JPH06500046A - 固体粒子及び（あるいは）液体粒子及び（あるいは）汚染ガスをガス流から分離する方法及び装置 - 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】 固体粒子及び（あるいは）液体粒子及び（あるいは）汚染ガスをガス流から分離 する方法及び装置本発明は、ガス流中に取り入れられて気相に微細に分布する洗 浄液の導入により、固体粒子及び（あるいは）液体粒子及び（あるいは）汚染ガ スをガス流から分離する方法、ならびにこの方法を実施するための装置に関する ものである。

大きな技術上の問題は、０．５μｍより小さな粒子サイズの微細な塵を分離する 場合に生じる。この大きさの塵粒子は、さまざまな技術過程で生じる。しかも、 はとんど粉砕過程によってではなく、むしろ凝縮、凝結を介して及び（あるいは ）昇華によって気相から構成される。

通例の方法で塵を除去した後に排気ガス中に残る焼結物（Ｓｉｎｔｅｒｓｔａｕ ｂ）を化学的に解析すると、その焼結物は非常に高い度合でアルカリ塩から構成 されることができ、このアルカリ塩は焼結過程に気相から形成されることが示さ れる。塩エーロゾルの大部分は非常に微細な塵となり、その際、空気力学的な直 径が０．２μｍより小さい粒子が塵の大部分を占める。

粒子の大きさが減少すると慣性力は過剰比例関係（ｔｉｂｅｒｐｒｏｐｏｒｔｉ ｏｎａｌ）に減少し、拡散力が尚十分に効力をもたないために、分離可能な最小 限度の粒子サイズが０．１から０．３μｍの範囲にあることが、文献により公知 である。

連続運転中に空気分散の濃度、量、及び物理化学的性質にかなりの差が生じると きにも、より大きな問題が生じる。

通例の乾燥フィルターと並んで、特に微細な塵並びに液体状及び気体状の汚染物 質を分離するための湿式除塵装置が示されている。

湿式浄化器の機能は、空気分散の洗浄の際に汚染物質を液相に結び付けることを 本質とする。ここで液相中へ汚染物質が移動する原因は、慣性力及び拡散力、並 びにあるいは電気力である。

ＤＥ−０５３７１４７４９及びＤＥ−ＰＳ２７４６９７５に述べられている通例 の方法では、塵と水蒸気の滴を接触させるためにバイブが使われる。このバイブ は、　。

原料ガスの流速を高めるために、例えばベンチュリ区間のように横断面が収縮し た部分を有する。このバイブの収縮部で、あるいはその直後で、浄化液を加える 。その際、ガス流の圧力が変化して激しい旋回がおこることによって、ガスと水 滴との間に密接に完全な混合が起こる。

圧力の降下が大きいことは不都合であり、そのためにエネルギー消費痴増える。

また、接触時間（＜０．４秒）が極端に短いことも不都合であり、これによって 、比分離度が負の影響を受ける。

ＵＳ−ＰＳ４０６７７０３は、湿式除塵装置を開示しており、その湿式除塵装置 では、洗浄域ないしスプレー域が、だいたいにおいて一つの管状ダクトからなり 、該ダクトの直径及び長さは、固体物質粒子と洗浄水滴との接触のために、形成 される管渦並びに比較的長い滞留時間が調整されるように設計される。洗浄水は 、ノズルによって塵を取り除かれるべきガス流中に非常に微細に分布される。塵 を含んだ洗浄水は、遠心送風機のまわりに構成され、泥水の排水のために沈降バ イブを有する分離器中で分離される。

このノズルは、ガス流中に配置されており、その際、円錐状のスプレー装置がバ イブの内室を完全に満たすように、ノズルと送風機との間に最小限の間隔がおか れなければならない。例として、ＵＳ−ＰＳ４０６７７０３はノズルと送風機の 距離とバイブの直径の比を５対１としている。その際、２要素ノズル（圧搾空気 ／水）を挿入すると、滴の大きさは５μｍと１００μｍの間にすることができ、 その際、大部分は１０μｍと３０μｍの間にある。

スプレー域は、低圧送風機に接続する。低圧送風機は、塵とガスの混合物を運ぶ だけでなく、塵粒子が固着する接触室を２要素ノズルの領域を越えて広げる。同 時に、この送風機は、水滴の凝結を助ける。水に結合した塵は、送風機の中で、 沈降バイブを通って吸い上げ管によって泥水槽へ排水される。

