JP2006510477A - エアロゾル分離機 - Google Patents

Abstract

塵埃及び液滴エアロゾルを分離するためのエアロゾル分離機は通路軸が垂直であるか急傾斜で起立した通路区分を有し、該通路区分内にエアロゾル分離機が配置されている。該エアロゾル分離機内には下から廃ガスが流入する。エアロゾル分離機は通路横断面を覆うノズル噴射ゾーンを１つ有しているか又はこのようなノズル噴射ゾーンを複数有している。前記ノズル噴射ゾーンにおいては、流過する生ガス又は廃ガスは、蒸発しやすい液体から成る液滴霧で負荷されかつ過飽和状態である湿潤領域に変換される。流れ方向では、プロセス適性材料／プロセス不活性材料から成る、密にパックされた、同形式の直線的な管から成る、通路横断面に亘る管束が接続されている。この管束の管には内外に液滴が付着しかつ向流で、外から見て前記管束のコンカーブな設置面上へ下方へ流れ、該設置面上を通路壁に向かって、通路壁を環状に延びるトラフへ流れ、流出開口を介して汚染物を含んだ捕集された液体として導出される。

Description

本発明は一般的にかつ特にガス浄化設備において塵埃及び液滴エアロゾルを分離するエアロゾル分離機に関する。

前記の如き設備は、定置の発生源及び移動する発生源、例えばモータで運転される自動車及び船舶、モータ設備、ブロック加熱動力設備、残留物質焼却設備、石炭や石油で運転される動力設備、塵芥及び特殊塵芥焼却設備、化学工業設備から温度の高い、湿ったガスが発生するきわめて広い使用領域にて利用される。

ＤＥ１０１３２５８２号明細書によれば液体粒子又は固体粒子で負荷されたガスを浄化するための静電的な設備が公知である。該設備は、３つの区分から成っている。すなわち、
汚染粒子のためのイオン化装置に続く空間電荷ゾーンからの水飽和性生ガスのためのイオン化兼主浄化区分、
アースされた中空電極ゾーンから成る副浄化区分、
前にある環境に生ガスを導出する前にフィルタ装置で行われる仕上げ浄化区分
から成っている。

粒子のイオン化はコロナ放電で行われる。３つのゾーンからの発生物は分離された粒子と共に捕集されかつ浄化されかつガス浄化プロセスに再供給される。管の間の空間を流過する場合に発生する加熱された冷媒は保持体、ひいては少なくとも１つの高電圧導通部を絶縁するための遮断ガスを加熱するために使用することができる。

本発明の課題は、液体状及び固体状の粗大及び微細霧を、そのために通常必要な高い差圧なしに＞９０％の分離度で分離しかつ連続的に放出することである。

本発明の課題は請求項１に記載したエアロゾル分離機によって解決された。該エアロゾル分離機は以下の特徴を有している。エアロゾル分離機は薄板から又はプロセス雰囲気に適した材料から成る円形又は方形の通路の１区分内に位置している。重要であることは該通路区分がその通路軸で垂直に位置し又は以下に詳細に理由づけされた形式で急勾配で位置し、該通路区分に下から生ガスが流入することである。エアロゾル分離機は通路に組み込まれるか又は生ガス室を清浄な周囲環境から分離する天井に位置することができる。

流れ方向で見てエアロゾル分離機は、構造的に見て、通路横断面を覆う１つのノズル噴射ゾーン又は軸方向で相前後して重ねられた複数の前記の如きノズル噴射ゾーンで始まっている。これらのノズル噴射ゾーンは通路壁におけるそれぞれ１つのノズル又は周方向に等分されて一横断平面内に位置する複数のノズルを有している。たいてい温かくかつ湿った廃ガス、例えば定置又は移動する燃焼機関設備のあと並びに石炭・石油燃料及び／又は例えばＳＯ_２吸収洗浄塔と粗大液滴分離機のあとの廃棄物のための燃焼設備のあとの温かくかつ湿った廃ガスはそれよりも温度の低い液体をノズル噴射することで急激にかつ均一に過飽和状態にもたらされる。単数又は複数のノズル噴射ゾーンを流過する廃ガスは、プロセスに適した、蒸発しやすい液体から成る液滴霧で負荷されかつ過飽和の湿潤領域に変換される。これが期待された効果で行われるように、ノズルの各スプレー噴射軸は軸線に対し垂直な状態と廃ガス流とは反対方向に軸線に対し斜めに傾けられた状態との間で配置されている。この調節はその都度使用されたスプレー噴射ノズル及び適性実験に基づく。

