JPH09218141A

JPH09218141A - ダスト含有高温高圧ガスからの微量成分ガスのサンプリング装置

Info

Publication number: JPH09218141A
Application number: JP2239896A
Authority: JP
Inventors: Naoharu Hayashida; 直治林田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ダストを含有する高温高圧ガス中の微量成分
を精度よく採取することのできるガスサンプリング装置
を提供しようとするものである。【解決手段】加圧流動床ボイラＡ内に差し込まれるガ
ス採取プローブノズル１の後端にはダストを捕集する円
筒ろ紙４ａを挿着したダスト捕集ホルダ４が接続されて
いる。ダスト捕集ホルダ４の後流をチューブ９によって
ドレンポット７とガス吸収瓶８を有する冷却槽１０へ接
続している。ダスト捕集ホルダ４でダストを除去された
ガス中の微量成分ガスを湿式吸収すると共に、ダスト捕
集ホルダ４等に付着凝縮した微量成分を吸収液で洗浄抽
出する。こうして分別した吸収液中の微量ガス成分を分
析して加圧流動床ボイラＡ内の微量成分ガス濃度を算出
することができる。

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，ＨＣｌ，Ｈ
Ｆ，Ｃｌ₂，Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｖ等のガスをサン
プリングするガスサンプリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二度のオイルショック以来、世界各国に
おいて石油代替エネルギ開発の一環として、石炭の再利
用が高まり、石油エネルギ転換技術として石炭焚流動床
燃焼炉及び加圧型石炭焚流動床燃焼炉（以下加圧流動床
ボイラと略する）噴流床石炭ガス化炉等の実用化研究が
盛んに行われている。

【０００３】この中で、加圧流動床ボイラは設備が小さ
く建設費が安くなること、炉内脱硫が可能なこと、ガス
タービンとの組合せによる発電効率の向上が見込まれる
ことの特徴から開発至近距離にあるものとして注目され
ている。

【０００４】上記のプロセスを確立するための１つとし
て、加圧流動床ボイラ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
料への影響を知る上で極めて重要なことである。

【０００５】しかし、高温高圧下で、ダストを多量に発
生する加圧流動床ボイラ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。

【０００６】従来の微量成分のサンプリング装置には、
日本工業規格で定められている重油、ガス、石炭焚きボ
イラ等の排ガスサンプリング装置を応用して、微量成分
の吸収液を入れたガラス製のガス吸収瓶に、石炭ガスを
通じてダストと微量成分を同時に捕集するものがある。

【０００７】また、ガス吸収瓶の前にダストを分離する
ためのシリカウール等を充填したフィルタ装置を設ける
ものや、さらに、炉内にフィルタ等を設けてダストを分
離した後、微量成分を捕集するものがあった。

【０００８】また、本発明者は、高温高圧下でガスのサ
ンプリングを行ないフィルタによるダストを除去後、微
量成分を含んだガスを大気圧に降圧し、四ふっ化エチレ
ン樹脂製の収納瓶にて微量成分を湿式吸収させる方法を
提案した（実開平０４−００４２５８号）。上記実開平
０４−００４２５８号の石炭ガス化ガス等のサンプリン
グ装置を図４に基づき説明する。

【０００９】図４において、Ａは加圧流動床ボイラ、１
はフィルタ内蔵のガス採取プローブ、２はフランジ、３
はボールバルブ、１ｄは均圧筒、１ｅはフランジ、１ｆ
はグランドボックスフランジ、１ｋは昇圧用Ｎ₂ガス供
給ライン、１ｉはシール用Ｎ ₂ガス供給ライン、６は減
圧バルブ、７はドレンポット、８はガス吸収瓶、９はチ
ューブ、１０は冷却槽、１１はガスメータである。

【００１０】以上の構成のガスサンプリング装置により
加圧流動床ボイラＡ内で発生するダスト及び微量成分を
含んだ燃焼ガスを採取するため、フィルタ内蔵のガス採
取プローブノズル１をボールバルブ３を介して適宜の駆
動装置により高温高圧下で炉内の所定位置まで挿入す
る。

【００１１】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１先端のフィ
ルタ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。

【００１２】次いで、微量成分ガスが付着凝縮しない温
度にガス冷却管を保持し、該ガス冷却管を通過したガス
はプローブノズル１の出口に設けた減圧バルブ６で圧力
を低下させ、ガス吸収瓶８に送る。ガス吸収瓶８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。

