JP2001219021A - 移動層式除塵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除塵条件を適宜変更することができ、又、砂
状粒子の飛散が起こらず、さらに移動層の砂状粒子から
熱回収をするための伝熱管が損傷されにくい移動層式除
塵装置を提供すること。 【解決手段】 除塵器１１内に充填された砂状粒子を順
次下方へ移動させて移動層３０を形成し、この移動層の
中を高温の含塵ガスを流通させ、高温含塵ガス中のダス
ト類を除去する移動層式除塵装置であって、高温含塵ガ
スが移動層３０の下部から上部に向かって流通するよう
に構成され、除塵器１１内に伝熱管２０が配置され、高
温含塵ガス中のダスト類が除去されると共に、加熱され
た砂状粒子からの熱回収が同時に行われるように構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砂状粒子よりなる
移動層中を高温の含塵ガスを流通させ、ガス中のダスト
類を除去する移動層式除塵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、石炭ガス化プラントや石炭焚き
発電プラント或いは廃棄物ガス化溶融炉などにおいて
は、燃焼ガスをボイラへ導入する前に除塵処理が行われ
る。これは、次の理由による。高温の含塵ガスをそのま
まボイラへ導入すると、ボイラチューブにダストが付着
して、その中に含まれている塩素や硫黄成分によりボイ
ラチューブが著しく腐食され、その結果、ボイラチュー
ブが破損する事態が引き起こされるため、ボイラ運転に
支障がない程度の除塵を行うものである。

【０００３】このような段階の除塵処理においては、処
理するガスが高温であり、一般に乾式ガス処理装置とし
て用いられているバグフィルターや電気集塵機のような
装置により除塵処理をすることができない。このため、
高温の含塵ガスを処理することができる装置の一つとし
て、移動層式除塵装置が使用されている。この除塵装置
は、除塵器内に充填された砂状粒子を順次下方へ移動さ
せて移動層を形成し、この移動層の中を高温の含塵ガス
を流通させ、ダスト類を砂状粒子に捕捉させるものであ
る。ダスト類を捕捉した砂状粒子は除塵器外に排出さ
れ、ダスト類の除去処理がなされた後、循環使用され
る。

【０００４】上記のような移動式除塵装置において、集
塵と熱回収が同時に達成される装置が特公昭５７−７３
５７号公報に示されている。この移動層式除塵装置は砂
状粒子よりなる移動層が形成される粒子保持器（除塵
器）内にヒートパイプが配置された装置であって、移動
層が上下に区分されて使い分けられ、上部が蓄熱移動層
部、下部が熱回収移動層部として使用される。移動層上
部の蓄熱移動層部は高温含塵ガスが砂状粒子の移動方向
と直交する方向に流れるように構成されている。すなわ
ち、砂状粒子が下方向（縦方向）に流れる移動層に対
し、横方向から流れる高温含塵ガスが十字状に接触す
る。そして、蓄熱移動層部においては、砂状粒子が高温
含塵ガスにより加熱されると共に高温含塵ガス中のダス
ト類が除去される。又、移動層下部の蓄熱移動層部には
ヒートパイプの蒸発部側か埋設され、排出される前の砂
状粒子から熱回収が行われるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特公昭５７−
７３５７号公報に示されている技術には幾つかの問題点
がある。

【０００６】まず、上記従来の技術においては、除塵条
件を、高温含塵ガスの量的な変動或いは質的な変動に対
応した条件に設定しようとしても、その条件変更はごく
一部の操作だけに限定され、大幅な条件変更を行うこと
はできない。すなわち、砂状粒子の移動層に対して高温
含塵ガスが横方向に通過するので、移動層とガス流が十
字形に接触することができる量の砂状粒子を常に除塵器
内に滞留させなければならない。このため、移動層を形
成する砂状粒子と高温含塵ガスの量的比率を変えて除塵
処理の条件を変更しようとしても、条件変更が可能な操
作は高温含塵ガスの流量変更をすることだけであり、高
温含塵ガスが通過する砂状粒子の層厚さを変えることな
どによる条件変更は実施できない。

【０００７】又、砂状粒子の移動層に対して高温含塵ガ
スが横方向に通過するので、砂状粒子が横方向に吹き寄
せられて飛散する現象が起こる。このため、十分に熱交
換された高温の砂状粒子が飛散することにより熱回収の
効率が低下する。又、砂状粒子の飛散を防止しようとす
れば、設備を複雑化しなければならないと言う問題が発
生する。さらに、砂状粒子の飛散量が多くなると、循環
使用する砂状粒子の一部を補給する装置を設けなければ
ならない。特に、上記従来技術を商用プラントのような
大規模設備に適用した場合には、砂状粒子の補給量が大
量になり、移動層の維持に困難を伴うものと考えられ
る。

