JPH0678846U - 連続ガスサンプリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 多量のダストを含む石炭ガスをガス分析計へ
導入するに当り石炭ガス中に含まれるダストを効率的に
除去するとともに、除去したダストを効率的に石炭ガス
発生源へ逆送できるようにした連続ガスサンプリング装
置を提供すること。 【構成】 石炭ガス化炉に先端部が挿入され炉内で生成
されるガスを採取するガス採取プローブ１とガス採取プ
ローブ１の後流側に設けられた逆洗ノズル付のボール充
てんフィルタ４を備えたガスサンプリング装置おいて、
ガス採取プローブ１の先端部に固着され炉内から採取す
るガスに混入する粗粒ダストを除去するフード１ａおよ
びフィルタ１ｂと、ボール充てんフィルタ４に付着した
ダストの逆洗除去時付着ダストおよび逆洗ガスを炉内へ
送るボール充てんフィルタ４の入口と炉内を連結するダ
スト戻しライン１５ａと、ダスト戻しライン１５ａに設
置された粒子戻し用ノズル１ｃとからなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、石炭ガス化炉において高温高圧の下で生成された石炭ガス等を連続 的に分析計へ導入しガス組成を分析するために使用される連続ガスサンプリング 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】 上記石炭ガス化炉の安全性を確保し、的確な運転制御を行うためには、石炭ガ ス中のガス組成を短時間に精度よく連続して分析することが、石炭ガス化プロセ スを確立するうえで重要な課題になっている。

【０００４】 しかし、上記石炭ガスにはＨ₂ ，ＣＯ，ＣＯ₂ ，炭化水素の他にタール、ダス ト及び水分を多量に含んでいるため、サンプリングした石炭ガスを直接分析計へ 導入することは分析計の特性上不可能であった。そこで、サンプリングを行った 石炭ガスを、サイクロンを通したり、水洗浄操作等を行って分析計へ導入するこ とが行われている。また本考案者が提案した高温高圧下で石炭ガスをサンプリン グしボール充てんフィルター、タール・ダスト捕集ホルダ、ガス冷却器に通し連 続的かつ迅速に石炭ガスの脱塵、脱水を行い分析計へ導入するようにした連続ガ スサンプリング装置（実願昭６３−１５８５２５号）。

【０００５】 さらには、高温高圧下で石炭ガスをサンプリングし、ボール充てんフィルタ、 水分除湿器（ガス冷却器）、精密フィルタ（焼結フィルタ）に導き石炭ガスの脱 塵、脱水を行い分析計へ導入するようにした連続ガスサンプリング装置（実願平 ３−３４９５４号）がある。

【０００６】 上記実願平３−３４９５４号の連続ガスサンプリング装置の具体的な一実施例 を図２に基づき説明する。

【０００７】 図においてＡは石炭ガス化炉、１はガス採取プローブ、２はフランジ、３ボー ルバルブ、４はボール充てんフィルタ、４ａはステンレス製金網、４ｂはアルミ ナボール、４ｃは目皿、４ｄ，１１ｃは差圧計、４ｅは圧力計、４ｇ，５ａ，８ ，９，１１ａ，１１ｂはストップバルブ、４ｉ，５ｂはＮ₂ パイプ、５ｃは逆洗 ノズル、６は保温部材、７は温度調節装置、１０は水分除湿器、１１は精密フィ ルタ、１２は圧力調節計、１３は流量調節計である。

【０００８】 以上の装置により石炭ガス化炉Ａ内の石炭ガスをガス採取プローブ１により高 温高圧下でサンプリングして、ボール充てんフィルタ４へ導入し同フィルタ４に 内蔵されたアルミナボール４ｂの間を通過させ石炭ガス中に含まれるダストをア ルミナボール４ｂの間に堆積させ除去する。またボール充てんフィルタ４を通過 した石炭ガスは水分除湿器１０へ導かれここで室温以下に急冷され石炭ガス中に 含まれる水分のみが排出される。さらに、水分除湿器１０を出た石炭ガスはその 内部に２μｍ程度の焼結フィルタを具えた精密フィルタ１１に導入されボール充 てんフィルタ４で脱塵できなかった超微粒子のダスト及びタールが除去される。 この様に、連続ガスサンプリング装置は石炭ガス化炉Ａ内からサンプリングした 石炭ガスを連続的かつ迅速に精製し分析計へ導入する。また石炭ガスを精製する 際に生じるダストを無人で効率よく連続サンプリング装置から石炭ガス化炉内に 逆送するようにしてダストの排出の手間を不要としている。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来の連続ガスサンプリング装置においては、その運用にあたってガス中 に多量のダストが含まれる場合数分間のガスサンプリングでボール充てんフィル ターはダストで一杯になりフィルタ機能が低下する。このためボール充てんフィ ルタのフィルタ機能を維持するためストップバルブ５ａを遠隔操作開放し、Ｎ₂ ガスを逆洗ノズル５ｃからボール充てんフィルタに吹込むことによりボール充て んフィルタのアルミナボールの間に堆積したダストを炉内にパージする逆洗操作 を頻繁に実施する必要が生じていた。

