JPS6059541B2 - 高温ガス中の水蒸気量の測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温ガスの水蒸気測定装置に関するものてあ
る。

高炉等の鉱石還元炉の炉頂部を流れるガスまたは燃焼炉
の出口ガス中の水蒸気を測定することは、炉内部の反応
を推定するために重要てある。

鉱石還元炉の炉頂ガス性状は、設備状況、運転状況によ
つて異な、り、温度は１００℃〜６００’Ｃ）水蒸気含
有率（モル゜Ｃ）は数％〜２０％の範囲にある。またＨ
２Ｏ以外の成分としてはＣＯ。、Ｃｏ、Ｎａ、ＦＩ。等
の成分を含むことが多い。従来水蒸気測定装置としては
（１）乾湿球湿度計（乾球温度、湿球温度、相対湿度の
関係を利用）、（２）毛髪湿度計（毛髪の相対湿度によ
る伸縮を利用）、（３）抵抗湿度計（塩化リチウム等吸
湿性被膜の抵抗が相対湿度の関数になることを利用）、
（４）抵抗露点計（塩化リチウム等吸湿性被膜の表面温
度を被膜に流した電流の自己平衡性を利用して露点に保
ち、その温度を測定するもの）、（５）充電露計（冷却
及び加熱装置を制御して鏡面を露点に保ち、その温度を
測定するもの）等の装置があるが、いずれも鉱石還元炉
の炉頂ガス、燃焼生成ガスの如き高温のガスには適用で
きない。

本発明は上記の点を考慮したものであり、その目的とす
るところは、高温ガス中の水蒸気含有率を連続的かつ安
定して測定することてある。

本発明はプロセスより高温の被測定ガスを吸引しそのガ
ス通路の途中にガス冷却装置を設け、ガス中の水蒸気を
液化し、該冷却装置前後て流量、圧力、温度を測定し、
質量保存則を利用して冷却前ガス中水蒸気気分率を同定
することを特徴としたガス中水蒸気測定装置を提供する
ものである。次に本発明を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の水蒸気測定装置の構成を示す概略図てあ
る。

被測定ガスはプロセスガス本管１から、該装置のガス採
集口２を通つてガス通路３に吸引され、前段流量、圧力
、温度測定点４を通過し、ガス通路冷却部５でガス中水
蒸気成分が液化除去され、減湿されたガスが後段流量、
圧力、温度測定点６を通つて放散管７より搬出される。

該装置を流れるガス量は、ガス流量調節バルブ８で調節
される。冷却装置９により冷却されて凝結したガス中の
水分は、ガス通路の管壁に付着しドレーン溜め１０に溜
まり、ガス中水蒸気測定時間外の適当な時にドレーン排
出バルブ１１を開けて該装置外に排出される。

１２，１３はそれぞれ冷却水入口、冷却水出口てある。

１４，１５はそれぞれ、前段圧力計、後段圧力計であり
、１６，１７はそれぞれ前段温度計、後段温度計である
。前段流量、圧力、温度測定点牡後段流量、圧力、温度
測定点６における流量測定装置としてはベンチユリー管
またはオリフィスを用い、前段流量は前段圧力計１４と
前段温度計１６の測定値から計算され、後段流量は、後
段圧力計１５と後段温度計１７の測定値から計算される
。本発明はガスの冷却による水分除去が骨子となるので
、冷却装置９はガス温度を露点以下に下げる能力をもた
なければならない。

冷却能力を高めるため、また冷却によつて生じたガス中
の水滴を確実に除去するため、必要に応じてガス通路管
壁の内側にフィンを設けてもよい。また前段流量、圧力
、温度測定点４よりもさらに上流てガス中水蒸気の凝結
が起こると、誤差を生するのて、凝結の恐れのある場合
はガス採集口２と前段流量、圧力、温度測定点４の間に
保温装置を設ける必要がある。

ガスが冷却装置９を通過後、後段流量、圧力、温度測定
点６に達するまでに温度上昇があると、やはり水蒸気量
同定に誤差を生じるため、冷却装置９は後段流量、圧力
、温度測定点６の直前におくのが望ましい。

次に、水蒸気含有率測定法を定量的に説明する。

第２図は本発明装置の温度、圧力測定値から水蒸気量を
計算する方法を示す模式図である。以下次の記号を用い
る。Ｐ：圧力〔Ｂａｒ〕 ρ：密度〔ｇ／ｃｌ！ｌ〕 Ｑ：流量〔Ｃｌｌ／Ｓｅｃ〕 Ｔ：温度〔℃〕 Ｘ：Ｈ２Ｏモル分率 ＭＨ２Ｏ：Ｈ２Ｏの分子量〔ｇ／ＭＯｌ〕Ｋｌ９Ｌ２９
◆●●●Ｋｎ： Ｈ２Ｏを除いた成分のモル分率
（１ｂ１Ｋｉ＝１）Ｍｌ，Ｍ２，・・・・Ｍｎ：
Ｈ２Ｏ以外の成分の分子量。