【０００８】又、上記公報の第１図に示されているよう
に、砂状粒子中に埋設されたヒートパイプが除塵器内を
横断して架け渡されているので、砂状粒子の降下によっ
てもたらされる応力や高温雰囲気における強度低下によ
って、ヒートパイプが折損したり、湾曲したりする問題
が発生する。

【０００９】本発明は、上記の問題点を解決し、除塵条
件を適宜変更することができ、又、砂状粒子の飛散が起
こらず、さらに移動層の砂状粒子から熱回収をするため
の伝熱管が損傷されにくい移動層式除塵装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。第１の発明は、除塵器内に充填された
砂状粒子を順次下方へ移動させて移動層を形成し、この
移動層の中を高温の含塵ガスを流通させ、高温含塵ガス
中のダスト類を除去する移動層式除塵装置において、高
温含塵ガスが移動層の下部から上部に向かって流通する
ように構成され、除塵器内に伝熱管が配置され、高温含
塵ガス中のダスト類が除去されると共に、加熱された砂
状粒子からの熱回収が同時に行われるように構成された
ことを特徴としている。

【００１１】第２の発明は、第１の発明において、伝熱
管が除塵器の内壁面に沿って設けられたことを特徴とし
ている。

【００１２】第３の発明は、第１の発明において、伝熱
管が除塵器の内壁面から移動層内に突出して設けられた
ことを特徴としている。

【００１３】第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明
において、移動層が形成される部位の全高にわたる除塵
器内に伝熱管が設けられたことを特徴としている。

【００１４】本発明においては、除塵器内へ充填する砂
状粒子の量（砂状粒子の堆積高さ）を変えることによ
り、砂状粒子と高温含塵ガスの比率を調整することがで
きる。このため、導入されるガス量や含塵量などに適し
た除塵条件に設定することができる。又、砂状粒子と高
温含塵ガスの比率を変更することにより、除塵の度合い
を変えることができる。この点について、本発明は、砂
状粒子と高温含塵ガスの比率変更が高温含塵ガスの流量
変更をすることだけによって行うことができる前記従来
技術とは大いに異なる。

【００１５】又、本発明においては、伝熱管を除塵器の
内壁面に沿った位置に設けたり、内壁面から突出させる
程度に設けているが、これは、次に記す二つの理由によ
る。

【００１６】第一には、伝熱管を損傷されにくい状態で
配置することによって、安定した熱回収操作を継続して
実施するためである。前述のように、伝熱管が除塵器の
内部深くまで挿入されていると、砂状粒子の降下により
発生する応力や高温雰囲気における強度低下によって、
伝熱管が折損したり、湾曲したりする問題が起こるから
である。上記条件における伝熱管の損傷発生は、本発明
者らが、条件が類似している流動床燃焼炉の砂層の熱回
収を行った際に確認された事実に基づくものである。

【００１７】第二の理由としては、除塵器の外面からの
放熱量を減少させるためである。除塵器は高温ガスが流
通するガス流路に設置されるものであって、その内部は
全体が高温状態に保たれているので、その外壁面から多
量の熱が放散される。このとき、伝熱管が除塵器の内壁
面に沿った位置に配置されていれば、内壁面の近傍の砂
状粒子が効率よく冷却される。このため、除塵器の外面
温度が低下し、放熱量が減少する。

【００１８】このため、熱回収のための伝熱管は除塵器
の砂状粒子が充填される部位の全高にわたって取り付け
ることが望ましい。

【００１９】又、伝熱管内を流通する熱媒流体の流路を
除塵器の上下２系統に分割すれば、高圧と低圧の２種類
の蒸気を回収することができ、一層効率的な熱回収を図
ることができる。

【００２０】なお、本発明においては、高温含塵ガスが
移動層の下部から上部に向かって流通し、砂状粒子と高
温含塵ガスが向流接触するようになっているが、高温含
塵ガスの上昇流を砂状粒子を吹き上げて飛散させるほど
の流速にして操業することはないので、砂状粒子の飛散
は殆ど起こらない。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る実施の形態の
一例を示す概略の縦断面図である。１１は胴部が円筒状
に形成された除塵器である。除塵器１１はその内部に砂
や砂状水砕スラグなどの砂状粒子を充填し、この砂状粒
子を順次下方へ移動させて移動層３０を形成させ、この
移動層の中を高温の含塵ガスを流通させて、高温含塵ガ
ス中のダスト類を除去する構造になっている。図中、１
２は高温含塵ガスの導入口、１３は脱塵された高温ガス
の排出口、１４は砂状粒子の装入口、１５は砂状粒子の
排出管、１６は砂状粒子の抜き出し量を調節する調節器
である。１７は高温含塵ガスを砂状粒子の移動層３０中
に分散させるための分散板であり、多数の細孔が設けら
れている。

