JP2005349272A

JP2005349272A - 除塵装置

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Publication number: JP2005349272A
Application number: JP2004171080A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Tomimatsu; 一隆富松; Yasutoshi Ueda; 泰稔上田; Hiroshi Fujitani; 宏藤谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-09
Also published as: JP4326403B2

Abstract

【課題】電界形成手段の後方部における誘電体の希薄化を防止して、捕集効率を向上させるようにした除塵装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段と、上記ガスの流れ方向に直交して直流電界を形成するガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状電極を有し、上記直流電界によって上記誘電体を誘電分極させる電界形成手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えることとした。また、上記誘電体を帯電させ、誘電体自体によって電界を形成することとした。
【選択図】図４

Description

本発明は、気体中に含まれたダスト、ミスト等を除去するための除塵装置に関する。

微細なダスト（サブミクロン粒子）やミスト等を効率良く捕集するため、本出願人は先特許文献１に係る除塵装置を提案した。この除塵装置は、ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、この荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段と、該スプレー手段によって散布された誘電体を誘電分極させるための電界を形成する電界形成手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えている。

上記除塵装置は、電界形成手段として図７に示す高電圧印加電極１００とアース電極２００を備え、この電極１００，２００間にダスト、ミスト等の被捕集物質（この例では、図中に黒丸で示したＳＯ₃ ミスト）３００を含む排ガスと、前記スプレー手段から散布された誘電体（この例では、水ミスト）４００とを流通させる。

上記被捕集物質３００は、前記荷電手段によって予め例えば負に帯電されている。一方、上記誘電体４００は、電極１００，２００間に形成された直流電界によって誘電分極される。このため、上記被捕集物質３００は、各誘電体４００間に作用するクーロン力によって該誘電体４００に捕集されることになる。この先願に係る除塵装置によれば、サブミクロン粒子をコンパクトな構成にもかかわらず効率よく捕集することができる。
特開平１０−１７４８９９号公報

被捕集物質３００の捕集効率を更に向上するためには、誘電体４００が電極１００，２００の上部（後方部）まで十分に存在している必要があるが、従来の装置、すなわちガス流れに平行して電界を形成させる方式では、噴霧した誘電体４００の粒子径が捕集すべき被捕集物質３００の粒子よりも大きいため、何らかの手段で帯電した誘電体４００は被捕集物質３００よりも先に電極に捕集され、その結果、上記誘電体４００が電極１００，２００の上部（後方部）において希薄になる傾向を示す。本発明者等は、前述の傾向が、上記スプレー手段から散布される誘電体の帯電に起因していることを見出した。すなわち、上記スプレー手段から散布される誘電体は、それ自身が流通する管路との境界部において電荷のやり取りを行なうので、正または負に帯電する。したがって、スプレー手段からは、正または負に帯電した誘電体４００が散布されることになるが、これは、以下に述べるように、上記した傾向をもたらす要因になる。

図７に対応する図８において、誘電体４００（本図では水ミスト）の片部に付した丸印は、該誘電体４００の帯電状態を示している。帯電した誘電体４００が電極１００，２００間に供給されると、正に帯電した誘電体４００は電極１００側に、また、負に帯電した誘電体４００は、電極２００側にそれぞれクーロン力によって引き寄せられる。それ故、誘電体４００は、電極１００，２００の上部（後方部）に到達するまでにその大半が該電極１００，２００に捕集されることになる。なお、このケースでは被捕集物質３００を非常に粒子径の小さいＳＯ₃ミストとしている。

