JPH1090138A - 分析ガスサンプリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶融ミストなどを含む排ガスからダスト
のないクリーンなガスを連続的に得ることのできるサン
プリング装置用のプローブを提供する。 【解決手段】 上記課題は、サンプリングノズルは、冷
却機構を有する大径部が略垂直方向に連設され、該大径
部の上部出口側にフィルターが設けられている分析ガス
サンプリング装置によって達成される。また、上記装置
において、大径部がサンプリングノズルと屈曲して接続
されるとともに、該屈曲部にはサンプリングノズルと略
同内径の分岐管が接続され、該分岐管には大径部下端を
通過してダストを押し戻す清掃器が内蔵されているもの
によってより好ましく達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼排ガス、ある
いは焼却排ガス、その他のガスを分析装置などで分析す
る際に用いられる、分析用のガスをサンプリングする装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭・重油等の燃焼排ガス、都市ごみや
産業廃棄物の焼却排ガス、プラスチック熱分解生成ガス
などには、微量ではあるが窒素酸化物、硫黄酸化物、芳
香族化合物、塩素系有機化合物、塩素化芳香族化合物、
その他ハロゲン系化合物などの化合物が含有されてい
る。これらの分析を行うためには、分析用のガスをサン
プリングする必要がある。しかしながら、これらの燃
焼、あるいは焼却のプロセスでは通常、未燃物、灰分な
どがダストとして排ガスと一緒に排出されるため、単純
な吸引タイプのサンプリング装置では不都合がある。す
なわち、ダストがサンプリング装置のノズルに閉塞して
しまい、サンプリングが行えなくなってしまう。この対
策として、特公昭５６−２１０８９号公報に記載されて
いるような技術がある。これは、ガスサンプルの等速吸
引に用いているエジェクタに供給している空気を、一定
間隔で一定時間、サンプリングノズルに供給して、つま
りブロー機能により付着あるいは閉塞しているものを取
り除くという技術である。この技術は、煙道付近からサ
ンプリングする煤塵濃度測定装置に使用することを想定
しており、サンプリング装置を取り付けるプロセス機器
の操作温度はとくに高温を想定していない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分析装
置によって出力されるデータを燃焼をはじめとするプロ
セス制御に用いようとすると、プロセスの比較的上流に
分析装置を取り付ける必要がある。すなわち、応答が速
くガスサンプリングができる燃焼炉・焼却炉、あるいは
熱回収用のボイラーなど高温部にサンプリング装置を設
置しなければいけない。このとき、とくに都市ごみ・産
業廃棄物の焼却炉では、ダストが一部溶融しており、サ
ンプリングノズルに融着するため、唯単にブローでは付
着物あるいは閉塞物を除去できない。また、測定対象物
が、煤塵ではなく化合物、とくに低沸点の有機化合物で
あり、気相に存在するため、煤塵測定のときと違って必
ずしも等速吸引は必要ないが、有機化合物を対象とする
分析装置は通常ダストがないクリーンなガス試料しか分
析できない場合が多い。したがって、フィルターなど除
塵器の機能も必要となるが、一般に上述の炉からの排ガ
スにはＮｍ³あたり数ｇのダストが含まれているために
通常分析装置に付加するような除塵器（フィルター）で
はダストが一杯になってしまい、連続運転できなくな
る。すなわち、定期的に運転を止めて、清掃しなくては
いけなく、その間プロセス制御ができなくなる。この解
決策として、除塵器を大型化して、ダスト抜き出し機構
を付けることも考えられるが、応答が遅くなるという問
題が発生する。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、ダストのないクリーンなガスを連
続的に得ることのできるサンプリング装置用のプローブ
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するべくなされたものであり、サンプリングノズルは、
冷却機構を有する大径部が略垂直方向に連設され、該大
径部の上部出口側にフィルターが設けられている分析ガ
スサンプリング装置によってかかる目的を達成したもの
である。

【０００６】上記課題はまた、大径部がサンプリングノ
ズルと屈曲して接続されるとともに、該屈曲部にはサン
プリングノズルと略同内径の分岐管が接続され、該分岐
管には大径部下端を通過してダストを押し戻す清掃器が
内蔵されている上記のサンプリング装置によってより好
ましく達成される。

【０００７】本発明のサンプリング装置によれば、サン
プリングノズルから採取された溶融ミストを含む分析ガ
スは、大径部でのガスの膨張と冷却機構によって冷却さ
れて溶融ミストが固化し、大径部での流速の低下もあっ
て固化したダストが沈降する。沈降したダストは大径部
の下部に集まり、自然落下によりプロセス内に戻る。一
方、分析ガスは大径部でこのようにダストの大半が除去
されるとともに冷却されてフィルター部へ進行し、フィ
ルターで極くわずか残ったダストを完全に除去されてク
リーンなガス試料となる。

