JP2916902B2 - 電気集塵装置および焼却炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製管の内面を
耐火物で覆って成る排気管と、排気管の内部で支持され
た放電極とを有する電気集塵装置および焼却炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気集塵装置としては、例えば、
登録実用新案公報第３０２１５７２号に示すものがあ
る。すなわち、金属製管の内面を耐火物で覆って成る排
気管の出口上方に金属製の桁材を渡し、桁材から放電極
を排気管のほぼ中心線上で排気管と電気的に絶縁される
よう排気管の中に吊り下げ、桁材を介して放電極と金属
製管との間に直流高電圧を印加して、排気管を通る排気
ガスから高温状態で集塵するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高温タイプの電気集塵装置では、実用上、高圧電源の使
用電圧には限度があるため排気管の直径が大きい場合、
排気管と放電極との電界を無制限に強くできず、排気管
の中心部を流れる煤塵が集塵極の排気管内面まで駆動さ
れずに、排気管の出口をそのまま抜けてしまうおそれが
ある。このため、従来の高温タイプの電気集塵装置で
は、排気管の集塵部距離を軸方向に長くとり、その欠点
をカバーしているが、排気管が長くなるために製造コス
トが嵩むという問題点があった。

【０００４】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、排気管の集塵部距離を長くしなくとも集
塵率を高めることができる電気集塵装置および焼却炉を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の本発明に係る電気集塵装置は、金属製管
の内面を耐火物で覆って成る排気管と；円錐側面形状の
メッシュから成り、前記排気管の内部で排気管の出口方
向にかけて広がるよう排気管とほぼ同軸に配置された円
錐形電極と；前記円錐形電極の頂点に設けられ、前記排
気管とほぼ同軸に配置された放電極と；前記排気管の外
側で支持され、前記円錐形電極を前記排気管と電気的に
絶縁された状態で支持する支持材と；前記排気管の外側
に設けられ、前記貫通孔を通して前記円錐形電極および
前記放電極に電気的に接続され、前記放電極と前記金属
製管との間に直流高電圧を印加するための高圧電源と
を、有することを特徴とする。

【０００６】排気管を構成する金属製管は、鋼から成る
ことが好ましい。金属製管の内面を覆う耐火物は、常温
で絶縁体であってもよい。排気管の内面は、常時、金属
のような完全な導電性を有しなくてもよい。高温時にの
み捕集した煤塵の電荷を中和できるのに必要な導電性が
あれば十分であるからである。金属製管の内面を覆う耐
火物は、特に、キャスタブル耐火物（SiO₂とAl₂O₃ を主
成分とする耐火コンクリート）等から成ることが好まし
い。放電極は、円錐形電極を介して支持材により排気管
と電気的に絶縁された状態で支持される。放電極には、
放射状に多数の放電針を設けることが好ましい。放電針
を設けることにより、排気管と放電極との間の放電ギャ
ップが長くてもコロナ放電を起こしやすくすることがで
きる。放電極に放電針を設ける場合、放電針の数や取付
形状は種々選択することができる。支持材は、金属から
成ってもよい。また、支持材は、円錐形電極と放電極と
に給電できるように内部に配線を施しておけば、絶縁体
から成ってもよい。

【０００７】請求項１の本発明に係る電気集塵装置で
は、排気管を通して燃焼後の排気ガスを処理する。排気
管は、排気ガスの高温に晒されるが、内面が耐火物で覆
われるため、高温による劣化を防止することができる。
放電極と金属製管との間には、高圧電源により直流高電
圧を印加する。極性は、一般の工業用電気集塵装置と同
様、排気管をプラス極、放電極をマイナス極とする。

【０００８】排気管の内面は耐火材から成り、常温では
絶縁性を有してほとんど電気を通さない。しかしなが
ら、４００℃以上の高温になると、電気絶縁性が失われ
て電気を通すようになる。排気管は、燃焼による排気ガ
スを通過させる場合、内面が４００℃以上、通常、８０
０℃前後の高温になるため、排気管が集塵極となる。そ
して、熱電子も多量に存在し、放電極と排気管との間に
活発なコロナ放電が起こる。コロナ放電により、排気管
を通る排気ガス中の煤塵がマイナスに帯電し、排気管の
内面に付着凝集する。こうして、排気ガスは、煤塵が除
去されて排気管の出口から排出される。

