JP2000227389A - ガス採取ユニット及びその取り付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高温、高湿度、高腐食性で、固着性粉塵を高
濃度に含む燃焼炉排ガスを分析用に採取するためのガス
採取ユニット、及び当該ユニットの排気ガスダクトへの
取り付け方法を提供すること。 【解決手段】 金網フィルタ１２１及びフィルタプロテ
クタ１３が互いの軸線を平行にしてプレートの接続ノズ
ル１１側内面に立設され、フィルタプロテクタがその凹
面を金網フィルタ側に向け、金網フィルタの外面から離
れてほぼその半周を掩蔽し、接続ノズル、金網フィル
タ、及びフィルタプロテクタ相互の関係寸法が、プレー
トを接続ノズルに取り付けたとき、フィルタプロテクタ
の先端が排気ガスダクトの内部に位置し、金網フィルタ
の先端底部が排気ガスダクトの内壁面の位置又はその外
側に留まるようなものであるガス採取ユニット１０を、
排気ガスダクトの水平部分上壁面に立設した接続ノズル
に、金網フィルタに対してフィルタプロテクタがガスの
上流側に位置するように取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は分析用ガス採取ユニ
ットに関し、特に高温、高湿度、高腐食性で、固着性粉
塵を高濃度に含む燃焼炉排ガスに使用可能なガス採取ユ
ニット、及び当該ユニットの排煙ガスダクトへの取り付
け方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラーや焼却炉等では、有害成分を極
力環境へ排出しないために排ガス中のＳＯ_ｘ、ＮＯ_ｘ等
の分析を、また過剰空気率を適切に管理して燃焼効率を
良好に保つために残留Ｏ_２やＣＯ等の分析を行う。その
場合、前者は集塵機等を経た煙突排出直前の排ガスにつ
いて行われるのに対して、後者は分析の正確性を期すた
めに燃焼室出口の排ガスについて行われる。しかし、燃
焼室出口では排ガス温度が高く、しばしば負圧であり、
多量の水蒸気、灰分のダストや硫酸ミスト等を伴うこと
が多い。灰分等が分析計へ持ち込まれると正常に作動し
なくなるので、従来から分析用ガス採取装置を用いてそ
れらを取り除き、清浄な試料ガスのみを分析計へ供給す
ることが行われている。

【０００３】分析用ガス採取装置の主たる機能は次のよ
うである。 (イ) 炉中のダストやミストを一次フィルタで遮断して、
ガスのみを取り込む。 (ロ) 水蒸気を冷やしてドレンとして排出除去する。さら
に吸着層を通してガスを乾燥させる場合もある。 (ハ) 負圧の場合は吸引ポンプでガスを吸引し、ガス圧を
調整して分析計へ送る。 (ニ) ドレン排出槽と吸引ポンプの間に二次フィルタを設
けて、一次フィルタを通り抜けて系内へ侵入したダスト
を遮断する。 (ホ) 一定時間毎に一次フィルタに空気を逆噴射して目詰
まりをなくす。

【０００４】なお、以下の記述では上記(イ) の機能を受
け持つ部分を「ガス採取ユニット」と呼ぶことにする。
通常のガス採取ユニットは、ヘッダパイプの先端に一次
フィルタとしての金網フィルタを設けたフィルタプロー
ブ、及びこれを固定して燃焼室出口ダクト内へ挿入し又
はダクトに設けた窓に臨ませるように、ダクト壁面に設
けた接続ノズルの端部に取り付けるプレートからなり、
フィルタプローブの金網フィルタ及びヘッダパイプを通
してガスを取り込む。