【００１３】サンプリング終了後、プローブノズル１を
炉内からボールバルブ３の手前まで引き抜き、ボールバ
ルブ３を閉じる。そして、プローブノズル１を室温まで
冷却し、ダストを除いたフィルタ及びガス冷却管内壁、
減圧バルブ６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。

【００１４】以上のように、ダストを多量に含んだ微量
成分ガスを精度よ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１のトラバースを行うことに
より、炉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。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】種々のプラントに於け
る微量成分の挙動調査を行った結果、微量成分の殆んど
は粉体（ダスト）に吸着され、ガス及びヒューム中には
極微量存在するにすぎないことが判明した。以上のこと
から微量成分計測はガス中、ヒューム中、ダスト中の計
測を正確に計測できる方法のニーズが高まった。

【００１６】しかしサンプリング装置により上記のニー
ズを満足するためには、ダスト濃度とガス吸引量を正確
に計測することが必要であるが、従来のサンプリング装
置には次のような問題点があった。すなわち、フィルタ
内蔵のガス採取プローブはダスト除去が目的でダスト濃
度（ダスト捕集）を正確に計測する構造を有していなか
った。

【００１７】また、そのフィルタは高温高圧仕様として
セラミックス及びステンレス製が用いられている為、微
粒子のダストにより目詰りが頻繁に生じている。その目
詰りの対策として、フィルタの逆洗を定期的に実施して
いるため、正確なダスト量が把握できない。更に、セラ
ミックス、ステンレス製フィルタは微量成分（Ｎａ，
Ｋ，等）のバックグランドが高い。

【００１８】また、ダスト濃度計測についてはＪＩＳ法
で等速吸引が規定されているが、従来の装置のガス採取
プローブ径では等速吸引対応の構造を有していない。そ
の上、ダスト捕集量が少ないため正確なダスト濃度が把
握できず、ダスト中の微量成分の測定誤差が生じる。

【００１９】本発明は、上記の欠点を解消し、ダストを
含有する高温高圧ガス中の微量成分を精度よく採取する
ことのできるガスサンプリング装置を提供しようとする
ものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、石炭ガス化ガ
ス等のダスト含有高温高圧ガスに含有される微量成分ガ
スのサンプリング装置として、次の構造の装置を採用す
る。

【００２１】すなわち、ガス採取プローブノズル内に温
度制御手段を備えたガス冷却管を内蔵し、該ガス採取プ
ローブノズルの外側に均圧筒を配置する。その均圧筒の
先端にはサンプリング座等に固定するためのフランジ
を、後端にはグランドボックスフランジを取り付け、該
グランドボックスフランジ内にはガス採取プローブノズ
ルを摺動可能に保持し、該均圧筒には昇圧用不活性ガス
供給管を接続する。

【００２２】更に、ガス採取プローブノズルの挿入若し
くは引き出しのための駆動装置を付設し、ガス採取プロ
ーブノズル後端にはダストを捕集するための円筒ろ紙を
挿着したダスト捕集ホルダを備え、該ダスト捕集ホルダ
の後流をチューブにより減圧バルブ、ドレンポット、ガ
ス吸収瓶、ガスメータの順に接続する。

【００２３】なお、プローブの先端は、等速吸引対応と
してノズル径の交換ができる構造としておくのが好まし
い。また、ダスト捕集ホルダに挿着する円筒ろ紙として
は四ふっ化エチレン樹脂製のものを用いるのが好まし
い。

【００２４】以上の構成をもつ本発明のガスサンプリン
グ装置を用いて、例えば、加圧流動床ボイラの高温高圧
下で生成されたガスから微量成分ガスをサンプリングす
るためには、サンプリング座のボールバルブ等に対し、
プローブノズルの外側に設けた均圧筒の固定フランジを
固定し、均圧筒に窒素ガス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
プローブノズルを炉内の所定位置まで挿入する。

【００２５】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から採取され
る。プローブノズル内で微量成分ガスが付着凝縮しない
温度に保持されたガス冷却管を通過したガスはプローブ
ノズルの出口に設けたダスト捕集ホルダに通気される。

【００２６】ダスト捕集ホルダ内には、四ふっ化エチレ
ン樹脂製などの円筒ろ紙を挿着してあると共に、微量成
分及びガス中の水分が凝縮しない温度に保持してある。
ダスト捕集ホルダを出たガスは減圧バルブで圧力を低下
され、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しながら湿式吸収
を行う。

【００２７】サンプリング終了後、プローブノズルを炉
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、プローブノズルを室温まで冷却し、
ダスト捕集ホルダ及びガス冷却管内壁、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
とダスト中の微量成分洗浄抽出液を分析した合計値とな
る。

