JPS5881431A - 固気混相流体の希釈方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラ、焼却炉、セメント製造装置等固気混相
流体を取扱うプラントの固気混相流体中の粗粒チを除去
した後の比較的微細な固体粒子の濃度・粒径分布を計測
するための固気混相流体の希釈方法及び装置に関するも
のである。

上記のような固気混相流体中における固体粒子の計測は
環境保持、研究改善、装置性能把握及び連続状態、監視
等の観点から正確な濃度及び粒径分布の実体把握を行う
必要がある。

高精度の濃度及び粒径分布の計測を期するには、固体粒
子の状態変化（濃度及び粒径分布の変化）をさせること
なく固気混相流体本流から計測器まで固気混相流体を導
入することが必要である。

しかしながら１粒子本来の特性として「ブラウン拡散」
「衝突」があり、また「粒子が帯電している場合には静
電気」などの原因により粒子間の凝縮及び導入管内壁へ
の沈着現象が生じこれらの現象により計測精度が著るし
く低下する。

特に上記現象は一般に固体粒子濃度が高くなる程、また
粒子が微粒化する程顕著となる傾向にあり２例えば石炭
焚きボイラ排ガス（濃度ｘＯｆ／ｍ”）のような高濃度
の場合や、＊境計測の目的で大気浮遊粒子と呼ばれるよ
うな微粒子を対象とする場合には特に対策が必要である
。

一方、固気混相流体中の固体粒子を計測する計測器の一
般的特性として。

゛（１）　　通常前記のような高濃度下では計測精度が
著るしく低下する。

（１１）　　計測可能なサンプリングガス温度が大気温
度に近似していることが多く、サンプリングガス温度を
低下させる必要がある。

（ｉｉｉｌ　　サンシリングガス中に水分、三酸化硫黄
（ＳＯｓ）ガスが含有されている場合、ガス温度をその
まま低下すると計測対象の固体粒子が凝集し粒径分布及
び濃度に変化を生ずる等の問題がある。

そこで本発明は前記の問題点を解消し計測対象の固体粒
子が高濃度かつ微粒子の場合でも高精度にその粒径分布
及び濃度の計測が可能となる固気混相流体の希釈方法を
提供するものであって、濃密な固気混相流体の一部をサ
ンプリングし、低温の不活性・低湿かつ無じんな希釈ガ
スを混合することによってこれらの流体を計測可能な濃
度及び温度まで低下せしめて前記固気混相流体中の微細
な固体粒子の濃度及び粒径分布を計測するに当り、前記
混相流体に希釈ガスを混入させたとき混合ガスの濃度及
び温度が計測器の計測範囲内に入り、該混合ガス中に含
有される凝縮成分の濃度がその温度における飽和濃度未
満となり、かつ微細な固体粒子の個数濃度が該粒子の凝
集沈着による減少によって計測精度に与えない程度に希
釈ガスによって希釈するようにしたものである。

また、この方法を具現化するものとして本発明は両端部
と胴部とを外壁で囲まれた管状の混合室と、該混合室の
一方の端部中心位置に開口する固気混相流体の入口ノズ
ルと、希釈ガス供給管に接続され前記入口ノズルを取り
囲むようにして一方の端部に配置された多数の細孔また
は環状噴孔を備えてなる希釈ガス吹出口と、前・　記混
合室の他方の端部近傍の胴部を貫通して蚊混合室の中心
部まで挿入されその先端に前記入６ノズルに対向する開
口を設けてなり他端部を計測器に接続された計測用配管
と前記混合室の他方の端部あるいは近傍の胴部に開口す
る排出口とを備えて氷る装置を提供する。

すなわち本発明は、固気混相流体本流から計測の目的で
採取された固気混相流体を清浄かつ脱湿された不活性ガ
ス（以下単に希釈ガスと称す）により、先に列記した問
題点が生じない所定の固体粒子濃度、計測温度、凝縮成
分濃度以下となる迄所定の固気混相流体の滞留時間、容
量を有する希釈容器内で希釈するものであるから該希釈
容器から固体粒子濃度・温度・凝縮成分濃度の調整され
た希釈後の固気混相流体の一部若しくは全部は固体粒子
計測器にて計測することが可能となる。

まず、第１図に於いて本発明の方法の希釈の原理を説明
する。

ｌはダクト内を流れる固気混相流体本流、２は前記固気
混相流体１を次に説明する希釈容器３に導入する配管、
３は配管２により送り込まれる固気混相流体１を希釈ガ
スにより所定の濃度まで固体粒子の粒径分布及び濃度の
状態変化を起こすことなく希釈する希釈容器、４は清浄
かつ脱湿された不活性な希釈ガスを希釈容器３に供給す
る配管、５は希釈容器３内の希釈後の固気混相流体を次
て説明する固体粒子計測器６に供給する配管、６は固気
混相流体中の固体粒子の粒径分布及び濃度を計測する固
体粒子計測器（以下単に計測器と称す）、７は希釈容器
３から配管ζ及び５を介して計測器６に固気混相流体を
吸引するだめの吸引ポンプ、８は希釈容器３内の計測器
６に供給する固気混相流体を除いた残りの希釈後の固気
混相流体を系外へ排出、若しくは他の固体粒子計測器等
の処理装置へ供給する配管である。

