴射ノズル１０１が目詰まりでトラブルとなった場合、図５に示すように、洗浄・冷却水流量調整用弁１１０を閉止し、連通管１１１を取外すことにより、噴射ノズル１００の脱着・取替えが容易に可能となる。

旋回流形成スプレー装置１００からの洗浄・冷却水は、上述したように、隣接している噴射ノズル２０のノズル口１０２に常時噴射されているので、高温ガスが直接噴射ノズル２０に接触しない構造となっている。従って、噴射ノズル２０の高温度に対する溶損防止が可能である。そのために、噴射ノズル２０を樹脂で作製することが可能であり、コスト削減を図ることができる。樹脂としては、塩化ビニール、フッ素樹脂、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等を用いることができる。

また、上述したように、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１は、塔本体上部入口部４の上記境界領域４Ａの下方に、即ち、塔本体中央部７の上端領域７Ａに設けられており、噴射ノズル１０１の噴射口１０２の上部には、上述したように、塔本体上部入口部４の上記境界領域４Ａの内壁４Ａが段差１３となって覆っている構成とされる。従って、この段差１３を形成する内壁４Ａにより一定した気液境界面が形成され、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１からの洗浄・冷却水が高温帯の上部入口部４の境界領域４Ａに飛散するのを防止する。境界領域４Ａのカーボンレンガは、旋回流形成スプレー水により冷却されてカーボンレンガの溶損を防止している。

上記旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１の下方には、隣接して、ガス洗浄・冷却用スプレー装置２００の噴射ノズル２０１が配置される。そのために、塔本体２には、ガス洗浄・冷却用噴射ノズル２０１を装着するための装着穴３０が形成される。

また、各ノズル装着穴３０には、図５に示すように、ガス洗浄・冷却用スプレー装置２００の噴射ノズル２０１が着脱自在に装着される。噴射ノズル２０１には、流量調整弁２１０及び連通管２１１を介して洗浄・冷却水が所定の圧力及び流量で供給される。

本実施例では、上記構成とすることにより、ガス洗浄・冷却用噴射ノズル２０１からの洗浄・冷却水は、塔本体２の中心部に向かい、水平、或いは、僅かに下方に傾斜して噴射される。従って、塔本体２内へと流入した排ガスは、このガス洗浄・冷却用噴射ノズル２０１からの噴射流により洗浄され、冷却される。

このように、本実施例においては、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１に加えて、通常のガス洗浄冷却スプレー装置２００の噴射ノズル２０１を、噴射ノズル１０１の下方に配置させているが、この構成により、洗浄と冷却に関して、更に効果をあげることができる。

次に、図５を参照して、上記構成の排ガス洗浄冷却塔１の作動について更に具体的に説明する。

本実施例の排ガス洗浄冷却塔１における処理対象の排ガスは、例えば、ＳＯ_２濃度が１〜５０ｖｏｌ％、排ガス温度が２００〜４００℃の排ガスである。この組成、温度の排ガスは、非鉄製錬の排ガスにおいて発生する。例えば、銅乾式製錬における銅転炉の排ガス、或いは、自溶炉の排ガスである。

これらのガスには、更にダスト、Ｆ、Ｃｌ等の不純物が多く含まれている。例えば、ダストは、０．１〜２．０ｇ／Ｎｍ^３、Ｆは、０．０１〜１．０ｖｏｌ％、Ｃｌは、０．０１〜１．０ｖｏｌ％、ＳＯ_３は０．０３〜１．５ｖｏｌ％含んでいる。

通常、これらの排ガス量は、５００〜３５００Ｎｍ^３／分である。

これらのガスは、次工程へと送給される前に本実施例の排ガス洗浄冷却塔１にて洗浄・冷却される。

本実施例では、この洗浄、冷却に際して、排ガスに対して、ガス洗浄・冷却用スプレー装置１００により洗浄塔循環液などとされる洗浄・冷却水を噴射ノズル１０１により噴射して洗浄・冷却する。

更に、本実施例によると、旋回流形成スプレー装置１００を、排ガス洗浄冷却塔１の塔本体中央部上端７Ａ（図１）であって、排ガス入口部下方境界領域４Ａ（図１）に隣接して配置することにより排ガス洗浄冷却塔１の塔本体内壁１０に螺旋状の濡れ壁１０５（図５）を形成する。

これにより、内壁レンガの損耗を未然に防止することができる。

旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１に供給される洗浄・冷却水の水温は、３０〜７０℃である。また、噴射ノズル１０１への供給水量は、１本当たり１〜５ｍ^３／時間であり、ノズルの水圧は、噴射ノズル１本当たり０．１〜０．５Ｍｐａである。

本実施例においては、上述のように、上記の旋回流形成スプレー装置１００に加えて、旋回流形成スプレー装置１００の下方に、通常のガス洗浄冷却スプレー装置２００を配置させる。

この場合の、ガス洗浄冷却スプレー装置２００における噴射ノズル２０１への洗浄・冷却水の水量は、１本当たり１０〜５０ｍ^３／時間であり、ノズル水圧は、噴射ノズル１本当たり０．１〜０．５Ｍｐａである。

次に、主として図５及び図６を参照して、本実施例の排ガス洗浄冷却塔の効果を、実験例に即して説明する。

実験例
この実験例では、上記実施例で説明した構成の排ガス洗浄冷却塔１を使用し、銅自溶炉・銅転炉排ガスを洗浄、冷却処理した。排ガスの量は、５００〜３３００Ｎｍ^３／分であった。

