WO2022158116A1 - サイクロン式の排ガス浄化装置 - Google Patents

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義晶 榎並
達紀 杉本
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Fuji Electric Co Ltd
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    • B01D2247/10—Means for removing the washing fluid dispersed in the gas or vapours
    • B01D2247/101—Means for removing the washing fluid dispersed in the gas or vapours using a cyclone

Definitions

  • the present disclosure relates to a cyclone-type exhaust gas purification device that reduces sulfur oxides contained in exhaust gas generated by burning fossil fuels such as coal or heavy oil.
  • a cyclone-type exhaust gas purifier is an example of an exhaust gas purifying device that uses an absorbent containing alkaline components to reduce sulfur oxides contained in exhaust gas generated by burning fossil fuels.
  • exhaust gas flows along the inner peripheral surface from the bottom of a cylindrical structure that functions as an absorption tower. The exhaust gas that has flowed into the structure rises while swirling within the structure, and comes into contact with the absorption liquid that is sprayed into the structure. Exhaust gas whose sulfur oxides have been reduced by contact with the absorbing liquid is exhausted from a chimney communicating with the structure.
  • Patent Document 1 A part of the absorbent sprayed into the structure and a part of the absorbent that has already been used to absorb sulfur oxides swirl around the inner peripheral surface of the structure and flow down diagonally. If the liquid that flows down while swirling on the inner peripheral surface of the structure flows into the duct that allows the exhaust gas to flow into the structure, problems such as the formation of scale will occur.
  • a canopy is provided above the opening to which the duct is connected, and a baffle is provided next to the opening to prevent the liquid from flowing down while swirling on the inner peripheral surface of the structure from flowing into the duct. A technique for doing so is disclosed.
  • the liquid caught by the eaves provided at the top of the opening may become drops and drip into the flow path of the exhaust gas.
  • the droplets When droplets drip into the flow path of the exhaust gas, the droplets are blown off by the inflowing exhaust gas and re-scattered within the structure. Energy is taken away from the exhaust gas in the process of re-splashing the liquid that drips into the flow path of the exhaust gas, increasing the pressure loss.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described problems.
  • the liquid that descends obliquely while swirling on the inner peripheral surface of the structure drips into the flow path of the exhaust gas.
  • the purpose is to provide a technology to prevent
  • the exhaust gas purification apparatus of the present disclosure includes a cylindrical structure provided with a square opening having four corners, and connected to the opening, exhaust gas generated by burning fossil fuels. a duct into which the exhaust gas flows; a spraying device for spraying an absorption liquid containing an alkaline component for absorbing the sulfur oxides contained in the exhaust gas into the structure; a projecting portion provided along two sides forming one corner positioned most upstream in the flow of the absorbing liquid that descends obliquely along the inner peripheral surface of the structure.
  • FIG. 3 is a diagram showing a part of the cross section of the structure 10 along the plane BB in FIG. 2;
  • FIG. 3 is a diagram showing a part of the cross section of the structure 10 along the plane CC in FIG. 2;
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing another configuration example of the projecting portion 100.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing another configuration example of the projecting portion 100.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing another configuration example of the projecting portion 100.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing another configuration example of the projecting portion 100.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the simulation result about the pressure loss in the conventional exhaust gas purification apparatus. It is a figure which shows an example of the simulation result about the pressure loss in 1 A of exhaust gas purification apparatuses.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the configuration of an exhaust gas purifier 1C according to Modification 1;
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the configuration of an exhaust gas purifier 1D according to Mod
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of an exhaust gas purification device 1A according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 A of exhaust gas purification apparatuses are mounted in the ship 2 which burns fossil fuels, such as heavy oil or coal, and generates propulsion.
  • the combustion engine that generates the propulsion force in the ship 2 includes an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, or an external combustion engine that includes a turbine and a boiler that supplies steam to the turbine.
  • An exhaust gas purifier 1A shown in FIG. 1 is a device for reducing sulfur oxides such as sulfur dioxide contained in exhaust gas generated by combustion of fossil fuels.
  • the exhaust gas whose sulfur oxides have been reduced by the exhaust gas purifier 1A is discharged from the chimney 3 to an external space, specifically the atmosphere.
  • the exhaust gas purification apparatus 1A includes a structure 10, a spray device 20, a water absorption pipe 30, a water supply pipe 32, a drain pipe 34, a drain pipe 36, a tank 40, and a collection part. 50 , a drain pipe 60 , a pump 70 , a swirler 80 , a duct 90 and a protrusion 100 .
  • the structure 10 is an absorption tower for reducing sulfur oxides contained in exhaust gas.
  • the structure 10 communicates with the chimney 3 .
  • the structure 10 may be integral with the chimney 3 .
  • the structure 10 is provided with a rectangular opening 11 having four corners, and a duct 90 is connected to this opening 11 .
  • the duct 90 is a tube shaped like a square cylinder. Exhaust gas generated by combustion of fossil fuel by a combustion engine flows into the duct 90 . That is, the duct 90 is a pipeline for supplying exhaust gas to the structure 10 .
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross section of the structure 10 along the AA line in FIG.
  • the structure 10 is formed in a cylindrical shape.
  • the structure 10 is installed so that the central axis extends in the vertical direction.
  • the exhaust gas purifier 1A of this embodiment is a cyclone type exhaust gas purifier.
  • the duct 90 is offset from the central axis of the structure 10 and connected to the structure 10 so that the exhaust gas flows into the structure 10 along a tangent to the circle that forms the bottom surface of the structure 10. be done. Exhaust gas flowing into the structure 10 through the duct 90 swirls along the inner peripheral surface of the structure 10 .
  • the spray device 20 in FIG. 1 includes, for example, multiple spray nozzles.
  • the spray device 20 sprays the absorbent into the structure 10 .
  • the absorption liquid is a liquid for absorbing sulfur oxides contained in the exhaust gas flowing into the structure 10 .
  • the ship 2 navigates the ocean. Seawater SW around the ship 2 is used as an absorbent for absorbing sulfur oxides. Most of the seawater SW that has absorbed the sulfur dioxide and dust in the exhaust gas is separated from the exhaust gas by the centrifugal force of the swirl and the effect of gravity during the process of swirling around the inner periphery of the structure 10 together with the exhaust gas.
  • the pump 70 sucks seawater SW around the ship 2 and sends the sucked seawater SW to the spray device 20 .
  • a suction port of the pump 70 is connected to a water suction pipe 30 that opens to the bottom of the ship 2 .
  • the pump 70 sucks seawater SW around the ship 2 through the water suction pipe 30 .
  • One end of the water pipe 32 is connected to the discharge side of the pump 70 .
  • the other end of the water pipe 32 branches into three branches, each of which is connected to the spray device 20 .
  • the pump 70 sends out the seawater SW sucked through the water suction pipe 30 to the spray device 20 through the water pipe 32 .
  • the spray devices 20 are provided in three stages in the vertical direction.
  • the inner diameter of the structure 10 cannot be sufficiently large, and a sufficient number of spray devices 20 cannot be provided in the radial direction of the structure 10. sometimes not.
  • the spray devices 20 are provided in three stages in the vertical direction, even if the inner diameter of the structure 10 cannot be sufficiently secured, a sufficient number of the spray devices 20 can be provided for the structure 10 as a whole. Can be placed.
  • the number of stages of the spray device 20 in the vertical direction may be one or two.
  • the number of stages of the spray devices 20 in the vertical direction may be four or more.
  • sulfur oxides in the exhaust gas are absorbed by using the alkali component (HCO 3 ⁇ ) contained in the seawater SW. More specifically, when the absorbent sprayed by the spray device 20 contacts the exhaust gas, sulfur oxides contained in the exhaust gas are absorbed in the absorbent. In the process of absorbing sulfur oxides, sulfite ions (HSO 3 ⁇ ) are generated in the absorbent. The absorbent used to absorb sulfur oxides is oxidized by contact with a large amount of air in the tank 40, and the sulfite ions in the used absorbent are detoxified as sulfate ions (SO 4 2 ⁇ ). be.
