JP7132750B2

JP7132750B2 - 排ガスの洗浄冷却方法及び排ガスの洗浄冷却設備

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Publication number: JP7132750B2
Application number: JP2018105341A
Authority: JP
Inventors: 晋哉佐藤; 洋平神野; 裕史千田
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2022-09-07
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: JP2019211120A

Description

本発明は、排ガスの洗浄冷却方法及び排ガスの洗浄冷却設備に関する。

非鉄製錬設備における硫化鉱の燃焼により排出されるＳＯ_２ガスは、予冷塔、洗浄塔、冷却塔等の洗浄冷却塔やミストコットレル等の集塵装置を用いて精製された後、硫酸製造工程へ送られる。洗浄冷却塔では、洗浄冷却水を噴射ノズルからスプレーしてＳＯ_２ガス中に含まれるＳｅ、Ｐｂ等の不純物を除去し、洗浄冷却水中に捕集するとともに、ＳＯ_２ガスの冷却を行っている。なお、噴射ノズルから噴射される洗浄冷却水はＳＯ_３ガスを捕集しながら循環使用されるので次第に酸性（循環酸）となる。

洗浄冷却塔の内壁は高温乾燥と低温湿潤が繰返されるためレンガ構造が劣化しやすいことから、特許文献１では、このような非鉄製錬設備の洗浄冷却塔内壁の劣化を抑制し、塔本体の寿命を延長し、洗浄冷却スプレー装置のメンテナンスが容易な排ガス洗浄冷却塔を開示している。

特許第４５２２８９５号公報

一方、洗浄冷却水（循環酸）中に捕集された不純物はＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄｓ）となり、このＳＳの一部が洗浄塔や冷却塔の下部に堆積し、また別の一部が噴射ノズル、プレートクーラ、冷却塔充填物及び洗浄冷却水配管（循環酸配管）などの洗浄冷却水（循環酸）の循環設備に蓄積する。このように、噴射ノズル、プレートクーラ、冷却塔充填物及び循環酸配管にＳＳが蓄積することは、循環使用される洗浄冷却水通路の閉塞を引き起こし、設備能力の低下の主原因になる。

例えば、洗浄冷却水（循環酸）にＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄｓ）が混入すると、操業中に噴射ノズルが閉塞して噴射流量が低下する。特に、排ガスの温度が最も高い予冷塔に搭載された噴射ノズルに閉塞が生じると、予冷塔の冷却不足に起因した系内温度上昇が生じ、レンガライニング、目地の溶損、ひいては塔本体の腐食（漏酸）などのトラブルを招くことになる。従来はオペレータ等が定期的に（月に１回の頻度で）噴射ノズルのメンテナンスを行っていたが、トラブルを回避するためにはメンテナンスの頻度を大幅に向上させる必要があった。また、プレートクーラがＳＳにより閉塞すると出口側のガス温度が上昇し、導入ファン吸引ガス量の低下を招くという問題があった。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、噴射ノズルや配管等の洗浄冷却設備のメンテナンスを適切なタイミングで行い塔内壁の損耗を防止することが可能な排ガスの洗浄冷却方法及び排ガスの洗浄冷却設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、製錬炉から排出された排ガスを、洗浄冷却水を噴射する噴射ノズルを複数備えた洗浄冷却塔へ導入し、前記噴射ノズルから洗浄冷却水を噴射して前記排ガスを冷却すると共に不純物を洗浄除去する洗浄冷却設備における排ガスの洗浄冷却方法において、前記洗浄冷却塔の予冷塔に配置された前記噴射ノズルは、当該予冷塔の内壁の円周方向に沿って前記洗浄冷却水を噴射して前記内壁面全体に均一な水層による濡れ壁を形成するものであり、前記噴射ノズルへ前記洗浄冷却水を供給するための洗浄冷却水配管又はその母管の少なくとも一方に設けられた流量計によって、前記噴射ノズルへ供給される前記洗浄冷却水の流量の変化を計測すると共に、前記予冷塔の内壁に設けられた壁面温度計によって前記内壁の温度変化を計測することにより、前記濡れ壁の状態を監視することを特徴とする。

上記課題を解決するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排ガスの洗浄冷却方法において、前記濡れ壁を形成する前記噴射ノズルの個数は複数であり、前記流量計の設け先は、複数の前記噴射ノズルのそれぞれに前記洗浄冷却水を供給するための洗浄冷却水配管の母管である、
ことを特徴とする。

上記課題を解決するため請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排ガスの洗浄冷却方法において、前記洗浄冷却塔は、前記予冷塔、洗浄塔及び冷却塔によって構成され、前記冷却塔に配置された前記噴射ノズルは、プレートクーラで冷却された循環使用される洗浄冷却水（以下、「循環酸」という。）を噴射するものであり、前記噴射ノズルへ前記循環酸を供給するための循環酸配管に流量計を設けることにより、前記噴射ノズルから噴射される前記循環酸の流量変化を計測して、前記冷却塔の洗浄冷却の状態を監視することを特徴とする。

