冷却装置
【課題】 冷却塔の内部に付着するダストを効率良く取り除くことができる冷却装置を提供することにある。
【解決手段】 高温状態の排ガスを冷却するための冷却装置であって、排ガスが上部から導入され、排ガスを下方に向かって移動させる冷却塔（３）と、冷却塔の内部に対して、排ガスの冷却に用いられる液状の冷媒を噴射するノズル（４）と、冷媒によって冷却された排ガスを、冷却塔の底面と対向する開口部（７ａ）から取り込み、冷却塔の外部に排ガスを排出させる排出ダクト（７）と、冷却塔の底面に沿って移動し、底面に付着したダストを排出位置に向かって移動させる第１スクレーパー（１１）と、排出ダクトの開口部と接触し、開口部に沿って移動する第２スクレーパー（１６）と、を有する。
【解決手段】 高温状態の排ガスを冷却するための冷却装置であって、排ガスが上部から導入され、排ガスを下方に向かって移動させる冷却塔（３）と、冷却塔の内部に対して、排ガスの冷却に用いられる液状の冷媒を噴射するノズル（４）と、冷媒によって冷却された排ガスを、冷却塔の底面と対向する開口部（７ａ）から取り込み、冷却塔の外部に排ガスを排出させる排出ダクト（７）と、冷却塔の底面に沿って移動し、底面に付着したダストを排出位置に向かって移動させる第１スクレーパー（１１）と、排出ダクトの開口部と接触し、開口部に沿って移動する第２スクレーパー（１６）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の排ガスを冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の調温装置では、冷却塔の上部から排ガスを導入し、冷却水を噴霧することにより、排ガスを冷却している。すなわち、冷却水を蒸発させることにより、排ガスの熱を奪うようにしている。そして、冷却塔の下部には、冷却された排ガスを冷却塔の外部に排出させるための排出ダクトが設けられている。また、冷却塔の底面にはスクレーパーが設けられており、排ガスに含まれているダストが冷却塔の底面に付着した際に、スクレーパーの動作によってダストを取り除くことができる。
【０００３】
ここで、排出ダクトのうち、排ガスを取り込むための開口部は、冷却塔の下方に面しており、冷却塔の上部から下部に移動した排ガスは、上方に向かうことによって排出ダクトに取り込まれるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７６５４７号公報
【特許文献２】特開平０６−２０１２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の構造では、冷却塔内で冷却された排ガスは、冷却時の移動方向（下降方向）とは異なる方向（上昇方向）に移動することによって、排出ダクトに取り込まれるため、排ガスの流れに渦が発生しやすくなる。このような排ガスの流れによって、排ガスに含まれるダストが、冷却塔の下部において不均一に堆積して成長することがある。例えば、排出ダクトのうち、排ガスを取り込むための開口部に対して、ダストが付着しやすくなることがある。
【０００６】
特許文献１に記載の構造では、冷却塔の底面にスクレーパーが配置されているだけであるため、排出ダクトの開口部等に付着したダストを取り除くことができない。また、排出ダクト等にダストを付着させたままでは、冷却塔の内部における排ガスの流れに偏流が生じ、冷却水の蒸発を効率良く行うことができなくなってしまうことがある。冷却水の蒸発が不十分であれば、ダストが水分を吸収して、冷却塔の内壁部に固着してしまうおそれがある。ここで、水分を含むダストが冷却塔の底面に固着すれば、ダストを取り除く際にスクレーパーに過度の負荷が加わり、ダストの排出が不十分となるおそれがある。
【０００７】
本発明の主な目的は、高温状態の排ガスを冷却する冷却装置において、冷却塔の内部に付着するダストを効率良く取り除くことができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高温状態の排ガスを冷却するための冷却装置であって、排ガスが上部から導入され、排ガスを下方に向かって移動させる冷却塔と、冷却塔の内部に対して、排ガスの冷却に用いられる液状の冷媒を噴射するノズルと、冷媒によって冷却された排ガスを、冷却塔の底面と対向する開口部から取り込み、冷却塔の外部に排ガスを排出させる排出ダクトと、冷却塔の底面に沿って移動し、底面に付着したダストを排出位置に向かって移動させる第１スクレーパーと、排出ダクトの開口部と接触し、開口部に沿って移動する第２スクレーパーと、を有する。
【０００９】
ここで、第２スクレーパーを、排出ダクトの外壁面および内壁面に接触させることができる。これにより、排出ダクトの外壁面および内壁面に付着したダストを取り除くことができる。また、第１スクレーパーおよび第２スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転させることができる。これにより、１つの駆動源を用いて、第１スクレーパーおよび第２スクレーパーを動作させることができ、スクレーパーの駆動機構を簡素化および小型化することができる。
【００１０】
冷却塔の内部に対して、排ガスに含まれる水分を希釈させるための希釈用ガスを導入する導入口を冷却塔に設けた場合において、冷却塔の内壁面のうち、少なくとも導入口と隣り合う領域と接触し、導入口と隣り合う領域に沿って移動する第３スクレーパーを設けることができる。希釈用ガスの導入口を設けると、導入口の周辺において、排ガスの流れに乱れが生じ、導入口の周辺部において、排ガスに含まれるダストが付着しやすくなってしまう。そこで、第３スクレーパーを用いることにより、上述したダストを取り除くことができる。
【００１１】
ここで、導入口は、冷却塔に対する排出ダクトの接続位置よりも下方に配置することができる。また、第１スクレーパー、第２スクレーパーおよび第３スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転させることができる。これにより、１つの駆動源によって、第１スクレーパー、第２スクレーパーおよび第３スクレーパーを動作させることができ、スクレーパーの駆動機構を簡素化および小型化することができる。
【００１２】
排出ダクトを金属で形成した場合には、冷却塔内のスペースのうち、排出ダクトの腐食特性に基づいて設定された温度よりも低い温度の領域内に、排出ダクトを配置することができる。これにより、排出ダクトの腐食を抑制することができる。
【００１３】
また、ノズルに冷媒を供給する冷媒供給部と、希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給部と、冷媒供給部および希釈用ガス供給部の駆動を制御するコントローラと、を設けることができる。ここで、コントローラは、冷媒および希釈用ガスのうち、一方の供給量を一定にするとともに、他方の供給量を変化させることができる。
【００１４】
冷媒又は希釈用ガスの供給量を変化させることにより、冷却塔に導入される排ガスの温度が変化しても、排出ダクトから排出される排ガスの温度を一定に維持することができる。これにより、例えば、排出ダクトに取り込まれた排ガスを集塵機に導く場合には、集塵機の耐熱性を考慮して、排ガスの温度を調節することができる。また、冷媒および希釈用ガスの供給量のうち、一方だけを変化させることにより、制御処理を簡素化でき、排ガスの温度変化に対して迅速に対応することができる。具体的には、排出ダクトに取り込まれた排ガスの温度を検出する温度センサを設けておき、コントローラは、温度センサの検出結果に基づいて、他方の供給量を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１スクレーパーを用いることにより、冷却塔の底面に付着したダストを取り除くだけでなく、第２スクレーパーを用いることにより、排出ダクトの開口部に付着したダストを取り除くことができる。これにより、冷却塔の内部にダストが付着したままとなるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１である排ガス処理設備を示す概略図である。
【図２】排ガスの温度と、鋼製の排出ダクトの腐食速度との関係を示す図である。