本発明の課題は、このような状況に基づき、電界形成手段の後方部における誘電体の希薄化を防止して、捕集効率を向上させるようにした除塵装置を提供することにある。

上記課題を解決するべく、鋭意検討した結果、本発明者らは、後方の誘電体の希薄化を防ぐ手段として、誘電体が捕集されない状態で誘電体を空間に保持しつつ、かつ電界の形成手段として、誘電体を捕集する電極の面積を極小化、あるいは電極を解消してしまう構成に想到した。
すなわち、上記目的を達成するために、本発明は、除塵装置であって、ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段と、上記ガスの流れ方向に直交してガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状素材で構成され、単独では厚みを有さないアース極と、ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状素材で構成され、単独では厚みを有さない高電圧印加極とを互いに平行にガス流れ方向に配置し、ガス流れ方向に直流電界を形成し、該直流電界によって上記誘電体を誘電分極させる電界形成手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る除塵装置は、別の形態で、ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段であって、相互に極の相違する帯電ノズルから誘電体をスプレーし、上記帯電ノズルからスプレーされる帯電した誘電体群によってガスの流れ方向に沿って平行に自己電界を形成するスプレー手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る除塵装置は、さらに別の形態で、ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段であって、交番電圧を印加した帯電ノズルから誘電体をスプレーし、上記帯電ノズルからスプレーされ、時間的に正負が変動して帯電した誘電体群によって上記ガスの流れ方向に自己電界を形成するスプレー手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る除塵装置では、上記した各実施の形態で、帯電された被捕集物質に誘電体を散布する上記スプレー手段として、誘電体として液体を用いるとともに、スプレーノズルとして２流体ノズルを用いることができる。また、誘電体として用いる上記液体としては、一般的に水、特に新水を用いることが好適である。

本発明によれば、電界形成手段の後方部における誘電体の希薄化を防止して、捕集効率を向上することができるようにした除塵装置が提供される。

以下に、添付した図面を参照して、本発明に係る除塵装置について、その実施の形態を説明する。

図１は、本発明が適用される除塵装置の全体構成を示す概略縦断面図である。この除塵装置は、予備荷電部１、スプレー部２および集塵部３を備えている。予備荷電部１は、図２に示したように、平行に配列する複数枚のアース電極４（正極）と、これらのアース電極４間に配設した放電電極（負極）５とを備えている。放電電極５は、複数本（この例では、３本）の導電性ロッド５ａをアース電極４に平行する面内に鉛直に配設し、これらのロッド５ａの上下方向に沿って多数のトゲ部５ｂを適宜間隔で配列形成した構成を有する。
上記構成は、従来の集塵装置と同様の構成であるが、要は被捕集物質に電荷を与え帯電させることを目的とするため、本図１記載の構造に限定されるものではない。

スプレー部２は、図３に示すように、集塵部３の下方に多数の誘電体散布用ノズル６を配列させてある。各ノズル６は、水平に配列する複数の管７に適宜間隔で形成されている。図１に示したように、管７は、管１３を介して誘電体貯留槽８に接続されているので、該管１３に介在させたポンプＰによって貯留槽８内の誘電体（この例では水）１０を汲み上げれば、ノズル６からミスト状の誘電体１０が散布される。

上記構成の除塵装置においては、図１に矢印で示すように、予備荷電部１に除塵処理すべき排ガス（例えば、石炭、重油等を燃焼させた際に発生する排ガス）が導入される。この排ガスは、図２に示したアース電極４と放電電極５との間を通過するが、その際、該排ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質が上記各電極４，５間で発生するコロナ放電によって電荷を与えられる。なお、この例では、上記電荷の付与によって被捕集物質が負に帯電する。

予備荷電部１を通過した排ガスは、図１に示したガス吸収ゾーン１５に流入した後、上方に向かって流通し、スプレー部２から散布された誘電体１０と共に集塵部３に導入される。散布された誘電体１０は、集塵部３で被捕集物質を捕集する。
本実施の形態では、誘電体１０は循環させる循環水としており、循環水が排ガス吸収の機能をも有している。
スプレー部２及び集塵部３は、本発明では、特徴的構成を備え、被捕集物質を捕集するメカニズムと併せて、後述する図４から図６の実施の形態についてさらに詳述する。
なお、被捕集物質が付着した誘電体１０は、デミスタ等で構成された誘電体捕集部１６で回収される。したがって、誘電体捕集部１６からは被捕集物質が除かれた清浄なガスが排出される。なお、デミスタ等で構成された誘電体捕集部１６が後述するアース極の一部を構成しても構わない。

ところで、本除塵装置は、図１の実施の形態では有害ガスの処理に適用されるため、散布された誘電体１０が有害ガスの一部を吸収することになる。すなわち、例えば、含塵ガスがＳＯｘ等の有害ガスを含んでいる場合には、誘電体１０を循環使用している間に該誘電体１０が上記ＳＯｘ等を吸収する。このように、誘電体１０が有害ガスを吸収すると、該誘電体１０のＰＨ値が低下するため、腐食等の問題を生じる。そこで、本除塵装置では、バルブ５０を介在させた新水供給管５１と、バルブ５２を介在させた排水管５３と、バルブ５４を介在させた吸収剤供給管５５と、上記各バルブ５０、５２および５４を制御するコントローラ５６等を設けて、上記の問題を解決するようにしている。

