JP2016084554A - ニードルフェルト及びバグフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】高温で使用することができ、かつ機械的特性に優れたニードルフェルト、及びこれを用いたバグフィルターを提供すること。【解決手段】ガラス繊維に金属線を撚り込んだ糸からなるガラス織布の基布１と、基布１の片面もしくは両面に配置されたガラス繊維と耐熱性有機繊維を含むウェブ２とからなり、基布とウェブをニードリングして一体化されてなることを特徴とするニードルフェルト。【選択図】図１

Description

本発明は、ニードルフェルト及びバグフィルター、特に耐熱性に優れたニードルフェルト、並びに焼却炉やボイラなどの高温ガス中のダストを捕集するのに好適なバグフィルターに関するものである。

有害物質による大気汚染、更にダイオキシン類による環境汚染は深刻な地球環境問題となり世界的に規制が強化され、ボイラや焼却炉などの産業燃焼炉における集塵、窒素酸化物及び硫黄酸化物の除去が義務付けられている。特に、ダイオキシン類は毒性、発ガン性の非常に高い有害物質として、世界的に厳しい規制が設けられ、日本でも大気汚染防止法に基づく指定物質として、焼却炉の処理能力に応じた規制値と適用時期を定めた法規制が施行された。そして、今後適用される「ダイオキシン類対策特別措置法」の環境基準を遵守するには、新設、既設を問わずに高度な排ガス集塵装置の設置が義務づけられており、これに対応する除去装置の低コスト化が求められている。また、脱硝装置（窒素酸化物の除去装置）等で無駄な温度の冷却・昇温を省略することが求められている。

集塵設備は、電気集塵器による集塵方法とバグフィルターによる集塵方法が主流であるが、電気集塵器は、設備費が高く保全性に問題があることから、今ではバグフィルター方式の集塵が主流となっている。バグフィルターは、織布で構成された基布の上に目の細かい不織繊維集合体を積層した多層構造（例えば、特許文献１参照）を有し、繊維上で微小ダストを捕集する。そして、フィルターを通過したガスは、ガス中の塩化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物などの酸性物質を除去した後に放出される。ただし、使用の上限温度として２６０℃が一般的であり、２６０℃〜４００℃に対応する素材が全くないと言える状況である。バグフィルターによる集塵は、圧力損失が少ない上に集塵効率が非常に高く、しかも乾式集塵に適している。

バグフィルターは、高温に晒されかつ酸性物質を含むことから、耐熱性とともに耐酸性が要求される。従来は、アラミド系繊維（例えば、特許文献２参照）、ポリイミド繊維（例えば、特許文献３参照）、フッ素系繊維（例えば、特許文献４参照）などの素材が提案され、シリカ繊維と有機耐熱性繊維を組合せたフェルト材（例えば、特許文献５参照）も提案されている。

特開２００１−１４９７１９号公報 特開平９−３１３８３２号公報 特開２００１−６２２１９号公報 特開２００１−２７６５２８号公報 特開２００１−２６２４５３号公報

しかし、有機繊維を用いたバグフィルターは、耐熱温度が必ずしも満足のいくものではなく高温時の形状安定性に問題があり、一方、金属繊維や無機繊維は耐熱性に優れた利点を有するが、耐屈曲性に劣るという課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高温で使用することができ、かつ機械的特性に優れたニードルフェルト、及びこれを用いたバグフィルターを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を有する。

（１）ガラス繊維に金属線を撚り込んだ糸からなるガラス織布の基布と、
前記基布の片面もしくは両面に配置されたガラス繊維と耐熱性有機繊維を含むウェブとからなり、
前記基布と前記ウェブをニードリングして一体化されてなることを特徴とするニードルフェルト。

（２）前記ウェブは、前記ガラス繊維と前記耐熱性有機繊維が、重量比で９５：５〜８０：２０で混合されていることを特徴とする前記（１）に記載のニードルフェルト。

（３）前記耐熱性有機繊維は、パラアラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール繊維及びポリイミド繊維から選択される一種以上の繊維からなる耐熱性有機繊維であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のニードルフェルト。