【０００５】通常のボイラー等では、上記のような従来
のガス採取装置により支障なく試料ガスを採取すること
ができる。しかし、以下に述べる特殊な炉において、従
来のガス採取装置中のガス採取ユニットが極めて過酷な
条件に晒され、満足なガス採取ができない場合が経験さ
れた。これに対して多くの工夫と試行錯誤を重ねた結
果、ようやく実用に足るガス採取ユニットを実現するこ
とができたので、これを一つの発明として提案する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の特殊な炉とは、
下水処理場で発生する活性汚泥を脱水しケーキ化したも
のを重油等で助燃して焼却処理する活性汚泥焼却炉であ
る。高含水率の活性汚泥ケーキに生石灰を添加し、その
発熱を利用して含水率を下げる場合があり、その場合は
排ガス中の粉塵に多量の石灰分が含まれる。このような
焼却炉の燃焼室出口ガスは次のような性質を有する。 温度が８５０〜９５０℃と極めて高い。 湿度が７５〜８５％と極めて高く、大量のドレンが発
生する。 圧力が概ね−１００〜＋１００ｍｍＨ_２Ｏで、負圧に
なる場合がある。 ダスト（灰分）濃度が極めて高く、例えば３５ｇ／Ｎ
ｍ^３にも達する。 ダストがドレンを吸収すると石膏状に固まってしま
う。 ドレンに溶け込んだ腐食成分（Ｈ_２ＳＯ_４等）により
ＳＵＳ３０４等高級耐食合金製の配管部材が激しく腐食
されて１〜２年で使用不能になる。

【０００７】上記の燃焼室出口ガスに従来のガス採取ユ
ニットを用いる場合は、次のような多くの問題点を生じ
る。 (i) ガス採取ユニットの金網フィルタが短時間で目詰ま
りを起こし、付着したダストが石膏状に固まって容易に
除去できず、再使用不能になる。 (ii) このような状態でガス採取ユニットが高温に晒さ
れるので、特殊耐熱合金繊維を用いた金網フィルタであ
っても焼損を起こし易い。 (iii)ガス採取ユニット出口付近で水分が凝縮してドレ
ンになり、逆噴射空気により高温に熱せられた金網フィ
ルタへ運ばれ、水蒸気爆発を起こしてフィルタが破壊さ
れる場合がある。 (iv)目詰まりを起こしたガス採取ユニット以降の配管系
統が吸引ポンプの作用で強い負圧になり、外気が漏れ込
んで分析値の信頼性が低下する。 (v) ガス採取ユニットを通り抜けた微細なダストが配管
系統へ入り込み、そこで石膏状に固まって配管を詰まら
せ、弁を固着させる。そのため、タイマー制御による空
気逆噴射や、ドレンの自動排出等が満足に機能しない。
等々。

【０００８】本発明の課題は、新規な構造のガス採取ユ
ニット及びその取り付け方法を提供することにより、上
記の問題点を解決することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のガス採取ユニッ
トは、排気ガスダクトの内部に連通させてダクト壁面に
設けた接続ノズルの端部に取り付けられるプレートと、
有底円筒状をなし一端にヘッダパイプを有する金網フィ
ルタと、半割パイプ状をなすフィルタプロテクタとを備
え、前記金網フィルタ及びフィルタプロテクタが互いの
軸線を平行にして前記プレートの接続ノズル側内面に立
設され、前記フィルタプロテクタがその凹面を金網フィ
ルタ側に向け、金網フィルタの外面から離れてほぼその
半周を掩蔽し、前記接続ノズル、金網フィルタ、及びフ
ィルタプロテクタ相互の関係寸法が、前記プレートを接
続ノズルに取り付けたとき、フィルタプロテクタの先端
が排気ガスダクトの内部に位置し、金網フィルタの先端
底部が排気ガスダクトの内壁面の位置又はその外側に留
まるようなものであることを特徴とする。

【００１０】また、本発明のガス採取ユニットの取り付
け方法は、接続ノズルを排気ガスダクトの水平部分上壁
面に立設し、かつ、前記プレートを、金網フィルタに対
してフィルタプロテクタがガスの上流側に位置する方向
に向けて接続ノズルに取り付けることを特徴とする。

【００１１】上記半割パイプ状のフィルタプロテクタ
は、金網フィルタの外面からやや離れて金網フィルタの
上流側半周部分を掩蔽するので、高温のガスが直接金網
フィルタに触れることを防止し、飛来するダストが金網
フィルタに衝突することを防止してダストの付着を軽減
させる。それと同時にガスの流れに渦を生じさせて、金
網フィルタへ新鮮なガスを送り込む効果をも有する。な
お、フィルタプロテクタの断面形状は上記半割パイプ状
に限られず、例えばＬ字形あるいはコ字形等、金網フィ
ルタの上流側半周部分を掩蔽しうる形状であれば採用可
能である。