次いで、過飽和状態にもたらされた生ガス／廃ガスはさらに、垂直状態までの急勾配で、多数の単管から成る後続の通路区分を上方へ流過する。この通路区分は密にパックされた同型式の直線的な管の束から成っているか又は通路軸線を中心として多数の管をパックするためにできるだけ大きな内法り横断面を有する、通路軸に対し同心的なリング束を形成する。後者は、構造静力学的な理由から管パッケージが大きい場合にはこのゾーンを組み込むための機械的な解決であることができる。管パッケージ又は管束は通路の全内法り横断面を充たす。管パッケージ又は管束は流れ方向で通路軸に向かってコンカーブに湾曲した、通路壁に係留された設置面の上に位置し、しかもパッケージのすべての管はこの設置面の上に立設されている。この場合、通路軸は垂直であるか又は少なくとも設置面が通路軸から発して常に通路壁に向かった勾配を有するように傾斜させられている。管の直径は管パッケージの合成レイノルド数Ｒｅ＝ｗ×Ｄ／ｖ＜２０００が保たれるように設定されている（この場合、Ｄは単管の内径をｍｍで表し、ｗはガス速度をｍ／ｓで表し、ｖは運転状態におけるガス粘性をｍ^２／ｓで表している）。パッケージの管の長さは少なくとも管直径Ｄの５倍である。

単管は最も簡単な場合には不規則ではあるが密に束／パッケージを成している。単管には内外で、生ガス／廃ガス流内にあって、生ガス／廃ガスが接触する。管パッケージにて飽和した生ガス／廃ガスから分離された液滴エアロゾルは重力によって駆進させられて、浄化しようとする流過するガスに対する向流で、管パッケージの下端に向かって流れ、そこから大きな液滴を成して塔内へ滴下して戻るものと想われるが、これは設置面にパーフォレーションが設けられ、該パーフォレーションが立設された管のどれもがパーフォレーションを通って落下しないような内法り横断面を有していることによって阻止される。管から流出する液滴エアロゾルは、設置面に付着してトラフへ流入する。このトラフはスプレー噴射ゾーンと内壁における設置面の線接触部との間で、内壁の近く又は内壁のところに位置している。トラフは通路の内壁に沿って完全に環状に位置し、設置面に沿って流下する凝縮物を捕集する。トラフは少なくとも１つの流出部を通路壁を貫通して有し、この流出部を通って捕集された凝縮物は流出する。

従属請求項２から１１までには、生ガスに応じて浄化効果をさらに増長する構成が示されている。

例えば管束の伸延された管は平滑であるか、又は波形ホースのように波形であるか又は螺旋型に捩じられていることができる（請求項２及び３）。管は誘電性又は金属性の材料から成っている。第１のケースでは材料はガラス、プラスチック、セラミックであり、第２のケースでは鋼管、特に高級鋼管又は銅管であるか表面がプロセス雰囲気に対して不活性である限りプロセスのために表面処理され管であることができる。表面処理は誘電的な管にも施すことができる（請求項４）。一般的には管は波形又は平滑な形で、ＤＩＮ規格
にしたがって製造された市販品であることができる。特に耐久性に関する、問題のある／攻撃性のプロセス雰囲気を考慮するだけで良く、管の形状は無関係である。

