JP2659805B2

JP2659805B2 - 静電凝集装置

Info

Publication number: JP2659805B2
Application number: JP15668289A
Authority: JP
Inventors: 真之永田; 一隆富松; 秀行前島; 誠人岩崎; 博幸片山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH0326351A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、重油専焼ボイラ（以下、重専ボイラとい
う）の排ガス処理用の排煙脱硫装置のばいじん等のダス
トの除じん効率向上用として適用される静電凝集装置に
関する。

〔従来の技術〕

重専ボイラ・プラントにおいて、その排ガス中に含ま
れるばいじん、NOx,SOx等の大気への放出量を規制値内
におさめるために、脱硝装置，環式電気集じん装置、バ
グフィルタ、排煙脱硫装置、湿式電気集じん装置等、あ
るいは、その一部を組み合せた排煙処理設備が設置され
る。

上記の装置のうち、何を組み合せるかは、使用する燃
料である重油の性状，ボイラの運用方法、およびそれら
に起因して変化するボイラ出口におけるばいじん,NOx,S
Oxの排出量によって異なる。

重専ボイラ用の排煙処理設備としてどのような装置を
組み合せるかは、各プラントに固有の事情に応じて異る
が、一般産業用の重専ボイラで、ごく通常の性状の重油
を燃料として使用する場合には、次の様な理由から、排
煙脱硫装置のみを設置する場合が多い。

この場合の排煙処理設備の全体系統図の１例を第６図
に示す。

（１）脱硝装置は一般に高価な設備となる為、ボイラの
燃焼条件の調整（例えば燃焼時のO₂を絞ること等）によ
ってNOxの低減を図り、この方法によって規制値以下のN
Ox濃度が達成されることが多い。

この場合には、特に脱硝装置を設置する必要がない。

（２）SOx濃度を規制値以下に維持させるため、一般に
湿式排煙脱硫装置を設置する場合が多いが、排煙脱硫装
置自体に、ばいじんの捕集・除じん機能が兼ね備えられ
ており、例えばボイラ出口のばいじん濃度が250mg/m³N
程度以下であれば、排煙脱硫装置出口でのばいじん濃度
を50mg/m³N程度にまで低下させることが可能である。

そのため、排煙脱硫装置のみで、十分規制値以下のSO
x及びばいじん濃度が達成できることが多い。

従って、この場合には、煙突からの可視煙の排出さえ
問題にしなければ、特にばいじん捕集装置として、乾
式、ならびに、湿式の電気集じん装置やバグフィルタを
設置する必要がない。

しかしながら、排煙処理設備として排煙脱硫装置のみ
を設置しているプラントにおいて、排出NOx濃度を規制
値以下に維持するためには、通常時にも増してボイラ燃
焼時のO₂量を絞る等の燃焼調整が必要となる。

しかし、ボイラ燃焼時のO₂量を絞ると、一般に発生ば
いじん量が増加し、しかも、その増加するばいじんは、
いわゆる「気相析出型」と呼ばれる粒径の非常に小さい
サブミクロン（１μｍ以下）のカーボン・スートが多
い。

こうしたサブミクロン粒子は、排煙脱硫装置では比較
的捕集されにくいこと、及び、発生ばいじんの絶対量が
増加することのために、排煙脱硫装置出口でのばいじん
濃度を規制値以下とすることが極めて困難となる場合が
ある。

こうした事態に対する対策としては、従来下記の方法
が採用されている。

すなわち、（１）脱硫装置を設置（追設）する。

（２）乾式または湿式電気集じん装置やバグフィルタ等
のばいじん捕集装置を設置（追設）する。

上記（１）（２）の対策は、いずれも非常に高価であ
り、例えば常時、通常の良い品質の重油を使用し、燃料
事情等によって、やむを得ないときのみ一時的に低品質
な重油を使用する様な重専ボイラプラントでは、上記
（１）（２）の方法を採った場合、良い品質の重油を使
用している時（常時）においては、過剰設備となってし
まう。

また、既設プラントにおいて、これまで良質な重油を
使用してきたが、燃料事情等によつて低品質な重油に燃
料転換が必要とされる場合に、上記（１）（２）の方法
を採りたくても、既設プラントへの装置追設のスペース
不足等により、不可能な場合もある。

