JP2016159203A - 集塵装置の運転方法 - Google Patents

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【課題】ダンパが設けられた複数の吸引口から吸気を行う集塵装置において、各吸引口における所望の吸引風量に応じて、各ダンパの開度を簡便に決定することができる集塵装置の運転方法を提供すること。【解決手段】開度を変更可能なダンパをそれぞれ備えた複数の吸引口と、複数の吸引口に共通に接続され、複数の吸引口から気体を吸引する吸引装置と、を備えた集塵装置において、各ダンパの開度と吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性と、各吸引口において所望される吸引風量と、吸引装置の定格最大吸引風量と、に基づいて、各ダンパの開度を決定する。【選択図】図2

Description

本発明は、集塵装置の運転方法に関し、さらに詳しくは、集塵装置の複数の吸引口に備えられたダンパの開度を決定する方法に関する。
金属を溶融させるアーク炉が設置された建屋等、多量の粉塵が発生する空間には通常、集塵装置が設けられる。この種の集塵装置は、例えば特許文献1に開示されている。こうした集塵装置は、送風機等の吸引装置を備え、空間内の粉塵を含んだ空気を吸引するが、空間の広さや粉塵発生源の分布等に応じて、ダンパを備えた吸引口が複数設けられることが多い。
複数の吸引口が設けられる場合に、各吸引口において、要求される吸引風量を確保することが求められる。粉塵の発生量の分布等に応じて、各吸引口で要求される吸引風量の組み合わせとして多様なパターンが想定されるが、それぞれのパターンに対して、各吸引口に設けられたダンパの開度を調節する必要がある。さらに、各吸引口の吸引風量は、その吸引口のダンパの開度だけでなく、他の吸引口も含めた全ダンパの開度のバランスに依存するため、必要風量に対して精度よく吸引を行う場合、各吸引口に風量計を設置して吸引風量を実測し、その実測値に基づいてフィードバック制御を行いながら、各吸引口における吸引風量が所望の値となるように、各ダンパの開度を調節する等の手法が用いられることもある。
特開2011−242055号公報
上記のように、複数の吸引口から集塵装置への吸引を行う場合に、各吸引口で所望される風量の組み合わせパターンが多くなると、その数に応じて、ダンパの開度の組み合わせパターンを設定し、さらには風量の実測値に基づいてダンパ開度の再調整を行うことが必要となる。その結果、作業者に大きな負荷がかかることになる。特に、吸引すべき粉塵の発生箇所が多岐にわたる場合や、粉塵の発生状況の変化に応じて、各吸引口での吸引風量を細やかに変化させる必要がある場合等に、適切に吸引風量を制御することは、非常に困難である。
本発明が解決しようとする課題は、ダンパが設けられた複数の吸引口から吸気を行う集塵装置において、各吸引口における所望の吸引風量に応じて、各ダンパの開度を簡便に決定することができる集塵装置の運転方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明にかかる集塵装置の運転方法は、開度を変更可能なダンパをそれぞれ備えた複数の吸引口と、前記複数の吸引口に共通に接続され、前記複数の吸引口から気体を吸引する吸引装置と、を備えた集塵装置において、各ダンパの開度と吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性と、各吸引口において所望される吸引風量と、前記吸引装置の定格最大吸引風量と、に基づいて、各ダンパの開度を決定することを要旨とする。
ここで、各吸引口において所望される吸引風量の合計値の、前記定格最大吸引風量に対する比が大きいほど、各ダンパの開度を大きくすることが好ましい。
また、各吸引口において、前記ダンパ特性から見積もられる吸引風量と実測される吸引風量との間に生じる差異の補正をさらに考慮することが好ましい。
そして、前記吸引口の総数をnとして、i番目の吸引口に設けられたダンパの開度をx、ダンパ特性をf(x)、i番目の吸引口で所望される吸引風量をQp、前記吸引装置の定格最大吸引風量をQt、補正係数をmとして、
Figure 2016159203
