JP4388510B2

JP4388510B2 - 集塵装置

Info

Publication number: JP4388510B2
Application number: JP2005202708A
Authority: JP
Inventors: 克彦横濱; 雄一郎北川; 昌司北田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007021279A

Description

本発明は、例えば石炭ガス化装置の石炭ガス化炉を含むガス源からのガスに含まれる未燃分である粉塵（チャー）を集塵する集塵装置に関する。

石炭ガス化炉を備えた石炭ガス化複合発電設備では、石炭ガス化炉での生成ガス中の未燃分である粉塵（チャー）を集塵する集塵装置が設置されている。
この石炭ガス化複合発電設備に用いる石炭ガス化装置の一例を図１３に示す。図１３に示すように、石炭ガス化装置１０１は、石炭１０２を供給してガス化する石炭ガス化炉１０３と、該石炭ガス化炉１０３からの生成ガス１０４を冷却する生成ガス冷却装置１０５と、冷却された生成ガス１０４中の未燃分である粉塵（チャー）１０５を遠心分離するサイクロン１０６と、生成ガス１０４中に残存している粉塵（チャー）１０５を集塵する集塵装置１０７と、浄化された生成ガスを精製して精製ガス１０８とするガス精製装置１０９と、前記分離又は集塵された粉塵（チャー）１０５を収容するホッパ１１０と、ホッパ１１０からの粉塵を石炭ガス化炉１０３に戻す戻し管１１１とを具備するものである。

前記集塵装置１０７の集塵管１１２には粉塵１０５がその表面に堆積するので、所定時間毎に逆洗ガス１１３を供給することで払い落としをしている。払い落とされた粉塵１０５は前記ホッパ１１０に収容される。
この粉塵１０５の除去には逆洗ノズルを備えた逆洗装置が用いられている（特許文献１）。

ところで、集塵装置１０７の下方側から生成ガス１０４を導入するような場合には、図１４−１のアッパーフローの生成ガスと集塵管との関係を示す模式図に示すように、逆洗ガス１１３により除去された粉塵１０５は、落下する前に下からの上昇流による生成ガス１０４によって集塵管１１２の表面に再付着する、という問題がある。

そこで、図１４−２のダウンフローの生成ガスと集塵管との関係を示す模式図に示すように、集塵装置１１２の管板１１２ａの近傍に開口部を有するガス導入管１２０を設け、集塵管１１２に沿った下向きのガス流れとすることが提案されている（非特許文献１、非特許文献２）。

特開２００２−２６３４２７号公報「ポールニュース」１９９８冬Ｖｏｌ.８３日本ポール株式会社発行「粉体工学会秋期研究発表会論文集」１９９７年１１月ｐ１９５〜１９８

しかしながら、チャー等の粉塵を多量に残存する生成ガスの流速が過大な場合には、生成ガス１０４中の粉塵１０５が集塵管１１２の表面の保護被膜を摩耗させ集塵部の腐食を引き起こすような場合が想定される。これは、例えば流速が２０ｍ／ｓ、粉塵濃度が１ｇ／Ｎｍ³以上の高濃度のような場合には、特に問題となる。
すなわち、ガス導入管１２０のように管板１１２ａの近傍はその濃度が高く、しかもその流速が速いのでその衝撃によりカルマン渦振動による損傷も発生する場合がある。