流入側から見てコンカーブな設置面の形状は、中心から見て、管束の下にて流出するエアロゾルが設置壁に付着して通路内壁に向かって導かれるような強さで通路壁に向かって下向きに傾斜している。製造の観点からは設置面の幾何学的な形状はもっとも簡単な場合には中空ピラミッド形又は中空円錐形である。何故ならばこのような面は平らな出発材料から容易に製作できるからである。開放角が小さいほど分離されたエアロゾルは設置面に付着して設置面を滑動する。しかしながら分離機のコンパクトな構成形式に対する要求は管パッケージ全体のわずかな高さを限定的に必要とする。いずれにしても設置面の開放角は１８０°よりも小さい。種々のエアロゾルと設置面の構造形式を用いた実験的な経験によれば分離機を全体に見て高性能にかつ経済的に構成するためには開放角αを７０°と１００°との間に設定すると有効であることが判明した（請求項５）。分離されたエアロゾルが滴下することが許される場合にだけ、管束はα＞１８０°で構成されることができる。

設置面はパーフォレーションの付けられた出発材料から構成されていることができる。パーフォレーションは任意の簡単な内法り横断面形状、例えば正方形、円形、多角形又は楕円形であることができる。パーフォレーションが細長いと、その長手方向軸線が設置面の局所的な母線の上を延びているか又はその勾配の方向に延びていると有利である。いずれにしてもパーフォレーションの内法り横断面の形は立設された管束の管が設置面を通って落下できないように選択されている（請求項６）。

パーフォレーションの付けられた薄板の代わりに規則的なメッシュを有するグリッド
（請求項７）又は固定的に取り付けられた環状の線材によって形の維持された、それぞれ母線に沿って延在する複数の線材を有するグリッドを用いることもできる。環状の線材は有利にはエアロゾル分離機の流れを妨げないために流れとは反対側に位置していると有利である。この場合にもメッシュ幅に対する要求がある。すなわち管パッケージからは管が落下してはならない（請求項８）。設置面としてのグリッドの場合には常にメッシュの縁がその部分で水平に位置しないようにメッシュは位置している。

管パッケージを洗浄するため又は助成する管パッケージにおける湿潤のためにはガス流の方向で見て管パッケージの上側に別のスプレー噴射平面が組み込まれている。このスプレー噴射平面は通路壁から垂直に突出する管から成っている。この管は少なくとも１つの分岐からのデルタ流線形の分岐管に開口するか軸に対し同心的な管リングに開口する。端管片又はリングには、流れ方向を向いた管パッケージのコンベックスな端面を均等にスプレー噴射するために複数のスプレー噴射ノズルが設けられている（請求項９）。上方及び下方のスプレー噴射は連続的に行われるか又は要求に応じて行うことができ、それぞれ連続的に又はインタバル形式で連結されて又は連結されないで行うことができる。

通路内空気に組み付けられたトラフに捕集されたエアロゾルは迅速にかつ確実に導出されなければならない。発生する量に応じてトラフは単数又は複数の排出部を通路壁を通して有しており、これらの排出部は常に各トラフ引き込み領域の最低位個所に位置している（請求項１０）。

通路横断面が大きく、管パッケージが全体として容易には搬送できないと、組立と保守とのためには管パッケージをセクタ又はセグメントから構成することが合目的的である。つまり管パッケージは当初からそのように分解されて配送されかつ再び組み立てられる（請求項１１）。この形式では場合によっては通路軸上にある中央の支えを有するリング状の管パッケージが有利な組立解決策である。

エアロゾル分離機はイオン化装置段を有していない。これは、イオン化装置段及び高電圧ネット部分及び遮断ガス供給装置の省略によりエアロゾル分離機を構造的に著しく、簡単にする。この場合には電気的な部分はもはや必要とされない。その代わりに、冷たい液体が供給される単数又は複数の単物質内実円錐ノズルから成る過飽和段が装備される。液体霧を分離するためには液体霧に適当な液体が前もってノズル噴射される。この場合、有機的な液体の場合には類似した液体混合物を使用するか又は薄め剤又は溶解剤だけを使用することもできる。液体噴射ノズル装置は簡易化性に基づき通路の大きさに応じて単数又は複数の単物質内実円錐ノズルから成り、生ガスが分離機の前で完全に過飽和状態にもたらされるように運転される。又、流過する生ガスが一様に過飽和状態にもたらされる限り、他のノズル形式も考えられる。

