JP2718558B2 - 湿式静電集塵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、湿気及び埃（ほこり）を帯びたガスを浄化
するための湿式静電集塵装置であって、セパレータユニ
ットと、該セパレータユニットと一体化された冷却凝縮
器と、冷却構造体を通って延在している複数のコレクタ
電極内に配置されたエミッション電極とを備えた形式の
湿式静電集塵装置の改良技術に関する。

例えば静電集塵装置は、特に、硫酸製造行程、金属精
錬工程、石炭燃焼プラント及び廃棄物焼却プラントから
生じる埃を帯びたガスの浄化に作用されている。

湿気及び埃を帯びたガスが所与の水分を含んでいる場
合には、水分飽和ガスによる侵食（腐食）の問題がある
ため、いわゆる湿式静電集塵装置と呼ばれている形式の
静電集塵装置を使用するのが好ましい。

例えば、水分が飽和したプロセスガスやCl^-、F^-、S
O₂、SO₃等及びその他の高侵食性成分を含む煙道ガスの
処理に使用される湿式静電集塵装置の場合には、これ
迄、侵食作用を受ける特定のコンポーネンツ及び部品を
鉛又はプラスチック材料で製造する必要があった。これ
らの材料は、多くの場合、侵食の点では満足できるもの
であることが判明しているが、残念なことに明らかな制
限を有している。すなわち、これらの材料は、集塵装置
の機能を決定する他の特性及び特徴を満たし得るかとい
う点ではきわめて不適当なものである。鉛やプラスチッ
ク材料を用いた場合には種々の問題が生じるが、その一
例として、クラックが形成されるという問題がある。他
の問題例として、集塵装置の部品の表面がプラスチック
材料で作られている場合には、水をはじく作用（疎水
性）のために、例えばコレクタ電極上での液膜の均一な
分散形成ができないことである。

機能的な観点からすれば、鋼（スチール）は欠点のな
い長所を有している。鋼構造体は、耐摩耗性がありかつ
寸法的に安定しており、容易に検査及び試験を行うこと
ができる。更に、鋼材は、良好な電気的特性及び親水性
のある表面特性（すなわち、これらの特性は、例えば湿
式静電集塵装置の機能的特徴及び性能を直接決定するも
のである）を有している。

例えば湿式静電集塵装置に高合金ステンレス鋼を使用
することは、該ステンレス鋼が、水分飽和ガス及び高温
により形成される有害な作動環境に対し、極く早期に侵
食されることなく耐え得るものである場合に限定され
る。高合金成分からなる或る種のステンレス鋼を選択す
ることにより、耐侵食性を改善することができる。しか
しながら、このような高合金鋼であっても、飽和ガスの
温度が例えば40〜60℃以上になると侵食作用を受け、多
くの場合、許容し難い程に高度の侵食作用を受ける。

鋼に対する侵食環境を改善する上で特に適しているこ
とは、凝縮冷却装置を静電集塵装置の実際の集塵ユニッ
ト内に一体化することである。煙道ガスが静電集塵装置
のセパレータユニットに流入する前に該煙道ガスを冷却
するための別の装置を設けることは、経済的な観点から
してかなり高価な解決方法である。

残念なことに、一体形凝縮冷却装置を備えた湿式静電
フィルタに関しては、過酷な侵食の問題が経験されてい
る通りである。これは、ホットガスの冷却の不均一性が
変化するため、コレクタ電極（該コレクタ電極はエミッ
ション電極を包囲しており、例えば中空チューブ状に構
成することができる）の内表面が、静電集塵装置で浄化
すべき湿気を帯びたガスから凝縮した液体を吸収するこ
とによる。

従って、本発明の目的は、湿式静電集塵装置の一体形
冷却装置内で均一にガスを冷却できる簡単で有効な構造
を提供することにある。本発明の他の目的は、侵食速度
を小さくすることにより、特に侵食性のある雰囲気を受
ける構造エレメントに高合金鋼の使用を可能にする構造
及び／又は安価で低品位の鋼すなわち低合金成分（low
alloy contents）をもつ鋼の使用を可能にする構造を提
供することにある。この目的は、請求の範囲に記載した
特徴をもつ構造により達成される。

