KR100249439B1 - 고온 기체용 필터 백 - Google Patents

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한스 포스틴 허만
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마리암 디. 메코나 헤이
이. 아이. 듀우판 드 네모아 앤드 컴퍼니
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Abstract

필터 백용 직무로서, 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드), 폴리에스테르 또는 폴리페닐렌설파이드 섬유 펠트에 니들링되어 있는 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)의 얇은 부직포 층을 포함하는 적층체는 고온 스파크에 의한 내화성을 증가시킨다.

Description

[발명의 명칭]
고온 기체용 필터 백
[발명의 배경]
미립 방출물에 대한 환경 기준이 보다 엄격해짐에 따라 직물 필터의 사용이 상당히 증가되고 있다. 직물 필터가 매우 효율적이며 조작하기 쉽고, 여러 경우에 있어서 가장 저렴한 조절 방법이기 때문에 이들을 사용하고 있다. 대체로, 수집될 미립자의 특성에 따라, 즉 증기 및 마이크론 이하 단위의 입자에 대한 역방향 공기 또는 쉐이커 단위 및 조약한 비점착성 분진에 대한 제트 펄스 단위와 같은 유형의 직물 필터 장치를 선택한다.
사용할 백하우스(baghouse) 직물의 종류를 결정할 때, 몇몇 인자들, 즉 (1) 작업 온도, (2) 내마모성, (3) 여과능 및 (4) 내화학성을 고려해야 한다. 여과능은 섬유 및 직물 구조와 수집할 분진과의 복잡한 상호 작용에 의해 결정된다.
동일한 환경 하의 하나의 직물을 기타 직물들보다 훨씬 오래 사용할 수 있기 때문에 필터 백 직물의 선택이 아주 중요하다는 것은 자명하다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 전형적인 백 필터 챔버(bag filter chamber)의 개략도를 도시한다.
[발명의 개요]
본 발명은 배기 가스 스트림에 연행된 고온의 미립자에 대해 저항력이 매우 높으며 필터 백으로 싸여 있는 백 리테이너(retainer)를 포함하는 백 필터를 제공하고, 상기 필터 백의 천은 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유의 얇은 부직포층이 니들링(needling)되어 있는, 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 또는 폴리에스테르 또는 폴리페닐렌설파이드 섬유의 펠트 적층체를 포함하며, 상기 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 직물은 고온의 미립자를 함유한 가스 스트림에 먼저 노출된 필터 백의 표면에 위치한다. 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 직물의 바람직한 기본 중량은 0.0034 내지 0.0068g/cm2(1 내지 2oz/yd2)이다. 또한 본 발명은 필터 백 천으로서 사용된 적층체를 포함한다.
[발명의 상세한 설명]
제1도는 2단계로 수행되는 챔버 하우징 백 필터의 개략도를 도시한다. 제1도는 고온 분진을 함유한 공기가 유입되는 통로(2) 및 여과된 공기가 진행하여 배기되는 출구 채널(3)을 갖는 챔버(1)를 포함한다. 분진을 함유한 공기 스트림으로부터 분리되는 미립자 물질은 결국 방출 개구부(4)를 통해 제거된다. 분진을 함유한 공기 스트림으로부터 분진을 분리하는 4개의 백 필터(a, b, c 및 d)가 챔버(1) 내에 위치하며, 이들 각각은 통상적으로 와이어로 제조된 금속 케이지 또는 성형체인 백 리테이너(5)(백 필터(a)에는 도시되어 있지 않고, 백 필터(b)에 부분적으로 도시되어 있다)를 포함한다. 백 필터(a)에 도시되어 있고 백 필터(b)에 부분적으로 도시되어 있는 필터 백(6)의 횡단면도가 백 필터(c 및 d)에 도시되어 있다. 여과된 가스가 백 필터를 나오거나, 또는 솔레노이드 밸브(9) 또는 기타 메카니즘에 의해 작동된 취입 파이프(8)을 통해 압축 공기가 유입될 수 있는 개구부(7)가 각각의 백 필터의 상부에 위치한다.
