JP3844941B2 - 調温装置および高温排ガスの調温方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調温塔を備えてなる調温装置および高温排ガスの調温方法の改善に関し、より詳しくは、調温装置の調温塔の内壁への揮発成分や溶融ダスト成分の付着を防止して、高温排ガスを効果的に冷却することを可能ならしめるようにした調温装置および高温排ガスの調温方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、調温装置は、焼却炉や溶融炉等の高温ガス発生源から排出される高温排ガスを、後工程のボイラー用の熱源として活用するのに、またバグフィルターで処理するのに適した温度となるように、冷却水の噴霧やスクラバーによる湿式処理法により調温するものである。しかしながら、焼却炉や溶融炉から排出される高温排ガスには、揮発成分や溶融ダストを含む飛灰やダストが混入しており、このような高温排ガスを冷却水噴霧だけで調温すると調温塔の内壁に揮発成分の液化物や溶融ダストの固化物が付着するという問題がある。また、湿式処理では、揮発成分や溶融ダストの中に水溶性成分が含まれているため、水処理設備を必要とする等、設備費に関して不利になるという問題があった。
【０００３】
そのため、上記のような問題を解決するようにした種々の調温装置が提案されている。例えば、特開平５−２３１６３３号公報（従来例１）においては、排ガス導入ダクトから分岐させたパージガス吹ダクトから、調温塔の水平断面がなす円の接線方向、かつ斜め下方に高温排ガスを噴射してパージガスを旋回させるか、または調温塔内の上部に溢流堰を設け、この溢流堰からオーバーフローさせた水を内壁に沿って流下させることによって、調温塔の内壁への付着物の付着を防止する技術が提案されている。
【０００４】
また、特開平７−１３３９１９号公報（従来例２）においては、燃焼排ガス冷却室（調温塔に相当する。）の管壁に複数の高圧液体噴射ノズルを設け、これら高圧液体噴射ノズルから燃焼排ガス冷却室の管内壁に高圧流体を噴出させることによって付着ダストを除去する技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１および２に係る技術は、何れもそれなりに有用であると考えられる。しかしながら、高温排ガスをパージガスとして吹込んで旋回させる従来例１の場合には、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダスト成分を十分冷却することができないため、調温塔の内壁への揮発成分や溶融ダストの付着防止効果は必ずしも十分ではない。また、調温塔の内壁に沿って水を流下させることは、湿式処理法と同様に、水溶性成分を処理する水処理設備が必要になってくる。
さらに、高圧流体を噴射する従来例２の場合には、単なる対症療法に過ぎず、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダスト成分そのものの調温塔の内壁への付着を防止するものではない。
【０００６】
ところで、近年、産業廃棄物の直接溶融炉等、金属を含むような廃棄物を焼却・溶融処理する設備が研究されている。このような設備の場合には、鉛、亜鉛やＮａ、Ｋ等のアルカリ金属等の低融点物質が多く含まれているので、低融点物質の付着という問題がより顕著になる。また、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として、１０００℃以上の高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を得る技術が注目されているが、これらの原料は、大量の低融点物質や揮発成分を含むと共に、極めて高温のガスが発生するため、ガスの冷却と付着防止との両立が難しく、現時点においては有効な調温装置は提供されていない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、調温塔の内壁への揮発成分や溶融ダストの付着を効果的に防止すると共に、高温排ガスを効果的に冷却することを可能ならしめる調温装置および高温排ガスの調温方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る調温装置が採用した主たる手段は、吹込まれる高温排ガスが適切な温度になるように調温し、調温された排ガスを後工程側に排出する調温塔を備えてなる調温装置において、前記調温塔に、前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段を設けると共に、この調温塔の内壁に沿って冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係る調温装置が採用した主たる手段は、排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込まれ、高温ガス発生源から排出された高温排ガスを、適切な温度になるように調温し、調温された排ガスを下部排出ダクトから後工程側に排出する調温塔を備えてなる調温装置において、前記調温塔の上部に、前記ガス吹込口から吹込まれる高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段を設けると共に、この調温塔の内壁に沿って下方に冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の調温装置において、前記調温塔に、前記冷却ガス噴射手段が複数配設され、下段側になるほど径が拡大する２段以上の拡大段部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１，２または３のうちの何れか一つの項に記載の調温装置において、前記冷却ガス噴射手段を、冷却ガスが前記調温塔の内壁に沿う下向き旋回ガス流になるように、この調温塔の内壁の斜め下方向に向かって冷却ガスを噴射する向きに配設したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項３または４のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、２段以上の前記拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段のうち、上段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段から、下段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスが噴射されるように構成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１，２，３，４または５のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、調温されて排出される排ガスの量と温度とが一定になるように、前記冷却水の噴霧量を調整する冷却水噴霧量制御手段と、前記冷却ガスの噴射量を調整する冷却ガス噴射量制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１，２，３，４または５のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、調温されて排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、前記冷却水の噴霧量を調整する冷却水噴霧量制御手段と、前記冷却ガスの噴射量を調整する冷却ガス噴射量制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項８に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項２，３，４，５，６または７のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、前記排ガス導入ダクトの前記高温ガス発生源と前記ガス吹込手段との間を、逆Ｖ字状に屈曲形成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項９に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項２，３，４，５，６，７または８のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、前記高温ガス発生源が、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する還元金属製造設備であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１０に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、下段側になるほど径が拡大する２以上の拡大段部を備えた調温塔内に、高温ガス発生源から排出される高温排ガスを排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込み、吹込まれた高温排ガスを適切な温度になるように調温した後、下部排出ダクトから後工程側に排出する高温排ガスの調温方法であって、前記調温塔の上部から前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧し、前記調温塔の拡大段部の上段側に設けた冷却ガス噴射手段から、下段側に設けた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスを、この調温塔の内壁に沿