JP2015137797A

JP2015137797A - ガス処理システム

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Publication number: JP2015137797A
Application number: JP2014009224A
Authority: JP
Inventors: 日出夫山崎; Hideo Yamazaki; 哲矢山下; Tetsuya Yamashita
Original assignee: Okawara Mfg Co Ltd
Current assignee: Okawara Mfg Co Ltd
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: JP6296802B2

Abstract

【課題】排出ガスを効率的に加熱低水蒸気量化することができ、白煙の発生を十分に抑えることができるガス処理システムを提供する。
【解決手段】受け入れた高温のガスに水を噴霧することでガスに含まれた有害成分を除去するとともにガスの温度低下を行う湿式洗煙塔２と、湿式洗煙塔２から排出された排出ガスに含まれる水蒸気量よりも少ない水蒸気量を含んだ外気を、昇温用熱交換器３１によって排出ガスよりも高い温度まで加熱し高温気体を得るとともに、受入水を降温用熱交換器３２によって受入水よりも低い温度まで低下させ低温水を得るヒートポンプ３と、大気中に排気する煙突４とを備え、煙突４は、高温気体が混合された排出ガスを大気中に排気するものであることを特徴とするガス処理システム１０である。
【選択図】図１

Description

焼却炉やボイラ等で発生する高温のガスを処理して大気中に排気するガス処理システムに関する。

汚泥焼却設備等では、汚泥等を焼却炉で焼却し、その際に発生した高温の焼却炉排ガスを、湿式洗煙手段の１つである湿式洗煙塔などで浄化した後、煙突から大気中に排気するガス処理システムが採用されている。焼却炉排ガス等のガスは、一般的に、２００℃〜８００℃の高温のガスであり、この高温のガスには、硫黄酸化物や窒素酸化物等の有害成分やダスト等が含まれている。このため、湿式洗煙塔に高温のガスを受入れ、受け入れた高温のガスに水等の液体を噴霧することによって高温のガスと液体を接触させ、高温のガスから硫黄酸化物等の有害成分などを除去するとともに、高温のガスの温度を低下させることが行われている。湿式洗煙塔で、有害成分の除去と温度低下がなされ、湿式洗煙塔から排出された排出ガスは、排気手段の１つである煙突に送られ、煙突から大気中に排気される。なお、焼却炉排ガスに噴霧された液体は、一部は蒸発して排出ガスの水蒸気となり、残りは流下して湿式洗煙塔の底部に貯留される。ここでは、流下して湿式洗煙塔の底部に貯留される液体を、ドレンと称することにする。このドレンは、例えば所定回数循環させて高温のガスに噴霧した後、排水される。

湿式洗煙塔で液体が噴霧された排出ガスは、相対湿度がほぼ１００％ＲＨの水蒸気量を含み、温度が４０℃〜６０℃程度の低温湿潤な状態になっている場合が多い。この状態で排出ガスを煙突から大気中に排気すると、冬場など気温が低い時期には特に、煙突から排気された直後に排出ガスが外気で冷やされ、排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮して水滴が発生する。この水滴が光を乱反射して白い煙に見える白煙が発生し、この白煙を見た者に有害なガスを排気していると誤解を与えてしまう場合がある。このため、ガス処理システムには、白煙の発生を防止する構造として、ＬＰＧバーナ等を有する炉を備えたものが知られている。このガス処理システムでは、ＬＰＧバーナ等によって外気を炉で加熱することによって外気を高温の空気にして、この高温の空気を煙突に供給し、排出ガスと混合させる。これにより、排出ガスの湿度が下がるとともに温度が上がり、高温低湿度の排出ガスになるため、煙突から排気された際に、冬場のように気温が低い時期でも白煙の発生を抑えることができる。しかしながら、このような炉を備えたガス処理システムでは、炉のＬＰＧバーナ等で外気を加熱する際に大量のエネルギーを消費することになる。ガス処理システムにおいて、白煙の発生を防止する処理は、焼却炉排ガス等のガスから有害物質等を除去するという本来の処理に関らない付随的な処理であり、このような付随的な処理に大量のエネルギーを消費すると、汚泥等を焼却するというプロセスの生産性を低下させてしまう。

ここで、プロセスの生産性を向上させるために、ヒートポンプが用いられる場合がある（例えば、特許文献１等参照）。特許文献１に記載の汚泥焼却設備は、焼却炉よりも上流側の流路にヒートポンプと熱交換器を設け、これらヒートポンプと熱交換器に、湿式洗煙塔内でガスに噴霧されることによって温度上昇した液体を供給することで、焼却炉に投入される前の汚泥を予熱するものである。

また、白煙の発生の防止を目的として、ヒートポンプを備えたガス処理システムが提案されている（例えば、特許文献２等参照）。特許文献２記載のガス処理システムは、ボイラと、このボイラで生じた排ガスを外気に排気する煙突を備え、ボイラから煙突まで排ガスが流れる流路に、湿式洗煙装置、蒸発器および凝縮器が配置されている。また、蒸発器と凝縮器は、ヒートポンプを介して熱媒体が流れる流通管で連結されている。ボイラで生じた排ガスは、湿式洗煙装置で水が噴霧されることによって硫黄酸化物等の有害成分が除去され、排ガスの温度が低下する。湿式洗煙装置から排出された排出ガスは蒸発器に流れ、この蒸発器において流通管を流れる熱媒体によって排出ガスから熱が回収される。排出ガスから熱を回収した熱媒体は、ヒートポンプに送られ、ヒートポンプにおいて熱を吸収した後、凝縮器に送られる。凝縮器では、熱媒体から排出ガスに熱が伝えられて排出ガスが加熱される。なお、凝縮器で排出ガスに熱を伝えた熱媒体はヒートポンプに送られ、この熱媒体の熱が、凝縮器からヒートポンプに流れてきた熱媒体に伝えられる。このように、特許文献２では、排出ガスから回収した熱をヒートポンプを介して排出ガスに伝えて排出ガスを加熱することで、排出ガスが煙突から排気される際の白煙の発生を防止しようとするものである。

