JP5050224B2 - 排ガス処理装置及び処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス処理装置およびその処理方法に関するものである。
例えば溶剤のような有機化合物を含む排ガスを処理するための装置は、すでに公知である(例えば欧州特許第0472605号)。蓄熱塔は垂直な塔から成り、浄化対象ガス中に含まれる有機化合物は、二つの蓄熱塔の上端に接続された燃焼室内で燃焼され、例えば第一蓄熱塔を流れるクリーンガスとなる。浄化対象ガスが第一蓄熱塔に導入されるとき、浄化対象ガスは温められた蓄熱体により予備加熱され、予備加熱された浄化対象ガス中の有機化合物が燃焼室内で燃焼されるとともに、高温のクリーンガスにより第二蓄熱塔の蓄熱体が温められる。その後、浄化対象ガスの導入が第二蓄熱塔へ切り換えられ、クリーンガスが第一蓄熱塔より排出される。
しかしながら、既知の装置において、このような浄化装置の大処理風量に対応する直径を有する、浄化対象ガスを導入しクリーンガスを排出するための2本のダクトは、並列に配置される縦型蓄熱塔の下のホッパにソケットにより接続される。また2本のダクトの下部に設置されたシリンダあるいはピストンユニットからなるアクチュエータにより、その都度開閉操作可能な閉止デバイスがホッパ内の2つのソケットの開口に備えられる。
既知の装置では、二つの蓄熱塔に交互に浄化対象ガスを導入するため、4台の閉止装置と4本のアクチュエータが必要となる。ホッパが各蓄熱塔の下方に設置されるとともに閉止装置の機能を確保するための十分な高さが必要であり、かつアクチュエータがダクトの下方に配置されるため、既知装置はかなりの高さおよび相応する重量を有する。シャフト類も、取り外しおよび調整のために、各アクチュエータの下方に設置しなければならない。さらに蓄熱塔下方において閉止デバイスが動作するためのホッパは、除去効率を低下させるデッドスペースを形成する。デッドスペースの最小化するための方法については独国特許第19643821号に記されている。
本発明は、このような蓄熱燃焼装置の浄化性能の改良と、装置サイズと、重量と、コストの削減を目的としている。
これは請求項1に特徴づけられる装置による発明により達成される。請求項2から18には、本発明による装置の有利な具体的実施形態が示されている。請求項19では、本発明による装置を用いた有利な排ガス処理方法が示されており、請求項20から22に示される方法により有利に発展される。
本発明によれば、通常少なくとも二つの蓄熱塔が設置されるが、他の二つの蓄熱塔に交互に浄化対象ガスが交互に導入される間、例えばクリーンガスでパージされる第3の蓄熱塔を備えることも可能である。
本発明による装置において、蓄熱塔に接続されるダクトを、浄化対象ガス導入ダクトと、クリーンガス排出ダクトとに、交互に接続するための閉止デバイスは、回転可能な円筒形弁体を有するひとつの4方弁に一体化される。
弁体はバルブケースの円筒内部空間を横断する放射状すなわち対角に延びた仕切り板により形成されることが望ましい。バルブケースの周辺方向において、連続的に浄化対象ガス導入ダクトと、蓄熱塔への接続ダクトと、クリーンガスと、別の蓄熱塔への接続ダクトとに接続されることが望ましい。これら4つの接続口はバルブケースの円周方向壁面に互いに約90度ずつオフセットされた位置に設けられる。
このように、バルブケース内の仕切り板両側に空間が形成され、浄化対象ガスが浄化対象ガス導入ダクトから一方の空間を通って蓄熱塔に続くダクトに流れるとともに、クリーンガスは他方の蓄熱塔につながれたダクトからバルブケース内のもうひとつの空間を通ってクリーンガス排出ダクトに流れる。
バルブケース内両側の空間において、ガス流れを入口から出口の接続口に可能な限り圧力損失無く偏向し、すなわち乱流を防止するため、仕切り板はガスと接触する両面とも凹型に設計される。同時に凹型設計は、ガス流れのショートカット、すなわちバルブケース内において浄化対象ガスが浄化対象ガス導入ダクトからクリーンガス排出ダクトへの流れ、あるいは逆にクリーンガスが浄化対象ガス導入ダクトに流れることを防止する。
