JP2010156592A

JP2010156592A - 排ガスサンプリング装置

Info

Publication number: JP2010156592A
Application number: JP2008334375A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamamoto; 篤志山本; Shigeyuki Akiyama; 重之秋山
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】排ガス中の共存成分の影響を防ぐために、簡易な操作で、長期間安定的にこれを排除する排ガスサンプリング装置を提供すること。
【解決手段】排出源からの硫黄酸化物および水分を含む排ガスを導入するプローブ１と、プローブ１を加熱す加熱部２と、加熱されたプローブ内に水分注入部４を介して霧状の水分を供給することにより、プローブ１に付着した硫酸成分を除去する水分供給部５と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガスサンプリング装置に関し、例えば石炭燃料燃焼施設からの排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）など、排ガス中の成分測定に妨害を及ぼす共存成分の影響を低減した排ガスサンプリング装置に関する。

燃料燃焼施設などの固定排出源や自動車などの移動排出源からの排ガスを採取して処理する排ガスサンプリング装置は、排ガス中の特定成分（測定対象成分）の測定装置において多く用いられている。具体的には、図７に示すように、試料採取点に配設され、分析計までの間に、フィルタ、切換弁、導管、除湿器、吸引ポンプ、絞り弁、流量計などが設けられるとともに、各部材を配管で接続し試料流路を形成し、排ガスサンプリング装置によって処理された排ガスは、さらに除湿や除塵など清浄化した後、定流量化された分析計に導入される（例えば非特許文献１参照）。

しかしながら、排ガスのサンプリングを連続して行うと、排ガスに含まれるクリンカや低融点化合物などの付着物がサンプリング管の内面に付着し、このクリンカや低融点化合物などの付着物の層が時間の経過とともに成長して排ガスサンプリング装置の内部を徐々に閉塞する。こうした付着物の除去あるいは成長の防止を図るために、種々の排ガスサンプリング装置が提案されている。例えば図８に示すような排ガスサンプリング装置においては、内管１２１と外管１２２の２重管構造とし、内管と外管との間の空間部１２４を仕切り板１２３で第１空間部１２４Ａと第２空間部１２４Ｂとに仕切り且つ第１空間部と第２空間部の煙道側端部は連通させた構成のサンプリング管１０３を有するサンプリングプローブ１０２と、圧縮エアでサンプリング管内の付着物を煙道内へと吹き戻す逆洗装置１１０とを備える（例えば特許文献１参照）。

具体的には、図８（Ａ）に示すように、サンプリング管１０３の空間部１２４に冷却水を流して内管１２１を間欠冷却することにより内管１２１の内面に付着しているクリンカや低融点化合物などの付着物を剥離した後、バルブ１１３を開き、バルブ１１２を閉じた後、電磁弁１４３を一定間隔で開閉してエアタンク１４１内の圧縮エアを、パルス的にサンプリング排ガスの流れる方向とは逆向きに内管１２１内に供給する。その結果、内管１２１の内面から剥離したクリンカや低融点化合物などの付着物が、圧縮エアによって煙道１０１内へと吹き戻されることによって、サンプリング管１０３（内管１２１）が逆洗される（0054）。また、図８（Ｂ）に示すように、冷却媒体噴射手段として冷却水噴霧装置１５１を備えた排ガスサンプリング装置においては、所定時間連続して排ガスをサンプリングした後、バルブ１１２を閉じ、バルブ１１３を開くとともに冷却水噴霧装置１５１を作動させると、噴霧機１５２により水タンク１５３内の水を噴霧ノズル１５４から噴霧して、サンプリング管１０３の内管２１に付着しているクリンカや低融点化合物などの付着物へ吹き付ける。その結果、この噴霧水により内管１２１の内面に付着しているクリンカや低融点化合物などの付着物が直接冷却され、このときの熱衝撃で内管１２１の内面からクリンカや低融点化合物などの付着物が剥離する、或いは、同付着物が溶解する。その後、逆洗装置１１０を作動して圧縮エアをサンプリング管１０３の内管１２１内に供給することより、内管１２１の内面から剥離又は溶解したクリンカや低融点化合物などの付着物を煙道１０１内へと吹き戻す。

