JPH0633360Y2 - ガス冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、例えばごみ焼却プラントの排気ガス冷却用等
として利用されるガス冷却装置に係わり、詳しくは、ガ
ス流路に水噴射ノズルを設け、該ノズルから噴射される
水によってガスを強制的に冷却させるガス冷却装置に関
する。

「従来の技術」 ごみ焼却プラントにおいては、炉出口の排ガスが750℃
〜950℃程度の高温になるため、後続する機器の保護の
ため適当な冷却手段を設け、300℃前後にまで冷却して
いる。第９図はそのガス冷却装置の一従来例を示すもの
である。

図において符号１はプラントの炉出口に配置されるガス
冷却塔で、上部にガス流入口1aがまた下部にガス流出口
1bがそれぞれ設けられている。２…はガス冷却塔１内に
突出状態に設けられた一般にリターン圧制御ノズルとよ
ばれる水噴射ノズルで、枝管３を介して環状に形成され
たサプライヘッダ４に接続される。サプライヘッダ４に
は水供給管５が接続され、ポンプ６によって水槽７に貯
えてある水が供給されると同時に圧力も一定に保たれ
る。９は環状に形成されたリターンヘッダで、前記水噴
射ノズル２に枝管10を介して接続される。リターンヘッ
ダ９からは戻り管11が前記水槽７まで延びて設けられ、
この戻り管11にはガス流出口1bを流れるガスの温度によ
って開度調整されるコントロール弁12が介装されてい
る。

上記ガス冷却装置では、焼却プラント内で生じる排気ガ
スが冷却塔１内を流れる際に次のようにして冷却され
る。すなわち、ポンプ６の始動によって水槽７内の水が
供給管５を通してサプライヘッダ４に供給され、該水は
各枝管３を介して水噴射ノズル２から冷却塔１内へ噴射
される。そして、噴射された水が冷却塔１内で気化する
際にガスから熱を奪い、この結果ガスを積極的に冷却す
る。このとき、戻り管11中に介装されたコントロール弁
12が流出ガスの温度によって開度調整され、これに伴
い、水噴射ノズル２から噴射される水量が調整され、も
って流出口1bの排気ガスの温度が設定した温度にほぼ一
定になるように制御される。

「考案が解決しようとする課題」 上記した従来のガス冷却装置では、以下のような欠点が
あった。

上記水噴射ノズル２から噴射される水量の調整は、全
てのノズルの噴射量を合計した大流量のノズルが１本あ
ってそのリターン圧を制御するのと等しく、制御対象
（噴射水量）の範囲が広すぎるため、ガス量やガス温度
などの入口ガス条件の比較的小さな変動に対する制御性
が悪く、ガス冷却塔の排ガスの出口温度がハンチングし
て安定しない。

流出口1bの排ガス温度が安定しないため、ガス中の水
分量も不安定となり、当該ガス冷却装置出口側に電気集
塵器を接続する際に電気集塵器による荷電が不安定にな
って効率が低下したり、また、湿り灰が出るおそれもあ
る。

特に、プラントの起動あるいは停止時のようにガス量
が少なくガス温度の変動が大きい場合、全数ノズルでは
噴射水量がコントロールできず、複数ある水噴射ノズル
２の内いくつかを手動調整して稼働ノズル本数を選定し
ているのが現状である。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、通常運転時
の制御性に優れ、しかもプラントの起動停止時のように
低負荷で負荷が大きく変動する場合にも自動的に対処で
きるガス冷却装置を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本考案では係る目的を達成するために、ガス流路中に複
数の水噴射ノズルが配置され、該ノズルから噴射される
水によってガスを冷却させるガス冷却装置において、前
記複数の水噴射ノズルは定流量群とリターン圧制御方式
ノズルを使用した可変流量群の２系統に分かれ、定流量
群の水噴射ノズルは水供給系に個々に枝管で接続される
とともに該個々の枝管中に開閉弁が介装され、他方、前
記可変流量群の水噴射ノズルは水供給系の他水戻し系に
も接続され、該水戻し系には流体圧調整用のコントロー
ル弁が介装されていることを特徴とするものである。

