JP7311224B2 - 電気集塵装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気集塵装置及びその運転方法に関する。本発明は、より詳しくは、廃ガスからダスト等を除去する湿式電気集塵機本体と、当該湿式電気集塵機本体の放電極に対する印加電圧を７０ｋＶ以上の直流高電圧とすることができる直流高電圧電源と、を含んで構成される高電圧型の電気集塵装置に関する。

従来、電気集塵装置は、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（特許文献１～３参照）。

このような電気集塵装置においては、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。集塵効率を高める一般的な手法としては、集塵極と放電極との電圧、即ち、放電極に対する印加電圧を一定電圧以上の高電圧とする手法が知られている。

しかしながら、放電極に対する印加電圧を高めていくと、コロナ放電が増大し、やがては火花放電（スパーク）が発生し、電気集塵装置の安全且つ安定的な運転が阻害されるリスクが高まる。このため、従来の電気集塵装置の運転においては、火花放電の発生を抑制して操業の安全性・安定性を確保するために、実効印加電圧を、例えば、最大でも６０ｋＶ程度以内に止めて、電気集塵装置の集塵効率をその本来のポテンシャルよりも低下させた状態（具体的な例としては実効印加電圧４０～６０ｋＶ程度の範囲）で運転することを余儀なくされているのが実情であった（特許文献２参照）。

このような状況を打開して、湿式電気集塵機本体を含む電気集塵装置の運転において放電極に対する７０ｋＶ以上の高電圧での印加を可能とするために、直流高電圧を湿式電気集塵機本体に供給する電力変換回路の出力側に、出力電圧リップルを平滑化するためのコンデンサを配置することが提案されている（特許文献４参照）。このような構成からなる電気集塵装置によれば、従来よりも高電圧である７０ｋＶ以上の印加電圧により安全な運転が可能となる。

ここで、７０ｋＶ以上の印加電圧による運転を安全に行うために電気集塵装置を構成する高圧電源に配置されるコンデンサには、極めて高い電圧が印加されるのみならず、火花放電が発生した際には瞬時に多大な電流が放出されることともなる。このため、このコンデンサは、高電圧の印加に耐えるものであり、尚且つ、多大な放電電流に耐えうるものでなければならない。その結果、このコンデンサのサイズは大型化せざるを得ない。

例えば、特許文献４に開示されているような電気集塵装置用の電源にコンデンサを設置する場合、設置用のスペースとして、通常、２ｍ（Ｗ）×１．５ｍ（Ｈ）×１ｍ（Ｄ）程度のスペースが、追加的に必要となる。電気集塵装置の設置場所の物理的な条件によっては、このスペースの確保が困難な場合も多かった。

又、通常、湿式電気集塵機本体を含んで構成される電気集塵装置においては、処理対象とする排ガス等のダスト濃度が一時的に低下した場合には、省エネルギーのために、放電極への印加を連続荷電から間欠荷電に切り替える運転が行われる。上記のようなコンデンサを含む電力変換回路においては、この間欠荷電への切り替え時に、コンデンサを回路から切り離す必要があり、操業効率が悪くなるという問題もあった。

特開２００７－１９６１５９号公報 特開２００２－１１９８８９号公報 特公平６－９１９６５号公報 特開２０１２－１４８２１４号公報

本発明は、印加電圧が７０ｋＶ以上である高電圧型の電気集塵装置でありながら、出力電圧リップルを平滑化するためのコンデンサの設置が不要であって、尚且つ、放電極に対する実効印加電圧を７０ｋＶ以上とする高電圧での運転を、安全、且つ、安定的に行うことができる、電気集塵装置を提供することを目的とする。

本発明者は、実効印加電圧が７０ｋＶ以上である高電圧型の電気集塵装置において、高電圧を発生させる直流高電圧電源を構成するスイッチング素子として、従来広く用いられていたサイリスタに代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） 放電極と集塵極とを備える湿式電気集塵機本体と、前記湿式電気集塵機本体に７０ｋＶ以上の直流高電圧を印加することができる直流高電圧電源と、を含んでなる電気集塵装置であって、前記直流高電圧電源は、入力側から出力側に向けて、交流電源、入力側整流器、スイッチング素子、変圧器、及び、出力側整流器が順次接続されてなる電力変換回路を含んで構成されていて、前記スイッチング素子が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であって、前記電力変換回路には、出力電圧リップルを軽減させるコンデンサが設置されていない、電気集塵装置。