すなわち、貯留槽８内の誘電体１０には、含塵ガス中に含まれたＳＯｘ等の吸収量（処理量）に応じた反応生成物が含まれることになる。そこで、コントローラ５６は、上記反応生成物の液中濃度を検出する濃度センサ５７の出力に基づいて、該液中濃度がある一定範囲の値を示すように上記バルブ５０、５２を制御する。つまり、槽８への新水の注入量と該槽８からの誘電体１０の排出量を調節する。また、コントローラ５６は、槽８内の誘電体１０のＰＨ濃度を検出するＰＨセンサ５８の出力に基づいて、該ＰＨ濃度がある一定範囲の値を示すようにバルブ５４を制御する。つまり、上記反応生成物を吸収する吸収剤（例えば、ＮａＯＨ，Ｍｇ等）の槽８への投入量を調整する。上記のように上記反応生成物の液中濃度と誘電体１０のＰＨを管理すれば、上記腐食等を防止できるだけでなく、誘電体１０の有害ガス吸収作用を利用して該有害ガスを積極的に除去することができる。なお、上記においては、濃度センサ５７の出力に基づいて上記反応生成物の液中濃度を管理しているが、この濃度センサ５７を用いることなくこの濃度管理を行なうことも可能である。すなわち、上記液中濃度の平均的な増加度合いは、実験等によって予め知られるので、その増加度合いに対応する槽８への新しい誘電体（新水）の注入量および槽８からの誘電体の排出量を予め決定し、この注入量および排出量が実現されるように上記バルブ５０、５２を制御すれば、上記反応生成物の液中濃度をある一定範囲の値にすることができる。

次いで、スプレー部２及び集塵部３の具体的構成および被捕集物質を捕集する構成およびメカニズムを、図４から図６の実施の形態についてさらに詳述する。

まず、図４（ａ）は、スプレー部２及び集塵部３の具体的構成について、第１の実施の形態を示す。
図４（ａ）の実施の形態は、図１の集塵部３に電界形成手段６０を備えている。該電界形成手段６０は、平行に配列する二枚の排ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状のアース電極６１（正極）と、これらのアース電極６１間に配設した同じく排ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状の高電圧印加電極６２（本図では負極としているが限定されるものではない）とを排ガスの流れ方向と直交するように備えている。高電圧印加電極６２には、高電圧発生装置６３により電圧が印加される。
互いに隣設する電極６１、６２のガス流れ方向のスペースは、例えば１ｋｖ／ｃｍのとき、６０ｋｖの電圧差で６０ｃｍのスペーシングとなるように設定する。なお、本図ではガスの流れ方向に１枚の高電圧印加電極６２の配置としているが、ガス流れ方向に複数の高電圧印加極と、アース極を相隣接して複数配置し、電界が印加される領域を確保してガスがより長い間電界内に滞留することで性能を向上させることが可能である。

電極６１、６２は、いずれもガスの流れ方向に直交してガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状の素材で構成されている。ここで、メッシュ状の素材とは、要するに排ガスを透過することができる素材であればよく、グリッド状、ネット状、多孔状のいずれであっても、本発明の目的に反しない限り採用することができる。また、素材そのものは、単独では基本的には導電性であることが望ましいが、電界を効率よく形成することができればよく、必ずしも導電性に限定されるものではない。特に、金属の導電性素材をセラミックやライニング素材など腐食性の強い絶縁性の高い素材でコーティングしても、内部の導電性素材部分に高電圧を印加、あるいはアースに接続することで均一な電界を形成することが可能であり、有害物質を取り扱う腐食雰囲気でも安定な運転が可能である。そして、素材はガス流れをさえぎることなく、またそれ単独ではガス流れ方向にはほとんど（実質的に）厚みを持たないため、誘電体はこれらの電極にはほとんど（実質的に）捕集されることなく瞬時に当該電極部を通過するため、後方でもその誘電体の量はほとんど（実質的に）低下せず、被捕集物質を効率よく取り込むことが可能となる。

