JPH04685B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス流を調節塔を通して通過させ、
細かい水滴を形成すべく調節塔内で水をガス中に
噴霧注入し、これらの水滴を壁との接触なしに完
全に蒸発させ、そして調節塔から冷却されかつ湿
つたガスを放出させるようにした、固体粒子およ
び／または蒸気で飽和されたガス流の調節方法に
関する。

現在、多くの技術的プロセスにおいて、多量の
塵埃が放出されており、或る場合には環境的理由
のため、他の場合には塵埃が高価な物質であるた
めに、この塵埃をガスから分離することが要求さ
れる。

一例は、溶融された又は鋳造溶融された鋼の吹
付けのプロセスにおいて、かなりの量の金属酸化
物が、もうもうと立ちこめた塵埃の形で放出され
る製鋼所である。高い溶融温度のため、この塵埃
は極めて熱い空気中に浮した状態になる。

また、セメント工業においても、多量の塵埃
が、例えばセメントキルン用原材料の乾燥粉砕
（ミーリング）において、およびこれらのキルン
自体からの煙道ガスにおいて時折放出される。

硫黄含有燃料の燃焼において形成される煙道ガ
スには、SO₂がしばしば水蒸気とともに発生す
る。SO₂は回収の量が多いのが必ずしも有利では
ないけれども、環境的理由のため、しばしばこの
SO₂を分離することが得策である。さらに、SO₂
と水蒸気が同時に存在する場合には、「酸露点」、
すなわち酸凝縮物が形成されるかも知れない最高
温度は、水蒸気含量の観点だけで予期される温度
より非常に高い。このような酸露点は煙道ガス中
で往々にして130℃に達する。SO₂の含有量を高
くしようとする技術的プロセスにおいて、この酸
露点は300℃にさえ上昇する可能性がある。

また、家庭用の廃棄物の燃焼においては、水蒸
気、SO₂及びSO₂だけでなく、しばしば、例えば
PVCの燃焼において形成されるHClを含む煙道
ガスが形成される。この場合にも又「酸露点」が
非常に高くなる可能性がある。例えばCa（CH）₂
の溶液をガス中に噴霧注入し、次いでその溶液か
ら水を蒸発させ、そして形成されるCaClを固体
粒子として搬送することにより、このようなHCl
蒸気を結合するような試みがなされた。

これらの例から、処理されるガスの温度がしば
しば非常に高く、或る場合には「露点」が同様に
高なる可能性があるということが明らかである。

これらのガスは常に導管を通つて最終分離領域
（例えば、バツグ・フイルタ、静電フイルタまた
は他の清浄器）に通されるため、液体粒子がこの
ガス流とともに運ばれてはならないということ、
及びこのガス流が常にその露点以上に維持されね
ばならないということが必要である。

このような液体粒子または形成される凝縮物は
導管の内壁に沈澱しかつ該導管の内壁を腐食す
る。この腐食が回避され得るとしても、かかる液
体は塵埃粒子を捕まえかつ導管の内壁に塵埃粒子
を付着する可能性があり、その結果この導管は
徐々に詰まり、それ故、しばしば操業休止を必要
とする規則的な清浄が行わねばならない。

多数のプロセス装置は、限定された温度範囲内
でガスを処理するためにのみ有用である。例え
ば、バツグ・フイルタは使用されるフイルタ材料
が耐えられる温度においてのみ、すなわち通常約
180℃以下で有用である。静電フイルタが使用さ
れるとき、これらのフイルタが最適に作動する温
度にガスは冷却されねばならない、そうでなけれ
ば必要とされるフイルタ容量が非常に大きくなる
からである。このことは沈澱される塵埃粒子がで
きるだけ高い導電性を持たねばならないというこ
とであり、そして導電性は温度により変化する。
好ましくは、この温度は90〜120℃を越えない。
ガスの種類によつて固体粒子および蒸気の含有量
および性質は大きく変化する。温度および単位時
間当りに供給されるガス量もまた大きく変化す
る。さらに、再びガスの種類によつて、それぞれ
の規模が大きく変化する可能性があり、かつ特
に、非常に高いピークを示す。例えば、ガスが転
炉から放出されるとき、ガス量は約300℃におい
て、例えば450000Nm³／Ｈのピークに達すること
がある一方、そのピーク後該ガス量は約150℃で
50000Nm³／Ｈ以下に降下する可能性がある。