백 필터(a)에 대해 기술한 작동에서, 고온 분진을 함유한 공기가 화살표 방향으로 도시한 바와 같이 통로(2)를 통해 챔버(1)로 유입되고 백 필터(a)의 필터 백(6)을 통해 유입되고, 여과된 공기가 개구부(7)를 통해 백을 나와 출구 채널(3)을 통해 챔버로부터 배기된다. 소정의 기간 동안 작동한 후, 분진을 함유한 공기의 흐름을 정지시키고 백 필터(d)에 대해 기술한 바와 같이, 제2작동 단계를 개시한다. 압축 공기를 밸브(9) 및 취입 파이프(8)를 통해 개구부(7)로 유입시킨다. 압축 공기는 초기 고온 분진을 함유한 공기 흐름의 반대 방향으로 필터 백을 통해 이동하여 필터 백에 포획된 미립자를 제거한다. 미립자는 공기 흐름을 따라 방출 개구부(4)를 통해 제거한다.
본 발명의 중요한 성분은 필터 백 천(cloth)에 관한 것이다. 천(cloth)은 보편적으로 약 0.0407 내지 0.0748g/cm2(12 내지 22oz/yd2) 범위의 기본 중량, 인성, 내마모성 여과능의 밸런스를 가지며, 이용해야 할 승온에서 기상 환경을 견딜 수 있는 섬유의 펠트(니들링에 의해 형성된 바와 같은, 섬유의 인탱글된 물질)이다. 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)의 펠트는 고온, 예를 들면 190.556 내지 204.44℃(375 내지 400°F)에서 특히 효과적이다. 또한 폴리페닐렌설파이드 섬유 펠트를 비교적 승온에서 사용할 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 펠트는 저온, 예를 들면 121.11 내지 135.0℃(250 내지 275°F)에서 사용한다.
배기 가스 스트림에 연행된 고온 스파크가 종종 백하우스에 옮겨져 연소 작용을 하여 필터백에 구멍(hole)을 내서, 필터로서 이들의 효과가 크게 감소되는 것은 주지된 사실이다. 본 발명에 따라, 고온 가스 스트림에 먼저 노출된, 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 또는 폴리에스테르 섬유의 기본 펠트에 니들링된 필터 표면에 위치한 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유의 얇은 부직포 층의 존재가 고온 스파크에 의한 연소에 대한 내화성을 크게 증진시킨다는 것이 밝혀졌다. 상기 층이 종래의 니들 장치에 의해 함께 니들링될 수 있지만, 미합중국 특허 제3,402,862호 및 제3,493,462호에 나타나 있는 바와 같이 수압에 의해 니들링될 수 있다. 보다 중량의 층을 사용할 수 있지만, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유의 부직포 층은 기본 중량이 0.0034 내지 0.0068g/cm2(1 내지 2oz/yd2) 또는 약 5 내지 15중량%인 하부 백 천이 바람직하다. 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유의 얇은 부직포 층을 사용하는 방법의 잇점은 비용이 절감되고, 상당한 보호능을 제공하면서도 필터 천을 가로지르는 압력 강하가 실질적으로 증가하지 않는다는 것이다.
[시험 및 방법]
필터 천의 효과를 평가하기 위해 이용한 시험은 가스 스트림을 유입함으로써 백하우스로 옮겨질 수 있는 고온 미립자에 대한 직물 구조의 노출을 모의 시험하고 직물의 손상을 평가한다. 시험은 다음과 같이 수행한다 :
원리 : 다양한 크기의 강철 포환을 머플(muffle) 연소로에서 800℃의 온도까지 가열한다. 그것을 시험할 직물 표면 상에 놓고 손상을 측정한다.
장치 : 1. 강철 볼은 다음과 같다 :
2. 800℃를 초과하는 온도까지 가열할 수 있는 머플 연소로.
3. 시험할 직물을 높을 20.32×25.4(8×10in) 금속 팬.
4. 강철 볼을 놓을 도가니.
5. 도가니 집게.
직물을 전처리하고 노출시키기 위한 환경은 20℃ 및 50 내지 60% 상대 습도.
시험용 샘플의 크기는 팬을 충전시키도록 20.32×25.4cm(8×10in)이어야 한다.
샘플 제조 방법 : 샘플을 절단하여 시험 표면을 위로 향하게 하여 팬에 놓고 24시간 동안 시험 환경 하에 유지시켜야 한다.
시험 공정 : 각 크기의 강철 볼 4개를 도가니에 두고 800℃에서 머플 연소로에 둔다. 2시간 이상 동안 가열한다.
평가 : 발화, 연기 발생 및 잔광을 관찰한다. 연소로로부터 볼을 빼내어 연소된 부분의 직경 및 침투 깊이를 측정한다.
결과 : 발화, 완전 연소, 연소된 면적, 깊이 및 기타를 관찰한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하지만, 이에 국한하여 본 발명을 고려하지는 않는다.
[실시예 1]
