JP6153704B2 - 湿式電気集塵装置及び除塵方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＯ_３ミストやダストを除去する湿式電気集塵装置及び除塵方法に関する。

石炭焚きや重油焚き等の発電プラント、焼却炉等の産業用燃焼設備から、ダスト（粒子状物質）を含む排ガスが排出される。また、燃焼排ガス中には、ＳＯ_２やＳＯ_３といったＳＯｘガスが含まれる。ダスト及びＳＯｘを除去するために、燃焼設備の下流側の煙道に排ガス処理システムが設けられる。排ガス処理システムでは、例えば特許文献１のように、上流側から順に脱硝装置、エアヒータ、集塵装置、湿式脱硫装置、湿式電気集塵機が設置される。排ガス処理システムの流通路中で湿式脱硫装置にて冷却された後は、ＳＯ_３はミスト状態として存在する。

ＳＯ_３ミストは０．１μｍ程度と微細であるが、湿式脱硫装置を通過した後では、ＳＯ_３ミストが水分を吸収して肥大化する。肥大化したミストやダストが湿式電気集塵機に流入すると、肥大化前よりも表面積が増える。このためミストの帯電量が増え空間電荷効果が大きくなり、湿式電気集塵機の放電電流が大幅に低下する。ＳＯ_３ミスト及びダストの除去性能と放電電流との間には強い相関があり、電流が低下するとＳＯ_３ミスト及びダストの除去性能も低下する。

そこで、特許文献１及び特許文献２では、湿式電気集塵機の集塵部にガスを流入させる前に、ＳＯ_３ミストやダストを予め帯電させている。また、ガス中にミストより粒径の大きい液滴をスプレーするとともに、ＳＯ_３ミストやダストとの衝突確率を上げるために正負のコロナ放電を交互に起こす放電方式を組み合わせた方式を採用している。帯電したＳＯ_３ミストやダストは、集じん部の電界により誘電分極した液滴にクーロン力やグレーディエント力によって引き付けられて、液滴内に吸収される。液滴の粒径は大きいため、湿式電気集塵機の下流側に設けられるデミスタ等の衝突や慣性力を利用した簡易的な捕集装置でも容易に捕集される。

特開２０１０−６９４６３号公報（請求項６、７、段落［００５７］〜［００７９］） 特許第３５６４３６６号公報（請求項２、段落［００１３］、［００２１］〜［００３０］）

特許文献１及び特許文献２の湿式電気集塵機では、高効率でＳＯ_３ミストを除去するために、ＳＯ_３ミストを予備荷電する装置、液滴を噴霧する装置、及び、液滴を捕集するデミスタ等は必須の構成となっていた。
これに対し、本発明は、ＳＯ_３ミストの濃度が比較的低い条件に対して、より簡素な装置構成により高いＳＯ_３ミスト及びダストの除去性能を確保できる湿式電気集塵装置及び除塵方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ガス中に含まれる低濃度のＳＯ_３ミスト及びダストを除去する湿式電気集塵装置であって、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを含む前記ガスの流通方向に沿って対向して配置され、直流電界を形成する第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極の対向面に、前記ガスの流通方向に沿って所定の間隔で配列されて形成された複数の放電部と、を備える電界形成部を有し、前記ガスの流通方向に直交する方向に、前記第１の電極の前記放電部と前記第２の電極の前記放電部とが互いに逆極性のコロナ放電を交互に発生させ、前記ガスが前記電界形成部に到達する前に、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを予備荷電せずに、かつ、前記ガス中に誘電体を散布しないで、前記電界形成部に前記ガスを導き、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストに交互に逆極性の電荷を付与するとともに前記ガスが前記第１の電極と前記第２の電極との間を通過する際に、前記第１の電極及び前記第２の電極が前記コロナ放電により帯電された前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを捕集する湿式電気集塵装置を提供する。前記ガス中に含まれる低濃度のＳＯ_３ミスト及びダストは、１０ｐｐｍ以下である。

また本発明は、ガス中に含まれる１０ｐｐｍ以下と低濃度のＳＯ_３ミスト及びダストを除去する除塵方法であって、対向する第１の電極と第２の電極との間に直流電界を形成する電界形成工程と、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストの予備荷電を行わずに、かつ、前記ガスに誘電体を散布せずに、帯電されていない前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを含む前記ガスを、前記直流電界が形成された前記第１の電極と第２の電極との間に導く第１のガス導入工程と、前記直流電界中に、前記第１の電極と前記第２の電極とで互いに逆極性のコロナ放電を交互に発生させて、前記ガスが前記第１の電極と前記第２の電極との間を通過する際に、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストに、前記コロナ放電により逆極性の電荷を交互に付与する第１の帯電工程と、前記第１の電極及び前記第２の電極が、帯電された前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを捕集する第１の捕集工程と、を含む除塵方法を提供する。