多数のノズルを備た調節塔内で水を霧化するこ
とは概に知られている。これらのノズルはほぼ等
しい大きさの細かな小滴を形成しなければならな
い。供給される水量がさらに供給されるガス量お
よびその温度により変化るため、給水量が減じら
れるときも、好ましくは、ノズルはほぼ等しい大
きさの細かな小滴を連続して形成することができ
ねばならない。

この目的のために非常に効果的なのは、圧縮空
気のごとき、別個に供給されるガス状媒体の影響
下で液体が霧化されるそれ自体公知のノズル形式
である。その一例には「ソニツク」ノズルがあ
り、このノズルでは霧化されるべき水が圧縮空気
によつて駆動される共振箱内に注入され、その中
で細く分割され、次いで吹き出される。給水が減
じられると、小滴の大きさも同様小さくなる。

この目的のために知られている装置において
は、供給される水量は、出口温度（時には入口温
度）を連続的に測定し、その出口温度により制御
され、従つて出口温度が予期されるべき最高露点
以上の選択された値に一定に維持される。

これら公知の装置は、入口温度および供給され
るガス量が僅かだけ変化する場合には満足される
が、ガス量または温度にかなりのピークが、短い
時間だけであつても、発生するとき、困難に遭遇
するという結果となる。事実、小滴を蒸発させる
のに有効な時間は、調節塔内のガスの存在時間に
等しく、それ故、この時間はガス供給量が増大す
ると、減少する。同じく温度において、二倍のガ
ス供給の場合には、水量もまた二倍にされねばな
らず、その水量は半分の時間の内に蒸発されねば
ならない。それゆえ非常に大きな塔が使用されな
い限り、水の蒸発は十分に行われず、その場合に
放出導管は、運び出される小滴により塵埃が壁に
沈澱し、捕捉されることになり、放出導管は詰ま
りを生じる。

入口温度がピークの場合に、給水は同様に増大
されねばならない。この場合に有効蒸発時間は、
一定のままであるので、より大きな塔が使用され
ないならば、有効蒸発時間は短か過ぎることにな
る。

温度および／または供給量が不規則な場合に
は、下の２つの条件が満たされるということが、
適当する操作のために必要である。すなわち、第
１に、霧化されるべき全ての小滴は、調節塔を出
る前に、実際に完全に蒸発されてしまうべきであ
り、そして第２に、ガスの含有水量は決して露点
に達する程高くなるべきでない。

この公知のプロセスが使用されるとき、これら
の困難は、非常に大きな調節塔を使用することに
よつてのみ回避する。しかしながら、これは据え
付けコストをかなり増大し、そしてさらにかかる
大きな塔のために、しばしば適当な場所が見出さ
れない。しかしながら、非常に大きな塔を使用し
ても、露点に達するかまたは露点を越えるという
ことを回避することができない。これら公知の装
置の多くが備えるノズルは、ガス供給が減じら
れ、給水量が減じられるとき、これらの大きな小
滴は調節塔の底部に達する前に完全に蒸発させる
ことができない、ということがしばしば生じる。
その場合に、結果として汚れとなり、しばしば腐
食を生じるスラツジがその塔の底部に形成され
る。

本発明は、上記の従来の問題点を解消し、ガス
流を通過させる調節塔内で、細かい小滴を形成す
べく水をガス中に噴霧注入し、これらの小滴を壁
との接触なしに完全に蒸発させ、そして調節塔か
ら冷却されかつ湿つたガスを放出させるようにし
た、固体粒子および／または蒸気で飽和されたガ
ス流の調節方法を提供することを目的とするもの
である。