う旋回ガス流になるように斜め下方に噴射すると共に、調温されて前記下部排出ダクトから排出される排ガスの量と温度とが一定になるように、前記冷却ガスの噴射量と冷却水の噴霧量とを調整することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１１に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、下段側になるほど径が拡大する２以上の拡大段部を備えた調温塔内に、高温ガス発生源から排出される高温排ガスを排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込み、吹込まれた高温排ガスを適切な温度になるように調温した後、下部排出ダクトから後工程側に排出する高温排ガスの調温方法であって、前記調温塔の上部から前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧し、前記調温塔の拡大段部の上段側に設けた冷却ガス噴射手段から、下段側に設けた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスを、この冷却塔本体の内壁に沿う旋回ガス流になるように斜め下方に噴射すると共に、調温されて前記下部排出ダクトから排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、前記冷却ガスの噴射量と冷却水の噴霧量とを調整することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１２に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、請求項１０または１１のうちの何れか一つの項に記載の高温排ガスの調温方法おいて、前記ガス吹込口から前記調温塔内に高温ガス発生源から排出される高温排ガスを吹込むに際して、一旦斜め上方に上昇させると共に、途中において斜め下方に下降させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１３に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、請求項１０，１１または１２のうちの何れか一つの項に記載の高温排ガスの調温方法において、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する還元金属製造設備である高温ガス発生源から排出される高温排ガスを、前記ガス吹込口から前記調温塔内に吹込むことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高温排ガスの調温方法を実現する実施の形態に係る調温装置の構成を、その主要部側面断面図の図１と、図１のＡ部詳細図の図２（ａ）と、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図の図２（ｂ）と、図１のＣ部詳細図の図２（ｃ）と、図２（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図の図２（ｄ）と、その排ガス導入ダクトの側面図の図３とを参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示す符号１は調温装置で、この調温装置１は、主として上下に長い段付き円胴状の調温塔２と、この調温塔２の上部に設けられたガス吹込み口２ａに接続され、図示しない高温ガス発生源から排出された高温排ガスを、この調温塔２内に流入させる排ガス導入ダクト３と、この調温塔２の底面側に開口し、この調温塔２の胴壁を貫通して斜め上方に延び、適切な温度になるように調温された排ガスを、後工程側、例えば図示しないボイラーやバグフィルターに送り出すために排出する下部排出ダクト４とから構成されている。
【００２３】
前記調温塔２は、上記のとおり、段付き円胴状に形成されているが、図１、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各図から良く理解されるように、上端部より若干下側に、第１拡大段部２１が形成されると共に、この第１拡大段部２１の下方であって、かつ上下方向の中程よりも上方位置に、第１拡大段部２１よりも大径の第２拡大段部２２が形成されている。前記第１拡大段部２１の上側の小径部の外周部には、斜め下方に向かって延び、この小径部を貫通して、前記ガス吹込み口２ａから吹込まれる高温排ガスのガス流の中心に向かって冷却水を噴霧する複数の冷却水噴霧ノズル５が設けられている。これら冷却水噴霧ノズル５の噴霧口を高温排ガスのガス流のほぼ中心、かつ斜め下方に向けたのは、後述する冷却ガスのガス流を乱さないようにすることを狙いとしたものである。なお、本実施の形態においては、これら冷却水噴霧ノズル５の噴霧口の向きは、斜め下方約４５度に設定されている。
【００２４】
前記第１拡大段部２１の環状平面には、調温塔２の内壁に沿い、斜め下方向きの旋回ガス流になる接線方向から冷却ガスを噴射する複数の第１段冷却ガス噴射ノズル６が設けられると共に、前記第２拡大段部２２の環状平面には、調温塔２の内壁に沿い、斜め下方向きの旋回ガス流になる接線方向から冷却ガスを噴射する前記第１段冷却ガス噴射ノズル６と同構成になる複数の第２段冷却ガス噴射ノズル７が設けられている。つまり、冷却ガスを調温塔２の内壁に沿う下向きの旋回ガス流とし、調温塔２の内壁への高温排ガスの直接接触を防止すると共に、固化した揮発・溶融ダスト成分を吹き飛ばすことにより、調温塔２の内壁へのダスト等の付着防止を狙いとしたものである。勿論、高温排ガスや揮発・溶融ダスト成分は、この冷却ガスによっても冷却・固化される。
【００２５】
ところで、この実施の形態１においては、上記のとおり、上下位置関係を有する第１段冷却ガス噴射ノズル６と、第２段冷却ガス噴射ノズル７とが設けられている。しかしながら、この第２段冷却ガス噴射ノズル７の下方位置に第１拡大段部を設け、この第１拡大段部の環状平面に複数の第３段冷却ガス噴射ノズルを設けることができる。しかも、冷却ガス噴射ノズルの配設段数を多くすることにより、高温排ガスと冷却ガスとが混合し難くなるという効果が得られるから、冷却ガス噴射ノズルの配設段数に限定されるものではない。
【００２６】
前記調温塔２の底部には、周知の構成になるサイクロ減速機８の作動によってこの調温塔２の底部の径中心を回転中心として回転して、この底部に付着したり、溜まったりしているダスト等を掻き取ると共に掻き寄せて、この底部に開口するダスト排出口２ｂからこの調温塔２の外部に排出させるためのダストスクレーパ９が設けられている。
【００２７】
前記排ガス導入ダクト３は、高温ガス発生源、例えば、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する図示しない還元金属製造設備等の高温ガス発生源から排出され、揮発成分や溶融ダストを含む高温排ガスを前記ガス吹込み口２ａに導くものであるが、この排ガス導入ダクト３は、図３に示すように、逆Ｖ字状に屈曲形成されている。
【００２８】
具体的には、この排ガス導入ダクト３は、高温排ガスが流入する上流側が低く、流入する高温排ガスを斜め上方に上昇させる斜め上向きの上昇ダクト部３１と、この上昇ダクト部３１の上端部に連なり、上部にマンホール３２ａが設けられてなる水平ダクト部３２と、この水平ダクト部３２の反上昇ダクト部３１側の端部に連なり、先端部に前記ガス吹込み口２ａに接続される垂直ダクト部３３ａを有し、斜め下方に高温排ガスを下降させる斜め下向きの下降ダクト部３３とから構成されている。つまり、この排ガス導入ダクト３は、高温ガス発生源と前記ガス吹込口との間が高い台形山形状に屈曲形成されている。ところで、この排ガス導入ダクト３には水平ダクト部３２が設けられているが、完全な逆Ｖ字状に製造することが困難であるからに過ぎない。
【００２９】
なお、前記排ガス導入ダクト３を、上記のように台形山形状に屈曲形成したのは、この排ガス導入ダクト３の曲部により高温排ガスのガス流の慣性力を抑えることにより、調温塔２に吹込まれた時の高温排ガスおよびダストの偏流を防止して、調温塔２の内壁に沿う冷却ガスの下向きの旋回ガス流の乱れを少なくすることを狙いとしたものである。この排ガス導入ダクト３を上記のような構成にすることにより、例え揮発が凝固して沈降し、溶融ダスト成分が沈降したとしても、排ガス導入ダクト３の内壁に堆積するのが防止され、高温排ガスの流れが阻害されなくなるという効果もある。
【００３０】
また、前記排ガス導入ダクト３の内周面は耐火物３ａによって覆われている。つまり、この排ガス導入ダクト３内を流れる高温排ガスの温度の低下を防止することによって、高温排ガス中に含まれている揮発成分や溶融ダスト成分を固化させることなく、気化状態もしくは溶融状態のまま調温塔２内に導くように配慮されている。
【００３１】
さらに、このような構成になる調温塔２の下部排出ダクト４には、図示省略しているが、この下部排出ダクト４から排出される調温された排ガスの流量を測定するガス流量計と、温度を検出する温度計とが取付けられている。そして、調温された排ガスの流量と温度とが共に一定になるように、前記ガス流量計および温度計からの検出信号に基づいて、冷却水の噴霧量を調整する冷却水調整弁の開度を制御する冷却水噴霧量制御手段である冷却水量制御装置と、冷却ガスの噴射量を調整するガス調整弁の開度を制御する冷却ガス噴射量制御手段であるガス量制御装置が設けられている。なお、水分検出器を設け、調温された排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、冷却水調整弁およびガス調整弁との開度を調整するように構成しても良い。
【００３２】