なる関係式より、各ダンパの開度xを決定するとよい。
上記発明にかかる集塵装置の運転方法においては、あらかじめ規定しておいたダンパ特性に基づいて、各ダンパの開度を決定している。このため、簡便に各ダンパの開度を決定し、集塵装置を運転することができる。そして、各ダンパの開度を決定するに際し、単に各吸引口で所望される吸引風量に応じて各ダンパの開度を決定するのではなく、吸引装置の定格最大吸引風量まで考慮することで、吸引装置の能力の範囲内で、各吸引口においてバランスのよい吸引を達成することができる。
ここで、各吸引口において所望される吸引風量の合計値の、定格最大吸引風量に対する比が大きいほど、各ダンパの開度を大きくする場合には、各ダンパの開度が大きくなり、吸引風量が大きくなった際に、各吸引口と吸引装置の間で圧力損失が増大することで吸引効率が低下するのを抑制することができる。
また、各吸引口において、ダンパ特性から見積もられる吸引風量と実測される吸引風量との間に生じる差異の補正をさらに考慮する場合には、ダンパ特性の誤差や、圧力損失の影響等を原因として、吸引風量の見積もり値と実測値の間に不可避的に生じてしまう差異の影響を緩和して、各ダンパの開度を決定することができる。
そして、上記の関係式より、各ダンパの開度xを決定する場合には、簡素な数式を用いた演算によって、各吸引口で所望される風量、またはそれに近い風量を、吸引装置の定格最大風量の範囲内でバランスよく達成できるように、各ダンパの開度を設定することができる。
本発明の一実施形態にかかる運転方法を実施する集塵装置の一例を模式的に示す図であり、(a)は押込式、(b)は吸引式の装置を示している。 ダンパ特性の例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態にかかる集塵装置の運転方法について、図面を参照しながら説明する。
[集塵装置]
本発明の一実施形態にかかる運転方法は、図1に示すような集塵装置1に対して適用することができる。本集塵装置1は、フィルタ装置10と、吸引装置15と、吸引経路20と、5つの吸引口31〜35と、5つのダンパ41〜45とを備えている。図1(a)および(b)に示した2つの形態は、吸引装置15の位置においてのみ異なっており、以下の説明は、いずれの形態に対しても適用される。
フィルタ装置10は、フィルタを備えて粉塵を捕捉するものである、例えば特許文献1に開示されたバグフィルタを備えた複数のバグフィルタ容器を適用することができる。吸引経路20は、空気が流通できる管状部材よりなり、5つに分岐して、各吸引口31〜35とフィルタ装置10の間を接続している。吸引装置15は、送風機等、公知の気体流通装置よりなり、図1(a)の押込式装置の場合、吸引経路20において、各吸引口31〜35へ分岐する経路が合流したフィルタ装置10の上流の部位に設けられている。図1(b)の吸引式装置の場合、吸引装置15は、フィルタ装置10の下流に設けられている。いずれの方式の場合にも、吸引装置15は、各吸引口31〜35からフィルタ装置10に向かう気体の流れを生成する。吸引装置15の吸引風量は、定格最大吸引風量の範囲内で、連続的に変化させることができる。例えば、吸引装置15が送風機よりなり、回転数を変化させることで吸引風量を変化させる形態を挙げることができる。
各吸引口31〜35は、吸引経路20への入口として、アーク炉が設けられた建屋等、集塵を行う対象空間に向けて開口されている。そして、各吸引口31〜35に、それぞれダンパ41〜45が備えられている。各ダンパ41〜45は、図示しない制御部によって、0%〜100%の間で、開度を独立に変更可能である。開度0%においては、ダンパ41〜45が閉じられた状態にあり、空気の吸引が起こらない。開度100%においては、ダンパ41〜45は最も開いた状態にあり、吸引風量が最大となる。
本集塵装置1においては、上記のような構成を有することにより、共通の吸引装置15によって、5つの吸引口31〜35から、建屋等の対象空間から粉塵を含んだ空気を吸引し、フィルタ装置10に送り込んで、粉塵を捕捉することができる。そして、吸引装置15の吸引風量と、各ダンパ41〜45の開度を制御することで、各吸引口31〜35からの吸引風量を変化させることができる。なお、ここでは、吸引口およびダンパが5組設けられる場合を例としているが、吸引口およびダンパの数は、対象空間の広さや粉塵の濃度等に応じて、任意に定めればよい。各吸引口を設置する位置も任意に定めればよく、例えば、粉塵の発生源に近い位置に設置すればよい。