（４）前記基布の前記ガラス織布は、ＳＵＳ線又はＳＳ線が撚り込まれた糸を使用した織布であることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のニードルフェルト。

（５）前記ウェブの前記ガラス繊維が、玄武岩繊維であることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載のニードルフェルト。

（６）更に、熱収縮処理及び耐熱性樹脂付着処理がなされていることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか１項に記載のニードルフェルト。

（７）前記（１）乃至（６）のいずれか１項に記載のニードルフェルトを用いて作成されたことを特徴とする集塵用のバグフィルター。

本発明によれば、高温で使用することができ、かつ機械的特性に優れたニードルフェルト、及びこれを用いたバグフィルターを提供することができる。

実施例１のニードルフェルトの構成を示す図 実施例１の基布の温度度変化に伴う引張強度の変化を示す図 実施例１のニードルフェルトを用いたバグフィルターを示す図 実施例１の集塵性能評価試験の結果を示す図

本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ以下に説明する。

本発明のニードルフェルトは、図１に示したように、ガラス繊維と有機繊維を含むウェブ２を基布１の表面に置き、ニードリングにより一体化されて構成されている。図１（ａ）はウェブ２を基布１の片面に載せた二層構造のニードルフェルト１０を、図１（ｂ）はウェブ２を基布１の両面に載せた三層構造のニードルフェルト２０を示している。

基布１はガラス繊維にＳＵＳ線又はＳＳ線を撚り込んだものであり、製作メーカーは限定されない。基布１を構成するガラス繊維は、代表的には繊維径２００〜１５００ｄｔｅｘのフィラメント糸や繊維径２５０〜４４０ｄｔｅｘのマルチフィラメントであり、これを目付８００〜１０５０ｇ／ｃｍ^２程度の平織、朱子織、あるいはあや織の１〜２重織にして使用する。図２に、ガラス繊維にＳＵＳ線又はＳＳ線を撚り込んだ基布１の加熱温度の変化に伴う引張強度の変化の試験結果を示す。図２（ａ）は縦方向の引張強度を示し、図２（ｂ）は横方向の引張強度の結果を示す。この試験は、ＪＩＳ Ｌ−１０９６．６．１２． １Ａ法により、インストロン引っ張り試験機にて測定した。この試験結果から分かるように、ＳＵＳ線を撚り込んだ基布１の強度は、ＳＵＳ線を撚り込まない基布１の強度よりいずれの温度においても大きい。特に、４００℃以下の温度においてその傾向が顕著である。

このように、ＳＵＳ線を撚り込んだ基布１は、高温であっても大きな引張強度を有しているため、この基布１を用いて作成された二層構造のニードルフェルト１０と三層構造のニードルフェルト２０は、高温においても優れた形状安定性を有することになる。

ウェブ２は、ガラス繊維と耐熱性有機繊維を混合してなり、耐熱性有機繊維は、ポリイミド系繊維、パラアラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（ＰＢＯ）などの繊維から選択され、２種以上の耐熱性有機繊維を使用してもよい。

ウェブ２におけるガラス繊維と耐熱性有機繊維は、繊維径が２〜１８μｍ程度で、これを繊維長３８〜１００ｍｍ程度に切断して用いる。両者の混合比は、ガラス繊維と耐熱性有機繊維を９５：５〜８０：２０（重量比）の範囲が好ましい。図３に、ニードルフェルト１０をリテーナー３に装着したバグフィルター３０の例を示す。