ところで、冷却ガスの噴射だけで同じ温度まで冷却する場合、そのままの噴射量では高温排ガスの量が増すため、冷却ガスの噴射量を多くする必要があり、下部排出ダクトから排出される排ガスの排出量が冷却ガスの噴射量に比例して多くなる反面、排ガスには高い顕熱があるので、熱回収するには好まれる。また、冷却水の噴霧だけで同じ温度まで冷却する場合、同様に冷却水の噴霧量を多くする必要があり、下部排出ダクトから排出される排ガス中の水分量が冷却水の噴霧量に比例して多くなるので、酸等による腐食トラブルを招き、排ガスの顕熱が低いので熱回収には好まれない。
【００３３】
しかしながら、本実施の形態に係る調温装置１によれば、冷却水の噴霧と冷却ガスの噴射との相乗作用によって高温排ガスを冷却して調温する構成のため、ボイラーや予熱器等の後工程の設備構成や熱回収量等によって、適正に排ガスの温度、排ガス中の水分量を調整することができる。例えば、熱回収量が少なくて良い場合や酸露点の低い排ガスを処理する場合には、冷却水の噴霧量を多くする一方、冷却ガスの噴射量を少なくすることにより、容易に排ガスの温度を一定に調整することができるので、熱回収側の排ガス温度を適正に保つことができる。
また、上記とは逆に、熱回収量を多く必要とする場合や酸露点の高い排ガスを処理する場合には、冷却水の噴霧量を少なくすると共に、冷却ガスの噴射量を多くすれば良いものである。さらに、調温された排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように制御する場合には、総排ガス量に見合った量の冷却水を噴霧し、残りを冷却ガスにより補うようにすれば良い。
【００３４】
ところで、亜硫酸ガス（ＳＯ3 ）等の低温腐食ガスを含む高温排ガスを排出する高温ガス発生源がある。このような高温ガス発生源から排出される高温排ガスを調温する場合には、冷却ガスの噴射量を増やすと共に、冷却水の噴霧量を減らして酸露点を低く抑えることにより、効率的な熱回収が可能になる。つまり、酸露点は、排ガスに含まれている水分量と低温腐食ガス量とによって決まり、水分量または低温腐食ガス量が少なくなると低くなる。そこで、冷却水の噴霧量を減らして酸露点を低く抑えれば、熱交換器の伝熱面表面の最低温度の規制（低温酸腐食を防ぐため。）が低くなり、例えば完全対向流式の伝熱効率が優れた熱交換器を採用することがが可能になるからである。
【００３５】
また、低温腐食性ガスを含まない高温排ガスを調温する場合には、冷却水の噴霧量を多くし、冷却ガスの噴射量を少なくすることにより、下部排出ノズルから排出される調温された排ガスの排出量を少なくすることができる。つまり、低温腐食を恐れる必要がないから、酸露点を低くするために冷却ガスの噴射量を多くする必要がなく、冷却水の蒸発潜熱を活用することにより冷却ガスの噴射量を少なくすることが可能になるからである。
【００３６】
以下、本実施の形態に係る調温装置１の作用態様を説明すると、高温ガス発生源から排出され、揮発成分や溶融ダストを含む高温排ガスが排ガス導入ダクト３を介して調温塔２の上部に設けられたガス吹込み口２ａから、耐火物３ａの断熱効果により溶融ダストを固化させない所定以上の温度を保持しながら調温塔２内に吹込まれるが、上記のとおり、排ガス導入ダクト３は台形山形状に屈曲形成されていて、高温排ガスの慣性力が抑えられ、そして偏流することなく調温塔２内に吹込まれる。調温塔２内に吹込まれた高温排ガスは、上部に設けられた複数の冷却水噴霧ノズル５から噴霧される冷却水の気化により熱が奪われて温度が低下しながら下降して底部に到達すると共に、調温された排ガスが下部排出ダクト４から後工程側に排出される。
【００３７】
冷却水噴霧ノズル５からの冷却水の噴霧と平行して第１段・２段冷却ガス噴射ノズル６，７から冷却ガスが噴射されるが、冷却水は吹込まれた高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって噴射されるから、噴射された冷却ガスは噴霧される冷却水により影響を受けることなく下向き旋回ガス流になって、調温塔２の内壁を覆うこととなる。そして、高温排ガスのガス流の温度は下降するにつれて低下し、この高温ガス中の揮発・溶融ダスト成分が固化するが、冷却ガスの下向き旋回ガス流により、排ガスと調温塔２の内壁との直接接触が阻まれるから、固化した揮発・溶融ダスト成分が調温塔２の内壁に付着するようなことがなく、そして、例え排ガスが調温塔２の内壁に接近したとしても、冷却ガスにより揮発・溶融ダスト成分がさらに冷却されるから、固化した揮発・溶融ダスト成分が内壁に付着するようなことがない。
【００３８】
上記のとおり、第１段・２段冷却ガス噴射ノズル６，７が設けられており、大量の高温排ガスを処理する場合でも、固化した揮発・溶融ダスト成分の調温塔２の内壁への付着を防止しながら、効果的に高温排ガスを冷却することができるから、調温塔２の小型化に寄与することができる。そして、上段側の第１段冷却ガス噴射ノズル６から、第段冷却ガス噴射ノズル７よりも多量の冷却ガスを噴射することにより、一番高温であって、かつ揮発・溶融ダスト成分が多く含まれている吹込まれた高温排ガスのガス流が流れる調温塔２の上部内壁部分が大量の冷却ガスで覆われるため、この上部内壁部分への固化した揮発・溶融ダスト成分の付着が確実に防止されるのに加えて、安易に排ガスの量を増大させることなく、排ガスの排出量を適切にすることができるから、後工程側の設備の大型化を防止することができる。
【００３９】
さらに、冷却水の噴霧量と冷却ガスの噴射量との調整により調温された排ガスの流量と温度とが共に一定になるように調整されるから、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、安易に排ガス量の増大を来すことがなく、排ガスの排出量を適切にすることができ、後工程側の設備の大型化を防止することができる。また、調温された排ガスの量と水分含有量とが一定になるように制御することにより、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、後工程におけるダクトや熱交換器への付着や酸による腐食が防止される。
【００４０】
例えば、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する図示しない還元金属製造設備から排出され、揮発成分や溶融ダストが特に大量に含まれている高温排ガスの調温に適用すると、固化した揮発成分や溶融ダストの付着防止効果が特に顕著である。
【００４１】
つまり、本実施の形態に係る調温装置１によれば、高温排ガスをパージガスとして吹込んで旋回させる従来例１よりも、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストを十分冷却することができ、調温塔の内壁への付着防止効果が優れている。そして、内壁に沿って水を流下させる構成でなく、冷却水は蒸発して排ガスと共に排出されるから、水溶性成分を処理する水処理設備は不必要である。
また、高圧流体を噴射する従来例２のように、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストそのものが調温塔の内壁に付着するようなことがない。
【００４２】
また、産業廃棄物の直接溶融炉等、金属を含むような廃棄物を焼却・溶融処理する設備のように、鉛、亜鉛等の低融点物質が多く含まれている高温排ガスに対しても、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として、１０００℃以上の高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を得る還元金属製造設備から排出され、揮発・溶融ダスト成分を大量に含む高温排ガスに対しても、調温塔の内壁へのダストの付着を防止しながら、しかも効果的に調温することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本実施の形態に係る調温装置によって、還元金属製造設備から排出される高温排ガスを調温した実施例を、その温度分布説明図の図４を参照しながら説明すると、図示しない還元金属製造設備から排出される高温排ガスには、大量の揮発・溶融ダスト成分（鉛、亜鉛とその酸化物）が含まれている。そして、この高温排ガスの温度は７００〜１４００℃である。また、調温塔２に吹込む前に、ＣＯを完全燃焼させた高温排ガスの成分はＣＯ2 ；２０容積％、Ｎ2 ；６７．３容積％、Ｈ2 Ｏ；１１．８容積％、Ｏ2 ；０．３容積％である。
【００４４】
このような高温排ガスは、後工程の機器の種類によって３５０〜６００℃に調温される。より具体的には、熱回収量が少なくて良い場合やダストの融点／軟化点が低い場合、下部排出ダクト４から排出される排ガスを通常のバグフィルターで処理する場合等では３５０℃の低温側の温度になるように、また多量の熱回収が必要な場合やダストの融点／軟化点が高い場合、ボイラーへの供給や高温バグフィルターで処理する場合等では６００℃の高温側の温度になるように調温されるものである。
【００４５】
冷却ガスとしては、下部排出ダクト４から排出される調温された排ガスの温度以下、または揮発・溶融ダスト成分の軟化点／溶融点以下であれば良く、揮発・溶融ダスト成分を含まないものである。例えば、空気、窒素、不活性ガスや前記下部排出ダクト４から排出され、バグフィルターで処理されたガスを用いることができ、また高温ガス発生源が還元金属製造設備や廃棄物処理設備であれば原料乾燥工程から排出されるガスを冷却ガスとして用いることができ、さらに焼却炉、溶融炉や還元金属製造設備や廃棄物処理設備等に用いられる燃焼用空気や２次燃焼用空気等を冷却ガスとして用いることができる。
【００４６】
