JP2647743B2 - 排気ガス処理装置および排気ガス処理設備 - Google Patents
排気ガス処理装置および排気ガス処理設備Info
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Description
質とが混存する排気ガスを処理する排気ガス処理装置お
よび排気ガス処理設備に関する。
する大気汚染物質の他に、粉塵などの固体状態で存在す
る物質が混在している。
来から遠心力方式を採用するサイクロンや、濾過方式を
採用するバグフィルタなどが知られている。
だけを分離収集するもので、気体状態の大気汚染物質ま
では、除去することができず、そのほとんどが大気中に
放出されている。
には、大気汚染物質を吸収する水溶液を利用する化学的
設備が別途必要である。この化学的設備は、気体の大気
汚染物質と水溶液とが反応する反応槽の他に、水溶液を
設備内で循環させる装置、新たに水溶液を供給する装
置、水溶液を処理する装置などが備えられている。
で存在する大気汚染物質が混存する排気ガスを処理する
ためには、従来、サイクロンなどの集塵器と化学設備と
を組み合わせた装置が、一般的に用いられている。
は、化学設備が非常に大型化する上に、水溶液に対する
腐食性も考慮する必要があるので、装置の製造コストが
嵩むと共に、水溶液の供給および処理を行わなければな
らないので、ランニングコストが嵩むという問題点があ
る。
程で大量の排気ガスが発生してしまう業界では、化学設
備を用いずとも、気体状態の大気汚染物質を除去できる
ものが非常に望まれている。
業界では、このような排気ガス処理装置は大きく、かつ
高価すぎるので、公害問題が取り沙汰されている昨今に
おいても、取付けていないのが現状である。
なされたもので、化学設備を必要とせず、製造コストお
よびランニングコストの嵩まない排気ガス処理装置、排
気ガス処理設備および排気ガス処理方法を提供すること
を目的とする。
ガスを吸い込むガス吸込口を形成し、前記円錐状筒の内
周面に沿って圧縮気体を噴出する噴出ノズルを、前記ガ
ス吸込口近傍に設け、前記円錐状筒の下部に排出口を形
成したことを特徴とするものである。
該円錐状内筒の上部内周面に沿って圧縮気体を噴出する
噴出ノズルと、該円錐状内筒の少なくとも上部を覆う外
円筒とを有し、前記外円筒には、排気ガスを吸い込むガ
ス吸込口が形成され、前記円錐状内筒の上部と前記外円
筒との間には、該外円筒内に流入した前記排気ガスを、
該円錐状内筒内に導く間隙が形成され、前記円錐状内筒
の下部に排出口が形成されていることを特徴とする排気
ガス処理装置を提供する。
記排気ガス処理装置と、前記噴出ノズルに圧縮気体を供
給する圧縮気体発生源とを備えていることを特徴とする
ものである。
源に対して、直列または/および並列に複数設けてもよ
い。
下流側にサイクロン集塵器を設けてもよい。
気ガスを流入させると共に、該円錐状筒内に排気ガスの
渦流を形成する圧縮空気を噴出させ、前記円筒状筒内を
特定の温度まで低下させて前記排気ガスを処理すること
を特徴とするものである。
詳細なメカニズムの一部は現在明確に表明することはで
きないが、以上のように、排気ガス中の気体および微粉
状固体の汚染物質を、化学設備を設けずとも比較的簡易
な設備で除去できるものを見出した。
噴出し、この圧縮気体で内筒内部に渦流を形成して遠心
作用により、固体の汚染物質を除去すると共に、圧縮気
体の供給による内筒内の圧力上昇および圧縮気体の断熱
膨張等による内筒内の温度低下により、気体の汚染物質
を液化させて、これを固体の汚染物質に吸着させて除去
しようというものである。
前述した作用効果を創出することができる原理を、便宜
上、窒素酸化物を例として説明する。
問題とされているのは窒素酸化物であり、その中でも二
酸化窒素NO2は、近年、光化学的“スモッグ”現象を誘
発するものとして、また、特異な悪臭を放つものとし
て、特に問題となっている気体である。
過程や、硝酸等を製造する化学工程において発生する。
