JP2015085214A - 湿式超音波集塵装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】処理ガス中の粒子状物質を連続的に分離捕集できる湿式超音波集塵装置を提供する。
【解決手段】処理ガス入口２及び清浄ガス出口６４が設けられている本体ケーシング１−１、及び本体ケーシング１−１内に設けられている処理ガス固定整流板１−２、処理ガス整流ユニット１−３、超音波振動エネルギーを内包する水滴を発生させる振動子ユニット１−４、粒子状物質を内包する水滴を処理ガスから分離するミストセパレータ１−５を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、湿式超音波集塵装置に関し、特に処理ガス中に浮遊する微細な粉塵や煤塵を分離捕集するための湿式超音波集塵装置に関する。

処理ガス中に浮遊する粉塵や煤塵を捕集する集塵装置は、集塵作用により、重力集塵装置、慣性力集塵装置、遠心力集塵装置（サイクロン）、洗浄集塵装置、ろ過集塵装置（バッグフィルタ）、電気集塵装置及び超音波集塵装置に分類されている。また、粉塵や集塵などの捕集対象となる粒子を水その他の液体で湿潤させる湿式集塵装置と、湿潤させず乾燥させたまま集塵する乾式集塵装置と、に分類される。

集塵装置は、集塵作用により捕集することができる粒子の大きさが異なる。たとえば、重力集塵装置では５０μｍ以上、慣性力集塵装置では１０μｍ以上、遠心力集塵装置（サイクロン）では５μｍ以上の比較的大きな粒子を捕集することができるが、微細な粒子の捕集には適していない。洗浄集塵装置では１０μｍ以上の粒子を捕集することができ、吸湿性又は潮解性を有する粒子であれば１μｍ程度の粒子であっても捕集することができる。ろ過集塵装置、電気集塵装置及び超音波集塵装置では、０．１μｍ程度の微小粒子を捕集することができるが、大量の工業用ガスから微細粒子を分離捕集することは容易ではない。そのため、最初に大径の粒子を分離捕集する集塵装置と、次いで小径の粒子を分離捕集する集塵装置とを組み合わせて用いられていることが多い。例えば、サイクロン−バッグフィルタ、サイクロン−電気集塵装置−サイクロンの組み合わせなどが用いられている。また、小径の粒子を凝集させて見かけ上大径の粒子としてサイクロンなどで分離捕集する方法もある。超音波集塵装置は、振動を与えることによって、小径の粒子同士を衝突させて凝集させることができる。しかし、超音波集塵装置は騒音を発生するという問題がある。洗浄集塵装置は、サイクロンとバッグフィルタの中間程度の捕集性能を有するが、大量の粉塵を含む排水が発生するという問題がある。電気集塵装置は、０．１μｍ程度の微細な粒子も分離捕集することができるが、帯電粒子を正極板に移動させ付着させるため、数千ボルト以上の高電圧及び整流器を必要とし設備費が高く、また正極板に付着した粒子を機械的に剥離する場合には捕集した粉塵が再び放出されてしまうという問題があり、洗浄により剥離させる場合には大量の粉塵を含む排水が発生するという問題がある。バッグフィルタは、粒子がろ布に堆積することにより圧力損失が大きくなるため、定期的に粒子を剥離させることが必要となり、付着性のある粉塵や水分の多い処理ガスの集塵には適していない。

従来の集塵装置の問題点を解決し、処理ガス中の粒子状物質を連続的に分離捕集できる湿式超音波集塵装置を提供することを目的とする。

本発明は、超音波により水分子に振動を付与し、マイナスイオンを内包して負電荷に帯電した微細な水滴を発生させ、正電荷に帯電している処理ガス中の粒子状物質を当該水滴に吸着させて、分離捕集する湿式超音波集塵装置を提供する。

具体的態様は以下の通りである。
［１］処理ガス入口及び清浄ガス出口が設けられている本体ケーシング、及び本体ケーシング内に設けられている処理ガス固定整流板、処理ガス整流ユニット、超音波振動エネルギーを内包する水滴を発生させる振動子ユニット、粒子状物質を内包する水滴を処理ガスから分離するミストセパレータを具備する湿式超音波集塵装置。
［２］前記振動子ユニットは、２０〜４０ｋＨｚ／秒の振動を発生させる圧電素子と、当該圧電素子を囲包する振動子保護管と、当該振動子保護管と一体化された貯水管と、を具備し、当該圧電素子からの振動エネルギーを貯水管内の水に付与して、ミストとして散布する、［１］に記載の湿式超音波集塵装置。
［３］さらに、本体ケーシング内底面に、粒子状物質を内包する水滴を集める排水溜樋と、当該排水溜樋内に設けられている散気管と、を設け、分離された排水中の粒子状物質の凝集を防止する、［１］又は［２］に記載の湿式超音波集塵装置。