本願発明者らは、直流電界中でコロナ放電により逆極性の電荷を交互に付与する構成とした湿式電気集塵装置において、１０ｐｐｍ以下と低濃度のＳＯ_３ミストを含むガスを流通させた場合には、ＳＯ_３ミスト及びダストを予備荷電せず、且つ、ＳＯ_３ミスト等を捕集するための液滴を噴霧しなくても、ＳＯ_３ミスト及びダストを高効率で除去することが可能であることを見出した。これは、ＳＯ_３ミスト濃度が低い場合には湿式電気集塵装置の電極間に存在する帯電粒子が少なくなるために、予備荷電や液滴噴霧がなくても捕集に必要な放電電流を確保することができるためである。これによって、ＳＯ_３ミストやダストには電極間を流通する間に直流電界中のコロナ放電により逆極性の電荷が確実に交互に付与される。帯電の極性が変わるのに要する時間は非常に短いため極性変化の捕集性能への影響は小さい。このため、ＳＯ_３ミストやダストは蛇行運動をしながら電極に引き付けられて、電極に付着し捕集される。本発明に依れば、ＳＯ_３ミスト濃度が低い場合にはＳＯ_３ミストやダストの高い移動速度が確保できるため、ガス流通路内に誘電体の液滴が無くても電流低下による捕集性能の低下を抑制することができ、電極のみで高い捕集効率を得ることができる。
従って、本発明の湿式電気集塵装置では、ＳＯ_３ミスト等を予め帯電させる予備荷電部や誘電体の液滴を噴霧する手段を設ける必要がなくなる。更に、ＳＯ_３ミストやダストが電極で捕集されるために、湿式電気集塵装置の後段にデミスタ等の液滴を捕集する手段を設ける必要がなくなる。従って、装置構成を簡略化しつつ、高い捕集性能を得ることができる。

なお、本明細書において、「ＳＯ_３ミスト」とはガス中のミストにＳＯ_３ガスが取り込まれたものであると定義する。単に「ＳＯｘ」、「ＳＯ_２」、「ＳＯ_３」と記載する場合はガス状態であることを意味する。

上記湿式電気集塵装置において、前記電界形成部の上流側に設けられ、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを帯電させる予備荷電部と、前記電界形成部の上流側に設けられ、前記ガス中に誘電体を散布する誘電体スプレー部と、前記ガス中に含まれるＳＯ_３ミストの濃度が高い（１０ｐｐｍを超える）場合に、前記予備荷電部及び前記誘電体スプレー部を作動させ、前記ガス中に含まれる前記ＳＯ_３ミストの濃度が低い（１０ｐｐｍ以下の）場合に、前記予備荷電部及び前記誘電体スプレー部を停止させる制御部とを有することが好ましい。

この場合、前記電界形成部の上流側に、前記ガス中の前記ＳＯ_３ミストの濃度を取得する濃度取得部を有することが好ましい。

上記除塵方法において、前記ガス中のＳＯ_３ミストの濃度が所定値以下である場合に、前記第１のガス導入工程、前記第１の帯電工程、及び、前記第１の捕集工程を含む第１の除塵工程を実施し、前記ガス中の前記ＳＯ_３ミストの濃度が所定値よりも大きい場合に第２の除塵工程を実施し、前記第２の除塵工程は、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを予め帯電させる予備荷電工程と、前記ガス中に誘電体を噴霧する噴霧工程と、帯電された前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストと、前記誘電体とを、直流電界が形成された前記第１の電極と第２の電極との間に導く第２のガス導入工程と、前記直流電界中に逆極性の前記コロナ放電を交互に発生させて、前記ガスが前記第１の電極と前記第２の電極との間を通過する際に、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストに逆極性の電荷を交互に付与し、前記誘電体に逆極性の電荷を交互に付与するとともに誘電分極させる第２の帯電工程と、前記誘電体に前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを付着させる付着工程と、前記電極が、前記ＳＯ_３ミスト、前記ダスト、及び、前記誘電体を捕集する第２の捕集工程を含むことが好ましい。

この場合、前記ガス中の前記ＳＯ_３ミストの濃度を取得する濃度取得工程を更に含み、該濃度取得工程で取得された前記ＳＯ_３ミストの濃度に基づいて、前記第１の除塵工程及び前記第２の除塵工程のいずれかを実施することが好ましい。

上記発明では、ＳＯ_３ミスト等を予め帯電させる予備荷電部や、誘電体の液滴を噴霧するスプレーを設けた構成としても、湿式電気集塵装置に流入するガス中のＳＯ_３ミスト濃度に応じて予備荷電部やスプレーの作動を制御する。こうすることにより、予備荷電部や噴霧スプレーを設けた湿式電気集塵装置であっても、低コストで運転しつつ、高い捕集性能を維持させることができる。

上記湿式電気集塵装置において、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストが付着した前記第１の電極及び前記第２の電極の表面を洗浄する洗浄部を更に有することが好ましい。
上記除塵方法において、前記電極に付着した前記ＳＯ_３ミスト、前記ダストを洗浄して除去する洗浄工程を更に含むことが好ましい。

電極表面に付着したＳＯ_３ミストは、一般に金属製とされる電極を腐食させる原因となる。電極表面へのダストの残留は荷電障害の要因にもなり得る。上記構成として電極を洗浄すれば、装置メンテナンスが容易となり運転コストを削減することが可能である。

ＳＯ_３ミスト濃度が低い排ガス処理装置に本発明の湿式電気集塵装置及び除塵方法を適用すれば、簡易な工程により高い捕集性能で湿式電気集塵装置を運転させることができる。特に、ＣＯ_２回収装置を設置するプラントにおいては低濃度のＳＯ_３ガスがＣＯ_２回収装置に流入しても、ＣＯ_２回収率に悪影響を及ぼす。このため、本発明の湿式電気集塵装置をＳＯ_３ミスト濃度が概ね１０ｐｐｍ以下のＣＯ_２回収装置の上流に設けることは有効である。
ＳＯ_３ミスト濃度が低いため、予備荷電部、誘電体噴霧手段及び誘電体捕集手段を省略する除塵を適用することが可能である。この場合は装置構成が簡略化される上、高いＳＯ_３ミスト除去性能が得られるため有利となる。

