JP3477251B2 - 蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は被処理液を蒸発させる蒸
発器に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】蒸発器は、被処理液を蒸発させるもの
で、例えば燃焼装置などからの燃焼排ガスの熱を利用す
るものがある。 【０００３】この燃焼排ガスを利用する蒸発器は、燃焼
排ガスの熱を排熱回収装置で蒸気などとして回収し、こ
の蒸気により被処理液を昇温し、この昇温した被処理液
をフラッシュドラムで減圧して蒸発させるものであり、
燃焼排ガスの熱を蒸気などとして回収する排熱回収装置
と、排熱回収装置の蒸気などにより被処理液を昇温する
熱交換器と、その熱交換器で昇温した被処理液を蒸発さ
せて気液分離するフラッシュドラムとの３つの装置から
主になっている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の蒸発
器は、排熱回収装置、熱交換器及びフラッシュドラムの
３つの装置から主に構成して、燃焼排ガスの熱例えば排
熱回収装置からの蒸気により被処理液を昇温・蒸発させ
る際に発生するスケールの伝熱面（伝熱管）の付着によ
る不具合を解消するため、被処理液を蒸気により昇温さ
せてからフラッシュドラムで蒸発させている。そのた
め、それら３つの装置を接続する配管や管理システムが
必要になることからシステム全体が複雑になり、設備費
の高騰を余儀なくされる。 【０００５】そこで、本発明は、このような事情を考慮
してなされたものであり、その目的は、単純なシステム
で被処理液の蒸発を行える蒸発器を提供することにあ
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、被処理液を蒸発させる蒸発器において、
前記被処理液を上方から噴霧させて下降させながら加熱
媒体により蒸発させる下降管と、その下降管の下方に設
けられ、蒸発したガス分のみを分離する気体分離部と、
その気体分離部で分離されたガスの一部を加熱して浮力
を与えて上昇させた後、前記加熱媒体として下降管内に
戻して上記蒸発器内で循環させるための上昇管とを備
え、前記気体分離部は、その内部のガス中からミストを
除去するミストセパレータと、そのミストセパレータの
下方に配置されガスのみを前記上昇管へ導くガス流入体
とを備えたものである。 【０００７】 【作用】被処理液は、下降管内に噴霧されて下降しなが
ら加熱媒体により直接蒸発するため、スケールが付着す
る場合には下降管の内壁であるので、スケールが被処理
液の蒸発の妨げになることがない。また、蒸発したガス
の一部を加熱して上昇管内を上昇させることで、ガスは
過熱状態のため噴霧された被処理液を蒸発させるのに十
分な熱量を持ち、これが下降管に戻され、被処理液の蒸
発に寄与される。このように、自己蒸発したガスの一部
を過熱状態にして自分の蒸発に利用するので、他の媒体
を必要とせず、システムの簡素化が図れる。従って、簡
単なシステムで被処理ガスの蒸発が行える。さらに、気
体分離部が、ガス中からミストを除去するミストセパレ
ータと、そのミストセパレータの下方に配置されガスの
みを上昇管へ導くガス流入体とを備えているので、上昇
管内には清浄なガスが流入することとなり、伝熱面の汚
れは極めて少く、長時間運転しても伝熱面のクリーニン
グが不要となる。 【０００８】 【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳述する。 【０００９】図１において、１は縦型の円筒形の高温・
高圧に耐え得る下降管を示し、この下降管１の頂部には
被処理液の供給管２が接続されている。被処理液の供給
管２は、下降管１内をその軸に沿って延出され、先端に
