既設バグフィルターを触媒フィルターバッグに切り替えられるか？
確認すべき5項目から、1区画での試験導入の順序まで
01 · WHAT CHANGES
触媒フィルターバッグに替えると何が変わるのか？
触媒フィルターバッグは、ばいじんをろ過するフィルターバッグの繊維に脱硝触媒を担持し、バグフィルターの中でばいじんと窒素酸化物（NOx）を同時に減らすフィルターバッグです。集じん機の中で脱硝まで担うため、独立したSCR反応器を設ける方式とは構成が異なります。
交換の範囲は次のように分けられます。
- そのまま使うもの（寸法が合う場合）：バグフィルターのケーシング、管板、ケージ、払い落とし装置
- 変わる・追加されるもの：フィルターバッグ、フィルター手前の還元剤注入設備、温度・圧力損失の管理基準
フィルターバッグを替えるだけではNOxは減りません。触媒反応は、還元剤がフィルターに届く前に排ガスと混ざっていて初めて起こります。メーカー資料であるTopsoeの触媒フィルターバッグ製品ページも、NOxを減らすにはNH₃などの還元剤がフィルターの上流に存在するか、注入される必要があると説明しています。[1]
触媒フィルターバッグの構造はメーカーによって異なります。Topsoeは、標準のフィルターバッグの内側に触媒繊維層を入れた構造と説明しています。[1] Goreは、ばいじんを除去するePTFEメンブレンとPTFEベースの触媒フェルトを組み合わせた構造と説明しています。[2] CataFill™は、触媒を担持したPTFE不織布にePTFEメンブレンをラミネートした触媒フィルターバッグです。構造が異なるため、本稿で紹介する公開事例の数値は、別の構造の事例として読む必要があります。
図中の番号は02の確認項目と対応しています。左のダクトから排ガスが入り、フィルターバッグを通って右のダクトから出ます。紺色のフィルターバッグが触媒フィルターバッグで、オレンジ色のタンクと配管は新たに追加する還元剤注入設備です。
出典：株式会社マイクロワン自社技術資料に基づく・AIを活用した概念図・実際の形状・寸法とは異なります
02 · FIVE CHECKS
交換前に何を確認すべきか？
確認する項目は5つです。下の表は、項目ごとにどの値を見て、その値がなぜ重要かをまとめたものです。
| 確認項目 | 何を見るか | なぜ重要か |
|---|---|---|
| ① 運転温度 | 通常・低負荷・起動時のバグフィルター入口温度の最低値 | CataFill™の適用温度は排ガス120～200°Cで、NOx低減には180°C以上を推奨しています。温度が低いと低減率が下がり、硫酸水素アンモニウム（ABS）が生成することがあります。詳しくはSCR触媒の性能はなぜ低下するのか？被毒・温度・リークアンモニアで解説しています。 |
| ② 還元剤注入 | 既設のSNCR設備の有無、バグフィルター手前の注入ノズル位置と混合距離、配管の凝縮水・ノズル閉塞への対策 | 還元剤がフィルターに届く前に排ガスと混ざらなければ、触媒反応は起こりません。使用量は尿素・アンモニア使用量計算ツールで概算できます。 |
| ③ 集じん機の寸法 | 管板の穴径、ケージの直径・長さ・ワイヤー本数、フィルターバッグ長さ、ろ過速度（A/C） | フィルターバッグが管板とケージに合う必要があるため、図面と実測寸法が必要です。ろ過速度（処理ガス量をろ過面積で割った値）はろ過速度計算ツールで確認できます。 |
| ④ 圧力損失・払い落としの余裕 | 現在の圧力損失の推移、ファンの余裕、区画ごとに払い落とし圧力を個別に調整できるか | 触媒フィルターバッグを入れると圧力損失が上がることがあり、払い落とし圧力の調整が必要になる場合があります。03で公開事例を紹介します。 |
| ⑤ 排ガス成分 | SO₂・SO₃、アルカリ・重金属などの触媒被毒物質、水分、酸性ガス処理設備（半乾式・乾式反応塔）の有無 | SO₂・SO₃はABSの生成に、アルカリ・重金属は触媒性能の低下に影響することがあります。 |
このような場合はフィルターバッグ交換だけでは判断できません
次の5つの場合は単純な交換と判断せず、設備の補強の要否と適用の可否を別途検討する必要があります。
- バグフィルター入口温度がCataFill™の適用温度範囲（120～200°C）を外れる時間帯がある、またはNOx低減の推奨温度（180°C以上）を保てない時間が長い場合
- フィルター手前に還元剤を注入して混合する位置や配管ルートを確保しにくい場合
- 管板・ケージの寸法がフィルターバッグの寸法と合わない場合
- ファンと払い落とし装置に余裕がなく、圧力損失が少し上がるだけで運転に影響する場合
- SO₂・SO₃が多いのにフィルター手前に酸性ガス処理設備がない、または触媒被毒物質が多い場合
03 · PRESSURE DROP AND LIFE
圧力損失とフィルターバッグの寿命はどう変わるのか？
圧力損失は現場の条件によって少し上がることがあるため、ファンと払い落としの余裕を事前に確認しておく必要があります。公開された実証事例が1件あるので、条件とあわせて紹介します。