本発明の湿式超音波集塵装置は、従来の各種集塵装置の欠点を解消し、大量の排ガスからの微細な粒子状物質の分離捕集を行うことができ、逆洗も不要となるため排水量を減少させ、再度の粉塵の発生もなく、運転時の騒音発生も抑制できる。

また、本発明の湿式超音波集塵装置は、処理ガスを整流するための整流手段及び超音波振動による振動エネルギーを内包するミストを発生させるための振動手段をそれぞれユニット化しているため、建設、運転管理、修繕が容易となる。

本発明の湿式超音波集塵装置は、超音波領域の振動エネルギーを付与して形成される微細な水滴をミストとして処理ガスと衝突させ、処理ガス中の粒子状物質を水滴に吸着させて処理ガスに随伴させ、次いで、ミストセパレータにより気液分離を行い、粒子状物質を含む水滴を排水として集めることにより、健康上最も有害といわれている１μｍ前後の粉塵や煤塵を分離捕集することができる。

また、気液分離後に集められた排水を曝気して凝集を防止することができる。

本発明の湿式超音波集塵装置の一実施形態を示す概略側面図である。 図１に示す処理ガス整流ユニット１−３の拡大上面図である。 図１に示す処理ガス整流ユニット１−３を取り付ける整流板中間受支柱１６の拡大側面図である。 図１に示す振動子ユニット１−４の拡大側面図である。 振動子ユニット１−４の振動子３１の拡大図である。 図１に示す振動子ユニット１−４の拡大上面図である。 図１に示す振動子ユニット１−４を取り付ける振動子中間受支柱５１の拡大側面図である。 図１に示す本体ケーシング１−１の底面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１に、本発明の湿式超音波集塵装置の一実施形態の概略説明図を示す。

湿式集塵装置は、処理ガス入口２及び清浄ガス出口６４が設けられている本体ケーシング１−１、及び本体ケーシング１−１内に設けられている処理ガス固定整流板１−２、処理ガス整流ユニット１−３、超音波振動エネルギーを内包する水滴を発生させる振動子ユニット１−４、粒子状物質を内包する水滴を処理ガスから分離するミストセパレータ１−５を具備する。本体ケーシング１−１に導入された処理ガスは、処理ガス固定整流板１−２及び処理ガス整流ユニット１−３により整流され、振動子ユニット１−４に案内される。振動子ユニット１−４からは、超音波による振動エネルギーが付与されて分解されたＯＨとＨを含む微細な水滴がミストとして供給され、処理ガスと衝突する。この水滴には、振動エネルギーが内包されているため、処理ガスとの衝突によって、高濃度の負電荷が発生し、正電荷を帯びている処理ガス中の浮遊粒子物質が水滴に吸着される。浮遊粒子物質を吸着した水滴を随伴する処理ガスは、ミストセパレータ１−５にて気液分離される。浮遊粒子物質を吸着した水滴は、本体ケーシング１−１底面に設けられている排水溜樋６５に集められて排水され、浮遊粒子物質が除去された清浄ガスは、清浄ガス出口６４を介して排気される。排水溜樋６５には散気管６６が設けられており、粒子状物質を含む排水を曝気して、粒子状物質の凝集を防止する。

以下、主要な要素の構成を説明する。
１．処理ガス整流ユニット
処理ガス入口２から流入する処理ガスを振動子ユニット１−４に案内するための整流機構は、処理ガス固定整流板１−２及び処理ガス整流ユニット１−３からなり、本体ケーシング１−１の処理ガス入口２側に設けられている。

処理ガス固定整流板１−２は、処理ガス入口２から流入する処理ガスを処理ガス整流ユニット１−３に案内するように整流するため、処理ガス入口２に近接して本体ケーシング１−１の側壁面に取り付けられ、処理ガス整流ユニット１−３の整流板３の固定端部を越えた位置まで延在している。固定整流板１−２は本体ケーシング１−１の両側壁面間に架設されていることが好ましい。図１には、本体ケーシング１−１の上面に近い側壁面に取り付けられた固定整流板１−２を示しているが、本体ケーシング１−１の底面側にも取り付けられていることが好ましい。