【図３】実施形態１における冷却塔の内部構造を示す図であって、冷却塔の底部を冷却塔の上方から見たときの図である。
【図４】実施形態１において、冷媒および希釈用空気の供給量を制御する構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態１において、排ガスの温度を調節する制御を示すフローチャートである。
【図６】希釈用空気の供給量と排ガスの温度との関係を示す概略図である。
【図７】実施形態１の変形例において、排ガスの温度を調節する制御を示すフローチャートである。
【図８】冷媒の供給量と排ガスの温度との関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
(実施形態１)
【００１８】
本発明の実施形態１である冷却塔を含む排ガス処理設備について、図１を用いて説明する。
【００１９】
回転炉床炉１では、鉄鉱石、製鉄ダストなどの金属酸化物及び炭材をペレットにし、水平面で回転する回転炉床（不図示）上にペレットを装入して加熱（還元）することにより還元鉄を製造している。回転炉床炉１で発生した高温（例えば、８００℃以上）の排ガスは、耐火物で構成されたダクト２を通過して冷却塔３に導かれる。本実施形態では、回転炉床炉１で発生した排ガスを冷却塔３に供給しているが、冷却塔３に供給される排ガスは、高温状態のガスであればよく、焼却炉や溶融炉で発生した排ガスを冷却塔３に供給することもできる。
【００２０】
ダクト２は、冷却塔３の上部に接続されており、冷却塔３内に進入した排ガスは、冷却塔３の下方に向かって移動する。冷却塔３の上部に形成された斜面３ａには、複数のノズル４が設けられている。ノズル４は、冷却塔３内に進入した排ガスを冷却するための冷媒を、冷却塔３の内部に向かって噴射する。冷媒としては、液体を用いたり、気液混合物を用いたりすることができる。これにより、冷却塔３の内部では、上部から下部に向かって温度が低下することになる。液状の冷媒を用いれば、排ガスの温度によって冷媒を気化（蒸発）させることができ、冷媒の気化熱を用いて、排ガスの温度を効率良く低下させることができる。
【００２１】
冷却塔３の下部には、排ガス中の水分を希釈するための空気を冷却塔３の内部に導入するための配管５が接続されている。排ガスに含まれるダストは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、塩素（Ｃｌ）を含み、潮解性を有していることがあるため、排ガス中の水分を吸収し、後述する集塵機８のフィルタ８ａに付着しやすくなってしまう。この場合には、フィルタ８ａの差圧が上昇しやすくなってしまい、フィルタ８ａによるダストの捕集を効率良く行うことができなくなってしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態では、冷却塔３の内部に空気を供給して、排ガス中の水分を低下（希釈）させることにより、排ガス中のダストが水分を吸収するのを抑制することができる。なお、本実施形態では、水分を希釈させるために、空気を用いているが、空気以外の気体を用いることもできる。
【００２３】
配管５にはファン６が接続されており、ファン６を駆動することにより、希釈用の空気を、配管５を介して冷却塔３の内部に導入することができる。配管５は、ファン６に対して空気の移動経路の下流側において、複数に分岐しており、複数の分岐部が冷却塔３に接続されている。冷却塔３に対する複数の分岐部の接続位置は、同一の高さに設定されており、複数の分岐部は、冷却塔３の周方向において、等間隔に配置されている。
【００２４】
なお、配管５における分岐部の数は、適宜選択することができる。また、本実施形態では、配管５を分岐させているが、互いに独立した複数の配管５を用いることにより、希釈用の空気を冷却塔３の内部に導入することもできる。この場合には、各配管５に対してファン６を設ければよい。
【００２５】
また、冷却塔３の下部には、冷却塔３の内部で冷却された排ガスを冷却塔３の外部に排出させるための鋼製（金属製）の排出ダクト７が設けられている。排出ダクト７は、冷却された排ガスを取り込むための取込口７ａを有している。取込口７ａは、冷却塔３の内部に配置されており、冷却塔３の底面３ｂと向かい合って配置されている。
【００２６】
排出ダクト７のうち、冷却塔３の内部に位置する部分は、冷却塔３内の温度が４８０℃よりも低い温度領域に配置されている。ノズル４から噴出された冷媒によって、冷却塔３の内部における温度は、下方に向かうにつれて低下するようになっており、冷却塔３の内部における温度分布（冷却塔３の上下方向における温度分布）は、予め測定しておくことができる。そして、予め測定した温度分布に基づいて、排出ダクト７を配置する位置を決定すればよい。
【００２７】
図２には、排ガスの温度と、鋼製の排出ダクト７の腐食速度との関係を示している。図２に示すように、排ガスの温度が４８０℃よりも高くなると、塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸の分解による腐食速度が急激に上昇してしまう。回転炉床炉１から供給される排ガスのダストには、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、塩素（Ｃｌ）が含まれていることがあり、鋼製の排出ダクト７には、塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸の分解による腐食が発生してしまう。そこで、４８０℃以下の温度となる領域に排出ダクト７を配置することにより、排出ダクト７の腐食を抑制することができる。
【００２８】
また、希釈用空気の導入口（冷却塔３に対する配管５の接続口）は、冷却塔３のうち、４８０℃以下の温度である領域に設けることが好ましい。本実施形態において、排ガスの温度が４８０℃以上となる領域では、ノズル４から噴射された冷媒によって排ガスを冷却させるとともに、冷媒を十分に蒸発させることが好ましい。冷媒を蒸発させるための領域において、希釈用空気を導入してしまうと、冷媒の蒸発が不十分になってしまう。
【００２９】
冷媒の蒸発が不十分になると、排ガスに含まれるダストが冷媒と接触して、液化物や溶解物が生成され、液化物等が冷却塔３の内壁に固着してしまい、好ましくない。ここで、冷却塔３の高さを高くすれば、言い換えれば、排ガスの冷却に用いられる領域を大きくすれば、冷媒を蒸発させやすくなるが、冷却塔３が大型化してしまう。そこで、本実施形態のように、冷却塔３の内部を、冷媒によって排ガスを冷却させる領域と、希釈用空気によって排ガス中の水分を希釈させる領域とを分けることが好ましい。
【００３０】
本実施形態では、４８０℃以下の温度となる領域、言い換えれば、排出ダクト７が配置されている領域において、希釈用空気を冷却塔３の内部に供給するようにしている。希釈用空気の導入口は、冷却塔３に対する排出ダクト７の接続位置よりも下方の領域に配置されていればよい。
【００３１】
冷却塔３に供給された排ガスは、冷却塔３の内部を下方に向かって移動するが、排出ダクト７に取り込まれるときには、冷却塔３の上方に向かって移動することになる。すなわち、排出ダクト７における取込口７ａの内側および外側では、排ガスの移動方向が逆方向となる。
【００３２】
取込口７ａから排出ダクト７に取り込まれた排ガスは、集塵機８に導かれる。集塵機８の内部には、複数のフィルタ８ａが配置されており、フィルタ８ａは、排ガスに含まれるダストを捕集する。フィルタ８ａを通過した排ガスは、排出ダクト７によって煙突９に導かれ、大気中に排出される。
【００３３】
排出ダクト７のうち、集塵機８および煙突９の間には、ファン１０が配置されており、ファン１０を駆動することにより、冷却塔３内の排ガスを排出ダクト７に吸引することができる。ファン１０は、排出ダクト７の任意の位置に配置することができ、冷却塔３内の排ガスを排出ダクト７に吸引させることができればよい。
【００３４】
冷却塔３の底面３ｂには、第１スクレーパー１１が配置されており、第１スクレーパー１１は、回転駆動軸１２に接続されている。回転駆動軸１２は、排出ダクト７の取込口７ａの下方に位置しており、冷却塔３の上部から見たときに、取込口７ａおよび回転駆動軸１２は、互いに重なるように配置されている。
【００３５】