日本工業規格「ＪＩＳＢ７９８２−２００２」特開２００４−６１４８４号公報

しかしながら、上記の排ガスサンプリング装置を長期間使用した場合あるいはこれを用いて石炭燃焼排ガスの測定を行った場合などには、共存する排ガス中の酸化セレン（ＳｅＯ_２）等の金属酸化物や窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）あるいは塩化水素（ＨＣｌ）などの存在によるいくつかの課題があった。

（ｉ）具体的には、排ガスサンプリング装置において蓄積する付着物に吸着・付着あるいはこれと反応した硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）成分によって排ガス中の測定対象成分（例えばアンモニアや水銀など）が損失し、正確な分析ができない問題があった。種々の検証過程において、共存するＳＯｘが原因となる硫酸塩が発生することが判った。また、こうした硫酸塩の発生は、さらなる測定対象成分のロスを誘発することから、排ガス流路における硫酸塩の発生の防止、あるいは発生した硫酸塩の排ガス流路からの早期排除を図ることが必要であることが判った。つまり、上記のように排ガスを強制的に冷却した場合には、こうした硫酸塩の発生が促され、特に、冷却水の噴射あるいは噴霧冷却水の吹き付けによってＳＯｘの溶解による硫酸塩の発生がさらに促進されることから、こうした付着物対策が２次的な問題の発生の誘引となることがあった。

（ii）また、排ガス中に共存する金属酸化物については、測定対象成分との反応によって、測定対象成分の測定ロスが大きくなり測定精度を著しく低下させることがあることが判った。例えば、排ガス中の測定対象成分が水銀の場合、排ガス中の水銀化合物の還元処理を必要とすることがあり、その処理過程において、共存する金属化合物が同時に還元されて水銀とアマルガムを作り、水銀の測定ロスが大きくなり、水銀成分が測定できない、あるいは測定精度を著しく低下させることがあった。具体的には、鉛（Ｐｂ）やセレン（Ｓｅ）などの水銀とアマルガムを形成し易い金属の酸化物が、石炭燃焼排ガス中に比較的多く含まれていることから、その影響が無視できない場合があった。

（iii）さらに、排ガス中の測定対象成分が水銀の場合、従来サンプリング流路での排ガス中の水銀の損失は共存するダストの影響と考えられ、圧縮空気等を用いた逆洗によりダストを除去する方法が採られていた。しかし、逆洗によるダスト除去だけでは水銀の損失は完全には回復できず、上記硫酸成分や金属酸化物の複合的な影響が考えられ、その原因および対策に対する強い要請があった。

そこで、この発明は、こうした要請に対応し、石炭燃焼排ガス中の水銀測定などにおいて妨害となる排ガス中の共存成分の影響を防ぐために、簡易な操作で、長期間安定的にこれを排除する排ガスサンプリング装置を提供することを目的とする。こうした排ガスサンプリング装置を用いることによって、共存成分の影響を受けない、高精度で、かつ長期安定性の高い、連続測定が可能な排ガス測定装置を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す排ガスサンプリング装置によって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、排出源からの硫黄酸化物および水分を含む排ガスを、サンプリングして排ガス分析部に供給するための排ガスサンプリング装置であって、
前記排ガスを導入するプローブと、前記プローブを加熱する加熱部と、加熱されたプローブ内に水分注入部を介して霧状の水分を供給することにより、前記プローブに付着した硫酸成分を除去する水分供給部と、を有することを特徴とする。

