JP2005066572A - 三流体ノズルおよび該三流体ノズルを備えたごみ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 気体A、第1液体Nおよび第2液体Wを混合噴霧させる三流体ノズル10であって、第1液体Nと第2液体Wとは混合により固形物を発生させる液体からなり、第1液体N、第2液体W及び気体Aとが別々の配管より供給される3つの流路R1、R2、R3を備え、気体Aと第2液体Wとの混合部を設けていると共に、第1液体を噴射させる第1噴口21と、第2液体Wと気体Aとの混合流体を噴射させる第2噴口22とを設け、第1噴口21と第2噴口22から噴射する流体を外部混合させ、これら噴口21、22に達するまでは混合していない第1液体Nと第2液体Wとを外部混合時に混合させて噴霧を発生させる。
【選択図】 図2
Description
詳しくは、排ガス中に含まれる酸性成分除去のために塩基性中和水溶液とその希釈液と空気との三流体を混合噴霧する排ガス冷却用ノズルにおいて、特に、希釈液としてプラント施設からの排水を循環させて用いた場合に、排水の含有物によるノズルに目詰まりを発生させないようにするものである。
上記酸性ガス成分の除去方法として、湿式方法、乾式方法、半湿式方法とがある。湿式方法では排ガスを塩基性水溶液の貯槽に通して酸性成分を吸収・中和している。
乾式方法では塩基性粉体を噴霧して粉体に酸性ガス成分を吸着させた後、排気ガスをバグフィルターなどの集塵機を通して排気している。
半湿式方法では塩基性水溶液を水で希釈してノズルよりガス冷却用噴霧として排ガスに噴霧する方法で、蒸発の過程で排ガスの冷却と排ガス中の酸性成分の吸収・中和を同時に行うものである。
よって、焼却炉および溶融炉から排ガスを導入するガス冷却塔に、苛性ソーダ水溶液等の塩基性中和剤水溶液を排ガスに噴霧するノズルを取り付ける上記半湿式法が好適に用いられる。其の際、酸性成分の中和には苛性ソーダ等の塩基性中和剤は同じモル数であれば、濃度を低くして水溶液量が多い方が反応効率が良くなるため、苛性ソーダ水溶液を更に水で希釈して濃度を低めることが好ましい。
また、半湿式法では噴霧する塩基性水溶液の粒子径が小さい程、排ガスとの接触部分が増加して酸性成分の除去機能を高めることができる点、噴霧によりガス冷却塔内の濡れを防止する点、排ガスの冷却効率を高めてランニングコストを増大させない点から、噴霧を微粒化する必要がある。
よって、苛性ソーダの希釈水として上記排水を用いた混合液体を、前記特許文献の二流体ノズルに使用した場合、特に、気液混合部で上記スケールや異物による詰まりが発生しやすくなる。本発明者の実験によると、排水中のカルシウムイオン濃度が100mg/lを越えると数時間で噴霧が出来ない状態となる。詰まりが発生すると苛性ソーダ水溶液が十分に微粒化されずに噴霧されるため、排水の蒸発が完了せずに液体状態のまま冷却塔の下流に設置したバグフィルターにながれ、バグフィルターで目詰まりを生じさせる。この目詰まり状態が進行すると、排ガスが吸引できなくなり、プラントの運転ができなくなる。また、冷却塔内あるいは煙道にダストの析出を起こす、所謂ダストトラブルを引き起こし、プラントの運転に支障を来すこととなる。
これを防止するには、2流体ノズルのメンテナンスを頻繁に行う必要があるが、該メンテナンス作業は劇薬を扱う危険な作業となるため、安全上の観点からもノズルの詰まりを発生させないようにする必要がある。
上記気体、第1液体及び第2液体とが別々の配管より供給される3つの流路を備え、これら流路に上記気体と第1液体との混合部あるいは/および上記気体と第2液体との混合部を設けていると共に、上記第1液体あるいは該第1液体と上記気体との混合流体を噴射させる第1噴口と、第2液体あるいは該第2液体と上記気体との混合流体を噴射させる第2噴口とを設け、
上記第1噴口と第2噴口から噴射する流体を、これら噴口に達するまでは混合させずに外部混合させて噴霧を発生させる構成としていることを特徴とする三流体ノズルを提供している。
上記三流体ノズルをごみ処理装置のガス冷却塔に設置する排ガス冷却用ノズルとして用いる場合には、第1液体は苛性ソーダ等を含む塩基性中和剤水溶液、第2液体は第1液体を希釈するカルシウム成分を含むごみ焼却炉や焼却灰の溶融炉より発生する排水からなり、第1液体と第2液体との混合でカルシウム水和物からなる固形物(スケール)が発生すると共に第2液体の排水中に含まれる異物を顕在化させ、さらに、粘度の上昇をもたらし、ノズルの流路、特に、混合部に詰まりを発生させやすいものである。