（１）の発明によれば、放電極と集塵極とを備える湿式電気集塵機本体を含む電気集塵装置において、放電極に対する印加電圧を７０ｋＶ以上の高電圧での運転を行う場合に、出力電圧リップルを平滑化するためのコンデンサが設置されていないにもかかわらず、コンデンサを設置した従来型の装置と同等以上に、火花放電の発生頻度を十分に抑制することができる。従来、湿式の電気集塵機を印加電圧７０ｋＶ以上の高電圧で運転する場合に、火花放電の発生頻度を抑制して運転の安全性を確保するためには必須とされていた、大型のコンデンサを設置するための設置スペースが不要となり、重金属を含むダストの集塵効率と安全性とを高水準に維持したまま、装置設置のためのスペースについては、省スペース化を図ることができる。

又、（１）の発明によれば、例えば、４０～６０ｋＶ程度の実効印加電圧で運転した場合に、集塵効率が最大９９．６％程度であり、砒素（Ａｓ）にいたっては印加電圧５０ｋＶで９８％にも到達しないといった低い値になっていた従来の電気集塵装置を、本発明の電気集塵装置の構成に改変改良することにより、上述の通りの省スペース型の装置でありながら、印加電圧を７０～８０ｋＶまで上昇させて、ダスト、鉛（Ｐｂ）、カドニウム（Ｃｄ）、及び砒素（Ａｓ）の何れの集塵効率についても、９９．８～９９．９％といった非常に高い値とすることが可能となる。

（２） 前記湿式電気集塵機本体に投入されるガス中の微粒子濃度が一定濃度以下となった場合に、湿式電気集塵機本体に対する荷電方式を、連続荷電から間欠荷電に切り替える荷電方式切り替え手段を備える、（１）に記載の電気集塵装置。

（２）の発明によれば、連続荷電から間欠荷電に切り替えた時にコンデンサの回路からの切り離しが不要となる。よって、（１）の発明の奏する上述の有利な効果を享受しつつ、電気集塵装置において、間欠荷電と連続荷電との切換えを、従来構造の高電圧型の電気集塵装置よりもよりスムーズに行うことができる。

（３） （１）又は（２）に記載の電気集塵装置の運転方法であって、下記（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の処理を順次行う処理フローにより、異常放電消去処理を行う、電気集塵装置の運転方法。
（ｉ） 前記直流高電圧電源の出力電圧の値が、所定の閾値以下となった場合に、低電圧検出信号が出力される。
（ｉｉ） 前記低電圧検出信号が出力されている間、前記直流高電圧電源からの出力を遮断した後に前記湿式電気集塵機本体に該出力を再投入する制御が、所定周期毎に繰り返し実行される。
（ｉｉｉ） 前記低電圧検出信号の出力が開始したとき、計時動作が開始され、計時時間が第１の所定時間になったとき、異常放電消去信号が出力され、前記直流高電圧電源の出力を完全に遮断する制御が実行される。

（３）の発明によれば、上記の各所定時間を適切に設定することで、火災の発生等によって湿式電気集塵機本体１１の集塵極が損傷されたり焼失してしまう前に、湿式電気集塵機本体１１に対する直流高電圧電源１２の出力電圧Ｖの印加を停止することが可能になる。このようにして、湿式電気集塵機本体１１の集塵電極５２の損傷や焼失が適切に防止され、ひいては湿式電気集塵機本体１１の火災発生が適切に防止される。又、（１）又は（２）の電気集塵装置が、出力電圧リップルを軽減させるコンデンサが設置されていないことにより、出力電圧制御に対する応答速度が速く、極めて鋭敏に応答可能であるため、このような異常放電を回避するための電圧制御を従来よりも著しく高い精度で適切に作動させることができる。

（４） 更に、下記（ｉＡ）乃至（ｉｉｉＡ）の処理を併せて順次行う処理フローにより、異常放電消去処理を行う、（３）に記載の電気集塵装置の運転方法。
（ｉＡ） 前記直流高電圧電源の出力電圧の値が、所定の閾値以下となった場合に、低電圧検出信号が出力され、該低電圧検出信号が出力されると、タイマは計時動作を開始する。
（ｉｉＡ） 前記タイマによる計時時間が第１の所定時間を経過したときに、異常放電消去信号が出力され、前記直流高電圧電源の出力を完全に遮断する制御が実行される。但し、前記タイマによる計時動作の継続中に、前記直流高電圧電源の出力電圧の値が、所定の閾値以上に回復している時間が第２の所定時間以上継続した場合には、計時動作を停止しタイマによる計時時間を０Ｓにリセットする。
（ｉｉｉＡ） 前記回復している時間が、前記第２の所定時間以下の場合は、回復とみなさず、計時動作を継続し、タイマによる計時時間が前記第１の所定時間になったとき、異常放電消去信号が出力され、前記直流高電圧電源の出力を完全に遮断する制御が実行される。