燃料重油品質の低下による発生ばいじんの増加量は、
条件によっても異るが、ボイラ出口でのばいじん濃度が
350mg/m³N程度に増加することが多いので、排煙脱硫装
置出口でばいじん濃度が80mg/m³N〜100mg/m³N程度にな
る場場合が多い。

従って上記（１）（２）の様な高コストな対策を採る
ことなく、コンパクト、かつ安価な装置により、排煙脱
硫装置でのばいじんの除じん効率を高め、80〜100mg/m³
Nの排煙脱硫装置出口ばいじん量を規制値（50mg/m³Nが
採用されることが多い）以下に減少させることが強く望
まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

排煙脱硫装置におけるばいじん等ダストの捕集効率
は、一般に粒径が大きいほど高く、粒径の小さいもの、
例えば１μｍ以下のサブミクロン粒子に対しては捕集効
率が低いことが知られている。

従って、前述のように、主としてサブミクロンの粒径
の粒了が増加したことにより、ばいじん量の絶対値が増
加した状態に対して、排煙脱硫装置のばいじん捕集効率
を向上させるためには、排煙脱硫装置の上流側で、ばい
じんを凝集・粗大化して、排煙脱硫装置に流入するばい
じんの粒径を大きくするという手段が非常に有効であ
る。

ばいじん等のダストを効果的に凝集・粗大化させる方
法の１つとして、静電凝集方法がある。

静電凝集方法は、さらに次の２種類に大別される。

（１）ばいじん粒子が高電界、かつ、コロナ電流の場を
通過する際に、電荷を帯び、かつ粒子表面上の電化が分
極され、粒子同志がクーロン力により吸引しあって凝集
する（いわゆる空間凝集と呼ばれる）方法。

（２）電荷を帯びたばいじん粒子が、高電界場から受け
るクーロン力により、放電極に対向するアース側電極上
に移動し、同電極上において複数の粒子が互いの静電力
に加えて、物理的もしくは化学的に凝集する（いわゆる
電極凝集と呼ばれる）方法。

こうした静電凝集効果を利用して、ばいじん等のダス
トを凝集・粗大化させようという試みは、従来にもいく
つか見られるが次の様な問題点を有していた。

（１）空間凝集効果を最大限に利用するため、凝集空
間におけるばいじん等のダストの滞留時間をなるべく長
くとり、凝集空間におけるガス流速を低速に設定する
と、いわゆる「電気集じん装置」と同様の原理により、
アース側電極をいわゆる「集じん電極」としてダストが
付着・堆積し、そのまま放置すると荷電障害等の原因と
なり、有効な静電凝集効果が得られない。

（２）（１）項記載の理由から、凝集空間におけるば
いじん等のダストの滞留時間を長くとるということは、
凝集空間の大型化を意味するので、凝集装置そのものが
大きなものとなり、コンパクト化、コストダウンの主旨
に反する。

（３）（１）項に記載の様に、電極上にダストが堆積
する場合、これを除去する手段、例えば槌打装置や水洗
装置等が必要とされるが、このような新たな付加装置が
必要とされるのみならず、凝集装置本体の耐震性・防食
性等も考慮した材質向上の必要もあるので、全体として
非常に大きなコストアップになる。

（４）凝集させる粒子の種類，状態，雰囲気，温度に
より粘着性や水分や油分の含有率が高いため、やはり、
アース側電極への付着・堆積が著しくなり、（１）及び
（３）項の問題点がさらに激しいものとなる。

本発明は、上記（１）〜（４）の問題点を解決したコ
ンパクトでかつ安価な静電凝集装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

（第１の手段）本発明に係る静電凝集装置は、放電極１と凝集板２か
らなる荷電部を有する静電凝集装置12において、（Ａ）前記放電極１は細線ワイヤあるいは複数のとげ状
の突起ないしシャープエッジ状の棒状の高電流型放電極
とし、（Ｂ）前記放電極１と凝集板２を電気的に絶縁するとと
もに、放電極１の表面と凝集板２の表面の最短間隔を80
mm以下のナロウスペーシングとし、（Ｃ）放電極１と凝集板２の間には、高電界で高コロナ
放電電流の凝集空間を実現させる高圧電源18を接続し、（Ｄ）排煙脱硫装置の冷却塔13の上流側の入口煙道９内
のガス温度が100℃以上、ガス流速が10m/s以上の領域に
組込み、（Ｅ）前記凝集空間において生ずる空間凝集および前記
凝集板状において生ずる電極凝集の相乗効果により、重
専ボイラから排出さされるばい塵等のダストの凝集粗大
化を行なうことを特徴とする。

