JPS59206028A - 含塵気体の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 には主として、含塵気体の乾式集塵方法に関する。

従来よシ乾式集塵装置には電気集塵機、バグフィルタ及
びサイクロンなどが知られている。

電気集塵機は集塵率が９５〜９９％と大きく、圧力損失
が１０〜２　０　ｍｍＡｑと小さく、大容量の破処理気
体に適するなどの特長があるが、設備費が非常に大きく
、かつ最高使用温度がだかだか４００℃に限定され、か
つ最適粉塵負荷が２９／ｍ３以下であるなどの欠点があ
る。

バグフィルタは電気集塵機と同等又はそれ以上の集塵率
を有し、最適粉塵負荷が２　０　ｆ　／　ｒｎ３程度と
大きく、かつ設備費も比較的小であるなどの特長がある
が、炉布の寿命が短い、最適使用温度がたかだか２５０
℃に限定されるなどの欠点がある。まだ従来の有機繊維
織布に代えてセラミックファイバ織布々どからなる炉布
を用いて最高使用温度を高くすることも試みられている
が、セラミックファイバの抗折強度が弱く、従って炉布
の寿命が更に短くなるために末だ実用化されてない。壕
だバグフィルタではフィルタバグ口での流速に限界があ
り、大容量になるとフィルタバグ数が多く々リ、設置面
積の点で電気集塵機に劣るなどの欠点も有する。

サイクロンは１０００℃程度の高温気体に適用でき、設
備費が小さくて済むなどの特長を有するが、１０μｍ以
下の粒径の粉塵を捕捉しがたい欠点を有する。

本発明の目的は集塵率が非常に大きく、１０μｎｌ　以
下の粒径の粉塵も捕捉でき、大容量の被処理気体に適し
、最適粉塵負荷が大きく、高温の被処理気体にも適用可
能で、設備費が小さくて済む新規な含塵気体の処理方法
を提供するにある。

本発明１は、通気性を有する多孔質固体からなる上下方
向に配設された炉筒の内部に、その上部よシ含塵気体を
該炉筒の周方向に旋回させつつ導入し、清浄気体を該炉
筒の壁を通過して該渥筒の外部に導出すしめる含塵気体
の処理方法である。

本発明の処理方法は従来の含塵気体処理方法とは犬きく
異なるもので、以下に述べる新しい作動原理に基づく。

すなわち、多孔体（「通気性を有する多孔質固体」を「
多孔体」と略記する）製の上下方向に設けた炉筒の上部
入口で含塵気体に強い周方向の旋回をりえつつ、炉筒の
内部にとの含塵気体を導入すると、炉筒内部全域にわた
って、含塵気体がほぼ自由渦の状態で旋回することとな
る。こうすると含塵気体中の大きい粉塵すなわち粗大粒
は強い遠泊力を受け、炉筒内面に清って旋回下降し、含
塵気体中の小さい粉塵すなわち微細粒はこの気体中で強
い粘性力及び乱れの影響を受け、渥筒中尼部を高速で旋
回しつつ下降する。このように含塵気体の粉塵が遠心分
離され、炉筒内において粗大粒を炉筒壁側に、微細粒を
炉筒中心部に集め、それぞれを凝集させて重力沈降させ
る。この間、微細粒の凝集体の一部は粗大粒として楯動
し、沢筒啼側に移動する。炉筒壁側に集められた粗大粒
は相互に凝集してより大きな粒塊群を形成するため、炉
筒を構成する多孔体の気孔径は比較的大きくとも、粗大
粒又はその凝集体は多孔体の内側表層の気孔を埋めるだ
けで多孔体の内部深く入り込むことはほとんどなく、従
ってｒ部外にも粉塵は実質的に排出されない。そして多
孔体の内側表層のボアを粗大粒又はその凝集体で埋める
ことにを より、ここに涙過粉塵層愁形成せしめて高性能の集塵を
期すものである。

