JP5749206B2

JP5749206B2 - 減温塔

Info

Publication number: JP5749206B2
Application number: JP2012066072A
Authority: JP
Inventors: 務原崎; 哲夫針井; 暢基伊藤; 健司藤田; 定典石原; 晶恵
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP2013195039A

Description

本発明は、減温塔に関する。

従来、例えば廃棄物処理設備等で発生したガスの温度を低下させるためのものとして、減温塔が用いられている。このような減温塔は、下記特許文献１にされているように、塔内を流れるガスに対してノズルから液滴を噴霧し、当該ガスの温度を所定の値まで低下することが図られている。

特開平１０−２１６４５１号公報

ここで、上記減温塔では、例えば塔内においてガス流速分布の偏りであるガス偏流が生じる場合、ガス温度分布が不均一な状態となり、噴霧された液滴の一部が完全蒸発されないおそれがある。この場合、流通するガスの一部が十分に冷却される前に塔外へ流出し、所定のガス冷却性能を発揮できないという問題がある。

そこで、本発明は、ガス温度分布が不均一な状態においても所定のガス冷却性能を得ることが可能な減温塔を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る減温塔は、筒状形状を有し、内部を流通するガスの温度を低下させるための減温塔であって、ガスが流通される本体筒と、本体筒において軸方向に互いに等しい位置に設けられ、ガスに液滴を噴霧する複数のノズルと、を備え、複数のノズルは、本体筒内における所定温度よりも高い温度領域に対応する位置に配置され、噴霧水量が基準水量よりも多くなるように構成された第１ノズルと、本体筒内における所定温度よりも低い温度領域に対応する位置に配置され、噴霧水量が基準水量よりも少なくなるように構成された第２ノズルと、を有していること、を特徴とする。

この減温塔では、本体筒内において、高い温度領域に対しては噴霧水量を増やす一方で低い温度領域に対しては噴霧水量を減らすことができる。これにより、本体筒内のガス温度分布の如何にかかわらず、噴霧された液滴を好適に完全蒸発させることが可能となる。すなわち、ガス温度分布が不均一な状態においても、所定のガス冷却性能を得ることが可能となる。

また、複数のノズルは、その配置位置に基づいて複数のグループに分けられていると共に、当該複数のグループごとに噴霧水量が異なるように構成されていることが好ましい。この場合、所定のガス冷却性能を得るという上記作用効果を、効率よく発揮することができる。

また、複数のノズルは、噴霧水量が第１ノズルの噴霧水量よりも少なく且つ第２ノズルの噴霧水量よりも多くなるように構成された第３ノズルをさらに有すると共に、第１ノズルを複数含む第１グループ、第２ノズルを複数含む第２グループ、及び、第３ノズルを複数含む第３グループに少なくとも分けられている場合がある。

また、複数のノズルは、噴霧水量が可変とされており、ガスを本体筒から流出させる流出口部と、流出口部に設けられ、ガスの温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出されたガス温度に基づいて、複数のノズルの噴霧水量を制御する制御部と、を備え、制御部は、温度センサによりガス温度の変化が検出されたとき、第１ノズルの噴霧水量を基準水量よりも多くさせると共に、第２ノズルの噴霧水量を基準水量よりも少なくさせることが好ましい。この場合、所定のガス冷却性能が得られるように第１及び第２ノズルの噴霧水量が制御されることになる。

また、本体筒のガス上流側に設けられた導入筒と、導入筒の側方に設けられ、ガスを内部に流入させる流入口部と、本体筒のガス上流側にて導入筒に連通して設けられ、当該導入筒に対し流路面積が大きくなるように拡がる拡大部と、を備えたことが好ましい。この場合、本体筒内におけるガス温度分布が不均一な状態になり易いことから、所定のガス冷却性能を得るという上記作用効果は顕著となる。

また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、複数のノズルでは、噴霧される液滴の総水量が一定量を保つように、第１ノズルにおける噴霧水量が基準水量よりも多く、且つ第２ノズルにおける噴霧水量が基準水量よりも少なくされている構成が挙げられる。