特許第２８４３７６２号公報特開昭６１−４５２１号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたガス処理システムでは、湿式洗煙装置において温度が低下した後の排出ガスから熱を回収し、回収した熱をヒートポンプを介して排出ガスに伝えるものである。このため、ヒートポンプを用いているものの、排出ガスの温度が十分に上昇せず、また、排出ガス中の水蒸気量も十分に下がらないため、白煙の発生を抑えることが難しい。

本発明は上記事情に鑑み、白煙の発生を十分に抑えることができるガス処理システムを提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明の第１のガス処理システムは、受け入れた高温のガスに液体を接触させることで該ガスに含まれた有害成分を除去するとともに該ガスの温度低下を行う湿式洗煙手段と、
前記湿式洗煙手段から排出された排出ガスに含まれる水蒸気量よりも少ない水蒸気量を含んだ気体を昇温用熱交換器によって該排出ガスよりも高い温度まで加熱して高温気体を得るとともに、受入液体を降温用熱交換器によって該受入液体よりも低い温度まで低下させ低温液体を得るヒートポンプと、
大気中に排気する排気手段とを備え、
前記排気手段は、前記高温気体が混合された前記排出ガスを大気中に排気するものであることを特徴とする。

ここで、前記高温のガスは、焼却炉で汚泥等の被焼却物を焼却した際に発生する焼却炉排ガスであってもよいし、ボイラで発生する排ガスであってもよい。また、前記排気手段は、煙突であってもよく、この煙突内で前記排出ガスと前記高温気体とを混合させてもよい。

本発明の第１のガス処理システムによれば、前記ヒートポンプによって、前記排出ガスに含まれる水蒸気量よりも少ない水蒸気量を含んだ気体を、該排出ガスよりも高い温度まで加熱した高温気体を得る。前記排気手段から大気中に排気される前記排出ガスは、前記高温気体が混合されたものであるため、低温湿潤な排ガスよりは高温で水蒸気量の少ない状態になり、煙突などから排出されても白煙の発生を十分に抑えることができる。

上記目的を解決する本発明の第２のガス処理システムは、受け入れた高温のガスに液体を接触させることで該ガスに含まれた有害成分を除去するとともに該ガスの温度低下を行う湿式洗煙手段と、
前記湿式洗煙手段から排出された排出ガスを、昇温用熱交換器によって該排出ガスよりも高い温度まで加熱し高温気体を得るとともに、受入液体を降温用熱交換器によって該受入液体よりも低い温度まで低下させ低温液体を得るヒートポンプと、
大気中に排気する排気手段とを備え、
前記排気手段は、前記高温気体を大気中に排気するものであることを特徴とする。

本発明の第２のガス処理システムによれば、前記ヒートポンプの前記昇温用熱交換器によって、前記排出ガスの温度を十分に上昇させ、前記高温気体を得ることができる。前記排気手段は、前記高温気体を大気中に排気するものであるため、該高温気体が該排気手段から排気される際の白煙の発生を十分に抑えることができる。

また、本発明の第１のガス処理システム、および本発明の第２のガス処理システムにおいて、前記湿式洗煙手段は、受け入れた高温のガスに、前記低温液体を接触させるものであってもよい。

こうすることで、前記受入液体を前記降温用熱交換器によって該受入液体よりも低い温度まで低下させて得た前記低温液体を、前記湿式洗煙手段が受け入れた高温のガスの洗浄に利用することができる。また、前記湿式洗煙手段に受け入れる高温のガスをより低温化できるので有害成分を除去する効果が高められ、さらに、前記湿式洗煙手段からの排出ガス中の水蒸気量が下がるので白煙がより生じ難くなる。

さらにまた、本発明の第１のガス処理システム、および本発明の第２のガス処理システムでは、前記湿式洗煙手段において、高温のガスに液体を接触させることで生じるドレンと、前記低温液体とを熱交換する熱交換手段を備え、
前記ヒートポンプは、前記受入液体として、前記熱交換手段によって得た相対的に温度の高い温水を受け入れるものであり、
前記湿式洗煙手段は、受け入れた高温のガスに、前記熱交換手段によって得た相対的に温度の低い冷水を接触させるものであってもよい。

前記ヒートポンプは、前記受入液体として、前記低温液体が前記熱交換手段で前記ドレンと熱交換されて得た相対的に温度の高い温水を受け入れるものである。この結果、前記ドレンを前記ヒートポンプの前記降温用熱交換器に受入れる必要がなくなる。このため、前記ドレンがダスト等の汚れを含むものであったとしても、清掃が比較的困難な前記降温用熱交換器が、該ドレンに含まれるダスト等によって汚れてしまうことを防止することができる。また、前記熱交換手段で前記ドレンと前記低温液体とを熱交換することで、前記湿式洗煙手段が受け入れた高温のガスから該ドレンが回収した熱を前記排出ガスの加熱に利用することができる。

またさらに、本発明の第１のガス処理システム、および本発明の第２のガス処理システムにおいて、前記湿式洗煙手段は、前記低温液体と液体を噴霧した後のガスとを熱交換させ、前記排出ガスに含まれる水蒸気量を低減する除湿機能を有するものであってもよい。

ここで、前記除湿機能は、前記低温液体を流す流路の一部を前記湿式洗煙手段内に配置し、該流路の一部に、液体と接触させた後のガスを接触させることで、該低温液体と該ガスとを熱交換させるものであってもよい。

前記湿式洗煙手段が前記除湿機能を有するものとすることで、該除湿機能によって前記ガスに含まれる水蒸気量を低減することができ、前記排出ガスが前記排気手段から排気される際の白煙の発生をより抑えることができる。

さらにまた、本発明の第１のガス処理システム、および本発明の第２のガス処理システムでは、前記低温液体および前記湿式洗煙手段において高温のガスに液体を接触させることで生じるドレンが供給され、供給された液体を貯留する貯留手段を備え、
前記ヒートポンプは、前記受入液体として、前記貯留手段に貯留されている液体を受け入れるものであってもよい。