例えば、上記中心流路を塩基性水溶液の流路とし、中間流路を上記排水の流路とし、外周流路に圧搾空気の流路として、上記中間流路と外周流路とをノズル内部の噴口近傍で連通させて圧搾空気と排水との混合部を設け、この圧搾空気と排水との混合流体を上記中心流路先端の噴口から噴射させる塩基性水溶液と外部混合させている。
あるいは、ノズル本体部の先端より複数の上記第2噴口を対向配置して突出した多頭型とすると共に、上記ノズル本体部の先端に上記第1噴口を設け、上記第1噴口及び第2噴口から噴射される流体を外部衝突混合させている。
上記単頭型ノズル、多頭型ノズルのいずれの場合も、上記第2噴口からは圧搾空気からなる気体と排水からなる第2液体との混合流体を噴射し、塩基性水溶液からなる第1液体を第1噴口より噴射して、第1液体と第2液体とは噴口の近傍外部で混合させることが好ましい。
また、流体微粒化機構の他の手段として、上記中心流路、中間流路、外周流路のうち、少なくとも1つの流路中には、回転流を発生させて流体を微粒化するワーラを介在させていることが好ましい。なお、上記3つの全てにワーラを介在させてもよい。
上記のように微粒化機構を設けることにより、三流体を微粒子として噴霧でき、排ガス冷却用ノズルとして用いた場合に、排ガス中の酸性成分の除去効率、排ガスの冷却効率を高めることが出来ると共に、冷却塔内に濡れ発生の防止、ランニングコストの低減を図ることができる。
上記気体、第1液体及び第2液体とが別々の配管より供給される3つの流路を備え、上記第1液体と第2液体との混合部を噴口内に設けていると共に、該噴口の外周位置に上記気体の噴口を設け、噴霧直前で混合させた第1液体と第2液体の混合液体に上記気体を外部混合して噴霧を発生させる構成としていることを特徴とする三流体ノズルを提供している。
ノズルを三重管構造とし、排ガス冷却用ノズルとする場合には気体として圧搾空気、第1液体として塩基性水溶液、第2液体として排水を用い、流体微粒化機構を設けることが好ましい点は、前記第一の発明と同様である。
上記気体、第1液体及び第2液体とが個別に供給される3つの流路を備え、これら流路に上記気体と第1液体との混合部あるいは/および上記気体と第2液体との混合部を設けていると共に、上記第1液体あるいは該第1液体と上記気体との混合流体と、第2液体あるいは該第2液体と上記気体との混合流体とを混合する混合部を噴口直前に設け、上記第1液体と第2液体を噴口直前で混合させて噴霧を発生させる構成としていることを特徴とする三流体ノズルを提供している。
上記のように、噴口直前で第1液体と第2液体とを混合させると、発生する固形物による詰まりの発生を最小限とすることができ、かつ、第1液体と第2液体のいずれか一方を先に気体と混合させているため微粒化が図られ、この微粒化させた混合流体と他方の液体とを噴口直前に混合させることにより、より微粒化させた3流体の混合噴霧を発生させることが出来る。
この排ガス冷却用ノズルとする場合には、上記第1液体としてごみ焼却炉あるいは/および溶融炉で発生する排水を用いる排水循環手段を備え、水をクローズドシステムとしている。また、上記第2液体として苛性ソーダ水溶液を用い、排ガスを微粒化した液で吸収してから、排ガス中に含まれる酸性成分を苛性ソーダで中和しているため、酸性成分の除去を効率よく行うことができる。
なお、第1液体と第2液体とをノズル内部で混合する場合には、噴口直前で混合しているため、混合により発生するスケールでノズル内部に詰まりが発生するのを抑制することが出来る。
図1は本発明の三流体ノズルを使用するごみ処理装置の概略図を示す。
図1中に示すように、ごみ焼却炉1の下流に第1ガス冷却塔2、第1バグフィルター3、第1ファン4、煙突5を導管L1を介して接続している。
上記ごみ焼却炉1で高温加熱によるごみ焼却後に発生する焼却灰、第1ガス冷却塔2および第1バグフィルター3で発生する焼却飛灰を溶融炉6へ投入し高温で溶融している。
上記溶融炉6の下流に第2ガス冷却塔7、第2バグフィルター8、第2ファン9を導管L2を介して接続し、第2ファン9を通過後のガスを上記煙突5に導入して、ごみ焼却炉1側のガスと共に大気に放出している。
ごみ焼却炉1および溶融炉6の排水を三流体ノズル10に循環させることにより、排水をごみ処理装置外には排出しないクローズドシステムとしている。
三流体ノズル10は、内管15、中管16、外管17とからなる三重管構造で、内管15の中空部を苛性ソーダ水溶液Nを流通させる中心流路R1、内管15と中管16の間は排水Wを流路させる中間流路R2、中管16と外管17の間は圧搾空気Aを流通させる外周流路R3としている。
仕切壁部16cより上流側は内周面に段差を設けて縮径化させていると共に、仕切壁部16cより噴射側下流の周壁に周方向に間隔をあけて圧搾空気流入穴16eを設け、仕切壁部16cより噴射側下流は混合部22とし、中管16の先端はキャップ18の内面に当接させている。
