JP2006504520A - ガス浄化法とその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガス浄化法とその装置である。
【解決手段】本発明は、比較的微細な微粒子を第1の物質から第2の物質を用いて除去するのに使用する装置に関する。装置は、流れの輪郭で流路を画成する複数の段部を有する静止した並流接触混合器部を含む。第1と第2の物質とのために少なくともいくつかの段部は、彎曲の有効中心を流路の一方の側に置くほぼ彎曲した流路を画成するように整形される。各隣接する段部は流路の反対側に彎曲の中心を有して隣接段部の間に屈曲点を与え、これにより物質が隣接段部間の反応器を流れ通るときに、第1の物質に存在する粒子は第2の物質中を最初は一方の方向へ次にほぼ反対方向へと移動し、第1と第2の物質間の界面相互作用を促進する。流路は、少なくとも2つの隣接する段部間に屈曲点寄りに縁形成部が設けられることで特徴づけられ、そうして1つの段部の彎曲流路の外側の第2の物質の、縁形成部から隣接段部の彎曲流路の内側までの比較的高速度での発射が強化される。このようにして第1と第2の物質間の接触は強化される。装置にはさらにサイクロン部とスピナー部も含まれる。本発明はまた洗浄流体を使ってガスの流れから比較的微細な微粒子を除去する方法と、装置を製作するための可塑性複合材料にも関する。

Description

本発明はガス浄化法及びその装置とに関する。
それ専用ではないが特に本発明は、洗浄流体を用いてガスの流れから割合微細な微粒子を除去し続いてガスと洗浄流体とを分離することと、そのための装置とに関する。
本発明はさらに、ガスの流れから微粒子を除去し続いてガスと洗浄流体とを分離する装置を製造するための可塑性で耐摩耗性の複合材料に関する。
洗浄流体を用いてガスの流れから割合微細な微粒子を除去し、引き続きガスと洗浄流体とを分離することはよく知られており、多くの場合はいわゆる湿式洗浄法により行われている。
特に、洗浄流体を用いてガスの流れから割合微細な微粒子を除去し続いてガスと洗浄流体とを分離することは、多くの近年の製鉄工程の一部を成す焼結プロセスからの熱いオフガスの処理に適用されている。
焼結プロセスからのオフガスは一般的に約150℃の温度を有し、最大約180℃から200℃の短い持続時間を持つ。ガスは、比較的大量の余分な空気を含む、酸素を燃料とした燃焼工程の生成物を含有する。ガスはさらに粉塵、不完全燃焼の生成物(ジベンゾ−フラン、PCB及び関連の化合物)、酸性ガス(供給原料の硫黄およびその他の不純物から生じる)、及び凝縮された煙霧とを含有する。これらの煙霧は一般的に凝縮されたアルカリ塩及びその他の金属塩(通常は塩化物)と、焼結工程内で起るデクレピテーションやその他の処理に起因するその他同様の大きさの微細微粒子を含む凝縮されたシリカ化合物とを含有する。
発生する作用の結果として、全体の粉塵の荷重は本質的に、比較的粗い部分と比較的微細な部分との2つの大きさの異なるグループから成る。粗い部分は通常サイクロンやその他同等の分離機を使ってオフガスから抽出され、これは通常焼結処理と、焼結処理中に燃焼空気の引き寄せに用いる主抽出ファンとの間で行われる。ファンの上流でのこの粗い粉塵の除去は、ファンの最小限の摩耗を保証する。
ファンの下流で、微細な粉塵とその他の汚染物を除去してからオフガスを大気に放出することができる。このための現在の技術はバッグフィルターと静電析出器(precipitator)と湿式静電析出器とを利用している。
ところが多くの場合、アルカリ塩(カリウム塩とナトリウム塩)の分量は除去されるべき粉塵の原因となり、バッグフィルターと静電析出器とには不適当である。現存技術の唯一の選択肢としては湿式静電析出器が残り、これは最終的な粉塵の濃縮についての今日的要件を満たすことができる。
普通の湿式洗浄法と関連の装置とは、一般的に約3から5ミクロンの粒子サイズまでの粒子を割合高い効率で除去できる。ところがこれらの湿式洗浄法と装置との不都合は、これらが0.05ミクロンより小さい粒子の大きさについては90%を超える除去効率を達成できないことである。さらなる不都合は周知の湿式洗浄装置が比較的大きな体積をなすことである。周知の湿式洗浄装置の別の不都合は、0.05ミクロンより小さい粒子サイズの90%を超える除去効率を達成できる装置、例えば従来の静電析出器(「ESP」)やバッグハウス設備に要求される比較的大きい床面積である。
周知の湿式洗浄装置に用いる一般的な主要装置や、組立体の構成要素、あるいは構成要素のいわゆるパックの追加的不都合は、低価格のプラスチック、樹脂、及び強化されたプラスチックや樹脂(摩耗抑止フィルターが付いたり、付かなかったりする)を使用して成型したり注型するのが比較的難しいことである。装置と構成要素とのさらなる不都合は、これらを組み立てかつ維持するのが比較的難しく、一般的に専門道具及び/または支援サービスを必要とすることである。
洗浄過程における多相相互作用中の混合、それから達成される接触の度合いが、ガス洗浄法及び関連装置で得られた効率に影響することもまたよく知られている。したがって多相相互作用中の混合と接触とを強化する装置を使用することは自然な営みである。
強い混合と接触は例えば、実質上米国特許第5,741,466号及びフランス特許第1.461.788号に記載された、いわゆる多相段付き受動反応器Multiphase Staged Passive Reactor(「MSPR」)の、その滑らかな輪郭のデザインで達成される。
上記フランス特許に記載されたMSPRは静止した並流接触装置であり、ガスの流れを一般的に小体積流の液体や、液体の混合物、あるいはスラリーと接触させる。装置は一般的に、ガスの流れの中の塊り及び/または熱の伝達と、ガスの流れからの微細微粒子の除去と、ガスの流れでの微細な液体やスラリーの液滴の生成及び分散とを強化する目的で使用される。塊りの移送には一般的に、液体の蒸発または部分的蒸発;ガスの中のガス状成分や蒸気成分の、液体やスラリーに対する部分的または完全な凝縮、溶解あるいは反応;あるいは液体や、液体の混合物、あるいはスラリーの中の成分の、ガスの流れへの部分的または完全な除去が含まれる。
上記米国特許に記載されたMSPRは動く部品は持たず、一般的に液相中の第1の物質と、非混和性の液相、固相、気相中の第2の物質との界面相互作用を起こすために用いられ、第1と第2の物質の相はそれぞれ異なる相対密度で特徴づけられている。このMSPRは一般的に、第1と第2の物質の流路を画成する複数の段部を具備し、各段部は流路の一方の側部に彎曲の中心を置いたほぼ彎曲した流路を画成するように整形される。隣接する段部は流路の両側部にそれぞれの彎曲の中心を持ち、これにより物質が反応器を貫流するにつれて、第2の物質の粒子は押しやられて第1の物質中を最初は一方の方向へ次に反対方向へ移動して界面相互作用を促進する。
MSPRは特徴的に割合滑らかな輪郭をした一定の環状通路を有するため、ガスの洗浄に適用されると輪郭の壁部とぶつかる洗浄流体は輪郭の各屈曲部の内側の彎曲に集まりやすく、したがって液滴の半連続的な流れとして「滴り落ちる」。液滴のこの流れが屈曲部の内側に沿って流動し、そして流路の表面の流体の速度から遠心力が生じるにつれて、この流れはガスからの誘導乱流の結果として流体の集積層から離れる。一般に、全ての洗浄流体が輪郭の表面から離れるわけではなく、相当の分量が残って次の表面を流動する。結果として、洗浄流体のこの部分はガスの流れの中の大部分の粉塵に出現しない。さらに、一定のガスの速度のため、離れる液滴は割合大きな液滴となり、これらの全ては内側のアール部の同じ点から離れない。一部の液滴はさらに、数ミリメーター早く放出された液滴の投影内に放たれやすく、先に放出された液滴及び/または同時に放出された液滴の間のすきまは満たさない。結果として、全体のガスの流れのうちの比較的少分量は、同じ数の滴が周辺に一様に放出される場合よりも、放出された液滴により妨害される。
加えて、放出される洗浄ガスの多くは屈曲部の内側に沿って比較的遠方から放出される。屈曲部の内側では、高速ガスからの剪断力は屈曲部の内側のガス内の乱流により全てが大部分の流れの方向にあるわけではない。結果として、流れ輪郭の表面のこの部分の洗浄流体の表層へガスにより入力される速度は減じられる。これは洗浄流体の膜の中の流れ輪郭の静止壁部からの粘性抗力と共に、液滴放出時の膜の速度を内側のアール部の上流の膜の速度より顕著に遅くさせる。
この速度の減少と、次の流れ輪郭に関わるこの速度の向きとは、大きな液滴が割合少ないなどの特有の不都合を招来する。これにより液滴の表面積が実質上減少し、大多数の液滴が次の屈曲部の前のガスの流れの中を比較的遠方まで浸透しないという浸透不足により、液滴は遠心作用と慣性との両方の結果として再度壁部へ戻る。
結果としての実質上小さくなった液滴の表面積は、流れ輪郭の表面から放出される洗浄流体の単位容積当りの洗浄効率を相対的に低下させる。
浸透不足は、洗浄流体の2つの流れの混合が比較的少ないことにより、流れ輪郭の一方の側部の洗浄流体が輪郭のその側部のガスしか洗浄せず、他方の側部の流体が他方の側部のガスしか洗浄しないという傾向を生む。
ガスと洗浄流体との部分的接触についてのさらなる不都合は、洗浄流体が流れ輪郭の壁部の固い表面を離れる度に、ガスの流れは液滴をその領域のガスの速度まで加速しやすいが、この追加的速度エネルギーの多くは液滴が壁面の流体の膜と結合すると失われてしまうことである。ガス洗浄の単位毎の粉塵や微細液滴除去の単位当りのエネルギー損失は、液滴が全体のガスの流れの多くと接触しなければ特に顕著となる。
したがってMSPRの関係する不都合は、流れ輪郭を貫くガスと流体との流れの相対速度を保持できず、相対速度の減衰が洗浄流体の液滴の、微細粉塵とその他の粒子とを除去する能力を減じさせていることである。
MSPRのさらなる不都合はMSPR製造に用いる材料の、全体の耐用性と耐化学物質性との不足と、強い衝撃、摩耗、腐食、及び温度について要請のある環境、例えば焼結やその他炉関連工程からの熱いオフガスの洗浄を伴う環境に耐えるその能力とにある。
米国特許第5,741,466号 フランス特許第1.461.788号
したがって本発明の第1の目的は、洗浄流体を用いてガスの流れから比較的微細な微粒子を除去し続いてガスと洗浄流体とを分離する、例えば焼結やその他炉関連の工程からの熱いオフガスを洗浄するのに必要な、比較的費用のかからない、しかし効果的な方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、ガスの流れから微粒子を除去し続いてガスと洗浄流体とを分離するのに用いる、比較的費用のかからない、しかし効果的な装置を提供することにある。
本発明の第3の目的は、ガスの流れから微粒子を除去し続いてガスと洗浄流体とを分離する上記装置を製造するための、比較的費用のかからない、しかし効果的な可塑性複合材料を提供することにある。
本発明の第1の態様によれば、第1の物質から第2の物質を使って比較的微細な微粒子を除去するのに用いる装置が提供される。装置は、流れの輪郭で流路を画成する複数の段部を有する静止した並流接触混合器部を含む。第1と第2の物質のために、少なくとも一部の段部は、彎曲の有効な中心を流れの一方の側部に置く実質的に彎曲した流路を画成するように構成され寸法決めされる。各隣接する段部は彎曲の中心を流路の反対側に有して、隣接する段部間に屈曲点を与える。これにより物質が隣接する段部間の混合器部を貫流するにつれて、第1の物質に存在する粒子は、第2の物質中を最初は一方の方向へ次にほぼ反対方向へと移動し、第1と第2の物質間の界面相互作用を促進させる。流路は、1つの段部の彎曲流路の外側の第2の物質の、縁形成部から隣接段部の彎曲流路の内側までの比較的高速度での発射を強化するため、少なくとも2つの隣接する段部間に屈曲点寄りに縁形成部を設けたことで特徴づけられる。こうして第1と第2の物質間の接触が増大する。
第1の物質はガスとすることができ、第2の物質は洗浄流体とすることができる。
縁形成部は段を付けることができ、好ましくは洗浄流体の発射を強化するため縁形成部に対してほぼ垂直な面を設けるのがよい。垂直面には、成型時に離型を容易にするため幾分テーパーを与えてある。
段付き縁形成部には段部に続く出っ張りを設けて、第1と第2の段部を設けてもよい。第1と第2の段部は、第1の段部の直ぐ下のガスの小さな滞流を元気づけるように配置するのがよい。第1の段部は、段付き縁部に沿う洗浄流体の下方への滴りが第1の段部を離れるとき、これを主な流体の流れの下側まで向き戻させて発射された洗浄流体とガスとの間の接触を最大にする。
各段付き段部は、渦巻きからの最大効果と、段付き縁部内で元気づけられる滞流からの洗浄作用を確実にするために、面取りアール部を持ってもよい。段部は段付き縁部に対して同じ奥行きと幅、好ましくは環状体の外径の0.5と2.5%の間、を持つことができる。
混合器部には各屈曲点寄りに縁形成部を設けることができる。流路は、各発射の角度と位置との双方を、流路の輪郭の次の形と流れ輪郭の調整された方向転換とに合わせた構成と大きさにするのが好ましく、そうしておいて流れ輪郭の反対側の当着領域に発射された洗浄流体の最大量を次の発射前に捕らえる。こうして全ての洗浄流体から最大の洗浄効果を達成する。
流路は、段部を各内側のアールの出だし寄りにおいて構成し寸法取りした流れの輪郭を得ることができ、その結果実際上全ての洗浄流体の発射位置が各内側の彎曲の始まり寄りにあって発射流体とガスとの接触を最大にする。流路は、洗浄流体がほぼ単一の平坦な流体の層として発射点から離れるように構成され寸法取りされた流れの輪郭を得ることができ、これにより確実に最小限の液滴しか先に離れた液滴の投影内に放出されず、その結果発射された洗浄流体とガスとの接触は最大となる。流路は、大半の洗浄流体が流れの輪郭の遠方側に達してから、別の側の洗浄流体が次の彎曲部の始点寄りの発射位置から放出されるように構成され寸法取りされた流れの輪郭を得ることができ、発射された洗浄流体とガスとの間の接触を最大にする。流路は、その段部に至るリード部の角度と、ほぼ軸方向に配置した真っ直ぐな部分を流れの輪郭に導入することとにより、反対側の壁部に到達したときの洗浄流体が進入度ゼロの進入角で到着するように構成され寸法取りされた流れの輪郭を得ることができ、その結果表面の膜の中の液滴のエネルギーの回収は最大となり、したがって当着領域での摩耗は最小となる。流路は、ほぼ軸方向に配置した真っ直ぐな部分を流れの輪郭に導入することにより構成され寸法取りされた流れの輪郭を得ることができ、その結果、当着領域から次の発射点までの距離は最小となり、洗浄流体の当着速度に対する粘性抗力の連続的作用は最小となる。
流路は、外側環状体に用いる発射角度に対しておよそ3°から10°広がった発射角を持つことができる。流路は、外側環状体を下るガスの速度に対して、内側環状体を下るガスの速度をおよそ5から25%速くするように構成し寸法取りすることができる。
流路は、外側環状体への発射に備そなえた洗浄流体を集める屈曲部を、この屈曲部と次の発射点での洗浄流体の液滴の衝突と膜の速度とが、外側環状体の対応点におけるより激しくないように構成し寸法取りしたことを特徴とする流れ輪郭を得ることができる。
流路は、各内側の環状領域からそれぞれ次の外側環状領域へ通じる流れ輪郭の部分が、内側環状体領域の余分の速度エネルギーの回収分を外側環状体の圧力エネルギーに戻して最適化するように構成され寸法取りされた流れの輪郭を得ることができる。好ましくは、流路は、大半の液滴の当着領域である下流の流れ輪郭を有し、流れの領域はほぼ一様に次第に大きくなる一方比較的一定な流れの方向を維持し、外側環状体の発射点の前で、またガスの流れが関連して方向転換する前に外側環状体の流れ領域の実質部分を実現させるようにする。
混合器部は、0.05ミクロンより小さい粒子サイズの90%を超える除去効率の達成により特徴づけることができる。反応器は近年の高性能焼結プラントからの廃ガスを洗浄するのに適応できる。
混合器部には洗浄流体の入口を設けることができ、洗浄流体入口はガスの相対的断熱クエンチングを生起させるように配設される。ガスの断熱クエンチングは20と60°の間の温度にすることができるが、好ましくはおよそ30から50°の温度にする。洗浄流体の入口は、洗浄流体の大半が、混合器の次の段部での液滴の大きさと発射速度とに対して、大きな液滴の形と低い発射速度とを保つように配設することができる。
装置はガスと洗浄流体とを分離させるサイクロン部を含むことができ、サイクロン部は好ましくは混合器部の輪郭と同じ円筒形の輪郭内に嵌着する。
加えて、洗浄流体の出口は軸方向に、同じ全体の円筒形輪郭の中で結合される。
ガスと洗浄流体との混合物は一般的に、混合器部の異なる直径の環状輪郭である内径または外径部から軸方向に退出する。最後の発射点の位置と環状流路の次の輪郭とのために、多くの洗浄流体は、混合物がサイクロン部に進入するとき最後の屈曲部の外壁部にあって、飛沫と微細な液滴だけが全体のガスの流れの中に残留する。
サイクロン部には渦ファインダーの形の出口端部を設けることができ、出口端部は、実質上洗浄流体を含まないガスの主たる渦をダクトで送る一方、実質上ガスを含まない洗浄流体をサイクロン部の壁部から集めるように構成され寸法取りされる。
装置には比較的長いサイクロン部を設けることができ、サイクロン本体内のガスの流れの半径方向の速度成分は、洗浄流体の液滴を分離してガスを放出する所望の度合いを得るに必要な範囲内に保持されるようにする。
サイクロン部の長さは、スピナー部と渦ファインダーの頭部との間の距離が、サイクロン部の直径のおよそ5から10倍であることを特徴とするのが好ましい。
サイクロン部の長さはおよそ1.5から2.5メーター、好ましくはおよそ2メーターとすることができ、直径はおよそ0.1から0.5メーター、好ましくはおよそ0.3メーターとすることができる。