【００２８】以上のように、ダストを多量に含んだ微量
成分ガスを精度よくサンプリングすることが可能とな
り、また、プローブノズルのトラバースを行うことによ
り、炉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。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による微量成分ガス
のサンプリング装置について図１〜図３に示した実施の
形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の
形態において、図４に示した従来の装置と同じ構成の部
分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。

【００３０】図１に示した微量成分ガスのサンプリング
装置を構成しているガス採取プローブノズル１の内側に
は、図２に詳細に示すようにステンレス製ガス冷却管１
ａが配置されている。そのステンレス製ガス冷却管１ａ
の外周には加熱用ヒータ１ｂ及び熱電対１ｃを配置して
ある。

【００３１】ガス採取プローブノズル１の外側には均圧
筒１ｄが配置され、その先端にはサンプリング座のボー
ルバルブ３等に固定するためのフランジ１ｅを、その後
端にはガス採取プローブノズル１ａを摺動可能に保持す
るためのグランドボックスフランジ１ｆを、それぞれ取
り付けてある。

【００３２】そして、グランドボックスフランジ１ｆの
摺動面には、カーボン製のグランドパッキン１ｇを装着
し、押えフランジ１ｈで固定している。このグランドパ
ッキン１ｇには供給ライン１ｉに接続された噴霧ノズル
１ｊよりシール用窒素ガスが供給され、グランド面から
のガスリークの防止に役立てる。

【００３３】また、均圧筒１ｄの側壁には、窒素ガスを
供給するライン１ｋを接続し、均圧筒１ｄ内を昇圧して
炉内と同じ圧力にするのに使用される。一方、ガス採取
プローブノズル１の後方には図１のように円筒ろ紙４ａ
を挿着したダスト捕集ホルダ４が連通されている。

【００３４】ダスト捕集ホルダ４は加熱ヒータ４ｂで加
温し、その後方には減圧バルブ６を介して四ふっ化エチ
レン系樹脂製チューブ９により、冷却槽１０内に納めた
ドレンポット７及び異なる吸収液を収容した複数のガス
吸収瓶８、並びに、ガスメータ１１に接続されている。

【００３５】次に図１により、以上説明したガス採取プ
ローブノズル１を加圧流動床ボイラＡのサンプリング座
としてのフランジ２に接続してガス吸収を行う手順を説
明する。予め、ガス採取プローブノズル１、ダスト捕集
ホルダ４、ドレンポット７、ガス吸収瓶８及びチューブ
９をＩＮのＨＮＯ₃溶液で１昼夜以上洗浄して微量成分
を除去した後、ガス吸収瓶８に、硝酸、硼酸、カセイソ
ーダ等を収容する。

【００３６】サンプリング座のフランジ２には閉じた状
態の２つのボールバルブ３が取り付けられており、ボー
ルバルブ３の後端のフランジに均圧筒１ｄ先端の固定用
フランジ１ｅを固定する。その後、昇圧用Ｎ₂ガス供給
ライン１ｋから、均圧筒１ｄ内に窒素ガスを供給して加
圧流動床ボイラＡの内圧と同じ圧力に調節する。

【００３７】そして、グランドボックスフランジ１ｆの
シール用Ｎ₂ガス供給ライン１ｉからも窒素ガスを供給
してシールを形成し、各接続箇所のガス気密試験を行
う。一方、ダスト捕集ホルダ４には円筒ろ紙４ａを挿着
して昇圧用Ｎ₂ガス供給ノズル５から窒素ガスを通気し
シール形成とガス採取プローブノズル１と同圧に保持す
る。その間にガス採取プローブノズル１及びダスト捕集
ホルダ４に接続した減圧バルブ６は閉じておく。

【００３８】その後、ボールバルブ３を全開し、ガス採
取プローブノズル１のまわりに設けた電動モータとギア
との組み合せでガス採取プローブノズル１を駆動し、そ
の先端を加圧流動床ボイラＡ内に位置させる。そして、
ガス採取プローブノズル１内のガス冷却管１ａを加熱し
て、微量成分ガスが捕集ダストやガス冷却管内壁に付着
凝縮することを極力防止する。

【００３９】ガス冷却管１ａは、減圧バルブ６の耐熱許
容範囲内で湿式吸収に適した温度（例えば、２００℃以
下）までサンプリングガスを冷却するように、加熱用ヒ
ータ１ｂ及び熱電対１ｃを共働させてガス冷却管の温度
制御を行う。