図４（ａ）の実施の形態では、電極６２に、高電圧発生装置６３により電圧が印加されると、ガス流れ方向に電界が形成される。ここで、ノズル６からミスト状の誘電体１０が本図では上方、すなわちガス流れ方向に噴射されると、Ａ部を示す図４（ｂ）に示すように、形成された電界によって水ミスト６４が正負に分極する。
誘電体１０は、液体であり、一般的には水、循環しない場合、特に新水が好適である。これは、第２、第３の実施の形態でも同様である。また、ノズル６は、スプレーノズルであって、流体ノズルが好適であり、さらに少量の噴霧量で多数のミスト粒子が供給可能な微粒化の可能なノズル、すなわち、２流体ノズル、あるいはまた加圧された１流体ノズルが好適である。これも、第２、第３の実施の形態で同様である。
予備荷電装部１で負に予備荷電されたダスト、ミスト等の被捕集物質の粒子６５は、水ミスト６４の正極側に引き付けられ、捕捉される。そして、被捕集物質を捕捉した水ミスト６４は、デミスタ等で構成された誘電体捕集部１６（図１）で回収される。

この第1の実施の形態では、ガス流れ方向に電界が形成されるので、従来のように左右の電極に下部（前方部）で誘電体が捕集されてしまうといった不具合が解消される。したがって、集塵部３の上部（後方部）まで誘電体１０が拡散し、被捕集物質を効率的に捕捉することができる。

次に、図５（ａ）、（ｂ）は、スプレー部２及び集塵部３の具体的構成について、第２の実施の形態を示す。
この実施の形態では、管７上のノズル６を、管幅方向に設けた1組の帯電ノズル６ａ、６ｂとして構成している。
これらの帯電ノズル６ａ、６ｂは、６ａが噴射する誘電体１０が正、６ｂが噴射する誘電体１０´が負となるように、噴射する誘電体を帯電することができる構成になっている。これによって、噴射される誘電体自身により、図５（ｂ）では噴霧する誘電体の群がそれぞれ有する正と負の電荷で帯電されてガス中に存在するため、電極を設けなくても、それらの群の間にはガス流れに沿って直行する方向に電界が形成される。

帯電ノズル６ａ、６ｂ自体の構成は、当業者にとって公知のものを採用することができ、例えば誘導帯電やコロナ放電などの手法を用いて、誘電体に電荷を与えることが可能となる。
また、帯電ノズル６ａ、６ｂという外部から誘電体に電荷を与える方式でなく、ノズルの流路の過程にフィルタ状の素材を用いて流動することで帯電させることができる原理を利用し、例えば有機材質のフィルタを挿入したノズル（流動では正に帯電）と無機質のフィルタを挿入したノズル（流動では負に帯電）を図１のように相隣接する配置することでも、同等の機能を満足する。
帯電ノズル６ａ、６ｂは、管７の幅方向に正負のノズルを配しているが、管７の長手方向に、正負のノズルを相隣接する配置にして電界を形成させることも可能である。

この第２の実施の形態では、負に予備帯電した被捕集物質の粒子６５が、正に帯電した誘電体１０（水ミスト群）と負に帯電した誘電体１０´（水ミスト群）により形成される電界の中に導かれ、静電気的な力で効果的に誘電体１０に捕捉される。誘電体は、外部電極を用いずに、それ自身が電界を形成するため、ガス中には後方でもその誘電体の量が一部相互凝集により肥大化はするものの、その個数低下は少なくて維持されるため、被捕集物質を効率よく取り込むことが可能となる。
その後は、第１の実施の形態と同様、被捕集物質を捕捉した誘電体１０（水ミスト群）は、デミスタ等で構成された誘電体捕集部１６（図１）で回収される。

この第２の実施の形態では、ガス流れ方向に直交して電界が形成されるが、従来のような左右の電極に下部（前方部）で誘電体が捕集されてしまうといった不具合が解消される。誘電体自体が電極を構成するためである。したがって、集塵部３の上部（後方部）まで誘電体が拡散し、被捕集物質を効率的に捕捉することができる。

