JP2008114189A

JP2008114189A - 減温塔

Info

Publication number: JP2008114189A
Application number: JP2006302044A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Suzuki; 敏正鈴木; Seiji Kobayashi; 征司小林; Makoto Otake; 信大竹; Kimito Hirai; 公人平井; Makoto Misawa; 誠三沢
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2026-11-07
Also published as: JP5078320B2

Abstract

【課題】減温塔の塔本体内における偏流や二次流れによる滞留を抑制する。
【解決手段】筒状の塔本体２０と、該塔本体２０の上部に設けた燃焼排ガス導入部３０と、該燃焼排ガス導入部３０に設けた燃焼排ガス供給管４０と、前記塔本体２０の下部に設けた燃焼排ガス排出管５０と、前記塔本体に設けた水噴霧ノズル６０を備えた減温塔である。前記燃焼排ガス導入部３０を、有蓋円筒状の拡散部３１と、該拡散部３１の下部に設けた倒立裁頭円錐形状の整流部３２により形成すると共に、前記燃焼排ガス供給管４０を斜め上向きにして前記整流部３２の側面３４に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼却炉やガス化溶融炉などから排出される高温の燃焼排ガスを水の気化熱を利用して減温させる減温塔に関する。

一般に、都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物を焼却する焼却炉や、ガス化溶融するキルン式ガス化溶融炉などから排出される高温の燃焼排ガスの中には、多量の灰やダストが含有されている。このため、燃焼排ガスの中の灰やダストを集塵機で除去する必要があり、多くの場合、バグフィルタによる集塵が行われている。

ところが、バグフィルタは、一般に、可燃性の繊維質の濾布を用いているために耐熱性が低く、燃焼排ガスの温度が２５０℃を超えることは好ましくない。このため、バグフィルタの前段に廃熱ボイラを設置して燃焼排ガスの冷却を行ったり（例えば、特許文献１参照。）、或いは、バグフィルタの前段に燃焼排ガス冷却塔を設置して燃焼排ガスの冷却を行っている（例えば、特許文献２参照。）。

この燃焼排ガス冷却塔は、図１０に示すように、４００℃前後の燃焼排ガスｇを排ガス導入管１２３から整流塔１２４に導入し、塔本体１２１の内部に設けたノズル１２２から冷却水ｗを噴霧して燃焼排ガスｇを所定の温度（例えば、２００℃以下）に冷却するようにしている。

ところが、この燃焼排ガス冷却塔は、燃焼排ガスｇを塔本体１２１に導入する排ガス導入管１２３が整流塔１２４の側面に略水平に設けられているため、燃焼排ガスｇ中の灰が排ガス導入管１２３内に堆積し易いばかりでなく、灰ｆの堆積によって燃焼排ガスｇのガス流れや流速が変わってしまう。

このため、塔本体１２１内に導入された燃焼排ガスｇが偏流を起こしたり、或いは燃焼排ガスｇの二次流れに起因する滞留が生じ易くなり、上記ノズル１２２から噴霧された冷却水ｗとの接触も均一に行われ難くなると云う問題がある。
特開２００２−１０２６４７号公報特開２００４−２６７８５６号公報

本発明は、上記のような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、減温塔の塔本体内における燃焼排ガスの偏流や、二次流れに起因する滞留の発生を抑制することができる減温塔を提供することにある。