「作用」 プラントの起動停止時のようにガス量が少なくガス温度
の変動が大きい場合には、付設された開閉弁を閉状態に
して定流量群の水噴射ノズル全てを停止させておき、コ
ントロール弁によって、リターン圧制御方式ノズルを使
用した可変流量群の各水噴射ノズルから噴射される水量
のみを調整する。これにより、低負荷で負荷が大きく変
動する冷却負荷に対処する。

また、通常運転において低負荷時の場合には、定流量群
の水噴射ノズルの内幾つかを稼働状態とすることによっ
てある程度の変動しない範囲の負荷をまかない、リター
ン系の圧力制御による可変流量群の水噴射ノズルからの
噴射水量調整によって残りの変動負荷分をまかなう。

さらに、通常運転において高負荷時の場合には、定流量
群の水噴射ノズルを全て稼働状態とすることによってあ
る程度変動しない範囲の負荷をまかない、可変流量群の
水噴射ノズルから噴射する水量調整によって残りの変動
負荷分をまかなう。

以上のように、プラントの起動停止時における低負荷で
負荷変動が大きい場合のみならず、通常運転における低
負荷および高負荷時の小さな負荷変動にも対処でき、も
って低負荷から高負荷に至る広い範囲に渡って高精度の
ガス温度制御が実現できる。

「実施例」 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。な
お、従来例と同一構成要素には同一符号を付してその説
明を省略する。

本考案にかかるガス冷却装置では、第１図に示すよう
に、水噴射ノズル２を定流量群2Aと、リターン圧制御ノ
ズルを使用した可変流量群2Bの２つの系統に分け、定流
量群の水噴射ノズル2Aは個々に付設された電磁弁（開閉
弁）20によって稼働ノズル2Aの本数の制御される構成と
され、可変流量群の水噴射ノズル2Bはこれまでと同様コ
ントロール弁12によるリターン側の圧力調整によって，
噴射水量が制御される構成となっている。

すなわち、定流量群の水噴射ノズル2Aは、枝管３によっ
てサプライヘッダ４に接続されているだけでリターン系
（戻り側）には接続されていない。そして、個々の枝管
３に前記電磁弁20が介装されている。定流量群の水噴射
ノズル2Aの稼働する本数は、センサ12a（後述）の条件
により適宜設定される。つまり、センサ12aの設定温度
範囲を越えないように本数が決定される。

一方、可変流量群の水噴射ノズル2Bは、サプライヘッダ
４に枝管３を介して接続されるとともに枝管10を介して
リターンヘッダ９に接続されている。そして、リターン
ヘッダ９から延びる戻り管11中に介装されたコントロー
ル弁12がガス流出口1b中のセンサ12aに基づき調整され
ることによって、該水噴射ノズル2Bからの噴射量は従来
と同様に一括して調整されるようになっている。

第２図は本実施例にかかるガス冷却装置の配管系および
制御系をより具体的に表したものである。この図で示す
ように、水供給管５にはコントロール弁22が介装されて
いる。コントロール弁22は冷却塔１の流出口1bに接続さ
れる電気集塵器（図示せず）に流入する排ガスの温度が
所定温度以上（例えば260℃以上）になると開になるよ
うに制御される。すなわち、水噴射ノズル２（2A,2B）
からの水噴射による強制冷却は排ガス温度が所定温度以
上になったとき初めて行われる。なお、コントロール弁
22の前後には開閉弁23が配置され、バイバス流路24aに
も開閉弁24が配置される。このような構成は、コントー
ル弁22をメンテナンスする場合に利用される周知のもの
で、他のコントロール弁にも適用されている。

また、25はエア供給源につながるエアヘッダであり、こ
こに貯えられたエアは前記各ノズル２（2A,2B）の外筒
へ送られて、各ノズルの保護（冷却）用として利用され
る。