基布１とウェブ２からなるニードルフェルト１０，２０からバグフィルター３０を製作する場合、集塵するのは繊維集合体層であり、この目的のためには図１（ａ）の二層構造のニードルフェルト１０で充分に目的は達せられるが、バグフィルター３０として強度を高くして変形を少なくし、高圧空気による払い落しの振動に対処するには、図１（ｂ）の三層構造のニードルフェルト２０とすることが好ましい。この場合、集塵する面の繊維集合体層は、繊維径の小さいものを選択して集塵効果を上げ、その反対側の繊維集合体層は、通気性確保とバグフィルター３０のリテーナー３との接触摩耗を軽減するために、大きな径のものを使用した三層構造とするのが好ましい。ウェブ２は、厚さを１．２〜１０ｍｍにして、目付は５０〜４００ｇ／ｍ^２程度である。ニードリングによる絡合処理は、ニードルの総植毛本数６０〜５００万本／ｍ^２程度で基布１とウェブ２を一体化させる。基布１とウェブ２が一体化されたフェルトの目付は通常８００〜１５００ｇ／ｍ^２である。

本発明のニードルフェルト１０，２０は、耐熱性に優れており、焼却炉やボイラなどの高温ガス中のダストを捕集するバグフィルター３０に好適である。特に、ニードルフェルト１０，２０のウェブ２においてガラス繊維に耐熱性有機繊維を配合したことの利点は、耐熱性有機繊維単独のウェブに比べて耐熱性を向上させ、高温に晒されたときの形状を安定化することができる。

［サンプル１］
繊維径６μｍ、繊維長６０ｍｍのＥ−ガラス繊維（ユニチカ社）と、繊維径１４μｍ（２デニール）、繊維長６０ｍｍの芳香族パラアラミド繊維（東レデュポン社 ゲブラー繊維）を９２：８の割合で混紡し、カーディング機を通じてウェブ２（目付１２０ｇ／ｍ^２）を得た。基布１は、＃８４００Ｒ（ニチアス社）及び８４００ＳＵＳ（同社）である。同材は本来、防熱膜として使用され、フィルターとしては使用されない基布である。次に、ニードリングによって基布１とウェブ２を一体化させ二層構造のニードルフェルト１０を得た。

［サンプル２］
上記Ｅ−ガラス繊維と芳香族パラアラミド繊維（東レデュポン社 ゲブラー繊維）を９２：８の割合で混紡したものを基布１の表面に置き、８０／２０を基布１の裏面に置いて、目付１２０ｇ／ｍ^２＋１２０ｇ／ｍ^２（合計２４０ｇ／ｍ^２）を両面ニードルして三層構造のニードルフェルト２０を得た。基布１は、サンプル１と同様に＃８４００Ｒ（ニチアス社）及び８４００ＳＵＳ（同社）である。

上記サンプル１にて得たニードルフェルト１０と、基布１とウェブ２が共にポリエステルでニードリングして得た比較フェルトを用いて、小型集塵試験機により次の（ａ）〜（ｇ）（ＪＩＳ Ｚ ８９０９−１）のテスト条件で、濾過−払い落としの繰り返し試験（集塵性能評価試験）を行い、通気度、集塵効率及び初期払落し集塵性能を評価した。試験結果を、図４に示す。

［テスト条件］
（ａ）濾過速度（Ｖ）＝２．５［ｍ／ｍｉｎ］
（ｂ）入口ダスト濃度＝５．１１［ｇ／ｍ^３］
（ｃ）濾過面積（Ａ）＝０．７３５［ｍ^２］
（ｄ）パルス制御方法＝圧損制御（１０００Ｐａ到達時）
（ｅ）濾過風量（Ｑ）＝１．８３７５［ｍ^３／ｍｉｎ］
（ｆ）ダスト払い落とし方法＝パルス圧力
（圧力：０．１５［ＭＰａ］、間隔：１［ｓｅｃ］、噴射時間：０．１［ｓｅｃ］）
（ｇ）試験紛体＝ＪＩＳ試験用ダスト１０種（フライアッシュ＝超微粉：５０％粒径＝３〜４［μｍ］

なお、図４の通気度は、ＪＩＳ Ｌ−１０９６．６．２７． １Ａ法にて、ブラジール形通気度計にて、１２．７ｍｍＨ_２Ｏの差圧を付加したときの流量を測定したものである。