窒素化物の中で、一酸化窒素NOは前述した化石燃料の燃
焼時に酸素と窒素が直接反応して生成され、二酸化窒素
NO2は一酸化窒素が再び酸化反応を起こして生成される
ものである。このNO2は、冷却されると、二分子結合反
応を起こし、無色の液状四酸化窒素(N2O4)に変化す
る。その反応式は、 2NO2⇔N2O4+Q ……(1) となる。この反応は、可逆反応であり発熱反応で、温度
が低下すると、平衡反応式(1)は右側に進行して、大
気圧で17℃では、NO2存在比は“0"になり全量が液状の
四酸化窒素N2O4に変化する。
(1)は右側に進行する。したって、たとえ温度が17℃
より高くても、圧力を高くすることで、NO2存在比を
“0"にすることは可能である。
東支部で発刊された“公害分析指針”の大気篇に記述さ
れている。
中に、微粉状の粒子が存在すると、微量のN2O4でも、微
粉状の粒子に吸着してしまい除去される。
て説明する。
口から外円筒内に流入し、さらに外円筒と円錐状内筒と
の間の間隙から円筒内に流入すると、排気ガスは、噴出
ノズルから噴出する圧縮気体により、激流渦流を形成す
る。円錐状内筒内は、圧縮気体の流入により、圧力が上
昇すると共に、圧縮気体の断熱膨張等で温度が低下す
る。
下により、前述したように液体に変化する。液体に成っ
た大気汚染物質は、これが激流渦流の中で微粉状固体の
汚染物質と衝突して、これに吸着する。この微粉状固体
は、遠心力の作用により、除去される。したがって、気
体の汚染物質は、微粉状固体に吸着されたかたちで、微
粉状固体と共に、排気ガスから除去され、排出口から排
出される。
るためには、噴射ノズルの数量、その配置状態、圧縮気
体の噴出角度、円錐状内筒の形状、排気ガスが円筒状内
筒内に流入するための間隙の形状、その大きさ、および
排気ガスの流量等を、適切な値等に設計しなければなら
ず、これらが適切でないときには、前述した作用効果を
十分に発揮することはできない。なお、発明者は、長い
間の反復試験結果、これらの値等の相関関係を見出すこ
とができた。
動車タイヤ等の産業廃棄物焼却の結果、本発明に係る排
気ガス処理装置は、脱臭機能も持っていることが分かっ
た。
体の大気汚染物質の除去に基因するものと、微粉状固体
中に含まれている未燃炭素成分の脱臭作用によるもので
あることが分かっている。ただし、この未燃炭素成分に
よる脱臭作用は、その環境等が通常の炭素による脱臭の
環境等と異なっているために、大きく相違している。
常に大きく、かつ脱臭環境が高圧であることに起因して
いる。
るために、未燃炭素と臭いの分子との接触率が高まり、
脱臭反応が急速に行われるということである。
サイクロンよりも高めることができる。すなわち、排気
ガスが円錐状筒内に入ると、その温度低下ために、排気
ガス中の水蒸気が液化し水分が形成される。また、圧縮
空気の生成段階においても水分が形成される。このた
め、これらの水分に微粉状固体が吸着するため、かなり
粒径の小さいものまで捕集できるようになる。
り、第1図は排気ガス処理設備の要部断面図、第2図は
排気ガス処理装置の横断面図、第3図は排気ガス処理装
置の縦断面図、第4図は排気ガス処理設備の系統図、第
5図は排気ガス処理設備の斜視図、第6図および第7図
は第2の実施例を示しており、第6図は排気ガス処理設
備の系統図、第7図は排気ガス処理測定結果を示す説明
図である。
いて説明する。
き説明する。
を発生するボイラー1に接続され排気ガスを冷却する冷
却器2と、排気ガスをサイクロン等に送風する送風ファ
ン3,11と、送風ファン3から送られてくる排気ガス中の
微粉状固体を除去するサイクロン4a,4b、上流側のサイ
クロン等で除去できない微粉状固体を除去する第1補助
サイクロン5a,5b、第2補助サイクロン7a,7b、第3補助
サイクロン8a,8b、第4補助サイクロン9、第5補助サ
イクロン10、第6補助サイクロン13、第7補助サイクロ
ン14と、送風ファン11から送られてくる排気ガス中の微