排ガス処理装置の一例のブロック図である。 第１実施形態に係る湿式電気集塵装置の概略図である。 電界形成部の拡大概略図である。 電界形成部の別の例の拡大概略図である。 電界形成部の別の例の拡大概略図である。 湿式電気集塵装置の入口側及び出口側のＳＯ_３濃度の相関図である。 実施例１及び実施例２における移動速度Ｗ_ｋ’の実測値と推定値との相関を表すグラフである。 第２実施形態に係る湿式電気集塵装置の概略図である。

図１は、排ガス処理装置の一例のブロック図である。排ガス処理装置１はボイラ（燃焼炉）２の下流側の煙道に設けられる。排ガス処理装置１は、脱硝装置３と、エアヒータ４と、乾式電気集塵装置５と、湿式脱硫装置６と、湿式電気集塵装置１０と、ＣＯ_２回収装置７と、煙突８とを備える。
ボイラ２は、例えば石炭など、硫黄分を１〜２質量％程度含有する燃料を燃焼させるボイラとされる。石炭中の硫黄分は、ＪＩＳ Ｍ８８１２及びＪＩＳ Ｍ８８１３に記載される方法で分析される。
脱硝装置３は、ボイラ２から流入する燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。
エアヒータ４は、燃焼排ガスと押し込みファン（不図示）によって要求される燃焼用空気とを熱交換させるものである。これにより、燃焼用空気は燃焼排ガスの顕熱によって加熱され、ボイラ２へと供給される。
乾式電気集塵装置５は、燃焼排ガス中の煤塵を静電気力によって捕集するものである。

湿式脱硫装置６は、吸収剤を含む水溶液を燃焼排ガス中に噴霧し、吸収剤と排ガス中のＳＯｘとを反応させて、排ガス中から主にＳＯ_２を除去する。
湿式脱硫装置６は、石膏石灰法、ナトリウム法、水マグ法を採用したものとされる。吸収剤は、石膏石灰法の場合ＣａＯ（石灰）、ナトリウム法の場合ＮａＯＨ、水マグ法の場合Ｍｇ（ＯＨ）_２とされる。湿式脱硫装置６は、排ガスの流通路に直列になるように複数設置しても良い。
湿式脱硫装置６内で入口部に脱硫冷却塔が設置される。排ガスは脱硫冷却塔を通過する際に急冷され、６０℃前後の水分飽和に近い排ガスが湿式脱硫装置６から排出される。この冷却過程でガス状のＳＯ_３がＳＯ_３ミストに変化する。
湿式脱硫装置６によりＳＯ_３ミストの一部も除去されるが、ＳＯ_２の除去率が９０％以上であるのに対し、ＳＯ_３ミスト除去率は高々２０％前後と低い。このため、ＳＯ_３ミストの大部分が湿式脱硫装置６を通過する。

湿式電気集塵装置１０は、乾式電気集塵装置５及び湿式脱硫装置６で捕集しきれなかった煤塵やＳＯ_３ミストを静電気力によって除去する。

ＣＯ_２回収装置７は、排ガス中に含まれる二酸化炭素を除去する。浄化されたガスは、煙突８を通じて大気中に放出される。

本実施形態では１〜２質量％程度の硫黄分を含む燃料が使用される。このため、湿式脱硫装置６の下流側における排ガス中のＳＯ_３ミスト濃度は１０ｐｐｍ以下にまで低減されている。例えば重油やアスファルト等といった硫黄分を多く含む（３〜６％程度）燃料を用いた場合、同様の工程を経た後に湿式脱硫装置６の下流側の排ガス中に含まれるＳＯ_３ミスト濃度は５０ｐｐｍ以上となる。すなわち、本実施形態の湿式電気集塵装置１０に流入する排ガスは、低濃度のＳＯ_３ミストを含むことになる。

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る湿式電気集塵装置の概略図である。湿式電気集塵装置１０は、ガスの流通方向に直列になるように配列された２つの電界形成部１１ａ，１１ｂを備える。排ガスは、湿式電気集塵装置１０の下方から流入し、電界形成部１１ａ，１１ｂを通過して上方から排出される。なお、図２では電界形成部は２つ設けているが、湿式電気集塵装置１０の要求性能に応じて１つまたは３つ以上の電界形成部が設置されても良い。

図２に示すように、各電界形成部１１ａ、１１ｂの上方にそれぞれ洗浄スプレー１３が設置されても良い。洗浄スプレー１３は不図示のタンクに接続され、洗浄スプレー１３から洗浄水が各電界形成部１１ａ、１１ｂに対して散布される。
図２のように電界形成部が複数設置される場合、電界形成部１１ｂの下側（最下段以外の電界形成部の下側）には、洗浄水を回収する気液分離器１２としてチムニートレイが設置される。

図２では、排ガスが湿式電気集塵装置１０の下方から上昇するように流通する構成とされているが、湿式電気集塵装置の上方から下降する構成とされても良いし、横方向に排ガスが流通するように電界形成部が配列される構成とされても良い。

本実施形態の湿式電気集塵装置の変形例として、湿式電気集塵装置の上流側に脱硫装置を、下流側に過冷却塔を設け、それぞれ湿式電気集塵装置と一体化した構造を採用することができる。
一体構造として排ガスが湿式電気集塵装置の下方から上昇する構成とした場合、脱硫装置上に湿式電気集塵装置が設置され、湿式電気集塵装置上に過冷却塔が設置される。この場合、過冷却塔の洗浄水や循環水が下段に設置される湿式電気集塵装置に到達することによる影響を排除するため、電界形成部１１ｂの洗浄スプレー１３の上などにも気液分離手段が設置される。