  • HCO 3 ⁇ alkali component
  • the used absorbent that has undergone the oxidation treatment is neutralized and aerated in the tank 40 to adjust the pH and recover the dissolved oxygen before being released into the ocean.
  • the chemical reactions of absorption, oxidation, and neutralization in the exhaust gas purifier 1A are as follows. Absorption: SO 2 +H 2 O ⁇ H + +HSO 3 ⁇ Oxidation: HSO 3 ⁇ +(1/2)O 2 ⁇ H + +SO 4 2 ⁇ Neutralization: HCO 3 ⁇ +H + ⁇ H 2 O+CO 2 ⁇
  • the absorbent sprayed into the structure 10 by the spray device 20 and used to absorb the sulfur dioxide contained in the exhaust gas is drained from the structure 10 to the tank 40 via the drain pipe 34 .
  • liquid drained from the structure 10 via the drain pipe 34 may be referred to as waste liquid.
  • the tank 40 is, for example, a gas seal chamber. Waste liquid drained from the drain pipe 34 is stored in the tank 40 together with air. A drain pipe 36 that opens to the bottom of the ship 2 protrudes into the internal space of the tank 40 . The waste liquid stored in the tank 40 is inspected for pH and dissolved oxygen content by the water treatment system 4 and discharged to the sea through the drain pipe 36 . The reference values for inspection of pH and dissolved oxygen content by the water treatment system 4 are determined according to the sea area where the ship 2 navigates. That is, the exhaust gas purifier 1A of the present embodiment is an open-loop type exhaust gas purifier that discards without reusing the absorbent that has been used to absorb sulfur oxides contained in the exhaust gas.
  • the sea on which the ship 2 carrying the exhaust gas purifier 1A navigates serves as an external water source for the absorbent.
  • the waste liquid discharged from the drain pipe 34 is stored in the tank 40, inspected for pH and dissolved oxygen content by the water treatment system 4, and discharged to the ocean via the drain pipe 36.
  • the tank 40 may be omitted and the drain pipe 36 may be directly connected to the drain pipe 34 .
  • the waste liquid discharged from the drain pipe 34 is directly discharged to the sea through the drain pipe 36 .
  • a part of the waste liquid extracted from the drain pipe 34 or the drain pipe 36 is inspected by the water treatment system 4 .
  • a valve (not shown) may be installed in the drain pipe 36 and the valve may be opened and closed according to the water level of the water treatment system 4 or the tank 40 .
  • the exhaust gas that has flowed into the structure 10 comes into contact with the absorbent sprayed by the spray device 20 .
  • the exhaust gas from which at least part of the sulfur oxides has been absorbed and removed by contact with the absorbing liquid rises toward the chimney 3 .
  • the exhaust gas in which at least part of the sulfur oxides has been absorbed is hereinafter referred to as treated exhaust gas.
  • the swirler 80 is a guide blade that applies centrifugal force to the treated exhaust gas rising from the structure 10 toward the chimney 3 .
  • a swirler 80 is provided at the boundary between the structure 10 and the chimney 3 . That is, in this embodiment, the portion below the swirler 80 is the structure 10 and the portion above the swirler 80 is the chimney 3 .
  • the treated flue gas rises along the swirler 80 to be given centrifugal force, and rises along the inner peripheral surface of the chimney 3 .
  • the treated exhaust gas rising along the inner peripheral surface of the chimney 3 may be accompanied by droplets of unused absorbent or used absorbent. be.
  • the collection unit 50 is for separating the droplets from the treated exhaust gas entrained with the droplets. As shown in FIG. 1 , in this embodiment, the trapping part 50 is provided at the upper end of the chimney 3 . position. The collection part 50 has an opening that opens to the inner surface of the chimney 3 . At least part of the droplets rising along the inner peripheral surface of the chimney 3 together with the treated exhaust gas are collected by the collecting section 50 through the opening. The droplets collected by the collection unit 50 are drained to the tank 40 via the drain pipe 60 .
  • FIG. 3 is a diagram showing a part of the cross section of the structure 10 cut by a plane along line BB in FIG.
  • the arrows indicate the liquid that descends obliquely in a spiral along the inner peripheral surface of the structure 10 .
  • two of the four sides defining the opening 11 to which the duct 90 is connected are the first side 111 and the second side 112.
  • a protrusion 100 is provided. More specifically, as shown in FIG. 3, of the four corners of the opening 11, one corner (hereinafter referred to as " Protrusions 100 are provided along the first side 111 and the second side 112 forming ⁇ (referred to as the "most upstream angle"). The uppermost flow angle ⁇ is compared to the other three angles when the liquid flow is decomposed into a first vertical flow and a second vertical flow perpendicular to the vertical direction.
  • the projecting portion 100 is a gutter projecting from the inner peripheral surface of the structure 10.
  • the projecting portion 100 includes a first member 100a1 and a second member 100a2.
  • the first member 100a1 is provided along the first side 111, which is one of the two sides forming the most upstream angle ⁇ .
  • the first side 111 is the upper side of the two sides vertically facing each other in the opening 11 of the structure 10 .
  • the first member 100a1 is fixed to the inner peripheral surface of the structure 10 by welding, for example.
  • the second member 100a2 is provided along the second side 112, which is the other side of the two sides forming the most upstream angle ⁇ .
  • the second side 112 is the left side of the two sides facing each other in the left-right direction in the opening 11 of the structure 10 .
  • the second member 100a2 is also fixed to the inner peripheral surface of the structure 10 by welding, for example.
  • the first member 100a1 is provided to prevent the liquid from flowing into the opening 11 from the first side 111 side of the two sides forming the most upstream angle ⁇ .
  • the second member 100a2 is provided to prevent the liquid from flowing into the opening 11 from the second side 112 side of the two sides forming the uppermost flow angle ⁇ .
  • FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the structure 10 and the first member 100a1 cut by a plane along line CC in FIG.
  • the cross section of the first member 100a1 is L-shaped.
  • the first member 100a1 is composed of a horizontal portion that horizontally protrudes from the inner peripheral surface of the structure 10, and a vertical portion that vertically protrudes upward from the tip of the horizontal portion. Therefore, the first groove 100b1 is defined by the first member 100a1 and the inner peripheral surface of the structure 10.
  • the length W of the first member 100a1 in the radial direction of the structure 10 is 40 mm.
  • the length W of the first member 100a1 is determined in consideration of the increase in pressure loss caused by the projection of the first member 100a1 into the structure 10. As shown in FIG. In this embodiment, the length W of the first member 100a1 is set to 40 mm in order to keep the pressure loss in the exhaust gas purifier 1A within 1000 Pa.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross section of the structure 10 and the second member 100a2 cut by a plane along line DD in FIG.
  • the cross section of the second member 100a2 is L-shaped like the cross section of the first member 100a1.
  • the second member 100a2 is composed of a radial portion that protrudes radially from the inner peripheral surface of the structure 10 into the inner envelope, and a circumferential portion that protrudes in the circumferential direction from the tip of the radial portion. . Therefore, the second groove 100b2 is defined by the second member 100a2 and the inner peripheral surface of the structure 10.
  • the first groove 100b1 is continuous with the second groove 100b2.
  • the length W of the second member 100a2 in the radial direction of the structure 10 is also 40 mm.
  • the reason why the projecting portion 100 is formed by fixing the first member 100a1 and the second member 100a2 to the inner peripheral surface of the structure 10 by welding is as follows.
  • the tip of the duct 90 is protruded from the opening 11 provided in the structure 10 toward the inside of the structure 10, and the plate-like first member 100a1 is welded to the tip.
  • the welding operation becomes difficult depending on the length W of the first member 100a1, which hinders the manufacture of the exhaust gas purification device 1A.
  • the first groove 100b1 may be formed as shown in FIG.
  • the first groove 100b1 may be formed as shown in FIG.
  • the first groove 100b1 may be formed using a first member 100a1 having an arc-shaped cross section, and as shown in FIG.
  • the first groove 100b1 may be formed by attaching obliquely to the inner peripheral surface of the body 10 .
  • the second groove 100b2 may be similarly formed in the manner of FIG. 6, FIG. 7 or FIG.