[ダンパの開度の決定方法]
次に、ダンパ41〜45の開度x〜xの決定方法について説明する。具体的には、集塵装置1において、各吸引口31〜35において所望される吸引風量Qp〜Qpに応じて、各ダンパ41〜45の開度x〜xを決定する方法について説明する。
以下では、ダンパの総数をnとして、説明を行う(上記の例ではn=5)。本方法においては、
(1)各ダンパ41〜4nにおいて、開度x〜xと吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性f(x)〜f(x
(2)各ダンパ41〜4nにおいて所望される吸引風量Qp〜Qp
(3)吸引装置15の定格最大吸引風量Qt
の3つのパラメータに基づいて、吸引装置15の能力の範囲内で、所望の吸引風量Qp〜Qpに応じたバランスで、各吸引口31〜3nにおける吸引風量が得られるように、ダンパ41〜4nの開度x〜xを演算によって決定する。この際、適宜、圧力損失や制御式の誤差等を考慮した補正を加える。以下に、開度x〜xの具体的な算出方法を説明する。
まず、i番目の吸引口3iのダンパ4iについて、開度xと吸引風量の関係を示すダンパ特性f(x)を考える。ここで、nを吸引口(ダンパ)の総数として、iは1以上n以下の自然数である。図1の例では、n=5であり、i=1,2,3,4,5である。ダンパ特性f(x)は、図2に例示するように、ダンパ4iの開度をx(単位:%)、吸引口3iでの吸引風量をy(単位:m/min)として、y=f(x)なる関係を与える単調増加型の関数である。
ダンパ特性f(x)は、例えば、集塵装置1において、着目しているダンパ4i以外の全ダンパ4j(j≠i)を閉状態(開度x=0%)とし、吸引装置15を定格最大吸引風量Qtで運転して、ダンパ4iの開度xを変化させながら、風量計を用いて吸引口3iの吸引風量を計測することで、求めることができる。このようにして実測したダンパ4iの開度xと吸引風量の関係は、図2に示すプロット点のようなデータ点として得られる。それらのデータ点を、例えば多項式のような近似式でフィッティングすることにより、連続関数としてダンパ特性f(x)を得ることができる。あるいは、ダンパ特性f(x)は、実測によらず、メーカ等から供給されているダンパ4iの仕様に基づいて演算等によって規定してもよい。ダンパ特性f(x)は、ダンパ4iの種類や吸引口3iの径等に応じて定まり、各ダンパ41〜4nで異なっていても、同じでもよい。
次に、上記で得られたダンパ特性f(x)と吸引装置15の定格最大吸引風量Qtを用いて、各吸引口3iで所望される吸引風量Qpから、各ダンパの開度xを決定する。吸引口3iの所望吸引風量Qpは、その吸引口3i近傍での粉塵の濃度等、集塵を行う対象空間の状態に応じて、どの程度の吸引風量を吸引口3iにおいて実現すれば所望の水準で対象空間の集塵を行えるか、という観点から定めればよく、対象空間の状況の変化を反映させて、リアルタイムに変更してもよい。
このように各吸引口3iの所望吸引風量Qpを設定したうえで、次の制御式(1)に基づいて、各ダンパ4iの開度xを求める。
Figure 2016159203
ここで、Qrは、各吸引口3iの所望吸引風量Qpの合計値として得られる合計所望風量であり、式(2)で表される。
Figure 2016159203
Qtは、吸引装置15の仕様によって定まっている定格最大吸引風量である。Qtを別の観点でとらえると、各吸引口3iにおける最大吸引風量、つまりダンパ4iの開度xが100%の時に発揮しうる最大の吸引風量をQmaxとし、その最大吸引風量Qmaxの合計値(ΣQmax)を吸引装置15の定格に合わせるように補正した風量をQaとして、
Figure 2016159203
となる。
制御式(1)において、mは、補正係数である。
n個の吸引口3iに対して所望吸引風量Qpを設定すると、n個のダンパ4iの開度xについて、それぞれ制御式(1)で示した形態の方程式が得られる。これら合計n個の方程式に、式(2)で計算された合計所望風量Qrを代入し、それぞれの方程式を開度xについて解くことで、制御式(1)を満たすような各ダンパ4iの開度xを算出することができる。そして、算出された開度xに従って、各ダンパ4iを実際に制御すればよい。また、定格最大吸引風量Qtを上限として、合計所望風量Qrに合わせて、吸引装置15の吸引風量を設定すればよい。
