JP2916901B2 - 電気集塵装置および焼却炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製管の内面を
耐火物で覆って成る排気管と、排気管の内部で支持され
た放電極とを有する電気集塵装置および焼却炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気集塵装置としては、例えば、
登録実用新案公報第３０２１５７２号に示すものがあ
る。すなわち、金属製管の内面を耐火物で覆って成る排
気管の出口上方に金属製の桁材を渡し、桁材から放電極
を排気管のほぼ中心線上で排気管と電気的に絶縁される
よう排気管の中に吊り下げ、桁材を介して放電極と金属
製管との間に直流高電圧を印加して、排気管を通る排気
ガスから高温状態で集塵するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、電気集塵装置
では、作動状況を管理するため、集塵後の排気ガスの成
分や、排気ガスに含まれる煤塵の量、排気ガスの流速等
を測定する必要がある。従来の電気集塵装置では、放電
極が排気管の出口上方に渡した桁材から排気管の中心軸
に沿って下方に吊り下げられているため、測定孔で排気
ガスの測定を行う場合、特別に安全対策を施した器具以
外では、放電極に接近しすぎると感電する危険があり、
排気管の出口から離れた位置で排気ガスの測定を行うと
排気ガスが拡散し、正確な測定が困難になるという問題
点があった。

【０００４】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、安全に排気ガスの測定が可能な電気集塵
装置および焼却炉を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の本発明に係る電気集塵装置は、金属製管
の内面を耐火物で覆って成り、貫通孔を有する排気管
と；前記排気管の外側で支持され、前記排気管と電気的
に絶縁され、前記貫通孔を通って前記排気管内に挿入さ
れた支持材と；前記排気管の内部で排気管に沿って伸
び、前記支持材により排気管と電気的に絶縁された状態
で支持された放電極と；前記排気管の外側に設けられ、
前記貫通孔を通して前記放電極に電気的に接続され、前
記放電極と前記金属製管との間に直流高電圧を印加する
ための高圧電源とを、有することを特徴とする。

【０００６】排気管を構成する金属製管は、鋼から成る
ことが好ましい。金属製管の内面を覆う耐火物は、常温
では絶縁体であってもよい。排気管の内面は、常時、金
属のような完全な導電性を有しなくてもよい。高温時に
のみ捕集した煤塵の電荷を中和できるのに必要な導電性
があれば十分であるからである。金属製管の内面を覆う
耐火物は、特に、キャスタブル耐火物（SiO₂とAl₂O₃ を
主成分とする耐火コンクリート）等から成ることが好ま
しい。放電極には、放射状に多数の放電針を設けること
が好ましい。放電針を設けることにより、排気管と放電
極との間の放電ギャップが長くてもコロナ放電を起こし
やすくすることができる。放電極に放電針を設ける場
合、放電針の数や取付形状は種々選択することができ
る。放電極は、１本であっても、複数本であってもよ
い。貫通孔は、１つであっても、複数であってもよい。
貫通孔の縁は、絶縁体、特に、耐熱セラミックで覆うこ
とが好ましい。支持材は、絶縁体から成っても、金属か
ら成ってもよい。

【０００７】請求項１の本発明に係る電気集塵装置で
は、排気管を通して燃焼後の排気ガスを処理する。排気
管は、排気ガスの高温に晒されるが、内面が耐火物で覆
われるため、高温による劣化を防止することができる。
放電極と金属製管との間には、高圧電源により直流高電
圧を印加する。極性は、一般の工業用電気集塵装置と同
様、排気管をプラス極、放電極をマイナス極とする。

【０００８】排気管の内面は耐火材から成り、常温では
絶縁性を有してほとんど電気を通さない。しかしなが
ら、４００℃以上の高温になると、電気絶縁性が失われ
て電気を通すようになる。排気管は、燃焼による排気ガ
スを通過させる場合、内面が４００℃以上、通常、８０
０℃前後の高温になるため、排気管が集塵極となる。そ
して、熱電子も多量に存在し、放電極と排気管との間に
活発なコロナ放電が起こる。コロナ放電により、排気管
を通る排気ガス中の煤塵がマイナスに帯電し、排気管の
内面に付着凝集する。こうして排気ガスは、煤塵が除去
されて排気管の出口から排出される。

【０００９】放電極は排気管の貫通孔を通る支持材によ
り下方に吊り下げられて支持され、排気管の測定孔が放
電極から離れている場合には、排気ガスの測定を安全に
行うことができる。

