JP2001235404A - 高温高圧ガスのサンプリング装置 - Google Patents

高温高圧ガスのサンプリング装置

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JP2001235404A
JP2001235404A JP2000047060A JP2000047060A JP2001235404A JP 2001235404 A JP2001235404 A JP 2001235404A JP 2000047060 A JP2000047060 A JP 2000047060A JP 2000047060 A JP2000047060 A JP 2000047060A JP 2001235404 A JP2001235404 A JP 2001235404A
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Naoharu Hayashida
直治 林田
Yasuo Hayata
泰雄 早田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温高圧下でのガスサンプリングが行えて最
適なガス化反応,燃焼、脱硝反応を把握することができ
る高温高圧ガスのサンプリング装置を提供する。 【解決手段】 ダスト含有高温高圧ガスから微量成分ガ
スをサンプリングする装置であって、セラミックス製の
二重筒状のフィルタ30とステンレス製の二重管状のプ
ローブノズル31とを山巾と谷巾とが異なる寸法の角ね
じ部39,40で連接してサンプラー本体部を21を形
成し、サンプリングの際には前記フィルタ30と該フィ
ルタ30に繋がる前記プローブノズル31の一部をガス
雰囲気化に曝すようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加圧型石炭ガス化
炉や加圧流動床ボイラにおいて、高温高圧下で生成され
る石炭ガス化ガス、燃焼排ガス等、ダスト含有高温高圧
ガスから微量成分ガス、例えばNH3 ,HcN,Hc
l,HF,Cl2 ,Na,K,Ca,Mg,V等のガス
をサンプリングする装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、エネルギ源の多様化と発電の高効
率化とを図る目的で、石炭から発電用燃料ガス(以下、
石炭ガスという)を製造する噴流床及び流動床石炭ガス
化プロセスの研究開発が進められている。
【0003】上記プロセスを確立するための要件の1つ
として、石炭ガス中の微量成分の挙動を把握すること
は、このプロセスの環境への影響やプラントの構成材料
への影響等を知る上で極めて重要なことである。
【0004】しかし、高温高圧下で、ダスト及びタール
を多量に発生するガス化炉において微量成分をサンプリ
ングすることは、大変難しく、未だに開発がなされてお
らず、十分な計測を実施することができない状況にあ
る。
【0005】そこで、本発明者等は、先に、図5に示す
ようなサンプリング装置を、実願平2−44498号
(実開平4−4258号)で提案した。
【0006】これは、ステンレス管からなるプローブノ
ズル100内の先端に加熱用ヒータ101を備えたセラ
ミックスフィルタ102と、後方に別の加熱用ヒータ1
03を備えたガス冷却管104とを内蔵すると共に、該
プローブノズル100の外側に均圧筒105を配置す
る。
【0007】前記均圧筒105の先端に図示しないサン
プリング座等に固定するためのフランジ106を、後端
にグランドボックスフランジ107を取り付け、該グラ
ンドボックスフランジ107内を前記プローブノズル1
00が摺動可能に保持される。
【0008】そして、前記均圧筒105には昇圧用不活
性ガス供給ライン108を接続する一方、前記プローブ
ノズル100のサンプリング対象ガス配管内への挿入若
しくは引出しのための図示しない駆動装置を付設し、該
プローブノズル100の後端をチューブ109により、
減圧バルブ110を介して図示しないガス吸収瓶等に接
続している。尚、図中111はステンレス製のフィルタ
押え板で、112はシール用不活性ガス供給ラインであ
る。
【0009】これによれば、例えば石炭ガス化炉で生成
されたガスから微量成分ガスをサンプリングするため
に、サンプリング座のボールバルブに対し、プローブノ
ズル100の外側に設けた均圧筒105のフランジ10
6を固定し、均圧筒105に不活性ガス供給ライン10
8より窒素ガス等を吹き込んで炉内圧と同圧に調整して