処理ガス整流ユニット１−３は、処理ガス固定整流板１−２の下流側に設けられ、処理ガス固定整流板１−２により整流された処理ガス流を振動子ユニット１−４に向けて整流する。処理ガス整流ユニット１−３は、本体ケーシング１−１の上面と底面との間に立設されている整流板中間受支柱１６に等間隔に複数個取り付けられている整流板中間受軸座１７に載置されている。

処理ガス整流ユニット１−３は、整流板３と、整流板軸３−１と、整流板３を整流板軸３−１に固定する固定手段と、を具備する。１個の処理ガス整流ユニット１−３における整流板３は１枚でも複数枚でもよい。整流板軸３−１は、本体ケーシング１−１の両側壁の間に架設されている。

図２は、処理ガス整流ユニット１−３の側面図である。整流板軸３−１は、整流板３が熱により変形することを防止するため、冷却水ｄ−１を流通可能とする中空配管とすることが好ましい。整流板軸３−１は、本体ケーシング１−１の両側壁にそれぞれ設けられた整流板取付座５を貫通して本体ケーシング１−１の外部に延びる。

整流板取付座５には、処理ガス漏洩防止用シールフェルト６が充填され、パッキン９を介して、フェルトリング受蓋（Ｉ）８が載置される。フェルトリング受蓋（Ｉ）８には、整流板軸３−１を貫通させる開口、及び該開口に近接した位置にフェルトリング押（Ｉ）１０を取り付けるためのフェルトリング押ボルト１１を受け容れるボルト孔が形成されている。フェルトリング受蓋（Ｉ）８は、整流板軸３−１の周囲に設けられているフェルトリング７及び軸調整スリーブ４を介して、整流板軸３−１を固定する。固定ねじ１３で固定されている角度調整ガイド板１２で、整流板軸３−１の角度を調節した後、角度調整ガイド板１２をフェルトリング受蓋（Ｉ）８の外表面から立設する取付部に、固定ボルト１４及び蝶ナット１５で固定する。

整流板軸３−１は、整流板軸３−１及び整流板３の撓み防止のため、整流板軸３−１の中央部で整流板中間受軸座１７に載置され、整流板中間受支柱１６により支持されている。整流板中間受支柱１６は、図１に示すように本体ケーシング１−１の上面と底面との間に架設されている。整流板軸３−１の芯が、整流板中間受支柱１６に対して垂直となるように取り付ける。整流板中間受支柱１６は、熱による撓み防止のため、冷却水ｄ−１を流通可能とする中空配管とすることが好ましい。

図３に示すように、整流板中間受支柱１６は、本体ケーシング１−１の上壁に設けられている整流板中間受支柱取付座（Ｉ）１８及び底壁に設けられている整流板中間受支柱取付座（ＩＩ）２１を貫通して本体ケーシング１−１の外部に延びる。整流板中間受支柱取付座（Ｉ）１８には、処理ガス漏洩防止用シールフェルト１９が充填され、パッキン２０を介して、フェルトリング受蓋が載置される。フェルトリング受蓋は、ボルト及びナットを用いて整流板中間受支柱取付座（Ｉ）１８に固定される。整流板中間受支柱取付座（ＩＩ）２１には、パッキン２３を介して、フェルトリング受蓋（ＩＩ）２４を載置する。フェルトリング受蓋（ＩＩ）２４には、整流板中間受支柱１６を貫通させる開口、及び該開口に近接した位置にフェルトリング押（ＩＩ）２５を取り付けるためのフェルトリング押ボルト２６を受け容れるボルト孔が形成されている。整流板中間受支柱１６の周囲に設けられているフェルトリング２２は、フェルトリング押（ＩＩ）２５及びフェルトリング押ボルト２６によって、フェルトリング受蓋（ＩＩ）２４に固定される。整流板中間受支柱１６下端に配管用ソケット２７を取り付け、送水管２８と連結する。