【００１０】請求項２の本発明に係る電気集塵装置は、
請求項１の電気集塵装置において、前記排気管の外側
に、前記貫通孔を通して前記排気管内に送風するための
送風装置を有することを特徴とする。送風装置による送
風は、外気の送風で十分であるが、強制的に冷却した空
気を送風してもよい。

【００１１】請求項２の本発明に係る電気集塵装置で
は、貫通孔を通して排気管内に送風することにより、点
火始動時や爆発燃焼時にも排気ガスが貫通孔から排気管
の外側に漏れ出るのを防ぐことができる。また、送風に
より貫通孔の付近を冷却することができる。

【００１２】支持材は排気管と電気的に絶縁されている
が、支持材が金属製の場合、貫通孔付近が高温になる
と、支持材と貫通孔との間でコロナ放電を起こすおそれ
がある。その間でコロナ放電が起こると、次には火花放
電を起こすおそれがある。送風により貫通孔付近を冷却
したり、貫通孔に煤塵が付着するのを防ぎ、支持材と貫
通孔との間の良好な絶縁性を保つことができる。

【００１３】請求項３の本発明に係る電気集塵装置は、
請求項１または２の電気集塵装置において、前記貫通孔
は前記排気管内で複数箇所に形成され；前記支持材は金
属から成って前記排気管と電気的に絶縁され、各貫通孔
を通って前記排気管の外側で両端を碍子により支持さ
れ、各碍子は各貫通孔より低い位置に設けられ；前記放
電極は前記支持材を介して前記高圧電源に電気的に接続
されていることを、特徴とする。

【００１４】請求項３の本発明に係る電気集塵装置で
は、支持材が複数箇所で支持され、構造が強化されてい
る。放電極は支持材により高圧電源に電気的に接続され
ており、支持材を絶縁体で構成する場合に比べて構成を
簡単にすることができる。高温ガスは下方向に対して逆
浮力（抵抗力）を示すという特性から、支持材を支持す
る碍子は各貫通孔より低い位置に設け、高温ガスの流入
による昇温や、煤塵付着の防止、さらに、貫通孔を通し
て外部に放射される排気管の内部からの輻射熱により碍
子が劣化するのを防ぐことができる。

【００１５】請求項４の本発明に係る電気集塵装置は、
請求項１，２または３の電気集塵装置において、前記放
電極は複数から成り、互いに間隔をあけて前記排気管と
同軸円筒面上に配置されて前記支持材から吊り下げられ
ていることを特徴とする。

【００１６】請求項４の本発明に係る放電極が複数から
成る電気集塵装置では、排気管の内径を大きくした場合
にも、排気管内面と放電極との間の電界を強くできるの
で、コロナ放電を起こしやすくすることができる。放電
極で包囲された領域ではコロナ放電が起こらないが、排
気管内の排気ガスは高熱で流れが乱れているため、最終
的には、煤塵は放電極と排気管との間の領域に流れ込
む。このため、排気ガス中の煤塵はマイナスに帯電し、
排気管の内面に付着凝集して、排気ガス中から除去され
る。

【００１７】請求項５の本発明に係る焼却炉は、請求項
１，２，３または４の電気集塵装置を有し、前記排気管
の長さ方向に沿った直下に燃焼室を有することを特徴と
する。

【００１８】請求項５の本発明に係る焼却炉では、燃焼
室の燃焼により生じた排気ガスが前述の電気集塵装置に
より処理され、煤塵が除去されて排気管の出口から排出
される。排気管の内面に付着凝集した煤塵は、ある厚さ
になると、自重等により自然に排気管の内面から剥離
し、真下の炉床に落下する。剥離した煤塵は、炉床の灰
とともに処理することができるので、煤塵を受ける設備
を省略することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の第１形態および第２形態について説明する。図１およ
び図２は、本発明の実施の第１形態を示している。図１
に示すように、焼却炉１は、燃焼室２と電気集塵装置３
とを一体的に有している。電気集塵装置３は、排気管４
と支持材５と放電極６と直流高圧電源７と送風装置８と
を有している。排気管４は立設しており、燃焼室２は排
気管４の長さ方向に沿った直下に設けられている。燃焼
室２には、側壁に廃棄物の投入口１０および空気取入口
１１が設けられ、炉床には灰の取出口１２が設けられて
いる。また、燃焼室２には、助燃バーナ１３が設けられ
る。

