JP2006275317A - 減温塔 - Google Patents

Abstract

【課題】 排ガスの気流中に冷却用液体を噴霧して排ガスを冷却する減温塔において、減温塔の内部温度の偏りと、それに伴う粉塵の異常付着を防止するだけでなく、排ガスの流路に粉塵が堆積することを防止することができ、かつ排ガスの圧力損失を少ないものにして設備のランニングコストを低減することができる設備費のより安い減温塔を提供する。
【解決手段】 概ね鉛直方向に立設された筒状の直胴部１３と、冷却用液体Ｌを噴霧する少なくとも１つの噴霧ノズル１４と、この噴霧ノズル１４の上方において受け入れた排ガスを直胴部の中心軸１３ｄの周りに旋回させるように設けられた概ね円筒形状の整流部１５とを備え、整流部１５は、整流部１５の円筒側壁１５ａの接線に沿うように排ガスを整流部１５に受け入れて排ガスを直胴部の中心軸１３ｄの周りに旋回させる排ガス導入口を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、排ガスを冷却する減温塔に関するものである。

一般に、排ガスを冷却する減温塔として、受け入れた排ガスの気流中に水などの冷却用液体を噴霧し、この冷却用液体の蒸発潜熱により排ガスを冷却する減温塔が知られている。

しかしながら、このような減温塔では、従来、排ガス導入側ダクトの曲がり等の影響により、排ガスの流れがどちらか一方向に偏よるという現象が避けられなかった。

その結果、高温の排ガスが、減温塔の内壁部の1箇所に集中して当たることにより、減温塔の局所的温度上昇が発生したり、また、噴霧される液滴が減温塔の内壁部の1箇所に集中して当たることにより、減温塔の局所的温度低下や噴霧液滴が蒸発する前に壁面に到達し、壁面を濡らすことによる粉塵の異常付着が発生していた。

最近では、このような減温塔の局所的な温度分布の不均一とそれに伴って発生する粉塵の異常付着を防止するために、受け入れた排ガスの流れの偏りを防止して流速分布の一様性を高めた減温塔が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、排ガスの横断面方向の流れを均一にするための整流格子と、排ガスを冷却する冷却水を噴霧するための水噴霧ノズルとを備え、整流格子と水噴霧ノズルとの間に、排ガスの流れに乱れを形成させる乱れ形成部材を設けたことを特徴とする調温塔の技術が開示されている。

また、特許文献２には、排ガス冷却用の噴霧水を噴霧するための噴霧ノズルが設けられた調温塔において、噴霧ノズルの上方位置の塔本体内に排ガスの整流板体を配置するとともに、整流板体の下方位置における塔本体の内壁面に沿って環状に空気噴射用管路を設けた調温塔の技術が開示されている。この特許文献２に開示された調温塔の技術では、塔本体の内壁面に沿って下方向に圧縮空気を噴射してエアカーテンを形成することにより、ダストおよび液滴が内壁部に付着することを防止している。
特開２００１−３４７１２２号公報 特開平１１−２２９５２号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の調温塔の技術では、排ガスの流路の途中に整流格子や乱れ形成部材が配置されているために、この部分で著しい圧力損失が発生する結果、排ガス輸送のために必要な動力が増大して設備のランニングコストが増大するという問題があった。

また、この特許文献１に記載の調温塔の技術では、排ガスの流路の途中に整流格子や乱れ形成部材が配置されているために、時間の経過とともに排ガス中の粉塵がこれら整流格子や乱れ形成部材に堆積して、排ガスの流れを阻害する可能性があるという不具合があった。

次に、上述の特許文献２に記載の調温塔の技術では、塔本体内の噴霧ノズルの上方位置に排ガスの整流板体が配置されているために、やはりこの部分で著しい圧力損失が発生して、排ガス輸送のために必要な動力が増大するという問題と、時間の経過とともに排ガス中の粉塵がこの整流板体に堆積して、排ガスの流れを阻害する可能性があるという不具合があった。

