(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック織布からなる基布の表面に、切削法により得られた金属繊維の集合体をニードリングして絡ませ二層構造に積層したことを特徴とする乾式フィルター材。
【請求項２】
セラミック織布からなる基布の両面にそれぞれ、切削法により得られた金属繊維の集合体をニードリングして絡ませ三層構造に積層したことを特徴とする乾式フィルター材。
【請求項３】
金属繊維は、その素材がクロムを１５〜２５重量％、アルミニウムを３〜１０重量％含むステンレス耐熱鋼であることを特徴とする請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材。
【請求項４】
金属繊維は、請求項３記載のステンレス耐熱鋼からコイル材切削法によって製造されたものであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材。
【請求項５】
セラミック織布は、シリカ繊維からなることを特徴とする請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材。
【請求項６】
金属繊維の集合体を積層した上にさらにセラミック塗料をコートすることを特徴とする請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか記載の乾式フィルター材を用いることを特徴とするバグフィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却炉やボイラなど高温ガス中のダストを捕集するための高温領域用フィルター材、およびこれを用いたバグフィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有害物質による大気汚染、さらにダイオキシン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、焼却炉など産業燃焼炉における集塵、および窒素酸化物、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１９９７年１２月１日から施行された。特に今後適用される「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排ガスの高度な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。
【０００３】
ダイオキシンは、燃焼温度の低い不完全燃焼時に炭化水素と塩素が金属化合物の触媒作用で生成するといわれており、焼却室で厳格な管理の下に完全燃焼を行っても、排ガスの冷却過程で飛灰中の金属類を触媒として極微量の前駆物質から再合成される。再合成は燃焼室より温度が下がった後続設備における温度が２００〜４００℃において特に多いといわれており、従って、２００℃以下の低温、あるいは４００℃以上の高温で集塵することによりダイオキシン発生を抑制することができる。
【０００４】
集塵設備は、電気集塵器による方法とバグフィルターによる方法が主流であるが、電気集塵器は、設備費が大きく保全性が良くなく、しかもその操作温度が３００℃前後であることが多く、ダイオキシンの抑制には限界がある。そこで今では２００℃以下の温度でダストの捕集を行うバグフィルター方式が主流となっている。
【０００５】
２００℃以下の処理では、有機系の耐熱繊維をフィルター材に用いたバグフィルターで行うことができる。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〔特開平１１−１３７９３０号公報、特開２００１−１２０９２６号公報、特開２００１−１４９７１９号公報など〕をなし、繊維上で微小ダストを捕集してフィルターを通過したガスは、ガス中の塩化水素や硫黄酸化物などの酸性物質を除いた後放出される。この方式は、圧損が小さく集塵効率が非常に高く乾式集塵には適した方式である。しかし、高温度の排ガスを２００℃以下に迄下げる過程においてダイオキシンの生成温度領域である２００〜４００℃の範囲にある時間を短かく抑えなくてはならず、このための冷却水など冷却設備により強制冷却が必要となる。さらに排ガス中の水分とガス中の酸性物質により関連設備の金属部位に腐食を与える問題、さらに焼却灰が固着し易いという問題があった。
【０００６】
これに対し４００℃以上の高温で除塵することができれば、ダイオキシンを生成する原因物質はここで取り除かれるので、フィルター通過後のガスは緩やかな冷却で充分であって、エネルギー的に有利であり、さらに酸性物質を発生する粒子も取り除かれてしまうことから腐食は大幅に緩和される。
【０００７】
しかし、４００℃以上の高温で除塵を行うには、その温度で使用可能なフィルターが必要であり、この目的に多孔質セラミック成形体フィルターや高温で使用可能なバグフィルターが提案されている。しかし、多孔質セラミック成形体を用いる方法〔特開平１１−２５３７２２号公報、特開平９−１０５２７号公報など〕は、高温度に耐えるという大きな特徴はあるが、微粒子が細孔の深くまで入り込み、洗浄時の逆洗で完全に吹き飛ばすことができず、さらに洗浄作業を繰り返すにつれて集塵用セラミックフィルタの通気抵抗が徐々に上昇していく課題があり、また集塵側に煤塵が堆積固化してガスの流路を狭めて圧が加わりセラミック成形体を破壊させたり、逆洗時に気流を噴射したとき高温にあるセラミック成形体が急激に冷却されるために熱衝撃に耐えきれず破損してしまうといった問題がある。
【０００８】
