JP3974825B2

JP3974825B2 - Primary filter for exhaust gas measurement

Info

Publication number: JP3974825B2
Application number: JP2002195027A
Authority: JP
Inventors: 重之秋山; 哲志井ノ上; 卓司生田; 正彦遠藤
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-07-03
Also published as: JP2004037268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ボイラーなどから排出される燃焼排ガスの一部をサンプルガスとしてガス分析装置に供給する際に用いられる排ガス測定用一次フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、石炭を燃焼させるボイラーから煙道に排出される燃焼排ガス（以下、単に排ガスという）中のＳＯ₂を連続的に分析する場合、前記排ガスの一部をサンプリングし、これをサンプルガスとしてＳＯ₂分析装置に連続的に供給する必要がある。この場合、前記排ガス中には、粉塵や煤塵などのダストが混入しているとともに、ＳＯ₂の測定を妨害する干渉成分として、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミスト（ＳＯ₃と金属とのミスト状反応生成物）などが混入している。前記ダストは、ＳＯ₂分析装置のメンテナンス周期を短くするといった不都合があるし、また、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストはＳＯ₂の分析結果に悪影響を及ぼす。
【０００３】
そこで、従来においては、図４に示すようなガスサンプリング装置を用いて、上記ダストやＮＨ₃等を可及的に除去しようとしていた。すなわち、この図において、３１は煙道で、矢印で示すように排ガスＧが流れている。３２はこの煙道３１に挿入配置されるガス採取部としてのガスサンプリング用のプローブ管で、このプローブ管３２の後段のサンプルガス供給路３３に、ケース３４ａ内にフィルタエレメント３４ｂを収容してなる排ガス測定用一次フィルタ（以下、一次フィルタという）３４と、ケース３５ａ内にＮＨ₃等の干渉成分を除去するためのスクラバーカラム３５ｂを収容し、適宜の温度に加熱されたスクラバーユニット３５を設けるとともに、これらの一次フィルタ３４とスクラバーユニット３５との間を加熱配管３６で接続し、スクラバーユニット３５の下流側出口を加熱配管３７を介してＳＯ₂分析装置３８に接続していた。
【０００４】
上記構成のガスサンプリング装置においては、煙道３１を流れる排ガスＧの一部は、プローブ管３２によってサンプリングされてサンプルガスとなってサンプルガス供給路３３に入り、その上流側に設けられている一次フィルタ３４内を通過する際、ダストが除去され、さらに、加熱配管３６を経てスクラバーユニット３５に入り、これを通過する際にＮＨ₃およびＳＯ₃塩ミストといった干渉成分が除去される。そして、ダストおよび干渉成分が除去されたサンプルガスは、加熱配管３８を経てＳＯ₂分析装置３８に導入され、ＳＯ₂の分析に供される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のガスサンプリング装置においては、一次フィルタ３４とスクラバーユニット３５とを互いに独立して設け、それらの間を加熱配管３６で接続しているため、これらを設置するために大きなスペースが必要になり、それだけガスサンプリング装置が大型化せざるを得ないといった不都合があった。
【０００６】
さらに、上述のように、一次フィルタ３４とスクラバーユニット３５とを互いに独立して設けた場合、次のような不都合もあった。すなわち、干渉成分のうちのＮＨ₃は、前記一次フィルタ３４とスクラバーユニット３５との間を接続する加熱配管３６における加熱保温状態が冬季などにおいて不十分であった場合、当該加熱配管３６の内部を流れるサンプルガス中の水分が露結してドレンとなり、これがスクラバーユニット３５に流入し、溶解ＳＯ₂の再気化によって、ＳＯ₂の分析指示値に異常が生ずることなる。
【０００７】
また、干渉成分としてのＳＯ₃塩ミストがサンプルガスに含まれていると、前記ＳＯ₃塩ミストは、まず、一次フィルタ３４において捕捉され、水分乾燥が起こり、ＳＯ₃塩ミストが分解してＳＯ₂ガスが発生することとなる。この一次フィルタ３４に捕捉されたＳＯ₃塩ミストの分解反応はきわめて不安定で、長期に亘って多量に蓄積された場合には、実際のＳＯ₂の値の数倍の分析指示値が生ずることがある。
【０００８】
上述のように、従来構成のガスサンプリング装置においても、ＳＯ₂分析におけるＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストといった干渉成分による測定値への悪影響を完全に抑制することができなかったのである。なお、このような不都合は、ＳＯ₂分析に限られるものではなく、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストが干渉成分として作用するＮＯ_XやＯ₂などの分析においても同様に生じているところである。
