JP2016077973A - 電気集塵機の壁面劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気集塵機の運転中に壁面の劣化状況を正確に診断することができる電気集塵機の壁面劣化診断方法を提供する。【解決手段】本発明の電気集塵機の壁面劣化診断方法は、ケーシング５の外側に保温材６と外壁７とを積層配置した電気集塵機の壁面を、電気集塵機の運転中に外側から撮影して熱画像解析する。熱画像解析により求めた壁面温度が高いホットスポット部位について伝熱計算によりケーシング５の残厚推定を行い、その減肉率が所定値を超えた部位を優先補修部位とし、次回の定期修理の際に優先的に補修する。【選択図】図４

Description

本発明は、電気集塵機の壁面劣化診断方法に関するものであり、特に製鉄工場の焼結工程から発生するばい煙を処理するための電気集塵機の壁面劣化診断方法に関するものである。

製鉄工場の焼結工程から発生するばい煙中には、ＳＯｘ、ＮＯｘの外に多量のダストが含まれているため、特許文献１に示されるように、従来から電気集塵機による集塵が行われている。電気集塵機は側壁及び天板により囲まれた集塵室の内部に、正極である集塵板と負極である放電極とを多数配置し、これらの極間に高電圧を印加して電界を形成し、ダストを負に帯電させて集塵板に捕集させる大型の装置である。

電気集塵機の壁面は、図１に示すように内側から鋼板製のケーシング５、保温材６、外壁７の三層構造となっており、各層の厚さは例えば５ｍｍ、５０ｍｍ、５ｍｍ程度である。このうちケーシング５は、内面温度が（ガス温度（ばい煙温度）−１５℃）まで低くなることがありばい煙中に含まれるＳＯｘに起因する硫酸腐食により浸食され易く、ケーシング５の腐食がさらに進行するとその外側の保温材６、外壁７も腐食されて孔が開き、その孔から大気が吸引されるのでガス温度の更なる低下を引き起こし、集塵板や放電極までもが硫酸腐食により劣化することとなって電気集塵機の性能が大幅に低下することとなる。

上記の硫酸腐食は、内部のガス温度（ばい煙温度）が硫酸露点よりも高い８０℃以上であれば発生しないことが確認されているが、硫酸露点はガス中の水分とＳＯｘとの平衡関係によって決まり、水分やＳＯｘが増加するほど硫酸露点は高まる。従ってコストダウンを図るために高結晶水鉱石の使用比率が高まると硫酸露点が上昇し、硫酸腐食の危険性が増すこととなる。

このような電気集塵機の内側のケーシングの腐食はケーシングの機内側から進行するため、劣化状況を外側から目視することはできない。そこで従来から、定期修理の際に電気集塵機の内部に作業員が立ち入り、壁面の劣化状況を目視により点検していた。しかしその機会は２年に１回程度であるうえ、作業員が立ち入ることができる程度まで設備を冷却するにも長い時間がかかるため、壁面の劣化状況を観察できる時間は限られている。このため、細部にわたって完全に劣化状況を把握することは難しく、発見された腐食が著しい部位を補修することはできても、腐食がより進行した部位を見落としてしまう可能性もあり、電気集塵機の長期性能維持の点で問題が残されていた。

なお特許文献２、特許文献３には、電気集塵機内のガス温度を硫酸露点より高い高温に維持することによる硫酸腐食の防止方法が記載されているが、壁面劣化の診断方法を開示するものではない。

特開平３−２４２２４９号公報 特開平９−２５３５３０号公報 特開２００９−２２６３３４号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決して、電気集塵機の運転中に壁面の劣化状況を正確に診断することができる電気集塵機の壁面劣化診断方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の電気集塵機の壁面劣化診断方法は、ケーシングの外側に保温材と外壁とを積層配置した電気集塵機の壁面を、電気集塵機の運転中に外側から撮影して熱画像解析し、熱画像解析により求めた壁面温度が高いホットスポット部位について伝熱計算によりケーシングの残厚推定を行い、その減肉率が所定値を超えた部位を優先補修部位とすることを特徴とするものである。

上記のホットスポット部位は、熱画像解析により求めた壁面温度が７０℃以上の部位とすることが好ましい。また、減肉率が２５％を越えた部位を優先補修部位とすることが好ましい。なお、電気集塵機の壁面とは側壁のみならず、天板や集塵ダストを排出するダストホッパー側壁をも含むものとする。

本発明の電気集塵機の壁面劣化診断方法は、運転中に外側から外壁を撮影して熱画像解析を行い、温度が高いホットスポット部位を見出し、その部位について伝熱計算を行ってケーシングの残厚を推定する方法である。このため従来のような定期修理期間中の点検とは異なり、時間をかけて電気集塵機の壁面全体を注意深く観察することができ、劣化部位の見落としが生じにくい。また伝熱計算によってケーシングの残厚を精度よく推定することができるので、減肉率に基づいて次回の定期修理の際に優先的に補修すべき部位を予め特定することができ、効率のよい補修が可能となる。

電気集塵機の壁面の断面図である。 電気集塵機の構造を示す斜視図である。 外壁の熱分析画像である。 断面方向の温度分布図である。

以下に本発明の実施形態を示す。
図２は電気集塵機の構造を示す斜視図であり、壁面１の内部に集塵板２と放電極３とが多数配置されている。製鉄工場の焼結工程から発生するばい煙は、矢印方向から送り込まれる。前記したように、集塵板２と放電極３との間に高電圧を印加して電界を形成し、ばい煙中のダストを負に帯電させて集塵板２に捕集させる。集塵板２に付着したダストは図示を略した槌打装置によって叩き落されて下方のダストホッパー４に落下する。このようにしてばい煙中からダストが取り除かれ、浄化ガスとなる。この電気集塵機は高さが１０ｍを越え、長さが２０ｍを超える大型の装置である。

