JP2013123692A - 集塵装置及び集塵方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス中に含まれるダスト及びミストを効率良く除去できる集塵装置及び集塵方法を提供する。
【解決手段】ダスト及びＳＯｘが取り込まれたミストを含むガスが流通する流通路に上流側から順に予備荷電部２と湿式静電フィルタ３とを備える集塵装置１。湿式静電フィルタ３は、ガスの入り口に設けられる水ミスト噴霧装置２２と、水ミスト噴霧装置２２の下流側の捕集部２４とを備える。捕集部２４は、放電電極２５とアース極２８を備え、放電電極２５とアース極２８との間にフィルタ層２６を備える。予備荷電部２でガス中のダストを帯電させ、湿式静電フィルタ３に流入したガス中に水ミストを噴霧する。放電電極２５とアース極２８との間に電界を発生させて水ミストに誘電分極を発生させ、ガスがフィルタ層２６を通過する間に、フィルタ層２６が水ミストとともにダスト及びＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス中に含有されるダストやＳＯｘを含むミストなどを除去する集塵装置及び集塵方法に関する。

石炭焚きや重油焚き等の発電プラント、焼却炉等の産業用燃焼設備から、ダスト（粒子状物質）を含む排ガスが排出される。また、燃焼排ガス中には、ＳＯｘガスが含まれる。ダスト及びＳＯｘを除去するために、燃焼設備の下流側の煙道に設置される排ガス処理装置が設けられる。

上記排ガス処理装置は、特許文献１に記載されるように、ダスト及びＳＯｘを除去するための湿式脱硫装置を備える。特許文献１の湿式脱硫装置は、ＳＯｘの吸収剤を含む水溶液を噴霧する吸収剤噴霧スプレー、吸収剤噴霧スプレーの下方に設置される充填層及び貯留部を備える。煙道からの入口に冷却スプレーが設置される。また、吸収剤噴霧スプレーの上方に、デミスタ部が設置される場合がある。デミスタ部は折れ板方式や多層フィルタメッシュ方式などがある。ガス中のダストは、冷却スプレー及び吸収剤噴霧スプレーから供給される液体と衝突することにより、貯留部に落下して集塵される。ＳＯｘは、充填層において吸収剤噴霧スプレーから噴霧された吸収剤に吸着してガス中から除去される。なお、特許文献１の排ガス処理装置では、湿式脱硫装置の上流側の煙道にも吸収剤噴霧スプレーが設けられ、ＳＯｘは上流側の煙道で噴霧された吸収剤によっても除去される。吸収剤がＳＯｘと反応する過程において、煙道を通過する高温ガスに対して噴霧される吸収剤噴霧スプレーの内の蒸発しない一部の液滴及び充填層上方から噴霧される吸収剤噴霧スプレーの液滴は、ＳＯｘと吸収剤との反応物を含んだミスト状態で煙道中を流通する。このミストは、デミスタ部において折れ板やメッシュに衝突することによりガス中から除去される。ＳＯｘの内のＳＯ_３に関しては、酸露点以下になるとガス中の水分と結合し、硫酸ミストとしてガス中に存在する。硫酸ミストとなると吸収剤噴霧スプレー液との衝突確率が低下したり、ミスト粒径が細かい為デミスタでの捕集が困難であることから、湿式脱硫装置での捕集効率が低くなる。

ガス中の粒子状物質及び有害成分を除去する方法として、特許文献２のガス浄化装置も提案されている。特許文献のガス浄化装置では、粒子状物質を帯電させる放電電極と、放電電極に対向して配置され所定の開口率を有する集塵電極を備える。排ガス中に含まれる粒子状物質は、放電電極に生じるコロナ放電によりイオン化される。また、ガス浄化装置の入口で排気ガスにアルカリ吸収液が噴霧され、排熱により蒸発した反応生成物（ダスト）や未蒸発の反応生成物（ミスト）が形成され、これらの反応生成物は放電電極で生じるコロナ放電により帯電される。帯電した粒子状物質や反応生成物は、集塵電極に捕集される。集塵電極の表面にアルカリ吸収液膜が形成されており、排気ガスが集塵電極を通過する際に気液接触して除去される。

特開２００６−３２６５７５号公報（請求項６、段落［００２９］、図１） 特開２００７−１１７９６８号公報（請求項１、段落［００４２］、［００４８］、［００５７］〜［００６１］、図１、図７）

特許文献１の湿式脱硫装置によるダストの集塵は、除去効率が低いという問題点がある。また、ＳＯｘガス吸収効率を高くするために充填材部の流速を３〜４ｍ／ｓと低くする必要があるが、所定の除去効率を得るために装置を大きくすることになり、処理コストが増加してしまう。また、デミスタ部は折れ板方式や多層フィルタメッシュ方式などが採用されるが、いずれも１μｍ以下の微細粒径のミストの除去効率が悪い。

湿式脱硫装置で除去しきれなかったダスト及びミストを捕集するために、湿式脱硫装置の下流側に湿式電気集塵装置を設置する場合がある。湿式電気集塵装置は、微細粒子の除去効率が高いという特徴がある。一方で、装置内部を流通するガスの流速を１〜２ｍ／ｓと低くする必要があるため、装置が大きくなり、処理コストが高くなってしまう。