【００２２】１８は砂状粒子に捕捉されたダスト類を除
去するための浄化装置である。この浄化装置１８で砂状
粒子に捕捉されたダスト類が分離され、浄化された砂状
粒子は砂状粒子装入口１４へ送られ、循環使用されるよ
うになっている。

【００２３】なお、砂状粒子の浄化装置としては、篩い
分け装置或いは液体洗浄装置などが使用される。浄化装
置の型式は処理する高温含塵ガス中のダスト類の性状に
よって異なる。捕捉されるダスト類が粉体だけであれ
ば、篩い分け装置が使用され、タール類などの物質を含
んでいる場合には、アンモニア水などの溶剤による洗浄
装置が使用される。

【００２４】そして、除塵器１１内には、その内壁面に
沿って、蒸気を発生させるための伝熱管２０が螺旋状に
配置されており、高温含塵ガスの除塵処理と加熱された
砂状粒子からの熱回収が同時に行われるように構成され
ている。伝熱管２０は移動層３０が形成される部位の全
高にわたって設けられており、この伝熱管２０の配置に
よって、内壁面の近傍の砂状粒子が冷却され、除塵器外
面からの放熱が減少するようになっている。２１は伝熱
管２０へ供給する水の入口、２２は伝熱管２０で加熱さ
れた水を排出する出口、２３は伝熱管２０内で発生した
蒸気を取り出す気水ドラムである。

【００２５】なお、伝熱管２０は、都市ごみ焼却炉や石
炭ガス化プラントで一般に用いられている炭素鋼管、ス
テンレス鋼管などを使用することができる。又、伝熱管
２０の外面に特殊材料（例えばＣｒ−Ｎｉ合金）よりな
るチューブを被覆する処理或いは耐火材料（セラミック
ス、例えば炭化珪素など）をコーティングする処理など
を施せば、耐久性が付与され、好ましいものとなる。

【００２６】図２は本発明の除塵器に係る実施の形態の
他の例を示す概略の縦断面図である。図３は図２におけ
るＡ−Ａ部の概略の横断面を示す図である。図２、図３
において、図１と構成を同じくする部分については、同
一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態におい
ては、Ｕ字状に形成された多数の伝熱管２０が除塵器１
１の内壁面から内部へ突出して設けられ、放射状に配置
されている。伝熱管２０は多段に配置され、移動層３０
が形成される部位の全高にわたって設けられている。各
段においては、多数の伝熱管２０が炉外で連結され、除
塵器１１の外壁部を巡る流路が形成されている。そし
て、各段の流路の両端には、それぞれ下段との接続管２
４、上段との接続管２５が設けられており、多数の伝熱
管２０が連結された各段の流路は、これらの接続管によ
り接続されている。これにより、入口２１−出口２２−
気水ドラム２３−入口２１よりなる循環流路が形成さ
れ、熱回収が行われるようになっている。

【００２７】なお、伝熱管２０を内壁面から突出して設
ける場合、砂状粒子の降下に伴って発生する応力や高温
における強度低下によって、折損したり、湾曲したりす
る伝熱管の損傷をを回避する措置を講ずる必要がある。
このため、伝熱管２０を内壁面から突出させる長さは、
除塵器の規模によっても異なるが、伝熱管の強度から内
径の１／４以下程度にすることが望ましい。

【００２８】（実施例１）図４に示す構成による廃棄物
ガス化溶融プラントにおいて、都市ごみをガス化する操
業を行った。図４において、１０は本発明の移動層式除
塵装置である。又、４０は廃棄物ガス化溶融炉、４１は
ボイラ、４２は塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物など
の有害ガス成分を除去するための排ガス浄化工程であ
る。この操業においては、図１と同様の構成による移動
層式除塵装置を設置し、炉から排出された高温ガスを脱
塵処理すると共に熱回収して蒸気を発生させた後、処理
された高温ガスをボイラへ導入して蒸気を発生させた。