デンマーク環境保護庁（Miljøstyrelsen）の2022年の報告書は、英国Snettertonのバイオマス発電所の1区画にTopsoe CataFlex™触媒フィルターバッグを設置した試験を扱っています。[3] この発電所は主に麦わらを燃料とする50 MWeの設備です。報告書によると、触媒フィルターバッグを入れた区画の圧力損失は、通常のフィルターバッグの区画より2～3 mbar（200～300 Pa、約20～30 mmH₂O）高く、報告書はこの差を排ガス系統全体の圧力損失に比べれば小さいと評価しています。[3]
同じ報告書は、触媒バッグを入れたフィルターは通常、やや高い払い落とし圧力を必要とすると説明しています。ただし、この設備は区画ごとに払い落とし圧力を調整できなかったため、その区画だけに高い圧力をかけることはできなかったと記しています。[3]
いいえ。上の事例は、外側のフィルターバッグの中に触媒バッグを入れる別構造の製品が、1つの現場で示した結果です。運転条件も異なるため、CataFill™の圧力損失や払い落とし条件に当てはめることはしません。
CataFill™の圧力損失は、韓国の環境新技術（NET）第631号の認証範囲（100 mmH₂O以下）で確認できます。個々の現場の圧力損失は運転条件によって異なります。
CataFill™の交換周期は通常約2年です
参考として、米国EPAのコストマニュアルは、石炭火力ボイラー用途でSCR触媒メーカーが通常8,000～24,000時間の運転時間を保証すると説明しています。[4] 連続運転の場合、2年は約17,500時間なので、CataFill™の交換周期はこの保証範囲に収まります。
ただし同じ資料は、石炭火力SCRの実際の触媒層寿命は5～7年であることが多いとも記しています。[4] 運転温度と構造が異なる設備の値なので、SCR触媒の寿命が2年という意味には読みません。CataFill™の交換周期も、運転温度、被毒物質、払い落とし条件によって変わります。
04 · FIELD LESSONS
現場ではどこでつまずく可能性があるのか？
先に紹介したデンマークの報告書は、現場での脱硝試験を完了できなかった事例でもあります。[3] この事例では、触媒よりも先に、還元剤であるアンモニアを送り込む系統で問題が起きました。
報告書に記された経過は次のとおりです。まず、注入配管が負圧（真空）状態だったため凝縮水が抜けず、配管が詰まりました。次に、フィルターのダスト側に置かれた注入ノズルが汚れました。その後、アンモニアを押し込む正圧が得られなくなり、報告書はその原因をフィルターの圧力損失がやや上がったためと考えられると記しています。最終的に時間と予算が尽き、この部分の試験は中止されました。[3]
同じ報告書は、設置から6か月、14か月、22か月が経過した触媒フィルターバッグから試料を切り取って実験室で活性を試験し、活性は大きく低下していないと評価しています。[3] この結果は現場での脱硝試験ではなく実験室試験であり、Topsoe製品1事例の結果です。
温度については、報告書は、この方式の製品では過度なABS汚れを避けるために、通常はフィルター温度を約185°C以上に上げる必要があると記しています（すでにそれ以上でなければ）。この発電所の通常のフィルター温度は200～210°Cでした。[3] CataFill™の運転温度は、これとは別に適用温度120～200°C、NOx低減の推奨180°C以上を基準とします。
公開事例から学ぶ点検ポイント
- 注入配管：凝縮水がたまる箇所と排出方法を設計段階で確認
- 注入ノズル：ダスト側に置かれるノズルの汚れの点検と清掃方法
- 注入圧力：フィルターの圧力損失が上がった後も還元剤を押し込める圧力の余裕
- 試験計画：注入系統を手直しする時間も含めた試験期間と測定計画
上の点検ポイントは公開事例1件から読み取った内容であり、すべての現場で同じ問題が起こるという意味ではありません。
05 · PILOT FIRST
どのような順序で導入すれば安全か？
複数の区画に分かれたバグフィルターであれば、1区画だけに先に適用してみる方法があります。導入の順序は4段階に整理できます。
凡例：オレンジ色の矢印は排ガスの流入、水色の矢印は処理後のガスの排出です。区画ごとに流入管と排出口が分かれています。
出典：株式会社マイクロワン自社技術資料に基づく・AIを活用した概念図・実際の形状・寸法とは異なります
先の公開事例も、フィルターバッグ1,568本のうち1区画の196本だけに先に適用しました。[3] 段階ごとに何を見て、その結果で何を決めるかは下の表のとおりです。リークアンモニアとは、反応せずに煙突から出ていくアンモニアのことです。
| 段階 | 何をどの値で見るか | 誰が確認するか | 結果で何を決めるか |
|---|---|---|---|
| 1. 運転データの確認 | 02の5項目：排ガス量・温度（最低・平均・最高）、NOxの入口濃度と目標濃度、集じん機の図面 | 設備運営者、フィルターバッグ供給者 | 条件が合えば試験区画を決め、合わなければ設備の補強や適用の見送りを検討 |