ある吸引口3iを除いた全吸引口3j(j≠i)のダンパ4jを閉状態とした場合のように、その吸引口3iのダンパ4iの開度xとその吸引口3iで実際に得られる吸引風量Qとの関係が、他の吸引口3jの吸引風量Qに影響されないとすれば、その吸引口3iにおける吸引風量Qは、単に、
Figure 2016159203
で表されることになる。
しかし、実際に、各ダンパ41〜4nを開け、共通の吸引装置15を用いて複数の吸引口31〜3nから並列に吸引を行う場合には、各吸引口31〜3nにおける吸引風量は、吸引装置15の吸引能力、そして他の吸引口3j(j≠i)における吸引風量にも影響される。そこで、制御式(1)において、着目している吸引口3iの所望吸引風量Qpのみならず、全吸引口31〜3nの所望吸引風量Qp〜Qpの合計値である合計所望風量Qr、そして吸引装置15の能力の上限である定格最大吸引風量Qtを考慮することで、全吸引口31〜3nの間における吸引風量のバランスと、吸引装置15の能力を考慮して、式(4)で定まる仮想的なダンパ開度xに対して修正を加えることができる。換言すると、ある吸引口3iにおけるダンパ開度xの決定に当たり、吸引風量の実測値に基づくフィードバック制御を行わなくても、その吸引口3i以外の吸引口3j(j≠i)における吸引の影響が考慮されることになり、吸引装置15の能力の範囲内で、各吸引口31〜3nにおいてバランス良く、所望吸引風量Qp〜Qpの比に応じた吸引風量を達成することができる。
具体的には、制御式(1)において、定格最大吸引風量Qtに対して合計所望風量Qrの値が大きくなるほど、右辺のQt/Qrの値が小さくなり、左辺の所望吸引風量Qpの値が同じであっても、f(x)が大きな値をとる。すると、f(x)が単調増加関数なので、開度xが大きな値をとることになる。このことは、合計所望風量Qrが大きくなるほど、各ダンパ4iの開度xが大きくなることを示している。各ダンパ4iでの吸引風量が大きくなるほど、吸引経路20での圧力損失が大きくなるが、制御式(1)においては、Qt/Qrの項を設けることで、吸引風量が大きくなった際の圧力損失によって吸引効率が低下するのを抑制することができる。
特に、Qr>Qt、つまり合計所望風量Qrが定格最大吸引風量Qtよりも大きい場合には、1よりも小さい値をとるQt/Qrの項が、全吸引口31〜3nについての制御式(1)において、一律に右辺に乗じられるため、全吸引口31〜3nにおいて、ダンパ41〜4nの開度x〜xが大きくなり、全体として、圧力損失が低減される。そして、有限の定格最大吸引風量Qtが、特定の吸引口3iに集中的に割り当てられることはなく、定格最大吸引風量Qtの範囲内で、所望吸引風量Qp〜Qpの比に応じて、全吸引口31〜3nにバランス良く吸引風量が割り当てられる。なお、ある吸引口3iの所望吸引風量Qpが非常に大きい場合に、制御式(1)が有効な解を与えない可能性がありうるが、このような場合には、その吸引口3iのダンパ4iの開度xを100%としておけばよい。
一方、Qr<Qt、つまり合計所望風量Qrが定格最大吸引風量Qtよりも小さい場合には、全吸引口31〜3nにおいて、ダンパ41〜4nの開度x〜xが小さくなり、所望吸引風量Qpの比に応じて、全吸引口31〜3nの吸引風量が、バランスよく抑制される。
さらに、制御式(1)においては、右辺に補正係数mが乗じられている。これは、吸引経路20および各ダンパ41〜4nにおける圧力損失による風量の低下の影響を補正するためのものである。各吸引口31〜3nの所望吸引風量Qp〜Qpが小さく、全ダンパ41〜4nの開度x〜xが小さい状況において、圧力損失によって吸引風量が低下することの影響で、所望吸引風量Qp〜Qpが達成されにくくなってしまう場合には、補正係数mを用いることで、吸引口3iの所望吸引風量Qpが同じでも、ダンパ4iの開度xが大きくなり、ダンパ4iが開方向に制御される。これにより、圧力損失の影響を緩和することができる。
