バグハウス

バグハウスは、バグハウスフィルター、バッグフィルター、またはファブリックフィルターとも呼ばれ、商業プロセスから放出される粒子状物質やガスを空気から除去する大気汚染制御装置および集塵機です。 ^[1]発電所、製鉄所、製薬会社、食品メーカー、化学製品メーカー、その他の工業会社は、大気汚染物質の排出を制御するためにバグハウスをよく使用します。^[2]バグハウスは、350 °F (177 °C) を超える温度に耐えることができる高温ファブリック (フィルターメディア用) が発明された後、1970 年代後半に広く使用されるようになりました。^[3]

プロセスや電気条件によって性能が大きく変わる可能性がある 電気集塵装置とは異なり、機能しているバグハウスは、粒子サイズが非常に小さい場合でも、通常、99% 以上の粒子収集効率を備えています。

ほとんどのバグハウスでは、織物またはフェルト布で作られた長い円筒形のバッグ（またはチューブ）をフィルター媒体として使用します。粉塵負荷が比較的低く、ガス温度が250°F（121°C）以下の用途では、バッグの代わりにプリーツ状の不織布カートリッジがフィルター媒体として使用されることがあります。^{[4] [5]}

塵を含んだガスまたは空気はホッパーからバグハウスに入り、バグハウスの区画に導かれます。ガスは、クリーニング方法に応じてバッグの内側または外側から引き込まれ、空気が通過できなくなるまでフィルターメディアの表面に塵の層が蓄積します。十分な圧力降下 (ΔP) が発生すると、クリーニングプロセスが開始されます。クリーニングは、バグハウスがオンライン (フィルタリング) またはオフライン (分離) のときに実行できます。区画がきれいになると、通常のフィルタリングが再開されます。^[6]

バグハウスは、バッグの表面に形成されるダストケーキのおかげで、非常に効率的な粒子コレクターです。布地は、次の4つのメカニズムを通じて、ダス​​トが集まる表面を提供します。^[7]

• 慣性収集 - ダスト粒子はガスの流れとともに方向を変えるのではなく、ガスの流れの方向に対して垂直に配置された繊維に衝突します。
• 遮断 – 流体の流線を横切らない粒子は、繊維のサイズにより繊維と接触します。
• ブラウン運動- サブミクロン粒子が拡散し、粒子と収集表面との接触の可能性が高まります。
• 静電気力-粒子とフィルターに静電気が存在すると、ほこりの捕捉力が高まります。

これらのメカニズムの組み合わせにより、フィルター上にダストケーキが形成され、最終的にガスの流れに対する抵抗が増加します。フィルターは定期的に清掃する必要があります。

フィルターバッグの寿命を長くするため、フィルターバッグはフィルター強化剤（プレコート）でコーティングされるのが一般的です。化学的に不活性な石灰岩（炭酸カルシウム）の使用が最も一般的です。これは、フィルターメディアの表面にダストケーキまたはコーティングと呼ばれるものを形成することで、ダスト（フライアッシュを含む）の収集効率を高めるためです。これにより、微細な粒子が捕捉されるだけでなく、フィルターメディアを固着させる可能性のある湿気や油性または粘着性の粒子からバッグ自体が保護されます。プレコートがないと、特に起動時に、バッグは濾過の一部しか行えず、細かい部分はフィルター強化剤のダストケーキに任せてしまうため、フィルターバッグから微細な粒子がバッグフィルターシステムから漏れ出します。^[要出典]

ファブリック フィルターには通常、次の部品があります。

1. クリーンプレナム
2. ほこりっぽいプレナム
3. バッグ、ケージ、ベンチュリーアセンブリ
4. チューブプレート
5. RAV/スクリュー
6. 圧縮空気ヘッダー
7. 吹き管
8. ハウジングとホッパー

バグハウスは使用される洗浄方法によって分類されます。最も一般的なバグハウスの3つのタイプは、機械式シェーカー、リバースガス、パルスジェットです。^[8]

機械式シェーカー式バグハウスでは、チューブ状のフィルターバッグがバグハウスの底部のセルプレートに固定され、上部の水平ビームから吊り下げられています。汚れたガスはバグハウスの底部から入り、フィルターを通過し、ほこりはバッグの内側の表面に集まります。

