JPH0326351A

JPH0326351A - 静電凝集装置

Info

Publication number: JPH0326351A
Application number: JP1156682A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nagata; 真之永田; Kazutaka Tomimatsu; 一隆富松; Hideyuki Maejima; 秀行前島; Masato Iwasaki; 岩崎　誠人; Hiroyuki Katayama; 博幸片山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1991-02-04
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JP2659805B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、重油専焼ボイラ（以下、重専ボイラという）
の排ガス処理用の排煙脱硫装置のばいじん等のダストの
除じん効率向上用として適用される静電凝集装置に関す
る。

〔従来の技術〕

重専ボイラ・プラントにおいて、その排ガス中に含まれ
るばいじん，ＮＯＸ．ＳＯＸ等の大気への放出量を規制
値内におさめるために、脱硝装置，乾式電気集じん装置
．バグフィルタ，排煙脱硫装置，湿式電気集じん装置等
あるいはその一部を組み合せた排煙処理設備が設置され
る。上記の装置のうち、何を組み合せるかは、使用する
燃料である重油の性状，ボイラの運用方法、およびそれ
らに起因して変化するボイラ出口におけるばいじん，Ｎ
Ｏｘ　，ＳＯｘの排出量によって異なる。

重専ボイラ用の排煙処理設備としてどのような装置を組
み合せるかは、各プラントに固有の事情に応じて異るが
、一般産業用の重専ボイラで、ごく通常の性状の重油を
燃料として使用する場合には、次の様な理由から、排煙
脱硫装置のみを設置する場合が多い。こ・の場合の排煙
処理設備の全体系統図の１例を第６図に示す。

《１》　　脱硝装置は一般に高価な設備となる為、ボイ
ラの燃焼条件の調整（例えば燃焼時の０２を絞ること等
）によってＮＯｘの低減を図り、この方法によって規制
値以下のＮＯｘ濃度が達成できることが多い。この場合
には、特に脱硝装置を設置する必要がない。

（２）　　ＳＯｘ濃度を規制値以下に維持させるため一
般に湿式排煙脱硫装置を設置する場合が多いが、排煙脱
硫装置自体にばいじんの捕集・除じん機能が兼ね備えら
れており、例えばボイラ出口のばいじん濃度が２５０■
／Ｉ′１１′Ｎ程度以下であれば、排煙脱硫装置出口で
のばいじん濃度を５０■／ｎｉ’Ｎ程度にまで低下させ
ることが可能である。そのため排煙脱硫装置のみで十分
規制値以下のＳＯＸ及びばいじん濃度が達成できること
が多い。従ってこの場合には、煙突からの可視煙の排出
さえ問題にしなければ、特にばいじん捕集装置として乾
式ならびに湿式の電気集じん装置やバグフィルタを設置
する必要がない。

しかしながら、排煙処理設備として排煙脱硫装置のみを
設置しているプラントにおいて、排出ＮＯｘ濃度を規制
値以下に維持するためには、通常時にも増してボイラ燃
焼時の０２量を絞る等の燃焼調整が必要となる。しかし
、ボイラ燃焼時の０２量を絞ると一般に発生ばいじん量
が増加し、しかもその増加するばいじんは、いわゆる「
気相析出型」と呼ばれる粒径の非常に小さいサブミクロ
ン（１μ以下）のカーボン・スートが多い。こうしたサ
ブミクロン粒子は、排煙脱硫装置では比較的捕集されに
くいこと及び、発生ばいじんの絶対量が増加することの
ために排煙脱硫装置出口でのばいじん濃度を規制値以下
とすることが極めて困難となる場合がある。こうした事
態に対する対策としては、従来下記の方法が採用されて
いる。

（１）脱硝装置を設置（追置）する。

（２）乾式または湿式電気集じん装置やバグフィルタ等
のばいじん捕集装置を設置（追設）する。

上記（１）　（２）の対策は、いずれも非常に高価であ
り、例えば常時、通常の良い品質の重油を使用し、燃料
事情等によってやむを得ないときのみ一時的に低品質な
重油を使用する様な重専ボイラプラントでは、上記（１
）　（２）の方法を採った場合、良い品質の重油を使用
している時（常時）においては過剰設備となってしまう
。また、既設プラントにおいて、これまで良質な重油を
使用してきたが、燃料事情等によって低品質な重油に燃
料転換が必要とされ５る場合に、上記（１）　（２）の方法を採りたくても、
既設プラントへの装置追設のスペース不足等により、不
可能な場合もある。