ここで、前記貯留手段は、前記ヒートポンプの受入液体を貯留しておくものであって、前記湿式洗煙手段において高温のガスに液体を接触させることで生じるドレンと、前記低温液体とを受入可能なものであってもよい。

前記貯留手段に、前記低温液体および前記湿式洗煙手段において高温のガスに液体を接触させることで生じるドレンが貯留され、前記ヒートポンプは、前記受入液体として、前記貯留手段に貯留されている液体を受け入れるものとすることで、前記湿式洗煙手段に受け入れた高温のガスから前記ドレンによって回収した熱を前記排出ガスの加熱に利用することができる。また、前記貯留手段によって、前記ヒートポンプが受け入れる前記受入液体の温度を一定に保つことが容易になり、該ヒートポンプの能力を安定させやすくなる。

またさらに、本発明の第１のガス処理システム、および本発明の第２のガス処理システムにおいて、制御手段と、
前記貯留手段に貯留されている液体の温度を検出する温度検出手段と、
前記ヒートポンプから前記貯留手段に供給する前記低温液体の供給量を、前記制御手段からの制御により調整する低温液体調整手段と、
前記湿式洗煙手段から前記貯留手段に供給する前記ドレンの供給量を、前記制御手段からの制御により調整するドレン調整手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記貯留手段に貯留されている液体の温度が管理温度を下回った場合には前記低温液体の供給量よりも前記ドレンの供給量が多くなるように前記低温液体供給量調整手段および前記ドレン供給量調整手段のうちの少なくとも一方を制御し、前記貯留手段に貯留されている液体の温度が管理温度を上回った場合には前記ドレンの供給量よりも前記低温液体の供給量が多くなるように前記低温液体供給量調整手段および前記ドレン供給量調整手段のうちの少なくとも一方を制御するものであってもよい。

こうすることで、前記制御手段によって、前記貯留手段に貯留されている液体の温度を制御することができ、前記ヒートポンプが受け入れる前記受入液体の温度を、前記管理温度に維持する管理が可能になる。

さらに、前記貯留手段に貯留されている液体の水位を検出する水位検出手段を備え、
前記制御手段は、前記水位検出手段の検出結果および前記温度検出手段の検出結果の双方に基づいて、前記低温液体供給量調整手段および前記ドレン供給量調整手段のうちの少なくとも一方を制御するものであってもよい。

こうすることで、前記貯留手段に貯留されている液体の量も制御することができる。

本発明によれば、白煙の発生を十分に抑えることができる、ヒートポンプを用いた省エネルギーなガス処理システムを提供することができる。

本発明の第１のガス処理システムにおける第１実施形態を示す系統図である。図１に示すヒートポンプの構造を示す系統図である。本発明の第１のガス処理システムにおける、タンク貯留水の、温度と量の制御を行うための回路構成の一例を表すブロック図である。本発明の第１のガス処理システムにおける第２実施形態を示す系統図である。本発明の第１のガス処理システムにおける第３実施形態を示す系統図である。本発明の第１のガス処理システムにおける第４実施形態を示す系統図である。本発明の第２のガス処理システムにおける一実施形態を示す系統図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明の一実施形態であるガス処理システムは、汚泥等を焼却炉で焼却した際に生じる焼却炉排ガスや、ボイラで発生する排ガス等の高温のガスを処理して大気中に排気するものである。

図１は、本発明の第１のガス処理システムにおける第１実施形態を示す系統図である。

図１に示すように、第１のガス処理システム１０は、湿式洗煙塔２と、ヒートポンプ３と、煙突４と、タンク５を備えている。湿式洗煙塔２は、焼却炉排ガス等の高温のガスを受入れ、受け入れた高温のガスに水を噴霧して高温のガスと水を接触させることで、高温のガスに含まれた有害成分を除去するとともに、高温のガスの温度低下を行うものである。すなわち、湿式洗煙塔２は、本発明にいう湿式洗煙手段の一例に相当する。

湿式洗煙塔２は、ラシヒリング２１と、ミストセパレータ２２と、複数の噴霧ノズル２３を有している。ラシヒリング２１は、高温のガスと噴霧される水との接触面積を大きくし、気液の接触効率を向上させるための充填材である。複数の噴霧ノズル２３は、ラシヒリング２１の上方に配置され、本実施形態では、給水源に接続した第１噴霧ノズル２３１、後述するタンク側分岐路６２３に接続した第２噴霧ノズル２３２、および後述する洗煙塔側循環路６１に接続した第３噴霧ノズル２３３を有している。ミストセパレータ２２は、例えば、波板が積層されて構成されたものであり、複数の噴霧ノズル２３の上方に配置されている。このミストセパレータ２２は、湿式洗煙塔２内を上昇するガスとともに上昇してくる水滴を衝突させ、水滴が、ガスの流れにおける下流側に流れ込むことを防ぐものである。

湿式洗煙塔２には、焼却炉排ガス等の高温のガスが、ファンＦによってラシヒリング２１の下方に送り込まれる。この高温のガスは、汚泥等を不図示の焼却炉で焼却した際に生じる、温度が７００℃〜８００℃程度の焼却炉排ガスが、不図示の熱交換器等によって熱交換され、例えば温度が２００℃前後に低下したガスである。また、高温のガスには、硫黄酸化物や窒素酸化物等の有害成分が含まれている。