〔ｇ／ＭＯり （それぞれＫｌ
，Ｋ２，・・・・Ｋｎに対 応する）Ｐ：Ｈ
２Ｏの飽和水蒸気圧（Ｂａｒ） また上段、下段を表す添字として、それぞれＡ，Ｂを用
いる。

Ｂの位置では、水蒸気圧は、温度Ｔｍｌこよつて定まる
飽和水蒸気圧色になつているとするとＢにおけるＨ２Ｏ
モル分率は次の様に表わされる。

Ａ点とＢ点てはＦＩ２Ｏを除いた成分の質量は等しくな
ければならないから（冷却によつて凝集する成分はＨ２
Ｏだけであるから）（２）の右辺のρ８は次式て表わさ
れる。

（１）式よリボがわかるので、（３）式よりρＢが求め
られ、したがつて（２）式の右辺は既知となる。

これをＲとおいて、ただし （４）式におけるρ９は（３）と同様に次式で表わせる
。

（６）式中で、ＰＡ，ＴＡは測定しており、Ｋｉ（１＝
１，２，・・ｎ）は、別の測定でわかつているから、ρ
６は執だけの関数となる。また（４）式のＱＡはオリフ
ィスまたはベチユリーの場合次の式で表わされる。

ただしＰｌ，Ｐ２：それぞれ流れの上流下流の圧力 Ｆ
ｌ，Ｆ２：Ｐｌ，Ｐ２に対応する位置の流れ の断面
積αは良く知られているように ただし （９）式を２乗して整理すれば たた七 （１Ｃ））式を整理して ただし ｋ：気体の定圧定容比熱の比 （４），（６），（７）式より （１５）て符号が＋のときはＸＡ〉１となつて物理的
にありえない解となるので一だけ正しい。

したがつて（ただし、Ｓは（１１）式から、（１１）式
中のＲ，αはそれぞれ（５）式、（８）式から求める。
）以上のごとき方法で、冷却装置前後のガス流量、ガス
圧力、ガス温度を測定することにより、ガス冷却前の湿
度を同定することができる。

本方法てはＨ２Ｏを除いたガス成分の値（または乾ガス
１ｍ０１の質量）を知ることが必要であるが、多くの化
学プロセス、特に鉱石還元炉においては、Ｈ２Ｏを除い
たガス成分の値は測定していることが多くむしろＨ２Ｏ
の測定値のみが得られないという場合が大多数であるか
ら、本発明の適用可能範囲は広い。本装置の特徴として
は（１）熱に強く高温ガスの温度測定が可能であること
、（２）構造が簡単で信頼性が大きく製作容易なこと、
（３）オンラインで連続測定が可能なことが挙げられる
。

また実施例では冷却装置前後の温度、圧力を測一定して
質量流量を補正しているが、余り変化しない場合は一定
として条件設定をすることも可能である。

測定ガス採集用として１インチバイブ（内径２７．８Ｔ
Ｋｍ）を使用し、冷却装置前後に絞り率０．４の２オリ
フィスを挿入したところ冷却前のガス状態として温度４
９０℃、圧力１６ｋ９１ｃＦ１ｆ（絶対圧）成分（乾）
ＣＯ３８％，ＣＯ２２６％，Ｈ２３６％、流量１９６ｅ
／Ｍｉｎ、冷却後のガス状態として、温度２１℃、圧力
１．３ｋｇＩｃＩｔ（絶対圧）、流量７２ｅ／Ｍｉｎが
得られた。

これから前記計算式を用いて計算したところ水蒸気含有
率（体積）として、２１％が求められた。

また水蒸気含有率が既知の標準ガスで較正したところ、
所定の精度以内であることが確かめられた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のガス中水蒸気測定装置の概略図、第
２図は本発明装置の温度、圧力測定値から水蒸気量を計
算する方法を示す模式図である。 １・・・・・・プロセスガス本管、２・・・・・・ガス
採集口、３・・・・・・ガス通路、４・・・・・・前段
流量圧力温度測定点、５・・・・・・ガス通路冷却部、
６・・・・・・後段流量圧力温度測定点、７・・・・・
・放散管、８・・・・・・ガス流量調節バルブ、９・・
・・・・ガス冷却装置、１０・・・・・・ドレーン溜め
、１１・・・・・・ドレーン排出バルブ、１２・・・・
・・冷却水入口、１３・・・・・・冷却水出口、１４・
・・・・・前段圧力計、１５・・・・・・後段圧力計、
１６・・・・・・前段温度計、１７・・・・・後段温度
計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温の被測定ガスを採取し、搬送するガス通路の途
   中に、高温の被測定ガスを通路外部から冷却する冷却装
   置を設け、さらに該冷却装置のガス流れ方向前後のガス
   通路にガス流量測定装置ならびに温度測定装置を設けて
   なる高温ガス中の水蒸気量の測定装置。