JP3616199B2

JP3616199B2 - Filter and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3616199B2
Application number: JP16234496A
Authority: JP
Inventors: 和久松本; 尚起藤岡
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: JPH09313839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴミ焼却炉の出口排ガスやボイラ出口排ガス、製鉄用高炉の炉頂圧タービン流入ガス又は高炉排ガスなどの高温ガス中のダスト除去に利用するのに好適であるとともに、特に石炭利用複合発電システムの集塵に用いるのに好適な除塵用フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却炉出口排ガス等の除塵処理において、該排ガスを冷却することなく高温のまま除塵を行なえるならば、排ガスを除塵後、熱交換を行なってボイラで高温、高圧の蒸気を得、これを発電に用いることにより熱エネルギーを電気エネルギーとして有効に回収することができる。また、化石燃料の燃焼においてエネルギーの有効利用を促進させるために加圧流動層複合発電や石炭ガス化複合発電などの複合発電システムの開発が行われているが、この場合も、燃焼排ガスや還元性ガスによりガスタービンを駆動させる際に、摩耗、腐食防止のためにタービン入口までに石炭ガス中の硫黄化合物や粒子状物質などを除去する必要があり、高温集塵が極めて重要となっている。
【０００３】
従って、排熱回収・有効利用の観点からは、排ガスを冷却することなく除塵する必要があり、このため除塵用フィルタとしては、耐熱温度が高く、１０００℃以上での使用が可能であることが望まれる。また、ゴミ焼却炉の排ガス中には腐食性のＨＣｌやＣｌ_２が含まれており、また、石炭利用複合発電システムにおいてもダストによる摩耗や、腐食性ガスによるタービン腐食の問題を生じるため、除塵用フィルタとしては、耐熱温度が高いことに加えて、高温での耐食性に優れることが望まれる。更に、処理効率の向上、除塵器の小型化のためには、圧力損失が小さいこと及びフィルタの厚さが薄いことなどが望まれる。即ち、圧力損失が大きい場合には、圧力損失を小さくして除塵効率を高めるために、排ガスの通過流速を低くする必要があるが、通過流速を小さくするためには、除塵器を大型化せざるを得ない。また、肉厚のフィルタは、それ自体が嵩高くなるため、除塵器の大型化につながる。
【０００４】
従来、各種排ガスのダスト除去用フィルタとしては、ガラス繊維製バッグフィルタ、金属製バッグフィルタ、ハニカム構造セラミックフィルタ、セラミックチューブフィルタなどが提供されている。また、化学蒸着法（ＣＶＤ法）によるセラミック製フィルタも開発されつつある。
【０００５】
しかし、従来のフィルタのうち、ガラス繊維製バッグフィルタは、最高使用温度が２５０〜３００℃程度であり、このバッグフィルタを高温排ガスの除塵に用いるためには、高温排ガスを冷却する必要があることから、排熱回収・有効利用の面で不利である。
【０００６】
金属（インコネル）製バッグフィルタでは、最高使用温度が８７０℃と、ガラス繊維製バッグフィルタよりも高いものの、耐食性の面で問題があり、腐食性ガスの除塵には使用し得ないという欠点がある。
【０００７】
ハニカム構造セラミックフィルタでは、最高使用温度は６００℃とさほど高くない上に、焼結セラミック製であるために、肉厚で、しかも、気孔率が小さいために圧力損失が大きいという欠点がある。
【０００８】
セラミックチューブフィルタは、最高使用温度が９００〜１０００℃と高いが、焼結セラミック製であるため、上記と同様に、肉厚で圧力損失が大きいという欠点がある。
【０００９】
しかも、既存のセラミックフィルタはＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３製とされており、高温で腐食の激しい排ガスの除塵には対応できず、熱衝撃により割れやすいという欠点がある。
【００１０】
また、現在開発中のＣＶＤ法によるセラミック製フィルタでは、肉厚で、圧力損失が大きく、しかも高コストであるという欠点がある。
【００１１】
このような観点から、出願人は、ｌ０００℃以上の高温でも使用でき、Ｃｌ_２やＨＣｌを含有する腐食性雰囲気において、かつ、高温において使用でき、かつ薄肉で、圧力損失が小さく、除塵器の小型化が可能であるといった条件を満たし、ゴミ焼却排ガスの除塵用フィルタとして用いることのできるフィルタを提供した（特開平７−１１６４３３号公報）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記フィルタでも、最大除塵効率は上述した石炭利用複合発電システムで要求されるダスト濃度以下にはできない欠点があった。
【００１３】
本発明は上記フィルタを更に進めて、高温の腐食性雰囲気においても使用可能な高い耐熱性と耐食性を有し、しかも、圧力損失が小さく薄肉の除塵用フィルタとしつつ、特に石炭利用複合発電システム等において要求される細かいダストの捕集効率を向上させ、集塵出口ダスト濃度を１０ｍｇ／ｍ^３Ｎ以下にまで低下できるフィルタとしつつ、より安価なフィルタを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るフィルタは、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ・シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）及び炭素（Ｃ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布層又はチョップドヤーンの集合層として構成される繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ・シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維から構成される単繊維凝集層を形成し、この単繊維凝集層が形成された繊維成形体の繊維表面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の気相蒸着コーティング層を形成したことを特徴としている。
【００１５】
これは、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ・シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）及び炭素（Ｃ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層に対して樹脂類の含浸により繊維成形体を形成しておき、前記繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ・シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を分散剤によりスラリ状にして含浸させ、前記スラリの乾燥後に樹脂類の炭化処理をなして前記チョップド単繊維凝集層を設け、この単繊維凝集層の繊維表面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させて製造することができる。
【００１６】
また、他の方法として、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ・シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）及び炭素（Ｃ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層として構成される繊維成形体を形成しておき、前記繊維成形体の樹脂類の炭化処理をなし、この繊維成形体の繊維表面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させ、前記繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミナ・シリカ（Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を分散剤によりスラリ状にして含浸させ、表面の余分のスラリーを拭き取って除去し、前記単繊維凝集層の樹脂類の炭化処理をなし、この単繊維凝集層の繊維表面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させることにより製造することも可能である。
