JPH1137449A - 排ガス減温塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスを整流することができ、ガス流の乱
れに起因する冷却効率の低下やダストトラブルを防止で
きる排ガス減温塔を提供する。 【解決手段】 ガス導入ダクト２を構成するに際し、水
平方向に排ガスが流入するダクト入口２ａと、下方向に
向けて開口し、塔本体１の頂部に接続したダクト出口２
ｂとの間に、ダクト内部の排ガスを整流する整流部２Ｂ
を設ける。この整流部２Ｂは曲率中心１８０度以上の円
弧状をなすように形成する。これにより、塔本体１の内
部で局所的に速いガス流は生じず、流れ方向と直角に交
わる方向の断面において均一な速度分布となるように整
流される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ焼却炉や
溶融炉などの排ガスを水噴霧によって冷却する排ガス減
温塔に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ごみ焼却炉や溶融炉などの排
ガスを水噴霧によって冷却する排ガス減温塔は、図９あ
るいは図１０に示したように、概ね円筒形状の塔本体１
の頂部にガス導入ダクト２を設け、下部にガス排出口３
を形成しており、前記炉から水平方向に導出される排ガ
スＧをガス導入ダクト２によって下向きに塔本体１の内
部に導入し、流路拡大部１ａで拡散させ、ノズル４より
噴霧する冷却水５によって冷却するようにしているもの
が多い。

【０００３】特開平５−１５７２１８号には、図１１に
示したような、ガス導入部２’に整流を目的としたルー
バ６を設けたものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９あ
るいは図１０の排ガス減温塔ではそれぞれ、図１２ある
いは図１３に示したように、塔本体１の内部の、ガス導
入ダクト２に相応しない外側部分に多くの排ガスが流入
し、局所的に速いガス流Ｇ１が生じる。その影響で、ガ
ス導入ダクト２に相応する内側部分にカルマン渦が発生
し、塔下部まで続く逆流Ｇ２が発生し、以下のような問
題が生じる。

【０００５】１）排ガスの排出規制の強化によって排ガ
ス温度を従来より低い１４０℃〜１７０℃まで低下させ
ることが要求されるが、この温度近傍ではノズル４より
噴霧される水粒子の蒸発速度は著しく小さく、速いガス
流Ｇ１に水粒子が伴われると、塔内滞留時間が不足して
蒸発が終了せず、排ガスＧの冷却に支障をきたすばかり
か、未蒸発の水粒子が後段の装置に流入し、悪影響を及
ぼす。

【０００６】２）塔本体１内のガス流の乱れによって、
ノズル４から噴霧された水粒子が壁面に直接接触し、壁
面を濡らす。一方、塔本体１内に流入する排ガスＧは除
塵前のものであるためダストが多く、また酸性ガス成分
（ＨＣｌ，ＳＯｘ）を含んでいる。そのため、塔本体１
の壁面の濡れ部分にダストが付着し、ガス通路の閉塞を
来して、前段のごみ焼却炉や溶融炉の長期連続運転の妨
げとなるだけでなく、濡れ部分で排ガス中のＨＣｌ，Ｓ
Ｏｘが金属製の塔壁と反応し、塔壁の腐食が急激に進ん
で穴が開くなどのトラブルが生じる。

【０００７】図１１の排ガス減温塔では、ルーバ６で排
ガスＧを整流するようにしたことで、上記の問題点はか
なり改善されると報告されている。しかし、効果的に整
流するために多数のルーバ６を設けているのが実状であ
り、各ルーバ６を微妙に調整しなければならない。この
ような減温塔が特に溶融炉の後段に設けられる場合は、
排ガスＧ中に含まれているダストの粘性が高いため、密
に配置されているルーバ６へのダストの付着、堆積によ
るダストトラブルが懸念される。

【０００８】本発明は上記問題を解決するもので、ルー
バを用いることなく排ガスを整流することができ、ガス
流の乱れに起因する冷却効率の低下やダストトラブルを
防止できる排ガス減温塔を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の排ガス減温塔は、冷却水噴霧ノズルを配置
した円筒状の塔本体の頂部にガス導入ダクトが接続し、
下部にガス排出口を形成した排ガス減温塔において、前
記ガス導入ダクトは、水平方向に排ガスが流入するダク
ト入口と、下方向に向けて開口し、塔本体の頂部に接続
したダクト出口との間に、ダクト内部の排ガスを整流す
る整流部を有し、前記整流部は曲率中心１８０度以上の
円弧状をなすように構成したものである。