また、この特許文献２に記載の調温塔の技術では、塔本体の内壁面に沿って環状に空気噴射用管路を設けているので、圧縮空気を発生させる設備が必要となるだけでなく、圧縮空気の吹き込みに伴う排ガス量の増大により、調温塔以降の設備がすべて大型化し、設備のコストが増大するという不具合があった。また、調温塔の運転中は常に、圧縮空気の消費と、それに伴う排ガス量の増大により、ランニングコストも増大させるという問題があった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、受け入れた排ガスの流れの偏りを防止して減温塔の内部温度の偏りと、それに伴う粉塵の異常付着を防止するだけでなく、排ガスの流路に排ガス中の粉塵が堆積することを防止することができ、かつ排ガスの圧力損失を少ないものにして設備のランニングコストを低減することができる設備費のより安い減温塔を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明は、受け入れた排ガスの気流中に冷却用液体を噴霧し、この冷却用液体の蒸発潜熱により当該排ガスを冷却する減温塔であって、受け入れた排ガスを上から下方へと案内する概ね鉛直方向に立設された筒状の直胴部と、この直胴部により上から下方へと案内される排ガスの気流中において、概ね下方向に向けられた噴霧軸の方向に冷却用液体を噴霧する少なくとも１つの噴霧ノズルと、この噴霧ノズルの上方において受け入れた排ガスを上記直胴部の中心軸の周りに旋回させるように設けられた概ね円筒形状の整流部とを備え、上記整流部は、この整流部の円筒側壁の接線に沿うように排ガスを整流部に受け入れて排ガスを直胴部の中心軸の周りに旋回させる排ガス導入口を備えていることを特徴とする減温塔である。

本発明によれば、噴霧ノズルの上方に設けられた整流部において、整流部の排ガス導入口から、整流部の円筒側壁の接線に沿うように排ガスを整流部に受け入れるので、排ガスが整流部円筒の中心軸の周りに旋回し、排ガス導入側ダクトの曲がり等による排ガス流速分布の偏りを解消することができる。

その結果、高温の排ガスが、減温塔の内壁部の1箇所に集中して当たることがなくなり、減温塔の局所的温度上昇を防止することができるようになる。また、噴霧される液滴が減温塔の内壁部の1箇所に集中して当たることもなくなるので、減温塔の局所的温度低下と粉塵の壁面への異常付着も防止することができるようになる。

さらに、本発明によれば、このような排ガス流れの整流化を実現するにあたって、排ガスの流路に、整流格子や乱れ形成部材あるいはエアーカーテンの装置などを配置することがないので、設備のイニシァルコストを増加させることがない。また、排ガスの圧力損失を増加させて排ガス輸送のために必要となる設備のランニングコストを増加させることがない。

また、本発明によれば、排ガスの流路に、粉塵を堆積させやすい整流格子や乱れ形成部材あるいはエアーカーテンの装置などを設けないので、これらの部材や装置に排ガス中の粉塵が堆積して排ガスの流れが詰まるようなことがないようにすることができる。

次に、上記整流部の排ガス導入口の向きは、水平の方向から排ガスを整流部に受け入れるように、概ね水平方向に設定されていることが好ましい。

このようにすれば、水平の方向から排ガスを整流部に受け入れるので、より多くの排ガスが整流部円筒の中心軸の周りに水平に旋回しようとする結果、整流部における排ガスの流速の上下方向の成分が小さくなり、整流部中心軸周りに確実に旋回するため、流れの整流化がより良好になる。

また、水平に旋回する排ガスの旋回中心に噴霧水を集めることがより効果的にできるようになる。

そして、上記排ガス導入口は、整流部の円筒側壁の接線に概ね沿う導入ノズル側壁部を有し、排ガス導入口の幅Ｗと、整流部の内半径Ｒｃとの比Ｗ／Ｒｃは、１．０以上かつ１．５以下であることが好ましい。

このようにすれば、排ガス導入口の導入ノズル側壁部が、整流部の円筒側壁の接線方向に概ね沿うので、より乱流の発生が少なく、円滑に排ガスを円筒側壁に沿って旋回させることができるようになる。

また、排ガス導入口の幅Ｗと、整流部の内半径Ｒｃとの比Ｗ／Ｒｃが、１．０以上かつ１．５以下であるので、排ガスの整流部に対する導入に係る流路断面の変化、すなわち排ガス導入口の面積と、整流部の水平断面積との差が小さくなり、排ガスの整流部への導入に係る乱流の発生が少なくなる。その結果、乱れなく、円滑に排ガスを円筒側壁に沿って旋回させることができるようになる。

上記整流部は、整流部に対する排ガス導入口の取り付け部より上方に、整流部余剰空間を備え、この整流部余剰空間の上端から排ガス導入口の下端までの距離Ｈｃと、排ガス導入口の上端から下端までの距離Ｈｉｃとの比Ｈｃ／Ｈｉｃは、１．０以上かつ１．５以下であることが好ましい。

このようにすれば、Ｈｃ／Ｈｉｃが、１．０以上となるように、整流部余剰空間が、排ガス導入口の取り付け部より上方に設けられているので、排ガス導入口から受け入れられた排ガスが整流部において程良く均等に上下に広がる結果、整流部余剰空間が無い場合と比較して、排ガス導入口から受け入れられた排ガスの下向きの速度成分がより少なくなる。その結果、噴霧ノズルの周囲の排ガスの流れが噴霧軸を中心にしてより一様になる。