湿式洗煙塔２に送り込まれた高温のガスは、湿式洗煙塔２内を上昇する。また、複数の噴霧ノズル２３から水が噴霧され、ラシヒリング２１によって高温のガスと水との接触が効率よく行われる。これによって、高温のガスは、有害成分が除去されるとともに温度低下する。また、複数の噴霧ノズル２３から噴霧された水は、高温のガスに接触した後、ドレンになって湿式洗煙塔２の底側に貯留する。このドレンは、例えば温度が６０℃程度であり、ポンプＰを備えた洗煙塔側循環路６１を流れて、第３噴霧ノズル２３３から噴霧される。湿式洗煙塔２の底側には、ボールタップ等を備えた排水管６３が接続され、湿式洗煙塔２に貯留したドレンが所定量を越えると、この所定量を越えたドレンが排水管６３から排水される。なお、洗浄に伴い、湿式洗煙塔２の底部に高温のガス中に含まれるダスト等による泥状物が溜まるような場合は、図示はしないが、湿式洗煙塔２の底部に、泥状物を適宜排出できる排出口等も設けられるものである。

ラシヒリング２１で水と接触したガスは、湿式洗煙塔２内をさらに上昇する。この際、上昇するガスとともに噴霧ノズル２３から噴霧された水も細かな水滴になって上昇するが、この細かな水滴はミストセパレータ２２に衝突して落下する。ミストセパレータ２２を通過したガスは、湿式洗煙塔２から排出される。この排出されたガスが、本発明にいう排出ガスの一例に相当し、以下、排出ガスと称する。排出ガスは、相対湿度が１００％ＲＨに近く、温度が、例えば６０℃程度に低下した、低温湿潤のガスである。排出ガスは、ファンＦによって煙道６４を流れて煙突４に送られる。煙突４は、排出ガスを、後述する高温気体と混合して大気中に排気するものであり、本発明の排気手段の一例に相当する。

洗煙塔側循環路６１には、第１三方弁６６が設けられ、この第１三方弁６６には、ドレン分岐路６１１が接続されている。洗煙塔側循環路６１を流れるドレンは、温度が６０℃程度の温水であり、第１三方弁６６によって、第３噴霧ノズル２３３に流れる量と、ドレン分岐路６１１に流れる量が調整される。第１三方弁６６は、本発明にいうドレン調整手段の一例に相当する。ドレン分岐路６１１を流れるドレンは、タンク５に供給される。

タンク５は、本発明にいう貯留手段の一例に相当するものであり、以下、タンク５に貯留された水をタンク貯留水と称することがある。タンク５は、タンク貯留水の温度を検出する温度センサＴＩと、タンク貯留水の水位を検出する液位計５１を備えている。すなわち、温度センサＴＩが、本発明にいう温度検出手段の一例に相当し、液位計５１が、本発明にいう水位検出手段の一例に相当する。なお、液位計５１の種類は限定されるものではないが、本実施形態では、最適な水位に設定された基準水位、タンク貯留水の水位の上限に設定された上限水位、およびタンク貯留水の水位の下限に設定された下限水位の３つの水位を検出できる液位計５１を用いている。また、タンク５には、電磁弁を備えた給水管６８が接続されている。

タンク５とヒートポンプ３とは、タンク側循環往路６２１とタンク側循環復路６２２で接続されている。また、タンク側循環復路６２２には、第２三方弁６７が設けられ、この第２三方弁６７には、タンク側分岐路６２３が接続されている。タンク側分岐路６２３は、第２噴霧ノズル２３２に接続している。タンク貯留水は、ポンプＰによってタンク側循環往路６２１を流れてヒートポンプ３に送られ、ヒートポンプ３からタンク側循環復路６２２を流れタンク５に戻る。また、第２三方弁６７によってヒートポンプ３から流れてきた水の一部が、タンク側分岐路６２３を流れて第２噴霧ノズル２３２にも送られる。

図２は、図１に示すヒートポンプの構造を示す系統図である。

図２に示すように、ヒートポンプ３は、昇温用熱交換器３１と、降温用熱交換器３２と、昇温用熱交換器３１から降温用熱交換器３２に接続する第１循環路３３と、第１循環路３３に設けられた膨張弁３４と、降温用熱交換器３２から昇温用熱交換器３１に接続する第２循環路３５と、第２循環路３５に設けられた圧縮機３６を備えている。本実施形態のヒートポンプ３では、循環媒体として二酸化炭素を用いている。図では太い矢印で示すように、循環媒体としての二酸化炭素は、昇温用熱交換器３１から第１循環路３３を通って降温用熱交換器３２に流れ、降温用熱交換器３２から第２循環路３５を通って昇温用熱交換器３１に流れる。また、昇温用熱交換器３１には、ファンＦ（図１参照）によって外気が供給され、降温用熱交換器３２には、ポンプＰによってタンク貯留水がタンク側循環往路６２１を流れて供給される（図１参照）。この降温用熱交換器３２に供給される水が、本発明にいう受入液体の一例に相当し、以下、受入水と称することがある。受入水は、降温用熱交換器３２によって循環媒体の二酸化炭素と熱交換され、受入水の熱が二酸化炭素に回収される。これによって、例えば、温度が３０℃〜３５℃の受入水は、温度が２５℃〜３０℃程度まで低下し、低温水となってタンク側循環復路６２２に流れる（図１参照）。なお、ここでいう低温水とは、受入水が降温用熱交換器３２によって受入水よりも低い温度まで低下した、受入水よりも相対的に温度が低い水を意味する。この低温水が、本発明にいう低温液体に相当する。

一方、降温用熱交換器３２によって、受入水から熱を回収した二酸化炭素は、第２循環路３５の圧縮機３６によって圧縮されることで高圧高温のガスになり、昇温用熱交換器３１に流れる。

昇温用熱交換器３１に供給された外気は、昇温用熱交換器３１によって高圧高温の二酸化炭素と熱交換されることで、例えば１２０℃程度に加熱されて高温気体になる。この高温気体は、外気と同じ水蒸気量を含んでいる。前述したように、排出ガスは、相対湿度が１００％ＲＨに近く、温度が６０℃程度のガスである。すなわち、昇温用熱交換器３１は、排出ガスに含まれる水蒸気量よりも少ない水蒸気量を含んだ気体を、排出ガスよりも高い温度まで加熱して高温気体を得るものである。一方、昇温用熱交換器３１によって放熱した二酸化炭素は、第１循環路３３を流れて膨張弁３４に送られる。二酸化炭素が膨張弁３４を通過すると断熱膨張して冷却され、二酸化炭素は低温の液体状態になり、この状態で、降温用熱交換器３２に流れる。