このような課題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、筒状の塔本体と、該塔本体の上部に設けた燃焼排ガス導入部と、該燃焼排ガス導入部に設けた燃焼排ガス供給管と、前記塔本体の下部に設けた燃焼排ガス排出管と、前記塔本体に設けた水噴霧ノズルを備えた減温塔において、前記燃焼排ガス導入部を、有蓋円筒状の拡散部と、該拡散部の下部に設けた倒立裁頭円錐形状の整流部により形成すると共に、前記燃焼排ガス供給管を斜め上向きにして前記整流部の側面に接続させたことを特徴とする減温塔である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記燃焼排ガス排出管を、その先端開口部が前記塔本体の略軸心上に位置するように設けたことを特徴とする減温塔である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２において、前記燃焼排ガス排出管を、前記塔本体に対して斜め上向きに設けたことを特徴とする減温塔である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１において、前記塔本体の内径をＤとしたとき、前記燃焼排ガス導入部の内径Ｄ₁をＤ／２〜３Ｄ／２、前記塔本体と前記燃焼排ガス導入部を接続させる接続部の内径Ｄ₂をＤ／３〜Ｄ／２とし、且つ、Ｄ₁≧Ｄ₂とすることを特徴とする減温塔である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１において、前記燃焼排ガス供給管の傾斜角θ₁を４５°〜６５°に設定することを特徴とする減温塔である。

請求項６に記載の本発明は、請求項１において、前記燃焼排ガス導入部における整流部の傾斜角θ₂を４５°〜６５°に設定することを特徴とする減温塔である。

請求項７に記載の本発明は、請求項１において、前記燃焼排ガス排出管の傾斜角θ₃を４５°〜６５°に設定することを特徴とする減温塔である。

請求項１に記載の本発明は、筒状の塔本体と、該塔本体の上部に設けた燃焼排ガス導入部と、該燃焼排ガス導入部に設けた燃焼排ガス供給管と、前記塔本体の下部に設けた燃焼排ガス排出管と、前記塔本体に設けた水噴霧ノズルを備えた減温塔において、前記燃焼排ガス導入部を、有蓋円筒状の拡散部と、該拡散部の下部に設けた倒立裁頭円錐形状の整流部により形成すると共に、前記燃焼排ガス供給管を斜め上向きにして前記整流部の側面に接続させたので、燃焼排ガス流入管から燃焼排ガス導入部内に噴出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス導入部の有蓋円筒状の拡散部の天井の略中央に衝突して反転しながら周囲に拡散し、有蓋円筒状の拡散内で拡散した燃焼排ガスは、整流部の裁頭円錐形状の斜面に沿って流下しながら整流されるようになった。

このため、燃焼排ガス導入部より塔本体内に流入する燃焼排ガスの偏流や二次流れに起因する滞留を防止することが可能になった。その上、水噴霧ノズルより噴霧された水との接触も均一に行われるようになった。

請求項２に記載の本発明は、前記燃焼排ガス排出管を、その先端開口部が前記塔本体の略軸心上に位置するように設けたので、上記燃焼排ガス導入部との相乗効果により、塔本体内における燃焼排ガスの偏流や二次流れに起因する滞留をより一層防止することが可能になった。

請求項３に記載の本発明は、前記燃焼排ガス排出管を、前記塔本体に対して斜め上向きに設けたので、後段に位置するバグフィルタとの間隔を狭めることも可能になった。

請求項４に記載の本発明は、前記塔本体の内径をＤとしたとき、前記燃焼排ガス導入部の内径Ｄ₁をＤ／２〜３Ｄ／２、前記塔本体と前記燃焼排ガス導入部を接続させる接続部の内径Ｄ₂をＤ／３〜Ｄ／２とし、且つ、Ｄ₁≧Ｄ₂とするため、燃焼排ガス導入部から塔本体へ燃焼排ガスをスムーズに流動させることが可能になり、偏流や二次流れに起因する滞留を防止することが可能になった。

請求項５に記載の本発明は、前記燃焼排ガス供給管の傾斜角θ₁を４５°〜６５°に設定するので、燃焼排ガス供給管から燃焼排ガス導入部の有蓋円筒状の拡散部の天井の略中央に向けて燃焼排ガスを衝突させることが可能になった。このため、塔本体の軸心に向けて燃焼排ガスを反転させることが可能になり、偏流や二次流れに起因する滞留を防止することが可能になった。また、燃焼排ガス供給管自体が所定の傾斜角を持っているので、灰の堆積を防止することが可能になるばかりでなく、灰の堆積に起因する燃焼排ガスのガス流れや流速の変動を防止することが可能になった。