回転駆動軸１２は、スクレーパー駆動装置１３からの駆動力を受けて回転し、回転駆動軸１２が回転することにより、第１スクレーパー１１は、冷却塔３の底面３ｂに沿って移動する。スクレーパー駆動装置１３は、冷却塔３の外部に配置されており、スクレーパー駆動装置１３に接続された回転駆動軸１２は、冷却塔３の底面３ｂを貫通して、冷却塔３の内部に突出している。
【００３６】
図３には、冷却塔３の内部構造であって、冷却塔３の底部を、冷却塔３の上部から見たときの図を示している。図３に示すように、回転駆動軸１２は、冷却塔３の底面３ｂにおける略中心に配置されており、第１スクレーパー１１は、回転駆動軸１２を中心に一方向（例えば、矢印ＲＤの方向）に回転して、底面３ｂの全体を移動できるようになっている。冷却塔３の底面３ｂには、排ガスの冷却によって排ガスに含まれるダストが付着する。そこで、第１スクレーパー１１を回転させることにより、冷却塔３の底面３ｂに付着したダストを集めることができる。
【００３７】
本実施形態では、図３に示すように、回転駆動軸１２に対して２つの第１スクレーパー１１を設けているが、これに限るものではない。例えば、１つの第１スクレーパー１１を回転駆動軸１２に設けるだけでもよい。すなわち、第１スクレーパー１１の回転動作によって、底面３ｂに付着したダストを取り除くことができればよい。また、第１スクレーパー１１の形状は、底面３ｂに付着したダストを取り除く観点に基づいて、適宜設定することができる。
【００３８】
冷却塔３の底面３ｂには、ダスト排出管１４が接続されており、第１スクレーパー１１によって集められたダストは、ダスト排出管１４から冷却塔３の外部に排出される。ダスト排出管１４には、ダスト排出装置（ロータリーバルブ）１５が設けられており、ダスト排出管１４に導かれたダストは、ダスト排出装置１５で一次的に集められる。そして、ダスト排出装置１５を動作させることにより、ダクト排出装置１５に蓄積されたダストを取り出すことができる。尚、ダスト排出装置１５を連続的に動作させても良い。
【００３９】
一方、回転駆動軸１２には、第２スクレーパー１６および第３スクレーパー１７が接続されている。図３に示すように、第２スクレーパー１６および第３スクレーパー１７は、回転駆動軸１２を基準とする点対称の位置に配置されている。
【００４０】
なお、本実施形態では、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を、図３に示すように配置しているが、これに限るものではない。すなわち、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７は、回転駆動軸１２の回転によって回転することができればよく、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を配置する位置は、適宜設定することができる。
【００４１】
第２スクレーパー１６の基端部は、回転駆動軸１２に固定されており、第２スクレーパー１６の先端部は、二叉に分岐した一対の接触部１６ａを有している。一対の接触部１６ａは、排出ダクト７の取込口７ａを挟んで配置されており、各接触部１６ａは、取込口７ａに沿った曲面を有している。一対の接触部１６ａのうち、一方の接触部１６ａは、排出ダクト７の外壁面と接触しており、他方の接触部１６ａは、排出ダクト７の内壁面と接触している。
【００４２】
回転駆動軸１２の回転によって第２スクレーパー１６が回転すると、一対の接触部１６ａは、排出ダクト７の取込口７ａに沿って移動する。これにより、排出ダクト７の取込口７ａに付着したダストを取り除くことができる。なお、第２スクレーパー１６の形状は、取込口７ａに付着したダストを取り除く観点に基づいて、適宜設定することができる。
【００４３】
本実施形態のように、排出ダクト７を配置すると、取込口７ａの周囲では、排ガスの流れが乱れ、取込口７ａの外壁面や内壁面に排ガスに含まれるダストが付着してしまうことがある。また、回転炉床炉１において、含有亜鉛濃度が高い電気炉ダストを処理した場合には、排ガス中のダスト（粗酸化亜鉛）の濃度は高炉系のダストに比べて約３０倍、高くなるため、ダストが付着しやすくなる。
【００４４】
そこで、本実施形態のように、第２スクレーパー１６を用いることにより、取込口７ａに付着したダストを取り除くことができる。ここで、接触部１６ａのサイズ、言い換えれば、第２スクレーパー１６および排出ダクト７の接触面積は、ダストの付着しやすい領域等を考慮して適宜設定することができる。第２スクレーパー１６を動作させると、取込口７ａに付着したダストは、冷却塔３の底面３ｂに向かって落下し、底面３ｂ上で堆積する。底面３ｂで堆積したダストは、第１スクレーパー１１によってダスト排出管１４に導かれる。
【００４５】
本実施形態では、回転駆動軸１２に対して、１つの第２スクレーパー１６を設けているが、第２スクレーパー１６を複数設けてもよい。この場合には、回転駆動軸１２の回転方向において、複数の第２スクレーパー１６を等間隔に配置することができる。
【００４６】
第３スクレーパー１７の基端部は、回転駆動軸１２に固定されており、第３スクレーパー１７の先端に設けられた接触部１７ａは、冷却塔３の側壁に沿って配置されている。回転駆動軸１２が回転すると、第３スクレーパー１７の接触部１７ａは、冷却塔３の側壁に沿って移動する。
【００４７】
本実施形態において、冷却塔３の側壁からは、希釈用の空気が導入されるようになっており、この周辺では、冷却塔３の上部から下部に向かって移動する排ガスと、排ガスの移動方向とは異なる方向に移動する希釈用ガスとが衝突することになる。このように希釈用ガスによって排ガスの流れに乱れが生じると、排ガスに含まれるダストが冷却塔３の側壁に付着しやすくなってしまう。
【００４８】
そこで、本実施形態では、第３スクレーパー１７を用いることにより、冷却塔３の側壁に付着したダストを取り除くようにしている。第３スクレーパー１７によって取り除かれたダストは、冷却塔３の底面３ｂに向かって落下して、底面３ｂ上で堆積する。底面３ｂ上で堆積したダストは、第１スクレーパー１１によってダスト排出管１４に導かれる。
【００４９】
本実施形態では、回転駆動軸１２に対して、１つの第３スクレーパー１７を設けているが、第３スクレーパー１７を複数設けてもよい。この場合には、回転駆動軸１２の回転方向において、複数の第３スクレーパー１７を等間隔に配置することができる。例えば、本実施形態で説明した接触部１７ａを２つに分割し、分割した接触部１７ａに対応した２つの第３スクレーパー１７を設けることができる。なお、第３スクレーパー１７の形状は、上述した冷却塔３の側壁に付着したダストを取り除く観点に基づいて、適宜設定することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、１つの回転駆動軸１２によって、３つのスクレーパー１１，１６，１７を回転させているが、これに限るものではない。例えば、３つのスクレーパー１１，１６，１７のうち、少なくとも２つのスクレーパーを独立して回転させることもできる。この場合には、回転軸を中心とした同心円状にスクレーパーを独立して回転させる機構を設けることができる。
【００５１】
本実施形態において、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を駆動するタイミングは、適宜選択することができる。例えば、作業者の動作指示によって、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を動作させたり、所定のタイミングで自動的に第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を動作させたりすることができる。また、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を独立して動作させる構成においては、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を互いに異なるタイミングにおいて動作させることもできる。
【００５２】
次に、本実施形態の冷却塔３において、ノズル４から噴射される冷媒の量と、希釈用空気の量を調節する制御について説明する。図４は、冷媒および空気の量を調節するための構成を示すブロック図であり、図５は、冷媒および空気の量を調節する処理を示すフローチャートである。
【００５３】