上記課題を解決するため請求項４に記載の発明は、製錬炉から排出された排ガスを、洗浄冷却水を噴射する噴射ノズルを複数備えた洗浄冷却塔へ導入し、前記噴射ノズルから洗浄冷却水を噴射して前記排ガスを冷却すると共に不純物を洗浄除去する洗浄冷却設備であって、前記洗浄冷却塔の予冷塔に配置され、当該予冷塔の内壁の円周方向に沿って前記洗浄冷却水を噴射して前記内壁面全体に均一な水層による濡れ壁を形成する噴射ノズルと、前記噴射ノズルへ前記洗浄冷却水を供給するための耐熱ＰＶＣ製の洗浄冷却水配管と、前記洗浄冷却水配管又はその母管の少なくとも一方に設けられた流量計と、前記予冷塔の内壁に設けられた壁面温度計と、を備え、前記流量計によって、前記噴射ノズルへ供給される前記洗浄冷却水の流量の変化を計測すると共に、前記壁面温度計によって前記内壁の温度変化を計測することにより、前記濡れ壁の状態を監視できるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る排ガスの洗浄冷却方法及び洗浄冷却設備によれば、噴射ノズルへ前記洗浄冷却水（循環酸）を供給するための洗浄冷却水配管（循環酸配管）に流量計を設けることとしたので、噴射ノズルから噴射される洗浄冷却水（循環酸）の流量の変化を間接的に計測することができ、流量計が高温に晒されるのを防ぎつつ、洗浄冷却塔の洗浄冷却の状態を監視することができる。また、噴射ノズルがＳＳによって閉塞が生じた場合には噴射ノズルの噴射流量が低下することが予想されるので、（循環酸）の流量の変化から、噴射ノズルの閉塞の有無を検知することができる。そこで管理者は、洗浄冷却水（循環酸）の流量の変化を検知したタイミングで噴射ノズルや洗浄冷却水配管（循環酸配管）等のメンテナンスを行うことで、洗浄冷却塔の洗浄冷却不足を防ぎ、洗浄冷却不足による温度上昇等に起因した洗浄冷却塔の内壁の損耗を回避することが可能となる。また、洗浄冷却水（循環酸）の流量の変化を検知していない場合には管理者が噴射ノズルや洗浄冷却水配管（循環酸配管）等のメンテナンスの時期を先延ばしすることも可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る洗浄冷却設備の概略構成を示す説明図である。図２は、予冷塔の構成を示す縦断面図である。図３は、予冷塔の噴射ノズル２０－３の配置関係を示す横断面図である。図４は、予冷塔の噴射ノズル２０－４の配置関係を示す横断面図である。図５は、予冷塔の噴射ノズル２０－５の配置関係を示す横断面図である。図６は、予冷塔の噴射ノズル２０－８の配置関係を示す横断面図である。図７は、洗浄塔の構成を示す縦断面図である。図８は、洗浄塔の噴射ノズル３０－３の配置関係を示す横断面図である。図９は、洗浄塔の噴射ノズル３０－４の配置関係を示す横断面図である。図１０は、冷却塔の構成を示す縦断面図である。図１１は、冷却塔の噴射ノズル４０－３、４０－４の配置関係を示す横断面図である。図１２は、噴射ノズルへ冷却水を供給する配管及び流量計の設置先を示す説明する配管図である。図１３は、伝搬時間差式流量計の原理を示す説明図である。図１４は、ドップラー式流量計の原理を示す説明図である。図１５は、予冷塔の噴射ノズル２０－３、２０－４、２０－５の流量の時間変化を示すグラフである。

［実施形態］
以下、本発明に係る排ガスの洗浄冷却方法及び排ガスの洗浄冷却設備について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。

［洗浄冷却設備の構成］
先ず、本実施形態に係る洗浄冷却設備の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係る洗浄冷却設備の概略構成を示す説明図である。図示されるとおり、洗浄冷却設備１は、自溶炉や転炉等の製錬炉での硫化鉱の燃焼により排出されたＳＯ_２ガスを含む排ガス（以下、「ＳＯ_２ガス」という。）を、洗浄冷却塔において洗浄冷却する設備である。洗浄冷却塔は、予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４を備えて構成され、予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４にはそれぞれ冷却水を噴射するスプレー装置２００、３００、４００の噴射ノズルが設けられている。そして、スプレー装置２００、３００、４００の噴射ノズルから洗浄冷却水（循環酸）を噴射してＳＯ_２ガスを冷却すると共に不純物を洗浄除去する。製錬炉から排出されたＳＯ_２ガスは、予冷塔２、洗浄塔３、冷却塔４の順に通過し、その間に、冷却、洗浄されて、硫酸製造工場（図示しない）へ送られる。この洗浄冷却設備１を通過することによりＳＯ_２ガスの温度は３００℃から４０℃へ低下する。

予冷塔２には、塔内に流入するＳＯ_２ガスに向けて洗浄冷却水（循環酸）を噴射してＳＯ_２ガスを洗浄及び冷却する複数のスプレー装置２００が備えられている。また、洗浄冷却水（循環酸）は、洗浄塔３の下部に貯留され、循環ポンプ３２を介してスプレー装置２００に供給されて循環使用される。製錬炉から排出されたＳＯ_２ガス中にはＳｅ、Ｐｂを含む粒子状の不純物が含まれており、複数のスプレー装置２００の各噴射ノズルから洗浄冷却水（循環酸）を噴射することにより、粒子状の不純物が洗浄冷却水（循環酸）に懸濁してＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄｓ）となって、洗浄塔３の下部に溜まる。

洗浄塔３にも予冷塔２と同様に、塔内に流入するＳＯ_２ガスに向けて洗浄冷却水（循環酸）を噴射してＳＯ_２ガスを洗浄及び冷却する複数のスプレー装置３００が備えられている。複数のスプレー装置３００の各噴射ノズルから洗浄冷却水（循環酸）を噴射することにより、予冷塔２内においてＳＯ_２ガス中から除去されなかった粒子状の不純物が、洗浄冷却水（循環酸）に懸濁してＳＳとなり、洗浄塔３の下部に溜まる。洗浄冷却水（循環酸）は、洗浄塔３の下部から循環ポンプ３２を介してスプレー装置３００に供給される。なお、洗浄冷却水（循環酸）は、循環ポンプ３２の圧送により、例えば８０００（Ｌ／ｍｉｎ）でスプレー装置３００へ供給される。