上記整流部と上記直胴部との間には、整流部の下方に設けられ、下方に向かって排ガスの流路面積を漸減させる縮径部と、この縮径部の下方に設けられ、下方に向かって排ガスの流路面積を漸増拡径する拡径部とが設けられ、上記噴霧ノズルは、上記拡径部に設けられていることが好ましい。

このようにすれば、整流部と直胴部との間に縮径部と、拡径部とが設けられ、噴霧ノズルが、上記拡径部に設けられているので、拡径する冷却用液体の噴霧形状に沿った形で排ガス流れを形成することができ、冷却用液体の自然な噴霧形状を大きく乱すことがない。

上記縮径部と拡径部との間の絞り部において排ガス流速の鉛直方向成分が、４．５ｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。

このようにすれば、噴霧ノズルの上方近傍に設けられている絞り部において排ガス流速の鉛直方向成分が、高々４．５ｍ／ｓｅｃであるので、排ガス流れの慣性力が弱められ、拡径部以降の流れの整流化に好ましい。また、噴霧ノズルの周囲では、絞り部より断面積が広いため、絞り部よりも排ガス流速の鉛直方向成分が小さく、冷却用液体の自然な噴霧形状を大きく乱すことが避けられる。

また、排ガス流速の鉛直方向成分を４．５ｍ／ｓｅｃ以下にすることにより、排ガスが冷却用液体の液滴をいたずらに下方に随伴することを防止することができるので、直胴部をより短いものにすることができる。

上記拡径部は、拡径部の側壁が直胴部の中心軸に対して傾き角度２０度以下の角度で拡径するものであることが好ましい。

このようにすれば、拡径部の側壁が、直胴部の中心軸に対して傾き角度２０度以下の角度で拡径するので、拡径部の流路断面積の増加が緩やかである結果、乱流の発生が少なく、冷却用液体の噴霧形状を乱れのない安定したものにすることができる。

また、上記縮径部と、上記拡径部とは、それぞれ逆円錐台形状と、円錐台形状とに概ね形成されていることが好ましい。

このようにすれば、縮径部と、拡径部とが、それぞれ逆円錐台形状と、円錐台形状とに概ね形成されているので、これらの部分のいずれの断面も円形となる結果、より乱流の少ない安定した円形の旋回流れが得られるようになる。

また、上記排ガス導入口は、開口部の断面が概ね矩形に形成されているが好ましい。

このようにすれば、排ガス導入口の開口部の断面が、概ね矩形に形成されているので、排ガス導入口の導入ノズル側壁部の面積が大きくなり、多くの排ガスを整流部の円筒側壁の接線方向に沿わせることができるようになる。その結果、より乱流の少ない安定した旋回流れが得られるようになる。

また、整流部での排ガスの旋回流れも、整流部の各水平断面間で一様となるので、より均一で乱流の少ない安定した旋回流れが得られるようになる。

また、上記直胴部は、概ね円筒形状に形成されていることが好ましい。

このようにすれば、直胴部が、概ね円筒形状に形成されているので、直胴部のいずれの断面も円形となる結果、より乱流の少ない安定した円形の旋回流れが得られるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、受け入れた排ガスの流れの偏りを防止して減温塔の局所的温度の上昇、低下や、内壁への粉塵の異常付着を防止するだけでなく、排ガスの流路に排ガス中の粉塵が堆積することを防止することができ、かつ排ガスの圧力損失を少ないものにして設備のランニングコストを低減することができる設備費のより安い減温塔を提供することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。図１は、本発明の実施の形態に係る減温塔１０を採用したごみ２１のガス化溶融システム１００の構成を示す説明図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る減温塔１０の構成を示す外形図であり、（ａ）は、平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。

図１を参照して、図示のごみ２１のガス化溶融システム１００は、本発明の実施の形態に係る減温塔１０と、ガス化炉２０と、溶融炉３０と、二次燃焼室４０と、熱交換器もしくはボイラー５０と、排ガス処理設備６０とを備えている。

上記ガス化炉２０は、ごみ２１を受け入れて、酸素の不足した状態で熱分解し、カーボンを含む未燃焼ガス２２と、不燃物２３に分離する炉である。

上記溶融炉３０は、ガス化炉２０で発生したカーボンを含む未燃焼ガス２２を燃焼させるとともに、発生した灰分を溶融させてスラグ３１にする炉である。

上記二次燃焼室４０は、さらにカーボンを含む未燃焼ガス２２を完全燃焼させる燃焼室である。

上記熱交換器もしくはボイラー５０は、ガス化炉２０、溶融炉３０、二次燃焼室４０に送る空気を二次燃焼室４０からの排ガスＧ１の熱で予熱する熱交換器もしくは同排ガスＧ１の熱で蒸気を発生させるボイラーである。

