JP3349369B2 - ストリーマ放電排ガス処理装置及び方法 - Google Patents

ストリーマ放電排ガス処理装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ストリーマ放電排
ガス処理装置及び方法に関する。本発明は、特に、火力
発電所等で発生する排ガス中の窒素酸化物(以下N
x )あるいはイオウ酸化物(以下SOx )の分解無害
化を行うためのストリーマ放電排ガス処理装置及び方法
に関する。また、本発明は、化学工場等で発生するVO
C(Volatile Organic Compound ;揮発性有機化合物)
ガスの分解無害化にも適用される。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば脱NOx はアンモニア接触
還元法、又脱SOx は石灰石膏法が採用されており、い
わゆる化学処理法が排ガス中の脱NOx 又は脱SOx
主たる技術であった。ここで、近年ストリーマ放電排ガ
ス処理方法が採用されるに至っている。この処理方法
は、従来の化学処理法に比較して設備が廉価で、設置ス
ペースが小さい、という大きなメリットを持っている。
しかし、ストリーマ放電に要する消費電力が約10Wh
/Nm3 であり、従来の化学処理法が約6Wh/Nm3
であるのに比較すると、約2倍弱大きい消費電力である
ことが大きな欠点であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、消費電力を従来の化学処理法と少なくとも同等
以下として省エネルギー化を図ったストリーマ放電排ガ
ス処理装置及び方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載された発明は、ストリーマ放電を用
いて排ガス中の有害成分を無害化するストリーマ放電排
ガス処理装置であって、ガス分解装置内で発生する電子
密度を、排ガス流の前流側で高く、後流側で低くなるよ
うに設定してなることを特徴とする。請求項2に記載さ
れた発明は、請求項1のストリーマ放電排ガス処理装置
において、上記ガス分解装置内でストリーマ放電を発生
するためのコイルの巻き数を排ガス流の前流側で密に、
後流側で疎にしてなることを特徴とする。請求項3に記
載された発明は、請求項1又は2記載のストリーマ放電
排ガス処理装置において、上記ガス分解装置内の排ガス
流の流速を、前流側で遅く、後流側で速くなるように設
定したことを特徴とする。請求項4に記載された発明
は、ストリーマ放電排ガス処理方法であって、請求項1
から3のいずれか一の装置を用いて排ガス中の有害成分
を無害化するようにしたことを特徴とする。
【0005】「ストリーマ放電」とは、放電路が形成さ
れる放電初期状態の放電であり、この状態では、放電路
の先端において高エネルギー電子を生成することができ
るため、排ガス処理に有効である。排ガス中において、
有害成分すなわちNOx 又はSOx 等の濃度は、ガス分
解装置の前流(入口)側で高く、後流(出口)側で低
い。NOx 又はSOx 等の有害成分の分子は、ストリー
マ放電により発生する高エネルギー電子によって分解さ
れるので、後流側では前流側よりも高エネルギー電子発
生数が少なくても済むという知見に到達した。したがっ
て、本発明ではその一つの技術的思想として、ガス分解
装置内で、NOx 又はSOx 等の濃度(分子数)に高エ
ネルギー電子の発生数を対応(比例)させることとし
た。これによって、過度のエネルギー供給を回避するこ
ととしている。ここでいう「電子発生数」とは、排ガス
の単位容積・時間当たりの電子数、すなわち電子密度
(個/cm3 ・sec )である。このように、本発明は、
「分解対象ガス成分濃度・電子密度比例方式」によって
省エネルギー化を可能としたものである。また、本発明
において、「排ガス流の前流側で高く、後流側で低く」
とは、一般的に、排ガス流の前流側から後流側に向けて
電子密度を低くなるように設定することを意味する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面を参照しながら説明する。図1に本発明の第1の実
施の形態にかかるストリーマ放電排ガス処理装置の要部
であるガス分解装置を示す。このガス分解装置は、コイ
ル1が巻かれた内筒3と、外筒2とを備え、内筒3と外
筒2との間に環状通路部4を形成している。外筒2は、
中空状の筒体であり、SUS等の導電性の素材で構成す
る。内筒3は、中空状の筒体であり、テフロン・ガラス
・セラミックス等の絶縁体で構成する。内筒3と外筒2
とは、同心円状に配置している。環状通路部4の間隔Δ
RすなわちR−r、内筒3の外径r、及び外筒2の内径
Rは、ガス分解装置の長手方向に沿って一定である。
【0007】コイル1の巻数は、前流側で密に、後側で
疎となるように巻いている。コイルの巻数の疎密の設定
は、NOx 又はSOx 等の濃度(分子数)に高エネルギ
ー電子の発生数が対応して変化するようにして行う。こ
れによって前流側で電子密度が高く、後流側で電子密度
が低くなる。ここで、「対応して変化する」とは、一般
的には、後に説明する図3の曲線31で示されるような
曲線に沿って電子密度を変化させることをいう。装置
は、通常、数10cmφ×5〜10mLの単管を、数1
0本から数100本の単位で1プラントごとに使用す
る。コイルの巻線数は、単管ごとに、全体で通常数10
から数100である。上記構成の実施の形態において、
NOx 又はSOx 等の有害成分を含む排ガスは、内筒3
と外筒2との間の環状通路部4を流れる。一方、図示し
ない電源からコイル1に超短パルス(例えば30ns)
の高電圧(例えば20kV)が引加され、ストリーマ放
電が起こる。これによって多数の高エネルギー電子が発
生する。例えば、NOx の場合、N2 とO2 とに分解さ
れる。しかも、NOx 又はSO x 等の濃度(分子数)に
対応して高エネルギー電子の発生数が変化するようにし
ているので、過度のエネルギー供給を回避することがで
きる。
【0008】図2に本発明の第2の実施の形態にかかる
ストリーマ放電排ガス処理装置の要部であるガス分解装
置を示す。このガス分解装置は、コイル21が巻かれた