（４）の発明によれば、異常放電が消去して、湿式電気集塵機本体１１の集塵電極５２の損傷や焼失のおそれがなくなったと判断できる時間に基づいて、第２の所定時間を設定することで、上述の火災等の発生を防止しつつ、尚且つ、異常放電の誤検出を防止して、湿式電気集塵機本体１１に対する直流高電圧電源１２の出力電圧Ｖの不必要な印加停止を回避して、安全性、安定性を保持したまま、湿式電気集塵機本体１１の運転の作動効率もより良好に維持することができる。又、（１）又は（２）の電気集塵装置が、出力電圧リップルを軽減させるコンデンサが設置されていないことにより、出力電圧制御に対する応答速度が速く、極めて鋭敏に応答可能であるため、このような異常放電を回避するための電圧制御を従来よりも著しく高い精度で適切に作動させることができる点については上記同様である。

本発明によれば、印加電圧が７０ｋＶ以上である高電圧型の電気集塵装置でありながら、出力電圧リップルを平滑化するためのコンデンサの設置が不要であって、尚且つ、放電極に対する実効印加電圧を７０ｋＶ以上とする高電圧での運転を、安全、且つ、安定的に行うことができる、電気集塵装置を提供することができる。

本発明の電気集塵装置の構成を示す断面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、相互に略直角の別々の方向からみた断面図である。 図１の電気集塵装置を構成する湿式電気集塵機本体の筺体内部の構成を示す斜視図である。 図１の電気集塵装置を構成する直流高電圧電源の構成を示す部分断面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、相互に略直角の別々の方向からみた断面図である。 本発明の電気集塵装置の直流高電圧電源を構成する電力変換回路の回路構成を示す等価回路図である。 従来の高電圧型の電気集塵装置の直流高電圧電源を構成する電力変換回路の回路構成を示す等価回路図である。 本発明の電気集塵装置の直流高電圧電源において、ＩＧＢＴから出力される電気の駆動波形を示す図である。 従来の電気集塵装置の直流高電圧電源において、サイリスタから出力される電気の駆動波形を示す図である。 スイッチング素子としてＩＧＢＴが設置されている本発明の電気集塵装置の直流高電圧電源の出力電圧リップルの一般的状態を示す図である。 スイッチング素子としてサイリスタが設置されている従来の電気集塵装置の直流高電圧電源の出力電圧リップルの一般的状態を示す図である。

［電気集塵装置の構成］
本発明の一実施形態である、電気集塵装置１は、図１に示す通り、湿式電気集塵機本体１１と直流高電圧電源１２とを含んで構成される装置であり、従来の電気集塵装置同様、各種の排ガス中に微粒子として含有される有害なダストやミストを捕集する目的で使用されるものである。但し、電気集塵装置１は、実効電圧として７０ｋＶ以上の電圧を湿式電気集塵機本体１１の集塵極１１２に印加することができる直流高電圧電源１２を備える高電圧型の電気集塵装置であり、尚且つ、そのような高電圧型の電気集塵装置でありながら、出力電圧リップルを平滑化して運転の安全性を確保するために従来必須とされていたコンデンサが設置されていないことを特徴とするものである。尚、本明細書においては、実効電圧として７０ｋＶ以上の電圧を湿式電気集塵機本体１１の放電極（電極ロッド１２４及び放電線１２５）に印加することができる直流高電圧電源１２を備える電気集塵装置のことを、「高電圧型の電気集塵装置」と称するものとする。

湿式電気集塵機本体１１は、上部ケーシング１１１、側部ケーシングとしても機能する集塵極１１２、下部ケーシング１１３、及び、架構１１４と、を有する。上部ケーシング１１１、集塵極１１２、及び、下部ケーシング１１３が、上方からその順番で組み合わされることによって、湿式電気集塵機本体１１の筺体が構成される。湿式電気集塵機本体１１の筺体は、架構１１４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。

湿式電気集塵機本体１１の筺体の材質の好ましい一例としては、導電性のＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）を挙げることができる。電気集塵装置で処理される被処理廃ガスには、有害なダストやミストの他に、例えばフッ酸や亜硫酸ガス等のいわゆる腐食性物質を含有する場合があるため、近年では、電気集塵装置のケーシングや集塵極等の接ガス部分を構成する材料として、従来の金属材料に替わって導電性の繊維強化プラスチックが採用されている。ＦＲＰを採用することで、主に耐食性を強化し、尚且つ、高耐食性金属材料よりも安価に製作することが可能になっている。