そこで、図１５のように、ガス導入管１２０の径の部分においてガス導入管１２０の上昇部分１２１を広くすることが提案されるが、流路の断面積を増大させると、集塵装置本体の寸法が大きくなり、不経済である、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、粉塵を含む生成ガスの集塵部に対する衝突流速を低減し、集塵部の摩耗を低減することができると共に集塵装置本体をコンパクトにすることができる集塵装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガス中の粉塵を集塵してガスを浄化する集塵装置であって、集塵装置本体内に設けられ、前記集塵装置本体の内部を下方のガス導入室と上方のガス排出室とに区分けする管板と、前記管板から垂下され、前記ガスを外部から内部に流入して粉塵をその表面で除去する集塵管と、前記ガス導入室にて複数の前記集塵管に囲まれて設けられ、管板近傍にガス開口端部を位置し、前記集塵管にガスを供給するガス導入管と、前記ガス導入管の前記開口端部に設けたディフューザと、前記ガス排出室に設けられ、浄化されたガスを排出するガス排出部とを具備してなることを特徴とする集塵装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記ディフューザの出口径と入口径との開口比率が１．２〜１．４であることを特徴とする集塵装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記ディフューザのコーン角が２０〜６０度であることを特徴とする集塵装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記ディフューザの開口部に対向する管板に、ガス流量分散部を設けてなることを特徴とする集塵装置にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記ディフューザ又はガス導入管のいずれか一方又は両方の内部にガス旋回流を形成する旋回部を形成してなることを特徴とする集塵装置にある。

第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記ディフューザ開口端部と管板との間にガス流量分散板を１又は２以上配設してなることを特徴とする集塵装置にある。

第７の発明は、第６の発明において、前記ガス流量分散板がリング状に形成されていることを特徴とする集塵装置にある。

第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記集塵管が、前記ガス導入管を中心として放射状に複数配設されていることを特徴とする集塵装置にある。

第９の発明は、第１乃至８のいずれか一つの発明において、前記ガス排出室に設けられ、前記集塵管に逆洗ガスを供給する逆洗浄部を有することを特徴とする集塵装置にある。

本発明によれば、粉塵を含む生成ガスの集塵部に対する衝突流速を低減し、集塵部の摩耗を低減することができると共に集塵装置本体をコンパクトにすることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例１に係る集塵装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る集塵装置を示す概略図である。図２はその要部の平面図及び側面図である。
図１及び図２に示すように、本実施例に係る集塵装置１０Ａは、ガス１１中の粉塵１２を集塵してガス１１を浄化する集塵装置であって、集塵装置本体１３内に設けられ、内部をガス導入室１４とガス排出室１５とに区分けする管板１６と、前記管板１６から複数本垂下され、前記ガス１１を外部から内部に流入して粉塵１２をその表面で除去する集塵管１７と、前記ガス導入室１４に設けられ、管板１６近傍にガス開口端部１８ａを位置し、前記集塵管１７にガス１１をダウンフローで供給するガス導入管１８と、前記ガス導入管１８の前記開口端部１８ａに設けたディフューザ１９と、前記ガス排出室１５に設けられ、浄化ガス２０を排出するガス排出部２１とを具備してなるものである。
なお、前記ガス排出室１５側に設けられ、前記集塵管１７に逆洗ガスを供給する逆洗浄部については図示を省略している。

前記ディフューザ１９は、上方にガス導入管１８の端部の径よりも大径の開口部を有し、ガス導入管１８からガス導入室１４内に導入されるガス１１の流量を減速するようにしている。

本実施例では、図２に示すように、前記集塵管１７は管板１６から垂下されると共に、前記ガス導入管１８を中心として略放射状に複数配設されている。
前記ディフューザ１９を設けることにより、ガス１１の流速が減速される結果、ガス導入管１８近傍に配設される集塵管１７に損傷等を与えることが解消される。

また、入口断面積を低減する事が可能であり、集塵装置本体１３を小さくコンパクト化する事が出来て経済的である。
ここで、本発明の集塵装置で処理するガス１１としては、煤塵としてチャーを含有する石炭ガス化による生成ガスに限定されるものではなく、集塵管に損傷を与えるような微粒子を多量に含むガス（例えば煤塵濃度が１ｇ／Ｎｍ³以上）であれば、いずれのものでもよい。