そして、図示の本発明の実施の形態に係る減温塔１０は、熱交換器もしくはボイラー５０から受け入れた排ガスＧ２を冷却して、排ガス処理設備６０に供給可能な排ガスＧ３の温度まで冷却するものであって、排ガスＧ２の気流中に冷却用液体Ｌ（図５）として水を噴霧し、この水の蒸発潜熱により排ガスＧ２を冷却するように構成されている。

この減温塔１０は、図２に示すように、鉄鋼材からなる胴体部１１と、胴体部１１の内面に設置された耐熱レンガ等で構成される耐火物１２とを備えている。この耐火物１２は、減温塔１０がボイラー下流に設置されて排ガスの温度が低くなる場合などには不要になるものである。

図３は、減温塔１０の胴体部１１の構成を示す詳細図であり、（ａ）は、平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。

図３を参照して、減温塔１０は、筒状の直胴部１３と、冷却用液体Ｌ（図５）を噴霧する噴霧ノズル１４と、排ガスＧ２を直胴部１３の中心軸１３ｄの周りに旋回させるように設けられた円筒形状の整流部１５とを備えている。

また、直胴部１３と整流部１５との間には、排ガスＧ２の流路面積を漸減させる縮径部１６と、排ガスＧ２の流路面積を漸増拡径する拡径部１７とが設けられている。

上記直胴部１３は、円筒形状に形成された部分であり、概ね鉛直方向に立設され、受け入れた排ガスＧ２を上から下方へと案内するように構成されている。また、この直胴部１３には、排ガスＧ２を導出するための排ガス導出ノズル１３ａと直胴部１３の底部に堆積する灰分Ａ（図１）をスクレーパ１３ｂ（図２）を介して排出するための灰分排出口１３ｃが取り付けられている。

上記噴霧ノズル１４は、直胴部１３により上から下方へと案内される排ガスＧ２の気流中において、概ね下方向きに冷却用液体Ｌ（図５）を噴霧する。この噴霧ノズル１４は、本実施形態では、拡径部１７に２つ相対向したものを１対として、２対以上設けられている。

上記整流部１５は、噴霧ノズル１４の上方において受け入れた排ガスＧ２を直胴部の中心軸１３ｄの周りに旋回させるように設けられた部分である。そのため、この整流部１５は、全体が円筒形状に形成され、また、この整流部１５の円筒側壁１５ａには、円筒側壁１５ａの接線に沿うように排ガスＧ２を整流部１５に受け入れて排ガスＧ２を直胴部の中心軸１３ｄの周りに旋回させる排ガス導入口１５ｂが設けられている。

この排ガス導入口１５ｂは、開口部１５ｃの断面が概ね矩形に形成され、排ガス導入口１５ｂの向きは、水平の方向から排ガスＧ２を整流部１５に受け入れるように、概ね水平方向に設定されている。

そして、整流部１５の円筒側壁１５ａの接線に沿う面となるよう導入ノズル側壁部１５ｄが配置され、排ガス導入口１５ｂの幅Ｗと、整流部１５の内半径Ｒｃとの比Ｗ／Ｒｃは、１．０以上かつ１．５以下に設定される。これは、排ガス導入口１５ｂの開口部１５ｃの面積と、整流部１５の水平断面積との差を小さくして排ガスＧ２の整流部１５への導入に係る乱流の発生を少なくするためであり、本実施形態では、Ｗ／Ｒｃは、１．２５に設定されている。

また、この整流部１５は、整流部１５に対する排ガス導入口１５ｂの取り付け部１５ｅより上方に、整流部余剰空間１５ｆを備え、この整流部余剰空間１５ｆの上端から排ガス導入口１５ｂの下端までの距離Ｈｃと、排ガス導入口１５ｂの上端から下端までの距離Ｈｉｃとの比Ｈｃ／Ｈｉｃは、１．０以上かつ１．５以下に設定される。これは、排ガスＧ２が整流部１５において程良く均等に上下に広がり、排ガス導入口１５ｂから受け入れられた排ガスＧ２の下向きの速度成分をより少なくして、噴霧ノズル１４の周囲の排ガスＧ２の流れを噴霧軸１４ａを中心にしてより一様にするためのものであり、本実施形態では、Ｈｃ／Ｈｉｃは、１．５に設定されている。