本発明において、含塵気体とは粉塵を含有する気体を指
す。一方、清浄気体とは、通常は実質的に粉塵を含有し
ない気体を指すが、必ずしもこれに限定されないで、若
干の粉塵を含有している気体であってもよい。すなわち
含塵気体と清浄気体とは相対的な概念であって、含塵気
体に比べて含塵率が低いものを清浄気体と呼ぶものであ
る。また粉塵とは通常は無用物を指すが、必ずしもこれ
に限定されず有用物であってもよい。すなわち本発明の
処理方法においては含塵気体から清浄気体を得ることを
目的としてもよいばかりではなく、例えば気相反応で生
成した微粉状有用生成物を回収する如く、含塵気体から
有用物たる粉塵を捕集することを目的としてもよい。

多孔体としてはセラミックス焼結体又は粉末冶金焼結体
が好ましく採用できる。セラミックスとしては耐熱衝撃
性のよいムライト、ヘージライト、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素などが望ましく、粉末冶金としては炭素鋼、ステン
レス鋼などが望ましい。含塵気体中の粉塵の平均粒径、
粒径分布および目的とする清浄気体の含塵率などにより
、多孔体の平均気孔径は適宜選択されるが、粉塵の平均
粒径に対し、多孔体の平均気孔径は０２〜６倍なかでも
０８５〜３倍であることが、高い集塵率、高い処理速度
を得るには好適である。

清浄気体の見かけの炉筒壁通過速度は、含塵気体の壁面
近傍における周方向速度成分（以下、［周方向速度成分
−］ケ「旋回速度」と記す）又は粉塵の重力沈降速度と
同等か、それより小さいことが望ましい。これにより粗
大粒又は粒塊が炉筒面と４５°、以下の角度をなして炉
筒面と衝突することとなって、粗大粒又は粒塊が容易に
気孔に流入しない。

一般に清浄気体の見かけの炉筒壁通過速度は圧力損失の
点から１〜２０　ｔｙｎ　／　Ｓが望ましいが、旋回速
度がこの程度の値であると、瀘過粉塵層の堆積・成長が
起とシ、清浄気体等による逆洗を頻繁に行う必要が生じ
る。逆洗直後にはどうしても、遠ＩＯ分離されなかった
微細粒、又は粗大粒もしくは粒塊に吸着されていた微細
粒であって壁面との衝突などによって再飛散したものな
どが炉筒壁を通過して清浄気体側に流出して集塵率の低
下を招く。このため、含塵気体の旋回速度を炉筒下部に
おいても壁面近傍で２〜３ｍ　／　ｓ以上になるように
して、過剰な濾過粉塵層の粉塵による洗い落しが常に行
われるようにするのが更に望ましい。

以下に本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。第
１図の実施例において、多孔体であるセラミックス焼結
体からなる円筒状の炉筒１は上下方向と配設されており
、その外側を鋼材からなる缶体２が炉筒１とは離隔して
囲んでいる。缶体２はその上部で縮径しており、更にそ
の上部は入口フランジ２１を形成している。同様に缶体
２はその下部で縮径したのち、下方フランジ２２を形成
している。また缶体２には清浄気体の出口フランジ２３
が設けである。

炉筒１の上端面には旋回羽根装置３の筒体３１が載置さ
れている。旋回羽根装置６は筒体３１、爪６２、羽根６
３、略円柱状の整流体３４がらり、好捷しくはコージラ
イトなどのセラミックス焼結体でつくられている。筒体
３１は炉筒１と等しい内外径を有し、筒体３１の上部に
は複数個（この実症例では二個）の爪３２が外方に突出
し、入口フランジ２１に設けた溝２４に係合して、この
旋回羽根装置３が回転するのを防止している。第２図か
らもわかるように筒体３１とその中央部に設けられた整
流体３４との間には複数枚（この実施例では四枚）の羽
根３３が筒体３１に固定して取付けられている。羽根易
は筒体３１の上方から筒体に流入する含塵気体に旋回速
度を与えられるように、筒体軸に対して角度を有して固
定されている。整流体３４は筒体３１の上方に流、陣形
に突出して、流入する含塵気体のスムーズな分流を可能
とし、また筒体３１の下方に紡錘状に突出して渦抵抗を
軽減している。

