JPS6372319A - 高温用フイルタ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温の燃焼排ガスあるいは石炭等の分解ガス
中の煤塵等を捕集除去して、ガスの浄化処理を行なう高
温ガスが適用のセラミックスフィルターに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来都市ごみ、各種産業廃棄物または各種汚泥の焼却炉
、あるいは各種工場のボイラ等から排出される高温排ガ
ス中の煤塵を捕集するために、様様な濾過装置が設けら
れている。

これら従来のが過・集塵装置のうち例えば電気集塵器で
は、フライアッシュの電気抵抗率が高いと火花発生や、
逆電離を生じるため、フライアッシュの性状によっては
適用できず、また綱板の腐食防止対策の面から、適用温
度範囲は約１５０〜４５０℃の範囲内であると言われて
いる。

一方、バグフィルタ−では通常耐熱温度は約２００℃で
あり、高温用としてのガラス繊維製やテフロン繊維製の
ものでは耐熱温度は約２６０℃であるが、さらに高温用
のものとして金属または合金製で耐熱温度が３３０〜５
５０℃のものも開発されている。

しかしながら、これらはいずれも高価であり、しかも金
属製のものでは腐食の問題があるので、一般的にバグフ
ィルタ−の最高使用温度は約２６０℃と言われている。

また、近年、石炭利用の拡大の一環として石炭のガス化
による発電の開発が進められている０石炭ガス化による
分解ガス中には、ダスト、炭種によってはアルカリ金属
等を含むため、環境保全上ならびに発電用ガスタービン
への障害対策の上から、これらを除去する必要がある。

高効率化をめざす石炭ガス化複合発電システムにおいて
は、ダスト等の除去のため、ガスタービン入口前で、高
温分解ガス用高効率集塵装置が要求され、現在、研究・
開発が進められている。

〔発明が解決しようとする問題点〕 このように従来の集塵装置では使用温度に限界があるた
め排ガス温度を下げる必要があり、集塵装置より上流側
にボイラ等の排熱回収装置やガス冷却塔等を設ける必要
があった。すなわち、従来の燃焼炉排ガスの処理装置の
フローシートは例えば第４図のとおりであって、燃焼炉
と集塵装置の間に燃焼排ガスを冷却するための排ガス冷
却設備が必要であり、この冷却設備により予め冷却ガス
としてから集塵装置で処理し、除塵ガスを煙突から大気
に放出するプロセスが採用されていたものである。

そのため、近来では高温排ガスをそのまま直接炉遇する
ことが可能な多孔質セラミックスフィルターが実用化さ
れつつある（例えば特公昭６１−１３８４５号公報、特
公昭６１−１３８４６号公報、実開昭６０−１０００１
６号公報等を参照）。

ところが、高温排ガス条件下では粉塵のフィルターへの
粘着が大きな問題となっている。すなわち、約１０００
℃以下ではフライアンシュ自体に問題はないが微量の溶
融金属や、塩の存在下では粉塵がフィルターに粘着しや
すく、特に極めて高い腐食性を持つ塩化物は、融点が７
００℃付近であることが多いためクリンカを生じ粘着後
の除去が困難となる問題点がある。

したがって多孔質セラミックスのｖｉ通過体は、機械的
強度は十分大きいが、気孔の内部及び表面に付着した塩
化物の剥離が困難で、金属酸化物の種類によっては、わ
ずかに含むだけでも致命的である。

一方、近年フィルター内部に微細な粒子が入り込んでフ
ィルター性能が低下することを防ぐため、フィルター表
面にフッ素樹脂等を薄膜状にコーティングして粉塵の捕
集をフィルターの膜表面で行い、フィルター内部に粉塵
が入り込まないように構成したフィルターが実用化され
つつあるが、これ等は未だ耐熱温度が約１２０℃と低い
欠点がある。

実開昭６０−１０００１６号公報等に開示されたもので
はセラミックス層を気孔径の異なる二層体として圧力損
失の低減を可能とする構成となっているが、前記公報の
表層の気孔径は３０〜６０μ麺であり、かつ、膜という
概念ではない、すなわち、表層捕集という概念のもので
はない。

