JP6597991B2 - 電気集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、廃ガスからダスト等を除去する電気集塵装置に関する。本発明は、特に、重金属を含むダストの集塵効率を維持したまま、高層化を図るとともに、製造コストの低減を図ることが可能な湿式電気集塵装置に関する。

従来から、湿式電気集塵装置（例えば特許文献１乃至３参照）は、鉱工業における硫酸ミスト処理やアルミニウム精錬排ガス処理のみならず廃棄物焼却プロセス等において発生する廃ガスから、有害なダストやミストを捕集する目的で使用されている。このように、湿式電気集塵装置は、大気汚染防止や環境保全の観点から有用な装置として普及している。

湿式電気集塵装置で処理される被処理廃ガスには、鉛、カドミウム、砒素といった有害物質や重金属が含まれている。このため、このような湿式電気集塵装置では、有害物質や重金属を含むダストの集塵効率を高めることが要求される。

湿式電気集塵装置は、一般的に２枚の平板型、或いは円筒状や角筒状等の筒型からなる滑らかな表面を有する集塵極と、当該集塵極内に設けられた線状の放電線とを含むように構成されている。
このような湿式電気集塵装置によりダストやミスト等の微粒子の除去が行われる際には、放電極側と、接地した集塵極側との間に高電圧が荷電される。これにより、放電極側と、接地した集塵極側との間に強力な電流電界が形成され、電圧の上昇に伴って放電極側から旺盛なコロナ放電が発生し、放電極と集塵極との間の集塵空間が負イオンと電子とによって満たされる。この集塵空間に排ガスが導入されると、排ガス中のダストやミストは負に帯電し、静電凝集作用を伴いながらクーロン力により集塵極に向って移動し、集塵極に付着する。付着したダストやミストは、集塵極で負の電荷を失い、集塵極に供給される洗浄水及び自重により集塵極から剥離して落下し、電気集塵装置の外部へ排出される。
このようにして、湿式電気集塵装置は、種々の種類の固体、液体の微粒子等の微細なものまで高い集塵効率をもって捕集することが可能になっている。

このような湿式電気集塵装置では、重金属を含むダストの集塵効率を高めるために、放電極と集塵極との間の荷電電圧を高くする手法が知られている。

特開２００７−１９６１５９号公報 特開２００２−１１９８８９号公報 特公平６−９１９６５号公報

しかしながら、湿式電気集塵装置の基数を単に増加するだけでは、集塵効率を向上させることはできるものの、多くの設置面積が必要となるとともに、部品点数が増加することとなる。一方で、設置面積を単に減少させると、今度はダスト等の集塵効率が落ちるため、廃ガスからダスト等を十分に除去することができなくなる。そこで、ダスト等の集塵効率を維持したまま、高層化を図るとともに、製造コストの低減を図ることが求められている。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、重金属を含むダストの集塵効率を維持したまま、高層化を図るとともに、製造コストの低減を図ることを目的とする。

本発明の一側面の電気集塵装置用の電源制御装置は、
直流高電圧が印加される放電極と、
前記直流高電圧に基づいて前記放電極との間に発生する負コロナ放電によって、排ガス発生源から排出される排ガスに含まれる微粒子を集塵する集塵極と、
を備える電気集塵装置であって、
前記集塵極の高さは、前記排ガスを含む風量と前記排ガスに含まれる微粒子に対する集塵効率とに基づいて設定されている、
ことを特徴とする。

この場合、前記集塵極の高さは、さらに、開口部の面積と容積に基づいて設定されているようにすることができる。

本発明によれば、重金属を含むダストの集塵効率を維持しつつ、スリム化（高層化）を図るとともに、製造コストの低減を図ることが可能な湿式電気集塵装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る湿式電気集塵装置の概略構成を示す断面図である。 湿式電気集塵装置の筺体内部の概略構成を示す斜視図である。 従来の湿式電気集塵装置の概略構成を示す断面図である。 湿式電気集塵装置を２台直列に配置した状態を示す図である。 湿式電気集塵装置をスリム化した状態を示す図である。 微粒子として硫酸ミストを対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）とＫω（見掛粒子移動速度）（ｍ／ｓ）との関係を示す試験結果を示す図である。 微粒子として硫酸ミストを対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）と集塵効率（％）との関係を示す図である。 微粒子としてＡｓ（砒素）を対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）とＫω（見掛粒子移動速度）（ｍ／ｓ）との関係を示す試験結果を示す図である。 微粒子としてＡｓ（砒素）を対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）と集塵効率（％）との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［湿式電気集塵装置の構成］
はじめに、図１を参照して、湿式電気集塵装置１の構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る湿式電気集塵装置の概略構成を示す断面図である。
具体的には、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、湿式電気集塵装置の外観の概略構成を示す断面図であり、相互に略直角の別々の方向からみた断面図である。