昇温用熱交換器３１によって加熱された高温気体は煙突４に供給され、煙突４内で、煙道６４を流れてきた排出ガスに高温気体が混合される。高温気体が混合された排出ガスは、低温湿潤な排ガスよりは高温で水蒸気量の少ない状態のガスとなり、煙突４から排出されても白煙の発生を抑えることができる。

本実施形態では、ヒートポンプ３が、受入水から熱を回収し、回収した熱を用いて、効率的に高温気体を得ることができる。受入水の熱は、湿式洗煙塔２において、高温のガスに噴霧ノズル２３から水を噴霧することによって生じたドレンが回収した熱である。このため、高温気体を得るための外気の加熱に、湿式洗煙塔２に受け入れた高温のガスからドレンによって回収した熱が用いられ、高温のガスから回収した熱の利用も図られている。さらに、外気を加熱しているため、外気と同じ水蒸気量を含んだ高温気体を得ることができる。このため、この高温気体を排出ガスに混合させることで、低温湿潤な排ガスよりは高温で水蒸気量の少ない状態のガスとなり、煙突４から排出されても白煙の発生を抑えることができる。特に冬場などは、外気に含まれる水蒸気量も少なく、この結果高温気体に含まれる水蒸気量も少なくなり、白煙が発生しやすい冬場であっても、白煙の発生を十分に抑えることができる。

図１に示すように、タンク側循環復路６２２に流れてきた低温水は、タンク５に戻され、タンク貯留水に混合される。また、第２三方弁６７によって、タンク側循環復路６２２を流れてきた低温水の一部がタンク側分岐路６２３にも流され、第２噴霧ノズル２３２から噴霧される。すなわち、第２三方弁６７は、本発明にいう低温液体調整手段の一例に相当する。このように、低温水を、高温のガスに噴霧する水に用いることによって、給水源から供給されて第１噴霧ノズル２３１から噴霧する水の量を少なくすることができる。

ここで、ヒートポンプ３に供給される受入水は、ヒートポンプ３の能力を安定させるため、例えば、３０℃〜３５℃の一定の温度に保つことが好ましい。このため、本実施形態では、ドレン分岐路６１１からタンク５に供給されるドレンの量（ドレン供給量）と、タンク側循環復路６２２を流れてタンク５に供給される低温水の量（低温水供給量）を調整することで、受入水としてヒートポンプ３に受け入れられるタンク貯留水の温度が、一定の管理温度に維持されるように制御している。さらに、タンク貯留水の量も併せて制御している。

次いで、タンク貯留水の、温度と量の制御について説明する。

図３は、本発明の第１のガス処理システムにおける、タンク貯留水の、温度と量の制御を行うための回路構成の一例を表すブロック図である。なお、図３では、タンク貯留水の、温度と量の制御を行う回路以外の回路構成は省略している。

制御部９は、第１三方弁制御回路９３、第２三方弁制御回路９４、温度センサＴＩ、液位計５１および操作部９５それぞれに接続されている。また、制御部９は、内部にＣＰＵ（中央演算処理装置）９１とメモリ９２を備えている。このメモリ９２には、ガス処理システム１０の動作プログラムが記憶されている。ＣＰＵ９１は、メモリ９２に記憶された動作プログラムを読み出し、その動作プログラムに従って各制御回路に指令を出すものである。

第１三方弁制御回路９３は、制御部９からの指令に従い第１三方弁６６のアクチュエータの動作を制御する回路である。第２三方弁制御回路９４は、制御部９からの指令に従い第２三方弁６７のアクチュエータの動作を制御する回路である。また、操作部９５には、ガス処理システム１０の操作者による操作を受け付ける各種の操作子が設けられている。

続いて、タンク貯留水の、温度と量の制御動作を説明する。

あらかじめ操作者が、操作部９５を操作して、タンク貯留水の管理温度を、例えば３０℃〜３５℃の範囲で入力する。ガス処理システム１０が稼働して、タンク５に水が貯留されると、制御部９は、温度センサＴＩで計測される、タンク貯留水の温度を監視する。

制御部９は、タンク貯留水の温度が管理温度を下回った場合には、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに指令を出し、第１三方弁６６のアクチュエータを駆動させて、例えば温度が６０℃程度のドレンのドレン供給量を増加させるとともに、第２三方弁６７のアクチュエータを駆動させて、例えば温度が２５℃程度の低温水の低温水供給量を減少あるいは低温水の供給を停止させる。これにより、低温水供給量よりもドレン供給量が多くなり、タンク貯留水の温度が上昇する。制御部９から第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに対する指令は、タンク貯留水の温度が管理温度に達するまで継続される。なお、制御部９は、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４のうちどちらか一方に指令を出し、ドレン供給量を増加させるか、あるいは、低温水供給量を減少あるいは低温水の供給を停止させることで、低温水供給量よりもドレン供給量を多くしてもよい。

一方、制御部９は、タンク貯留水の温度が管理温度を上回った場合には、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに指令を出し、第１三方弁６６のアクチュエータを駆動させてドレン供給量を減少あるいはドレンの供給を停止させるとともに、第２三方弁６７のアクチュエータを駆動させて低温水供給量を増加させる。これにより、ドレン供給量よりも低温水供給量が多くなり、タンク貯留水の温度が低下する。制御部９から第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに対する指令は、タンク貯留水の温度が管理温度に低下するまで継続される。なお、制御部９は、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４のうちどちらか一方に指令を出し、低温水供給量を増加させるか、あるいは、ドレン供給量を減少あるいはドレンの供給を停止させることで、ドレン供給量よりも低温水供給量を多くしてもよい。また、併せて、給水管６８からタンク５に水を供給してもよい。