本発明によれば、ガス温度分布が不均一な状態においても所定のガス冷却性能を得ることが可能な減温塔を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る減温塔を示す概略斜視図である。図１のII−II線に沿っての断面図である。図１の減温塔におけるノズルを説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、「上」、「下」の語は鉛直方向の「上方」、「下方」に対応するものである。また、「正面」、「背面」の語は図面の状態に基づいており便宜的なものである。

図１は一実施形態に係る減温塔を示す概略斜視図であり、図２は図１のII−II線に沿っての断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の減温塔１は、塔内部を流通する高温のガスの温度を所定値まで低下させる冷却装置（冷却塔）であり、例えばセメント製造設備や廃棄物処理設備等において設置されている。

この減温塔１は、筒状形状を有しており、ここでは、直径数ｍの配管形状を呈している。減温塔１は、導入筒２、本体筒３及びノズル４を備えている。導入筒２は、減温塔１において上端部（ガス流路の上流側）を構成するものであり、その内部にてガスを流通させる。この導入筒２は、上方が閉塞され軸Ｇを中心軸として含む有底円筒状を呈している。導入筒２の壁部は、外壁２１及び内壁２２を含んで形成されており、内壁２２は、高温に耐久性を有する耐火キャスタ等の耐火物（以下、単に「耐火物」という）で形成されている。

この導入筒２の側方（つまり、外周壁の一部分）には、円筒状の流入口部５が接続されている。流入口部５は、ガスを導入筒２内へ流入させるものであり、その内部が導入筒２内部と連通して設けられている。ここでの流入口部５は、水平方向に対しガス下流側に行くに従い上方に傾斜するように延在している。

本体筒３は、導入筒２のガス下流側に連続するように設けられており、その内部にてガスを流通させる。この本体筒３は、下方にはホッパ１０が設けられており、軸Ｇを中心軸として含む円筒状を呈している。本体筒３は、導入筒２よりも広い流路面積を有しており、その内径が導入筒２の内径よりも大きくされている。本体筒３の壁部は、外壁３１及び内壁３２を含んで形成されており、内壁３２は、耐火物で形成されている。なお、流路面積は、軸Ｇ方向と直交する面上での流路面積を意図している。

この本体筒３における上端部であるガス上流側には、導入筒２に連通する拡大部６が設けられている。拡大部６は、導入筒２に対しガス下流側に向かって流路面積が大きくなるよう拡がる部位である。具体的には、拡大部６の内径は、ガス下流側に行くに連れて導入筒２の内径よりも徐々に（連続的に）大きくなるよう構成されている。

一方、本体筒３のガス下流側の側方には、円筒状の流出口部７が接続されている。流出口部７は、ガスを本体筒３外へ流出させるものであり、その内部が本体筒３内部と連通して設けられている。ここでの流出口部７は、水平方向に対しガス下流側に行くに従い上方に傾斜するように延在している。この流出口部７には、ガス温度を検出する温度センサ８が設けられている。

ノズル４は、本体筒３内を流通するガスに液滴を噴霧するものであり、ここでは、微粒化した水滴を噴射する。ノズル４は、本体筒３の上端部であって拡大部６よりも下方側（拡大部６に対し所定長ガス下流側）に、径方向内側に液滴を噴霧可能な向きで複数設けられている。これら複数のノズル４は、軸Ｇ方向に互いに等しい位置に設けられている。具体的には、複数のノズル４は、本体筒３において、軸Ｇ方向における互いに同じ高さ位置で、且つ周方向における１２等配の位置に並設されている。

これら複数のノズル４は、その噴霧水量（体積流量又は質量流量）が可変とされており、制御部９により噴霧水量が制御可能に構成されている。制御部９は、温度センサ８により検出されたガス温度に基づいて、複数のノズル４の噴霧水量を制御する。ここでの制御部９は、後述するように、温度センサ８によりガス温度の変化が検出されたとき、第１ノズル４ａ（図３参照）の噴霧水量を基準水量よりも多くさせると共に第２ノズル４ｂ（図３参照）の噴霧水量を基準水量よりも少なくさせる噴霧水量制御を実行する。