【０００８】大径部の下にダストを押し戻す清掃器を設
けることによってダストのプロセス内への戻りをより円
滑にすることができる。この清掃器はサンプリングノズ
ル内壁に固着したダストも剥離して戻すことができ、よ
り一層円滑なサンプリングを可能にしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面によって説明する。

【００１０】本発明の一実施態様であるサンプリング装
置を図１に示す。このサンプリング装置は、プロセスの
排ガスライン等に接続されるサンプリングノズル１が略
垂直方向に設けられ、その上端には大径部２がやはり略
垂直方向に連設されている。これらの材質としては金属
製が好ましく、例えば銅製、アルミニウム製などが使用
できるが、耐熱性、耐腐食性を考慮するとＳＵＳ製が好
ましい。

【００１１】ノズル１の径は、一般に分析にはそれほど
のガス量を必要としないため、５ｍｍ程度もあれば十分
であり、最大でも２０〜３０ｍｍである。それ以上とす
ると、大径部２の径が大きくなり過ぎ、冷却効果が悪く
なる。そのため、大径部２を長くすると、応答性が悪く
なるという問題が生じるので、いずれにしても好ましく
ない。ノズル１のプロセスへの挿入角度は水平から垂直
付近までであればとくに限定される訳ではないが、４５
°程度以上にするとダストの一部が自重でプロセス内に
落下するので好ましい。

【００１２】大径部２は円筒形をしており、断面積がノ
ズル１より２〜２０倍程度、好ましくは２〜１０倍程度
になっている。大径部２の上、下両端はガス流やダスト
の沈降に澱みを生じないようコーン状に先細に形成され
ている。この大径部２は設置するプロセスからの熱伝
導、ならびに内部を流れるガスの熱により温度が上昇し
て、溶融ダストが固化しないとか、材質にもよるがフィ
ルターが劣化する場合がある。そこで、本発明では大径
部２に冷却機構を設ける。この実施態様では、大径部２
の外側に冷却用配管７を設けて、熱媒体を入口８から出
口９に向かって流すようにしている。しかしながら、大
径部２が冷却されさえすれば、とくにこの方法に限定さ
れる訳ではない。熱用媒体としては、水を始めとして空
気、窒素、アルゴン、ヘリウムのガス類、あるいは液状
有機化合物など種々のものを用いることができる。熱媒
体を流す形態も一過性でもよく、中間にチラーを取り付
けてリサイクルしてもよい。大径部２の温度は出口付近
で８０〜２００℃程度、好ましくは１２０〜１８０℃程
度になるようにするのがよい。また、サンプリングノズ
ル１にも冷却用配管を付加してもよいが、通常はサンプ
リング装置全体が小さいので、大径部２からの熱伝導に
よって温度が低下する。ただし、例えば、本発明のサン
プリング装置を十分断熱して設置し、サンプリングガス
の流量が少ないときなど、放熱により温度が低下し過ぎ
る場合は保温、または加温する必要がある。これは分析
対象物の沸点と濃度にもよるが、サンプリング装置への
付着を防ぐためである。

【００１３】大径部２の出側にはフィルター６が設置さ
れている。このフィルター６はダスト、ミスト類を除去
するものであり、材質は、フィルター部を２００℃程度
以下となるようにするので、耐熱性に問題がなければ、
ガラス繊維製、合成繊維製、あるいはセラミック製など
種々のものを用いることができる。

【００１４】大径部２の出口には分析機器に接続する配
管１１が接続され、ポンプ１０により分析ガスを吸引す
るようにしている。

【００１５】本発明のサンプリング装置は上記実施態様
に限定されるものではなく、大径部は４角筒、８角筒等
の角筒状、楕円球状、球状等であってもよい。また、大
径部とサンプリングノズルとの接続部はサンプリング装
置設置場所の状況等との関係で屈曲していてもよい。大
径部は垂直のほか傾斜して設置されていてもよいが、傾
斜角度は少なくとも垂直方向と３０°以下であることが
好ましい。フィルターの取付位置も大径部の出口に限定
されるものではなく、採取された分析ガス中の溶融ミス
トが固化するまで冷却された後にフィルターを通過する
ように設ければよい。また、分析ガスの吸引もポンプで
なくとも、エジェクタなどでも構わない。１２は分析ガ
スの出口となっているが、ここでクリーンな分析ガスを
サンプリングするのであれば、ポンプ１０はコンタミの
ないダイアフラム式が好ましい。分析装置に別途吸引、
あるいは試料採取機能が付いているときなどは、配管１
１の部分から分取してもよく、この場合はポンプ形式、
すなわち吸引方法はダイアフラム式ポンプに限らない。