燃料重油品質の低下による発生ばいじんの増加量は、条
件によっても異るが、ボイラ出口でのばいじん濃度が３
５０■／ｒｒｌ’Ｎ程度にｊ曽加することが多いので、
排煙脱硫装置出口でばいじん濃度が８　０　＋ｎｇ　／
　ｒｎ’　Ｎ　〜１　０　０　ｍｇ　／　ｒｒ？　Ｎ程
度になる場合が多い。従って上記（１）　（２）の様な
高コストな対策を採ることなく、コンパクトかつ安価な
装置により、排煙脱硫装置でのばいじんの除じん効率を
高め、８０〜１００■／ｒｒ？Ｎの排煙脱硫装置出口ぽ
いじん量を規制値（５０■／ｒｒ？Ｎが採用されること
が多い）以下に減少させることが強く望まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

排煙脱硫装置におけるばいじん等ダストの捕集効率は、
一般に粒径が大きいほど高く、粒径の小さいもの、例え
ば１μ以下のサブミクロン粒子に対しては捕集効率が低
いことが知られている。

従って、前述のように主としてサブミクロンの６粒径の粒子が増加したことによりばいじん量の絶対値が
増加した状態に対して排煙脱硫装置のばいじん捕集効率
を向上させるためには、排煙脱硫装置の上流側で、ばい
じんを凝集・粗大化して、排煙脱硫装置に流入するばい
じんの粒径を大きくするという手段が非常に有効である
。

ばいじん等のダストを効果的に凝集・粗大化させる方法
の１つとして、静電凝集法がある。静電凝集法はさらに
次の２種類に大別される。

（１）ばいじん粒子が高電界かつコロナ電流の場を通過
する際に、電荷を帯び、かつ粒子表面上の電荷が分極さ
れ、粒子同志がクーロン力により吸引しあって凝集する
（いわゆる空間凝集と呼ばれる）方法。

（２）電荷を帯びたばいじん粒子が、高電界場から受け
るクーロン力により、放電極に対向するアース側電極上
に移動し、同電極上において複数の粒子が互いの静電力
に加えて物理的もしくは化学的に凝集する（いわゆる電
極凝集と呼ばれる）方法。

こうした静電凝集効果を利用して、ばいじん等のダスト
を凝集・粗大化させようという試みは従来にもいくつか
見られるが次の様な問題点を有していた。

（１）空間凝集効果を最大限に利用するため、凝集空間
におけるばいじん等のダストの滞留時間をなるべく長く
とり、凝集空間におけるガス流速を低速に設定すると、
いわゆる「電気集じん装置」と同様の原理により、アー
ス側電極をいわゆる「集じん電極」としてダストが付着
・堆積し、そのまま放置すると荷電障害等の原因となり
、有効な静電凝集効果が得られない。

（２）　　（１）項記載の理由から、凝集空間における
ばいじん等のダストの滞留時間を長くとるということは
、凝集空間の大型化を意味するので、凝集装置そのもの
が大きなものとなり、コンパクト化、コストダウンの主
旨に反する。

（３）　　（１）項に記載の様に、電極上にダストが堆
積する場合、これを除去する手段、例えば槌打装置や水
洗装置等が必要とされるが、このような新たな付加装置
が必要とされるのみならず、凝集装置本体の耐震性・防
食性等も考慮した材質向上の必要もあるので、全体とし
て非常に大きなコストアップになる。

（４）凝集させる粒子の種類，状態，雰囲気，温度によ
り粘着性や水分や油分の含有率が高いため、やはりアー
ス側電極への付着・堆積が著しくなり、（１）及び（３
）項の問題点がさらに激しいものとなる。

本発明は、上記（１）〜（４）の問題点を解決したコン
バクトでかつ安価な静電凝集装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る静電凝集装置は、（１）放電極（１）と凝集板（２）からなる荷電部を有
する静電凝集装置（１２）において、前記放電極（１）
は細線ワイヤあるいは複数のとげ状の突起ないしシャー
プエッジ状の棒状の高電流型放電極とし、前記放電極（１）と凝集板（２）を電気的に絶縁すると
ともに、放電極（１）の表面と凝集板９（２）の表面の最短間隔を８０ｃｍ以下のナロウスペー
シングとし、放電極（１）と凝集板（２）の間には高電
界で高コロナ放電電流の凝集空間を実現させる高圧電源
（１８）を接続し、排煙脱硫装置の冷却塔（１３）の上
流側の入口煙道（９）内のガス温度が１００℃以上、ガ
ス流速が１０ｍ／ｓ以上の領域に組込み、前記凝集空間
において生ずる空間凝集および前記凝集板状において生
ずる電極凝集の相乗効果により、重専ボイラから排出さ
れるばい塵等のダストの凝集粗大化を行なうことを特徴
とする。

