JP2013180288A - 高速排ガス処理用フィルタおよび高速排ガス除塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない圧力損失で、高速の排ガスに含まれる粉塵を効果的に除去する。
【解決手段】高速排ガス処理用フィルタ１は、高速の排ガスが通過する複数のセル通路２を有し、各セル通路２の内壁面２ｉには液体が散布され、該液体によって排ガスに含まれる粉塵を捕集する。これによって、排ガスの流路がセル通路２として確保されるため、排ガスを通気する際の抵抗を抑えることができる。従って、排ガスが高速の場合でも、除塵に伴って生じる圧力損失を抑制することができる。また、内壁面２ｉに液体を散布することによって、乱流や慣性衝突を利用して効率よく粉塵を捕集することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速の排ガスの除塵に好適に用いられる高速排ガス処理用フィルタおよび高速排ガス除塵装置に関する。

排ガスが発生する工業プロセスは、例えば燃焼や高温物質の冷却など数多くある。これらのプロセスで発生する排ガスは、多くの場合、煤塵などの粉塵を含む。そのため、排ガスの除塵手段が必要になる。除塵手段としては、例えば金属製の網状フィルタが広く用いられている。しかし、金属製の網状フィルタでは、粉塵による目詰まりや腐食劣化が発生しやすい。

そこで、目詰まりや腐食劣化が発生しにくい、セラミックフィルタや機械式サイクロンを用いた除塵装置が開発されている。例えば、下記の特許文献１には、セラミックフィルタを用いて燃焼ガスを除塵するとともに、セラミックフィルタの洗浄手段を設けて目詰まりを防ぐ技術が記載されている。また、特許文献２には、セラミックフィルタと機械式サイクロンとを併用して、セラミックフィルタの洗浄を容易にする技術が記載されている。

特開平１０−３１８号公報 特開平１０−３３９２７号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載されているようなセラミックフィルタや機械式サイクロンは、排ガスを通気する際の抵抗が大きいため、除塵に伴う圧力損失が大きい。高速の排ガス、すなわち流速が比較的大きい排ガスの場合、圧力損失はさらに大きくなる。それゆえ、上記のような従来の除塵手段は、高速の排ガスに適用することが容易ではない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より少ない圧力損失で、高速の排ガスに含まれる粉塵を効果的に除去することが可能な、新規かつ改良された高速排ガス処理用フィルタおよび高速排ガス除塵装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高速の排ガスが通過する複数のセル通路を有し、各セル通路の内壁面には液体が散布され、該液体によって排ガスに含まれる粉塵を捕集することを特徴とする、高速排ガス処理用フィルタが提供される。

かかる構成によれば、排ガスの流路がセル通路として確保されるため、フィルタに排ガスを通気する際の抵抗を抑えることができる。従って、排ガスが高速の場合でも、除塵に伴って生じる圧力損失を抑制することができる。また、セル通路の内壁面に液体を散布することによって、乱流や慣性衝突を利用して効率よく粉塵を捕集することができる。

上記の高速排ガス処理用フィルタにおいて、複数のセル通路は、ハニカム構造をなしていてもよい。さらに、各セル通路の断面形状は、六角形であってもよい。このように、フィルタをハニカム構造（断面においてセル通路が平面充填されている構造）にすることによって、セル通路、すなわち排ガスの流路をより広く確保することができ、抵抗をさらに抑えることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の高速排ガス処理用フィルタと、液体を散布する散布手段とを有することを特徴とする高速排ガス除塵装置が提供される。この高速排ガス除塵装置において、排ガスは例えば上向きに通気される。このとき、液体の液滴落下速度が排ガスの流速よりも小さい場合には、散布手段が高速排ガス処理用フィルタの下方に設置されてもよい。また、液体の液滴落下速度が排ガスの流速よりも大きい場合には、散布手段が高速排ガス処理用フィルタの上方に設置されてもよい。このように、フィルタと散布手段との配置を、排ガスの流速や液滴の粒径などに応じて調整することで、セル通路の内壁面に確実に液体を散布し、効率よく粉塵を捕集することができる。