また、表層捕集しようとすると、溶融アルカリ金属塩が
またたく間に表層に付着し、濾過面としては全く役に立
たない。

高温条件下で粉塵の粒子径と同等又はそれ以下の気孔径
の薄膜による表面捕集フィルターは、溶融したアルカリ
金属塩等が全く付着しない素材があって初めて可能にな
るものである。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
高温ガス濾過用のセラミックスフィルターにおいて、排
ガス中にアルカリ金属の化合物が含まれていても物理的
、化学的融着による閉塞を起こすことなく長期間安定な
連続運転を可能とした高温用フィルターを提供すること
を目的とするものである。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明者らは前記目的に鑑みて、種々の耐熱性材料を検
討した結果、通常糸道あるいはテープガイドローラー等
の摺動材料、あるいはコンデンサーの材料として広く使
用されているＴｉ０１焼結体が高温下でアルカリ金属塩
あるいは溶融金属物に極めて安定であることを知見し、
さらに研究を重ねた結果、Ｔ＋０１焼結体中の不純物金
属の含有量が極めてアルカリ金属塩あるいは溶融金属物
との反応。

性に関係が深いことを新規に知見するに至り本発明を完
成した。

本発明は、高温条件下で集塵・炉遇を行なうためのセラ
ミックス多孔体によるフィルターにおいて、少なくとも
８５重量％のｒｔｏ、からなる多孔質焼結体により構成
したことを特徴とする高温用フィルターである。

以下、本発明の詳細な説明する。

高温ガス中にセラミックスの粒子と微量のアルカリ金属
化合物（ＮａｍＣＯｉ、ＮａＯＨ，ＮａＣｌ　、　Ｎａ
ｔＳＯ＊＋ＫｔＣＯｓ、　ＫＯＨｌにＣ１，Ｋｇｓｏ＊
等）が共存するとセラミックス粒子伺士がこのアルカリ
金属化合物を固着媒体として強固に固着してしまう。

すなわち、代表的なセラミックスサンプルを付着の強さ
の順に列記すると、 Ｚｒ０ｔ＞α−３ｉＣ＞β−５ｉＣ＞Ａ　ｊ！　ｚＯｓ
　＞　Ｔｉ１ｔとなる。

上記サンプルのうちへ１オＯ１は約７５０℃以下では全
く付着しないが、約８００℃以上になると付着し始め°
ること、また、純度８５重量％以上の何種類かのＴｉＯ
□は９５０℃の高温でも全く付着しないことが実験によ
り確認された。

なお、Ｔｌ０ｇにおいても、その純度、不純物の質及び
量、結合材の種類及び量の相違によっては、激しいタリ
ン力を生ずるものである０本発明のＴｉ０ｇ賞焼結体の
ＴｉＯｘ含有量は、少な（とも８５重量％であることが
必要である。その理由は、８５重量％よりも少ないと焼
結体中のＴｉ０１の塩類に対する安定性が損なわれるた
めである。

また、上記Ｔｉ０１質焼結体ではＬｉｔ　Ｂｅ＋　Ｂ＋
　Ｎａ。

Ｍｇ、　Ａｊｌ、　ＳＬ、　Ｋ＋　Ｃａｔ　Ｃｒｔ　Ｆ
ｅ１Ｃｕ＋　Ｚｎ＋　Ｓｒ＋　Ｚｒ＋Ｂａの含有量の合
計が１０重量％以下であるものが好適である。その理由
は、これらの元素が多く存在すると、これらの元素は前
記アルカリ金属塩や溶融金属との反応性が大きく、相溶
して低融点の塩あるいは低融点のガラス状の化合物を形
成して強く結合するようになるためであり、なかでもこ
れらの元素のうちＬｉ、　Ｂ、　Ｎａ＋　ＡＮ、　Ｓｔ
、　Ｃａ、に、　Ｚｎが上記傾向が強く顕われ、合せて
７重量％以下であることがより好適な結果を与える。

