JPS6230826B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に噴霧乾燥装置に係るものであ
り、更に具体的には微粉状物質のスラリーをスプ
レー乾燥室内に吹き込み、ここで高温乾燥ガスと
接触させるためのスプレーノズルに係るものであ
る。

先行技術において、噴霧乾燥自体はよく知られ
ている。揮発性搬送液体（最も普通には水）に溶
解し懸濁している微粉状の粒状物質の溶液又はス
ラリーを乾燥するのにこの噴霧乾燥を利用してき
た。処理しようとするスラリー又は溶液を噴霧
し、噴霧乾燥装置を通る高温ガス流の中へ吹き込
む。このようにして揮発性搬送液体を蒸発させ、
溶解もしくは懸濁している粒状物質を乾燥させて
乾いた粒状物質とする。食品、薬品そして他の多
くの粒状物質を乾燥させ処理するのにこの噴霧乾
燥を長年利用してきた。

ガス状の汚染物、最も普通には硫黄酸化物を取
除くため化石燃料燃焼炉からの煙道ガスを処理す
るのに噴霧乾燥が効果的であることが最近判明し
た。この場合石灰、石灰岩、ソーダ灰もしくは苛
性ソーダなどの硫黄酸化物の吸着剤を水に溶かし
たスラリーもしくは溶液を噴霧してスプレー乾燥
室に吹き込んで炉からの高温煙道ガスと接触させ
るのである。スラリーもしくは溶液中の水は高温
の煙道ガスからの熱により蒸発するので、その中
に含まれている硫黄酸化物吸着反応剤は煙道ガス
内の硫黄酸化物と反応する。その結果生じた生成
物は硫黄を含む塩の乾燥粉末である。

典型的な乾燥装置は、溶液もしくはスラリーを
効率よく乾燥させるための適正な環境と滞留時間
をつくるよう設計した噴霧乾燥室を限定するハウ
ジングを備えている。乾燥ガスを容器の頂部の入
口から容器内へ入れ、そして容器の底部の出口か
ら出す。乾燥しようとする粒状物質の溶液又はス
ラリーを噴霧装置を通して容器内へ吹き込む。こ
の噴霧した溶液もしくはスラリーを、噴霧乾燥室
に入る高温乾燥ガスに吹き込んでこの高温ガスと
混合し、揮発性搬送液を蒸発させ、そしてその溶
けているもしくは懸濁している粒状物質を乾燥し
た微粉にするのである。

噴霧乾燥に使用されている噴霧装置の一つに音
波噴霧スプレーノズルがある。この装置では、最
も普通には空気である気体の高速流をスプレーノ
ズルの出口の共振器にぶつけることにより音波を
発生させる。同時に、噴霧しようとする溶液もし
くはスラリーを、共振器に高速ガスを放出するこ
とにより発生した音波の領域に注入する。共振音
波からの振動がかなりのエネルギーを有してお
り、その結果液体を非常に細かい粒として噴霧す
る。

大抵の噴霧乾燥装置の応用において、また特に
硫黄酸化物の除去に噴霧乾燥装置を利用するとき
に特に重要なことは、十分に液体を噴霧して非常
に細かい粒にするということである。実験室でよ
いとされている音波スプレーノズルの設計が、規
模を大きくしていくと良好な噴霧がしばしば失わ
れて失敗したしまうことがしばしばである。液体
の流れの面積に対する噴霧ガスの流れ面積の比が
十分な噴霧を生ずるとして実験室で見出された値
に維持されないからである。一定の流れ面積比を
維持するのに特別に注意をしなければならない規
模を大きくした音波ノズルは、しばしば液体と噴
霧気体との均質接触を失い、そして噴霧乾燥装置
中の不均質なスラリー分布をつくつてしまう。

本発明の目的は、液体の流れ面積対噴霧気体の
流れ面積比を一定に維持することにより十分な噴
霧を保持し、そして同時に均一スプレー分布と、
噴霧しようとする液体と噴霧気体との間の均密接
触とを保証して、大流量のスラリーを扱える規模
にすることのできる音波噴霧スプレーノズルを提
供することである。