機械式振動式バグハウスの清掃は、バッグが吊り下げられている上部の水平バーを振動させることで行われます。モーター駆動のシャフトとカムによって生じる振動により、バッグに波が生じ、ダストケーキが振り落とされます。

シェーカー バグハウスのサイズは、小型のハンドシェーカー デバイスから大型の区画化されたユニットまでさまざまです。これらは断続的にも連続的にも動作できます。断続的なユニットは、プロセスがバッチ ベースで動作する場合に使用することができ、バッチが完了すると、バグハウスを洗浄できます。連続プロセスでは区画化されたバグハウスを使用し、1 つの区画を洗浄しているときに、空気の流れを他の区画に迂回させることができます。

シェーカー バッグハウスでは、シェーク サイクル中にバッグ内に 正圧がかかってはなりません。5 パスカル (0.00073 psi) ほどの低圧でも洗浄が妨げられる可能性があります。

シェーカーバグハウスの空気と布の比率は比較的低いため、必要なスペースはかなり大きくなります。ただし、設計がシンプルなため、鉱物処理業界では人気があります。

逆空気式バグハウスでは、バッグはバグハウスの底部のセルプレート上に固定され、上部の調節可能なハンガーフレームから吊り下げられています。通常、汚れたガスの流れはバグハウスに入り、内側からバッグを通過し、ほこりはバッグの内側に集まります。

逆空気バッグハウスは連続運転ができるように区画化されています。洗浄サイクルが始まる前に、洗浄する区画の濾過が停止されます。バッグは、逆方向にクリーンな空気を集塵機に注入して区画を加圧することで洗浄されます。圧力によってバッグが部分的に潰れ、ダストケーキが割れて下のホッパーに落ちます。洗浄サイクルの終わりに、逆気流が停止され、区画がメインストリームに戻ります。

汚れたガスの流れはバッグの形状を維持するのに役立ちます。ただし、クリーニングサイクル中にバッグが完全に潰れたり、生地が擦れたりするのを防ぐために、バッグには間隔を置いて硬いリングが縫い付けられています。

リバースエアバグハウスに必要なスペースはシェーカーバグハウスに必要なスペースと同程度ですが、メンテナンスの必要性はやや大きくなります。

逆パルスジェット バグハウスでは、個々のバッグは金属ケージ (フィルター ケージ) によって支えられており、このケージはバグハウスの上部にあるセル プレートに固定されています。汚れたガスはバグハウスの下部から入り、外側からバッグの内側へと流れます。金属ケージはバッグの崩壊を防ぎます。パルスジェット バグハウスは、1950 年代に MikroPul (現在は Nederman グループの一部であり、現在も濾過ソリューションの主要サプライヤー) によって発明されました。

バッグは、共通のマニホールドからバッグの列に噴射される圧縮空気の短い噴射によって洗浄されます。圧縮空気は、バッグの逆噴射バッグハウス上部に取り付けられたベンチュリノズルによって加速されます。圧縮空気の噴射時間は短い (約 0.1 秒) ため、急速に移動する気泡として機能し、バッグの全長を移動してバッグの表面を曲げます。バッグが曲がることでダスト ケーキが壊れ、取り除かれたダストは下の貯蔵ホッパーに落ちます。

逆パルスジェット集塵機は、集塵機を通過する粉塵混じりの空気の総量に比べて圧縮空気の噴出量が非常に少ないため、流れを中断することなく連続的に運転して清掃することができます。この連続清掃機能のため、逆ジェット集塵機は通常、区画化されていません。

リバースジェットコレクターの短い洗浄サイクルにより、ほこりの再循環と再堆積が軽減されます。これらのコレクターは、シェーカーやリバースエア洗浄方法よりも、バッグの洗浄と再調整をより完全に行うことができます。また、連続洗浄機能により、より高い空気対布比で動作できるため、必要なスペースが少なくなります。

デジタルシーケンシャルタイマーは設定された間隔でソレノイドバルブをオンにし、ブローパイプに空気を注入してフィルターを洗浄します。

バグハウスの清掃には、主に 2 つのシーケンス タイプが使用されます。

• 断続的な（定期的な）清掃
• 継続的な清掃

間欠洗浄バグハウスは、多数の区画またはセクションで構成されています。各区画は、定期的に流入する汚れたガス流から遮断され、洗浄されてからオンラインに戻ります。個々の区画が所定の位置から外れている間、ガス流は区画の領域から迂回されます。これにより、洗浄サイクル中に生産プロセスを停止する必要がなくなります。