従前の排ガスサンプリング装置にあっては、上記のようにクリンカやダストあるいは低融点化合物の付着物の除去を優先し、圧縮空気などによる逆洗や冷却水などによる水洗などの処理を行っていたため、測定対象成分の損失に対する対策は殆どできていなかった。本発明は、こうした測定対象成分の損失の要因の多くが、排ガス中に含まれるＳＯｘに起因する硫酸成分によるものであるとの知見をもとに、硫酸成分の発生防止および発生した硫酸成分の早期除去を図る手段として、排ガスが導入されるプローブの高温状態を維持した状態で、霧状の水分の供給あるいは加熱された霧状の水分を供給することが好適であることを見出したものである。つまり、こうした硫酸成分は、プローブに付着する微細なダストに吸着することから、逆洗の手段として１次フィルタ前から水の注入によって完全に除去することができる一方、水を液体状で注入した場合の問題点は上記の通りであり、水蒸気では硫酸成分を薄める機能が弱いこと、ダクトへの吸着能力において水分が硫酸成分と相当であることから、高温状態での霧状の水分が好適であることを発案し、実証した。これによって、排ガス中の妨害成分の影響を防ぐために、簡易な操作で、長期間安定的にこれを排除する排ガスサンプリング装置を提供することが可能となった。特に、連続水銀分析装置においては、空気による逆洗によってダストを除去するだけでは水銀の損失は完全には回復できず、その原因物質がダストに吸着した硫酸成分であることが判った。こうした硫酸成分の発生防止および発生した硫酸成分の早期除去を図ることによって、さらに測定ロスの少ない排ガスサンプリング装置を提供することができる。さらに、本発明においては、霧状の水分で硫酸成分を除去することにより、プローブを冷却することなく加熱状態を維持したままで洗浄が可能となる。これによって、「プローブが冷えた状態で、排ガスをサンプリングするとセレン等がプローブ内に吸着するため、洗浄により一度プローブが冷えてしまった場合には、加熱によって再度プローブが暖機されるまで排ガスのサンプリングおよび排ガス測定ができなくなる」という従前の課題を解消することができた。

本発明は、上記排ガスサンプリング装置であって、前記プローブの下流に設けられプローブから導入された排ガス中の粉塵を集塵するフィルタを備えるフィルタホルダと、前記フィルタホルダを加熱する加熱部と、を有するとともに、加熱されたフィルタホルダに水分注入部を介して霧状の水分を供給することにより、前記フィルタホルダに付着した硫酸成分を除去する水分供給部と、を有することを特徴とする。

上記のような硫酸成分が付着したダストは、プローブのみならず、プローブよりも粒子径の異なる多種多様なダストが付着するフィルタにおいては、測定対象成分に対してさらに大きな影響を与える可能性がある。このとき、プローブとともにフィルタに対しても同様に、高温状態での霧状の水分によりこうした成分を洗浄することによって、排ガス中の妨害成分の影響を長期間安定的に排除することが可能となった。特に、水を液体状で供給した場合に大きな問題となる、フィルタの細孔部に集塵されたダストの凝集によるフィルタの閉塞を防止することができる。つまり、水洗浄によるフィルタの湿潤は、その乾燥までに所定の時間を要するとともに、このときフィルタに付着したダスト中の水溶性成分が一旦溶解して乾燥されることとなりフィルタの細孔中で凝集し、フィルタの閉塞を招くこととなる。本発明は、こうしたフィルタの閉塞を未然に防止することを可能とした。

本発明は、上記排ガスサンプリング装置であって、前記水分供給部が、給水用タンクと、前記水分注入部と前記給水用タンクを接続する給水流路と、前記給水流路に設けられた開閉弁と、前記給水用タンクに給水用ガスを導入する給水用ガス導入部と、を有し、前記給水用ガスを前記給水用タンクに導入し、前記給水用タンクの圧力が一定値以上に達した後に、前記開閉弁を開き、一定値以上の速度で前記水分注入部から霧状の水分を供給することを特徴とする。

一般に、霧状の水分の供給は、既述従来技術のように専用の噴射用ノズルを用いることが多い。しかしながら、本発明のように、高温状態で水分を噴霧することによって洗浄機能を有するためには比較的多くの水分量を供給することが好ましい一方、多くの水分量をノズルによって噴射するためには、ノズルの数量を多くする等水分供給部を大きくする必要がある。本発明は、給水用タンクから給水流路に供給された水を、一定値以上の圧力、一定値以上の速度で、水分注入部から霧状の水分を供給することによって、洗浄に必要な水分量を確保し、一斉にプローブやフィルタに付着したダストを洗い落とすことが可能となった。このとき、給水流路に水を最適量充填し、給水用ガスを水と同時に噴射しても良い。