上記の目的は本発明によれば、固体粒子およ
び／または上記で飽和されたガス流を調節するた
めの方法において、ガス流を塔入口を通して受容
し塔出口を通して放出する調節塔内にガス流を通
し、水量を減じると小滴の大きさが小さくなるよ
うに形成した複数のノズルによつて前記調節塔内
のガスに水を噴霧注入し、前記調節塔の入口を通
過するガスの温度を測定し、測定れた入口温度に
対する関数として求められ、所定のガス流量にお
いて蒸発しない小滴が前記調節塔出口に達するこ
となしに前記調節塔内で水流が完全に蒸発するこ
とができる最大水量と等しいかれ以下の水量に前
記ノズルの水量を設定し、露点温度より高い目標
出口温度を、前記調節塔の構造データに基づいて
定まる水量に対する関数として、前記求めた最大
水量に基づいて求め、前記塔出口を通過するガス
流の温度を測定し、測定された出口温度が前記目
標出口温度に等しくなる水量と前記求めた最大水
量のうちの少ない量とほぼ等しいかそれ以下なる
ように前記ノズルへの水量を制御する工程と、か
らなる固体粒子および／または蒸気で飽和された
ガス流の調節方法により解決されるものである。

本発明によれば水はそれ自体公知のノズルによ
つて、給水量を減少した状態で霧化され、給水量
が増加された場合と同じく大きさの最大小滴を発
生する。さらにガス流の入口温度T₁は連続的に
測定され、そして蒸発されるべき水量および到達
されるべき最低出口温度T_nは測定温度及び調節
塔の既知の構造的データから計算され、この最低
出口温度を測定れた最終温度T₂と比較し、そし
て要件に適合するように給水を増加するかまたは
減少する。

本発明の好適な実施例よれば、到達されるべき
最低出口温度T_nのより正確な計算を可能とする、
供給されるガス量が測定れる。その結果、給水が
より迅速に供給量の変化に対し調節することがで
きる。

本発明によれば、出口温度に関する目標値は一
定でない供給量に依存するため、放されるガスの
露点に達することなく、簡単な方法で、温度ピー
クに一致することが可能となり、その場合にガス
は簡単に冷却されるが、しかし与えられるガス供
給量において調節塔内で尚蒸発されることができ
る最大量の霧化される水が使用される。同様に、
ガス供給量におけるピークは出口温度に関する目
標値を増大することにより簡単に満足させること
ができる。経済的観点から、この結果がより大き
な調節塔を据えつけることなく得られる、という
ことは非常に重要である。

実際上、供給量および入口温度だけでなく、ま
た供給されるガス流中の水蒸気の含有量、SO₂，
HClおよび固体粒子がもちろん変化し、従つて放
出されるガスの「酸露点」もまた変化する。その
結として、安全値は「仮定の露点」に関して選択
されることができる。

圧力下で別個に供給されるガスの影響下で水が
霧化される上述したノズルは、本発明による方法
に関して極めて有効であることを証明し、とくに
ノズルは共振箱を有している、この型式のノズル
は、特に、アメリカ特許第3230923号、同第
3230924号、同第3240253号、同第3240254号およ
び同第3371869号により公知である。

付与されたノズルを備えた一定の調節塔に関し
て小滴の要求される蒸発時間および有効蒸発時間
は、小滴の大きさから、供給されるガス量、温度
およびその湿気から計算することができる。有効
時を最適に増大するために、ガスは好ましくは調
節塔を通つて底部から上部へ通過し、その結果小
滴はガス流に対し逆流として降下する。

そこでまたガスの組成と供給される水量から、
達成される露点、ならびに達成される最終温度
を、そしてその結果としてこの露点以上に留まる
ために許容得る最大水量を計算することが可能で
ある。