この実施例では、冷却ガスとして常温の空気を用い、第１段冷却ガス噴射ノズル６から３７０ｍ3 ／ｍｉｎの空気を２０ｍ／ｓの流速で、また第２段冷却ガス噴射ノズル７から３５０ｍ3 ／ｍｉｎの空気を２０ｍ／ｓの流速で噴射すると共に、冷却水噴霧ノズル５から６５ｄｍ3 ／ｍｉｎの冷却水を噴霧した。その結果、排ガス導入ダクト３に流入する１１３３℃の高温排ガスが効果的に調温されて、下部排出ダクト４から４５０℃の調温された排ガスが排出された。第１段冷却ガス噴射ノズル６や第２段冷却ガス噴射ノズル７から噴射されて旋回ガス流になっている調温塔２の内壁に近接した部分は上下に渡り高温排ガスがそれぞれ効果的に冷却されて、４００〜４２０℃になっており、しかも冷却空気の下向きの旋回ガス流が乱れていないことが示されている。なお、冷却ガスの噴射速度は１８ｍ／ｓ以上が好ましく、より好ましくは２０ｍ／ｓ以上である。
【００４７】
また、還元金属製造設備から排出される高温排ガス中に、０〜２容積％程度のＣＯが含まれている場合であっても、第１段・２段冷却ガス噴射ノズル６，７から噴射される常温の空気により燃焼し、可燃性ガスが大気中に放出されるようなことがなく、環境汚染防止に対しても優れていることが判った。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至９に係る調温装置または請求項１０乃至１３に係る高温排ガスの調温方法によれば、調温塔に吹込まれる高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水が噴霧されると共に、調温塔の内壁に沿って冷却ガスが噴射されるので、高温排ガスや揮発・溶融ダストが効果的に冷却されて、揮発・溶融ダストは固化する。しかしながら、冷却水の噴霧により乱されることなく調温塔の内壁に沿って流れる冷却ガスのガス流によって調温塔の内壁が高温排ガスから遮られていて、固化した揮発・溶融ダストが、例え調温塔の内壁に付着しようとしても冷却ガスのガス流により吹き飛ばされ、内壁面にしないばかりか、または既に揮発・溶融ダストが固化しているので、調温塔の内壁に付着するようなことがない。
【００４９】
従って、高温排ガスをパージガスとして吹込んで旋回させる従来例１よりも、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストを十分冷却することができ、調温塔の内壁への付着防止効果が優れている。そして、内壁に沿って水を流下させる構成でなく、冷却水は蒸発して排ガスと共に排出されるから、水溶性成分を処理する水処理設備は不必要になる。また、高圧流体を噴射する従来例２のように、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストそのものが調温塔の内壁に付着するようなことがない。
【００５０】
本発明の請求項３に係る調温装置によれば、調温塔に設けられた２段以上の拡大段部に冷却ガス噴射手段が設けられており、本発明の請求項４に係る調温装置によれば、冷却ガスが調温塔の内壁に沿う下向きの旋回ガス流になるので、冷却ガスのガス流により調温塔の内壁の広範囲を覆い、高温排ガスとの直接接触を効果的に防止することができる。
【００５１】
本発明の請求項５に係る調温装置によれば、上段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段から、下段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスが噴射されるため、調温塔のガス吹込み口の近傍の内壁が多量の冷却ガスのガス流により覆われ、吹込み直後の高温排ガスに含まれている多量の揮発・溶融ダスト成分が固化ても、これらが調温塔のガス吹込み口の近傍の内壁に付着使用とするのを効果的に防止することができる。
【００５２】
本発明の請求項６に係る調温装置、または本発明の請求項１０に係る高温排ガスの調温方法によれば、調温されて排出される排ガスの量と温度とが一定になるように制御されるから、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、安易に排ガス量の増大を来すことがなく、排ガスの排出量を適切にすることができ、後工程側の設備の大型化を防止することができる。
【００５３】
本発明の請求項７に係る調温装置、または本発明の請求項１１に係る高温排ガスの調温方法によれば、調温されて排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように制御されるので、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、後工程における飛灰やダスト成分のダクトや熱交換器への付着や酸による腐食を防止することができる。
【００５４】
本発明の請求項８に係る調温装置、または本発明の請求項１２に係る高温排ガスの調温方法によれば、この排ガス導入ダクトの曲部により高温排ガスの慣性力が抑えられ、調温塔のガス吹込み口から吹込まれた時の偏流が防止されるから、調温装置内での冷却効果を低下させることなく、調温塔の内壁に沿って流れる冷却ガスのガス流の乱れを防止することができる。
【００５５】
本発明の請求項９に係る調温装置、または本発明の請求項１３に係る高温排ガスの調温方法によれば、還元金属製造設備からは大量の揮発・溶融ダスト成分を含む高温排ガスが排出されるが、これら揮発・溶融ダスト成分は冷却水の噴霧と冷却ガスの噴射とにより効果的に冷却して固化させ、そして固化した大量の揮発、溶融ダスト成分の調温塔の内壁への付着を防止しながら、高温排ガスを調温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る調温装置の主要部側面断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のＡ部詳細図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、図２（ｃ）は図１のＣ部詳細図であり、図２（ｄ）は図２（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る調温装置の排ガス導入ダクトの側面図である。
【図４】本発明の実施例に係る調温装置の温度分布説明図である。
【符号の説明】
１…調温装置
２…調温塔，２ａ…ガス吹込み口，２ｂ…ダスト排出口，２１…第１拡大段部，２２…第２拡大段部
３…排ガス導入ダクト，３ａ…耐火物，３１…上昇ダクド部，３２…水平ダクト部，３２ａ…マンホール，３３…下降ダクト部，３３ａ…垂直ダクト部
４…下部排出ダクト
５…冷却水噴霧ノズル
６…第１段冷却ガス噴射ノズル
７…第２段冷却ガス噴射ノズル
８…サイクロ減速機
９…ダストスクレーパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、調温塔を備えてなる調温装置および高温排ガスの調温方法の改善に関し、より詳しくは、調温装置の調温塔の内壁への揮発成分や溶融ダスト成分の付着を防止して、高温排ガスを効果的に冷却することを可能ならしめるようにした調温装置および高温排ガスの調温方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、調温装置は、焼却炉や溶融炉等の高温ガス発生源から排出される高温排ガスを、後工程のボイラー用の熱源として活用するのに、またバグフィルターで処理するのに適した温度となるように、冷却水の噴霧やスクラバーによる湿式処理法により調温するものである。しかしながら、焼却炉や溶融炉から排出される高温排ガスには、揮発成分や溶融ダストを含む飛灰やダストが混入しており、このような高温排ガスを冷却水噴霧だけで調温すると調温塔の内壁に揮発成分の液化物や溶融ダストの固化物が付着するという問題がある。また、湿式処理では、揮発成分や溶融ダストの中に水溶性成分が含まれているため、水処理設備を必要とする等、設備費に関して不利になるという問題があった。
【０００３】
そのため、上記のような問題を解決するようにした種々の調温装置が提案されている。例えば、特開平５−２３１６３３号公報（従来例１）においては、排ガス導入ダクトから分岐させたパージガス吹ダクトから、調温塔の水平断面がなす円の接線方向、かつ斜め下方に高温排ガスを噴射してパージガスを旋回させるか、または調温塔内の上部に溢流堰を設け、この溢流堰からオーバーフローさせた水を内壁に沿って流下させることによって、調温塔の内壁への付着物の付着を防止する技術が提案されている。
【０００４】
また、特開平７−１３３９１９号公報（従来例２）においては、燃焼排ガス冷却室（調温塔に相当する。）の管壁に複数の高圧液体噴射ノズルを設け、これら高圧液体噴射ノズルから燃焼排ガス冷却室の管内壁に高圧流体を噴出させることによって付着ダストを除去する技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１および２に係る技術は、何れもそれなりに有用であると考えられる。しかしながら、高温排ガスをパージガスとして吹込んで旋回させる従来例１の場合には、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダスト成分を十分冷却することができないため、調温塔の内壁への揮発成分や溶融ダストの付着防止効果は必ずしも十分ではない。また、調温塔の内壁に沿って水を流下させることは、湿式処理法と同様に、水溶性成分を処理する水処理設備が必要になってくる。
さらに、高圧流体を噴射する従来例２の場合には、単なる対症療法に過ぎず、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダスト成分そのものの調温塔の内壁への付着を防止するものではない。
【０００６】