図４の試験結果の下段の初期払落し集塵性能のＡ，Ｂ，Ｃの範囲は以下の通りである。
（ａ）図中の初期捕集率は、エージング前（新品時）の捕集率（％）である。
Ａ：９９．９９５以上、Ｂ：９９．９９４〜９９．９９０、Ｃ：９９．９８９以下
（ｂ）図中の初期払落しは、エージング前（新品時）の１ＫＰａ到達時間（分）である。
Ａ：２０以上、Ｂ：１５〜１９．９、Ｃ：１４．９以下
（ｃ）図中の長期払落しは、サイクル時間減少率（％）である。
Ａ：２５以下、Ｂ：２６〜３５、Ｃ：３６以上
図４の試験結果から、サンプル１のニードルフェルトは、比較フェルトより通気度、エージング前の集塵効率、初期払落し集塵性能のいずれにおいても優れていることが分かる。

本願のニードルフェルト１０は、上記したように基布１の上にガラス繊維と耐熱性有機繊維を混紡してなるウェブ２を積層し、基布１とウェブ２とをニードリングにより絡合一体化したものである。更に、該ニードルフェルト１０に熱収縮処理及び耐熱性樹脂付着処理を施してもよい。熱収縮処理及び耐熱性樹脂付着処理を施すと、ニードルフェルト１０は、ガラス繊維のフェルト化時に生ずるニードルパンチングのピンホールが確実に消去され、ガラス繊維の耐薬品性が改善され、既存の高温用濾過布に比べて高効率・低圧力損失で使用でき、長寿命化が図れるという効果を奏する。

従って、高温排ガス、特に、都市ごみ焼却炉・産業廃棄物焼却炉といった従来のガラスフェルトでは対応が不可能だった分野での使用が可能となり、また、この分野における既存濾過布に比べて高効率・低圧力損失にて運転できることから、総合的に見てコストが低下し、経済的にもメリットが得られるという効果を奏する。

本願のニードルフェルト１０は、上記したように金属線（ＳＵＳ又はＳＳ）をガラス繊維に撚り込んだ基布１を、高温度バグフィルターの素材として使用したことを特徴とする。そして、基布１の片面又は両面に、ガラス繊維に熱収縮性を有する耐熱性有機繊維を混紡してなるウェブ２を積層し、該基布１とウェブ２とをニードルパンチングにより絡合一体化して基礎フェルトを形成した後、該基礎フェルトを熱処理によって収縮させ、しかる後に、耐熱性樹脂を付着させてもよい。その結果、ガラス繊維を主にしながら、耐久性が改善された高温排ガス集塵用濾過布が効率よく製造できるとともに、コストダウンが図れるという効果を奏する。

本実施例のニードルフェルト１０は、実施例１のウェブ２のガラス繊維の代わりに玄武岩繊維を用いたフェルトである。すなわち、本実施例のニードルフェルト１０のウェブ２は、玄武岩繊維と耐熱性有機繊維を混合して形成される。

玄武岩繊維は、玄武岩を溶融状態から繊維化した繊維である。玄武岩は、火山岩の一種であり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を４５〜６３重量％、その他、酸化アルミニウム、炭酸鉄、酸化チタン、酸化マグネシウムなどから構成されている。そして、玄武含繊維は、耐熱フィルター製作の際によく使用されるガラス繊維（Ｅ−ガラス）やシリカ繊維に比べて、弾性率・耐折れ強度が高いため、製造時（繊維のカーディング、ニードリング）の可紡性が良好であり、フェルトを作成することが容易である。

なお、ウェブ２における玄武岩繊維と耐熱性有機繊維の繊維径と繊維長は、実施例１で述べたウェブ２のガラス繊維と耐熱性有機繊維の繊維径と繊維長と同一の範囲の長さである。なお、二層構造のニードルフェルト１０を、玄武岩繊維を含むウェブを二層にして三層構造のニードルフェルト２０に構成してもよい。

