148-ポリ塩化ビニルプロジェクトの乾燥排ガス用水洗塔における回転式水洗集塵装置の、羽根状分離内部部品セットを用いた改良案についての検討
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本稿では、大型PVC装置の重合乾燥工程における排ガス洗浄塔によるPVC粉塵粒子の回収状況、および旋回流洗浄除塵装置に羽根板分離技術を用いた内部部品の改良・更新案について論じる。
PVCプロジェクトにおいて、PVC重合粒子は通常、気流乾燥工程が用いられる。気流に運ばれたPVC粒子は、サイクロン分離器を用いて分離・沈降させる。サイクロンセパレーターを通過した気流には、依然として沈降しなかったPVC粉塵粒子が含まれており、排気誘引ファンによって洗浄塔に送られて洗浄・沈降させた後、そのまま大気中に放出される。多くのPVCプロジェクトにおいて、洗浄塔から排出される排気ガスにより、PVCの粉塵粒子が基準値を超えて排出されている。また、排出されるガスに液体が混入しているため「雨のような滴り」が発生し、苦情が寄せられて是正命令が出されている。これが、多くのPVC製造企業が洗浄塔の技術的なアップグレードや改良に取り組んでいる理由です。
PVC装置の水洗塔から排出される排気ガスにおいて、PVC粉塵の粒子状物質が基準値を超えて排出されたり、排出ガスに「雨のような」現象が発生する原因は、PVCの工程設備の観点から見ると、主にPVCの気流乾燥に使用されるサイクロン分離装置の設計や選定、そして水洗塔の上部での分離技術に関する部品の設計や選定が不適切であることに起因しています。ここでは、ある大規模なPVC装置の排ガス洗浄塔を例にして、分析・検討を行う。
本稿で挙げた事例は、北西部のある企業における年間40万トン規模のPVCプラントの乾燥排ガス用水洗塔の技術改良工事です。所有者は、洗浄塔の技術をアップグレードすることで、排出ガスの基準適合排出やガスによる汚染の防止だけでなく、より多くのPVC粒子を回収できるようにしたいと考えている。オーナーは、ある企業が提供する多管式旋回水流洗浄除塵技術および内部部品を用いて、洗浄塔の技術的なアップグレードを行うことにしました。
オーナーが提供するこの洗浄塔の通常の運転条件は以下の通りです：1、風圧：9800PaG； 2、動作温度：25℃； 3、風量：30万立方メートル/時； 4、排気中のPVC粒子の粒径分布（レーザー粒度分析法）：5マイクロメートル以下、0.5%；10マイクロメートル未満、1%；30マイクロメートル未満、2%；50マイクロメートル未満、5％；その他、95%。 オーナーからのフィードバックによると、水洗塔の直径は4.5メートルです。
この投稿は、2024年4月7日10時27分にluoli519によって最終的に編集されました。ある企業が提供する多管式旋回水洗式除塵技術用の部品で、8本の旋風分離器から構成されており、水洗塔の内部に設置されます。その内部部品の配置の上面図は以下の通りです：
この投稿は、2024年4月7日10時28分にluoli519によって最終的に編集されました。多管サイクロン分離装置は、動力学的な分離技術を用いた装置で、国内外で広く利用されています。しかし、国内外で使用されている多管サイクロン分離装置は、風管の直径が小さく、分離効率と運用の柔軟性に優れており、例えば高圧天然ガス輸送設備や重油触媒装置などに応用されている。ダクトの直径が小さいほど、分離効率と操作の柔軟性は高くなる。 また、この水洗塔で使用されている8本の風管式サイクロン装置はサイズが大きく、添付図をご覧いただきたいが、そのサイクロン管の全高は20メートルを超えており、コストも必然的に高くなります。
さらに、サイクロンチューブの直径は1600mmに達し、これは前述の標準的なサイクロンセパレーターのサイズクラスと同等である。サイクロンチューブのサイズが大きいため、その分離効率と運転時の柔軟性は著しく低下する。
オーナーのフィードバックによると、このサイクロン式集塵装置の効率は、粒子径が40μmを超える場合、分離効率が95～99％である。粒子径＜5μm、分離効率＜5%；粒子径は5μm～15μmで、分離効率は50～80％です；粒子径は15μm～40μmで、分離効率は80～95％です。
