(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦筒状の上部胴筒から逆円錐形状の下部胴筒を有するサイクロン塔に対し、前記上部胴筒の気流導入口から内周壁に沿って含塵気流を吹込んで旋回させながら粉塵をサイクロン塔下方に沈降させると共に、サイクロン塔中心部に上部側から作用させた弱い負圧により気流を排気するサイクロン式集塵装置において、
前記気流導入口よりも一定高だけ高い位置から、前記旋回気流と同じ法線方向の運動を粉塵に与える水平面内での曲率をもつ曲管部分を備えた気流導入管を通し、更に水平管を通して含塵気流をサイクロン塔に吹き込むようにしており、
前記水平管は、管内を水平方向に仕切る少なくとも１枚の仕切板と、鉛直方向に仕切る少なくとも１枚の仕切板とにより、気流流れ方向に直角な面内で二次元的に仕切られた整流管部分を含むことを特徴とするサイクロン式集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばＩＧＣＣ発電設備（ガス化複合発電サイクル）におけるガス生成設備あるいは焼却炉等において好適に用いられるサイクロン式の集塵装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
サイクロン方式の集塵装置は、一般に上側の直筒部と下側の円錐形筒部の組み合わせからなるサイクロン塔の上壁近傍において円周状の周内壁に沿って接線方向に含塵気流（含塵ガス）を吹込み、気流の旋回流を起こさせることによって密度の大きい粉塵を遠心力で壁面近傍に沿って旋回させ、他方、サイクロン塔の中心部に上方から弱い吸気を作用させることでガスを排気して気流中の粉塵を分離する方式の装置であり、構造が簡単でまた安価に設備できるものであるため、集塵装置として従来から広く普及している。
【０００３】
ところで、火力発電所におけるＩＧＣＣや焼却炉では排気されるガス量は多量であるため集塵性の高いものが望まれるが、サイクロン式の装置を利用する場合には、集塵性能に関して集塵（捕集）ロスが相当量に及ぶことが問題点として指摘されている。
【０００４】
すなわち、サイクロン装置では、サイクロン塔に吹込まれた気流中の粉塵には気流吹込みによって生ずる旋回と上部側への吸気とにより半径方向（水平方向）の速度成分が作用すると共に、自重による沈降方向（鉛直方向）の速度成分が作用するが、鉛直方向よりも径方向の速度成分の方が大きく作用して粉塵がサイクロン塔の中心側に流れる傾向が部分的に現れ、その結果として、サイクロン塔上部から吸気される排気ガスと共に外部に排出されてしまい、集塵能力が高く得られないという問題がある。
【０００５】
この問題を解決する提案として、サイクロン塔本体の構造を改良する提案（特開昭６２−２９４４５６号公報等）と、サイクロン塔に吹込む気流中の粉塵の分布状態に注目した特開平６−３２００５５号公報、特開平１０−３４０２２号公報の提案があるが、前者の案内羽根等を設けるなどのサイクロン塔本体内の構造を改良する方式のものは旋回流の乱れを招き易く、集塵（捕集）効率は高く得られず、また装置構造が複雑になるので清掃に難点がある。
【０００６】
一方、サイクロン塔に吹込む含塵気流内の粉塵濃度の分布を制御する上記後者の方式のものは、サイクロン塔本体に複雑な構造を付加しない点で有利であるものの、それぞれ以下のような問題点がある。例えば、特開平６−３２００５５号公報で提案されるものは、サイクロン塔本体に設けた一定面積の気流導入口の下方領域に粉塵を集中させるように、下向き曲率を有する曲管型の気流導入管を該気流導入口に接続したものであり、これによりサイクロン塔上壁近傍では壁面の影響を受けて粉塵に対する遠心力作用が大きく得られないので粉塵が中心側に流れ易くなる、という問題を解消しようとするものである。
【０００７】
しかしこの方式のものは、気流に含まれる粉塵を気流導入口の下側領域に集中させるものであるため、サイクロン塔の高さを有効に利用できずに旋回回数が減少し、特に遠心力の作用を受け難い傾向の大きい微粒子（一般的には粒径５μｍ以下程度）の集塵（捕集）効率が高く得られないという問題がある。また、気流導入口の下側領域に粉塵をより集中させるために気流導入管の曲率を大きくすると、２次流れが発生してサイクロン塔の気流導入口近傍での気流の流れに乱れを招き易くなってこれも集塵効率を低下させる原因となる。
【０００８】