冷却塔４にも予冷塔２及び洗浄塔３と同様に、ＳＯ_２ガスを洗浄及び冷却する複数のスプレー装置４００が備えられている。冷却塔４には充填部４２が備えられており、複数のスプレー装置４００の噴射ノズルで充填部４２上部に噴射された洗浄冷却水（循環酸）は、充填部４２で拡散される。充填部４２下部から流入する洗浄塔３を通過したＳＯ_２ガスは、充填部４２で拡散され、充填部４２では洗浄冷却水（循環酸）によるＳＯ_２ガスの冷却が行われる。

また、冷却塔４内の洗浄冷却水（循環酸）はＳＯ_２ガス中の不純物を補足し、冷却塔４の下部に溜まる。冷却塔４の下部に溜まった洗浄冷却水（循環酸）は、プレートクーラ４４で冷却された後、洗浄冷却水配管（循環酸配管）４３を通りスプレー装置４００へ供給される。洗浄冷却水（循環酸）は、例えば９０００（Ｌ／ｍｉｎ）でスプレー装置４００へ供給される。

［予冷塔の構成］
次に、予冷塔の構成について説明する。図２は、予冷塔の構成を示す縦断面図である。図示されるとおり予冷塔２は、円筒状の胴部２Ａと、胴部２Ａの上側に設けられたスカート状の排ガス入口部２Ｂと、胴部２Ａの下部から横方向に向かって延在した円筒状の排ガス出口部２Ｃとを備えている。予冷塔２の胴部２Ａの最上段には、８本のスプレー装置２００（８本の噴射ノズル２０－３）が設けられ、胴部２Ａの次の段には、さらに８本のスプレー装置２００（８本の噴射ノズル２０－４）が設けられ、胴部２Ａの次の段には、さらに８本のスプレー装置２００（８本の噴射ノズル２０－５）が設けられ、胴部２Ａの最下段には２本のスプレー装置２００（２本の噴射ノズル２０－８）が設けられている。また、胴部２Ａの噴射ノズル２０－３が設けられた段と噴射ノズル２０－４が設けられた段との間には、１本の緊急用スプレー装置２００（１本の噴射ノズル２０－６）が設けられている。

なお、予冷塔２の内壁には耐酸性の高いカーボンレンガ、耐酸磁器レンガなどの耐酸材料が用いられ、予冷塔２の外壁は適宜に鉄壁で構成される。但し、外壁及び内壁の材料は、これに限定されることはない。例えば、カーボンレンガの代わりにフランレンガなども使用することができるし、その他種々のレンガを使用することができる。

［予冷塔の噴射ノズル２０－３］
次に、予冷塔２の噴射ノズル２０－３について説明する。図３は、予冷塔２の噴射ノズル２０－３の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、８本の噴射ノズル２０－３は、予冷塔２の内壁の円周方向にかけて等間隔で設けられている。これら８本の噴射ノズル２０－３は、予冷塔２の胴部２Ａの内壁の円周方向に沿って洗浄冷却水（循環酸）を噴射して内壁面全体に均一な水層による濡れ壁を形成する。濡れ壁用の噴射ノズル２０－３の設計流量は例えば７５Ｌ／ｍｉｎ、濡れ壁用の噴射ノズル２０－３の設計噴射角度は水平方向に４５°、垂直方向に１０°である。また、濡れ壁の厚さｔは１～５ｍｍである。

［予冷塔の噴射ノズル２０－４］
次に、予冷塔２の噴射ノズル２０－４について説明する。図４は、予冷塔２の噴射ノズル２０－４の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、８本の噴射ノズル２０－４は、予冷塔２の内壁の円周方向にかけて等間隔で設けられた冷却用の噴射ノズルである。これら冷却用の噴射ノズル２０－４の設計流量は例えば２１０Ｌ／ｍｉｎ、設計噴射角度は水平方向に９０°、垂直方向に４５°である。

［予冷塔の噴射ノズル２０－５］
次に、予冷塔２の噴射ノズル２０－５について説明する。図５は、予冷塔２の噴射ノズル２０－５の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、８本の噴射ノズル２０－５、は予冷塔２の内壁の円周方向にかけて等間隔で設けられた冷却用の噴射ノズルである。これら冷却用の噴射ノズル２０－５の設計流量は例えば２１０Ｌ／ｍｉｎ、設計噴射角度は９０°（フルコーン）である。

［予冷塔の噴射ノズル２０－８］
次に、予冷塔２の噴射ノズル２０－８について説明する。図６は、予冷塔２の噴射ノズル２０－８の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、２本の噴射ノズル２０－８は、予冷塔２の内壁に対向して設けられた冷却用の噴射ノズルである。これら冷却用の噴射ノズル２０－８の設計流量は例えば２１０Ｌ／ｍｉｎ、設計噴射角度は１２０°（フルコーン）である。

［予冷塔の噴射ノズル２０－３のメンテナンス］
次に、予冷塔２の噴射ノズル２０－３のメンテナンスについて説明する。本実施形態では、予冷塔２の８本の噴射ノズル２０－３の流量は、各配管に設けられた流量計ＳＡ、ＳＢ（後述）によって個別に監視される。少なくとも１本の噴射ノズル２０－３の流量が元の値として例えば７５Ｌ／ｍｉｎから低下して閾値例えば６０Ｌ／ｍｉｎ（水平角度４２°）を下回った場合には警報が発報され、これを契機として管理者は該当する噴射ノズル（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。