この湿式除塵装置について測定された分離曲線（ＵＳ−ＰＳ４０６７７０３第６ 図参照）は、粒子サイズがほぼ０．４μｍの場合に、最小値をもつ。このことは 、一方で慣性効果に対しては小さすぎ、他方で拡散効果に対しては大きすぎる塵 粒子が存在することを示している。

それゆえに、この除塵装置は次に示す欠点を有する。

純水によってのみ作業が可能であり、従って高い排水料（Ａｂｗａｓｓｅｒｆｒ ａｃｈｔ）を多く生じる、ガス流量が制限されている、 材料の堅固さが、腐食ないし侵食によって高負荷に負ける、 ガス流量ないし塵流量の融通性がわずかである、圧力降下が大きい。

ＤＥ−ＡＳ２５２０９５７は、焼結排気ガスの浄化の方法を記述している。その 際、送風機からくる排気ガスのうちのわずかな濃度のガス状あるいは蒸気状の汚 染物質をともなう第一の部分流は、焼結機の最初の部分及び最後の部分で集合し 、最初の静電気的なガス浄化装置内でかなりの塵を除かれる。汚染物質を多く含 む第二の部分流は、その間に位置する送風機から離れ、二番目の静電気的なガス 浄化装置内で塵を除かれる。それから、ガス洗浄器内で汚染ガスないし汚染蒸気 が除かれ、それから排気口を介して大気中に放出される。

しかしながら、この組み合わせは次の欠点をもつ。

公知な装置による発明者の試験によって示されたように、分別分離度曲線は、粒 子直径が０．２μｍの場合に明らかな最小値を有する。

多くの汚染物質を含んだ二つの異なる排気ガス流から分離された収集物、派生物 、及び浄化物によって、機械的な装置に多大の過剰消耗が生じる。

本発明は、１ｐｍ以下の粒子サイズの極端に微細な粒子をガス流から分離するこ とを課題とする。その際、観察可能な粒子サイズ領域より小さい０．０１μｍで は分別分離度がない、あるいは無視でき、る程度のわアかな最小値だけを有する 。

さらに、本発明は、エネルギー消費によって最善の分離度を柔軟に制御すること を課題とする。

前記課題は、本発明により、ガス流横断面全体にわたる平面に分布している数箇 所からガス流中に洗浄液を導入し、かつ各々の位置で噴霧ガス及び洗浄液を別々 に供給することによって解決される。それによって、ガス流全体にわたって規則 的に相応の量の洗浄液が取り入れられる。

噴霧ガスの量ないし洗浄液の量が、汚染物質の粒子サイズ分布に依存して調整さ れうることが好都合である。

すなわち噴霧ガスと洗浄液との割合によって、洗浄液粒子の大きさ及び洗浄液粒 子の数が粒子サイズ分布によって与えられる必要条件に対応して調整されうる。

その他、洗浄液を導入するためのいくつかの平面が順々に配置されており、それ によって、分離のさらに厳密な制御が達成される。

その際、分離機構は次のように働く。

汚染物質及び飽和したガス流が、第一のノズル面の領域に達すると、そこで、微 細粒子が水の膜に覆われる。

この現象は、熱伝導（Ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｓｅ）　（ノズル領域でガス流を さらに冷却し、それによって飽和させる）によって、慣性分離（大きな粒子が水 滴で跳ね返って、跳ね返りの力で液相中にはいる）によって、または激しい拡散 によって生じる。第二のノズル面を取付けることによって、第一の処理域を通り 抜けた塊状の粒子が特に慣性効果によって二次浄化される。ガス流が洗浄域に滞 留する時間が必要な長さに達するように、洗浄中のガスの流速を最大毎秒５ｍに 維持することができる。それに加えて、洗浄域での圧力低下が非常にわずかな大 きさに維持される。ガス流に含まれるエーロゾルを最初に増大させるために、洗 浄すべきガス流が洗浄液を受け入れる前に液体によって飽和される。さらに、液 体による飽和と洗浄との間でガス流を電離させることができる。それによって、 存在する粒子の電荷によって、わずかなエネルギーを消費するだけで洗浄液を受 け入れることができる。洗浄液とともに受け入れる水の負担をできるかぎり小さ くするために、洗浄液が循環させられる。その際、洗浄液に含まれる固形塵は、 循環中に沈殿する。ガス流は洗浄の前に液体で飽和される。その際、ガス流の飽 和温度はほば４０−７０℃になる。