本発明は、上記排ガスサンプリング装置であって、前記給水用ガスとして前記フィルタを洗浄するためのブローバック用ガスを用い、ブローバック時に、前記霧状の水分を前記ブローバック用ガスに同伴させて供給することを特徴とする。

プローブあるいはフィルタの清浄化手段としては、発生源と繋がる流路への流体の注入による洗浄とフィルタ内部からのブローバックフローによる逆洗浄（ブローバック）が挙げられ、排ガス中のダスト量に対応した洗浄方法が選択される。本発明に係る排ガスサンプリング装置においては、ブローバック時に、上記のような供水用ガスとしてブローバック用ガスを用いて霧状の水分を供給するとともに、フィルタ内部からのブローバックフローによる逆洗浄を可能とすることによって、プローブやフィルタに付着したダストをドライとウェットおよびフィルタ内部と外部からの洗浄を行うことが可能となった。また、両者の同時に併用し、ブローバックと水を同時に噴射することによって、細孔部を有するフィルタの内部に入り込んだダストがブローバックによってフィルタ外表面に押し出され、押し出されたダストあるいはフィルタ外表面に付着したダストが水分によって洗い落とされる。簡易な操作で、長期間安定的にこれを排除することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の係るサンプリング装置（以下「本装置」という）は、燃焼設備等の排出源からの硫黄酸化物および水分を含む排ガスをサンプリングして排ガス分析部に供給するとともに、保守・点検時において、排ガスを導入するプローブに対して加熱された霧状の水分を供給し、該プローブに付着した硫酸成分を除去することを特徴とする。排ガス流路内の洗浄において、水分、特に霧状の水分、さらには加熱された霧状の水分が、硫酸成分や金属酸化物の除去に効果的であった。

＜本装置の基本構成例＞
具体的な本装置の構成を、図１に例示する（第１構成例）。排ガスを導入するプローブ１と、プローブ１を加熱・保温する加熱部２と、プローブ１および加熱部２が接合される固定部３と、該固定部３に設けられ加熱された霧状の水分をプローブ１に注入する水分注入部４と、該霧状の水分を供給する水分供給部５とから構成される。ここで、水分供給部５から供給された霧状の水分は、水分注入部４を介してプローブ１に供給され、加熱部２によって加熱状態に維持されることによって、プローブ１に付着した硫酸成分を除去することができる。

プローブ１は、排ガスが流通するダクト６に挿入され、固定部３に設けられたフランジ３ａとダクト６に設けられたフランジ６ａの接合によって、固定される。吸引採取された排ガスは、加熱・保温された状態で、その下流に設けられたフィルタ７に導入され、排ガス中の粉塵が集塵される。プローブ１の材質は、耐熱性および耐食性を有するステンレス鋼などの金属素材あるいはセラミックスなどの無機素材を用いることが好ましい。また、後述する加熱された水分による洗浄効果を上げるためには、プローブ１として、例えば外径６ｍｍ／内径４ｍｍあるいは外径８ｍｍ／内径６ｍｍ、長さ１〜５ｍ程度のストレート管を用い、排ガス流路となるその内部は、表面滑性を有することが好ましい。

プローブ１の使用温度は、水分や低沸点物の凝縮およびこれに伴う腐食や硫酸成分の発生・付着等を回避するために、１００〜５００℃に維持することが好ましい。ダクト６内が約３００〜４００℃程度の高温状態の場合には、排ガスをそのまま採取することによって、プローブ１の温度は２００℃以上の高温を維持することができるが、通常、排ガス温度の変化あるいは燃焼設備の立ち上げや負荷変動、冬季や寒冷地などの補完あるいは下流側のフィルタ７の予備加熱として加熱部２を設けることが好ましい。加熱部２は、プローブ１の外周全体を覆うことによって、効率的な加熱を行い、保温機能を確保することができる。本装置が、後述する水分注入管を有する場合には、プローブ１とともに全体を覆うことが好ましい。