また、本実施形態では、予冷塔２の胴部２Ａの内壁の温度は、８本の噴射ノズル２０－３の近傍に個別に配置された８本の壁面温度計２１０によって監視される。８本の壁面温度計２１０は、胴部２Ａの内壁の円周方向にかけて等間隔で設けられている。少なくとも１つの壁面温度計２１０により監視される温度が例えば１１０℃を超えた場合には警報が発報され、これを契機として管理者は該当する壁面温度計２１０に近接した噴射ノズル（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。これによって、アイフランモルタルの耐熱温度１２０℃以下に内壁の温度を維持することができる。

［予冷塔の噴射ノズル２０－４、５、８のメンテナンス］
次に、予冷塔２の噴射ノズル２０－４、５、８のメンテナンスについて説明する。本実施形態では、予冷塔２の噴射ノズル２０－４、２０－５、２０－８の流量は、各配管に設けられた流量計ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ（後述）によって個別又は包括的に監視される。噴射ノズル２０－４、２０－５、２０－８の少なくとも１本の流量が元の値例えば２１０Ｌ／ｍｉｎから低下して閾値例えば１９０Ｌ／ｍｉｎ（元の流量の１割減）を下回った場合には警報が発報され、これを契機として管理者は該当する噴射ノズル（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。

また、本実施形態では、予冷塔２の出口部２Ｃの温度は、ガス温度計２２０によって監視され、監視される温度が例えば１００℃（設計値）を超えた場合には警報が発報され、これを契機として管理者は噴射ノズル２０－４、２０－５、２０－８の流量を確認し、流量が例えば１９０Ｌ／ｍｉｎを下回る噴射ノズル（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。但し、流量が例えば１９０Ｌ／ｍｉｎ以上である場合においても、管理者は流量の低い噴射ノズル（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）から順番にメンテナンスを実施することが望ましい。

［洗浄塔の構成］
次に、洗浄塔の構成について説明する。図７は、洗浄塔の構成を示す縦断面図である。図示されるとおり洗浄塔３は、円筒状の胴部３Ａと、胴部３Ａの上側に設けられたドーム状の排ガス出口部３Ｂと、胴部３１の下部から横方向に向かって延在した円筒状の排ガス入口部３Ｃとを備えている。洗浄塔３の胴部３Ａの最上段には、８本のスプレー装置３００（８本の噴射ノズル３０－３）が設けられ、胴部３Ａの最下段には、さらに８本のスプレー装置３００（８本の噴射ノズル３０－４）が設けられている。また、洗浄塔３の排ガス出口部３Ｂには、１本の緊急用のスプレー装置３００（１本の噴射ノズル３０－１０）が設けられている。

なお、洗浄塔３の内壁には耐酸性の高いカーボンレンガ、耐酸磁器レンガなどの耐酸材料が用いられ、洗浄塔３の外壁は適宜に鉄壁で構成される。但し、外壁及び内壁の材料は、これに限定されることはない。例えば、カーボンレンガの代わりにフランレンガなども使用することができるし、その他種々のレンガを使用することができる。

［洗浄塔の噴射ノズル３０－３］
次に、洗浄塔の噴射ノズル３０－３について説明する。図８は、洗浄塔の噴射ノズル３０－３の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、８本の噴射ノズル３０－３は、洗浄塔３の内壁の円周方向にかけて等間隔で設けられた冷却用の噴射ノズルである。これら８本の冷却用の噴射ノズル３０－３の設計流量は例えば２１０Ｌ／ｍｉｎ、噴射ノズル３０－３の設計噴射角度は９０°（フルコーン）である。

［洗浄塔の噴射ノズル３０－４］
次に、洗浄塔の噴射ノズル３０－４について説明する。図９は、洗浄塔の噴射ノズル３０－４の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、８本の噴射ノズル３０－４は、洗浄塔３の内壁の円周方向にかけて等間隔で設けられた冷却用の噴射ノズルである。これら８本の冷却用の噴射ノズル３０－４の設計流量は例えば２１０Ｌ／ｍｉｎ、設計噴射角度は９０°（フルコーン）である。

［洗浄塔の噴射ノズル３０－３、４のメンテナンス］
次に、洗浄塔の噴射ノズル３０－３、４のメンテナンスについて説明する。本実施形態では、洗浄塔３の１６本の噴射ノズル３０－３、３０－４の流量は、母管に設けられた１つの流量計ＳＨ（後述）によって包括的に監視される。監視される流量が元の値例えば３．４ｍ^３／ｍｉｎ（２１０Ｌ／ｍｉｎ×１６本）から低下して閾値例えば３．０ｍ^３／ｍｉｎ（１９０Ｌ／ｍｉｎ×１６本、元の流量の１割減）を下回った場合には警報が発報され、これを契機として管理者は１６本の噴射ノズル３０－３、３０－４（又はこれらを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。

また、本実施形態では、洗浄塔３の排ガス出口部３Ｂの温度は、ガス温度計３２０によって監視され、監視される温度が例えば６５℃を超えた場合には警報が発報され、これを契機として管理者は１６本の噴射ノズル３０－３、３０－４の流量（ここでは流量計ＳＨが検出する流量）を確認し、流量が例えば３．０ｍ^３／ｍｉｎを下回る場合に１６本の噴射ノズル３０－３、３０－４（又はこれらを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。但し、流量が例えば３０ｍ^３／ｍｉｎ以上である場合においても、管理者は流量の低い噴射ノズル（スプレー装置）から順番にメンテナンスを実施することが望ましい。

［冷却塔の構成］
次に、冷却塔の構成について説明する。図１０は、冷却塔の構成を示す縦断面図である。図示されるとおり冷却塔４は、円筒状の胴部４Ａと、胴部４Ａの上側に設けられたドーム状の排ガス出口部４Ｂと、胴部４Ａの下部から横方向に向かって延在した円筒状の排ガス入口部４Ｃとを備えている。冷却塔４の排ガス出口部４Ｂの最上段には、６本の冷却用スプレー４００（噴射ノズル４０－３）が設けられ、次の段には、１４本の冷却用スプレー装置４００（噴射ノズル４０－４）が設けられている。