図３（ａ）は図１のノズルを説明するための図２のIII−III線に沿っての概略図であり、図３（ｂ）はノズルの噴霧水量を説明するためのグラフである。図中においては、便宜上、複数のノズル４について周方向に沿った順に番号を付加しており、符号に付される数字が当該番号に対応する。図３に示すように、本実施形態の複数のノズル４_１〜４_１２は、その周方向の配置位置に基づいてグループ化されて構成されており、第１〜第３ノズル４ａ〜４ｃを備えている。

第１ノズル４ａは、導入筒２の流入口部５が設けられた側方（以下、「流入側方」という）に対し反対側の側方（以下、「反対側方」という）側に設けられている。換言すると、本体筒３を上方（軸Ｇ方向）から見て、流入口部５によるガス流入方向を基準に側面を４つの側方向に均等に分けて捉えたとき、流入側方に対向する反対側方サイドに配置されるように、周方向に互いに隣接する３つのノズル４_７〜４_９が第１ノズル４ａとして設けられている。この第１ノズル４ａは、第１グループのノズル４を構成する。

また、ここでの本体筒３内における反対側方側は、ガス流速が速くてガス温度が所定温度よりも高い側の温度領域である。よって、第１ノズル４ａは、ガス温度が所定温度よりも高い温度領域に対応する位置に配設されることになる。なお、所定温度としては、例えば、本体筒３内のガス温度分布に基づき定まる値であってもよいし、当該ガス温度分布の平均値であってもよい。所定温度は、例えば仕様、計算又は実測等により定められてもよく、また、一定の温度幅を有するものでもよい（以下、同じ）。

第２ノズル４ｂは、流入側方側に設けられている。換言すると、本体筒３を上方から見て、流入口部５によるガス流入方向を基準に側面を４つの側方向に均等に分けて捉えたとき、流入側方サイドに配置されるように、周方向に互いに隣接する３つの４_１〜４_３が第２ノズル４ｂとして設けられている。この第２ノズル４ｂは、第２グループのノズル４を構成する。ここでの本体筒３内における流入側方側は、ガス流速が遅くてガス温度が所定温度よりも低い側の温度領域である。よって、第２ノズル４ｂは、ガス温度が所定温度よりも低い温度領域に対応する位置に配設されることになる。

第３ノズル４ｃは、反対側方と隣り合う一の側方側である正面側方（以下、単に「正面側方」という）側と、反対側方と隣り合う（換言すると、正面側方に対し反対側の）他の側方側である背面側方（以下、単に「背面側方」という）側と、に設けられている。換言すると、本体筒３を上方から見て、流入口部５によるガス流入方向を基準に側面を４つの側方向に均等に分けて捉えたとき、正面側方サイドに配置されるように、周方向に互いに隣接する３つの４_１０〜４_１２が第３ノズル４ｃとして設けられていると共に、背面側方サイドに配置されるように、周方向に互いに隣接する３つの４_４〜４_６が第３ノズル４ｃとして設けられている。この第３ノズル４ｃは、第３グループのノズル４を構成する。

これら複数のノズル４_１〜４_１２は、複数のグループごとに噴霧水量が異なるよう構成されている。具体的には、第１ノズル４ａは、制御部９による噴霧水量制御の実行時において、噴霧水量が基準水量Ｑ_０に対し増加量ΔＨだけ増加される。つまり、第１ノズル４ａは、噴霧水量が基準水量Ｑ_０よりも多くなるように構成されている。

第２ノズル４ｂは、制御部９による噴霧水量制御の実行時において、噴霧水量が基準水量Ｑ_０に対し減少量ΔＤだけ減少される。つまり、第２ノズル４ｂは、噴霧水量が基準水量Ｑ_０よりも少なくなるように構成されている。第３ノズル４ｃは、噴霧水量が基準水量Ｑ_０とされている。つまり、第３ノズル４ｃは、噴霧水量が第１ノズル４ａの噴霧水量よりも少なく且つ第２ノズル４ｂの噴霧水量よりも多くなるように構成されている。