【００１７】
【作用】
本発明のフィルタは、ＳｉＣ繊維、Ｓｉ_３Ｎ_４繊維、Ａｌ_２Ｏ_３繊維、Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２繊維又はＣ繊維から構成される織布、ヤーンの集合体の不織布を成形して、所定のフィルタ形状としておき、この成形体の除塵表面部にチョップド単繊維スラリを含浸して単繊維凝集層を形成し、樹脂の炭化処理を行い、この単繊維凝集層を表面層に備えた繊維成形体の繊維表面にＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、又はＡｌ_２Ｏ_３のＣＶＤコーティング層を形成したフィルタ構造としてなるものであり、特にフィルタ表面層のチョップド単繊維凝集体における微細な孔による初期捕集をなす構成であるため、細かいダストの集塵機能に優れている。
【００１８】
すなわち、フィルタ本体は高耐熱性材料のみで構成されることから、１０００℃以上の高温でも使用可能な優れた耐熱性を備えるとともに、ヤーンを束ねた織布あるいは不織布繊維成形体を基体とするため、薄肉でも十分な機械的強度を備え、空孔率が大きく、圧力損失の小さいフィルタ機能があり、更に、繊維成形体の繊維表面および表層部チョップド単繊維凝集層の繊維にＣＶＤ法による高純度で高耐食性、高耐熱性のコーティング層が形成されているため、高温におけるＨＣｌ等の腐食性雰囲気においても十分に使用可能である。
【００１９】
本発明は、上記繊維成形体からなる基体にＣＶＤコーティング層を形成した上に、更に除塵表面にチョップド単繊維凝集層を形成し、単繊維表面にセラミックスコーティング層を形成しているため、表層面での一次ダスト捕集が行われ、次いで内層側での二次ダスト捕集が行われる。したがってチョップド単繊維凝集層では微細な孔による捕集機能により細かいダストが効率的に捕集され、初期の集塵効率が高くなり、チョップド単繊維凝集層を設けないフィルタでの捕集効率が９９．５％であったのに対し、ウィスカ凝集層を表層部に設けた本発明では初期の集塵効率が９９．９５％にも達した。また、圧損に関しては、上記フィルタ本体のみよりはチョップド単繊維凝集層の存在により圧損が大きいものの、集塵運転に伴う圧損の上昇は少ないものとなる。これはチョップド単繊維凝集層の内部にダストが入り込むことが極力阻止され、基本的に表面捕集作用をなすからである。また、チョップド単繊維凝集層では微細な孔による捕集であるため、ダスト粒が除塵表面にて堆積されるだけであり、目詰まりし難いものとなっており、これによりパルスジェットによるダスト払い落としを繰り返した後も、圧損上昇を低く抑えることができ、経時的圧損上昇が小さいものとなっている。このため、特に石炭利用複合発電システム等のように、排気ガスをタービンに導くような経路に上記フィルタを配置することにより、従来のセラミックフィルタで最大効率と称されている限度以上の捕集効率を実現できるようになった。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の具体的実施の形態を、フィルタの製造方法に従って詳細に説明する。
【００２１】
本発明のフィルタを製造するには次のようにして行う。
【００２２】
（第１工程／繊維成形工程）
ＳｉＣ繊維、Ｓｉ_３Ｎ_４繊維、Ａｌ_２Ｏ_３繊維、Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２繊維又はＣ繊維を用いて繊維成形体を製造する。すなわち、
（ａ）上記繊維の織布を１枚あるいは複数枚積層した層
又は
（ｂ）長さ１ｍｍ以上、好ましくは５〜２５ｍｍのチョップドヤーンの集合層
【００２３】
なお、これらの（ａ）、（ｂ）の単繊維径は５〜２０μｍ程度であることが好ましい。長さ１ｍｍ以下では、繊維と繊維の交差により形成される空隙率が小さくなり、フィルタの圧力損失が増大してしまう。また、繊維径が５μｍより小さいと繊維と繊維の交差により形成される空隙率が小さくなり、フィルタの圧力損失が増大してしまう。２０μｍより大きいと繊維と繊維の交差により形成される空隙が大きくなり、ウィスカ凝集層の形成が困難となる。これは空孔が大であるとウィスカ凝集層が乾燥や蒸着処理工程で脱落し易くなり、脱落により大きな空孔が残存するフィルタとなって、この孔からダストが通過しフィルタ機能を果たさなくなるからである。また、（ｂ）において、チョップドヤーンはこのような単繊維を５００〜２０００本程度収束したものが好ましい。
【００２４】
このような繊維成形体は、例えば、繊維の織布を積層して樹脂を含浸させ、これを型に入れて真空成形することによって所望の形状に成形する。
【００２５】
また、チョップドヤーンの集合体に樹脂を含浸させたものを成形型に巻き付けた後、硬化成形させてもよい。
【００２６】
この場合、樹脂としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール等を用いることができ、なお、樹脂の使用に当っては必要に応じて更に有機溶媒又は水を用いる。
【００２７】
なお、成形体としての基層の厚さは１〜１０ｍｍとすることが望ましい。基層の厚さが１ｍｍ以下では、製作工程でのハンドリングにより破損しやすくなり、歩留りが悪化して製品価格が高くなってしまい、基層の厚さが１０ｍｍを越えると、圧力損失が大きくなり、石炭利用複合発電システムに利用できない除塵フィルタとなってしまうのである。
【００２８】
（第２工程／チョップド単繊維含浸工程）
上記繊維成形体の除塵表面となる面にセラミックスのチョップド単繊維を含浸し、上記繊維成形体表面の余分な樹脂を拭き取って除去する。このチョップド単繊維はＳｉＣ繊維、Ｓｉ_３Ｎ_４繊維、Ａｌ_２Ｏ_３繊維、Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２繊維、Ｃ繊維又は黒鉛繊維とし、これらの繊維直径が０．５〜２０μｍの繊維を０．１〜５ｍｍの長さに切断処理した単繊維を用いるのが好ましい。繊維径＜０．５μｍでは、繊維と繊維の交差により形成される除塵表面層の空隙率が小さくなり、フィルタの圧力損失が増大し、逆に繊維径＞２０μｍでは、第１工程で形成された繊維成形体の空孔内へチョップド単繊維が含浸しにくくなる。また、繊維長さ＜０．１ｍｍでは、繊維と繊維の交差により形成される除塵表面層の空隙率が小さくなり、フィルタの圧力損失が増大し、逆に繊維長さ＞５ｍｍでは、第１工程で形成された繊維成形体の空孔内へチョップド単繊維が含浸しにくくなるからである。
【００２９】
このようなチョップド単繊維を繊維成形体に含浸させるが、これは次のような方法を採ることができる。
（ａ）分散剤等でチョップド単繊維をスラリ状にし、繊維成形体表面に刷毛等で塗布、乾燥する。
（ｂ）分散剤等でチョップド単繊維をスラリ状にし、このスラリ中に繊維成形体を漬け、空孔に浸透させた後に乾燥する。この場合は、除塵表面以外の部分に廻り込まないように、例えば成形体が円筒形の場合には開口部に蓋をする等の処置をして漬け込むようにすればよい。
【００３０】
スラリ原料並びに配合割合は次のようにしている。
（１）ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４繊維
繊維＝４０重量％、
水＝５９．７重量％、
ジエチルアミン＝０．３％
を混合し、ボールミルにより１時間混練する。
（２）Ａｌ_２Ｏ_３繊維
繊維＝７０重量％、
水＝２９．５重量％、
解膠剤（アクリル系オリゴマー酸型）＝０．５％
を混合し、ボールミルにより１時間混練する。
（３）Ｃ、黒鉛繊維
繊維＝６０重量％、
エタノール＝４０重量％、
を混合し、ボールミルにより１時間混練する。
【００３１】
スラリの乾燥によって含浸されたチョップド単繊維が飛散しないように、適当なバインダーを使用することができる。あるいは、乾燥後に適当なバインダーを塗布し、硬化させるようにしてもよい。このバインダーとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリビニールアルコール樹脂のようなものを用いればよい。