エアロゾル分離機は簡単な装置的な構造を有し、その製造費用を低減させる。これは運転に関してはイオン化装置の省略によりエネルギ消費量の減少を意味する。

他の利点はわずかな圧力損失と良好な浄化と高い分離効率である。エアロゾル分離機とその運転方法についての記述は、水よりも低粘性である液体霧又は高粘性の液体霧の分離にも、水よりも蒸発圧の低い液体霧又は蒸発圧の高い液体霧の分離にも、例えばアルコール霧又は油霧にも当て嵌まる。

以下、本発明を図示の１実施例に基づき詳細に説明する。図１は長手方向軸線を通った断面で、円形の通路横断面を有するエアロゾル分離機の構造が示されている。図２は石灰塵を例とした分離性能を示した図である。

既存の装置にて冷水前スプレー噴射運転で高電圧の供給なしで少なくとも９５％の質量エアロゾル総分離度が達成可能である効果がはじめて測定された。

既に生産されかつ試験されたユニットは実施において試作品である。何故ならば高電圧の遮断によってイオン化装置の運転が停止され、ひいては管パッケージ分離機だけが運転されるからである。

水前スプレー噴射装置は、洗浄塔のあとの廃ガスは洗浄水と実質的に熱的な平衡状態にありも拘わらず、依然として乾燥した状態で設備のイオン化段に達することが確認されたために装備された。しかしこの装備は分離された液滴エアロゾルが自由に凝縮物として流出するように構成された湿式エレクトロフィルタシステムである。水前噴射は乾／半湿状態で約９０％であった分離度が高電圧なしで＞９５％上昇した効果を示した。
水霧を例とした図１の説明：
エアロゾルから分離しようとするガス８は下から上へ垂直な通路区分１へ流入する。通路区分１にてガスは蒸発しやすい液体４、ここでは水から成る液滴霧５で負荷されかつ過飽和領域に変換される。液体４は、通路壁に位置しかつ内方へ噴射するノズル３で霧化される。液滴霧とガスとを十分に混合するためには噴射平面を図示のように水平に保つか又は程度の差こそあれ斜め下へ保つことが有利である。

エアロゾルから分離しようとするガスが既に温められかつ飽和状態に近い湿潤度を有していると、ガスを過飽和状態にするためには、通路幅又は通路直径に相応する高さの短い通路区分で十分である。霧化されて供給される液体は有利にはガスよりも低い温度を有している。

エアロゾルから分離しようとするガスが飽和限界からさらに離れていると、過飽和状態にするために必要な通路区分１の高さは長く、長い滞在時間に基づき液霧との接触時間も同様に長くなる。必要である限り、相上下に位置する複数の噴射平面が設けられる。エアロゾルから分離しようとするガスが依然として実質的に乾いていると、過飽和状態を達成するためには、単数又は複数のノズル平面の前に蒸気供給装置を接続することも必要である。

水過飽和状態にある湿った、まだエアロゾルを含んだガスは、次いで上方へ通路区分１７へ流入し、該通路区分１７にてガスはピラミッド状又は円錐状の、流れ方向で中央の膨らんだ（コンカーブな）、グリッド１２の形をしたガス透過性の設置面１３に当たる。グリッド１２のグリッドロッドの延在方向は水平な方向に対し約４５°の角度を成しており、メッシュは常に傾斜している。円錐又はピラミッド角αは７０°よりも大きく、最適にはこの設備では８０°と１００°との間である。これにより一方では分離させられたエアロゾルがグリッドに良好に流動付着し、他方では管パッケージの構成高が制限される。

過飽和状態の廃ガス８．１は下から垂直に上方に向かってグリッド１２を通って流れる。このグリッド１２においては多くの直線的な単管が互いに密着させられている。単管の直径は管パッケージの合成レイノルド数Ｒｅが１６００よりも小さくなるように設定されている。単管の長さは少なくとも５×Ｄ、有利には１０から３０×Ｄである。