被処理液を噴霧するスプレーノズル３が取り付けられて
いる。 【００１０】下降管１の下方は拡径されて気体分離部４
として形成され、この拡径部（気体分離部）４内の上方
には、ガス中のミストを除去すると共に、除去したミス
トを内壁に沿わせて下降させる傘状のミストセパレータ
５が設けられている。拡径部４内のミストセパレータ５
の下方の中央部には、その同軸上に上方が開放された縦
型の円筒形のガス流入体６が設けられており、このガス
流入体６内にはガスのみが流入するようになっている。
ガス流入体６の底部にはドレンを排出するドレン管７が
接続されている。拡径部４の下方は漸次縮径されてホッ
パ状に形成され、モータ８で駆動されるロータリーバル
ブ９を有する排出管１０が接続されており、この排出管
１０からガス以外の固体あるいは液体が排出されるよう
になっている。 【００１１】ガス流入体６の側面（周面）にはガスの一
部を排出する第１ガス排出管１１が接続され、この第１
ガス排出管１１には管１１内の圧力を検出する圧力計１
２及び圧力調節弁１３が介設され、圧力調節弁１３は圧
力計１２の検出値に応じて開度調節がなされるようにな
っている。また、下降管１の上部にはガスの一部を排出
する第２ガス排出管１４が接続され、この第２ガス排出
管１４には管１４内の圧力を検出する圧力計１５及び圧
力調節弁１６が介設され、圧力調節弁１６は圧力計１５
の検出値に応じて開度調節がなされるようになってい
る。これら第１及び第２排出管１１，１４は、目的に応
じてどちらか一方又は両方を用いてガスの排出を行うよ
うにする。例えば、排出したガスを冷却して使用する場
合には第１ガス排出管１１だけを用いてガスの排出を行
う。この例としては海水淡水化プラントに本発明の蒸発
器を適用した場合などがある。また、ガスの持つエネル
ギを活用する場合には第２ガス排出管１４によりガスの
排出を行う。この例としては廃液処理装置に適用した場
合などがある。 【００１２】また、ガス流入体６の側面には、図１及び
図２に示すように、ガスの一部が流入する複数（図示例
では５本）の流入ヘッダ１７が取り付けられている。こ
れら流入ヘッダ１７は、水平面上に所定の間隔を隔てて
ほぼ平行に形成されている平行部１７ａを有している。
また、下降管１のスプレーノズル３の上方には、それら
流入ヘッダ１７と対になる（相対する）流出ヘッダ１８
が複数取り付けられ、これらヘッダ１７，１８の平行部
間に垂直に多数の上昇管（ライザー）１９が掛け渡され
ている。これら上昇管１９に直角（ヘッダの平行部とも
直角）に燃焼装置などからの燃焼排ガスが通るようにな
っており、上昇管１９が伝熱管として作用して燃焼排ガ
スにより管１９内のガスを加熱する入熱部（排熱回収
部）２０が形成されて本発明に係る蒸発器２１が構成さ
れる。これにより、上昇管１９内のガスは、燃焼排ガス
により加熱されることにより浮力を得て管１９内を上昇
し、流出ヘッダ１８を介して下降管１内に戻されるよう
になっている。すなわち、上昇管１９にガスのみを導い
て、上昇管１９を外部熱量により加熱することで、ガス
は下降管１内を下降する下降流体と比較し低密度となり
浮力を得て上昇する。つまりガスは過熱状態となるので
被処理液を蒸発するのに十分な熱量を持っているので、
循環する。 【００１３】このガスの循環力（Ｆ）は次式(1) で表さ
れる。 【００１４】 【数１】Ｆ＝Ｈ（ｒ_D −ｒ_R ） ……(1) ここで、Ｆ：循環力（kg／ｍ² ）、Ｈ：高さ（ｍ）、ｒ
_D ：下降管内の密度（kg／ｍ³ ）、ｒ_R ：上昇管内の密
度（kg／ｍ³ ）である。 【００１５】また、循環量（Ｗｃ）と被処理液供給量
（Ｗ）との関係は次式(2) で表される。 【００１６】 【数２】 【００１７】ここで、Ｗ：被処理液供給量（kg／ｈ）、
Ｗｃ：循環量（kg／ｈ）、ｉ_F ：被処理液のエンタルピ