  • the projecting portion 100 receives the liquid that descends obliquely while swirling along the inner peripheral surface of the structure 10 .
  • the liquid received by the protrusion 100 is guided along the first groove 100b1 and the second groove 100b2 and flows down to the bottom of the structure 10. FIG. That is, the liquid does not drip into the flow path of the exhaust gas. Therefore, pressure loss is suppressed.
  • FIG. 9 and 10 are diagrams for explaining the effects of this embodiment. More specifically, FIG. 9 is a diagram showing an example of a simulation result of pressure fluctuations in an exhaust gas purifying device in which the projecting portion 100 is removed from the exhaust gas purifying device 1A, ie, a conventional cyclone type exhaust gas purifying device.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of simulation results of pressure fluctuations in the exhaust gas purifier 1A in this embodiment.
  • the pressure loss caused by the liquid dropping diagonally while swirling on the inner peripheral surface of the structure 10 drips into the flow path of the exhaust gas. A pressure fluctuation of 300 Pa occurs.
  • the exhaust gas purifier 1A the liquid descending obliquely while swirling on the inner peripheral surface of the structure 10 does not drip into the flow path, and the pressure fluctuation is suppressed to about 100 Pa.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of an exhaust gas purification device 1B according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as in FIG.
  • the exhaust gas purification device 1B differs from the exhaust gas purification device 1A in that it includes a flow path 150 that communicates with the projecting portion 100 .
  • Flow path 15 is provided along the outer circumference of duct 90 .
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross section of the vicinity of the exhaust gas purifier 1B to which the duct 90 is connected.
  • the exhaust gas purifier 1B includes a pipe 120, a flange 130, and a wall member 140.
  • the tip of duct 90 protrudes into structure 10 through opening 11 .
  • a flange 130 is connected to the tip of the duct 90 .
  • Flange 130 protrudes from the outer peripheral surface of duct 90 .
  • the flanges 130 are provided on the four sides forming the outer circumference of the tip of the duct 90, but there may be sides on which the flanges 130 are not provided.
  • tube 120 forms a double tube with part of duct 90 .
  • the tube 120 is installed concentrically with the duct 90 so as to surround the duct 90 . That is, the inner peripheral surface of the pipe 120 faces the outer peripheral surface of the duct 90 with a gap therebetween.
  • Tube 120 has a first end 121 and a second end 122 .
  • a first end 121 of tube 120 is connected to the outer peripheral surface of structure 10 .
  • Second end 122 of tube 120 and duct 90 are connected to wall member 140 .
  • the projecting portion 100 is formed by the outer peripheral surface of the portion 91 of the duct 90 that projects toward the inside of the structure 10 and the flange 130 .
  • Flow path 150 is the space between the inner peripheral surface of tube 120 and the outer peripheral surface of duct 90 .
  • flow path 150 is formed by the inner peripheral surface of pipe 120 , the outer peripheral surface of a portion of duct 90 , and wall member 140 .
  • the liquid received by the protruding portion 100 flows down to the bottom of the structure 10 via the flow path 150 .
  • the projecting portion 100 receives the liquid descending obliquely while swirling along the inner peripheral surface of the structure 10 . Liquid received by protrusion 100 flows down to the bottom of structure 10 via channel 150 . That is, the liquid does not drip into the flow path of the exhaust gas. Therefore, pressure loss is suppressed.
  • the liquid flowing through the flow path 150 can cool the exhaust gas flowing through the duct 90 while suppressing the pressure loss due to the contact between the exhaust gas and the waste water. Pressure loss can be further reduced by reducing the volumetric flow rate of the exhaust gas by cooling. It is considered that the liquid flowing through the flow path 150 contains the used absorbent, and the temperature of the used absorbent increases when sulfur oxides are absorbed. However, since the amount of the absorbent sprayed into the structure 10 from the spray device 20 is very large, the temperature rise in the case of complete heat exchange until it reaches the same temperature as the exhaust gas is about several degrees Celsius compared to the temperature of seawater. becomes. In this way, even if the temperature of the liquid flowing through the flow path 150 rises somewhat, the temperature of the exhaust gas flowing through the duct 90 is generally 250 to 350° C., so it can sufficiently act as cooling water for this exhaust gas. .
  • the exhaust gas purifier 1A in the first embodiment is an open-loop type exhaust gas purifier that takes in seawater SW acting as an absorbent from around the ship 2 and discharges the used absorbent to the outside of the ship 2 .
  • the technical features of the first embodiment may be applied to a closed-loop type exhaust gas purifier that reuses the used absorbent.
  • the technical features of the second embodiment may be applied to a closed-loop exhaust gas purifier. Even if it is a closed-loop type exhaust gas purifying device, if it is a cyclone type exhaust gas purifying device, the liquid that descends obliquely while rotating on the inner peripheral surface of the structure will become drops and drip into the flow path of the exhaust gas. This is because pressure loss may occur due to
  • FIG. 14 is a diagram showing an example in which the technical features of the first embodiment are applied to a closed-loop exhaust gas purifier.
  • a constant amount of absorbent is stored in the tank 40 in advance.
  • the exhaust gas purifier 1C does not have a water absorption pipe 30.
  • the suction port of the pump 70 is connected to the tank 40 via the circulation pipe 38 .
  • the pump 70 sucks the absorbent stored in the tank 40 through the circulation pipe 38 and sends it out to the spray device 20 through the water pipe 32 .
  • the used absorbent returned to the tank 40 is reused as the absorbent after neutralization and aeration. Since the exhaust gas purifier 1C also has the protrusion 100 similar to that of the first embodiment, the same effects as those of the exhaust gas purifier 1A of the first embodiment can be obtained.
  • 14 has a second pump different from the pump 70 and the water suction pipe 30, and the water suction pipe 30 is connected to the tank 40 via the second pump. may be In this configuration, when the amount of the absorbent stored in the tank 40 falls below a predetermined threshold value, the tank 40 can be filled with water by the second pump. The capacity of the second pump may be less than the capacity of pump 70 .
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of applying the technical features of the first embodiment to an exhaust gas purifier of a hybrid system.
  • An exhaust gas purifier 1D shown in FIG. 15 includes a water absorption pipe 30 and a circulation pipe 38 .
  • the suction port of the pump 70 is connected to the water suction pipe 30 and the circulation pipe 38 via a switching valve (not shown).
  • one of the water suction pipe 30 and the circulation pipe 38 communicates with the suction port of the pump 70 by switching a switching valve (not shown).
  • the exhaust gas purifier 1D functions as an open loop type exhaust gas purifier.
  • the exhaust gas purifier 1D functions as a closed loop type exhaust gas purifier.
  • exhaust gas can be purified in an open-loop type in sea areas where regulations on wastewater to the ocean are loose, while exhaust gas can be purified in a closed-loop type in sea areas where wastewater discharge regulations are strict.
  • An example of a sea area where wastewater regulations are loose is the open ocean.
  • Coastal seas are one example of seas where wastewater regulations are strict.
  • the exhaust gas purifier 1D shown in FIG. 15 may be modified to have a configuration in which the circulation pipe 38 is connected to the water absorption pipe 30 via a switching valve. This configuration may be modified to a configuration in which the above-described second pump is further provided and the seawater sucked by the second pump is injected into the tank 40 via the circulation pipe 38 .
  • a configuration in which the circulation pipe 38 is connected to the water pipe 32 is also conceivable. is required.
  • the vessel 2 in each of the above embodiments is a vessel that navigates the ocean, it may be a vessel that navigates freshwater areas.
  • sodium hydroxide, magnesium hydroxide, or the like may be added to the water sucked from around the ship 2 to replenish the alkali component.
  • the absorbing liquid in the present disclosure is not limited to seawater, and may be an alkaline aqueous solution containing an alkaline component.
  • the alkali component is not limited to HCO 3 - .
  • One aspect of the exhaust gas purifying apparatus of the present disclosure is a cyclone type exhaust gas purifying apparatus comprising a cylindrical structure 10, a duct 90, and a spray device. 20 and a protrusion 100 .
  • the structure 10 is provided with a rectangular opening 11 having four corners.