２．振動子ユニット
図１に示すように、振動子ユニット１−４は、処理ガス整流ユニット１−３の下流で、１個の処理ガス整流ユニット１−３を挟む位置に２個の比率で複数配置されている。図示した実施態様では、さらに下流側に、処理ガス整流ユニット１−３と対向する位置に、追加の振動子ユニット１−４が配置されている。振動子ユニット１−４を複数列配置する場合には、互い違いに配置して、処理ガスの流れを均一にすることが好ましい。各振動子ユニット１−４は、本体ケーシング１−１の上面と底面との間に立設されている振動子中間受支柱５１に等間隔に複数個取り付けられている振動子中間受座５２に載置されている。振動子ユニット１−４は、本体ケーシング１−１の両側壁の間に架設されている。

図４に示すように、振動子ユニット１−４は、等間隔で配置されている複数の振動子３１と、振動子３１を保護する振動子保護管３０と、振動子保護管３０を囲包して設けられている貯水管２９と、を含む。振動子保護管３０は、貯水管２９の中央部に位置づけられ、貯水管２９と振動子保護管３０とは一体化されている。貯水管２９は、パッキン４１を介して底壁及び両側壁をボルト４２で固定し、振動子保護管３０を収納して、パッキン３９を介して振動子保護管３０の蓋３８をボルト４０で固定して形成されている。振動子保護管３０内には、振動子３１が、振動子用パッキン３６を介して振動子保護管３０の底面に設けられている振動子取付座３３に固定されている。貯水管２９の底面には、ミストを噴霧するための開口部が形成されており、開口部を覆うようにパンチングプレート状の噴霧水量調節用スペーサー３４が位置づけられている。振動子３１の発振により貯水管２９内の水に振動エネルギーが付与され、キャビテーションによって水がＯＨとＨに分解され、微細な水滴状態となり、噴霧水量調節用スペーサー３４を介して、本体ケーシング１−１内にミストとして噴霧される。

振動子３１は、２０〜４０ｋＨｚ／秒の超音波領域振動を発生させる圧電素子であることが好ましい。図５に圧電素子による超音波領域振動の発生原理を示す。電極被膜を保護超した圧電素子３１−２の両面を電極として用い、コイルＬのインダクタンスとコンデンサーＣとで発振周波数を決定して、固有の共振周波数信号を信号増幅器Ｐｓで圧電素子に適合した数百Ｗ〜数千Ｗの出力に合わせ、交流電源Ｉを印加すると、圧電素子３１−２は正電位で伸び、負電位で縮むことにより振動を発生し、圧電素子３１−２で発生した振動を出力端振動子３１−１の先端に伝達して超音波が伝送される。また、反復する振動エネルギーを保持するために、出力単振動し３１−１とは反対の圧電素子３１−２の端部に保持端振動子３１−３を設ける。出力端振動子３１−１からの振動エネルギーを、振動子保護管３０周囲に一体化されている貯水管２９内の水に付与して、水にキャビテーションを発生させて分解して微細な水滴とする。

図６に示すように、振動子ユニット１−４は、本体ケーシング１−１の両側壁間に架設され、両側壁にそれぞれ設けられた振動子ユニット取付座４３を介して本体ケーシング１−１に取り付けられている。振動子ユニット取付座４３には、処理ガス漏洩防止用シールフェルト４４が充填され、パッキン４５を介してシールフェルト押蓋４６が載置され、ボルト及びナット４７で固定される。シールフェルト押蓋４６には、振動子３１に通電するための電気配線ｃを案内するための電気配線管、及び貯水管２９に水ｄ−２を送水するための送水管を取り付けるための開口部が設けられている。

振動子ユニット１−４は、振動子ユニットの撓み防止のため、振動子ユニット１−４の中央部で振動子中間受座５２に載置され、振動子中間受支柱５１により支持されている。振動子中間受支柱５１は、図１に示すように本体ケーシング１−１の上面と底面との間に架設されている。振動子ユニット１−４の芯が、振動子中間受支柱５１に対して垂直となるように取り付ける。振動子中間受支柱５１は、熱による撓み防止のため、冷却水ｄ−１を流通可能とする中空配管とする。

