JP3013276B2 - 高温ガス濾過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温排ガス中に含有され
る粒子の分離を高温において行い、高温ガスの有効利用
を容易に行わせるための濾過装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ゴミ発生量の増加、限りある資源の
有効利用ということで省エネルギーや資源の再利用が叫
ばれてきており、多くの企業、地方自治体で石油に代る
石炭ボイラーによる発電、ゴミ焼却において蒸気や電気
としてエネルギーの回収をするプロセスが増加しつつあ
る。これらのプロセスにおいては燃焼ガス中に粒子や塩
酸ガス、亜硫酸ガス等の腐食性ガスが含まれており、熱
回収の際熱交換器等の伝熱面への粒子の付着による伝熱
係数の減少、また粒子の付着が原因で伝熱管等に温度分
布が生じ伝熱面の腐食といった問題が起こり効果的に熱
回収が行えない。さらには粒子や腐食性ガスを含んだ燃
焼排ガスから粒子を除くとき、多くの場合電気集塵器が
使用されているが、最近この部分で塩素と残存有機物が
存在するとダイオキシン等の有害有機塩素化合物が発生
するということが報じられている。

【０００３】そのため集塵器として電気集塵器の代りに
濾過材として布等を用いたバグフイルター等の濾過集塵
器が採用される傾向が出てきた。しかし高温の燃焼ガス
をこのバグフイルター等で濾過する場合、濾布の耐熱温
度までにガス温を低下させる工程が必要とする。燃焼ガ
ス温度を下げた状態で濾過を行うとき、塩酸ガスや亜硫
酸ガス等の腐食性ガスにより濾布材の寿命が短くなり、
その交換の頻度が多くなる。またゴミ焼却等の場合、燃
焼ガスの冷却に乾式法を用いると燃焼排ガス中には火の
粉が時折存在し濾布を焦がすことも少なくない。そのた
め対策としてセラミック等を素材とした多孔質の平板も
しくは管状のフイルターが一部に用いられるようになっ
てきた。このフイルターはアルミナ、炭化珪素、コージ
エライト等を素材とした多孔質体のものが多く、耐火性
に富んでいることから高温ガスに対して使用できるため
含塵高温燃焼ガスの濾過に使うことが可能であり、そう
した場合はその後の熱回収において前記したような伝熱
に関するトラブルも解消され非常に有効である。

【０００４】最近使用されているこの種のセラミック多
孔体を用いる濾過集塵器として、大別して２種類のフイ
ルターエレメントがある。

【０００５】第一の場合は両端を開放した管状フイルタ
ーエレメントを縦にして複数本配列し、含塵ガスをその
筒の内側から外側に流して用いる多管式濾過集塵器であ
る。フイルターエレメントの圧力損失が上昇すると管の
外側から内側に向かって逆洗用ガスを流して粒子を払い
落として運転中にフイルターエレメントの再生をして使
用するものである。

【０００６】第二の場合は片側を閉じた複数本の管状フ
イルターエレメントを含塵ガスと清浄ガスとを隔てる仕
切板に吊り下げて筒の外側から含塵ガスを内側に流して
用いるキャンドル式濾過集塵器である。含塵ガスは集塵
器側面下方に存在する導入口から導入され、フイルター
エレメントの外表面から内表面を通る間に濾過され、粒
子は大部分フイルターエレメントの外表面付近で捕集さ
れる。表面に堆積した粒子は、そのエレメントの内側に
向かって瞬間的に大量の逆洗用ガスを脈動的に流すパル
スジェット方式により払い落とし、多管式濾過集塵器同
様運転中にフイルターエレメントの再生を行い使用す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】キャンドル式濾過集塵
器においては、フイルターエレメントを清浄ガスを仕切
る仕切板に吊り下げて設置するため、その荷重の支点が
フイルターエレメントの上部取り付け部付近となり、地
震等の振動に対し、その部分に応力がかかり破損し易い
構造となる。それ故、このような現象を防止するために
金属製のフイルターエレメントの振れ止めを備えたもの
もある。

【０００８】ところで最近では新しいセラミックスの特
性が注目され、その原料粉の製造の一方法として金属の
塩化物水溶液を６００℃〜１４００℃の高温雰囲気中に
原料液として噴霧供給してセラミックスの原料粉を製造
する噴霧焙焼法が利用されてきている。この場合、焙焼
後の高温排ガスから熱回収を行うとすると、熱交換器に
含塵ガスをそのまま通すと、回収物である粉体が伝熱管
表面に付着しかつ、伝熱管を構成する金属の塩素化反応
が起こり、回収粉体に不純物が混入するので、それを防
止するため高級材質を用いた装置とならざるを得ない。
そのため現在では常温の空気を多量に加え熱回収も行わ
ず、１５０℃〜２００℃まで温度を下げて耐熱濾布を用
い、接ガス部はテフロン等の耐熱樹脂をコーティングし
たバグフィルターで粉体を捕集している。