から、ボールバルブを全開し、駆動装置によりプローブ
ノズル100をガス化炉配管内の所定位置まで挿入す
る。
【0010】ダストを多量に含んだ微量成分ガスは、炉
内と同じ温度に保持されたプローブノズル100先端の
セラミックスフィルタ102でダストに微量成分ガスの
付着凝縮を防止しながらダストを除去する。次いで、微
量成分ガスが付着凝縮しない温度にガス冷却管104を
保持し、該ガス冷却管104を通過したガスはプローブ
ノズル100の出口に設けた減圧バルブ110で圧力を
低下させ、ガス吸収瓶に送る。ガス吸収瓶の吸収液は、
ガス吸収に最適な液温及び流量に制御しながら湿式吸収
を行う。
【0011】サンプリング終了後、プローブノズル10
0をガス化炉配管内からボールバルブの手前まで引き抜
き、ボールバルブを閉じる。そして、プローブノズル1
00を室温まで冷却し、ダストを除いたセラミックスフ
ィルタ102及びガス冷却管104内壁、減圧バルブ1
10等に付着凝縮した微量成分を吸収液で洗浄抽出す
る。微量成分ガス濃度は、湿式吸収で捕集した吸収液と
洗浄抽出液を分析した合計値となる。
【0012】以上のように、ダストを多量に含んだ微量
成分ガスを精度良くサンプリングすることが可能とな
り、また、プローブノズル100のトラバースを行うこ
とにより、ガス化炉配管内の微量成分ガスの分布を容易
に把握することが可能になる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のサンプリング装置にあっては、ステンレス管から
なるプローブノズル100の先端部が同じくステンレス
製のフィルタ押え板111と伴に、ガス化炉配管内に大
きく露出する(ガス雰囲気に曝される)構造であるた
め、耐熱性に難点があり、高温高圧下(例えば、150
0℃、20Kg/cm2)におけるガスサンプリングが不可能
となる不具合があった。
【0014】従って、従来のサンプリング装置では、例
えば、圧力:20Kg/cm2,温度:600℃,ダスト濃
度:数十g/Nm3 の条件下(例えば、ガスタービン手前の
ガス化炉配管等)におけるガスサンプリングによるガス
性状を計測し、ガス化反応,燃焼、脱硝反応解析を行っ
ていた。
【0015】ところが、近年、最適なガス化反応,燃
焼、脱硝反応を把握するため、上記条件下より更に高温
部(例えば、石炭ガス化炉のガス化部や燃焼部等)にお
けるガス性状の把握が必要となった。この場合のガスサ
ンプリング場所は、高温高圧下でダストは高濃度の雰囲
気となる(例えば、圧力:20Kg/cm2,温度:1000
〜1500℃,ダスト濃度:数十〜数百g/Nm3 )。
【0016】そこで、本発明の目的は、高温高圧下での
ガスサンプリングが行えて最適なガス化反応,燃焼、脱
硝・脱硫反応を把握することができる高温高圧ガスのサ
ンプリング装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の高温高圧ガスのサンプリング装置は、ダスト含有
高温高圧ガスから微量成分ガスをサンプリングする装置
であって、耐熱材料からなる筒状のフィルタと該フィル
タより耐熱性が劣る耐熱材料からなる管状のプローブノ
ズルとを連接してサンプラー本体部を形成し、サンプリ
ングの際には前記フィルタと該フィルタに繋がる前記プ
ローブノズルの一部をガス雰囲気化に曝すようにしたこ
とを特徴とする。
【0018】また、前記フィルタはセラミックス製で、
前記プローブノズルはステンレス製であることを特徴と
する。
【0019】また、前記フィルタとプローブノズルと
は、プローブノズルの熱膨張による伸びを吸収可能なね
じ構造で結合されることを特徴とする。
【0020】また、前記ねじ構造は、山巾と谷巾とが異
なる寸法の角ねじであることを特徴とする。
【0021】また、前記フィルタは、気孔率33〜37
%のセラミックス製の精密濾過用内フィルタと気孔率2
0〜30%のセラミックス製の粗脱塵用外フィルタとの
二重筒構造であることを特徴とする。
【0022】また、前記プローブノズルは、内管と外管
との二重管構造に形成され、内管と外管の空隙内には、
内管を通過するガスの冷却用媒体が供給されることを特
徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高温高圧ガス
のサンプリング装置を実施例により図面を用いて詳細に
説明する。
【0024】[実施例]図1は本発明の一実施例を示
す、サンプリング装置の要部断面図、図2はフィルタ部
の断面図、図3はサンプリング装置の全体構成図、図4