【０００９】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、構成がコンパクトでありながらもＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストといった干渉成分を確実に除去することができる一次フィルタを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、ケース内にフィルタエレメントが設けられ、サンプルガス中に含まれるダストを除去するように構成された一次フィルタにおいて、前記フィルタエレメントの内部に、測定対象成分の測定を妨害する干渉成分を除去するためのスクラバーカラムを配置したことを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
上記構成の一次フィルタにおいては、フィルタエレメントの内部にスクラバーカラムを配置しているので、フィルタエレメントとスクラバーカラムとを同一のケース内にコンパクトに収納することができ、スクラバーカラムを収容するためのケースが不要になる。そして、上記構成によれば、一次フィルタの内部で、サンプルガス中に含まれるダストおよび測定対象成分の測定を妨害する干渉成分をほとんど時間を経過することなく除去することができる。
【００１２】
そして、上記請求項１に記載の一次フィルタにおいて、請求項２に記載されているように、サンプルガスがスクラバーカラムを経た後、フィルタエレメントを通過するように構成した場合には、サンプルガス中の干渉成分であるＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストは、スクラバーカラムの高濃度りん酸と反応してりん酸アンモニウムや弱酸塩といった反応生成物を生じ、これらの反応生成物は、サンプルガスがフィルタエレメントを通過する際、これに捕捉される。つまり、サンプルガス中のＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストは、スクラバーカラムにおいてサンプルガスから反応生成物として析出する。したがって、フィルタエレメントにおいて，前記サンプルガス中に含まれるダストと前記反応生成物が同時に捕捉される。その結果、前記段落０００６や０００７において述べたような不都合が生ずることはない。
【００１３】
また、上記請求項１に記載の一次フィルタにおいて、請求項３に記載されているように、サンプルガスがフィルタエレメントを通過した後、スクラバーカラムを通過するように構成してもよい。この構成によれば、上記請求項２に記載された構成による効果に加えて、以下のような効果が得られる。すなわち、サンプルガスが先にフィルタエレメントを通過することにより、サンプルガス中のダストを除去することができ、スクラバーカラムにはダストを除去したサンプルガスが導入されるので、スクラバー材料にダストが付着するなどして、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストの捕捉効率の低下を招来することが効果的に防止される。つまり、この構成は、サンプルガス中に比較的多くのダストが含まれている場合に特に有効である。
【００１４】
さらに、上記各一次フィルタにおいて、請求項４に記載されているように、ケースに加熱用ヒータを設けた場合には、サンプルガスを所定の温度に加熱保温することができ、サンプルガス中の水分が露結してドレンとなるといったことがなくなり、このドレンによって引き起こされる不都合を完全に除去することができる。さらに、加熱用ヒータを設けることにより、スクラバーカラムが所定の温度に加熱保温されるので、前記ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストとの反応が確実に行われ、これらの干渉成分を確実に除去することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１は、この発明の一つの実施の形態を示すもので、排ガス中のＳＯ₂分析を行う際に用いる一次フィルタおよびそれを用いたガスサンプリング装置の構成の一例を概略的に示している。すなわち、図１において、１は例えばボイラの煙道で、その側壁１ａには、ガスサンプリング装置２がフランジ３を介して着脱自在に取り付けられている。このガスサンプリング装置２は、ガス採取部としてのガスサンプリング用のプローブ管４とこれの下流側に一体的に連設される一次フィルタ５とからなる。
【００１６】
そして、プローブ管４は、耐腐食性素材よりなり、煙道１内を流れる排ガスＧをサンプルガスＳとして良好に取り込むことができるように構成されている。
【００１７】
また、一次フィルタ５は、次のように構成されている。すなわち、６は例えば円筒状のケースで、耐腐食性素材よりなり、その一端側（上流側）がプローブ管４の下流側と連通接続されたガス導入部６ａに形成され、他端側（下流側）の開口がベース部材７で気密に封止されているとともに、下流側の側壁には、ガス導出部６ｂが形勢されている。８はベース部材７の外側に設けられる取っ手である。そして、このケース６の内部に、フィルタエレメント９とスクラバーカラム１０が、フィルタエレメント９の内部にスクラバーカラム１０が同心円上に位置しするように設けられている。
【００１８】