また特開平１０−３４０２２号公報提案のものは、水平面内でサイクロン塔と同様の曲率を有する気流導入管を利用して、気流に含まれる粉塵をサイクロン塔の中心からできるだけ遠い位置（サイクロン塔内周壁近傍）に偏在させるようにしたものである。また２次流れの問題を、途中に設けた整流管により改善することも提案している。
【０００９】
しかし、この方式の装置では、吹込まれる粉塵はサイクロン塔の内周壁近傍に偏在されるものの、サイクロン塔の上壁近傍で吹込まれた粉塵のうちの比較的小さい微粒子では、遠心力の作用も重力の影響も小さいため、サイクロン塔の中心側に流れ易く、集塵（捕集）効率の改善には限度がある。また、直管形の整流管を設けることで２次流れによる気流の乱れを抑制することはできても、微粒であるために気流の流れに乗り易い微粒子は整流域で壁面から離れて、遠心力の作用が小さい領域に移行し、結果として捕集され難い結果を招く原因となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の種々のサイクロン式集塵装置の問題点を総合的に検討し、従来のものよりも高い効率で集塵（捕集）を行うことができる新規な集塵装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、上記特許請求の範囲の各請求項に記載したサイクロン式の集塵装置により達成される。
【００１２】
本願発明のサイクロン式集塵装置は、縦筒状の上部胴筒から逆円錐形状の下部胴筒を有するサイクロン塔に対し、上記上部胴筒の気流導入口から内周壁に沿って水平方向に含塵気流を吹込んで旋回させながら粉塵をサイクロン塔下方に沈降させると共に、サイクロン塔中心部に上部側から作用させた弱い負圧により気流を排気するサイクロン式集塵装置において、上記気流導入口よりも一定高だけ高い位置から、上記旋回気流と同じ法線方向の運動を粉塵に与える水平面内での曲率をもつ曲管部分を備えた気流導入管を通し、更に水平管を通して、含塵気流をサイクロン塔に吹き込むようにしており、上記水平管は、管内を水平方向に仕切る少なくとも１枚の仕切板と、鉛直方向に仕切る少なくとも１枚の仕切板とにより、気流流れ方向に直角な面内で二次元的に仕切られた整流管部分を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明が適用されるサイクロン塔としては、代表的には、直筒状の上部側胴筒と逆円錐台形状の下部側胴筒が上下に連続する構成のものを例示することができるが、特に限定されるものではなく、従来から知られている種々の構造のものを採用することができる。上記逆円錐台形状の下部側胴筒の下端は、通常は、集塵した粉塵を貯溜する貯槽に開口される。
【００１４】
サイクロン塔の中心部に弱い吸気を作用させる構成は、一般的には、サイクロン塔上壁（天井）の中心部から、下方に一定長垂下させた上下貫通型の吸気管の外端をブロアー等の吸気手段に接続することで形成することができる。この吸気管には、途中にフィルタ方式の捕集手段を設けて粉塵の集塵効率をより高くすることも勿論できる。
【００１５】
この発明の特徴である気流導入管は、直交三軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）の三次元的空間内で所定の曲率を有する曲管部分を備えることで、サイクロン塔内で生ずる旋回気流と同じ法線方向の運動を粉塵に与えることが条件の一つとされる。このために、上記曲管部分は、水平直交二軸（ｘ，ｙ軸）面内で上記旋回気流と概ね同一ないしそれよりも大きな曲率を有するように設けられるが、「曲率」の大きさは気流の乱れや圧力損失の増大防止等を考慮してきめられ、一般的にはサイクロン塔直筒部の曲率に対し１〜５倍、好ましくは２〜３倍の範囲内とすることがよい。水平直交二軸面内での曲管の長さは曲率中心回りに少なくとも４５゜以上、好ましくは９０゜以上であることがよいが、あまり長くても効果は変わらないので３６０゜程度以下とされる。
【００１６】
また同時にこの曲管部分は、粉塵に鉛直下方向への運動を与えることができるものであることがもう一つの条件とされる。このために、該曲管部分はサイクロン塔の気流導入口よりも一定高だけ高い位置から下向きに気流を流すようにする。この気流を下向きに流すためには、気流導入管を気流の上流側から下流側に向かって下向きに傾斜させればよいが、下向きに凸の曲率を有するように設けることもできる。下向きの傾斜の大きさは、水平方向に対して一般的には５゜程度以上、好ましくは１０〜５０゜程度とすることがよい。
【００１７】
このような曲管部分としては、代表的には螺旋状の軌道を呈するもの、特に該該曲管部分が螺旋の略１／４円ないしそれ以上の範囲に渡る形状のものを挙げることができる。気流導入管は断面形状が円形でも矩形であってもよい。