【００３２】
上記チョップド単繊維の含浸深さは次のように設定する。
（チョップド単繊維平均径×１０）＜チョップド単繊維含浸深さ＜１ｍｍ
チョップド単繊維平均径の１０倍以下では大きな気孔が残存し、除塵効率を低下させてしまい、１ｍｍ以上に含浸させるとセラミックコーティングしたチョップド単繊維層中に微細気孔が有って１ｍｍ以上では圧力損失が大きくなり、石炭利用複合発電システムの除塵装置に適さなくなるからである。
【００３３】
（第３工程／炭化処理工程）
繊維成形体の除塵表面にチョップド単繊維を含浸させたフィルタ素材の樹脂類を炭化（あるいは黒鉛化）して繊維結合処理を行う。これは成形体を不活性ガス中において加熱処理し、結合樹脂を炭化させることで行えばよい。このようにして得られる繊維成形体は、樹脂の炭化又は黒鉛化により生成した炭素又は黒鉛が繊維同志の接点を接合してなる繊維成形体となる。
【００３４】
また、前記繊維成形体は表面にＣＶＤ法により炭素を析出させることにより、析出させた炭素で繊維同志の接点を接合して製造することもできる。次工程のＣＶＤコーティングに到るまでのハンドリングに十分に耐え、しかも空孔率の大きい多孔質繊維成形体を容易に製造することができる。
【００３５】
（第４工程／ＣＶＤコーティング工程）
上述のチョップド単繊維凝集層が形成された繊維成形体に対し、当該繊維成形体を構成している繊維表面に、所定割合の空孔が残存するようにＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、又はＡｌ_２Ｏ_３のＣＶＤコーティング層を形成することにより、繊維表面の耐熱強度が向上されるとともに繊維同志の結合性が増したフィルタが製造される。
【００３６】
チョップド単繊維の表面コーティング層の膜厚は
０．５μｍ＜ｔ_ｍ＜５μｍ
の範囲で蒸着させるのである。０．５μｍ以下では強度、耐熱性、耐食性が弱く、５μｍ以上では空孔率が小さくなり圧損が増大するからである。
【００３７】
このようなフィルタでは、繊維成形体を構成する繊維、この繊維の接合のための炭素又は黒鉛、上記ＣＶＤコーティング層及び空孔の体積合有率は、その除塵効率、圧力損失、耐熱性、機械的特性、耐久性等の面から、下記の範囲であることが好ましい。
繊維：１〜１５％
炭素又は黒鉛：２〜２０％
ＣＶＤコーティング層：２〜１５％
空孔：５０〜９５％
すなわち、繊維＜１％では、フィルタの強度が低くなりすぎ、逆洗時のガスの風圧により損傷しやすくなる。また、繊維＞１５％では、圧力損失の小さなフィルタとするためにＣＶＤコーティング層を少なくする必要が生じ、これによって繊維と繊維の結合力が低下し、逆洗の圧力に耐えられなくなる。更に、炭素又は黒鉛＜２％ではＣＶＤコーティング前のハンドリングに耐えられる結合強度が得られず、炭素又は黒鉛＞２０％では、圧力損失の小さなフィルタとするためにＣＶＤコーティング層を少なくする必要が生じ、これによって繊維と繊維の結合力が低下し、逆洗の圧力に耐えられなくなる。ＣＶＤコーティング層＜２％では繊維と繊維の結合力が弱く、逆洗時の風圧に耐えられない。また、ＣＶＤコーティング層＞２０％では脆くなって熱衝撃に耐えられなくなる。加えて、空孔＜５０％では圧力損失が大となり、空孔＞９５％では強度が低下し、逆洗に耐えられず、またウィスカ凝集層の形成が困難となり、凝集層が脱落し、大きな空孔が残存するフィルタになりやすいからである。
【００３８】
このようなフィルタ本体の形状としては特に制限はないが、圧力損失を小さくし、かつ、フィルタの逆洗（堆積ダストの除去）時の圧力に対する耐久性を高めるために、次の（Ａ）〜（Ｃ）の形状とするのが好ましい。
（Ａ）有底又は無底円筒形状
（Ｂ）有底又は無底角筒形状
（Ｃ）上記（Ａ）又は（Ｂ）で長さ方向にテーパがついたもの（一端側と他端側で横断面の大きさが異なるもの）
【００３９】
なお、フィルタの肉厚ｔは、圧力損失、耐逆洗圧力の面から、フィルタの半径Ｒに対して、√（Ｒ／３０）＜ｔ＜１５ｍｍであることが好ましい。ｔ＜√（Ｒ／３０）では圧力損失は小さいものの逆洗圧力により破損し易く、ｔ＞１５ｍｍでは耐逆洗圧力性は良好であるものの、圧力損失が大きくなるからである。
【００４０】
ここで、フィルタの半径Ｒとは、円筒形フィルタ（Ａ）ではその内半径（真円でない場合には平均内半径）、角筒形フィルタ（Ｂ）では内壁の外接円半径、テーパ付フィルタ（Ｃ）では上記（Ａ）、（Ｂ）における半径において、大きい方の半径をさす。
【００４１】
上記フィルタにおいて、繊維成形体を構成する繊維材質（織布繊維、チョップド単繊維）と、ＣＶＤコーティング層の材質とは同一であっても異なっていても良いが、両者を同一材質とした場合には、熱膨張差による応力の発生が防止され、より高温での使用に有利である。
【００４２】
このように構成された本発明のフィルタは、ゴミ焼却炉の出口排ガスやボイラ出口排ガスのダスト除去、製鉄用高炉の炉頂圧タービン流入ガスのダスト除去、高炉排ガスのダスト除去等に有効であるが、特に高温、腐食性ガスの除塵とともに、ダスト濃度を大幅に低減させる必要のある加圧流動層複合発電や石炭ガス化複合発電などの石炭利用複合発電システムにおける高温集塵に極めて有効に使用することができる。
【００４３】
なお、本発明のフィルタ製造工程は、
（１）第１工程／繊維成形工程→第３工程／炭化処理工程→第４工程／ＣＶＤコーティング工程→第２工程／チョップド単繊維含浸工程→第３工程／炭化処理工程→第４工程／ＣＶＤコーティング工程の順位、
（２）第１工程／繊維成形工程→第３工程／炭化処理工程→第２工程／チョップド単繊維含浸工程→第３工程／炭化処理工程→第４工程／ＣＶＤコーティング工程の順位、
で行うこともできる。
【００４４】
このようにすることで、織布等により形成されている繊維成形体の繊維炭化処理とＣＶＤコーティングにより基体強度が予め確保され、得られた繊維成形体は、樹脂の炭化又は黒鉛化により生成した炭素又は黒鉛が繊維同志の接点を接合した繊維成形体となる。この結合強度が高い繊維成形体に対してチョップド単繊維が含浸され、除塵表面に単繊維集合体の凝集層が形成され、更に最終的に行われるセラミックス表面蒸着により単繊維同志の結合性を強化安定させることができる。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
長さ２ｍｍ、直径１５μｍのＳｉＣ繊維をアセトン：フェノール樹脂＝２：１（重量比）の混合液中に分散させ、これを型に流し込んでオートクレーブ処理により硬化させ、その後、窒素ガス雰囲気中にて９００℃で加熱して樹脂を炭化させた。このようにして得られたＳｉＣ繊維成型体の繊維表面にＣＶＤ法によりＳｉＣコーティング層を形成して図１に示す断面形状及び寸法の、フランジ部１Ａ、円筒部１Ｂ、底面部１Ｃよりなる円筒形フィルタ本体１を製造した。得られたフィルタ本体の各構成要素の体積含有率は次の通りである。
ＳｉＣ繊維：７％
炭素：２％
ＳｉＣコーティング層：１０％
空孔：８１％
【００４６】
次いで、上記フィルタ本体１に対して、除塵表面となる円筒１Ｂ及び底面部１Ｃの外表面に、長さ０．５ｍｍ、直径８．５μｍのＳｉＣ単繊維をつぎの組成のスラリにして刷毛で塗布し、フィルタ本体表面に付着した余分のスラリを拭き取ったのち、９０℃の大気中で乾燥させた。含浸深さは０．９ｍｍであった。
繊維：水：ジエチルアミン＝４０：５９．７：０．３（重量比）
【００４７】
乾燥後に、ＣＶＤ法によりチョップドＳｉＣ単繊維の表面に対してＳｉＣコーティング層を形成して、セラミックスコーティング単繊維凝集層を形成した。このとき、含浸した単繊維表面に被覆されたセラミックスの平均膜厚ｔｍは２μｍであった。
【００４８】
（比較例１）
上記フィルタ本体、すなわち、ＣＶＤコーティングの単繊維凝集層を形成しないフィルタと以下の除塵条件のもとで、除塵効果の比較を行った。
除塵条件
排ガス量：１２００ｍ^３Ｎ／ｈｒ
排ガス温度：１０００〜１０５０℃
ダスト種類：カーボン粒子（平均粒子径１μｍ）
ダスト濃度：４ｇ／ｍ^３Ｎ
濾過速度：３．９ｍ／ｍｉｎ（１０２５℃において）
フィルタ本数：２８本（濾過面積約５．１ｍ^２）
再生方法：パルスエア（タイマ制御：約３分間隔）
【００４９】
図２及び図３より、本発明のフィルタによれば、長期にわたり、小さい圧力損失にて、また、高い補集効率にて安定に除塵処理できることが明らかである。補集効率は、比較例１が９６．５％以下であったのに対し、実施例１のフィルタでは９９．９％であった。
【００５０】