供給される一連のガス量および一連の温度に関
してこの計算を行うことにより、次いで表または
ノモグラムに結果として生ずる値を組み合わせる
ことにより、供給される各ガス量および各入口温
度に関してこの表またはノモグラムから、以下の
こと、すなわち、 ａ） ガスが使用される調節塔内での水の完全な
蒸発によつて冷却されることができる程度、及
び ｂ） そのために必要とされる水量、 を引き出すことができる。

図に示すノモグラムは、直径7m、高さ30mお
よび1150m³の蒸発容量を有する筒状調節塔につい
てのものである。冷却されかつ塵埃で負荷される
ガスは底部から頂部へこの容器を通過させられ、
そして円筒の底部には圧縮空気の作用下で水を霧
化することができる８個のノズルがある。

この図の右側は点Ｋから限界曲線KEF（点Ｋか
ら破線で示す曲線に沿つて点Ｅに至り、その後実
線で示す曲線に沿つて点Ｆに至る曲線）に達する
多数の特性曲線を示す。各特性曲線は供給される
ガス量をパラメータとし、図では500000、
450000、400000、350000、300000、250000Nm³／
Ｈの各ガス量についての曲線を示す。夫々の特性
曲線は任意の入口温度（横軸）T₁℃に対する水
量（縦軸）m³／Ｈの関数を示し、図の左側に示す
出口温度T₂℃と水量との関数を示す曲線CJ、つ
まり目標曲線との組み合せにより各入口温度につ
いて、所望の出口を得るために必要とされる水量
を求めることができる。

点Ｋから延びる蒸気の複数の特性曲線は上端を
上記の限界曲線KEFによつて制限される。その
限界曲線の上方では、与えられた装置中で蒸発さ
れるべき水量は前記目標曲線CJに達するのは十
分でない。その場合にガスは、目標曲線CJの左
方に示される複数の冷却特性（図の右側の各特性
曲線に対応する曲線によつて示される以上には冷
却されることができない。

ノモグラムにおいて曲線GHはガスの露点曲線
を示し、そして目標曲線JCは、この場合に各目
標曲線（℃）が同様に（℃）で表される露点より
２倍高い温度になるように選択されている。しか
しながら、２倍高い温度なるように選択するのは
単なる一例である。本発明に関しては目標曲線
CJが露点曲線GHの左方にあるということで十分
である。

調節塔の既知の構造データおよび供給されるガ
スの既知の露点データを使用して、測定された入
口温度T₁から確信をもつて達成されるべき目標
曲線Tsを得るためには、以下の識見が必要であ
る。

すなわち、ノモグラムにおいて、限界曲線
KEFは調節塔の構造及び大きさ、ガスのプロセ
ス条件および使用されるノズルによつて課せられ
る限界を示す。従つて、この線は仕様書に鑑みて
考慮されるべきであるすべてに対応する。限界曲
線KEFの上方の区域はすべての小滴を完全に蒸
発するにはもはや使用されず、従つてこの限界曲
線KEF上の点が示す水量より多い水量はもはや
供給されない。しかしながら、限界曲線KEF上
の点が示す水量より少ない水量を供給することは
許容され、その結果操作点はその場合の限界曲線
KEFの下側にある。

点Ｋから限界曲線KEFの幾つかの点に向かつ
て複数の特性曲線が描かれ、夫々の特性曲線は特
定のガス量に関して、入口温度T₁と目標曲線CJ
上の温度を得るために霧化れなければならない水
量の関係を示す。

従つて、かかる１つの特性曲線と限界曲線
KEFの各交点は、霧される水量がちようど完全
に蒸発して示す温度が目標曲線上の温度なるため
の入口温度₁を示す。

ノモグラム中の特性曲線は一例だけを示すもの
である。それらは仕様書から引き出され、該仕様
書において最大ガス量は500000Nm³／Ｈおよび最
小ガス量は250000Nm³／Ｈであつた。類似のノモ
グラムを必要な構造的データおよび作動条件が知
られている他の場合に関して描くことができるこ
とは熟練した作業者には明らかであろう。