尚、電気集塵装置１では、高電圧での運転時においても、火花放電に起因する火災発生を十分に防止することができるため、ガスが接する部材の素材として、導電性のＦＲＰを採用し易くなる。これにより、この部分の腐食がより確実に防止され、その結果、湿式電気集塵機本体１１の長期耐久性を向上させることができる。

湿式電気集塵機本体１１の筺体内部には、図２に示すように、上部グリッド１２１、集塵極１１２、下部グリッド１２３、電極ロッド１２４、放電線１２５、ウェイト１２６、上向きスプレーノズル１２７、及び、洗浄用配管１２８が設けられている。上部グリッド１２１、集塵極１１２、及び、下部グリッド１２３は、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１１２は、図２に示すように、角筒を単位（本明細書においては、このような単位を「室」と称する）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、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によって、集塵極１１２が構成される（本明細書においては、略水平方向のうち、一方向を「縦方向」と称し、この縦方向に対して直角な方向を「横方向」と称する）。ここで、ＮとＭとは独立した任意の整数値であり、図２に示すように、集塵極１１２の「室」の個数はＮ×Ｍ＝９×９個とされている。尚、集塵極１１２の材質としても、上述の通り、導電性のＦＲＰを好ましく用いることができる。この場合、集塵極１１２は、所定の形状の開口部を有する多角筒を単位として、複数の前記単位の集合体により構成され、前記放電極は、前記集塵極を構成する前記複数の単位の各々の中に収容されているようにすることができる。

一方、放電極は、電極ロッド１２４及び放電線１２５により構成されている。電極ロッド１２４は、図２に示すように、集塵極１１２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１２１に固定され、下端部が下部グリッド１２３に固定されている。放電線１２５は、図２に示すように、上部グリッド１２１から吊下げられ、集塵極１１２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ている。又、放電線１２５は、弛まないだけの張力を持たすように、下部グリッド１２３の上部に設けられたウェイト１２６に接続されている。

電極ロッド１２４には、直流高電圧電源１２から供給される負極の直流高電圧が直接印加される。一方、放電線１２５には、当該負極の直流高電圧が、電極ロッド１２４及び上部グリッド１２１を介して印加される。上向きスプレーノズル１２７は、集塵極１１２の各「室」の四隅の上方に配設され、洗浄用配管１２８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１１２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。

電気集塵装置１を構成する直流高電圧電源１２は、図３に示す通り、直流高電圧発生部１２Ａと直流高電圧入力部１２Ｂとにより構成されている。湿式電気集塵機本体１１の放電極を構成する電極ロッド１２４には、この直流高電圧電源１２から、７０ｋＶ以上の高圧で、負極の直流高電圧が印加される。

直流高電圧発生部１２Ａにおいては、交流電源（図３においては図示せず。図４における交流電源６湿式電気集塵機本体）から供給される交流電圧に、昇圧、及び、整流等の一連の処理を実行して高電圧の直流に変換し、この直流高電圧を、高電圧出力端子１７２（図３）から出力する。

直流高電圧入力部１２Ｂは、ブスダクト１３２及び碍子室１３３を備え、ブスダクト１３２の内部には、ブスバー１５１、壁貫通碍子１５２、及び、閉止板１５３が設置されている。碍子室１３３の内部には、支持碍子１６１が設置されている。

ブスバー１５１は、保護抵抗１４３の一端（高電圧出力端子１７２が接続されている端とは反対側の端）と、壁貫通碍子１５２の一端とを接続している。壁貫通碍子１５２は、閉止板１５３を貫通するように配置されていて、その一端が、上述のブスバー１５１に接続されると共に、その他端が、碍子室１３３内の後述する支持碍子１６１に接続されている。閉止板１５３は、被処理ガスのブスダクト１３２への浸入を遮断する目的で、当該ブスダクト１３２と碍子室１３３との間に設置されている。支持碍子１６１は、その一端が、上述の壁貫通碍子１５２に接続されると共に、その他端が、放電極を構成する電極ロッド１２４に接続されている。

上記構成からなる直流高電圧電源１２において、直流高電圧発生部１２Ａの高電圧出力端子１７２から出力された直流高電圧は、直流高電圧入力部１２Ｂに入力されて、保護抵抗１４３、ブスバー１５１、壁貫通碍子１５２、及び支持碍子１６１を介して、放電極に印加される。尚、保護抵抗１４３は、高電圧出力端子１７２と、ブスバー１５１との間に、過電圧保護を目的に接続されている。