発明者らはこの現象に着目し、Ｔｉｏｎ含有量が８５重
量％以上のセラミックス多孔体とすることにより、高温
排ガス中に溶融アルカリ金属塩の微粒子が存在していて
も、フィルターの表面及び気孔の内部で付着、固化によ
る閉塞を起こすことがなく、長期間安定した連続運転を
継続することができると共に、前記微粒子の払い落しも
簡単な方法で実施しえたものである。

また、本発明者らは、気孔径の粗いＴｉＯ！多孔体を母
体とすると共に、この母体の流体流入側の面にＴｉｅｓ
パウダーを均一に塗布、焼成し薄膜を形成して構成した
表面捕集フィルターにより、粉塵中に溶融アルカリ金属
塩が共存していても表層にこれが全く付着しない、より
完全な高温用フィルターを完成することができたもので
ある。この場合、前記薄膜は、平均気孔径を粉塵の粒子
径と同等以下、具体的には０．５〜２０μｍの範囲内と
し、層厚を５〜５０μｍとしたものが好ましい、なお、
前記母体の気孔径は、前記薄膜のそれよりも大とすれば
よい。

しかして、本発明の高温用フィルターを備えた集塵装置
を適用した場合の、燃焼排ガスの処理装置のフローシー
トは第３図のとおりとなり、燃焼排ガスを直接前記集塵
装置に導入して処理することが可能となるものである。

〔実施例〕

以下、本発明による高温フィルターの実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図において、１はフィルターであり、一端に開口部
２を有する筒状体に形成され、浄化されるべき含塵ガス
は、フィルター１の外周面側から内部に流入し、開口部
２から清浄ガスとなって排出される。

フィルター１は、開口部２側でフランジ３によって、通
過含塵ガスの上流側及び下流側を画成する支持板５に固
定して取付けられる。

フィルター１はこの実施例の場合、気孔径の異なるｔｙ
ｒ過側の表面層をなす薄膜６と、内部側の母体７とから
構成されており薄膜６．母体７とも耐熱性、耐摩耗性を
有し高温条件下で、溶融したアルカリ金属塩等が全く付
着しないＴｉＯ２を主成分とする焼結体を素材とした多
孔体である。

薄膜６は、捕集効率を大きくするために、濾過対象の含
塵ガスのダスト粒径分布に応じた平均気孔径（たとえば
０．５μｍ〜２０μｍ）とし、母体７は薄膜６より気孔
径を大とし、かつ強度の面から層厚を大きく形成してお
く。

上記構成のフィルター１を通過する高温の含塵ガス内の
煤塵等は、第２図に示すように気孔径の小さい薄膜６に
より効率的に捕集され、浄化された排ガスは母体７を通
過して開口部２がら下流側に放出される。

通過含塵ガス中の煤塵等は、薄膜６によりｔｆｌｔｉさ
れるが、この場合、気孔径が小さく気孔率が小さくても
、その層厚が薄いため通過含塵ガスの通過時の抵抗値を
小とすることができる。そして、母体７はその気孔径が
大きく、気孔率が大であるから抵抗は少なく、通過ガス
の圧力損失を低減できる。

本発明のフィルターは、高温条件下で溶融したアルカリ
金属塩等が全く付着しないので、高温排ガス中に溶融ア
ルカリ金属塩等の微粒子が存在しても、フィルターの表
面及び気孔の内部で付着。

固化による閉塞を起こすことがなく、長期間安定した連
続運転を継続することができると共に、前記微粒子の払
い落しも簡単な方法で実施することができる。なお、Ｔ
Ｒ膜６が存在しないフィルターにおいても、同様の効果
を得ることができる。第１図中４はパツキンである。