（２）前記（１）記載の静電凝集装置において、重専ボ
イラから排出されるばいじんの低電気抵抗率と、ガス温
度が１００℃以上の高温であることと、ガス流速が１０
ｍ／ｓ以上の高速流であることにより、放電極および凝
集板上へのばいじん等の付着を防止し、定常的な電極の
槌打および洗浄するための装置のいずれかを省略するこ
とを特徴とする。

（３）すなわち、本発明装置は、放電極およびアース側
電極（すなわち凝集板）へのダスト付着を１０防止するため、ガス流速１０ｍ／ｓ（すなわち、通常の
排煙脱硫装置の入口煙道内ガス流速）以上とし、電極へのダスト付着を防止するため、ガス温度は１００
℃（すなわち、通常の排煙脱硫装置の冷却塔より上流側
のガス温度）以上とする。また、適用プラントをばいじ
んの電気抵抗率の低い重専ボイラプラントに限定する。

そして、ガス流速が速いため、凝集空間内におけるダス
トの滞留時間が短いにもかかわらず、効果的な凝集効果
を得るために、凝集板上での平均コロナ電流密度が例え
ば５　ｍＡ／　ｒｒｔ以上、凝集空間の平均電界強度が
例えば５ｋＶ／ｃｍ以上といった大きな値に設定できる
様に、放電極と凝集板との間隔をナロウスベイシング（
８０■以下）とする。

〔作用〕

上述の手段により、次の作用が得られる。

（１）放電極と凝集板をナロウスペイシングにするため
、従来の静電凝集装置に比べ非常に高電界かつ高コロナ
電流の凝集空間が得られる。そのた１１め、ガス流速が速く、ダストの凝集空間内における滞留
時間が短いにもかかわらず、十分な空間凝集効果が得ら
れる。

（２）放電極と凝集板をナロウスペイシングにするため
、従来の静電凝集装置に比べて高コロナ電流が得られ、
コロナ電流の約１７２乗に比例して増大するイオン風に
よる主ガス流に直交する二次流れを大きくできる。その
ため、ダストの凝集板への移動速度が増大し、またダス
トの凝集板への衝突確率が増大し、従来より高い電極凝
集効果が得られる。

（３）　　ガス流速が高速で、凝集板上のダストが後流
へ流され易く、ガス温度が高い為、ダストの粒着性も低
く、また対象とするダストの電気抵抗率も低いため、凝
集板に到達したダストはただちに電荷を放出し、凝集板
へ電気的に付着しようとする力もほとんどない。従って
ダストが電極へ付着・堆積することがなく、電極上の付
着ダストの洗浄手段は不要となる。

１　２〔実施例〕本発明の実施例を第１図〜第４図に示す。第１図は、本
発明を適用した重専ボイラプラントの排煙処理設備の全
体系統図を示す。第２図は、本発明の静電凝集装置の構
成説明図、第３図は、同電極部の詳細説明図、第４図に
は、本発明による効果を示すグラフを示す。

第１図において、重専ボイラ１０からの排ガスは、空気
余熱器１１を経て排煙脱硫装置人口煙道９に導かれ、同
煙道内に組みこまれた静電凝集装置１２において、排ガ
ス中に含まれるばいじん等のダストを凝集・粗大化した
後、排煙脱硫装置の冷却塔１３及び吸収塔１４にてばい
じん等のダストが効果的に捕集された後、排ガスは煙突
１５から大気へ放出される。