【０００９】ところで、排気管内部の電界が弱い場合に
は、放電極だけでは排気管を流れる煤塵は排気管内面ま
で駆動されないおそれがある。しかしながら、排気管の
放電極より出口側には円錐形電極が設けられ、出口方向
にかけて排気管内面と円錐形電極との距離が徐々に小さ
くなり、その間の電界が徐々に強められている。円錐形
電極は、メッシュから成り、負に帯電した煤塵がその中
を通過するのを防ぐ。このため、コロナ放電により負に
帯電した煤塵は、円錐形電極の外側側面に沿って排気管
の出口方向へ確実に誘導され、そしてその内面に付着凝
集する。こうして、排気管内部の電界が弱い場合にも、
集塵率を高めて、排気ガスの煤塵を除去することができ
る。ところで、円錐側面の面積は流路の圧損上昇防止の
ため大きくとるのが好ましい。また、円錐形電極の後端
部は、貫通孔からの導入空気による影響を受けない位置
まで十分離して設置されることが好ましい。

【００１０】請求項２の本発明に係る電気集塵装置は、
請求項１の電気集塵装置において、送風装置を有し、前
記排気管は貫通孔を有し、前記支持材は前記排気管と電
気的に絶縁され、前記貫通孔を通って前記排気管内に挿
入され、前記送風装置は前記排気管の外側に設けられ、
前記貫通孔を通して前記排気管内に送風する構成を有す
ることを特徴とする。

【００１１】貫通孔は、１つであっても、複数であって
もよいが、排気管側壁に２箇所以上に形成されることが
好ましい。貫通孔の縁は、電界の集中を防止し、さらに
耐火性を有する絶縁体、特に、耐熱セラミックで覆うこ
とが好ましい。送風装置による導入気体は、外気で十分
であるが、強制的に冷却した空気を送風してもよい。支
持材は金属から成って、放電極が支持材を介して高圧電
源に電気的に接続されていることが好ましい。支持材
は、金属から成る場合、排気管の外側で、貫通孔よりで
きるだけ低い位置に設けられた碍子により支持されるこ
とが好ましい。その理由は、炉からの輻射熱回避以外に
高温ガスは下方向に対して逆浮力（抵抗力）を示すとい
う特性を利用して、高温排ガスの流入防止による碍子の
昇温防止や煤塵付着の防止をするためである。

【００１２】請求項２の本発明に係る電気集塵装置で
は、貫通孔を通して排気管内に送風することにより、排
気ガスが貫通孔から排気管の外側に漏れ出るのを防ぐこ
とができる。貫通孔から排気管の内部に送風することに
より、排気管の貫通孔より外側のものに煤塵を付着しに
くくすることができる。

【００１３】支持材は排気管と電気的に絶縁されている
が、支持材が金属製の場合、貫通孔付近が高温になる
と、支持材と貫通孔との間でコロナ放電を起こすおそれ
がある。その間でコロナ放電が起こると、次には火花放
電を起こすおそれがある。送風により貫通孔付近を冷却
することにより、支持材と貫通孔との間の良好な絶縁性
を保つことができる。

【００１４】放電極が排気管の貫通孔を通る支持材によ
り下方に吊り下げられ、排気管の測定孔が排気管の出口
近くに設けられた場合には、排気管の測定孔は放電極か
ら離れており、さらに、接地されたメッシュで測定孔が
ガードされている場合には、排気ガスの測定を安全に行
うことができる。

【００１５】請求項３の本発明に係る焼却炉は、請求項
１または２の電気集塵装置を有し、前記排気管の長さ方
向に沿った直下に燃焼室を有することを特徴とする。

【００１６】請求項３の本発明に係る焼却炉では、燃焼
室の燃焼により生じた排気ガスが前述の電気集塵装置に
より処理され、煤塵を除去されて排気管の出口から排出
される。排気管の内面に付着凝集した煤塵は、ある厚さ
になると自重等により自然に排気管の内面から剥離し、
真下の炉床に落下する。剥離落下した煤塵は、炉床の灰
とともに処理することができるので、煤塵を受ける設備
を省略することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態について説明する。図１および図２は、本発明の
実施の形態を示している。図１に示すように、焼却炉１
は、燃焼室２と電気集塵装置３とを有している。電気集
塵装置３は、排気管４と支持材５と円錐形電極６と放電
極７と直流高圧電源８と送風装置９とを有している。排
気管４は立設しており、燃焼室２は排気管４の長さ方向
に沿った直下に設けられている。燃焼室２には、側壁に
廃棄物の投入口１０および空気取入口１１が設けられ、
炉床には灰の取出口１２が設けられている。また、燃焼
室２には、助燃バーナ１３が設けられる。