本実施形態の湿式電気集塵装置１０では、従来の湿式電気集塵装置と異なり、電界形成部の上流側にＳＯ_３ミスト及びダストを帯電させる予備荷電部が設けられていない。また、電界形成部の上流側に、排ガス中に誘電体（水）をミスト状に散布するスプレーは設置されていない。

図３は、第１実施形態に係る湿式電気集塵装置の電界形成部の拡大概略図である。電界形成部は、アース電極（第１の電極）１４と印加電極（第２の電極）１５とが対向して配置されている。複数のアース電極１４及び複数の印加電極１５を交互に配置しても良い。アース電極１４及び印加電極１５は平板状とされる。アース電極１４及び印加電極１５の対向面は、ガスの流通方向に沿って配置されている。アース電極１４は接地されている。印加電極１５は、高電圧電源１６に接続される。

アース電極１４及び印加電極１５の対向面には、それぞれ複数の放電部１７が形成されている。アース電極１４及び印加電極１５内で、放電部１７はガスの流通方向に沿って所定の間隔で配列されている。一方、アース電極１４の放電部１７と印加電極１５の放電部１７とは、互いにずらして配置される。図３では、アース電極１４及び印加電極１５内での放電部１７間の間隔をＬとしたときに、アース電極１４及び印加電極１５とでは放電部１７がＬ／２の位相差で交互に配列されている。

本実施形態において、１つの放電部１７は、複数の突起形状の放電極１８で構成される。図３の紙面奥行方向に、複数の放電極１８が所定の間隔で配列されている。図３では、ガスの流通方向に平行な断面で見たときに、１つの放電部１７内で１列の放電極１８が形成されるが、ガスの流通方向に複数列の放電極１８を形成しても良い。

洗浄スプレー１３を設置する場合は、アース電極１４及び印加電極１５のそれぞれの上方に、スプレーノズル１９が設置される。

図４は、電界形成部の別の例の拡大概略図である。図４の電界形成部２１では、アース電極２４は平板状である。アース電極２４には、ガスの流通方向に沿って複数の放電部２７が設けられる。アース電極２４の放電部２７では、ガスの流通方向と垂直な方向に複数の放電極２８が配列される。また、放電極２８はガスの流通方向に沿って１列または複数列形成される。

印加電極２５は、放電枠３０に複数の平板部３１ａ，３１ｂがガスの流通方向に沿って配列される構成となっている。平板部３１ａ，３１ｂは、交互に配置される。

平板部３１ａは、アース電極２４の放電部２７が形成された部分に対向する位置に配置される。平板部３１ａはガスの流通方向に略垂直になる方向に延在する平面状となっており、アース電極２４に設置した放電部からの放電電流を受けるために設置される。

平板部３１ｂは、アース電極２４の放電部２７が形成されていない平面部分に対向する位置に配置される。平板部３１ｂには、複数の突起状の放電極２８が設置される。平板部３１ｂに形成される放電極２８は、ガスの流通方向と垂直な方向に複数本形成される。また図４では、放電極２８はガスの流通方向に沿って複数列形成されている。
放電部２７が形成された平板部３１ｂは、所定の間隔Ｌで配列される。アース電極２４の放電部２７と印加電極２５の放電部２７（平板部３１ｂ）とは、Ｌ／２の位相差でずらして配置されている。

図５は、電界形成部の別の例の拡大概略図である。図５の電界形成部４１は、アース電極４４は平板状である。アース電極４４のガス入口側（図５では下側）のみに放電部４７が設けられ（図５では放電部４７は２つ）、ガス下流側には放電部は設けられていない。アース電極４４の放電部４７は、ガスの流通方向と垂直な方向に複数の放電極４８が形成される。放電極４８はガスの流通方向に沿って１列または複数列形成される。

印加電極４５は、放電枠５０に複数の平板部５１ａ，５１ｂがガスの流通方向に沿って配列される。ガス上流で平板部５１ａと平板部５１ｂが交互に配列される。放電極が設けられない平板部５１ａは、アース電極４４の放電部４７に対向する位置に設けられる。ガス下流側では、放電極４８が形成された平板部５１ｂのみが所定間隔で配列される。

第１実施形態の湿式電気集塵装置を用いて除塵する方法を、図２及び図３を参照して以下で説明する。
電界形成部１１ａ，１１ｂでは、アース電極１４と印加電極１５との間に直流電界が形成されている。また、通常の湿式電気集塵装置では印加電極に負の高電圧を印加するため、アース電極１４の放電極１８から正のコロナ放電が発生され、印加電極１５の放電極１８から負のコロナ放電が発生されている。

排ガス処理装置１の脱硝装置３〜湿式脱硫装置６を通過してＳＯ_３ミストが１０ｐｐｍ以下に低減された排ガスは、下方から湿式電気集塵装置１０の内部に流入する。この排ガス中には、乾式電気集塵装置５及び湿式脱硫装置６で除去しきれなかったダストも含まれる。

湿式脱硫装置６の脱硫冷却塔により、排ガスは６０℃程度まで急冷される。ＳＯ_３は６０℃前後の水分飽和ガスになる過程で気相析出し、ＳＯ_３が取り込まれた硫酸ミスト（ＳＯ_３ミスト）として存在する。ＳＯ_３ミストの粒径は、脱硫冷却塔入口の温度と出口の温度との温度差が大きいほど細かくなるが、概ね平均粒径０．１μｍ前後である。