以上説明したように本発明によれば、より少ない圧力損失で、高速の排ガスに含まれる粉塵を効果的に除去することができる。

本発明の一実施形態に係るハニカムフィルタの斜視図である。 図１に示すハニカムフィルタのＡ−Ａ矢視図である。 本発明の一実施形態に係る排ガス除塵装置の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．フィルタの構成）
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る排ガス処理用フィルタの構造について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るハニカムフィルタの斜視図である。図２は、図１に示すハニカムフィルタのＡ−Ａ矢視図である。

図１および図２を参照すると、ハニカムフィルタ１には、排ガスが通過する多数のセル通路２が形成されている。セル通路２は、例えば鋼板などの板材によって形成されるセル隔壁３によって区画される通路である。セル通路２は、六角形の断面形状を有し、排ガスの通気方向に直線状に延びている。なお、セル通路２の数は、例えばハニカムフィルタ１が配置されるダクトの断面積に応じて、図示された例よりも多くてもよいし、また少なくてもよい。

ここで、セル通路２は、ハニカム構造をなしている。つまり、ハニカムフィルタ１の断面方向（Ａ−Ａ矢視方向）で見ると、セル通路２の断面は平面充填されている。このようにして、排ガスの流路であるセル通路２を広く確保すると、抵抗をさらに抑えることができる。

ハニカム構造をなすセル通路２の断面形状は、図示された例のような六角形には限られず、例えば三角形や四角形など、平面充填が可能な他の形状であってもよい。なお、断面形状が六角形の場合、例えば折板材をセル隔壁３に用いることで容易にハニカムフィルタ１を製造できるという利点がある。

以上から明らかなように、本明細書において、「ハニカムフィルタ」という用語は、断面においてセル通路が平面充填されている構造のフィルタを意味するのであって、必ずしもセル通路の断面形状が六角形であることを意味しない。

一方、セル通路２の内壁面２ｉには、後述する散水ノズルによって水が散布されている。つまり、ハニカムフィルタ１に排ガスが通気される際、内壁面２ｉは水に濡れた状態である。それゆえ、排ガスに含まれる粉塵が乱流や慣性衝突によって内壁面２ｉに衝突すると、その粉塵は内壁面２ｉに捕集される。このようにして、ハニカムフィルタ１は、排ガスを除塵する。

ハニカムフィルタ１では、上記のように内壁面２ｉで粉塵を捕集するため、目詰まりが発生する可能性がほとんどない。それゆえ、目詰まりによって生じる排ガス中の腐食物質による腐食劣化も生じにくい。従って、ハニカムフィルタ１は、例えば従来用いられてきた金属製の網状フィルタと比べると、より長期間にわたって使用することが可能である。なお、ハニカムフィルタ１の耐久性をさらに向上させるためには、セル隔壁３を、例えば亜鉛めっき鋼板やステンレス鋼板などの耐食性のある金属板で形成することが望ましい。

上記のように、ハニカムフィルタ１では、排ガスの流路がセル通路２として確保されており、またセル通路２は直線状に延びているため、ハニカムフィルタ１に排ガスを通気する際の抵抗は小さい。それゆえ、排ガスが高速の場合でも、ハニカムフィルタ１が設置されることによって生じる圧力損失は小さい。従って、ハニカムフィルタ１を用いることによって、大量の排ガスを通気しながら除塵することが容易になる。

本実施形態において、排ガスの流速は５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓ程度である。この場合、図２に示すセル通路２の寸法は、例えばＷ，Ｄともに５０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であることが望ましい。Ｗ，Ｄが５０ｍｍ未満になると散水を内壁面２ｉに到達させることが難しくなり、Ｗ，Ｄが１５０ｍｍを超えると内壁面２ｉに衝突する粉塵が少なくなるためである。

また、この場合、ハニカムフィルタ１の長さＬは、０．５ｍ〜１．５ｍ程度であることが望ましい。この長さＬは、例えば、排ガスがセル通路２を通過する際の所要時間が０．１秒程度になることを目安にして設定されてもよい。