【００１０】 この逆洗操作の回数を低減する対策としてボール充てんフィルタ内のダスト捕 集容積を大きくすることも考えられるが、この場合（ｉ）ガスサンプリングの応 答性の遅れ（ii）装置製作費の増大（iii ）設置スペースの増大並びに設置場所 の限定（iv) 保守管理の手間の増大等のデメリットが生じボール充てんフィルタ の大型化は実用的でない。

【００１１】 本考案は、上記従来の連続ガスサンプリング装置の欠点を解消し、ガス中に多 量のダストを含むサンプリング対象のガスを高温高圧化でサンプリングし連続的 かつ迅速に精製するとともに、ガスサンプリングの応答遅れをできるだけ少くし た状態で分析計へ導入することができるようにした連続ガスサンプリング装置を 提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

このため、本考案の連続ガスサンプリング装置は、サンプリング対象物内にそ の先端部が挿入されサンプリングガスを採取するガス採取プローブと、ガス採取 プローブの後端に連結管を介し接続された逆洗ノズル付のボール充てんフィルタ を備えたガスサンプリング装置において、上記ガス採取プローブの先端部に固着 され採取ガスに混入する粗粒ダストを除去するフードおよびフィルタと、上記連 結管から分岐しボール充てんフィルタに付着したダストの逆洗除去時付着ダスト および逆洗ガスを前記サンプリング対象物内へ送るダスト戻しラインと、ダスト 戻しラインに設置された粒子戻し用ノズルとを設けたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】

上記手段により、サンプリング対象物内、例えば石炭ガス化炉内等からサンプ リングされる高温高圧ガスは、ガス採取プローブの先端部に取付けられたフード およびフィルタにより粗粒ダストが除去される。これらのフードおよびフィルタ で除去できなかった微粒ダストはボール充てんフィルタへ送られ、同フィルタ内 では上記ガス中に含まれるダストがフィルタ内に充てんされたアルミナボールに 衝突して同ボール間に堆積し、ダストが除かれたガスのみがボール充てんフィル タを通過する。

【００１４】 上記ボール充てんフィルタのアルミナボール間に多量のダストが堆積して機能 低下した場合には、逆洗ノズルによってフィルタ内を逆流させ、堆積したダスト はダスト戻しラインを経由して粒子戻し用ノズルにより石炭ガス化炉内等に逆送 され、ボール充てんフィルタのフィルタ機能を回復させる。

【００１５】 このようにして上記サンプリング対象物のガス、特にガス中に多量のダストを 含むガスをサンプリング対象とする場合においても高温高圧下でガス採取プロー ブの先端部に取付けたフードおよびフィルタで粗粒ダストを除去した状態でサン プリングし、ボール充てんフィルタに導入するようにしたので同フィルタにダス トが堆積して機能低下するまでの時間を長くでき連続的かつ迅速に精製しながら 分析計に導入することができる。また、ダスト戻しラインを新設しここに粒子戻 し用ノズルを設けたのでガスを精製する際に生じるダストを効率よくサンプリン グ装置からサンプリング対象物内に逆送することができ、ダストの廃棄の時間が 短縮できガスサンプリングの連続性が向上するととも廃棄の手間が不要となった 。