上記縮径部１６は、整流部１５の下方に設けられ、下方に向かって排ガスＧ２の流路面積を漸減させるものであり、逆円錐台形状に形成されている。

上記拡径部１７は、この縮径部１６の下方に設けられ、下方に向かって排ガスＧ２の流路面積を漸増拡径するものであり、円錐台形状に形成されている。そして、この拡径部１７は、流路断面積の増加を緩やかにして、冷却用液体Ｌの噴霧形状を乱れのない安定したものにするために、拡径部１７の側壁１７ａが直胴部１３の中心軸１３ｄの方向に対して傾き角度θ＝２０度の角度で拡径するように設定されている。

また、噴霧ノズル１４の周囲で、排ガスＧ２流速の鉛直方向成分Ｖを小さくして、拡径部１７から直胴部１３にかけての流速分布を極力偏りのないようにし、冷却用液体Ｌの自然な噴霧形状を乱さないようにし、また、排ガスＧ２が冷却用液体Ｌの液滴を下方に随伴することを防止するために、これら縮径部１６と拡径部１７との間の絞り部１８において排ガスＧ２流速の鉛直方向成分Ｖは、４．５ｍ／ｓｅｃ以下に設定されている。ここで、鉛直方向成分Ｖは絞り部１８の中心におけるピトー管もしくは熱線風速計から測定される値か、もしくは排ガスＧ２の設計最大流量と絞り部１８の断面積から算出してもよい。

次に、図４〜９を参照して、本発明の実施の形態に係る減温塔１０の作用について説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係る減温塔１０の高温部分の分布を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示し、領域Ｔは、２７０℃以上３００℃以下の温度領域を示している。また、図５は、減温塔１０の噴霧形状を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示している。

図４〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係る減温塔１０においては、図示のように、直胴部１３は、受け入れた排ガスＧ２を上から下方へと案内し、噴霧ノズル１４が、排ガスＧ２の気流中において、下方向に冷却用液体Ｌを噴霧する。

この時、整流部１５の排ガス導入口１５ｂが、水平の方向から円筒側壁１５ａ（図３）の接線に沿うように排ガスＧ２を整流部１５に受け入れて排ガスＧ２を直胴部の中心軸１３ｄの周りに旋回させる。また、整流部余剰空間１５ｆ（図３）が、整流部１５において程良く排ガスＧ２を均等に上下に広げて、排ガス導入口１５ｂから受け入れられた排ガスＧ２の下向きの速度成分をより少なくし、噴霧ノズル１４の周囲の排ガスＧ２の流れを噴霧軸１４ａを中心にしてより一様にする。

また、縮径部１６が、下方に向かって排ガスＧ２の流路面積を漸減させるとともに、拡径部１７の側壁１７ａが直胴部１３の中心軸に対して傾き角度θ＝２０度以下の角度で下方に向かって拡径し、排ガスＧ２の流路面積を漸増して、冷却用液体Ｌの自然な噴霧形状を乱さないようにする。

このようにして、排ガスＧ２の気流中に冷却用液体Ｌとして水を噴霧し、この水の蒸発潜熱により、熱交換器もしくはボイラー５０から受け入れた排ガスＧ２を冷却して、排ガス処理設備６０に供給可能な温度まで冷却するが、その際、高温の排ガスＧ２が、減温塔１０の内壁部の1箇所に集中して当たったり、噴霧される液滴が減温塔１０の内壁部の1箇所に集中して当たったりすることがない。

ここで、整流部１５を設けない減温塔８０と整流部余剰空間１５ｆを設けない減温塔９０について、説明し、本発明の実施の形態に係る減温塔１０と比較する。

図６は、排ガス導入ダクト８４ｂが曲がっているうえ、整流部１５を設けない減温塔８０の高温部分の分布を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示し、領域Ｔは、２７０℃以上３００℃以下の温度領域を示している。また、図７は、整流部１５を設けない減温塔８０の噴霧形状を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示している。

図６〜図７を参照して、整流部１５を設けない減温塔８０においては、排ガス導入ダクト８４ｂが、上流側で曲がっているため、排ガス導入ダクト８４ｂの内部で偏流が生じており、減温塔８０へ排ガスが導入された時、この偏流の影響で、減温塔８０の内部の流速分布が一方向に偏ることとなる。また、排ガス導入ダクト８４ｂからの排ガス流速が１５ｍ／ｓｅｃ程度と速く、流れの慣性が大きいため、拡径部１７に導入された排ガスＧ２は、拡径部で流れの剥離を引き起こし、偏った流れが均一な流速分布になりにくいことになる。その結果、高温の排ガスＧ２が、減温塔８０の内壁部の1箇所に集中して当たって減温塔８０の局所的温度上昇の部分８１が発生する（図６）。また、噴霧される液滴が減温塔８０の内壁部の1箇所に極端に接近して減温塔８０の局所的温度低下の部分８２が発生し、この付近の内壁面に湿った粉塵が付着する（図７）。

