JP2014092383A - サンプリングプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】カルマン渦発生周波数とサンプリングパイプの固有振動数が一致して共振し、サンプリングパイプが破損することのない簡便な方法を提供する。
【解決手段】サンプリングパイプ２の後方に発生するカルマン渦発生周波数に同調してサンプリングパイプ２が共振しないように、サンプリングパイプ２におもり８を付加することによってサンプリングパイプ２の固有振動数を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、煙道排ガス分析装置のサンプリングプローブに関する。

石炭や重油を燃焼させるボイラから排出される燃焼排ガスの中には硫黄酸化物（ＳＯｘｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの成分が含まれ、常時その成分の濃度をガス分析装置で測定し、その分析結果を脱硝、脱硫の制御に役立てている。

また、大気汚染防止法上、ボイラなどの排ガス発生施設を設置する排ガスなどの排出者は、所定の測定周期で排ガス中の硫黄酸化物、窒素酸化物などの濃度の測定を行う必要がある。排出ガス量などが所定の基準以上のボイラなどの大規模な排ガス発生施設を設置する火力発電プラントやゴミ燃焼炉などでは、煙道排ガスの連続監視装置を設置し、常時煙道排ガスの濃度を監視する必要がある。

前記ガス分析装置は、煙道を流れる排ガスの一部を採取してサンプリングするためのガスサンプリングプローブを有し、このガスサンプリングプローブは測定対象となる燃焼排ガスが流れる煙道に取り付けられる。このガスサンプリングプローブにより採取された排ガス中の目的成分はガス分析器によって定量測定される。

図４は、従来のサンプリングプローブの構成の概要を示したものである。サンプリングプローブ３１は、煙道内の排ガスを採取するためのサンプリングパイプ３２と、サンプリングパイプ３２を保持（例えば溶接結合）するボディ３３と、排ガス中のダストを除去するフィルタ３５と、排ガス中の水分の結露を防止するヒータ３６とから構成される。また、ヒータ３６はボディ３３に固定され、フィルタ３５はフィルタホルダ３４に保持されて、ボディ３３の通路３３ａ内に取り付けられる。なお、煙道内の排ガスに含まれるダストや水分が非常に少ない場合やガス温度が低い場合には、ヒータ３６やフィルタ３５が設置されない場合もある。

サンプリングプローブ３１は、サンプリングパイプ３２を煙道内に挿入するため煙道壁４０に設けられた固定用フランジ４１にネジ３７で固定される。またサンプリングパイプ３２は、ガスの流れがある煙道内で、煙道内の代表的な濃度測定ができる測定点（一般的には煙道内の中心付近）まで挿入される。

なお、供給口３４ａに吸引ポンプ（図示せず）およびガス分析器（図示せず）が接続され、吸引ポンプにより吸引された排ガスが、サンプリングパイプ３２、通路３３ａ、フィルタ３５を通り、供給口３４ａからガス分析器に導入され、排ガス中の目的成分が定量測定される。

煙道排ガス分析装置におけるサンプリングパイプは、高温下で種々の成分の混在する過酷な環境に長期間設置されるため、長期間に亘り破損のないことが要求される。例えば、特許文献１には「高腐食性の排ガスによるサンプリングパイプの腐食による破損を軽減するための手段」が開示されている。

特開平１１−１９０６８６号公報

煙道内の排ガスの流れの中にサンプリングパイプを挿入するため、サンプリングパイプは流れの後方に発生するカルマン渦の発生により振動する。このカルマン渦発生周波数とサンプリングパイプの固有振動数が一致すると共振し、サンプリングパイプの破損が発生する。

そのため、前もって煙道内のガス流速を調べ、共振しないような長さのパイプに調整することにより共振を逃げていたが、排ガス成分の最適な濃度測定位置があるため任意にサンプリングパイプ長さを調整することに限度があった。したがって、排ガス成分の最適な濃度測定が可能なサンプリングパイプ長さを変えることなく共振を避けることが課題である。