より詳しくは、フィルタエレメント９は、耐腐食性素材よりなり、除去したいダストや生成物を確実に除去することのできる適宜の目合いを有する網状体を例えばケース６の内径よりのやや小さい外径を有する円筒状に形成してなるもので、その長さ方向の上流側の端部を、ケース６内の上流側に設けられるシールパッキン１１の下流側表面に密着させ、下流側の端部をベース部材７によって固定されることにより、プローブ管４と同心円上に位置するように、水平またはほぼ水平に保持されている。なお、シールパッキン１１の中央には、スクラバーカラム１０の筒体１２（後述する）の内径よりやや小さい孔１１ａが開設されている。
【００１９】
また、スクラバーカラム１０は、耐腐食性素材よりなり、フィルタエレメント９の内径よりのやや小さい外径およびシールパッキン１１の貫通孔１１ａよりやや大きい内径を有する円筒状の筒体１２の内部にスクラバー物質１３を充填し、筒体１２の両端部に網状の押さえ部材１４ａ，１４ｂを設けてなるものである。そして、このスクラバーカラム１０は、これをその一端をシールパッキン１１の表面に当接させてフィルタエレメント９内に同心円状に保持したとき、筒体１２の下流側の端部とベース部材７の上流側表面との間に若干の隙間（ガス流通空間）１５が形成されるように、フィルタエレメント９よりやや短く形成されている。
【００２０】
そして、スクラバーカラム１０の筒体１２内に充填されるスクラバー物質１３としては、測定対象成分が酸性のＳＯ₂であるので、このＳＯ₂とは反応せず、干渉成分であるＮＨ₃やＳＯ₃塩と反応しやすい不揮発性の酸性物質を用いるのが好ましく、例えば活性炭や多孔質珪石に高濃度のりん酸（Ｈ₃ＰＯ₄）を含浸させたものよりなる。
【００２１】
さらに、前記ケース６の外周面には、適宜の加熱用ヒータ１６が設けられており、ケース６内を適宜の温度（例えば１５０℃〜２００℃）に加熱保温できるように構成されている。
【００２２】
また、前記ケース６のガス導出部６ｂには、ガス流路１７が接続され、その下流端にはＳＯ₂分析装置１８が設けられている。なお、図示していないが、ガス流路１７の適所またはＳＯ₂分析装置１８の下流側には、吸引ポンプが設けてあり、サンプルガスＳを常に一定量の吸引できるようにしてある。また、ガス流路１７は、適宜の加熱手段によって適宜の温度になるように構成していくのが好ましい。
【００２３】
次に、上記図１に示した一次フィルタ５の作動について説明する。今、煙道１を流れる排ガスＧに含まれるダストがそれほど多くないものとする。そして、加熱用ヒータ１６をオンして、所定の温度になるようにしておく。この状態で吸引ポンプを作動させると、煙道１を流れる排ガスＧの一部がプローブ管４によってサンプリングされ、サンプルガスＳとなってプローブ管４内を下流側に進み、一次フィルタ５内に入る。このサンプルガスＳは、まず、一次フィルタ５内のスクラバーカラム１０の上流側の押さえ部材１４ａを経てスクラバーカラム１０内に入り、円筒１２内に充填されているスクラバー物質１３に接触しながら下流側の押さえ部材１４ｂ方向に向かう。
【００２４】
そして、上述のように、サンプルガスＳがスクラバー物質１３に接触しながらスクラバーカラム１０内を下流側に進むとき、サンプルガスＳ中の測定対象成分であるＳＯ₂は、スクラバーカラム１０のスクラバー物質（高濃度のＨ₃ＰＯ₄）１３と反応することはないが、サンプルガスＳ中の干渉成分であるＮＨ₃やＳＯ₃塩ミスト（ここで、ＭＳＯ₃と表す）は、前記高濃度のＨ₃ＰＯ₄１３とそれぞれ下記（１），（２）式のように反応する。
ＮＨ₃＋Ｈ₃ＰＯ₄→ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄ ……（１）
ＭＳＯ₃＋Ｈ₃ＰＯ₄→ＭＨＰＯ₄＋ＳＯ₂↑＋Ｈ₂Ｏ ……（２）
【００２５】
上記（１），（２）式に示したように、干渉成分であるＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストＭＳＯ₃は、スクラバー物質である高濃度のＨ₃ＰＯ₄とそれぞれ反応して、りん酸アンモニウムや弱酸塩といったダストと同様の粉末状の反応生成物を生じ、これらの反応生成物は、サンプルガスＳとともにスクラバーカラム１０内を下流側に進む。
【００２６】
前記サンプルガスＳおよび反応生成物は、スクラバーカラム１０の下流端に至り、下流側の押さえ部材１４ｂを通過し、スクラバーカラム１０とベース部材７の上流側表面との間の隙間１５を通って、フィルタエレメント９を、その内方から外方に通過する。そして、この通過の際、サンプルガスＳ中のダストおよび前記反応生成物がフィルタエレメント９に捕集され、サンプルガスＳからは、ＳＯ₂の測定を妨害する干渉成分およびＳＯ₂分析装置１８に悪影響を与えるダストが除去され、その状態で、サンプルガスＳはガス流路１７を経てＳＯ₂分析装置１８に供給される。
【００２７】
上記実施の形態においては、サンプルガスＳがスクラバーカラム１０を経た後、フィルタエレメント９を通過するように構成しているので、サンプルガスＳ中の干渉成分であるＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストは、スクラバーカラム１０の高濃度りん酸１３と反応してりん酸アンモニウムや弱酸塩といった反応生成物を生じ、これらの反応生成物は、サンプルガスＳがフィルタエレメント９を通過する際、これに捕捉される。つまり、サンプルガスＳ中のＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストは、スクラバーカラム１０においてサンプルガスＳから反応生成物として析出する。したがって、フィルタエレメント９において，前記サンプルガスＳ中に含まれるダストと前記反応生成物が同時に捕捉される。