請求項６に記載の本発明は、前記燃焼排ガス導入部における整流部の傾斜角θ₂を４５°〜６５°に設定するので、整流部の絞り効果によって燃焼排ガスを円滑に整流することが可能になるのみならず、灰の堆積を防止することが可能になった。

請求項７に記載の本発明は、請求項１において、前記燃焼排ガス排出管の傾斜角θ₃を４５°〜６５°に設定したので、灰の堆積を防止することが可能になった。また、後段に位置するバグフィルタとの間隔を狭めることも可能になった。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１に示すように、減温塔１０は、円筒状の縦長な塔本体２０と、塔本体２０の上部に設けた燃焼排ガス導入部（「チャンバ」ともいう。）３０と、燃焼排ガス導入部３０に接続させた燃焼排ガス供給管４０と、塔本体２０の下部に設けた燃焼排ガス排出管５０と、塔本体２０に設けたスプレーノズル（水噴霧ノズルと称する。）６０により形成されている。また、塔本体２０の底部には、灰排出装置（図示せず）を設け、塔本体２０の底部に溜まった灰を定期的に排出するようになっている。

燃焼排ガス導入部３０は、有蓋円筒状の拡散部３１と、拡散部３１の下部に設けた倒立裁頭円錐形状の整流部３２により形成され、整流部３２の出口３２ａは、円筒状又は径が徐々に拡大する接続部３３を介して塔本体２０の上端２０ａに接続している。そして、燃焼排ガス供給管４０を倒立裁頭円錐形状の整流部３２の側面３４に接続させ、燃焼排ガス供給管４０から供給された燃焼排ガスｇが有蓋円筒状の拡散部３１の水平な天井３１ａの略中央に衝突するようにしている。尚、燃焼排ガス供給管４０は、図３に示すように、塔本体２０の軸心Ｃの付近に向けられている。

ここで、燃焼排ガス供給管４０は、図１に示すように、水平面Ｇ₂に対して所定の角度θ₁だけ上向きに傾斜するように設けられているが、傾斜角θ₁としては、４５°〜６５°の範囲が好ましい。更には５０°〜６０°の範囲が好ましい。燃焼排ガス供給管４０の傾斜角θ₁が４５°未満の場合は、燃焼排ガス供給管４０内に灰が堆積し易くなるほか、前段の廃熱ボイラ等との間隔が広がる虞れがある。逆に、燃焼排ガス供給管４０の傾斜角θ₁が６５°を超える場合は、塔本体２０と干渉し易くなるため、設置が難しくなる。

また、燃焼排ガス導入部３０における整流部３２の傾斜面３４は、水平面Ｇ₁に対して所定の角度θ₂だけ傾斜しているが、傾斜角θ₂としては、４５°〜６５°の範囲が好ましい。更には５０°〜６０°の範囲が好ましい。整流部３２の傾斜角度θ₂が４５°未満の場合は、整流部３２内に灰が堆積し易くなる。逆に、整流部３２の傾斜角度θ₂が６５°を超える場合は、整流部３２の高さが高くなる。

上記塔本体２０は、円筒状の胴部２１と、胴部２１の上部に設けた裁頭円錐形状の拡大部２２と、胴部２１の下部に設けた倒立裁頭円錐形状の縮径部２３により形成され、前記拡大部２２に複数本の水噴霧ノズル６０を設けている。これらの水噴霧ノズル６０は、前記拡大部２２の周方向に所定の間隔を置いて設けられ、かつ、その先端が塔本体２０の軸心Ｃに向けられている（図２参照。）。