高温で使用可能なバグフィルターは、例えばステンレス繊維またはカーボン繊維をベースにした高温集塵層とステンレス繊維をベースにした高温強度層、さらにリテーナ（支持器）を組合せた濾過集塵装置が提案（特開昭６１−２８４１５号公報）されている。これまで金属繊維は、多数本の鋼線を外装材で包み、これを束にして引抜き加工し、次いで外装材を化学的に除去する、所謂「集束伸線法」により製造されていた。この方法で製造可能な鋼材材料は限られており、これまでに製造された金属繊維の使用可能温度は５００℃が限界であり、さらに繊維断面が円形であることから繊維集合体としたとき金属繊維同志が滑って集合体が崩れ易く、さらに価格が高いという欠点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、４００℃以上の高温で使用でき、かつ高圧空気を逆に流して行う堆積粉塵の払い落し時の繰り返し振動にも強い乾式フィルター材、およびこれよりなるバグフィルターを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、高温に耐え、かつバグフィルターの使用に都合のいい材料を幅広く求め検討した結果、切削法により得られた金属繊維の集合体をセラミック織布の上に絡ませた構造にすることにより高温に耐えるバグフィルターができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明は乾式フィルター材であり、セラミック織布からなる基布の表面に、切削法により得られた金属繊維の集合体をニードリングして絡ませ二層構造に積層したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明は乾式フィルター材であり、セラミック織布からなる基布の両面にそれぞれ、切削法により得られた金属繊維の集合体をニードリングして絡ませ三層構造に積層したことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材であり、金属繊維は、その素材がクロムを１５〜２５重量％、アルミニウムを３〜１０重量％含むステンレス耐熱鋼であることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材であり、金属繊維は、請求項３記載のステンレス耐熱鋼からコイル材切削法によって製造されたものであることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材であり、セラミック織布は、シリカ繊維からなることを特徴としている。
【００１６】
請求項６の発明は請求項１あるいは２記載の乾式フィルター材であり、金属繊維の集合体を積層した上にさらにセラミック塗料をコートすることを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明はバグフィルターであり、請求項１〜６いずれか記載の乾式フィルター材を用いることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の乾式フィルター材は、セラミック織布を基布とし、その表面に切削法により得られた金属繊維の集合体を積層させ、ニードリングにより絡み合い一体化させている。
【００１９】
本発明に用いるセラミック織布は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、アルミナシリカ、窒化ホウ素などから選ばれた一種以上から構成され、好ましくはシリカ繊維から構成される織布であり、通常、繊維径が５〜１５μｍのマルチフィラメントを、朱子織、平織したもので、織布の目付は好ましくは３００〜１４００ｇ／ｍ２、さらに好ましくは４００〜８００ｇ／ｍ２である。
【００２０】
本発明に用いる金属繊維は、切削法によって製造されたものである。金属繊維は、前述した集束伸線法以外に、直径３ｍｍ程度の鋼線を案内溝のついた左右一対のロールに数十回巻き付け、ロールの回転により素材を供給し、工具で切削加工するワイヤー切削法、金属薄板をコイル状に巻き、その端面を切削し細径、長尺な金属繊維とするコイル材切削法などによって製造される。本発明の金属繊維は、ワイヤー切削法、コイル材切削法のいずれの方法で製造されたものでもよいが、好ましくはコイル材切削法によったものである。コイル材切削法は、薄板相互の溶着現象があって商業的に実用化するのが難しかったが、分離膜を被覆し切削して繊維化し、その後でその分離膜を洗浄除去する方法が開発されて以来実用性が各段に向上した〔繊維機械学会誌、５１卷、２号、１０６〜１１２頁（１９９８年）参照〕。切削法、特にコイル材切削法は、繊維化ができる鋼材種の選択幅が広く、さらにいろいろな径の繊維にすることができ、製造設備も簡単であることから他の方法に比べて低価格で金属繊維を得ることが出来る。さらに切削法による繊維は、その断面形状が略長方形であり、繊維集合体としたときに繊維同志の絡み合いがよく、繊維が滑り難く都合がよい。
【００２１】
本発明における金属繊維の素材は、好ましくはクロムを１５〜２５重量％、アルミニウムを３〜１０重量％を、さらに好ましくはクロムを１８〜２１重量％、アルミニウムを４〜６重量％含むステンレス耐熱鋼である。このとき鉄中に含まれるクロム、アルミニウム以外の成分は、鉄鋼中に含まれる一般的な微量成分であり特に限定するものではないが、通常クロム、アルミニウム以外の微量成分合計でステンレス耐熱鋼中１重量％以下である。このようなステンレス耐熱鋼からの金属繊維を用いることにより、７００〜１０００℃の高温域でも安定に使用でき、また耐酸性もよくなる。集束伸線法によるステンレス鋼、例えばＳＵＳ３１６では使用可能な温度は５００℃が限界であり、特に酸性雰囲気では劣化が激しいが、本発明に用いる鋼材はこれまでより高い温度で使用可能であり、酸性雰囲気でも劣化が少ない。