冷却塔３に供給される排ガスの温度は、排ガスの発生源である回転炉床炉１における環境等に応じて変化してしまう。この場合には、冷却塔３に導入される排ガスの温度に応じて排ガスの冷却処理を変更する必要がある。特に、集塵機８のフィルタ８ａは、所定の耐熱温度を有しているため、排ガスの温度を耐熱温度以下に低下させた状態で排ガスをフィルタ８ａに供給する必要がある。
【００５４】
温度センサ２０は、排出ダクト７を移動する排ガスのうち、冷却塔３から集塵機８に向かう排ガスの温度を検出し、検出結果をコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は、温度センサ２０の検出結果に基づいて、ノズル４から噴射される冷媒の量と、希釈用空気の供給量とを制御する。コントローラ２１は、所定の情報を格納するメモリ２１ａを有している。
【００５５】
ノズル４には、冷媒を供給する冷媒供給部２２が接続されており、コントローラ２１は、冷媒供給部２２からノズル４に供給される冷媒の量、言い換えれば、冷却塔３の内部に噴出される冷媒の量を制御する。また、コントローラ２１は、ファン６の駆動を制御することにより、希釈用空気の供給量を調節する。
【００５６】
図５のステップＳ１０１において、コントローラ２１は、温度センサ２０の出力に基づいて、冷却塔３から集塵機８に向かう排ガスの温度を取得する。ステップＳ１０２において、コントローラ２１は、検出温度が閾値よりも高いか否かを判別し、検出温度が閾値よりも高ければ、ステップＳ１０３に進む。閾値とは、集塵機８のフィルタ８ａの耐熱温度に基づいて設定された値である。
【００５７】
ステップＳ１０３において、コントローラ２１は、ノズル４からの冷媒の供給量を一定にするとともに、ステップＳ１０１で取得した温度に基づいて、希釈用空気の供給量を変更する。コントローラ２１のメモリ２１ａには、希釈用空気の供給量と、集塵機８に向かう排ガスの温度との関係を示すマップ（図６参照）が記憶されており、コントローラ２１は、このマップおよび排ガスの温度から希釈用空気の供給量を決定することができる。具体的には、排ガスの温度が上昇するにつれて、希釈用空気の供給量を増加させることができる。
【００５８】
なお、図６に示すマップは、一例を示すものであり、メモリ２１ａに格納されるマップは、冷却塔３における排ガスの冷却特性に基づいて、適宜設定することができる。また、本実施形態では、マップを用いて希釈用空気の供給量を決定しているが、排ガスの温度および希釈用空気の供給量を変数とした演算式に基づいて、希釈用空気の供給量を算出することもできる。
【００５９】
図５に示す処理では、冷媒の供給量を一定にするとともに、希釈用空気の供給量を変化させているが、これに限るものではない。具体的には、図７のフローチャートに示すように、希釈用空気の供給量を一定にするとともに、冷媒の供給量を変化させることができる。図７において、図５と同一の処理については、同一符号を付している。
【００６０】
図７のステップＳ１０４において、コントローラ２１は、希釈用空気の供給量を一定にするとともに、ステップＳ１０１で取得した温度に基づいて、冷媒の供給量を変更する。コントローラ２１のメモリ２１ａには、冷媒の供給量と、集塵機８に向かう排ガスの温度との関係を示すマップ（図８参照）が記憶されており、コントローラ２１は、このマップおよび排ガスの温度から冷媒の供給量を決定することができる。具体的には、排ガスの温度が上昇するにつれて、冷媒の供給量を増加させることができる。
【００６１】
なお、図７に示すマップは、一例を示すものであり、メモリ２１ａに格納されるマップは、冷却塔３における排ガスの冷却特性に基づいて、適宜設定することができる。また、本実施形態では、マップを用いて冷媒の供給量を決定しているが、排ガスの温度および冷媒の供給量を変数とした演算式に基づいて、冷媒の供給量を算出することもできる。
【００６２】
図５又は図７に示す処理を行えば、集塵機８に供給される排ガスの温度をフィルタ８ａの耐熱温度よりも低い温度まで低下させることができ、フィルタ８ａの劣化を抑制することができる。また、冷媒および希釈用空気の供給量の両者を調節するのではなく、一方の供給量を一定とし、他方の供給量を変化させるだけであるため、排ガスの温度を調節するための制御パラメータは１つとなり、温度調節の制御を簡素化することができる。これにより、温度調節の制御処理を迅速に行うことができ、排ガスの温度変化に迅速に対応することができる。
【００６３】
一方、排ガスの温度を低下させすぎると、図２に示すように、鋼製の排出ダクト７において、低温腐食が発生してしまう。そこで、冷却塔３から集塵機８に導かれる排ガスの温度は、所定の温度範囲内であることが好ましい。ここで、集塵機８に導かれる排ガスの温度が下限値よりも低いか否かを判別し、排ガスの温度が下限値よりも低いときには、冷媒又は希釈用空気の供給量を減らせばよい。
【符号の説明】
【００６４】
１：回転炉床炉、２：ダクト、３：冷却塔、４：冷媒噴出用のノズル、
５：希釈用空気の配管、６：希釈用空気のファン、７：排出ダクト、８：集塵機、
８ａ：フィルタ、９：煙突、１０：排ガス吸引用のファン、１１：第１スクレーパー、
１２：回転駆動軸、１３：スクレーパー駆動装置、１４：ダスト排出管、
１５：ダスト排出装置（ロータリーバルブ）、１６：第２スクレーパー、
１６ａ：接触部、１７：第３スクレーパー、１７ａ：接触部、２０：温度センサ、
２１：コントローラ、２１ａ：メモリ、２２：冷媒供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の排ガスを冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の調温装置では、冷却塔の上部から排ガスを導入し、冷却水を噴霧することにより、排ガスを冷却している。すなわち、冷却水を蒸発させることにより、排ガスの熱を奪うようにしている。そして、冷却塔の下部には、冷却された排ガスを冷却塔の外部に排出させるための排出ダクトが設けられている。また、冷却塔の底面にはスクレーパーが設けられており、排ガスに含まれているダストが冷却塔の底面に付着した際に、スクレーパーの動作によってダストを取り除くことができる。
【０００３】
ここで、排出ダクトのうち、排ガスを取り込むための開口部は、冷却塔の下方に面しており、冷却塔の上部から下部に移動した排ガスは、上方に向かうことによって排出ダクトに取り込まれるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７６５４７号公報
【特許文献２】特開平０６−２０１２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の構造では、冷却塔内で冷却された排ガスは、冷却時の移動方向（下降方向）とは異なる方向（上昇方向）に移動することによって、排出ダクトに取り込まれるため、排ガスの流れに渦が発生しやすくなる。このような排ガスの流れによって、排ガスに含まれるダストが、冷却塔の下部において不均一に堆積して成長することがある。例えば、排出ダクトのうち、排ガスを取り込むための開口部に対して、ダストが付着しやすくなることがある。
【０００６】
特許文献１に記載の構造では、冷却塔の底面にスクレーパーが配置されているだけであるため、排出ダクトの開口部等に付着したダストを取り除くことができない。また、排出ダクト等にダストを付着させたままでは、冷却塔の内部における排ガスの流れに偏流が生じ、冷却水の蒸発を効率良く行うことができなくなってしまうことがある。冷却水の蒸発が不十分であれば、ダストが水分を吸収して、冷却塔の内壁部に固着してしまうおそれがある。ここで、水分を含むダストが冷却塔の底面に固着すれば、ダストを取り除く際にスクレーパーに過度の負荷が加わり、ダストの排出が不十分となるおそれがある。
【０００７】
本発明の主な目的は、高温状態の排ガスを冷却する冷却装置において、冷却塔の内部に付着するダストを効率良く取り除くことができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高温状態の排ガスを冷却するための冷却装置であって、排ガスが上部から導入され、排ガスを下方に向かって移動させる冷却塔と、冷却塔の内部に対して、排ガスの冷却に用いられる液状の冷媒を噴射するノズルと、冷媒によって冷却された排ガスを、冷却塔の底面と対向する開口部から取り込み、冷却塔の外部に排ガスを排出させる排出ダクトと、冷却塔の底面に沿って移動し、底面に付着したダストを排出位置に向かって移動させる第１スクレーパーと、排出ダクトの開口部と接触し、開口部に沿って移動する第２スクレーパーと、を有する。