すなわち本発明は、(a)支持体と、(b)この支持体
から延びている端部開放の円筒状の外殻と、(c)前
記支持体から前記外殻を貫いてその開放端部を通
り前記外殻と同軸に延びる支持ステムと、(d)前記
外殻内に同軸にかつこれから間隔を隔てて配設さ
れ、前記外殻との間に第１の充満室を、また内部
に第２の充満室を画成する端部開放の内殻であつ
て、この内殻の開放端部が前記外殻の開放端部に
延びこれと近接するが間隔を隔てた関係であつ
て、これによりこの内殻の外壁と前記外殻の内壁
との間に円周方向に連続する環状のチヤンネルを
画成し、この環状のチヤンネルが前記第１の充満
室と前記外殻の開放端部との間に流れを連通せし
める気体通路を提供すると共に環状の放出出口を
提供するようにした前記内殻と、(e)前記内殻の開
放端部に対向しかつこれとは間隔を隔てた関係で
前記支持ステムから支持されて前記内殻と実質的
に同軸に配置され、前記内殻の開放端部との間に
外縁部において連続的な円周方向のスリツトを画
成している共振板であつて、前記連続的な円周方
向のスリツトが前記第２の充満室と前記外殻の開
放端部との間に流れ連通と与える液体通路を提供
し、前記円周方向のスリツトと前記環状のチヤン
ネルとが前記内殻の外端部に沿つて実質的に直角
をなし、これにより前記内殻の外縁部に共通境界
を与え、かつ共振板上に前記環状の放出出口が開
口するようにした共振板と、(f)前記第１の充満室
に連通する霧化気体供給手段と、(g)前記第２の充
満室に連通する液体供給手段とを包含して成るス
プレーノズルにある。

以下に本発明を、化石燃料燃焼炉で発生した高
温煙道ガスから硫黄酸化物を取除くのに使用され
る吸着室として使用するスプレー乾燥装置に関す
る好適な実施例について説明する。しかし、本発
明のスプレーノズルは先行技術でよく知られてい
る多くの他の噴霧乾燥にも使用できるものである
ことを理解されたい。

第１図にフローシートが略図として示されてい
るが、この中で噴霧乾燥装置は化石燃料燃焼炉内
に発生した高温の煙道ガスから硫黄酸化物を取除
くための吸着室として使用されている。石油や石
炭のような硫黄含有の化石燃料を炉１０内で空気
と燃焼させると煙道ガスと称する燃焼生成物１２
を形成する。炉１０内での硫黄含有燃料の燃焼中
発生する硫黄酸化物のガスを含む煙道ガスが対流
バンク１４を通つて炉から出る。この対流バンク
１４を横断する高温煙道ガスは熱交換面を流れる
液体（たとえば水）と熱交換関係にある熱交換面
の上を通つて蒸気を発生する。対流バンク１４を
出る煙道ガスは空気加熱器１６を通り、炉１０へ
供給されている燃焼空気を予熱する。炉へ送られ
ている燃焼空気と間接的に熱交換関係にある空気
加熱器１６を煙道ガスが通るとき、煙道ガスは
100−200℃の温度にまで冷却される。

空気加熱器から、煙道ガス１２はダクト１８を
通つて１つ又はそれ以上のスプレードライヤ吸着
室２０へ進む。スプレードライヤ吸着室２０を通
つてから、吸込みフアン２２により煙道ガスは乾
燥粒収集器２４を通して引かれ、それから煙突２
６へ進み、大気へ出る。

高温煙道ガス１２がスプレー乾燥吸着室２０を
通るとき、煙道ガスはスラリー予備タンク３２か
らの硫黄酸化物吸着スラリー３０の噴霧スプレー
２８と接触する。このスラリーは石灰、水酸化カ
ルシウム、ソーダ灰又は苛性ソーダを、最も普通
には水である揮発性搬送液体と混合させることに
よりスラリー予備タンク３２内でつくられる。こ
のスラリー内の硫黄酸化物の吸着剤は、煙道ガス
がスプレードライヤ２０を通るとき煙道ガス内の
硫黄酸化物と反応して硫黄含有塩を形成する。同
時に、スラリー中の水分は高温煙道ガスの感熱部
分により蒸発させられ、それにより硫黄含有塩は
微粉とされて乾いた粒子だけが煙道ガス内に残
る。乾いた粒子の多くがスプレードライヤ２０の
ホツパー内に煙道ガスから沈殿し、残りの乾いた
粒子はスプレードライヤ２０の下流の乾燥粒子収
集器２４を煙道ガスが通るときに取除かれる。ス
プレードライヤ２０から乾燥粒子収集器２４内へ
送られた乾いた硫黄含有粒子は収集タンク３４へ
通されてその後処理される。