（実施例２）
直径１１μｍのＳｉＣ連続繊維よりなる不織布を固形分６重量％のポリビニールアルコール水溶液中に分散させ、これを型に流し込んで硬化させ、その後、窒素ガス雰囲気中にて９００℃で加熱して樹脂を炭化させた。このようにして得られたＳｉＣ繊維成型体の繊維表面にＣＶＤ法によりＳｉＣコーティング層を形成して、図１に示す断面形状及び寸法の、フランジ部１Ａ、円筒部１Ｂ、底面部１Ｃよりなる円筒形フィルタ本体１を製造した。
得られたフィルタ本体の各構成要素の体積含有率は次の通りである
ＳｉＣ繊維：１２％
炭素：１．５％
ＳｉＣコーティング層：６．５％
空孔：８０％
【００５１】
次いで、上記フィルタ本体１に対して、除塵表面となる円筒１Ｂ及び底面部１Ｃの外表面に、長さ１ｍｍ、直径８．５μｍのＳｉＣ単繊維をつぎの組成のスラリにして刷毛で塗布し、フィルタ本体表面に付着した余分のスラリを拭き取ったのち、９０℃の大気中で乾燥させた。含浸深さは０．７ｍｍであった。
繊維：水：ジエチルアミン＝４０：５９．７＝０．３（重量比）
【００５２】
乾燥後に、ＣＶＤ法によりチョップドＳｉＣ単繊維の表面に対してＳｉＣコーティング層を形成して、セラミックスコーティング単繊維凝集層を形成した。このとき、含浸した単繊維表面に被覆されたセラミックスの平均膜厚ｔｍは３．５μｍであった。
【００５３】
（比較例２）
上記フィルタ本体、すなわち、ＣＶＤコーティングの単繊維凝集層を形成しないフィルタと以下の除塵条件のもとで、除塵効果の比較を行った。
除塵条件
排ガス量：１２００ｍ^３Ｎ／ｈｒ
排ガス温度：１０００〜１０５０℃
ダスト種類：カーボン粒子（平均粒子径１μｍ）
ダスト濃度：４ｇ／ｍ^３Ｎ
濾過速度：３．９ｍ／ｍｉｎ（１０２５℃において）
フィルタ本数：２８本（濾過面積約５．１ｍ^２）
再生方法：パルスエア（タイマ制御：約３分間隔）
【００５４】
図４及び図５より、本発明のフィルタによれば、長期にわたり、小さい圧力損失にて、また、高い補集効率にて安定に除塵処理できることが明らかである。補集効率は、比較例２が９７．８％以下であったのに対し、実施例２のフィルタでは９９．９２％であった。
【００５５】
（実施例３）
実施例１と同様の方法により製造した有底角筒形フィルタを使用して、外形寸法２．２ｍ×１．５ｍ×１．０ｍ高さで総濾過面積が１７．４ｍ^２前の除塵器を製造し、一般都市ゴミを焼却して発生した排ガスを下記除塵条件にて処理した。
【００５６】
（比較例３）
上記フィルタ本体、すなわち、ＣＶＤコーティングの単繊維凝集層を形成しないフィルタと以下の除塵条件のもとで、除塵効果の比較を行った。
除塵条件
排ガス量：９７０ｍ^３Ｎ／ｈｒ
排ガス温度：９００℃
除塵器入口ダスト濃度：７ｇ／ｍ^３Ｎ
【００５７】
図６及び図７より、本発明のフィルタによれば、比較例３と比較して圧力損失はわずかに増大するが、長期にわたり高い補集効率にて安定に除塵処理できることが明らかである。補集効率は、比較例３が９９．５％以下であったのに対し、実施例３のフィルタでは９９．９５％であった。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層により形成される繊維成形体の表層部に炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を含浸させて形成される単繊維凝集層を設け、繊維表面には炭化珪素、窒化珪素、アルミナ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させたＣＶＤコーティング層を形成するようにしてあるので、耐熱性、高温での耐腐食性、耐久性に優れるとともに、圧力損失の上昇を抑制しつつ、除塵表面部におけるチョップド単繊維凝集層の微細な孔により、細かいダストまでの一次捕集と、これに続く内部のＣＶＤ処理された繊維成形体による二次捕集作用によって捕集効率が大幅に向上され、かつ小型薄肉化が可能で、石炭利用複合発電システム等で要求される高効率ダスト捕集処理に有効なフィルタが提供される。また、基体をセラミックス繊維による織布あるいは不織布により形成しつつ、表層部にチョップド単繊維凝集層を直接形成するために、コスト的に安価にしつつ、高精度フィルタとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のフィルタ断面図及び部分拡大図である。
【図２】実施例１と比較例１の圧力損失の経時的変化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。
【図３】実施例１と比較例１の粉塵捕集効率の経時的変化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。
【図４】実施例２と比較例２の圧力損失の経時的変化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。
【図５】実施例２と比較例２の粉塵捕集効率の経時的変化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。
【図６】実施例３と比較例３の圧力損失の経時的変化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。
【図７】実施例３と比較例３の粉塵捕集効率の経時的変化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１円筒形フィルタ本体
１Ａフランジ部
１Ｂ円筒部
１Ｃ底面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for use in dust removal in high-temperature gases such as waste incinerator exhaust gas, boiler outlet exhaust gas, furnace top pressure turbine inflow gas or blast furnace exhaust gas in a steelmaking blast furnace, The present invention relates to a dust removal filter suitable for dust collection in a power generation system.
[0002]
[Prior art]
If dust can be removed at high temperature without cooling the exhaust gas in the dust removal treatment of the waste incinerator exit exhaust gas, etc., after removing the exhaust gas, heat exchange is performed to obtain high-temperature and high-pressure steam in the boiler. By using it for power generation, thermal energy can be effectively recovered as electric energy. In addition, in order to promote effective use of energy in fossil fuel combustion, combined power generation systems such as pressurized fluidized bed combined power generation and coal gasification combined power generation have been developed. When a gas turbine is driven by a reactive gas, it is necessary to remove sulfur compounds and particulate matter in the coal gas by the turbine inlet to prevent wear and corrosion, and high-temperature dust collection is extremely important. .