直流高電圧電源１２は、等価回路としては、入力側から出力側に向けて、交流電源、入力側整流器、スイッチング素子、変圧器、及び、出力側整流器が順次接続されてなる電力変換回路を含んで構成されている。又、この電力変換回路においては、スイッチング素子として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が採用されていて、高電圧型の電源でありながら、この電力変換回路には、出力電圧リップルを軽減させるコンデンサが設置されていないことを特徴とする。尚、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とは、入力部にＭＯＳＦＥＴ、出力部にバイポーラトランジスタを用いてなるパワースイッチング素子のことを言う。本願の想定する電圧に対応できるものである限り、特定の素子のみに限定されるものではなく、従来公知の各種のＩＧＢＴ素子を適宜用いることができる。

［直流高電圧電源の電力変換回路の構成］
以下、電気集塵装置１の直流高電圧電源１２を構成する電力変換回路の回路構成の詳細を説明する。図４は、電気集塵装置１の直流高電圧電源１２を構成する電力変換回路の等価回路を示す。同図に示す通り、電力変換回路Ｃ１は、入力側から出力側に向けて、交流電源６、入力側整流器５、スイッチング素子４、変圧器３、出力側整流器２が順次接続されている。そして、電力変換回路Ｃ１においては、スイッチング素子４は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とされている。

又、本発明に係る電力変換回路Ｃ１には、更に、湿式電気集塵機本体１１に投入されるガス中の微粒子濃度が一定濃度以下となった場合に、湿式電気集塵機本体１１に対する荷電方式を、連続荷電から間欠荷電に切り替える荷電方式切り替え手段７が設置されていることが好ましい。この荷電方式切り替え手段７は、湿式電気集塵機本体１１に投入されるガス中の微粒子濃度を検知する手段及び、検知した情報をスイッチング素子（ＩＧＢＴ）４等にフィードバック制御する手段を含んで構成される機器、システムであればよく、特定の機器等に限定されない。一例としては、「特開２０１３―２５２４７７号公報」に開示されている電源制御装置における制御手段を、荷電方式切り替え手段７として、電力変換回路Ｃ１に適用することができる。

一方、図５は、従来の高電圧型の集電装置における直流高圧電源の一般的な電力変換回路Ｃ２の等価回路である。同図に示す通り、従来型の高電圧運転用の電力変換回路Ｃ２は、一般的な構成として、通常、入力側から出力側に向けて、交流電源６、スイッチング素子４Ｂ、リアクトル９、変圧器３、出力側整流器２が順次接続され、更に、出力端側には、コンデンサ８１と抵抗８２、８３とからなる保護抵抗コンデンサ８が設置されている。そして、この電力変換回路Ｃ２においては、スイッチング素子４Ｂとしては、一般にサイリスタが採用されていた。このサイリスタからの出力電圧の波形はリップルが大きく（図９参照）、これを十分に低減して、高電圧での電気集塵装置の運転の安全性・安定性を保持するために、従来型の電力変換回路Ｃ２においては、出力電圧リップルを軽減させるためのコンデンサとして、上記の保護抵抗コンデンサ８の設置が必須とされていた。

従来型の電力変換回路Ｃ２において、スイッチング素子（サイリスタ）４Ｂから出力される電流（素子部駆動波形につき図７参照）は、出力側整流器２により交流から直流への整流が行われているものの、十分に整流されているとは言い難く、この直流高電圧では、ピーク～ピークの電圧差△Ｅが非常に大きく、実効電圧に対してそのピーク電圧が非常に高くなる。従って、当該直流高電圧が、放電極にそのまま印加されると、火花放電の発生頻度が高くなるおそれがある。そこで、従来型の電力変換回路Ｃ２においては、保護抵抗コンデンサ８が、スイッチング素子（サイリスタ）４Ｂを経た直流高電圧について、更に、当該直流の脈流を小さくして平滑化することで、上記のピーク～ピークの電圧差△Ｅを低減させ、これにより実効電圧を上昇させつつ、ピーク電圧を抑制することを可能にしていた。

これに対して、電力変換回路Ｃ１において、スイッチング素子として設置されている絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）からの出力電圧の駆動波形は図７に示す通り、波長が極めて短くシャープなパルス型の波形である、よって、従来高電圧回路のスイッチング素子として広く用いられていたサイリスタと比較して、電力変換回路から極めてリップルが小さい出力が可能となることを特徴とする（図８、図９参照）。よって、電力変換回路Ｃ１においては、出力電圧リップルを軽減させるコンデンサを設置することなく、電気集塵装置１の運転中、印加電圧を常に高い精度で所定の電圧範囲内に制御することが可能となる。尚、本明細書における「出力電圧リップルを軽減させるコンデンサ」とは、電力変換回路の中での設置箇所としては、ＩＧＢＴ或いはサイリスタ等のスイッチング素子よりも回路下流側に設置されている素子のことを言うものとする。よって、その他の配置箇所に、他の何らかの目的でコンデンサが別途配置されている回路であっても、本発明の構成要件を充足するものである限り、当然に本発明の技術的範囲内にある。