また、排水Wは混合部22で圧搾空気Aと混合して微粒化され、この微粒化させた混合流体に、第1噴口20近傍で苛性ソーダ水溶液Nを外部混合しているため、苛性ソーダ水溶液Nは気液混合ミストMとの混合で微粒化される。
第1実施形態との相違点は、第1実施形態ではノズル先端を単頭型としているが、第2実施形態の三流体ノズル30は多頭型としている点である。
また、アダプタ32の基部32cから両側の分岐部32aに排水Wが流通する中間流路R2’と圧搾空気Aが流通する外周流路R3’を夫々設けている。
上記ノズルチップ33内に設けた圧搾空気流路33aは外周流路R3’とを連通させると共に排水流路33bは中間流路R2’と連通させ、かつ、ノズルチップ33の軸芯を流通する圧搾空気Aに混合部33dで排水Wを外周側より流入させ、排水Waを微粒化させて混合させている。この混合部33dに連続して小径部33e、大径部33f、小径部33gを通して、上記第2噴口21’より気液混合ミストMを噴霧している。
他の構成及び作用は第1実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
この第3実施形態の三流体ノズル40と前記第1実施形態のノズル10との相違点は、三流体ノズル内部で中心流路R1を流通する苛性ソーダ水溶液Nにも外周流路R3を流通する圧搾空気Aを混合し、第1噴口20から苛性ソーダ水溶液Nと圧搾空気Aとの気液混合ミストM1を噴射させている点である。第1噴口20の外周の第2噴口21からは第1実施形態と同様に排水Wと圧搾空気Aとの気液混合ミストM2を噴射させ、気液混合ミストM1とM2とを外部混合させ、苛性ソーダ水溶液Nと排水Wとは第1実施形態と同様にノズル内部では混合していない。
よって、第1噴口20からは苛性ソーダ水溶液Nと圧搾空気Aの気液混合ミストM1が噴射されると共に、第1噴口20を囲む第2噴口21からは排水Wと圧搾空気Aの気液混合ミストM2が噴射され、これら気液混合ミストM1とM2とが第1噴口20の近傍で外部混合される。
なお、他の構成および作用は第1実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
第4実施形態の三流体ノズル50は、第1噴口20”の内部で苛性ソーダ水溶液Nと排水Wとを混合して噴射すると共に、第1噴口20”を囲む第2噴口21”から圧搾空気Aを噴射して、これら三流体を噴口近傍の外部で混合している。
上記排水Wと苛性ソーダ水溶液Nとの混合噴霧を囲むように、外周の第2噴口21”より圧搾空気Aが噴射され、第1、第2噴口の近傍外部で圧搾空気Aは排水Wおよび苛性ソーダ水溶液Nとの外部混合され、気液混合ミストとして噴霧される。
なお、他の構成および作用は第1実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
第5実施形態の三流体ノズル60は、ノズル内部において圧搾空気Aと苛性ソーダ水溶液Nとを混合させ、この気液混合流体にノズル内部で且つ噴口近傍において排水Wを混合させ、三流体をノズル内部で混合した状態で1つの噴口61より噴霧している。
外管170にキャップ63を介してノズルチップ65を取り付け、外管170の先端面との間に大径の二次混合部66を設けると共に、該二次混合部66の先端側に段状に縮径する噴口61を設けている。
上記内管150の先端開口150b、中管160の先端開口160bと、外管170の先端開口170bは噴口61と共にノズルの軸芯に沿った位置に直列に設けている。
なお、外周流路R3に苛性ソーダ水溶液Nを流通させて、中間流路R2に排水Wを流通させ、圧搾空気Aと排水Wとを先に混合し、この混合流体に噴口直線で苛性ソーダ水溶液Nを混合させてもよい。
他の構成は第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
2 第1ガス冷却塔
6 溶融炉
7 第2ガス冷却塔
10 三流体ノズル
15 内管
16 中管
17 外管
18 キャップ
20 第1噴口
21 第2噴口
22 混合部
R1 中心流路
R2 中間流路
R3 外周流路
A 圧搾空気
N 苛性ソーダ水溶液
W 排水
T1 苛性ソーダ水溶液の配管
T2 排水の配管
T3 圧搾空気の配管
Claims (14)
- 気体、第1液体および第2液体を混合噴霧させる三流体ノズルであって、上記第1液体と第2液体とは混合により固形物を発生させる液体からなり、