さらに制御部９は、液位計５１で検出される、タンク貯留水の水位を監視する。液位計５１では、基準になる基準水位、タンク貯留水の上限に設定された上限水位、およびタンク貯留水の下限に設定された下限水位が検出される。

制御部９は、タンク貯留水の水位が上限水位まで上昇した場合には、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに指令を出し、第１三方弁６６のアクチュエータを駆動させてドレン供給量を減少あるいはドレンの供給を停止させるとともに、第２三方弁６７のアクチュエータを駆動させて低温水供給量を減少あるいは低温水の供給を停止させる。これにより、タンク貯留水の量が減少する。制御部９から第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに対する指令は、タンク貯留水の水位が基準水位に低下するまで継続される。なお、制御部９は、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４のうちどちらか一方に指令を出し、ドレンまたは低温水のうちいずれか一方の、供給量を減少あるいは供給を停止させることで、タンク貯留水の量を減少させてもよい。

一方、制御部９は、タンク貯留水の水位が下限水位まで低下した場合には、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４それぞれに指令を出し、第１三方弁６６のアクチュエータを駆動させてドレン供給量を増加させるとともに、第２三方弁６７のアクチュエータを駆動させて低温水供給量を増加させる。これにより、タンク貯留水の量が増加する。制御部９から第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４への指令は、タンク貯留水の水位が基準水位に上昇するまで継続される。なお、制御部９は、第１三方弁制御回路９３と第２三方弁制御回路９４のうちどちらか一方に指令を出し、ドレンまたは低温水のうちいずれか一方の、供給量を増加させることで、タンク貯留水の量を増加させてもよい。

上述した、タンク貯留水の、温度と量の制御動作は、一定時間毎に温度の制御と量の制御を切り替えて実施される。あるいは、事前に定められた優先順位に従い、例えばタンク貯留水の水位が下限水位まで低下した場合は、量の制御を優先して実施し、基準水位に達した時点で、前述の、一定時間毎に温度の制御と量の制御を切り替える制御に戻すという手段で実施してもよい。これによってタンク貯留水の温度を管理温度に維持することができ、この結果、ヒートポンプ３に供給される受入水の温度を一定にして、ヒートポンプ３の能力を安定させることができる。また、タンク貯留水の量も、最高水位と最低水位の間で維持することができる。

次に、本発明における第１のガス処理システムの第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、図１に示す、第１のガス処理システムの第１実施形態との相違点を中心に説明し、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号を付して説明し、重複する説明は省略することがある。

図４は、本発明の第１のガス処理システムにおける第２実施形態を示す系統図である。

図４に示すように、第２実施形態のガス処理システム１１では、湿式洗煙塔２とタンク５との間に、熱交換器７が設けられている。湿式洗煙塔２と熱交換器７は、ポンプＰを備えた洗煙塔側循環往路６１２と洗煙塔側循環復路６１３によって接続されている。また、低温水分岐路６２４は、第２三方弁６７から熱交換器７に接続し、熱交換器７からタンク５に接続する温水供給路６２５が設けられている。

湿式洗煙塔２内で高温のガスに噴霧することで生じた、例えば温度が６０℃程度のドレンは、ポンプＰによって洗煙塔側循環往路６１２を流れて熱交換器７に供給される。また、ヒートポンプ３で得た、例えば温度が２５℃程度の低温水は、タンク側循環復路６２２を流れ、第２三方弁６７によってその一部が低温水分岐路６２４に流され熱交換器７に供給される。熱交換器７では、ドレンと低温水の間で熱交換され、ドレンは、温度が例えば２５℃程度に低下し、熱交換器７から洗煙塔側循環復路６１３を流れて第３噴霧ノズル２３３から湿式洗煙塔２内に噴霧される。これにより、湿式洗煙塔２に受け入れられた高温のガスに、温度低下したドレンを接触させ、有害成分をより効率よく除去することができる。この温度低下したドレンは、本発明にいう、熱交換手段によって得た相対的に温度の低い冷水に相当する。

また、熱交換器７で、ドレンと熱交換された低温水は、温度上昇して例えば６０℃程度の温水になり、温水供給路６２５を流れてタンク５に供給される。この温水が、本発明にいう、熱交換手段によって得た相対的に温度の高い温水に相当する。タンク５には、タンク側循環復路６２２を流れて温度が２５℃程度の低温水も供給され、これらによって、温度が３０℃〜３５℃程度のタンク貯留水がタンク５に貯留される。このタンク貯留水は、ポンプＰによってタンク側循環往路６２１を流れて受入水としてヒートポンプ３に受け入れられ、ヒートポンプ３では、図１に示す第１実施形態と同様にして外気が加熱され、高温気体が得られる。これにより、図１に示す第１実施形態のガス処理システム１０と同様の効果を得ることができる。

さらに、第２実施形態のガス処理システム１１では、ドレンが湿式洗煙塔２と熱交換器７との間を循環し、ヒートポンプ３に受け入れられることがなくなる。このため、ドレンがダスト等の汚れを含むものであったとしても、清掃が比較的困難な、ヒートポンプ３の降温用熱交換器３２（図２参照）が、ドレンに含まれるダスト等によって汚れてしまうことを防止することができる。なお、熱交換器７が、ドレンに含まれるダスト等によって汚れてしまう場合があるが、熱交換器７は、ヒートポンプ３の降温用熱交換器３２と比べて清掃がし易い構造のものを適用することにより、ヒートポンプ３の降温用熱交換器３２が汚れてしまう場合よりも支障は少ない。

第２実施形態のガス処理システム１１では、タンク貯留水が循環するため、タンク貯留水の量はそれほど変わらない。このため、タンク５には、図１および図３に示す液位計５１は設けられておらず、タンク貯留水の温度だけが制御される。なお、タンク貯留水が自然蒸発した分は、給水管６８から水が補給される。

次いで、図３も参照しつつ、第２実施形態のガス処理システム１１における、タンク貯留水の温度の制御動作を説明する。第２実施形態のガス処理システム１１では、図３に示す回路構成のうち、液位計５１と第１三方弁制御回路９３を除いた構成を採用している。