なお、排ガスの流速が５ｍ／ｓ〜１５ｍ／ｓの範囲にない場合にも、ハニカムフィルタ１を用いて排ガスを除塵することは可能である。ただし、流速が５ｍ／ｓを下回る場合、例えば他の方式のフィルタでも圧力損失がさほど問題にならない場合があるため、ハニカムフィルタ１を使用する有利性は、流速が５ｍ／ｓ以上の場合に比べて小さくなる。また、流速が１５ｍ／ｓを上回る場合、内壁面２ｉに衝突して捕集される粉塵は、流速が１５ｍ／ｓ以下の場合に比べて少なくなる。

（２．排ガス除塵装置の構成）
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態に係る排ガス除塵装置の構成について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る排ガス除塵装置の構成を示す図である。

図３に示すように、上記で説明した高速排ガス処理用のハニカムフィルタ１は、内壁面２ｉに水を散布する散布手段である散水ノズル４と組み合わせられて、排ガス除塵装置５として提供されてもよい。図示された例において、排ガス除塵装置５は、排ガスが上向きに通気される略鉛直方向のダクトＤに設置されている。

この場合、散水ノズル４の設置位置は、散水ノズル４から噴射される水滴の落下速度Ｖ_Ｗと排ガスの流速Ｖ_Ｇとの大小関係に応じて異なる。なお、水滴の落下速度Ｖ_Ｗは、水滴が静止した排ガス中を落下すると仮定した場合の終端速度であり、水滴の粒径が大きいほど大きくなる。Ｖ_Ｗ＜Ｖ_Ｇである場合、噴射後の水滴は上昇するため、（ａ）に示すように、散水ノズル４ａがハニカムフィルタ１の下方に設置される。一方、Ｖ_Ｗ＞Ｖ_Ｇである場合、噴射後の水滴は下降するため、（ｂ）に示すように、散水ノズル４ｂがハニカムフィルタ１の上方に設置される。なお、排ガスの流速が変動し、Ｖ_ＷとＶ_Ｇとの大小関係が変化するような場合には、散水ノズル４ａと散水ノズル４ｂとが両方設置されてもよい。

いずれの場合も、散水ノズル４の配置は、散水ノズル４の噴角と、散水ノズル４からハニカムフィルタ１までの距離とに基づいて、内壁面２ｉの全体に散布された水が行き渡るように決定される。図示されているように、ハニカムフィルタ１の断面積が広い場合、複数の散水ノズル４がハニカムフィルタ１に沿って配列されてもよい。なお、散水ノズル４から散布される液体は、必ずしも水でなくてもよく、例えば他の不揮発性の液体であってもよい。

かかる排ガス除塵装置５は、必ずしも図示されているように排ガスが上向きに通気されるダクトＤに設置されなくてもよい。例えば、排ガスは下向きに通気されてもよい。この場合、散水ノズル４は、排ガスの流速に関わらずハニカムフィルタ１の上方に設置される。また、排ガス除塵装置５は、水平方向や斜め方向のダクトに設置されてもよい。

続いて、本発明の実施例について説明する。本実施例では、以下の表１に示すように、上記の実施形態に係るハニカムフィルタ１と同様のハニカムフィルタが設置される実施例と、フィルタが設置されない比較例と、金属製の網状フィルタが設置される比較例とについて、排ガスの流速、散水量、およびハニカムフィルタの長さを変化させて、粉塵捕集率および圧力損失を測定する試験を実施した。

上記試験では、粉塵として、ＪＩＳ Ｚ８９０１に定める試験用粉体１の１種および２種（けい砂）を１：１の比率で混合したものを使用した。かかる粉塵の主な粒径は、３０μｍ〜２００μｍであり、真密度は２．６ｇ／ｃｍ^３である。試験では、この粉塵を発塵濃度０．４３ｇ／ｍ^３で気流中に供給し、この気流を６０ｃｍ四方の角形のダクトに上向きに通気した。気流の流速は、５ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ、および１０ｍ／ｓの３段階で変動させた。

また、ハニカムフィルタとしては、図２に示すセル通路の寸法がＷ＝１１５ｍｍ、Ｄ＝７０ｍｍのものを設置した。なお、セル隔壁には、亜鉛めっき鋼板の折板を使用した。ハニカムフィルタの長さＬは、０．５ｍおよび１．０ｍの２段階で変動させた。