第１実施形態の湿式電気集塵装置１０では、電界形成部１１ａの上流側に予備荷電部が設置されない。このため、電界形成部１１ａ、１１ｂの入口では、ＳＯ_３ミスト及びダストは帯電されていない状態である。また、図２の湿式電気集塵装置１０では、電界形成部１１ａの上流側に誘電体（水）を噴霧するスプレーは設置されていない。従って、第１実施形態においては、電界形成部１１ａの直前で排ガス中に系外から噴霧された誘電体のミストは含まれていない。

帯電されていないＳＯ_３ミスト及びダストを含み、上記の系外から供給された誘電体ミストを含まない排ガスが、直流電界及びコロナ放電が発生されている電界形成部１１ａ，１１ｂに流入する。湿式電気集塵装置１０内でのガスの流速は、５ｍ／ｓｅｃ以下に制御されている。

電界形成部１１ａ，１１ｂに流入したＳＯ_３ミスト及びダストは、コロナ放電により帯電する。アース電極１４の放電極１８と、印加電極１５の放電極１８とでは異なる極性でコロナ放電が発生されているので、ＳＯ_３ミスト及びダストは電界形成部１１ａ，１１ｂを流通する間に帯電極性が交互に変化する。

上述のようにＳＯ_３ミストは微細であるため、コロナ放電でミストやダストに電荷が与えられると、単位ガス量当たりの電荷密度が非常に高くなる。単極性のコロナ放電を発生させている場合は、単位ガス量当たりの電荷密度が高くなると、コロナ放電による電流が大幅に抑制されて、帯電性能が低下してしまう。本実施形態では、上述のように、ガスの流通方向に正及び負のコロナ放電を交互に発生させている。このため、各放電部の放電エリアには放電の極性と逆極性に帯電されたＳＯ_３ミスト及びダストが供給されることになる。この結果、空間の電荷が中和されて空間電荷量が減ることになり電流の抑制効果が改善される。極性の転換時間は非常に短く、ガス流速５ｍ／ｓｅｃ以下の条件ではＳＯ_３ミストの捕集性能への影響はほぼ無視できる。

帯電したＳＯ_３ミスト及びダストは、電界形成部１１ａ，１１ｂを流通する間、直流電界の影響を受けて若干蛇行しながら進行し、アース電極１４または印加電極１５に接近する。アース電極１４または印加電極１５に接近したＳＯ_３ミスト及びダストは、アース電極１４または印加電極１５に付着して捕集される。これにより、排ガス中からＳＯ_３ミスト及びダストが除去される。

洗浄スプレー１３を設置する場合は、スプレーノズル１９から洗浄水をアース電極１４及び印加電極１５に対して連続的あるいは間欠的に散布する。電極１４，１５に付着したＳＯ_３ミスト及びダストは洗浄水中に取り込まれる。洗浄水は、気液分離器１２で回収されるか、湿式電気集塵装置の下部へ落下する。

電界によるＳＯ_３ミスト及びダストの移動速度とガス速度とを考慮して電界形成部１１ａ，１１ｂのガス流通方向の長さを必要捕集性能に応じて確保しておけば（例えば４ｍ程度）、排ガス中からＳＯ_３ミスト及びダストを十分に除去することが可能である。

本実施形態におけるＳＯ_３ミスト及びダストの捕集性能は、粒子（ＳＯ_３ミスト、ダスト）濃度、直流電界の強度、比集塵面積（単位ガス量当たりの電界形成部のアース電極の合計面積）、湿式脱硫装置の冷却塔入口のガス温度の影響を受ける。

捕集性能ηは、式（１）で表される。

Ｗ_ｋ’：粒子の移動速度（ｍ／ｓｅｃ）
ｆ：比集塵面積（ｓ／ｍ）
ｍ：定数
ここで、定数ｍは粒子の種類に応じて設定される設計因子である。
式（１）によると、捕集性能は粒子の移動速度に依存し、移動速度Ｗ_ｋ’が大きいほど捕集性能ηが高くなる。

移動速度Ｗ_ｋ’は放電電流の影響を大きく受ける。放電電流の電流密度Ｊ（Ａ／ｍ^２）は、式（２）で表される。

Ｔ_ｇ：冷却塔入口のガス温度（℃）
Ｅ：直流電界の強度（Ｖ／ｍ）
Ｃ：粒子（ＳＯｘミスト、ダスト）の濃度（ｐｐｍ）
ｋ_１、ａ_１、ｂ_１、ｃ_１：定数

移動速度Ｗ_ｋ’は、式（３）で表される。

Ｐ／Ｆ：電圧と電流密度Ｊとの積
ｋ_２、ａ_２、ｂ_２、ｃ_２、ｄ_２：定数

放電電流の電流密度Ｊは、式（２）により算出される。算出された電流密度を用いて、Ｗ_ｋ’が算出される。

電界形成部を２つ設けた湿式電気集塵装置を用いて、粒子濃度、直流電界の強度、ガス流速、及び、冷却塔入口のガス温度が移動速度に与える影響を検証した。電極面積を一定とした場合、比集塵面積ｆはガス流速比に相当する。

「実施例１」では、上流側及び下流側の電界形成部で、印加電極の全体に図３及び図４のように放電部を形成して正及び負のコロナ放電をガスの流通方向に交互に発生させた。

「実施例２」では、上流側の電界形成部において、図５のように湿式電気集塵装置の入口に近い方からアース電極の放電部を２段設置し、後流側は平板とした下流側の電界形成部の印加電極には放電部を形成せず平板とした。すなわち、実施例２では、湿式電気集塵装置の入口側で正及び負のコロナ放電を発生させ、後流側では負のコロナ放電のみを発生させた。

