JP6857388B2

JP6857388B2 - 水銀測定装置

Info

Publication number: JP6857388B2
Application number: JP2017014567A
Authority: JP
Inventors: 幸次谷田; 朋亮渡辺
Original assignee: Nippon Instruments Corp
Current assignee: Nippon Instruments Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: JP2018124089A

Description

本発明は、水銀測定装置に関する。

従来、廃棄物焼却炉、セメント製造設備などのプラントにおける排ガス中の水銀濃度を連続的に測定する水銀測定装置があるが、発生直後の排ガスは測定の障害となる高濃度の煤塵を含むため、プラントが煙突前に備えるバグフィルターや電気集塵機を通った後の排ガスを、排ガスの流れ方向に直交する方向に向けられた開口から導入して、プローブユニットで前処理を行い、前処理された排ガス中の水銀濃度を連続測定している（特許文献１参照）。

上述のようなプラントにおける排ガス中の水銀濃度は短時間に大きく変動するので、最終的に煙突から放出される排ガス中の水銀濃度をより厳格に管理するためには、例えば、発生直後の排ガス中の水銀濃度を早い応答性で検知し、連動した水銀除去制御を行うことができれば、水銀除去のための薬剤節約の観点から経済的にも望ましい。

特許第４８６８３５６号公報

しかし、バグフィルターや電気集塵機を通った後の排ガスの導入を前提として、排ガスの流れ方向に直交する方向に向けられた開口から排ガスを導入する従来の水銀測定装置で、発生直後の排ガスを導入して水銀濃度を測定すると、想定をはるかに上回る高濃度の煤塵を導入してしまうために、短期間に、プローブユニットにおいてダストフィルターが詰まったり、分解充填剤（乾式触媒）の前処理機能（還元機能）が失われたりする不具合が起こり、正確な測定ができなくなる。

そこで、本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、廃棄物焼却炉などにおける発生直後の排ガスを試料ガスとして導入しても、長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる水銀測定装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、煙道内を流れる試料ガス中の水銀濃度を連続測定する水銀測定装置であって、前記煙道内に挿入されて少なくとも先端側の部分が試料ガスの流れ方向に平行に延び、先端の導入口を試料ガスの流れ方向下流側に向けられた導入管、および、前記導入口に設けられたダストフィルターを有する試料ガス導入部と、乾式触媒を有して前記試料ガス導入部からの試料ガスに前処理を行ってサンプリングガスとするプローブユニットと、前記プローブユニットからのサンプリングガスを所定の流量で吸引して水銀濃度を連続測定する検出部とを備える。

本発明の水銀測定装置によれば、試料ガス導入部の導入管が煙道内に挿入されて少なくとも先端側の部分が試料ガスの流れ方向に平行に延び、先端の導入口が試料ガスの流れ方向下流側に向けられており、しかも、導入口にはダストフィルターが設けられているので、廃棄物焼却炉などにおける発生直後の排ガスを試料ガスとして導入しても、試料ガスに含まれる煤塵の当該装置への流入量を十分に低減でき、長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる。

本発明の水銀測定装置においては、希釈ガスを所定の流量で発生する希釈ガス発生部と、前記希釈ガス発生部からの希釈ガスを前記ダストフィルターと前記乾式触媒との間の試料ガスの流路に導入する希釈ガス流路とを備えることが好ましい。この場合には、乾式触媒の前で試料ガスが希釈されるので、ダストフィルターを通過した煤塵の乾式触媒以降への流入量を低減できるとともに、試料ガスに含まれるＨＣｌ、ＳＯｘなどの干渉ガスによる乾式触媒への悪影響も低減でき、さらに長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる。

本発明の水銀測定装置においては、前記希釈ガス発生部および希釈ガス流路を備えた上に、校正ガスを所定の流量で発生する校正ガス発生部と、前記校正ガス発生部からの校正ガスを前記希釈ガス流路に導入する校正ガス流路とを備えることがさらに好ましい。この場合には、校正ガスがダストフィルターと乾式触媒との間に導入されるので、連続使用による乾式触媒の機能低下分も含めて当該装置の感度を校正できるとともに、校正と同時に、校正ガスの煙道側への逆流により、ダストフィルターに付着した煤塵を内側から吹き飛ばすことができ、よりいっそう長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる。

本発明の一実施形態の水銀測定装置の模式図である。連続測定による装置感度の低下について行った実験結果における比較例１である。同実験結果における比較例２である。同実験結果における実施例１である。同実験結果における実施例２である。