粉状固体を除去するマルチサイクロン12と、排気ガス中
の気体および微粉状固体の汚染物質を除去する排気ガス
処理装置15a,15bと、排気ガス処理装置15a,15bに圧縮空
気を供給するコンプレッサ21と、サイクロンから排出さ
れる微粉状固体を目的の箇所へ搬送する圧送スクリュー
17とを有して構成されている。
下方に向かうにつれて縮径となる円錐状内筒27と、円錐
状内筒27を覆う外内筒28と、円錐状内筒27の上部内周面
に沿って圧縮空気を噴出する3個の噴出ノズル30a,30b,
30cと、圧力計24と、開閉バルブ25とを有している。
出口27aが形成されている。また、外円筒28の下部に
は、サイクロン4a,4bからの排出ガスを吸い込むための
ガス吸込口28aが形成されている。ガス吸込口28aは、連
通管29を介して、サイクロン4a,4bと接続されている。
小さい円筒状のシュラウド28が固設されている。シュラ
ウド28の下端周縁は、第3図に示すように、円錐状内筒
27の上端周縁と同一レベルに位置しており、シュラウド
28の下端周縁と円錐状内筒27の上端周縁とで、外円筒28
内に流入した排気ガスを円錐状内筒27内に導く間隙29a
が形成されている。
排気ガス流速を“ν29"とすると、連通管29での排気ガ
ス流量V1は、 V1=A29×ν29 ……(1) と表すことができる。
内筒27の上端内径を“d2"とすると、間隙29aの面積は、
π(d2 2−d1 2)/4=π(δ2+d1δ)(∵d2−d1=2
δ)と表すことができるので、間隙29aでの排気ガス流
速を“νδ”とすると、間隙29aでの排気ガス流量V
2は、 V2=π(δ2d1δ)×νδ ……(2) と表すことができる。
排気ガス流量V2との体積は、互いに等しくなるべきなの
で、(1),(2)式より、V1=V2 A29×ν29=π(δ2d1δ)×νδ ……(3) と表すことができる。
1からの排気ガス流量で決定することができるが、変数
である、シュラウド26の下端外径d1と間隙29aでの排気
ガス流速νδとは、排気ガス中の気体汚染物質を液化す
るための温度や圧力、また微粉状固体の量など、多くの
要因を考慮して決定しなければならないので、標準的な
値を示すことはできない。したがって、最終的に、間隙
29aの寸法δを決定するには、各種の試験を行って決め
る必要がある。
に、シュラウド26の円周上に等間隔に配されており、各
噴出ノズル30a,30b,30cの噴出方向は、円錐状内筒27の
内周の接線方向に向けられている。また、各噴出ノズル
30a,30b,30cの噴出角は、第2図中、点線で示されてい
る最外噴出空気が、隣接する噴出ノズルに、ほぼ達する
よう設定されている。
ine"のダクト断面積は、冷却器2から送風ファン3まで
の間の“A−Line"のダクト断面積をXとすると、“3X/
4−X/2"程度に設定されている。これは、“B−Line"で
の流速を上げて、サイクロン4a,4b内での排気ガス流量
を確保するために行ったもので、試験を行って決定した
ものである。
イクロン5a,5bと圧送スクリュー17との間には、第1補
助サイクロン5a,5b内の排気ガスが圧送スクリュー17へ
吹き抜けるのを防ぐために、ロータリーバルブ16a,16b
が設けられている。
び“A−Line"に戻すための“C1−Line"が接続されてい
る。“C1−Line"中には第2補助サイクロン7a,7bが設け
られ、その下流に圧送スクリュー17と接続されている第
3補助サイクロン8a,8bが設けられている。
排出される微粉状固体および排気を第4補助サイクロン
9に導くための連通管22が接続されている。第4補助サ
イクロン9の下流には、圧送スクリュー17と接続されて
いる第5補助サイクロン10が設けられている。
ン5a,5bと第2補助サイクロン7a,7bと第3補助サイクロ
ン8a,8bと圧送スクリュー17と排気ガス処理装置15a,15b
と第4補助サイクロン9と第5補助サイクロン10とコン
プレッサ21とは、これらで1系列を構成し、本実施例で