さらに、試験では、実施例、比較例ともに、フィルタ設置部分の下方に散水ノズルを設置し、フィルタ設置部分に向けて散水した。フィルタが設置される場合のフィルタと散水ノズルとの間の距離は１１５ｍｍ、散水ノズルの水圧は０．３ｋＮ／ｃｍ^２である。各実施例および比較例での粉塵捕集率は、散水ノズルによって散水された水とともに流れ落ちた粉塵を回収し、回収された粉塵と供給された粉塵との質量比を求めることによって算出した。

なお、散水ノズルの散水量は、１２．８９ｌ／ｍｉｎおよび６．６７ｌ／ｍｉｎの２段階で変動する。散水量が１２．８９ｌ／ｍｉｎの場合、散水ノズルの噴角は７０°、水滴の平均粒径は２６０μｍ、水滴の平均落下速度は２ｍ／ｓである。散水量が６．６７ｌ／ｍｉｎの場合、散水ノズルの噴角は８０°、水滴の平均粒径は２２０μｍ、水滴の平均落下速度は１．４ｍ／ｓである。

（フィルタ種類の比較）
以下、上記の結果について検討する。まず、気流の流速が５ｍ／ｓの場合（比較例３、実施例２）と、１０ｍ／ｓの場合（比較例４、実施例７）とについて、フィルタの種類による粉塵捕集率および圧力損失の変化について検討する。なお、上記の試験では、フィルタが設置されない場合（比較例１，２）も、ダクトの壁面に付着した粉塵が回収されるため、粉塵捕集率は０％にはならない。

流速が５ｍ／ｓの場合、実施例２（ハニカムフィルタ）と比較例３（網状フィルタ）との間では、粉塵捕集率はほぼ同じである（実施例２では８６．９％、比較例３では８５．２％）。一方で、実施例２の方が、比較例３よりも圧力損失がやや少ない（実施例２では２０．５ｋＰａ、比較例３では２３．５ｋＰａ）。

流速が１０ｍ／ｓの場合、実施例７（ハニカムフィルタ）の方が、比較例４（網状フィルタ）よりも粉塵捕集率が高い（実施例７では６８．５％、比較例４では５５％）。加えて、実施例７の方が、比較例４よりも圧力損失が大幅に少ない（実施例７では３７．２ｋＰａ、比較例４では５３．９ｋＰａ）。

以上の結果から、本発明の実施形態に係るハニカムフィルタは、網状フィルタ以上の粉塵捕集率を実現しつつ、圧力損失を網状フィルタよりも少なく抑える効果を奏することが実証された。また、流速がより大きい場合、上記の効果がより顕著になることも実証された。

（ハニカムフィルタの長さの影響）
次に、ハニカムフィルタ１の長さＬの影響について検討する。上記の試験では、流速が５ｍ／ｓの場合（実施例１，２）と流速が１０ｍ／ｓの場合（実施例５，７）とについて、Ｌ＝０．５ｍとＬ＝１．０ｍとの２通りで測定を実施した。

流速が５ｍ／ｓの場合、実施例２（Ｌ＝１．０ｍ）の方が、実施例１（Ｌ＝０．５ｍ）よりも粉塵捕集率が高い（実施例２では８６．９％、実施例１では５５．３％）。一方で、実施例２と実施例１との間では、圧力損失にはほとんど差がない（実施例１、実施例２ともに２０．５ｋＰａ）。

流速が１０ｍ／ｓの場合、実施例７（Ｌ＝１．０ｍ）の方が、実施例５（Ｌ＝０．５ｍ）よりも粉塵捕集率が高い（実施例７では６８．５％、実施例５では５４．１％）。一方で、実施例７の方が、実施例５よりも圧力損失が大きくなるが、その差は粉塵捕集率の差に比べると小さい（実施例７では３７．２ｋＰａ、実施例５では３５．３ｋＰａ）。