なお、基準水量Ｑ_０としては、例えば、通常時に噴霧される水量であってもよく、仕様、計算又は実測等により定められてもよく、一定の水量幅を有するものでもよい（以下、同じ）。また、増加量ΔＨ及び減少量ΔＤは、本体筒３内のガス温度分布に基づき定めることができ、例えば仕様、計算又は実測等により定められた値でもよい。ここでの増加量ΔＨ及び減少量ΔＤは、互いに等しい絶対量（絶対値）とされており、これにより、制御部９による噴霧水量制御の実行前後において、複数のノズル４から噴霧される液滴の総水量は一定量に保たれる。

以上のように構成された減温塔１では、例えば４００℃前後の温度の高温ガスが流入口部５から流入されると、このガスは、導入筒２内にて下方へ向きが変えられて下方へ流れ、拡大部６を介して本体筒３へ流通する。そして、基準水量Ｑ_０の液滴が複数のノズル４それぞれから噴霧され、これにより、当該ガスは、微粒化された液滴によって冷却されつつ下方へ流れ、規定温度（例えば１５０℃前後）のガスとなって流出口部７から外部へ流出される。

ここで、本実施形態では、流出口部７から流出されたガスの温度が一定温度とならず、例えば規定温度よりも上昇したとき、温度センサ８によりガス温度の変化が検出され、制御部９により複数のノズル４が制御されて以下の噴霧水量制御が実行（ＯＮ）状態とされる。

すなわち、第１ノズル４ａそれぞれの噴霧水量が基準水量Ｑ０に対し増加量ΔＨだけ多くされる一方、第２ノズル４ｂそれぞれの噴霧水量が基準水量Ｑ０に対し減少量ΔＤだけ少なくされる。これと共に、第３ノズル４ｃそれぞれの噴霧水量は基準水量Ｑ０のまま維持される。これにより、本体筒３内においてガス温度（ガス流量と正の相関がある）が小さい流入側方側の領域では、単位ガス流量に対する冷却水量が減らされ、液滴が蒸発しきらずに滞留することなく完全蒸発される。一方で、ガス温度（ガス流量と正の相関がある）が大きい反対側方側の領域では、単位ガス流量に対する冷却水量が大きくされ、噴霧水量が不足することなく液滴が完全蒸発される。

従って、本実施形態では、複数のノズル４について、その噴霧水量をガス温度分布に対応して変える（調整する）ことができ、ガス温度分布の如何にかかわらず、噴霧された液滴を好適に完全蒸発させることが可能となり、必要な冷却性能を達成することができる。よって、本実施形態によれば、減温塔１で生じ易い不均一なガス温度分布状態においても、所定のガス冷却性能を得ることが可能となる。

なお、減温塔１内のガス流速分布及びガス温度分布が一様になるように設計することは、流入口部５や減温塔１自体の配置制約等により通常困難とされている。よってこの点において、不均一なガス温度分布状態でも所定のガス冷却性能を得る上記作用効果は顕著となる。また、未蒸発の水滴の存在が抑制されるため、後段機器への悪影響（ダスト付着や腐食）を抑制することもできる。

また、本実施形態では、上述したように、複数のノズル４が配置位置に基づき複数のグループ（小区分）にグループ化されており、これら複数のグループごとに噴霧水量が異なるよう構成されている。これにより、上記作用効果を効率よく発揮することができる。

また、本実施形態では、上述したように、温度センサ８で検出したガス温度に基づいて複数のノズル４の各噴霧水量を制御部９により制御し、上記噴霧水量制御を実行することができる。つまり、流出口部７から流出されるガスのガス温度に応じて、所定のガス冷却性能が得られるよう複数のノズル４の噴霧水量を好適に制御可能となる。

また、本実施形態の減温塔１の構成では、本体筒３の反対側方側においてガス流速が速くなり易いことから、本体筒３内でガス偏流が生じてガス温度分布が不均一状態に特になり易いため、不均一なガス温度分布状態でも所定のガス冷却性能を得るという上記作用効果は特に有効である。