【００１２】その場合、接続ノズルの長さに対するフィ
ルタプロテクタと金網フィルタの長さを適切に選んで、
フィルタプロテクタの先端のみが排気ガスダクト内に入
り、金網フィルタの先端底部がダクトの内壁面の位置又
はその外側に留まるようにすると、上記の効果が一層確
実になる。

【００１３】また、燃焼室出口ダクトの水平部分上面に
近い場所はダスト濃度が相対的に低い。従って、接続ノ
ズルをダクトの水平部分上壁面に立設し、ダクトへの接
続開口から下向きに金網フィルタを臨ませるようにする
と、金網フィルタへのダスト付着量及び吸入量を軽減す
る上で顕著な効果がある。

【００１４】上記の金網フィルタ及びフィルタプロテク
タは、いずれも十分な耐熱性、耐食性及び耐摩耗性を備
える必要がある。そのため、金網フィルタ及びフィルタ
プロテクタには耐熱性と共に耐食性にも優れるＳＵＳ３
１６を用いる。しかし、ＳＵＳ３１６製では金網フィル
タの耐食性が不足する場合は、モネル４００を用いるこ
とがある。ただし、モネル４００の耐熱性は４００℃近
辺が限界であるので、ガス採取位置を、高温の燃焼室出
口直近から温度が低くなる集塵機入り口付近へ移動させ
る必要がある。また、ＳＵＳ３１６製ではフィルタプロ
テクタの耐熱性と耐摩耗性が不足する場合は、ＳＵＳ３
１０Ｓを用いることがある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態として、前記
プレートとして２枚のフランジを用い、金網フィルタと
フィルタプロテクタをそれぞれ別体のフランジを介して
接続ノズルの端部フランジに取り付ける前記ガス採取ユ
ニットを挙げる。

【００１６】金網フィルタとフィルタプロテクタはいず
れも損耗が激しい部分であるから、それぞれ独立に交換
できることが望ましい。そのためには、両者を一枚の共
通プレートに取り付ける構造は好ましくない。そこで、
それぞれ別体のフランジを用意し、その一枚に金網フィ
ルタを、他の一枚にフィルタプロテクタを取り付け、フ
ィルタプロテクタ側のフランジに大き目の中心孔を設け
てそこを金網フィルタが通過可能にする。そして、先ず
フィルタプロテクタを設けたフランジをノズルフランジ
に重ね、その上から、フィルタプロテクタ側フランジの
中心孔に金網フィルタを通過させて金網フィルタ側フラ
ンジを重ね、全体をボルト・ナットで固定するのであ
る。

【００１７】本発明の他の実施形態として、金網フィル
タのヘッダパイプ側端部と前記プレート内面との距離を
実質的にゼロとした前記ガス採取ユニットを挙げる。

【００１８】ガス採取ユニット中のフィルタプローブに
は温度勾配があり、金網フィルタの先端底部の温度が最
も高く、プレートに接続されているヘッダパイプは相対
的に低温である。高湿度の燃焼室出口ガスがこの低温部
分に触れると水分が凝縮してダストの付着を促進し、石
膏状の固着物を生じる。これを防止するにはフィルタ中
に極力低温部分を存在させないことが望ましい。そのた
めに、金網フィルタのヘッダパイプ側端部とプレート内
面との距離を極力短くして実質的にゼロにすると共に、
プレートの外面を厳重に保温するのである。

【００１９】本発明のさらに他の実施形態として、金網
フィルタのヘッダパイプ出口に設ける遮断弁として、モ
ーター駆動式ボール弁を用いることを挙げる。

【００２０】上記の遮断弁は、ガス採取ユニットとその
下流部分とを分離するために設ける弁であり、フィルタ
の目詰り防止のための空気逆噴射の際等にこれを閉め
る。この弁はガス採取ユニットを通り抜けた微細なダス
トが容易に到達する位置にあるので、ダストが石膏状に
固まって固着し易い。もしこの弁が固着して動かなくな
ると、タイマー制御による空気逆噴射の動作が円滑に行
なわれなくなる。このような困難に対処するため、本実
施形態では駆動力が大きいモーター駆動式ボール弁を採
用するのである。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を挙げ、添付
図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るガス採
取ユニット（参照符号１０）の詳細構成を示す概念図、
図２は当該ガス採取ユニットを含む分析用ガス採取装置
の全体構成を示す概念図である。