特許文献２のガス浄化装置では、イオン風により主ガス流れに直交する二次流れを発生させ、集じん効率を向上させて集塵電極にてダスト等を捕集する。しかし、フィルタ方式の集塵器に比べて除去効率が低いことが欠点であった。これは、フィルタ方式はガス中に含まれる全ダストがフィルタ部を通過する為に除塵効率が高いが、特許文献２の方式では、主ガス流速が二次流れに比べて速い条件においては主ガスが装置内を通過する時間内にダスト等が集塵電極に到達しないものが存在するためである。

本発明は、ガス中に含まれるダスト及びミストを効率良く除去できる集塵装置及び集塵方法を提供することを目的とする。

本発明は、ダスト及びＳＯｘが取り込まれたミストを含むガスが流通する流通路に、上流側から順に前記ダストを帯電させる予備荷電部と前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する湿式静電フィルタとを備え、前記湿式静電フィルタが、前記湿式静電フィルタの前記ガスの入り口に設けられ、前記湿式静電フィルタに流入するガス中に水ミストを噴霧する水ミスト噴霧装置と、前記水ミスト噴霧装置の下流側に捕集部とを備え、前記捕集部は、放電電極と、前記放電電極に電圧を印加する電源と、前記放電電極の周囲に前記放電電極と離間させて設置され、前記ガスが流通する際に前記水ミストと前記ダストと前記ＳＯｘが取り込まれたミストとを捕集するフィルタ層と、前記ガスが流通可能であり、前記フィルタ層を挟んで前記放電電極と反対側に設けられるアース極とを備える集塵装置を提供する。

また本発明は、上記の集塵装置を用いて、前記ガス中の前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する集塵方法であって、前記予備荷電部が、前記流通路から流入した前記ガス中に含まれる前記ダスト及びＳＯｘミストを帯電させる工程と、前記湿式静電フィルタ中の前記水ミスト及びＳＯｘミストの量が所定量より低い場合に、前記予備荷電部から前記湿式静電フィルタに流入した前記ガス中に、前記水ミスト供給装置が前記水ミストを噴霧する工程と、前記電源が前記放電電極に電圧を印加し、前記放電電極と前記アース極との間に電界を発生させて、前記水ミスト及びＳＯｘミストを誘電分極させる工程と、前記ガスが前記フィルタ層を通過する間に、前記フィルタ層が前記水ミストとともに前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する工程とを含む集塵方法を提供する。
上記集塵方法において、前記水ミストを噴霧する工程において、前記水ミスト供給装置が前記水ミストを間欠的に噴霧しても良い。

本発明の集塵装置は、ボイラなどの燃焼設備の下流側に設置される。燃焼排ガスにおいては、ダストとして浮遊煤塵や煙道中に噴霧された水溶液から析出した溶解塩微粒子が含まれる。また、噴霧された水溶液の液滴にガス中のＳＯｘ（ＳＯ_２、ＳＯ_３）が取り込まれたミストが含まれる。本発明の集塵装置及び集塵方法は、排ガスに含まれるダストやＳＯｘが取り込まれたミストを除去するものである。あるいは、本発明の集塵装置は環境集塵を実施する集塵機として使用され、空気中の粉塵、ウィルス、菌類等を捕集するものとして使用されても良い。

本発明の集塵装置では、予備荷電部と集塵を実施する湿式静電フィルタを別装置としている。湿式静電フィルタにおいて、フィルタ層は放電電極とアース極との間に配置されている。すなわち、フィルタ層は放電電極とアース極との間に発生している電界内に配置されている。湿式静電フィルタの入口に水ミスト噴霧装置が設けられ、ガス中に水ミストが噴霧される。水ミストは、放電電極とアース極との間に発生している電界により、誘電分極される。また、ＳＯｘが取り込まれたミストも誘電分極され、ミストの周囲に電界が発生することにより、グレーディエント力が発生し、ミストがフィルタ層に付着しやすくなる。また、フィルタ層に予備荷電部で帯電させたダストが飛来し、フィルタ層に保持されている誘電分極されたミストに近づくことで、ダストとミストが付着して、ガス中から除去される。本発明の集塵装置及び集塵方法では、上記の通り静電気力を利用することにより、特許文献１に記載されているような排煙脱硫装置に比べ、ガス流速を低下させることなく煤塵等のダストの除去効率を高めることができる上に、ＳＯｘを含むミストの除去効率を大幅に向上させることができる。また、本発明の集塵装置及び集塵方法は、ガス中に含まれる全ダストがフィルタ部を通過する為に、特許文献２に記載される集塵装置に比べ、除塵効率が高くなる。

上記集塵装置において、前記フィルタ層が円筒形状とされ、前記フィルタ層の内側に前記放電電極が収納されることが好ましい。あるいは、前記フィルタ層が２枚の平板形状とされ、該２枚のフィルタ層が離間して対抗するように設置され、該２枚のフィルタ層の間に前記放電電極が収納されることが好ましい。

上記集塵装置において、前記フィルタ層に接触し、前記ガスが流通可能であり、前記放電電極に対抗する前記フィルタ層の面が所定の表面形状となるように、前記フィルタ層を担持する表面形状保持材を更に備えることが好ましい。