あらかじめ操作者が、操作部９５を操作して、タンク貯留水の管理温度を、例えば、３０℃〜３５℃の範囲で入力する。電源が投入され第１のガス処理システム１１が稼働すると、制御部９は、温度センサＴＩで計測される、タンク貯留水の温度を監視する。

制御部９は、タンク貯留水の温度が管理温度を下回った場合には、第２三方弁制御回路９４に指令を出し、第２三方弁６７のアクチュエータを駆動させて、低温水分岐路６２４に流れる低温水の量を増加させる。これにより、第２三方弁６７からタンク５に供給される、例えば温度が２５℃程度の低温水の量が減少するとともに、熱交換器７で熱交換され、温水供給路６２５からタンク５に供給される、例えば温度が６０℃程度の温水の量が増加し、タンク貯留水の温度が上昇する。制御部９から第２三方弁制御回路９４への指令は、タンク貯留水の温度が管理温度に達するまで継続される。

一方、制御部９は、タンク貯留水の温度が管理温度を上回った場合には、第２三方弁制御回路９４に指令を出し、第２三方弁６７のアクチュエータを駆動させて、低温水分岐路６２４に流れる低温水の量を減少させる。これにより、第２三方弁６７からタンク５に供給される低温水の量が増加するとともに、温水供給路６２５からタンク５に供給される温水の量が減少し、タンク貯留水の温度が低下する。制御部９から第２三方弁制御回路９４への指令は、タンク貯留水の温度が管理温度に低下するまで継続される。これらによってタンク貯留水の温度を管理温度に維持することができる。

次いで、本発明における第１のガス処理システムの第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、図４に示す、第１のガス処理システムの第２実施形態との相違点を中心に説明し、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号を付して説明し、重複する説明は省略することがある。

図５は、本発明の第１のガス処理システムにおける第３実施形態を示す系統図である。第３実施形態のガス処理システム１２は、図４に示す第２実施形態のガス処理システム１１に除湿機能を追加したものである。

図５に示すように、第３実施形態のガス処理システム１２では、タンク側循環復路６２２の一部が湿式洗煙塔２内に入り込み、この入り込んだ部分がコイル状に巻回されて除湿部６２２ａが形成されている。除湿部６２２ａは、湿式洗煙塔２内において、噴霧ノズル２３とミストセパレータ２２の間に配置されている。

ヒートポンプ３で得た低温水は、タンク側循環復路６２２を流れ、湿式洗煙塔２内に入り込んだ除湿部６２２ａを通過する。湿式洗煙塔２に受け入れられた高温のガスは、ラシヒリング２１において、噴霧ノズル２３から噴霧される水と接触し、例えば温度が６０℃程度、相対湿度が１００％ＲＨに近い低温湿潤のガスになって湿式洗煙塔２内を上昇し、除湿部６２２ａに接触する。除湿部６２２ａには、例えば温度が２５℃程度の低温水が流れているため、除湿部６２２ａに接触したガスと除湿部６２２ａの間で熱交換され、このガスに含まれる水蒸気が凝縮して、除湿部６２２ａの表面で結露する。これにより、ガスの水蒸気量を低減し除湿することができる。除湿部６２２ａで除湿されたガスは、ミストセパレータ２２を通過した後、湿式洗煙塔２から排出される。すなわち、第３実施形態のガス処理システム１２における湿式洗煙塔２は、排出ガスに含まれる水蒸気量を低減する除湿機能を有するものである。

湿式洗煙塔２から排出された排出ガスは、ファンＦによって煙道６４を煙突４まで送られ、ヒートポンプ３で得た高温気体と混合された後、煙突４から排気される。なお、ヒートポンプ３は、得られる低温水の温度を、２５℃よりも低温の、例えば１０℃程度まで低下させることができる。このため、除湿部６２２ａに温度が１０℃程度の低温水を流すことによって、除湿部６２２ａに接触するガスの水蒸気量をより低減させる態様も採用することができる。また、第３実施形態のガス処理システム１２では、除湿部６２２ａをミストセパレータ２２の下方に配置しているが、除湿部６２２ａをミストセパレータ２２の上方に配置する構成を採用してもよい。第３実施形態のガス処理システム１２によれば、排出ガスに含まれる水蒸気量を低減できるので、煙突４から排気される際の白煙の発生をより抑えることができる。

図６は、本発明の第１のガス処理システムにおける第４実施形態を示す系統図である。

図６に示すように、第４実施形態のガス処理システム１３では、湿式洗煙装置２’を採用している。この湿式洗煙装置２’は、水が貯留された液溜り２ａと、液溜り２ａに貯留された水の水面に向けて設けられたスロート部２ｂと、スロート部２ｂの上方に設けられたスクラビング部２ｃを有している。湿式洗煙装置２’では、ファンによって吹き込まれた高温のガスがスロート部２ｂを通過する際、液溜り２ａに貯留された水がスクラビング部２ｃに巻き上げられる。スクラビング部２ｃに巻き上げられた水は、図の細い矢印で示すように高温のガスとともに過流になって高温のガスと水が接触し、高温のガスから有害成分が除去される。このように、本発明のガス処理システムでは、高温のガスに水等の液体を噴霧するのではなく、液溜り２ａに貯留されている水に高温のガスを直接吹き込むことで高温のガスと液体を接触させ、高温のガスから有害成分を除去する構成を採用することもできる。

以上説明した第１のガス処理システム１０，１１，１２，１３によれば、白煙の発生を十分に抑えることができる。

次に、本発明における第２のガス処理システムの実施形態について説明する。

図７は、本発明の第２のガス処理システムにおける実施形態を示す系統図である。第２のガス処理システム１４は、第１のガス処理システム１０，１１，１２に比べて、排出ガスを、ヒートポンプの昇温用熱交換器によって加熱する点が主に相違する。なお、第２のガス処理システム１４は、図４に示す、第１のガス処理システムの第２実施形態における基本的な構成を採用している。このため、図４に示す、第１のガス処理システムの第２実施形態との相違点を中心に説明し、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号を付して説明し、重複する説明は省略することがある。