なお、冷却塔４の内壁には耐酸性の高いカーボンレンガ、耐酸磁器レンガなどの耐酸材料が用いられ、冷却塔４の外壁は適宜に鉄壁で構成される。但し、外壁及び内壁の材料は、これに限定されることはない。例えば、カーボンレンガの代わりにフランレンガなども使用することができるし、その他種々のレンガを使用することができる。

［冷却塔の噴射ノズル４０－３、４］
次に、冷却塔４の噴射ノズル４０－３、４について説明する。図１１は、冷却塔４の噴射ノズル４０－３、４の配置関係を示す横断面図である。図示されるとおり、６本の噴射ノズル４０－３は、冷却塔４の内壁（ドーム状）の中央近傍の第一の円上に等間隔で設けられた冷却用の噴射ノズルであり、１４本の噴射ノズル４０－４は第一の円の外側の第二の円上に等間隔で設けられた冷却用の噴射ノズルである。これら２０本の冷却用の噴射ノズル４０－３、４０－４は、プレートクーラ４４で冷却された洗浄冷却水（循環酸）を冷却塔４へ噴射する。これら２０本の冷却用の噴射ノズル４０－３、４０－４の設計流量は例えば４５０Ｌ／ｍｉｎ、設計噴射角度は９０°（フルコーン）である。

［冷却塔の噴射ノズル４０－３、４のメンテナンス］
次に、冷却塔の噴射ノズル４０－３、４のメンテナンスについて説明する。本実施形態では、冷却塔４の噴射ノズル４０－３、４０－４の流量は、各配管又は母管に設けられた５つの流量計ＳＩ（後述）によって個別又は包括的に監視される。監視される流量が元の値例えば９．０ｍ^３／ｍｉｎ（４５０Ｌ／ｍｉｎ×２０本）から低下して閾値例えば８．１ｍ^３／ｍｉｎ（４００Ｌ／ｍｉｎ×２０本、元の流量の１割減）を下回った場合には警報が発報され、これを契機として管理者は噴射ノズル４０－３、４０－４（又はこれらを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。

また、本実施形態では、冷却塔４の出口部４Ｂの温度は、ガス温度計４２０（旋回翼上部に設置される）によって監視され、監視される温度が例えば４０℃以下に維持されている場合には、噴射ノズル４０－３、４０－４（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスが見送られる。一方、ガス温度計４２０によって監視される温度が例えば４０℃を超えた場合には警報が発報され、これを契機として管理者は噴射ノズル４０－３、４０－４の流量及びプレートクーラ４４の交換熱量を確認し、噴射ノズルノズル４０－３、４０－４の閉塞が疑われる場合には該当する噴射ノズル又は全ての噴射ノズル４０－３、４０－４（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスを実施する。

［閾値についての補足］
なお、本実施形態において警報を発報するか否かを判定するための閾値は、各部の設計値に依存して決まるものであるから、上述した数値はあくまでも一例に過ぎない。

［スプレー装置の構成］
次に、図３に基づきスプレー装置２００の構成について説明する。但し、以下の説明は、他のスプレー装置３００、４００についても同様に当てはまるものとする。図３に示されるスプレー装置２００は、予冷塔２の壁面を貫通するノズル装着孔２０と、ノズル装着孔２０に装着される噴射ノズル２０－３と、洗浄冷却水（循環酸）を所定の圧力及び流量で噴射ノズル２０－３へ供給する流量調整弁及び連通管１１１を備える。ノズル装着孔２０の角度は、噴射ノズル２０－３が機能を発揮できるような所定の角度に設定されている。例えば、ノズル装着孔２０の角度により、噴射ノズル２０－３の中心線（噴射方向）は、予冷塔２の中心線Ｏ１に正対する姿勢から角度α＝４５°だけ横向きに傾斜しており、これによって濡れ壁を形成するという機能を発揮することができる。なお、噴射ノズル２０－３の中心線（噴射方向）は、水平から所定角度だけ下向きに傾斜させてもよい。このようなノズル装着孔２０に対して噴射ノズル２０－３を着脱可能にしておけば、噴射ノズル２０－３（又はこれを搭載したスプレー装置の全体）のメンテナンスが容易になる。また、噴射ノズル２０－３は、樹脂で作製することが可能であり、これによってコスト削減を図ることができる。また、樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＰ、塩化ビニール、フッ素樹脂、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等を用いることができる。なお、ここでは予冷塔２の噴射ノズル２０－３の噴射方向について説明したが、予冷塔２の他の噴射ノズル２０－４、２０－５、２０－８、洗浄塔３の噴射ノズル３０－３、３０－４，冷却塔４の噴射ノズル４０－３、４０－４の各々の噴射方向は、各噴射ノズルの機能に応じて適切に設定されるものとする。

［流量計の設置先］
次に、流量計の設置先について説明する。図１２は、噴射ノズルへ冷却水を供給する配管及び流量計の設置先の配管図である。図示されるとおり本実施形態の排ガスの洗浄冷却設備１は、製錬炉から排出されたＳＯ_２ガスを洗浄冷却塔の予冷塔２へ導入し、予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４内にスプレー装置２００、３００、４００の噴射ノズル２０－３、２０－４、・・・、４０－４で洗浄冷却水（循環酸）を噴射してＳＯ_２ガスを冷却すると共に不純物を洗浄除去する。本実施形態では、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４へ洗浄冷却水（循環酸）を供給するための洗浄冷却水配管（配管、又はこれらを束ねる母管）の何れかに流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩを設けることにより、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４から噴射される洗浄冷却水（循環酸）の流量の変化を計測して、予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４の洗浄冷却の状態を監視する。