水噴霧ノズル６０は、二流体式圧力噴霧型のノズルであり、高圧空気ａによってノズル先端の微細孔６１から水ｗを噴霧するようになっている。この水噴霧ノズル６０は、図５に示すように、Ｌ字形のノズル部６２と、ノズル部６２に接続させた二重管６３により形成され、二重管６３を構成している内管６３ａから水ｗを供給し、外管６３ｂから高圧空気ａを供給するようになっている。水噴霧ノズル６０は、Ｌ字形のノズル部６２が鉛直下向きになるように前記拡大部２２に取り付けられている。また、上記水噴霧ノズル６０は、筒形のカバー６４によって覆われており、燃焼排ガス中の灰が付着しないようになっている。カバー６４は、ノズル部６２の直下に開口部６５を有する一方、外管６３ｂに設けた放射状の支持体６６によって支持されている。

更に、燃焼排ガス排出管５０は、塔本体２０の胴部２１を貫通するように斜め上向きに設けられ、その先端開口部５１が胴部２１の下端部２１ａと同一水平面（図示せず）に位置すると共に、塔本体２０の軸心Ｃ付近上に位置するようになっている。尚、燃焼排ガス排出管５０は、図４に示すように、塔本体２０の軸心Ｃ付近に向けられている。

この燃焼排ガス排出管５０は、水平面Ｇ₃に対して所定の角度θ₃だけ傾斜しているが、傾斜角θ₃としては、４５°〜６５°の範囲が好ましい。更には５０°〜６０°の範囲が好ましい。燃焼排ガス排出管５０の傾斜角θ₃が４５°未満の場合は、燃焼排ガス排出管５０内に灰が堆積し易くなる。逆に、燃焼排ガス排出管５０の傾斜角θ₃が６５°を超える場合は、塔本体２０と干渉し易くなる。尚、燃焼排ガス排出管５０は、図４に示すように、塔本体２０の軸心Ｃ付近に向けて設けられている。

また、塔本体２０の胴部２１の直径をＤとしたとき、燃焼排ガス導入部３０における有蓋円筒状の拡散部３１の直径Ｄ₁及び接続部３３の直径Ｄ₂は、次のように設定されている。
Ｄ₁＝Ｄ／２〜３Ｄ／２・・・・（１）
Ｄ₂＝Ｄ／３〜Ｄ／２・・・・（２）
但し、Ｄ₁≧Ｄ₂

また、この減温塔１０に供給される燃焼排ガスの流量は、７．５〜１２．５ｍ／ｓとなっている。

今、図６に示すように、廃熱ボイラや燃焼排ガス冷却塔（図示せず）から燃焼排ガス供給管４０に供給された燃焼排ガスｇは、斜め上向きに傾斜している燃焼排ガス供給管４０から燃焼排ガス導入部３０の有底円筒状の拡散部３１の天井３１ａに向けて噴出され、有底円筒状の拡散部３１の水平な天井３１ａの略中央に衝突する。

有底円筒状の拡散部３１の天井３１ａの略中央に衝突した燃焼排ガスｇは、有底円筒状の拡散部３１の天井３１ａで反転しながら周囲に拡散する。拡散部３１の天井３１ａに沿って拡散した燃焼排ガスｇは、燃焼排ガス導入部３０における倒立裁頭円錐形状の整流部３２に沿って流下し、燃焼排ガス導入部３０と塔本体２０とを接続する円筒状又は径が徐々に拡大する接続部３３より塔本体２０内に流入する。

接続部３３より塔本体２０に流入した燃焼排ガスｇは、塔本体２０の拡大部２２に沿ってなだらかに広がりながら塔本体２０の軸心Ｃにほぼ並行な流れとなって流下し、塔本体２０の軸心Ｃ付近に先端開口部５１を有する燃焼排ガス排出管５０を通って後段のバグフィルタ（図示せず）に供給される。