は、これが2系列、ボイラー1に対して並列に設けられ
ている。これは、排気ガスの処理能力を向上させるため
に行ったもので、排気ガス量が多くなれば、さらに系列
を増加さる必要がある。なお、本実施例では、送風ファ
ン3と圧送スクリュー17と第4補助サイクロン9と第5
補助サイクロン10とコンプレッサ21は、各系列の共通装
置となっている。
内の残存排気ガスを供給するための“E−Line"が接続
されている。“E−Line"の下流には、送風ファン11と
マルチサイクロン12が設けられている。
サイクロン13に導くための“F−Line"が接続されてい
る。また、マルチサイクロン12の上部には、浄化された
排気ガスを放出するベント管12aが設けられている。第
6補助サイクロン13の下流には第7補助サイクロン14が
設けられている。
から、“A−Line"、送風ファン3、“B−Line"を経由
して、サイクロン4a,bに送られる。
塵されて、排気ガスの一部と共に下方の第1補助サイク
ロン5a,5bに送られる。第1補助サイクロン5a,5b、第2
補助サイクロン7a,7b、第3補助サイクロン8a,8bでは、
送られてきた排気ガスからさらに微粉状固体が集塵され
て、圧送スクリュー17に送られる。
内では集塵されず、連通管29を介して、排気ガスと共に
排気ガス処理装置15a,15bの外円筒28内に送られる。
ら噴出される圧縮空気により、間隙29aを通って円錐状
内筒27内に引き込まれる。圧縮空気の圧力および流量
は、円錐状内筒27内の温度と円錐状内筒27の大きさ等を
考慮して調整されている。この調整は、排気ガス中の気
体の汚染物質を円錐状内筒27内で液化させるための温度
を確保するためと、円錐状内筒27内で形成される渦流を
排出口27aでほぼ終わらせて、振動を防ぐために行われ
る。圧縮空気の圧力は、本実施例では、4.5〜7.0kg/cm2
程度に調整されている。
力まで上昇すると共に、特定の温度まで低下する。この
温度低下は、圧縮空気の断熱膨張効果によるものと、サ
イクロン固有の効果によって生じている。
ス中の気体汚染物質は液化して、排気ガス中の微粉状固
体に吸着される。微粉状固体は、圧縮空気により旋回し
つつ下降して行く段階で、遠心力を受けて、排気ガスか
ら分離される。
温度低下ために、排気ガス中の水蒸気が液化し水分が形
成される。また、圧縮空気の生成段階においても水分が
形成される。このため、これらの水分に微粉状固体が吸
着するため、かなり粒径の小さいものまで捕集できるよ
うになり、微粉状固体の捕集効率も高めることができ
る。
補助サイクロン10に導かれ、気体汚染物質を吸着した微
粉状固体は、残存排気ガスから分離されて、圧送スクリ
ュー17に排出される。
排気ガス中の気体および微粉状固体の汚染物質を除去す
ることができ、ランニングコストおよび製造コストを削
減することができる。
気体汚染物質の除去処理の他に、微粉状固体を利用した
脱臭処理も行われる。
炭素が含まれており、この未燃炭素が脱臭を行う。排気
ガス処理装置15a,15b内での脱臭は、雰囲気が高圧であ
り、かつ未燃炭素が約1μ以下微粒子であるために、脱
臭反応が急速に行われる。
存排気ガスは、第4補助サイクロン9から“D−Line"
“E−Line"を経由して、送風ファン11に至り、マルチ
サイクロン12内に吹き込まれる。
粉状固体はロータリーバルブ16cを介して、圧送スクリ
ュー17に送られ、浄化された排気ガスはベント管12aか
ら排気される。
の補助サイクロン5a,7a,…を設けたが、これらの数量
は、排気ガスの発生量およびその汚染度に応じて決定す
るもので、本発明を限定するものではない。
7図に基づき説明する。
理装置15a,15bの上部、すなわち、開閉バルブ25の先か
ら予備配管を設け、この予備配管の先に、粉塵除去フィ
ルタ器60を設け、ここからの排気を再び排気ガス処理装
置15aに戻すようにしたものである。ここでは、排気ガ
ス処理装置15a,15b内に供給された排気ガスの一部を粉