ここで、図３に示すように、前記ディフューザ１９の出口径Ｄ１と入口径Ｄ２との開口比率としては１．２〜１．４とするのが好ましい。
これは、図４のディフューザの直径拡大比と流速低減割合との関係図に示すように、前記開口比率が１．２以下であると流量減速効果が小さく、一方開口比率が１．４以上であると更なる流量減速効果が発現しないからである。なお、流速はガス１１が集塵管１７に当接した際の最速の流速である。
ここで、図３において、一例としてディフューザ１９とガス導入管１８との関係を示すと、ディフューザ１９の開口径Ｄ１は６５０ｍｍ、ガス導入管の管径Ｄ２は５５０ｍｍ、管板１６とディフューザ１９の高さｈは４３０ｍｍとしているが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、集塵管１７とガス導入管との距離Ｗは、各々の集塵装置においてガス中の煤塵による閉塞がないような距離とするのが好ましく、適宜設定すればよい。

また、前記ディフューザ１９のコーン角（α）が２０〜６０度とするのが好ましい。これは、図５のディフューザのコーン角と集塵部品表面最大流速比との関係図に示すように、コーン角が２０度以下及び６０度以上であると流量減速効果が発現しないからである。なお、図５中、従来という白丸印は図１５に示すように導入管出口にディフューザを設置せずに大径とした場合であり、小径のままという菱形印は、導入管を小径のままとし、ディフューザを設置しない場合を示している。

次に、本発明による実施例２に係る集塵装置について、図面を参照して説明する。
図６は、実施例２に係る集塵装置を示す概略図である。前述した図１に示す実施例１の装置と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例に係る集塵装置１０Ｂは、実施例１の集塵装置において、管板１６の裏面側にガス流量分散部２５を設置したものである。

前記ガス流量分散部２５を設置することにより、ディフューザ１９から排出されるガスがガス流量分散部２５との衝突によりガス流れが均質となり、含粉塵ガスが集塵管１７に衝突する流速を低減可能となる。前記ガス流量分散部２５の突起は肉厚の部材を使用する事が可能であり、ガス１１中に含有する粉塵による摩耗に対する耐久性が確保できる。

図３に示すガス流量分散部２５はその形状を断面三角形状としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７−１、図７−２に示す他の形状であってもよい。

図７−１に示すガス流量分散部２６はその形状を矩形状としている。また、図７−２に示すガス流量分散部２７はその形状を断面凹面レンズ状としている。なお、これ以外の形状であって、ガス１１の流量の減速効果を発現するものであれば何れの形状をも採用することができる。

次に、本発明による実施例３に係る集塵装置について、図面を参照して説明する。
図８は、実施例３に係る集塵装置を示す概略図である。前述した図１に示す実施例１の装置と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図８に示すように、本実施例に係る集塵装置１０Ｃは、実施例１の集塵装置において、ガス導入管１８及びディフューザ１９の内面に旋回部３１を形成してなるものである。

前記旋回部３１は内面に突起状の旋回突起を設置することができる。この旋回突起の設置により、流路内でガス１１が旋回し、遠心力の作用により出口で拡がるために、ガス流れが均質となり、含粉塵ガスが集塵部品であり集塵管１７に衝突する流速を低減可能となる。

なお、本実施例では、旋回部３１は前記ディフューザ１９又はガス供給管１８の両方に亙って形成したが、いずれかであってもよい。

また、実施例２のガス流量分散部２５を設置した場合において、さらに旋回部３１を設置するようにしてもよい。

次に、本発明による実施例４に係る集塵装置について、図面を参照して説明する。
図９は、実施例４に係る集塵装置を示す概略図である。前述した図１に示す実施例１の装置と同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図９に示すように、本実施例に係る集塵装置１０Ｄは、実施例１の集塵装置において、前記ディフューザ１９の開口端部と管板１６との間にガス流量分散板３２を配設してなるものである。

前記ガス流量分散板３２は、その外径は前記ディフューザ１９の開口径Ｄ１と略同一程度とするのが好ましい。また、設置位置は、管板１６とディフューザとの中間位置又は中間位置よりもやや開口側とするのが好ましい。

前記ガス流量分散板３２を設置することにより、図９に示すように、ディフューザ１９から排出される上向きガス流れは、ガス流量分散板３２に衝突し、左右に分配され、中央部分のガスは分散板３２の中心部に設けられた開口部３２ａを通り管板１６に衝突し左右に分配される。