本発明に係る方法の実施のために有効な装置では、２要素ノズルを備え付けられ たガス洗浄器が設けられており、本発明により、２要素ノズルが洗浄器横断面全 体に渡ってガス流の方向に対して特に垂直に位置する平面に分布して配置されて いる。そのために、洗浄液粒子のすでに述べた規則的な分布がガス流の横断面全 体にわたって得られる。

好都合には、ガス洗浄器に公知な冷却装置が付は加えられ、それによって、一方 でガス流の飽和温度が４０−７０℃に調整され、また他方でガス流の完全な湿度 飽和が得られる。電離の際のクーロン力を導入するために、冷却装置とガス洗浄 器との間にはさんで電離ステージが取付けられている。この電離ステージには、 数個のスプレー電極及び反対の電極としての数個の沈殿電極が備えられている。

さらに、ガス洗浄器内には、２要素ノズルの分布する第一の平面の次に２要素ノ ズルの分布する別の平面が配置されている。ガス流とノズル噴出流との間の速度 差によって、従ってそれと関連する圧力差によって、ノズル流の領域の外に逆流 （衝撃保持）が生じる。

この逆流が高度の乱流を引き起こす。そのために、二つの隣接したノズルの間な いしノズルとパイプ内壁との間のいわゆる死角流を突き抜けて流れるガス流の各 々の部分は、その際ノズル流に組み込まれることなく迂回させられ、またさらに ノズル領域を突き抜けなければならない。これは、さらに汚染物質ないしエーロ ゾルの大きくなった集塊が得られる第二のノズル面の方向にガス流がノズル流の 中核地帯を通って達するまでは、最初の直流路においてノズルによって捕えられ ないガス流が大部分二番目の循環路に導かれる。この第二のノズル面においては 、必要な場合にはノズル噴出速度がより小さくされる。それによって、より大き な直径を持つ洗浄液滴が生じ、その時、慣性効果によって特に良い二次浄化が第 一のノズル域の後でおこなわれる。分離のために有効なノズル面の領域は、つね に洗浄器幾何学及びガス流速度に従ってガス流の流れ方向にノズル面からほぼ１ ．５ｍまで延びている。それぞれの面におけるノズルの間隔は定まっていない。

その際、このノズルのそれぞれあるいはノズルのそれぞれの組が一方で噴霧ガス を、他方で循環液体を別々に供給されている。その結果、それぞれに与えられた ガス浄化条件への適応可能性が可能な限り大きくなる。ノズルを通る液体流量を 増やすことによって噴霧ガスの必要量が減少し、それによって、滴の大きさ及び 数の変化が得られる。そのために、粒子分布、塵負荷（Ｓｔａｕｂｂｅｌａｄｕ ｎｇ）に依存して、分離度を噴霧ガス量ないしノズルの液量によって相応しく制 御できる。

そのうえ、各々のノズル面に数個のノズルランスが配置されており、そのノズル ランスに一つあるいは数個の２要素ノズルが配置されている。さらに、２要素ノ ズルのおのおのないしそれぞれのノズルランスが噴霧ガス及び洗浄液のための供 給導管と別々に結合されている。

本発明に係る装置によって、ガス流の任意の大きさの体積が一秒ごとに浄化され る。その際、唯一の制限される要素は、装置を供給される空間だけであり、この ことは特に現在ある装置の次の装置の準備の場合に意味をもつ。当然、二つより 多くの平行なノズル面をもつ構造も可能である。その際、それぞれの個々の場合 にどのような構造を適用するかは、浄化されるべきガス流の性質及び経済性に依 存する。