【００２９】この操業において、ガス化溶融炉へ、都市
ごみ１０００ｋｇ／ｈ、コークス５０ｋｇ／ｈ、石灰石
４５ｋｇ／ｈの割合で投入して、都市ごみをガス化し、
次いで燃焼させて高温ガスを発生させた。そして、ガス
化溶融炉から排出した高温ガスを移動層式除塵装置の除
塵器へ導入し、脱塵処理をすると共に熱回収して蒸気発
生させた後、ボイラへ送って蒸気を発生させた。この操
業中に、除塵器で発生した蒸気は、平均３００℃、８０
ｋｇ／ｃｍ² で、発生量は約３０９０ｋｇ／ｈであっ
た。この新たな蒸気発生により、廃棄物ガス化溶融プラ
ント全体の蒸気発生量は既存のボイラだけの場合の発生
量に対し約５％増加になった。

【００３０】上記操業中における各部の平均ガス温度
は、ガス化溶融炉出口が約８５０℃、除塵器の出口が約
６４５℃であった。なお、移動層式除塵装置が設置され
ていない従来の廃棄物ガス化溶融プラントにおいては、
ガス化溶融炉からボイラに到るまでの間の放熱によって
ボイラ入口では約２００℃の温度低下があった。従っ
て、この実施例においては、除塵器入口と出口の間の温
度差が従来のガス化溶融炉とボイラの間の温度差とほと
んど同じ値になっていた。又、除塵器の鉄皮の温度は５
０℃であり、伝熱管が設置されていない従来の除塵器の
鉄皮温度が１５０℃であったのに対し、大幅に低下して
いた。この鉄皮温度が低下したことから見ても、従来で
は、熱放散によりロスしていた分に近い熱量が回収され
たことになる。

【００３１】

【発明の効果】本発明においては、高温含塵ガスが移動
層の下部から上部に向かって流通するように構成されて
いるので、除塵器内へ充填する砂状粒子の量を変えて砂
状粒子と高温含塵ガスの比率を適宜変更することができ
る。このため、導入されるガス量や含塵量などに適した
除塵条件に設定することができる。

【００３２】さらに、高温含塵ガスが移動層の下部から
上部に向かって流通するように構成されているので、設
備を複雑化することなく、砂状粒子の飛散をなくすこと
ができる。

【００３３】又、伝熱管が除塵器の内壁面に沿って設け
られたり、除塵器の内壁面から移動層内に突出して設け
られたりしているので、砂状粒子の降下により発生する
応力や高温雰囲気における強度低下によってもたらされ
る折損や湾曲による伝熱管の損傷が防止され、安定した
熱回収操作を継続して実施することができる。そして、
伝熱管が除塵器の内壁面の近傍に設けられていることに
よって、その内壁面の付近の砂状粒子が冷却されるの
で、除塵器の外面温度が低下して放熱量が減少し、その
分の熱が回収され、利用される。

【００３４】又、伝熱管が、移動層が形成される部位の
全高にわたって除塵器内に設けられているので、除塵器
の外面からの放熱量が一層減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の一例を示す概略の縦
断面図である。

【図２】本発明の除塵器に係る実施の形態の他の例を示
す概略の縦断面図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ部の概略の横断面を示す図
である。

【図４】実施例で使用した廃棄物ガス化溶融プラントの
構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 移動層式除塵装置 １１ 除塵器 １２ 高温含塵ガスの導入口 １３ 脱塵された高温ガスの排出口 １４ 砂状粒子の装入口 １５ 砂状粒子の排出管 １６ 砂状粒子の抜き出し量調節器 １７ 分散板 １８ 砂状粒子の浄化装置 ２０ 伝熱管 ２１ 入口 ２２ 出口 ２３ 気水ドラム ２４ 下段との接続管 ２５ 上段との接続管 ３０ 移動層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 直 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 須藤 雅弘 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松平 恒夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4D058 JA52 JA55 JA62 UA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 除塵器内に充填された砂状粒子を順次下
   方へ移動させて移動層を形成し、この移動層の中を高温
   の含塵ガスを流通させ、高温含塵ガス中のダスト類を除
   去する移動層式除塵装置において、高温含塵ガスが移動
   層の下部から上部に向かって流通するように構成され、
   除塵器内に伝熱管が配置され、高温含塵ガス中のダスト
   類が除去されると共に、加熱された砂状粒子からの熱回
   収が同時に行われるように構成されたことを特徴とする
   移動層式除塵装置。
2. 【請求項２】 伝熱管が除塵器の内壁面に沿って設けら
   れたことを特徴とする請求項１に記載の移動層式除塵装
   置。
3. 【請求項３】 伝熱管が除塵器の内壁面から移動層内に
   突出して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の
   移動層式除塵装置。
4. 【請求項４】 伝熱管が、移動層が形成される部位の全
   高にわたって除塵器内に設けられたことを特徴とする請
   求項１〜請求項３の何れかに記載の移動層式除塵装置。