본 실시예는 경량의 부직 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T) 직물(100% 케블라(Kevlar) 아라미드 스펀레이스된 부직포(중량 0.0068g/cm2(2oz/yd2)를 고온 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유(MPD-I) 0.0476g/cm(14oz/yd2) 니들 펀치된(needle punched) 여과 펠트의 표면에 적용함을 다룬 것이다. PPD-T 직물을 8mm 침투 및 30.150회 침투/cm(77회 침투/in(ppi))의 36 게이지 9바브(barb) 펠팅 니들을 사용하여 펠트의 표면에 니들 펀치하였다.
0.3175cm(1/8 in) 및 0.6350cm(1/4 in)의 강철 포환을 머플 연소로에서 800℃까지 가열한 상기 기술한 시험에 의해 열적 보호가 입증되었다. 가열된 포환을 연소로로부터 빼낸 직후 PPD-T 직물 표면에 부었다. 30초 후, 포환을 제거하였고 표면을 검사하였다. 비보호된 MPD-I 펠트는 심하게 탄화되었고 펠트 내로 침투되었다. 0.3175cm(1/8 in) 포환은 그의 직경과 동일한 부분을 탄화시켰고 0.0794cm(1/32 in)(두께의 25%) 침투되었다. 0.3175cm(1/8 in) 포환의 열 함량의 10배인 0.6350cm(1/4 in) 포환은 그의 직경보다 큰 부분을 탄화시켰고 약 0.1588cm(1/16 in)(펠트 두께의 50%) 침투되었다. 대조적으로, 포환은 PPD-T 직물 표면을 침투하지 않았다. 0.3175cm(1/8 in) 포환은 단순히 표면을 변색시켰지만 0.6350cm(1/4 in) 포환은 표면을 탄화시켰다. 직물의 배면 상에는 영향을 미치지 않았다.
[실시예 2]
MPD-I 펠트대신 폴리에스테르, (폴리에틸렌 테레프탈레이트)펠트를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에 기술한 바와 동일한 PPD-T 직물의 제작 방법 및 시험 공정을 따랐다. 금속 산업에서 미립자를 수집하는데 사용되는 것들 중에서 폴리에스테르 펠트(0.0544g/cm2(16oz/yd2))는 대표적이다. 포환을 비호호된 폴리에스테르 펠트의 표면 상에 부으면, 0.3175cm(1/8 in)와 0.6350cm(1/4 in) 포환 둘다 펠트를 직접 용융시키면 포환 직경보다 훨씬 큰 구멍을 남기지만, PPD-T 표면의 폴리에스테르 펠트는 PPD-T 표면을 통한 0.3175cm(1/8 in)와 0.6350cm(1/4 in) 포환의 침투를 나타내지 않았다. 0.3175cm(1/8 in) 포환의 경우, 펠트의 배면 상에는 고온 입자가 없었다. 0.6350cm(1/4 in) 포환은 배면 상에서 약간의 변색을 나타내었다. 또한 폴리페닐렌설파이드 섬유의 경우도 만족스런 결과를 얻을 것이다.

Claims (4)

  1. 필터 백(filter bag)으로 싸여 있는 백 리테이너(bag retainer)를 포함하며, 상기 필터 백의 천(cloth)은 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 또는 폴리에스테르 또는 폴리페닐렌설파이드 섬유의 펠트와, 이 펠트에 니들링(neadling)되고, 고온의 미립자를 함유하는 가스 스트림에 먼저 노출되는 필터 백의 외부 표면에 위치하는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유의 얇은 부직포의 적층체를 포함하는 것인, 배기 가스 스트림에 연행된 고온의 미립자에 대한 저항력이 매우 큰 백 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 직물의 기본 중량이 0.0034 내지 0.0068g/cm2(1 내지 2oz/yd2)인 백 필터.
  3. 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 또는 폴리에스테르 또는 폴리페닐렌 설파이드 섬유의 펠트와, 이 펠트에 니들링된 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유의 얇은 부직포의 적층체를 포함하는, 필터 백에 사용하기에 적합한 천.
  4. 제3항에 있어서, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 직물의 기본 중량이 0.0034 내지 0.0068g/cm2(1 내지 2oz/yd2)인 천.
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