次に、図６（ａ）、（ｂ）は、スプレー部２及び集塵部３の具体的構成について、第３の実施の形態を示す。
この実施の形態は、第２の実施の形態の帯電ノズル６ａ、６ｂに交流を供給し、帯電ノズル６ａ、６ｂに交番電界を印加している。これ以外の構成要素は、図２の実施の形態と同様である。
この実施の形態では、誘電体１０(１０´)の保有する電荷が、時間とともにその極性が変動する。このため、上下のガス流れの方向に正と負の電荷を有する誘電体群（水ミスト群６６、６７、６８・・・・）を交互に形成することで、ガス流れの方向に電界を形成することが可能となる。なお、本実施の形態では、上下のガス流れ方向に形成しているが、ガス流れ方向であれば、上下に限定されるものではない。
この第３実施の形態でも、負に予備帯電した被捕集物質の粒子６５が、誘電体１０、１０´により形成される電界の中に導かれ、静電気的な力で効果的に誘電体１０、１０´に捕捉される。その後は、第１の、第２の実施の形態と同様、被捕集物質を捕捉した誘電体１０、１０´（水ミスト群）は、デミスタ等で構成された誘電体捕集部１６（図１）で回収される。

この第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様、誘電体自身で電界を形成するが、第２の実施の形態と異なり、ガス流れ方向に電界が形成される。従来のような左右の電極に下部（前方部）で誘電体が捕集されてしまうといった不具合がより有効に解消される。したがって、集塵部３の上部（後方部）まで誘電体が拡散し、被捕集物質を効率的に捕捉することができる。

本発明に係る除塵装置は、上記第１〜第３の実施の形態について説明したようにスプレー部２及び集塵部３を構成することによって、電界形成手段の後方部における誘電体の希薄化を防止して、捕集効率を向上することができる。

本発明に係る除塵装置の全体構成を示した概略縦断面図である。予備荷電部の構成を示した概略斜視図である。スプレー部の構成を示した概略斜視図である。本発明の除塵装置で、誘電体自体で電界を構成する第１の実施の形態を説明する概念図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は、Ａ部拡大図である。本発明の除塵装置で、誘電体自体で電界を構成する第２の実施の形態を説明する概念図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は、正面図である。本発明の除塵装置で、誘電体自体で電界を構成する第３の実施の形態を説明する概念図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は、正面図である。直流電界中における一般的な集塵の原理を示す説明図である。従来の除塵装置における直流電界中での誘電体の挙動を例示した説明図である。

符号の説明

１予備荷電部
２スプレー部
３集塵部
４放電電極
６ノズル
９被捕集物質
１０誘電体
５０，５２，５４バルブ
５６コントローラ
５７濃度検出センサ
５８ＰＨ検出センサ
６１、６２電極
６３高電圧発生装置
６４水ミスト
６５被捕集物質

Claims

ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段と、上記ガスの流れ方向に直交してガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状素材で構成され、単独では厚みを有さないアース極と、ガスの流れを阻害しない開口率の大きなメッシュ状素材で構成され、単独では厚みを有さない高電圧印加極とを互いに平行にガス流れ方向に配置し、ガス流れ方向に直流電界を形成し、該直流電界によって上記誘電体を誘電分極させる電界形成手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えたことを特徴とする除塵装置。
ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段であって、相互に極の相違する帯電ノズルから誘電体をスプレーし、上記帯電ノズルからスプレーされる帯電した誘電体群によってガスの流れ方向に沿って平行に自己電界を形成するスプレー手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えたことを特徴とする除塵装置。
ガス中に含まれたダスト、ミスト等の被捕集物質を帯電させる荷電手段と、上記荷電手段によって帯電された被捕集物質に誘電体を散布するスプレー手段であって、交番電圧を印加した帯電ノズルから誘電体をスプレーし、上記帯電ノズルからスプレーされ、時間的に正負が変動して帯電した誘電体群によって上記ガスの流れ方向に自己電界を形成するスプレー手段と、上記被捕集物質を捕捉した誘電体を捕集する誘電体捕集手段とを備えたことを特徴とする除塵装置。
帯電された被捕集物質に誘電体を散布する上記スプレー手段が、誘電体として液体を用いるとともに、スプレーノズルとして２流体ノズルを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の除塵装置。
誘電体として用いる上記液体として、新水を用いることを特徴とする請求項４記載の除塵装置。