以上の結果から、本発明の実施形態に係るハニカムフィルタの長さは、粉塵捕集率には大きく影響するが、圧力損失にはさほど影響しないことがわかった。従って、例えば実施形態で説明したような所定の長さの範囲内であれば、ハニカムフィルタの長さを調整することによって、圧力損失の増加を抑えつつ粉塵捕集率を向上させることが可能であるといえる。

（散水量の影響）
次に、散水量の影響について検討する。ハニカムフィルタの試験では、流速が８ｍ／ｓの場合（実施例３，４）と流速が１０ｍ／ｓの場合（実施例６，７）とについて、散水量が６．６７ｌ／ｍｉｎと１２．８９ｌ／ｍｉｎとの２通りで測定を実施した。一方、網状フィルタの試験では、散水量は１２．８９ｌ／ｍｉｎで測定を実施した。

上記の試験において、ハニカムフィルタで散水量が６．６７ｌ／ｍｉｎの場合（実施例６）と、網状フィルタで散水量が１２．８９ｌ／ｍｉｎの場合（比較例４）とを比較すると、ハニカムフィルタの場合、散水量が網状フィルタの場合の約半分であるにもかかわらず、粉塵捕集率は網状フィルタの場合よりも向上していることがわかる（実施例６では６３．８％、比較例４では５５％）。

一方、ハニカムフィルタで散水量が異なるケースを比較すると、ハニカムフィルタでは、散水量の増加が必ずしも粉塵捕集率の際立った向上をもたらすとは限らないことがわかる。具体的には、流速が８ｍ／ｓの場合、実施例４（散水量１２．８９ｌ／ｍｉｎ）の方が、実施例３（散水量６．６７ｌ／ｍｉｎ）よりも、粉塵捕集率が高く（実施例４では６８．７％、実施例３では６５．２％）、圧力損失も大きい（実施例４では３１．３ｋＰａ、実施例３では２６．４ｋＰａ）。しかしながら、ここでの粉塵捕集率および圧力損失の差は、他の実施例の間での差に比べると小さい。

また、流速が１０ｍ／ｓの場合、実施例７（散水量１２．８９ｌ／ｍｉｎ）の方が、実施例６（散水量が６．６７ｌ／ｍｉｎ）の方が、粉塵捕集率が高く（実施例７では６８．５％、実施例６では６３．８％）、圧力損失も大きい（実施例７では３７．２ｋＰａ、実施例６では３６．２ｋＰａ）。しかしながら、ここでの粉塵捕集率および圧力損失の差も、他の実施例の間での差に比べると小さい。

以上の結果から、本発明の実施形態に係るハニカムフィルタでは、網状フィルタよりも少ない水量で十分な除塵効果が発揮され、また内壁面の全体に行き渡る程度に散水がされていれば、それ以上の散水は必ずしも必要ではないことがわかった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ ハニカムフィルタ
２ セル通路
２ｉ 内壁面
３ セル隔壁
４ａ，４ｂ 散水ノズル
５ 排ガス除塵装置

Claims (6)

1. 高速の排ガスが通過する複数のセル通路を有し、
   前記各セル通路の内壁面には液体が散布され、該液体によって前記排ガスに含まれる粉塵を捕集することを特徴とする、高速排ガス処理用フィルタ。
2. 前記複数のセル通路がハニカム構造をなすことを特徴とする、請求項１に記載の高速排ガス処理用フィルタ。
3. 前記各セル通路の断面形状が六角形であることを特徴とする、請求項２に記載の高速排ガス処理用フィルタ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の高速排ガス処理用フィルタと、
   前記液体を散布する散布手段と
   を備えることを特徴とする高速排ガス除塵装置。
5. 前記排ガスは、上向きに通気され、
   前記液体の液滴落下速度が前記排ガスの流速よりも小さい場合に、前記散布手段が前記高速排ガス処理用フィルタの下方に設置されることを特徴とする、請求項４に記載の高速排ガス除塵装置。
6. 前記排ガスは、上向きに通気され、
   前記液体の液滴落下速度が前記排ガスの流速よりも大きい場合に、前記散布手段が前記高速排ガス処理用フィルタの上方に設置されることを特徴とする、請求項４または５に記載の高速排ガス除塵装置。
   

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