【００２２】ガス採取ユニット１０は、フィルタプロー
ブ１２、及びフィルタプロテクタ１３からなる。フィル
タプローブ１２及びフィルタプロテクタ１３は、図１下
段に示すように本発明外の接続ノズル１１の端部フラン
ジ１１２に取り付けられる。接続ノズル１１は開口１１
１を介して排気ガスダクトに連通する。

【００２３】フィルタプローブ１２は図１上段に示すよ
うに、有底円筒状の金網フィルタ１２１，金網フィルタ
１２１の一端に接続されたヘッダパイプ１２２、ヘッダ
パイプ１２２がその中央を貫通して固定されるフランジ
１２３、及びヘッダパイプ１２２のフランジ１２３側端
部に設けられた三方ソケット１２４を有する。金網フィ
ルタ１２１の端部とフランジ１２３との間のヘッダパイ
プ１２２の長さを極力短くし、実質的にゼロにすると共
に、フランジ１２３の外面を厳重に保温する。

【００２４】フィルタプロテクタ１３は、図１中段に示
すように、端部フランジ１３１の面に立設された半割パ
イプ状のプロテクタ部材１３２を有する。フィルタプロ
テクタ１３の端部フランジ１３１はその中央に金網フィ
ルタ１２１が通過できる大きさの中心孔を有する。な
お、プロテクタ部材１３２の断面形状は半割パイプ状に
限られず、例えばＬ字形あるいはコ字形等であってもよ
い。

【００２５】図１下段に示すように、接続ノズル１１の
フランジ１１２にフィルタプロテクタ１３のフランジ１
３１を重ね、さらにその上から、フランジ１３１の中央
孔に金網フィルタ１２１を通過させてフィルタプローブ
１２のフランジ１２３を重ね、これら３枚のフランジ１
１２，１３１，１２３をボルト・ナットで固定してガス
採取ユニット１０を組み立てる。その際、組み立てられ
たガス採取ユニット１０中で、金網フィルタ１２１及び
プロテクタ部材１３２の軸線が互いに平行になり、プロ
テクタ部材１３２がその凹面を金網フィルタ１２１側に
向けて金網フィルタ１２１のほぼ半周を掩蔽するよう
に、相互の位置関係を定める。本実施例の場合、金網フ
ィルタ１２１及びプロテクタ部材１３２の材質は、所与
の熱的条件等の諸条件に従ってＳＵＳ３１６又はＳＵＳ
３１０Ｓとする。

【００２６】以上のように構成されるガス採取ユニット
１０を用いて、分析用ガス採取装置を図２に示すように
組み立てる。すなわち、排気ガスダクト２０（本発明
外）の水平部分上面近傍はダスト濃度が相対的に低いの
で、その位置に接続ダクト１１を立設し、ガス採取ユニ
ット１０を、その中心軸がガスの流れに対してほぼ直角
になり、かつガス採取ユニット１０中のプロテクタ部材
１３２が金網フィルタ１２１よりもガスの上流側に位置
するように、接続ダクト１１のフランジ１１２に取り付
ける。この場合、プロテクタ部材１３２の先端のみが排
気ガスダクト２０の内部に入り、金網フィルタ１２１の
先端底部がダクト２０の内壁面の位置又はその外側に留
まるように各部の関係寸法を選択する。

【００２７】ガス採取ユニット１０から取り込んだガス
を、三方ソケット１２４及び遮断弁２を経由してドレン
排出槽３へ導く。その間にガスが冷やされて湿分が凝縮
してドレンとなり、ドレン排出槽３において気液が分離
される。この場合、三方ソケット１２４から遮断弁２を
経てドレン排出槽３へ到る導管は、ドレンが流下するよ
うに適当な傾斜を与える。ガスは二次フィルタ４を経由
して吸引ポンプ５の吸入側へ供給される。吸引ポンプ５
から吐出されたガスは調圧槽６において所定の圧力に調
整された後、分析計へ導かれる。