このとき、ガス流量分散板３２の中央の開口部３２ａは、図１０−１に示すように、円形のものであっても、図１０−２に示すように、矩形状であっても、その他楕円形状のいずれでも良い。

また、ガス流量分散板３２の開口面積比は、図１１の分散板開口面積比と集塵部品表面最大流速比との関係図に示すように、０．５〜０．６とするのが、流速比率から好ましい。

また、ガス流量分散板３２の設置は、図９に示すような単数の場合であってもよいが、図１２の集塵装置１０Ｅに示すように、複数のガス流量分散板３４を配設するようにしてもよい。
また、複数の場合には、その形状及び大きさが同一であっても、異なる形状であってもよい。

以上のように、本発明に係る集塵装置は、粉塵を含む生成ガスの集塵部に対する衝突流速を低減し、集塵部の摩耗を低減することができると共に集塵装置本体をコンパクトにすることができ、例えば石炭ガス化炉システムにおける集塵装置に用いることに適している。

実施例１に係る集塵装置の概略図である。実施例１に係る集塵装置の要部に係る平面図及び側面概略図である。実施例１に係る集塵装置のガス導入管とディフューザとの関係図である。ディフューザの直径拡大比と流速低減割合との関係図である。ディフューザのコーン角と集塵部品表面最大流速比との関係図である。実施例２に係る集塵装置の概略図である。実施例２に係る他のガス流速分散部を備えた集塵装置の概略図である。実施例２に係る他のガス流速分散部を備えた集塵装置の概略図である。実施例３に係る集塵装置の概略図である。実施例４に係る集塵装置の概略図である。実施例４に係るガス流速分散板の概略図である。実施例４に係る他のガス流速分散板の概略図である。分散板開口面積比と集塵部品表面最大流速比との関係図である。実施例４に係る他の集塵装置の概略図である。石炭ガス化装置の概略図である。アッパーフローの生成ガスと集塵管との関係を示す模式図である。ダウンフローの生成ガスと集塵管との関係を示す模式図である。従来の集塵装置の概略図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｅ集塵装置
１１ガス
１２粉塵
１３集塵装置本体
１４ガス導入室
１５ガス排出室
１６管板
１７集塵管
１８ガス導入管
１９ディフューザ
２０浄化ガス

Claims

ガス中の粉塵を集塵してガスを浄化する集塵装置であって、
集塵装置本体内に設けられ、前記集塵装置本体の内部を下方のガス導入室と上方のガス排出室とに区分けする管板と、
前記管板から垂下され、前記ガスを外部から内部に流入して粉塵をその表面で除去する集塵管と、
前記ガス導入室にて複数の前記集塵管に囲まれて設けられ、管板近傍にガス開口端部を位置し、前記集塵管にガスを供給するガス導入管と、
前記ガス導入管の前記開口端部に設けたディフューザと、
前記ガス排出室に設けられ、浄化されたガスを排出するガス排出部とを具備してなることを特徴とする集塵装置。
請求項１において、
前記ディフューザの出口径と入口径との開口比率が１．２〜１．４であることを特徴とする集塵装置。
請求項１又は２において、
前記ディフューザのコーン角が２０〜６０度であることを特徴とする集塵装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記ディフューザの開口部に対向する管板に、ガス流量分散部を設けてなることを特徴とする集塵装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記ディフューザ又はガス導入管のいずれか一方又は両方の内部にガス旋回流を形成する旋回部を形成してなることを特徴とする集塵装置。
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記ディフューザ開口端部と管板との間にガス流量分散板を１又は２以上配設してなることを特徴とする集塵装置。
請求項６において、
前記ガス流量分散板がリング状に形成されていることを特徴とする集塵装置。
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
前記集塵管が、前記ガス導入管を中心として放射状に複数配設されていることを特徴とする集塵装置。
請求項１乃至８のいずれか一つにおいて、
前記ガス排出室に設けられ、前記集塵管に逆洗ガスを供給する逆洗浄部を有することを特徴とする集塵装置。