ところで、近年、産業廃棄物の直接溶融炉等、金属を含むような廃棄物を焼却・溶融処理する設備が研究されている。このような設備の場合には、鉛、亜鉛やＮａ、Ｋ等のアルカリ金属等の低融点物質が多く含まれているので、低融点物質の付着という問題がより顕著になる。また、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として、１０００℃以上の高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を得る技術が注目されているが、これらの原料は、大量の低融点物質や揮発成分を含むと共に、極めて高温のガスが発生するため、ガスの冷却と付着防止との両立が難しく、現時点においては有効な調温装置は提供されていない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、調温塔の内壁への揮発成分や溶融ダストの付着を効果的に防止すると共に、高温排ガスを効果的に冷却することを可能ならしめる調温装置および高温排ガスの調温方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る調温装置が採用した主たる手段は、吹込まれる高温排ガスが適切な温度になるように調温し、調温された排ガスを後工程側に排出する調温塔を備えてなる調温装置において、前記調温塔に、前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段を設けると共に、この調温塔の内壁に沿って冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係る調温装置が採用した主たる手段は、排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込まれ、高温ガス発生源から排出された高温排ガスを、適切な温度になるように調温し、調温された排ガスを下部排出ダクトから後工程側に排出する調温塔を備えてなる調温装置において、前記調温塔の上部に、前記ガス吹込口から吹込まれる高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段を設けると共に、この調温塔の内壁に沿って下方に冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の調温装置において、前記調温塔に、前記冷却ガス噴射手段が複数配設され、下段側になるほど径が拡大する２段以上の拡大段部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１，２または３のうちの何れか一つの項に記載の調温装置において、前記冷却ガス噴射手段を、冷却ガスが前記調温塔の内壁に沿う下向き旋回ガス流になるように、この調温塔の内壁の斜め下方向に向かって冷却ガスを噴射する向きに配設したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項３または４のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、２段以上の前記拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段のうち、上段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段から、下段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスが噴射されるように構成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１，２，３，４または５のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、調温されて排出される排ガスの量と温度とが一定になるように、前記冷却水の噴霧量を調整する冷却水噴霧量制御手段と、前記冷却ガスの噴射量を調整する冷却ガス噴射量制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項１，２，３，４または５のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、調温されて排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、前記冷却水の噴霧量を調整する冷却水噴霧量制御手段と、前記冷却ガスの噴射量を調整する冷却ガス噴射量制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項８に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項２，３，４，５，６または７のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、前記排ガス導入ダクトの前記高温ガス発生源と前記ガス吹込手段との間を、逆Ｖ字状に屈曲形成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項９に係る調温装置が採用した主たる手段は、請求項２，３，４，５，６，７または８のうちの何れか一つの項に記載の調温装置おいて、前記高温ガス発生源が、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する還元金属製造設備であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１０に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、下段側になるほど径が拡大する２以上の拡大段部を備えた調温塔内に、高温ガス発生源から排出される高温排ガスを排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込み、吹込まれた高温排ガスを適切な温度になるように調温した後、下部排出ダクトから後工程側に排出する高温排ガスの調温方法であって、前記調温塔の上部から前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧し、前記調温塔の拡大段部の上段側に設けた冷却ガス噴射手段から、下段側に設けた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスを、この調温塔の内壁に沿う旋回ガス流になるように斜め下方に噴射すると共に、調温されて前記下部排出ダクトから排出される排ガスの量と温度とが一定になるように、前記冷却ガスの噴射量と冷却水の噴霧量とを調整することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１１に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、下段側になるほど径が拡大する２以上の拡大段部を備えた調温塔内に、高温ガス発生源から排出される高温排ガスを排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込み、吹込まれた高温排ガスを適切な温度になるように調温した後、下部排出ダクトから後工程側に排出する高温排ガスの調温方法であって、前記調温塔の上部から前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧し、前記調温塔の拡大段部の上段側に設けた冷却ガス噴射手段から、下段側に設けた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスを、この冷却塔本体の内壁に沿う旋回ガス流になるように斜め下方に噴射すると共に、調温されて前記下部排出ダクトから排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、前記冷却ガスの噴射量と冷却水の噴霧量とを調整することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１２に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、請求項１０または１１のうちの何れか一つの項に記載の高温排ガスの調温方法おいて、前記ガス吹込口から前記調温塔内に高温ガス発生源から排出される高温排ガスを吹込むに際して、一旦斜め上方に上昇させると共に、途中において斜め下方に下降させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１３に係る高温排ガスの調温方法の要旨は、請求項１０，１１または１２のうちの何れか一つの項に記載の高温排ガスの調温方法において、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する還元金属製造設備である高温ガス発生源から排出される高温排ガスを、前記ガス吹込口から前記調温塔内に吹込むことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高温排ガスの調温方法を実現する実施の形態に係る調温装置の構成を、その主要部側面断面図の図１と、図１のＡ部詳細図の図２（ａ）と、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図の図２（ｂ）と、図１のＣ部詳細図の図２（ｃ）と、図２（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図の図２（ｄ）と、その排ガス導入ダクトの側面図の図３とを参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示す符号１は調温装置で、この調温装置１は、主として上下に長い段付き円胴状の調温塔２と、この調温塔２の上部に設けられたガス吹込み口２ａに接続され、図示しない高温ガス発生源から排出された高温排ガスを、この調温塔２内に流入させる排ガス導入ダクト３と、この調温塔２の底面側に開口し、この調温塔２の胴壁を貫通して斜め上方に延び、適切な温度になるように調温された排ガスを、後工程側、例えば図示しないボイラーやバグフィルターに送り出すために排出する下部排出ダクト４とから構成されている。