【００１０】好ましくは、上下方向に配置される整流部
の一部を、塔本体の軸心を通る仮想平面の一側と他側と
を往復する円弧状となす。上記した構成によれば、ガス
導入ダクトの整流部の両端部と中央部とで排ガスの流れ
方向が大きく変わり、ダクト内周側の排ガスが適度に減
速されるので、塔本体内部で局所的に速いガス流は生じ
ず、流れ方向と直角に交わる方向の断面において均一な
速度分布となるように整流される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１に示した排ガス減温塔は、
基本的には図９または図１０に示した従来のものとほぼ
同様の構成を有しており、概ね円筒形状の塔本体１の頂
部にガス導入ダクト２が接続し、頂部よりやや下方に流
路拡大部１ａを形成し、下部にガス排出口３を形成して
おり、流路拡大部１ａに周方向に沿って適当間隔で冷却
水噴霧ノズル４を配置している。

【００１２】ガス導入ダクト２は、断面が角形であり、
上下方向に向けて開口し、前段の装置に接続したダクト
入口２ａと、下方向に向けて開口し、塔本体１の頂部に
接続したダクト出口２ｂとの間に、水平方向に排ガスＧ
を導入する水平導入部２Ａと、導入された排ガスＧを整
流する円弧状の整流部２Ｂとを有している。

【００１３】整流部２Ｂの形状を、図２に基づいて詳細
に説明する。塔本体１の軸心を（ａ−ｂ）、頂部を（ｅ
−ｆ）、流路拡大部１ａの上端を（ｃ−ｄ）とし、ダク
ト入口２ａ（および水平導入部２Ａ）の高さ方向の径を
ｌ、塔本体１の中央部の直径をｍ、頂部（ｅ−ｆ）の径
をｍ／２とする。

【００１４】上記した前提において、整流部２Ｂは、水
平導入部２Ａより７０度上方に立ち上がった部分と、軸
心（ａ−ｂ）より０．２×ｍかつ流路拡大部１ａの上端
（ｃ−ｄ）より０．８×ｍの位置の点Ｏを中心とした半
径（０．６×ｍ）の大円の円弧Ａ１を外周とし、半径
（０．６×ｍ−ｌ）の小円の円弧Ａ２を内周とする円弧
状をなす部分とが合した形状をなしている。ただし、塔
本体１の頂部（ｅ−ｆ）の近傍では、整流部２Ｂは、点
ｆから小円に引いた接線ｇを内周としている。

【００１５】この結果、整流部２Ｂは曲率中心１８０度
以上の円弧状をなしており、整流部２Ｂの上下方向に配
置される一部分は、塔本体１の軸心（ａ−ｂ）を通る仮
想平面の一側から他側に伸びた後に反転し、塔本体１の
頂部に接続している。

【００１６】上記したような排ガス減温塔において、排
ガスＧは、ダクト入口２ａを通じてガス導入ダクト２の
内部に流入し、水平導入部２Ａにおいて水平方向に流
れ、整流部２Ｂの形状に沿って円滑に流れて塔本体１の
内部に流入し、流路拡大部１ａでやや拡散した状態にお
いて、冷却水噴霧ノズル４より噴霧される冷却水５によ
って冷却され、ガス排出口３より塔外へ流出していく。

【００１７】このとき、排ガスＧは、水平導入部２Ａと
整流部２Ｂとの境界で水平方向から斜め上方へと方向転
換し、整流部２Ｂの中央部で仮想平面の一側と他側とを
往復する反転をした後、整流部２Ｂと塔本体１との境界
で下方へと方向転換することになり、流れ方向が転換さ
れる毎に内周側の排ガスＧが適度に減速されるため、塔
本体１の内部では従来のような局所的に速いガス流は生
じず、流れ方向と直角に交わる方向の断面において均一
な速度分布となるように整流される。

【００１８】これにより、冷却水噴霧ノズル４から噴霧
される冷却水５の水粒子は塔本体１の内部で適当時間滞
留して完全蒸発し、かつ従来のようなカルマン渦や逆流
が発生することがないので、壁面への水粒子の付着や、
それによる壁面へのダストの付着や壁面の腐食は防止さ
れる。

【００１９】本発明の排ガス減温塔と従来の排ガス減温
塔とを比較するために、数値解析にて検証した。すなわ
ち、図１および図２に示した本発明の排ガス減温塔、お
よび図９または図１０に示した従来の各排ガス減温塔の
３次元幾何形状モデルをそれぞれ、ガス導入部以外は全
く同一にして作成し、ガス流の速度分布とノズルから噴
霧される水粒子の軌跡とを調べた。試験条件は以下の通
りである。

【００２０】 塔本体の直径 ３０００ｍｍ ガス量 ２０，０００ｍ³ Ｎ／ｈ 入口温度 ３００℃ 出口温度 １６０℃ ガス中の水分量 １５％ 冷却水量 １４００ｌ／ｈ 水粒子の粒子径 １０〜２００μｍ まず、ガス流の速度分布を解析したところ、本発明の排
ガス減温塔では図３に示したようなものとなり、従来の
排ガス減温塔では図４または図５に示したようなものと
なった。各図において、塔内の矢印はガス流を示し、色
の濃い部分は流れが速い。矢印Ｗは冷却水の噴霧位置を
示す。