【０００９】
ここで、第２スクレーパーを、排出ダクトの外壁面および内壁面に接触させることができる。これにより、排出ダクトの外壁面および内壁面に付着したダストを取り除くことができる。また、第１スクレーパーおよび第２スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転させることができる。これにより、１つの駆動源を用いて、第１スクレーパーおよび第２スクレーパーを動作させることができ、スクレーパーの駆動機構を簡素化および小型化することができる。
【００１０】
冷却塔の内部に対して、排ガスに含まれる水分を希釈させるための希釈用ガスを導入する導入口を冷却塔に設けた場合において、冷却塔の内壁面のうち、少なくとも導入口と隣り合う領域と接触し、導入口と隣り合う領域に沿って移動する第３スクレーパーを設けることができる。希釈用ガスの導入口を設けると、導入口の周辺において、排ガスの流れに乱れが生じ、導入口の周辺部において、排ガスに含まれるダストが付着しやすくなってしまう。そこで、第３スクレーパーを用いることにより、上述したダストを取り除くことができる。
【００１１】
ここで、導入口は、冷却塔に対する排出ダクトの接続位置よりも下方に配置することができる。また、第１スクレーパー、第２スクレーパーおよび第３スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転させることができる。これにより、１つの駆動源によって、第１スクレーパー、第２スクレーパーおよび第３スクレーパーを動作させることができ、スクレーパーの駆動機構を簡素化および小型化することができる。
【００１２】
排出ダクトを金属で形成した場合には、冷却塔内のスペースのうち、排出ダクトの腐食特性に基づいて設定された温度よりも低い温度の領域内に、排出ダクトを配置することができる。これにより、排出ダクトの腐食を抑制することができる。
【００１３】
また、ノズルに冷媒を供給する冷媒供給部と、希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給部と、冷媒供給部および希釈用ガス供給部の駆動を制御するコントローラと、を設けることができる。ここで、コントローラは、冷媒および希釈用ガスのうち、一方の供給量を一定にするとともに、他方の供給量を変化させることができる。
【００１４】
冷媒又は希釈用ガスの供給量を変化させることにより、冷却塔に導入される排ガスの温度が変化しても、排出ダクトから排出される排ガスの温度を一定に維持することができる。これにより、例えば、排出ダクトに取り込まれた排ガスを集塵機に導く場合には、集塵機の耐熱性を考慮して、排ガスの温度を調節することができる。また、冷媒および希釈用ガスの供給量のうち、一方だけを変化させることにより、制御処理を簡素化でき、排ガスの温度変化に対して迅速に対応することができる。具体的には、排出ダクトに取り込まれた排ガスの温度を検出する温度センサを設けておき、コントローラは、温度センサの検出結果に基づいて、他方の供給量を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１スクレーパーを用いることにより、冷却塔の底面に付着したダストを取り除くだけでなく、第２スクレーパーを用いることにより、排出ダクトの開口部に付着したダストを取り除くことができる。これにより、冷却塔の内部にダストが付着したままとなるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１である排ガス処理設備を示す概略図である。
【図２】排ガスの温度と、鋼製の排出ダクトの腐食速度との関係を示す図である。
【図３】実施形態１における冷却塔の内部構造を示す図であって、冷却塔の底部を冷却塔の上方から見たときの図である。
【図４】実施形態１において、冷媒および希釈用空気の供給量を制御する構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態１において、排ガスの温度を調節する制御を示すフローチャートである。
【図６】希釈用空気の供給量と排ガスの温度との関係を示す概略図である。
【図７】実施形態１の変形例において、排ガスの温度を調節する制御を示すフローチャートである。
【図８】冷媒の供給量と排ガスの温度との関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
(実施形態１)
【００１８】
本発明の実施形態１である冷却塔を含む排ガス処理設備について、図１を用いて説明する。
【００１９】
回転炉床炉１では、鉄鉱石、製鉄ダストなどの金属酸化物及び炭材をペレットにし、水平面で回転する回転炉床（不図示）上にペレットを装入して加熱（還元）することにより還元鉄を製造している。回転炉床炉１で発生した高温（例えば、８００℃以上）の排ガスは、耐火物で構成されたダクト２を通過して冷却塔３に導かれる。本実施形態では、回転炉床炉１で発生した排ガスを冷却塔３に供給しているが、冷却塔３に供給される排ガスは、高温状態のガスであればよく、焼却炉や溶融炉で発生した排ガスを冷却塔３に供給することもできる。
【００２０】
ダクト２は、冷却塔３の上部に接続されており、冷却塔３内に進入した排ガスは、冷却塔３の下方に向かって移動する。冷却塔３の上部に形成された斜面３ａには、複数のノズル４が設けられている。ノズル４は、冷却塔３内に進入した排ガスを冷却するための冷媒を、冷却塔３の内部に向かって噴射する。冷媒としては、液体を用いたり、気液混合物を用いたりすることができる。これにより、冷却塔３の内部では、上部から下部に向かって温度が低下することになる。液状の冷媒を用いれば、排ガスの温度によって冷媒を気化（蒸発）させることができ、冷媒の気化熱を用いて、排ガスの温度を効率良く低下させることができる。
【００２１】
冷却塔３の下部には、排ガス中の水分を希釈するための空気を冷却塔３の内部に導入するための配管５が接続されている。排ガスに含まれるダストは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、塩素（Ｃｌ）を含み、潮解性を有していることがあるため、排ガス中の水分を吸収し、後述する集塵機８のフィルタ８ａに付着しやすくなってしまう。この場合には、フィルタ８ａの差圧が上昇しやすくなってしまい、フィルタ８ａによるダストの捕集を効率良く行うことができなくなってしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態では、冷却塔３の内部に空気を供給して、排ガス中の水分を低下（希釈）させることにより、排ガス中のダストが水分を吸収するのを抑制することができる。なお、本実施形態では、水分を希釈させるために、空気を用いているが、空気以外の気体を用いることもできる。
【００２３】
配管５にはファン６が接続されており、ファン６を駆動することにより、希釈用の空気を、配管５を介して冷却塔３の内部に導入することができる。配管５は、ファン６に対して空気の移動経路の下流側において、複数に分岐しており、複数の分岐部が冷却塔３に接続されている。冷却塔３に対する複数の分岐部の接続位置は、同一の高さに設定されており、複数の分岐部は、冷却塔３の周方向において、等間隔に配置されている。
【００２４】
なお、配管５における分岐部の数は、適宜選択することができる。また、本実施形態では、配管５を分岐させているが、互いに独立した複数の配管５を用いることにより、希釈用の空気を冷却塔３の内部に導入することもできる。この場合には、各配管５に対してファン６を設ければよい。
【００２５】
また、冷却塔３の下部には、冷却塔３の内部で冷却された排ガスを冷却塔３の外部に排出させるための鋼製（金属製）の排出ダクト７が設けられている。排出ダクト７は、冷却された排ガスを取り込むための取込口７ａを有している。取込口７ａは、冷却塔３の内部に配置されており、冷却塔３の底面３ｂと向かい合って配置されている。
【００２６】