フィルタ７は、排ガスの仕様、特に排ガス中のダスト成分の性状によって種々の素材、構造を選択することが可能であるが、本装置においては、発生した硫酸成分等がダストに含まれることから、これに対する耐食性および耐熱性を有する素材や構造が必要となる。また、ダストの濾過精度を確保する必要性があることから、例えばステンレス製のメッシュや焼結金属などの金属製や、多孔質セラミックス、セラミックスやグラスウールなどの無機質製フィルタ、あるいはフッ素樹脂系の多孔質フィルタ（例えばボルストン社製フィルタ）などを用いることが好ましい。

〔水分供給部〕
霧状の水分は、図１に例示したように、水分供給部５から固定部３に設けられた水分注入部４を介してプローブ１に供給される。水分供給部５は、給水用タンク５ａと、水分注入部４と給水用タンク５ａを接続する給水流路５ｂと、給水流路５ｂに設けられた開閉弁Ｖｂと、給水用タンク５ａに給水用ガスを導入する給水用ガス導入部５ｃと、を有し、給水用ガスを給水用タンク５ａに導入し、給水用タンク５ａの圧力が一定値以上に達した後に、開閉弁Ｖｂを開き、一定値以上の速度で水分注入部４から霧状の水分を供給することが好ましい。給水用タンク５ａへの水の供給は、給水口５ｄから開閉弁Ｖａを介して行われ、市水あるいは工業用水などの清浄水が好ましい。給水用タンク５ａの容量は、例えば１回の供給時に０．０５〜０．１Ｌ／ｍｉｎ程度を供給用ガスに同伴させる場合には、１〜１０Ｌ程度が好ましい。供給用ガスは、所定の圧力、例えば０．１〜１ＭＰａ、を有する清浄空気あるいは計装空気や計装窒素など、水に溶解しない安定なガスが好ましい。供給用ガスは、給水用タンクの圧力が一定値（例えば０．５ＭＰａ）以上に達した後に、開閉弁ＶｂおよびＶｃを開くことによって、霧状の水分を含むガスを発生し、一定値（例えば流速１〜１００ｍ／ｓｅｃ、より好ましくは１０〜５０ｍ／ｓｅｃ）以上の速度で供給される。ただし、プローブ１の内径を大きくしたときは、圧力および流量とも増大させて流速を所定値内にする調整を行う必要があり、プローブ１の内径を小さくしたときは、圧力および流量とも減少させて流速を所定値内にする調整を行う必要がある。

このとき、霧状の水分は、給水用タンク５ａを含む水分供給部５を予め加熱することが可能であるが、後述するように、加熱部２によって加熱された後、プローブ１に供給することが好ましい。採取される排ガスの潜熱およびプローブ１を加熱・保温する加熱部２を利用することによって、エネルギーの効率的な利用を図ることができる。

〔ブローバック〕
本装置においては、加熱された霧状の水分による洗浄とともに、フィルタ７の下流からの清浄ガス（ブローバック用ガス）によるブローバック（逆洗）による、フィルタ７の定期的な清浄化を行うことが可能である。従って、給水用ガスとしてブローバック用ガスを用い、霧状の水分を、ブローバック時に、ブローバック用ガスに同伴させて供給することが好ましい。フィルタ７の内部と外部からの洗浄を行うことが可能であるとともに、両者の同時に併用し、ブローバックと水を同時に噴射することによって、ブローバックにより細孔部を有するフィルタ７の内部に入り込んだダストがフィルタ外表面に押し出され、押し出されたダストあるいはフィルタ外表面に付着したダストが水分によって洗い落とされる。また、ブローバックにより脱離したダストのプローブ１の表面への再度の付着を防止することができる。