（実験例） ＴｉＯχ含存量が相異なる種々のＴｉ０１質焼結体を、
内部温度９５０℃の焼却炉の上部にフィルターとしてセ
ットし、排ガス中の煤塵のが過分雇用に約２００時間稼
動させた後、回収し、アルカリ金属塩のＴｉ０ｇ′ｎ焼
結体への付着を調べた結果は第１表及び第２表にまとめ
た通りである。この煤塵中には主としてＮａが５．１％
、Ｋが３．８％含まれており、粒径は３５０μｌ以下の
ものであった。

なお、下表中の煤塵の付着の程度を表わす指標は、次の
通りである。

゛０；低圧空気による逆洗によって初期圧損に復帰、２
：高圧空気による逆洗によってほぼ初期圧損に復帰、 ４；高圧空気による逆洗によっても初期圧損に復帰しな
い、 ６；高圧空気による逆洗効果全くなし、である。

また、例えば指標３は、「２と４の中間の付着程度を有
する」ことを意味している。指標１．５についても同様
である。

（以下、余白） 第２表 （発明の効果〕 Ｔｉ０ｚを主成分とする素材でフィルターを構成するこ
とにより下記の効果が得られる。

（１）従来のセラミックス材料によるフィルターでは用
途に限界があり、高温の排ガス用には実ｎ的に使用不可
能であり、フィルターの再生も困難であったが、本発明
のフィルターではこのような問題点が的確に排除され、
高温排ガス用フィルターとして優れた性能を発揮する。

（２）シたがって、本発明のフィルターを備えた集塵装
置によればガス冷却塔などの排ガス冷却装置が不要とな
るので、燃焼排ガス処理装置が簡単かつ経済的なものと
なり、運転操作も簡便になる。

（３）　　この数年来、エネルギー危機の対応として、
石油から石炭への燃料転換は着実に進められているが、
従来の石油系燃料に比べて煤塵（フライアッシュ）の発
生量が桁違いに多い石炭を用いる燃焼施設では、新しい
基準値を安定して達成するために、集塵率を９９．９％
程度で集塵装置を常時稼働しなければならず、性能が煤
塵の見掛は電気抵抗率に大きく依存する電気集塵装置に
とって、石炭燃焼によるフライアンシュがとくに処理困
難な高い抵抗値を示すだけに、極めて苛酷な課題を与え
られることになっていたが、本発明のフィルターにより
、炭種（アルカリ金属の有無）を問わず、集塵が可能と
なる。

（４）近年、開発が進められている高効率化をめざす石
炭ガス化複合発電システムにおける高温分解ガス用とし
て、本発明のフィルターを使用することにより、炭種（
アルカリ金属の有無）を問わず、集塵が可能となる。

なお、本発明のフィルターは、特に高温用として優れた
性能を発揮するが、低温用として使用することもできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高温用フィルターの実施例の縦断面図
、第２図は第１図Ａ部の拡大図、第３図は本発明の高温
用フィルターを備えた集塵装置を通用した場合の、燃焼
炉排ガスの処理装置のフローシート、第４図は従来の集
塵装置を通用した場合の、燃焼炉排ガスの処理装置のフ
ローシートである。 ｌ・・・フィルター、２・・・開口部、３・・・フラン
ジ、４・・・パツキン、５・・・支持板、６・・・ｆｉ
膜、７・・・母体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温条件下で集塵・ろ過を行なうためのセラミッ
   クス多孔体によるフィルターにおいて、少なくとも８５
   重量％のＴｉＯ＿２からなる多孔質焼結体により構成し
   たことを特徴とする高温用フィルター。
2. （２）前記多孔質焼結体はＬｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ
   、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓ
   ｒ、Ｚｒ、Ｂａの含有量の合計が１０重量％以下である
   特許請求の範囲第１項記載の高温用フィルター。
3. （３）前記フィルターは母体と、該母体の流体流入側の
   表面に形成した薄膜とからなるものであり、該薄膜は層
   厚が５〜５０μｍ、平均気孔径が０．５〜２０μｍの範
   囲内にあり、前記母体はその気孔径が前記薄膜の気孔径
   より大となっているものである特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の高温用フィルター。