  • Duct 90 is connected to opening 11 of structure 10 .
  • Exhaust gas generated by combustion of fossil fuel flows into the duct 90 .
  • the spray device 20 sprays into the structure 10 an absorption liquid containing an alkaline component for absorbing sulfur oxides contained in the exhaust gas.
  • the projecting portion 100 is positioned most upstream in the flow of the absorbing liquid that obliquely descends along the inner peripheral surface of the structure 10 after the sulfur oxides are absorbed, among the four corners of the opening 11 of the structure 10. It is provided along two sides (first side 111 and second side 112) forming one corner (most upstream angle ⁇ ).
  • the protrusion 100 receives the liquid that descends obliquely while swirling along the inner peripheral surface of the structure 10 . Since the liquid received by the projecting portion 100 is guided along the projecting portion 100 and flows down to the bottom of the structure 10, the liquid does not drip into the flow path of the exhaust gas and flows along the inner peripheral surface of the structure 10. The pressure loss caused by the liquid descending obliquely while swirling is suppressed.
  • the projecting portion 100 may include a first member 100a1 and a second member 100a2.
  • the first member 100a1 is one of the four corners of the opening 11 of the structure 10 that is positioned most upstream in the flow of the absorption liquid that has absorbed the sulfur oxides that descends obliquely along the inner peripheral surface of the structure 10. It is provided along the first side 111 which is one side of the first side 111 and the second side 112 forming the angle (most upstream angle ⁇ ).
  • the second member 100 a 2 is provided along the second side 112 that is the other side of the first side 111 and the second side 112 .
  • the projecting portion can be formed by retrofitting the first member 100a1 and the second member 100a2 to the structure.
  • the first groove 100b1 is defined by the inner peripheral surface of the structure 10 and the first member 100a1.
  • the second groove 100b2 that is continuous with the first groove 100b1 is defined by the inner peripheral surface of the structure 10 and the second member 100a2.
  • the liquid descending obliquely while swirling along the inner peripheral surface of the structure 10 is guided by the first groove 100b1 and the second groove 100b2 and flows down to the bottom of the structure 10 .
  • This aspect also suppresses the pressure loss caused by the liquid descending obliquely while swirling along the inner peripheral surface of the structure 10 .
  • the cross section of the first member 100a1 cut by a plane perpendicular to the first side 111 is L-shaped
  • the cross section of the first member 100a1 cut by a plane perpendicular to the second side 112 is L-shaped.
  • the cross section of the two-member 100a2 may be L-shaped.
  • the first member 100a1 is welded to the inner peripheral surface of the structure 10 along the first side 111
  • the second member 100a2 is welded to the inner peripheral surface of the structure 10 along the second side 112. Further, by welding the first member 100a1 and the second member 100a2 together, it is possible to easily manufacture the exhaust gas purification apparatus of the present disclosure.
  • cyclone type exhaust gas purifier may include a flow path 150 that communicates with the projecting portion 100 and is provided along the outer circumference of the duct 90 .
  • the liquid received by the projecting portion flows through the flow path 150 provided along the outer periphery of the duct 90, so that the liquid received by the projecting portion 100 flows through the duct 90. It can be used for cooling the exhaust gas flowing into the structure 10 .
  • the tip of the duct 90 may protrude into the structure 10 through the opening 11 .
  • the exhaust gas purifier of this aspect may include a flange 130, a pipe 120, and a wall member 140 described below.
  • Flange 130 is provided at the tip of duct 90 protruding toward the inside of structure 10 through opening 11 .