図面には、本発明の実施例が示されている。

第１図は、本発明に係る装置の概略図を示す。

第２図から第４図は、噴霧ガスの洗浄液に対する割合の影響を示すグラフである 。

第１図に図示されたガス洗浄器に、原料ガス導管１を介して場合によっては浄化 前の粗い原料ガスが引き込まれる。その原料ガスは、冷却装置２に流れ込む。冷 却装置２には、液体噴霧器３が備えられており、液体噴霧器３によって原料ガス が４０−７０℃の飽和温度にされ、原料ガスが液体によって飽和される。液体中 にすでに含まれる粗い塵は、滴分離器４において分離され、粗塵流出口５を介し て排出される。それから原料ガスは、スプレー電極７による沈殿電極８に対する 電圧に支配される電離ステージ６に達する。この電離ステージ内は、３０から１ ｏＯｋＶの間の高電圧に支配されている。沈殿電極は、ここではパイプとして示 されているが、同様に蜂の巣状の形態あるいは板状形態を有することが可能であ る。この電離ステージは、特殊なエネルギー需要をほぼ３０％削減することを可 能にする。この電離処理の後に、原料ガスは本来のガス洗浄器９に達する。ガス 洗浄器９は主として円筒形の部材として形成されており、原料ガスがガス洗浄器 ９を垂直方向に上から下へ貫流する。ガス洗浄器９内には、第一の平面に２要素 ノズルが配置されており、その２要素ノズルへは導管１２を介してポンプ１４か ら洗浄液が供給され、また導管１３を介して噴霧媒体が供給される。スプレーノ ズル１０は、スプレーノズル１１をもつ別の平面の上方に配置されており、スプ レーノズル１１への供給に関してはノズル１０と並行して行なわれる。従って、 純水が導管１２を介して、噴霧媒体が導管１３を介して引き込まれる。導入につ いては、第１図に全体の概略だけが示されている。むしろ、正確な構成ではおの おのの個々のノズルないしおのおのの個々のノズル面あるいは面内のノズル群に 分岐した導管１２ないし分岐した導管１３を介した供給が可能である。しかも、 おのおののノズルが固有の水導管及び固有のガス導管を有する。図示しない方法 で、これらのノズル１０ないし１１はノズルランスに配置されており、その際、 ノズルランスごとに一つあるいは数個の２要素ノズルが配置される。ガス洗浄器 を通過した後、浄化されたガスは浄化ガス導出管１５を介して搬出され、別の滴 分離器１６を貫流する。滴分離器で分離される微細な粒子を含んだ液体粒子は、 導管１７を介して沈殿槽に流れ込む。沈殿槽には分離壁２１が設けられており、 この分離壁２１によって、汚染した水から沈殿できる粒子が取り除かれる。分離 壁２１を通って流れ出るきれいな液体は、ポンプ１４の導管１９を介して導管１ ２に還流する。

沈殿槽１８の底に蓄積する汚泥は、汚泥排出管２０を介して排出される。この沈 殿槽には、場合によっては滴分離器４から排出される粗い塵を含んだ液体も流れ 込み、それによって洗浄液の別の循環が生じる。装置から排出され、また場合に よっては事後の再生に委ねられなければならない廃水の量を少なくできることが 、この液体循環処理の利点である。沈殿室を通して水を流すことにより、ノズル の摩滅も最小限に抑制される。

浄化ガスから除去される塵の成分は、連続的に液体循環ポンプ１４の回転数ない し湿式浄化器のノズル圧によって制御される。原料ガスの塵測定装置を取付けて いる場合、カスケードコントローラーで処理する“’Ｆｅｅｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ ”信号によって、制御循環が速くなる。

第２図から第４図には、すでに述べたように浄化液と噴霧ガス供給との間の比に 依存する分離曲線が図示されている。

曲線に表された実験の場合についての実行パラメータは、以下の通りである。

塵供給：　２０００　ｍｇ／Ｎｍ’ｔｒまで冷却前の排気ガス温度：１２０℃ 冷却後の排気ガス温度＝５５℃ Ｌ／Ｇ　＝　１１／Ｎｍ’ 圧搾空気：　絶対気圧５バ一ル ゾル濃度：　７から２５ｇ／Ｉ塩化物 排気ガス量：　１５００ＯＮｍ’／ｈｆ特殊なエネルギー需要：　４．５ｋＷ／ １００　ＯＮｍ”ｆ　（を離なし） 特殊ナエネルギー需要：　３．ＯｋＷ／１００　ＯＮｍ’ｆ　（を離あり） 第３図及び第４図から明らかなように、ノズルでの噴霧ガス量の減少、従って循 環液体量の増大が、微細塵の分離性能を低下させる。