| 2. 1区画で試験導入 | 1区画だけに触媒フィルターバッグと還元剤注入を適用、区画ごとに分けて運転できるか | 設備運営者、フィルターバッグ供給者 | 区画の分離が難しければ、試験方法を別途検討 |
| 3. 圧力損失・NOx・リークアンモニアの測定 | 試験区画の出口と既存区画の出口で、圧力損失、NOx、リークアンモニアを比較（煙突では他の区画のガスと混ざって希釈される）。適用前の基準値も同じ位置で測定 | 設備運営者（自社測定または外部測定） | 目標範囲内なら拡大を検討し、外れれば注入・払い落とし条件を調整して再測定するか追加試験 |
| 4. 全区画へ拡大 | 試験結果と残りの区画のフィルターバッグ交換日程 | 設備運営者 | 拡大の時期と順序を決定 |
表の目標範囲は株式会社マイクロワンが決める値ではなく、現場ごとに設備運営者とフィルターバッグ供給者が協議して決める値です。
06 · CHECKLIST
検討を依頼するときにどのような資料が必要か？
次の資料があれば、運転温度と還元剤注入の条件を具体的に検討できます。
- 排ガス量と温度（最低・平均・最高）
- NOxの入口濃度と目標濃度
- SO₂、HCl、水分濃度、SO₃（測定値があれば）
- ばいじん濃度と成分（アルカリ・重金属など）
- 集じん機の図面（管板・ケージ）
- 現在のフィルターバッグの仕様
- 圧力損失の推移、ファンの余裕
- 払い落とし方式と圧力（区画ごとの調整の可否）
- 既設のSNCR・吸着剤注入設備の有無
導入後の運転中に確認する項目は触媒フィルターバッグ運転点検表に別途まとめています。
FAQ
よくある質問
一部の区画だけに先に適用してみることはできますか？
はい。区画ごとに運転できるバグフィルターであれば、1区画に先に適用して圧力損失とNOxを他の区画と比べる方法があります。先に紹介した公開事例も、1,568本のフィルターバッグのうち1区画の196本に先に適用しました。[3]
既設SNCRの還元剤設備を共用できますか？
一部の設備は共用できます。貯蔵タンク・供給ポンプ・希釈水設備は、余裕容量で新しい注入点の使用量（SNCRを続けて運転するなら合計量）をまかなえ、バグフィルター手前の新しいノズルで必要な供給圧力と流量を出せて、還元剤の種類と配管ルートが新しい注入方式に合う場合に再利用を検討します。ただし、SNCRの噴霧位置は尿素の最適反応温度域（約900～1,150°C）に合わせて決められているため[5]、120～200°C程度のバグフィルター手前には新しい噴霧ノズルと混合区間が必要です。尿素を使う場合、120～200°Cの排ガスではフィルターに届く前に十分に分解されないことがあるため、別途の分解設備やアンモニア水の使用を検討する必要があります。米国EPAのコストマニュアルも、SCRでは尿素を一般に注入前にアンモニアへ変換すると説明しています。[4]
触媒フィルターバッグに替えると払い落とし圧力も調整が必要ですか？
調整が必要になることがあります。公開事例の報告書は、触媒バッグを入れたフィルターは通常、やや高い払い落とし圧力を必要とすると説明しています。[3] 区画ごとに払い落とし圧力を個別に調整できるかを事前に確認し、CataFill™の払い落とし条件は供給者の運転指針に従います。
検討を依頼するにはどのような運転データが必要ですか？
排ガス量・温度（最低・平均・最高）、NOxの入口濃度と目標濃度、SO₂・SO₃・HCl・水分、ばいじん濃度と成分、集じん機の図面（管板・ケージ）、現在のフィルターバッグの仕様、圧力損失の推移とファン・払い落としの余裕、既設のSNCR・吸着剤注入設備の有無が必要です。項目ごとの説明は06を参照してください。
- Topsoe、「CataFlex™ catalytic filter bags」製品ページ（メーカー資料）。 リンク
- W. L. Gore & Associates、「GORE® DeNOx Catalytic Filter Bags」製品ページ（メーカー資料）。 リンク
- デンマーク環境保護庁（Miljøstyrelsen）、「Advanced catalytic bags for combined abatement of NOx and particulate matter in biomass boilers」、2022年（Topsoe CataFlex™を対象とした実証報告書。構造・条件が異なる1事例）。 リンク
- 米国EPA、「Air Pollution Control Cost Manual, Section 4, Chapter 2: Selective Catalytic Reduction」、2016年（2017年改訂）。 リンク
- 米国EPA、「Air Pollution Control Cost Manual, Section 4, Chapter 1: Selective Noncatalytic Reduction」、2016年（2017年改訂）。 リンク