（第２の手段）本発明に係る静電凝集装置は、前記（第１の手段）に
記載の静電凝集装置において、重専ボイラから排出され
るばいじんの低電気抵抗率と、ガス温度が100℃以上の
高温であることと、ガス流速が10m/s以上の高速流であ
ることにより、放電極および凝集板上へのばいじん等の
付着を防止し、定常的な電極の槌打および洗浄するため
の装置のいずれかを省略することを特徴とする。

すなわち、本発明装置は、放電極およびアース側電極（すなわち
凝集板）へのダスト付着を防止するため、ガス流速10m/
s（すなわち、通常の排煙脱硫装置の入口煙道内ガス流
速）以上とし、電極へのダスト付着を防止するため、ガ
ス温度は、100℃（すなわち、通常の排煙脱硫装置の冷
却塔より上流側のガス温度）以上とする。

また、適用プラントをばいじんの電気抵抗率の低い重
専ボイラプラントに限定する。

そして、ガス流速が速いため、凝集空間内におけるダ
ストの滞留時間が短いにもかかわらず、効果的な凝集効
果を得るために、凝集板上での平均コロナ電流密度が、
例えば5mA/m³以上、凝集空間の平均電界強度が例えば5k
V/cm以上といった大きな値に設定できる様に、放電極と
凝集板との間隔をナロウスペーシング（80mm以下）とす
る。

〔作用〕

上述の手段により、次の作用が得られる。

（１）放電極と凝集板をナロウスペーシングにするた
め、従来の静電凝集装置に比べ、非常に高電界、かつ、
高コロナ電流の凝集空間が得られる。

そのため、ガス流速が速く、ダストの凝集空間内にお
ける滞留時間が短いにもかかわらず、十分な空間凝集効
果が得られる。

（２）放電極と凝集板をナロウスペーシングにするた
め、従来の静電凝集装置に比べて高コロナ電流が得ら
れ、コノラ電流の約1/2乗に比例して増大するイオン風
による主ガス流に直交する二次流れを大きくできる。

そのため、ダストの凝集板への移動速度が増大し、ま
たダストの凝集板への衝突確率が増大し、従来より高い
電極凝集効果が得られる。

（３）ガス流速が高速で、凝集板上のダストが後流へ
流され易く、ガス温度が高い為、ダストの粒着性も低
く、また対象とするダストの電気抵抗率も低いため、凝
集板に到達したダストは、ただちに電化を放出し、凝集
板へ電気的に付着しようとする力もほとんどない。

従ってダストが電極へ付着・堆槓することがなく、電
極上の付着ダストの洗浄手段は不要となる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第４図に示す。

第１図は、本発明を適用した重専ボイラプラントの排
煙処理設備の全体系統図を示す。

第２図は、本発明の静電凝集装置の構成説明図、第３図は、同電極部の詳細説明図、第４図は、本発明による効果を示すグラフである。

第１図において、重専ボイラ10からの排ガスは、空気
余熱器11を経て、排煙脱硫装置入口煙道９に導かれ、同
煙道内に組みこまれた静電凝集装置12において、排ガス
中に含まれるばいじん等のダストを凝集・粗大化した
後、排煙脱硫装置の冷却塔13及び吸収塔14にて、ばいじ
ん等のダストが効果的に捕集された後、排ガスは煙突I5
から大気へ放出される。

静電凝集装置12は、第２図に示すように、排煙脱硫装
置入口煙道９の一部に組み込まれており、本例の場合、
断面が角状の本体ケーシング７の内部を凝集板２によ
り、断面が正方形状の小ダクトに流路が分割されてい
る。

各小ダクトの中心には、放電極１が設置され、放電極
１は放電極取付全具４により放電極支持梁３に固定さ
れ、複数の放電極を支持した放電極支持梁３は、硝子室
５内に設置された支持硝子６を介して、本体ケーシング
７及び凝集板２とは電気的に絶縁された上で固定されて
いる。