【００２１】図４または図５では、噴霧位置での流速分
布が偏っており、逆流(上向きの流れ)が見られるのに対
して、図３では、噴霧位置での流速分布ほぼ均一であ
り、逆流(上向きの流れ)はかなり抑えられている。

【００２２】次に、水粒子の軌跡、すなわち噴霧された
水粒子が蒸発完了するまでの軌跡を解析したところ、本
発明の排ガス減温塔では図６に示したようなものとな
り、従来の排ガス減温塔では図７または図８に示したよ
うなものとなった。各図において、塔内の矢印は水粒子
の軌跡を示し、矢印Ｗは冷却水の噴霧位置を示す。ただ
し、各図における水粒子の軌跡は計算結果の平均値であ
り、実際には水粒子は図中の水粒子の軌跡を平均値とし
たランダムな軌跡を示す。

【００２３】図７に示した従来の排ガス減温塔では、水
粒子の軌跡が塔本体１の軸心より壁面の方に偏ってい
て、壁面への水粒子の付着の可能性が高い。また図８に
示した従来の排ガス減温塔では、塔本体１の軸心より内
側の水粒子の軌跡が水粒子の噴霧位置より上方まで及ん
でおり、この場合には水粒子の軌跡と壁面との距離が最
小では１２０ｍｍ程度しかないので、壁面への水粒子の
付着の可能性が高い。一方、図６に示した本発明の排ガ
ス減温塔では、ガス流による水粒子の軌跡の乱れは少な
く、壁面への水粒子の付着の可能性は少ない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、前段の
装置から円筒状の塔本体に排ガスを導入する排ガス導入
ダクトを、一旦塔本体の軸心を越えさせた後に反転させ
て塔本体に接続するようにしたことにより、従来の排ガ
ス整流用ルーバーを用いることなく、塔本体内部に導入
される排ガスを、ガス流と直角方向の流路断面において
均一な速度分布をもつように整流できる。

【００２５】これにより、塔本体内部で噴霧した水粒子
を適当時間滞留させることができ、排ガスを効果的に冷
却できるとともに、水粒子を完全蒸発させることができ
る。また壁面への水粒子の付着を防止することができ、
水粒子の付着部分へのダストの付着、およびそれに起因
する壁面の腐食を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における排ガス減温塔の全
体構成を示した正面図である。

【図２】図１に示した排ガス減温塔の排ガス導入ダクト
の構成を説明する要部拡大断面図である。

【図３】図１に示した排ガス減温塔におけるガス流の速
度分布を示した断面図である。

【図４】図３との比較のために、従来型１の排ガス減温
塔におけるガス流の速度分布を示した断面図である。

【図５】図３との比較のために、従来型２の排ガス減温
塔におけるガス流の速度分布を示した断面図である。

【図６】図１に示した排ガス減温塔における水粒子の軌
跡を示した断面図である。

【図７】図６との比較のために、従来型１の排ガス減温
塔における水粒子の軌跡を示した断面図である。

【図８】図６との比較のために、従来型２の排ガス減温
塔における水粒子の軌跡を示した断面図である。

【図９】従来型１の排ガス減温塔の全体構成を示した説
明図である。

【図１０】従来型２の排ガス減温塔の全体構成を示した
説明図である。

【図１１】従来型３の排ガス減温塔の概略構成を示した
説明図である。

【図１２】従来型１の排ガス減温塔におけるガス流を示
した説明図である。

【図１３】従来型２の排ガス減温塔におけるガス流を示
した説明図である。

【符号の説明】

１ 塔本体 ２ ガス導入ダクト ２ａ ダクト入口 ２ｂ ダクト出口 ２Ｂ 整流部 ３ ガス排出口 ４ 冷却水噴霧ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉田 雅人 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水噴霧ノズルを配置した円筒状の塔
   本体の頂部にガス導入ダクトが接続し、下部にガス排出
   口を形成した排ガス減温塔において、前記ガス導入ダク
   トは、水平方向に排ガスが流入するダクト入口と、下方
   向に向けて開口し、塔本体の頂部に接続したダクト出口
   との間に、ダクト内部の排ガスを整流する整流部を有
   し、前記整流部は曲率中心１８０度以上の円弧状をなす
   ことを特徴とする排ガス減温塔。
2. 【請求項２】 上下方向に配置される整流部の一部が、
   塔本体の軸心を通る仮想平面の一側と他側とを往復する
   円弧状をなすことを特徴とする請求項１記載の排ガス減
   温塔。