前記戻り管11に介装されたコントロール弁12は、従来例
のものと同様、冷却塔１の流出口1bの排ガス温度によっ
て、その開度が調整されるものである。

上記定流量群の水噴射ノズル2Aに付設された電磁弁20
も、冷却塔１の流出口1bの排ガス温度に応じて制御され
る。制御例としては、例えば、コントロール弁12による
温度制御の幅（上限温度と下限温度）をあらかじめ定め
ておき、排ガス温度がその範囲内であるとコントロール
弁12による制御を行い、排ガス温度がその範囲を越える
とき、例えば上限を越えるときには電磁弁20を一つ開け
て稼働する定流量系の水噴射ノズル2Aの本数を１本ずつ
増やし、逆に排ガス温度が下限より下がるときには稼働
中の水噴射ノズル本数を１本ずつ減少させる制御を行う
ことが考えられる。

しかして、上記構成のガス冷却装置によれば、排ガスの
温度の変動に応じて次の３パターンに分かれる。すなわ
ち、 A.プラントの起動停止時の場合（低負荷で変動が大きい
場合） 定流量群の水噴射ノズル2Aに通じるすべての電磁弁20を
閉じ、可変流量群の水噴射ノズル2Bだけでガス冷却を行
う（第３図参照）。

すなわち、冷却塔１に続く図示しない電気集塵器に流入
する排ガス温度が所定温度（例えば、260℃）以上にな
ると、ポンプ６が起動されるとともにコントロール弁25
が開かれ、水槽７内の水が供給管５を通してサプライヘ
ッダ４に供給される。

ここで、電磁弁20が閉じられたままであることから定流
量群の水噴射ノズル2Aからは水が噴射されず、可変流量
群のリターン圧制御方式の水噴射ノズル2Bからのみ水が
噴射される。この水噴射ノズル2Bから噴射される水量
は、流出口1bの排ガス温度によってコントロール弁12が
開度調整されることにより、言い換えればリターン圧が
調整されることにより制御される。その結果、排ガスの
温度はほぼ一定に保たれる。

B.低負荷安定時 冷却負荷の大きさに応じ電磁弁20を開閉操作することに
よって定流量群の水噴射ノズル2Aの内幾つかのものを稼
働状態とし、残る負荷変動分は可変流量群の水噴射ノズ
ル2Bからの水噴射量の調整によって制御する（第４図参
照）。定流量群の水噴射ノズル2Aの本数の決定は、上述
したように、コントロール弁12によるガスの温度制御範
囲を定めておき、それを越える場合に、稼働する水噴射
ノズル2Aの本数を増加あるいは減少させる制御を行う。

C.高負荷安定時 全ての電磁弁20を開状態として定流量群の水噴射ノズル
2Aを全て稼働状態とし、その上で可変流量群のリターン
圧制御方式の水噴射ノズル2Bによる水噴射量調整を行っ
て排ガス温度制御をする（第５図参照）。

上述したように、変動しない水量分を定流量群の噴射ノ
ズル2Aから噴射させ、変動分を戻り管11の圧力制御で水
量調整するものであるから、可変流量群のリターン圧制
御方式の水噴射ノズル2Bのリターン側の圧力制御範囲が
広がり、制御性が向上する。

上記圧力制御範囲が広がることについて補足説明する
と、従来の方式は１個のコントロール弁12で全てのリタ
ーン圧制御方式の水噴射ノズルの流量制御を行うもので
あり、各ノズルから噴射される水量はすべて同じ値であ
る。例えば、第６図に示すように、１本当たり調整でき
る水量が5l／min〜30l／minである所定径のノズルを４
本用いて制御する場合であって、実際の排ガス冷却条件
下で必要な水量制御が70l／min〜100l／minである場合
を仮定すると、ノズル１本当たり17.5l／min〜25l／min
流量制御する必要がある。これをコントロール弁12で圧
力制御するには、リターン圧を7kg／cm^２〜8kg／cm^２の
範囲変化させなければならないことが第６図からわか
る。

一方、本実施例の如く例えば４個ある水噴射ノズルのう
ち２個のノズルを定流量群の水噴射ノズルとしそこから
常時合計60l／minの水を噴射させるとともに残りの２本
のノズルをリターン圧制御方式の可変流量群の水噴射ノ
ズル2Bとし、この可変流量ノズル2Bで負荷変動分（10lm
in〜40l／min）をおぎなおうとすると、可変流量水噴射
ノズル１本当たり5l／min〜20l／min流量制御する必要
がある。この場合、コントロール弁12で制御する圧力範
囲は1kg／cm^２〜7.3kg／cm^２となる。