【００２３】
前記調温塔２は、上記のとおり、段付き円胴状に形成されているが、図１、図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の各図から良く理解されるように、上端部より若干下側に、第１拡大段部２１が形成されると共に、この第１拡大段部２１の下方であって、かつ上下方向の中程よりも上方位置に、第１拡大段部２１よりも大径の第２拡大段部２２が形成されている。前記第１拡大段部２１の上側の小径部の外周部には、斜め下方に向かって延び、この小径部を貫通して、前記ガス吹込み口２ａから吹込まれる高温排ガスのガス流の中心に向かって冷却水を噴霧する複数の冷却水噴霧ノズル５が設けられている。これら冷却水噴霧ノズル５の噴霧口を高温排ガスのガス流のほぼ中心、かつ斜め下方に向けたのは、後述する冷却ガスのガス流を乱さないようにすることを狙いとしたものである。なお、本実施の形態においては、これら冷却水噴霧ノズル５の噴霧口の向きは、斜め下方約４５度に設定されている。
【００２４】
前記第１拡大段部２１の環状平面には、調温塔２の内壁に沿い、斜め下方向きの旋回ガス流になる接線方向から冷却ガスを噴射する複数の第１段冷却ガス噴射ノズル６が設けられると共に、前記第２拡大段部２２の環状平面には、調温塔２の内壁に沿い、斜め下方向きの旋回ガス流になる接線方向から冷却ガスを噴射する前記第１段冷却ガス噴射ノズル６と同構成になる複数の第２段冷却ガス噴射ノズル７が設けられている。つまり、冷却ガスを調温塔２の内壁に沿う下向きの旋回ガス流とし、調温塔２の内壁への高温排ガスの直接接触を防止すると共に、固化した揮発・溶融ダスト成分を吹き飛ばすことにより、調温塔２の内壁へのダスト等の付着防止を狙いとしたものである。勿論、高温排ガスや揮発・溶融ダスト成分は、この冷却ガスによっても冷却・固化される。
【００２５】
ところで、この実施の形態１においては、上記のとおり、上下位置関係を有する第１段冷却ガス噴射ノズル６と、第２段冷却ガス噴射ノズル７とが設けられている。しかしながら、この第２段冷却ガス噴射ノズル７の下方位置に第１拡大段部を設け、この第１拡大段部の環状平面に複数の第３段冷却ガス噴射ノズルを設けることができる。しかも、冷却ガス噴射ノズルの配設段数を多くすることにより、高温排ガスと冷却ガスとが混合し難くなるという効果が得られるから、冷却ガス噴射ノズルの配設段数に限定されるものではない。
【００２６】
前記調温塔２の底部には、周知の構成になるサイクロ減速機８の作動によってこの調温塔２の底部の径中心を回転中心として回転して、この底部に付着したり、溜まったりしているダスト等を掻き取ると共に掻き寄せて、この底部に開口するダスト排出口２ｂからこの調温塔２の外部に排出させるためのダストスクレーパ９が設けられている。
【００２７】
前記排ガス導入ダクト３は、高温ガス発生源、例えば、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する図示しない還元金属製造設備等の高温ガス発生源から排出され、揮発成分や溶融ダストを含む高温排ガスを前記ガス吹込み口２ａに導くものであるが、この排ガス導入ダクト３は、図３に示すように、逆Ｖ字状に屈曲形成されている。
【００２８】
具体的には、この排ガス導入ダクト３は、高温排ガスが流入する上流側が低く、流入する高温排ガスを斜め上方に上昇させる斜め上向きの上昇ダクト部３１と、この上昇ダクト部３１の上端部に連なり、上部にマンホール３２ａが設けられてなる水平ダクト部３２と、この水平ダクト部３２の反上昇ダクト部３１側の端部に連なり、先端部に前記ガス吹込み口２ａに接続される垂直ダクト部３３ａを有し、斜め下方に高温排ガスを下降させる斜め下向きの下降ダクト部３３とから構成されている。つまり、この排ガス導入ダクト３は、高温ガス発生源と前記ガス吹込口との間が高い台形山形状に屈曲形成されている。ところで、この排ガス導入ダクト３には水平ダクト部３２が設けられているが、完全な逆Ｖ字状に製造することが困難であるからに過ぎない。
【００２９】
なお、前記排ガス導入ダクト３を、上記のように台形山形状に屈曲形成したのは、この排ガス導入ダクト３の曲部により高温排ガスのガス流の慣性力を抑えることにより、調温塔２に吹込まれた時の高温排ガスおよびダストの偏流を防止して、調温塔２の内壁に沿う冷却ガスの下向きの旋回ガス流の乱れを少なくすることを狙いとしたものである。この排ガス導入ダクト３を上記のような構成にすることにより、例え揮発が凝固して沈降し、溶融ダスト成分が沈降したとしても、排ガス導入ダクト３の内壁に堆積するのが防止され、高温排ガスの流れが阻害されなくなるという効果もある。
【００３０】
また、前記排ガス導入ダクト３の内周面は耐火物３ａによって覆われている。つまり、この排ガス導入ダクト３内を流れる高温排ガスの温度の低下を防止することによって、高温排ガス中に含まれている揮発成分や溶融ダスト成分を固化させることなく、気化状態もしくは溶融状態のまま調温塔２内に導くように配慮されている。
【００３１】
さらに、このような構成になる調温塔２の下部排出ダクト４には、図示省略しているが、この下部排出ダクト４から排出される調温された排ガスの流量を測定するガス流量計と、温度を検出する温度計とが取付けられている。そして、調温された排ガスの流量と温度とが共に一定になるように、前記ガス流量計および温度計からの検出信号に基づいて、冷却水の噴霧量を調整する冷却水調整弁の開度を制御する冷却水噴霧量制御手段である冷却水量制御装置と、冷却ガスの噴射量を調整するガス調整弁の開度を制御する冷却ガス噴射量制御手段であるガス量制御装置が設けられている。なお、水分検出器を設け、調温された排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、冷却水調整弁およびガス調整弁との開度を調整するように構成しても良い。
【００３２】
ところで、冷却ガスの噴射だけで同じ温度まで冷却する場合、そのままの噴射量では高温排ガスの量が増すため、冷却ガスの噴射量を多くする必要があり、下部排出ダクトから排出される排ガスの排出量が冷却ガスの噴射量に比例して多くなる反面、排ガスには高い顕熱があるので、熱回収するには好まれる。また、冷却水の噴霧だけで同じ温度まで冷却する場合、同様に冷却水の噴霧量を多くする必要があり、下部排出ダクトから排出される排ガス中の水分量が冷却水の噴霧量に比例して多くなるので、酸等による腐食トラブルを招き、排ガスの顕熱が低いので熱回収には好まれない。
【００３３】
しかしながら、本実施の形態に係る調温装置１によれば、冷却水の噴霧と冷却ガスの噴射との相乗作用によって高温排ガスを冷却して調温する構成のため、ボイラーや予熱器等の後工程の設備構成や熱回収量等によって、適正に排ガスの温度、排ガス中の水分量を調整することができる。例えば、熱回収量が少なくて良い場合や酸露点の低い排ガスを処理する場合には、冷却水の噴霧量を多くする一方、冷却ガスの噴射量を少なくすることにより、容易に排ガスの温度を一定に調整することができるので、熱回収側の排ガス温度を適正に保つことができる。
また、上記とは逆に、熱回収量を多く必要とする場合や酸露点の高い排ガスを処理する場合には、冷却水の噴霧量を少なくすると共に、冷却ガスの噴射量を多くすれば良いものである。さらに、調温された排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように制御する場合には、総排ガス量に見合った量の冷却水を噴霧し、残りを冷却ガスにより補うようにすれば良い。
【００３４】
ところで、亜硫酸ガス（ＳＯ3 ）等の低温腐食ガスを含む高温排ガスを排出する高温ガス発生源がある。このような高温ガス発生源から排出される高温排ガスを調温する場合には、冷却ガスの噴射量を増やすと共に、冷却水の噴霧量を減らして酸露点を低く抑えることにより、効率的な熱回収が可能になる。つまり、酸露点は、排ガスに含まれている水分量と低温腐食ガス量とによって決まり、水分量または低温腐食ガス量が少なくなると低くなる。そこで、冷却水の噴霧量を減らして酸露点を低く抑えれば、熱交換器の伝熱面表面の最低温度の規制（低温酸腐食を防ぐため。）が低くなり、例えば完全対向流式の伝熱効率が優れた熱交換器を採用することがが可能になるからである。
【００３５】
また、低温腐食性ガスを含まない高温排ガスを調温する場合には、冷却水の噴霧量を多くし、冷却ガスの噴射量を少なくすることにより、下部排出ノズルから排出される調温された排ガスの排出量を少なくすることができる。つまり、低温腐食を恐れる必要がないから、酸露点を低くするために冷却ガスの噴射量を多くする必要がなく、冷却水の蒸発潜熱を活用することにより冷却ガスの噴射量を少なくすることが可能になるからである。
【００３６】
以下、本実施の形態に係る調温装置１の作用態様を説明すると、高温ガス発生源から排出され、揮発成分や溶融ダストを含む高温排ガスが排ガス導入ダクト３を介して調温塔２の上部に設けられたガス吹込み口２ａから、耐火物３ａの断熱効果により溶融ダストを固化させない所定以上の温度を保持しながら調温塔２内に吹込まれるが、上記のとおり、排ガス導入ダクト３は台形山形状に屈曲形成されていて、高温排ガスの慣性力が抑えられ、そして偏流することなく調温塔２内に吹込まれる。調温塔２内に吹込まれた高温排ガスは、上部に設けられた複数の冷却水噴霧ノズル５から噴霧される冷却水の気化により熱が奪われて温度が低下しながら下降して底部に到達すると共に、調温された排ガスが下部排出ダクト４から後工程側に排出される。