【００１６】

【実施例】

本考案の連続ガスサンプリング装置の一実施例を図１により説明する。

【００１７】 サンプリング対象物としての約８００℃、２８kg／cm² abs の高温高圧下にあ る石炭ガス化炉Ａ内で発生する石炭ガスを対象とした実施例を説明する。これら の石炭ガス化炉Ａ内に発生する石炭ガス中には約５〜１０μｍ粒径のダストが混 在する。図示のように石炭ガス化炉内に挿入されたガス採取プローブ１の先端部 にはガス中に含まれる粗粒子のプローブ１への侵入を防止する粒子ガード用のフ ード１ａ及び数μのフィルタ１ｂが設けられている。フィルタ１ｂは、高温耐食 性のステンレスの円筒型焼結フィルターが使用されている。ガス採取プローブ１ の後端にはフランジ２、ボールバルブ３、フランジ２を順次介して連結管１５の 一端が連結されており連結管１５の他端側がボール充てんフィルタ４に接続され ている。ボール充てんフィルタ４入口前の連結管１５にはガス導入ノズル４ｈ、 ニードルバルブ４ｇ及びＮ₂ パイプ４ｉを介して図示しないＮ₂ ボンベが接続さ れている。

【００１８】 一方ボール充てんフィルタ４に捕集された粒子の逆洗用としてフランジ２ａ、 ボールバルブ３ａ、フランジ２ａを順次介して一端が石炭ガス化炉Ａ内に挿入さ れ、他端が前記連結管１５に連通されたダスト戻しライン１５ａが設けられこの ダスト戻ライン１５ａに粒子戻し用ノズル１ｃが配設されている。

【００１９】 ボール充てんフィルタ４内には、上部にステンレス製金網４ａを設け、その下 部にアルミナボール４ｂ（例えば直径１mmのアルミナボール）を約１００mmの高 さに充てんし、更にその下にアルミナボール４ｂの保持用として目皿４ｃを配置 している。さらにボール充てんフィルタ４の側部には、アルミナボール４ｂ前後 の圧損測定用の差圧計４ｄと内部の圧力測定用の圧力計４ｅが設けられている。 ボール充てんフィルタ４の底部には逆洗（ガス導入）ノズル５ｃ、ストップバル ブ５ａ及びＮ₂ パイプ５ｂを介して図示しないＮ₂ ボンベに接続されている。

【００２０】 ガス採取プローブ１、ボールバルブ３、ボール充てんフィルタ４は保温部材６ によって覆われており、保温部材６にはヒータを有する温度調節装置７が接続さ れ一定温度に加熱されている。

【００２１】 ボール充てんフィルタ４の出口部にはストップバルブ８を介して順次分析計に 必要なガス量を通気するため、水分除湿器１０（電子式冷凍機）、ストップバル ブ１１ａ、精密フィルタ１１、ストップバルブ１１ｂ、圧力調節計１２、流量調 節計１３が接続されている。またストップバルブ８の出口部から分岐してガスサ ンプリングの応答性を早くするためのガス放出用のニードルバルブ９がつながれ る。

【００２２】 水分除湿器１０は充てんフィルタ４を通過した高温ガス（水分を含む）ガスを 室温以下に急冷し水分のみをドレンとして系外に定期的に排出するものである。 また、精密フィルタ１１には内部に２μｍの焼結フィルタが内蔵され、同精密フ ィルタ１１の前後の差圧を検出する差圧計１１ｃが接続されている。

【００２３】 以上の装置において、石炭ガスのサンプリングは次のようにして行う。

【００２４】 まずストップバルブ５ａとストップバルブ８、ボールバルブ３，３ａを閉じ、 Ｎ₂ パイプ４ｉのニードルバルブ４ｇを除々に開き、圧力計４ｅを見ながら窒素 ガスを供給し、サンプリング系の圧力を石炭ガス化炉Ａ内の圧力と一致させる。 次に温度調節装置７により保温材６を加温しガス採取プローブ１、ボールバルブ ３，３ａ、ボール充てんフィルタ４の温度を水分が凝縮しない温度まで上げると ともに水分除湿器１０を稼動させ、水分除湿器１０内の温度を０℃に調節する。 次にボールバルブ３、ストップバルブ８を全開にした後、ボール充てんフィルタ ４内の流速を０．０１〜０．０５ｍ／ｓとなるようにガス放出用ニードルバルブ ９を除々に開け図示しない排ガス処理装置（大気圧系）に通気する。一方、図示 しない分析計へ石炭ガスを供給する為にはストップバルブ１１ａ，１１ｂを全開 し、水分除湿器１０、精密フィルタ１１、圧力調節計１２、流量調節計１３の順 にガスを通気する。圧力調節計１２はガス分析計に供給可能な圧力０．５〜１kg ／cm² Ｇにコントロールさせ、流量調節計１３にて２〜１０リットル／min で安 定供給を行なう。このガス量は通常サンプリングガスの１／１０程度であり、残 りのガスは、放出用のニードルバルブ９より系外の排ガス処理装置に放出される 。