【００２８】
そして、上記実施の形態においては、一つのケース６内にフィルタエレメント９およびスクラバーカラム１０を、フィルタエレメント９の内部にスクラバーカラム１０が同心円状に位置するように収容しているので、従来のこの種のガスサンプリング装置２と異なり、フィルタエレメント９およびスクラバーカラム１０の設置スペースを大幅に低減することができるとともに、従来のこの種のガスサンプリング装置２においては、フィルタエレメント９およびスクラバーカラム１０を収容するためのケースが２つ必要であり、それらの間を加熱配管で接続する必要があったが、単一のケース６でよく、それだけ構成部材が少なくなり、全体をコンパクトに構成することができる。また、フィルタエレメント９とスクラバーカラム１０を同時にメンテナンスすることができ、欠測時間が短縮される。
【００２９】
また、前記ケース６に加熱用ヒータ１６を設けているので、サンプルガスＳを所定の温度に加熱保温することができ、サンプルガスＳ中の水分が露結してドレンとなるといったことがなくなり、このドレンによってスクラバーカラムの機能が低下するような不都合を回避することができる。そして、加熱用ヒータ１６を設けたことにより、スクラバーカラム１０が所定の温度に加熱保温され、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストとの反応が確実に行われ、これらの干渉成分を確実に除去することができる。特に、フィルタエレメント９の内部にスクラバーカラム１０が位置するように設けているので、スクラバー物質１３の交換直後におけるスクラバーカラム１０における温度上昇が速やかに行われ、前記交換後に速やかに測定を開始することができる。
【００３０】
ところで、上述の実施の形態においては、サンプルガスＳがスクラバーカラム１０を経た後、フィルタエレメント９を通過するように構成していたが、これに代えて、サンプルガスＳがフィルタエレメント９を通過した後、スクラバーカラム１０を通過するように構成してあってもよい。以下、このように構成した実施の形態を、図２を参照しながら説明する。なお、この図において、図１に示した符号と同一のものは同一または相当部材である。
【００３１】
すなわち、図２においては、ケース６が外径および内径は等しい二つのケース部材６Ａ，６Ｂで構成する。これらのケース部材６Ａ，６Ｂは、詳細には図示していないが、開口側に形成したフランジ部においてパッキンなどを介してボルト・ナットで分離自在に気密に結合されている。そして、なお、上流側に位置するケース部材６Ａは、ケース部材６Ｂに比べてかなり長くしてあり、かつ、フィルタエレメント９よりも長くしてある。また、下流側に位置するケース部材６Ｂの開口側には、板状の保持部材１９が垂直に設けられ、その中央にスクラバーカラム１０を挿通させる孔１９ａが開設されている。
【００３２】
そして、フィルタエレメント９は、その一端側（上流側）にその開口部を閉塞するように山形に傾斜した蓋部材２０を適宜のシール部材２１を介して設ける。また、スクラバーカラム１０は、その筒体１２の一端側（上流側）を、押さえ部材１４ａより外方に延設して、円筒状の取付け部１２ａを形成するとともに、この取付け部１２ａの側面にサンプルガスＳが流通する適宜な大きさの孔１２ｂを設ける。そして、フィルタエレメント９の下流側の開口からスクラバーカラム１０をフィルタエレメント９内に挿入し、このフィルタエレメント９に対してスクラバーカラム１０が同心円状かつ水平状態となるように、前記取付け部１２ａの端部を蓋部材２０の下流側の面に固着する。この場合、スクラバーカラム１０の下流側が、フィルタエレメント９の下流側の開口から若干突出するように、フィルタエレメント９、スクラバーカラム１０および取付け部１２ａの長さを設定しておく。
【００３３】
上記のように、フィルタエレメント９内においてスクラバーカラム１０が同心円状となるように、フィルタエレメント９とスクラバーカラム１０とを一体的に結合した状態で、スクラバーカラム１０の下流側部分を、保持部材１９の孔１９ａに挿通させて、前記下流側部分が保持部材１９の下流側（ケース６Ｂ内）に位置し、かつ、フィルタエレメント９がプローブ管４と同心円状となるように、フィルタエレメント９の下流側の端部を保持部材１９の上流側の面に、適宜のシール部材２２を介して保持固定する。この場合、スクラバーカラム１０の下流側の押さえ部材１４ｂとベース部材７との間には、所定の隙間（ガス流通空間）１５Ａが形勢される。なお、保持部材１９の孔１９ａは、スクラバーカラム１０の筒体１２を挿通させるのに必要かつ十分な大きさが好ましく、両者の間に隙間が生じないように気密にしておくのがよい。
【００３４】
上記図２に示した一次フィルタ５においては、プローブ管４から一次フィルタ５のケース６のケース部材６Ａ内に入ったサンプルガスＳは、蓋部材２０に衝突してケース部材６Ａの内周壁とフィルタエレメント９との間に空間に入った後、フィルタエレメント９をその外方から内方に通過する。この通過の際、サンプルガスＳ中に含まれているダストはフィルタエレメント９によって捕集される。その後、前記フィルタエレメント９を通過したサンプルガスＳは、スクラバーカラム１０の取付け部１２ａに形成した孔１２ｂを経てスクラバーカラム１０の上流側からスクラバーカラム１０内に導入され、円筒１２内に充填されているスクラバー物質１３に接触しながら下流側の押さえ部材１４ｂ方向に向かう。