以下、本発明の一実施形態である水銀測定装置について図面にしたがって説明する。図１に示すように、この装置は、例えば焼却炉とバグフィルターの間の煙道１内を流れる排ガスを試料ガスとし、その試料ガス中の水銀濃度を連続測定する水銀測定装置であって、煙道１内に挿入されて少なくとも先端側の部分が試料ガスの流れ方向Ｓに平行に延び、先端の導入口３ａを試料ガスの流れ方向Ｓ下流側に向けられた導入管３、および、導入口３ａに設けられたダストフィルター４を有する試料ガス導入部５と、乾式触媒６を有して試料ガス導入部５からの試料ガスに前処理を行ってサンプリングガスとするプローブユニット８と、プローブユニット８からのサンプリングガスを所定の流量で吸引して水銀濃度を連続測定する検出部９とを備える。

導入管３は、例えば耐食性のコーティングを施したステンレス鋼製の円管で、煙道１の側壁を貫通して挿入されており、先端側の部分が試料ガスの流れ方向Ｓに平行に延び、先端の導入口３ａが試料ガスの流れ方向Ｓ下流側に向くように、Ｌ字型に形成されている。導入管３としては、耐食性を有していればチタン鋼製などのものも好適に用いられる。また、導入管３の内管として、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂またはガラスからなるチューブを用いることができる。ダストフィルター４は、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂またはガラスからなる耐熱性の織布を用いて構成され、少なくとも２００℃の耐熱性を有している。乾式触媒６は、ヒーター７で加熱され、前処理として、試料ガスに含まれて水銀測定の障害となるＨＣｌ、ＳＯｘなどの干渉ガスの除去、および、水銀イオンの還元を行う。検出部９は、原子吸光法または原子蛍光法により水銀濃度を連続測定する。

本実施形態の装置によれば、試料ガス導入部５の導入管３が煙道１内に挿入されて少なくとも先端側の部分が試料ガスの流れ方向Ｓに平行に延び、先端の導入口３ａが試料ガスの流れ方向Ｓ下流側に向けられており、しかも、導入口３ａにはダストフィルター４が設けられているので、廃棄物焼却炉などにおける発生直後の排ガスを試料ガスとして導入しても、試料ガスに含まれる煤塵の当該装置への流入量を十分に低減でき、例えば３か月の長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる。

また、本実施形態の装置は、希釈ガスを所定の流量で発生する希釈ガス発生部１０と、希釈ガス発生部１０からの希釈ガスをダストフィルター４と乾式触媒６との間の試料ガスの流路に導入する希釈ガス流路１１とを備える。より具体的には、希釈ガス発生部１０は、検出部９に組み込まれており、フィルターを介して検出部９内の空気をポンプで吸引し、マスフローコントローラーを介して、後述するサンプリングガスの吸引流量よりも低い好適な０．１〜５Ｌ（リットル）／ｍｉｎの流量、例えば１．９Ｌ／ｍｉｎの流量で希釈ガスとして吐出し、吐出された希釈ガスは、希釈ガス流路１１を流れて、プローブユニット８内で、導入管３の基端部（乾式触媒側）に流入する。

一方、検出部９もポンプとマスフローコントローラーを有しており、サンプリングガス流路１４を介してプローブユニット８からのサンプリングガスを好適な０．２〜７Ｌ／ｍｉｎの流量、例えば２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で吸引すると、試料ガス導入部５で導入した試料ガスは、２．０／（２．０−１．９）倍、すなわち２０倍に希釈されてサンプリングガスとなる。検出部９は、測定したサンプリングガスの濃度に希釈倍率の２０を乗じて、求めるべき試料ガスの濃度とする。このように、乾式触媒６の前で試料ガスが希釈されるので、ダストフィルター４を通過した煤塵の乾式触媒６以降への流入量を低減できるとともに、試料ガスに含まれるＨＣｌ、ＳＯｘなどの干渉ガスに起因する乾式触媒６の機能低下も抑制され、さらに長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる。

さらにまた、本実施形態の装置は、校正ガスを所定の流量で発生する校正ガス発生部１２と、校正ガス発生部１２からの校正ガスを希釈ガス流路１１に導入する校正ガス流路１３とを備える。より具体的には、例えば１日１回の校正作業の際に、希釈ガス発生部１０が停止され、校正ガス発生部１２は、所定の基準となる濃度で水銀を含んだ空気を校正ガスとして、好適な１〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量、例えば７Ｌ／ｍｉｎの流量で吐出し、吐出された校正ガスは、校正ガス流路１３および希釈ガス流路１１を流れて、プローブユニット８内で、導入管３の基端部（乾式触媒側）に流入する。そうすると、校正ガスは、サンプリングガスとして２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で検出部９に吸引され、水銀濃度が測定されるので、その測定値が前記所定の基準となる濃度になるように、検出部９の感度が校正される。一方、検出部９に吸引されない残りの校正ガスは、５Ｌ／ｍｉｎの流量で煙道１側へ逆流する。