炉筒１の上部及び筒体６１の外周と上部で縮径された缶
体２の内周との間は、粉塵が清浄気体に混入しないよう
に、かっ炉筒、節体、及び缶体が所定の相互位置関係を
保持するように、粉塵シール４でシールされている。炉
筒１の下部と下部で縮径された缶体２との間も、同様に
粉塵シール５でシールされている。粉塵シール４及び５
にはセラミックファイバロープ、カーボンファイバグラ
ンドパツキン、ステンレス鋼などのメタルファイバロー
プなどが用いられ、炉筒１は缶体２との熱膨張差による
相対変位を半径方向、軸方向ともに許容している。

粉塵層り６は粉塵再飛散防止のだめのホッパ６１、粉塵
収容部６２、気体の旋回止め翼６６を有し、上部フラン
ジ６４を缶体２の下方フランジ２２と接続して炉筒１の
下方に取付けられているとともに、下部フランジ６５は
図示せぬ粉塵切出し弁に接続されている。

含塵気体案内部８はその下部を缶体２の入口フランジ２
１と接続され、上部を図示せぬ含塵気体の導入管と接続
されるとともに、内部に垂下する含塵気体の案内筒８１
により、含塵気体は旋回羽根装置３に案内される。

第１図において、含塵気体Ｇは比較的高速で導入管から
案内筒８１を経て旋回羽根装置３に導入され、矢印のよ
うに旋回しつつ下降する。

この間、粉塵は第３図にも示すように主として炉筒内面
に清って旋回しつつ下降して粉塵層り６に捕集される。

一方、炉筒１の内部に流入した気体は炉筒内を下降する
に伴ない、徐々に炉筒壁を通過して清浄気体Ｇ′となっ
て流出する。

このため、炉筒内においては気体の軸方向速度は、旋回
羽根装置出口から下方に向うに従って減少し、ついには
炉筒下部においてゼロとなる。

一方、気体の旋回速度は、気体と炉筒壁との摩擦、粉塵
旋回によるエネルギ消費などにより旋回羽根装置出口か
ら下方に向うに従って減少はするものの、炉筒下部にお
いても壁面近傍で２〜ｓ　ｍ　／　ｓ以上の速度が確保
され、粉塵による過剰な沖過粉塵層の洗い落しが常時性
われている。

炉筒内の旋回流により粉塵の遠心分離が行われ、粗大粒
はＦ筒壁側に集１って凝集しつつ重力沈降すると共に、
一部の粗大粒寸だはその凝集体によって炉筒内側表層の
気孔に涙過粉塵層が形成され、この層により高性能の集
塵・濾過が行われる。また微細粒は炉筒中心部に集１っ
て凝集しつつ重力沈降する。

含塵気体の旋回の原動力は旋回速度による運動エネルギ
であり、気体内の粘性力により、旋回が下方に伝えられ
る。炉筒下部における旋回強さは、旋回羽根装置出口で
の旋回強さ、炉筒内外の差圧、沢筒長さ及び気体の含塵
量などのパラメータに依存するが、炉筒下部においても
上記のように壁面近傍での旋回速度が、気体の見かけの
炉筒啼通過速度以上であるように、これらのパラメータ
の値が選択される。なお第１図において炉筒下部で旋回
強さが減少するのをカバーするために、炉筒全体又は炉
筒下部を下紙のテーパ形状とするのも有効である。

発明者の実験によると、含塵気体の軸方向流入速度は５
〜５０　ｍ　／　ｅ　、旋回羽根装置出口の壁面近傍で
の旋回速度は１０〜１００ｍ／ｓ。

気体の見かけの炉筒啼通過速度は１〜２０ｃｒｎ／ＢＸ
沢筒内外の差圧は５０〜２５０　ｍＡ１、旋回羽根装置
入口出口差圧は５０〜１５０　ｍｍ　Ａｑがそれぞれ好
適である。

内径２００胡、外径２３０論、長さ１０ｍ１平均気孔径
７０μｍ１気孔率５０％のコージライト製炉筒を用いて
下記条件で常温の含塵空気を処理すると、清浄気体の含
塵量４〜１０■／Ｎｍ３、炉筒内外差圧２２０ｍｍＡｑ
　という結果が得られる。