仕切り板は望ましくは中空体として、すなわち例えば両側の空間に面する二つの凹型形状金属板壁と二つの凹型金属板壁の同外周方向端部同士を接続する金属板からなるように設計される。
中空設計は仕切り板の重量を減少するとともに、4方弁の切換時間、すなわち仕切り板が一方の停止位置からもう一方の停止位置まで動くときの時間を短縮する。
4方弁の切換時間は、圧縮エア回転駆動による動作する弁体を使用するとともに、回転駆動の駆動軸を望ましくは弁体の回転軸上に接続することにより大幅に短縮される。
空圧回転駆動は4方弁の切換時間を1秒以下、好ましくは0.1から0.5秒に短縮することができ、その結果、浄化対象ガスがクリーンガス排出ダクトへショートカットして流れることをおおむね防止する。二つの蓄熱塔へ浄化対象ガスを交互に導入するための弁の切換時間、つまり4方弁が二つの閉止位置にとどまる時間は、通常1分以上好ましくは2〜5分であることを考慮する。
バルブケースから外周上バルブボディーをシールするため、バルブケースの円周壁面内面と仕切り板の外周壁面間がシールされることが望ましい。
シールは、例えば仕切り板の全巾に伸びたあて板と、あて板とともにはたらきあて板をとめるためのバルブケースの内面長さに等しいシール材により形成される。あて板は、シール材を傷めないように金属板ばねであることが望ましい。
シール材は、例えばシリコン、バイトン、あるいはグラファイト処理されたセラミックファイバから製作される。
同様の理由により、空圧回転駆動4方弁は停止位置ダンピング機能を備える。
軸方向において仕切り板あるいは弁体をシールするため、弁体あるいは仕切り板の両面に、バルブケースの外周壁からすなわち例えば0.5mmあるいはそれ以下の許容差範囲内のシールギャップをもって同軸ディスクが配置される。
隙間をシールするため、バルブケースの外周上まで伸びたシールのふちがバルブケースあるいはディスク上に配置される。
さらに、バルブケースの少なくとも片方の外壁面に、弁体あるいは仕切り板上のディスクと、ディスクに隣接するバルブケースの外壁間の隙間に、シール用エアを供給するための接続口を備える。これは、ディスクとバルブケースの外周壁間の隙間を通して、弁体の浄化対象ガスエリアから隣接するクリーンガスエリアに、ガスが流出することを防止する。
この目的のために、シールエアは浄化対象ガス導入ダクトを通じて4方弁に導入される浄化対象ガス圧力より高い圧力を持つ。したがって、シールエアは浄化対象ガスがクリーンガス排出ダクトに流れ込むことを防止する。
仕切り板上のディスクとバルブケースの反対側外壁面間の隙間もシールエアにより加圧するために、好ましくは、シールエア接続口が設けられた隙間から、仕切り板の反対面のディスクとバルブケース外壁面の隙間に通じる、シールエア用の貫通孔を仕切り板と互いのディスクに備える。
燃焼室内の温度と、燃焼室に隣接する蓄熱体の温度は、1000℃以下、好ましくは900℃以下である。浄化対象ガス中の汚染物質濃度が高いとき、前記温度を超える危険が有り、その結果、例えば断熱材あるいは蓄熱体が損傷する。
このような危険性を防止するため、冷たい浄化対象ガスを導入することを可能とするために、好ましくは送風機と4方弁の間の浄化対象ガス導入ダクトと燃焼室を直接つなぐバイパスダクトを設置することが望ましい。
燃焼室内のエネルギーが余剰な場合、あらかじめ設定された燃焼室内温度を超えることを防止するために冷却すべく、浄化対象ガスはメイン送風機によりバイパスダクトを経由して燃焼室に流される
あらかじめ設定された燃焼室温度を超えるとき、バイパスダクトを経由して燃焼室に導入する浄化対象ガス量を減少する制御は、好ましくは、遅延制御により実施される。余剰なエネルギーは、クリーンガスに直接排出されないが、バイパスダクト中に設置された調整弁の遅延制御により、蓄熱室の蓄熱体に蓄熱される。汚染物質の濃度変化に応じて装置のエネルギー効率が変化する。
燃焼室において乱流を形成するために攪拌装置を設置することが望ましい。特にバイパスダクトを通じて燃焼室に導入された浄化対象ガスと暖かい燃焼室内ガスを混合するために有効である。
蓄熱室の蓄熱体は、おおむね水平に、好ましくは燃焼室方向に向かって水平に対して30度以下、好ましくは1から10度、特に2から6度の勾配をもって配置される。これは、蓄熱体が横たわり続けることを確実にする。