【００３５】
そして、サンプルガスＳがスクラバー物質１３に接触しながらスクラバーカラム１０内を下流側に進むことにより、上記図１に示した実施の形態と同様に、サンプルガスＳ中の干渉成分であるＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストは、スクラバー物質１３と反応して、既に述べたようにしてサンプルガスＳが除去される。
【００３６】
そして、スクラバーカラム１０の下流側の押さえ部材１４ｂを通過し、スクラバーカラム１０とベース部材７の上流側表面との間の隙間１５Ａを通り、ガス導出部６ｂに向かう。
【００３７】
上記図２に示した実施の形態においては、図１に示した実施の形態の作用効果に加えて、以下のような効果を奏する。すなわち、サンプルガスＳが先にフィルタエレメント９を通過することにより、サンプルガスＳ中のダストを除去することができ、スクラバーカラム１０にはダストを除去したサンプルガスＳが導入されるので、スクラバー材料１３にダストが付着するなどして、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストの捕捉効率の低下を招来することが効果的に防止される。つまり、この構成は、サンプルガスＳ中に比較的多くのダストが含まれている場合に特に有効である。
【００３８】
この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。例えば、一次フィルタ５は、プローブ管４と一体的である必要はなく、両者を別体とし、適宜の加熱配管で接続するようにしてもよい。
【００３９】
また、一次フィルタ５を煙道１内に配置してもよい。このようにすれば、加熱ヒータ１６は必ずしも設ける必要はなく、仮に設けたとしても、加熱ヒータ１６への供給電力は少なくてよい。
【００４０】
さらに、この発明の一次フィルタ５を、排ガスＧ中に含まれている酸性物質であるＮＯやＮＯ₂などＮＯ_Xを分析する場合にも用いることができる。このＮＯ_Xを分析する場合、サンプリングされたサンプルガスＳをＮＯ_Xコンバータを通過させ、サンプルガスＳ中に含まれるＮＯ₂をＮＯに変換し、その後、サンプルガスＳをＮＯ分析装置に導入することが行われるが、このようなＮＯ_Xの測定にも、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストは干渉成分として機能する。そこで、図３に示すように、一次フィルタ５の下流側に接続されるガス流路２３にＮＯ_Xコンバータ２４を設け、その下流側にＮＯ分析装置２５を設けるのである。
【００４１】
また、ＮＯ_XやＯ₂の測定において、サンプルガスＳ中にＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストが共存する場合、上記一次フィルタ５の出口においてＳＯ₂とＮＨ₃とのの反応生成物である亜硫酸アンモニウムの結晶生成を効果的に防止することができ、ガス分析装置１８，２５へのガス流路１７，２３における目詰まり防止の対策にも効果的に用いることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、構成がコンパクトでありながらもＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストといった干渉成分を確実に除去することができる一次フィルタを得ることができる。そして、この一次フィルタを用いたガスサンプリング装置によれば、ＮＨ₃やＳＯ₃塩ミストといった干渉成分やダストが可及的に除去されたサンプルガスをガス分析装置に供給することができ、測定対象成分の分析を高精度に行わせることができるとともに、ガス分析装置におけるメンテンス頻度を低く抑えることができ、ガス分析装置において長期に亘って安定した測定を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一次フィルタおよびそれを用いたガスサンプリング装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】前記一次フィルタおよびそれを用いたガスサンプリング装置の構成の他の例を概略的に示す図である。
【図３】前記一次フィルタおよびそれを用いたガスサンプリング装置の構成のさらに他の例を概略的に示す図である。
【図４】従来の一次フィルタおよびそれを用いたガスサンプリング装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１…煙道、４…ガス採取部（プローブ管）、５…排ガス測定用一次フィルタ（一次フィルタ）、６…ケース、９…フィルタエレメント、１０…スクラバーカラム、１６…加熱用ヒータ、Ｓ…サンプルガス。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas measurement primary filter used when, for example, a part of combustion exhaust gas discharged from a boiler or the like is supplied as a sample gas to a gas analyzer.