  • Tube 120 has a first end and a second end and surrounds duct 90 . Also, the first end of the tube 120 is connected to the outer peripheral surface of the structure 10 .
  • Wall member 140 connects the second end of tube 120 and duct 90 .
  • the projecting portion 100 is formed by the flange 130 and the outer peripheral surface of the portion of the duct 90 that projects toward the inside of the structure 10 .
  • the flow path 150 is formed by the inner peripheral surface of the pipe 120 , the outer peripheral surface of a portion of the duct 90 , and the wall member 140 .
  • the liquid received by the projecting portion 100 can also be used to cool the exhaust gas flowing into the structure 10 through the duct 90 .

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Abstract

円筒状の構造体と、ダクトと、噴霧装置と、突出部とを有するサイクロン式の排ガス浄化装置を提供する。構造体には、４つの角を有する四角形状の開口が設けられる。ダクトはこの開口に接続される。ダクトには、化石燃料の燃焼により発生する排ガスが流れ込む。噴霧装置は、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸収するためのアルカリ成分を含む吸収液を構造体内に噴霧する。突出部は、開口の４つの角のうち構造体の内周面に沿って斜めに降下する硫黄酸化物を吸収済の吸収液の流れの最も上流に位置する一の角を構成する２つの辺に沿って設けられる。

Description

サイクロン式の排ガス浄化装置
　本開示は、石炭又は重油等の化石燃料の燃焼により発生する排ガスに含まれる硫黄酸化物を低減させるサイクロン式の排ガス浄化装置に関する。
　化石燃料の燃焼により発生する排ガスに含まれる硫黄酸化物を、アルカリ成分を含む吸収液を用いて低減させる排ガス浄化装置の一例として、サイクロン式の排ガス浄化装置が挙げられる。サイクロン式の排ガス浄化装置では、吸収塔の役割を果たす円筒状の構造体の底部から内周面に沿って排ガスが流入する。構造体内に流入した排ガスは、構造体内を旋回しつつ上昇し、構造体内に噴霧される吸収液と接触する。吸収液との接触により硫黄酸化物が低減された排ガスは、構造体に連通する煙突から排気される。
　構造体内に噴霧された吸収液の一部と、硫黄酸化物の吸収に使用済みの吸収液の一部とは、構造体の内周面を旋回しながら斜め下に流れ落ちる。構造体の内周面を旋回しながら流れ落ちる液体が、構造体に排ガスを流入させるダクト内に流れ込むと、スケールを形成する等の不具合が発生する。特許文献１には、ダクトが接続される開口の上部に庇を設け、且つ開口の横にバッフルを設けることで、構造体の内周面を旋回しながら流れ落ちる液体がダクト内に流れ込むことを防止する技術が開示されている。
特開平５－２９３３３３号公報
　特許文献１に開示された技術では、開口の上部に設けられた庇で受け止められた液体が雫となって排ガスの流路に滴り落ちる場合がある。排ガスの流路に雫が滴り落ちると、流入する排ガスにより雫が吹き飛ばされ、構造体内に再飛散する。排ガスの流路に滴り落ちる液体が再飛散する過程で排ガスからエネルギーが奪われ、圧力損失が増加する。
　本開示は以上に説明した課題に鑑みて為されたものであり、サイクロン式の排ガス浄化装置において、構造体の内周面を旋回しながら斜めに降下する液体が排ガスの流路に滴り落ちることを防止する技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために本開示の排ガス浄化装置は、４つの角を有する四角形状の開口が設けられた円筒状の構造体と、前記開口に接続され、化石燃料の燃焼により発生する排ガスが流れ込むダクトと、前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸収するためのアルカリ成分を含む吸収液を前記構造体内に噴霧する噴霧装置と、前記開口の４つの角のうち、前記硫黄酸化物の吸収後に前記構造体の内周面に沿って斜めに降下する前記吸収液の流れにおける最も上流に位置する一の角を構成する２つの辺に沿って設けられる突出部と、を有する。
本開示の第１実施形態に係る排ガス浄化装置１Ａの構成を説明するための概念図である。 図１におけるＡＡ線に沿った平面による構造体１０の断面の一例を示す図である。 図２におけるＢＢ線に沿った平面による構造体１０の断面の一部を示す図である。 図２におけるＣＣ線に沿った平面による構造体１０の断面の一部を示す図である。 図３におけるＤＤ線に沿った平面による構造体１０の断面の一部を示す図である。 突出部１００の他の構成例を示す図である。 突出部１００の他の構成例を示す図である。 突出部１００の他の構成例を示す図である。 従来の排ガス浄化装置における圧力損失についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。 排ガス浄化装置１Ａにおける圧力損失についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る排ガス浄化装置１Ｂの構成を説明するための概念図である。 ダクト９０が接続される付近の排ガス浄化装置１Ｂの断面の一例を示す図である。 図１２におけるＥＥ線に沿った管１２０及びダクト９０の断面に一例を示す図である。 変形例１に係る排ガス浄化装置１Ｃの構成を説明するための概念図である。 変形例１に係る排ガス浄化装置１Ｄの構成を説明するための概念図である。
　以下、図面を参照しながら本開示に係る実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜異なる。また、以下に記載する実施形態は、本開示の好適な具体例である。このため、以下の実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
１．第１実施形態
　図１は、本開示の第１実施形態に係る排ガス浄化装置１Ａの構成例を示す概念図である。排ガス浄化装置１Ａは、重油又は石炭等の化石燃料を燃焼させて推進力を発生させる船舶２に搭載される。船舶２において推進力を発生させる燃焼機関としては、ガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン等の内燃機関、又は、タービンとタービンに蒸気を供給するボイラとを含む外燃機関が挙げられる。図１に示す排ガス浄化装置１Ａは、化石燃料の燃焼により発生する排ガスに含まれる二酸化硫黄等の硫黄酸化物を低減させる装置である。排ガス浄化装置１Ａにより硫黄酸化物が低減された排ガスは、煙突３から、外部空間、具体的には大気、へ放出される。
　図１に示すように、排ガス浄化装置１Ａは、構造体１０と、噴霧装置２０と、吸水管３０と、送水管３２と、排水管３４と、排水管３６と、タンク４０と、捕集部５０と、ドレイン管６０と、ポンプ７０と、スワラ８０と、ダクト９０と、突出部１００とを備える。
　構造体１０は、排ガスに含まれる硫黄酸化物を低減させるための吸収塔である。構造体１０は、煙突３に連通する。構造体１０は煙突３と一体であってもよい。構造体１０には、４つの角を有する四角形状の開口１１が設けられ、この開口１１にダクト９０が接続される。ダクト９０は角筒状に形成された管である。ダクト９０には、燃焼機関による化石燃料の燃焼により発生する排ガスが流れ込む。すなわち、ダクト９０は、排ガスを構造体１０に供給するための管路である。
　図２は、図１におけるＡＡ線に沿った平面による構造体１０の断面の一例を示す図である。図２に示すように構造体１０は、円筒状に形成されている。構造体１０は、中心軸が鉛直方向に沿うように設置される。本実施形態の排ガス浄化装置１Ａは、サイクロン式の排ガス浄化装置である。図２に示すように、ダクト９０は、構造体１０の底面を為す円の接線に沿って排ガスが構造体１０に流入するように、構造体１０の中心軸からオフセットして構造体１０に接続される。ダクト９０を介して構造体１０内に流れ込む排ガスは、構造体１０の内周面に沿って旋回する。
　図１の噴霧装置２０は、例えば、複数のスプレーノズルを備える。噴霧装置２０は、吸収液を構造体１０内に噴霧する。吸収液は、構造体１０に流入する排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸収するための液体である。本実施形態では、船舶２は海洋を航行する。硫黄酸化物を吸収するための吸収液としては、船舶２の周囲の海水ＳＷが利用される。排ガス中の二酸化硫黄や粉塵を吸収した海水ＳＷの大部分は、構造体１０の内周を排ガスと共に旋回する過程で、旋回の遠心力と重力との効果により排ガスから分離される。