静電凝集装置１２は、第２図に示すように、排煙脱硫装
置人口煙道９の一部に組み込まれており、本例の場合断
面が角状の本体ケーシング７の内部を凝集板２によって
断面が正方形状の小ダクトに流路分割されている。各小
ダクトの中心には、放１３？極１が設置され、放電極１は放電極取付金具４により
放電極支持梁３に固定され、複数の放電極を支持した放
電極支持梁３は、碍子室５内に設置された支持碍子６を
介して、本体ケーシング７及び凝集板２とは電気的に絶
縁された上で固定されている。放電極１、放電極取付金
具４、放電極支持梁３から或るいわゆる放電極系には、
高圧電源１８により高電圧が印加される。第３図に方電
極１と、凝集板２から成る凝集部の詳細を示す。本例の
放電極１は、丸棒の周囲９０’ごとに、鋭角のトゲ状突
起を有するフラットバーを４枚取り付けた構造であるが
、例えば本例のトゲ状突起の代りに、フラットバー全体
の端部がシャープ■エッジ状に加工されているものや、
細線ワイヤ等、大きなコロナ電流を流すことのできる、
いわゆる「高電流型」の放電極であれば、第３図以外の
形状でも可能である。放電極１の先端と凝集板２（すな
わち、アース電極としても機能する）の距離Ｄｏはナロ
ウスペイシングにされているが、これは、高コロナ放電
電流を得るために不可欠なことであ１　４り、高コロナ電流を得る為には、少くともＤｏを８０１
Ｉｌｍ以下のナロウスペイシングとする必要がある。本
静電凝集装置１２は、排煙脱硫装置入口煙道つとガス通
過断面積がほぼ等しいので、静電空間における主ガス流
速はほぼ煙道流速に等しく約１５１Ｉｌ／ｓという高速
である。従って主ガス中に含まれるばいじん等のダスト
の凝集空間内の滞留時間は、凝集空間長さが５０ｃｍの
場合で約０．０３秒と極めて短いが、前述の如く電極間
隔がナロウスペイシングにされ、８ｋＶ／ｃｍ程度の高
電界かっ１０ｖｎＡ／ｒｒｒ程度の高コロナ電流密度が
実現されているので、十分な空間凝集効果が達成される
とともに、この高コロナ電流密度に起因して、主ガスに
直交する方向のイオン風による大きな二次流れが生じる
。そして、ばいじん等のダストの凝集板２への移動速度
が増大し、ダストの凝集板への衝突確率が増大するため
、高い電極凝集効果も得られている。しかも、前述の様
に主ガス流速が約１５ｍ／ｓという高速であるために凝
集板上のダストは後流へ流され易く、ガス温度は１００
℃以上なのでダ１５ストの粘着性も低く、また重専ボイラの排ガス中のばい
じんの電気抵抗率が１０４Ω・印程度と非常に低抵抗で
あるので、凝集板に到達したダストはただちに電荷を放
出して凝集板へ付着しようとする電気的な力もほとんど
ないため、本実施例における放電極１および凝集板２へ
のダスト付着はまったく見られず、電極の自己クリーニ
ング機能が確認されている。従って経時的な荷電状況の
劣化もなく、長時間にわたり安定して、静電凝集装置と
しての機能を果たしている。

第４図は、本実施例における排煙脱硫装置の冷却塔の直
前でアンダーセン・スタック●サンプラにより測定した
流入ダストの粒径分布をいわゆるロジン●ラムラー線図
に表したもので、横軸がダストの粒子径、縦軸がダスト
の累積分布割合を示す。第４図中Ａで示した曲線は、本
実施例の静電凝集装置を荷電しない場合、すなわち静電
凝集が行われない場合のダスト粒径分布を示しており、
Ｂで示した曲線は、本実施例の静電凝集装置を荷電した
場合（　８　ｋＶ／　ｃｍ，　　１　０　ＩＩＩＡ／　
ｒｆ）すなわち静１６電凝集が行われている場合のダスト粒径分布を示してい
る。Ｂの曲線の方がＡの曲線より全体に右側に位置して
おり、静電凝集効果によりダストが凝集・粗大化され、
粒径が大きくなったことがわかる。特に、１μｎ以下の
サブクミロン粒子に注目すると、曲線Ａの場合２０％以
上がサブミクロン粒子であったのに対して、曲線Ｂの場
合のサブミクロン粒子は７％程度であるので、サブミク
ロン粒子を１＃以上の粒径に凝集・粗大化させることに
対して、本静電凝集装置が非常に有効であることを示し
ている。

第５図に、本発明の静電凝集装置による、重専ボイラ用
排煙脱硫装置の出口ダスト濃度の低減例を示す。縦軸は
出口ダスト濃度を示し、横軸は本発明の静電凝集装置の
比コロナ電力すなわち荷電圧とコロナ電流密度の積を示
す。