【０００９】一方、多管式濾過集塵器においては、フイ
ルターの両端を固定するために地震等の振動に対しては
安全であり優れている。しかし、フイルターエレメント
は縦にする構造とし、かつ運転中に捕集した粒子の払い
落としを行うため、縦方向にいくつかのセグメントに分
割する必要性が生じる。また熱膨張を回避するために金
属製薄板で製作されたエキスパンションジョイントを用
いた構造となっている。そのため耐熱性及び耐食性に欠
け、キャンドル式濾過集塵器同様、不純物の混入が避け
られないから、粉体が有価物である場合には極めて不利
である。

【００１０】さらに双方共フイルターエレメントが破損
した場合のそれの交換に関するメンテナンスが容易でな
い構造である。

【００１１】本発明はこのような種々の問題点を鋭意研
究し、振動に対して安全であり、不純物の混入を防止で
き、かつ破損時にも容易に交換できることを可能ならし
めた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の模式図を図１に
示す。これに基づいて本発明を説明するとハウジング１
７（Ａ）と１８（Ｂ）と仕切板７の３つの主要部から構
成される。

【００１３】ハウジングＡはその一壁面に個々のフイル
ターエレメント３を設置するため孔を有し、かつその対
向壁面が開放し下部にはフイルターエレメントで捕集さ
れた粒子を払い出すためのホッパー３１をもつ。このホ
ッパーは交換可能なカートリッジ式コンテナーとしても
よい。含塵ガスの導入口１は図１では頂部に備えてある
が下部のホッパー部の上方部分であっても良い。しかし
フイルターエレメントで捕集された粉体が非常に軽くガ
ス流に影響され易い場合は、頂部に設け下降流とするこ
とが望ましい。

【００１４】ハウジングＢは、管状フイルターエレメン
ト３の外表面に堆積した粒子をフイルターエレメント３
から払い落とすため、パルス空気供給用ノズル３２がハ
ウジングＡと合わせたときハウジングＡのフイルターエ
レメント３を設置するための孔と同一軸上になるように
取り付けられており、高温清浄ガスの排出口９を備え、
かつパルス空気供給用ノズルが付いた壁面の対向壁相当
部が開放となっている。

【００１５】ハウジングＡ、Ｂの材質は被処理ガスの温
度、成分により適切な物を選択する必要があるが、一般
的には外壁は金属材料とし、内壁はシリカ、アルミナを
主成分とする耐火キャスタブル等の硬度のあるもので内
張りしたもの、温度が低ければ金属無垢あるいは腐食を
防止するためにプラスチック等をコーティングしたもの
が好ましい。断熱のみを重視し断熱キャスタブルや石膏
ボードのようなものを用いると硬度がないため、粒子が
有価物であるような場合は不純物の混入の原因となり好
ましくない。耐熱性、耐摩耗性が満足できればハウジン
グＡは内張りとして回収粒子と同材質のものを用いれば
不純物の混入を大幅に防止できる。

【００１６】仕切板７は被処理ガスと濾過後の高温ガス
の隔壁と個々のフイルターエレメント３を支持する機能
を有している。仕切板７はフイルターエレメント３の設
置方法と共に材質及び熱膨張を吸収するための構造が重
要となり、本発明では以下のような方法を行った。熱膨
張による歪についてはできるだけ均一に吸収させるため
に図４に示すように仕切板７の各辺の中央またはその近
辺に対して直角となるようにＵ字型の切り込み１９を入
れ、ハウジングのフランジには止めピンを支持するため
の孔をあけ、その孔で止めピンを固定し、ハウジング
Ａ、Ｂで仕切板７をボルト締めで固定する方法を採用し
た。さらに仕切板７の伸び、縮みが発生してもシール性
が充分保たれるようにハウジングＡ、Ｂにより耐熱性の
グランドパッキン（図示せず）を仕切板７の前後に配し
サンドイッチ状に挟み込む。材質は熱膨張の低い金属が
好ましいが、耐熱性及び耐酸化性に優れていることも必
要なのでステンレス系の材質がよく、耐火物を施工する
場合はハウジングと同様のキャスタブルで内張りしたも
のが好ましい。温度が低い場合は金属板のみでも良い
が、粒子への不純物混入を防止するためにはプラスチッ
ク等のコーティングをしたものが好ましい。