［電気集塵装置の動作］
次に、以上の構成からなる電気集塵装置１の基本動作について説明する。集塵極１１２（図２）が接地された状態で、直流高電圧発生部１２Ａ（図３）から発生された負極の直流高電圧Ｖが、直流高電圧入力部１２Ｂ（図３）を介して、直流高電圧として放電極（電極ロッド１２４及び放電線１２５）に印加される。

直流高電圧の値が上昇すると、放電極と、その周囲を囲む集塵極１１２の「室」の各側面との間に負コロナ放電が発生し、その結果、放電極から、集塵極１１２の「室」の各側面の各々に向かう方向に負イオンが移行すると共に、同方向にイオン風が発生する。

このように、電気集塵装置１では、集塵極１１２の各「室」の内部空間がイオン空間になる。従って、図１に示すように、ミストやダスト等の微粒子を含むガスＧ１が、電気集塵装置の筺体の下部に供給されて、集塵極１１２の各「室」の下端の開口部から上端の開口部に向けて流通すると、負イオンの衝突により微粒子が帯電する。帯電した微粒子は、集塵極１１２の各「室」内部の直流電界により、放電極から、集塵極１１２の各「室」の側面の各々に向かう方向に力を受けて移動して、集塵極１１２の各「室」の側面にそれぞれ付着する。このようにして、ガスＧ１から微粒子が除去される。ガスＧ１から微粒子が除去されたガスＧ２は、集塵極１１２の各「室」の上端部から放出され、更に、図１に示すように、本実施形態の電気集塵装置の筺体の上部から排出される。

（ガス中微粒子濃度による制御）
ここで、高電圧型の電気集塵装置である電気集塵装置１においては、荷電電圧を７０ｋＶ以上の高電圧とすることで、集塵効率を高めることができるものの、処理大量とする排ガス中に含まれる微粒子濃度にかかわらず、電力を大量に消費し続けるのは経済性においては必ずしも好ましくない。そこで、省エネルギーの観点から、高電圧型の集塵装置においては、排ガス中の微粒子濃度に応じて荷電電圧を可変制御することがより好ましい。これにより、過剰に印加される直流高電圧を抑制することで省電力を達成しつつ、集塵効率を維持しつつ、省電力を図ることができる。この荷電電圧の制御手段は特定の手段に限定されないが、例えば、「特開２０１３―２５２４７７号公報」に開示されている電源制御装置における制御手段を適用することができる。

又、本発明の電気集塵装置１においては、上述の省エネルギーのための荷電電圧の制御は、具体的には、湿式電気集塵機本体１１に投入されるガス中の微粒子濃度が一定濃度以下となった場合に、湿式電気集塵機本体に対する荷電方式を、連続荷電から間欠荷電に切り替える制御方法により、より好ましく行うことができる。

ここで、間欠荷電を行う際には、短時間での電源の入／切の繰り返しによってコンデンサの充電／放電が煩雑に行われコンデンサの負担が増加する。よって、従来の電気集塵装置においては、これに起因する故障を防ぐために、通常は、湿式電気集塵機本体に対する荷電方式を、連続荷電から間欠荷電に切り替えた際に、コンデンサを回路から切り離す必要があった。しかしながら、上述の通り、電気集塵装置１を構成する直流高電圧電源１２は、従来の高電圧型の電気集塵機用の電源とは異なり、出力電圧リップルを平滑化するためのコンデンサが設置されていないため、この荷電方式の切り替え時に、コンデンサを回路から切り離す必要がなく、切り替えを円滑に行うことができるからである。よって、電気集塵装置１の直流高電圧電源１２には、そのような荷電方式切り替え手段が備えられていることがより好ましい。

（異常放電消去）
ここで、高電圧型の電気集塵装置においては、異常放電（主には、火花放電の前兆となるグロー放電）から湿式電気集塵機本体１１を保護するための異常放電消去処理が実行されている。この異常放電消去処理は、例えば、「特開２０１１－２４０２８８号公報」に開示されている以下の方法によることができる。