体系の利点： 分別分離過程−０，１から０．４μｍの固体粒子及び液体粒子の９０％を捕捉、 液体循環およびそれに伴う廃水運搬の最小化の機能、ノズル供給の変化によるさ まざまな分離度調整、わずかな圧力低下（圧力差＜　７０　ｍｍＷＳ）、腐食性 物質の場合、腐食しない物質による構造が可能である、 例えばＨＣＬ　ＨＦ、ＳＯ２等のようなガス状物質を同時に分離できる、 汚染物質の性質及び汚染物質の分布にかかわらず高い汚染物質の分離度。

フロントページの続き （７２）発明者　アウアー、ヴエルナーオーストリア共和国　アー４０４０　リ ンツタイストラーグートシュトラーセ　５デー（７２）発明者　ゲベルト、ウオ ルターオーストリア共和国　アー４５０２　ザンクトマリエンネルケンベーク　 ３６ （７２）発明者　パーツエルマイヤー、フランツオーストリア共和国　アー４８ ００　アットナングー　パッハハイム　ヴアルトシュトラーセ　４８／３２ （７２）発明者　フルシュッス、ハラルドオーストリア共和国　アー４４８１　 アシュテン　ブッヒエンシュトラーセ　２０ （７２）発明者　ラプティス、ゾティリオスオーストリア共和国　アー４０４０ 　リンツルピネンガング　２６

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．ガス流中に取り入れられて気相に微細に分布する洗浄液の挿入により、固体 粒子及び（あるいは）液体粒子及び（あるいは）汚染ガスをガス流から分離する 方法において、ガス流横断面全体にわたる平面に分布する数箇所からガス流中に 洗浄液が導入され、また各々の位置から噴霧ガス及び洗浄液が別々に供給される ことを特徴とする方法。
2. ２．噴霧ガスの量、または洗浄液の量が、汚染物質の粒子サイズ分布に依存して 調節されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．洗浄液の導入を行なういくつかの平面が順々に配置されていることを特徴と する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
4. ４．洗浄中のガスの流速が最大毎秒５ｍに維持されることを特徴とする特許請求 の範囲第１項から第３項のいずれか一つに記載の方法。
5. ５．浄化されるべきガス流が、洗浄液を取り込む前に液体によって飽和されるこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか一つに記載の方法。
6. ６．液体による飽和と洗浄との間に、ガス流が電離されることを特徴とする特許 請求の範囲第１項から第５項のいずれか一つに記載の方法。
7. ７．洗浄液が循環し、その際洗浄液に含まれる微細物質が循環中に沈殿させられ ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか一つに記載の方 法。
8. ８．飽和温度が４０℃から７０℃であることを特徴とする特許請求の範囲第５項 に記載の方法。
9. ９．特許請求の範囲第１項から第８項のいずれか一つに記載の方法を実施するた めの装置にして、２要素ノズルを備え付けられたガス洗浄器を備える装置におい て、とくにガス流の方向に垂直に位置し、洗浄器（９）の横断面全体にわたる平 面に２要素ノズル（１０）が分布していることを特徴とする装置。
10. １０．ガス洗浄器（９）に公知な冷却装置（２）が重ねて配置されていることを 特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の装置。
11. １１．冷却装置（２）とガス洗浄器（９）との間に挟まれて電離ステージ（６） が配置されており、この電離ステージ（６）内に数個のスプレー電極（７）及び 反対の電極としての数個の沈殿電極（８）が設けられていることを特徴とする特 許請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. １２．ガス洗浄器（９）内に、２要素ノズル（１０）のための第一の平面に次い で２要素ノズル（１１）のための別の平面が配置されていることを特徴とする特 許請求の範囲第９項から第１１項のいずれか一つに記載の装置。
13. １３．各々のノズル平面に数個のノズルランスが配置されており、それらのノズ ルランスに一つあるいは数個の２要素ノズル（１０ないし１１）が配置されてい ることを特徴とする特許請求の範囲第９項から第１２項のいずれか一つに記載の 装置。
14. １４．２要素ノズル（１０ないし１１）のそれぞれ、またはそれぞれのノズルラ ンスが、噴霧ガス及び洗浄液のための供給導管（１２ないし１３）と別々に結合 されていることを特徴とする特許請求の範囲第９項から第１３項のいずれか一つ に記載の装置。