図７に示すように、振動子中間受支柱５１は、本体ケーシング１−１の上壁に設けられている振動子中間受支柱取付座（Ｉ）４８及び底壁に設けられている振動子中間受支柱取付座（ＩＩ）５３を貫通して本体ケーシング１−１の外部に延びる。振動子中間受支柱取付座（Ｉ）４８には、処理ガス漏洩防止用シールフェルト４９が充填され、パッキン５０を介して、フェルトリング受蓋が載置される。フェルトリング受蓋は、ボルト及びナットを用いて振動子中間受支柱取付座（Ｉ）４８に固定される。振動子中間受支柱取付座（ＩＩ）５３には、パッキン５５を介して、フェルトリング受蓋（ＩＩ）５６を載置する。フェルトリング受蓋（ＩＩ）５６には、振動子中間受支柱５１を貫通させる開口、及び該開口に近接した位置にフェルトリング押（ＩＩ）５７を取り付けるためのフェルトリング押ボルト５８を受け容れるボルト孔が形成されている。振動子中間受支柱５１の周囲に設けられているフェルトリング５４は、フェルトリング押（ＩＩ）５７及びフェルトリング押ボルト５８によって、フェルトリング受蓋（ＩＩ）５６に固定される。振動子中間受支柱５１下端に配管用ソケット５９を取り付け、送水管６０と連結する。

３．ミストセパレータ１−５
図１に示すように、振動子ユニット１−４の下流側にミストセパレータ１−５が設けられている。ミストセパレータ１−５は、処理ガスの流入方向に対して傾斜しているルーパーである。処理ガスに随伴されているミストは、ルーパーに衝突して落下し、気液分離される。ルーパーはピッチ４０ｍｍで取り付けられていることが好ましい。

４．排水溜樋
図１に示すように、本体ケーシング１−１の底面には、落下する水滴を集めて排水するための排水溜樋６５が複数設けられている。排水溜樋６５には、散気管６６を延在させ、排水に加圧空気を供給し、水滴中に吸着されている粒子状物質が凝集しないようにする。特に、焼却炉からの排ガスなどの高温の処理ガスの場合には、粒子状物質が５０〜６５℃でフロックを形成しやすいため、粒子状物質を均等に分散させて懸濁させておくことが必要となる。

図８に示すように、排水溜樋６５は、本体ケーシング１−１の両側壁の間に延在して設けられている。排水溜樋６５には、散気管６６が本体ケーシング１−１の両側壁の間に延在して設けられている。散気管６６は、本体ケーシング１−１下部側壁に設けられている散気管受座６７及び散気管取付座６８により本体ケーシング１−１に固定される。排水溜樋６５に集められた排水は、本体ケーシング１−１の側壁を貫通して外部に連絡する排水出口管６９を介して外部に排水され、適当な排水処理装置（図示せず）に送られて排水処理される。
５．冷却水循環配管
図１に示すように、整流板中間受支柱１６及び振動子中間受支柱５１のそれぞれの下端は、配管用ソケット２７及び５９を介して送水管２８及び６０と連結されている。送水管２８及び６０は、本体ケーシング１−１底面から外部に延びる冷却水戻送水管６１を介して冷却水戻溜ヘッダー管６２に連結されている。冷却水戻溜ヘッダー管６２には、冷却器（図示せず）に送水するためのヘッダー管側出口管６３が設けられている。整流板中間受支柱１６及び振動子中間受支柱５１にて熱交換により暖められた冷却水は、冷却器で常温に冷却された後、送水管に循環して再び冷却水として使用する。
６．点検用設備
図１に示すように、本体ケーシング１−１の上面中央部にマンホール７０を設け、直下に猿梯子７１を設けて、点検及び修繕のためのアクセスポイントとしている。

本発明の湿式超音波集塵装置は、特に焼却炉からの高温の排ガスから浮遊粒子状物質を分離するために有用である。

Claims (3)

1. 処理ガス入口及び清浄ガス出口が設けられている本体ケーシング、及び本体ケーシング内に設けられている処理ガス固定整流板、処理ガス整流ユニット、超音波振動エネルギーを内包する水滴を発生させる振動子ユニット、粒子状物質を内包する水滴を処理ガスから分離するミストセパレータを具備する湿式超音波集塵装置。
2. 前記振動子ユニットは、２０〜４０ｋＨｚ／秒の振動を発生させる圧電素子と、当該圧電素子を囲包する振動子保護管と、当該振動子保護管と一体化された貯水管と、を具備し、当該圧電素子からの振動エネルギーを貯水管内の水に付与して、ミストとして散布する、請求項１に記載の湿式超音波集塵装置。
3. さらに、本体ケーシング内底面に、粒子状物質を内包する水滴を集める排水溜樋と、当該排水溜樋内に設けられている散気管と、を設け、分離された排水中の粒子状物質の凝集を防止する、請求項１又は２に記載の湿式超音波集塵装置。

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