本発明は、前記課題を解決するために、煙道内を流れる排ガス中に含まれる目的成分を採取するために前記煙道内に挿入されるサンプリングパイプを有するサンプリングプローブにおいて、前記サンプリングパイプに付加するおもりを備えるものである。

本発明は、前記おもりが前記サンプリングパイプの長さ方向の任意の位置に固定可能であることが望ましい。

本発明は、前記おもりが前記サンプリングパイプの先端部に固定される任意個数の分割おもりによって構成されるものであってもよい。

サンプリングパイプの後方に発生するカルマン渦発生周波数に同調してサンプリングパイプが共振しないように、サンプリングパイプにおもりを付加することによって、サンプリングパイプの固有振動数を変化させることができる。

本発明によるサンプリングプローブの構成の概要を示す。 本発明によるサンプリングプローブを構成するサンプリングパイプの固有振動数およびカルマン渦発生周波数を示すグラフである。 本発明の変形実施例のサンプリングプローブの構成の概要を示す。 従来のサンプリングプローブの構成の概要を示す。

図１は、本発明のサンプリングプローブの構成の概要を示したものである。サンプリングプローブ１は、煙道内の排ガスを採取するためのサンプリングパイプ２と、サンプリングパイプ２を保持（例えば溶接結合）するボディ３と、排ガス中のダストを除去するフィルタ５と、排ガス中の水分を除去するヒータ６とから構成さる。また、ヒータ６はボディ３に固定され、フィルタ５はフィルタホルダ４に保持されて、ボディ３の通路３ａ内に取り付けられる。さらに、サンプリングパイプ２の固有振動数を変えるために、おもり８がサンプリングパイプ２の任意の位置に止めネジ９によって固定される。

サンプリングプローブ１は、サンプリングパイプ２を煙道内に挿入するため煙道壁１０に設けられた固定用フランジ１１にネジ７で固定される。またサンプリングパイプ２は、ガスの流れがある煙道内で、煙道内の代表的な濃度測定ができる測定点（一般的には煙道内の中心付近）まで挿入される。

なお、供給口４ａに吸引ポンプ（図示せず）および分析器（図示せず）が接続され、吸引ポンプにより吸引された排ガスが、サンプリングパイプ２、通路３ａ、フィルタ５を通り、供給口４ａから分析器に導入され、排ガス中の目的成分が定量測定される。

図２は、本発明によるサンプリングプローブを構成するサンプリングパイプの固有振動数およびカルマン渦発生周波数を示すグラフである。横軸はパイプ長（ｍ）を、縦軸は周波数（Ｈｚ）を示す。

いま、サンプリングパイプ２として外径φ２７ｍｍ、肉厚３．５ｍｍのＳＵＳ３１６製パイプを使用した場合を考える。図２の曲線（１）は、サンプリングパイプ２のパイプ長さとパイプの固有振動数の関係を示したものである。また曲線（２）は、サンプリングパイプ２の先端に１ｋｇのおもり８を止めネジ９で固定したときのパイプ長さとパイプの固有振動数の関係を示したものである。同一パイプ長に対しておもりを付加したとき固有振動数が低下する。

さらに図２には、サンプリングパイプ２を煙道中の流れの中に置いた場合、排ガスの流速に対するカルマン渦発生周波数を示している。排ガスの流速が、２０ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓおよび５ｍ／ｓのときのカルマン渦発生周波数をそれぞれ破線（３）、（４）、（５）および（６）で示す。カルマン渦発生周波数は、パイプ長さに対しては一定である。

いま、サンプリングパイプ２の長さが０．５ｍの場合を考える。図２の曲線（１）と０．５ｍの縦軸との交点（点Ａ）より、このパイプの固有振動数は約９５Ｈｚと読み取ることができる。このときカルマン渦発生振動数と一致する排ガス流速は約１３ｍ／ｓと読み取ることができる。つまり煙道内の排ガス流速が１３ｍ／ｓであるような煙道では０．５ｍのパイプでは共振することになる。