【００３７】
冷却水噴霧ノズル５からの冷却水の噴霧と平行して第１段・２段冷却ガス噴射ノズル６，７から冷却ガスが噴射されるが、冷却水は吹込まれた高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって噴射されるから、噴射された冷却ガスは噴霧される冷却水により影響を受けることなく下向き旋回ガス流になって、調温塔２の内壁を覆うこととなる。そして、高温排ガスのガス流の温度は下降するにつれて低下し、この高温ガス中の揮発・溶融ダスト成分が固化するが、冷却ガスの下向き旋回ガス流により、排ガスと調温塔２の内壁との直接接触が阻まれるから、固化した揮発・溶融ダスト成分が調温塔２の内壁に付着するようなことがなく、そして、例え排ガスが調温塔２の内壁に接近したとしても、冷却ガスにより揮発・溶融ダスト成分がさらに冷却されるから、固化した揮発・溶融ダスト成分が内壁に付着するようなことがない。
【００３８】
上記のとおり、第１段・２段冷却ガス噴射ノズル６，７が設けられており、大量の高温排ガスを処理する場合でも、固化した揮発・溶融ダスト成分の調温塔２の内壁への付着を防止しながら、効果的に高温排ガスを冷却することができるから、調温塔２の小型化に寄与することができる。そして、上段側の第１段冷却ガス噴射ノズル６から、第段冷却ガス噴射ノズル７よりも多量の冷却ガスを噴射することにより、一番高温であって、かつ揮発・溶融ダスト成分が多く含まれている吹込まれた高温排ガスのガス流が流れる調温塔２の上部内壁部分が大量の冷却ガスで覆われるため、この上部内壁部分への固化した揮発・溶融ダスト成分の付着が確実に防止されるのに加えて、安易に排ガスの量を増大させることなく、排ガスの排出量を適切にすることができるから、後工程側の設備の大型化を防止することができる。
【００３９】
さらに、冷却水の噴霧量と冷却ガスの噴射量との調整により調温された排ガスの流量と温度とが共に一定になるように調整されるから、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、安易に排ガス量の増大を来すことがなく、排ガスの排出量を適切にすることができ、後工程側の設備の大型化を防止することができる。また、調温された排ガスの量と水分含有量とが一定になるように制御することにより、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、後工程におけるダクトや熱交換器への付着や酸による腐食が防止される。
【００４０】
例えば、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する図示しない還元金属製造設備から排出され、揮発成分や溶融ダストが特に大量に含まれている高温排ガスの調温に適用すると、固化した揮発成分や溶融ダストの付着防止効果が特に顕著である。
【００４１】
つまり、本実施の形態に係る調温装置１によれば、高温排ガスをパージガスとして吹込んで旋回させる従来例１よりも、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストを十分冷却することができ、調温塔の内壁への付着防止効果が優れている。そして、内壁に沿って水を流下させる構成でなく、冷却水は蒸発して排ガスと共に排出されるから、水溶性成分を処理する水処理設備は不必要である。
また、高圧流体を噴射する従来例２のように、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストそのものが調温塔の内壁に付着するようなことがない。
【００４２】
また、産業廃棄物の直接溶融炉等、金属を含むような廃棄物を焼却・溶融処理する設備のように、鉛、亜鉛等の低融点物質が多く含まれている高温排ガスに対しても、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として、１０００℃以上の高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を得る還元金属製造設備から排出され、揮発・溶融ダスト成分を大量に含む高温排ガスに対しても、調温塔の内壁へのダストの付着を防止しながら、しかも効果的に調温することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本実施の形態に係る調温装置によって、還元金属製造設備から排出される高温排ガスを調温した実施例を、その温度分布説明図の図４を参照しながら説明すると、図示しない還元金属製造設備から排出される高温排ガスには、大量の揮発・溶融ダスト成分（鉛、亜鉛とその酸化物）が含まれている。そして、この高温排ガスの温度は７００〜１４００℃である。また、調温塔２に吹込む前に、ＣＯを完全燃焼させた高温排ガスの成分はＣＯ2 ；２０容積％、Ｎ2 ；６７．３容積％、Ｈ2 Ｏ；１１．８容積％、Ｏ2 ；０．３容積％である。
【００４４】
このような高温排ガスは、後工程の機器の種類によって３５０〜６００℃に調温される。より具体的には、熱回収量が少なくて良い場合やダストの融点／軟化点が低い場合、下部排出ダクト４から排出される排ガスを通常のバグフィルターで処理する場合等では３５０℃の低温側の温度になるように、また多量の熱回収が必要な場合やダストの融点／軟化点が高い場合、ボイラーへの供給や高温バグフィルターで処理する場合等では６００℃の高温側の温度になるように調温されるものである。
【００４５】
冷却ガスとしては、下部排出ダクト４から排出される調温された排ガスの温度以下、または揮発・溶融ダスト成分の軟化点／溶融点以下であれば良く、揮発・溶融ダスト成分を含まないものである。例えば、空気、窒素、不活性ガスや前記下部排出ダクト４から排出され、バグフィルターで処理されたガスを用いることができ、また高温ガス発生源が還元金属製造設備や廃棄物処理設備であれば原料乾燥工程から排出されるガスを冷却ガスとして用いることができ、さらに焼却炉、溶融炉や還元金属製造設備や廃棄物処理設備等に用いられる燃焼用空気や２次燃焼用空気等を冷却ガスとして用いることができる。
【００４６】
この実施例では、冷却ガスとして常温の空気を用い、第１段冷却ガス噴射ノズル６から３７０ｍ3 ／ｍｉｎの空気を２０ｍ／ｓの流速で、また第２段冷却ガス噴射ノズル７から３５０ｍ3 ／ｍｉｎの空気を２０ｍ／ｓの流速で噴射すると共に、冷却水噴霧ノズル５から６５ｄｍ3 ／ｍｉｎの冷却水を噴霧した。その結果、排ガス導入ダクト３に流入する１１３３℃の高温排ガスが効果的に調温されて、下部排出ダクト４から４５０℃の調温された排ガスが排出された。第１段冷却ガス噴射ノズル６や第２段冷却ガス噴射ノズル７から噴射されて旋回ガス流になっている調温塔２の内壁に近接した部分は上下に渡り高温排ガスがそれぞれ効果的に冷却されて、４００〜４２０℃になっており、しかも冷却空気の下向きの旋回ガス流が乱れていないことが示されている。なお、冷却ガスの噴射速度は１８ｍ／ｓ以上が好ましく、より好ましくは２０ｍ／ｓ以上である。
【００４７】
また、還元金属製造設備から排出される高温排ガス中に、０〜２容積％程度のＣＯが含まれている場合であっても、第１段・２段冷却ガス噴射ノズル６，７から噴射される常温の空気により燃焼し、可燃性ガスが大気中に放出されるようなことがなく、環境汚染防止に対しても優れていることが判った。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１乃至９に係る調温装置または請求項１０乃至１３に係る高温排ガスの調温方法によれば、調温塔に吹込まれる高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水が噴霧されると共に、調温塔の内壁に沿って冷却ガスが噴射されるので、高温排ガスや揮発・溶融ダストが効果的に冷却されて、揮発・溶融ダストは固化する。しかしながら、冷却水の噴霧により乱されることなく調温塔の内壁に沿って流れる冷却ガスのガス流によって調温塔の内壁が高温排ガスから遮られていて、固化した揮発・溶融ダストが、例え調温塔の内壁に付着しようとしても冷却ガスのガス流により吹き飛ばされ、内壁面にしないばかりか、または既に揮発・溶融ダストが固化しているので、調温塔の内壁に付着するようなことがない。
【００４９】
従って、高温排ガスをパージガスとして吹込んで旋回させる従来例１よりも、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストを十分冷却することができ、調温塔の内壁への付着防止効果が優れている。そして、内壁に沿って水を流下させる構成でなく、冷却水は蒸発して排ガスと共に排出されるから、水溶性成分を処理する水処理設備は不必要になる。また、高圧流体を噴射する従来例２のように、高温排ガスに含まれている揮発成分や溶融ダストそのものが調温塔の内壁に付着するようなことがない。
【００５０】
本発明の請求項３に係る調温装置によれば、調温塔に設けられた２段以上の拡大段部に冷却ガス噴射手段が設けられており、本発明の請求項４に係る調温装置によれば、冷却ガスが調温塔の内壁に沿う下向きの旋回ガス流になるので、冷却ガスのガス流により調温塔の内壁の広範囲を覆い、高温排ガスとの直接接触を効果的に防止することができる。
【００５１】
本発明の請求項５に係る調温装置によれば、上段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段から、下段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスが噴射されるため、調温塔のガス吹込み口の近傍の内壁が多量の冷却ガスのガス流により覆われ、吹込み直後の高温排ガスに含まれている多量の揮発・溶融ダスト成分が固化ても、これらが調温塔のガス吹込み口の近傍の内壁に付着使用とするのを効果的に防止することができる。