上記集塵装置において、前記フィルタ層の底部に、前記フィルタ層で捕集された前記水ミストとともに、前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを回収するドレイン回収部を備えることが好ましい。

上記集塵装置において、前記フィルタ層から前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを除去するための液体を前記フィルタ層に供給する配管を更に備えることが好ましい。
また、上記集塵方法において、前記電源が前記放電電極に対する電圧の印加を切断するとともに、前記配管が前記フィルタ層に前記液体を供給し、前記液体が前記フィルタ層内部を流通して、前記フィルタ層に捕集された前記水ミストが前記フィルタ層から除去される工程を更に含むことが好ましい。
このような構成とすることにより、フィルタ層を適宜洗浄することができるため、フィルタ層での除去効率の低下を抑制することができる。

上記集塵装置において、複数の前記捕集部が、前記ガスの流れに対して並列に設置される。この場合、前記複数の捕集部の下流側に、前記フィルタ層を通過した前記ガスの流量を制御する複数のダンパが接続されることが好ましい。
また、上記集塵方法において、前記水ミストがフィルタ層から除去される工程では、前記複数の捕集部のうち一の捕集部に接続する前記ダンパが、前記フィルタ層を通過する前記ガスの流量を低減する、または、前記フィルタ層を通過する前記ガスを遮断することを更に含むことが好ましい。

複数の捕集部を備える湿式静電フィルタでは各捕集部の下流側にダンパを設け、ダンパによりフィルタ層を通過するガスの量を低減する、または、ガスを遮断することによって、捕集部毎にフィルタ層の洗浄を実施することが可能となる。従って、一つの捕集部のフィルタ層を洗浄している間でも、他の捕集部での集塵を継続させることが可能となる。

本発明の集塵装置及び集塵方法は、ガス流速を低下させることなく、ガス中のダスト及びＳＯｘが取り込まれたミストを高効率で捕集することができる。

第１実施形態に係る集塵装置の概略図である。 図１におけるＡ−Ａ’断面を上から見た概略図であり、円筒形状のフィルタ層を用いた例である。 図１におけるＡ−Ａ’断面を上から見た概略図であり、平板形状のフィルタ層を用いた例である。 フィルタ層断面の拡大概略図である。 第２実施形態に係る集塵装置における湿式静電フィルタの概略図である。 図５のＢ−Ｂ’断面を上部から見た概略図である。 第２実施形態に係る集塵装置における湿式静電フィルタの変形例について図５のＢ−Ｂ’断面を上部から見た概略図である。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る集塵装置の概略を示す図である。集塵装置１は、上流側から順に予備荷電部２と湿式静電フィルタ３とを備える。なお図１は、湿式静電フィルタ３を正面から見た図である。
第１実施形態の集塵装置１は、発電プラント、焼却炉等の産業用燃焼設備に接続される他、環境集塵を実施する集塵機にも適用可能である。集塵装置１が発電プラント、焼却炉等の産業用燃焼設備と接続して設けられる場合、集塵装置１は不図示のボイラ（燃焼炉）の下流側のガス流通路（煙道）に設置される。湿式静電フィルタ３の下流側には、煙突（不図示）が設けられる。

予備荷電部２は、ケース１０内に予備荷電部放電極１１が収納されている。ケース１０は接地されている。予備荷電部放電極１１は、支持体１２と、支持体１２に支持された複数の突起状の放電部１３とで構成される。直流の高圧電源１４が、碍子室１５ａ及び碍子１５ｂを介して予備荷電部放電極１１に接続される。

湿式静電フィルタ３は、予備荷電部２を流出したガスが流入するガス入口２１に、水ミスト噴霧装置２２が設置される。水ミスト噴霧装置２２は、１つまたは複数のノズル２３で構成される。

水ミスト噴霧装置２２の下流側に、捕集部２４が設置される。捕集部２４の内部に、放電電極２５、フィルタ層２６、表面形状保持材２７、及び、アース極２８が収納される。捕集部２４のフィルタ層２６外側の空間２９に、ガス出口３０が接続される。

放電電極２５は、碍子室３０ａ及び碍子３０ｂを介して高圧電源３１に接続される。高圧電源３１は、直流方式でも交流方式でも良い。

放電電極２５の周囲にフィルタ層２６が設けられる。放電電極２５とフィルタ層２６とは、所定の間隔で離間している。フィルタ層２６には、非導電性を示し、誘電体であり、更に撥水性を有する多孔質材料が選定される。例えば、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン製の多孔質材料などが挙げられる。フィルタ層２６は低圧損であることが好ましい。フィルタ層２６の孔は、通過粒径が数μｍ〜数十μｍ程度とされる。フィルタ層２６の空隙率は、９０％以上、好ましくは９５％以上とされる。

フィルタ層２６は、多層構造とされても良い。この場合、各層で材質や孔径を変更しても良い。特に、ガスの上流側で孔径が大きい（粗い）フィルタ層を、下流側で孔径が小さい（細かい）フィルタ層を積層させて使用すると、圧損低減の観点から好ましい。