　ポンプ７０は、船舶２の周囲の海水ＳＷを吸引し、吸引した海水ＳＷを噴霧装置２０へ送り出す。ポンプ７０の吸引口には、船舶２の船底に開口する吸水管３０が接続される。ポンプ７０は、吸水管３０を介して船舶２の周囲の海水ＳＷを吸引する。ポンプ７０の吐出側には送水管３２の一端が接続される。送水管３２の他端は三又に分岐し、各々が噴霧装置２０に接続される。ポンプ７０は、吸水管３０を介して吸引した海水ＳＷを、送水管３２を介して噴霧装置２０へ送り出す。
　本実施形態の排ガス浄化装置１Ａでは、噴霧装置２０は、鉛直方向に三段に設けられる。船舶においては、搭載する機器に対して割り当て可能なスペースに制限があるため、構造体１０の内径を十分に大きく確保できず、十分な個数の噴霧装置２０を構造体１０の径方向に設けられない場合がある。本実施形態では、噴霧装置２０が鉛直方向に三段に設けられているので、構造体１０の内径を十分に確保できない場合であっても、構造体１０全体として十分な個数の噴霧装置２０が配置可能である。なお、構造体１０の内径を十分に大きく確保できる場合には、鉛直方向における噴霧装置２０の段数は一段又は二段であってもよい。また、構造体１０の内径を更に小さくする必要がある場合には、鉛直方向における噴霧装置２０の段数は四段以上であってもよい。
　本実施形態の排ガス浄化装置１Ａでは、海水ＳＷ中に含まれるアルカリ成分（ＨＣＯ３ －）を利用して排ガス中の硫黄酸化物が吸収される。より詳細には、噴霧装置２０により噴霧された吸収液と排ガスとが接触すると、排ガスに含まれる硫黄酸化物は吸収液中に吸収される。硫黄酸化物を吸収する過程において、吸収液中には亜硫酸イオン（ＨＳＯ３ －）が発生する。硫黄酸化物の吸収に使用された吸収液は、タンク４０内で大量の空気と接触することで酸化され、使用済みの吸収液中の亜硫酸イオンは硫酸イオン（ＳＯ４ ２－）として無害化される。酸化処理を経た使用済の吸収液は、タンク４０内における中和及び曝気処理によりｐＨの調整及び溶存酸素の回復がされたうえで海洋へ放出される。なお、排ガス浄化装置１Ａにおける吸収、酸化、及び中和の各処理の化学反応は以下の通りである。
　吸収：ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＨＳＯ３ －
　酸化：ＨＳＯ３ －＋（１／２）Ｏ２→Ｈ＋＋ＳＯ４ ２－
　中和：ＨＣＯ３ －＋Ｈ＋→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑
　噴霧装置２０により構造体１０内に噴霧され、排ガスに含まれる二酸化硫黄の吸収に利用された吸収液は、排水管３４を介して構造体１０からタンク４０へ排水される。以下では、排水管３４を介して構造体１０から排水される液体のことを廃液と呼ぶ場合がある。
　タンク４０は例えばガスシールチャンバである。タンク４０には、排水管３４から排水される廃液が空気と共に貯留される。また、タンク４０の内部空間には、船舶２の船底に開口する排水管３６が突出する。タンク４０に貯留される廃液は、水処理システム４によるｐＨ及び溶存酸素量の検査を経て、排水管３６を介して海洋へ放出される。なお、水処理システム４によるｐＨ及び溶存酸素量の検査に関する基準値は、船舶２が航行する海域に応じて定められる。つまり、本実施形態の排ガス浄化装置１Ａは、排ガスに含まれる硫黄酸化物の吸収に使用された吸収液を再利用せずに廃棄するオープンループ型の排ガス浄化装置である。排ガス浄化装置１Ａを搭載する船舶２が航行する海は吸収液の外部水源となる。本実施形態では、排水管３４から排水される廃液は、タンク４０に貯留され、水処理システム４によるｐＨ及び溶存酸素量の検査を経て、排水管３６を介して海洋へ放出される。しかし、タンク４０を省略し、排水管３４に排水管３６が直接に接続されてもよい。この場合、排水管３４から排水される廃液は、排水管３６を介してそのまま海洋へ放出される。この場合も、排水管３４又は排水管３６から抜き取った廃液の一部について、水処理システム４による検査が実施される。
　排水管３６の入口高さを上回る分の液体は、排水管３６を介して船舶２の外部の海洋へ放出される。排水管３６に図示を省略する弁を設置し、水処理システム４又はタンク４０の水位に応じて当該弁が開閉されてもよい。
　構造体１０に流入した排ガスは、噴霧装置２０により噴霧される吸収液と接触する。吸収液との接触により硫黄酸化物の少なくとも一部が吸収除去された排ガスは、煙突３に向かって上昇する。以下では、硫黄酸化物の少なくとも一部が吸収された排ガスを、処理済排ガスと呼ぶ。スワラ８０は、構造体１０から煙突３に向かって上昇する処理済排ガスに遠心力を与えるガイド翼である。スワラ８０は、構造体１０と煙突３との境界に設けられる。つまり、本実施形態では、スワラ８０より下の部分が構造体１０であり、スワラ８０より上の部分が煙突３である。処理済排ガスは、スワラ８０に沿って上昇することにより遠心力を与えられ、煙突３の内周面に沿って上昇する。
　構造体１０に流入する排ガスの流速が速い場合、煙突３の内周面に沿って上昇する処理済排ガスには、未使用の吸収液又は使用済の吸収液等の液滴が同伴する場合がある。捕集部５０は、液滴を同伴する処理済排ガスから液滴を分離するためのものである。図１に示すように、本実施形態では、捕集部５０は煙突３の上端部に設けられるが、捕集部５０は、煙突３の上端部と同等または下方の位置、且つスワラ８０より上方の位置に設けられればよい。捕集部５０は、煙突３の内面に開口する開口部を有する。処理済排ガスと共に煙突３の内周面に沿って上昇する液滴の少なくとも一部は、開口部を介して捕集部５０によって捕集される。捕集部５０により捕集された液滴は、ドレイン管６０を介してタンク４０に排水される。
　捕集部５０により捕集されなかった液滴は、煙突３内を旋回しつつ上昇する処理済排ガスの遠心力によって図２の矢印ＷＦの示す方向に回転しつつ、自重により降下する。つまり、捕集部５０により捕集されなかった液滴は、煙突３及び構造体１０の内周面に沿って螺旋を描いて斜めに降下する。図３は、図２におけるＢＢ線に沿った平面により切断された構造体１０の断面の一部を示す図である。図３では、構造体１０の内周面に沿って螺旋を描いて斜めに降下する液体が矢印で示されている。図３に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置１Ａでは、ダクト９０が接続される開口１１を区画する４つの辺のうちの２辺である第１辺１１１および第２辺１１２に沿って突出部１００が設けられる。より具体的には、図３に示すように、開口１１の４つの角のうち構造体１０の内周面に沿って斜めに降下する液体の流れの最も上流に位置する一の角（以下「最上流角」という）αを構成する第１辺１１１および第２辺１１２に沿って突出部１００が設けられる。最上流角αは、当該液体の流れを鉛直方向の第１流れと鉛直方向に直交する第２流れとに分解したときに、他の３つの角と比較して、第１流れ及び第２流れの少なくとも一方の上流に位置する角のことをいう。
　図２及び図３に示すように、突出部１００は、構造体１０の内周面から突出する樋である。突出部１００は、第１部材１００ａ１と、第２部材１００ａ２とを備える。図３に示すように、第１部材１００ａ１は、最上流角αを構成する２辺のうちの一方の辺である第１辺１１１に沿って設けられる。第１辺１１１は、構造体１０の開口１１において鉛直方向に上下に向かい合う２辺のうちの上側の辺である。第１部材１００ａ１は、例えば溶接によって構造体１０の内周面に固定される。
　第２部材１００ａ２は、最上流角αを構成する２辺のうちの他方の辺である第２辺１１２に沿って設けられる。第２辺１１２は、構造体１０の開口１１において左右方向に向かい合う２辺のうちの左側の辺である。第２部材１００ａ２も、例えば溶接によって構造体１０の内周面に固定される。
　第１部材１００ａ１は、最上流角αを構成する２辺のうちの第１辺１１１側から、開口１１内に当該液体が流れ込むことを防止するために設けられる。第２部材１００ａ２は、最上流角αを構成する２辺のうちの第２辺１１２側から、開口１１に当該液体が流れ込むことを防止するために設けられる。
　図４は、図２のＣＣ線に沿った平面によって切断された構造体１０及び第１部材１００ａ１の断面を示す図である。図４に示すように、第１部材１００ａ１の断面はＬ字型である。具体的には、第１部材１００ａ１は、構造体１０の内周面から水平方向に突出する水平部分と、水平部分の先端から鉛直方向の上方に突出する鉛直部分とで構成される。したがって、第１部材１００ａ１と構造体１０の内周面とによって第１溝１００ｂ１が画定される。なお、構造体１０の径方向における第１部材１００ａ１の長さＷは４０ｍｍである。第１部材１００ａ１の長さＷは、第１部材１００ａ１が構造体１０内に突出することに起因する圧力損失の増加量との兼ね合いで定まる。本実施形態では、排ガス浄化装置１Ａにおける圧力損失を１０００Ｐａ以内に納めるために、第１部材１００ａ１の長さＷは４０ｍｍとされた。