装置はさらに、サイクロン部の入口の前にガスと洗浄流体との混合物に循環運動を与える一組の傾斜した羽根を有したスピナー部を含むことができる。流れの方向が変化するとき流れの断面積が比較的一定に保たれるように、スピナー部を貫く流路の幅は半径方向に広げることができる。このようにしてガスと洗浄流体との相対的退出速度はそれぞれの進入速度とほぼ同じに保持される。
スピナー部は、主混合器部を通過することがある物体がスピナー部もまた通過できるように構成され寸法取りすることができる。スピナー部には、ガスと洗浄流体とが貫流してスピナー羽根からの大半の残留乱流を静めそれから比較的単純な円筒形の導管を通過する環状体を設けることができる。環状体は好ましくは内側の、円錐形もしくはドーム型の内側端部のある深い円筒形の凹部を有した中空の輪郭を持ち、洗浄されサイクロンされた生成物ガスを汚染する洗浄流体の液滴を除去するのがよい。
装置はさらに排出管を所持でき、排出管は渦ファインダーに対して中心に配置され、渦ファインダー出口の直径のおよそ70から90%の直径を有して、これらの間に環状のすきまを与える。環状のすきまの構成と大きさとは、洗浄流体がサイクロン部の内壁を下降するときこれに付随する代表的な最大の飛沫と噴霧との層より大きい、装置に接近する残渣を通過させるようにすることができる。すきまは好ましくは、渦ファインダーの環状のすきまの最小限の幅で、この環状領域に入るこのような飛沫と噴霧とを捕らえるというコンセプトに基づいて構成され寸法決めされる。
装置は、混合器、スピナー部、及びサイクロン部とが単独で、ほぼ一体のユニットとして成型されることにより特徴づけられる。
本発明の第2の態様によれば、比較的微細な微粒子を第1の物質から第2の物質を使って取り除く方法が提供される。この方法は第1の物質と第2の物質とを流路の複数の段部を経て輸送するステップと、彎曲流路の外側にある第2の物質を比較的速い速度で縁形成部から隣接段部の彎曲流路の内側へ発射するステップとを含む。少なくとも一部の段部は、彎曲の有効中心を流路の一方側に配置した実質的彎曲流路を画成するように整形され、各隣接段部は流路の反対側に彎曲の中心を有して隣接する段部間に屈曲点を与え、流路には少なくとも2つの隣接段部の間に屈曲点寄りの縁形成部が設けられる。これにより第1の物質と第2の物質とが隣接段部間の反応器を貫流するとき、第1の物質に存在する粒子は第2の物質中を、最初は一方の方向に、次にほぼ反対の方向に移動して第1の物質と第2の物質との間の界面的相互作用を促進させる。
第1の物質はガスでもよく、第2の物質は洗浄流体でもよい。
方法は、0.05ミクロンより小さい粒子サイズの90%を超える除去効率の達成により特徴づけることができる。この方法は適当な洗浄流体を用いて近年の高性能焼結プラントからの廃ガスを洗浄するのに適応できる。
方法は混合器部の上流に比較的微細な粉塵を追加するステップを含み、ガスの中の蒸気の除去を強化することができる。微細な粉塵は予め選択することができ、ジベンゾフラン、PCB、関連の化合物、及びこれらの組合せとから成るグループから選択されたガスの粉塵と蒸気とへの化学吸着が強化される。
本発明の第3の態様によれば、ガスの流れから比較的微細な微粒子を除去する装置を製造するためのプラスチック材料が提供される。材料には、充填材、炭化ケイ素、及びビニルエステル樹脂とから成るグループから選択された耐摩耗複合体が含まれる。
充填材はシリカ、アルミナ及び/またはグラスファイバーから構成することができるが、シラン前処理を受けるのが好ましい。
炭化ケイ素は所定の粒子サイズとサイズ分布とを持つことができ、好ましくは10と60メッシュの微粒子材料の組合せで構成する。こうして必要な耐摩耗及び衝撃性が与えられる。好ましくは、炭化ケイ素は予め選択した10メッシュの固体と60メッシュの固体との混合物から構成する。このようにして成型作用と、装置の究極の耐摩耗及び衝撃性とを強化する所定の混合と流れとの効力が獲得される。
材料は、樹脂に弾性の度合いと全体のスポンジ性とを与えるために、中空の、あるいはスポンジ状の微細な粒子を含むことができる。微細な粒子は好ましくは、環境により劣化しないように十分な耐化学物質性を持ち、少なくとも大きな充填材の粒子に対して小さくし、好ましくは小さな充填材の粒子に対して小さくする。微細な粒子には中空のガラス球体と、中空でスポンジ状のカオリン粒子を含むことができる。
本発明の具体的実施形態
以下本発明の好ましい実施形態を、もっぱら非制限的な例により、本発明の多様な態様と添付図面とを参照しながら記述する。
単一の高強度混合及び接触装置、すなわちいわゆるMSPRは本発明にしたがって修正された。修正されたMSPRは、洗浄流体を使って比較的微細な微粒子をガスの流れから除去し続いてガスと洗浄流体とを分離するようにされたパイロットプラントで使用された。ガスの流れは、南アフリカVanderbilt Park、Iscor Limitedの1つの製鉄施設での焼結やその他炉関連工程からの熱いオフガスの一部である。
焼結やその他炉関連工程からの熱いオフガスいわゆる焼結ガスは、微細な鉱石、添加物、下流の作業からの鉄を帯びたリサイクル材料例えば溶鉱炉ガス(BFガス)のクリーニングによる粗い粉塵やスラッジ、工場のあか、成型上のあか、及びコークスの燃え殻との混合物の焼結中に発生した。修正されたMSRPは以後「IGCPユニット」と呼ぶ。
IGCPユニットにおけるガスと洗浄流体との相互作用の結果として、ガスの温度は低温の洗浄流体からの単純な熱の伝達と、一部の洗浄流体が蒸発して比較的低い露点のガスになったときの蒸発の潜熱とが組み合わさって低下した。同時に、主たるガスの流れの中の成分ガスの一部は洗浄ガスに溶解し、一部もまた洗浄流体内の成分と反応した。
説明は、ガスと洗浄流体のIGCPユニットへ至る入口から始め、IGCPユニットそれ自身を全面的に記述する。IGCPユニットの個々の全部品の細部を記述した後は、ユニット群の取付けの配置を、主キャリア容器内の構成要素の全ての関連細部と共に記述する。
そのあと、キャリア容器とその中身とが全体の処理システムをいかに構成するかを示しながら、全面的な適用を述べる。
上述したものには添付図面を参照する。
1. IGCPユニット混合器部の流れ輪郭の基本的形成と機能
1.1 従来技術の流れ輪郭の形成と機能
従来技術のMSPRの基本的流れの輪郭は一般的に環状通路から成り、環状通路は、ガスの流れすなわち、微細な微粒子の液滴等の汚染物質例えば焼結やその他炉関連工程からの熱いオフガスを含有した所謂キャリアガスと、水などの適当な洗浄流体とが通路を進行するにつれて、対称的に直径を変える。結果として、ガスは連続的にその半径方向の速度成分を半径方向一方向から半径方向他方向へ変える。
加えて、ガスの全体の平均の速さは、例えば内側及び/または外側の半径方向の位置で方向を変えることにより環状体の長さに沿って(ガスが事実上軸方向の速度しか持たない場合)、あるいはガスが全体の輪郭を通って移動するときに段々と変化する(すなわち加速及び/または減速)。
このガスの流れの中で、速度変更成分は存在する液滴とその他の微粒子とに対して相関的ガス流の問題をもたらす。結果としての相関的速度は液滴と微粒子とにガスからの粘性抗力を与え、これが今度はガスの流れの中でこれらの自然な流路を変更して個々の液滴と粒子とに回転運動を与える。ガスと液滴と微粒子との間の相対的な回転運動は、これら3つの相(固体、液体、及びガス)の全ての間で互いに対する強い相互作用的接触を助長させる。
相互作用的接触のこれらの理由に加えて、さらには混合物が流れ輪郭の各隅に沿って通過するときには3相の各々に遠心力がかかる。遠心力は主キャリアガスより密でない粒子や液滴を彎曲の中心寄りに移動させ、主キャリアガスより高い密度を持つ全ての粒子や液滴を彎曲中心から離れる方に移動させる。粒子と液滴との相対的動きは、こうして互いに対する3相の全ての間の相互作用的接触をさらに強化する。
1.2 本発明による流れ輪郭の特徴
一方、本発明によるIGCPの混合器部の流れ輪郭は、洗浄流体を各彎曲の外側で集めて蓄積しそれを高速度で外側の捕集表面と次の内側彎曲部の始まりとの間の屈曲点(凹面から凸面への方向転換)の、あるいはその近傍の鋭い縁部(すなわち隅)から発射するように整形される。
輪郭の表面の粘性抗力により洗浄流体は隣接ガスより遅い速度で発射点を離れる。この速度の違いは、洗浄流体の薄膜を小液滴に分解させるばかりでなく、液滴とガスとの間の、さらには液滴と微粒子やその他ガスの中の液滴との間の強い相互作用をも生起させる。
発射点の直ぐ下流でガスの流れは方向を変え、全てのガスが洗浄流体の液滴のこの微細に分散した高速度の流れを通過しなければならないようにする。再度、液滴とガスとの間の、さらには液滴と微粒子やその他ガスの中に存在するかもしれない液滴との間の強い相互作用が発生する。
この強い相互作用の結果として、また普通の粘性抗力の結果として、洗浄流体の液滴はこれらの速度にこの新しいガスの流れ方向に同調する第2の成分を受け入れ始める。より微細な洗浄流体の液滴はそれらに加わる粘性抗力に対して比較的小さい塊りのため、粗い液滴より速い速度を得る。
ガスの流れの方向転換の直後にガスの流れは再び方向を変え、より微細な液滴は遠心力と単純な慣性との組み合わさった力を受け、この力が液滴をガスの流路の外側へ移動させる。ガスの流路の形状は、普通の重力に対して遠心力を極力強めたものである。結果として、粒子は比較的速いクロスする流れの速度で流路の外側に向って移動し、強い相互作用を引き起こす。この強さはガスの速度、液滴の大きさ、及び用いられる特定の流れ輪郭との関数である。
1.3 流れ輪郭の洗浄流体の結果としての「飛行経路」
本発明による流れ輪郭では、洗浄流体の大きな液滴は先ずガスの流れの方向に加速し、次に動きの方向を少し変えて変更されたガスの流れ方向をほぼ横切る。これは特定的に構成された輪郭と、輪郭の先行する屈曲部の端部にある屈曲点から洗浄流体を発射することとにより達成される。このようにして、ガス、及びガス中に浮遊または存在するものは高速のクロスする流れとして液滴を通過すると同時に、液滴の勢いがこれらに流れ輪郭を横切らせ、流路の対向壁面にぶつけて大部分これに合着させる。ガスが流路の屈曲部の周りに展開するにつれて、小液滴はこれらの発射から生じる単純な運動量と、ガスの流れの方向への加速から生じる遠心力と、ガスの流路の継続した彎曲との組合せにより流路の反対側に到達する。より微細な液滴はこれらの最初の発射速度の結果としてガスの流路を横切ることはできないが、これらはガスの速度に近い速度を達成しやすいため、これらは大きさに比して中程度や大きいサイズの液滴より強い遠心力を受ける。遠心力はこれら微細な液滴の大多数を流路の外側表面に移動させ、これらを、表面に達した大きな液滴の結果として発生した洗浄流体の層と結合させる。
各液滴の到着速度と、ガスが屈曲部に沿って流動するときのガスからの粘性抗力との組合せは、流れ輪郭の外側に溜まる洗浄流体の層に高速度を生じさせる。ガスの高速度と、より大きな液滴からの一般的な飛沫との結果として、層の大部分は、表面層の小波から千切れてガス内で加速される一連の液滴を構成する。遠心力と、これら液滴の流路と交差する表面の継続する彎曲との組合せは、これら液滴の大多数を表面の層と再結合させ、ガス境界層内でのこれらの速度の増大により洗浄流体の膜の層は速さを獲得する。表面の液滴近傍の残部は当然表面の層近くにとどまる。
次の屈曲点に同様の発射点が設けられ、液滴の流れを再発射する過程が繰り返される。表面層が次の発射点を通る前に、表面層を離れてこれと再結合しない洗浄流体の液滴は、発射点を離れるとき表面層から生成する液滴と同じように単純に振る舞う。
再発射された液滴の流れは、微粒子やその他ガスの流れの成分と相互作用し、流路を完全に横切るには微細すぎた前回の発射からの微細な液滴にぶつかりこれを捕らえる。結果として、それぞれ次の発射点から発射される洗浄流体の正味量は、第2の発射で流れが潜在的に減る以外は、混合器部の全体をほぼ貫流する全洗浄流体の流れにおいて事実上比較的一定となる。事実、第2の発射で発射される洗浄流体の容量は一般的に全洗浄流体の流れのおよそ80%より多い。
発射点から流路の他方側へ至る洗浄流体の液滴の全ての大きさの異なる「飛行経路」に作用する多様な構造の正味の効果は、全ての液滴が高速ですきまを横切ることと、これらの飛行の方向がガスの流れの方向に曲げられるにつれて、ガスの流れの方向が幾分変化することととである。これにより、確実にガスは常に液滴の速度に対して概ね直角に向いた方向を維持しようと努める。大きな液滴では、この相対方向は(液滴が発射点から離れると)次の飛行経路の全体に亘って極めて垂線に近づく。小さな液滴では、この相対方向は垂線に近づかず、液滴は小さければ小さいほどさらに垂線から離れる。
ガスと洗浄流体との間のそれぞれの速度方向が垂線からさらに離れるほど、結果としてのガス対液滴の相対速度は遅くなる。洗浄流体に対するガスの速度が遅くなると、一定の大きさの液滴について単位時間毎に集められる粉塵粒子の数もまた少なくなる。一方、このことは小液滴がすきまを越えるのにより時間がかかるということにより殆ど補償される。したがって小液滴の発射毎のガスの流れへの、強い露出(すなわち相互作用)は伴わないが長い露出時間から生じる正味の洗浄効果は、短い露出時間で強く露出される大液滴に発生する効果と同じである。
1.4 反復発射の利益
次々と配置された相当数の洗浄流体の発射点は、こうして連続発射の間集まって極めて高い除去効力を発揮するが、そうでない場合は洗浄流体の発射毎に、与えられた大きさの粒子や微細液滴に比較的劣る除去効率しか与えないだろう。ガスの速度と全部の流れ輪郭とその他の基準とを規定すれば、連続発射中比較的同じ状態が保持され、粉塵の粒子の大きさに対する粉塵除去効率は各継続発射で比較的一定となる。
こうして、例えば1つの発射段階の成果として特定の大きさの粉塵の約30%が除去されれば、5つのこうした発射段階の後はそのサイズの粉塵の82%超が除去され、10の段階の後は97%を少し超える粉塵が除去される。同様に、例えば発射当り約45%除去されれば、5発射の後は全体の約95%が除去され、発射当り約60%の除去では、5発射の後は全体の約99%が除去される。
1.5 スクラバーの流体液滴の形成
本発明の流路の流れ輪郭は、全ての洗浄流体が効果的に各内側の彎曲の始まりから離れ、曲率がおよそ50%以上(about 50% or more around the curve)の点からは離れないように整形される。
また、洗浄流体は単一の平坦な層として離れる(これにより確実に液滴は少し前に離れた液滴の投影内に放出されない)。さらに、効果的に全てのこの洗浄流体が流れ輪郭の遠方側に達してから、別の側の流体が次の屈曲部の始まりから放出される。加えて、軸方向に(あるいは近軸方向配置した)真っ直ぐな部分を流れ輪郭に導入することにより確実に、
a)流体は遠方壁部に到達する際可能な限りゼロに近い進入角で到着して、可能な限りの多くの液滴のエネルギーが表面の膜の中で回収され(これはまた摩耗を最小にする)、かつ
b)これら液滴の「当着領域」から再発射点までの距離は可能な限り短くなり、この「当着速度」への粘性抗力の連続的作用は最小となる。
流体の完全な発射は各内側アール部の始まりに段部を作ることで達成されるのが効果的である。この段部へのリード部の角度は液滴の発射角を設定する。予見されるように、発射角は次の屈曲部の形状、近さ、及び幅に合わせて設定することができる。この方法により、発射の度に発射された液滴とガスとの間に最大の接触が達成される。
一般的に、段付き縁部の縁部の周りには常に洗浄流体の軽い「滴り」がある。特に、縁部が例えば摩耗やその他の形の損傷の結果として尖っていない場合は。こうした「滴り」は、「滴った」流体がさらに屈曲部内側の周りに重大な「滴下」領域を形成するほど十分な大きさになった場合、この流体は放出される洗浄流体の単位当りの洗浄機能に多くを生み出さない。一方これはさらに段付き縁部から発射される洗浄流体の単位当りの多くのエネルギーを殆ど吸収する。
この効率の損失を避けるために、段付き縁部の細部は段部のすぐ下に次の出っ張りを有するように開発された。この出っ張りは、主段部のすぐ下のガスの小滞流を元気づけるように配置され、これが主段部を離れるにつれて「滴り」の下方のどんな流れも主流体の流れの下側まで再び掃き戻す。こうして「滴り」状態であった流体は洗浄流体の主たる流れに戻され、これにより万一「滴り」が段部から離れて彎曲を巡る途中次の「滴下」領域へ流動するのが許されたならば発生した同じエネルギーの使用分で効果的に最大の洗浄効果を保証する。
2. IGCPユニットの好ましい配置
個々のIGCPユニットの通常の好ましい配置は、頭部の投入ガスと清浄な洗浄流体との入口に対してその軸線を垂直に置く。好ましい実施形態では、洗浄されたガスと使用された洗浄流体とはユニットの底部から別個のダクトにより別々に退出する。ユニットは比較的効率的に水平方向に働くが、究極の働きは重力により作用される。重力は、始めガスの流れの中で一様に分布した洗浄流体を十分に不均等にさせ洗浄作用に影響を及ぼす。重力からのこの作用は洗浄流体に幾分高い流れ移動率を用いることで大部分は克服されるが、同程度の働きのためにユニット内で全体的な強いガスの圧力低下を生じさせる。
3. IGCPユニットの混合器部の多様な特徴
3.1 IGCPユニットへの洗浄流体の入口
洗浄流体は多くの方法によりユニットの入口へ給送することができる。選択は除去される粉塵の性質によって決まる。粉塵が存在しない場合すなわちガスと洗浄流体との単純な接触については、洗浄流体の入口の選択は単純な経済性と実用性とを基本にすべきである。
方法の信頼性とコストの理由に関しては、噴霧ノズルの使用は避ける。粉塵(あるいは粉塵の一部)が洗浄流体と反応し時間とともに硬化する凝固物を形成する可能性を持っていれば、粉塵が湿った表面すなわち、毛管作用や偶発的飛沫が粉塵を十分に湿らせ凝固作用を進行させることのできる表面に定着したり積もったりできないようにすることが肝要である。
本発明では、凝固の問題を解消する4つの異なる洗浄流体給送技術を予想した。