【００２２】
金属繊維は、換算直径（断面積を同じくする円形としてその断面の直径）が２５〜１００μｍ、好ましくは２５〜５０μｍのものが選ばれる。この範囲は、微粒子の捕集効果と金属繊維として入手し易さから選ばれたものである。
【００２３】
乾式フィルター材の製造は、セラミック織布を基布とし、その表面に繊維長を５０〜１００ｍｍ程度にカットした金属繊維を集合体にして置き、ニードリングにより絡ませて積層させて一体化する。金属繊維集合体は、セラミック織布を基布の片面に置いた二層構造、あるいはセラミック織布を基布の両面に置いた三層構造にする。バグフィルターにしたとき、集塵するのは金属繊維集合体層であり、この目的のためには二層構造で充分である。しかし、後述するようにセラミック織布は、耐曲げ応力、耐摩擦性、耐アルカリ性において劣り、とりわけ高圧空気による払い落しの振動には破損し易く、金属繊維集合体層がこの弱点を補うことになるので、金属繊維集合体層をセラミック織布の両面に置いて三層構造にする意義がある。従って、集塵する面の金属繊維は、繊維径の小さいものが選ばれる集塵効果を上げるのがよいが、その反対側に用いる金属繊維はそれより大きな径のものであってもよい。
【００２４】
本発明は必要により、金属繊維集合体にセラミック塗料を塗布して、金属繊維の脱落を抑えて金属繊維集合体を固定することができる。セラミック塗料は、金属表面に耐熱性の被膜を作るものであればよく特に限定するものではないが、例えば一般に鋼材用耐熱塗料として市販されているシリケート類、シロキサン樹脂などを結合材としこれにシリカ、アルミナ、マイカ、酸化チタンなどの無機充填材を配合した組成物がある。セラミック塗料の付着量は、金属繊維に対し５０重量％以下であり、実用上は５〜３０％である。付着量が５０重量％より多過ぎると通気度が少なくなりフィルターとしての機能が損なわれ、また、逆に５重量％より少ないとセラミック塗料を塗布する意義が充分に発揮されないことがある。
【００２５】
本発明の乾式フィルター材は、セラミック基布と切削金属繊維集合体を積層させ一体化させたことに特徴がある。セラミック織布は、熱に対し非常に強く、１０００℃でも充分な強度を有するが、耐曲げ応力、耐摩擦性、耐アルカリ性に劣り、フィルターに堆積した微粒子を高圧空気により逆流させて行う払い落しの際に加わるような振動には破損し易い。一方、金属繊維集合体は、ガス中の微粒子を捕集するフィルターとして最も重要な役目をするとともに、前記セラミック織布の、耐曲げ応力、耐摩擦性、耐アルカリ性で劣る欠点を補完している。このように、セラミック基布と金属繊維集合体が組み合わさることで高温に耐え、かつ繰り返し行われる微粒子払い落しの際の振動にも耐えうるバグフィルターとすることができる。
【００２６】
【実施例】
実施例−１  ：  図１は、本発明の乾式フィルター材の模式図である。乾式フィルター材１はセラミック繊維からなる織布２の表面に、ランダムにウェブ化した切削法による金属繊維層３を載せ、上方からニードリングして一体化した。セラミック繊維織布２は、シリカ繊維からなる、目付６２０ｇ／ｍ２、厚さ０．７２ｍｍ、８枚朱子織を用いた。金属繊維層３は、クロム（Ｃｒ）２０重量％、アルミニウム（Ａｌ）５重量％含む耐熱ステンレス鋼〔新日本製鉄（株）製〕をコイル材切削法により、換算直径３５μｍに繊維化し、これを目付１０００ｇ／ｍ２、厚さ３．５ｍｍに集積し、植針密度１２０本／ｃｍ２でニードリングして接合した。ニードリングは、針の折損はなく行うことができ、厚さ４ｍｍ、目付１６００ｇ／ｍ２、密度０．４０ｇ／ｃｍ３の乾式フィルター材１とすることができた。また、乾式フィルター材１は、層間剥離もなく耐久性に富んでおり、金属繊維層３によりクッション性も得られた。セラミック繊維からなる織布２のみをフィルターとすると、７００℃の雰囲気中では縫合部に振動によると思われる破損が起きてしまうが、本発明のセラミック基布と切削金属繊維集合体を積層させ一体化させた乾式フィルター１では７００℃の雰囲気中でも使用可能であった。
【００２７】
実施例−２  ：  実施例１で得られたと乾式フィルター材１に、熱硬化性シリカ系塗料をシンナーで希釈してスプレーして表面塗布し、１５０℃にて熱乾燥させ、フィルター重量に対し１０％付着させた。この熱硬化性シリカ系塗料は本発明の乾式フィルター材１と同等の耐熱性があり、ニードリングにより多少分断された金属繊維の脱落を防ぎ一体化を増進させることができた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による乾式フィルター材は、４００℃以上の高温で安定であり、バグフィルターとしたとき行う高圧空気を逆流して行う堆積粉塵の払い落しによる繰り返し振動にも強く、高温領域用バグフィルターとして有用である。４００℃以上の高温で集塵できることから、ダイオキシン原因物質をダイオキシンが生成する前に除去して環境汚染をなくすことができ、酸性物質を発生する粒子も取り除かれることから腐食も大幅に軽減され、かつ排ガスを強制冷却なしに処理できるのでエネルギー的にも有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の乾式フィルター材（二層構造）の模式図である。
【符号の説明】
１：耐熱性フィルター
２：織布（セラミック繊維からなる織布）
３：金属繊維層
【図１】
0004126643.tif 000002