蓄熱体は、押し出し成形されるとともに、立方体の縦軸に平行に伸びた断面と細孔を有するセラミック体であることが望ましい。このようなセラミック体は、欧州特許第0472605号に詳細に記載されており、高い熱安定性を有するとともに、例えば多孔質コージェライトから製作される。
燃焼室の主要な加熱手段として、燃焼室の底または側壁に電気加熱手段が設置されることが望ましい。前記電気加熱手段は、浄化対象ガスが燃焼室に導入される前に燃焼室温度を例えば少なくとも750℃の処理運転温度に加熱する。
これは、先行技術と比較して、排気浄化を実行する運転温度まで燃焼室を加熱するためのエネルギー損失を減少させる。
先行技術では、気体あるいは液体燃料を燃焼エアと混合し、燃焼室内で燃焼させる。そのため、燃焼エアも加熱されなければならず、おおよそ30%のエネルギー損失を引き起こす。
燃焼室に直接注入される燃料としては、例えば天然ガスあるいはプロパンのような気体燃料、あるいは燃料油または液体バイオマス燃料のような液体燃料が使用される。
燃焼室に直接燃料を注入する補助加熱装置を設置することが望ましい。燃焼室温度が電気加熱手段により運転温度に加熱されたとき、浄化対象ガス中の汚染物質濃度が非常に低い場合、燃焼エアを用いず燃焼室に直接燃料を注入し、浄化対象ガス中の空気により燃焼することにより運転温度を保持する。
蓄熱室の蓄熱体がほぼ水平に設置されているため、本発明による装置の高さは比較的低い。そのため、例えばボックス形状に設計され、好ましくは外壁を有するサポートフレーム内に配置可能である。この場合、4方弁はボックスの端スペースに設置されるとともに、燃焼室は本体側の端スペースに配置される。そのため、装置全体が、例えばコンテナにより輸送可能なように設計することが可能である。
発明の実施形態を示す排ガス浄化装置の透視図 4方弁断面図 4方弁の片側側面シールの部分横断面図 ボックス形状サポートフレーム内に浄化装置を配置した縦断面透視図
次に、本発明が添付の図面により例示的に詳説されている
図1によれば、該装置は、蓄熱体(2,3)からなる二つの蓄熱室(4,5)と二つの蓄熱室(4,5)のそれぞれ一端が接続される燃焼室(6)が設置されるケース(1)をもつ。
汚染された排気または浄化対象ガスは送風機(8)を備えた浄化対象ガス導入ダクト(7)を通じて導入される。クリーンガスは煙突として設計されるクリーンガス排出ダクト(9)を通じて大気に排出される。
浄化対象ガスを片方の蓄熱室(4)または(5)に交互に導入し、もう一方の蓄熱室(5)または(4)からクリーンガスを排出するために、送風機(8)上に接続された浄化対象ガス導入ダクト(7)またはその中間部(7’)に4方弁(10)を備える。4方弁(10)は、前記目的のため、二つの蓄熱室(4)または(5)の燃焼室(6)が接続されない反対端にそれぞれダクト(11)またはダクト(12)を介して接続される。
燃焼室(6)の底部には、燃焼室(6)を例えば800℃まで加熱可能な電気加熱手段(13)が設置される。
浄化対象ガスが、浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)から4方弁(10)とダクト(11)を通じて蓄熱室(4)に導入されるとき、浄化対象ガス中に含まれる有機あるいは他の燃焼可能な汚染物質は燃焼室(6)内で燃焼され、それによって、ダクト(12)と4方弁(10)を通じてクリーンガス排出ダクト(9)に流れる暖かいクリーンガスによってもう一方の蓄熱室(5)中の蓄熱体(3)は暖められる。切換時間、例えば3分後、浄化対象ガスをダクト(12)を通じて蓄熱室(5)の暖められた蓄熱体(3)に導入するとともに、クリーンガスをダクト(11)と4方弁(10)を通じてクリーンガス排出ダクト(9)に流すために4方弁(10)を切換える。浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)とクリーンガス排出ダクト(9)は、4方弁(10)によりダクト(11)または(12)、言い換えれば蓄熱室(4)または(5)に交互に接続される。
図2によれば、4方弁(10)はバルブケース(17)の内部空間に放射状に伸び、軸(15)の周りを回転可能な仕切り板(16)より構成される回転可能な円筒形弁体(14)をもつ。