含塵気体の含塵量　　１０　？　／　Ｎｒｎ３粉塵の粒
径分布　　〈１０μｍ１０％ １０〜４０μｍ　６０％ ４０〜１００μｍ　　２０％ 〉１００μｍ　　１０％ 旋回羽根装置入口での軸方向流入速度　　２０　ｍ　／
　ｅ見かけのＰ筒壁通過速度　　　　　１０　ｃｒｎ／
　Ｓ旋回速度（旋回羽根装置出口の壁面近 傍において）　　　　　　　　　３０　ｍ　／　ｓバグ
フィルタに比して本発明の処理方法は、高温使用可能で
あること、逆洗を必ずしも要しないこと、炉筒入口での
気体速度が大きいこと２　ｍ　／　ｓに抑えねばならな
いのに対し、本発明の処理方法では炉筒１本当りの処理
気体量は２５〜２５倍程度大きく、設置面積節減の効果
も顕著である。

第４図の実施例は第１図の実施例における旋回羽根装置
部分を省略し、入口フランジ２１の上側に、含塵気体の
異なる旋回手段を設けたこと、及び炉筒１を子細形状の
円筒とした点などの他は第１図の実施例とほぼ同様であ
る。第４図の実施例では、入口フランジ２１の上側に、
炉筒の土掻とほぼ等しい径の筒と上蓋を有する中空筒状
体３６が取付けられている。第５図にも示すように、中
空筒状体３６の接線方向側方に含塵気体案内部８が付属
しており、との含塵気体案内部８に直線状に流入しだ含
塵気体Ｇが中空筒状体の内部では旋回して流れるように
構成されている。炉筒１を子細形状としであるのは前述
のように炉筒下部での旋回強さの減少をカバーするため
である。炉筒１の長さが短い場合、含塵気体の物性によ
り旋回速度の減衰度の小さい場合、炉筒下部において充
分々旋回強さを有する場合などにあっては炉筒１は子細
形状部分を有する必ヅはなく、第１図のような上下等径
の円筒状でもよい。第４図において粉塵溜シロは第１図
の場合に比して簡素化されているが、必要に応じて第１
図のようにホッパや旋回止め翼を設けてもよく、逆に第
１図において粉塵溜り６を第４図のよう々簡素なものと
置きかえてもよい。

第６図の実施例は高温含塵気体をやや大規模に処理する
のに適した処理方法を示す。第１図では炉筒が一本のみ
であるが、第６図では缶体２の内部に多数の炉筒中孔を
有する管板１５，１６が設けられ、これらの管板が多数
の円筒状の炉筒１を支承、案内している。旋回羽根装置
３は第１図の場合と同じく炉筒１の入口部に設けられ、
炉筒１の上下端部もそれぞれ粉塵シール４゜５によって
シールされている。

なお、炉筒一本当りの処理気体号が友きい場合には、所
要のｐ筒長さが７〜１０１ｎに及ぶことがある。現状の
技術では気孔率の大きいセラミックスなどでこのような
長尺物の炉筒の焼成は不可能であるため、適当な長さに
分割する必要がある。この場合には分割された炉筒を相
互に接着宅の他の手段で端金して使用してもよいが、第
７図のように炉筒の分割部分に支持管板１７を設けて、
炉筒を分割したま１使用することが耐震上も好ましい。

第７図において、分割された炉筒は突合せ部分で粉塵が
清浄気体側にリークしないように粉塵シールが所要量回
に設けられている。粉塵シールには前述のものが採用で
きることはいう捷でも々い。また支持管板１７は炉筒用
孔のみならず、清浄気体が支持管板１７の上下を連通で
きるように多数の連通孔が設けられている。

前述したいずれの実施例においても、含塵気体の炉筒内
での軸方向速度は炉筒下端部で実質的にゼロとなるよう
にしてあり、これらの場合には粉塵溜りの構造が単純化
される、気体出口は一個所に集合できる、流出気体は清
浄気体のみであるなどの利点を有する。