【００２５】 上記のように石炭ガスを装置内に通気すると、石炭ガス中に含まれるダストは 石炭ガス化炉Ａ内に挿入されたガス採取プローブ１の先端に固着されたフード及 びフィルタにより粗粒子ダストが取り除かれボール充てんフィルタ４に導入され る。

【００２６】 ボール充てんフィルタ４内に導入された石炭ガス中の残存するダストはアルミ ナボール４ｂと衝突を繰り返しながらアルミナボール４ｂ間に堆積し、ダストが 除かれたガスのみがボール充てんフィルタ４を通過する。

【００２７】 ボール充てんフィルタ４の機能低下は、アルミナボール４ｂ間にダストが緻密 に溜ることにより生じ、これはアルミナボール４ｂ前後の差圧計４ｄにより示さ れる差圧が急上昇することにより判断できる。

【００２８】 例えば直径６０mmの容器内に１００mmの高さにアルミナボール４ｂを充てんし た場合、ボール充てんフィルタ４の機能維持できる差圧の目安はおおよそ０．４ ５kg／cm² Ｇ程度であり、脱塵量は平均直径１μｍのダストの場合５６ｇ程度で ある。稼動時間は、ダスト濃度にも左右されるが、ダスト濃度１０ｇ／Nm³ の場 合おおよそ２０時間（連続）の処理は可能である。

【００２９】 また、機能低下したボール充てんフィルタ４は、ストップバルブ８及びボール バルブ３を全閉し、ストップバルブ５ａ及びボールバルブ３ａを開き、Ｎ₂ ボン ベから窒素ガスを逆洗ノズル５ｃよりフィルタ４内に０．２ｍ／ｓ以上の流速で ２分間逆流させ、捕集したダストをダスト戻しライン１５ａを通し同ライン１５ ａに設置した粒子戻し用ノズル１ｃにより石炭ガス化炉Ａ内に逆送することによ って、ダスト捕集以前の状態に機能を回復させることができる。なお、アルミナ ボール４ｂは金網４ａが設けられているため、窒素ガスの逆流によって石炭ガス 化炉Ａ内に送られることはない。

【００３０】 ボール充てんフィルタ４を通過した石炭ガスは、精密フィルタ１１に導入され 、そこでボール充てんフィルタ４で脱塵できなかった超微粒子のダスト及びター ルが除去される。精密フィルタ１１内に設けられた焼結フィルタの交換は、ダス ト及びタールの付着により生じ、差圧計１１ｃにより検出される圧損の大きさと 流量低下によって判定し、新品と交換することで、精密フィルタ１１の機能は維 持できる（ダスト及びタール濃度に影響されるが目安として１回／５日程度の交 換）。以上により、石炭ガスを高温高圧下でサンプリングし連続的かつ迅速に精 製を行い脱塵部及びサンプリング配管での応答遅れを最小限に押え、分析計にガ スを導入することができる。

【００３１】 また、石炭ガスを精製する際に生じるダストを無人で効率よくサンプリング装 置から石炭ガス化炉内に逆送することが可能となり、ダストの廃棄の手間が不要 となった。さらに水分は水分除湿器１０で室温以下にガスが冷却されるため、水 分除湿器以降の配管及びバルブ、精密フィルタ１１は高圧仕様のみで構成され安 全の確保は容易に行なえ、装置費用は大幅に削減できた。