電気集塵装置１における上記の異常放電消去処理の基本的なフローは、以下の（ｉ）～（ｉｉｉ）の通りである。
（ｉ） 直流高電圧電源１２の出力電圧の値が、所定の閾値（一例として、２４ｋＶ）以下となった場合に、低電圧検出信号が出力される。
（ｉｉ） 上記低電圧検出信号が出力されている間、直流高電圧電源１２からの出力を遮断した後に、上記出力を湿式電気集塵機本体１１に再投入する制御が、所定周期毎に繰り返し実行される（一例として、４５０ｍＳ毎に、２０ｍＳ間出力を遮断後に再投入する制御）。
（ｉｉｉ） 上記の低電圧検出信号の出力が開始したとき、計時動作が開始され、計時時間が第１の所定時間（一例として、８Ｓ）になったとき、異常放電消去信号が出力され、その結果、直流高電圧電源１２の出力を完全に遮断する制御が実行される。

電気集塵装置１は、更に、異常放電消去処理のフロ－として、上述の処理と併せて、更に、以下の（ｉＡ）～（ｉｉｉＡ）のフローによる処理も、従来型の電気集塵装置における実施よりも、良好な精度で実行することができる。
（ｉＡ） 直流高電圧電源１２の出力電圧の値が、所定の閾値（一例として、２４ｋＶ）以下となった場合に、低電圧検出信号が出力され、低電圧検出信号が出力されると、タイマは計時動作を開始する。
（ｉｉＡ） タイマによる計時時間が第１の所定時間（一例として、８Ｓ）を経過したときに、異常放電消去信号が出力され、その結果、直流高電圧電源１２の出力を完全に遮断する制御が実行される。但し、タイマによる計時動作の継続中に、直流高電圧電源１２の出力電圧の値が、所定の閾値（一例として、２４ｋＶ）以上に回復している時間が第２の所定時間（一例として、６００ｍＳ）以上継続した場合には、計時動作を停止しタイマによる計時時間を０Ｓにリセットする。
（ｉｉｉＡ） 上記の「回復している時間」が、上記の第２の所定時間（一例として、６００ｍＳ）以下の場合は、回復とみなさず、計時動作を継続し、タイマによる計時時間が所定時間（一例として、８Ｓ）になったとき、異常放電消去信号が出力され、その結果、直流高電圧電源１２の出力を完全に遮断する制御が実行される。

ここで、電気集塵装置の運転において、印加電圧Ｖのピーク～ピークの電圧差△Ｅが大きい場合には、この異常放電消去処理を行って実効電圧を制御する場合に、電圧差△Ｅの大きさに応じた高目のピーク電圧を想定して実効電圧を十分に小さく（一般的な上限目安として６０ｋＶ以下）設定しておかないと、瞬時のピーク電圧（例えば、上記の６０ｋＶの実効電圧に対してなら１００ｋＶ程度となりうる）の発生時に火花放電（スパーク）の発生を回避することができない。これに対して、従来の高電圧型の電気集塵装置においては、印加電圧Ｖのピーク～ピークの電圧差△Ｅを小さくするために、直流高電圧電源の電力変換回路にコンデンサを設置することが、必須とされていた。

これに対して、本発明の電気集塵装置１は、電力変換回路を構成するスイッチング素子として出力電圧リップルが極めて小さいＩＧＢＴが設置されているため、出力電圧リップルを軽減させるためのコンデンサを設置せずに、高電圧型の電気集塵装置において、印加電圧Ｖのピーク～ピークの電圧差△Ｅを、十分に小さくすることができる。本発明の電気集塵装置１は、従来の高電圧型の電気集塵装置よりも構成が簡易で省スペース型の装置でありながら、印加電圧を十分に高い電圧、具体的には７０～８０ｋＶ程度まで上昇させても、火花放電を抑制して安定した運転状態を維持することでる。

又、本発明の電気集塵装置１は、電源を構成する電力変換回路の出力端側にコンデンサが設置されていないため、これが設置されている従来の高電圧型の電気集塵装置よりも、電力制御に対する出力の応答時間が極めて短くなる。よって、この反応性の良さを活かして、例えば、上記の異常放電消去処理を実効する際の、制御プログラムの電圧の投入や遮断に係るそれぞれの時間設定をより短い時間単位で厳密に設定し、これを実効性のある動作として作動させることができる。即ち、本発明の電気集塵装置１は、異常放電消去処理の設定の拡張性が大きく広がる点においても、コンデンサが設置されている従来の高電圧型の電気集塵機よりも有利である。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、直流高電圧電源１２は、上記のようにハードウェア単体（回路）により構成することができるが、これに限定されず、少なくとも一部をソフトウェアで構成してもよい。即ち、上述した直流高電圧電源１２による一連の制御処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。又、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。