　図５は、図３のＤＤ線に沿った平面によって切断された構造体１０及び第２部材１００ａ２の断面を示す図である。図５に示すように、第２部材１００ａ２の断面は、第１部材１００ａ１の断面と同様にＬ字型である。具体的には、第２部材１００ａ２は、構造体１０の内周面から径方向の内包に突出する径方向部分と、径方向部分の先端から周方向に突出する周方向部分とで構成される。したがって、第２部材１００ａ２と構造体１０の内周面とによって第２溝１００ｂ２が画定される。第１溝１００ｂ１は第２溝１００ｂ２に連続する。なお、構造体１０の径方向における第２部材１００ａ２の長さＷも４０ｍｍである。
　第１部材１００ａ１及び第２部材１００ａ２を構造体１０の内周面に溶接により固定することで突出部１００を形成した理由は、次の通りである。例えば、図６に示すように、ダクト９０の先端部を、構造体１０に設けられた開口１１から構造体１０の内部に向けて突出させ、板状の第１部材１００ａ１を当該先端部に溶接することで第１溝１００ｂ１を形成する態様では、第１部材１００ａ１の長さＷによっては溶接作業が困難となり、排ガス浄化装置１Ａの製造に支障をきたすからである。ただし、第１部材１００ａ１の長さＷを十分に大きくできる場合には、第１溝１００ｂ１は、図６に示すように形成されてもよい。また、図７に示すように、弧状の断面を有する第１部材１００ａ１を用いて第１溝１００ｂ１が形成されてもよく、図８に示すように、板状部材である第１部材１００ａ１を構造体１０の内周面に対して斜めに取り付けることで第１溝１００ｂ１が形成されてもよい。第２溝１００ｂ２も同様に、図６、図７又は図８の態様で形成されてもよい。
　本実施形態の排ガス浄化装置１Ａでは、構造体１０の内周面に沿って旋回しながら斜めに降下する液体は、突出部１００によって受け止められる。突出部１００によって受け止められた液体は、第１溝１００ｂ１及び第２溝１００ｂ２に沿って案内されて構造体１０の底部へ流れ落ちる。すなわち、当該液体が排ガスの流路に滴り落ちることはない。したがって、圧力損失が抑制される。
　図９及び図１０は、本実施形態の効果を説明するための図である。より詳細には、図９は、排ガス浄化装置１Ａから突出部１００を除去した排ガス浄化装置、即ち従来のサイクロン式の排ガス浄化装置の圧力変動についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。図１０は、本実施形態における排ガス浄化装置１Ａの圧力変動についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。図９に示すように、従来のサイクロン式の排ガス浄化装置では、構造体１０の内周面を旋回しながら斜めに降下する液体が排ガスの流路に滴り落ちることに起因する圧力損失により、約３００Ｐａの圧力変動が発生する。これに対して、排ガス浄化装置１Ａでは、構造体１０の内周面を旋回しながら斜めに降下する液体が流路に滴り落ちることはなく、圧力変動は約１００Ｐａに抑えられる。
　２．第２実施形態
　図１１は、本開示の第２実施形態に係る排ガス浄化装置１Ｂの構成例を示す図である。図１１では図１におけるものと同一の構成要素には同一の符号が付されている。図１１と図１とを比較すれば明らかなように、排ガス浄化装置１Ｂは、突出部１００と連通する流路１５０を備える点が排ガス浄化装置１Ａと異なる。流路１５は、ダクト９０の外周に沿って設けられる。
　図１２は、排ガス浄化装置１Ｂのうちダクト９０が接続される付近における断面の一例を示す図である。図１２に示すように、排ガス浄化装置１Ｂは、管１２０と、フランジ１３０と、壁部材１４０とを備える。図１２に示すように、ダクト９０の先端部は、開口１１を介して構造体１０の内部に向けて突出する。ダクト９０の先端部には、フランジ１３０が接続される。フランジ１３０は、ダクト９０の外周面から突出する。本実施形態では、ダクト９０の先端部の外周を為す４つの辺にフランジ１３０が設けられているが、フランジ１３０が設けられない辺があってもよい。図１３は、図１２におけるＥＥ線に沿った管１２０及びダクト９０の断面の一例を示す図である。図１２及び図１３に示すように、管１２０は、ダクト９０の一部とともに二重管を形成する。具体的には、管１２０は、ダクト９０を包囲するように当該ダクト９０と同心に設置される。すなわち、管１２０の内周面はダクト９０の外周面に間隔をあけて対向する。管１２０は、第１端１２１と第２端１２２とを有する。管１２０の第１端１２１は、構造体１０の外周面に接続される。管１２０の第２端１２２とダクト９０とは、壁部材１４０に接続される。
　図１２に示すように、排ガス浄化装置１Ｂでは、突出部１００は、ダクト９０のうち構造体１０の内部に向けて突出する部分９１の外周面とフランジ１３０とにより形成される。流路１５０は、管１２０の内周面とダクト９０の外周面との間の空間である。具体的には、流路１５０は、管１２０の内周面と、ダクト９０の一部の外周面と、壁部材１４０とにより形成される。排ガス浄化装置１Ｂでは、突出部１００によって受け止められた液体は、流路１５０を経由して構造体１０の底部に流れ落ちる。
　本実施形態の排ガス浄化装置１Ｂにおいても、構造体１０の内周面に沿って旋回しながら斜めに降下する液体は突出部１００によって受け止められる。突出部１００によって受け止められた液体は、流路１５０を経由して構造体１０の底部へ流れ落ちる。すなわち、当該液体が排ガスの流路に滴り落ちることはない。したがって、圧力損失が抑制される。
　加えて、本実施形態の排ガス浄化装置１Ｂでは、流路１５０を流れる液体により、排ガスと排水との接触による圧力損失を抑制しながら、ダクト９０に流れる排ガスを冷却することができる。冷却により排ガスの体積流量を減らすことで、更に圧力損失を減らすことができる。なお、流路１５０を流れる液体には、使用済の吸収液が含まれ、使用済の吸収液は、硫黄酸化物の吸収の際に温度が上昇していると考えられる。しかし、噴霧装置２０から構造体１０内に散布される吸収液の量は非常に多いため、排ガスと同じ温度になるまで完全に熱交換した場合の温度上昇は海水の温度に対して数℃程度となる。このように、流路１５０を流れる液体の温度が多少上昇していたとしても、ダクト９０を流れる排ガスの温度は一般に２５０～３５０℃であるため、この排ガスの冷却水としては十分に作用し得る。
３．変形例
　以上の各実施態様は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は相矛盾しない限り適宜に併合され得る。
３－１．変形例１
　上記第１実施形態における排ガス浄化装置１Ａは、吸収液の役割を果たす海水ＳＷを船舶２の周囲から取り込み、使用済み吸収液を船舶２の外部へ放出するオープンループ型の排ガス浄化装置である。しかし、使用済み吸収液を再利用するクローズドループ型の排ガス浄化装置に、第１実施形態の技術的特徴が適用されてもよい。同様に、第２実施形態の技術的特徴が、クローズドループ型の排ガス浄化装置に適用されてもよい。クローズドループ型の排ガス浄化装置であっても、サイクロン式の排ガス浄化装置であれば、構造体の内周面を旋回しながら斜めに降下する液体が雫となって排ガスの流路に滴り落ちることに起因して圧力損失が発生し得るからである。
　図１４は、クローズドループ型の排ガス浄化装置に第１実施形態の技術的特徴を採用した例を示す図である。図１４に示す排ガス浄化装置１Ｃでは、一定量の吸収液がタンク４０に予め貯留されている。図１４に示すように、排ガス浄化装置１Ｃは吸水管３０を有さない。排ガス浄化装置１Ｃでは、ポンプ７０の吸引口は、循環管３８を介してタンク４０に接続される。ポンプ７０は、タンク４０に貯留されている吸収液を、循環管３８を介して吸引し、送水管３２を介して噴霧装置２０へ送り出す。図１４に示す排ガス浄化装置１Ｃでは、タンク４０に戻された使用済の吸収液は、中和及び曝気を経て吸収液として再利用される。排ガス浄化装置１Ｃも、第１実施形態と同様の突出部１００を有するので、第１実施形態の排ガス浄化装置１Ａと同じ効果が得られる。なお、図１４に示す排ガス浄化装置１Ｃは、ポンプ７０とは異なる第２のポンプと吸水管３０とを有し、第２のポンプを介して吸水管３０をタンク４０に接続する構成、に変形されてもよい。この構成においては、タンク４０に貯留されている吸収液の量が所定の閾値を下回った場合に、第２のポンプによりタンク４０の注水を行うことができる。第２のポンプの容量はポンプ７０の容量よりも小さくてもよい。
　また、クローズドループ型とオープンループ型とを切り換え可能なハイブリッドシステムの排ガス浄化装置に第１実施形態の技術的特徴が適用されてもよく、同様に、第２実施形態の技術的特徴がハイブリッドシステムの排ガス浄化装置に適用されてもよい。図１５は、ハイブリッドシステムの排ガス浄化装置への第１実施形態の技術的特徴の採用例を示す図である。図１５に示す排ガス浄化装置１Ｄは、吸水管３０と循環管３８とを備える。図１５に示す排ガス浄化装置１Ｄでは、ポンプ７０の吸引口には、図示せぬ切換え弁を介して吸水管３０及び循環管３８が接続される。排ガス浄化装置１Ｄでは、図示せぬ切換え弁を切り換えることにより、吸水管３０と循環管３８との何れか一方がポンプ７０の吸引口に連通する。吸水管３０をポンプ７０の吸引口に連通させた状態では、排ガス浄化装置１Ｄはオープンループ型の排ガス浄化装置として機能する。循環管３８をポンプ７０の吸引口に連通させた状態では、排ガス浄化装置１Ｄはクローズドループ型の排ガス浄化装置として機能する。