この投稿は最終的にluoli519によって2020年4月11日20時17分に編集されました。皆さんは、オーナーが提供した水洗塔の運転条件をもとに、上記の8管式サイクロン分離装置の性能を正確に計算してみてください。そうすれば、この装置の分離効率が実際にはそれほど高くないことがわかるでしょう。一度運転状態に変動が生じると、状況はさらに悪化する。 サイクロンセパレータの分離メカニズムは、各相の流体がダクト内で回転運動をする際、各相の単位体積あたりの微小要素の運動エネルギーと運動量の差が一定の閾値範囲を満たす必要があることによって、効果的な分離が実現されるものです。流体は風管内で回転運動を行い、そのエネルギー損失が大きく、運転時の圧力差もしばしば高くなる。したがって、効果的なサイクロン分離技術は、多くの場合、高圧や超高圧の状況で利用される。流体がダクト内で回転運動を行うためエネルギー損失が大きく、運転時の圧力差も大きくなるが、これらは高圧や超高圧の状況では無視できる程度である。しかし、常圧に近い状態では、流体の圧力差による駆動力自体は小さい（ここでの全圧も9.8kPaGに過ぎない）。そのため、流体の圧力損失が全圧に占める割合が大きくなる。ましてや、ダクトの直径が1600mmであり、分離効率と操作の柔軟性自体がそれほど高くない。また、このサイクロン分離装置は独立した単一の分離ユニットであり、気流に運ばれた粒子や液滴・液しぶきが漏れ出してしまった場合、自力では補正することができない。
水洗タワーの排ガス分離効率を向上させるため、発注者はノウェイ・エナジーテクノロジー社に、同社の羽根式分離特許技術および内部部品セットを活用し、回転流式水洗集塵内部部品の後段に羽根式分離内部部品セットを直列に設置してもらい、回転流式水洗集塵内部部品では捕捉できなかったものを補完するよう依頼した。 羽根板分離技術および内部部品は、流体力学的分離技術を利用して流体を羽根板内部の特殊な微細流路内で誘導し、効率的な運動エネルギーと運動量の変換を実現します。これにより、液滴や泡、そしてそれらに付着した粒子が衝突して凝集したり、ベクトル的に分離されたり、表面自由エネルギーが捕捉されたりするといった相乗効果が生じ、高効率な分離が可能となります。また、運転時の圧力損失が少なく、分離効率が高く、操作の柔軟性も優れています。特に中低圧、低圧、常圧、真空の作業条件での分離に適しています。なお、NOVEL社の羽根式分離内部部品セットは、4～6段のシリアルに接続された再分離ユニットで構成されており、前段の分離ユニットで一部が漏れ出しても、その漏れた物質は後続のシリーズ接続された分離ユニットによって効果的に捕捉されるため、高い運用柔軟性と優れた分離効率という優良な性能を発揮します。例えば、第1段階の分離ユニットで10％が漏れ出し、第2段階の再分離ユニットでの漏れ量は10％×10％となり、第3段階の再分離ユニットでの漏れ量は10％×10％×10％、第4段階の再分離ユニットでの漏れ量は10％×10％×10％×10％となり、このように続きます。
NOVEL社は、オーナーから提供された運転条件のパラメータをもとに、NOVELの精密な動力学的分離計算およびコンフィギュレーション設計システムプラットフォームを用いて開発した羽根板分離用内部部品群の技術情報は以下の通りです：一、分離技術用内部部品群の名称：羽根板分離用内部部品群； 二、型番：NOVEL G50 D-BANK 177/72.5； 三、内部部品の構成：G50シリーズの事前配分型および高精度な羽根式分離機能を備えた内部部品群＋オンライン清掃システム＋「サイフォン現象」に対抗する液降下制御システムの内部部品群で、各部品はモジュール式で取り外し可能な設計となっている； 四、材質：SS316L； 五、分離効率：99.9％で、4.98マイクロメートル以上のサイズを持つ液滴やスラグ、粒子状物質を分離除去し、出口の気流中に残る重相成分の量は0.1G/MMSCF未満です； 六、運転時の圧力降下：0.053psi（366Paに相当）。
この投稿は、2020年10月8日13時59分にluoli519によって最終的に編集されました。添付ファイルは、ノウェイ・エネルギー技術会社が、発注者から提供された運転条件のパラメータをもとに、独自の精密な動力学分離技術を用いてシステムプラットフォームの計算および設計を行った結果として作成された「数値・図表集」の出力ファイルです。皆さんの参考にどうぞ
この投稿は、2020年4月11日20時18分にluoli519によって最終的に編集されました。より多くの動力学的分離技術や内部機器に関する情報については、ノウェイ・エナジー・テクノロジーズ社の分離技術専用サイトにアクセスするか、直接同社にご連絡いただき、協力についてお問い合わせください。