上記気体、第1液体及び第2液体とが別々の配管より供給される3つの流路を備え、これら流路に上記気体と第1液体との混合部あるいは/および上記気体と第2液体との混合部を設けていると共に、上記第1液体あるいは該第1液体と上記気体との混合流体を噴射させる第1噴口と、第2液体あるいは該第2液体と上記気体との混合流体を噴射させる第2噴口とを設け、
上記第1噴口と第2噴口から噴射する流体を、これら噴口に達するまでは混合させずに外部混合させて噴霧を発生させる構成としていることを特徴とする三流体ノズル。 - 気体、第1液体および第2液体を混合噴霧させる三流体ノズルであって、上記第1液体と第2液体とは混合により固形物を発生させる液体からなり、
上記気体、第1液体及び第2液体とが別々の配管より供給される3つの流路を備え、上記第1液体と第2液体との混合部を噴口内に設けていると共に、該噴口の外周位置に上記気体の噴口を設け、噴霧直前で混合させた第1液体と第2液体の混合液体に上記気体を外部混合して噴霧を発生させる構成としていることを特徴とする三流体ノズル。 - 気体、第1液体および第2液体を混合噴霧させる三流体ノズルであって、上記第1液体と第2液体とは混合により固形物を発生させる液体からなり、
上記気体、第1液体及び第2液体とが個別に供給される3つの流路を備え、これら流路に上記気体と第1液体との混合部あるいは/および上記気体と第2液体との混合部を設けていると共に、上記第1液体あるいは該第1液体と上記気体との混合流体と、第2液体あるいは該第2液体と上記気体との混合流体とを混合する混合部を噴口直前に設け、上記第1液体と第2液体を噴口直前で混合させて噴霧を発生させる構成としていることを特徴とする三流体ノズル。 - 上記気体は圧搾空気、上記第2液体は第1液体の希釈液からなる請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- 上記第1液体は苛性ソーダ等を含む塩基性中和剤水溶液、第2液体は第1液体を希釈するカルシウム成分を含む排水からなり、第1液体と第2液体との混合でカルシウム水和物からなる上記固形物が発生すると共に第2液体中に含まれる異物を顕在化させるものである請求項4に記載の三流体ノズル。
- 軸芯に沿って形成する中心流路、該中心流路を囲む中間流路、該中間流路を囲む外周流路を備える3重管構造とし、上記各流路の基端に上記気体、第1液体、第2液体の配管をそれぞれ接続している請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- 上記第1噴口を第2噴口で囲むと共に、第1噴口を第2噴口より突出させている請求項1、請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- ノズル本体部の先端より複数の上記第2噴口を対向配置して突出した多頭型とすると共に、上記ノズル本体部の先端に上記第1噴口を設け、上記第1噴口及び第2噴口から噴射される流体を外部衝突混合させている請求項1、請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- 上記気体と第2液体との混合流体を上記第2噴口より噴射し、上記第1液体を第1噴口より噴射して外部混合している請求項7または請求項8に記載の三流体ノズル。
- 上記混合部では一方の流体を流路周壁より流入させて他方の流体と衝突混合あるいは回転混合させる流体微粒化機構を設けている請求項1、請求項4乃至請求項9のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- 上記中心流路に気体を流通させ、該気体と第1液体或いは第2液体のいずれか一方を混合させる上記混合部を設け、該混合部の下流で且つ上記噴口直前に混合流体と上記第1液体或いは第2液体のいずれか他方を混合させる混合部を設けている請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- 上記中心流路、中間流路、外周流路のうち、少なくとも1つの流路には回転流を発生させて流体を微粒化するワーラを介在させている請求項6乃至請求項11のいずれか1項に記載の三流体ノズル。
- 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の三流体ノズルを、ごみ焼却炉あるいは/および焼却灰の溶融炉から発生する排ガスの冷却塔に排ガス冷却用のノズルとして設置している三流体ノズルを備えたごみ処理装置。
- 上記第1液体としてごみ焼却炉あるいは/および溶融炉で発生する排水を用いる排水循環手段を備え、上記第2液体として苛性ソーダ水溶液を用いている請求項13に記載の三流体ノズルを備えたごみ処理装置。
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