また、本実施形態の複数のノズル４では、噴霧される液滴の総水量が一定に保たれており、具体的には、第１ノズル４ａにおける噴霧水量の増加量ΔＨと第２ノズル４ｂにおける噴霧水量の減少量ΔＤとの和が０となっている。この場合、第２ノズル４ｂにて減らされた分の噴霧水量が第１ノズル４ａに廻されることとなる。よって、噴霧水量の総水量は同じにして各ノズル４に噴霧水量を分配でき、一定総水量でガスを規定温度まで確実に低下することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上記実施形態では、複数のノズル４における噴霧水量の増減をグループごとに行ったが、噴霧水量の増減は、個々のノズル４ごとに行ってもよい。また、上記実施形態は、温度センサ８及び制御部９を備えているが、これらを備えずに上記噴霧水量制御が常に実行されるよう構成してもよい。例えば、第１〜第３ノズル４ａ〜４ｃごとに噴霧に係る仕様自体を変えてもよい。

また、例えば、複数のノズル４について分けられたグループ数やグループの態様、第１〜第３ノズル４ａ〜４ｃの種類や配置位置、個数、噴霧水量、噴霧順序等は限定されるものではなく、ガスの流動や温度分布を実測又はシミュレーションすることにより適宜設定することができる。なお、本発明の適用範囲は限定されず、ガス冷却塔全般に適用することが可能である。ちなみに、上記において「等しい」は、略等しいを含み、例えば製造上又は設計上等の誤差を含んでいる。

１…減温塔、２…導入筒、３…本体筒、４，４_１〜４_１２…ノズル、４ａ…第１ノズル、４ｂ…第２ノズル、４ｃ…第３ノズル、５…流入口部、６…拡大部、７…流出口部、８…温度センサ、９…制御部。

Claims

筒状形状を有し、内部を流通するガスの温度を低下させるための減温塔であって、
前記ガスが流通される本体筒と、
前記本体筒において軸方向に互いに等しい位置に設けられ、前記ガスに液滴を噴霧する複数のノズルと、を備え、
前記複数のノズルは、
前記本体筒内における所定温度よりも高い温度領域に対応する位置に配置され、噴霧水量が基準水量よりも多くなるように構成された第１ノズルと、
前記本体筒内における所定温度よりも低い温度領域に対応する位置に配置され、噴霧水量が基準水量よりも少なくなるように構成された第２ノズルと、を有していること、を特徴とする減温塔。
前記複数のノズルは、その配置位置に基づいて複数のグループに分けられていると共に、当該複数のグループごとに噴霧水量が異なるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の減温塔。
前記複数のノズルは、
前記噴霧水量が前記第１ノズルの噴霧水量よりも少なく且つ前記第２ノズルの噴霧水量よりも多くなるように構成された第３ノズルをさらに有すると共に、
前記第１ノズルを複数含む第１グループ、前記第２ノズルを複数含む第２グループ、及び、前記第３ノズルを複数含む第３グループに少なくとも分けられていること、を特徴とする請求項２記載の減温塔。
前記複数のノズルは、噴霧水量が可変とされており、
前記ガスを前記本体筒から流出させる流出口部と、
前記流出口部に設けられ、前記ガスの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出されたガス温度に基づいて、前記複数のノズルの噴霧水量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度センサにより前記ガス温度の変化が検出されたとき、前記第１ノズルの噴霧水量を基準水量よりも多くさせると共に、前記第２ノズルの噴霧水量を基準水量よりも少なくさせること、を特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の減温塔。
前記本体筒のガス上流側に設けられた導入筒と、
前記導入筒の側方に設けられ、前記ガスを内部に流入させる流入口部と、
前記本体筒のガス上流側にて前記導入筒に連通して設けられ、当該導入筒に対し流路面積が大きくなるように拡がる拡大部と、を備えたこと、を特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の減温塔。
前記複数のノズルでは、噴霧される液滴の総水量が一定量を保つように、前記第１ノズルにおける噴霧水量が基準水量よりも多く、且つ前記第２ノズルにおける噴霧水量が基準水量よりも少なくされていること、を特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の減温塔。