【００２８】ガス採取ユニット１０の三方ソケット１２
４には金網フィルタ１２１の目詰まり防止のための逆噴
射用空気が調圧器８及び電磁弁７を介して供給され、電
磁弁７及び遮断弁２は逆噴射制御用タイマー又はシーケ
ンサ９により、常時は遮断弁２が開いて電磁弁７が閉ま
り、空気逆噴射時には遮断弁２が閉まって電磁弁７が開
くように制御される。三方ソケット１２４と電磁弁７の
間の導管を、結露防止のため極力短くすると共に、三方
ソケット１２４及び導管を厳重に保温する。また、遮断
弁２として駆動力が大きいモータ駆動ボール弁を用いる
と固着防止に有効である。

【００２９】ガス採取ユニット１０及びこれを用いた分
析用ガス採取装置においては、プロテクタ部材１３２が
金網フィルタ１２１の上流側半周部分を掩蔽するので、
高温のガスが直接金網フィルタ１２１に触れることが防
止され、飛来するダストが金網フィルタ１２１に衝突す
ることを防止してダストの付着及び系内への侵入を軽減
させる。それと同時にプロテクタ部材１３２がガスの流
れに渦を生じさせて、金網フィルタ１２１へ新鮮なガス
を送り込む効果をも有する。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係るガス採取ユニット及びその
取り付け方法を採用することにより、金網フィルタへの
ダストの固着が大幅に軽減されるので、定期修理の間隔
を無交換で乗り切ることができる程度にまで、金網フィ
ルタの寿命を延ばすことができる。

【００３１】また、系内に侵入するダスト量も大幅に軽
減され、配管系の詰まりや弁の固着も生じなくなるの
で、金網フィルタへの空気逆噴射の際の弁の切り替えも
円滑に行われて目詰まりが防止され、その結果、外気の
吸い込みもなくなって分析値が安定し信頼性が向上す
る。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス採取ユニットの詳細構成を示
す概念図である。

【図２】ガス採取ユニットを含む分析用ガス採取装置の
全体構成を示す概念図である。

【符号の説明】

２…遮断弁 ３…ドレン排出槽 ４…二次フィルタ ５…吸引ポンプ ６…調圧槽 ７…電磁弁 ８…空気調圧器 ９…シーケンサ又はタイマ １０…ガス採取ユニット １１…取付ノズル（本発明外） １２…フィルタプローブ １３…フィルタプロテクタ １１１…接続開口（本発明外） １１２…フランジ （本発明外） １２１…金網フィルタ １２２…ヘッダパイプ １２３…フランジ １２４…三方ソケット １３１…フランジ １３２…プロテクタ部材 ２０…排気ガスダクト（本発明外）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスダクトの内部に連通させてダクト
   壁面に設けた接続ノズルの端部に取り付けられるプレー
   トと、有底円筒状をなし一端にヘッダパイプを有する金
   網フィルタと、半割パイプ状をなすフィルタプロテクタ
   とを備えるガス採取ユニットであって、 前記金網フィルタ及びフィルタプロテクタが互いの軸線
   を平行にして、前記プレートの接続ノズル側内面に立設
   され、 前記フィルタプロテクタがその凹面を金網フィルタ側に
   向け、金網フィルタの外面から離れてほぼその半周を掩
   蔽し、 前記接続ノズル、金網フィルタ、及びフィルタプロテク
   タ相互の関係寸法が、前記プレートを接続ノズルに取り
   付けたとき、フィルタプロテクタの先端が排気ガスダク
   トの内部に位置し、金網フィルタの先端底部が排気ガス
   ダクトの内壁面の位置又はその外側に留まるようなもの
   であるガス採取ユニット。
2. 【請求項２】接続ノズルを排気ガスダクトの水平部分上
   壁面に立設し、かつ、請求項１記載のプレートを、金網
   フィルタに対してフィルタプロテクタがガスの上流側に
   位置する方向に向けて接続ノズルに取り付ける、前記ガ
   ス採取ユニットの取り付け方法。