は本発明のサンプリング装置を備えた石炭ガス化炉の全
体構成図である。
【0025】図4に示すように、石炭ガス化炉において
は、微粉炭供給設備1から供給された微粉炭2は、定量
供給器3によって定量供給され、分配器4へ入る。一
方、空気供給設備5から供給された1次空気6は、1次
空気配管7を通り、上記分配器4で微粉炭2と混合す
る。
【0026】そして、搬送管8を通ってガス化炉9の燃
焼部10へ投入され、ここで燃焼して高温ガスを発生す
る。同様にしてガス化部11へも微粉炭2が投入されて
ガス化される。また、燃焼部10における燃焼に必要な
2次空気12は、上記空気供給設備5から2次空気配管
13を通り、燃焼部10へ直接投入される。
【0027】ガス化炉9内で生成されたチャー14を含
む生成ガス15は、生成ガス配管16を通り、サイクロ
ン17へ導かれる。生成ガス15中のチャー14は、サ
イクロン17で回収され、チャー供給設備18,チャー
定量供給器19を経て分配器4’へ入り、ここで空気供
給設備5から1次空気配管7により供給された1次空気
6と混合された後、搬送管8を通り燃焼部10へ投入さ
れ燃焼される。
【0028】そして、本実施例では、前記ガス化炉9の
ガス化部11内の、高温高圧でかつダスト濃度の濃いガ
スが、直接サンプリング装置20によりサンプリングさ
れるようになっている。
【0029】前記サンプリング装置20は、図3に示す
ように、ガス化部11内をトラバース可能なサンプラー
本体部21と該サンプラー本体部21をトラバースする
サンプラー本体駆動部22とからなり、ガス化部11の
炉壁に設けた取付フランジ23に第1及び第2のボール
バルブ24a,24bと均圧筒25を介して取り付けら
れる。図中26は昇圧用不活性ガス供給ライン、27は
シール用不活性ガス供給ラインであり、これらは従来例
と同様の機能を有する。
【0030】前記サンプラー本体駆動部22は、送りね
じ機構28を介してモータ29によりサンプラー本体部
21をトラバースするものである。
【0031】前記サンプラー本体部21は、図1に示す
ように、二重筒構造のフィルタ30と二重管構造のプロ
ーブノズル31とがアダプタ32及びガスケット33を
介して連結されてなる。
【0032】前記プローブノズル31は、内管34及び
外管35の一端部が前記サンプラー本体駆動部22に適
宜の手段により連結されると共に、他端部が前記アダプ
タ32に溶接等により連結されてなる。
【0033】前記内管34及び外管35は、前記アダプ
タ32と同様にステンレス製である。そして、内管34
と外管35の空隙内には、図示しないガス供給源から冷
却用ガスが供給されるようになっている。
【0034】前記フィルタ30は、図2に示すように、
気孔率33〜37%のセラミックス製の精密濾過用内フ
ィルタ36と気孔率20〜30%のセラミックス製の粗
脱塵用外フィルタ37とが両端部においてセラミックス
ボンド38にて接合されてなる。
【0035】前記内フィルタ36は両端開口の筒状に形
成されると共に外フィルタ37は一端閉塞の筒状に形成
される。そして、外フィルタ37の開口端部側の外周面
には、例えば山巾2mm,谷巾3mm,ピッチ5mmの
角ねじ部39が形成され、この角ねじ部39が前記アダ
プタ32の内周筒部に形成した同様の構造の角ねじ部4
0(図1参照)と螺合している。
【0036】尚、図中41は外フィルタ37の筒外周に
形成した圧力損失減少用の薄肉加工部である。また、内
フィルタ36の内部にはガス温度検出用の図示しない熱
電対が配設される。
【0037】このように構成されるため、ガス化炉9で
生成されたガス化部11のガスから微量成分ガスをサン
プリングするために、先ず、取付フランジ23に第1及
び第2のボールバルブ24a,24bと均圧筒25を介
してサンプリング装置20(サンプラー本体駆動部2
2)を取り付け、均圧筒25に不活性ガス供給ライン2
6より窒素ガス等を吹き込んで炉内圧と同圧に調整して
から、ボールバルブ24a,24bを全開し、サンプラ
ー本体駆動部22によりサンプラー本体部21をガス化
部11内の所定位置まで挿入する。
【0038】この後、ガス化部11のダストを多量に含
んだ微量成分ガスは、粗脱塵用外フィルタ37と精密濾
過用内フィルタ36とによる二段階の濾過作用により、
ダストが除去されてプローブノズル31の内管34に通
気される。
【0039】次いで、プローブノズル31の内管34と
外管35の空隙内に供給する冷却用ガスの流量等の制御
により微量成分ガスが付着凝縮しない温度に保持された
内管34を通過したガスは、プローブノズル31の出口