また、排ガスの組成は、ＳＯ_２は、０〜３５Ｖｏｌ％であった。排ガス温度は、２００〜３５０℃、ダストは、約０．２ｇ／Ｎｍ^３、Ｆは、約０．１Ｖｏｌ％、Ｃｌは、約０．１Ｖｏｌ％であった。

排ガス洗浄冷却塔１にて、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１は、口径が１５×１０ｍｍの楕円形であり、水量は、２ｍ^３／時間／本、スプレー圧は、０．２Ｍｐａとした。

噴射ノズル１０１の材質は、フッ素樹脂を用いた。内壁１０の煉瓦材は、カーボンレンガを用い、目地材としては、アイフランモルタルを用いた。

上記構成にて、洗浄冷却塔内壁１０には、旋回流形成スプレー装置１００の噴射ノズル１０１からの旋回噴射流１０４により螺旋状に濡れ壁１０５が形成された。濡れ壁１０５の厚さ（ｔ）は、１〜５ｍｍであった。

また、ガス洗浄冷却用スプレー装置２００を、旋回流形成スプレー装置１００の下方に設けた。

ガス洗浄冷却用スプレー装置２００の噴射ノズル２０１は、口径が２０ｍｍ直径であり、水量は、２０ｍ^３／時間、スプレー圧は、約０．２Ｍｐａとした。噴射ノズル２０１は、フッ素樹脂で作製した。

この結果、排ガス洗浄冷却塔１は、内壁１０が常に濡れた状態に保持され内壁レンガの損傷が極めて少なく、図６に比較例として示す従来の方式の洗浄塔では得られない、優れた効果を得ることができた。

図６に、比較例として、従来の排ガス洗浄冷却塔１Ａを示す。この従来の排ガス洗浄冷却塔１Ａは、本実施例における旋回流形成スプレー装置１００は備えておらず、本実施例のガス洗浄冷却用スプレー装置２００に相当するスプレー装置２００Ａが、塔本体２に、上下２段に設置されたものである。

上記実験例の条件下において、比較例の排ガス洗浄冷却塔１Ａを実施したところ、噴射ノズル２０１からの噴射流の飛散や濡れ壁のムラにより、塔本体内壁レンガの侵食が激く、上記表１に従来法として示すように、好ましい結果は得られなかった。

本発明に係る排ガス洗浄冷却塔の一実施例の概略構成図である。 旋回流形成スプレー装置の配置を説明するための図１の線ＩＩ−ＩＩに取った断面図である。 旋回流形成スプレー装置における噴射ノズルの洗浄・冷却水分散状態を説明するための図である。 ガス洗浄冷却用スプレー装置の配置を説明するための図１の線ＩＶ−ＩＶに取った断面図である。 旋回流形成スプレー装置及びガス洗浄冷却用スプレー装置の作動を説明するための排ガス洗浄冷却塔の概略構成図である。 従来のガス洗浄冷却塔を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ガス洗浄冷却塔
２ 塔本体
４ 塔本体入口部
４Ａ 境界領域
６ 塔本体出口部
７ 塔本体中央部
７Ａ 塔本体中央部上端
１０ 塔本体中央部内壁
１２ 境界領域内壁
１３ 洗浄液飛散防止用内壁段差
２０、３０ 噴射ノズル装着穴
１００ 旋回流形成スプレー装置
１０１ 噴射ノズル
２００ ガス洗浄冷却用スプレー装置
２０１ 噴射ノズル
１０４ 旋回噴射流層
１０５ 濡れ壁

Claims (5)

1. 塔本体の上部に排ガスの入口部を備え、塔本体の下方に洗浄され且つ冷却された排ガスの出口部を備えた排ガス洗浄冷却塔において、
   前記排ガス入口部に隣接して、前記塔本体の内壁の円周方向に複数の噴射ノズル備えた旋回流形成スプレー装置を設け、
   前記噴射ノズルにより、前記塔本体上部の内壁の円周方向に沿って洗浄・冷却水を噴射し、前記内壁の円周方向に沿って旋回する環状の洗浄・冷却水から成る噴射流を形成し、
   前記噴射流を塔本体の内壁面に沿って下方へと流動させて螺旋状の濡れ壁を形成することを特徴とする排ガス洗浄冷却塔。
2. 前記噴射ノズルの上方の内壁面は、前記噴射ノズルの噴射口より塔中心部へと内方に位置して、下方の内壁面との間に段差を形成しており、前記噴射ノズルからの洗浄・冷却水の噴射流が前記噴射ノズルの上方の内壁面へと飛散するのを防止することを特徴とする請求項１の排ガス洗浄冷却塔。
3. 前記旋回流形成スプレー装置の前記噴射ノズルの下方に位置して前記塔本体の内壁の円周方向に配設された複数の噴射ノズルを備え、前記排ガスに洗浄・冷却水を噴射するためのガス洗浄冷却用スプレー装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２の排ガス洗浄冷却塔。
4. 前記旋回流形成スプレー装置の前記噴射ノズルは、樹脂で作製されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の排ガス洗浄冷却塔。
5. 前記排ガスは、温度が２００〜４００℃の非鉄製錬排ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の排ガス洗浄冷却塔。

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