本発明の静電凝集装置を設置しない場合（すなわち無荷
電の場合）には、排煙脱硫装置入口ダスト濃度約３５０
■／　ｍ’　Ｎに対する出口ダスト濃度は約１００■／
　ｒｎ’　Ｎあったが、本発明装置を使用１７すると、比較的低品質の重油を燃料とし、０２を絞った
ボイラ燃焼を実施しているため、本発明の静電凝集装置
に高電圧を印加するに従い、排煙脱硫装置に流入するダ
ストの粒径が凝集・粗大化されて大きくなる。その結果
排煙脱硫装置におけるダストの捕集効率が増大し、出口
のダスト濃度が低減し、比コロナ電力４００Ｗ／ｒｒｒ
においてはダスト濃度を４０■／ｍ３Ｎ以下にすること
ができた。

すなわち、規制値５０■／ｒ１１′Ｎよりも十分に近い
値にできた。

〔発明の効果〕

本発明は、前述のように構或されているので、以下に記
載するような効果を奏する。

（１）重専ボイラプラントにおける排煙脱硫装置の入口
煙道内に組み込み、コンパク１・でかつ比較的安価に排
ガス中のばいじん等のダストを静電凝集・粗大化するこ
とが可能になったさ排煙脱硫装置におけるダストの捕集
・除去効率が向上する。

（２）低品質な重油を燃料として使用し、脱硝装置を設
けることなく発生ＮＯｘを抑えるべくボイ１８ラの燃焼調整を実施するためばいじん発生量が非常に多
い場合にも、乾式または湿式電気集じん装置やバグフィ
ルタ等のばいじん捕集用の専用装置を設置することなく
、主としてＳＯｘ対策用として設置する排煙脱硫装置の
みによって、ばいじん等ダストの排出濃度を規制値以下
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る排煙処理設備の全体系
統図、第２図は、本発明の静電凝集装置の構成説明図、
第３図は本茜明の静電凝集装置の電極部の詳細説明図、
第４図は排煙脱硫装置冷却塔入口におけるダストの粒径
分布図、第５図は排煙脱硫装置出口におけるばいじん濃
度と静電凝集装置の比コロナ電力の関係を示す図、第６
図は、従来の排煙処理設備の全体系統図の１例を示す図
である。１・・・放電極、２・・・凝集板（アース側電極）、３
・・・放電極支持梁、４・・・放電極取付金具、５・・
・碍子室、６・・・支持碍子、７・・・本体ケーシング
、１９８・・・点検用マンホール、９・・・排煙脱硫装置入口
煙道、１０・・・ボイラ、１１・・・空気余熱器、１２
・・・静電凝集装置、１３・・・排煙脱硫装置冷却塔、
１４・・・排煙脱硫装置吸収塔、１５・・・煙突、１６
・・・空気供給ライン、１７・・・燃料供給ライン、ａ
・・・主ガス流入方向、１８・・・高圧電源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放電極（１）と凝集板（２）からなる荷電部を有
する静電凝集装置（１２）において、前記放電極（１）
は細線ワイヤあるいは複数のとげ状の突起ないしシャー
プエッジ状の棒状の高電流型放電極とし、前記放電極（１）と凝集板（２）を電気的に絶縁すると
ともに、放電極（１）の表面と凝集板（２）の表面の最
短間隔を８０ｃｍ以下のナロウスペーシングとし、放電
極（１）と凝集板（２）の間には高電界で高コロナ放電
電流の凝集空間を実現させる高圧電源（１８）を接続し
、排煙脱硫装置の冷却塔（１３）の上流側の入口煙道（
９）内のガス温度が１００℃以上、ガス流速が１０ｍ／
ｓ以上の領域に組込み、前記凝集空間において生ずる空
間凝集および前記凝集板状において生ずる電極凝集の相
乗効果により、重専ボイラから排出されるばい塵等のダ
ストの凝集粗大化を行なうことを特徴とする静電凝集装
置。
（２）重専ボイラから排出されるばいじんの低電気抵抗
率と、ガス温度が１００℃以上の高温であることと、ガ
ス流速が１０ｍ／ｓ以上の高速流であることにより、放
電極および凝集板上へのばいじん等の付着を防止し、定
常的な電極の槌打および洗浄するための装置のいずれか
を省略することを特徴とする請求項（１）記載の静電凝
集装置。