固気混相流体本流１は配管２”を介し１本発明による希
釈容器３に導入される。この希釈容器３では先に述べた
粒子自体の特性及び計測器の本発明において用いる希釈
容器を第２図および第３図に示す一実施例について説明
する。

９は希釈容器３の混合室、１０は第１図中の配管２によ
り供給される固気混相流体の入口ノズル、１１は第１図
中の配管４により供給される希釈ガスの入口ノズル、１
２は入口ノズル１１より送られる希釈ガスを所定の速度
にて入口ノズル１・よシ混合室９に入り込む固希混相“
流体中へ吹き出す希釈ガス吹出口、１３は希釈ガスによ
ジ希釈された固気混相流体を固体粒子の計測器へ供給す
る配管、１４は希釈容器内の計測器に供給する固気混相
流体を除いた残りの希釈後の固気混相流体の排出口であ
る。

希釈ガス吹出口１２より吹き出す希釈ガスの流量は前記
計測器６及び固体粒子本来の特性に係る問題点を考慮し
て下記条件を満足するように設定する。

（１＋　　高濃度固気混相流体下に於ける計測器自体の
、精度の低下を防止するよう該計測器６の所定（最も精
度良く計測出来る）固気混相流体濃度まで希釈する。つ
まり希釈ガス流量Ｑ、は（１１式にて求める。

Ｑｌ〉Ｃ８・ｎｍ 但しＱ、：希釈ガス流量（ｔｒｉ／　ｓｅｅ　）Ｑｓ：
固気混相流本流からのサンプリン　　。

グ流量（ｃｒｔｌ／　ｓｅｅ　） （入口ノズルｌＯより流入する固 気混相流体の流量） ｎ８＝概略の固気混相流体濃度（個／−）ｎｍ：計測器
の上限固気混相流体濃度 （個／ｃＪ） （２）　　固気混相流体の大気温度附近までの冷却に伴
う凝縮成分の凝縮による濃度９粒径分布及び形態の変化
を防止するため、イ却後でも凝縮を起こさないまで希釈
することにより凝縮成分濃度を低下させる。

つまり９本項の場合の希釈ガス流量Ｑ、は（２）式にて
求める。

Ｑ茸〉Ｑｓ　　７品 但しＣ２：希釈ガス流量（ｔ／Ｍ） Ｑｍ：固気混相流体からのサンプリング流電Ｃ１／ｍ＞ Ｃ８：サンプリングする固気混相流体中の凝縮成分濃度
（ｖａｔ％） Ｃｏｏ　：冷却後の固気混相流体の温度（周囲大気温度
）における凝縮成分の 飽和濃度（ｖｏ１％） ＣＯＯは各種文献にて調査できるが２例えば燃焼排ガス
中によく含有゛されろ水分の場合、湿度図表により簡単
に求めることが出来る。

（３）　　ブラウン拡散及び衝突による固体粒子本来　
−集、沈着を防止するよう希釈ガスにて希釈するＯ 粒子の凝集・沈着はフィック（Ｆｉｃｋ）の法則により
理論解とＣ１求められる。例えば凝集。

沈着による数子数の変化は（３）、　＋４３式に１計算
できる。

ｎｏ　−］１つ１．１　”” 但しｎｏ＝最初の状態（４＝ｏ）における粒子数濃度（
個／ｄ） ｎｔ：を秒後　　　　　　における粒子数濃度（個、／
ｃｄ＞ ｋ：定数（ｃｔＩｌ／個’５ｅｅ） ｔ：経過時間＜　ｓｅｅ　＞ 侶＝〆ｅ″′ 但しｎｏ：最初の状態（ｔ＝ｏ）における粒子数濃度（
個／−） ｎｔ：を秒後　　　　　　における粒子数濃度（個／ｃ
Ｉ／Ｉ） η：定数（−）− （３）及び（４）式はｎＯが大なる程ｎｔ／ｎＯ’が小
さくなるので、　ｎｔ／ｎＱが計測精度に影−しない程
度（一般的に計測器並び−計測全体の精度を考慮し５％
未満）まで６０を小さくする。つまり希釈する必要があ
る。

従っ又希釈ガス流量Ｑｓは（５）式により求められる。

Ｑｓ＞Ｑｓ−不一 但１．Ｑｓ　：希釈ガス流量（ｃｐｌ／　ｓｅｅ　）Ｑ
ｓ：固気混相流体からのサンプリング流量（ｄｉ／　ｓ
ｅｅ　） ｎｓ：概略の固気混相流体濃度（個／ｍ）ｎ’ｏ　：　
（３１及び（４）式中のｎｔ／’ｎｃ１が計測精゛度に
影響を及ぼざない程度の希釈後の 固気混相流体濃度（個／ｃｔ／ｌ） 以上（１１，（２＋及び（５）式を満足す仝よ・４うな
希釈ガス流量に設定する。