フィルタ層２６を挟んで放電電極２５と反対側に、アース極２８が設置される。アース極２８は導電性を有する材料からなり、フィルタ層２６側（内側）から外側に向かってガスが流通可能なように、メッシュ状の複数の孔を有する。アース極２８の具体的例として、ステンレス製とされる金網やパンチングメタルが挙げられる。フィルタ層２６及びアース極２８は、ガスの流れを均一化するのに必要な最低限の圧力損失を有する。具体的に、フィルタ層２６及びアース極２８の組み合わせにより、圧力損失は１９６Ｐａから２９４Ｐａ（２０ｍｍＡｑから３０ｍｍＡｑ）程度とされる。上記圧力損失を達成するのであれば、アース極２８の孔の大きさや形状は特に制限されない。アース極２８はフィルタ層２６に接触しても良いし、所定間隔で離間して配置されていても良い。

フィルタに付着したミストが誘電分極の状態を維持するために、フィルタ材質は非導電性物質であり、アース極とは絶縁された状態であることが好ましい。更に、フィルタが誘電体であり、且つ、電気的抵抗を持つ材料であれば、フィルタ自体も誘電分極する為、更にミストが付着しやすくなる。

フィルタ層２６は、例えば円筒形状または平板形状とされる。
図２は、円筒形状のフィルタ層２６ａを設けた場合に、図１のＡ−Ａ’断面を上部から見た概略図である。円筒形状のフィルタ層２６ａの場合、フィルタ層２６ａの中心部に放電電極２５ａが収納される。フィルタ層２６ａの形状に倣って、アース極２８ａも円筒形状とされる。なお、捕集部の壁２４ａの形状は、図２のように円筒形状に限定されず、他の形状も採用可能である。

図３は、平板形状のフィルタ層２６ｂを設けた場合に、上部から見た断面の概略図である。本図において、ガスは奥側から手前側に向かって流れるものとする。２枚のフィルタ層２６ｂが所定の間隔を有して対向して設置される。一対のフィルタ層２６ｂの間に、放電電極２５ｂが設置される。図３では平板形状の放電電極２５ｂを設ける例としたが、放電電極２５ｂは、図２のように円柱状の電極を１本配置したものや、複数本の円柱状電極をフィルタ層２６ｂに沿って配列させたものであっても良い。

フィルタ層２６がそれ自体で形状を保持できない場合、表面形状保持材２７（２７ａ，２７ｂ）がフィルタ層２６に接触して、フィルタ層２６を担持する。表面形状保持材２７は、フィルタ層２６の接触する面と同じ形状を有しており、円筒形状または平板形状とされる。表面形状保持材２７により、フィルタ層２６の放電電極２５に対抗する面が所定の表面形状になるように保持される。表面形状保持材２７は、非導電性材料であり、耐腐食性に優れる材料とされる。具体な材料例として、ＰＴＦＥやポリプロピレンが挙げられる。また、表面形状保持材２７は、放電電極２５側（内側）からフィルタ層２６（外側）に向かってガスが流通可能なように、複数の孔を有する。この時、表面形状保持材２７、フィルタ層２６及びアース極２８の組み合わせで、圧力損失が１９６Ｐａから２９４Ｐａ（２０ｍｍＡｑから３０ｍｍＡｑ）程度とする。

集塵装置１は、フィルタ層２６を洗浄するための液体をフィルタ層２６に供給する配管３２を備える。図１ではフィルタ層２６上部に配管３２が設置されているが、これに限定されない。例えば、放電電極２５とフィルタ層２６との間に配管３２が設けられ、配管３２からフィルタ層２６に液体が噴射される構成とされても良い。

捕集部２４内部のフィルタ層２６の外側に位置する空間２９の底部に、ドレイン３４が設置される。ドレイン３４は、ドレイン３４から排出された液体を貯める貯留槽（不図示）と接続されていても良い。この場合、貯留槽はポンプを介して水ミスト噴霧装置２２と接続されていても良い。

第１実施形態の集塵装置を用いて、ガス中に含まれるダスト及びＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する方法を説明する。以下では、ボイラなどの燃焼設備に集塵装置が接続された例を挙げる。
ボイラから排出されるガスには、ダストとして浮遊煤塵が含まれる。また、集塵装置の上流側の流通路（煙道）に湿式の排煙脱硫装置が設置されている場合は、排煙脱硫装置の吸収塔入口、及び吸収塔内部で、ＳＯｘの吸収剤を含む水溶液が噴霧される。吸収剤は、例えば水酸化マグネシウムや水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)とされる。吸収剤とＳＯｘが反応することにより硫酸塩が生成し、更に飽和水分濃度に達していない高温のガス中であれば、水溶液の液滴から水分が蒸発して、一部溶解塩が析出する。従って、ガス中にはダストとして溶解塩の微粒子も含まれる。また、噴霧された液滴の一部は未蒸発のままで集塵装置１に流入する。未蒸発の液滴（ミスト）にはＳＯｘ（ＳＯ_２、ＳＯ_３）が取り込まれている。以下では、ＳＯｘを取り込んだミストを「ＳＯｘミスト」と称する。
なお、第１実施形態の集塵装置が環境集塵を実施する集塵機に適用される場合は、収集された空気中にはウィルスや菌類を含む浮遊煤塵が含まれるが、溶解塩の微粒子やＳＯｘミストは含まれていない。