補正係数mには、圧力損失の緩和以外に、制御式(1)の近似誤差等、制御式(1)と実測によって得られる現実の吸引風量との間に生じる差異を修正する役割や、制御式(1)の変更の自由度を確保する役割を担わせることができる。例えば、代表的ないくつかのダンパ開度xの組み合わせに対して、実際の吸引風量を計測したうえで、補正係数mの具体的な値を定めればよい。また、集塵装置1の経年劣化や粉塵発生状況の変化等に伴って、制御式(1)を変更する必要が生じたときは、補正係数mの値を変更することで、制御式(1)の形自体は変更しないまま、簡便にそれらの変化に対応することができる。
以上のように、本運転方法においては、演算によって各ダンパ4iの開度xを決定している。よって、風量計を用いて各ダンパ4iのダンパ特性f(x)をあらかじめ定めておき、また代表的な開度xの組み合わせパターンについて、実測される風量と制御式(1)の間の整合性を確認しておけば、集塵装置1の運転においては、各吸引口3iに風量計を用いてフィードバック制御を行うことは必要でない。よって、簡便にダンパ41〜4nの開度x〜xを決定し、全吸引口31〜3nにおいて、所望吸引風量Qp〜Qpに応じたバランスのよい吸引を達成することができる。
また、連続関数であるダンパ特性f(x)〜f(x)を用いて、全ダンパ41〜4nの開度x〜xを演算により決定するので、任意の所望吸引風量Qp〜Qpの組み合わせに対応して、全ダンパ41〜4nの開度x〜xを高自由度に定めることができる。仮に、想定される所望吸引風量Qp〜Qpの複数の組み合わせパターンに対して、ダンパ41〜4nの開度x〜xを定めたテーブルを事前に準備しておくとすれば、事前に想定した以外の所望吸引風量Qp〜Qpの組み合わせを採用することができない。また、組み合わせパターンの数は、吸引口3iの総数nが大きくなると累乗的に大きくなるので、作業者が各パターンを準備し、また運転条件に応じてそれらから適切なパターンを選択、適用するのに、大きな労力を要する。選択したパターンに対して、実測値を基に修正を加えるとすれば、その労力はますます大きくなる。例えば、吸引口総数n=5の場合に、5個の吸引口31〜35において、それぞれ3とおりずつの風量を選択できるようにするためには、ダンパ41〜45の開度x〜xの組み合わせパターンを、3=243とおり設定する必要がある。
これに対し、上記のように制御式(1)を用いてダンパ41〜4nの開度x〜xを決定するようにすれば、パターンの制約に縛られることなく、粉塵の発生状況等に応じて、細やかな開度x〜xの決定および制御を、小さな労力で行うことができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
1 集塵装置
10 フィルタ装置
15 吸引装置
20 吸引経路
3i(31〜35) 吸引口
4i(41〜45) ダンパ

Claims (4)

  1. 開度を変更可能なダンパをそれぞれ備えた複数の吸引口と、前記複数の吸引口に共通に接続され、前記複数の吸引口から気体を吸引する吸引装置と、を備えた集塵装置において、
    各ダンパの開度と吸引風量との間の関係を示す関係式であるダンパ特性と、各吸引口において所望される吸引風量と、前記吸引装置の定格最大吸引風量と、に基づいて、各ダンパの開度を決定することを特徴とする集塵装置の運転方法。
  2. 各吸引口において所望される吸引風量の合計値の、前記定格最大吸引風量に対する比が大きいほど、各ダンパの開度を大きくすることを特徴とする請求項1に記載の集塵装置の運転方法。
  3. 各吸引口において、前記ダンパ特性から見積もられる吸引風量と実測される吸引風量との間に生じる差異の補正をさらに考慮することを特徴とする請求項1または2に記載の集塵装置の運転方法。
  4. 前記吸引口の総数をnとして、
    i番目の吸引口に設けられたダンパの開度をx、ダンパ特性をf(x)、
    i番目の吸引口で所望される吸引風量をQp
    前記吸引装置の定格最大吸引風量をQt、
    補正係数をmとして、
    Figure 2016159203
    なる関係式より、各ダンパの開度xを決定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の集塵装置の運転方法。
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