【００３２】

【考案の効果】

以上に説明したように、本考案の連続ガスサンプリング装置によれば、サンプ リング対象物内にその先端部が挿入されサンプリングガスを採取するガス採取プ ローブと、ガス採取プローブの後端に連結管を介し接続された逆洗ノズル付のボ ール充てんフィルタを備えたガスサンプリング装置において、上記ガス採取プロ ーブの先端部に固着され採取ガスに混入する粗粒ダストを除去するフードおよび フィルタと、上記連結管から分岐しボール充てんフィルタに付着したダストの逆 洗除去時付着ダストおよび逆洗ガスを前記サンプリング対象物内へ送るダスト戻 しラインと、ダスト戻しラインに設置された粒子戻し用ノズルとを設けたことに より、多量の粒子を含むサンプリング対象のガスを高温高圧下でサンプリングし 連続的かつ迅速に精製し分析計までの応答遅れをできるだけ少なくした状態で分 析計に導入することができるとともにサンプリング対象物内においてガス中に含 まれる粗粒子ダストを除去しているのでボール充てんフィルタをはじめとするフ ィルタへの目詰り速度を遅くしフィルタの逆洗間隔を長く出来る効果が得られる 。

【００３３】 また、採集したガスを精製する際に生じるダストを効率よくサンプリング装置 からサンプリング対象物内に逆送することが可能となり、ダストの廃棄の時間が 短縮でき、前述のフィルタの逆洗間隔の長期化とあいまってサンプリングの連続 性が向上するとともにダスト廃棄操作の無人化が容易となる効果もある。

【提出日】平成５年５月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 サンプリング対象物としての約８００℃、２８kg／cm² abs の高温高圧下にあ る石炭ガス化炉Ａ内で発生する石炭ガスを対象とした実施例を説明する。これら の石炭ガス化炉Ａ内に発生する石炭ガス中には約 0.5〜１０μm 粒径のダストが 混在する。図示のように石炭ガス化炉内に挿入されたガス採取プローブ１の先端 部にはガス中に含まれる粗粒子のプローブ１への侵入を防止する粒子ガード用の フード１ａ及び数μのフィルタ１ｂが設けられている。フィルタ１ｂは、高温耐 食性のステンレスの円筒型焼結フィルターが使用されている。ガス採取プローブ １の後端にはフランジ２、ボールバルブ３、フランジ２を順次介して連結管１５ の一端が連結されており連結管１５の他端側がボール充てんフィルタ４に接続さ れている。ボール充てんフィルタ４入口前の連結管１５にはガス導入ノズル４ｈ 、ニードルバルブ４ｇ及びＮ₂ パイプ４ｉを介して図示しないＮ₂ ボンベが接続 されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の連続ガスサンプリング装置の一実施例
としての構成系統図である。

【図２】従来の連続ガスサンプリング装置の一実施例と
しての構成系統図を示す。

【符号の説明】

１ ガス採取プローブ １ａ フード １ｂ フィルタ １ｃ 粒子戻し用ノズル ２ フランジ ３ ボールバルブ ２ａ フランジ ３ａ ボールバルブ ４ ボール充てんフィルタ ４ａ ステンレス製金網 ４ｂ アルミナボール ４ｃ 目皿 ４ｄ 差圧計 ４ｅ 圧力計 ４ｈ ガス導入ノズル ４ｇ ニードルバルブ ４ｉ Ｎ₂ パイプ ５ａ ストップバルブ ５ｂ Ｎ₂ パイプ ５ｃ ガス導入ノズル ６ 保温材 ７ 温度調節装置 ８ ストップバルブ ９ ガス放出用ニードルバルブ １０ 水分除湿器 １１ 精密フィルタ １１ａ ストップバルブ １１ｂ ストップハルブ １１ｃ 差圧計 １２ 圧力調節計 １３ 流量調節計 １５ 連結管 １５ａ ダスト戻しライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 山川 敏博 長崎市深堀町５丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプリング対象物内にその先端部が挿
   入されサンプリングガスを採取するガス採取プローブ
   と、ガス採取プローブの後端に連結管を介し接続された
   逆洗ノズル付のボール充てんフィルタを備えたガスサン
   プリング装置において、上記ガス採取プローブの先端部
   に固着され採取ガスに混入する粗粒ダストを除去するフ
   ードおよびフィルタと、上記連結管から分岐しボール充
   てんフィルタに付着したダストの逆洗除去時付着ダスト
   および逆洗ガスを前記サンプリング対象物内へ送るダス
   ト戻しラインと、ダスト戻しラインに設置された粒子戻
   し用ノズルとを設けたことを特徴とする連続ガスサンプ
   リング装置。