従って、本発明の構造によれば、経済的な特徴をもつ
重要な利益を得ることができる。なぜならば、本発明の
構造により、例えば、エミッション電極を包囲しており
かつ例えば管状構造に作られているコレクタ電極を或る
種の所与の合金鋼で作った場合には、湿式静電集塵装置
の技術的寿命を延長できるからである。また、本発明の
構造により、別の経済的利益を得ることができる。すな
わち、コレクタ電極の製造に低合金鋼を選択でき、かつ
良好な耐侵食性が得られ、コレクタ電極の技術的有効寿
命を延長することができる。更に、本発明の構造によ
り、例えば鉛又はプラスチック構造（これらの構造には
関連する欠点がある）を用いることなくして、鋼構造で
は処理できなかった問題点の多い煙道ガスを有効に浄化
することが可能になる。

以下、本発明を具現化した図示の実施例に関連して、
本発明を更に詳細に説明する。添付図面において、第１
図は、湿気を帯びたガスを浄化する本発明の静電集塵装
置すなわち凝縮冷却構造体が一体化されたいわゆる湿式
静電集塵装置の一部を透視して示す斜視図である。第２
図は、本発明により構成された湿式静電集塵装置を概略
的に示す縦断面図である。第３図は、第２のIII−III線
に沿う断面図である。第４図は、第２図のIV−IV線に沿
う断面図である。第５図は、第２図にＶで示す部分の拡
大図である。

第１図には、一体形凝縮冷却構造体が設けられた湿式
静電集塵装置の形態をなす静電集塵装置１が示されてい
る。図示の湿式静電集塵装置１は、高電圧発生源２と、
フレーム構造体を介して複数のエミッション電極４を支
持しているアイソレータ３とを有している。各エミッシ
ョン電極４は、適当な管状構造をなしているコレクタ電
極５により包囲されている。高電圧発生源２は、エミッ
ション電極４とこれを包囲するコレクタ電極５との間に
電位差を発生させ、これにより、両電極４、５の間の領
域６内に電界を発生させるようになっている。湿気及び
埃を帯びたガスは領域６を通って流れる。これにより、
埃及び水分の微粒子が電界の作用を受けて、最初にコレ
クタ電極５の内表面（すなわち、チューブの内表面）上
に堆積するため、ガスは、これが集塵装置から排出され
るときには、水分及び埃の微粒子が本質的に除去された
状態になっている。湿式静電集塵装置１内に流入する湿
気及び埃を帯びたガスの流れが矢印８で示されており、
集塵装置１から排出される浄化されたガスの流れが矢印
９で示されている。

前述のように、湿気及び埃を帯びたガスは、管状のコ
レクタ電極５を通って上昇し、コレクタ電極５とエミッ
ション電極４との間に生じる電位差（直流電圧による電
位差が好ましい）によりグロー放電及びコロナ放電が発
生する。これにより、ガスにより運ばれる水分及び埃の
個々の微粒子に最大の分離作用、従って最大の浄化作用
が及ぼされる。水分及び埃の微粒子は、本質的にチュー
ブ（コレクタ電極）５の内表面上に収集されて、集塵装
置１から矢印10で示すように落下する。

第２図においても、第１図のコンポーネンツと同じも
のについては、同じ参照番号が使用されている。

本発明によれば、湿式静電集塵装置１の集塵ユニット
すなわちセパレーションユニット20が凝縮冷却構造体21
を有しており、該凝縮冷却構造体21は冷却媒体23の入口
22を備えている。冷却媒体23は、例えば水のような液体
冷却剤が好ましい。冷却構造体（凝縮冷却構造体）21に
は、冷却媒体の出口24も設けられている。冷却構造体21
は、その外部構造が、金属のシェルプレート25、底プレ
ート26及び頂プレート27により形成されている。底プレ
ート26及び頂プレート27には、管状のコレクタ電極５を
通す孔が設けられており、これらのコレクタ電極５と両
プレート26、27との間には、冷却媒体の漏洩を防止する
連結部（例えば溶接連結部）が設けられている。従っ
て、第２図〜第４図に示すように、チューブ５の外表面
と冷却器（冷却構造体）21の外側ケーシングとの間に形
成される空間は、循環する冷却媒体23により充満され
る。前記外側ケーシングは、シェルプレート25と、底プ
レート26と、頂プレート27とにより形成される。