[0003]
Therefore, from the viewpoint of exhaust heat recovery and effective use, it is necessary to remove the dust without cooling the exhaust gas. For this reason, the dust removal filter has a high heat resistant temperature and can be used at 1000 ° C. or higher. desired. In addition, corrosive HCl and Cl are contained in the exhaust gas from a garbage incinerator.₂In addition, in the combined power generation system using coal, there is a problem of wear due to dust and turbine corrosion due to corrosive gas. It is desired to have excellent corrosion resistance. Furthermore, in order to improve the processing efficiency and reduce the size of the dust remover, it is desired that the pressure loss is small and the filter is thin. In other words, when the pressure loss is large, it is necessary to lower the exhaust gas flow velocity in order to reduce the pressure loss and increase the dust removal efficiency, but in order to reduce the flow velocity, the size of the dust remover must be increased. I must. Moreover, since a thick filter itself becomes bulky, it leads to the enlargement of a dust remover.
[0004]
Conventionally, as a filter for removing dust from various exhaust gases, a glass fiber bag filter, a metal bag filter, a honeycomb structure ceramic filter, a ceramic tube filter, and the like have been provided. In addition, ceramic filters by chemical vapor deposition (CVD) are being developed.
[0005]
However, among the conventional filters, the glass fiber bag filter has a maximum use temperature of about 250 to 300 ° C., and it is necessary to cool the high temperature exhaust gas in order to use this bag filter for dust removal of the high temperature exhaust gas. Therefore, it is disadvantageous in terms of exhaust heat recovery and effective use.
[0006]
A metal (Inconel) bag filter has a maximum use temperature of 870 ° C., which is higher than that of a glass fiber bag filter, but has a problem in terms of corrosion resistance and cannot be used to remove corrosive gas dust. .
[0007]
In the honeycomb structure ceramic filter, the maximum use temperature is not so high as 600 ° C., and since it is made of sintered ceramic, it has a drawback that it is thick and has a large pressure loss due to its low porosity.
[0008]
The ceramic tube filter has a maximum operating temperature as high as 900 to 1000 ° C., but since it is made of sintered ceramic, similarly to the above, it has a drawback that it is thick and has a large pressure loss.
[0009]
Moreover, existing ceramic filters are made of SiO.₂And Al₂O₃It has a drawback that it cannot deal with dust removal of exhaust gas that is highly corrosive at high temperatures and is easily broken by thermal shock.
[0010]
In addition, the ceramic filter that is currently being developed by the CVD method has a drawback that it is thick, has a large pressure loss, and is expensive.
[0011]
From this point of view, the applicant can use it even at a high temperature of 1000 ° C. or higher.₂It can be used in corrosive atmospheres containing HCl and HCl, and can be used at high temperatures, is thin, has low pressure loss, and can be made compact in dust removers. The filter which can do is provided (Unexamined-Japanese-Patent No.7-116433).
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, even with the above filter, there is a drawback that the maximum dust removal efficiency cannot be reduced below the dust concentration required in the above-described coal-based combined power generation system.
[0013]
The present invention further advances the above-mentioned filter, has high heat resistance and corrosion resistance that can be used even in high-temperature corrosive atmospheres, and has a low pressure loss and a thin-walled dust removal filter. Improves the dust collection efficiency required for dust collection, and the dust concentration at the dust collection outlet is 10 mg / m³An object of the present invention is to provide a cheaper filter while reducing the filter to N or less.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a filter according to the present invention includes silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), Alumina (Al₂O₃), Alumina / Silica (Al₂O₃・ SiO₂) And carbon (C) selected from the group consisting of one or two or more types of fibers or a chopped yarn aggregate layer in the dust-removed surface pores of the fiber molded body, silicon carbide (SiC) , Silicon nitride (Si₃N₄), Alumina (Al₂O₃), Alumina / Silica (Al₂O₃・ SiO₂), A single fiber aggregate layer composed of one or more chopped single fibers selected from the group consisting of carbon (C) and graphite, and fibers of a fiber molded body on which the single fiber aggregate layer is formed Silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), And alumina (Al₂O₃1) or two or more vapor-deposited coating layers selected from the group consisting of:
[0015]
This is because silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), Alumina (Al₂O₃), Alumina / Silica (Al₂O₃・ SiO₂) And carbon (C), a fiber molded body is formed by impregnating a woven fabric layer or a chopped yarn assembly layer of one or more types of fibers with a resin, Silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), Alumina (Al₂O₃), Alumina / Silica (Al₂O₃・ SiO₂), One or more chopped single fibers selected from the group consisting of carbon (C) and graphite are impregnated in a slurry form with a dispersant, and the chopped resin is carbonized after drying the slurry. A single fiber aggregate layer is provided, and silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si) is formed on the fiber surface of the single fiber aggregate layer.₃N₄), And alumina (Al₂O₃1) or two or more types of coating layers selected from the group consisting of:
[0016]
Other methods include silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), Alumina (Al₂O₃), Alumina / Silica (Al₂O₃・ SiO₂) And carbon (C), a fiber molded body configured as a layer of woven fabric of one or more fibers selected from the group consisting of carbon and (C) or an aggregate layer of chopped yarn is formed, and the resin of the fiber molded body The carbon surface of the fiber molded body is treated with silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), And alumina (Al₂O₃1) or 2 or more types of coating layers selected from the group consisting of the following: gas phase vapor deposition, and silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si) in the dust removal surface pores of the fiber molded body₃N₄), Alumina (Al₂O₃), Alumina / Silica (Al₂O₃・ SiO₂), One or more chopped single fibers selected from the group consisting of carbon (C) and graphite are impregnated with a dispersant in a slurry state, and the excess slurry on the surface is wiped off to remove the single fiber aggregates. The resin of the layer is carbonized, and silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si₃N₄), And alumina (Al₂O₃It is also possible to produce by vapor-deposition of one or more coating layers selected from the group consisting of:
[0017]
[Action]
The filter of the present invention comprises SiC fiber, Si₃N₄Fiber, Al₂O₃Fiber, Al₂O₃・ SiO₂A woven fabric composed of fibers or C fibers and a nonwoven fabric of yarn aggregates are molded into a predetermined filter shape, and a chopped single fiber slurry is impregnated into the dust removing surface of the molded body to form a single fiber aggregated layer. Formed, carbonized resin, and SiC, Si on the fiber surface of the fiber molded body provided with this single fiber aggregated layer in the surface layer₃N₄Or Al₂O₃This is a filter structure in which a CVD coating layer is formed. Particularly, since it is configured to perform initial collection by fine pores in the chopped single fiber aggregate of the filter surface layer, it has an excellent fine dust collecting function.
[0018]
That is, since the filter main body is composed only of a high heat resistant material, it has excellent heat resistance that can be used even at a high temperature of 1000 ° C. or higher, and the base is a woven or non-woven fiber molded body in which yarns are bundled. In addition, it has sufficient mechanical strength even with a thin wall, has a high porosity, has a filter function with low pressure loss, and has high purity by CVD on the fiber surface of the fiber molded body and the fibers of the chopped monofilament agglomerated layer of the surface layer. Since a coating layer having high corrosion resistance and high heat resistance is formed, it can be used sufficiently even in a corrosive atmosphere such as HCl at high temperatures.