〔硫酸成分の発生と硫酸成分付着の影響のメカニズム〕
次に、硫酸成分の発生と硫酸成分付着の影響のメカニズムを検証した。実装試験で、所定濃度（以下「スパン値」という）の水銀を含む標準ガス（以下「スパンガス」という）をプローブ先端から流通させると、実際のスパン値よりも低くなる現象を確認した。図２に示すように、そのメカニズムを解明し原因究明および対策を図った。

（１）スパン損失メカニズム
図２（Ａ）に示すように、スパン低下の主な原因は、硫酸成分（Ｈ_２ＳＯ_４）であり、Ｈ_２ＳＯ_４は、水銀（Ｈｇ）と反応して硫酸水銀（ＨｇＳＯ_４）を生成する。
硫酸成分は、排ガス中のＳＯ_３が由来し、特に３４０℃以上で分解することなくＳＯ_３として維持され、下式１によって生成する（２００℃で約９８％が反応する）。
ＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２ＳＯ_４・・式１
水銀は、硫酸成分と下式２に示す反応によって、硫酸水銀を生成する。
Ｈｇ＋２Ｈ_２ＳＯ_４→ＨｇＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ＋ＳＯ_２・・式２

（２）対策として、図２（Ｂ）に示すように、ガス流路内を加熱された霧状の水分（Ｈ_２Ｏ）で洗浄することによって、スパン損失の原因となる硫酸成分および硫酸水銀が除去される。これによって、図２（Ｃ）に示すように、スパン損失のない排ガス流路を形成することができる。

〔硫酸成分の付着の影響および加熱された霧状の水分による洗浄効果の確認〕
本装置における硫酸成分等の洗浄効果を確認するために、図３に例示するような模擬装置を作製し、硫酸成分の付着の影響および加熱された霧状の水分による洗浄効果を検証した。

（１）実験方法
図３に示すように、加熱用の電気炉Ｅ（２００℃設定）の内部にテフロン（登録商標）製の配管Ｔ（外径６ｍｍ／内径４ｍｍ／長さ２２０ｍｍ）を設け、配管Ｔを通過した試料ガスＳ中の水銀成分を水銀分析計Ｍによって測定する試験装置を用いた。試料ガスＳとして、窒素をベースガスとし水銀１０μｇ／ｍ^３を含むガスを約０．５Ｌ／ｍｉｎ供給し、配管Ｔを通過させたときの水銀分析計Ｍの測定値を基に硫酸成分の影響値を測定した。
（ｉ）硫酸成分による汚染は、配管Ｔの内部に９８％硫酸を流通させた後、乾燥空気を約１Ｌ／ｍｉｎ、約１ｍｉｎ流通させ乾燥させた状態を、汚染状態とした。
（ii）配管Ｔの洗浄は、供給用ガス（窒素）を本装置の水分供給部に０．５ＭＰａで供給し、水分供給部からの約２００℃に加熱された霧状の水分を流速約１．５ｍ／ｍｉｎで約１ｍｉｎ間導入した。

（２）実験結果
試料ガスＳを汚染されていない配管Ｔに通過させたときと、硫酸成分による汚染後の配管Ｔに通過させたときの水銀分析計Ｍの指示値を比較し、硫酸成分の影響値（水銀損失率）を測定した。次に、洗浄した後の配管Ｔに試料ガスＳを通過させたときの水銀分析計Ｍの指示値を、汚染前の配管Ｔに通過させたときと比較し、洗浄効果（水銀損失率）を測定した。結果は、下表１に示すような硫酸成分の影響値および洗浄効果が十分にあることを確認することができた。

〔本装置の他の構成例〕
本装置の他の構成例（第２構成例）は、図４に例示するように、プローブ１の下流にフィルタ７ａを備えるフィルタホルダ８を有するとともに、水分供給部５からの加熱された霧状の水分を、プローブ１およびフィルタ７ａに対して供給できるような構成である。他の構成要素は、上記第１構成例と同じであり、プローブ１およびフィルタ７ａに付着した硫酸成分や金属酸化物を除去することによって、共存成分の影響を排除する排ガスサンプリング装置を形成することができる。つまり、プローブ１に加え、フィルタ７ａの細孔部にまで付着した粒子径の異なる多種多様なダストを洗浄し、これらに付着した硫酸成分や金属酸化物を効果的に排除することができる。

