集塵機を微粒子の捕集原理で分類する

環境対策、環境負荷の無害化処理、発生源処理と下記の６種類があり、種類ごとに特性や4.1.1 集塵機の種類と性能集塵性能の異なる複数の形式があります。

大気中に浮遊するダスト（固形微粒子）は太陽光を妨げ、呼吸器に入れば健康に障害を与えます。このため浮遊（１）重力式集塵機

粒子状物質には環境基準が設定されており、煤塵の排出（２）慣性力集塵機

源には排出基準の順守義務があります。集塵機は排出者（３）遠心力集塵機が設置する大気汚染防止装置で、多様な形式があります。

（４）洗浄式集塵機

本稿ではボイラー排ガスの排出基準と、主要な集塵機の（５）ろ過式集塵機

種類および性能について概説します。

（６）電気式集塵機

気体中の固体粒子を分離する操作が集塵で、対象

2.1 重力式集塵機には燃焼にともなって発生する「煤塵」と、破砕や重力式は固体粒子の自然沈降を利用した集塵機

粉砕など機械的な操作にともなって発生する「紛で、含塵ガスの流れに沿って図 1 に示すような沈塵」があります。煤塵と紛塵は発生源と物質が異降室を設置します。

なり温度も違いますが、集塵機の機能としては共通性が高いので、本稿では区別せず煤塵とします。

１．煤塵（ばいじん）の排出基準
集塵機は工程の最後部に設置されることが多く、その場合は排ガスが直接大気に放出されるので、大気汚染防止法の定める排出基準を順守する必要があります。排出基準が設定されている設備は、ボイラー、ガス発生炉、加熱炉、焙焼炉、焼結炉、金属溶解炉など約 25 種類です。表 1 に示すように、ボイラーには燃料と排ガスの容量別に基準値が設定されています。最も厳しい基準値は大規模なガス専焼ボイラーで、１N ㎥あたり 50mg です。
ボイラーで最も緩い基準は石炭灰が煤塵に変わる石炭ボイラーで、小容量の場合は１N ㎥あたり

図 1．重力沈降室（出典：末尾記載）

300 mg です。これより緩い基準値はセメントの焼粒子の沈降速度は粒子径のほぼ二乗に比例する成炉で、１N ㎥あたり 400mg です。

ので、大きな粒子は容易に落下しますが、小さい粒子はガスに同伴したまま排出してしまいます。

２．集塵機の種類

このため、煤塵よりも粒子径の大きい無機系の紛
1

い煤塵の集塵に適しており、煤塵の量が多い場合

表 1．ボイラーの煤塵に関する排出基準値
排ガス容量Ong/N ㎥

4 万 N ㎥以上

50.05

4 万 N ㎥未満

50.1

重油専焼

20 万 N ㎥以上

40.05とガス液

4～20 万 N ㎥

40.15

体混焼

1～4 万 N ㎥

40.25

1 万 N ㎥未満

4（注）

0.3

20 万 N ㎥以上

60.1

4～20 万 N ㎥

60.2

4 万 N ㎥未満

60.3

種類
ガス専焼

石炭燃焼

黒液燃焼

20 万 N ㎥以上

0.15

ボイラー

4～20 万 N ㎥0.25

4 万 N ㎥未満

0.3

その他の

4 万 N ㎥以上

6（注）

0.3

ボイラー

4 万 N ㎥未満

6（注）0.3の一次処理に広く利用されています。

図 2.

慣性力集塵機（出典：末尾記載）

2.3 遠心力集塵機
遠心力集塵機は図 3 に示すように、全体が円筒形で下部が漏斗状の独特の形状で、サイクロンとも呼ばれています。含塵ガスは円筒上部から接線

On：基準酸素濃度（％）

方向で入り、旋回しながら下部に移動します。煤

注：当分の間、酸素濃度補正を行わない。

塵は遠心力でサイクロンの外周に押しつけられ、塵を対象とした集塵に適しています。圧力損失が漏斗状の下部に落下します。煤塵を分離したガス小さいので動力費が少なく、設備は構造が簡単なはサイクロンの下部から反転上昇し、中央のダクので安価です。適用粒子のサイズ 100μｍから、小トから排出されます。単純な構造ですが集塵能力さくて 50μｍ程度が限界です。含塵ガスの速度はに優れていることから、大規模な粉体設備だけで1～2ｍ／秒で、集塵効率は 40％～60％です。

なく小規模な製粉工場にまで広く採用されていま

2.2 慣性力集塵機
慣性力集塵機は含塵ガスを物理的な障害物に衝突させるか、またはガス流の方向を大きく変えて、慣性力が大きく方向転換が困難な粒子をガスから分離する装置です。図 2 はガス流の方向を変える集塵機で、簡単な構造のために設備費は安価です