に設けた図示しない減圧バルブで圧力を低下させ、図示
しないガス吸収瓶に送られる。ガス吸収瓶の吸収液は、
ガス吸収に最適な液温及び流量に制御され湿式吸収を行
う。
【0040】一方、サンプリング終了後は、サンプラー
本体部21をガス化部11内からボールバルブ24a,
24bの手前まで引き抜き、ボールバルブ24a,24
bを閉じる。そして、サンプラー本体部21を室温まで
冷却し、ダストを除いた粗脱塵用外フィルタ37,精密
濾過用内フィルタ36,内管34内壁、減圧バルブ等に
付着凝縮した微量成分を吸収液で洗浄抽出する。微量成
分ガス濃度は、湿式吸収で捕集した吸収液と洗浄抽出液
を分析した合計値となる。
【0041】そして、本実施例では、サンプラー本体部
21がセラミックス製のフィルタ30とステンレス製の
プローブノズル31とがステンレス製のアダプタ32を
介して連結されてなり、ガス化部11内には大部分耐熱
性に優れたセラミックス製のフィルタ30が露出する
(ガス雰囲気に曝される)ようになっているため、ガス
化部11のような高温高圧下(例えば、1500℃、2
0Kg/cm2)においても十分な強度を有し、ガスサンプリ
ングが可能となる。
【0042】また、前記フィルタ30(厳密には粗脱塵
用外フィルタ37)とアダプタ32とは、山巾と谷巾と
が異なる寸法(例えば、谷巾寸法が山巾寸法の約1.5
倍)の角ねじ部39,40で螺合しているため、ステン
レス製のアダプタ32における熱膨張(伸び)を効果的
に吸収することができ、前記耐熱性がより一層向上され
る。
【0043】また、前記フィルタ30は、精密濾過用内
フィルタ36と粗脱塵用外フィルタ37との二重筒構造
になっているため、前記耐熱性に優れることに加えてダ
ストの高濃度の雰囲気下(例えば、ダスト濃度:数十〜
数百g/Nm3 )においても、効果的にダストを除去するこ
とができる。
【0044】また、前記プローブノズル31は、内管3
4と外管35との二重管構造に形成され、内管34と外
管35の空隙内には、図示しないガス供給源から冷却用
ガス(冷媒)が供給されるようになっているので、その
流量等を制御することによって、内管34を通過するサ
ンプリングガスの温度をその形態が変化しない温度(反
応及び凝縮しない温度)に制御することができる。
【0045】この際の温度制御は、下記の表1に示すよ
うに、サンプリングガスの対象によって異なる。
【表1】
【0046】また、上記の表1に示すように、サンプリ
ングガスの対象によってはサンプリングノズル内の構造
の変更も可能である。例えばHF等の場合は内管34と
外管35との間に石英管又はセラミックス管を挿入して
三重管構造により耐熱性を図ったり、NH3 等の場合は
制御温度によって二重管構造と石英管挿入の三重管構造
を選択したり、Na等のアルカリ金属やタールの場合は
SUS管を保守・管理のために取り出し可能に挿入して
三重管構造にしたりしても良い。
【0047】尚、本発明は上記実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲でフィルタ30やプローブ
ノズル31の材料及び形状変更並びにサンプリングガス
の温度制御用冷却媒体としてスチームを用いる等各種変
更が可能であることはいうまでもない。
【0048】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項1に係る高温高圧ガスのサンプリング装置は、ダス
ト含有高温高圧ガスから微量成分ガスをサンプリングす
る装置であって、耐熱材料からなる筒状のフィルタと該
フィルタより耐熱性が劣る耐熱材料からなる管状のプロ
ーブノズルとを連接してサンプラー本体部を形成し、サ
ンプリングの際には前記フィルタと該フィルタに繋がる
前記プローブノズルの一部をガス雰囲気化に曝すように
したことを特徴とするので、高温高圧下(例えば、15
00℃、20Kg/cm2)においても十分な強度を有し、ガ
スサンプリングが可能となり、最適なガス化反応,燃
焼、脱硝・脱硫反応を把握することができる。
【0049】本発明の請求項2に係る高温高圧ガスのサ
ンプリング装置は、前記フィルタはセラミックス製で、
前記プローブノズルはステンレス製であることを特徴と
するので、請求項1の発明と同様の効果が得られる。
【0050】本発明の請求項3に係る高温高圧ガスのサ
ンプリング装置は、前記フィルタとプローブノズルと
は、プローブノズルの熱膨張による伸びを吸収可能なね
じ構造で結合されることを特徴とするので、請求項1の