バルブケース(17)の円周に約90度ずつオフセット配置された4つの接続部(22−25)に、それぞれ浄化対象ガス導入ダクト(7)と、蓄熱室(4)へのダクト(11)と、クリーンガス排出ダクト(9)と、蓄熱室(5)へのダクト(12)が接続される。
仕切り板(16)は、バルブケース(17)の内部空間を二つの空間(18,19)に分割する。従って図2に示される弁体(14)の停止位置において、浄化対象ガスは、浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)用の接続口(22)から空間(18)を通って蓄熱室(4)につながるダクト(11)用接続口(23)に流れるとともに、クリーンガスはもう一方の蓄熱室(5)につながるダクト(12)用接続口(25)から空間(19)を通ってクリーンガスダクト(9)用接続口(24)に流れる。
もう一方の停止位置において、浄化対象ガスをダクト(12)に流し、クリーンガスをダクト(11)に流すために、弁体(14)は反時計周りに90度回転される。
各空間(18,19)内において可能な限り圧力損失なしに片方の接続口から他方の接続口にガス流の向きを変えるため、仕切り板(16)は各空間(18,19)に対する面がともに凹型になるように設計される。
仕切り板(16)は中空体として設計される。すなわち二つの凹型金属板壁(28,29)の円周側両端が接続片(26,27)によりそれぞれ接合されている。
図1によれば、4方弁(10)用のアクチュエータは、仕切り板(16)の回転軸(15)に接続された空圧回転駆動装置(31)とバルブケース(17)上に載せられたフランジより構成される。
バルブケース(17)の円周壁(30)の内面上に設置されたシール材(34−37)とともにはたらくあて板(32,33)が仕切り板(16)の接続片(26,27)上に配置される。このため、あて板(32,33)はスプリングクリップとして設計される。
軸方向において仕切り板(16)をシールするために、回転軸(15)と同軸のディスク(38,38’)が仕切り板(16)の両面に設置され、図2に示すように、ディスク(38)は仕切り板(16)上に載せられたフランジに例えばねじ(39)止めされる。尚、ディスク(38’)については図3に示す。
図3に示すように、ディスク(38’)に隣接するバルブケース(17)の外壁上にディスク(38’)と外壁(41)間の隙間(40)にシールエアを吹き込むための接続口(42)を設ける。これは、浄化対象ガスが隙間(43)を通って弁体(14)の外に抜け、あるいは隙間(43)からクリーンガスに流れることを防止する。隙間(43)は、バルブケース(17)の円周壁面の内面上のリングシール(44)によりさらにシールされる。
シールエアを注入するかわりに、浄化対象ガスが隙間(43)を通ってクリーンガスに流れることを防止するために、隙間(43)用の吸引手段を設置することも可能である。この場合には、吸い出されたシールエアは送風機(8)の上流側にて浄化対象ガスと合流される。
仕切り板(16)の反対側ディスク(38)とバルブケース外壁間の隙間にもシールエアを吹き込むあるいはエアを吸引するために、二つのディスク(38,38’)の金属板壁(28,29)間部に貫通穴(45)が設置される。
図1および図4によれば、蓄熱室(4,5)の蓄熱体(2,3)は、サポート(46)上に配置される。
浄化対象ガス導入ダクト(7)の送風機(8)と4方弁(10)間のダクト部分(7’)にサポート(46)の下をとおり燃焼室(6)まで伸びるバイパスダクト(47)が接続される。
バイパスダクト(47)は、燃焼室(6)内に分散配置され、全長にわたり浄化対象ガス用の噴出し口(49)が設けられた垂直パイプ(48)に接続される。
良好な燃焼のため燃焼室(6)内の流れをより乱流にするために、攪拌装置(51)を形成するたとえば耐熱鋼によるベーン(50)を好ましくは取り外し可能なようにパイプ(48)に固定する。
浄化対象ガスに高濃度の可燃汚染物質が含まれるとき、燃焼室(6)にバイパスダクト(47)を通じて直接冷たい浄化対象ガスを供給することが可能である。その結果、あらかじめ設定した燃焼室温度、例えば900℃を超えることを防止することができる。