【００５２】
本発明の請求項６に係る調温装置、または本発明の請求項１０に係る高温排ガスの調温方法によれば、調温されて排出される排ガスの量と温度とが一定になるように制御されるから、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、安易に排ガス量の増大を来すことがなく、排ガスの排出量を適切にすることができ、後工程側の設備の大型化を防止することができる。
【００５３】
本発明の請求項７に係る調温装置、または本発明の請求項１１に係る高温排ガスの調温方法によれば、調温されて排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように制御されるので、後工程において排ガスを安定的に処理することができるのに加えて、後工程における飛灰やダスト成分のダクトや熱交換器への付着や酸による腐食を防止することができる。
【００５４】
本発明の請求項８に係る調温装置、または本発明の請求項１２に係る高温排ガスの調温方法によれば、この排ガス導入ダクトの曲部により高温排ガスの慣性力が抑えられ、調温塔のガス吹込み口から吹込まれた時の偏流が防止されるから、調温装置内での冷却効果を低下させることなく、調温塔の内壁に沿って流れる冷却ガスのガス流の乱れを防止することができる。
【００５５】
本発明の請求項９に係る調温装置、または本発明の請求項１３に係る高温排ガスの調温方法によれば、還元金属製造設備からは大量の揮発・溶融ダスト成分を含む高温排ガスが排出されるが、これら揮発・溶融ダスト成分は冷却水の噴霧と冷却ガスの噴射とにより効果的に冷却して固化させ、そして固化した大量の揮発、溶融ダスト成分の調温塔の内壁への付着を防止しながら、高温排ガスを調温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る調温装置の主要部側面断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のＡ部詳細図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、図２（ｃ）は図１のＣ部詳細図であり、図２（ｄ）は図２（ｃ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る調温装置の排ガス導入ダクトの側面図である。
【図４】本発明の実施例に係る調温装置の温度分布説明図である。
【符号の説明】
１…調温装置
２…調温塔，２ａ…ガス吹込み口，２ｂ…ダスト排出口，２１…第１拡大段部，２２…第２拡大段部
３…排ガス導入ダクト，３ａ…耐火物，３１…上昇ダクド部，３２…水平ダクト部，３２ａ…マンホール，３３…下降ダクト部，３３ａ…垂直ダクト部
４…下部排出ダクト
５…冷却水噴霧ノズル
６…第１段冷却ガス噴射ノズル
７…第２段冷却ガス噴射ノズル
８…サイクロ減速機
９…ダストスクレーパ
Claims (13)
- 吹込まれる高温排ガスが適切な温度になるように調温し、調温された排ガスを後工程側に排出する調温塔を備えてなる調温装置において、前記調温塔に、前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段を設けると共に、この調温塔の内壁に沿って冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段を設けたことを特徴とする調温装置。
- 排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込まれ、高温ガス発生源から排出された高温排ガスを、適切な温度になるように調温し、調温された排ガスを下部排出ダクトから後工程側に排出する調温塔を備えてなる調温装置において、前記調温塔の上部に、前記ガス吹込口から吹込まれる高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧する冷却水噴霧手段を設けると共に、この調温塔の内壁に沿って下方に冷却ガスを噴射する冷却ガス噴射手段を設けたことを特徴とする調温装置。
- 前記調温塔に、前記冷却ガス噴射手段が複数配設され、下段側になるほど径が拡大する２段以上の拡大段部を設けたことを特徴とする請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- 前記冷却ガス噴射手段を、冷却ガスが前記調温塔の内壁に沿う下向き旋回ガス流になるように、この調温塔の内壁の斜め下方向に向かって冷却ガスを噴射する向きに配設したことを特徴とする請求項１，２または３のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- ２段以上の前記拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段のうち、上段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段から、下段の拡大段部に設けられた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスが噴射されるように構成したことを特徴とする請求項３または４のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- 調温されて排出される排ガスの量と温度とが一定になるように、前記冷却水の噴霧量を調整する冷却水噴霧量制御手段と、前記冷却ガスの噴射量を調整する冷却ガス噴射量制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４または５のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- 調温されて排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、前記冷却水の噴霧量を調整する冷却水噴霧量制御手段と、前記冷却ガスの噴射量を調整する冷却ガス噴射量制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４または５のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- 前記排ガス導入ダクトの前記高温ガス発生源と前記ガス吹込手段との間を、逆Ｖ字状に屈曲形成したことを特徴とする請求項２，３，４，５，６または７のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- 前記高温ガス発生源が、石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する還元金属製造設備であることを特徴とする請求項２，３，４，５，６，７または８のうちの何れか一つの項に記載の調温装置。
- 下段側になるほど径が拡大する２以上の拡大段部を備えた調温塔内に、高温ガス発生源から排出される高温排ガスを排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込み、吹込まれた高温排ガスを適切な温度になるように調温した後、下部排出ダクトから後工程側に排出する高温排ガスの調温方法であって、前記調温塔の上部から前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧し、前記調温塔の拡大段部の上段側に設けた冷却ガス噴射手段から、下段側に設けた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスを、この調温塔の内壁に沿う旋回ガス流になるように斜め下方に噴射すると共に、調温されて前記下部排出ダクトから排出される排ガスの量と温度とが一定になるように、前記冷却ガスの噴射量と冷却水の噴霧量とを調整することを特徴とする高温排ガスの調温方法。
- 下段側になるほど径が拡大する２以上の拡大段部を備えた調温塔内に、高温ガス発生源から排出される高温排ガスを排ガス導入ダクトを介して上部に設けたガス吹込口から吹込み、吹込まれた高温排ガスを適切な温度になるように調温した後、下部排出ダクトから後工程側に排出する高温排ガスの調温方法であって、前記調温塔の上部から前記高温排ガスのガス流のほぼ中心に向かって冷却水を噴霧し、前記調温塔の拡大段部の上段側に設けた冷却ガス噴射手段から、下段側に設けた冷却ガス噴射手段よりも多量の冷却ガスを、この冷却塔本体の内壁に沿う旋回ガス流になるように斜め下方に噴射すると共に、調温されて前記下部排出ダクトから排出される排ガスの温度と水分含有量とが一定になるように、前記冷却ガスの噴射量と冷却水の噴霧量とを調整することを特徴とする高温排ガスの調温方法。
- 前記ガス吹込口から前記調温塔内に高温ガス発生源から排出される高温排ガスを吹込むに際して、一旦斜め上方に上昇させると共に、途中において斜め下方に下降させることを特徴とする請求項１０または１１のうちの何れか一つの項に記載の高温排ガスの調温方法。
- 石炭等の炭素還元剤と鉄鉱石等の酸化金属や酸化金属を含む廃棄物を原料として高温で還元し、または還元・溶融して還元鉄等を製造する還元金属製造設備である高温ガス発生源から排出される高温排ガスを、前記ガス吹込口から前記調温塔内に吹込むことを特徴とする請求項１０，１１または１２のうちの何れか一つの項に記載の高温排ガスの調温方法。
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