4つの耐凝固選択肢は以下の通りである:
a)流れを一様に広がった半径方向の流れに分割する整形された中心標的部材を狙う単一の中心給送口を備えた構成。この半径方向の流れは普段は水平(horizontal)かあるいは幾分水平から下がっている。一方、これは水平から幾分上かあるいはさらに下へ傾斜させてもよい。入口のガスは中心給送口に沿って流動し、さらにこの標的部材により半径方向外側に広げられる。ガスが円筒形のIGCPユニットの外壁に到達する前に、円形の入口カウル(またはリング)はガスの流れの方向を部分的半径方向から軸方向へ変更させ、ガスはIGCPユニットの環状の流れの輪郭へ進入する。ガスはIGCPユニットの流れ輪郭に進入する前に、洗浄流体の半径方向の流れの中を流動する。
洗浄流体は自然に湿り、IGCPユニットの環状流れ輪郭の内側表面を湿らせ、環状のすきまを横切ると外側の表面も湿らせる。中心標的の形状は、流体の入口速度が維持されるだけではなく(流体に十分な勢いを与えてそれ自身の大部分がすきまを横切るために)、到来するガスが標的部材表面にある洗浄流体の半径方向の流れの頭部を横切って加速し、IGCPユニットの環状流れ輪郭に進入してこれを通過するに必要な速さを獲得しなければならないようにされている。結果としての高速ガスの流れは、高速ガスからの粘性抗力の結果として洗浄流体を加速させるが、最初はそれがまだ標的部材の表面を流動している間は半径方向外側の方向に、次にガスが向きを変え環状流れ輪郭を流れ下りる(あるいはIGCPユニットが水平に配置されていれば輪郭に沿って)につれて下方すなわち軸方向に加速させる。
この構成の結果として、洗浄流体は先ず円形の入口カウルの下の(または下流の)IGCPユニットの壁部に突き当たる。加えて、この到達点での壁部の形状は、流体が、比較的浅い(すなわち掠める)角度で壁部に突き当たり、結果として全ての潜在的飛沫は、たとえこれらの飛沫が重要な半径方向の成分を持つとしても、ガスの流れの全体的な方向となるようにされる。したがって流体と環状体の外壁との間には殆ど1つの線接触、すなわち乾いた壁と湿った壁との間の1つの線がある。この線の壁部に定着する粉塵は高速の、したがって強いせん断領域にある。結果として粉塵の蓄積は考えられず、万一そうなった場合は粉塵は極めてゆっくりとしか積もらない。
この形の進入で凝結の可能性のある場合は、IGCPユニットを1以上のユニットにより配設するのが自然だろう。一般的にはこれらは最低限4つのグループにして配設される。順次、1つのグループはそのガスの投入を停止し、他の3つの(あるいはそれ以上の) グループは余分な負荷を配分する。洗浄流体はオンのままである。中心標的部材の形状、円形入口カウルに対するその位置、及びこのカウルの下流側の形状は、ガスの流れが停止すると流体は少し先の上流でより鋭い角度で壁に突き当たるようにされている。より鋭い角度は飛沫を減らし、凝結物の蓄積が始まるのを早々に洗い流す助けもする。
通常は数秒後に、ガスの流れはユニットのそのグループに復帰することができ、他のグループのユニット各自も同様に凝固物を洗い出すことができる。
これらの洗い流しの頻度は化学物質の凝結反応の比率により決められる。一般的には、洗い流しは非常に速い化学反応を起こす強い粉塵負荷がある場合でも数時間に1度以上は必要ではない。
この形の凝結防止は入口のガスが熱いという状況を与え、さらには洗い流し工程で生じた湿った表面が、円形の入口カウルの熱の塊りからの加熱作用と、表面を流れ通る高速の高温ガスの乾燥作用とにより急速に乾燥する状況を与える。
多くの環境において、この同じ洗い流し処理は単純にユニットのそのグループのガスの流れを数秒間減じること(それを停止せずに)により達成できる。
また洗い流しはユニットのそのグループへの洗浄流体を増やすことで達成できる。増大した洗浄流体の流れは流体の進入速度を速め、これにより標的部材の表面を横切り次に環状のすきまを横切ってIGCPユニットの外壁へ向う流体の流れとしての、流体速度の半径方向の成分を大きくする。速度のこの増分と全体の運動量(増大した大量の流れと速度の両方から来る)とは、流体を通常の位置の幾分上流の壁部に突き当たらせ、これにより凝固物の必要な洗い流しを達成する。
通常、洗浄流体の移動率の増大はユニット中のガス相の圧力低下を高める。したがって、ユニットのグループへの洗浄流体の移動率を高めることにより、一般に一部のガスの流れは自動的に他のユニットへ向き直る。洗われるユニットへの結果としての減じられたガスの流れは、したがって処理の助けとなる。
一方、覚えておくべきは、特に反応する粉塵については、各洗い流しにガスの流れの停止が必要かもしれず、また上記の「流れの調整」の洗い方の1つからの少ない数の洗い流しの後にガスの流れの停止が必要かもしれないことである。
入口のガスの温度がその露点、露点近傍、あるいは露点より下である場合、この設計の選択は適当ではないだろう。一方、他の全ての環境に対しては、その構造的単純さにより、さらには障害や偏在のために最小限の潜在力で少ない洗浄流体の量を扱うその能力により、これは一般に好ましい設計であろう。
b)前の設計ときわめて同じように機能するが、広い噴霧角度を持つ標準的中空円錐体の噴霧ノズルを用いて、洗浄流体の初めの半径方向の流れを生成する構成。好ましくは、ノズルは比較的低い給送圧力を有すべきであり、さらに接線方向の入口の特徴を用いて中空円錐体の噴霧をつくるべきである。これらの様式が主円錐体の外側に偶発的液滴を生じさせにくいからである。この方式は円錐体の噴霧角度を、洗浄流体の給送圧力を変えることで幾分変更できるという利点がある。これにより凝固物の洗い流しを実行するために頻繁にガスの流れを調整したり停止したりする必要性は回避される。
一方、中空円錐体のノズルの大抵の様式は正規の噴霧パターンから外れた偶発的液滴を生じさせ、ノズルの出口は普段凝結物の蓄積を受けやすい。これは噴霧パターンの均一性と形状とに目立った作用を及ぼしかねない。噴霧パターンが変形すると、円形の入口カウル周辺の凝結問題はより現実みを帯びる。
この潜在的欠点にも拘わらず、洗浄流体のこの入口の様式には多くの利点がある。特に、個々のIGCPユニットやグループのIGCPユニットへガスの給送を停止するのが難しい場合や、凝結があまり激しくない場合には。
c)IGCPユニットの環状流れ輪郭入口のすぐ上流に配置される環状流路へ接線方向に給送する単一あるいは複数の接線方向給送口を配置した構成。この様式の洗浄流体入口はもっぱら垂直あるいはほぼ垂直な軸線により配列されたIGCPユニットに実に最適である。
接線方向の給送口は流路の周囲近くの頭部(あるいは底部)か、あるいは流路の周囲から、飛沫の可能性を最小にして環状流路に入り込むべきである。流路は水平あるいはほぼ水平な床部を有すべきであり(すなわち水平に対して約±30°の範囲内)、この床部は流路から半径方向内側に伸長すべきである。この床部は環状流路から離れたら、好ましくは下方に傾斜すべきである。この傾斜は好ましくは水平から20乃至70°の範囲にすべきであるが、洗浄流体の性質、ガスの流れに対する洗浄流体の体積流、IGCPユニットの大きさによってはこの範囲より大小の角度も使用できる。
ガスは上記のこの円錐形に傾斜した表面からIGCPユニットに進入し、円錐体を下降するにつれて加速する。ガスの速度が十分なレベルまで(一般的にIGCPユニット環状輪郭内での平均速度の約0.3乃至1.3倍まで)上昇した点で、円錐体の表面は急に共軸の(あるいはほぼ共軸の)円筒形の孔へと変るべきで、この孔がガスと洗浄流体との組み合わさった流れをIGCPユニットのコアの頭部へ下方に給送しなければならない。この頭部は好ましくは円筒形の孔に対して共軸かほぼ共軸であるべきで、かつドーム型の頭部を持つか、あるいはtorri球形(torrispherical)か何かその他の形の丸い円錐形の端部や尖った端部で仕上げるべきである。この端部は、IGCPユニットのコアのこの頭端部に当着する全ての洗浄流体をその周囲に一様に噴出させるために、IGCPユニットの軸線を中心にしてどんな方位に対しても均一に対称的な輪郭を成すべきである。
コアの頭部は円錐部分に対して十分低く位置させ、円錐部分を流れ下りる少なくとも一部の流体が、円筒部分の中心線を規則的に横切ってコアの頭部に達するようにしなければならない。また、特に円錐部分が比較的急な勾配を持つ場合は、洗浄流体が円錐部分の端部を離れるときその速度に大きな半径方向の成分を与えるように、円筒部分のすぐ前方の円錐部分の最後の部分の勾配を小さくすろことができる。この方法により流体は入口の円筒部分の壁部を均一に湿らすばかりでなく、コアの頭部もまた湿らせ、結果としてコアの頭部はこれの下のコアの壁部全体にわたって洗浄流体を均一に分配する。
この設計の肝要部分は、接線方向の入口と環状流路とを覆う粉塵シュラウドの、特に流路から円錐部分の表面へ至る水の出口のところの設計である。環状流路内に発生する飛沫はこのシュラウドで収容しなければならず、またこの領域内に発生しがちな凝結物と一緒に洗浄流体の環状の流れに戻さなければならない。
復帰の方法もまた重要である。洗浄流体は粉塵シュラウドの下から現れるから、到来するガスの流れが円錐体を下りIGCPユニットに進行すると同時に全ての粉塵を運搬するようにシュラウドの縁部を構成すべきである。シュラウドの縁部での乱流の滞った渦は最小にしなければならない。さらに、シュラウドのこの下方縁部は常に乾燥状態を保たなければならない。開発された設計は(滞流の最小の潜在力で)ガスの流れに有用な円滑な輪郭を実現させ、全飛沫と凝結物との集合体と専用の滴下縁部とで全てのこうした洗浄流体を粉塵シュラウドの内径と下方端部とに近寄らせない装置を有している。
設計はまた、シュラウドの前面(ガス側)を環状流路の飛沫と凝結物とのカバーとは別個の部材とすることも含んでいる。これはシュラウドをより複雑にするが到来ガスと環状流路の壁部との間に、絶縁ガスで満たしたすきまを作り出す。これは到来ガスと洗浄流体との間の熱の伝達を減じ、これによりガスが洗浄流体よりも冷温である場合は凝結を少なくし、さらに(ガスが洗浄流体よりも高温の場合は)流路の上方表面に付着するおそれのある飛沫由来の液滴の蒸発と結晶化とを少なくする。これはこの環状流路の働きに作用することもある、結果として生じる結晶の増成を防止する。
この外側の部材を分離させることにより、これを取り上げてきれいにすることができ、また内側の滴下縁部の下で蓄積しがちな凝固物を装置の作動中に除去することができる。この楽なアクセスは必要なメンテナンスを極めて簡単にし、はかどらせる。
上述の接線方向の給送装置は長年避けられていた凝結問題の最後の手段となり得る。特に、上記a)でのガスの遮断が適当な選択肢ではない場合は。一方、選択肢a)やb)で達成できるそうした低いレベルまで洗浄流体の流れを減らすことはできないが、同時に十分強力な全体的湿りのある入口円錐部分を維持して、プロセスの不調の際や、円錐部分の表面に当着する(例えば抜け落ちた管路や、ユニットの上流のどこかそのような所に起因する)粉塵の塊りの結果として発生することもある凝固物を常に洗い流すことができる。加えて、シュラウドの内側下方端部でのガスの流れの中の滞流を最小にするため、洗浄流体が必ず貫流するすきまはできるだけ小さくしておかねばならない。このことは今度は洗浄流体給送口の中での十分な上流の残渣の除去を必要とする。
d)第4の構成は基本的にa)とc)との組合せである。この選択肢は(コアの頭部を接線方向の入口の位置に対してもっと高くすることができるから)よりコンパクトであり、大径のIGCPユニットを使用する状況に向いている。
この選択肢は選択肢c)と同じ信頼性があり、規則的なガスや洗浄流体の交替あるいはガスの停止を必要とせずに凝固物を回避できる。
一方、2つの給送方式のためにガスの体積流の単位につき速い洗浄流体の流れを必要とする。
凝結問題が発生しないと予期される場合は、選択肢a)とb)はスクラバーの流体入口について好ましい選択であることが分かった。
3.2 スクラバーの流体液滴の回転
ガスと、発射点のすぐ下流へ出る洗浄流体の膜との速度差から生じる強い相互作用である液滴の形成作用に加えて、発射点の設計は第2の回転作用を導入している。発射点のすぐ上流の洗浄流体の膜の中のせん断力は、洗浄流体の外側表面を内側表面よりずっと速く移動させる。結果として、洗浄流体の膜が発射点(段付き縁部)の固い表面を離れると、膜の内側と外側との表面の異なる速度は、膜を液滴に分割する助けをするばかりでなく、結果として生じた液滴に速い回転速度を得させる。
液滴の回転は以下を招来する:
a)大きな液滴はすぐに分割して小さな液滴となり、洗浄流体の一定の体積流に対して洗浄流体の液滴の表面積を大きくする。
b)小液滴は液滴を比較的類似の大きさに分散させやすい。
c)各液滴の周りの境界層は正常の予想からは著しく変わる。液滴の回転の結果、境界層の形状、周辺の渦の離脱位置、及び最終的な伴流の向きは全て、ガスの流れの中を激しく回転する液滴の単純な軌跡から連想したものから著しく変わる。
d)加えて、各液滴の回転面はガスの局所的流れ輪郭と平行である。
上記の項目a)とb)は洗浄流体とガスとの間、及び洗浄流体と微粒子やその他ガス中の液滴との間との相互作用を顕著に強化するのは明らかである。さらに、比較的小さくて類似の大きさの洗浄流体の液滴の結果として、上に言及した「滴下」作用で形成される数は相当多数の液滴であることは明らかである。また、類似した大きさの範囲は確実に、各発射のあとこれらの液滴の最適のガス中の「飛行」が達成されるように流れ輪郭の形状を構成することができる。さらに、次の発射に先立ち次の洗浄流体の層をつくろうする流れ輪郭の外側表面へ液滴を最適に再結合(すなわち当着)させるように流れ輪郭の形状を構成することもできる。
c)とd)との利益はやや技術的なもので、ガスの流れから除かれる粉塵(あるいは微細な液滴)の粒子サイズが小さくなるにつれて、より当を得たものになる。c)とb)との利益はまた、単純なガス対液体(あるいは液体やガスに溶解した成分)の拡散型処理を強める必要がある場合にいよいよ当を得たものになる。この改良を拡散型処理に与える境界層の変化は、粉塵(あるいは微細な液滴)の状況を説明するにつれて明らかとなる。
3.3 ガスの速度の均一性
IGCPユニット全体の圧力低下の結果として、出口のガスの圧力は入口のガスの圧力より低くなる。したがって出口でのガスの実際の体積流は入口より大きくなる(ユニットの長さ全体に亘って著しい温度変化やガスの吸収/脱離がないものとして)。
この型の装置により、粉塵やミストの特定の粒子サイズに対して粉塵やミストを一定の度合いで除去するための最適のエネルギー消費を達成するために、ガスの速度、液滴のサイズ、並びに液滴の速度の間の基本的関係はユニットの長さ全体に亘って本質的に一定を保つ必要があることがわかる。したがって流れ輪郭はこのことを達成するためにユニットの全長に亘って順次変更しなければならない。本質的速度輪郭のこの維持は追加のボーナスを得る。つまり、通常ユニットの始まりより出口端部でもっと激しいはずの摩耗が事実上ユニット全体に亘って均一になり得るのである。これは、必然的に維持される間は稼働オンライン時間について著しい利益を得る。これに関して留意すべきは、IGCPユニットの輪郭表面に生じる摩耗の形が大部分液滴の衝突と洗浄流体の表面の膜での全体のスラリー速度とに由来することである。この種類の摩耗は一般的にスラリーの衝突速度と表面の速度との、それぞれx乗y乗された関数である。ここでxとyは具体的環境によりおよそ3と5の間の値を持つ。
IGCPユニットからのガスの実際の出口体積流が入口の体積流よりおよそ15%多い一般的状況では、出口端部の摩耗は入口のそれの殆ど2倍の領域となる。したがって、ガスの速度をIGCPユニット全体を通してできるだけ一定に保つようにすることにより、一定度合いの粉塵除去のためのエネルギーを節減するばかりでなく、本来的に維持されている間の装置の寿命が殆ど2倍になる。
3.4 内側環状体におけるスクラバーの流体液滴対ガスの相対速度の維持
予見されるように、内側環状体においても外側環状体においても実際のガスの速度を一定に保つため、内側環状体の幅は外側環状体よりも極めて広くしなければならない。これは液滴の「飛行経路」を外側環状体の中よりも内側環状体の中で実質的に長くすることを必要とする。一方単純な粘性抗力により、洗浄流体とガスとの間の相対速度は確実にその飛行経路の終りの方が始まりよりも実質上遅くなる。
相対速度が減衰するにつれて、洗浄流体液滴の、微細な粉塵とその他の微粒子とを除去する能力はもっと急速に減衰する。したがって洗浄流体の発射毎の粉塵/微粒子の除去を効率的に維持するように、異なる発射角度と、流れ輪郭の内側と外側部分とを下る異なるガスの速度との組合せが要求され、結果として生じる摩耗とエネルギー消費との増大は最小化されることが必要である。
外側環状体に対して使われるおよそ3°と10°の間広がった発射角と、外側環状体を下るガスの速度に対して内側環状体を下るおよそ5と25%の間速くなるガスの速度は、内側環状体の発射毎の粉塵とミストの除去効率を、外側環状体のそれへ回復させるのに有効であることが分かった。予見されるように、除去されるべき粉塵やミストの粒子が微細であればあるほど最適の除去効率のために必要な差は大きくなる。
予見されるように内側環状体を下るガスの速度は速くなることを要求されるが、外側環状体への発射に備えた洗浄流体を集める屈曲部は、この屈曲部と次の発射点での洗浄流体の液滴の衝突と膜の速度とが、外側環状体の対応する点より激しくならないように構成され寸法決めされる。
さらに予見されるように、各内側環状領域からそれぞれそれに続く外側環状領域へ至る流れ輪郭の適当な形状と大きさは、流れ領域が一様に順々と広がる一方で比較的一定な流れの方向を維持し、外側環状体の発射点の前で、かつガスの流れの方向を関連的に変える前に外側環状体の完全な流れ領域が実現するように多くの液滴の当着領域下流の輪郭を整形することなどにより、内側環状体の余分な速度エネルギーの回収分を外側環状体の圧力エネルギーへ戻して最適化することができる。