図８は、整流部余剰空間１５ｆ（図３）を設けない減温塔９０の高温部分の分布を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示し、領域Ｔは、２７０℃以上３００℃以下の温度領域を示している。また、図９は、整流部余剰空間１５ｆ（図３）を設けない減温塔９０の噴霧形状を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示している。

図８〜図９を参照して、整流部余剰空間１５ｆ（図３）を設けない減温塔９０においては、図示のように、整流部１５の排ガス導入口９４ｂが、水平の方向から円筒側壁１５ａの接線に沿うように排ガスＧ２を整流部１５に受け入れて排ガスＧ２を直胴部の中心軸１３ｄ（図３参照）の周りに旋回させるので、噴霧ノズル１４の周囲の排ガスＧ２の流れを噴霧軸１４ａ（図３）を中心にしてより一様にする。その結果、噴霧される液滴が減温塔９０の内壁部の1箇所に極端に接近することは改善されている（図９）。

しかし、排ガス導入口９４ｂが、整流部１５の上端に位置しているので、整流部１５の内部で、鉛直上向きの流速成分が制限され、排ガスＧ２が整流部１５を旋回している間の整流効果が不十分となり、拡径部１７へ導入された際、流れの偏りが発生することとなる。その結果、冷却用液体Ｌの自然な噴霧形状を乱して、排ガスＧ２の流れが一方向に偏よることが発生し、高温の排ガスＧ２が、減温塔１０の内壁部に偏って当たって減温塔１０の不均一な温度上昇の部分９１が発生する（図８）。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、噴霧ノズル１４の上方に設けられた整流部１５において、整流部１５の排ガス導入口１５ｂが、整流部１５の円筒側壁１５ａの接線に沿うように排ガスＧ２を整流部１５に受け入れるので、排ガスＧ２が整流部１５円筒の中心軸の周りに旋回し、排ガス導入側ダクトの曲がり等による排ガス流速分布の偏りを解消することができる。

その結果、高温の排ガスＧ２が、減温塔１０の内壁部の1箇所に集中して当たることがなくなり、減温塔１０の局所的温度上昇を防止することができるようになる。また、噴霧される液滴が減温塔１０の内壁部の1箇所に集中して当たることもなくなるので、減温塔１０の局所的温度低下や噴霧液滴が蒸発する前に壁面に到達し、壁面を濡らすことによる粉塵の異常付着も防止することができるようになる。

さらに、このような排ガス流れの整流化を実現するにあたって、排ガスＧ２の流路に、整流格子や乱れ形成部材あるいはエアーカーテンの装置などを配置することがないので、設備のイニシァルコストを増加させることがない。また、排ガスＧ２の圧力損失を増加させて排ガスＧ２輸送のために必要となる設備のランニングコストを増加させることがない。

また、排ガスＧ２の流路に、粉塵を堆積させやすい整流格子や乱れ形成部材あるいはエアーカーテンの装置などを設けないので、これらの部材や装置に排ガスＧ２中の粉塵が堆積して排ガスＧ２の流れが詰まるようなことがないようにすることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、水平の方向から排ガスＧ２を整流部１５に受け入れるので、より多くの排ガスＧ２が噴霧軸１４ａの周りに水平に旋回しようとする結果、排ガス導入口１５ｂ近傍の局所的な下向きの排ガス流れが少なくなり、排ガス流れの噴霧軸１４ａを中心とした等方性がより良好になる。

また、水平に旋回する排ガスＧ２の旋回中心に噴霧水を集めることがより効果的にできるようになる。

そして、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、排ガス導入口１５ｂの導入ノズル側壁部１５ｄが、整流部１５の円筒側壁１５ａの接線方向に概ね沿うので、流れの剥離が起きにくく、円滑に排ガスＧ２を円筒側壁１５ａに沿って旋回させることができるようになる。

また、排ガス導入口１５ｂの幅Ｗと、整流部１５の内半径Ｒｃとの比Ｗ／Ｒｃが、１．０以上かつ１．５以下であるので、排ガスＧ２の整流部１５に対する導入に係る流路断面の変化、すなわち排ガス導入口１５ｂの面積と、整流部１５の水平断面積との差が小さくなり、排ガスＧ２の整流部１５への導入に係る流れの剥離が少なくなる。その結果、乱れなく、円滑に排ガスＧ２を円筒側壁１５ａに沿って旋回させることができるようになる。