ここで、流量計ＳＡの設置先は、予冷塔２の８本の噴射ノズル２０－３に個別に連結された８本の配管の各々である。これら８つの流量計ＳＡによれば、当該８本の噴射ノズル２０－３の噴射流量の時間変化を個別に計測することができる。そして、少なくとも１本の噴射ノズル２０－３の流量が閾値を下回った場合に、該当する噴射ノズル２０－３に閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＢの設置先は、当該８本の配管へ冷却水を供給するための母管である。この流量計ＳＢは、当該８本の噴射ノズル２０－３の包括的な流量の時間変化を計測することができる。そして、包括的な流量が閾値を下回った場合に、当該８本の噴射ノズル２０－３の少なくとも１つに閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＣの設置先は、予冷塔２の８本の噴射ノズル２０－４に個別に連結された８本の配管の各々である。これら８本の流量計ＳＣによれば、当該８本の噴射ノズル２０－４の流量の時間変化を個別に計測することができる。そして少なくとも１本の噴射ノズル２０－４の流量が閾値を下回った場合に、当該噴射ノズル２０－４に閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＤの設置先は、当該８本の配管へ冷却水を供給するための母管である。この流量計ＳＤは、当該８本の噴射ノズル２０－４の包括的な流量の時間変化を計測することができる。包括的な流量が閾値を下回った場合に、当該８本の噴射ノズル２０－４の少なくとも１つに閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＥの設置先は、予冷塔２の８本の噴射ノズル２０－５に個別に連結された８本の配管の各々である。これら８つの流量計ＳＥによれば、当該８本の噴射ノズル２０－５の流量の時間変化を個別に計測することができる。そして少なくとも１本の噴射ノズル２０－５の流量が閾値を下回った場合に、当該噴射ノズル２０－５に閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＦの設置先は、当該８本の配管へ冷却水を供給するための母管である。この流量計ＳＦは、当該８本の噴射ノズル２０－５の包括的な流量の時間変化を計測することができる。包括的な流量が閾値を下回った場合に、当該８本の噴射ノズル２０－５の少なくとも１つに閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＧの設置先は、予冷塔２の２本の噴射ノズル２０－８の配管へ冷却水を供給するための母管である。この流量計ＳＧは、当該２本の噴射ノズル２０－８の包括的な流量の時間変化を計測することができる。包括的な流量が閾値を下回った場合に、当該２本の噴射ノズル２０－８の少なくとも１つに閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＨの設置先は、洗浄塔３の８本の噴射ノズル３０－３及び８本の噴射ノズル３０－４の配管へ冷却水を供給するための母管である。この流量計ＳＨは、当該８本の噴射ノズル３０－３及び８本の噴射ノズル３０－４の包括的な流量の時間変化を計測することができる。包括的な流量が閾値を下回った場合に、当該８本の噴射ノズル３０－３及び８本の噴射ノズル３０－４の少なくとも１つに閉塞が生じた旨の警報が発報される。

流量計ＳＩの設置先は、冷却塔４の２０本の噴射ノズル４０－３、４０－４の配管又はこれらを束ねる母管のうち選択された５箇所である。これら５つの流量計ＳＩは、当該２０本の噴射ノズル４０－３、４０－４の包括的な流量の時間変化を計測することができる。包括的な流量が閾値を下回った場合に、当該２０本の噴射ノズル４０－３、４０－４の少なくとも１つに閉塞が生じた旨の警報が発報される。

［流量計の仕様］
次に、流量計の仕様について説明する。表１は、流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩの各々の仕様を説明する表である。表１においては、流量計の個数、取り付け先となった配管の材質、口径、流れ方向、測定方式、設計流量を流量計ごとに示している。

表１に示されるとおり口径が比較的細い配管（口径４０Ａ～５０Ａ）に設けられる流量計ＳＡ、ＳＣ、ＳＥには伝搬時間差式流量計が用いられ、口径が比較的太い母管（口径８０Ａ～２５０Ａ）に設けられる流量計ＳＢ、ＳＤ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩにはドップラー式流量計が用いられる。なぜなら前者の伝搬時間差式流量計は、施工容易性、省スペース、超音波伝搬用グリス塗布が不要などのメリットがあるのに対して、後者のドップラー式流量計は、その原理上、スラリー濃度や配管付着物の影響を受けないので、配管の口径にかかわらず信号強度が低下しないというメリットがあるからである。なお、伝搬時間差式流量計としては例えばキーエンス社製のＦＤ－Ｑ５０Ｃを使用することが可能であり、ドップラー式流量計としては例えばＧＲＥＹＬＩＮＥＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ社製のＤＦＭ５．１を使用することが可能である。また、流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩの各々の設置先の配管は、耐熱ＰＶＣ製（ＰＶＣ：polyvinyl chloride、塩化ビニール樹脂）であり、メンテナンス性を考慮してフランジ式短管とした。このように流量計の設置先の配管を耐熱ＰＶＣ製とすることで、耐食性を維持しつつ超音波式流量計（伝搬時間差式流量計又はドップラー式流量計）の使用を可能としている。