放電極１と、放電極取付金具４と、放電極支持梁３か
ら成るいわゆる放電極系には、高圧電源18により高電圧
が印加される。

第３図に、放電極１と、凝集板２から成る凝集部の詳
細を示す。

本例の放電極１は、丸棒の周囲90゜ごとに、鋭角のト
ゲ状突起を有するフラットバーを４枚取り付けた構造で
あるが、例えば本例のトゲ状突起の代りに、フラットバ
ー全体の端部がシャープエッジ状に加工されているもの
や、細線ワイヤ等、大きなコロナ電流を流すことのでき
る、いわゆる「高電流型」の放電極であれば、第３図以
外の形状でも可能である。

放電極１の先端と凝集板２（すなわち、アース電極と
しても機能する）の距離D₀はナロウスペーシングにされ
ているが、これは、高コロナ放電電流を得るために不可
欠なことであり、高コロナ電流を得る為には、少くとも
D₀を80mm以下のナロウスペーシングとする必要がある。

本静電凝集装置12は、排煙脱硫装置入口煙道９とガス
通過断面積がほぼ等しいので、静電空間における主ガス
流速は、ほぼ煙道流速に等しく約15m/sという高速であ
る。

従って、主ガス中に含まれるばいじん等のダストの凝
集空間内の滞留時間は、凝集空間長さが50cmの場合で約
0.03秒と極めて短いが、前述の如く電極間隔がナロウス
ペーシングにされ、8kV/cm程度の高電界、かつ、10mA/m
³程度の高コロナ電流密度が実現されているので、十分
な空間凝集効果が達成されるとともに、この高コロナ電
流密度に起因して、主ガスに直交する方向のイオン風に
よる大きな二次流れが生じる。

そして、ばいじん等のダストの凝集板２への移動速度
が増大し、ダストの凝集板への衝突確率が増大するた
め、高い電極凝集効果も得られている。

しかも、前述の様に、主ガス流速が約15m/sという高
速であるために、凝集板上のダストは後流へ流され易
く、ガス温度は100℃以上なので、ダストの粘着性も低
く、また重専ボイラの排ガス中のばいじんの電気抵抗率
が10⁴Ω・cm程度と非常に低抵抗であるので、凝集板に
到達したダストは、ただちに電荷を放出して凝集板へ付
着しようとする電気的な力もほとんどないため、本実施
例における放電極１および凝集板２へのダスト付着はま
ったく見られず、電極の自己クリーニング機能が確認さ
れている。

従って、経時的な荷電状況の劣化もなく、長時間にわ
たり安定して、静電凝集装置としての機能を果たしてい
る。

第４図は、本実施例における排煙脱硫装置の冷却塔の
直前でアンダーセン．スタック・サンプラにより測定し
た流入ダストの粒径分布を、いわゆるロジン・ラムラー
線図に表したもので、横軸がダストの粒子径、縦軸がダ
ストの累積分布割合を示す。

第４図中、（１）Ａで示した曲線は、本実施例の靜電凝集装置を荷
電しない場合、すなわち、静電凝集が行われない場合
の、ダスト粒径分布を示しており、（２）Ｂで示した曲線は、本実施例の静電凝集装置を荷
電した場合（8KV/cm,10mA/m³）、すなわち、静電凝集が
行われている場合のダスト粒径分布を示している。

Ｂの曲線の方が、Ａの極せより全体に右側に位置して
おり、静電凝集効果によりダストが凝集・粗大化され、
粒系が大きくなったことがわかる。

特に、１μｍ以下のサブミンロン粒子に注目すると、
曲線Ａの場合、20％以上がサブミクロン粒子であったの
に対して、曲線Ｂの場合のサブミクロン粒子は７％程度
であるので、サブミクロン粒子を１μｍ以上の粒径に凝
集・粗大化させることに対して、本静電凝集装置が非常
に有効であることを示している。