また、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、Ｈｃ／Ｈｉｃが、１．０以上かつ１．５以下となるように、整流部余剰空間１５ｆが、排ガス導入口１５ｂの取り付け部１５ｅより上方に設けられているので、排ガス導入口１５ｂから受け入れられた排ガスＧ２が整流部１５において程良く均等に上下に広がる結果、整流部余剰空間１５ｆが無い場合と比較して、排ガス導入口１５ｂから受け入れられた排ガスＧ２の多くが整流部円筒の中心軸まわりに水平に旋回しようとする。その結果、噴霧ノズル１４の周囲の排ガスＧ２の流れが噴霧軸１４ａを中心にしてより一様になる。

また、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、整流部１５と直胴部１３との間に縮径部１６と、拡径部１７とが設けられ、噴霧ノズル１４が、これら縮径部１６と拡径部１７との間の絞り部１８の中心の下方近傍に設けられているので、拡径する冷却用液体Ｌの噴霧形状に沿った形で排ガス流れを形成することができ、冷却用液体Ｌの自然な噴霧形状を大きく乱すことがない。

また、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、噴霧ノズル１４の上方近傍に設けられている絞り部１８において排ガスＧ２流速の鉛直方向成分Ｖが、高々４．５ｍ／ｓｅｃであるので、噴霧ノズル１４の周囲では、これよりも排ガスＧ２流速の鉛直方向成分Ｖが小さく、冷却用液体Ｌの自然な噴霧形状を大きく乱すことが避けられる。

また、排ガスＧ２流速の鉛直方向成分Ｖを４．５ｍ／ｓｅｃ以下にすることにより、排ガスＧ２が冷却用液体Ｌの液滴を徒に下方に随伴することを防止することができるので、直胴部１３をより短いものにすることができる。

また、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、拡径部１７の側壁１７ａが、直胴部１３の中心軸に対して傾き角度θ＝２０度以下の角度で拡径するので、拡径部１７の流路断面積の増加が緩やかである結果、乱流の発生が少なく、冷却用液体Ｌの噴霧形状を乱れのない安定したものにすることができる。

また、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、縮径部１６と、拡径部１７とが、それぞれ逆円錐台形状と、円錐台形状とに概ね形成されているので、これらの部分のいずれの断面も円形となる結果、より乱流の少ない安定した円形の旋回流れが得られるようになる。

さらに、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、排ガス導入口１５ｂの開口部１５ｃの断面が、概ね矩形に形成されているので、排ガス導入口１５ｂの導入ノズル側壁部１５ｄの面積が大きくなり、多くの排ガスＧ２を整流部１５の円筒側壁１５ａの接線方向に沿わせることができるようになる。その結果、より乱流の少ない安定した旋回流れが得られるようになる。

また、整流部１５での排ガスＧ２の旋回流れも、整流部１５の各水平断面間で一様となるので、より均一で乱流の少ない安定した旋回流れが得られるようになる。

そして、本発明の実施の形態に係る減温塔１０によれば、直胴部１３が、概ね円筒形状に形成されているので、直胴部１３のいずれの断面も円形となる結果、より乱流の少ない安定した円形の旋回流れが得られるようになる。

上述した実施の形態は本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。

例えば、本発明の実施の形態に係る減温塔１０の適用はごみ２１のガス化溶融システム１００に限定されない。製鉄プラント、化学プラント、その他の産業プラントなど、種々のプラントやシステムに採用可能である。

また、減温塔１０は、鉄鋼材料からなる胴体部１１と、胴体部１１の内面に設置された耐火物１２とを備えた構成に限らず、温度条件により胴体部１１のみ、あるいは耐火壁のみからなる構成であっても採用可能である。

また、冷却用液体Ｌを噴霧する噴霧ノズル１４の数量については、２つに限らず、種々の設計変更が可能である。

冷却用液体Ｌは、必ずしも水に限定されない。プラントやシステムに応じて、種々の設計変更が可能である。

排ガス導入口１５ｂは、開口部１５ｃの断面が必ずしも概ね矩形に形成されたものに限定されないし、排ガス導入口１５ｂの向きも、必ずしも図示のように概ね水平方向に設定されたものでなくともよい。排ガスＧ２を噴霧ノズル１４の直胴部の中心軸１３ｄの周りに旋回させるものであれば、開口部１５ｃの断面が円形に形成されたものが斜めから整流部１５に設けられたものでも採用可能である。

整流部１５の円筒側壁１５ａの接線に沿う面である導入ノズル側壁部１５ｄの幅Ｗと、整流部１５の内半径Ｒｃとの比Ｗ／Ｒｃは、１．２５に限定されず、１．０以上かつ１．５以下であれば、種々の値が採用可能である。