塵除去フィルタ器60に導くため、および粉塵除去フィル
タ器60からの排気を再び排気ガス処理装置15aに強制的
に戻すためにブロワー61,62を設けている。なお、本実
施例において、その他の構成は第1の実施例と同様であ
る。このように、本実施例において、粉塵除去フィルタ
器60を設けたのは、一般的に、ボイラー1から発生する
排気ガス量が不安定であるため、排気ガス処理装置15a,
15bで排気ガスを処理仕切れないときには、排気ガス処
理装置15a,15bの開閉バルブ25を開けて、その分を粉塵
除去フィルタ器60で処理するためである。
同じなので、その作用効果も上記の点以外は第1の実施
例とほぼ同様である。
やした際の排気ガス処理効果に関して、各種測定を行な
ったので、これについて第7図を用いて説明する。
g/m3Nであったものが、装置出口では0.02g/m3Nになっ
た。このように、ばいじん除去効果が大きいのは、前述
したように、排気ガス処理装置15a,15bや各種サイクロ
ン5a,5b,7a,…による遠心分離による除去のほかに、排
気ガス中の蒸気の液化による捕集が非常に効果的に作用
しているためであると考えられる。
であったものが、装置出口では15vol ppmとなった。窒
素酸化物については、装置入口で37vol ppmであったも
のが、装置出口では15vol ppmとなった。この他、塩化
水素、硫化水素、硫化メチル等に関しても、除去効果が
見られた。なお、装置出口における、ばいじん、硫黄酸
化物、窒素酸化物、塩化水素の濃度に関しては、環境基
準以内である。
g、T−Hg(各種水銀化合物も含めた水銀の含有量)が
0.024mg/kg、Pbが3080mg/kg、Cdが14.9mg/kg、T−Cr
(各種クロム化合物も含めたクロムの含有量)が53.0mg
/kg、SiO2が1.08%、CNが21.1mg/kg、PCBが0.0005mg/kg
未満、O−P(有機リン)が0.05mg/kg未満、Cが36
%、水分が49.1%であった。
状固体、つまり、ばいじんを効率良く除去できると共
に、各種大気汚染物質も除去することができる。
の実施例では、排気ガス発生源としてボイラーを例示し
たが、本発明は、これに限定されるものではなく、排気
ガスを発生するものであれば、例えば、船舶や車両等の
ディーゼルエンジン、化学プラントの反応器、ゴミ焼却
炉などに適用してもよい。
Claims (6)
- 【請求項1】下方に向かうにつれて縮径されている円錐
状内筒と、該円錐状内筒の上部内周面に沿い且つ該円錐
状内筒の母線に対して所定角度有する方向に圧縮気体を
噴出する噴出ノズルと、該円錐状内筒の少なくとも上部
を覆う外円筒とを有し、 前記外円筒の下部に、排気ガスを吸い込むガス吸込口が
形成され、 前記円錐状内筒の上部と前記外円筒との間には、該外円
筒内に流入した前記排気ガスを、該円錐状内筒内に導く
間隙が形成され、 前記円錐状内筒の下部に排出口が形成されていることを
特徴とする排気ガス処理装置。 - 【請求項2】前記噴射ノズルが奇数個設けられているこ
とを特徴とする請求項1記載の排気ガス処理装置。 - 【請求項3】排気ガス発生源に前記ガス吸引口が接続さ
れている請求項1又は2記載の排気ガス処理装置と、 前記噴出ノズルに圧縮気体を供給する圧縮気体発生源と
を備えていることを特徴とする排出ガス処理設備。 - 【請求項4】前記排気ガス処理装置が、前記排気ガス発
生源に対して、直列または/および並列に複数設けられ
ていることを特徴とする請求項3記載の排気ガス処理設
備。 - 【請求項5】前記排気ガス処理装置の上流側または/お
よび下流側にサイクロン集塵器が設けられていることを
特徴とする請求項3又は4記載の排気ガス処理設備。 - 【請求項6】前記排気ガスが前記排気ガス処理装置に流
入する前に、該排気ガスを冷却するガス冷却器を備えて
いることを特徴とする請求項3、4又は5記載の排気ガ
ス処理設備。
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