湿式電気集塵装置１には、上部ケーシング１１と、側部ケーシングとしても機能する集塵極１２と、下部ケーシング１３と、架構１４と、が設けられている。

上部ケーシング１１と、集塵極１２と、下部ケーシング１３とが上方からその順番で組み合わされることによって、湿式電気集塵装置１の筺体が構成される。湿式電気集塵装置１の筺体は、架構１４により、地上から所定距離だけ上方に離間して固定されている。湿式電気集塵装置１の筺体の材質は、本実施形態では導電性のＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が採用されている。

図２は、湿式電気集塵装置１の筺体内部の概略構成を示す斜視図である。
図２に示すように、湿式電気集塵装置１の筺体内部には、上部グリッド２１と、上述した集塵極１２と、下部グリッド２３と、電極ロッド２４と、放電線２５と、ウェイト２６と、上向きスプレーノズル２８と、洗浄用配管２９とが設けられている。

上部グリッド２１と、集塵極１２と、下部グリッド２３とは、図２に示すように、上方からその順番で相互に所定距離だけ離間して、水平方向に相互に略平行となるように、配設されている。

集塵極１２は、図２に示すように、角筒を単位（以下、このような単位を「室」と呼ぶ）として、複数の「室」を繰り返し連続して配置することによって構成される。
具体的には、以下、略水平方向のうち、一方向を「縦方向」と呼び、縦方向に直角な方向を「横方向」と呼ぶ。この場合、縦方向にＮ個の単位を繰り返し連続して配置させ、横方向にＭ個の単位を繰り返し連続して配置させること（以下、「Ｎ×Ｍ」と表現する）によって、集塵極１２が構成される。
ここで、ＮとＭとは独立した任意の整数値であり、本実施形態では、図２に示すように、集塵極１２の「室」の個数はＮ×Ｍ＝９×９個とされている。
また、本実施形態の室は、３５〜５０ｃｍの長さの辺からなる角筒である。
なお、集塵極１２の材質は、本実施形態では、導電性のＦＲＰが採用されている。

このような集塵極１２に対する放電極は、本実施形態では、電極ロッド２４及び放電線２５により構成されている。
電極ロッド２４は、図２に示すように、集塵極１２の所定の「室」の中央内部を略垂直方向に貫通するように配設され、上端部が上部グリッド２１に固定され、下端部が下部グリッド２３に固定される。
放電線２５は、図２に示すように、上部グリッド２１から吊下げられ、集塵極１２の所定の「室」の中央内部を略垂直方向に貫通するように配設される。放電線２５はまた、弛まないだけの張力を持たすように、下部グリッド２３の上部に設けられたウェイト２６に接続される。

電極ロッド２４には、電源装置２から供給される負極の直流高電圧（荷電電圧）が直接印加される。一方、放電線２５には、当該負極の直流高電圧が、上部グリッド２１を介して印加される。

上向きスプレーノズル２８は、集塵極１２の各「室」の四隅の上方に配設され、洗浄用配管２９に流通している洗浄水を、略垂直上向き方向に微細の霧として噴出する。これにより、集塵極１２に付着したミストやダスト等の微粒子を洗浄除去することが可能になる。

次に、図３を参照して、本実施形態の湿式電気集塵装置１の説明を行う。
図３は、従来の湿式電気集塵装置の概略構成を示す断面図である。
図１と図３とを比較して明らかなように、図１の本実施形態の湿式電気集塵装置１は、図３の従来の湿式電気集塵装置１００と比較して、高層化が図られている。以下、その理由について、図４以降の図面を適宜参照しつつ説明する。

近年、湿式電気集塵装置にとって、高効率の集塵効率が求められている。
例えば、９９％を超える集塵効率が求められた場合、集塵極の高さを最高で５ｍで設計している従来では、図４に示すように、従来の湿式電気集塵装置１００（図３）を複数個直列に接続する必要がある。なお、従来の湿式電気集塵装置１００の集塵極の高さは４ｍであるものとする。
図４は、図３の従来の湿式電気集塵装置を２台直列に配置した状態を示す図である。
図４（Ａ）に示すように、例えば２台の従来の湿式電気集塵装置１００−１，１００−２が併設されると、設置床面積（設置スペース）が２倍必要になる。当然ながら、Ｎ台（Ｎは２以上の整数値）の従来の湿式電気集塵装置１００が併設されるならば、設置床面積がＮ倍必要になる。
そこで、本発明人らは、図４（Ｂ）に示すように、２台の従来の湿式電気集塵装置１００−１，１００−２を垂直方向に接続すること、即ち、集塵極の高さを２倍（８ｍの高さ）に高層化することを発明した。
これにより、設置床面積は、１台の従来の湿式電気集塵装置１００が設置された場合と同様になる。