それ故、図示した場合において一番左の特性曲
線KEおよび限界曲線部分EFは最大ガス供給と対
応する限界を示し、最も右の特性曲線KFは最小
ガス供給と対応する限界を示す。限界曲線KEF
は終わらず、更に発生するかも知れない入口温度
に対して適合するように描かれることができるこ
とは明らかであろう。

図により、確信をもつて達成されるような安全
目標温度の計算は、ガス供給量を知らなくても、
可能であるということになる。その場合にガス供
給は最大ガス供給であると見做される。

その場合に目標温度Tsを入口温度T₁の測定さ
れた値から求めためには、測定された値T₁（例え
ば点Ａ）から垂直線が特性曲線KEおよび限界曲
線部分EFの交差するまで描かれる。見出された
限界曲線部分EFとの交差点（例においては点Ｌ）
から水平線が点Ｐにおいて縦軸に、さらに点Ｍに
おいて目標曲線CJと交差する。Ｍから垂直線
MNが横軸に向かつて描れ、点Ｎは目標温度Ts
を示す。

点Ｌを通つて特性曲線、例えばＬにおいて限界
曲線EFと交差する特性曲線KLが描かれる。この
ようにして得られた特性曲線KL対してさらにQ₀
として示されるガス量のＱの値が属する。このガ
ス量Q₀はそのにおいて目標温度Tsを達成するこ
とができるガス量Ｑの最高値である。

それ故、図の例では、このTsはガス量Q₀＝
450000Nm³／Ｈまたはそれ以下のガス供給量に対
応する。点Ｐはこのガス量に関連する最大供給量
を与え、そしてこの値Ｐは最大値として制御手段
に送られる。同時に目標温度Tsは給水用自動制
御手段に目標値として供給される。この制御手段
は値Tsを測定値T₂と比較し、次いで条件に適合
するように公知の方法において供給される水量を
制限する。

もしも実のガス供給量Ｑが本当にQ₀＝
450000Nm³／Ｈに等しいならば、その場合に供給
されるべき水量は実際上点Ｐにおける値に一致す
る。

ガス供給量ＱがQ₀＝450000Nm³／Ｈより小く、
例えばＱ＝350000Nm³／Ｈに等しいならば、その
場合自動制御手段は水量を実用上目標温度Ts（点
Ｎ）に等しい出口温度T₂を保持するに十分な程
度に減じる。その結果として、水量はそこでガス
供給量（入口温度T₁が等しい場合）に比例する
こととなる。制御手段によつて調整される量はそ
こでＰ×Ｑ／Q₀となるが、常に最大ではＰに等
しい。

もし、ガス供給量Ｑが450000Nm³／Ｈを越え、
例えば、仕様書において仮定される最大ガス供給
量Qmax（500000Nm³／Ｈ）に等しいと、その場
合に（水量Ｐは特性曲線の最大値を越えるので）
所望の値Ｎにガスを安全に（すなわちすべての小
滴を完全に蒸発して）冷却することはもはやでき
ない。その場合にガスは点Ｎより高い、線
M′N′に対応する温度にのみ冷却されることがで
きる。しかし、この場合にもまた、非常に有用な
冷却が得られ、調節塔の壁およびガス導管の湿気
は確実に回避される。

更に大きいガス供給量Ｑにおいては点Ｍのみが
更に左方に、例えばM″に移動する。調節塔およ
びガス導管はその場合に尚、制御手段に、点Ｐに
対応する超えられることができない限界値の給水
量が与えられることによつて、詰まりが防止され
る。