ボイラからの排ガスは、予備荷電部２に流入する。ここで、予備荷電部２の直流高圧電源１４は、予備荷電部放電極１１に直流電流を供給している。このため、予備荷電部放電極１１とケース１０との間には、コロナ放電が発生している。予備荷電部放電極１１とケース１０との間での電界強度は、数ｋＶ／ｃｍ程度とされる。予備荷電部２内部をガスが流通すると、コロナ放電によりガス中のダスト（浮遊煤塵、溶解塩微粒子）に負（または正）の電荷が与えられる。予備荷電部２の上流に湿式排煙脱硫装置が設置されている場合は、ＳＯｘミストが飛来する為、ＳＯｘミストにも負（または正）の電荷が与えられる。
なお、予備荷電部２ではダストを集塵しないので、帯電したダストが凝集して集塵するのに十分な滞留時間や電流を確保する必要がない。本実施形態において、予備荷電部２でのダストの滞留時間は０．１秒程度とされる。このため、予備荷電部２におけるオゾン発生が抑制される。

負（または正）の電荷を帯びたダストとＳＯｘミストとを含むガスは、予備荷電部２から排出され、ガス入口２１から湿式静電フィルタ３内部に流入する。
水ミスト噴霧装置２２は、ノズル２３からガス中に水ミストを噴霧する。本実施形態における噴霧された水ミストの直径は、１０μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは３０μｍ以下とされる。水ミスト噴霧装置２２から噴霧される液体は、水の他、ガス中に含まれているＳＯｘなど酸性ガスを吸収可能な溶解塩を含む水溶液であっても良い。例えば、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）水溶液、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）水溶液とされる。

なお、本実施形態の集塵装置が環境集塵を実施する集塵機に適用される場合は、水ミスト噴霧装置２２は、消毒作用のある液体として、エタノールを含む水やオゾン水を噴霧することもできる。環境集塵を行う場合、空気中に菌類やウィルスが存在する場合がある。これらは予備荷電部でのコロナ放電によりある程度不活性化されるが、消毒作用を有する液体を噴霧することで、後流の捕集部２４でより確実に不活性化させることが可能である。

水ミスト噴霧装置２２から噴霧される液体は、湿式静電フィルタ３外部の系から供給されても良いし、湿式静電フィルタ３の系内で循環させたものでも良い。系内で循環させる場合、水ミスト噴霧装置２２から噴霧される液体は、ドレイン３４で回収された液体とされる。

ダスト、ＳＯｘミスト及び水ミストを含むガスは、湿式静電フィルタ３の捕集部２４に流入する。ここで、高圧電源３１は放電電極２５に直流電流または交流電流を供給する。このため、放電電極２５とアース極２８との間に電界が発生する。発生した電界の中にフィルタ層２６が存在する。ここでの電界強度は数ｋＶ／ｃｍ程度である。

図２及び図３に捕集部に流入したガスの流れが矢印で示される。捕集部２４ａ，２４ｂに流入したガスは、放電電極２５ａ，２５ｂ側からフィルタ層２６ａ，２６ｂに流入する。ガスはフィルタ層２６ａ，２６ｂ内部を通過してアース極２８ａ，２８ｂ側から空間２９ａ，２９ｂに流入する。空間２９ａ，２９ｂ中のガスは、ガス出口３０を通って湿式静電フィルタ３外部に排出される。

図４は、ダスト及び水ミストを含むガスが流通する際のフィルタ層２６断面の拡大概略図である。図４は、表面形状保持材２７を設けた例である。ガスは、表面形状保持材２７側からアース極２８側に向かってフィルタ層２６内部を流通する。図４では、放電電極２５に負の電圧がかけられているので、水ミスト５０はガス上流側（放電電極２５側）が正、ガス下流側（アース極２８側）が負に誘電分極する。放電電極２５に正の電圧がかけられる場合は、水ミストは図４と逆に誘電分極する。

図４（ａ）に示すように、ガス中の誘電分極した水ミスト５０ａは、水ミスト周囲に生じる電界により、グレーディエント力が発生し、近くの物体に付着しやすい性質を有するようになる為、表面形状保持材２７の孔からフィルタ層２６内部に入り込み、フィルタ層２６内部でフィルタ層２６に付着し保持される。ガス中の負に帯電したダスト５１は、フィルタ層２６内部に付着した水ミスト５０ｂの正に誘電分極した側に付着することで捕集される。従って、フィルタ層２６を通過しアース極２８から出たガス中の水ミスト量及びダスト量は大幅に低減される。

なお、予備荷電部で帯電したガス中のＳＯｘミストも、水ミストと同様に誘電分極することで、さらに近くの物体に付着しやすい性質を有するようになる。ＳＯｘミストはフィルタ層２６に付着したり、フィルタ層２６に付着した水ミスト５０ｂに取り込まれることで、捕集される。誘電分極したＳＯｘミストにも、ダストが付着して捕集される。

フィルタ層２６に付着する水ミスト及びＳＯｘミスト５０ｂの量が多くなると、図４（ｂ）に示すように水ミスト同士が凝集し、大きな液滴５０ｃとなる。ある程度大きな液滴５０ｃとなると、液滴５０ｃはダスト５１を捕獲したまま、重力によりフィルタ層２６下部へと流れ落ちる。流れ落ちた液滴５０ｃ及びダスト５１は、ドレイン３４を通じて捕集部２４外部に排出される。この過程で、水ミスト及びＳＯｘミスト５０ｂに取り込まれたＳＯｘもドレイン３４を通じて捕集部２４外部に排出される。