【００１８】
この発明によれば、気流導入管の曲管部分でその曲率に応じて気流中の粉塵が遠心力の作用を受けて旋回流と同様にサイクロン塔中心から遠い方向に偏在される傾向となり、また下向きの運動作用を受けることでサイクロン塔上壁から離れた側に粉塵が偏在する傾向となり、この状態で気流導入口から含塵気流がサイクロン塔に吹込まれるので、負圧排気されるガスと共にサイクロン塔上部から排気される粉塵の量を低減できて、集塵（捕集）効率を向上させることができる。
【００２０】
上記のような傾斜した曲管部分を気流が通過する場合には、気流の流れに直角な面内で曲率の法線方向及び下向き方向に２次流れを生ずる傾向となり、粉塵の集塵効率を高めるためにはサイクロン塔内の旋回流の乱れを抑制することが望まれる。そこで、この発明においては、２次流れによる乱れを解消するために水平管内の気流に直角な面を仕切板で複数の区画に仕切った整流管部分とし、短い距離で強制的に整流を行わせるようにしたものである。これにより気流に直角な方向の２次流れを抑制し、含塵気流中の粉塵の軌道を制御してサイクロン塔の気流導入口近傍における気流の乱れを抑制できる。
【００２１】
整流管の管内を仕切る仕切板は、気流の流れ方向をｘ軸方向とすれば、ｙ軸方向及びｚ軸方向についてそれぞれ少なくとも１枚（仕切られた区画数は４）とされるが、気流に抵抗等の悪影響がない限り多い方が好ましく、一般的には、断面矩形の整流管の場合にはそれぞれ２枚（仕切られた区画数は９）を等間隔に配置したものを例示することができる。なお、整流管部分の長さ（仕切板の長さ）は、その設置枚数等や気流の吹込み速度等により必ずしも一律に決められないが、例えば実験的に整流効果を確認して定めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
実施形態１
図１及び図２は本例のサイクロン式集塵装置の概要を示したものであり、サイクロン塔１は、直筒状の上部側胴筒１０１と、逆円錐台形状の下部側胴筒１０２が上下に連続して設けられ、その上部を閉塞する上壁（天井壁）１０３の中心部には、塔内に一定長垂下する吸気管２が設けられ、下端は集塵ボックス３に開口されている。上記吸気管２は、図示しないブロアー等の吸気手段に接続されて、粉塵を分離したガスを排気するように設けられている。
【００２４】
そしてサイクロン塔１の上部側胴筒１０１の上壁近傍には、該胴筒１０１の接線方向から含塵気流を吹込むための断面矩形の気流導入管４が接続され、この気流導入管４の外側壁４０１（サイクロン塔の中心から遠い側の垂直壁）は、略１／２円周の範囲で径を漸減してサイクロン塔の胴筒１０１の周壁に連続するようになっている。なお、１０４は気流導入管４の内側壁４０２がサイクロン塔１の胴筒１０１に接続した位置の気流導入口を示している。
【００２５】
そして、本例の集塵装置においては、図１の気流導入管４の断面部分にハッチングで図示しているように、該管の矩形断面の外側上隅と内側下隅を結んだ線よりも下側の領域に、気流搬送される粉塵が偏在するようにされ、このために気流導入管４には、図２に示すように、曲管部分４０３と、水平管４０４途中の整流管部分４０５とが連接して設けられている。
【００２６】
上記の曲管部分４０３は、図２（イ），（ハ）に示しているように、気流導入口１０４よりも一定高だけ高い位置から、気流導入口１０４と同じ高さの水平管４０４に連なるように角度θ２だけ傾斜して設けられると共に、この傾斜部分において、本例においてはサイクロン塔１の上部側胴筒１０１と概ね同一の曲率で略１／４円の角度（角度θ１）の管長を有するように形成されている。
【００２７】
また水平管４０４の一部として設けられた整流管部分４０５は、本例では図２（ロ）に示しているように、気流に直角な面内を２枚の水平仕切板４０５１と２枚の垂直仕切板４０５２とにより、同じ大きさの区画（９個）に仕切っている。
【００２８】
以上のように構成されたサイクロン式の集塵装置に対し、含塵気流を気流導入管４を通してサイクロン塔１に吹込むことにより、粉塵は曲管部分４０３で遠心力を受けて外側壁４０１側に寄せられ、また下向きの傾斜で粉塵は水平管４０４で下側に寄せられることになり、図１に示した粉塵が偏在した状態でサイクロン塔１に吹込まれることになる。またこの吹込みの際に、整流管部分４０５で気流の流れとは直角な方向の２次流れが抑制されるので、気流導入口１０４近傍での気流の乱れが抑制されて、粉塵、特に微粒な粒子が排気ガスに乗って排出される虞れが抑制される。