硫黄酸化物の吸着効率を最適とし、そして生成
塩を完全に乾燥して微粒子にするために重要なこ
とは、反応スラリーを細かく噴霧した霧状のスプ
レーとして高温乾燥ガスと均密に接触させるとい
うことである。噴霧ガスを通して半径方向外方へ
噴霧され乾燥室に入るときの高温煙道ガスの中へ
吹込まれる周縁に薄く連続して広がるシート状の
スラリーと高温ガスとの間に均密な接触をつくる
ように本発明のスプレーノズルは設計されてい
る。

第２図に示すスプレーノズル４０の支持体４２
の円筒状の外殻４４は支持体４２から下方にのび
ている。それの下端は開放端部４６となつて終わ
つている。円筒状の外殻４４の開放端部４６に内
殻５０の開放端部５４を配して外殻４４内に同軸
に取付けた内殻５０によつて外殻４４の内側は上
方の第１の充満室４８と下方の第２の充満室５２
とに分けられる。外周縁の周りに段付きリム５８
を有する共振板５６は内殻５０の開放端部５４か
ら離れてこれと向き合つており、そして内殻５０
と同軸に配置されている。支持ステム６０が内、
外殻と同軸にのびて共振板５６を支持体４２に結
合して共振板５６を支持している。

第１の充満室４８は噴霧ガス空間を形成し、そ
してこの充満室４８内に開いている噴霧ガス供給
入口６２を通して、最も普通には圧縮空気である
噴霧ガスと第１の充満室４８は流体連通関係にあ
る。第２の充満室５２は液体、すなわちスラリー
もしくは溶液の空間を形成し、この空間は液体供
給手段６４を通して予備タンク３２と連通してい
る。好ましい実施例においては、共振板５６を支
持体４２へ接続している支持ステムは管状殻であ
つて、それの内側６３が形成する流路を通つてス
ラリーは第２の充満室５２へ送られる。管状の支
持ステム６０の壁の多数の孔６４は支持ステム６
０の内側と第２の充満室５２とを連通している。

環状チヤンネル６６が内殻５０の開放端部５４
の外面と円筒状の外殻４４の開放端部４６の内面
との間に形成される。この環状チヤンネル６６が
つくる流路を通つて噴霧ガスが第１の充満室４８
から外殻４４の開放端部４６から出て共振板５６
のリム５８に衝突して音波を発生する。環状チヤ
ンネル６６の端部の環状開口６８の流れ面積は、
内殻５０の外周７２とチヤンネル６６の巾との積
に等しい。

周縁の連続するスリツト７０は共振板５６と内
殻５０の開端５４の端面との間に形成される。こ
のスリツト７０がつくる液体通路は、外殻４４の
開放端部４６に隣接している音波区域と液体空間
である第２の充満室５２との間を連通している。
スリツト７０はシート状に液体を噴霧して、この
噴霧はスプレードライヤーに吹き込まれ、それよ
り液体スプレーの均一散布の達成を保証する。

第２図に見られるように、スリツト７０と環状
のチヤンネル６６への開口６８とが相互に直角に
配置され、一つの共通境界、すなわち内殻５０の
開放端部５４の外周縁７２を共有する。液体がス
リツト７０を通して半径方向外方へ注出され、そ
して環状のチヤンネル６６の端の開口６８を通し
て軸方向下方へ通る噴霧ガスを液体を横切らなけ
ればならないので液体と噴霧ガスとの間の均密な
接触が保証される。

スリツト７０の流れ面積は内殻５０の外周縁７
２とスリツト７０の巾との積に等しい。連続スリ
ツト７０と環状開口６８とは共通の境界として内
殻５０の周縁７２を共有しているので、液体の流
れ面積に対する噴霧ガスの流れ面積の比はスリツ
ト７０の巾に対する環状開口６８の巾の比に等し
い。

それ故、本発明のノズルでは、液体の流れ面積
に対するガスの流れ面積の比は内殻５０の外周縁
の寸法と、例え両方の流れ面積が直接それにより
変化するものであつても、無関係である。従つ
て、内殻周縁を比例的に増大させるだけでノズル
の規模を大きくして大きな液体流量を、それ故大
きな噴霧ガス流量を扱えるようになる。ガスの流
れ面積と液体の流れ面積との両方は、液体の流れ
面積に対するガスの流れ面積の比、それ故ノズル
の噴霧特性を同じにしたまゝで、周縁増大に直接
比例して増大する。