好適な実施例によれば、入口温度T₁および出
口温度T₂だけでなく、ガス供給量Ｑ（Ｎm³／Ｈ）
も測定される。その場合に最大ガス供給量Qmax
から計算を始める必要はなく、実際の作動点は直
ちに決定することができる（例においては点Ｂ）。
再び、水平線BCが垂線と交差するように描かれ
る。値Ｒに対応する給水量が制限手段により限界
量として供給され、そして垂直線CDに属する温
度Tsが目標温度として制御手段に供給される。
図から直ちにこの場合に低限界値Ｒおよび低温度
T₂が得られるということになる。（等しいガス供
給量Ｑおよび等しい入口温度T₁において）供給
される水量は上記の最初に議論された場合におけ
る大きく、その量は、 Ｒ＝Ａ−Ｄ／Ａ−Ｎ×Ｐ×Ｑ／Q₀ である。

この好適な実施例によれば、それゆえ調節塔は
より完全に利用される。

他の好適な実施例によれば、ガスの温度の実際
の値または供給されたガスの露点の実際の値は入
口温度T₁および出口温度T₂、そして必要ならば
ガス量Ｑにより同時に測定される。これは、その
場合に最大で蒸発されるべき水量が変化するた
め、この露点がかなりの変動を示すとき非常に有
用である。上記の方法で見出された水量Ｐまたは
Ｒの値に補正される。

本発明の上記実施例においては仕様書中の調節
塔に課せられた特別な条件についてのみ仕様され
る。例えば、汚染物質（ガスの一部重量／Ｎm³）
の放出が一定に保持される他の特別な実施例は調
節塔内での処理が同様に公知である場合にのみ一
般に可能である。

また、上記と同様に構成される幾つかの調節塔
を直列に接続することもできる。このような方法
は、もちろん、より複雑ではあるが、或る場合に
は、とくに収納不足のために調節塔の垂直寸法が
縮減されねばならない場合には唯１つの解決方法
であるかも知れない。

所望の目標温度Tsおよび給水量についての限
界値（ＲまたはＰ）の計算と、測定された出口温
度T₂の目標温度Tsとの比較と、供給される水量
の調節は電子制御手段によつて最も効果的に達成
させることができ、該電子制御手段は公知の原理
にしたがつて、入口温度T₁及び出口温度T₂、必
要ならば、ガス量Ｑを連続的にまたは短い間隔を
おいて読み取るよう及び上記計算を行うように設
計される。この制御手段デジタル装置としてかま
たはアナログ装置として形成することができる。

以上に述べたように本発明は、供給される水量
により、調節塔の壁および導管が湿らされること
を阻止し、同時に、いつでも調節塔の最適な効用
で、確実にこれらの部分の詰まりを回避するよう
に、制御することにある。

【図面の簡単な説明】

図面は筒状調節塔に関するノモグラムである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体粒子および／または蒸気で飽和されたガ
   ス流を調節するための方法において、 (a) ガス流を塔入口を通して受容し塔出口を通し
   て放出する調節塔内にガス流を通し、 (b) 水量を減じると水滴の大きさが小さくなるよ
   うに形成した複数のノズルによつて前記調節塔
   内のガスに水を噴霧注入し、 (c) 前記調節塔の入口を通過するガスの温度を測
   定し、 (d) 測定された入口温度に対する関数として求め
   られ、所定のガス流量において蒸発しない小滴
   が前記調節塔出口に達することなしに前記調節
   塔内で水流が完全に蒸発することができる最大
   水量と等しいかそれ以下の水量に前記ノズルの
   水量を設定し、 (e) 露点温度より高い目標出口温度を、前記調節
   塔の構造データに基づいて定まる水量に対する
   関数として、前記求めた最大水量に基づいて求
   め、 (f) 前記塔出口を通過するガス流の温度を測定
   し、 (g) 測定された出口温度が前記目標出口温度に等
   しくなる水量と前記求めた最大水量のうちの少
   ない量とほぼ等しいかそれ以下になるように前
   記ノズルへの水量を制御する工程とからなる、 固体粒子および／または蒸気で飽和されたガス流
   の調節方法。 ２ 供給されたガス容積を測定し、霧化される水
   量を変更することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３ 追加して供給されたガス中の水分含量を測定
   しかつそれに基づいて蒸発されるべき水の最大量
   を補正することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の方法。