図 3.遠心式集塵器

が、分離できる粒子径は 10μｍ以上です。含塵ガスの流速は概ね 15ｍ／秒以下で、集塵効率は 50％～70％です。重力式集塵機と同様に粒子径の大きす。サイクロンの歴史は長く、実績は非常に豊富2です。サイクロンの適用粒子径は概ね 100μm～3が少ないのが特μm で、重力式集塵機や慣性力集塵機より小さい徴です。「加圧水粒子まで捕集できます。しかし含塵ガスの流速が式」の代表的な形7ｍ／秒～20ｍ／秒と早いので、圧力損失が大きく式は、図 6 に示すなります。集塵効率は 85％～95％です。設備費はベンチュリース

高くはありませんが、送風機の動力費を考慮するクラバーです。含必要があります。サイクロンは、原理的に含塵ガ塵ガスは収縮管ス量が多いと集塵効率が低下します。このためガで加速され、煤塵ス量が多い場合は、一つの集塵機の中に多数のサはスロート部でイクロンを設置するマルチサイクロンが採用されノズルから噴射ます（図 4）。サイクロンは高温操作も可能で適用された液滴に捕範囲が広いですが、捕集可能な粒子径は 3μｍま集されます。ディでです。このため、このままでは排出基準を順守フューザーでガすることが困難な場合が多く、より厳密な最終集スは減速されま塵機の前処理に使われる利用形態が多いです。

すが、液滴の速度は大きく変わらないので、ディ

図 5.「ため水式」集塵機（出典：末尾記載）

フューザーでも煤塵の捕集が続きます。径が 0.1μm 程度の粒子を約 5 割まで捕集できるので、洗浄

図 6.「加圧水式」集塵機のベンチュリースクラバー（出典：末尾記載）
図 4.

マルチサイクロン（出典：末尾記載）

式の中では高性能です。一方、スロート部の含塵ガスの速度が速いので、他の湿式集塵機より圧力損失が大きいのが特徴です。図 7 に示すのが「充2.4 洗浄式集塵機
洗浄式集塵機は、液滴か液膜を煤塵の捕集に利填塔式」の集塵機です。含塵ガスは塔の下部から用する湿式集塵機で、捕集水を貯留する「ため水入り、充填物表面の水膜に接触して煤塵が捕集さ式」、含塵ガスに加圧水を噴射する「加圧水式」、おれます。塔内の流速は秒速 1ｍ程度で、径が１μｍよび円筒形の「充填塔式」があります。典型的な程度の粒子を約 5 割まで捕集できます。充填物に「ため水式」を図 5 に示しますが、含塵ガスが貯はプラスチックの成形品が使用されます。水膜は留水を通過する間に煤塵が捕集されます。貯留水集塵と同時にガス中の有害物質も吸収するので、は循環使用できるので、他の方式より水の消費量ガス洗浄装置としても使用されます。
32.5 ろ過式集塵機（バグフィルター）ろ過式集塵機は、含塵ガスの煤塵を「ろ布」で捕集する集塵装置で、主に化学繊維やガラス繊維の袋（バグ）を使います。集塵用のバグは円筒形の袋状で、径は概ね 10ｃｍ～50ｃｍが採用されています。長さは集塵機全体の大きさから決まりますが、3ｍ～8ｍ程度

図 8．バグフィルター集塵機（パルスジェット払落し）図 7．充填塔式集塵機（出典：末尾記載）が多いです。一般的なバグフィルターを図 8 に示しますが、通常は数十本のバグを上部から吊るし、下部には落下した煤塵を排出するロータリバルブを設置します。図 8 は含塵ガスがバグの外側から内側に流入する方式で、バグの外側に付着した煤塵は、高圧空気をバグの上部から間欠的に吹き込んで払い落とします。パルスジェット方式といわれ、脱塵効果が高いので広く普及しています。煤塵の払落し方法では、図 9 に示す逆洗方法も採用されています。含塵ガスはバグの内側から外側に通過し、一定量の煤塵が付着したら含塵ガスを逆流させて払い落します。セメントや鉄鋼の分野で古くから採用されており、非鉄金属精錬やカーボンブラックなど高温操作が必要な場

図 9．バグフィルター集塵機（逆洗払落し）合は、ガラス繊維のバグが使用されています。

（出典：末尾記載）

バグの種類には織布と不織布があり、材質には繊維などが使用されています。耐熱温度はガラス

木綿、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ガラス繊維が約 250℃、化学繊維は 100℃～150℃、木綿
4は常温用で約 60℃です。除塵率はバグに煤塵が蓄積すると概ね 100％に達しますが、煤塵の払い落し直後は一時的に低下します。除塵できる粒子の径が概ね 0.05μm と高性能なので、排出基準を順守することができます。このため、圧力損失が大きく動力費も設備費も安くありませんが、大規模な工場の最終集塵機に広く採用されています。
2.6電機式集塵機