さらに、本発明人らは、単に２台の従来の湿式電気集塵装置１００−１，１００−２を垂直方向に接続するのではなく、図５に示すように、集塵極の高さを高層化した１台の湿式電気集塵装置１を発明した。
図５は、図１の湿式電気集塵装置１を高層化（スリム化）した状態を示す図である。
さらに、図５に示すように、機内ガス速度が高速になれば、同じ集塵面積でスリム（開口部が小さくなる）な湿式電気集塵装置１の実現化も可能になる。図５（Ｂ）の例では、集塵極の高さが８ｍよりも２ｍ高い１０ｍとなっており、その分だけスリム化が図られている。
これにより、設置床面積（設置スペース）の減少及び部品点数の削減によるコストダウンを図ることが可能になる。

本発明人らは、高層化による上記のような性能が達成できるかを検証すべく、次のような試験を行った。
［試験の目的］
（１）本試験は、高層化された図１の湿式電気集塵装置１が、従来の湿式電気集塵装置１００−１及び１００−２を直列に配置した状態と同等の集塵効率の性能があることを確認することを目的とする。
（２）さらに、本試験は、集塵極内の機内ガス速度の高速化に対応するために、同一集塵面積で湿式電気集塵装置の高層化（スリム化）が可能であることを確認することを目的とする。

［試験内容］
１０ｍ／７ｍ／４ｍのそれぞれの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置（１０ｍが図１の本実施形態の湿式電気集塵装置１）が本試験に用いられた。本発明人らは、これらの湿式電気集塵装置について、荷電圧７０ｋＶにて、機内流速（機内ガス速度）を１．０→１．５→２．０→２．４→３．７ｍ／ｓ（Ｍａｘ）にそれぞれ変更し、硫酸ミスト濃度及びＡｓ（砒素）濃度を測定して、Ｋω（見掛粒子移動速度）及び集塵効率を算出した。

［硫酸ミストによる試験結果］
図６は、微粒子として硫酸ミストを対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）とＫω（見掛粒子移動速度）（ｍ／ｓ）との関係を示す試験結果を示す図である。
図７は、微粒子として硫酸ミストを対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）と集塵効率（％）との関係を示す図である。

硫酸ミストの測定結果によると、４ｍの高さの集塵極を備える従来の湿式電気集塵装置１００（図３）を用いた場合には、Ｋω値が最高値（ピーク）を示す機内流速は、約１．２ｍ／ｓであった。
これに対し、７ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置を用いた場合には、Ｋω値は、機内流速が約２．４ｍ／ｓになっても最高値（ピーク）を示すことはなく、直線的に上昇する傾向がみられた。
同様に、１０ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置１を用いた場合には、Ｋω値は、機内流速が約３．７ｍ／ｓになっても最高値（ピーク）を示すことはなく、直線的に上昇する傾向がみられた。
ただし、Ｋω値は、最高値（ピーク）となる機内流速が、高速域で存在し、７ｍよりも１０ｍの方が、その速度は高いものと推定される。

試験の結果、微粒子として硫酸ミストを対象とした場合には、４ｍの高さの集塵極を備える従来の湿式電気集塵装置１００を用いた場合には、集塵効率は、Ｋωが最高値（ピーク）となる機内流速（機内ガス速度）１ｍ／ｓを超えると急激に下降した。
これに対し、７ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置及び１０ｍの高さの集塵極を備える本実施形態の湿式電気集塵装置１を用いた場合には、４ｍのものとは異なり、集塵効率は、機内流速（機内ガス速度）が高い領域でもほぼ横ばいとなり、下降しなかった。

［Ａｓ（砒素）による試験結果］
図８は、微粒子としてＡｓ（砒素）を対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）とＫω（見掛粒子移動速度）（ｍ／ｓ）との関係を示す試験結果を示す図である。
図９は、微粒子としてＡｓ（砒素）を対象とした場合における、機内流速（機内ガス速度）（ｍ／ｓ）と集塵効率（％）との関係を示す図である。