【００１８】排気管４は、円筒状の鋼板製の管１４の内
面をキャスタブル耐火物１５でライニングして成る。キ
ャスタブル耐火物１５の脱落を防ぐ以外に、高温時、耐
火材の表面に捕集された電荷を鋼板製外皮に確実に逃す
目的で、管の内面には耐熱金属製アンカーを多数植え付
ける。排気管４の内径の一例を挙げれば、約６〜７ｍで
ある。排気管４は、側壁４ａの排気管４内で対向する２
箇所に貫通孔１６を有する。貫通孔１６は、同軸円筒電
極に相当する所であり、次のような構造になっている。
すなわち、耐熱金属製下地材は断面がロゴウスキー電極
と類似する同径の円筒と電界集中の防止のため丸められ
た端部から成る。そして絶縁性向上と耐熱性向上のた
め、さらに耐熱セラミック１７で覆われている。耐熱セ
ラミック１７も、電界の集中を避け、コロナ放電を防止
するため、図２に示すように、断面がロゴウスキー電極
と類似し、内面の中央部は平行で端部１７ａ，１７ｂに
かけて湾曲しており、排気管４の内外に突出する端部１
７ａ，１７ｂは丸みをもった曲面を有している。

【００１９】排気管４は、貫通孔１６より上方に絞４ｂ
を有して内径が狭まっており、燃焼室２および排気管４
の温度が高く安定して冷めない効果がある。また、絞４
ｂより上部４ｃで排気ガスの流速を大きくし測定しやす
くなっている。絞４ｂより上部４ｃと下部４ｄとは区切
られている。排気管４の上部４ｃには、測定孔１８が設
けられている。測定孔１８には、開閉蓋１９が設けられ
ている。排気管４の上部４ｃの内面には、排気管４を塞
ぐよう金属製のメッシュ２０が取り付けられる。メッシ
ュ２０は、側壁４ｃのキャスタブル耐火物１５を貫通し
て鋼板製の管１４に電気的に接続され、測定孔１８にお
ける測定時に放電極７からの感電を確実に防止する。排
気管４は、上端に排気ガスの出口４ｅを有している。

【００２０】支持材５は、管状であって、耐熱性合金か
ら成る。支持材５は、貫通孔１６を通って排気管４内に
挿入され、排気管４の外側で両端を碍子２１ａ，２１ｂ
により支持されている。支持材５は、測定孔１８から測
定を行うとき感電を起こさないよう、測定孔１８から十
分な距離だけ離れている。排気管４の側壁４ａの外側に
は、各貫通孔１６および支持材５の両端を包囲するダク
ト２２が設けられている。碍子２１ａ，２１ｂは、ダク
ト２２内の各貫通孔１６より低い位置に設けられてい
る。一方の碍子２１ａは、貫通碍子で絶縁ケーブルによ
りダクト２２の外部の電源から給電されている。支持材
５は、貫通孔１６の縁から火花放電を生じない十分な距
離を離れて、ダクト２２や排気管４と電気的に絶縁され
ている。

【００２１】円錐形電極６は、円錐側面形状の耐熱金属
製メッシュから成る。円錐形電極６のメッシュの大きさ
は、負に帯電した煤塵が中を通過するのを防ぐよう選択
する。円錐形電極６は円形の縁部６ａを上に、頂点６ｂ
を下にして、排気管４の内部で出口４ｅの方向にかけて
広がるよう排気管４とほぼ同軸に配置されている。

【００２２】放電極７は、管状の電極であって、円錐形
電極６の中心線を貫通して頂点６ｂおよび支持材５に固
定され、円錐形電極６を支持材５に取り付けている。放
電極７は、排気管４の内部のほぼ中心線上で排気管４に
沿って伸びている。放電極７は、排気管４から離れて、
排気管４と電気的に絶縁された状態で支持されている。
放電極７は、放射状に多数の放電針２３を有している。

【００２３】直流高圧電源８は、排気管４およびダクト
２２の外側に設けられている。直流高圧電源８は、絶縁
ケーブルにより貫通碍子２１ａを通して支持材５に電気
的に接続されている。直流高圧電源８は、支持材５を介
して円錐形電極６および放電極７に電気的に接続され
る。直流高圧電源８は、マイナス極が円錐形電極６およ
び放電極７に接続され、プラス極が接地されている。排
気管４の鋼板製の管１４は、接地されている。直流高圧
電源８は、スイッチをオンにすることにより、放電極７
および円錐形電極６と管１４との間に直流高電圧を印加
することができる。