ここで、ダスト及びＳＯｘミストの捕集の観点から、水ミスト及びＳＯｘミストはフィルタ層２６に長期間保持されることが好ましい。このため、水ミストの噴霧量及び噴霧時間は、ダスト及びＳＯｘミストを効率良く捕集できる程度に十分な量の水ミストがフィルタ層２６に保持されるように、適宜設定されると良い。例えば、集塵装置１の上流側から十分な量のＳＯｘミストが流入する場合には、水ミストの噴霧は連続的に実施する必要はなく、所定時間毎に水ミストの噴霧と停止を繰り返しても良い。あるいは、湿式静電フィルタ３に流入する排ガス中のＳＯｘミスト量を監視して、水ミスト噴霧のタイミング及び噴霧量を制御しても良い。

フィルタ層２６は定期的に洗浄されて、フィルタ層２６に付着した水ミスト５０ｂが強制的にドレイン３４から排出されても良い。フィルタ層２６を洗浄する際、放電電極２５への電流供給は停止されても良い。すなわち、フィルタ層洗浄時には集塵は停止されても良い。
フィルタ層洗浄時に放電電極への電流供給が停止されるのは、次の理由に依る。集塵時において、放電電極２５とフィルタ層２６との間の空間、絶縁性材料とされるフィルタ層２６、アース極２８により絶縁が確保されている。一方、フィルタ層の洗浄時に、後述するように水がフィルタ層に供給される。このように多量の水が存在すると、フィルタ層に付着した水滴同士が繋がり、絶縁が保てなくなる場合がある。さらに放電電極に電流供給しながらフィルタ層の洗浄を行った場合、フィルタから放電極側に飛び出した水滴を起点として火花が発生しやすくなってしまう。

フィルタ層２６洗浄時、配管３２から洗浄用の液体がフィルタ層に直接供給され、フィルタ層が洗浄される。供給方法は連続的でも良いし、間欠的でも良い。環境集塵を実施する集塵機に適用される場合は、洗浄用の液体は、主として水とされるが、ウィルスや菌類の捕集をする場合には、捕集されたウィルスや菌類の不活性化、及びフィルタの消毒の目的で、エタノール、オゾン水等の消毒効果のある物質が含まれていても良い。
フィルタ層に直接供給する代わりに、フィルタ層２６の洗浄を目的として、水ミスト噴霧装置２２から水ミストを間欠的に噴霧したり、噴霧量を増加させたりしても良い。

フィルタ層２６の洗浄が終了してから、放電電極への電流供給が再開される。これによりダストの集塵が再開される。

＜第２実施形態＞
図５は本発明の第２実施形態に係る集塵装置における湿式静電フィルタの概略図である。第２実施形態において、予備荷電部は第１実施形態と同じものを採用できる。

第２実施形態の湿式静電フィルタ１０３は、第１実施形態と同様に、ガス入口１２１に水ミスト噴霧装置１２２を備える。第２実施形態の湿式静電フィルタ１０３は、水ミスト噴霧装置１２２の下流側に複数の捕集部を備える。図５では、４つの捕集部１２４ａ〜１２４ｄを備える例を示す。複数の捕集部１２４ａ〜１２４ｄは、ガスの流れに対して並列になるように設置されている。高圧電源１３１は、複数の捕集部１２４ａ〜１２４ｄの放電電極１２５ａ〜１２５ｄの各々に接続される。

図６は、図５のＢ−Ｂ’断面を上部から見た概略図である。図６は平板形状のフィルタ層を設けた場合である。一つの捕集部１２４ａについて、２枚のフィルタ層１２６ａが所定の間隔で対向して設置され、フィルタ層１２６ａの間に放電電極１２５ａが設置される。図６の放電電極１２５ａは、複数の円柱状電極１３３ａ（図６では５本）がフィルタ層１２６ａに沿って整列したものとされる。一方のフィルタ層１２６ａの外側に位置する空間１２９ａｂは、隣接する捕集部１２４ｂにおける一方のフィルタ層１２６ｂの外側に位置する空間と共有される。なお、図５の捕集部のうち端に位置する捕集部（例えば、捕集部１２４ａ，１２４ｄ）では、他方のフィルタ層１２６ａの外側に位置する空間１２９ａは他の捕集部と共有されない。

図２に例示される円筒形状のフィルタ層を設ける場合、一つの捕集部におけるフィルタ層の外側に位置する空間は、隣接する別の捕集部におけるフィルタ層の外側に位置する空間と接続される。

図５及び図６の変形例として、複数の捕集部はそれぞれ独立とする。すなわち、フィルタ層の外側に位置する空間を捕集部毎に独立させ、図６のように隣接する捕集部同士で共有させない構造としても良い。