発明と同様の効果が得られると共により一層の耐熱強度
が得られる。
【0051】本発明の請求項4に係る高温高圧ガスのサ
ンプリング装置は、前記ねじ構造は、山巾と谷巾とが異
なる寸法の角ねじであることを特徴とするので、簡単な
構造で請求項3の発明と同様の効果が得られる。
【0052】本発明の請求項5に係る高温高圧ガスのサ
ンプリング装置は、前記フィルタは、気孔率33〜37
%のセラミックス製の精密濾過用内フィルタと気孔率2
0〜30%のセラミックス製の粗脱塵用外フィルタとの
二重筒構造であることを特徴とするので、請求項1の発
明と同様の効果が得られると共にダストの高濃度の雰囲
気下(例えば、ダスト濃度:数十〜数百g/Nm3 )におい
ても、効果的にダストを除去することができる。
【0053】本発明の請求項6に係る高温高圧ガスのサ
ンプリング装置は、前記プローブノズルは、内管と外管
との二重管構造に形成され、内管と外管の空隙内には、
内管を通過するガスの冷却用媒体が供給されることを特
徴とするので、請求項1の発明と同様の効果が得られる
と共にサンプリングガスの温度をその形態が変化しない
温度(反応及び凝縮しない温度)に制御することがで
き、高精度のガスサンプリングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す、サンプリング装置の
要部断面図である。
【図2】同じくフィルタ部の断面図である。
【図3】同じくサンプリング装置の全体構成図である。
【図4】本発明のサンプリング装置を備えた石炭ガス化
炉の全体構成図である。
【図5】従来例のサンプリング装置の要部断面図であ
る。
【符号の説明】
1 微粉炭供給設備 2 微粉炭 3 定量供給器 4 分配器 5 空気供給設備 6 1次空気 7 1次空気配管 8 搬送管 9 ガス化炉 10 燃焼部 11 ガス化部 12 2次空気 13 2次空気配管 14 チャー 15 生成ガス 16 生成ガス配管 17 サイクロン 18 チャー供給設備 19 チャー定量供給器 20 サンプリング装置 21 サンプラー本体部 22 サンプラー本体駆動部 23 取付フランジ 24a,24b 第1及び第2のボールバルブ 25 均圧管 26 昇圧用不活性ガス供給ライン 27 シール用不活性ガス供給ライン 28 送りねじ機構 29 モータ 30 フィルタ 31 プローブノズル 32 アダプタ 33 ガスケット 34 内管 35 外管 36 精密濾過用内フィルタ 37 粗脱塵用外フィルタ 38 セラミックスボンド 39 角ねじ部 40 角ねじ部 41 薄肉加工部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダスト含有高温高圧ガスから微量成分ガ
    スをサンプリングする装置であって、耐熱材料からなる
    筒状のフィルタと該フィルタより耐熱性が劣る耐熱材料
    からなる管状のプローブノズルとを連接してサンプラー
    本体部を形成し、サンプリングの際には前記フィルタと
    該フィルタに繋がる前記プローブノズルの一部をガス雰
    囲気化に曝すようにしたことを特徴とする高温高圧ガス
    のサンプリング装置。
  2. 【請求項2】 前記フィルタはセラミックス製で、前記
    プローブノズルはステンレス製であることを特徴とする
    請求項1記載の高温高圧ガスのサンプリング装置。
  3. 【請求項3】 前記フィルタとプローブノズルとは、プ
    ローブノズルの熱膨張による伸びを吸収可能なねじ構造
    で結合されることを特徴とする請求項1又は2記載の高
    温高圧ガスのサンプリング装置。
  4. 【請求項4】 前記ねじ構造は、山巾と谷巾とが異なる
    寸法の角ねじであることを特徴とする請求項3記載の高
    温高圧ガスのサンプリング装置。
  5. 【請求項5】 前記フィルタは、気孔率33〜37%の
    セラミックス製の精密濾過用内フィルタと気孔率20〜
    30%のセラミックス製の粗脱塵用外フィルタとの二重
    筒構造であることを特徴とする請求項2,3又は4記載
    の高温高圧ガスのサンプリング装置。
  6. 【請求項6】 前記プローブノズルは、内管と外管との
    二重管構造に形成され、内管と外管の空隙内には、内管
    を通過するガスの冷却用媒体が供給されることを特徴と
    する請求項1,2,3,4又は5記載の高温高圧ガスの
    サンプリング装置。
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