図７に示すように、第２のガス処理システム１４では、湿式洗煙塔２から、ヒートポンプ３’の昇温用熱交換器３１に煙道６４が接続している。また、ヒートポンプ３’の昇温用熱交換器３１から煙突４に接続する第２煙道６４１が設けられている。

タンク側循環往路６２１を流れて降温用熱交換器３２に受け入れられた、例えば温度が３０℃〜３５℃程度の受入水は、降温用熱交換器３２で熱交換され、例えば温度が２５℃〜３０℃程度の低温水が得られる。一方、煙道６４を流れて昇温用熱交換器３１に受け入れられた、例えば温度が６０℃程度の排出ガスは、昇温用熱交換器３１で熱交換されることで加熱される。この加熱された排出ガスが、本発明にいう高温気体に相当する。高温気体になった排出ガスは、煙突４まで第２煙道６４１を流れ、煙突４から排気される。排出ガスは、高温気体になっているため、煙突４から排気される際に、白煙の発生が抑えられる。

以上説明した第２のガス処理システム１４によっても、白煙の発生を十分に抑えることができる。

本発明は上述の実施の形態に限られることなく特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。例えば、上述の第１のガス処理システム１０，１１，１２，１３では、煙突４内で、排出ガスと高温気体を混合させているが、煙道６４に高温気体を供給して煙道６４内で排出ガスと高温気体を混合してもよく、煙道６４に適宜の混合部を設け、この混合部で排出ガスと高温気体を混合してもよい。また、第２のガス処理システム１４における、排出ガスを加熱するヒートポンプ３’を、第１のガス処理システム１０，１１，１２，１３に設け、ヒートポンプ３とヒートポンプ３’を備えた構成を採用してもよい。

なお、以上説明した第１のガス処理システムの各実施形態や第２のガス処理システムの実施形態の記載それぞれにのみ含まれている構成要件であっても、その構成要件を、他の実施形態に適用してもよい。

１０，１１，１２，１３第１のガス処理システム
１４第２のガス処理システム
２，２’ 湿式洗煙塔
３ヒートポンプ
３１昇温用熱交換器
３２降温用熱交換器
５タンク
５１液位計
６６第１三方弁
６７第２三方弁
６２２ａ除湿部
７熱交換器
９制御部
ＴＩ温度センサ

Claims

受け入れた高温のガスに液体を接触させることで該ガスに含まれた有害成分を除去するとともに該ガスの温度低下を行う湿式洗煙手段と、
前記湿式洗煙手段から排出された排出ガスに含まれる水蒸気量よりも少ない水蒸気量を含んだ気体を昇温用熱交換器によって該排出ガスよりも高い温度まで加熱して高温気体を得るとともに、受入液体を降温用熱交換器によって該受入液体よりも低い温度まで低下させ低温液体を得るヒートポンプと、
大気中に排気する排気手段とを備え、
前記排気手段は、前記高温気体が混合された前記排出ガスを大気中に排気するものであることを特徴とするガス処理システム。
受け入れた高温のガスに液体を接触させることで該ガスに含まれた有害成分を除去するとともに該ガスの温度低下を行う湿式洗煙手段と、
前記湿式洗煙手段から排出された排出ガスを、昇温用熱交換器によって該排出ガスよりも高い温度まで加熱し高温気体を得るとともに、受入液体を降温用熱交換器によって該受入液体よりも低い温度まで低下させ低温液体を得るヒートポンプと、
大気中に排気する排気手段とを備え、
前記排気手段は、前記高温気体を大気中に排気するものであることを特徴とするガス処理システム。
前記湿式洗煙手段は、受け入れた高温のガスに、前記低温液体を接触させるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理システム。
前記湿式洗煙手段において、高温のガスに液体を接触させることで生じるドレンと、前記低温液体とを熱交換する熱交換手段を備え、
前記ヒートポンプは、前記受入液体として、前記熱交換手段によって得た相対的に温度の高い温水を受け入れるものであり、
前記湿式洗煙手段は、受け入れた高温のガスに、前記熱交換手段によって得た相対的に温度の低い冷水を接触させるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理システム。
前記湿式洗煙手段は、前記低温液体と液体を接触させた後のガスとを熱交換させ、前記排出ガスに含まれる水蒸気量を低減する除湿機能を有するものであることを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理システム。
前記低温液体および前記湿式洗煙手段において高温のガスに液体を接触させることで生じるドレンが供給され、供給された液体を貯留する貯留手段を備え、
前記ヒートポンプは、前記受入液体として、前記貯留手段に貯留されている液体を受け入れるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理システム。
制御手段と、
前記貯留手段に貯留されている液体の温度を検出する温度検出手段と、
前記ヒートポンプから前記貯留手段に供給する前記低温液体の供給量を、前記制御手段からの制御により調整する低温液体調整手段と、
前記湿式洗煙手段から前記貯留手段に供給する前記ドレンの供給量を、前記制御手段からの制御により調整するドレン調整手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記貯留手段に貯留されている液体の温度が管理温度を下回った場合には前記低温液体の供給量よりも前記ドレンの供給量が多くなるように前記低温液体供給量調整手段および前記ドレン供給量調整手段のうちの少なくとも一方を制御し、前記貯留手段に貯留されている液体の温度が管理温度を上回った場合には前記ドレンの供給量よりも前記低温液体の供給量が多くなるように前記低温液体供給量調整手段および前記ドレン供給量調整手段のうちの少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする請求項６記載のガス処理システム。
前記貯留手段に貯留されている液体の水位を検出する水位検出手段を備え、
前記制御手段は、前記水位検出手段の検出結果および前記温度検出手段の検出結果の双方に基づいて、前記低温液体供給量調整手段および前記ドレン供給量調整手段のうちの少なくとも一方を制御するものであることを特徴とする請求項７記載のガス処理システム。