図3、3a、4、及び32に図示した輪郭は、流れ輪郭全体にわたって一定のガス速度を維持する型のものである。図27、28、及び29は、発射毎により均一な粉塵除去効率を与える一方、ユニットを通して比較的均一な耐用性を維持するようにされた輪郭を示している。
3.5 給送口のボスを支持するスポークのその他の使用法
図9に示すように、給送口ボス支持スポーク(図9の101)はIGCPユニットへ入るガスの流れと一直線をなす大きな軸を持つ。開発のさらなる要点はユニットの機能を向上させること、特に熱い入口でのガスのクエンチングと環状体の全周囲への均一なスクラバーの流体を分配する援助とに関することと、ガスが進入するときこれに循環的スピンを与えるためこれらのスポークを曲げることである。好ましくは、エネルギー保全の理由からガスはスピナー部がガスを方向づけると同じ方向にスピンすべきである。一方、どちらの方向へのスピンもクエンチとスクラバーの流体分配との改善を達成することができる。
4. 洗浄流体からのガスの分離
4.1 概観
一般に、ガスと洗浄流体とは環状流路に沿って流動すると同時に接触する輪郭から退出する。予見されるように、従来技術のMSPRは一般的に接触輪郭の殆どの構成に適用され、形状の構成と操作とが概して便利で容易であることから環状の形状が利用されている。
本発明では洗浄流体の、洗浄されたガスからの分離はサイクロン部で実行される。予見されるように、サイクロン部に引き続き必要であればさらに何らかの形でミストを放出することができる。洗浄流体は再循環される(化学的処理と、必要であれば浮遊物質の除去とのあとに)。
サイクロン部は混合器部の環状体と同じ円筒形の輪郭の中に挿着される。このサイクロン部は、混合器部の中に収容可能な最大限のガスの流れと洗浄流体の流れとを高い効率で分離できるように配設される。加えて、洗浄流体の出口は軸方向に、さらに同じ全体の円筒形輪郭内に結合される。
これらの構成要素を同じ全体の円筒形輪郭の中に置くことの効果として、適当数の標準IGCPユニットの使用を必要とするどんなガスの流れも処理可能となるように、複数のユニットを極めてコンパクトな配列により並べて配置できる。
粒子サイズの粉塵や微細液滴を一定の度合い取り除くため、流れ輪郭の最適の幅と、そこから相応最適な全体の環状輪郭の直径とが生じる。極小粒子の高い除去効率のため、環状のすきまは比較的小さく、例えば0.03ミクロンの粉塵の90%除去のためには約30乃至50mm以下にしなければならない。大きな粒子は同じかあるいは大きなすきまを使って除去できる。小さい粒子は小さなすきまを使えば最もよく除去できる。
4.2 サイクロン部の一般的詳細
ガスと洗浄流体との混合物は一般的に軸方向に、混合器部の直径が変化する環状輪郭の内側か外側の直径部分から退出する。最後の発射点の位置と環状流路の次の輪郭との結果として、混合物がサイクロン部に進入するとき多くの洗浄流体は最後の屈曲部の外壁にあって、飛沫と微細な液滴のみが全体のガスの流れの中に残る。
当初、この環状の流れは一組の曲がった羽根を有するスピナー部を通過して混合物には循環運動が与えられる。流れの方向が変るとき流れの断面積を比較的一定に維持するため、スピナー部の環状体の幅は半径方向に広がる。このようにして流出速度は流入速度とほぼ同じに保持される。
予見されるように、スピナー部からの速いか遅いかの流出速度は特定の羽根の設計から得られる。特に、予見されるように減じられた速度は十分な速度の回復と、そこから圧力の復旧も可能にするが、次のサイクロン部の中の洗浄流体の微細液滴を除去する効率は減少する。同様に、予見されるように速い流出速度は洗浄流体の微細液滴の好ましい除去効率を招来するが、サイクロン部とスピナー部との壁面には比較的高い全体の圧力低下及び摩耗率とを招く。
この好ましい実施形態では、スピナー部の流出速度は概ねスピナー部への流入速度と同じオーダーのものである。
残渣等の結果としての詰まりの可能性を最小にするため、スピナー部は、主混合器部を通過し得る物体がスピナー部をもまた通過できるように構成され寸法決めされる。予見されるように、多数の小さな羽根は概してより効率的でよりコンパクトな装置を提供する。効率は少数の羽根により保持できる。それは適当に設計した後縁を各羽根に取り付け、これが次の羽根の後縁と重なってほぼ並行な面を持つガスの流出孔を作ることにより保持できる。
ガスと洗浄流体とはスピナー部から短い環状部分を通りそれから比較的単純な円筒管部分を通って流動する。環状部分ではスピナー羽根からの大部分の残留乱流が静められる。一般的に、この環状部分の内側輪郭の端部は、滴り落ちて、洗浄されたガスの中心の渦に合体しやすい洗浄流体の液滴を集める。渦の中のこれらのガスはこの表面の端部から滴る以外の洗浄流体の液滴から効果的に離れる。
渦のコア内に滴下液滴をコアから半径方向に加速させる有効な手段がないため、液滴は洗浄され分離された生成物ガスを汚染する。汚染を防ぐために、環状体の内側輪郭は深い円筒形の凹部と、中空の凹部に対して円錐形かドーム型の内側端部とを有した中空にして、サイクロン部頭部の静止表面の周りを必然的に移動し、このサイクロン部の中心より下方にできる中心小渦に合体するガスのその部分から洗浄流体の液滴を除去するようにされる。実際、この少量のガスはそれ自身の小サイクロンに押し通されると同時に中心コアに向って移動する。この小サイクロンから集められた洗浄流体は通常は重力によってスピナー部下方の環状部分の端部へ流れ戻るようにされ、サイクロン部の主円筒本体を下るガスの主流と合体する。
サイクロン部の流出端部に、今や洗浄流体の微細液滴を含まないガスの主スピンコア(すなわち渦)から離れてダクトを付けた渦ファインダーがある。渦ファインダーはまた、サイクロン部の壁部から離れた洗浄流体を集めて事実上ガスのない流体にしそれをサイクロン部の底部から管送する。
このことを達成するために、一般的にサイクロン部の直径のおよそ70乃至90%の直径を持つ中心に配置された管に清浄ガスを通過させる。サイクロン部の直径が大きいほどこの割合を大きくすることができる。中心配置管とサイクロン部に匹敵するものとの間の環状すきまは、そのユニットに接近する残渣を通すに十分広くし、洗浄流体がサイクロン部の壁面を走り下りるときこれに付随する代表的な最大限の飛沫や噴霧の層より大きくする。
留意すべきは、一般的な産業用サイクロン分離機は最大接線方向速度秒当り約20乃至25メーターで動作し、ある設計の湿式装置では秒当り約30乃至35メーターまで引き上げることである。この限度は可能にする(This limit enables)。この設計は、液滴と微粒子とが集められこれらが飛沫、跳ね返りなどの結果としての過剰な二次的伴流なしにサイクロン部の壁面を相応円滑に流れ下りる平易さを、秒当り約20乃至35メーターの比較的速い最大接線方向速度が希薄にするから、最低限の幅の渦ファインダーの環状すきまでこの環状領域に入る全てのこうした跳ね返りと飛沫とを捕捉するというコンセプトに基づいている。
環状すきまの底部には2つの部分リング部材があり、それぞれは約140°の回転を覆い、各リングの間には約40°の回転のすきまがある。これらのリング部材の機能は清浄ガスの出口の範囲外の環状通路へ垂直端部を与える一方、一部の同伴ガスと一緒の洗浄流体のためのこの端部を通る十分な流れ領域をリングの先の空間に入り込ませ、この同伴ガスを、これが大部分洗浄流体から分離されたら再び環状体に戻すことである。
環状体は2つのリング部材の先に伸長する。リング部材においては環状体の中の半径方向の反らせ板がガスと洗浄流体との回転を停止させ重力により液体を洗浄流体の出口に向けて落下させ、ガスが洗浄流体からそれ自身を分離して自由となりリング部材間のすきまを通って流れ戻る。遠心力により洗浄流体は環状体の外側アール部寄りの領域で優勢にガスの中を流動し、分離したガスは環状体の内側アール部寄りの領域のすきまから流れ戻る。
この分離したガスは、環状体まで戻されるにつれて環状体の外側部分で回転する洗浄流体と同伴ガスとからの粘性抗力の結果としての回転速度を蓄える。分離したガスが回転速度を増すにつれて、その中に含有された洗浄流体の微細液滴は外側にスピンをかけられ、2つのリング部材の下方に戻される。リングと清浄ガスの出口との間の環状すきまの長さは、ガスが清浄ガスの出口に達する前にガスのこの戻り流からの洗浄流体の全てのこうした微細液滴をスピンさせる必要性により決められる。一般的に、この環状体の必要な長さはサイクロン部の直径の60乃至100%の範囲内にある。
通常は、清浄ガスの出口は便宜的に幾分一方の側へ曲げられ(普通半径方向に)、2つのリングの先の反らせ板領域にもっと空いた場所を作り、出口の大きさをむやみに制限することなく洗浄流体用の管の付いた出口を接続するようにする。
上の文章は2つのリングに言及しているが、洗浄流体の分離の観点からの理想的設計は2以上のリングと適当に小さいすきまとを使用する。しかしながら、より大きい潜在的サイズを除けば、詰まり防止の実用上の問題と、複雑さに関する組立の経済性と、理想とは2つのリングを指向している。一般的には、2リング構成のためには、リングは180°のうち約100°乃至160°を占有し、残りは開ける必要がある。リングが160°を超えると、残渣とガスや洗浄流体のとための正常に十分な空間はない。リングが100°より狭く覆うと、多すぎる乱流がリングを通過して環状体の反らせ部に進入しやすく、その結果渦ファインダーの分離の働きは全体として弱まる。
清浄ガスの出口が全体の中心線から離れて曲げられ、スクラバーの流体のための大きな出口の結合(同じ全体の円筒形輪郭内で)を容易にする場合、リングの先で変化する環状体がリング間のすきまから戻るガスの流れを過剰に変更しないように、2つのリングと反らせ部への延長部分とを利用することが必要である。2つのリング部材の使用はこの場合の十分な折衷策を呈示し、1リング部分は小径のサイクロン部に適当である。
好ましい実施形態では、ガスの入口は、傾斜した側板を通して配置され側板をリングの先の環状体を遮断しかつ洗浄流体の出口管を支持する手段として用いると同時に、必要な阻流部分を形成する。
産業用サイクロン分離機内で一般的に見られる速度に対して速いガスの入口速度に鑑み、比較的長いサイクロン部を用いてサイクロン本体内のガスの流れの半径方向の速度成分を十分遅く保持し、通常必要とされる洗浄流体液滴の分離の度合いを獲得してから安全にガスを大気へ、または全体の製造工程内の次の処理段階へ放出する。スピナー部と「渦ファインダー」部の頭部(清浄ガスの出口の頭部)との間の最適の長さは、サイクロン部の直径の5と10倍の間であることが分かった。直径の5倍より下の長さでは、多すぎる微細液滴が清浄ガスの中に残り、さらなるミストの放出を必要とする。直径の10倍を超える長さでは壁面摩擦の結果として回転速度が減じられ、いっそう長さが増えたことに関連する経済的利益が急速に低減する。予見されるように大きな度合いの洗浄流体の除去が必要とされる場合、第2のスピナー部とサイクロン部を追加するか、あるいはさらなるIGCPユニットを追加すればより有益となる。
長さ約2メーター直径約0.3メーターのサイクロン部と、適当に設計されたスピナー部の羽根とで、清浄水の洗浄流体の除去効率は20ミクロンの液滴の除去について98%を超えた。
5. その他の特有の構成とそれらの適用
5.1 全般的装置製造の詳細
以下の構成とその他の全体的組立体の細部は、IGCPユニットの部品及びその関連のプロセス用装置として開発され最適化された。
IGCPユニットは成型が容易で組立も容易な構成で成り立っており、これらを組み立てるための専門家の整備や治具あるいはその他の高等技術、品質管理の手はずは必要としない。構成要素の形状は、これらが適当に腐食、摩耗、温度に耐える樹脂とプラスチック、及び適当に摩耗に耐え熱に安定する充填材を含むエラストマー化合物との混合物の成型品になれるようなものである。
特に、スピナー部は実質上全体のIGCPユニットを単一の一体ユニットとして成型できるようなものである。
洗浄流体の入口の構成は成型あるいは機械加工された部品として基準規格品から作られるようにもなっている。部品は標準的構造物に治具で取り付け樹脂で接合され、さらに周囲の多くの腐食物を比較的容易に受け入れることができる。
5.1.1 焼結工程のオフガスの洗浄
焼結工程からのオフガスの温度はおよそ150°であり、最大約180°乃至200°を短時間持続する。ガスは比較的大量の過剰空気を含んだ、炭素を燃料とする燃焼工程の生成物を含有する。ガスはまた粉塵、不完全燃焼の生成物(ジベンゾフラン、PCBの及び関連の化合物を含む)、酸性ガス(給送素材のなかの硫黄やその他不純物から由来する)、及び凝結した煙霧をも含有する。これらの煙霧は凝結したアルカリ並びにその他の金属塩類(通常は塩化物)と、焼結工程中に起るデクレピテーションやその他の作用から生じるその他同じ大きさの微細な微粒子を含む凝結シリカ化合物とを含有する。
予見されるように、洗浄流体のpHを慎重に調整することで酸性ガスの除去を精密に制御できる。この精密な制御は、一般的な湿式静電析出器(「WESP」)システムの中で一般的に達成される性能に対してIGCPユニットの比較的高い大量移送性能に起因する。
加えて、IGCPユニットを基本とする全装置は適当に強化されたプラスチックと樹脂とにより構築されている。このことはWESP内の必要な金属成分には絶対であるすべてのpH、濡れた金属の温度、及び塩化物についての制限を回避し、しかも洗浄流体を比較的酸性状態に維持することができる。洗浄流体を酸性に保持することにより、酸性ガスを特定の環境への応従により選択的に除去することができる(試薬消費量と残渣処理量の節減が結果として生じる)。さらに、凝結に関連する問題もpHを低く保持すればもっと容易に制御される。
5.1.2 焼成工程のオフガスからのPCBと関連化合物との除去
一般的にジベンゾフラン、PCB、及びその他関連の化合物は焼結オフガスに存在する微細微粒子に化学的に吸着する。この化学吸着作用は低い温度と、洗浄流体で湿る前の微細粒子とガスとの最大の接触効率とにより促進される。各IGCPユニットに対する洗浄流体の入口配置の設計と、IGCPユニットの第1段階の粉塵除去効率とはこの状況を活用するようにされている。
洗浄流体の入口は十分ないわゆるガスの断熱クエンチングを生じさせ、一般的に30乃至50℃の範囲内の温度にするようにされている。この温度は含水率と燃焼工程から離れるオフガスの温度とに依る。さらに洗浄流体の入口は、液滴のサイズとIGCPユニット内の次の段階に適用される発射速度とについて、多くの洗浄流体が比較的大きな液滴の形をとどめ、比較的遅い発射速度を得るようにされている。このことは、ユニットの第1の段階を移動して第2の発射点に接近するガスは事実上その微細な粉塵含有量については変わらないが、大部分が完全に冷却されることを意味する。第2の発射点のすぐ上流の屈曲部と、第2の発射点から発射された洗浄流体の中へガスを押しやる次の屈曲部との両方での強い遠心力は、微細でまだ乾燥状態の粉塵粒子をガスの流れの中を横断させ、そして再び横断させ、ジベンゾフラン、PCB、及び関連の蒸気の、粉塵への大量移送と化学吸着とを大いに増強させる。
明らかに、各連続的発射での粉塵のもっぱら部分的除去とともに、この強化された大量移送は各段階を通じて継続する。一方、この大量移送工程は粉塵の量を着実に減らしていく。したがって予見されるように、さらなる微細粉塵をIGCPユニットの上流で追加することができる(好ましくはこれらの蒸気を移動させるにもっと有効な粉塵)。
5.1.3 その他のオフガスと粉塵との放出への適用
IGCPユニットをその他のオフガスと粉塵との放出に使用することは当業者には自明である。一方、そう自明でもないかもしれないものは、同等の粉塵除去やガス浄化の能力を持つ同等能力の別の技術に関連した、IGCPユニット内で具現される大きなサイズ縮小から生じるコスト削減と問題解決との好機の範囲である。
具体的には、特に鉄、鋼、及びその他炉やキルンに関連する産業の中で、このサイズは粉塵その他汚染物質除去装置を、一連の回収管路やその他基本的施設の末端に設置させずに各産業の根源近くに動かすことができる。これは抽出と通気のシステムに大きな節約をなすことができる。
5.2 耐摩耗複合体の調合
5.2.1 前置き
この応用例ではその熱伝導率、有効度、均一性、耐化学物質性、及び事実上卓絶した耐摩耗性から炭化ケイ素を選択した。10メッシュより粗い炭化ケイ素は激しい衝撃を受けると分解し粉々に砕ける。材料の均一性と縦横比もまた重要であった。特別に選択されたソースを選び、各3つの特有の寸法が比較的同じ寸法で、かつ市場で入手可能な市場サイズの範囲内の比較的精密に規定されたサイズ分布を持つ粒子を得た。1以上の方向に延びた粒子は極めて衝撃に弱く、圧縮して、必須である充填材に対する樹脂の低い容積比を達成することはできないことが分かった。この不完全な圧縮は最大限に利用できない摩耗特性を招来した。
一方、炭化ケイ素のシラン前処理は樹脂による粒子の湿潤を改善した。これは材料の耐摩耗性の向上、生成物の中の個々の炭化ケイ素粒子の耐衝撃性の向上、引張り強さの向上とに帰し、使用中に樹脂の加水分解から生じる強度損失とその他の問題を減じる助けとなる。
最適の効果を得るために、シランを希釈し約1時間予備的加水分解を行った。この処理に最適な溶液の組成はアルコールと蒸留水の9:1の混合で1.5重量%であった。最適の結果のためには、シラン濃度は5%を超えるべきはないことが分かった。シラン溶液は放置すれば溶液中に望ましくないシロキサンが生成するから、使用直前に調製しなければならない。最適な複合体の効力のためのシランのロージングは実験的に決定され、最適条件は100kgの炭化ケイ素当り以下の如くであることが分かった。
SiC粒度 水(リッター) エタノール(リッター) シラン(リッター)
10 0.80 7.20 0.4
24 1.00 9.00 0.55
60 1.44 12.96 0.72