一方、炉筒下部における含塵気体の旋回強さの大巾な低
下を防止するために、炉筒下端部におい１も含塵気体が
若干の軸方向速度を有していることも好ましい。このた
めには粉塵溜り６の内部せたは壁面に気体の抜出口を開
口し、払出口から粉塵溜り乙の外部に延びる抜出管をこ
の粉塵溜りに付設するとよい。抜出口の開口位置は、粉
塵溜りにおいて粉塵が堆積せず、かつ粉塵が落下してと
ない部位が好ましいのは勿論である。抜出口からの含塵
気体の抜出量はこの集塵装置に流入する含塵気体の５〜
２０％が特に効果的である。抜出した含塵気体を集塵処
理するには二つの方法が例示できる。一つは抜出し７た
含塵気体の全量をファン又はブロワでこの集塵装置の入
［］に還流するもので、この抜出した含塵気体の含塵量
が多い場合′Ｐヤの温度が高い場合などには翼車の一部
または全部をセラミックス製としたファン又はブロワが
好ましく使用される。もう一つは、抜出１．た含塵気体
を従来より公知の集塵装置で除塵するもので、この集塵
装置として６す小型力）っ高集塵率という点でバグフィ
ルタが望ましいが、電気集塵機、マルチクロン、又はス
クラバなとでもよい。抜出した含塵気体が高温の鳴合に
は、冷却後に上述の従来型集塵装置に導いてもよく、１
だ（１直接にスクラノゼに導いてもよい。

本発明の処理方法で含塵気体を旋回せしめる手段と１７
で第１図り実施例なとでは旋回羽根装置ケ、第４図の実
施例では接線流入型旋回装置を例示した。こｎらは導入
管の設置方向が上下方向であるか、水平方向であるかに
より適宜父換可能であるとともに、これらはいずれも可
動部分を有し２てなく、製作も容易な上に、旋回のエネ
ルギ源としては導入管を流れる含塵気体のもつエネルギ
だけでよいので、含塵率の大きい、または高温の含塵気
体には特に好適である。一方、ブロワ、ファンなどの回
転翼車であってもよく、これらにあっては他の外部エネ
ルギにより強制的に旋回速度を何カすることができて、
含塵気体のもつエネルギだけでは必ずしも充分な旋回速
度を付与しにくい場合なとにも好適である。

本兄閃り処理方法ばＰ筒１本当りの処理気坏量がバグフ
ィルタより格段に大きい利点を有す二ｋ （、〕 るはすでに述べた。さらに、バグフィルタで（広炉筒が
織物状又はフェルト状のため極めてたわみやすく、炉筒
が相互に接触し、こすれあって炉筒破損の一因となるだ
め、複数の炉筒を有する場合には炉筒間隔を大きくとら
なければならない。しかるに本発明の処理方法は変形し
ない固体である多孔体を炉筒に使用しているので、炉筒
間隔を小さくするととができる。このため、第６図、第
７図に示すような本発明による大容量集塵装置であって
もバグフィルタに比べて大巾な設置面積削減が可能とな
る。

本発明によれば従来のバグフィルタと同様な高い集塵率
が達成されると共に、バグフィルタ、電気集塵機、サイ
クロンなどの従来の集塵装置に比して圧倒的に小さな設
置面積で済み、さらに高温含塵気体にも適用可能な含塵
気体の処理が可能となシ、本発明は産業発展のブレイク
スルーとなシうるものといえよう。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第６図及び第７図は本発明のそれぞれ
異なる実施例に係る処理装置の縦断面図である。 第２図及び第６図は第１図の処理装置のそれぞれＡ−Ａ
線、Ｂ−Ｂ線における横断面図であり、第５図は第４図
の処理装置のａ−ａ線における横断面図である。 １：炉筒　２：缶体　３：旋回羽根装置４．５：粉塵シ
ール　６：粉塵部シ　８：含塵気体案内部　１５，１６
：管板 育５ｒｘｉ 第４ｒＸＪ １Ｃ″ 窮６　ｍ ｊ／ｊｇ７　　肥 −１７６−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、通気性を有する多孔質固体からなる上下方向に配設
   された炉筒の内部に、その上部よシ含塵気体を該炉筒の
   周方向に旋回させつつ導入し、清浄気体を該炉筒の壁を
   通過して該炉筒の外部に導出せしめる含塵気体の処理方
   法。