（kJ／kg）、ｉ_S ：下降管内のエンタルピ（kJ／kg）、
ｉ_h ：上昇管出口のエンタルピ（kJ／kg）、η：効率で
ある。 【００１８】この (2)式から、循環量は被処理液供給量
の（ｉ_S −ｉ_F ）／（ｉ_h −ｉ_S ）倍であり、エンタル
ピをどう設定するかによって、すなわち上昇管１９を経
たガス温度（過熱状態となったガス温度）を何度に設定
するかによって循環量を任意に設定することができるこ
とになり、被処理液に応じて循環量を設定する。具体的
には、被処理液が廃液の場合には被処理液供給量の１０
倍程度にすることが好ましい。なお、下降管内と上昇管
内の温度差を大きくとると循環量は少なくてすむ。 【００１９】さて、被処理液を下降管１内で蒸発させ、
このガスの一部を密度差により上昇管１９を介して下降
管１内に戻す循環系を構成させる。そして、被処理液を
スプレーノズル３から高温高圧下の下降管１内に噴霧す
る。すると、被処理液は、循環するガスの保持する熱量
により蒸発し、このガスは比較的高い密度で固体又は液
体の一部が混合した状態で下降流を形成する。この下降
流は気体分離部４主にミストセパレータ５で固体又は液
体が分離され、固体又は液体はロータリーバルブ９を介
して排出管１０から排出される。分離されたガスの一部
は、第１又は／及び第２排出管１１，１４から排出さ
れ、他の系に導かれて処理される。残りは、ガス流入体
６から流入ヘッダ１７を介して上昇管１９に導かれる。
上昇管１９は、燃焼装置などからの燃焼排ガスすなわち
外部熱量により加熱される。これにより、上昇管１９内
の流体（ガス）は、下降流体と比較して低密度となり浮
力を得て管１９内を上昇し、上昇後、流出ヘッダ１８を
介して下降管１内に戻され循環する。この戻されるガス
は、加熱されて上昇管１９内を上昇して過熱状態となっ
ているため、噴霧された被処理液を蒸発するのに十分な
熱量を持っているので、被処理液の蒸発に寄与する。 【００２０】このように、被処理液は、下降管１内を下
降しながら自己蒸発して過熱状態になったガスの一部に
より直接蒸発するため、蒸発の際にスケールが発生して
もこのスケールは下降管１の内壁に付着するので、スケ
ールが被処理液の蒸発の妨げになることがない。また、
自己蒸発したガスの一部を燃焼排ガスなどの外部熱量に
より過熱状態にして自分の蒸発に利用するので、他の媒
体を必要とせず、システムの簡素化を図れる。従って、
簡単なシステムで被処理ガスの蒸発を行えることにな
る。 【００２１】また、液の蒸発を高圧で行うので装置の小
型化が図れる。さらに、気体分離部４は、ガス中からミ
ストを除去するミストセパレータ５と、そのミストセパ
レータ５の下方に配置されガスのみを上昇管１９へ導く
ガス流入体６とを備えており、気体分離部４でのガスの
分離性能を高くすることができる。よって、上昇管１９
内には清浄なガスが流入するので、伝熱面の汚れは極め
て少く、長時間運転しても伝熱面のクリーニングが不要
となる。さらにまた、被処理液を噴霧して蒸発させるた
め、被処理液は低濃度から高濃度まで濃度に関係なく適
用可能である。 【００２２】なお、下降管内や上昇管内は高温高圧であ
るため、他のガスを注入して所望の反応を行うように構
成するようにしてもよい。例えば、被処理液が廃液の場
合、上昇管内に空気を注入して廃液中の可燃性物質の一
部又は全部を燃焼させて、外部過熱流体を少くあるいは
不要にすることも可能である。 【００２３】図３は本発明の蒸発器を廃液処理装置に適
用した一例を示す構成図である。図３において、２１は
前記蒸発器を示し、この蒸発器２１の下降管１の頂部に
は前記被処理液の供給管としての廃液管３０が接続され
ている。廃液管３０は廃液タンク３１に接続され、この
廃液タンク３１内に貯蔵されている廃液の多くは複数の
廃液が混合されたものでｐＨが７〜８に調整されてい