最適なシラン前処理溶液の開発過程での鍵となる要点は、炭化ケイ素粒子が乾燥するときこれらを塊りにさせない溶液の創造であった。水はシランと炭化ケイ素のケイ素群との結合作用を援助するのに必要である。表面張力とその他溶液の特性とで、前処理工程中に特に微細な粒子による集塊が形成される。開発過程では溶液の公式化と乾燥処理中の生成物攪拌方法とを創造した。これらは樹脂と充填材の最終的混合物の中の塊りとなった微細な充填材粒子の問題を十分に解決すると同時に、充填材と樹脂の結合の最適な強さと均一性とを達成する。
5.2.2. 炭化ケイ素の粒子サイズとサイズ分布
本質的に、粒度の大きさはミクロンの大きさに切り換えられる。このミクロンサイズに基づき、複合体の単位総量当り充填材の最大投入のための粒子の大きさの最適比はミクロンサイズに基づく7の比率にある。2モード、3モード系(bimodal and trimodal systems)の両方とも評価した。3モード系は多くの細粒を得て、複合体の混合と適用とを非常に難しくした。したがって多くの混合物に2モード系を選択した。
8メッシュの炭化ケイ素は比較的大きな粒子で、これが衝撃を受けたとき分解しないように適当に支持するのは難しい。本来の調合は10と24メッシュの組合せを基本とした(これは7対1のサイズ比の充填には理論的にほぼ理想的な調合である)。ところが10と60メッシュの組合せに変えると、耐摩耗性にも耐衝撃性にも顕著な利点を与えた。この改良は、微細な充填粒子の成果として各10メッシュ粒子の周りでの向上した緩衝から生じたと思われる。
メスシリンダーを使って最適の充填密度を研究し、結果を用いて良好な混合と流れ特性とを有した混合物を同定した。これはほぼ最大の固体投入量を得た。10メッシュの固体と60メッシュの固体との混合物が最適であることが分かった。各メッシュ番号が10より大きく、60より大きい(すなわち小さなミクロンサイズ)メッシュサイズでは、樹脂と固体とのスラリーは加工するのが難しかった。
5.2.3. 樹脂の選択
ダウ社はその耐化学物質の品質でよく知られたビニルエステル樹脂を製造している。焼結工程のガスの洗浄のため160−180℃で操作可能な材料を必要とした。ダウはDerakane 470 Turboを生産しているが、これは温度要件も耐化学物質要件も満たしている。
この樹脂と最大限に充填した炭化ケイ素の充填材とを用いて(上で言及したシラン前処理と、粒子サイズ10と60メッシュの混合物とを用いて)作られた部品を熱衝撃試験をした(180℃まで6サイクル加熱し、冷水を張った容器に急激に落とした)。材料は亀裂やその他の形での劣化の徴を示さず、炭化ケイ素は完全に結合されたままだった。さらに留意したのは、材料が周辺温度下にあるときに比べて温度上昇により異なる機械的特性を得たことである。高い温度で材料は全体の耐摩耗性を援助する弾性を幾分帯びる。
以下の技術が開発されさらに樹脂の明らかな弾性を、そしてそこから全体の耐摩耗性を改良した。これは全体の混合物の中や製品成型品の特定部品の中に含まれ、その特性は樹脂に弾性度と全体のスポンジ性とを与えるための適切または好ましい中空やスポンジ状の微細な粒子である。これらの粒子は十分な耐化学物質性を有して周囲により劣化されないことが必要である。またこれらは少なくとも大きな充填材粒子に対して小さいことが必要とされ、好ましくは小さな(80メッシュ)充填材粒子に対して小粒であるべきである。適当な中空でスポンジ状の粒子には中空のガラス球体と、中空でありスポンジ状でもあるカオリンの粒子とがある。
これらの圧縮封入体の目的は、衝撃の結果充填材が亀裂を起こさない助けとなるもっと緩衝的な環境を、硬い耐摩耗性充填材のために作り出すことである。
Derakene 470 Turboを使用する報告された高温実験の大部分において、特に管路と容器との系が体積温度220℃を超えたガスを運搬した応用例について、樹脂の性能は約20重量%の黒鉛を管路や容器の腐食バリヤー層に取り込むことにより改良された。この黒鉛はこの層の熱伝導率を大いに高め、これにより顕著な温度勾配と、これからのこの層の熱膨張由来の応力勾配とを防ぐ。この応力を表面から除くことにより、樹脂それ自身の逼迫と機能不全とから生じる膨れと亀裂の一般的早期故障の仕組みは回避され/大いに遅らせることができ、これにより十分な供用寿命が達成できる。
炭化ケイ素は黒鉛と同様の熱伝導率と膨張係数とを持ち、シラン前処理で優れた湿潤と結合とを得る。大きな充填材の含量と、24メッシュではなく小さな60メッシュの微細な成分の恩恵とで、黒鉛の介在から得ることのできる利益は、小は複製可能なことであり、大は炭化ケイ素を使って改良可能なことである。第3の成分が60メッシュの大きさの約1/8乃至1/10である3モード系を使えば、さらに良好な成果が達成される。
これは特に熱い表面への低温の液体飛沫が問題となるIGCPユニットの給送領域で、特に洗浄流体がユニットの外壁に最初に衝突する領域で最も重要な要点である。
5.2.4. さらなる改良
予見されるようにさらなる改良として、また摩耗、衝撃及び/または引張り、及び温度の特性が必要とされる場合は、中空のガラスや、カオリン、その他ミクロの粒子を、3モード混合物の微細な第3の成分で全部あるいは一部を置き換えたり、あるいは必要に応じてこれらを2モード混合物に追加することができる。ガラスや、カオリン、その他ミクロ材料の熱伝導率は総じて黒鉛の炭化ケイ素より低いが、その介在は大きな耐摩耗性充填材粒子の周りで必要な追加的緩衝を達成させる。さらに、これらの中空粒子が総じて円滑で相応に球形形状をなしているため、これらは他の充填材粒子間で十分な減摩力となり、これにより一定の充填材含量に対する流れ特性が改良される。このことは一定の加工性のためにもっと多くの充填材が追加できることを意味する。
予見されるようにこの後者の特徴は、成型製品のその部分で引張り特性が重要である場合に重要となる。一般的に3モード系は、衝撃、圧縮、及び摩耗の特性を減じることなく引っ張り特性を強化することが必要とされる場合に必要になる。一方、3モード系は総じて加工するのがさらに難しい。球形やほぼ球形のミクロの固体を追加することは、温度と熱衝撃との問題に顕著に影響を及ぼすことなくこの加工性の制約を解決する助けをする。
全ての試験加工と開発との結果として明らかであるように実際的な混合と混合された複合体の型への転移のための、Derakeneなどの硬い樹脂組織に対する最適の耐衝撃及び摩耗性は、粒子の大きさが十分に異なり、大きな粒子のミクロサイズが小さな粒子のそれで分割されて約9乃至10の比率を生み出す2モード系の最大体積密度により生じたが、最大充填密度の理論比は6と8の間、好ましくは7である。好ましい混合物は、それぞれ約1950ミクロンと200ミクロンである10メッシュと60メッシュとを利用した。これらの等級は大きさで約9.5倍の差がある。最大充填密度の理論的最適条件に対する、最適の混合、転移、成型、耐衝撃及び摩耗性のための好ましい大きさのこの違いは、製造工程にも製品の出来栄えにも重要な要点である。この9.5比の利益は、比を約7から9.5に調整したポリウレタンと炭化ケイ素との部品の耐用寿命がほぼ50%向上したことで明らかに証明されている。
同様に、炭化ケイ素の、その介在に先立って最適に行われたシラン前処理の利益は衝撃と耐用寿命に同様レベルの改良を与える。
加えて、10、24、60メッシュの炭化ケイ素の塊りや、10メッシュ60メッシュの炭化ケイ素ともっと微細な粒子の炭化ケイ素とのその他の混合物、あるいはDerakane 470 Turboとポリウレタンとの両方の中の中空のミクロ粒子によるほぼ等しい量は、引張り特性の改良を証明し、耐摩耗及び衝撃性を保持する3モード系を構成することが分かった。予見されるようにこの混合物は、こうした激しい摩耗は受けないが支え腕部とひれ状部、羽根あるいはボスのスポークなどの領域の長い残渣や物体によって引張り強度と耐衝撃性とを必要とする領域に用いることができる。
6. 装置とその適用の詳細な説明
添付図面を参照してキャリア容器とその内容物とがいかにして全体の処理機構の部分となり得るかを示しながら、好ましい実施形態と適用とを記述する。
図1及び2は1%と25%スループットのパイロットプラントの概要を図示し、図3乃至32はIGCPユニットとその様々な構成要素並びに関連装置を技術的細部により図示している。
図1は、本発明のIGCPユニットを組み込んだ1%スループットのパイロットプラントを示している。パイロットプラント1000はスクラバー容器1002に給送する汚れたガス流の給送ライン1001を組み込み、スクラバー容器は、スクラバー容器に内設された乱流生成器1004に噴霧水を供給する水ノズル1003を有している。水は、水タンク1005から水を給送する水ポンプ1008を介して水ノズル1003へ給送される。
洗浄されたガスは液体環状排出ポンプ1006を通り、ガスを大気へ放出する煙突1007へ給送される。
図2は本発明のIGCPユニットを組み込んだ25%スループットのパイロットプラントを示している。汚れたガスの流れ2003は、流れ制御弁2001を通りファン2002を介してスクラバー容器2004へ給送される。水は水タンク2009から水ポンプ2010によりスクラバー容器2004へ揚送される。水は水ノズル2005を介してIGCPユニットの形の一組の複数の乱流生成器2006へ噴霧される。
洗浄されたガス2007は煙突2008を介して大気へ放出される。
図3は、本発明の1つのIGCPユニットに関連した装置を示し、中心に洗浄流体給送口を配置している。
洗浄流体はヘッダー1を介して装置へ進入する。流体は各IGCPユニットのヘッダー1から、標準成型されて設置された分岐継手2を通って引き出される。IGCPユニット当り1つの継手2がある。各ヘッダー1は一般的に2列のIGCPユニットに供される。
各IGCPユニットへの給送口は90°回り、下方中央の給送分配器6の方へ向けられる。中央の給送管5はスポーク付きボス3を用いて中心に置かれ、ボス3は外側のリング4により適所に保持される。
洗浄流体の流れは円錐形の頭部をした中央給送分配器6により半径方向外側に給送される。給送分配器6の形状は、給送管5を分配器6に対して中心に適当配置し分配器がその周囲に洗浄流体を一様に分配するようなものとする。
線7は洗浄ユニットの流体が環状のすきまを横切って流動する際の、流体のおよその輪郭を示している。上方のまっすぐな線は、ガスの流れがオフにされたとき(すなわち凝固物のすすぎの間)の洗浄流体の流れを示し、下方の彎曲した線はガスの流れがオンの状態の通常の彎曲した流れを示している。
環状流の輪郭はこの場合5つの発射点で構成され、第1の発射点は分配器6から離れている。予見されるように多、少の発射点は、程度の差こそあれ構成要素の以下の様式を用いて配置できる。
必ずしもそうではないが一般的に外側筐体の各リング部品8は同じあり、ここから構成要素の製造が単純化される。
内側のコア部材9は分配器6の残余部分10の輪郭と同じ輪郭である。予見されるように製造の単純化のためユニットの一部または全部の輪郭は同一にすることができる。一方、一様に広がる流れの輪郭を維持してユニットを通る均一なガス速度を維持するために、部品9の細かな寸法は部分10の寸法とは幾分か違っている。予見されるように別の構成で、部品9と部分10との輪郭は同じにでき、また筐体のリング8は一様に広がる輪郭を作り出せるように調節できる。これは理想的である。このオプションは図32に示してある。図の右手側は筐体のリング8の多部品の形を示すが、漸減する輪郭と成型技術(上記セクション5.3で言及)との組合せであるオプションとしての単一部品の筐体34も可能である。漸減した輪郭は多くの場合、筐体のリングにコア部材を通過させることができる。一部の応用例では、連続するコアと筐体の発射点との間に大きな軸方向の張出しがあることはより重要かもしれないし、アイテム34の組立や撤回は可能ではないかもしれない。図3や図31に示したようなこれらの環境では別の筐体及び/または組立技術を必要とする。
予見されるように図3の部材9の下方でユニット当りもっと多くの発射点を作り出するために、1以上のさらなる対のコアと筐体リングが挿着できる。この実施形態では1つのアイテム9しか示していない。アイテム9はコア部材11の頭部に置かれ、コア部材11はスピナー部の中心を構成する。このスピナー部はこの実施形態では外側筐体13に含有される6つのスピナー羽根12を含む。11、12、13の全体は単独部品として成型されるが、予見されるようにこれらを個別につくって組み立て、個々の部品により接合したり継ぎ合わせることもできる。さらに予見されるように、アイテム11を1以上の部材からつくって単一部品に組み立てるか、または個々の部材をオーリングにしたり、一緒に継ぎ合わせることもできる。また、セクション5.3で議論した成型技術は図27に示す単一部品のユニットを創造するのに利用でき、各部品の個々のグループも製造組立ができる。
スピナーの下部に、内側スカート部品と中空の凹部14とがある。凹部14はガスと洗浄流体の流れがスピナー羽根12から抜け出すにつれて、この流れのために環状の鎮静領域を創造する働きをする。中空凹部は洗浄流体が中心の渦に近づくのを阻止してガスの出口に接近させ、さらにコア組立体の全体をナット15により一緒に保持するボルト止め手段やそのカバーを収容する。
ナット15はルーズアンカー板とベルビル(Belleville)座金、または控え棒16への一様な張りを維持する同等の手段を有し、暖機や冷却中にコア部材間のオーリングや同等のシールへの圧力を維持する。14の中空端部に封じ込めるドーム型キャップ17はナット15の蓋をする。この場合、キャップ17は、軽いコイルばねで固着されるオーリングにより適所に保持される。このコイルばねはナットと座金15の外側に配置されるが、ナットとキャップ17の中間でも可能である。
控え棒16の他端は、アンカー板18に溶接されたナットを使って頭部コア部材10に設置される。アンカー板18の頭部はこれに嵌着されたドーム型キャップを有して、樹脂混合物がアンカー板とナットをすっぽり包み込むのを防ぐ。こうして樹脂の内部構造に過剰な引張り力を与えずに不同膨張の作用を吸収することができる。
スピナー部の外側筐体13は、最小限の距離だけスピナー羽根の下方に延び、スピナー羽根のすぐ下に出現する直接の高い摩耗領域に適当な耐用性表面を提供する。この延長部はさらに次の耐用性リング19との接合個所を確実にこの高い摩耗領域から遠ざける。
耐用性リング19はサイクロン主体部分20の頭部に着座する。この部分の頭部は整形した肩部と位置決め耳21を持ち、耳21は取付リング22の頭部に位置し、取付リング22に封着されたオーリングである。取付リング22はパンチプレート23に樹脂接合されてこれに封止され、パンチプレート23はIGCPユニットを取り付けた主キャリア容器に封止される。このパンチプレート23は、一般的に各列のIGCPユニット間に配列される支え梁24により支持される。
サイクロン部20の下部に、清浄ガスを清浄ガス出口26に配送する渦ファインダー管25がある。全体の渦ファインダー組立体は、接合個所27を使ってサイクロン部25の端部に印篭装着される。
下部の環体体33の部分リング28は、そらせ板29が各リングの下側に沿って約35%回転方向に進行するように配置される。
洗浄流体の出口30は重力により回収管31に引き寄せられる。管30の外側には振動吸収リング32が設けられ、こうしてIDGCPユニットのこの端部での振動の結果としての管の外側の過度の摩耗が阻止される。
回収管31、IGCPユニット、パンチプレート、及びドレン回収管の全体の装置は一般的に全体のキャリア容器に配設され、汚れたガスは容器の頭部に進入し、清浄ガスはパンチプレート23の下の便利なところで容器の側部から抽出される。
容器の下方部分は、回収管31を介して流出する洗浄流体を受け取る。容器のこの下方部分は適当な貯蔵と再循環とのための容器を提供し、ここから流体はスクラバーの流体入口ヘッダーへ揚げ戻される。
こうした構成は図12に線図式に示してあり、この図を以下で議論する際に詳細に言及する。
図3aと3bは上記の細部を大尺度で示している。
図4は図3aに示してある同じ細部の側面図である。洗浄流体給送管は引出し鞍部41と一緒に部分(40)に示してある。右手の引出し鞍部は図示したIGCPユニットに通じ、左手のものは、図示したIGCPユニットの左に位置するIGCPユニット(図示せず)へ通じている。
各鞍部部材41は頭部と底部とに面取りした平坦領域を有する。底部の面取り領域はその対向する隣接領域と組んで平坦な表面を形成し、平坦表面はスクラバー給送液の管40を各リング47の頭部に静止した緩嵌カバー(図示せず)に静止させる。粉塵カバーはその中に孔を有し、孔はIGCPユニットの各リング47の頭部と整列し、これの入口直径と同じサイズである。一般的な粉塵カバーは図10に示され、粉塵カバーの構成に伴う給送管40と引出し鞍部41との一般的な構成は図6に示してある。
給送管42は各引出し鞍部41と、それに封止されたオーリングとに挿着される。給送管42はその中に蛇腹の構成を持ち、必要な動きあるいは不同膨張とその他屈曲や構造の公差との問題に関連する調節を提供する。
給送管42は側入口43を持ち、これはその開放端部が管40の流れに向くように方向づけられている。この方向づけは、ヘッダー入口から列の最後の給送管までのヘッダー管に沿う速度の一様な速度の減少にも拘わらず、各引出し口により引き出される均一な量の流体を保証する。
給送管42はIGCPユニット45に至る鉛直給送口に、現場で組み立てくぎ留めされる継手44により結合される。この継手は、螺合備品を必要とせずに現場での組立と分解のために固形PTFEから開発され機械加工される。この設計は、ねじ結合と有害な高温環境での腐食との問題を回避する。図7は入口の構成と継手44との拡大図である。図8は継手44の分解図である。