一方、浄化対象ガスに含まれる可燃汚染物質の濃度があまりに低いときに、該装置の運転に必要な燃焼室温度が低下しないように気体あるいは液体燃料を直接注入するためのノズル(52)を例えば燃焼室(6)の壁に設置する。
蓄熱室(4,5)の蓄熱体(2,3)は、縦軸に平行に伸びた2−12mmの細孔径を有する押し出し成形されたセラミック平行六面形、立方形、またはブロック形蓄熱体(53)からなる。このような角柱の縦軸方向に平行に伸びた長方形、すなわち通常角柱の断面と細孔をもつ蓄熱体は、欧州特許第0472605号においてより詳細に記述される。
蓄熱室(4,5)のダクト(11,12)側から燃焼室(6)側にむかって、水平に対して角度(α)、例えば5度の勾配をつけて、蓄熱体(53)より形成される蓄熱室(4,5)の蓄熱体(2,3)が配置されるようにサポート(46)を設計した。これは、蓄熱体(53)が面に接して永久に横たわることを確実にする。
図4によれば、装置は外板(図示していない)を備えたサポートフレーム(54)内に配置される。4方弁(10)はメイン送風機(8)とともにサポートフレーム(54)の片方の端(55)に設置され、また蓄熱室(4,5)と燃焼室(6)は中央部(56)に設置されるともに、もう一方の端(57)は、例えばドアによりアクセス可能で、かつ制御盤を備えるとともに、さらにノズル(52)を通して燃料を注入するための機器を設置することが可能な制御室として設計される。このように、本装置は運搬可能なコンテナとして設計される。
2,3 蓄熱体
4,5 蓄熱室
6 燃焼室
7 浄化対象ガス導入ダクト
8 送風機
9 クリーンガス排出ダクト
10 4方弁
11,12 ダクト
14 弁体
16 仕切り板
17 バルブケース
22−25 4方弁ダクト接続部
30 バルブケース円周壁面
31 空圧回転駆動装置
32,33 あて板
34−37 シール材
38 ディスク
40 隙間
41 バルブケース外壁
45 貫通孔
47 バイパスダクト
51 攪拌装置
54 サポートフレーム
欧州特許第0472605号 独国特許第19643821号

Claims (19)

  1. 蓄熱燃焼により汚染された排気を浄化する装置であって、蓄熱体(2,3)が充填された二つの蓄熱室(4,5)と、燃焼室(6)と、浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)と、クリーンガス排出ダクト(9)と、アクチュエータ駆動による切換弁から構成されており、
    前記各蓄熱室(4,5)の片側接続部が前記燃焼室(6)に連結されるとともに、反対側の接続部がダクト(11,12)にそれぞれ接続されており、さらに前記ダクト(11,12)は切換弁の動作により前記浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)と、前記クリーンガス排出ダクト(9)とに、交互に接続される蓄熱燃焼による排ガス処理装置おいて、
    前記二つの蓄熱室(4,5)に接続された前記ダクト(11,12)をそれぞれ前記浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)と前記クリーンガス排出ダクト(9)に交互に接続するための切換弁が、回転可能な円筒形弁体(14)を備えたひとつの4方弁(10)に一体化され、
    前記弁体(14)がバルブケース(17)の円筒形内部空間の端から端まで放射状に伸びた仕切り板(16)により形成され、
    前記浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)と、片方の前記蓄熱室(4)につながる前記ダクト(11)と、前記クリーンガス排出ダクト(9)と、もう一方の前記蓄熱室(5)につながる前記ダクト(12)が、前記バルブケース(17)の円周方向において連続的に接続され、
    前記浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)のための接続部(22)と、片方の前記蓄熱室(4)につながる前記ダクト(11)のための接続部(23)と、前記クリーンガス排出ダクト(9)のための接続部(24)と、もう一方の前記蓄熱室(5)につながる前記ダクト(12)のための接続部(25)が円周方向にそれぞれ90度オフセットされて配置される