各捕集部１２４ａ〜１２４ｄのフィルタ層１２６ａ〜１２６ｄを洗浄用液体を供給する配管１３２ａ〜１３２ｄが設置される。フィルタ層１２６ａ〜１２６ｄの外側に位置する空間に、ドレイン１３４が接続される。
第２実施形態の湿式静電フィルタ１０３では捕集部１２４ａ〜１２４ｄの下部にドレインから排出された液体を貯める貯留槽１４０が設けられる。貯留槽１４０はポンプ１４１を通じて水ミスト噴霧装置１２２に接続される。貯留槽１４０に、水ミスト噴霧装置１２２から噴霧される上述の液体（水、ＳＯｘの吸収剤を含む水溶液、消毒液など）を外部から追加で供給できる供給口（不図示）が接続されても良い。また、貯留槽１４０に、貯留された液体を排出する排出口（不図示）が接続されても良い。
貯留槽１４０は、図５においてガス入口１２１から捕集部１２４ａ〜１２４ｄに通じる流通路の底部に設けられているが、タンク等として煙道外に別途設置されても良い。

図７は図５のＢ−Ｂ’断面を上部から見た概略図であり、図６の変形例である。フィルタ層１２６ａ〜１２６ｄの外側に位置する空間１２９ａ，１２９ａｂ，１２９ｂｃ，１２９ｃｄ，１２９ｄとガス出口１３０との間の流通路に、それぞれダンパ１５０ａ〜１５０ｅが設けられている。

第２実施形態の集塵装置を用いて、ボイラなどの燃焼設備から排出されるガス中に含まれるダスト及びＳＯｘミストを捕集する方法を以下で説明する。
予備荷電部に流入したガス中に含まれるダスト（浮遊煤塵、溶解塩微粒子）及びミストは、第１実施形態と同様にして負（または正）の電荷が与えられる。電荷を帯びたダストを含むガスは、予備荷電部から排出されてガス入口１２１から湿式静電フィルタ１０３内部に流入する。

水ミスト噴霧装置１２２は、ガス中に水ミストを噴霧する。水ミスト噴霧装置から噴霧される液体は、第１実施形態と同様に、水、ＳＯｘの吸収剤を含む水溶液とされる。環境集塵を実施する集塵機の場合、エタノールを含む水、オゾン水等の消毒効果のある液体としても良い。
図５のように湿式静電フィルタ１０３系内で噴霧する液体を循環させる場合は、液体中に含まれる成分の調整を実施することが好ましい。例えば、水ミスト噴霧装置から噴霧する液体として溶解塩水溶液を適用する場合、所定の溶解塩濃度を維持させるために、湿式静電フィルタ１０３外部の系から供給口（不図示）を通じて貯留槽に水を供給する、あるいは、貯留槽の液体を排出口（不図示）系外に放出する。

ダスト及び水ミストを含むガスは、湿式静電フィルタ１０３の捕集部１２４ａ〜１２４ｄの各々に流入する。高圧電源１３１は放電電極１２５ａ〜１２５ｃに直流電流または交流電流を供給する。このため、放電電極１２５ａ〜１２５ｄと各放電電極に対応するアース極１２８との間に電界が発生する。

捕集部１２４ａ〜１２４ｄに流入したガスは、図５及び図６に示されるように、放電電極１２５ａ〜１２５ｄ側からフィルタ層１２６ａ〜１２６ｄに流入し、アース極１２８側から空間１２９ａ，１２９ａｂ，１２９ｂｃ，１２９ｃｄ，１２９ｄに流入する。空間１２９ａ，１２９ａｂ，１２９ｂｃ，１２９ｃｄ，１２９ｄ中のガスは、ガス出口１３０を通って湿式静電フィルタ１０３外部に排出される。この時、第１実施形態と同様に、フィルタ層１２６ａ〜１２６ｄに付着・保持された水ミストにダストが捕集される。捕集されたダストは、凝集した水ミストとともにドレイン１３４を通じて捕集部１２４ａ〜１２４ｄ外部に排出される。本実施形態においても、第１実施形態と同様にして、ボイラの排ガス中に含まれるＳＯｘミストもダストと同時に捕集可能である。

フィルタ層１２６ａ〜１２６ｄは定期的に洗浄されて、フィルタ層１２６ａ〜１２６ｄに付着した水ミストが強制的にドレイン１３４から排出される。洗浄方法は第１実施形態と同様である。

なお、図７のように各空間１２９ａ，１２９ａｂ，１２９ｂｃ，１２９ｃｄ，１２９ｄとガス出口１３０との間にダンパフィルタ１５０ａ〜１５０ｅが設けられていると、フィルタ層毎に洗浄が実施可能となる。こうすることで、１つのフィルタ層の洗浄を実施している間に、洗浄を行っていない他のフィルタ層での集塵を継続させることができる。

フィルタ層毎に洗浄を実施する場合を、図７を用いて説明する。
フィルタ層１２６ａを洗浄する場合、空間１２６ａとガス出口１３０との流通路に設けられるダンパ１５０ａの開度を調整し、図７の左側のフィルタ層１２６ａを流通するガスの流量を低減させるか、０とする。また、空間１２６ａｂとガス出口１３０との流通路に設けられるダンパ１５０ｂの開度を調整する。このとき、ガスがダンパ１５０a、１５０ｂを流通するようにすれば、空間１２９a、１２９aｂ以外の空間に対応するフィルタ層の集塵を継続させることができる。
次いで、放電電極１２５ａへの電流供給は停止される。放電電極１２５ａの電流供給が停止された後、フィルタ層１２６ａに液体が供給されてフィルタ層１２６ａの洗浄が実施される。洗浄方法は第１実施形態と同様とされる。
フィルタ層１２６ａの洗浄が終了してから、放電電極１２５ａへの電流供給が再開される。これによりフィルタ層１２６ａでのダストの集塵が再開される。