［伝搬時間差式流量計］
次に、伝搬時間差式流量計の原理について説明する。図１３は、伝搬時間差式流量計の原理を説明する説明図である。図示されたとおり伝搬時間差式流量計５００は、センサヘッドを内側にした姿勢で配管の外周へ固定される。伝搬時間差式流量計５００には、配管内部に向けて上り超音波を発振する発振部５００Ａと、配管内の媒質（循環酸）を通過した後に配管の内壁で反射した上り超音波を受信する受信部５００Ｂと、配管内部に向けて下り超音波を発振する発振部５００Ｃと、配管内の媒質（循環酸）を通過した後に配管の内壁で反射した下り超音波を受信する受信部５００Ｄと、発振部５００Ａが上り超音波を発振するタイミング及び発振部５００Ｃが下り超音波を発振するタイミングを制御する不図示の制御部と、受信部５００Ｂが上り超音波を受信したタイミングと受信部５００Ｄが下り超音波を受信したタイミングとのずれ（伝搬時間差）を反映した信号を出力する不図示の出力部とが備えられる。

なお、上り超音波の進行方向は、媒質（洗浄冷却水）の進行方向とは反対の方向の成分を有しており、下り超音波の進行方向は、媒質（洗浄冷却水）の進行方向と同じ方向の成分を有している。発振部５００Ａから受信部５００Ｂまでの上り超音波の伝搬路の距離と、発振部５００Ｃから受信部５００Ｄまでの下り超音波の伝搬路の距離とは、互いに等しいか又は既知の関係に設定されている。媒質（洗浄冷却水）の流量が大きいとき、すなわち媒質の速度Ｖが高いときほど、伝搬時間差も大きくなる。

［ドップラー式流量計］
次に、ドップラー式流量計の原理について説明する。図１４は、ドップラー式流量計の原理を説明する説明図である。図示されたとおりドップラー式流量計６００は、センサヘッドを内側にした姿勢で配管（母管）の外周へ固定される。ドップラー式流量計６００には、配管内部に向けて所定周波数の超音波を出射する発振部６００Ａと、配管内の粒子（気泡など）で反射した当該超音波を受信する受信部６００Ｂと、受信部６００Ｂの発振周波数と受信部６００Ｂの受信周波数との差（周波数差）を反映した信号を出力する出力部とが備えられる。媒質（洗浄冷却水）の流量が大きいとき、すなわち媒質の速度Ｖが高いときほど、周波数差も大きくなる。

［実施形態の効果］
以上説明したとおり、本実施形態に係る排ガスの洗浄冷却方法及び洗浄冷却設備によれば、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４（これらの噴射ノズルには予冷塔２の噴射ノズル２０－３、２０－４、２０－５、２０－８、洗浄塔３の噴射ノズル３０－３、３０－４、冷却塔４の噴射ノズル４０－３、４０－４が含まれる。）へ洗浄冷却水（循環酸）を供給するための洗浄冷却水配管（循環酸配管）の各部に流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩを設けることにより、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４から噴射される洗浄冷却水（循環酸）の流量の変化を間接的に計測するので、流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩが高温に晒されるのを防ぎつつ、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４の噴射流量の変化を検知し、予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４の洗浄冷却の状態を監視することができる。そして噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４の少なくとも１つに閉塞が生じた場合には当該噴射ノズルの噴射流量が著しく低下することが予想されるので、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４の噴射流量の変化から、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４の閉塞の有無を、洗浄冷却の状態として検知することができる。そこで管理者は、少なくとも１つの噴射ノズルの閉塞の発生を検知したタイミングで当該噴射ノズルのメンテナンスを行うことで、当該噴射ノズルの洗浄冷却対象となった洗浄冷却塔（予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４の何れか）の洗浄冷却不足を未然に防ぎ、洗浄冷却不足による温度上昇等に起因した洗浄冷却塔の内壁の損耗を、確実に回避することができる。また、閉塞の検知されていない噴射ノズルについては管理者がメンテナンスの時期を先延ばしすることも可能である。したがって、本実施形態に係る排ガスの洗浄冷却方法及び洗浄冷却設備によれば、噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４のメンテナンスを適切なタイミングで行い洗浄冷却塔（予冷塔２、洗浄塔３及び冷却塔４）内壁の損耗を防止することが可能という効果がある。

また、本実施形態では、複数の噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４のそれぞれ（少なくとも２つ）に洗浄冷却水（循環酸）を供給するためのいずれかの洗浄冷却水母管（循環酸母管）に流量計ＳＢ、ＳＤ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩを設けることにより、当該複数の噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４から噴射される洗浄冷却水（循環酸）の流量変化を計測して、当該複数の噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４による洗浄冷却塔の包括的な洗浄冷却の状態を監視するので、当該複数の噴射ノズル２０－３、・・・、４０－４の全体（又は何れか２以上のノズル）を一括して管理することも可能である。

また、本実施形態では、さらに洗浄冷却塔（ここでは特に予冷塔２）の内壁に８本の壁面温度計２１０を設けることにより、予冷塔２の内壁の温度変化を計測して、主に濡れ壁用の噴射ノズル２０－３による予冷塔２の洗浄冷却の状態（ここでは特に濡れ壁の状態）を監視するので、壁面温度計２１０を使用しない場合よりも高精度に濡れ壁の状態を監視できる。

また、本実施形態では、洗浄冷却塔（ここでは特に冷却塔４）の噴射ノズル４０－３、４０－４は、プレートクーラ４４で冷却された洗浄冷却水（循環酸）を冷却塔４へ噴射するものであり、噴射ノズル４０－３、４０－４へ洗浄冷却水（循環酸）を供給するための洗浄冷却水配管（循環酸配管）に流量計ＳＩを設けることにより、噴射ノズル４０－３、４０－４から噴射される洗浄冷却水（循環酸）の流量変化を計測するので、洗浄冷却水（循環酸）による冷却塔４の洗浄冷却の状態を高精度に監視することができる。この場合、プレートクーラ４４内の閉塞による流量低下も考えられるため、プレートクーラ４４のメンテナンスの実施のタイミングを図ることも可能となる。