鉛直給送管(図8の87)は中心給送口ボス45とその支持スポーク46とにより直立して中心に保持される。スポーク46は、暖機と冷却中にスポーク46とリング47との間に示差運動をさせる可撓構成を用いて頭部筐体リング47に取り付けられる。この組立は図9により詳細に示してある。
耐温度及び腐食性の適当な可撓リング48はリング47外側の肩部に取り付けられる。相互のIGCPユニット(図示せず)にはこれらのリングが設けられ、これらがパンチプレートの取付け時に装置されるとリングは各IGCPユニット間の接触継目のすきまを埋める。リング48は各ユニット間の耐振動及び分離のための充填物として作用する。
リング47はその下の筐体リング(アイテム8、図3)に対して肩部49を使って静止しそれ自身を位置づける。肩部49はオーリングの形の必要な封止部材を組み入れている。この構成を用いて、下のサイクロン本体部材の上部(アイテム21、図3)までずっと、各筐体部品を下の部品に位置づけ封着する。
コアリングもまた、各コア部材に対して同じか似たような肩部50を使う同じ方法で互いの上に配置され互いに封止される。
半径方向内側の発射51と半径方向外側の発射52についての洗浄流体の段付き発射点もまた示してある。段付き縁部の輪郭は図5のアイテム60で詳細に示してある。段部の鉛直面は成型時に離型を容易にするため幾分先細となっている。段付き縁部60の角のある面は、コア部材の輪郭の上流傾斜面と同じの角度を持つ。
筐体リングの対応する段付き端部は同様に傾斜した面を持つ。
各段付き縁部のこれら2つの傾斜面の間のコーナーは、成型物の扱いやすさと強度のために、さらに渦巻からの最大効果と段付き端部内で元気づけられる滞流からの洗浄作用とを確実にするために面取りアール部を持つ。
この段付き端部の大きさは、洗浄作用の効力とこの高い摩耗領域の摩耗を十分考慮に入れることとの幾分かの折衷策である。一般的に段部は同じ奥行きと幅を持つべきで、これは環状体の外径の0.5と2.5%の間でなければならない。
段付き発射端部の最適の寸法に加えて、段部の相対的鋭さを変えることにより特定の状況下で得ることのできる多くの異なる利点がある。図5に、段付き発射端部にほぼ鉛直な面(実際はこの細部の成型を簡単にするため幾分傾斜している)があるのが示してある。一方、最適の機能のためほぼ鉛直な面は発射表面をアンダカットすべきである。面に滴下する洗浄流体の最小限の割合を達成する観点から、面と発射表面との間の角度はできるだけ鋭くする必要がある。部品挿着まえの偶発的な損傷、稼働中の残渣からの衝撃、及び一般的摩耗への強固さの観点から、角度は図5で引いた角度と同じである必要がある。段部の面と発射面との間の角度が約150°を超えると、段部の効力は損なわれ始める。
段部の下面の角度は、これが発射面と同じ傾斜を持つか、あるいは発射段部(から離れて)さらに下方に傾斜すれば、この角度の重要性は低い。発射面とこの下面との間の角度が発射面の角度から上に約15°あるいは下に約30°大きくなると、段部の働きは重大に損なわれはじめる。
アール部60の最適値は、アールがない場合段部の面の長さとなるものの0.5から1.0倍の間である。この長さの0.5倍より短いアールで段部の働きは損なわれ始める。この長さの約0.9倍より大きいアールで、有効な面の角度が重大に影響され始めるよりむしろ摩耗が生じる多くの余地はない。
図28は上記の全ての基準の実用的折衷策を呈する段部の設計を示している。この設計はさらに、発射縁部を流れの輪郭のコーナーのできるだけ近傍におき、a)発射で最大の流体速度を得、b)与えられた環状体の幅に対する発射点から流れ輪郭の遠方側までの飛行距離を最小にすることができる。
図5にも、段付きの、すなわち張出した接合部分の構成が示してあり、これを使って筐体とコア部品との間の全ての本体の接合個所は確実に最低限の洗浄がなされる。この段部すなわち張出しの幅は選択され、その特定の接合個所に関する特別な条件に適するようにされる。
オーリング継手と部品との一般的位置の詳細はそれぞれ62、65と63、64に示してある。留意されるのは、各部品とその下の部品との間は精密な公差で取り付けられ、コア部材の上部の水分配管(図3のアイテム6)がスクラバーの流体入口管(アイテム5図3)に対して適正に整列することを保証することである。
アイテム66は、コア組立体を共に保持するのに用いる中心控え棒(すなわちねじ切り棒)である。
図6は洗浄流体分配機構の一般的な詳細、並びにこの管機構を中に取り付けるのに都合のよい全体のキャリア容器の断片を示している。注目されるのは、この構成が容器の中でボルト締めされたりその他の形で締結された接合個所を伴わないことである。これは、螺子をボルトやその他ねじ留め備品に結合する結果としての保守作業の遅れを生じさせるはずがない。
容器部分72はフランジやその他適当な形の接合具70を介して隣の容器部分に、さらに接合具71のところで入来ガスの入口管路に接合される。
各ヘッダー管は、(フランジ付き継手などの)出口連結部74と入口連結部73とを有するように構成される。好ましくは出口の連結部は、フランジ(あるいは他の形の接合手段)間で締結されたレストリクター板を設けるべきであり、さらに管を通してキャリア容器の底部の再循環用リザーバに戻すべきである。レストリクター板は管の頭部にも底部にも小孔をつけるべきである。孔はIGCPユニットの入口へ揚送して戻される再循環に適合すべき篩い分け装置の、最も大きな開口サイズの少なくとも2.0倍にしなければならない。これはこれらの孔を詰まらせる全ての可能性を有効に阻止する。
上部の孔の機能はヘッダーに入るガスを自由に通すことである。底部の孔の機能はヘッダー管の底部に溜まる固体を継続的にきれいに洗い流し、これらを集積して一緒に凝結させたり管の壁面に凝固させないことである。
フランジ73と74間の個々の管は組み立てられて容器の壁部72となり、これらが確実に常にIGCPユニットに対して適正に整列するようにするべきである。
鞍部部材41(図4)の構成を75に示す。この構成は図10に示すIGCPユニットの配置に適した妥当なものである。IGCPユニットの充填物は特定の応用に適するように小さくにも大きくにもできることは明らかである。
図7はこれら鞍部部材と継手との構成を示す。これらは鞍部に取り付けられ各IGCPユニットを送り込む。明瞭のため、これら部品の附番は図3と4のものとは異なっている。
この明細では、粉塵カバー81の位置はヘッダー管83に接合された鞍部部材82の下に示してある。各IGCPユニット接合具への入口84、蛇腹部材86は、鞍部とIGCPユニット給送口との間の封止された接合部分のところの3つのオーリング85と一緒に示してある。3つのオーリングは、軸方向の動きと不同膨張とを吸収するに必要なだけ接合具がヘッダー管の鞍部を出たり入ったりして摺動できるように配置される。中心のオーリングは封止を与えるようにされる。外側のオーリングは遠くにあって粉塵と小砂の侵入を防ぎ、さらに蛇腹部が軸方向以外の動きをした結果として曲げひずみを受けたときはオーリングの配置を集中させる助けをする。
接続管84への入口が各鞍部82に挿着されると、IGCPユニットの給送管87は下方にIGCPユニットの給送口のボス45(図4の45)の上部に挿し込まれるようにされている。87の本体の下方と上方のオーリング93、94は、給送管87を86の外側端部のハブに封止する。
給送管87はこれの中へ機械加工あるいは成型される半径方向の給送口を有し、これは86を貫く孔と調和するように(くぎ88や別の孔90に挿し込まれる道具を使って)方向づけられる。87の入口孔と対向してプラグ部材89を挿し込むブラインドソケットがある。
このプラグ部材は2つの目的のために働く。第1にこれは蛇腹部86と入口84とを機械加工あるいは成型した孔を塞ぐ。第2にこれはブラインドソケットにより87に位置して、87を鉛直にも配向的にも位置させる。
プラグ89はそれからオーリング92を使って封止されくぎ88で適所に保持される。プラグ89の後部に孔91があり、これを用いてプラグ89を方向づけ、くぎ88の孔が正しく揃うようにする。
分解には、くぎ88や適当な道具(例えば細い棒やねじ回し)を用いて、孔91をプラグ把持手段として使いながらプラグ89を引き抜くことができる。
同様に、給送管87も孔90を使いながら同じ技術を用いて引き出すことができる。
明瞭のため、図8はIGCPユニットを構成する部品の分解断面を示している。図7と同じ附番が使用される。
図9は給送口のボスとその支持リング(図4のそれぞれ46と47)との好ましい配置を示している。明瞭のため、図9の参照番号を以下のようにする。給送口ボスは中央のボス部材102から構成され、これにスポーク101が成型される(この場合は4本だが、2、3あるはそれ以上も受入れられる)。これらのスポークは孔108を用いてリング107に取り付けられる。
エラストマー充填材が半径方向のすきま106を埋めずに、すきま105に挿入されるようにこれらの孔を配置する。すきま106を充填しない理由は、すきま105の充填材のエラストマーの特性が、スポークをしてリング107より大きな割合で始動時に膨張させ冷却時に収縮させて大きすぎる応力をリング107に加えないようにするためである。この特性は、IGCPユニットを入来するガスの温度が比較的周囲に近い状況で用いる場合は不要である。一方、焼結オフガスを伴うような状況で、比較的単純な耐熱性成型や注型を利用する場合は、この特性は重要であると思われる。
リング107の彎曲110は中央ボスの四方へ、また洗浄流体分配円錐体(図3の6)へとガスの最適な進入方向を提供するように具体的に構成される。同様に彎曲111の形状は必要な輪郭を創造し、「ガスオフ」状態の間とタイプa)の給送口構成について述べた通常の作動状態の間とに洗浄流体の流れを受け取るように構成されている。
肩部109は、エラストマー間隔子と振動吸収リング(図4の48)を取り付けるところである。
コーナー112は、第1の筐体リング(図3の8)への必要な耐摩耗性の張出しを作り出すように配置される。差込部材113は、この部材と第1の筐体リングとの間のオーリングシール(ここでは図示せず)を閉じ込めるように配置される。この差込口はまた筐体リングの外側に対して厳密な公差の嵌合を得て、全体のIGCPユニットがその中で整定できるようにされる。
示差的な成型収縮と熱処理収縮との作用に打ち勝つことができるように、中心のボス102はその中心に配設された機械加工可能なインサート103で成型できる。これにより構造物にあまねく(103を除く)使用される、標準的な熱、化学物質、及び摩耗に耐える調合が可能となり、エラストマー充填材105を挿入すれば、給送管の孔はその心出しのため差込口113の位置決め面を使ってくり明けることができる。
図10はルーズカバーを示している。これは全てのIGCPユニット上で適合し、相応にあり得る多くの粉塵がIGCPユニット間のすきまに接近するのを防ぐ働きをする。これは保守を支援するためである。カバーはさらに、スクラバーの流体入口ヘッダー管が静止できる平坦な表面を提供する。カバー118の孔119は、これらが各IGCPユニットへの入口と整列するように配置される。
図11はパンチプレートに取りつけた支持リングを示す。支持リングは各ICGCPユニットを支持し、IGCPユニットがパンチプレートに、そしてここから主キャリア容器にも封止されるようにできる。各IGCPユニットの下方の耐用リング19はサイクロンの排出管本体20の整形端部21に着座するとともにこの端部に封止されたオーリングである。この整形端部21は2つのオーリング35を使って支持リング22に封止される。各支持リングはパンチプレート23に組み立てられてこれに封止される。
この断面図ではパンチプレートは非常に細いが、これはもちろん個々の円形の支持リングの中間の床面積の残部を占める。設計と、これらリングのパンチプレートへの取付はそれぞれ図17及び18に示してある。
パンチプレートは、パンチプレート23の下側に組み立てられる支持梁24により支持される。このパンチプレートと支持リングとの全体の組立体の厳密な公差の構築を可能にさせるためのこれらの梁を適応する手段は図18に示してある。
図12は、この明細書で言及されるキャリア容器内の全ての構成要素と装置との断面構成の線図である。粉塵カバーの位置は120に示してある。121は主ガス入口ダクト内側の検査とアクセスのためのカバーである。このダクトは上部から到来するように示してあるが、全体のプラントのレイアウトが要求すれば、これを側面から到来するように配置できることは明らかである。
スクラバーの流体給送ヘッダーと個々の給送管は122に示してある。
キャリア容器は、洗浄流体給送ヘッダー(図6)と、パンチプレートと完全な一式のIGCPユニットとを備えた次の下方部分(図25)とを有する容器部分と;パンチプレートのドレン管(図23)と;を単一のユニットとして持ち上げることができ、また代替の完全なパッケージを単一組立体として引き下げることができるようにされる。この単一の物体を洗浄流体出口の各連結部に対して各排出管からその正しい方向に案内できるように、案内柱123をキャリア容器の結合フランジ(あるいは他の結合手段)に密接に嵌合してある。この一体の組立体の外側には位置決め出張りもあり、これが組立体を洗浄流体の入口管路に対して方向づける。
これらの案内柱やその他の手段はさらに上方下方の通路(138)を支持する手段としても使用される。これにより外部の管路や基本施設を邪魔することなく全ての必要な連結部を作りまた取り外すことができる。
これらの同じ案内柱はさらに、古いものの持上げと代替品の取込みのこうした作業のあと、交換されるガスの入口管路と拡張フードとを位置決めさせる働きをする。
この設計のこの全体の機構と集積された性質は運転停止時間を最小にできるようにされている。予見されるように容器のIGCPユニットの全体は交換できるようにするべきで、全体の容器はこの構成を用いて交替期間内に再度ラインに戻されるべきである。
1つのIGCPユニット部分に接触するガスと洗浄流体との位置は124に示され、別のユニットの渦ファインダー領域は125に、126の他のユニットからのガスの出口と一緒に示される。
127に緩い取付の床プレート(図22)を支持する床部支持梁が示される。床プレートはドレン管132とパンチプレートドレン管133(図23)への通路を提供し、またこれらによる支えももたらされる。これらの管は使用した洗浄流体を各IGCPユニットの排出管からキャリア容器の下部へ流出させる。
容器のこの下部での洗浄流体の通常の液体レベルは128に示してある。再循環ポンプへの洗浄流体引出し管は129に示してある。
一般的な容器支持の構成は130に示してあるが、使用可能な多数の異なる支持方法がある。
1つのIGCPユニットのサイクロン部は134に示し、IGCPユニットのパンチプレートの支えは135に示してある。
136にパンチプレートの上部を満たす洗浄流体の供給口の位置を示す。
低温の洗浄流体のこの供給は多くの仕事を実行する。第1に、これは全てのIGCPユニットとパンチプレート支持リングへのこれらの取付部との間の気密封止を保証する。第2に、これは熱いガスが洗浄されると粉塵カバーの下の構造物のこの領域を低温に保持する。これはパンチプレートとその支えとの中の熱による歪みの問題を回避する。これはさらに低温能力の樹脂をこれらの部品の構造に使用可能とさせる。これによりコストに重大な効果を得ることができる。
137にスクラバー流体の、給送ヘッダーへの1つの入口が示してある。
図13、14、及び15は排出管の渦ファインダー領域の構造と構成の細部をより詳細に示している。これらの細部はさらに耐摩耗性の材料や仕上げが要求される位置を示している。全て3つの図面では同じ部品の附番が用いられる。
サイクロン部20は差込口やその他の形状の接合個所27で渦ファインダー組立体に結合される。渦ファインダー管25は26の部分屈曲部を通して放出し、25と20との間のすきまは環状部分33を形成する。リング28はこの環状部分に対して方形端部を形成し、この端部は使用された洗浄流体をガスから分離して管30を介して放出する。
この分離を達成するために、一部の伴流ガスを有した洗浄流体は、リングの下の空間へと環状リング部材28間のすきまを通過する。ここで(そしてリングの下の環状空間内)半径方向のそらせ板29(リング部材28の下の環状体の全幅に亘って突出する)は、洗浄流体と伴流ガスとの回転運動を停止させる。洗浄流体は底部に落ち、管30を介して退去する。
図14の部分AAは1つのリング部材28の端部の下の半径方向充填部材を示している。この充填材料は、ガスの出口26の周りに形成されリング部材28の下の環状のすきまを遮断する傾斜した端部プレートとの間のすきまを閉塞する。この充填材料(部分AAに図示)は、出口26と傾斜端部プレートとで形成される一様でない環状空間が渦ファインダーの働きを狂わせないようにする。
図16はIGCPユニットのサイクロン部の本体(図3の20)の細部を示している。ここでは本体をアイテム200として言及する。201は支持及び位置決め肩部である。この肩部の左手側に三角形の位置決め部材202があり、これはこの設計で成型/機械加工後に接合できる部材として示されている。その他の取付手段も同じように適応できるだろう。この位置決め部材の機能は、これがスクラバーの流体出口管(図13の30)と整列することである。これは次にパンチプレートに取り付けられた支持リング(図17の213)の上部の孔と整列する。図18は、これらの孔のそれぞれが全体としテーパンチプレートにどう整列させるべきかを示している。この詳細図の結果として、標準的なIGCPユニットはパンチプレートのどんな位置にでも置くことができそれを特別に整列させる必要はなく、また洗浄流体の出口管も自動的にそのそれぞれのドレン管と整列する。
図16の204にサイクロン部の本体の外径が示されている。これは本体が接合個所27(図13)に嵌合できるように適当に機械加工され/仕上げられて、接合個所27の外径を大きくさせすぎずに本体が支持リングを介してらくに嵌合した状態が示してある。