しかし、このパイプの先端に１ｋｇのおもりを付加した場合、曲線（２）と０．５ｍの縦軸との交点（点Ｂ）より、パイプの固有振動数は約４２Ｈｚと読み取ることができ、カルマン渦発生周波数９５Ｈｚを避けることが可能となる。

上記の実施形態ではパイプの先端に１ｋｇのおもりを付加したが、その重量またはパイプの長さ方向の取付位置を変えることによって固有振動数を変えることができる。実際の排ガスの流速に応じて、カルマン渦発生周波数とパイプの固有振動数が接近しないようにおもりの重量またはおもりの取付位置を適宜選択すればよい。

なお、図１の実施形態ではおもり８の形状をサンプリングパイプ２の外径を摺動するリング状のものとしているが、その形状また固定方法はこれに限定されるものではない。

図３は、本発明の変形実施例のサンプリングプローブの構成の概要を示したものである。サンプリングプローブ２１は、煙道内の排ガスを採取するためのサンプリングパイプ２２と、サンプリングパイプ２２を保持（例えば溶接結合）するボディ２３と、排ガス中のダストを除去するフィルタ２５と、排ガス中の水分を除去するヒータ２６とから構成される。また、ヒータ２６はボディ２３に固定され、フィルタ２５はフィルタホルダ２４に保持されて、ボディ２３の通路２３ａ内に取り付けられる。

さらに、サンプリングパイプ２２の固有振動数を変えるために、分割おもり２８および２９がサンプリングパイプ２２の先端部のネジ部２２ａに固定される。ただし、分割おもりＡ２８およびＢ２９にはネジ部２２ａに噛み合うネジが加工されている。図３の変形例では分割おもりを２箇使用した場合を示しているが、実際には必要に応じて分割おもりの個数は適宜選択される。なお、分割おもりは、同一形状で同一重量でも同一形状で異重量のものでもよく、それぞれ使用個数を必要に応じて適宜選択してもよい。

サンプリングプローブ２１は、サンプリングパイプ２２を煙道内に挿入するため煙道壁５０に設けられた固定用フランジ５１にネジ２７で固定される。またサンプリングパイプ２２は、ガスの流れがある煙道内で、煙道内の代表的な濃度測定ができる測定点（一般的には煙道内の中心付近）まで挿入される。

なお、供給口２４ａに吸引ポンプ（図示せず）および分析器（図示せず）が接続され、吸引ポンプにより吸引された排ガスが、サンプリングパイプ２２、通路２３ａ、フィルタ２５を通り、供給口２４ａから分析器に導入され、排ガス中の目的成分が定量測定される。

１、２１、３１ サンプリングプローブ
２、２２、３２ サンプリングパイプ
３、２３、３３ ボディ
３ａ、２３ａ、３３ａ 通路
４、２４、３４ フィルタホルダ
４ａ、２４ａ、３４ａ 供給口
５、２５、３５ フィルタ
６、２６、３６ ヒータ
７、２７、３７ ネジ
８ おもり
９ 止めネジ
１０、４０、５０ 煙道壁
１１、４１、５１ 固定用フランジ
２２ａ ネジ部
２８ 分割おもりＡ
２９ 分割おもりＢ

Claims (3)

1. 煙道内を流れる排ガス中に含まれる目的成分を採取するために前記煙道内に挿入されるサンプリングパイプを有するサンプリングプローブにおいて、前記サンプリングパイプに付加するおもりを備えることを特徴とするサンプリングプローブ。
2. 前記おもりが前記サンプリングパイプの長さ方向の任意の位置に固定可能であることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングプローブ。
3. 前記おもりが前記サンプリングパイプの先端部に固定される任意個数の分割おもりによって構成されることを特徴とする請求項１に記載のサンプリングプローブ。

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