他方、塔本体２０の拡大部２２の周方向に設けた複数本の水噴霧ノズル６０の先端にある微細孔（図示せず）から鉛直下向きに水ｗが噴霧されているため、図２に示すように、塔本体２０の横断面内に均一に水ｗが拡散する。このため、塔本体２０内を流下する燃焼排ガスｇが塔本体２０内に均一に拡散した水ｗによってムラなく均一に冷却される（例えば、４００℃前後→２００℃以下）。この時、水噴霧ノズル６０から噴霧された水ｗは、燃焼排ガスｇによって加熱されて蒸発し、塔本体２０の内壁に付着することもない。塔本体２０内で冷却された燃焼排ガスｇは、塔本体２０の下部に設けた燃焼ガス排出管５０から次工程に供給される。

（実施例）
図７は、本発明に係る減温塔の熱流動線図である。この熱流動線図によれば、本発明に係る減温塔は、燃焼排ガスの偏流や二次流れによる滞留が殆どないことが分かる。

これに対し、燃焼排ガス導入部が円筒形の場合（比較例１）は、図８に示すように、出口側（燃焼排ガス流出側）に気流が偏流し、出口側対面に二次流れによる滞留領域ができる。

また、燃焼排ガス導入部の接線方向に排ガスを供給すると（比較例２）、図９に示すように、燃焼排ガス導入部内で旋回した流れが発生し、この旋回流が塔本体内に流入するため、塔本体内部に旋回流が発生している。尚、この熱流動に使用した解析コードは、ＳＴＡＲ−ＣＤＶｅｒ．３．２４である。

本発明に係る減温塔の断面図である。図１のＸ−Ｘ断面図である。図１の矢印Ｚ方向の矢視図である。図１のＹ−Ｙ断面図である。水噴霧ノズルの一部断面を含む側面図である。本発明に係る減温塔の作用説明図である。本発明に係る減温塔の熱流動線図である。比較例１の熱流動線図である。比較例２の熱流動線図である。従来の排ガス冷却塔の断面図である。

符号の説明

２０塔本体
３０燃焼排ガス導入部
３１有蓋円筒状の拡散部
３２倒立裁頭円錐形状の整流部
３４整流部の側面
４０燃焼排ガス供給管
５０燃焼排ガス排出管
６０水噴霧ノズル

Claims

筒状の塔本体と、該塔本体の上部に設けた燃焼排ガス導入部と、該燃焼排ガス導入部に設けた燃焼排ガス供給管と、前記塔本体の下部に設けた燃焼排ガス排出管と、前記塔本体に設けた水噴霧ノズルを備えた減温塔において、前記燃焼排ガス導入部を、有蓋円筒状の拡散部と、該拡散部の下部に設けた倒立裁頭円錐形状の整流部により形成すると共に、前記燃焼排ガス供給管を斜め上向きにして前記整流部の側面に接続させたことを特徴とする減温塔。
前記燃焼排ガス排出管を、その先端開口部が前記塔本体の略軸心上に位置するように設けたことを特徴とする請求項１記載の減温塔。
前記燃焼排ガス排出管を、前記塔本体に対して斜め上向きに設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の減温塔。
前記塔本体の内径をＤとしたとき、前記燃焼排ガス導入部の内径Ｄ₁をＤ／２〜３Ｄ／２、前記塔本体と前記燃焼排ガス導入部を接続させる接続部の内径Ｄ₂をＤ／３〜Ｄ／２とし、且つ、Ｄ₁≧Ｄ₂とすることを特徴とする請求項１記載の減温塔。
前記燃焼排ガス供給管の傾斜角θ₁を４５°〜６５°に設定することを特徴とする請求項１記載の減温塔。
前記燃焼排ガス導入部における整流部の傾斜角θ₂を４５°〜６５°に設定することを特徴とする請求項１記載の減温塔。
前記燃焼排ガス排出管の傾斜角θ₃を４５°〜６５°に設定することを特徴とする請求項１記載の減温塔。