機械的強度上の理由から、シェルプレート25同士の間
には、ドローロッド（draw rods）を設けるのが好まし
い。

上記のように、本発明による集塵ユニット（セパレー
ションユニット）20は、コレクタ電極５と、該コレクタ
電極に対して同心状にその中心に配置されたエミッショ
ン電極４と、凝縮冷却構造体21とを有している。

特に、煙道ガス中に存在する酸及びイオン含有エアロ
ゾルは管状のコレクタ電極５内に堆積するため、これら
のコレクタ電極５は、高価な高合金鋼又は耐侵食性に優
れた材料で構成することが必要とされ、これが、湿式静
電集塵装置１の製造コストを比較的高価なものとしてい
る理由である。従って、上記のようにチューブ５をその
外側から冷却すれば、チューブ５の温度が低下してチュ
ーブ５の内表面上での凝縮作用を高めることができる。
このため、チューブ５の内表面上に形成される侵食促進
凝縮層の結果としてチューブ５が侵食される速度を低下
させることができる。本発明によれば、全ての管状コレ
クタ電極５を均一に冷却するという目的を達成するため
の特別な構造が提供される。本発明の構造によれば、集
塵ユニット20の電極を包囲している全てのチューブ５を
均一に冷却することができ、これは、例えば、集塵ユニ
ット20の上端部及び下端部の両方に設けた複数の分散パ
イプ50、60の形態をなす手段を設けることにより達成さ
れる。

分散パイプ50、60の数は、コレクタ電極５の数に基づ
いて定められ、第２図〜第５図に示す実施例の場合に
は、集塵ユニット20の上端部及び下端部の両方に、分散
パイプが３つずつ設けられている。

第４図から明らかなように、集塵ユニット20の下端部
には入口分散パイプ50が設けられている。好ましくは、
これらの入口分散パイプ50は互いに平行に連結してお
き、入口22に流入する冷却媒体が、分散チャンネル51を
介して全ての入口分散パイプ50に対して平行に分散され
るようにする。入口分散パイプ50の自由端部52は閉鎖す
なわちシールされており、また、入口分散パイプ50の上
面に沿って複数の冷却媒体出口孔53が設けられている。

第３図には出口分散パイプ60が示されている。出口分
散パイプ60の自由端部62は閉鎖すなわちシールされてお
り、また、それぞれの出口分散パイプ60の底面に沿って
複数の入口孔63が分散配置されている。これらの出口分
散パイプ60はチャンネル61に連通しており、該チャンネ
ル61は冷却媒体出口24に連通している。

冷却媒体入口22及び冷却媒体出口24は、コレクタ電極
５から取り出された熱エネルギを回収できるように、外
部冷却回路に連通しており、この回収された熱エネルギ
は何らかの有効な目的に使用することができる。

第５図の拡大図から、出口分散パイプ60の一端62が閉
鎖すなわちシールされているところが理解されよう。も
ちろん、この構造は、入口分散パイプ50及び出口分散パ
イプ60の両方に適用できるものである。

理解できるであろうが、分散パイプ50、60の数は変え
ることができる。また、それぞれの分散パイプ50、60の
長さに沿って孔53、63の寸法を変えることにより、両分
散パイプ50、60内に生じる圧力降下を補償して、両分散
パイプ50、60の全長に沿って液体が均一に流入及び流出
できるように構成することができる。

液体入口（冷却媒体入口）22を集塵ユニット20の下部
に配置し、液体出口（冷却媒体出口）24を集塵ユニット
20の上部に配置した場合には、熱媒体の移動に伴う協働
作用が生じるため、特に優れた効果が得られる。しかし
ながら、入口22と出口24とを逆に配置することも本発明
の範囲内であることを理解されたい。