　排ガス浄化装置１Ｄによれば、海洋への排水規制が緩やかな海域ではオープンループ型で排ガスの浄化を行う一方、排水規制が厳しい海域ではクローズドループ型で排ガスの浄化を行うことができる。排水規制が緩やかな海域の一例としては、外洋が挙げられる。排水規制が厳しい海域の一例としては、沿岸海域が挙げられる。図１５に示す排ガス浄化装置１Ｄは、切換え弁を介して循環管３８を吸水管３０に接続する構成に変形されてもよい。この構成は、前述の第２のポンプを更に設け、第２のポンプにより吸引した海水を循環管３８を介してタンク４０へ注水する構成に変形されてもよい。なお、循環管３８を送水管３２に接続する構成も考えられるが、循環管３８を送水管３２に接続する構成では、循環管３８から送水管３２へ吸収液を送り出すポンプを循環管３８に設けることが必要となる。
３－２．変形例２
　上記各実施形態における船舶２は海洋を航行する船舶であったが、淡水域を航行する船舶であってもよい。この場合、船舶２の周囲から吸引した水に水酸化ナトリウム又は水酸化マグネシウム等を添加してアルカリ成分を補充すればよい。つまり、本開示における吸収液は海水には限定されず、アルカリ成分を含むアルカリ水溶液であればよい。また、アルカリ成分もＨＣＯ３ －には限定されない。
３－３．変形例３
　上記各実施形態では、化石燃料を燃焼させて推進力を発生させる船舶に搭載される排ガス浄化装置に本開示を適用した形態が説明された。しかし、本開示の排ガス浄化装置は、火力発電所又は製鉄所等の陸上の固定施設、または、内燃機関を用いた発電機に適用されてもよい。また、本開示の排ガス浄化装置は、内燃機関或いは外燃機関により推進力を発生させる車両において、化石燃料を燃焼させることにより発生する排ガスの浄化に適用されてもよい。また、上記各実施形態におけるスワラ８０は本開示の必須構成要素ではなく、省略されてもよい。
４．実施形態及び各変形例の少なくとも１つから把握される態様
　本開示の排ガス浄化装置の一態様は、サイクロン式の排ガス浄化装置であって、円筒状の構造体１０と、ダクト９０と、噴霧装置２０と、突出部１００と、を有する。構造体１０には、４つの角を有する四角形状の開口１１が設けられる。ダクト９０は、構造体１０の開口１１に接続される。ダクト９０には、化石燃料の燃焼により発生する排ガスが流れ込む。噴霧装置２０は、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸収するためのアルカリ成分を含む吸収液を構造体１０内に噴霧する。突出部１００は、構造体１０の開口１１の４つの角のうち、前記硫黄酸化物の吸収後に構造体１０の内周面に沿って斜めに降下する前記吸収液の流れにおける最も上流に位置する一の角（最上流角α）を構成する２つの辺（第１辺１１１および第２辺１１２）に沿って設けられる。本態様の排ガス浄化装置では、構造体１０の内周面に沿って旋回しながら斜めに降下する液体は突出部１００によって受け止められる。突出部１００によって受け止められた液体は突出部１００に沿って案内されて構造体１０の底部へ流れ落ちるので、当該液体が排ガスの流路に滴り落ちることはなく、構造体１０の内周面に沿って旋回しながら斜めに降下する液体に起因する圧力損失が抑制される。
　より好ましい態様のサイクロン式の排ガス浄化装置において、突出部１００は、第１部材１００ａ１と第２部材１００ａ２とを備えてもよい。第１部材１００ａ１は、構造体１０の開口１１の４つの角のうち構造体１０の内周面に沿って斜めに降下する硫黄酸化物を吸収済の吸収液の流れの最も上流に位置する一の角（最上流角α）を構成する第１辺１１１及び第２辺１１２のうちの一方の辺である第１辺１１１に沿って設けられる。第２部材１００ａ２は、第１辺１１１及び第２辺１１２のうちの他方の辺である第２辺１１２に沿って設けられる。本態様によれば、第１部材１００ａ１及び第２部材１００ａ２を構造体に後付けすることで突出部を形成することができる。本態様の排ガス浄化装置では、構造体１０の内周面と第１部材１００ａ１とによって第１溝１００ｂ１が画定される。また、本態様の排ガス浄化装置では、構造体１０の内周面と第２部材１００ａ２とによって、第１溝１００ｂ１に連続する第２溝１００ｂ２が画定される。本態様によれば、構造体１０の内周面に沿って旋回しながら斜めに降下する液体は第１溝１００ｂ１及び第２溝１００ｂ２によって案内されて構造体１０の底部へ流れ落ちる。本態様によっても、構造体１０の内周面に沿って旋回しながら斜めに降下する液体に起因する圧力損失が抑制される。
　より好ましい態様のサイクロン式の排ガス浄化装置において、第１辺１１１に垂直な平面によって切断された第１部材１００ａ１の断面はＬ字型であり、第２辺１１２に垂直な平面によって切断された第２部材１００ａ２の断面はＬ字型であってもよい。本態様によれば、第１部材１００ａ１を第１辺１１１に沿って構造体１０の内周面に溶接し、第２部材１００ａ２を第２辺１１２に沿って構造体１０の内周面に溶接し、更に第１部材１００ａ１と第２部材１００ａ２とを溶接することによって、本開示の排ガス浄化装置を簡便に製造することが可能になる。
　別の好ましい態様のサイクロン式の排ガス浄化装置は、突出部１００と連通し、ダクト９０の外周に沿って設けられた流路１５０を備えてもよい。本態様の排ガス浄化装置によれば、突出部に受け止められた液体はダクト９０の外周に沿って設けられた流路１５０に流れるので、突出部１００に受け止められた液体を、ダクト９０を介して構造体１０に流れ込む排ガスの冷却に利用することができる。
　更に好ましい態様のサイクロン式の排ガス浄化装置では、ダクト９０の先端部は、開口１１を介して構造体１０の内部に向けて突出してもよい。そして、本態様の排ガス浄化装置は、以下のフランジ１３０と、管１２０と、壁部材１４０と、を備えてもよい。フランジ１３０は、開口１１を介して構造体１０の内部に向けて突出するダクト９０の先端部に設けられる。管１２０は、第１端と第２端とを有し、ダクト９０を包囲する。また、管１２０の第１端は構造体１０の外周面に接続される。壁部材１４０は、管１２０の第２端とダクト９０とを接続する。本態様の排ガス浄化装置では、突出部１００は、ダクト９０のうち構造体１０の内部に向けて突出する部分の外周面とフランジ１３０とにより形成される。また、本態様の排ガス浄化装置では、流路１５０は、管１２０の内周面、ダクト９０の一部の外周面、及び壁部材１４０により形成される。本態様の排ガス浄化装置によっても、突出部１００に受け止められた液体を、ダクト９０を介して構造体１０に流れ込む排ガスの冷却に利用することができる。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…排ガス浄化装置、２…船舶、３…煙突、４…水処理システム、１０…構造体、１１…開口、１１１…第１辺、１１２…第２辺、２０…噴霧装置、３０…吸水管，３２…送水管、３４，３６…排水管、３８…循環管、４０…タンク、５０…捕集部、６０…ドレイン管、７０…ポンプ、８０…スワラ、９０…ダクト、１００…突出部、１２０…管、１２１…第１端、１２２…第２端。

Claims (5)

  1. 　４つの角を有する四角形状の開口が設けられた円筒状の構造体と、
    　前記開口に接続され、化石燃料の燃焼により発生する排ガスが流れ込むダクトと、
    　前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸収するためのアルカリ成分を含む吸収液を前記構造体内に噴霧する噴霧装置と、
    　前記開口の４つの角のうち、前記硫黄酸化物の吸収後に前記構造体の内周面に沿って斜めに降下する前記吸収液の流れにおける最も上流に位置する一の角を構成する２つの辺に沿って設けられる突出部と、
    　を有するサイクロン式の排ガス浄化装置。
  2. 　前記突出部は、
    　前記２つの辺のうちの一方の辺である第１辺に沿って設けられる第１部材と、
    　前記２つの辺のうちの他方の辺である第２辺に沿って設けられる第２部材と、を備え、
    　前記構造体の内周面と前記第１部材とによって第１溝が画定され、
    　前記構造体の内周面と前記第２部材とによって第２溝が画定され、
    　前記第１溝は、前記第２溝に連続する、
    　請求項１に記載のサイクロン式の排ガス浄化装置。
  3. 　前記第１辺に垂直な平面によって切断された前記第１部材の断面はＬ字型であり、前記第２辺に垂直な平面によって切断された前記第２部材の断面はＬ字型である、請求項２に記載のサイクロン式の排ガス浄化装置。
  4. 　前記突出部と連通し、前記ダクトの外周に沿って設けられた流路を備える、請求項１に記載のサイクロン式の排ガス浄化装置。
  5. 　前記ダクトは、前記開口を介して前記構造体の内部に向けて突出する先端部を有し、
    　当該排ガス浄化装置は、
    　前記先端部に設けられたフランジと、
    　第１端と第２端とを有し、前記ダクトを包囲し、前記第１端が前記構造体の外周面に接続される管と、
    　前記第２端と前記ダクトとを接続する壁部材と、を備え、
    　前記突出部は、前記ダクトのうち前記構造体の内部に向けて突出する部分の外周面と前記フランジとにより構成され、
    　前記流路は、前記管の内周面、前記ダクトの一部の外周面、及び前記壁部材により画定される、請求項４に記載のサイクロン式の排ガス浄化装置。
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