つまり、コントロール弁12の圧力制御範囲を見ると、従
来の装置を本考案に変えることによって、圧力制御範囲
が7kg／cm^２〜8kg／cm^２から1kg／cm^２〜7.3kg／cm^２に
広がるのがわかる。

このように、変動しない負荷部分を常時一定量の水を噴
射させることで対処し、主に変動負荷分をリターン圧制
御する可変流量群の水噴射ノズル2Bで補うものとする
と、同じコントロール弁12を用いる場合であっても、変
動に対する制御範囲が広がることから、制御性が良くな
り、その結果、流出口の排ガス温度は従来方式に比べ非
常に安定する。

加えて、定流量群の水噴射ノズル2Aの本数を排ガスの冷
却負荷条件に応じて選定していくものであるから、起動
時から低負荷運転時並びに高負荷運転時に至る広い範囲
に渡って対応でき、リターン側圧力制御による流量調整
が行える可変流量群の水噴射ノズル2Bを最も制御特性の
よい範囲で活用できることになる。

なお、定流量群ノズル2Aは、リターン圧制御方式の可変
流量群ノズル2Bと異なる形式としても良いし、あるい
は、リターン圧制御方式ノズルの戻り管11の管路に開閉
式のバルブを設け、それを常時閉としておけば、同一の
リターン圧制御方式ノズルを定流量群ノズル2A用として
活用できる。

また、上記実施例では、本考案をごみ焼却プラントの排
気ガス処理用に用いた例について説明したが、本考案は
他のガス処理用としても勿論利用できる。

「考案の効果」 以上説明したように本考案によれば、以下の効果を奏す
る。

プラントの起動停止時における低負荷で負荷変動が大
きい場合のみならず、通常運転における低負荷および高
負荷時の小さな負荷変動にも対処でき、もって低負荷か
ら高負荷に至る広い範囲に渡って高精度のガス温度制御
が実現できる。第７図は従来装置における排ガスの温度
変化を、第８図は本考案にかかる冷却装置における排気
ガスの温度変化をそれぞれ示したもので、これら図の比
較からも高精度の温度制御が実現できるのがわかる。

上記高精度のガス温度制御が実現できることから、処
理以降のガスの水分量などの性状および流量が安定し、
もってガス中に含まれる灰が湿るおそれもなくなる。

配管径路を若干変更するとともに供給側の枝管中に開
閉弁を配設するだけの作業で、既設の設備にも簡単に装
備することができる。

後段に電気集塵器を設ける場合、ガス中の水分量が安
定するため、荷電が安定し集塵効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本考案の一実施例を示し、第１図は装
置全体の構成図、第２図は本装置の配管系および制御系
を表す説明図、第３図〜第５図は本装置の作用説明図、
第６図は水噴射ノズルの特性図、第７図は従来のガス冷
却装置によって制御した場合のガス温度変化図、第８図
は本考案装置によって制御した場合のガス温度変化図、
第９図は従来装置を表す構成図である。 １……ガス冷却塔、 2A……定流量群の水噴射ノズル、 2B……可変流量群の水噴射ノズル、 ３……枝管、 ４……サプライヘッダ、 ６……ポンプ、 ９……リターンヘッダ、 10……枝管、 11……戻り管（水戻し系）、 12……コントロール弁、 20……電磁弁（開閉弁）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス流路中に複数の水噴射ノズルが配置さ
   れ、該ノズルから噴射される水によってガスを冷却させ
   るガス冷却装置において、 前記複数の水噴射ノズルは定流量群とリターン圧制御方
   式の可変流量群の２系統に分かれ、定流量群の水噴射ノ
   ズルは水供給系に個々に枝管で接続されるとともに該個
   々の枝管中に開閉弁が介装され、他方、前記可変流量群
   の水噴射ノズルは水供給系の他水戻し系にも接続され、
   該水戻し系には流体圧調整用のコントロール弁が介装さ
   れていることを特徴とするガス冷却装置。