【００２４】ダクト２２には、碍子固定材２２ａが設け
られている。送風装置９は、ダクト２２に接続され、ダ
クト２２を通して貫通孔１６から排気管４内に送風する
ようになっている。送風装置９は、電動でファンを回転
させて常温の外気を送風する。絞４ｂの流断面減少によ
る圧損上昇およびメッシュ２０による圧損上昇は排気管
上部４ｃの高さによって発生する通気力で解消するのが
望ましい。さらに、貫通孔取付け位置は、絞４ｂ下面か
ら余裕をもって下げて設計するのが望ましい。このよう
に最適設計された場合は、貫通孔１６の炉内部側の圧力
が常時負圧なので、ダクト２２は無動力で自然通風させ
てもよい。

【００２５】次に、作用について説明する。焼却炉１で
廃棄物の焼却処理を行う場合、投入口１０から廃棄物を
燃焼室２内に投入する。燃焼室２の燃焼により生じた排
気ガスは、高温のため、電気集塵装置３の排気管４を通
って出口４ｅへと上昇し、排気管４内は高温の排気ガス
で満たされる。排気管４は、排気ガスおよび燃焼の輻射
熱により高温に晒されるが内面がキャスタブル耐火物で
覆われるため、高温による劣化を防止することができ
る。

【００２６】高圧電源８により、放電極７と鋼板製の管
１４との間に、排気管４をプラス極、放電極７をマイナ
ス極とする１００ｋＶ〜２００ｋＶの直流高電圧を印加
する。通常、排気管４の内面は、７００℃〜９００℃の
高温である。このため、耐火材が導電性を帯び、排気管
４が集塵極となり、放電極７と排気管４との間に活発な
コロナ放電が起こる。コロナ放電により、排気管４を通
る排気ガス中の煤塵がマイナスに帯電し、排気管４の内
面に付着凝集する。こうして排気ガスは、煤塵を除去さ
れて排気管４の出口４ｅから排出される。

【００２７】ところで、排気管４は直径が太いため、そ
の内部の電界が強くできない。このため、放電極７だけ
では排気管４の中心部を流れる煤塵は排気管４まで駆動
されないおそれがある。しかしながら、電気集塵装置３
では、排気管４の放電極７より出口側に円錐形電極６が
設けられており、出口４ｅの方向にかけて排気管４の内
面と円錐形電極６との距離が徐々に小さくなっていくの
で、その間の電界が徐々に強められていく。円錐形電極
６は、メッシュから成り、負に帯電した煤塵が中を通過
するのを防ぐ。このため、放電極７により負に帯電した
煤塵は、円錐形電極６の外側側面に沿って排気管４の内
面の方向へ誘導され、排気管４により捕集されてその内
面に付着凝集される。こうして、排気管４の直径が太
く、その内部の電界が弱くても、円錐形電極６のはたら
きで集塵率を高めて、排気ガスの煤塵を除去することが
できる。なお、円錐形電極６の縁部６ａと排気管４の内
面との間は距離が最も短くなっており、その箇所は集塵
が最も効果的に行われる。

【００２８】排気管４の内面に付着した煤塵は、高温に
晒されているため付着力が弱く、ある程度凝集堆積する
と自重で自然に排気管４の内面から剥離し、真下の炉床
１２に落下する。剥離落下した煤塵は炉床１２の灰とと
もに処理することができるので、電気集塵装置３では煤
塵を受ける設備が省略され、簡単な構成となっている。

【００２９】集塵後に排出される排気ガスの成分や、排
気ガスに含まれる煤塵の量、排気ガスの流速等を測定す
る場合、測定孔１８の開閉蓋１９を開け、測定器具を排
気管４内に挿入して測定を行う。放電極７は排気管４の
貫通孔１６を通る支持材５により支持されているため、
測定孔１８付近は放電極７から離れており、また、メッ
シュ２０は接地されているので、排気ガスの測定を安全
に行うことができる。

【００３０】焼却、集塵処理の際には、送風装置９を作
動させ、ダクト２２および貫通孔１６を通して排気管４
内に送風する。送風により、点火始動時や爆発燃焼時に
も排気ガスが貫通孔１６から排気管４の外側に漏れ出る
のを防ぐことができる。支持材５に煤塵が付着して煤塵
が貫通孔１６まで伸びると、火花放電のおそれがある。
送風装置９で貫通孔１６に送風することにより、貫通孔
１６部分の支持材５に煤塵を付着しにくくし、火花放電
を未然に防止することができる。