【００２０】排気管４は、円筒状の鋼板製の管１４の内
面をキャスタブル耐火物１５でライニングして成る。キ
ャスタブル耐火物１５の脱落を防ぐ以外に、高温時、耐
火材の表面に捕集された電荷を鋼板製外皮に確実に逃す
目的で、管の内面には耐熱金属製アンカーを多数植え付
ける。排気管４の内径の一例を挙げれば、約６〜７ｍで
ある。排気管４は、側壁４ａの排気管４内で対向する２
箇所に貫通孔１６を有する。貫通孔１６は、同軸円筒電
極に相当するところであり、次のような構造になってい
る。すなわち、耐熱金属製下地材は、断面がロゴウスキ
ー電極と類似する同径の円筒と電界集中の防止のため丸
められた端部から成っている。そして、絶縁性向上と耐
熱性向上のため、さらに耐熱セラミック１７で覆われて
いる。耐熱セラミック１７も、電界の集中を避け、コロ
ナ放電を防止するため、図２に示すように、内面の中央
部は平行で排気管４の内外に突出する端部１７ａ，１７
ｂは丸味をもった曲面を有している。

【００２１】排気管４は、貫通孔１６より上方に絞４ｂ
を有して、その上部４ｃの内径が狭まっており、燃焼室
２および排気管１６の温度が高く安定し、冷めない効果
がある。こうして、上部４ｃで排気ガスの流速を大きく
し測定しやすくなっている。排気管４の上部４ｃには、
側壁４ａに測定孔１８が設けられている。測定孔１８に
は、開閉蓋１９が設けられている。排気管４の絞４ｂの
内面には、排気管４を塞ぐよう耐熱金属製のメッシュ２
０が取り付けられ、絞４ｂより上部４ｃと下部４ｄとは
区切られている。メッシュ２０は、側壁４ａのキャスタ
ブル耐火物１５を貫通して鋼板製の管１４に電気的に接
続され、測定孔１８における測定時に高電圧部からの感
電を確実に防止する。排気管４は、上端に排気ガスの出
口４ｅを有している。

【００２２】支持材５は、管状であって、耐熱性合金か
ら成る。支持材５は、貫通孔１６を通って排気管４内に
挿入され、排気管４の外側で両端を碍子２１ａ，２１ｂ
により支持されている。支持材５は、測定孔１８から測
定を行うとき感電を起こさないよう、測定孔１８から十
分な距離だけ離れている。排気管４の側壁４ａの外側に
は、各貫通孔１６および支持材５の両端を包囲するダク
ト２２が設けられている。碍子２１ａ，２１ｂは、ダク
ト２２内の各貫通孔１６より低い位置に設けられてい
る。一方の碍子２１ａは、貫通碍子で絶縁ケーブルによ
りダクト２２の外部の電源から給電されている。支持材
５は、貫通孔１６の縁から火花放電を生じない十分な距
離を離れて、ダクト２２や排気管４と電気的に絶縁され
ている。

【００２３】放電極６は、管状の電極であって、支持材
５に固定されている。放電極６は、排気管４の内部のほ
ぼ中心線上で排気管４に沿って伸びている。放電極６
は、排気管４から離れて、排気管４と電気的に絶縁され
た状態で支持されている。放電極６は、下部に、放射状
に多数の放電針２３を有している。

【００２４】直流高圧電源７は、排気管４およびダクト
２２の外側に設けられている。直流高圧電源７は、絶縁
ケーブルにより貫通碍子２１ａを通して支持材５に電気
的に接続されている。直流高圧電源７は、支持材５を介
して放電極６に電気的に接続される。直流高圧電源７
は、マイナス極が放電極６に接続され、プラス極が排気
管４に接続されている。そして、排気管４の鋼板製の管
１４は、接地されている。直流高圧電源７は、スイッチ
をオンにすることにより、放電極６と管との間に直流高
電圧を印加することができる。

【００２５】ダクト２２には、碍子固定材２２ａが設け
られている。送風装置８は、ダクト２２下部に接続さ
れ、ダクト２２を通して貫通孔１６から排気管４内に送
風するようになっている。送風装置８は、電動でファン
を回転させて常温の外気を送風する。

【００２６】次に、作用について説明する。焼却炉１で
廃棄物の焼却処理を行う場合、投入口１０から廃棄物を
燃焼室２内に投入する。燃焼室２の燃焼により生じた排
気ガスは、高温のため、電気集塵装置３の排気管４を通
って出口４ｅへと上昇し、排気管４内は高温の排気ガス
で満たされる。排気管４は、排気ガスおよび燃焼の輻射
熱により高温に晒されるが内面がキャスタブル耐火物１
５で覆われるため、高温による劣化を防止することがで
きる。