【００１７】使用するフイルターエレメント３の種類は
取り付けの点からは片端開放の、製作価格の面からは両
端開放の、それぞれ管状のものが好ましい。ただし、管
の表面は濾過面積を大きくするため例えば、竹輪麩状に
凹凸を付与してもよい。何れを採用するかはそのときど
きに応じて任意である。

【００１８】フイルターエレメント３の設置位置と含塵
ガス導入口１の相対的位置は、高速の高温含塵ガスの流
線が、入口からそのまま直進してエレメントを直撃し、
粒子が付着することのないよう、多少なりとも迂回して
から、かつ流速の低下した状態でエレメントに到達する
ようにする方が粒子の払い落としに際して付着が少なく
有利となる（図１は平面的な側面図であり、この構成を
示さない）。

【００１９】本発明で使用するフイルターエレメント３
はセラミック製で脆いので、一般に破損しやすいことか
らエレメントの交換が各独立にできるよう、図１におい
ては各管は略水平に設置して描かれているが、ハウジン
グ全体として左下がり、すなわちガスの出口側に傾ける
ことにより、パルスジェットにより払い落とした粉体が
下側のエレメントに再堆積する傾向を減少させることが
可能である。

【００２０】フイルターエレメント３の設置手段の概略
図を図２及び図３に示す。ハウジングＡの開放部とハウ
ジングＢの開放部との間に耐熱性のグランドパッキン
（図示せず）を介して仕切板７を挟み込む。各フイルタ
ーエレメント３の一端は耐熱性の成形ガスケットを介し
て仕切板の孔に合わせ、他端も耐熱性の成形ガスケット
を介しハウジングＡの一壁面に有する孔を通してフイル
ター押え１５を充てその後方にバネ１２をおき、そのバ
ネを押すことのできるネジ棒１４をもったフィルター押
えカバー１３で大気との隔離を行って固定する。このバ
ネの弾性力を利用してフイルターエレメント３を一定の
力で固定し、かつフィルターの膨張さらには仕切板７の
熱歪によるシールの悪化を防いでいる。このバネ１２の
部分は濾過器内の高温部分から外れるため温度上昇が少
なくバネ１２の劣化も防止される構造となっている。さ
らに高温ガスのバネ部への拡散を防止するためパージ用
空気を流している。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を示す。濾過器のフィルター
は外径７０ｍｍ、内径５０ｍｍ、長さ１２００ｍｍのコ
ランダムの多孔質フイルターエレメントを３０本使用
し、６行５列の直列配置したものである。ハウジング
Ａ、Ｂ部は幅１ｍ、長さ１．６ｍ、高さ１ｍの寸法を有
し、その下部に粒子を回収するための角錐状のホッパー
を備えている。仕切板は横１．２ｍ、縦１．３ｍで固定
のための５２個のボルト孔のほかに熱膨張を均一に逃が
すために各辺の中央に４０×１２ｍｍのＵ字型の切り込
みに直径１１ｍｍの止めピンをさして支持した。フィル
ターの設置方法については前述したとおりである。

【００２２】アルミニウム電解コンデンサー用の電極箔
製造工程で排出されたアルミニウム箔エッチング廃液を
図５に示す焙焼装置２５で焙焼し焙焼炉内で発生する酸
化アルミニウム粉体を本発明の濾過器２６で捕集した。
なお２２は廃酸液、２３は燃料、２４は燃焼空気のそれ
ぞれ配管である。又２８はブロワー、２９は排ガス処理
装置、３０は煙突である。被処理ガス温度７００〜７５
０℃で、１週間の連続運転の結果、熱交換器２７の総括
伝熱係数は粉体が含有されたときの４〜６ｋｃａｌ／ｍ
^２ｈｒ℃であったのに対し、本集塵器を設置した場合は
フィルター部からの粉体漏れもなく１５〜２０ｋｃａｌ
／ｍ^２ｈｒ℃でほぼ一定であり熱回収の容易性を示し
た。又、回収された粉体は不純物の混入を殆ど受けず酸
性ガスの吸着量も非常に少なくなった。このほかに酸化
鉄やアルミナをベースとした複合酸化物においても同様
の結果を得た。