本実施例のニードルフェルト１０は、耐熱性に優れており、焼却炉やボイラなどの高温ガス中のダストを捕集するバグフィルター３０に好適である。特に、ニードルフェルト１０のウェブ２において耐熱性有機繊維に玄武岩繊維を配合したことの利点は、耐熱性有機繊維単独のウェブ２に比べて耐熱性を向上させ、高温に晒された際のニードルフェルト１０の形状を安定化させることができる。更に玄武岩繊維は、耐熱性の点でガラス繊維と同程度であるが、耐屈曲性と耐アルカリ性において、ガラス繊維に比べて優れている。

焼却炉に用いるバグフィルター３０では、ガス中の酸性成分に対処するために石灰を散布することがあり、この場合、焼却炉の運転を停止して冷却したとき、バグフィルター３０は石灰が付着した状態で放置される。このように、バグフィルター３０がアルカリ性の条件下に置かれた場合でも、玄武岩繊維により劣化しにくいという効果を奏する。

１ 基布
２ ウェブ
３ リテーナー
１０，２０ ニードルフェルト
３０ バグフィルター

（１）ガラス繊維に金属線を撚り込んだ糸からなるガラス織布の基布と、
前記基布の片面もしくは両面に配置された玄武岩繊維と耐熱性有機繊維を含むウェブとからなり、
前記基布と前記ウェブをニードリングして一体化されてなることを特徴とするニードルフェルト。
（２）ガラス繊維に金属線を撚り込んだ糸からなるガラス織布の基布と、
前記基布の片面もしくは両面に配置されたガラス繊維と耐熱性有機繊維を含むウェブとからなり、
前記基布と前記ウェブをニードリングして一体化されたニードルフェルトを用いて作成されたことを特徴とする集塵用のバグフィルター。
（３）前記ウェブは、前記ガラス繊維と前記耐熱性有機繊維が、重量比で９５：５〜８０：２０で混合されていることを特徴とする前記（２）に記載の集塵用のバグフィルター。
（４）前記耐熱性有機繊維は、パラアラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール繊維及びポリイミド繊維から選択される一種以上の繊維からなる耐熱性有機繊維であることを特徴とする前記（２）または（３）に記載の集塵用のバグフィルター。
（５）前記基布の前記ガラス織布は、ＳＵＳ線またはＳＳ線が撚り込まれた糸を使用した織布であることを特徴とする前記（２）乃至（４）のいずれか１項に記載の集塵用のバグフィルター。
（６）前記ウェブの前記ガラス繊維が、玄武岩繊維であることを特徴とする前記（２）乃至（５）のいずれか１項に記載の集塵用のバグフィルター。
（７）前記ニードルフェルトが、更に、熱収縮処理及び耐熱性樹脂付着処理がなされていることを特徴とする前記（２）乃至（６）のいずれか１項に記載の集塵用のバグフィルター。

Claims (7)

1. ガラス繊維に金属線を撚り込んだ糸からなるガラス織布の基布と、
   前記基布の片面もしくは両面に配置されたガラス繊維と耐熱性有機繊維を含むウェブとからなり、
   前記基布と前記ウェブをニードリングして一体化されてなることを特徴とするニードルフェルト。
2. 前記ウェブは、前記ガラス繊維と前記耐熱性有機繊維が、重量比で９５：５〜８０：２０で混合されていることを特徴とする請求項１に記載のニードルフェルト。
3. 前記耐熱性有機繊維は、パラアラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール繊維及びポリイミド繊維から選択される一種以上の繊維からなる耐熱性有機繊維であることを特徴とする請求項１又は２に記載のニードルフェルト。
4. 前記基布の前記ガラス織布は、ＳＵＳ線又はＳＳ線が撚り込まれた糸を使用した織布であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のニードルフェルト。
5. 前記ウェブの前記ガラス繊維が、玄武岩繊維であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のニードルフェルト。
6. 更に、熱収縮処理及び耐熱性樹脂付着処理がなされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のニードルフェルト。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のニードルフェルトを用いて作成されたことを特徴とする集塵用のバグフィルター。

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