図 10 に円筒形の電機式集塵機を示します。外周が集塵電極で、中央の重りで吊り下げられたワイヤーが放電電極です。放電電極には数万ボルトの図 10．円筒形電気集塵機（出典：末尾記載）

直流電圧が加えられていて、電圧を上げると集塵電極との間で持続的な放電（コロナ放電）が発生し、集塵電極に向かって負のイオンが流れます。コロナ放電が発生している電極間に含塵ガスを通過させると、煤塵の微粒子が荷電して集塵電極に移動します。煤塵が電極に堆積して一定の厚さになると、電極に物理的な衝撃（つち打ち：ハンマリング）を与えて剥離し、下部に落下させます。図 10 は円筒形ですが、含塵量が多い場合は図 11 に示すように、

図 11．平板形電気集塵機（出典：末尾記載）

全体を箱型にして板状の多数の集の流速が遅い分、集塵機全体の容積が大きくなる塵電極を吊り下げます。

ので設備費が高くなります。構造が簡単で可動部
電気式集塵機は、粒子径 20μｍ～0.05μm の微分が少ないことから、保守と点検が容易な点が大細な煤塵を広い温度範囲と圧力の条件で捕集するきな長所です。煤塵が乾燥した固形物だけなら乾ことができます。集塵効率はほぼ 100％に近く、式集塵になりますが、集塵電極の表面に注水して排出基準も順守できるので発電所や大規模な工場水膜を作り、または集塵室に水を噴霧する湿式のの最終集塵機に採用されています。含塵ガスの流集塵方式もあります。湿式の場合は捕集した煤塵

速が遅いので圧力損失が少なく、動力費はバグフを水とともに洗い流せるだけでなく、塩化水素なィルターより少なくて済みます。一方、含塵ガス
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どの有害ガスも捕集できますが、下流に排水処理設備が必要になります。なお、含塵ガスに硫酸ミストなど腐食性のある粒子が含まれていると、電極を腐食させます。このため、露点以下の低温で運転するなら、放電電極と集塵電極の保護対策が必要です。

３．各種集塵機の適用範囲

表 2．各種集塵機の概略特性（出典：末尾記載）
種類

適用粒子径

圧力損失

集塵率（μm）

（kP）

（％）

設備費

運転費

重力式

100～500.05～0.1

40～60

小

小

慣性力

100～100.3～0.7

50～70

小

小

遠心力

100～30.5～1.585～95

中

中洗浄式

100～0.1

3.0～9.080～95

中

大

ろ過式

20～0.05

1.0～2.0

90～99

中以上

中以上

電気式

20～0.05

0.1～0.2

90～99

大

小～中

図 12 に示すのは遠心力集塵機、洗捕集できる粒子の径が大きく集塵率は高くありま

浄式集塵機、ろ過式集塵機、電気式集塵機の部分せん。したがって鉱物の粉砕で発生する粒子径の集塵率です。部分集塵率は粒子径ごとの集塵率で、大きい粉塵の捕集に適しているでしょう。遠心力

例えば洗浄式集塵機は 3μm の粒子を 60～85％捕集塵機は集塵率が高いですが、排出基準が厳しい集できるという意味です。図 12 からわかるよう設備の最終集塵機としては十分とはいえません。に、遠心力集塵機より洗浄式集塵機が、それよりこのため煤塵の量が多い場合に、径の大きい粒子ろ過式集塵機や電気式集塵機の方が集塵性能の高を重点的に捕集して後続のろ過式や電気式集塵機いことがわかります。各種集塵機の適用粒子径、の負荷を低減するのに適しています。洗浄式集塵機は捕集できる粒子径が小さく集塵率が高いのですが、排水処理設備が必要です。このため乾燥した粒子だけでなく、有害ガス成分やミストの同時捕集に適しています。とくに充填塔など塔形式の洗浄装置は、集塵機というより排ガス洗浄装置に適しています。ろ過式は捕集できる粒子径が充分に小さく、集塵率が高いので最終集塵機に適しています。ろ布の種類は豊富で、多様な煤塵に適応できます。設備費は電気式より低価格ですが、圧力損失が大きいので運転費が高くなります。一方、電子式は構造が単純なので保守や維持は容易です
が、容積が大きいので設備費が高いのが難点です。

図 12．各種集塵機の部分集塵率（出典：末尾記載）（おわり）
参考資料および図 1～図３．図 5～図 12 の出典：

圧力損失、集塵率と、設備費と運転費の概略を表 2に示します。表 2 から読み取れるように、重力式

新・公害防止の技術と法規 2020と慣性力集塵機は設備費も運転費も安価ですが、（産業環境管理協会）
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