[0002]
[Prior art]
For example, when continuously analyzing SO ₂ in combustion exhaust gas (hereinafter simply referred to as exhaust gas) discharged from a boiler that burns coal into a flue, a part of the exhaust gas is sampled, and this is used as a sample gas for SO 2 _{2 It} is necessary to supply the analyzer continuously. In this case, dust, dust, etc. are mixed in the exhaust gas, and NH ₃ or SO ₃ salt mist (mist-like reaction between SO ₃ and metal) is used as an interference component that interferes with SO ₂ measurement. Product). The dust has the disadvantage of shortening the maintenance cycle of the SO ₂ analyzer, and the NH ₃ or SO ₃ salt mist adversely affects the analysis result of SO ₂ .
[0003]
Therefore, conventionally, an attempt was made to remove the dust, NH _{3 and the} like as much as possible using a gas sampling device as shown in FIG. That is, in this figure, 31 is a flue and the exhaust gas G is flowing as shown by the arrow. Reference numeral 32 denotes a gas sampling probe tube that is inserted into the flue 31 and serves as a gas sampling portion. The sample gas supply path 33 downstream of the probe tube 32 accommodates a filter element 34b in a case 34a. A primary filter for exhaust gas measurement (hereinafter referred to as primary filter) 34 and a scrubber column 35b for removing interference components such as NH ₃ are accommodated in a case 35a, and a scrubber unit 35 heated to an appropriate temperature is provided. The primary filter 34 and the scrubber unit 35 are connected by a heating pipe 36, and the downstream outlet of the scrubber unit 35 is connected to an SO ₂ analyzer 38 via a heating pipe 37.
[0004]
In the gas sampling apparatus having the above-described configuration, a part of the exhaust gas G flowing through the flue 31 is sampled by the probe tube 32 to become the sample gas, enters the sample gas supply path 33, and is provided on the upstream side thereof. When passing through the filter 34, dust is removed, and further, through the heating pipe 36, the dust enters the scrubber unit 35, and when passing through this, interference components such as NH ₃ and SO ₃ salt mist are removed. Then, the sample gas from which dust and interference components have been removed is introduced into the SO ₂ analyzer 38 through the heating pipe 38, and used for the analysis of SO ₂ .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional gas sampling device, the primary filter 34 and the scrubber unit 35 are provided independently of each other and are connected by the heating pipe 36, so that a large space is required to install them. As a result, the gas sampling apparatus has to be increased in size accordingly.
[0006]
Further, as described above, when the primary filter 34 and the scrubber unit 35 are provided independently of each other, there are the following disadvantages. In other words, NH ₃ among the interference components, when the heat insulation state in the heating pipe 36 connecting the primary filter 34 and the scrubber unit 35 is insufficient in winter, etc., the inside of the heating pipe 36 moisture in the sample gas dew condensation to be drained flows, which flows into the scrubber unit 35, the re-evaporation of dissolved SO _2, becomes unusually occurs in analysis indicated value of SO _2.
[0007]
When SO ₃ salt mist as an interference component is contained in the sample gas, the SO ₃ salt mist is first captured by the primary filter 34, moisture drying occurs, and the SO ₃ salt mist is decomposed and SO 2 is dissolved. ₂ Gas will be generated. The decomposition reaction of the SO ₃ salt mist trapped in the primary filter 34 is extremely unstable, and if it is accumulated in a large amount over a long period of time, an analysis instruction value several times the actual value of SO ₂ is generated. There is.
[0008]
As described above, even in the gas sampling apparatus of the conventional configuration, the adverse effect on the measurement value due to interference components such as NH ₃ and SO ₃ salt mist in the SO ₂ analysis could not be completely suppressed. Such inconveniences are not limited to SO ₂ analysis, but are also caused in the analysis of NO _X and O ₂ in which NH ₃ or SO ₃ salt mist acts as an interference component.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide a primary filter that can reliably remove interference components such as NH ₃ and SO ₃ salt mist while having a compact configuration. That is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a filter element is provided in a case, and a primary filter configured to remove dust contained in a sample gas includes a measurement target component in the filter element. A scrubber column for removing an interference component that disturbs the measurement is arranged (claim 1).