連続洗浄されるバグハウスのコンパートメントは常に濾過されています。圧縮空気の噴射により、収集プロセスが一時的に中断され、バッグが洗浄されます。これはパルス ジェット洗浄と呼ばれます。パルス ジェット洗浄では、コンパートメントをオフラインにする必要はありません。連続洗浄されるバグハウスは、バッグのメンテナンス中に完全にシャットダウンしたり、プライマリ システムに障害が発生したりしないように設計されています。

バッグに繋がっているロッドはモーターで駆動します。これにより、固まった粒子を取り除く動きが生まれます。振る速度と動きは、バッグのデザインと粒子状物質の組成によって異なります。一般的に、振る動作は水平です。バッグの上部は閉じられ、下部は開いています。振ると、バッグの内側に集まったほこりが解放されます。バッグを清掃している間、汚れたガスはバッグ内を流れません。この空気の流れの方向転換は、バグハウスを区画化する必要がある理由を示しています。

空気の流れによってバッグは構造化されます。汚れた空気がバッグの内側から流れ、内部表面にほこりが集まります。洗浄中は、特定のコンパートメントからのガスの流れが制限されます。空気の流れがないと、バッグは緩みます。円筒形のバッグには、空気の圧力でバッグが完全に潰れるのを防ぐリングが付いています。ファンが逆方向にきれいな空気を吹き付けます。緩みと逆の空気の流れによって、ダストケーキが砕けてホッパーに放出されます。洗浄プロセスが完了すると、汚れた空気の流れが継続し、バッグは元の形状に戻ります。

このタイプのバグハウス洗浄（圧力ジェット洗浄とも呼ばれる）は、最も一般的です。これは、1956年にMikroPulによって発明され、特許を取得しました。^[9] 高圧の空気の噴射を使用して、バッグから塵埃を取り除きます。噴射はバッグチューブの上部に入り、汚れた空気の流れを一時的に止めます。空気の衝撃により、膨張波が布地を下って伝わります。バッグが曲がることで、ダストケーキが砕けて排出されます。空気の破裂は約0.1秒で、衝撃波がバッグの長さに沿って伝わるのに約0.5秒かかります。空気の噴射は急速に放出されるため、汚染されたガスの流れを妨げません。したがって、パルスジェットバグハウスは連続的に動作でき、通常は区画化されていません。圧縮空気の噴射は、衝撃波がバッグの全長を伝わり、ダストケーキを破砕するのに十分な強さでなければなりません。洗浄システムの効率性により、振動式や逆エアバッグ式フィルターに比べて、ガス対布比（またはフィルターの単位面積あたりのガス容積スループット）がはるかに高くなります。^[10]そのため、このタイプのフィルターでは、同じ量の空気を取り込むのに必要な面積が小さくなります。

最も一般的でないタイプの洗浄方法は音波です。バグハウスの中には、補助的な振動を与えて塵埃の洗浄効果を高める超音波ホーンを取り付けているものもあります。超音波スペクトルの低域で高強度の音波を生成するホーンは、洗浄サイクルの直前または開始時にオンになり、フィルター メディア表面の粒子間の結合を破壊して塵埃の除去を助けます。

徹底した洗浄を確実にするために、超音波洗浄は他の洗浄方法と組み合わせて使用​​されることがよくあります。

この方法の原理は基本的なものですが、回転式機械式ケージ洗浄法は国際市場では比較的新しいものです。この方法は、床を覆うラグを物干しロープに掛けて、ほこりを叩き出すことを思い起こさせることで視覚化できます。^[11]

回転式機械ケージオプションは、セルプレートに取り付けられた固定ケージで構成されています。バッグを保持するケージの内側には、フィルターバッグの内側に衝撃を与えるために 90 度回転できる二次ケージが入れ子になっています。この叩き動作により、ケージが動くときに粒子を除去する力を生み出すという同じ目的の効果が得られます。この回転動作は、バッグの内側に望ましい泡立て効果を満たすように調整できます。^[11]