【００３１】また、送風により貫通孔１６の付近を冷却
することができる。支持材５は排気管４と電気的に絶縁
されているが、貫通孔１６付近が高温になると、支持材
５と貫通孔１６との間でコロナ放電を起こすおそれがあ
る。その間でコロナ放電が起こると、貫通孔１６に煤塵
が付着し、煤塵を介して支持材５と貫通孔１６との間で
火花放電を起こすおそれがある。送風により貫通孔１６
付近を冷却することにより、支持材５と貫通孔１６との
間の絶縁性を保つことができる。

【００３２】電気集塵装置３は、支持材５が両端を支持
され、構造が強化されている。放電極７は支持材５によ
り直流高圧電源８に電気的に接続されており、支持材５
を絶縁体で構成する場合に比べて構成を簡単にすること
ができる。支持材５を支持する碍子２１ａ，２１ｂは各
貫通孔１６より低い位置に設けられており、それ故、貫
通孔１６を通して外部に放射される排気管４の内部から
の輻射熱により碍子２１ａ，２１ｂが劣化するのを防ぐ
ことができる。また、高温ガスは下方に対して逆浮力を
示す特性を利用して、高温排ガスの流入を防止し、碍子
２１ａ，２１ｂの昇温防止や煤塵付着の防止をすること
ができる。

【００３３】なお、前述の実施の形態において、電気集
塵装置が焼却炉に用いられる例を例示したが、電気集塵
装置は高温の排気ガスを処理する装置であれば、金属精
錬・溶鉱炉・金属加熱・熱処理炉・窯業炉・乾燥炉・溶
融炉・熱機関その他の排気ガスの処理に用いることがで
きる。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係る電気集塵装置および焼却炉
によれば、排気管の放電極より出口側に円錐形電極が設
けられているので、円錐形電極の外側側面に沿って排気
管の内面方向へ煤塵を誘導し、排気管による集塵率を高
めることができる。

【００３５】特に、請求項２の本発明に係る電気集塵装
置によれば、放電極が排気管の貫通孔を通る支持材によ
り支持され、排気管の測定孔を放電極から離して設ける
ことができるので、排気ガスの測定を安全に行うことが
できる。また、貫通孔から排気管内に送風するための送
風装置を有するので、排気ガスが貫通孔から排気管の外
側に漏れ出るのを防ぐことができるとともに、支持材と
貫通孔との間でコロナ放電が起こるのを防止して、ま
た、貫通孔に煤塵が付着するのを防ぐことができ、さら
に、支持材を碍子により支持する場合、碍子の汚損や絶
縁性能の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の焼却炉を示す概略断面図
である。

【図２】図１の貫通孔の縁付近を示す拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 焼却炉 ２ 燃焼室 ３ 電気集塵装置 ４ 排気管 ５ 支持材 ６ 円錐形電極 ７ 放電極 ８ 直流高圧電源 ９ 送風装置 １６ 貫通孔

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製管の内面を耐火物で覆って成る排気
   管と、 円錐側面形状のメッシュから成り、前記排気管の内部で
   排気管の出口方向にかけて広がるよう排気管とほぼ同軸
   に配置された円錐形電極と、 前記円錐形電極の頂点に設けられ、前記排気管とほぼ同
   軸に配置された放電極と、 前記排気管の外側で支持され、前記円錐形電極を前記排
   気管と電気的に絶縁された状態で支持する支持材と、 前記排気管の外側に設けられ、前記貫通孔を通して前記
   円錐形電極および前記放電極に電気的に接続され、前記
   放電極と前記金属製管との間に直流高電圧を印加するた
   めの高圧電源とを、 有することを特徴とする電気集塵装置。
2. 【請求項２】送風装置を有し、前記排気管は貫通孔を有
   し、前記支持材は前記排気管と電気的に絶縁され、前記
   貫通孔を通って前記排気管内に挿入され、前記送風装置
   は前記排気管の外側に設けられ、前記貫通孔を通して前
   記排気管内に送風する構成を有することを特徴とする請
   求項１記載の電気集塵装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の電気集塵装置を有
   し、前記排気管の長さ方向に沿った直下に燃焼室を有す
   ることを特徴とする焼却炉。