[0019]
In the present invention, since the CVD coating layer is formed on the substrate made of the fiber molded body, the chopped single fiber aggregated layer is further formed on the dust removal surface, and the ceramic coating layer is formed on the single fiber surface. Primary dust collection is performed, and then secondary dust collection is performed on the inner layer side. Therefore, in the chopped single fiber agglomerated layer, fine dust is efficiently collected by the collection function by the fine holes, the initial dust collection efficiency is increased, and the collection efficiency of the filter without the chopped single fiber agglomerated layer is 99. The initial dust collection efficiency reached 99.95% in the present invention in which the whisker agglomeration layer was provided on the surface layer portion. Further, regarding the pressure loss, although the pressure loss is larger due to the presence of the chopped single fiber aggregated layer than the filter body alone, the increase in the pressure loss due to the dust collection operation is small. This is because dust is prevented from entering the chopped single fiber aggregated layer as much as possible, and basically has a surface collecting action. In addition, since the chopped monofilament agglomerated layer is collected by fine pores, dust particles are only deposited on the dust removal surface, making it difficult to clog. Even after repeating the above, the increase in pressure loss can be kept low, and the increase in pressure loss over time is small. For this reason, especially by arranging the filter in a path that guides exhaust gas to the turbine, such as a combined power generation system using coal, the collection efficiency exceeding the limit called the maximum efficiency in the conventional ceramic filter. Can be realized.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail according to a filter manufacturing method.
[0021]
The filter of the present invention is manufactured as follows.
[0022]
(First step / fiber molding step)
SiC fiber, Si₃N₄Fiber, Al₂O₃Fiber, Al₂O₃・ SiO₂A fiber molded body is manufactured using fibers or C fibers. That is,
(A) A layer in which one or more woven fabrics of the above fibers are laminated
Or
(B) Aggregated layer of chopped yarn having a length of 1 mm or more, preferably 5 to 25 mm
[0023]
In addition, it is preferable that the single fiber diameter of these (a) and (b) is about 5-20 micrometers. If the length is 1 mm or less, the porosity formed by the intersection of the fibers decreases, and the pressure loss of the filter increases. On the other hand, when the fiber diameter is smaller than 5 μm, the porosity formed by the intersection of the fibers and the fibers becomes small, and the pressure loss of the filter increases. If it is larger than 20 μm, the gap formed by the intersection of the fibers becomes large and it becomes difficult to form a whisker aggregate layer. This is because if the pores are large, the whisker agglomerated layer will easily fall off during drying and vapor deposition processes, and a filter with large pores remaining due to the removal will prevent dust from passing through the pores and fail to perform the filter function. It is. Further, in (b), the chopped yarn is preferably one in which about 500 to 2,000 such single fibers are converged.
[0024]
Such a fiber molded body is formed into a desired shape by, for example, laminating woven fabrics of fibers and impregnating with a resin, and placing this in a mold and vacuum forming.
[0025]
Alternatively, a chopped yarn assembly impregnated with a resin may be wound around a mold and then cured.
[0026]
In this case, a phenol resin, an epoxy resin, polyvinyl alcohol, or the like can be used as the resin, and an organic solvent or water is further used as necessary when the resin is used.
[0027]
In addition, it is desirable that the thickness of the base layer as the molded body is 1 to 10 mm. If the thickness of the base layer is 1 mm or less, it will be easily damaged by handling in the manufacturing process, the yield will deteriorate and the product price will increase, and if the thickness of the base layer exceeds 10 mm, the pressure loss will increase, It becomes a dust filter that cannot be used in the combined power generation system.
[0028]
(2nd process / chopped single fiber impregnation process)
A surface to be a dust removal surface of the fiber molded body is impregnated with a chopped single fiber of ceramics, and excess resin on the surface of the fiber molded body is wiped off and removed. This chopped single fiber is SiC fiber, Si₃N₄Fiber, Al₂O₃Fiber, Al₂O₃・ SiO₂It is preferable to use a single fiber obtained by cutting a fiber having a fiber diameter of 0.5 to 20 μm into a length of 0.1 to 5 mm. When the fiber diameter is less than 0.5 μm, the porosity of the dust removal surface layer formed by the intersection of the fibers decreases, and the pressure loss of the filter increases. Conversely, when the fiber diameter is greater than 20 μm, it is formed in the first step. It becomes difficult to impregnate the chopped single fiber into the pores of the fiber molded body. On the other hand, when the fiber length is less than 0.1 mm, the porosity of the dust removal surface layer formed by the intersection of the fibers decreases, and the pressure loss of the filter increases. Conversely, when the fiber length is greater than 5 mm, the first step This is because it becomes difficult for the chopped single fiber to be impregnated into the pores of the fiber molded body formed in (1).
[0029]
Such a chopped monofilament is impregnated into a fiber molded body, and this can be performed by the following method.
(A) A chopped monofilament is made into a slurry with a dispersant or the like, and applied to the surface of the fiber molded body with a brush or the like and dried.
(B) A chopped monofilament is made into a slurry with a dispersant or the like, and a fiber molded body is dipped in the slurry, permeated into the pores, and then dried. In this case, so as not to go around the part other than the dust removal surface, for example, when the molded body is cylindrical, it may be soaked by a treatment such as covering the opening.
[0030]
The slurry raw material and the blending ratio are as follows.
(1) SiC, Si₃N₄fiber
Fiber = 40% by weight,
Water = 59.7 wt%,
Diethylamine = 0.3%
And kneaded with a ball mill for 1 hour.
(2) Al₂O₃fiber
Fiber = 70% by weight,
Water = 29.5 wt%,
Peptizer (acrylic oligomer type) = 0.5%
And kneaded with a ball mill for 1 hour.
(3) C, graphite fiber
Fiber = 60% by weight,
Ethanol = 40% by weight,
And kneaded with a ball mill for 1 hour.
[0031]
A suitable binder can be used so that the chopped monofilament impregnated by drying of the slurry is not scattered. Alternatively, a suitable binder may be applied and dried after drying. For example, an epoxy resin or a polyvinyl alcohol resin may be used as the binder.
[0032]
The impregnation depth of the chopped monofilament is set as follows.
(Average diameter of chopped single fibers × 10) <Deping depth of chopped single fibers <1 mm
If the average diameter of the chopped single fiber is 10 times or less, large pores remain, reducing the dust removal efficiency. When impregnated to 1 mm or more, there are fine pores in the ceramic-coated chopped single fiber layer, and pressure loss is 1 mm or more. This is because it becomes large and becomes unsuitable for the dust removing device of the coal-based combined power generation system.
[0033]
(3rd process / carbonization process)
A fiber bonding process is performed by carbonizing (or graphitizing) the resin of the filter material in which the dust removal surface of the fiber molded body is impregnated with the chopped single fiber. This may be performed by heat-treating the molded body in an inert gas and carbonizing the binding resin. The fiber molded body obtained in this manner is a fiber molded body in which carbon or graphite generated by carbonization or graphitization of a resin joins contacts of fibers.
[0034]
The fiber molded body can also be manufactured by depositing carbon on the surface by a CVD method, and joining the contacts of the fibers with the deposited carbon. It is possible to easily manufacture a porous fiber molded body that can sufficiently withstand the handling up to the CVD coating of the next step and that has a high porosity.
[0035]
(4th process / CVD coating process)
For the fiber molded body in which the above-mentioned chopped single fiber aggregated layer is formed, SiC and Si so that a predetermined proportion of pores remain on the fiber surface constituting the fiber molded body.₃N₄Or Al₂O₃By forming this CVD coating layer, a filter with improved heat resistance on the fiber surface and increased bonding between the fibers can be produced.