「比較例」は、図４と同様の電界形成部を適用し、電界形成部の前に予備荷電部及び誘電体ミスト噴霧スプレーを設置した構成の湿式電気集塵装置を用いた場合である。比較例では、ガスが電界形成部に流入する前に、予備荷電でＳＯ_３ミストおよびダストを帯電させている。また、ガス中にミストより粒径の大きい液滴をスプレーしている。帯電したＳＯ_３ミストやダストは、クーロン力により誘電分極した液滴に引き付けられて、液滴内に吸収される。大きな液滴は、湿式電気集塵機の下流側に設けられる誘電体捕集手段（デミスタ等）で捕集される。
各実施例及び比較例で電極面積は一定とした。

図６は、実施例１及び比較例について湿式電気集塵装置の入口側及び出口側のＳＯ_３ミスト濃度の相関を示したグラフの一例である。同図において、横軸は入口側のＳＯ_３ミスト濃度、縦軸は出口側のＳＯ_３ミスト濃度である。ＳＯ_３ミスト濃度はサンプリングして濃度測定を行った結果である。図６は、入口ガス温度１４０℃でのデータ例である。

図６に示すように、入口側のＳＯ_３ミスト濃度が１０ｐｐｍ以下では、実施例１及び比較例の出口側ＳＯ_３ミスト濃度がほぼ同じである。一方、入口側ＳＯ_３ミスト濃度が１０ｐｐｍを超えると、濃度が増大するに従い実施例１のグラフと比較例のグラフとが乖離する。
図６から、上記入口側ＳＯ_３ミスト濃度範囲では実施例１と比較例とのＳＯ_３ミストの除去性能がほぼ同じであると言える。

図７は、実施例１及び実施例２について、移動速度Ｗ_ｋ’の実測値と推定値との相関を表すグラフである。同図において、横軸は移動速度Ｗ_ｋ’の推定値、縦軸は移動速度Ｗ_ｋ’の実測値である。推定値は式（３）から算出した値である。実測値は、ＳＯ_３ミスト濃度をサンプリングによって測定し、その結果からＷ_ｋ’値を算出した。グラフは入口側ＳＯ_３ミスト濃度が１０ｐｐｍ以下の場合である。図では、推定値に対する実測値の標準偏差が０％の線及び標準偏差が所定値σとなる線が示してある。

図７によると、実施例１と実施例２とは、移動速度の実測値と推定値とがほぼ同傾向のばらつきとなっている。この結果から、実施例１と実施例２とは電極構造が異なっているが、同程度の捕集性能を有すると言える。

以上のように、湿式電気集塵装置に流入するＳＯ_３ミストの濃度が１０ｐｐｍ以下と低い場合には、ミストの予備荷電や誘電体の噴霧を行わなくても捕集性能を向上させることができる。実施例の湿式電気集塵装置では、従来型と同等のＳＯ_３ミスト除去性能を有しながらも予備荷電部や誘電体を噴霧するスプレーが不要となるので、装置のコストダウンを図ることができる。

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態に係る湿式電気集塵装置の概略図である。湿式電気集塵装置６０は、電界形成部６１ａ，６１ｂと、予備荷電部６４と、誘電体スプレー部６５と、制御部６８とを備える。

予備荷電部６４は、電界形成部６１ａ，６１ｂの上流側で湿式電気集塵装置６０の入口に設置される。予備荷電部６４は、内部に電極部を備える。電極部は、例えば支持体により支持された複数の突起状の放電極と、平板状の接地極と備える構造とされる。この場合、放電極の先端と接地極とが対向し、支持体と接地極とが略平行になるように配置される。支持体に高圧電源が接続され、放電極でコロナ放電を発生させる。支持体と接地極との間をガスが流通し、コロナ放電により排ガス中のＳＯ_３ミスト及びダストが正または負に帯電される。

予備荷電部６４の下流に、排ガス中に誘電体（水）を噴霧する誘電体スプレー部６５が設置される。誘電体スプレー部６５は、１つまたは複数のノズル６６と、誘電体をノズル６６に送給するポンプ６７とで構成される。誘電体スプレー部６５から噴霧される誘電体（水）の液滴は、６００μｍ程度である。

電界形成部６１ａ，６１ｂは、第１実施形態と同様の構成とされる。図８では２つの電界形成部を設けているが、要求性能に応じて１つまたは３つ以上の電界形成部を設けても良い。

第１実施形態と同様に、電界形成部６１ａ，６１ｂのアース電極及び印加電極のそれぞれの上方に、洗浄スプレー６３が設置されても良い。この場合、アース電極及び印加電極の各々の上方にスプレーノズルが設置されると良い。洗浄スプレー６３は不図示のタンクに接続される。
電界形成部６１ａの上方に、洗浄水を回収するチムニートレイ６２が設置される。

制御部６８は、予備荷電部６４及び誘電体スプレー部６５に接続される。制御部６８は、電界形成部６１に流入する排ガス中のＳＯ_３ミスト濃度の情報を取得できるようになっている。ＳＯ_３ミスト濃度の情報は、ボイラで燃焼される燃料中の硫黄含有量から算出された数値、あるいは、ＳＯ_３ミスト濃度の実測値とされる。燃料中の硫黄含有量は、上述のＪＩＳ規格に記載の方法により分析される。