【００２７】高圧電源７により、放電極６と鋼板製の管
１４との間に、排気管４をプラス極、放電極６をマイナ
ス極とする１００ｋＶ〜２００ｋＶの直流高電圧を印加
する。通常、排気管４の内面は、７００℃〜９００℃の
高温である。このため、耐火材が導電性を帯び、排気管
４が集塵極となり、放電極６と排気管４との間に活発な
コロナ放電が起こる。コロナ放電により、排気管４を通
る排気ガス中の煤塵がマイナスに帯電し、排気管４の内
面に付着凝集する。こうして排気ガスは、煤塵を除去さ
れて排気管４の出口４ｅから排出される。

【００２８】排気管４の内面に付着した煤塵は、高温に
晒されているため付着力が弱く、ある程度凝集堆積する
と自重で自然に排気管４の内面から剥離し、真下の炉床
１２に落下する。剥離落下した煤塵は炉床１２の灰とと
もに処理することができるので、電気集塵装置３では煤
塵を受ける設備が省略され、簡単な構成となっている。

【００２９】集塵後に排出される排気ガスの成分や、排
気ガスに含まれる煤塵の量、排気ガスの流速等を測定す
る場合、測定孔１８の開閉蓋１９を開け、測定器具を排
気管４内に挿入して測定を行う。放電極６は排気管４の
貫通孔１６を通る支持材５により支持されているため、
測定孔１８付近は高電圧部分から離れており、さらに接
地されたメッシュ２０により、排気ガスの測定を安全に
行うことができる。

【００３０】焼却、集塵処理の際には、送風装置８を作
動させ、ダクト２２および貫通孔１６を通して排気管４
内に送風する。送風により、排気ガスが貫通孔１６から
排気管４の外側に漏れ出るのを防ぐことができる。

【００３１】また、送風により貫通孔１６の付近を冷却
することができる。支持材５は排気管４と電気的に絶縁
されているが、貫通孔１６付近が高温になると、支持材
５と貫通孔１６との間でコロナ放電を起こすおそれがあ
る。その間でコロナ放電が起こると、貫通孔１６に煤塵
が付着し、煤塵を介して支持材５と排気管４との間で火
花放電を起こすおそれがある。送風により貫通孔１６付
近を冷却することにより、貫通孔１６に煤塵が付着する
のを防ぎ、支持材５と貫通孔１６との間の絶縁性を保つ
ことができる。貫通孔１６を通った送風は、排気管４の
出口４ｅから排出される。

【００３２】電気集塵装置３は、支持材５が両端を支持
され、構造が強化されている。放電極６は支持材５によ
り直流高圧電源７に電気的に接続されており、支持材５
を絶縁体で構成する場合に比べて構成を簡単にすること
ができる。支持材５を支持する碍子２１ａ，２１ｂは各
貫通孔１６より低い位置に設けられており、貫通孔１６
を通して外部に放射される排気管４の内部からの輻射熱
により碍子２１ａ，２１ｂが劣化するのを防ぐことがで
きる。

【００３３】次に、本発明の実施の第２形態について説
明する。図３および図４は、本発明の実施の第２形態を
示している。図３および図４に示すように、電気集塵装
置３０は、排気管３１と支持材３２と複数の放電極３３
と直流高圧電源３４とを有している。排気管３１は、実
施の第１形態の排気管４と同様に、金属製管３５の内面
を耐火物３６で覆って成り、側壁３１ａに貫通孔３７を
有している。

【００３４】図３に示すように、支持材３２は、耐熱合
金製の支持棒３２ａと、支持棒３２ａに固定されたリン
グ部３２ｂとから成る。支持棒３２ａは、排気管３１の
外側で両端を支持され、貫通孔１６を通って排気管３１
内に挿入されている。リング部３２ｂは、排気管３１と
同軸円筒面上に配置される。支持棒３２ａは、貫通孔１
６から離れており、排気管３１と電気的に絶縁されてい
る。複数の放電極３３は、互いに間隔をあけてリング部
３２ｂから吊り下げられる。各放電極３３は、排気管３
１と同軸円筒面上に配置されて排気管３１に沿って伸び
る。放電極３３は、排気管３１から離れており、排気管
３１と電気的に絶縁されている。

【００３５】直流高圧電源３４は、排気管３１の外側に
設けられ、支持材３２を介して放電極３３に電気的に接
続されている。排気管３１は、接地されている。直流高
圧電源３４は、放電極３３をマイナス極、金属製管３５
をプラス極としてこれらの間に直流高電圧を印加する。
電気集塵装置３０は、実施の第１形態に示す焼却炉１で
その電気集塵装置３に代えて用いられる。