[0036]
The film thickness of the surface coating layer of chopped monofilament is
0.5 μm <t_m<5μm
It is vapor-deposited in the range. This is because the strength, heat resistance, and corrosion resistance are weak when the thickness is 0.5 μm or less, and the porosity decreases and pressure loss increases when the thickness is 5 μm or more.
[0037]
In such a filter, the fibers constituting the fiber molded body, carbon or graphite for bonding the fibers, the volume fraction of the CVD coating layer and the pores, the dust removal efficiency, pressure loss, heat resistance, machine From the viewpoints of physical properties and durability, the following ranges are preferred.
Fiber: 1-15%
Carbon or graphite: 2-20%
CVD coating layer: 2-15%
Hole: 50-95%
That is, if the fiber is <1%, the strength of the filter becomes too low and it is easily damaged by the wind pressure of the gas during backwashing. If the fiber is greater than 15%, it is necessary to reduce the CVD coating layer in order to obtain a filter with a small pressure loss. This reduces the bonding force between the fibers and makes it impossible to withstand the backwash pressure. Furthermore, when carbon or graphite is less than 2%, bond strength that can withstand handling before CVD coating cannot be obtained, and when carbon or graphite is greater than 20%, it is necessary to reduce the CVD coating layer in order to obtain a filter with low pressure loss. As a result, the bonding force between the fibers decreases, and it becomes impossible to withstand the pressure of backwashing. When the CVD coating layer is less than 2%, the fiber-to-fiber bond strength is weak and cannot withstand the wind pressure during backwashing. Further, if the CVD coating layer> 20%, it becomes brittle and cannot withstand thermal shock. In addition, the pressure loss is large when the pores are less than 50%, the strength is lowered when the pores are greater than 95%, the backwash cannot be performed, the formation of the whisker aggregate layer becomes difficult, the aggregate layer falls off, and the large This is because the filter is likely to have pores remaining.
[0038]
Although there is no restriction | limiting in particular as a shape of such a filter main body, In order to make pressure loss small and to improve the durability with respect to the pressure at the time of backwashing of a filter (removal of accumulated dust), the following (A)- The shape of (C) is preferable.
(A) Bottomed or bottomless cylindrical shape
(B) Bottomed or bottomless rectangular tube shape
(C) In the above (A) or (B), the length is tapered (the cross section is different in size at one end and the other)
[0039]
The wall thickness t of the filter is preferably √ (R / 30) <t <15 mm with respect to the radius R of the filter in terms of pressure loss and backwash pressure resistance. At t <√ (R / 30), although the pressure loss is small, it is easily damaged by the backwash pressure. At t> 15 mm, the backwash pressure resistance is good, but the pressure loss increases.
[0040]
Here, the radius R of the filter is the inner radius (average inner radius if not a perfect circle) in the cylindrical filter (A), the circumscribed radius of the inner wall in the rectangular filter (B), and the tapered filter ( In (C), the larger radius in the radii in (A) and (B) above is indicated.
[0041]
In the above filter, the fiber material (woven fabric fiber, chopped monofilament) constituting the fiber molded body and the material of the CVD coating layer may be the same or different. Is advantageous for use at higher temperatures because the occurrence of stress due to the difference in thermal expansion is prevented.
[0042]
The filter of the present invention configured as described above is effective for removing dust from the exhaust gas at the outlet of the garbage incinerator and exhaust gas from the boiler, removing dust from the gas flowing into the top pressure turbine of the blast furnace for iron making, removing dust from the blast furnace exhaust gas, and the like. However, it is extremely effective for high-temperature dust collection in coal-fired combined power generation systems such as pressurized fluidized bed combined power generation and coal gasification combined power generation that require a significant reduction in dust concentration in addition to high-temperature and corrosive gas dust removal. can do.
[0043]
The filter manufacturing process of the present invention
(1) First step / fiber forming step → third step / carbonizing step → fourth step / CVD coating step → second step / chopped single fiber impregnation step → third step / carbonizing step → fourth step / CVD The order of the coating process,
(2) First step / fiber molding step → third step / carbonization treatment step → second step / chopped single fiber impregnation step → third step / carbonization treatment step → fourth step / CVD coating step
Can also be done.
[0044]
By doing in this way, the substrate strength is secured in advance by fiber carbonization treatment and CVD coating of the fiber molded body formed of woven fabric, etc., and the obtained fiber molded body was generated by carbonization or graphitization of the resin. Carbon or graphite becomes a fiber molded body in which contact points of fibers are joined together. This fiber molded body with high bonding strength is impregnated with chopped single fibers, and a coherent layer of single fiber aggregates is formed on the dust removal surface, and the bonding of the single fibers is reinforced by the final ceramic surface deposition. It can be stabilized.
[0045]
【Example】
Example 1
SiC fibers having a length of 2 mm and a diameter of 15 μm are dispersed in a mixture of acetone: phenol resin = 2: 1 (weight ratio), poured into a mold and cured by autoclaving, and then in a nitrogen gas atmosphere. The resin was carbonized by heating at 900 ° C. A SiC coating layer is formed on the fiber surface of the obtained SiC fiber molded body by a CVD method to form a cylindrical shape composed of a flange portion 1A, a cylindrical portion 1B, and a bottom surface portion 1C having the cross-sectional shape and dimensions shown in FIG. A filter body 1 was manufactured. The volume content of each component of the obtained filter main body is as follows.
SiC fiber: 7%
Carbon: 2%
SiC coating layer: 10%
Hole: 81%
[0046]
Next, on the outer surface of the cylinder 1B as the dust removal surface and the bottom surface portion 1C, a SiC single fiber having a length of 0.5 mm and a diameter of 8.5 μm is applied to the filter body 1 with a brush with a slurry having the following composition. The excess slurry adhering to the surface of the filter body was wiped off, and then dried in the atmosphere at 90 ° C. The impregnation depth was 0.9 mm.
Fiber: Water: Diethylamine = 40: 59.7: 0.3 (weight ratio)
[0047]
After drying, a SiC coating layer was formed on the surface of the chopped SiC single fiber by a CVD method to form a ceramic coating single fiber aggregated layer. At this time, the average film thickness tm of the ceramic coated on the surface of the impregnated single fiber was 2 μm.
[0048]
(Comparative Example 1)
The dust removal effect was compared under the following dust removal conditions with the above filter body, that is, a filter that does not form a CVD-coated single fiber aggregated layer.
Dust removal conditions
Exhaust gas amount: 1200m³N / hr
Exhaust gas temperature: 1000 to 1050 ° C
Dust type: Carbon particles (average particle size 1μm)
Dust concentration: 4g / m³N
Filtration speed: 3.9 m / min (at 1025 ° C.)
Number of filters: 28 (filtration area approximately 5.1m²)
Reproduction method: Pulse air (timer control: about every 3 minutes)
[0049]
2 and 3, it is clear that the filter of the present invention can stably perform dust removal over a long period of time with a small pressure loss and a high collection efficiency. The collection efficiency of the filter of Example 1 was 99.9%, while that of Comparative Example 1 was 96.5% or less.
[0050]
(Example 2)
A nonwoven fabric composed of SiC continuous fibers having a diameter of 11 μm is dispersed in an aqueous polyvinyl alcohol solution having a solid content of 6% by weight, poured into a mold and cured, and then heated at 900 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to obtain a resin. Carbonized. A SiC coating layer is formed on the fiber surface of the SiC fiber molded body obtained in this way by the CVD method, and a cylinder made of the flange portion 1A, the cylindrical portion 1B, and the bottom portion 1C having the cross-sectional shape and dimensions shown in FIG. A filter body 1 was manufactured.