排出ダクト７のうち、冷却塔３の内部に位置する部分は、冷却塔３内の温度が４８０℃よりも低い温度領域に配置されている。ノズル４から噴出された冷媒によって、冷却塔３の内部における温度は、下方に向かうにつれて低下するようになっており、冷却塔３の内部における温度分布（冷却塔３の上下方向における温度分布）は、予め測定しておくことができる。そして、予め測定した温度分布に基づいて、排出ダクト７を配置する位置を決定すればよい。
【００２７】
図２には、排ガスの温度と、鋼製の排出ダクト７の腐食速度との関係を示している。図２に示すように、排ガスの温度が４８０℃よりも高くなると、塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸の分解による腐食速度が急激に上昇してしまう。回転炉床炉１から供給される排ガスのダストには、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、塩素（Ｃｌ）が含まれていることがあり、鋼製の排出ダクト７には、塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸の分解による腐食が発生してしまう。そこで、４８０℃以下の温度となる領域に排出ダクト７を配置することにより、排出ダクト７の腐食を抑制することができる。
【００２８】
また、希釈用空気の導入口（冷却塔３に対する配管５の接続口）は、冷却塔３のうち、４８０℃以下の温度である領域に設けることが好ましい。本実施形態において、排ガスの温度が４８０℃以上となる領域では、ノズル４から噴射された冷媒によって排ガスを冷却させるとともに、冷媒を十分に蒸発させることが好ましい。冷媒を蒸発させるための領域において、希釈用空気を導入してしまうと、冷媒の蒸発が不十分になってしまう。
【００２９】
冷媒の蒸発が不十分になると、排ガスに含まれるダストが冷媒と接触して、液化物や溶解物が生成され、液化物等が冷却塔３の内壁に固着してしまい、好ましくない。ここで、冷却塔３の高さを高くすれば、言い換えれば、排ガスの冷却に用いられる領域を大きくすれば、冷媒を蒸発させやすくなるが、冷却塔３が大型化してしまう。そこで、本実施形態のように、冷却塔３の内部を、冷媒によって排ガスを冷却させる領域と、希釈用空気によって排ガス中の水分を希釈させる領域とを分けることが好ましい。
【００３０】
本実施形態では、４８０℃以下の温度となる領域、言い換えれば、排出ダクト７が配置されている領域において、希釈用空気を冷却塔３の内部に供給するようにしている。希釈用空気の導入口は、冷却塔３に対する排出ダクト７の接続位置よりも下方の領域に配置されていればよい。
【００３１】
冷却塔３に供給された排ガスは、冷却塔３の内部を下方に向かって移動するが、排出ダクト７に取り込まれるときには、冷却塔３の上方に向かって移動することになる。すなわち、排出ダクト７における取込口７ａの内側および外側では、排ガスの移動方向が逆方向となる。
【００３２】
取込口７ａから排出ダクト７に取り込まれた排ガスは、集塵機８に導かれる。集塵機８の内部には、複数のフィルタ８ａが配置されており、フィルタ８ａは、排ガスに含まれるダストを捕集する。フィルタ８ａを通過した排ガスは、排出ダクト７によって煙突９に導かれ、大気中に排出される。
【００３３】
排出ダクト７のうち、集塵機８および煙突９の間には、ファン１０が配置されており、ファン１０を駆動することにより、冷却塔３内の排ガスを排出ダクト７に吸引することができる。ファン１０は、排出ダクト７の任意の位置に配置することができ、冷却塔３内の排ガスを排出ダクト７に吸引させることができればよい。
【００３４】
冷却塔３の底面３ｂには、第１スクレーパー１１が配置されており、第１スクレーパー１１は、回転駆動軸１２に接続されている。回転駆動軸１２は、排出ダクト７の取込口７ａの下方に位置しており、冷却塔３の上部から見たときに、取込口７ａおよび回転駆動軸１２は、互いに重なるように配置されている。
【００３５】
回転駆動軸１２は、スクレーパー駆動装置１３からの駆動力を受けて回転し、回転駆動軸１２が回転することにより、第１スクレーパー１１は、冷却塔３の底面３ｂに沿って移動する。スクレーパー駆動装置１３は、冷却塔３の外部に配置されており、スクレーパー駆動装置１３に接続された回転駆動軸１２は、冷却塔３の底面３ｂを貫通して、冷却塔３の内部に突出している。
【００３６】
図３には、冷却塔３の内部構造であって、冷却塔３の底部を、冷却塔３の上部から見たときの図を示している。図３に示すように、回転駆動軸１２は、冷却塔３の底面３ｂにおける略中心に配置されており、第１スクレーパー１１は、回転駆動軸１２を中心に一方向（例えば、矢印ＲＤの方向）に回転して、底面３ｂの全体を移動できるようになっている。冷却塔３の底面３ｂには、排ガスの冷却によって排ガスに含まれるダストが付着する。そこで、第１スクレーパー１１を回転させることにより、冷却塔３の底面３ｂに付着したダストを集めることができる。
【００３７】
本実施形態では、図３に示すように、回転駆動軸１２に対して２つの第１スクレーパー１１を設けているが、これに限るものではない。例えば、１つの第１スクレーパー１１を回転駆動軸１２に設けるだけでもよい。すなわち、第１スクレーパー１１の回転動作によって、底面３ｂに付着したダストを取り除くことができればよい。また、第１スクレーパー１１の形状は、底面３ｂに付着したダストを取り除く観点に基づいて、適宜設定することができる。
【００３８】
冷却塔３の底面３ｂには、ダスト排出管１４が接続されており、第１スクレーパー１１によって集められたダストは、ダスト排出管１４から冷却塔３の外部に排出される。ダスト排出管１４には、ダスト排出装置（ロータリーバルブ）１５が設けられており、ダスト排出管１４に導かれたダストは、ダスト排出装置１５で一次的に集められる。そして、ダスト排出装置１５を動作させることにより、ダクト排出装置１５に蓄積されたダストを取り出すことができる。尚、ダスト排出装置１５を連続的に動作させても良い。
【００３９】
一方、回転駆動軸１２には、第２スクレーパー１６および第３スクレーパー１７が接続されている。図３に示すように、第２スクレーパー１６および第３スクレーパー１７は、回転駆動軸１２を基準とする点対称の位置に配置されている。
【００４０】
なお、本実施形態では、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を、図３に示すように配置しているが、これに限るものではない。すなわち、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７は、回転駆動軸１２の回転によって回転することができればよく、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を配置する位置は、適宜設定することができる。
【００４１】
第２スクレーパー１６の基端部は、回転駆動軸１２に固定されており、第２スクレーパー１６の先端部は、二叉に分岐した一対の接触部１６ａを有している。一対の接触部１６ａは、排出ダクト７の取込口７ａを挟んで配置されており、各接触部１６ａは、取込口７ａに沿った曲面を有している。一対の接触部１６ａのうち、一方の接触部１６ａは、排出ダクト７の外壁面と接触しており、他方の接触部１６ａは、排出ダクト７の内壁面と接触している。
【００４２】
回転駆動軸１２の回転によって第２スクレーパー１６が回転すると、一対の接触部１６ａは、排出ダクト７の取込口７ａに沿って移動する。これにより、排出ダクト７の取込口７ａに付着したダストを取り除くことができる。なお、第２スクレーパー１６の形状は、取込口７ａに付着したダストを取り除く観点に基づいて、適宜設定することができる。
【００４３】
本実施形態のように、排出ダクト７を配置すると、取込口７ａの周囲では、排ガスの流れが乱れ、取込口７ａの外壁面や内壁面に排ガスに含まれるダストが付着してしまうことがある。また、回転炉床炉１において、含有亜鉛濃度が高い電気炉ダストを処理した場合には、排ガス中のダスト（粗酸化亜鉛）の濃度は高炉系のダストに比べて約３０倍、高くなるため、ダストが付着しやすくなる。
【００４４】