【００３６】次に、作用について説明する。放電極３３
が複数から成る電気集塵装置３０では、排気管３１の内
径を大きくした場合にも、排気管３１の内面と放電極３
３との間の電界を強くできるので、コロナ放電を起こし
やすくすることができる。放電極３３で包囲された領域
ではコロナ放電が起こらないが、排気管３１内の排気ガ
スは燃焼室２２における燃焼ガスの挙動の影響を受け、
流れがかなり乱れているため、図３に矢印で示すよう
に、最終的に煤塵Ｂは放電極３３と排気管３１との間の
領域に流れ込む。このため、排気ガス中の煤塵Ｂはマイ
ナスに帯電し、排気管３１の内面に付着凝集して、排気
ガス中から除去される。

【００３７】なお、前述の実施の第１形態および第２形
態において、電気集塵装置が焼却炉に用いられる例を例
示したが、電気集塵装置は高温の排気ガスを処理する装
置であれば、金属精錬・溶鉱炉・金属加熱・熱処理炉・
窯業炉・乾燥炉・溶融炉・熱機関その他の排気ガスの処
理に用いることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明に係る電気集塵装置および焼却炉
によれば、放電極が排気管の貫通孔を通る支持材により
支持され、排気管の出口付近は放電極から離れているの
で、排気ガスの測定を安全に行うことができる。

【００３９】特に、請求項２の本発明に係る電気集塵装
置によれば、貫通孔から排気管内に送風するための送風
装置を有するので、排気ガスが貫通孔から排気管の外側
に漏れ出るのを防ぐことができ、また、通風と冷却によ
り支持材と貫通孔との間でコロナ放電が起こるのを防止
し、貫通孔に煤塵が付着するのを防ぐことができる。

【００４０】特に、請求項３の本発明に係る電気集塵装
置によれば、支持材が複数箇所で支持されているので、
構造が強化されており、放電極が支持材により高圧電源
に電気的に接続されているので、構成が簡単で、碍子は
各貫通孔より低い位置に設けられているので、排気管の
内部からの輻射熱による碍子の性能低下を防ぐことがで
きる。

【００４１】特に、請求項４の本発明に係る電気集塵装
置によれば、排気管内面と多数の放電極との間の電界を
強くできるので、コロナ放電を起こしやすくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態の焼却炉を示す概略断
面図である。

【図２】図１の貫通孔の縁付近を示す拡大断面図であ
る。

【図３】本発明の実施の第２形態の電気集塵装置を示す
概略断面図である。

【図４】図３に示す電気集塵装置のＡ−Ａ線端面図であ
る。

【符号の説明】

１ 焼却炉 ２ 燃焼室 ３ 電気集塵装置 ４ 排気管 ５ 支持材 ６ 放電極 ７ 直流高圧電源 ８ 送風装置 １６ 貫通孔 ２２ ダクト

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製管の内面を耐火物で覆って成り、貫
   通孔を有する排気管と、 前記排気管の外側で支持され、前記排気管と電気的に絶
   縁され、前記貫通孔を通って前記排気管内に挿入された
   支持材と、 前記排気管の内部で排気管に沿って伸び、前記支持材に
   より排気管と電気的に絶縁された状態で支持された放電
   極と、 前記排気管の外側に設けられ、前記貫通孔を通して前記
   放電極に電気的に接続され、前記放電極と前記金属製管
   との間に直流高電圧を印加するための高圧電源とを、 有することを特徴とする電気集塵装置。
2. 【請求項２】前記排気管の外側に、前記貫通孔を通して
   前記排気管内に送風するための送風装置を有することを
   特徴とする請求項１記載の電気集塵装置。
3. 【請求項３】前記貫通孔は前記排気管内で複数箇所に形
   成され、 前記支持材は金属から成って前記排気管と電気的に絶縁
   され、各貫通孔を通って前記排気管の外側で両端を碍子
   により支持され、各碍子は各貫通孔より低い位置に設け
   られ、 前記放電極は前記支持材を介して前記高圧電源に電気的
   に接続されていることを、 特徴とする請求項１または２記載の電気集塵装置。
4. 【請求項４】前記放電極は複数から成り、互いに間隔を
   あけて前記排気管と同軸円筒面上に配置されて前記支持
   材から吊り下げられていることを特徴とする請求項１，
   ２または３記載の電気集塵装置。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４記載の電気集塵
   装置を有し、前記排気管の長さ方向に沿った直下に燃焼
   室を有することを特徴とする焼却炉。