る。廃液管３０には、廃液ポンプ３２、流量調節弁３３
及び流量計３４が介設され、流量計３４の検出値に基づ
いて流量制御器３５が流量調節弁３３の開度を調節する
ようになっている。 【００２４】また、下降管１の上部には前記圧力計１５
及び圧力調節弁１６を有する第２ガス排出管であるガス
管１４が接続され、このガス管１４は焼却炉３６のガス
バーナ３７に接続されている。 【００２５】焼却炉３６は縦型の円筒形で耐火材が内張
りされ、その頂部には燃料バーナ３８が設けられてい
る。燃料バーナ３８には、空気予熱器３９及び空気ブロ
ワー４０を有する空気管４１が接続され、この空気管４
１には空気予熱器３９をバイパスする空気バイパス管４
２が接続されており、空気管４１及びバイパス管４２に
介設されている開閉弁４３により空気の空気予熱器３９
への流入量が調節されるようになっている。また、燃料
バーナ３８には、重油ポンプ４４を有する重油ライン４
５が接続され、重油タンク４６の重油が燃料バーナ３８
から焼却炉３６内に吹き込まれて燃焼し、この燃焼によ
りガス管１４からのガス（廃液）が熱分解（酸化処理）
されるようになっている。 【００２６】焼却炉３６の側面下方には、燃焼排ガスを
煙突４７に導く排ガスダクト４８が接続され、この排ガ
スダクト４８には蒸発器２１の排熱回収部２０、サイク
ロン４９、前記空気予熱器３９、排風機５０、消石灰混
入部５１、バグフィルタ５２が順次介設されており、こ
のように排ガスの処理を乾式で行うことで白煙の防止、
節水等を図れる。 【００２７】さて、廃液を下降管１内で蒸発させ、この
ガスの一部を上昇管１９で加熱してから下降管１内に戻
す循環系を構成させ、下降管１内に廃液タンク３１の廃
液を噴霧させる。噴霧された廃液は管１内を下降しなが
ら上昇管１９を介したガスにより加熱されて蒸発する。
蒸発したガスの一部は、上昇管１９に流入して外部熱量
（燃焼排ガス）により加熱され、上昇管１９内を上昇し
てから下降管１内に戻される。このガスは、加熱されて
上昇管１９内を上昇して過熱状態となっているため、噴
霧された被処理液を蒸発するのに十分な熱量を持ってい
るので、被処理液の蒸発に寄与する。 【００２８】蒸発したガスの残りは、ガス管１４を介し
て焼却炉３６内に噴射されて、そこで熱分解処理（酸化
処理）される。 【００２９】焼却炉３６からの燃焼排ガスは、蒸発器２
１の排熱回収部２０で例えば 850℃から 300℃に冷却、
サイクロン４９で集塵されてから空気予熱器３９でさら
に 250℃に冷却される。そして排風機５０を介して消石
灰が混ぜられて中和された後、バグフィルタ５２で再び
集塵されてから煙突から大気に放出される。すなわち、
燃焼排ガスは、ボイラで熱回収された後、バグフィルタ
の耐熱温度（約 200℃）付近まで冷却されてから大気に
放出される。サイクロン４９及びバグフィルタ５２で捕
捉された重金属類を含む灰は別途再生又は廃棄等の処理
系に送られる。 【００３０】このように、廃液を、下降管１内を下降さ
せながら自己蒸発して過熱状態になったガスの一部によ
り直接蒸発させ、これを焼却炉３６で熱処理し、焼却炉
３６からの燃焼排ガスで自己蒸発したガスの加熱に利用
したので、システムが簡単になる。すなわち、廃液を蒸
発させて焼却炉で熱処理する場合、排熱回収装置、熱交
換器及びフラッシュドラムの３つの装置を用いることが
提案されていたが、これら装置を用いることなく１つの
蒸発器２１で廃液を蒸発することが可能となり、装置数
が減りシステムが簡単になる。 【００３１】図４は本発明の蒸発器を海水淡水化装置に
適用した一例を示す構成図である。図４において、２１
は前記蒸発器を示し、この蒸発器２１の排熱回収部２０
に燃焼装置６０からの燃焼排ガスが外部加熱媒体として
供給されるようになっている。 【００３２】燃焼装置６０は、重油等の燃料及び空気ブ
ロワー６１からの空気又は空気予熱器６２を介して予熱