このように、校正ガスがダストフィルター４と乾式触媒６との間に導入されるので、連続使用による乾式触媒６の機能低下分も含めて当該装置の感度を校正できるとともに、校正と同時に、校正ガスの煙道１側への逆流により、ダストフィルター４に付着した煤塵を内側から吹き飛ばすことができ、よりいっそう長期間にわたって正確に水銀濃度を連続測定できる。

次に、連続測定による装置感度の低下について行った実験結果を図２〜図５に示す。実験に用いた排ガスは、ＳＯｘ濃度が３０〜３００ｐｐｍ、ＮＯｘ濃度が３０〜１００ｐｐｍ、ＨＣｌ濃度が１００〜１０００ｐｐｍ、ダスト量が３〜２０ｇ／ｍ^３、水分量が１５〜４０％、温度が１５０〜２００℃である。

図２は、導入管が試料ガスの流れ方向と直交して延び、先端の導入口にダストフィルターが設けられていない、従来の水銀測定装置における実験結果（以下、比較例１と呼ぶ）であり、図３は、導入管の先端側の部分が試料ガスの流れ方向に平行に延び、先端の導入口が試料ガスの流れ方向下流側に向けられ、導入口にダストフィルターが設けられていない、本発明の一部の構成のみを適用した水銀測定装置における実験結果（以下、比較例２と呼ぶ）であり、図４は、上述した本発明の実施形態である水銀測定装置において、校正ガスの逆流によるダストフィルターの洗浄を行わなかった場合の実験結果（以下、実施例１と呼ぶ）であり、図５は、同実施形態の水銀測定装置において、校正ガスの逆流によるダストフィルターの洗浄を行った場合の実験結果（以下、実施例２と呼ぶ）である。なお、図２〜図５において、縦軸、横軸の縮尺は異なっている。

装置感度が５０％以下になるまでの経過日数を見ると、図２の比較例１は３日、図３の比較例２は２０日、図４の実施例１は３５日、図５の実施例２は１００日であり、本発明による効果が明らかである。

１煙道
３導入管
３ａ導入口
４ダストフィルター
５試料ガス導入部
６乾式触媒
８プローブユニット
９検出部
１０希釈ガス発生部
１１希釈ガス流路
１２校正ガス発生部
１３校正ガス流路
Ｓ試料ガスの流れ方向

Claims

煙道内を流れる試料ガス中の水銀濃度を連続測定する水銀測定装置であって、
前記煙道内に挿入されて少なくとも先端側の部分が試料ガスの流れ方向に平行に延び、先端の導入口を試料ガスの流れ方向下流側に向けられた導入管、および、前記導入口に設けられたダストフィルターを有する試料ガス導入部と、
乾式触媒を有して前記試料ガス導入部からの試料ガスに前処理を行ってサンプリングガスとするプローブユニットと、
ポンプおよびマスフローコントローラーを有し、前記プローブユニットからのサンプリングガスを所定の流量で吸引して水銀濃度を連続測定する検出部と、
ポンプおよびマスフローコントローラーを有し、希釈ガスを所定の流量で発生する希釈ガス発生部と、
前記希釈ガス発生部からの希釈ガスを前記ダストフィルターと前記乾式触媒との間の試料ガスの流路に導入する希釈ガス流路と、
所定の基準となる濃度で水銀を含んだ空気である校正ガスを所定の流量で発生する校正ガス発生部と、
前記校正ガス発生部からの校正ガスを前記希釈ガス流路に導入する校正ガス流路とを備え、
前記検出部が、前記希釈ガス発生部からの希釈ガスにより前記乾式触媒の前で希釈される試料ガスについて、測定したサンプリングガスの濃度に希釈倍率を乗じて、求めるべき試料ガスの濃度とし、
前記希釈ガス発生部が停止される校正作業の際に、前記検出部に吸引された校正ガスにより、連続使用による前記乾式触媒の機能低下分も含めて当該水銀測定装置の感度が校正されると同時に、前記煙道側へ逆流した校正ガスにより、前記ダストフィルターに付着した煤塵が内側から吹き飛ばされる水銀測定装置。