第２図に示す本発明の好ましい実施例において
内殻５０は、支持ステム６０から外方へ外殻４４
の開端に向かつてのびる端部開放の円錐殻であ
る。円筒状リム７６はこの円錐殻から軸方向下方
へ、円筒状の外殻４４の開放端部４６から僅かに
はなれてのびている。円筒状リム７６の外面と円
筒状の外殻４４の内面との間の周縁空間が環状の
チヤンネル６６を形成している。円筒状のリム７
６の端面と共振板５６との間の間隙がスリツト７
０を形成している。円筒状リム７６の外側の下縁
はスリツト７０と環状開口６８との共通の境界と
なつている。

特に注意を促したい本発明の別の特徴は、円筒
状外殻４４の外面が流線形表面をつくつていると
いうことである。大抵の先行技術のノズルでは、
ノズル本体の外面はノズルの下方端でノズルの中
心に向かつて内側にまがつている。この内方に突
出する面は、スラリー中の粒子が衝突してひつつ
く区域をスラリーの注入口の傍につくつてその上
に沈着を生じさせ、ノズルの性能を損なわせる。
円筒状の外殻４４の外面はスラリーが接触する露
出部分を有していないのでノズルの外面に沈着が
生じるということはない。

本発明の好ましい実施例を硫黄酸化物除去のス
プレー乾燥装置として説明したけれども、本発明
はこれに限定されるべきものではなく、すべての
変形と応用とを含むものとして理解されるべきも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスプレーノズルを使用するス
プレー乾燥装置を示す略図であり、このスプレー
乾燥装置は乾いた硫黄含有塩として高温煙道ガス
から硫黄酸化物を取除くための吸着室として使用
されている。第２図は本発明のスプレーノズルの
側面縦断面図である。 １０……炉、１２……燃焼生成物、１４……対
流バンク、１６……空気加熱器、１８……ダク
ト、２０……スプレードライヤ吸着室、２２……
吸込フアン、２４……乾燥粒収集室、２６……煙
突、２８……噴霧スプレー、３０……硫黄酸化物
吸着スラリー、３２……スラリー予備タンク、３
４……収集タンク、４０……スプレーノズル、４
２……支持体、４４……外殻、４６……開放端
部、４８……第１の充満室、（噴霧ガス空間）、５
０……内殻、５２……第２の充満室（液体空
間）、５４……開放端部、５６……共振板、５８
……段付きリム、６０……支持ステム、６２……
噴霧ガス供給入口、６４……孔、６６……環状の
チヤンネル、７０……スリツト、７６……円筒状
リム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 支持体と、 (b) この支持体から延びている端部開放の円筒状
   の外殻と、 (c) 前記支持体から前記外殻を貫いてその開放端
   部を通り前記外殻と同軸に延びる支持ステム
   と、 (d) 前記外殻内に同軸にかつこれから間隔を隔て
   て配設され、前記外殻との間に第１の充満室
   を、また内部に第２の充満室を画成する端部開
   放の内殻であつて、この内殻の開放端部が前記
   外殻の開放端部に延びこれと近接するが間隔を
   隔てた関係であつて、これによりこの内殻の外
   壁と前記外殻の内壁との間に円周方向に連続す
   る環状のチヤンネルを画成し、この環状のチヤ
   ンネルが前記第１の充満室と前記外殻の開放端
   部との間に流れを連通せしめる気体通路を提供
   すると共に環状の放出出口を提供するようにし
   た前記内殻と、 (e) 前記内殻の開放端部に対向しかつこれとは間
   隔を隔てた関係で前記支持ステムから支持され
   て前記内殻と実質的に同軸に配置され、前記内
   殻の開放端部との間に外縁部において連続的な
   円周方向のスリツトを画成している共振板であ
   つて、前記連続的な円周方向のスリツトが前記
   第２の充満室と前記外殻の開放端部との間に流
   れ連通を与える液体通路を提供し、前記円周方
   向のスリツトと前記環状のチヤンネルとが前記
   内殻の外端部に沿つて実質的に直角をなし、こ
   れにより前記内殻の外縁部に共通境界を与え、
   かつ共振板上に前記環状の放出出口が開口する
   ようにした共振板と、 (f) 前記第１の充満室に連通する霧化気体供給手
   段と、 (g) 前記第２の充満室に連通する液体供給手段と を包含して成るスプレーノズル。