The volume content of each component of the obtained filter body is as follows.
SiC fiber: 12%
Carbon: 1.5%
SiC coating layer: 6.5%
Hole: 80%
[0051]
Next, on the outer surface of the cylinder 1B serving as the dust removal surface and the bottom surface portion 1C, the filter main body 1 is applied with a brush with a SiC single fiber having a length of 1 mm and a diameter of 8.5 μm as a slurry having the following composition: The excess slurry adhering to the surface of the filter main body was wiped off and then dried in the atmosphere at 90 ° C. The impregnation depth was 0.7 mm.
Fiber: Water: Diethylamine = 40: 59.7 = 0.3 (weight ratio)
[0052]
After drying, a SiC coating layer was formed on the surface of the chopped SiC single fiber by a CVD method to form a ceramic coating single fiber aggregated layer. At this time, the average film thickness tm of the ceramic coated on the surface of the impregnated single fiber was 3.5 μm.
[0053]
(Comparative Example 2)
The dust removal effect was compared under the following dust removal conditions with the above filter body, that is, a filter that does not form a CVD-coated single fiber aggregated layer.
Dust removal conditions
Exhaust gas amount: 1200m³N / hr
Exhaust gas temperature: 1000 to 1050 ° C
Dust type: Carbon particles (average particle size 1μm)
Dust concentration: 4g / m³N
Filtration speed: 3.9 m / min (at 1025 ° C.)
Number of filters: 28 (filtration area approximately 5.1m²)
Reproduction method: Pulse air (timer control: about every 3 minutes)
[0054]
From FIG. 4 and FIG. 5, it is clear that the filter of the present invention can stably remove dust over a long period of time with a small pressure loss and with a high collection efficiency. The collection efficiency was 97.8% or less in Comparative Example 2, whereas it was 99.92% in the filter of Example 2.
[0055]
(Example 3)
Using a bottomed rectangular tube filter manufactured by the same method as in Example 1, the outer dimensions are 2.2 m × 1.5 m × 1.0 m and the total filtration area is 17.4 m.²The previous dust remover was manufactured, and exhaust gas generated by incineration of general municipal waste was treated under the following dust removal conditions.
[0056]
(Comparative Example 3)
The dust removal effect was compared under the following dust removal conditions with the above filter body, that is, a filter that does not form a CVD-coated single fiber aggregated layer.
Dust removal conditions
Exhaust gas amount: 970m³N / hr
Exhaust gas temperature: 900 ° C
Dust collector inlet dust concentration: 7g / m³N
[0057]
From FIGS. 6 and 7, it is clear that the filter of the present invention has a slightly increased pressure loss as compared with Comparative Example 3, but can stably remove dust with a high collection efficiency over a long period of time. The collection efficiency was 99.5% or less in Comparative Example 3, whereas it was 99.95% in the filter of Example 3.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a woven fabric layer or a chopped yarn aggregate layer of one or more fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, and carbon. A single layer formed by impregnating one or more chopped single fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, carbon and graphite into the surface layer portion of the fiber molded body formed by A fiber agglomerated layer is provided, and a CVD coating layer is formed on the fiber surface by vapor deposition of one or more coating layers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, and carbon. Therefore, it is excellent in heat resistance, corrosion resistance at high temperature, and durability, and while suppressing the increase in pressure loss, the fine holes in the chopped monofilament agglomerated layer on the dust removal surface The primary collection up to fine dust and the subsequent secondary collection action by the internal CVD-treated fiber molded body greatly improves the collection efficiency and enables a reduction in size and thickness. Combined power generation using coal A filter effective for high-efficiency dust collection processing required by a system or the like is provided. In addition, since the chopped single fiber aggregated layer is directly formed on the surface layer portion while the base is formed of a woven or non-woven fabric made of ceramic fibers, a high-accuracy filter can be obtained while reducing the cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of a filter according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing the results of a dust removal test in which a change with time in pressure loss in Example 1 and Comparative Example 1 was obtained.
FIG. 3 is a graph showing the results of a dust removal test in which changes with time in dust collection efficiency of Example 1 and Comparative Example 1 were obtained.
4 is a graph showing the results of a dust removal test in which changes in pressure loss with time in Example 2 and Comparative Example 2 were obtained. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the results of a dust removal test in which changes with time in dust collection efficiency of Example 2 and Comparative Example 2 were obtained.
6 is a graph showing the results of a dust removal test in which a change with time in pressure loss in Example 3 and Comparative Example 3 was obtained. FIG.
7 is a graph showing the results of a dust removal test in which the change with time of dust collection efficiency in Example 3 and Comparative Example 3 was determined. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Cylindrical filter body
1A Flange
1B Cylindrical part
1C Bottom part

Claims

炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布層又はチョップドヤーンの集合層として構成される繊維成形体と、
この繊維成形体の除塵表面空孔内に形成され、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維から構成される単繊維凝集層と、
この単繊維凝集層が形成された繊維形成体の繊維表面に炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の気相蒸着コーティング層を形成したことを特徴とするフィルタ。A fiber molded body configured as a woven fabric layer of one or two or more kinds of fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, and carbon, or an aggregate layer of chopped yarns;
A single unit formed of one or two or more chopped single fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, carbon, and graphite is formed in the dust removal surface vacancies of the fiber molded body. A fiber aggregation layer;
One or two or more types of vapor deposition coating layers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, and alumina are formed on the fiber surface of the fiber formed body on which the single fiber aggregated layer is formed. filter.

炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層に対して樹脂類の含浸により繊維成形体を形成しておき、
前記繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を分散剤によりスラリ状にして含浸させ、
この含浸スラリの乾燥後に樹脂類の炭化処理をなし、
チョップド単繊維凝集層が形成された繊維成形体の繊維表面に炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させることを特徴とするフィルタの製造方法。A fiber molded body is formed by impregnating a woven fabric layer of one or more fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, and carbon, or an aggregate layer of chopped yarn with resin. Formed,
One or two or more chopped single fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, carbon, and graphite are made into a slurry by a dispersant in the dust removal surface pores of the fiber molded body. Impregnate
After the impregnation slurry is dried, the resin is carbonized,
A filter characterized by vapor-depositing one or more coating layers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, and alumina on a fiber surface of a fiber molded body on which a chopped single fiber aggregated layer is formed. Manufacturing method.

炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層として構成される繊維成形体を形成しておき、
前記繊維成形体の樹脂類の炭化処理をなし、
この繊維成形体の繊維表面に炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させ、
前記繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を分散剤によりスラリ状にして含浸させ、
このスラリ乾燥後に前記単繊維凝集層の樹脂類の炭化処理をなし、
この単繊維凝集層の繊維表面に炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させることを特徴とするフィルタの製造方法。Forming a fiber molded body configured as a woven fabric layer of one or more fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, and carbon, or an aggregated layer of chopped yarns; ,
Carbonizing the resin of the fiber molded body,
One or more coating layers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, and alumina are vapor-deposited on the fiber surface of the fiber molded body,
One or two or more chopped single fibers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, alumina / silica, carbon, and graphite are made into a slurry by a dispersant in the dust removal surface pores of the fiber molded body. Impregnate
After the slurry drying, carbonization treatment of the resin of the single fiber aggregation layer,
A method for producing a filter, comprising vapor-depositing one or more coating layers selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, and alumina on a fiber surface of the single fiber aggregated layer.