Ａｓ（砒素）の測定結果によると、４ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置１を用いた場合には、Ｋω値の最高値（ピーク）を示す機内流速は、約０．９ｍ／ｓであった。
これに対し、７ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置１を用いた場合には、Ｋω値の最高値（ピーク）を示す機内流速は、約１．５ｍ／ｓであった。
同様に、１０ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置１を用いた場合には、Ｋω値の最高値（ピーク）を示す機内流速は、約２．５〜３．０ｍ／ｓであった。
Ｋω値の最高値（ピーク）の絶対値については、７ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置１及び１０ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置１のいずれを用いた場合であっても、４ｍの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置と同程度となった。

試験の結果、微粒子としてＡｓ（砒素）を対象とした場合には、４ｍ、７ｍ及び１０ｍの高さの何れの集塵極を備える湿式電気集塵装置を用いた場合であっても、集塵効率は、Ｋωが最高値（ピーク）となる機内流速（機内ガス速度）を超えると急激に下降した。

［まとめ］
（１）以上のことから、集塵極の高さを高くする程、Ｋωが最高値（ピーク）となる機内流速（機内ガス速度）が高速になっていくことがわかる。
（２）集塵効率は、Ｋωが最高値（ピーク）となる機内流速（機内ガス速度）付近まではある程度高い値を保っている。ただし、それよりも機内流速（機内ガス速度）が高速になると、集塵効率は落ちていく。
（３）以上まとめると、集塵極の高さは、機内流速（機内ガス速度、換言すると排ガスを含む風量）と、排ガスに含まれる微粒子に対する集塵効率とをパラメータとして、当該パラメータの値に応じて設計可能な要素であることがわかった。即ち、集塵極の高さは、排ガスを含む風量と排ガスに含まれる微粒子に対する集塵効率とに基づいて設定可能であることがわかった。

なお、上記試験では、集塵極の開口部（底面）の面積は、１０ｍ／７ｍ／４ｍのそれぞれの高さの集塵極を備える湿式電気集塵装置（１０ｍが図１の本実施形態の湿式電気集塵装置１）全て同一とされた。
しかしながら、図５を用いて上述したように、機内流速（機内ガス速度、換言すると排ガスを含む風量）を上げることができれば、同じ集塵面積でスリム（開口部が小さくなる）な湿式電気集塵装置の実現化も可能になる。
換言すると、集塵極の高さは、さらに、開口部（底面）の面積と容積とに基づいて設定可能である。

［本実施形態の湿式電気集塵装置の効果］
以上まとめると、本実施形態の湿式電気集塵装置１（図１）は、従来の湿式電気集塵装置１００（図３）と比較して、次のような有利な効果を奏することが可能である。

（１）本実施形態では、湿式電気集塵装置１は、直流高電圧が印加される放電極（電極ロッド２４及び放電線２５）と、直流高電圧に基づいて放電極（電極ロッド２４及び放電線２５）との間に発生する負コロナ放電によって、排ガス発生源から排出される排ガスに含まれる微粒子を集塵する集塵極１２と、を備えた。そして、集塵極１２は、排ガスを含む風量と排ガスに含まれる微粒子に対する集塵効率に基づいて高さが設定されている。
このようにして、集塵極１２の高さが適切に設定されることで、重金属を含むダストの集塵効率を維持したまま、高層化を図るとともに、製造コストの低減を図ることができる。

（２）また、本実施形態では、集塵極１２の高さは、さらに、開口部（底面）の面積と容積とに基づいて設定することができる。
これにより、重金属を含むダストの集塵効率を維持したまま、高層化に加えてさらにスリム化（設置床面積の減少）を図ることが可能になるとともに、製造コストの低減を図ることができる。

１・・・湿式電気集塵装置
１１・・・上部ケーシング
１２・・・集塵極
１３・・・下部ケーシング
１４・・・架構
２１・・・上部グリッド
２３・・・下部グリッド
２４・・・電極ロッド
２５・・・放電線
２６・・・ウェイト

Claims (1)

1. 直流高電圧が印加される放電極と、
   筒を単位とする室が複数連続して配置され、前記放電極が所定の該室の中央内部を略垂直方向に貫通するように構成されており、前記直流高電圧に基づいて前記放電極との間に発生する負コロナ放電によって、排ガス発生源から排出される排ガスに含まれる微粒子を集塵する集塵極と、
   を備える１台の湿式電気集塵装置の設計方法であって、
   前記集塵極の高さの設定に際し、前記排ガスを含む風量が１．５ｍ／ｓ以上で、前記排ガスに含まれる微粒子に対する集塵効率が９９％以上であることを条件として、該集塵極の一定の開口部面積に対して該集塵極の高さが高くなるように該集塵極の高さを設定する、
   ことを特徴とする湿式電気集塵装置の設計方法。
   

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