本実施形態においては、電界形成部６１ａの上流側にＳＯ_３ミスト濃度を取得する濃度取得部が設置されても良い。濃度取得部は、制御部６８に接続される。
濃度取得部は、予備荷電部６４より上流側に設置されることが好ましく、例えば湿式電気集塵装置６０の入口や、湿式脱硫装置と湿式電気集塵装置との間の流通路に設置される。濃度取得部は、湿式電気集塵装置入口や上記流通路からガスをサンプリングし、ＳＯ_３ミスト濃度を光の透過率により計測することが可能である機器とされる。あるいは、濃度取得部は、予備荷電部６４での放電電流を計測する機器と制御部６８とで構成され、計測された放電電流の値を制御部６８が閾値と比較することにより、ＳＯ_３ミスト濃度を推定しても良い。

図８では、排ガスが湿式電気集塵装置６０の下方から上昇するように流通する構成とされているが、湿式電気集塵装置の上方から下降する構成とされても良いし、略水平方向に排ガスが流通するように電界形成部が配列される構成とされても良い。

第２実施形態の湿式電気集塵装置を用いて除塵する方法を以下で説明する。
電界形成部６１ａ，６１ｂでは、アース電極と印加電極との間に直流電界が形成されている。また、アース電極及び印加電極の放電極から、負または正のコロナ放電が発生されている。

制御部６８は、ＪＩＳ Ｍ８８１２またはＪＩＳ Ｍ８８１３に記載の方法により分析された燃料の硫黄含有量を取得する。制御部６８は、燃料の硫黄含有量と湿式脱硫装置の性能とから、湿式電気集塵装置６０に流入する排ガス中のＳＯ_３ミスト濃度を推定する。

あるいは、濃度取得部がＳＯ_３ミスト濃度を計測する場合、湿式電気集塵装置６０に流入する排ガス中のＳＯ_３ミスト濃度を上述の機器が計測し、制御部６８は、濃度取得部からＳＯ_３ミスト濃度の情報を取得する。
制御部６８は、取得したＳＯ_３ミスト濃度と、予め入力されているＳＯ_３ミスト濃度の閾値とを比較する。ここでの閾値は、電界形成部６１ａ，６１ｂでのＳＯ_３ミスト捕集効率や電界形成部６１ａ，６１ｂの電極構造を考慮して決定された値とされる。具体的に、１０ｐｐｍと設定される。

濃度取得部が放電電流を計測する場合、予備荷電部６４での放電電流を上述の機器が計測し、制御部６８は放電電流の情報を取得する。制御部６８にはＳＯ_３ミスト濃度の閾値と放電電流の閾値との相関関係が予め格納されている。制御部６８は、計測された放電電流の値とＳＯ_３ミスト濃度と相関づけられた放電電流の閾値とを比較する。

取得したＳＯ_３ミスト濃度が閾値以下である場合に、制御部６８は予備荷電部６４及び誘電体スプレー部６５を停止させる。これにより、排ガス中のＳＯ_３ミスト及びダストは予備荷電部６４を通過しても帯電されていない状態で電界形成部６１ａ，６１ｂに流入する。また、排ガス中には、系外から供給された誘電体（水ミスト）が含まれていない。

電界形成部６１ａ，６１ｂに流入した帯電されていないＳＯ_３ミスト及びダストは、第１実施形態と同様の工程で、電界形成部６１ａ，６１ｂのアース電極及び印加電極に付着して捕集される。

取得したＳＯ_３ミスト濃度が閾値を超えた場合、制御部６８は予備荷電部６４を作動させる。予備荷電部６４は、放電極からコロナ放電を発生させる。予備荷電部６４内の電極間を通過したガス中に含まれるＳＯ_３ミスト及びダストは、このコロナ放電により正または負に帯電される。帯電されたＳＯ_３ミスト及びダストは、ガスによって電界形成部６１に搬送させる。

制御部６８は、誘電体スプレー部６５を作動させる。誘電体スプレー部６５は、ポンプ６７により誘電体をノズル６６に送給し、ノズル６６から６００μｍ程度の粒径の水ミストをガス中に噴霧する。噴霧された水ミストは、ＳＯ_３ミスト及びダストとともに排ガスによって電界形成部６１ａ，６１ｂに搬送される。

電界形成部６１ａ，６１ｂに搬送された水ミストは、逆極性のコロナ放電によって正または負に交互に帯電するとともに、電界形成部に印加された電界により誘電分極する。帯電及び誘電分極した水ミストは、直流電界の影響を受けて蛇行しながらアース電極や印加電極に接近しながら進行する。その間に、帯電した一部のＳＯ_３ミストやダストは、クーロン力により近傍に存在する水ミストに捕集される。なお、大きな液滴は、湿式電気集塵装置の下流側に設けられる誘電体捕集装置（デミスタ等）で捕集される。

また、一部のＳＯ_３ミスト及びダストは、コロナ放電により逆極性に交互に帯電する。これにより、蛇行しながら電極に接近するように進行する。アース電極や印加電極に接近したＳＯ_３ミストやダストは、電極に付着して捕集される。

洗浄スプレー６３を設置する場合は、スプレーノズルから間欠的に洗浄水をアース電極及び印加電極の各々に散布する。電極に付着したＳＯ_３ミスト及びダストは洗浄水中に取り込まれ、チムニートレイ６２又で回収されるか、湿式電気集塵装置の下部に落下する。

第２実施形態のようにＳＯ_３ミスト濃度に基づいて予備荷電部及び誘電体スプレー部の作動を制御すれば、ＳＯ_３ミスト濃度が変動した場合でも除去性能を略一定に保つことができる。また、ＳＯ_３ミストが低濃度の場合には予備荷電部及び誘電体スプレー部を作動させないので、低コストでの運転が可能となる。