【００２９】
【実施例】
上記のサイクロン式集塵装置の集塵効率を確認するために、図３に示した試験装置を用いて集塵操作を行った。
【００３０】
図３において、５は粉体フィーダーであり、集塵するための粉塵を貯留し、フィーダースクリューによって連続的に下部の凝集状態の粉体を一次粒子の状態に分散させる粉体分散器（ディスパーションノズル：日清エンジニアリング（株）社製）６に通した後、粉体搬送管７を通って空気取り入れ口からの空気と共にサイクロン塔１に供給するようになっている。
【００３１】
サイクロン塔１は上記図１，図２で説明したものであり、吸気管２にはブロアー７からの負圧が与えられるようになっている。なお８は排気ガスと共に排出された粉塵を回収するためのフィルターである。
【００３２】
集塵効率（捕集効率）は、投入粉塵量に対する集塵ボックス３で回収された粉塵量の割合で算出した。
【００３３】
サイクロン塔の構造
サイクロン塔直筒部の胴筒直径：  φ７６ｍｍ
サイクロン塔直筒部の胴筒長さ：  １５０．５ｍｍ
サイクロン塔逆円錐台形部の胴筒下端直径：  φ５６ｍｍ
サイクロン塔逆円錐台形部の胴筒長さ：  ７１．５ｍｍ
サイクロン塔の気流導入口の高さ寸法：  ４０ｍｍ
サイクロン塔の気流導入口の幅寸法：  ２０ｍｍ
集塵ボックスの直径：  φ１０１ｍｍ
集塵ボックスの長さ：  ２１５ｍｍ
気流導入管の構造
曲管部分の断面形：  縦４０ｍｍ×横２０ｍｍ
曲管部分の曲率：  曲率半径がサイクロン塔直筒部の胴筒半径と同じ
曲管部分の長さ：  １／４円周長（θ１＝９０゜）
曲管部分の傾斜角度：  １５゜（θ２）
以上の装置を用い、試験粉体（９０％粒子径６．３μｍ、５０％粒子径４．６μｍ、１０％粒子径３．５μｍ）のシリカ（密度２．２×１０3ｇ／ｍ3）を、０．２ｇ／ｓの供給速度で投入した。また気流導入口の流速が２０ｍ／ｓになるようにブロアー７の風量を調節して試験を行った。
【００３４】
実施例１
上記装置を用い、整流管部分には仕切板を配置せずに含塵気流の吹込み試験を行った。この場合の捕集効率は８５％であった。
【００３５】
実施例２
上記装置を用い、整流管部分に水平方向に1枚、鉛直方向に２枚の仕切板（気流方向の長さ０．２ｍ）を設けた他は、実施例１と同じ条件で試験を行った。この場合の捕集効率は８８％であった。
【００３６】
比較例１
実施例１の曲管部分を取り除き、水平管のみを通して含塵気流の吹込みを行った他は、実施例１と同じ条件で試験を行った。この場合の捕集効率は７８％であった。
【００３７】
なお、捕集効率を１％向上させることの意義は、例えば火力発電所において微粉炭の割合が増加しているために、石炭を燃焼した場合に多量のフライアッシュが副生し、年間を通して大量に取り扱う微粒子の量は、数％の捕集効率の違いでも、その影響は極めて大きい。また、フライアッシュは、補修できないものは大気に放出されることになって環境上問題になる他、回収されたものはセメントの混入剤として有効利用できるので、経済効果の面からも優れている。
【００３８】
【効果】
本発明によれば、サイクロン塔の構造を変更することなく、所定の曲率及び傾斜等を有する気流導入管を用いてサイクロン塔に含塵気流を吹込むだけで、集塵効率（捕集効率）を大幅に向上させることができるため、多量な含塵ガスを排出する設備等における粉塵の分離処理における効果は極めて大なるものである。さらに、短い整流管を付加するだけで、捕集効率をより一層向上させることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のサイクロン式集塵装置のサイクロン塔の構成概要と、このサイクロン塔に吹込まれる含塵気流中の粉塵の偏在状態を模式的に示した図。
【図２】同装置の気流導入管の構成概要を示した図であり、（イ）は平面図、（ロ）は整流管部分の斜視図、（ハ）正面図。
【図３】実施形態１のサイクロン式集塵装置を用いて行った集塵試験装置の概要を示した図。
【符号の説明】
１：サイクロン塔
１０１：上部側胴筒
１０２：下部側胴筒
１０３：上壁（天井壁）
１０４：気流導入口
２：吸気管
３：集塵ボックス
４：気流導入管
４０１：外側壁
４０２：内側壁
４０３：曲管部分
４０４：水平管
４０５：整流管部分
４０５１：水平仕切板
４０５２：垂直仕切板
５：粉体フィーダー
６：粉体分散器
７：ブロアー
８：フィルター
【図１】
0004402239.tif 000002
【図２】
0004402239.tif 000003
【図３】
0004402239.tif 000004