そこで、本実施形態のように、第２スクレーパー１６を用いることにより、取込口７ａに付着したダストを取り除くことができる。ここで、接触部１６ａのサイズ、言い換えれば、第２スクレーパー１６および排出ダクト７の接触面積は、ダストの付着しやすい領域等を考慮して適宜設定することができる。第２スクレーパー１６を動作させると、取込口７ａに付着したダストは、冷却塔３の底面３ｂに向かって落下し、底面３ｂ上で堆積する。底面３ｂで堆積したダストは、第１スクレーパー１１によってダスト排出管１４に導かれる。
【００４５】
本実施形態では、回転駆動軸１２に対して、１つの第２スクレーパー１６を設けているが、第２スクレーパー１６を複数設けてもよい。この場合には、回転駆動軸１２の回転方向において、複数の第２スクレーパー１６を等間隔に配置することができる。
【００４６】
第３スクレーパー１７の基端部は、回転駆動軸１２に固定されており、第３スクレーパー１７の先端に設けられた接触部１７ａは、冷却塔３の側壁に沿って配置されている。回転駆動軸１２が回転すると、第３スクレーパー１７の接触部１７ａは、冷却塔３の側壁に沿って移動する。
【００４７】
本実施形態において、冷却塔３の側壁からは、希釈用の空気が導入されるようになっており、この周辺では、冷却塔３の上部から下部に向かって移動する排ガスと、排ガスの移動方向とは異なる方向に移動する希釈用ガスとが衝突することになる。このように希釈用ガスによって排ガスの流れに乱れが生じると、排ガスに含まれるダストが冷却塔３の側壁に付着しやすくなってしまう。
【００４８】
そこで、本実施形態では、第３スクレーパー１７を用いることにより、冷却塔３の側壁に付着したダストを取り除くようにしている。第３スクレーパー１７によって取り除かれたダストは、冷却塔３の底面３ｂに向かって落下して、底面３ｂ上で堆積する。底面３ｂ上で堆積したダストは、第１スクレーパー１１によってダスト排出管１４に導かれる。
【００４９】
本実施形態では、回転駆動軸１２に対して、１つの第３スクレーパー１７を設けているが、第３スクレーパー１７を複数設けてもよい。この場合には、回転駆動軸１２の回転方向において、複数の第３スクレーパー１７を等間隔に配置することができる。例えば、本実施形態で説明した接触部１７ａを２つに分割し、分割した接触部１７ａに対応した２つの第３スクレーパー１７を設けることができる。なお、第３スクレーパー１７の形状は、上述した冷却塔３の側壁に付着したダストを取り除く観点に基づいて、適宜設定することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、１つの回転駆動軸１２によって、３つのスクレーパー１１，１６，１７を回転させているが、これに限るものではない。例えば、３つのスクレーパー１１，１６，１７のうち、少なくとも２つのスクレーパーを独立して回転させることもできる。この場合には、回転軸を中心とした同心円状にスクレーパーを独立して回転させる機構を設けることができる。
【００５１】
本実施形態において、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を駆動するタイミングは、適宜選択することができる。例えば、作業者の動作指示によって、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を動作させたり、所定のタイミングで自動的に第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を動作させたりすることができる。また、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を独立して動作させる構成においては、第１〜第３スクレーパー１１，１６，１７を互いに異なるタイミングにおいて動作させることもできる。
【００５２】
次に、本実施形態の冷却塔３において、ノズル４から噴射される冷媒の量と、希釈用空気の量を調節する制御について説明する。図４は、冷媒および空気の量を調節するための構成を示すブロック図であり、図５は、冷媒および空気の量を調節する処理を示すフローチャートである。
【００５３】
冷却塔３に供給される排ガスの温度は、排ガスの発生源である回転炉床炉１における環境等に応じて変化してしまう。この場合には、冷却塔３に導入される排ガスの温度に応じて排ガスの冷却処理を変更する必要がある。特に、集塵機８のフィルタ８ａは、所定の耐熱温度を有しているため、排ガスの温度を耐熱温度以下に低下させた状態で排ガスをフィルタ８ａに供給する必要がある。
【００５４】
温度センサ２０は、排出ダクト７を移動する排ガスのうち、冷却塔３から集塵機８に向かう排ガスの温度を検出し、検出結果をコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は、温度センサ２０の検出結果に基づいて、ノズル４から噴射される冷媒の量と、希釈用空気の供給量とを制御する。コントローラ２１は、所定の情報を格納するメモリ２１ａを有している。
【００５５】
ノズル４には、冷媒を供給する冷媒供給部２２が接続されており、コントローラ２１は、冷媒供給部２２からノズル４に供給される冷媒の量、言い換えれば、冷却塔３の内部に噴出される冷媒の量を制御する。また、コントローラ２１は、ファン６の駆動を制御することにより、希釈用空気の供給量を調節する。
【００５６】
図５のステップＳ１０１において、コントローラ２１は、温度センサ２０の出力に基づいて、冷却塔３から集塵機８に向かう排ガスの温度を取得する。ステップＳ１０２において、コントローラ２１は、検出温度が閾値よりも高いか否かを判別し、検出温度が閾値よりも高ければ、ステップＳ１０３に進む。閾値とは、集塵機８のフィルタ８ａの耐熱温度に基づいて設定された値である。
【００５７】
ステップＳ１０３において、コントローラ２１は、ノズル４からの冷媒の供給量を一定にするとともに、ステップＳ１０１で取得した温度に基づいて、希釈用空気の供給量を変更する。コントローラ２１のメモリ２１ａには、希釈用空気の供給量と、集塵機８に向かう排ガスの温度との関係を示すマップ（図６参照）が記憶されており、コントローラ２１は、このマップおよび排ガスの温度から希釈用空気の供給量を決定することができる。具体的には、排ガスの温度が上昇するにつれて、希釈用空気の供給量を増加させることができる。
【００５８】
なお、図６に示すマップは、一例を示すものであり、メモリ２１ａに格納されるマップは、冷却塔３における排ガスの冷却特性に基づいて、適宜設定することができる。また、本実施形態では、マップを用いて希釈用空気の供給量を決定しているが、排ガスの温度および希釈用空気の供給量を変数とした演算式に基づいて、希釈用空気の供給量を算出することもできる。
【００５９】
図５に示す処理では、冷媒の供給量を一定にするとともに、希釈用空気の供給量を変化させているが、これに限るものではない。具体的には、図７のフローチャートに示すように、希釈用空気の供給量を一定にするとともに、冷媒の供給量を変化させることができる。図７において、図５と同一の処理については、同一符号を付している。
【００６０】
図７のステップＳ１０４において、コントローラ２１は、希釈用空気の供給量を一定にするとともに、ステップＳ１０１で取得した温度に基づいて、冷媒の供給量を変更する。コントローラ２１のメモリ２１ａには、冷媒の供給量と、集塵機８に向かう排ガスの温度との関係を示すマップ（図８参照）が記憶されており、コントローラ２１は、このマップおよび排ガスの温度から冷媒の供給量を決定することができる。具体的には、排ガスの温度が上昇するにつれて、冷媒の供給量を増加させることができる。
【００６１】
なお、図７に示すマップは、一例を示すものであり、メモリ２１ａに格納されるマップは、冷却塔３における排ガスの冷却特性に基づいて、適宜設定することができる。また、本実施形態では、マップを用いて冷媒の供給量を決定しているが、排ガスの温度および冷媒の供給量を変数とした演算式に基づいて、冷媒の供給量を算出することもできる。
【００６２】
図５又は図７に示す処理を行えば、集塵機８に供給される排ガスの温度をフィルタ８ａの耐熱温度よりも低い温度まで低下させることができ、フィルタ８ａの劣化を抑制することができる。また、冷媒および希釈用空気の供給量の両者を調節するのではなく、一方の供給量を一定とし、他方の供給量を変化させるだけであるため、排ガスの温度を調節するための制御パラメータは１つとなり、温度調節の制御を簡素化することができる。これにより、温度調節の制御処理を迅速に行うことができ、排ガスの温度変化に迅速に対応することができる。