特に、ブローバックと同時に加熱された霧状の水分による洗浄を行うことによって、ブローバックによりフィルタ７ａの各部から離脱したダストに対して、即座に水分洗浄を行うことができ、プローブ１およびフィルタ７ａへの再付着を防止することができるとともに、霧状の水分による微細ダストの凝集を図り、再度のフィルタ７ａの細孔部への付着を防止することができる。

＜排ガス中の水銀測定装置への適用例＞
次に、本装置を排ガス測定装置に適用した例として、水銀、硫黄酸化物および水分を含む排ガス中の水銀測定装置（以下「本測定装置」という）に用いた場合について説明する。水銀には、金属水銀（Ｈｇ^０）や１価，２価の水銀（Ｈｇ^＋，Ｈｇ^２＋）が含まれる。

本測定装置は、図５に例示するように、排ガスを採取するプローブ１、加熱部２、フィルタ７、および霧状の水分を供給する水分供給部５を備えた本装置１０において、定期的あるいは随時、加熱状態の霧状の水分によって、排ガスの採取流路に形成される硫酸あるいは硫酸水銀を除去し、その清浄化を行うことができる。こうした清浄化操作前後の、採取された排ガス中の水銀濃度の測定値の差が所定値を超えた場合、清浄化操作の時間間隔を短縮することが好ましい。

本装置１０において処理された排ガスは、加熱導管１１を介して、スクラバー１２によって排ガス中の酸化セレンが除去され、さらに還元触媒部１３によって排ガス中の水銀が選択的に還元され、含有する全水銀をＨｇ^０に変換された被還元ガスが作製される。その後、冷却部１４（気液分離器）を経由して二分され、一方（流路ａ）は、精製器１５によって排ガス中のＨｇ^０が除去され、あるいは排ガス中の水銀が選択的に酸化され、含有する全水銀をＨｇ^２＋に変換した被酸化ガスが作製されてバルブ１６を経由して紫外線吸光式分析計１７に導入される。他方（流路ｂ）は、何も処理されずに、バルブ１６を経由して紫外線吸光式分析計１７に導入される。紫外線吸光式分析計１７の下流には排ガスを吸引するポンプ１８が設けられ、所定量の排ガスをプローブ１６から吸引し、紫外線吸光式分析計１７にまで導入している。通常の測定時は、バルブ１６によって流路ａと流路ｂが周期的に切り換えられ、両者の差異から全水銀が紫外線吸光式分析計１７によって検出される。バルブ１６の切り換えは、通常０．５秒〜３０秒程度の周期で行われる。紫外線吸光式分析計１７は、紫外線光源部、試料セル部、紫外線検出器および光学フィルタからなる光学系を形成し、試料セル部に導入された排ガス中のＨｇ^０による紫外領域の光の吸収量を紫外線検出器によって検出することによって、排ガス中のＨｇ^０の濃度を測定することができる。

スクラバー１２は、排ガス中の酸化セレン（ＳｅＯ_２）等の金属酸化物を除去する。排ガスの温度低下などによる水滴の発生あるいは水滴の混入があった場合、Ｓｅの溶解によってＨｇ^２＋の損失が生じることから、こうした金属酸化物を除去することが好ましい。本測定装置においては、本装置１０により硫酸成分が除去された排ガスに対して、こうした金属酸化物の除去処理を行うことによって、金属酸化物の除去効率を一層高めることが可能となる。また、本装置１０における加熱されたプローブ１やフィルタ７、および加熱導管１１を使用するとともに、加熱された霧状の水分での洗浄を行い、水滴の発生やＳｅの溶解を防止することによって、水銀成分のロスを大幅に減少させることができる。