カートリッジ コレクターは、バグハウスで使用される織物またはフェルト バッグとは対照的に、プリーツ状の不織布フィルター メディアを含む穴あき金属カートリッジを使用します。プリーツ デザインにより、同じ直径の従来のバッグよりもフィルターの総表面積が広くなります。フィルター面積が広くなると、空気とメディアの比率、圧力降下、およびコレクター全体のサイズが小さくなります。

カートリッジ コレクターには、使い捨て設計と連続使用設計があります。使い捨てコレクターでは、コレクターがオフのときに汚れたカートリッジを交換し、収集された汚れを取り除きます。連続使用設計では、カートリッジは従来のパルス ジェット洗浄システムによって洗浄されます。

バグハウスの性能は、入口と出口のガス温度、圧力降下、不透明度、ガス速度に依存します。ガス流の化学組成、水分、酸露点、粒子負荷、粒度分布も重要な要素です。

• ガス温度 – 生地は特定の温度範囲内で機能するように設計されています。これらの制限外の温度変動は、たとえ短時間であっても、バッグを弱めたり、損傷したり、破損させたりする可能性があります。
• 圧力降下 – バグハウスは、特定の圧力降下範囲内で最も効率的に動作します。この範囲は、特定のガス体積流量に基づいています。
• 不透明度– 不透明度は、ガス流内の粒子によって発生する光散乱の量を測定します。不透明度は粒子の濃度を正確に測定するものではありません。ただし、バグハウスから排出される粉塵の量を示す良い指標となります。
• ガス体積流量 – バグハウスは、さまざまなガス流量に対応できるように作られています。ガス流量が増加すると、動作圧力降下と空気対布比が増加します。これらの増加により、バグハウスにかかる機械的負担が大きくなり、清掃頻度が増し、粒子速度が速くなります。この 2 つの要因により、バグハウスの寿命が短くなります。

圧力降下、フィルター抵抗、空気と布の比率、および収集効率は、バグハウスの設計において重要な要素です。

• 圧力降下 (ΔP) は、バグハウス全体の空気の流れに対する抵抗です。圧力降下が大きいほど、空気の流れに対する抵抗も大きくなります。圧力降下は、通常、入口と出口の 2 点における全圧の差を測定することで計算されます。
• フィルター抵抗は、布地とダストの層を横切る抵抗です。
• 空気対布比 (ft/分または cm/秒) は、バグハウスに入るガスの量をフィルター布の表面積で割った値として定義されます。

布製フィルターバッグは楕円形または円形のチューブで、通常長さ15～30フィート（4.6～9.1メートル）、直径5～12インチ（130～300ミリメートル）で、織物またはフェルト素材で作られています。^[12]

不織布素材はフェルト製または膜製です。不織布素材は織布の裏地 (スクリム) に取り付けられています。フェルト製フィルターには、織布の裏地 (スクリム) で支えられたランダムに配置された繊維が含まれています。膜フィルターでは、薄い多孔質膜がスクリムに接着されています。パルス ジェットなどの高エネルギー洗浄技術にはフェルト製織物が必要です。

織りフィルターには、一定の繰り返しパターンがあります。織りフィルターは、振動や逆流などの低エネルギー洗浄方法によって実現します。平織り、綾織り、朱子織りなどのさまざまな織りパターンによって、個々の繊維間の空間の量が増減します。空間のサイズは、布地の強度と透過性に影響します。織りが密なほど透過性が低くなり、微粒子をより効率的に捕捉できます。

リバース エアバッグには、洗浄エネルギーが加えられたときにパンケーキ状になるのを防ぐため、つぶれ防止リングが縫い付けられています。パルス ジェット フィルター バッグは、布地をぴんと張った状態に保つ金属ケージで支えられています。フィルター バッグの寿命を延ばすために、布地のフィルター面に PTFE (テフロン) 膜の薄い層を貼り付け、フィルター メディアの繊維にほこりの粒子が埋め込まれないようにすることができます。

一部のバグハウスでは、家庭用空気ろ過システムに見られるプリーツ型カートリッジフィルター^[13]が使用されています。これにより、製造と洗浄がさらに複雑になりますが、より大きな表面積でより大きな流量を得ることができます。

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