第５図、本発明の静電凝集装置による、重専ボイラ用
排煙脱硫装置の出口ダスト濃度の低減例を示す。

縦軸は出口ダスト濃度を示し、横軸は本発明の静電凝
集装置の比コロナ電力、すなわち、荷電圧とコロナ電流
密度の積を示す。

（１）本発明の静電凝集装置を設置しない場合（すなわ
ち無荷電の場合）には、排煙脱硫装置入口ダスト濃度約
350mg/m₃Nに対する出口ダスト濃度は、約100mg/m³Nであ
ったが、（２）本発明装置を使用すると、比較的低品質の重油を
燃料とし、O₂を絞ったボイラ燃焼を実施しているため、
本発明の静電凝集装置に高電圧を印加するに従い、排煙
脱硫装置に流入するダストの粒径が凝集・粗大化されて
大きくなる。

その結果、排煙脱硫装置におけるダストの捕集効率が
増大し、出口のダスト濃度が低減し、比コロナ電力400W
/m³においては、ダスト濃度を40mg/m³N以下にすること
ができた。

すなわち、規制値50mg/m³Nよりも十分に低い値にでき
た。

〔発明の効果〕

本発明は、前述のように構成されているので、以下に
記載するような効果を奏する。

（１）重専ボイラプラントにおける排煙脱硫装置の入口
煙道内に組み込み、コンバクトで、かつ、比較的安価に
排ガス中のばいじん等のダストを静電凝集・粗大化する
ことが可能になったため、排煙脱硫装置におけるダスト
の捕集・除去効率を向上することできる。

（２）低品質な重油を燃料として使用し．、脱硝装置を
設けることなく、発生NOxを抑えるべく、ボイラの燃焼
調整を実施するため、ばいじん発生量が非常に多い場合
にも、乾式または湿式電気集じん装置やバグフィルタ等
のばいじん捕集用の専用装置を設置することなく、主と
してSOx対策用として設置する排煙脱硫装置のみによっ
て、ばいじん等ダストの排出濃度を規制値以下にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る排煙処理設備の全体系
統図、第２図は、本発明の静電凝集装置の構成説明図、第３図は、本発明の静電凝集装置の電極部の詳細説明
図、第４図は、排煙脱硫装置冷却塔入口におけるダストの粒
径分布図、第５図は、排煙脱硫装置出口における、ばいじん濃度と
静電凝集装置の比コロナ電力の関係を示す図、第６図は、従来の排煙処理設備の全体系統図の１例を示
す図である。（符号の説明）１……放電極２……凝集板（アース側電極）、３……放電極支持梁４……放電極取付金具５……碍子室６……支持碍子７……本体ケーシング８……点検用マンホール９……排煙脱硫装置入口煙道 10……ボイラ 11……空気余熱器 12……静電凝集装置 13……排煙脱硫装置冷却塔 14……排煙脱硫装置吸収塔 15……煙突 16……空気供給ライン 17……燃料供給ライン 18……高圧電源ａ……主ガス流入方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎誠人兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者片山博幸兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献特開昭55−133846（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−93465（ＪＰ，Ｕ) 特公昭54−33591（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭51−3949（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放電極（１）と凝集板（２）からなる荷電
部を有する静電凝集装置（12）において、（Ａ）前記放電極（１）は細線ワイヤあるいは複数のと
げ状の突起ないしシャープエッジ状の棒状の高電流型放
電極とし、（Ｂ）前記放電極（１）と凝集板（２）を電気的に絶縁
するとともに、放電極（１）の表面と凝集板（２）の表
面の最短間隔を80mm以下のナロウスペーシングとし、（Ｃ）放電極（１）と凝集板（２）の間には、高電界で
高コロナ放電電流の凝集空間を実現させる高圧電源（1
8）を接続し、（Ｄ）排煙脱硫装置の冷却塔（13）の上流側の入口煙道
（９）内のガス温度が100℃以上、ガス流速が10m/s以上
の領域に組込み、（Ｅ）前記凝集空間において生ずる空間凝集および前記
凝集板状において生ずる電極凝集の相乗効果により、重
専ボイラから排出さされるばい塵等のダストの凝集粗大
化を行なうことを特徴とする静電凝集装置。
【請求項２】重専ボイラから排出されるばいじんの低電
気抵抗率と、ガス温度が100℃以上の高温であること
と、ガス流速が10m/s以上の高速流であることにより、
放電極および凝集板上へのばいじん等の付着を防止し、
定常的な電極の槌打および洗浄するための装置のいずれ
かを省略することを特徴とする請求項（１）記載の静電
凝集装直。