支持リング(図17)の肉厚構造の主シリンダー210は、その内側表面に適当に必要なオーリングシールをつくるように仕上げられる。テーパ付きの肩部211は、IGCPユニット本体の外側のオーリングが210の細い穴を摺動するようにテーパに適当なリードを与えている。212の直径は、IGCPユニットが容易に支持リング進入できるようにされ、またオーリングが孔213を通過するときオーリングが損傷しないようにされている。
図18は、支持リング(図17)と普通のGRPレイアップ(lay up)技術とを用いテーパンチプレートを創造するのに使用可能な治具の好ましい構成を示している。治具は、各リングを載置するディスク221(232で断面を図示)を有している。各ディスクはしるしを付けられ、位置決め孔(図17の213)の所要の整列を同定する。ディスク232に加えテーパンチプレートドレン管の各様式に合ったディスク222と223もある。ドレン管A(222)は普通のレベル調製のためにあり、ドレン管B(223)は、例えばスクラバーの流体ヘッダーが破壊するという場合に緊急時のドレン流量を提供する。これらのディスク222、223は、GRPの層の中に孔を形成できるようにディスク232より厚くすることができ(側面図の拡大部分に233で表示)、GRPの層により管280(図23)が挿着され次にフランジ286(図23)を適所に樹脂接合することができる。
治具基板220はその周りにGRP層を含む円形リング228を有し、これよりキャリア容器にきちっと嵌合する円形板が創造される。
図18の細部Xは、支持梁を正確に位置決めして適所に保持しながらパンチプレートが成型され硬化すると、これの下側に梁を接合する機構を示している。225に4つのキャリアリング位置決めディスクの輪郭を示し、227に支持梁が占める相対位置がある。パンチプレートを成型する治具の表面上部は、支持梁の位置のそれぞれ1つの側部226でそれに穴明けされた一連の短いブラインド穴を有する。これらはパンチプレートの下側で短いくぎを与える。
プレートが形成され硬化すると、プレートを型から取り外して逆さにする。離型剤を各支持梁の領域で除去したあと、これらのくぎを使って各梁を正確に位置決めできると同時に梁を適所に接合する。
この細部は非常に細い梁の使用を可能にする。これにより最大数のIGCPユニットを一定の大きさのキャリア容器に挿着することができる。
図19は、多部品組立体を用いる際にIGCPユニットの各コア部を適所に保持する控え棒の固着のための好ましい構成を示している。全ての部品の正しい整列を達成するために、これらは心合せ治具上で逆さまに組み立てられる。この治具は中心給送口ボス102(図9)の穴に嵌まる筒を有し、ボスを、そしてそこからリング107(図9)も位置決めする。この筒はさらに円錐体6(図3)の端部を位置決めして心出だしする。全ての他の部品はそれから互いに積み重ねられ、次にプレート244が控え棒に嵌着され、続いてベルビル座金(もしくは同等物)245とナット246とが適切に配置される。
カバー部材248をばね247の頭部に挿し込み、下方に強く押してオーリング249を挿着する。そうするとカバーが後に摺動してオーリングを捕らえ中空端部250の内側端部243をスピナー部のコアに封止することができる。
矢印241は組み立てられたコアの中空内部領域242を示し、242はスピナー部コア部材のすきまの穴を示す。
ナットをきつくすると外側筐体部材は、一旦IGCPユニットが組み立てられると個々のユニット間のすきまに常駐するようにされる紐かクランプを使って一緒に縛るか締結することができる。
これら同じクランプもしくは追加のクランプはまた各キャリアリング(図17)の外側の適当な備品上に置き、各IGCPユニットを適所で締結しパンチプレート上で直立できるようにすべきである。
図20は控え棒263の上方端部を固着するための好ましい構成を示している。ナット266をプレート265に溶接し、成型キャップ264をそれに取り付けてナットの上とプレート265の上のすきまをつくる。スリーブ267は控え棒に沿って取り付けられ、内側の輪郭262を形成する成型部品に挿し込まれる。上部コア部材とスクラバーの流体分配器260は、オーリングシールの溝と位置出し面261も含めて成型することができる。
型を離す際はスリーブ267を引き離し控え棒を緩めて、それとキャップ264の内部との間のすきまをつくるようにすべきである。控え棒はスリーブ267が残したすきまを使って260に樹脂接合すべきである。
図21はスピナー羽根の形の内側と外側の輪郭を表しており、これで最適に近い回転を達成しながら十分な耐用性と成型性との特徴を保持する。
図22は、ドレン管とパンチプレートとの支えを組み立てて支持する床プレートと支持梁との構成を示している。プレート270は緩着されて全体の床面積を覆っている。これは梁271に支持され、かつ床を通過する必要のある多様なサイズのドレン管272に適するように切り込まれた穴を有する。図示したこれらドレン管のサイズはもっぱら表示のためで、名目4メーター直径のキャリア容器の代用である。
プレートと支持梁とは、支持リング274に成型された鉛直面やこれらの同等物を使って容器壁部273に支持される。矢印275は、容器のこの部分をIGCPユニットを収容する部分へ結合する容器結合フランジを示す。276は容器のための格好のリング梁支えを示すが、その他の容器支持手段も使用できる。277は容器のこの部分からのガス出口の連結部である。
図23はドレン管の2つの形を示している。管280はフランジ286を使っテーパンチプレートに取り付けられこれに接合される。これは下方部分282に装着される連結器281を有し、そのオーリングは管280に封着する。
両タイプのドレン管は管の外径に組み込まれた肩部283を以下のような位置に、すなわちコレット部材284がプレート270(図22)の穴に挿着される際、管282と288とが正しい高さに支持され、これらの開放端部285がキャリア容器の底部でスクラバーの流体の下に沈むような位置に所持する。
管288の場合は、単に管を下方に下げて床部に静止させながらIGCPの排出管を検査、修繕、その他なんでもできるようにフランジ289が設けられる。連結器の外径が同様の機能を与えるに十分大きくなければ、同様の肩部を282に取り付けることができる。
図24は主キャリア容器290の下方部分、通路291、案内柱292、ガス出口ダクト295、及び1以上のキャリア容器が特定の仕事に要求される場合の格好の隣接キャリア容器とその相互連結通路296を示している。
図25は、主パンチプレート支持体を組み込んだキャリア容器の一部の一般的な細部を示している。主容器の壁部142は相互結合フランジもしくはその他適当な接合手段を140と141に所持する。パンチプレートを洗浄流体で満たす投入用連結部は143に示され、パンチプレートの支持リングとその支持梁とは144に示される。2つの投入端を示したが、これは必須ではない。必要とされる全てはプレートを横切ってドレン管に至る相応に一様な流体の流れ、理想的にはこれらの給送口と正対すべき流れを達成することである。
図26は、一般的なガス浄化工程の特徴的なプロセス流れ図を示している。301はガス入口ダクトを表し、302はクエンチングや洗い流しの噴霧液体を、それが必要であれば追加的に供給する。留意すべきは、粉塵の凝結が潜在的問題である場合はこの連絡は使うべきではないことである。
303は個々のIGCPユニット給送口304へ至る主給送ヘッダーを表す。IGCPユニットは305に線図式に示され、満液式パンチプレート306に取り付けられている。各IGCPユニットのスピナー部は307に、サイクロン部の排出管は308に、渦ファインダーの液体ドレン管は309に示される。
310は一般的な4つの渦ファインダードレン管を線図的に示している。これは1つのドレン管311に通じ洗浄流体320の再循環水リザーバに至る。312はパンチプレートのフラッディング入口へ至る供給口を表す。315は再循環ポンプ314への給送管を示し、これが今度は戻りヘッダー管313へ給送する。
同様に、316は固体の給送管を指し、負った塩類はキャリア容器から浄化する。給送管316はポンプ317へ通じ、そしてここから管318に沿って廃水処理や下流での処理が必要なところへ通じている。319はキャリア容器の固体密集領域を指し、321は1つのドレンポイント322からの1つのパンチプレートドレン管を示し、323と324はそれぞれスクラバーの流体補給の連絡と試薬投入の連絡とを示す。
洗浄されたガスは、1以上のダクト325を介してファン326と出口ダクト327へ至り排出用煙突328へ、もしくは洗浄されたガスを転送するところへ退去する。
図27は図4と同じ細部を示すが、注型及び成型の技術から潜在的利益を最大限に活用することをセクション5.3で言及した。附番は図4に使用したと同じ附番を指し、追加的番号を加えている。51と52は今度はこれらの成型技術を使用して製造できる発射段部の形を指している。これは普通の再使用可能な型を使って成型しても正当に製造できないものである。これらの段部の細部は図28の拡大細部により示してある。
図27にはさらに単一の成型部材が示してあり、これは頭部リング47の主要な輪郭をオーリング継手と位置決め差込口の細部58とに至るまで下方にずっと組み込み、ここで59として示したサイクロン部の頭部に嵌合させる。
この構成により、全体の筐体部54はスピナー羽根(図3の12)を介して単一コア部材と液体給送分配器55とに接合される。このコア部材を1つの一体成型物として創造した結果、繋ぎのボルト止めは要求されず、スカート57内側の中空コアは今や56のユニットを通り事実上液体分配器の下側までずーと広がることができる。このことは現場の活動を大いに単純化するだけでなく、コアと筐体との整列問題が完全に解決されかつ成型中に永久に固定されることもまた保証する。
この構造は成型にはより複雑だが、多数の具体的かつ不可欠な公差領域を除去し、さらに幾分軽少な製品を創造するのもまた明らかである。
図29に、図27に示したと同じ構造コンセプトが示してあるが、成型物内の肉厚部分の相応の最大限の量は取り除いてある。これは型の形成と成型工程とを少し複雑にするが、しかしいっそう軽少の構造物と、熱の循環にさらに耐える製品とを創造する。
図30は一般的な2発射点のコア部品と、それを型に取るために用いる型構成のタイプを示している。部品は主摩耗領域(10としるしを付けた矢印で表示)が下方外方に面するように逆さまに成型される。
15と16に、この部品をIGCPユニットに封着する際、この部品を位置決めしてその隣接部品に封着できる一般的な位置決め差込口、ソケット、及びオーリング面を示してある。これらの領域の両方とも高精密で高品質の表面仕上げを必要とする。
筐体1の中心コアはプラスチックフィルム(テープとして使用)により、もしくは薄膜の収縮包装プラスチックを使ってスリーブをはめることができる。また、好ましくないが普通の離型剤も使用できる。
この中心コアは、面16の細部を機械加工した円形の底板2に取り付けることができる。この図では位置決めと取付とのためにソケットヘッドねじ3を用いているが、任意適当な手段も使用できる。
底板2は差込リングやその他強靭かつ堅固な取付手段5を有し、これにより底板2を2以上の部材の型の本体4の中で位置決めし保持することができる。この型の本体は整合のため一緒に楔止され、紐やリング6を使って固着される。
組立のこの段階で、樹脂が豊富で微細な充填材の混合物を11に投与して必要な微細細部16を創造する。次に摩耗と衝撃とに最大限抵抗する混合物を層状に領域12に挿入し、圧縮して良好な表面仕上げにして全ての気泡を駆逐する。
型4の上部寄りのある点でこの混合物12の給送を停止し、型の上部を掃除して型7の次の部分を追加し紐やリング8を使って固着する。図14に示したような差込とソケットの手段やその他適当な手段を使って、型7を型4へ設置する。
筐体(13)の次の領域は大いに減じられた摩耗と衝撃との効率を得る。これはまた気泡の逃げを阻む比較的平らで傾斜の十分でない上部表面を有する。したがって領域13の混合物は低い耐摩耗性と高い加工性を持たなければならない。これは大量の樹脂容量か、あるいは微細充填材へ至る別のコースの混合を使って達成できる。多い樹脂容量は普通の解決法だろうが、これらの部品は熱の循環に左右され、また13の材料は12の材料と同じように振る舞わなければならず、さらにこれは12と同じ比率で熱を伝えなければならない。
したがって12と同じ高い充填材含量を有し妥当な表面仕上げと空気の排除とを生み出す十分な加工性を伴った、13のための折衷的混合物が要求される。
狭い部分に来ると混合物と17へのその充当は、再び12に使用したと同じ混合物に変化する。
次に型7とリング8とについての同じやり方で、型9を充当しリング19により適所に保持する。それから領域18を、13に使ったと同じ混合物と技術とを用いて充填する。
混合物18は生成物のコア部材15の上部から1−5mm低いレベルまで充当する。この点で、後で機械加工されて輪郭15を創造できる新しい調合物14を充当する必要がある。混合物14は輪郭15の少なくとも3乃至4mm上のレベルまで充当し、充填に伴い舞い上がる気泡が輪郭15のすぐ上の点までしか上がらないようにする。
上に述べたことは一般の成型技術に適応する。一方「ロストワックス」型の技術もまた使用できる。この技術はもっと複雑な形状を創造するのに使用でき、概ねスピナー部に必要とされる。
上の例では、発射点へ至る段付き縁部は分割された外側の型を使って成型することができる。一方、対応する筐体リングや一群の筐体リングについては、この輪郭は個別の型のインサート、コラプシブルなコア、ロストワックス技術のいずれかの使用を必要とする。この環境において、コラプシブルなコアはこれらのコストを正当化できる道具寿命を持つとは考えられない。したがってロストワックス法が最適であると思われる。
Derakane 470 Turbo樹脂は高温の後熱硬化を要し、これを連続的な段階で実行する必要がある。特に最初の段階で、成型された製品の寸法の安定性は十分ではないが、従来の離型剤では、後熱硬化中の離型剤の移動は普通である。このことは製品を型の中/上で後熱硬化する場合、離型の問題に立ち至る。一部が第2及び最終の後熱硬化の段階に加熱されるまで溶解しない「ワックス」の選択により、重大な(形状の観点から)最初の後熱硬化中に、製品は形状を保持することができる。
このコンセプトはしたがって、上記の方法論と一連のロストワックス部品、さらに一連の外側の分割型とを使って全体のIGCPユニットを単一の成型物として創造することができる。
図31はこのことを達成できる潜在的方法を示している。
全体のIGCPユニットは、中心給送分配器の円錐体1を抜かして逆さまに成型される。この特徴は後熱硬化の歪みを吸収させるために必要である。そうすれば円錐体の先端が中心となり、この給送分配器の発射段部が筐体部分3の内側の受取りアール部と正しく整列する。この給送分配器1は個別に成型でき(給送口ボスやそのスポークのように)、完全な後熱硬化が生じれば正確に位置決めされて適所に樹脂接合される。
型は適当な基部2支持され、基部2の中に給送口ボスのスポークのための切欠き4を含む筐体3の上部輪郭が機械加工される。基部2に全体の組立体を心出しする中心棒5が堅固に取り付けられる。
成型は基本的に図30について述べたように進行し、領域3が一部満たされると第1のロストワックス部材9が挿入される。この場合、特定のシールやその他作り出される面はない。したがって樹脂と細粒とが豊富な投入量は必要ではない(図30の11)。
次に型充填の進行と同時に、外側筐体の分割された型7を追加して紐やリング8で固着する。ロストワックス部材6がこれに続く。
次に充填はコア部分と筐体部分とで始まる。
それからロストワックス部材11が加えられ、分割された型12が続きそれにロストワックス部材13が続き、次にコア部材14が、続いて15が続く。
操作はそれからスピナー部の始まりまで同じやり方で続く。6もしくは8枚の羽根16は、各羽根の間で6個や8個のロストワックス充填部材17を組み立てて作る。これらは最後の環状体18のロストワックス部材18の頭部に溝を作ってこれらを位置させ、スピナー羽根の末端縁部の上に紐かリング19で固着される。
スピナー羽根が完成すると、耐用リング部分の内側と環状スカートのロストワックス部材20の頭部とが挿着される。これは多くの小さいタンディッシュ供給口と通気孔21とを所持することができ、樹脂が豊富な材料を使ってスカートの頂縁部を創造することができる。
外側の耐用スカートはそれから頭部まで成型を継続し、オーリング面22は図30の面15について述べたと同じやり方で覆われる。
ディスク23はロストワックス部材20の上部を位置決めする働きをする。
最初の硬化が生じると外側の分割筐体は取り外すことができ、全体のユニットが後熱硬化できる。この後熱硬化は最初はワックスの融点より下の温度にし、それからこの温度で完全に硬化したら、約180℃であるいは所望の温度にする。この第2の硬化中にワックスが溶け出し、取外しと再使用とが可能なリング19が残される。
図32は、比較のため図の左手側の単一の取外し可能な筐体部材34を右の多数の積み重ね筐体リング組立体8と対比して示している。さらに左には、コア部材(9)の輪郭をユニットの高さ全体に亘って一定に保持しかつ筐体34を漸減することにより、必要なテーパ付きの流れの輪郭がつくられている。ユニットの外側に創造できるテーパの大きさは左のエラストマーリング35の幅により、右手の構成に必要なそれと対比して明瞭に示してある。
図32の右手側には、筐体リング8を一定に保ちかつ多様なサイズのコア部材9、10を所持することにより必要なテーパが作られている。この右手の構成では、IGCPユニットは1コア、1筐体リング、1コア、1筐体リング、等々、を基本として組み立てかつ分解せねばならない。一方この態様では、単一の筐体34は中心コア全体に亘って摺動することができる。これは掃除、目盛りの除去、及び摩耗の査定を単純化させる。
セクション5.3で言及した成型技術をいつ活用するかをここでは示さないが、耐用リング19はスピナースカート部分13と一体に製造できる。