１ 排ガス処理装置
２ ボイラ
３ 脱硝装置
４ エアヒータ
５ 乾式電気集塵装置
６ 湿式脱硫装置
７ ＣＯ_２回収装置
８ 煙突
１０，６０ 湿式電気集塵装置
１１ａ，１１ｂ，４１，６１ａ，６１ｂ 電界形成部
１２，６２ チムニートレイ
１３，６３ 洗浄スプレー
１４，２４，４４ アース電極
１５，２５，４５ 印加電極
１６，２６，４６ 高圧電源
１７，２７，４７ 放電部
１８，２８，４８ 放電極
１９ スプレーノズル
３０，５０ 放電枠
３１ａ，３１ｂ，５１ａ，５１ａ 平板部
６４ 予備荷電部
６５ 誘電体スプレー部
６６ ノズル
６７ ポンプ
６８ 制御部

Claims (8)

1. ガス中に含まれる１０ｐｐｍ以下と低濃度のＳＯ_３ミスト及びダストを除去する湿式電気集塵装置であって、
   前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを含む前記ガスの流通方向に沿って対向して配置され、直流電界を形成する第１の電極及び第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極の対向面に、前記ガスの流通方向に沿って所定の間隔で配列されて形成された複数の放電部と、を備える電界形成部を有し、
   前記ガスの流通方向に直交する方向に、前記第１の電極の前記放電部と前記第２の電極の前記放電部とが互いに逆極性のコロナ放電を交互に発生させ、
   前記ガスが前記電界形成部に到達する前に、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを予備荷電せずに、かつ、前記ガス中に誘電体を散布しないで、前記電界形成部に前記ガスを導き、
   前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストに交互に逆極性の電荷を付与するとともに前記ガスが前記第１の電極と前記第２の電極との間を通過する際に、前記第１の電極及び前記第２の電極が前記コロナ放電により帯電された前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを捕集する湿式電気集塵装置。
2. 前記電界形成部の上流側に設けられ、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを帯電させる予備荷電部と、
   前記電界形成部の上流側に設けられ、前記ガス中に誘電体を散布する誘電体スプレー部と、
   前記ガス中に含まれるＳＯ_３ミストの濃度が１０ｐｐｍを超える場合に、前記予備荷電部及び前記誘電体スプレー部を作動させ、前記ガス中に含まれる前記ＳＯ_３ミストの濃度が１０ｐｐｍ以下の場合に、前記予備荷電部及び前記誘電体スプレー部を停止させる制御部と、を有する請求項１に記載の湿式電気集塵装置。
3. 前記電界形成部の上流側に、前記ガス中の前記ＳＯ_３ミストの濃度を取得する濃度取得部を有する請求項２に記載の湿式電気集塵装置。
4. 前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストが付着した前記第１の電極及び前記第２の電極の表面を洗浄する洗浄部を更に有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の湿式電気集塵装置。
5. ガス中に含まれる１０ｐｐｍ以下と低濃度のＳＯ_３ミスト及びダストを除去する除塵方法であって、
   対向する第１の電極と第２の電極との間に直流電界を形成する電界形成工程と、
   前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストの予備荷電を行わずに、かつ、前記ガスに誘電体を散布せずに、帯電されていない前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを含む前記ガスを、前記直流電界が形成された前記第１の電極と第２の電極との間に導く第１のガス導入工程と、
   前記直流電界中に、前記第１の電極と前記第２の電極とで互いに逆極性のコロナ放電を交互に発生させて、前記ガスが前記第１の電極と前記第２の電極との間を通過する際に、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストに、前記コロナ放電により逆極性の電荷を交互に付与する第１の帯電工程と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極が、帯電された前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを捕集する第１の捕集工程と、を含む除塵方法。
6. 前記ガス中のＳＯ_３ミストの濃度が所定値以下である場合に、前記第１のガス導入工程、前記第１の帯電工程、及び、前記第１の捕集工程を含む第１の除塵工程を実施し、
   前記ガス中の前記ＳＯ_３ミストの濃度が所定値よりも大きい場合に第２の除塵工程を実施し、
   前記第２の除塵工程は、
   前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを予め帯電させる予備荷電工程と、
   前記ガス中に誘電体を噴霧する噴霧工程と、
   帯電された前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストと、前記誘電体とを、前記直流電界が形成された前記第１の電極と前記第２の電極との間に導く第２のガス導入工程と、
   前記直流電界中に逆極性の前記コロナ放電を交互に発生させて、前記ガスが前記第１の電極と前記第２の電極との間を通過する際に、前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストに逆極性の電荷を交互に付与し、前記誘電体に逆極性の電荷を交互に付与するとともに誘電分極させる第２の帯電工程と、
   前記誘電体に前記ＳＯ_３ミスト及び前記ダストを付着させる付着工程と、
   前記電極が、前記ＳＯ_３ミスト、前記ダスト、及び、前記誘電体を捕集する第２の捕集工程と、を含む請求項５に記載の除塵方法。
7. 前記ガス中の前記ＳＯ_３ミストの濃度を取得する濃度取得工程を更に含み、
   該濃度取得工程で取得された前記ＳＯ_３ミストの濃度に基づいて、前記第１の除塵工程及び前記第２の除塵工程のいずれかを実施する請求項６に記載の除塵方法。
8. 前記電極に付着した前記ＳＯ_３ミスト、前記ダストを洗浄して除去する洗浄工程を更に含む請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の除塵方法。

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