    ことを特徴とする排ガス浄化装置。
  2. 前記4方弁(10)用のアクチュエータが、停止位置ダンピングを備えた空圧回転駆動装置(31)により形成されるとともに、前記弁体(14)の軸方向に接続されることを特徴とする、請求項1記載の装置。
  3. 前記弁体(14)が中空体として設計されることを特徴とする、請求項1または2記載の装置。
  4. 圧力損失を最小化し、かつガス流のショートカットを制限するために、前記仕切り板(16)の両面が凹型に設計されることを特徴とする、請求項記載の装置。
  5. 軸方向において前記仕切り板(16)をシールするため、前記仕切り板(16)の両側にディスク(38,38’)が設置されるとともに、外壁(41)と前記外壁(41)に隣接するディスク(38’)間の隙間(40)に、シール用エアを供給するためのシール用エアの接続口、または前記隙間(40)内のエアを吸引するための吸引手段を前記バルブケース(17)の外壁(41)上に設けることを特徴とする、請求項記載の装置。
  6. 前記ディスク(38’)と前記バルブケース(17)の片方前記の外壁(41)間の前記隙間(40)から、前記ディスク(38)と前記バルブケース(17)のもう一方の外壁間の隙間へ、前記仕切り板(16)を貫く貫通孔(45)が与えられることを特徴とする、請求項記載の装置。
  7. 前記バルブケース(17)の円周壁面(30)の内面上のシール材(34−37)とともにはたらくあて板(32,33)を、前記仕切り板(16)の外周に備えることを特徴とする、請求項2記載の装置。
  8. 前記燃焼室(6)に通じるバイパスダクト(47)が、前記浄化対象ガス導入ダクト(7,7’)に接続されることを特徴とする、請求項1記載の装置。
  9. 乱流を増加させるために、前記燃焼室(6)内に攪拌装置(51)を設けることを特徴とする、請求項1記載の装置。
  10. 前記バイパスダクト(47)を通って前記燃焼室(6)に導入された浄化対象ガスを攪拌するために、前記燃焼室(6)内に前記攪拌装置(51)を設けることを特徴とする、請求項または記載の装置。
  11. 前記蓄熱室(4,5)の前記蓄熱体(2,3)を、前記燃焼室(6)に向かって水平に対して30度以下の角度(α)の上昇勾配をつけて配置することを特徴とする、請求項1記載の装置。
  12. 前記蓄熱体(2,3)が、角柱断面と角柱の縦軸に平行して伸びる細孔をもつ押出成形されたセラミック蓄熱体(53)から構築されることを特徴とする、請求項1記載の装置。
  13. 前記燃焼室(6)の主加熱用として、前記燃焼室(6)に電気加熱手段を設置することを特徴とする、請求項1記載の装置。
  14. 前記燃焼室(6)の補助加熱用として、前記燃焼室(6)に直接燃料を供給するための装置を備えることを特徴とする、請求項1記載の装置。
  15. サポートフレーム(54)内に配置されることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の装置。
  16. あらかじめ設定した燃焼室内温度を超えるとき、浄化対象ガスを直接前記燃焼室(6)に導入することを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の装置による排ガス浄化方法。
  17. あらかじめ設定した燃焼室温度を超えるとき、前記燃焼室(6)に導入する浄化対象ガスを減少するために、遅延制御される調整バルブをバイパスダクト(47)に備えることを特徴とする、請求項16記載の浄化方法。
  18. 浄化対象ガスが導入される前に、前記燃焼室(6)が運転温度まで加熱されることを特徴とする、請求項16または17記載の浄化方法。
  19. 燃焼エアを導入せずに、気体あるいは液体燃料を前記燃焼室(6)に注入することを特徴とする、請求項1618のいずれか1項に記載の浄化方法。
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