諒解されるようにクレームで請求した本発明の範囲あるいは精神から逸脱することなく、方法と装置とを他のオフガスや粉塵の放出に適用するなど、細部における多くの変型は可能である。
IGCPユニットを組み込んだ1%スループットのパイロット部分の線図である。 IGCPユニットを組み込んだ25%スループットのパイロット部分の線図である。 IGCPユニットの、中心に配置したスクラバー流体給送口を示した断面図である。 IGCPユニットの、中心に配置したスクラバー流体給送口を拡大して示した断面図である。 IGCPユニットの、中心に配置したスクラバー流体給送口を拡大して示した断面図である。 IGCPユニットの、図3aに示したと同じ細部を示した側面図である。 段付き縁部の輪郭図である。 全体のキャリア容器の詳細断面図である。 IGCPユニットの一般的なスクラバー流体給送ヘッダーの断面図である。 IGCPユニット流体給送口の鞍部と接合部材の分解断面図である。 給送口のボスの入口構成とその支持リングの断面図である。 IGCPユニットの粉塵カバーの平面図である。 パンチプレートを取り付けた支持リングの正面図である。 キャリア容器内の構成における部品と装置とを示した断面図である。 排出管と渦ファインダーとの領域の長手方向断面図である。 排出管と渦ファインダーとの領域の断面図である。 排出管と渦ファインダーとの領域の断面図である。 IGCPユニットのサイクロン部の本体の詳細図である。 支持リングの輪郭図と正面図である。 パンチプレート製作用の治具の配置の断面図と詳細平面図である。 IGCPユニットのコア部分に対する控え棒の配置を示した長手方向正面図である。 控え棒の上方端部をスクラバー流体分配器の目標部材へ取り付ける方法を示した部分断面正面図である。 スピナー羽根を内側と外側の輪郭で示した図である。 床板、支持梁、プレート支持リング、及び管支えとを組み込んだドレン管機構の平面図と断面図である。 2種類のドレン管を示した部分断面である。 通路、案内柱、ガス出口ダクト、及び相互連絡通路を持つ隣接のキャリア容器も併せて示した、キャリア容器の下方部分の正面断面図である。 主パンチプレート支持体を有する構成におけるキャリア容器の部分図である。 ガス浄化工程の特徴的なプロセス流れ図である。 上記の装置、追加の装置、及び上記装置を製作する装置との多様な態様を示した図である。 上記の装置、追加の装置、及び上記装置を製作する装置との多様な態様を示した図である。 上記の装置、追加の装置、及び上記装置を製作する装置との多様な態様を示した図である。 上記の装置、追加の装置、及び上記装置を製作する装置との多様な態様を示した図である。 上記の装置、追加の装置、及び上記装置を製作する装置との多様な態様を示した図である。 上記の装置、追加の装置、及び上記装置を製作する装置との多様な態様を示した図である。
符号の説明
1000 パイロットプラント
1001 汚れたガスの流れの給送ライン
1002 スクラバー容器
1003 水ノズル
1004 乱流生成器
1005 水タンク
1006 液体環状排出ポンプ
1007 煙突
1008 水ポンプ

Claims (56)

  1. 比較的微細な微粒子を第1の物質から第2の物質を用いて除去するのに使用する装置であって、流れの輪郭で流路を画成する複数の段部を有する静止した、並流接触の混合器部を含み、第1と第2の物質とのために、少なくともいくつかの段部が、彎曲の有効中心を流路の一方の側に置くほぼ彎曲した流路を画成するように整形された装置において、各隣接する段部は彎曲の中心を流路の反対側に有して隣接段部の間に屈曲点を与え、これにより物質が隣接段部間の混合器を流れ通るときに、第1の物質に存在する粒子は第2の物質中を最初は一方の方向へ次にほぼ反対方向へと移動して、第1と第2の物質間の界面相互作用を促進し、そして流路は、少なくとも2つの隣接する段部間に屈曲点寄りに縁形成部が設けられることで特徴づけられ、その結果1つの段部の彎曲流路の外側の第2の物質の、縁形成部から隣接段部の彎曲流路の内側までの比較的高速度での発射が強化され、かくして第1と第2の物質間の接触が強化されることを特徴とする装置。
  2. 請求項1に記載の装置において、第1の物質はガスであり、第2の物質は洗浄流体であることを特徴とする装置。
  3. 請求項2に記載の装置において、縁形成部は、縁形成部に対してほぼ垂直な面により段を付けられ、洗浄流体の発射を強化することを特徴とする装置。
  4. 請求項3に記載の装置において、段付き縁形成部には段部に続いて出っ張りが設けられて第1と第2との段部を画定し、第1と第2の段部は第1の段部のすぐ下でガスの小さな滞流を元気づけるように配設され、第1の段部は、段付き縁部に沿う洗浄流体の下方への滴りが第1の段部を離れるとき、これを主な流体の流れの下側まで向きを戻させ発射された洗浄流体とガスとの間の接触を最大にすることを特徴とする装置。
  5. 請求項4に記載の装置において、段付き縁部は面取りアール部を有して、渦巻からの最大作用と、段付き縁部内で元気づけられる滞流からの洗浄作用とを保証することを特徴とする装置。
  6. 請求項5に記載の装置において、段部は段付き縁部に対して同じ奥行きと幅とを有することを特徴とする装置。
  7. 請求項1に記載の装置において、混合器部には各屈曲点寄りに縁形成部が設けられることを特徴とする装置。
  8. 請求項7に記載の装置において、流路は、大量の洗浄流体からの洗浄効果を強化するために、発射された洗浄流体の最大限が流れ輪郭の反対側の当着領域で捕らえられてから次が発射されるように、各発射の角度と位置との両方を流れの輪郭の次の形状と、流れ輪郭の調整された方向転換とに適応させて構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  9. 請求項8に記載の装置において、流路の流れ輪郭は、発射された洗浄流体とガスとの接触を強化するために、大量の洗浄流体の発射位置が実際上各内側彎曲の始まり寄りにあるように、段部を各内側アール部の出だし寄りにして構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  10. 請求項2に記載の装置において、流路の流れ輪郭は、発射された流体とガスとの接触を最大にするために洗浄流体がほぼ単一の、平坦な流体の層として発射点から離れ、これにより確実に最小限の液滴しか先に離れた液滴の投影内に放出されないように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  11. 請求項2に記載の装置において、流路の流れ輪郭は発射された流体とガスとの接触を最大にするために、大量の洗浄流体が流れ輪郭の遠方側に到達してから別の側の洗浄流体が次の屈曲部の始まり寄りの発射位置から放出されるように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  12. 請求項3に記載の装置において、流路の流れ輪郭は段部に至るリード部の角度と、ほぼ軸方向に配置した真っ直ぐな部分を流れの輪郭に導入することとにより、対向壁面に到達するときの洗浄流体が進入度ゼロの進入角で到着して表面の膜の中の液滴のエネルギーの回収を最大にし、したがって当着領域での摩耗を最小にするように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  13. 請求項3に記載の装置において、流路の流れ輪郭は、ほぼ軸方向に配置された真っ直ぐな部分を流れ輪郭に導入することにより、当着領域から次の発射点までの距離を減じ、流体の当着速度に対する粘性抗力の連続作用を最小にするように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  14. 請求項3に記載の装置において、流路は、外側環状体に対して使われる発射角度についておよそ3°と10°の間広がった発射角度を持つことを特徴とする装置。
  15. 請求項3に記載の装置において、流路は、内側環状体を下るガスの速度が外側環状体を下る速度に対しておよそ5と25%の間速くなるように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  16. 請求項3に記載の装置において、流路は、外側環状体への発射用の洗浄流体を集める屈曲部を、この屈曲部と次の発射点での洗浄流体の液滴の衝突と膜の速度とが外側環状体の対応する点におけるより激しくないように構成し寸法決めしたことを特徴とする流れ輪郭を有することを特徴とする装置。
  17. 請求項3に記載の装置において、流路の流れ輪郭は、各内側環状領域からそれぞれそれに続く外側環状領域に至る流れ流路部が、内側環状領域の余分な速度エネルギーの回収を最適にして外側環状体の圧力エネルギーに戻すように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  18. 請求項3に記載の装置において、流路は大部分の液滴の当着領域の下流に流れの輪郭を有し、流れ領域はほぼ一様に次第に大きくなる一方、比較的一定の流れの方向を維持し、外側環状体の発射点の前で、またガスの流れが関連して方向転換する前に外側環状体の実質的流れ領域の部分を実現させることを特徴とする装置。
  19. 請求項3に記載の装置において、混合器部は0.05ミクロンより小さい粒子サイズの90%を超える除去効率を達成することを特徴とする装置。
  20. 請求項2に記載の装置において、ガスは近年の高性能焼結プラントからの廃ガスであることを特徴とする装置。
  21. 請求項2に記載の装置において、混合器部には洗浄流体の入口が設けられ、洗浄流体の入口はガスの相対的断熱クエンチングを与えるように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  22. 請求項21に記載の装置において、ガスの断熱クエンチングは20と60℃の間の温度となるようにされることを特徴とする装置。
  23. 請求項22に記載の装置において、ガスの断熱クエンチングはおよそ30乃至50℃の温度となるようにされることを特徴とする装置。
  24. 請求項2に記載の装置において、洗浄流体の入口は、大部分の洗浄流体が、混合器部の次の段部での液滴の大きさと発射速度とについて、大きな液滴の形と遅い発射速度とを保持するように構成されることを特徴とする装置。
  25. 請求項2に記載の装置において、ガスと洗浄流体とを分離するサイクロン部を含むことを特徴とする装置。
  26. 請求項25に記載の装置において、サイクロン部は混合器部と同じ円筒形輪郭の中に実質上嵌着されることを特徴とする装置。
  27. 請求項26に記載の装置において、洗浄流体の出口は軸方向に、実質上同じ全体の円筒形輪郭の中に結合されることを特徴とする装置。
  28. 請求項25に記載の装置において、サイクロン部には渦ファインダーの形の出口端部が設けられ、渦ファインダーは実質上洗浄流体を含まないガスの主な渦をダクトで遠ざける一方、実質上ガスを含まない洗浄流体をサイクロン部の壁部から集めるように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  29. 請求項25に記載の装置において、所定の長さのサイクロン部を所持して、サイクロン本体中のガスの流れの半径方向の速度成分を、洗浄流体の液滴を分離してガスを排出する所要の度合いを得るに必要な範囲内に維持することを特徴とする装置。
  30. 請求項29に記載の装置において、スピナー部と渦ファインダーの頭部との間隔は、サイクロン部の直径のおよそ5乃至10倍であることを特徴とする装置。
  31. 請求項30に記載の装置において、サイクロン部は長さがおよそ1.5乃至2.5メーター、直径がおよそ0.1乃至0.5メーターであることを特徴とする装置。
  32. 請求項31に記載の装置において、サイクロン部は長さがおよそ2メーター、直径がおよそ0.3メーターであることを特徴とする装置。
  33. 請求項2に記載の装置において、サイクロン部の入口の前でガスと洗浄流体との混合物に循環運動を与える一組の傾斜した羽根を有するスピナー部を含むことを特徴とする装置。
  34. 請求項33に記載の装置において、スピナー部を貫く流路の幅は、流れの方向が変るとき流れの断面積を比較的一定に維持するために半径方向に広がり、こうしてガスと洗浄流体との相対的退出速度をそれぞれの進入速度とほぼ同じに保持することを特徴とする装置。
  35. 請求項33に記載の装置において、スピナー部は、主混合器部を通過することがある物体がスピナー部もまた通過できるように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  36. 請求項33に記載の装置において、スピナー部にはガスと洗浄流体とが貫流する環状体が設けられて、スピナー羽根からの大部分の残留乱流を静めることを特徴とする装置。
  37. 請求項36に記載の装置において、環状体は適当に整形された内側端部を持つ円筒形凹部を有した内側の、ほぼ中空の輪郭を備えて、洗浄されサイクロンされた生成物ガスを汚染する洗浄流体の液滴を除去することを特徴とする装置。
  38. 請求項3に記載の装置において、渦ファインダーに対して中心に配置された、直径が渦ファインダー出口の直径のおよそ70乃至90%である排出管を含んで、これらの間に環状のすきまを呈することを特徴とする装置。
  39. 請求項38に記載の装置において、環状体は、洗浄流体がサイクロン部の内側壁面を走り下りるときこれに付随する代表的最大限の飛沫と噴霧との層より幅の広い、装置に接近する残渣を通過させるように構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  40. 請求項33に記載の装置において、すきまは、渦ファインダーの環状すきまの最小限の幅でこの環状領域へ入る全ての飛沫と噴霧とを捕らえるというコンセプトに基づき構成され寸法決めされることを特徴とする装置。
  41. 請求項33に記載の装置において、混合器部、スピナー部、及びサイクロン部は単一の、ほぼ一体のユニットにより成型されることを特徴とする装置。
  42. 比較的微細な微粒子を第1の物質から第2の物質を用いて除去する方法であって、第1の物質と第2の物質とを流路の複数の段部を通って運搬するステップと、彎曲流路の外側の第2の物質を縁形成部から隣接段部の彎曲流路の内側へ比較的高速度で発射するステップとを含む方法において、少なくともいくつかの段部は、彎曲の有効中心を流路の一方の側に置くほぼ彎曲した流路を画成するように整形され、各隣接する段部は彎曲の中心を流路の反対側に有して隣接段部の間に屈曲点を与え、流路には少なくとも2つの隣接する段部の間に屈曲点寄りに縁形成部が設けられ、これにより第1の物質と第2の物質とが隣接段部間の反応器を貫通するとき第1の物質に存在する粒子が、第2の物質中を最初は一方の方向へ次にほぼ反対方向へと移動して第1と第2の物質間に界面相互作用を促進させることを特徴とする方法。
  43. 請求項42に記載の方法において、第1の物質はガスであり、第2の物質は洗浄流体であることを特徴とする方法。
  44. 請求項42に記載の方法において、0.05ミクロンより小さい粒子サイズの90%を超える除去効率を達成することを特徴とする方法。
  45. 請求項43に記載の方法において、近年の高性能焼結プラントからの廃ガスを適当な洗浄流体を用いて洗浄するに適当であることを特徴とする方法。
  46. 請求項43に記載の方法において、比較的微細な粉塵を混合器部の上流で追加して、ガス中の蒸気の除去を強化するステップを含むことを特徴とする方法。
  47. 請求項46に記載の方法において、微細な粉塵は予め選択され、ジベンゾフラン、PCB、関連の化合物、及びこれらの組合せとから成るグループから選択されたガスと蒸気との粉塵への化学吸着を強化することを特徴とする方法。
  48. 請求項1に記載の装置を製造するためのプラスチックの材料において、充填材、炭化ケイ素、及びビニルエステル樹脂とから成るグループから選択された耐摩耗複合体を含むことを特徴とする材料。
  49. 請求項48に記載のプラスチックの材料において、充填材は、シリカ、アルミナ、グラスファイバー、及びこれらの組合せとから成るグループから選択されることを特徴とする材料。
  50. 請求項48に記載のプラスチックの材料において、材料はシラン前処理を受けることを特徴とする材料。
  51. 請求項48に記載のプラスチックの材料において、炭化ケイ素は所定の粒子サイズとサイズ分布とを有することを特徴とする材料。
  52. 請求項51に記載のプラスチックの材料において、炭化ケイ素は10と60メッシュの微粒子材料を組み合せた粒子サイズとサイズ分布とを有し、こうして必要な耐摩耗及び衝撃性を与えることを特徴とする材料。
  53. 請求項52に記載のプラスチックの材料において、炭化ケイ素は10メッシュの固体と60メッシュの固体との予め選択された混合物から成り、成型作用と装置の究極の耐摩耗及び衝撃性とを強化する所定の混合と流れとの効力を獲得することを特徴とする材料。
  54. 請求項48に記載のプラスチックの材料において、樹脂に弾性の度合いと全体のスポンジ性とを与えるため、中空かつスポンジ状の微細粒子を含むことを特徴とする材料。
  55. 請求項54に記載のプラスチックの材料において、微細粒子は周囲により劣化しないように十分な耐化学物質性を持ち、また少なくとも一部の充填材粒子に対して小さいことを特徴とする材料。
  56. 請求項54に記載のプラスチックの材料において、微細粒子には中空のガラス球体と、中空でスポンジ状のカオリン粒子とが含まれることを特徴とする材料。
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