【００１６】本発明の別の実施態様であるサンプリング
装置を図２に示す。この装置はサンプリングノズル１を
大径部２に略直角に接続するとともにサンプリングノズ
ル１の略軸方向に内径がサンプリングノズル１と略同径
の分岐管を延設し、内部にプランジャー３を内蔵させた
ほかは図１のサンプリング装置と同じである。プランジ
ャー３はＳＵＳなど金属製であって後端は連結棒４を介
してこれを進退させる駆動装置５に接続されている。こ
の駆動装置５を間欠的あるいは連続的に作動させること
によってプランジャー３が往復運動し、サンプリングノ
ズル１内に堆積あるいは付着したダストをプロセス内に
押し戻すようにしている。このプランジャー３の代わり
にはスクリュープロペラ、コイルスプリングやブラシ等
を装着して使用することもできる。材質は６００℃の熱
に耐えかつ分析に影響を与えないものであればよく、例
えば金属類であるＳＵＳ、銅、アルミニウム、セラミッ
ク、石英ガラス等を使用できる。図３はこの装置に逆洗
ガス吹込管２０とバルブ２１を取りつけて逆洗機能を付
与したものである。

【００１７】本発明の装置における一つの重要な条件
は、大径部における分析ガスの線流速であり、１０ｍ／
ｓｅｃ程度以下が好ましい。これは主として発生するダ
ストの性質、および分析ガス組成・温度によって決まる
ものではあるが、一般にこれ以上とすると、ダストの沈
降速度に近づき、フィルター部、または大径部にダスト
が溜まり圧力損失が現れるとともに、ダスト層の触媒作
用のためにガス組成が変化する恐れがあるためである。
好ましい線流速は０.１〜１０ｍ／ｓｅｃ.程度、特に
０．２〜１ｍ／ｓｅｃ．程度である。

【００１８】

【実施例】 実施例 サンプリングノズルの径が５ｍｍ、先端部から大径部の
接続部中心までの長さが約６０ｍｍ、大径部の径が１０
ｍｍ、全長が１００ｍｍ、コーン角度が６０°のＳＵＳ
製サンプリング装置を試作した。なお、大径部の出口に
５ｍｍ径の配管を接続して５ｍｍ厚のガラス繊維製フィ
ルターを充填した。この試作サンプリング装置を都市ご
み焼却炉出口のフランジ部に水平に設置した。冷却水を
流して１８０℃に保持しながら、ポンプにより大径部の
線流速で０．２ｍ／ｓｅｃの吸引速度で（１ｌ／ｍｉｎ
の吸引速度）、２４時間吸引した。１時間に１回の割で
プランジャーを往復させた。

【００１９】２４時間安定して、すなわちポンプの吸引
能力を低下することなくガス試料を吸引できた。試験終
了後に取り外して目視点検を行った処、サンプリングノ
ズル先端部、ならびにフィルター部にとくに付着ダスト
は認められなかった。

【００２０】比較例 径が５ｍｍ、全長が３００ｍｍのＳＵＳ製の管の先端か
ら約１６０ｍｍの位置に実施例と同一のフィルターを詰
め、ポンプによって１ｌ／ｍｉｎの吸引速度で排ガスを
引いた。管は、実施例と同一の場所、同様に水平に設置
した。３回試験を行ったが、１回目は約２時間で、２回
目は約３時間で、３回目は約１時間で吸引速度が低下し
た。引き抜いて点検した処、先端部にダストの固着によ
る閉塞が確認された。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、燃焼プ
ロセス、あるいは焼却プロセスにおいて、応答が速く、
クリーンなガス試料を得られるサンプリング装置を提供
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施態様のサンプリング装置の側
面図である。

【図２】 本発明の別の実施態様のサンプリング装置の
側面図である。

【図３】 図２の装置に逆洗機構を設けた例を示す側面
図である。

【符号の説明】

１：サンプリングノズル ２：大径部 ３：プランジャー ４：連結棒 ５：駆動装置 ６：フィルター ７：冷却用配管 ８：熱媒体入口 ９：熱媒体出口 １０：ポンプ １１：配管 １２：分析ガス出口 ２０：逆洗ガス吹込管 ２１：バルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプリングノズルは、冷却機構を有す
   る大径部が略垂直方向に連設され、該大径部の上部出口
   側にフィルターが設けられている分析ガスサンプリング
   装置
2. 【請求項２】 大径部がサンプリングノズルと屈曲して
   接続されるとともに、該屈曲部にはサンプリングノズル
   と略同内径の分岐管が接続され、該分岐管には大径部下
   端を通過してダストを押し戻す清掃器が内蔵されている
   請求項１記載のサンプリング装置