された空気を複数のバーナ６３から噴射させて燃焼させ
るもので、この燃焼排ガスが排熱回収部２０に流入す
る。排熱回収部２０を介した燃焼排ガスは前記空気予熱
器６２を介して煙突６４から大気に開放される。 【００３３】蒸発器２１の下降管１の頂部には前記被処
理液の供給管としての海水供給管６５が接続されてい
る。海水供給管６５には、海水ポンプ６６、流量調節弁
６７及び流量計６８が介設され、流量計６８の検出値に
基づいて流量制御器６９が流量調節弁６７の開度を調節
するようになっており、海水ポンプ６６からの一部で流
量が調節された海水が下降管１に供給される。海水の残
りは、凝縮器７０に冷却媒体として供給される。 【００３４】また、下降管１の下方には前記圧力計１２
及び圧力調節弁１３を有する第１ガス排出管であるガス
管１１が接続され、下降管１内で蒸発した蒸気がガス管
１１に流入して凝縮器７０に導かれる。 【００３５】凝縮器７０は、蒸気を冷却媒体（海水）に
より凝縮するものであり、底部には調節弁７１を有する
排水管７２が接続されていると共に、凝縮器７０内の凝
縮液のレベルを検出し、この検出値に基づいて調節弁７
１の開度調節を行うレベル制御器７３が設けられ、この
レベル制御器７３により凝縮された蒸気のレベルが所定
の範囲に維持されるようになっている。 【００３６】さて、燃焼装置６０で燃料を燃焼させると
共に、海水を下降管１内で蒸発させ、この蒸気の一部を
上昇管１９で加熱してから下降管１内に戻す循環系を構
成させる。この下降管１内に海水を噴霧させると、海水
は管１内を下降しながら上昇管１９を介した蒸気により
加熱されて蒸発する。蒸発した蒸気の一部は、上昇管１
９に流入して外部熱量（燃焼排ガス）により加熱され、
過熱状態となって上昇管１内に戻され、被処理液の蒸発
に寄与する。 【００３７】蒸気の残りは、ガス管を介して凝縮器７０
に導かれてそこで凝縮される。 【００３８】このように、海水は、下降管１内を下降さ
せながら自己蒸発して過熱状態になった蒸気の一部によ
り直接蒸発させ、これを凝縮して水を得、海水の淡水化
を図るので、システムが簡単になる。 【００３９】従って、本発明の蒸発器２１は廃液処理装
置や海水淡水化装置への適用が可能で、システムの簡素
化が図れ、その他の装置例えば粉ミルク製造装置などへ
の適用も可能である。 【００４０】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、単純なシ
ステムで被処理液の蒸発を行えるという優れた効果を奏
する。さらに、上昇管内の伝熱面の汚れは極めて少く、
そのクリーニングが不要となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。 【図２】図１中のＡ−Ａ線矢視図である。 【図３】本発明の蒸発器を廃液処理装置に適用した一例
を示す構成図である。 【図４】本発明の蒸発器を海水淡水化装置に適用した一
例を示す構成図である。 【符号の説明】 １ 下降管 ４ 気体分離部 １９ 上昇管

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被処理液を蒸発させる蒸発器において、
   前記被処理液を上方から噴霧させて下降させながら加熱
   媒体により蒸発させる下降管と、その下降管の下方に設
   けられ、蒸発したガス分のみを分離する気体分離部と、
   その気体分離部で分離されたガスの一部を加熱して浮力
   を与えて上昇させた後、前記加熱媒体として下降管内に
   戻して上記蒸発器内で循環させるための上昇管とを備
   え、前記気体分離部は、その内部のガス中からミストを
   除去するミストセパレータと、そのミストセパレータの
   下方に配置されガスのみを前記上昇管へ導くガス流入体
   とを備えたことを特徴とする蒸発器。