また、分散パイプ50、60に設けられる孔すなわち開口
部53、63が互いに異なる方向に向くようにして、冷却構
造体21内で冷却媒体が最適に分散されるように構成でき
ることも理解されよう。

本発明により冷却媒体の分散の均一性が改善される
と、その二次的効果として、エネルギ発生量（energy y
ield）も改善される。

従って、本発明の構造によれば、全てのコレクタ電極
５を特に効率良くかつ均一に冷却でき、このため、これ
らのコレクタ電極５の内表面上に凝縮物が形成される結
果、コレクタ電極５の侵食速度を大幅に低下させること
ができる。このため、湿式静電集塵装置の有効寿命を長
くでき及び／又はコレクタ電極５を、従来のものより少
ない合金成分をもつ安価な合金鋼で作ることができる。

例えば、冷却構造体21の外部のシェルプレート25は、
非合金鋼のプレートで作ることができる。

次に、本発明により得られる利点を示す実施例につい
て説明するが、この例は本発明を制限するものではな
い。

例えば、上流側の洗浄塔内に形成されて下流側の湿式
静電集塵装置に流入するエアロゾルの小滴は、例えば非
常に高い硫酸濃度になることがある。

一方、エアロゾル中の液体／H₂SO₄の量は小さく、1g/
Nm³であると仮定する。

湿式静電集塵装置は、１時間当り約20,000Nm³のガス
を処理できるものと仮定する。このことは、１時間当
り、管状のコレクタ電極の内表面上に堆積する35％のH₂
SO₄を含む20,000×0.001＝20kgの液体を処理できること
を意味する。

ガスが冷却されると、フィルタユニットの冷却表面／
壁上には水蒸気が凝縮する。このようにして凝結される
水蒸気の量は、通常500〜1,500l/hの範囲にある。

ガスの飽和温度が60℃であり、毎時間1,000lのガスが
冷却されるものと仮定する。

次に、更に1,000lの水で硫酸（20kg×0.35＝7.0kg）
を希釈する。

これにより、実際の硫酸濃度は、35％から、7kg/1,01
3kg＝約0.7％に低下する。

この冷却／凝縮工程は、コレクタ電極の鋼の新しい動
作点（operating point）が移動されることを意味し、
この移動が生じる理由の一部は、鋼が低温であること、
他の一部は酸濃度が急激に変化することによる。また、
これにより、鋼の侵食速度が低下する。

上記説明から、コレクタ電極の均一かつ効率的な冷却
を行うための本発明に従って設けられる手段によれば、
非常に重要な利点が得られること、前記手段の構造は集
塵ユニットの構造に容易に適用できるものであること、
従って前記手段は、コレクタ電極の数、形態及び形状に
基づくものではないことが理解されよう。

これらの場合において、例えば、集塵ユニット20を円
形の輪郭すなわち横断面形状をもつものとして構成した
い場合には、冷却構造体21のシェルプレート25を比較的
大きなチューブに代えるのが好ましい。また、少なくと
も或る数の分散パイプ50、60は、上記円形輪郭に適合す
る曲率をもつものにするのが好ましい。

本発明は以上図示しかつ説明した実施例に限定される
ものではなく、請求の範囲内において種々の変更を行う
ことができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集塵ユニット（20）と一体化された凝縮冷
   却構造体（21）を有し、エミッション電極（４）が前記
   凝縮冷却構造体（21）を通って延びる複数のコレクタ電
   極（５）内に配置され、ガスが前記コレクタ電極（５）
   を通って前方に流れるように構成された、湿気及び埃を
   帯びたガスを浄化するための湿式静電集塵装置（１）の
   構造において、 前記コレクタ電極（５）の内表面は運転中に高侵食性成
   分にさらされ、分散パイプ（50、60）が、前記コレクタ
   電極（５）の外表面に沿って冷却液を均一に分散して前
   記コレクタ電極（５）の内表面の侵食率を実質的に低減
   させるように、前記集塵ユニット（20）の上端部及び下
   端部の前記コレクタ電極（５）の間の領域に配置されて
   いることを特徴とする湿式静電集塵装置の構造。