また、整流部余剰空間１５ｆの上端から排ガス導入口の下端までの距離Ｈｃと、排ガス導入口の上端から下端までの距離Ｈｉｃとの比Ｈｃ／Ｈｉｃも、１．５に限定されず、１．０以上かつ１．５以下であれば、種々の値が採用可能である。

拡径部１７の側壁１７ａの直胴部１３の中心軸に対する傾き角度も必ずしも２０度に限定されず、２０度以下の角度であれば、種々の値が採用可能である。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態に係る減温塔を採用したごみのガス化溶融システムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る減温塔の構成を示す外形図であり、（ａ）は、平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。 減温塔の胴体部の構成を示す詳細図であり、（ａ）は、平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。 本発明の実施の形態に係る減温塔の高温部分の分布を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示し、領域Ｔは、２７０℃以上３００℃以下の温度領域を示している。 減温塔の噴霧形状を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示している。 整流部を設けない減温塔の高温部分の分布を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示し、領域Ｔは、２７０℃以上３００℃以下の温度領域を示している。 整流部を設けない減温塔の噴霧形状を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示している。 整流部余剰空間を設けない減温塔の高温部分の分布を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示し、領域Ｔは、２７０℃以上３００℃以下の温度領域を示している。 整流部余剰空間を設けない減温塔の噴霧形状を示す説明図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は、もう一方の側面図をそれぞれ示している。

符号の説明

１０ 減温塔
１３ 直胴部
１３ｄ 直胴部の中心軸
１４ 噴霧ノズル
１４ａ 噴霧軸
１５ 整流部
１５ａ 円筒側壁
１５ｂ 排ガス導入口
１５ｃ 排ガス導入口の開口部
１５ｄ 導入口側壁部
１５ｅ 排ガス導入口の取り付け部
１５ｆ 整流部余剰空間
１６ 縮径部
１７ 拡径部
１７ａ 拡径部の側壁
１８ 絞り部
Ｇ１ 排ガス
Ｌ 冷却用液体

Claims (10)

1. 受け入れた排ガスの気流中に冷却用液体を噴霧し、この冷却用液体の蒸発潜熱により当該排ガスを冷却する減温塔であって、
   受け入れた排ガスを上から下方へと案内する概ね鉛直方向に立設された筒状の直胴部と、
   この直胴部により上から下方へと案内される排ガスの気流中において、概ね下方向に向けられた噴霧軸の方向に冷却用液体を噴霧する少なくとも１つの噴霧ノズルと、
   この噴霧ノズルの上方において受け入れた排ガスを上記直胴部の中心軸の周りに旋回させるように設けられた概ね円筒形状の整流部とを備え、
   上記整流部は、この整流部の円筒側壁の接線に沿うように排ガスを整流部に受け入れて排ガスを直胴部の中心軸の周りに旋回させる排ガス導入口を備えていることを特徴とする減温塔。
2. 上記整流部の排ガス導入口の向きは、水平の方向から排ガスを整流部に受け入れるように、概ね水平方向に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の減温塔。
3. 上記排ガス導入口は、整流部の円筒側壁の接線に概ね沿う導入ノズル側壁部を有し、
   排ガス導入口の幅Ｗと、整流部の内半径Ｒｃとの比Ｗ／Ｒｃは、１．０以上かつ１．５以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減温塔。
4. 上記整流部は、整流部に対する排ガス導入口の取り付け部より上方に、整流部余剰空間を備え、
   この整流部余剰空間の上端から排ガス導入口の下端までの距離Ｈｃと、排ガス導入口の上端から下端までの距離Ｈｉｃとの比Ｈｃ／Ｈｉｃは、１．０以上かつ１．５以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の減温塔。
5. 上記整流部と上記直胴部との間には、整流部の下方に設けられ、下方に向かって排ガスの流路面積を漸減させる縮径部と、この縮径部の下方に設けられ、下方に向かって排ガスの流路面積を漸増拡径する拡径部とが設けられ、
   上記噴霧ノズルは、上記拡径部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の減温塔。
6. 上記縮径部と拡径部との間の絞り部において排ガス流速の鉛直方向成分が、４．５ｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項５に記載の減温塔。
7. 上記拡径部は、拡径部の側壁が直胴部の中心軸に対して傾き角度２０度以下の角度で拡径するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の減温塔。
8. 上記縮径部と、上記拡径部とは、それぞれ逆円錐台形状と、円錐台形状とに概ね形成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の減温塔。
9. 上記排ガス導入口は、開口部の断面が概ね矩形に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の減温塔。
10. 上記直胴部は、概ね円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の減温塔。

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