[0011]
In the primary filter having the above configuration, since the scrubber column is arranged inside the filter element, the filter element and the scrubber column can be stored compactly in the same case, and the case for storing the scrubber column. Is no longer necessary. And according to the said structure, the interference component which interferes with the measurement of the dust contained in sample gas and a measuring object component can be removed inside a primary filter, hardly passing time.
[0012]
In the primary filter according to claim 1, when the sample gas passes through the scrubber column and then passes through the filter element as described in claim 2, NH ₃ or SO ₃ salt mist, which is an interference component, reacts with high-concentration phosphoric acid in the scrubber column to produce reaction products such as ammonium phosphate and weak acid salt. These reaction products contain sample gas through the filter element. This is captured by the passage. That is, NH ₃ or SO ₃ salt mist in the sample gas is precipitated as a reaction product from the sample gas in the scrubber column. Therefore, the dust contained in the sample gas and the reaction product are simultaneously captured in the filter element. As a result, the inconvenience described in paragraphs 0006 and 0007 does not occur.
[0013]
The primary filter according to claim 1 may be configured such that the sample gas passes through the filter element and then passes through the scrubber column as described in claim 3. According to this configuration, in addition to the effect of the configuration described in claim 2, the following effect can be obtained. That is, when the sample gas first passes through the filter element, dust in the sample gas can be removed, and since the sample gas from which dust has been removed is introduced into the scrubber column, the dust adheres to the scrubber material. Thus, it is possible to effectively prevent a decrease in the capture efficiency of NH ₃ or SO ₃ salt mist. That is, this configuration is particularly effective when a relatively large amount of dust is contained in the sample gas.
[0014]
Furthermore, in each of the above primary filters, as described in claim 4, when the heater is provided in the case, the sample gas can be heated and kept at a predetermined temperature, and moisture in the sample gas can be maintained. Is not condensed and becomes drainage, and the inconvenience caused by this drain can be completely removed. Furthermore, since the scrubber column is heated and kept at a predetermined temperature by providing a heater for heating, the reaction with the NH ₃ or SO ₃ salt mist is surely performed, and these interference components are surely removed. Can do.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, and schematically shows an example of the configuration of a primary filter used when performing SO ₂ analysis in exhaust gas and a gas sampling device using the primary filter. That is, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes, for example, a boiler flue, and a gas sampling device 2 is detachably attached to the side wall 1 a via a flange 3. The gas sampling device 2 includes a gas sampling probe tube 4 as a gas sampling unit and a primary filter 5 integrally provided downstream of the gas sampling probe tube 4.
[0016]
The probe tube 4 is made of a corrosion-resistant material and is configured so that the exhaust gas G flowing through the flue 1 can be taken in as the sample gas S satisfactorily.
[0017]
The primary filter 5 is configured as follows. That is, 6 is, for example, a cylindrical case made of a corrosion-resistant material, and one end side (upstream side) is formed in the gas introduction part 6a connected to the downstream side of the probe tube 4 and the other end side (downstream side). Side opening) is hermetically sealed with the base member 7, and a gas outlet 6b is formed on the downstream side wall. Reference numeral 8 denotes a handle provided outside the base member 7. And inside this case 6, the filter element 9 and the scrubber column 10 are provided so that the scrubber column 10 may be located concentrically inside the filter element 9.
[0018]
More specifically, the filter element 9 is made of a corrosion-resistant material, and an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the case 6, for example, a mesh body having an appropriate scale capable of reliably removing dust and products to be removed. The end on the upstream side in the length direction is brought into close contact with the downstream surface of the seal packing 11 provided on the upstream side in the case 6, and the end on the downstream side is formed. By being fixed by the base member 7, it is held horizontally or substantially horizontally so as to be located concentrically with the probe tube 4. A hole 11 a that is slightly smaller than the inner diameter of a cylinder 12 (described later) of the scrubber column 10 is formed in the center of the seal packing 11.
[0019]
The scrubber column 10 is made of a corrosion-resistant material and has a scrubber substance inside a cylindrical cylinder 12 having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the filter element 9 and an inner diameter slightly larger than the through hole 11a of the seal packing 11. 13, and net-like pressing members 14 a and 14 b are provided at both ends of the cylindrical body 12. When this scrubber column 10 is held concentrically in the filter element 9 with one end abutting against the surface of the seal packing 11, the downstream end of the cylindrical body 12 and the upstream of the base member 7. It is formed slightly shorter than the filter element 9 so that a slight gap (gas circulation space) 15 is formed between the side surfaces.
[0020]
As the scrubber substance 13 filled in the cylinder 12 of the scrubber column 10, since the component to be measured is acidic SO ₂ , it does not react with this SO ₂ and NH ₃ or SO ₃ that are interference components. It is preferable to use a non-volatile acidic substance that easily reacts with a salt. For example, it consists of an activated carbon or porous silica impregnated with a high concentration of phosphoric acid (H ₃ PO ₄ ).