【００４０】温度制御回路は、図３に示す構成を有して
おり、希望する温度を設定する温度設定器の温度と、ガ
ス冷却管１ａの外周に設けた熱電対１ｃの計測温度とを
比較器で比較し、熱電対１ｃの計測温度が低いときには
電力演算器を介して、加熱用ヒータ１ｂを作動させる。
ダスト捕集ホルダ４を前記と同様に捕集ダスト及び水分
を凝縮させない温度に加熱ヒータ４ｂで加温する。

【００４１】一方、図１中、破線で囲んで示してある部
分を約１５０℃程度にリボンヒータで保温し、チューブ
９のガス閉塞を防止する。

【００４２】次いで、減圧バルブ６を徐々に開けてガス
流量４〜４０リットル／min でガス吸収を行う。ガスサンプ
リングを終了した後、減圧バルブ６を全開し、ガス採取
プローブノズル１を加圧流動床ボイラＡ内及びボールバ
ルブ３から引き抜いてから、ボールバルブ３を閉じる。
そして、ガス採取プローブノズル１内のヒータ１ｂの電
源を切って冷却する。

【００４３】その後、ガス採取プローブノズル１内のガ
ス冷却管１ａ及びダスト捕集ホルダ４、ダスト捕集ホル
ダ４〜減圧バルブ６間のチューブ内に付着凝縮した微量
成分を吸収液で洗浄抽出する。そして、上記の洗浄抽出
液と湿式吸収した微量成分の吸収液を分析して濃度を算
出する。以上の操作によって加圧流動床ボイラＡ内のガ
ス中の微量成分を正確に分別して計測することができ
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明による微量成分ガスのサンプリン
グ装置では、ガス採取プローブノズル後端にダストを捕
集するための円筒ろ紙を挿着したダスト捕集ホルダを備
え、そのダスト捕集後のガスをチューブにより減圧バル
ブ、ドレンポット、ガス吸収瓶、ガスメータの順に導い
て、湿式吸収を行うと共に、ダスト捕集ホルダ等に付着
凝縮した微量成分を吸収液で洗浄抽出する。

【００４５】従って、本発明のサンプリング装置によれ
ばＪＩＳ法で定められた等速吸引法によるダスト捕集を
高温高圧下で正確に行うことができると共にダストによ
るサンプリング装置の閉塞を未然に防止できる。

【００４６】以上のことから、ダスト含有高温高圧ガス
から微量成分として分別されるガス中、ヒューム中、ダ
スト中の微量成分を正確に採取し計測することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による微量成分ガスサン
プリング装置の構成を示す機器構成図。

【図２】図１の装置におけるガス採取プローブノズルの
構成を示す断面図。

【図３】図２における加熱用ヒータ１ｂの温度制御回路
を示すブロック図。

【図４】従来の微量成分ガスサンプリング装置の構成を
示す機器構成図。

【符号の説明】

Ａ加圧流動床ボイラ１ガス採取プローブノズル１ａステンレス製ガス冷却管１ｂ加熱用ヒータ１ｃ熱電対１ｄ均圧筒１ｅサンプリング座固定用フランジ１ｆグランドボックスフランジ１ｇグランドパッキン１ｈグランドパッキン押えフランジ１ｉシール用Ｎ₂ガス供給ライン１ｇ噴射ノズル１ｋＮ₂ガス供給ライン２フランジ３ボールバルブ４ダスト捕集ホルダ４ａ円筒ろ紙４ｂ加熱ヒータ５昇圧用Ｎ₂ガス供給ノズル６減圧バルブ７ドレンポット８ガス吸収瓶１０冷却槽１１ガスメータ

Claims

【特許請求の範囲】

【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、ガス採取プローブ
ノズル内に温度制御手段を備えたガス冷却管を内蔵し、
該ガス採取プローブノズルの外側に均圧筒を配置し、該
均圧筒の先端にサンプリング座等に固定するためのフラ
ンジを、後端にグランドボックスフランジを取り付け、
該グランドボックスフランジ内に前記ガス採取プローブ
ノズルを摺動可能に保持し、該均圧筒には昇圧用不活性
ガス供給管を接続し、該ガス採取プローブノズルの挿入
若しくは引き出しのための駆動装置を付設し、該ガス採
取プローブノズル後端にはダストを捕集するための円筒
ろ紙を挿着したダスト捕集ホルダを備え、該ダスト捕集
ホルダの後流をチューブにより減圧バルブ、ドレンポッ
ト、ガス吸収瓶、ガスメータの順に接続したことを特徴
とするダスト含有高温高圧ガスからの微量成分ガスのサ
ンプリング装置。