内筒23と、外筒22とを備え、外筒22と内筒23と
の間に環状通路部24を形成している。外筒22は、中
空状の筒体であり、SUS等の導電性素材で構成する。
内筒23は、中空状の筒体であり、テフロン・ガラス・
セラミックス等の絶縁体で構成する。外筒22と内筒2
3とは、同心円状に配置している。環状通路部24の間
隔ΔRすなわちR−rは、ガス分解装置の長手方向に沿
って一定であるが、外筒22の内径R及び内筒23の外
径rは、後流側に向けて小さくなるように設定してい
る。一方、コイル21の巻数は一定である。これによっ
て、入口側で排ガスの滞留時間が長く、後流側で滞留時
間が短くなる構造となっている。すなわち、ガス分解装
置内の排ガス流の流速が、前流側で遅く、後流側で速く
なるように設定される。装置は、通常、数10cmφ×
5〜10mLの単管を、数10本から数100本の単位
で1プラントごとに使用する。コイルの巻線数は、単管
ごとに通常数10から数100である。
【0009】これによって、NOx 又はSOx 等の濃度
(分子数)に対応して、流速との関連で、相対的に前流
側で電子密度が高く、後流側で電子密度が低くなるのと
同等の効果を生じる。すなわち、第1の実施の形態と同
等の効果を生じる。電子密度(個/cm3 ・sec )は、
排ガスの単位容積・時間当たりの電子数に対応するから
である。なお、このような効果が得られるように、外筒
22の内径R及び内筒23の外径rを設定する。上記構
成の実施の形態において、NOx 又はSOx 等の有害成
分を含む排ガスは、内筒23と外筒22との間の環状通
路部24を流れる。一方、図示しない電源からコイル2
1に超短パルス(例えば30ns)の高電圧(例えば2
0kV)が引加され、ストリーマ放電が起こる。これに
よって多数の高エネルギー電子が発生する。例えば、N
x の場合、N2 とO2 とに分解される。しかも、NO
x又はSOx 等の濃度(分子数)に高エネルギー電子の
発生数が対応して変化するようにしているので、過度の
エネルギー供給を回避することができる。
【0010】
【実施例】比較例、実施例1及び実施例2 NOを200ppm含む排ガスを入口で流量150リッ
トル/minとして流し、性能を試験した。比較例は、
従来例に従って、コイル巻数はガス分解装置の長手方向
に沿って一定とし、ガス滞留時間も一定としたものであ
る。実施例1は、図1に示す実施の態様に対応するもの
である。コイル1の巻数は、図3の直線31に沿って電
子密度が低下するように、前流側で密に、後側で疎とな
るように設定した。
【0011】実施例2は、図2に示す実施の態様に対応
するものである。環状通路部24の間隔ΔRすなわちR
−rは、ガス分解装置の長手方向に沿って一定である
が、外筒22の内径R及び内筒23の外径rは、後流側
に向けて小さくなるように設定した。これによって、実
施例1と同様に図3の直線31に沿って電子密度が低下
するように設定した。なお、図3より明かなように、一
般的にガス分解装置の入口から約1/5の位置で、分解
率ζN は70%近くになっており、それ以降の分解はゆ
っくり進むことが了解される。表1に試験例に対する消
費電力比をNO分解率毎に示した。コイルには、超短パ
ルス(30ns)の高電圧(20kV)を引加した。本
発明にかかる実施例1及び2は、消費電力が試験例の半
分以下であり、大幅な省エネルギー効果を確認すること
ができた。本実施例1,2は、小型単管を用いた試験で
あり、単管の寸法は、96mmφ×3.5mLであり巻
線数は、全体で350であった。
【0012】
【表1】
【0013】
【発明の効果】上記したところから明かなように、本発
明によれば、ガス分解装置内で、NO x 又はSOx 等の
濃度(分子数)に高エネルギー電子の発生数を対応(比
例)させて変化することとした。これによって、後流側
での消費エネルギーを著しく低減させることができ、し
かも前流側では分解に十分な電子密度となり、ガス分解
性能を損なうことがない。よって、全体として大幅な省
エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する斜視図で
ある。
【図2】本発明の第2の実施の形態を説明する斜視図で
ある。
【図3】本発明の実施例における電子密度比とNO分解
率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1、21 コイル 2、22 外筒 3、23 内筒 4、24 環状通路部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B01D 53/74 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/56,53/50,53/60 B01D 53/32 B01J 19/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ストリーマ放電を用いて排ガス中の有害
    成分を無害化するストリーマ放電排ガス処理装置であっ
    て、ガス分解装置内で発生する電子密度を、排ガス流の
    前流側で高く、後流側で低くなるように設定したことを
    特徴とするストリーマ放電排ガス処理装置。
  2. 【請求項2】 上記ガス分解装置内でストリーマ放電を
    発生するためのコイルの巻き数を排ガス流の前流側で密
    に、後流側で疎にしてなることを特徴とする請求項1に
    記載のストリーマ放電排ガス処理装置。
  3. 【請求項3】 上記ガス分解装置内の排ガス流の流速
    を、前流側で遅く、後流側で速くなるように設定したこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載のストリーマ放電排
    ガス処理装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれか一の装置を用
    いて排ガス中の有害成分を無害化するようにしたことを
    特徴とするストリーマ放電排ガス処理方法。
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