単管にて内と外で分離された液滴エアロゾルは重力でガスに対する向流で下方管端部に向かって移動し、通路壁に向かって下方へ傾斜するガス透過性のグリッドを通して重力流で排出される。内方の通路壁には例えば方形の成形材から環状のトラフ１４が取り付けられている。このトラフ１４の上にグリッド１２は立っている。トラフ１４は水平に対する軽い勾配で流出開口１５に向かって傾けられているので、グリッド１２から流出する凝縮物と液滴エアロゾルはトラフの最低位個所でそこにある流出開口１５から外へ導き出される。

エアロゾルから分離されたガス８．２は上部にて管からかつ単管の間から流出し、通路区分１７を通って直接的に又は他の装置、例えば熱交換器、ファン及びそれに類似したものを介して大気へ流出する。

時折乾燥したガス状態が発生するかかつ／又は液滴エアロゾルが独りでに下降せずかつ管内に蓄積すると、管パッケージの上側にて別の噴射平面が水平な集合導管１９に装備されている。ノズル２０でスプレー噴射された液体１８は短時的に又は恒常的に均等に、流動方向８．２に向けられた管パッケージ１６の端面に向けられ、管はエアロゾル蓄積物から開放される。この洗浄水もグリッド１２の上を流れかつトラフ１４に向けられ、そこから流出開口１５を介して排出される。

ここでは、７４０×７４０ｍｍの正方形の通路横断面を下から上へ向かって、ほぼ水飽和状態ではあるが、しかしまだ乾燥した煙ガスが、約５２℃の温度でかつ１５００Ｂｍ^３／ｈの量で流過する。その下には円形の接続通路が存在する。この接続通路は測方に内実円錐一単物質ノズルを有している。このノズルはＶＥ−水道管に接続され、６０ｌ／ｈの水を２０℃の温度でガス８へスプレー噴射する。正方形の通路横断面に侵入するガス８は過飽和状態にありかつ湿っている。入口から２５０ｍｍの高さに正方形の横断面を有する流出トラフ１４が２．５°の勾配で通路壁１７に装備されている。流出トラフ１４の上にはピラミッド形のグリッド１２がα＝１００°の開き角でかつ１０ｍｍのグリッドピッチで設けられている。グリッドの上には内径１６ｍｍで外径２０ｍｍである約１５００の単管が立設されている。この場合には熱的な負荷がわずかであることに基づき電気配線技術によって公知であるＶＤＥ０６０５，ＤＩＮＥＮ５００８６によるＰＥから成る、波形間隔が約３．５ｍｍである波形管の形をした導線もしくはケーブル保護管である管の長さは５００ｍｍである。電気的な配線技術による平滑なＰＥ管又は平滑なスチール装甲管ももちろん考えられるが、それはプロセス雰囲気及び洗浄液に長い観点で耐えるか否かに関連する。

ガスは石灰塵を含有している。光学的な塵埃測定は０．３と２０μｍとの間の粒子大領域で２８．４ｍｇ／Ｂｍ^３の生ガス値を示した。清浄ガスは分離器を出たあと同じ光学的測定装置で測定され、同じ粒子大領域で０．９ｍｇ／ｍ^３清浄ガス値を示した。分離度曲線は図２に示されてる。線図に示されたデータは平均的な質量分離度９６．８％を示した。三角形の点は生ガス状態を示し、菱形の点は清浄ガス状態を示し、分離度は正方形の点で示されている。

記述した実施例では湿潤液は水である。溶剤、例えばベンジン、低アルコール、希薄油、色分解剤は、相応する生ガス汚染で、危険のアスペクト、例えば発火又は毒害のアスペクトが代替可能な経済的な費用で中和でき、ひいては克服できるか否かに応じて使用される必要がある。

水性霧を例としたエアロゾル分離機を示した図。 石灰塵埃のための分離度を示した線図。

符号の説明

１ 通路区分
３ ノズル
４ 液体
５ 液滴霧
８ ガス
１２ グリッド
１３ 設置面
１４ トラフ
１５ 流出開口
１６ 管パッケージ
１７ 通路区分
１８ 液体
１９ 集合導管
２０ ノズル

Claims (11)