１ 電気集塵装置
１１ 湿式電気集塵機本体
１１１ 上部ケーシング
１１２ 集塵極（側部ケーシング）
１１３ 下部ケーシング
１１４ 架構
１２ 直流高電圧電源
１２Ａ 直流高電圧発生部
１２Ｂ 直流高電圧入力部
１２１ 上部グリッド
１２３ 下部グリッド
１２４ 電極ロッド
１２５ 放電線
１２６ ウェイト
１２７ 上向きスプレーノズル
１２８ 洗浄用配管
１３２ ブスダクト
１３３ 碍子室
１４３ 保護抵抗
１５１ ブスバー
１５２ 壁貫通碍子
１５３ 閉止板
１６１ 支持碍子
１７２ 高電圧出力端子
２ 出力側整流器
３ 変圧器
４ スイッチング素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）
４Ｂ スイッチング素子（サイリスタ）
５ 入力側整流器
６ 交流電源
７ 荷電方式切り替え手段
８ 保護抵抗コンデンサ
８１ コンデンサ
８２、８３ 抵抗
Ｃ１ 電力変換回路
Ｃ２ 電力変換回路（従来型）
Ｇ１ ダストを含有する排ガス
Ｇ２ ダストが除去された排ガス

Claims (3)

1. 排ガス中に含まれる重金属の微粒子を捕集する、電気集塵装置の運転方法であって、
   前記重金属は、砒素（Ａｓ）を含んでなり、
   前記電気集塵装置は、筺体部分が導電性の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成されていて、
   放電極と集塵極とを備え、湿式電気集塵機本体と、前記湿式電気集塵機本体に７０ｋＶ以上の直流高電圧を印加することができる直流高電圧電源と、を備え、
   前記直流高電圧電源は、入力側から出力側に向けて、交流電源、入力側整流器、スイッチング素子、変圧器、及び、出力側整流器が順次接続されてなる電力変換回路を含んで構成されていて、
   前記スイッチング素子が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であって、
   前記電力変換回路には、出力電圧リップルを軽減させるコンデンサが設置されておらず、
   前記湿式電気集塵機本体に投入されるガス中の微粒子濃度が一定濃度以下となった場合に、湿式電気集塵機本体に対する荷電方式を、連続荷電から間欠荷電に切り替えながら、前記電気集塵装置を実効印加電圧７０ｋＶ以上８０ｋＶ以下で運転することによって、前記砒素（Ａｓ）の集塵効率を９９．８％以上９９．９％以下に維持する、
   電気集塵装置の運転方法。
2. 請求項１に記載の電気集塵装置の運転方法であって、
   下記（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の処理を順次行う処理フローにより、異常放電消去処理を行う、電気集塵装置の運転方法。
   （ｉ） 前記直流高電圧電源の出力電圧の値が、所定の閾値以下となった場合に、低電圧検出信号が出力される。
   （ｉｉ） 前記低電圧検出信号が出力されている間、前記直流高電圧電源からの出力を遮断した後に前記湿式電気集塵機本体に該出力を再投入する制御が、所定周期毎に繰り返し実行される。
   （ｉｉｉ） 前記低電圧検出信号の出力が開始したとき、計時動作が開始され、計時時間が第１の所定時間になったとき、異常放電消去信号が出力され、前記直流高電圧電源の出力を完全に遮断する制御が実行される。
3. 更に、下記（ｉＡ）乃至（ｉｉｉＡ）の処理を併せて順次行う処理フローにより、異常放電消去処理を行う、請求項２に記載の電気集塵装置の運転方法。
   （ｉＡ） 前記直流高電圧電源の出力電圧の値が、所定の閾値以下となった場合に、低電圧検出信号が出力され、該低電圧検出信号が出力されると、タイマは計時動作を開始する。
   （ｉｉＡ） 前記タイマによる計時時間が第１の所定時間を経過したときに、異常放電消去信号が出力され、前記直流高電圧電源の出力を完全に遮断する制御が実行される。但し、前記タイマによる計時動作の継続中に、前記直流高電圧電源の出力電圧の値が、所定の閾値以上に回復している時間が第２の所定時間以上継続した場合には、計時動作を停止しタイマによる計時時間を０Ｓにリセットする。
   （ｉｉｉＡ） 前記回復している時間が、前記第２の所定時間以下の場合は、回復とみなさず、計時動作を継続し、タイマによる計時時間が前記第１の所定時間になったとき、異常放電消去信号が出力され、前記直流高電圧電源の出力を完全に遮断する制御が実行される。

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