また、本実施形態では、流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩの各々が設けられる部分の洗浄冷却水配管（循環酸配管）を耐熱ＰＶＣ製としているので、耐食性を維持しつつ、当該流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩの各々として超音波式流量計（伝搬時間差式流量計５００又はドップラー式流量計６００）の使用が可能となるという効果がある。

［実施例］
次に、実施例について説明する。図１５は、予冷塔２の噴射ノズル３０－３、３０－４、２０－５の流量の時間変化を示すグラフである。図１５の上段は噴射ノズル２０－３に係るグラフであり、図１５の中段は噴射ノズル２０－４に係るグラフであり、図１５の下段は噴射ノズル２０－５に係るグラフである。グラフの横軸は時間、縦軸は監視された流量であり、グラフの波形は流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨの出力波形を重畳させたものに相当する。図１５における符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉは、それぞれ流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨ、ＳＩの出力波形を示している。図１５において円枠で囲った部分は、流量計ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨの何れか１つの流量が閾値を下回り、これに対応する噴射ノズルのメンテナンスを管理者が実施したタイミングを示している。これらのタイミングの各々で管理者が噴射ノズルについてメンテナンスを実施することで、流量が回復していることがわかる。

［その他の実施の形態］
本発明は各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１洗浄冷却設備
２予冷塔
２Ａ胴部
２Ｂ排ガス入口部
２Ｃ排ガス出口部
３洗浄塔
３Ａ胴部
３Ｂ排ガス出口部
３Ｃ排ガス入口部
４冷却塔
４Ａ胴部
４Ｂ排ガス出口部
４Ｃ排ガス入口部
３２循環ポンプ
４２充填部
４３循環酸配管
４４プレートクーラ
２００スプレー装置
２１０壁面温度計
２２０ガス温度計
３００スプレー装置
３２０ガス温度計
４００スプレー装置
４２０ガス温度計
５００伝搬時間差式流量計
５００Ａ発信部
５００Ｂ受信部
５００Ｃ発信部
５００Ｄ受信部
６００ドップラー式流量計
６００Ａ発振部
６００Ｂ受信部
２０－３噴射ノズル
２０－４噴射ノズル
２０－５噴射ノズル
２０－６噴射ノズル
２０－８噴射ノズル
３０－３噴射ノズル
３０－４噴射ノズル
４０－３噴射ノズル
４０－４噴射ノズル
ＳＡ流量計
ＳＢ流量計
ＳＣ流量計
ＳＤ流量計
ＳＥ流量計
ＳＦ流量計
ＳＧ流量計
ＳＨ流量計
ＳＩ流量計

Claims

製錬炉から排出された排ガスを、洗浄冷却水を噴射する噴射ノズルを複数備えた洗浄冷却塔へ導入し、前記噴射ノズルから洗浄冷却水を噴射して前記排ガスを冷却すると共に不純物を洗浄除去する洗浄冷却設備における排ガスの洗浄冷却方法において、
前記洗浄冷却塔の予冷塔に配置された前記噴射ノズルは、当該予冷塔の内壁の円周方向に沿って前記洗浄冷却水を噴射して前記内壁面全体に均一な水層による濡れ壁を形成するものであり、
前記噴射ノズルへ前記洗浄冷却水を供給するための洗浄冷却水配管又はその母管の少なくとも一方に設けられた流量計によって、前記噴射ノズルへ供給される前記洗浄冷却水の流量の変化を計測すると共に、前記予冷塔の内壁に設けられた壁面温度計によって前記内壁の温度変化を計測することにより、前記濡れ壁の状態を監視することを特徴とする排ガスの洗浄冷却方法。
請求項１に記載の排ガスの洗浄冷却方法において、
前記濡れ壁を形成する前記噴射ノズルの個数は複数であり、
前記流量計の設け先は、複数の前記噴射ノズルのそれぞれに前記洗浄冷却水を供給するための洗浄冷却水配管の母管である、
ことを特徴とする排ガスの洗浄冷却方法。
請求項１又は２に記載の排ガスの洗浄冷却方法において、
前記洗浄冷却塔は、前記予冷塔、洗浄塔及び冷却塔によって構成され、
前記冷却塔に配置された前記噴射ノズルは、プレートクーラで冷却された循環使用される洗浄冷却水（以下、「循環酸」という。）を噴射するものであり、
前記噴射ノズルへ前記循環酸を供給するための循環酸配管に流量計を設けることにより、前記噴射ノズルから噴射される前記循環酸の流量変化を計測して、前記冷却塔の洗浄冷却の状態を監視することを特徴とする排ガスの洗浄冷却方法。
製錬炉から排出された排ガスを、洗浄冷却水を噴射する噴射ノズルを複数備えた洗浄冷却塔へ導入し、前記噴射ノズルから洗浄冷却水を噴射して前記排ガスを冷却すると共に不純物を洗浄除去する洗浄冷却設備であって、
前記洗浄冷却塔の予冷塔に配置され、当該予冷塔の内壁の円周方向に沿って前記洗浄冷却水を噴射して前記内壁面全体に均一な水層による濡れ壁を形成する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルへ前記洗浄冷却水を供給するための耐熱ＰＶＣ製の洗浄冷却水配管と、
前記洗浄冷却水配管又はその母管の少なくとも一方に設けられた流量計と、
前記予冷塔の内壁に設けられた壁面温度計と、
を備え、
前記流量計によって、前記噴射ノズルへ供給される前記洗浄冷却水の流量の変化を計測すると共に、前記壁面温度計によって前記内壁の温度変化を計測することにより、前記濡れ壁の状態を監視できるようにしたことを特徴とする排ガスの洗浄冷却設備。