1. 塵埃及び液滴エアロゾルを分離するためのエアロゾル分離機であって、
   −通路軸が垂直に又は急傾斜で起立した通路区分を有し、該通路区分の内部にエアロゾル
   分離機が配置され、該エアロゾル分離機内へ廃ガスが下から流入するようになっている
   こと、
   −通路横断面を覆う単数のノズル噴射ゾーン又は軸方向で相前後して重ねられた複数のノ
   ズル噴射ゾーンを有し、該ノズル噴射ゾーンが通路壁におけるそれぞれ１つのノズル又
   は周方向で等分されて一横断平面に配置されたそれぞれ複数のノズルを有し、前記ノズ
   ル噴射ゾーン内を流過する生ガス又は廃ガスが、蒸発しやすい液体から成る液滴霧で負
   荷されかつ過飽和湿潤領域に変換させられるようになっており、この場合、１つのノズ
   ルの噴射軸が通路軸に垂直な状態と廃ガス流に抗して通路軸に対して傾けられた状態と
   の間で通路軸に向けられており、
   −プロセス適性材料又はプロセス不活性材料から成る密に束ねられた、同形式の直線的な
   管から成る、通路横断面に亘る管束が流れ方向に接続されており、前記管が管パッケー
   ジとしてすべて、流れ方向で通路軸に向かって連続的に下降する、コンカーブに湾曲し
   た、通路壁に係留された、パーフォレーションを有する設置面の上にあり、前記管の直
   径が管パッケージの合成レイノルド数
   Ｒｅ＝ｗ×Ｄ／ｖ＜２０００
   が得られるように設定されかつ前記管の長さが少なくとも管直径Ｄの５倍であり、
   −前記通路の内壁にて最後の噴射ゾーンと前記グリッドのフットラインの近くとの間に完
   全に環状であるトラフが、グリッドに付着して下方へ流れる凝縮液を捕集するために設
   けられ、該トラフが通路壁を通過させる少なくとも１つの流出開口を備えていること
   を特徴とする、塵埃及び液滴エアロゾルを分離するためのエアロゾル分離機。
2. 管パッケージの管が平滑である、請求項１記載のエアロゾル分離機。
3. 管パッケージの管が波形であるか又は螺旋状に捩じられている、請求項１記載のエアロゾル分離機。
4. 管が誘電性又は金属性の材料から成っている、請求項２及び３記載のエアロゾル分離機。
5. 前記設置面が流入側から見てピラミッド形又は錐形であって、開き角αがいずれも＜１８０°であって、有利には７０°＜α＜１８０°である、請求項４記載のエアロゾル分離機。
6. 設置面がパーフォレーションを有する薄板であって、この薄板のパーフォレーションが細長いと、パーフォレーションの長手方向軸線が設置面の勾配線又は設置面を局所的に通過する母線の方向に延びている、請求項５記載のエアロゾル分離機。
7. 前記設置面が規則的なメッシュを有するグリッドであり、グリッドが組み込まれた場合にメッシュワイヤが水平に延びていない、請求項５記載のエアロゾル分離機。
8. 前記設置面が尖端に向けられた直線的な線材区分から成るグリッドであって、該線材区分が流れとは反対側で、リードをもって環状に延びる、不動に取り付けられた１つの線材によって又はリードをもって部分的に環状に延びる、不動に取り付けられた複数の線材によって形が維持されており、この場合、環状に延びる単数又は複数の線材区分のリードが、湿ったガスの流過領域にて、水平な経過を有する領域を決して有していない、請求項５記載のエアロゾル分離機。
9. 前記管パッケージの上側に別の噴射平面が組み込まれており、該噴射平面が通路壁から垂直に突出する管から成っていて、該管が少なくとも１つの分岐からのデルタ流線形の管分岐部に又は通路軸に対し同心的な管リングに開口しており、前記管分岐部又は前記管リングが管パッケージの、流れ方向に向いたコンベックスな端面に均等に噴射する複数の噴射ノズルを備えている、請求項６から８までのいずれか１項記載のエアロゾル分離機。
10. 前記トラフの流出開口がその各引き込み領域の最も深い個所に位置している、請求項９記載のエアロゾル分離機。
11. 前記管パッケージが構成的な寸法が大きい場合に管パッケージセグメントから成っている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のエアロゾル分離機。

Images