精製器１５としては、例えば活性炭などの吸着剤を用いることによって排ガス中のＨｇ^０を選択的に吸着・除去することができる。また、例えば白金−シリカ系やパラジウム−アルミナ系あるいは五酸化バナジウムなどの触媒を用いて、排ガス中のＨｇ^０を紫外線吸光式分析計１７が検出できないＨｇ^２＋に酸化することによって、Ｈｇ^０を選択的に除去することができる。このとき、排ガス中に硫酸成分が共存すると、こうした精製機能を阻害する可能性があり、本装置１０により硫酸成分を除去することによって、こうした阻害要因を排除することができる。

〔実装試験後の本装置を用いた検証〕
次に、本測定装置に本装置を用いた場合の技術的効果を、実装試験後の本装置（第２構成例）を用いてテストし、検証した。
（１）実験方法
図６に例示する実装試験後の本装置の（ａ）〜（ｅ）の各部分から、試料ガスとして窒素をベースガスとし水銀１０μｇ／ｍ^３を含むガスを常温（２２℃）で約０．５Ｌ／ｍｉｎ供給し、上記図３と同様に、水銀分析計の測定値を基に水銀損失率を確認した。

（２）実験結果
試料ガスを実装条件と同じ供給口（ａ）から供給し、排出口を、その経路の長短およびフィルタ７ａの前後を変更した場合の水銀損失率、およびフィルタ７ａのみおよびフィルタホルダ８での水銀損失率は、下表２に示す結果となった。プローブ先端部（ａ）−（ｂ）間およびフィルタホルダ８内（ｃ）−（ｄ）間での影響が大きいことがわかった。また、先端部（ａ）−（ｂ）間における洗浄効果は、ブローバック用空気では殆ど効果がなく、水洗効果が十分にあることを確認することができた。

本発明に係る排ガスサンプリング装置の基本構成例を示す説明図。硫酸成分の発生と硫酸成分付着の影響のメカニズムを例示する説明図。硫酸成分等の洗浄効果を確認するための模擬装置を例示する説明図。本発明に係る排ガスサンプリング装置の第２構成例を示す説明図。本発明に係る排ガスサンプリング装置を用いた排ガス中の水銀測定装置の構成を例示する説明図。実装試験後の本装置を用いた検証結果を例示する説明図。従来技術に係る排ガス中の特定成分の測定装置を例示する説明図。従来技術に係る排ガスサンプリング装置を例示する説明図。

符号の説明

１プローブ
２加熱部
３固定部
３ａ，６ａフランジ
４水分注入部
５水分供給部
５ａ給水用タンク
５ｂ給水流路
５ｃ給水用ガス導入部
５ｄ給水口
６ダクト
７フィルタ
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ開閉弁

Claims

排出源からの硫黄酸化物および水分を含む排ガスを、サンプリングして排ガス分析部に供給するための排ガスサンプリング装置であって、
前記排ガスを導入するプローブと、前記プローブを加熱する加熱部と、加熱されたプローブ内に水分注入部を介して霧状の水分を供給することにより、前記プローブに付着した硫酸成分を除去する水分供給部と、を有することを特徴とする排ガスサンプリング装置。
前記プローブの下流に設けられプローブから導入された排ガス中の粉塵を集塵するフィルタを備えるフィルタホルダと、前記フィルタホルダを加熱する加熱部と、を有するとともに、加熱されたフィルタホルダに水分注入部を介して霧状の水分を供給することにより、前記フィルタホルダに付着した硫酸成分を除去する水分供給部と、を有することを特徴とする請求項１記載の排ガスサンプリング装置。
前記水分供給部が、給水用タンクと、前記水分注入部と前記給水用タンクを接続する給水流路と、前記給水流路に設けられた開閉弁と、前記給水用タンクに給水用ガスを導入する給水用ガス導入部と、を有し、
前記給水用ガスを前記給水用タンクに導入し、前記給水用タンクの圧力が一定値以上に達した後に、前記開閉弁を開き、一定値以上の速度で前記水分注入部から霧状の水分を供給することを特徴とする請求項１または２記載の排ガスサンプリング装置。
前記給水用ガスとして前記フィルタを洗浄するためのブローバック用ガスを用い、ブローバック時に、前記霧状の水分を前記ブローバック用ガスに同伴させて供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガスサンプリング装置。