【００２３】

【発明の効果】本発明は粒子を含む高温ガスの濾過が可
能であり、地震等の振動に対しても強いための安心して
使用できる。又使用対象が高温ガスということで熱膨張
といったことが原因で、万一フイルターエレメントが破
損したときもその壊れたフイルターエレメントだけを容
易に交換ができる。

【００２４】又本発明の濾過器は接ガス部に金属面が殆
ど存在してない方法をとることができるため、パイロジ
ェニックシリカ等の揮発性塩素化物の加水分解による加
熱分解法や噴霧焙焼法等によるセラミック等の原料粉体
を製造するプロセスにおいて粉体の分離装置として使用
でき、塩酸、無水硫酸ガス及び亜硫酸ガス等の腐食性ガ
スが含まれていても、それらにより腐食を受けにくく、
また回収粉体は高温で分離されるので、その吸着を抑制
して回収することができる。

【００２５】さらに粉体回収後の高温排ガスの熱回収に
おいて、伝熱面積も低温バグフイルター使用時の１／３
〜１／４に減少でき、かつ熱交換器の材質を安価な鉄系
とすることができる。最近では資源の有効利用が叫ばれ
てきており、その一貫として石炭のガス化発電、産業廃
棄物等によるガス化が行われており、これらの生成ガス
中の除塵が高温の状態で行えるため、その後の熱回収が
容易となる。このように本発明はエネルギー回収の点か
らも非常に有益な装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高温ガス濾過装置の断面の模式図であ
る。

【図２】図１の（イ）の詳細図である。

【図３】図１の（ｎ）の詳細図である。

【図４】仕切板の外形図である。

【図５】本発明の濾過器を用いて実施した装置のフロー
シートである。

【符号の説明】

１ 高温除塵ガス導入口 ２ 高温清浄ガス ３ 管状フイルターエレメント ４ 捕集粒子 ５ 逆洗用ガス ６ 耐火キヤスタブル ７ 仕切板 ８ 高温含塵ガス ９ 高温清浄ガス排出口 １０ 成形ガスケット １１ セラミックフアイバーバルク １２ バネ １３ フイルター押えカバー １４ ネジ棒 １５ フイルター押え １６ パージガス １７ ハウジングＡ １８ ハウジングＢ １９ 止めピン用長円孔 ２０ ボルト孔 ２１ 止めピン ２２ アルミニウム箔エッチング廃液 ２３ 燃料 ２４ 燃焼空気 ２５ 焙焼炉 ２６ 濾過器 ２７ 熱交換器 ２８ 誘引ブロワー ２９ 排ガス処理装置 ３０ スタック ３１ ホッパー ３２ ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 誠 千葉県船橋市習志野台５−20−14 (72)発明者 守田 浩之 埼玉県与野市本町４−27−25ＮＣＥコー ポ与野208号 (72)発明者 堀 澄夫 長野県上伊那郡南箕輪村1806−６番地 (72)発明者 北原 資章 長野県伊那市伊那部5226番地 (56)参考文献 実開 平３−128413（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 46/00 - 46/54

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１端が開放されている複数の
   多孔質管状フイルターエレメントを装着した粉塵類を含
   有する高温ガスの濾過装置であって、含塵ガスの導入、
   濾過を行い、必要に応じて分離した粉塵を貯留し、或い
   はさらに排出する機構を付加したハウジングＡと、その
   中に配設したフイルターエレメントを通過した除塵ガス
   の受け入れと排出を行うためのハウジングＢとを仕切板
   を隔てて連結するものにおいて、該仕切板は各フイルタ
   ーエレメントに対応し、かつその内径に略等しい除塵ガ
   ス出口用孔を有し、該フイルターエレメントに嵌合し、
   もしくは衝合される成形ガスケットを介して該エレメン
   トのガス出口端を押圧することにより気密的に支持でき
   る構造とし、該仕切板と対向直面するハウジングＡの壁
   面には、該フイルターエレメントと中心軸を略共有し、
   かつ該エレメントの外径よりも僅かに大きい内径を有す
   る孔を穿ち、孔のある部分の外壁部には、必要に応じて
   気密用蓋として設けた含塵ガスの漏入防止用ガスケット
   を挟み、該フイルターエレメントとハウジングＡとの熱
   膨張差を逃すための軸方向に伸縮するスプリング機構を
   用いた押圧力可変のフイルターエレメント押え具を具備
   したフイルターエレメント保持用カバーを覆設し、他方
   ハウジングＢには各除塵ガス出口用孔に対向して逆洗用
   パルスジェットのためのノズルを配置する構成としたこ
   とを特徴とする高温ガス濾過装置。