【００６３】
一方、排ガスの温度を低下させすぎると、図２に示すように、鋼製の排出ダクト７において、低温腐食が発生してしまう。そこで、冷却塔３から集塵機８に導かれる排ガスの温度は、所定の温度範囲内であることが好ましい。ここで、集塵機８に導かれる排ガスの温度が下限値よりも低いか否かを判別し、排ガスの温度が下限値よりも低いときには、冷媒又は希釈用空気の供給量を減らせばよい。
【符号の説明】
【００６４】
１：回転炉床炉、２：ダクト、３：冷却塔、４：冷媒噴出用のノズル、
５：希釈用空気の配管、６：希釈用空気のファン、７：排出ダクト、８：集塵機、
８ａ：フィルタ、９：煙突、１０：排ガス吸引用のファン、１１：第１スクレーパー、
１２：回転駆動軸、１３：スクレーパー駆動装置、１４：ダスト排出管、
１５：ダスト排出装置（ロータリーバルブ）、１６：第２スクレーパー、
１６ａ：接触部、１７：第３スクレーパー、１７ａ：接触部、２０：温度センサ、
２１：コントローラ、２１ａ：メモリ、２２：冷媒供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温状態の排ガスを冷却するための冷却装置であって、
前記排ガスが上部から導入され、前記排ガスを下方に向かって移動させる冷却塔と、
前記冷却塔の内部に対して、前記排ガスの冷却に用いられる液状の冷媒を噴射するノズルと、
前記冷媒によって冷却された前記排ガスを、前記冷却塔の底面と対向する開口部から取り込み、前記冷却塔の外部に前記排ガスを排出させる排出ダクトと、
前記冷却塔の前記底面に沿って移動し、前記底面に付着したダストを排出位置に向かって移動させる第１スクレーパーと、
前記排出ダクトの前記開口部と接触し、前記開口部に沿って移動する第２スクレーパーと、
を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記第２スクレーパーは、前記排出ダクトの外壁面および内壁面に接触することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１スクレーパーおよび前記第２スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却塔に設けられ、前記冷却塔の内部に対して、前記排ガスに含まれる水分を希釈させるための希釈用ガスを導入する導入口と、
前記冷却塔の内壁面のうち、少なくとも前記導入口と隣り合う領域と接触し、前記導入口と隣り合う領域に沿って移動する第３スクレーパーと、
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第１スクレーパー、前記第２スクレーパーおよび前記第３スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転することを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記導入口は、前記冷却塔に対する前記排出ダクトの接続位置よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記排出ダクトは、金属で形成されており、前記冷却塔内のスペースのうち、前記排出ダクトの腐食特性に基づいて設定された温度よりも低い温度の領域内に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項８】
前記ノズルに前記冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給部と、
前記冷媒供給部および前記希釈用ガス供給部の駆動を制御するコントローラと、を有しており、
前記コントローラは、前記冷媒および前記希釈用ガスのうち、一方の供給量を一定にするとともに、他方の供給量を変化させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記排出ダクトに取り込まれた前記排ガスの温度を検出する温度センサを有しており、
前記コントローラは、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記他方の供給量を変化させることを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１】
高温状態の排ガスを冷却するための冷却装置であって、
前記排ガスが上部から導入され、前記排ガスを下方に向かって移動させる冷却塔と、
前記冷却塔の内部に対して、前記排ガスの冷却に用いられる液状の冷媒を噴射するノズルと、
前記冷媒によって冷却された前記排ガスを、前記冷却塔の底面と対向する開口部から取り込み、前記冷却塔の外部に前記排ガスを排出させる排出ダクトと、
前記冷却塔の前記底面に沿って移動し、前記底面に付着したダストを排出位置に向かって移動させる第１スクレーパーと、
前記排出ダクトの前記開口部と接触し、前記開口部に沿って移動する第２スクレーパーと、
を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記第２スクレーパーは、前記排出ダクトの外壁面および内壁面に接触することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１スクレーパーおよび前記第２スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却塔に設けられ、前記冷却塔の内部に対して、前記排ガスに含まれる水分を希釈させるための希釈用ガスを導入する導入口と、
前記冷却塔の内壁面のうち、少なくとも前記導入口と隣り合う領域と接触し、前記導入口と隣り合う領域に沿って移動する第３スクレーパーと、
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第１スクレーパー、前記第２スクレーパーおよび前記第３スクレーパーは、所定の軸を中心として一体的に回転することを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記導入口は、前記冷却塔に対する前記排出ダクトの接続位置よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記排出ダクトは、金属で形成されており、前記冷却塔内のスペースのうち、前記排出ダクトの腐食特性に基づいて設定された温度よりも低い温度の領域内に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項８】
前記ノズルに前記冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記希釈用ガスを供給する希釈用ガス供給部と、
前記冷媒供給部および前記希釈用ガス供給部の駆動を制御するコントローラと、を有しており、
前記コントローラは、前記冷媒および前記希釈用ガスのうち、一方の供給量を一定にするとともに、他方の供給量を変化させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の冷却装置。
【請求項９】
前記排出ダクトに取り込まれた前記排ガスの温度を検出する温度センサを有しており、
前記コントローラは、前記温度センサの検出結果に基づいて、前記他方の供給量を変化させることを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０２９２０（Ｐ２０１１−２０２９２０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２５０４（Ｐ２０１０−７２５０４）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（３９００２２８７３）日鐵プラント設計株式会社 (275)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（３９００２２８７３）日鐵プラント設計株式会社 (275)
【Ｆターム（参考）】
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