図１に示されるように、壁面１はケーシング５の外側に保温材６と外壁７とを順次積層配置した構造である。最も内側のケーシング５は常にばい煙と直接接触する部分であり、鋼板製である。保温材６はセラミックウールやガラスウールからなり、外壁７は耐火物製または鋼板製である。各層の厚さは、例えば５ｍｍ、５０ｍｍ、５ｍｍ程度である。

本発明では、電気集塵機の運転中に外壁７を赤外線カメラ等によって撮影し、熱画像分析を行なう。図３はその具体例を示す画像であり、側壁８の下部に白く輝く部分がある。なお図３の下側に、その部分の損傷状況の写真を示した。周囲の表面温度は３０℃前後であるが、この部分の表面温度は７０℃を越えており、相対的に温度が高いホットスポット部位である。このような撮影と熱画像分析とを、電気集塵機の運転中に壁面１の全体に対して行う。ここで壁面１とは四周の側壁８のみならず、天板９やダストホッパー４の側壁をも含むものとする。本発明ではこのような外壁７の撮影と画像分析を運転中に行なうので、従来のように限られた時間内に行なう必要がなく、電気集塵機の壁面全体について注意深い点検や優先的に補修すべき部位を判定することができる。

図１中に破線で示したように、ケーシング５の内面温度はおおよそ（ガス温度−１５℃）であることが過去の知見により分かっている。ケーシング５が健全である場合には断面方向の温度分布は図１のようになるが、ケーシング５が減肉した場合にはケーシング５の内面が外側に移動するため、保温材６と外壁７とがそのままであっても図４に示すように温度分布が高温側にシフトし、その結果として外壁７の表面温度がΔtだけ高まる。従ってケーシング５の減肉量に応じて熱画像分析の結果得られた外壁７の表面温度が高くなり、周囲よりも温度の高いホットスポット部位として観察されることとなる。

この原理を利用し、本発明ではホットスポット部位について、伝熱計算によりケーシング５の残厚推定を行なう。具体的には、単位面積当たりの熱流量Ｑは次の式１により求めることができる。
Ｑ＝Ｋ（Ｔ１−Ｔ２）・・・（式１）
ここでＫは熱伝導率（Ｗ／（ｍ^２・Ｋ））、Ｔ１はケーシング内壁温度、Ｔ２は大気側外壁温度である。上記したようにケーシング内壁温度Ｔ１はガス温度から推定でき、Ｔ２は熱画像解析から求めることができるので、熱伝導率Ｋを計算することができる。

次に、熱伝導率Ｋは次の式２により求めることができる。
Ｋ＝１／（ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２＋ｔ３／λ３）・・・（式２）
ここでｔ１はケーシング５の厚み、ｔ２は保温材６の厚み、ｔ３は外壁７の厚みである。またλ１はケーシング材質の熱伝導率、λ２は保温材材質の熱伝導率、λ３は外壁材質の熱伝導率であり、単位はいずれもＷ／（ｍ・Ｋ）である。

これらのパラメータのうち、ケーシング５の厚みｔ１以外は全て既知であるから、式１から得られた熱伝導率Ｋと式２から、ケーシング５の厚みｔ１を計算することができる。すなわち、熱画像解析により求めた外壁７の表面温度から、ケーシング５の減肉状態を推測し、減肉率を算出することができる。

外壁７の表面温度が３５℃未満の場合には、ケーシング５は健全であると推測できる。しかし外壁７の表面温度が７０℃を超えた場合には、ケーシング５の腐食が進行して保温材６が脱落しており、内部のガス温度がそのまま外壁７の温度として観察されている状態と考えられる。

そこで外壁７の表面温度が７０〜９０℃の場合には、内部のガス温度を上昇させるアクションを取ることにより、それ以上の硫酸腐食を防止することとする。しかし外壁７の表面温度が９０℃を超えた場合には、内部のガス温度も９０℃となっていると考えられるため、硫酸露点を越えている。従ってそのまま通常操業を続けるものとする。

上記のようにして減肉率の大きい部分は優先補修部位として記録しておき、次回の定期修理の際に優先的に補修を行なう。減肉率がケーシング５の板厚の２５％を超えた部位については、構造物の強度不足の問題があるため、全面更新を行なうものとする。前記したように定期修理期間中に確保できる補修時間は限られているが、本発明によれば定期修理に入る前から補修すべき部位が判明しているため、従来よりも効率よく補修することができる。

以上に説明したように、本発明によれば電気集塵機の運転中に壁面の劣化状況を正確に診断し、次回の定期修理の際に適切な補修を行なうことができる。従って、電気集塵機の長期性能維持を図ることができる。

１ 壁面
２ 集塵板
３ 放電極
４ ダストホッパー
５ ケーシング
６ 保温材
７ 外壁
８ 側壁
９ 天板

Claims (3)

1. ケーシングの外側に保温材と外壁とを積層配置した電気集塵機の壁面を、電気集塵機の運転中に外側から撮影して熱画像解析し、熱画像解析により求めた壁面温度が高いホットスポット部位について伝熱計算によりケーシングの残厚推定を行い、その減肉率が所定値を超えた部位を優先補修部位とすることを特徴とする電気集塵機の壁面劣化診断方法。
2. 熱画像解析により求めた壁面温度が７０℃以上の部位を、ホットスポット部位とすることを特徴とする請求項１記載の電気集塵機の壁面劣化診断方法。
3. 減肉率が２５％を越えた部位を優先補修部位とすることを特徴とする請求項１または２記載の電気集塵機の壁面劣化診断方法。