円筒形状のフィルタ層や、各捕集部１２４ａ〜１２４ｄを独立させてフィルタ層の外側に位置する空間を他の捕集部と供給させない場合でも、上記と同様にして個々のフィルタ層を洗浄することができる。

１ 集塵装置
２ 予備荷電部
３，１０３ 湿式静電フィルタ
１０ ケース
１１ 予備荷電部放電極
１２ 支持体
１３ 放電部
１４，３１，１３１ 高圧電源
１５ａ，３０ａ 碍子室
１５ｂ，３０ｂ 碍子
２１，１２１ ガス入口
２２，１２２ 水ミスト噴霧装置
２３ ノズル
２４，１２４ 捕集部
２５，１２５ 放電電極
２６，１２６ フィルタ層
２７ 表面形状支持体
２８，１２８ アース極
２９，１２９ 空間
３０，１３０ ガス出口
３２，１３２ 配管
３４，１３４ ドレイン
１３３ａ 電極
１４０ 貯留槽
１４１ ポンプ
１５０ ダンパ

Claims (12)

1. ダスト及びＳＯｘが取り込まれたミストを含むガスが流通する流通路に、上流側から順に前記ダストを帯電させる予備荷電部と前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する湿式静電フィルタとを備え、
   前記湿式静電フィルタが、
   前記湿式静電フィルタの前記ガスの入り口に設けられ、前記湿式静電フィルタに流入するガス中に水ミストを噴霧する水ミスト噴霧装置と、前記水ミスト噴霧装置の下流側に捕集部とを備え、
   前記捕集部は、
   放電電極と、
   前記放電電極に電圧を印加する電源と、
   前記放電電極の周囲に前記放電電極と離間させて設置され、前記ガスが流通する際に前記水ミストと前記ダストと前記ＳＯｘが取り込まれたミストとを捕集するフィルタ層と、
   前記ガスが流通可能であり、前記フィルタ層を挟んで前記放電電極と反対側に設けられるアース極とを備える集塵装置。
2. 前記フィルタ層が円筒形状とされ、前記フィルタ層の内側に前記放電電極が収納される請求項１に記載の集塵装置。
3. 前記フィルタ層が２枚の平板形状とされ、該２枚のフィルタ層が離間して対抗するように設置され、該２枚のフィルタ層の間に前記放電電極が収納される請求項１に記載の集塵装置。
4. 前記フィルタ層に接触し、前記ガスが流通可能であり、前記放電電極に対抗する前記フィルタ層の面が所定の表面形状となるように、前記フィルタ層を担持する表面形状保持材を更に備える請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の集塵装置。
5. 前記フィルタ層の底部に、前記フィルタ層で捕集された前記水ミストとともに、前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを回収するドレイン回収部を備える請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の集塵装置。
6. 前記フィルタ層から前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを除去するための液体を前記フィルタ層に供給する配管を更に備える請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の集塵装置。
7. 複数の前記捕集部が、前記ガスの流れに対して並列に設置される請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の集塵装置。
8. 前記複数の捕集部の下流側に、前記フィルタ層を通過した前記ガスの流量を制御する複数のダンパが接続される請求項６に記載の集塵装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の集塵装置を用いて、前記ガス中の前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する集塵方法であって、
   前記予備荷電部が、前記流通路から流入した前記ガス中に含まれる前記ダスト及びＳＯｘミストを帯電させる工程と、
   前記湿式静電フィルタ中の前記水ミスト及びＳＯｘミストの量が所定量より低い場合に、前記予備荷電部から前記湿式静電フィルタに流入した前記ガス中に、前記水ミスト供給装置が前記水ミストを噴霧する工程と、
   前記電源が前記放電電極に電圧を印加し、前記放電電極と前記アース極との間に電界を発生させて、前記水ミスト及びＳＯｘミストを誘電分極させる工程と、
   前記ガスが前記フィルタ層を通過する間に、前記フィルタ層が前記水ミストとともに前記ダスト及び前記ＳＯｘが取り込まれたミストを捕集する工程とを含む集塵方法。
10. 前記水ミストを噴霧する工程において、前記水ミスト供給装置が前記水ミストを間欠的に噴霧する請求項９に記載の集塵方法。
11. 前記電源が前記放電電極に対する電圧の印加を切断するとともに、
    前記配管が前記フィルタ層に前記液体を供給し、前記液体が前記フィルタ層内部を流通して、前記フィルタ層に捕集された前記水ミストが前記フィルタ層から除去される工程を更に含む請求項９または請求項１０に記載の集塵方法。
12. 前記水ミストがフィルタ層から除去される工程において、前記複数の捕集部のうち一の捕集部に接続する前記ダンパが、前記フィルタ層を通過する前記ガスの流量を低減する、または、前記フィルタ層を通過する前記ガスを遮断することを更に含む請求項１１に記載の集塵方法。
    

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