ところで（１）及び（５）式中の概略の固気混相流体濃
度ｎ１は同固気混相流体を誉有する該流体の本流中の中
間ないし粗粒子の濃度及び粒径分布をＪＩＳ等の公に知
られている計測法（例えばＪＩＳに規定されている１排
ガス中のダスト濃度の測定方法″等）の計測値より、ま
た従来頻繁に用いられるサイクロン等の慣性法により中
間ないし粗粒子を除去後微細な粒子だけをＦ紙フィルタ
ーに捕集し、該フィルターに付着した粒子重量により前
記の微細な粒子の濃度を求める計測法の計測値等により
予め求める。

なお、濃度の計測法に関しては上記に述べた２つの例以
外にも本計測の目的に適する方法であればいずれの計測
方法でも差し支えない。

一方希釈答器３の構造に関しては ＋１１　　希釈ガスを吹き出す吹出口１２は固気混相流
体１の入口ノズルｌＯから流入する固気混相流体と充分
に混合させるものであるがら。

混合室９の一方の端部中心に入口ノズル１０を配設し、
その周囲に希釈ユガスの入口ノズル１１を設けるととも
に微小多孔板よりなる吹田口１２で希釈ガスを混合室９
内に導入させるようにする。

゛　従って、吹出口１２より吹き出す希釈カスの流速は
混合性を考慮し１約３〜３０　ｍｌ＠ｅＣとし、この流
速となるよう吹出口１２の面積。

孔数等の設計を行う。

（２）　　混合室３の内径は、その中を流れる固気混相
流体および希釈カスの混合性を考慮し、固体粒子の位置
的濃度分布が生じない程度の乱流箋態なるに設計する。

（３）　　また混合室３の長さは希釈後の固気混相流体
の帯留時間、これハ（３）式中のもの経過時間とほぼ比
！シてセりこれを長くする。（３）式より明らかなよう
にｎ’ｔ／旧が小きくなると計測精度に影響を及ばず可
能性がある、ので（３）式を考慮１−て設計を行う。

（４）　　希釈後の固気混相流体を計、測器に供給する
配管１３ｔ′１基本的には後方に位置し、同配管１３の
内径等の寸法は、同配管１３内での凝・集・沈着を考慮
するため、（３）及び（４）式を参考に設計する。

（５）　　希釈後の固気混相流体の排出口１４は、同部
分にて大きな圧力損失が生じない形状・寸法とする。

第２図および第３図に示した希釈容器３では。

上記５項目を満すように設計されているが、構造はその
実施例に限られるものでなく、たとえば第４図および第
５図に示すようなものも考えられる。

符号は第２図と同様に付しであるが、希釈ガスの吹出口
１２が入口ノズル１０の周囲に環状に配設し１あるの特
徴的である。

【図面の簡単な説明】

第】図は本発明の原理を示す概略説明図、第２亀本発明
希戦装置の一実施例を示す縦断面図。 第３図は第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図、第
４図は本発明希釈装置の異なる実施例と示す縦断面図、
第５図は第４図の■−■線に沿う横断面図である。 １：固気混相流体、２：配管、３：希釈容器。 ４５：配管、６：計測器、？＝吸引ボング、８：配管、
９：混合室、１０：固気混相流体の入日ノズル、１１：
希釈ガスの入口ノズル、１２：吹出口、１３：配管、１
４：排出口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉｌ　　濃密な固気混相流体の一部をサンプリングし
   低温の不活性・低湿かつ無じんな希釈ガスを混゛合する
   ことによってこれらの流体を計測可能な濃度及び温度ま
   で低下せしめて前記固気混相流体中の微細な固体粒子の
   濃度及び粒径分布を計測するに当り、前記混相流体に希
   釈ガスを混入させたとき混合ガスの濃度及び温度が計測
   器の計測範囲内に入り、該混合ガス中に含有される凝縮
   成分の濃度がその温度　　３゜における飽和濃度未満と
   なり、かつ微細な固体粒子の個数濃度が該粒子の凝集沈
   着による減少によって計測精度に与えない程度に希釈す
   るよしにしたことを特徴とする固気混相流体の希釈方法
   。 （２）　　両端部と胴部とを外壁で囲まれた管状の混合
   室と、該混合室の一方の端部中心位置に開口する固気混
   相流体の入口ノズルと、希釈ガス供給管に接続され前記
   入口ノズルを取シ囲むようにして一方の端部に配置され
   た多数の細孔または環状噴孔を備えてなる希釈ガス吹出
   口と、前記混合室の他方の端部近傍の胴部を貫通して蚊
   混合室の中心部まで挿入され。 その先端に前記入口ノズルに対向する開口を設けてなり
   他端部を計測器に接続された計測用配管と、前記混合室
   の他方の端部あるいは近傍の胴部に開口する排出口とを
   備えてなることを特徴とする固気混相流体の希釈装置。