[0021]
Further, an appropriate heater 16 is provided on the outer peripheral surface of the case 6 so that the inside of the case 6 can be heated and kept at an appropriate temperature (for example, 150 ° C. to 200 ° C.).
[0022]
A gas flow path 17 is connected to the gas outlet 6b of the case 6 and an SO ₂ analyzer 18 is provided at the downstream end thereof. Although not shown, a suction pump is provided at an appropriate position in the gas flow path 17 or downstream of the SO ₂ analyzer 18 so that the sample gas S can be always sucked in a certain amount. In addition, the gas flow path 17 is preferably configured to have an appropriate temperature by an appropriate heating means.
[0023]
Next, the operation of the primary filter 5 shown in FIG. 1 will be described. It is assumed that the dust contained in the exhaust gas G flowing through the flue 1 is not so much. Then, the heater 16 is turned on so as to reach a predetermined temperature. When the suction pump is operated in this state, a part of the exhaust gas G flowing through the flue 1 is sampled by the probe tube 4 and becomes the sample gas S, proceeds downstream in the probe tube 4 and enters the primary filter 5. . The sample gas S first enters the scrubber column 10 through the upstream holding member 14 a of the scrubber column 10 in the primary filter 5, and contacts the scrubber substance 13 filled in the cylinder 12 while downstream. It goes in the direction of the pressing member 14b.
[0024]
As described above, when the sample gas S is in contact with the scrubber substance 13 and proceeds downstream in the scrubber column 10, the SO ₂ that is the measurement target component in the sample gas S is added to the scrubber substance ( Although it does not react with the high concentration H ₃ PO ₄ ) 13, NH ₃ and SO ₃ salt mist (herein referred to as MSO ₃ ), which is an interference component in the sample gas S, are added to the high concentration H _3. It reacts with PO ₄ 13 as shown in the following formulas (1) and (2).
NH ₃ + H ₃ PO ₄ → NH ₄ H ₂ PO ₄ (1)
MSO ₃ + H ₃ PO ₄ → MHPO ₄ + SO ₂ ↑ + H ₂ O (2)
[0025]
As shown in the above formulas (1) and (2), NH ₃ and SO ₃ salt mist MSO ₃ which are interference components react with high concentration H ₃ PO ₄ which is a scrubber substance, respectively, and ammonium phosphate. A reaction product in the form of a powder similar to dust, such as salt or weak acid salt, is produced, and these reaction products travel with the sample gas S in the scrubber column 10 downstream.
[0026]
The sample gas S and the reaction product reach the downstream end of the scrubber column 10, pass through the downstream holding member 14b, pass through the gap 15 between the scrubber column 10 and the upstream surface of the base member 7, The filter element 9 passes from the inside to the outside. Then, during this passage, the dust and the reaction product in the sample gas S is trapped in the filter element 9, from the sample gas S, adverse effect on the interference component and SO ₂ analyzer 18 interferes with the measurement of SO ₂ In this state, the sample gas S is supplied to the SO ₂ analyzer 18 through the gas flow path 17.
[0027]
In the above embodiment, since the sample gas S passes through the filter element 9 after passing through the scrubber column 10, NH ₃ and SO ₃ salt mist, which are interference components in the sample gas S, are It reacts with the high-concentration phosphoric acid 13 of the scrubber column 10 to produce reaction products such as ammonium phosphate and weak acid salt, and these reaction products are trapped in the sample gas S as it passes through the filter element 9. . That is, NH ₃ or SO ₃ salt mist in the sample gas S is precipitated as a reaction product from the sample gas S in the scrubber column 10. Therefore, in the filter element 9, the dust contained in the sample gas S and the reaction product are simultaneously captured.
[0028]
In the above embodiment, the filter element 9 and the scrubber column 10 are accommodated in one case 6 so that the scrubber column 10 is concentrically located inside the filter element 9. Unlike the gas sampling device 2 of this kind, the installation space for the filter element 9 and the scrubber column 10 can be greatly reduced, and the conventional gas sampling device 2 of this type accommodates the filter element 9 and the scrubber column 10. Two cases are required to be connected, and it is necessary to connect them with a heating pipe. However, a single case 6 may be used, so that the number of components is reduced and the whole can be made compact. . Further, the filter element 9 and the scrubber column 10 can be maintained at the same time, and the missing time is shortened.
[0029]
In addition, since the heating heater 16 is provided in the case 6, the sample gas S can be heated and kept at a predetermined temperature, so that moisture in the sample gas S is not condensed and drained. This drain can avoid the disadvantage that the function of the scrubber column is lowered. And by providing the heater 16 for heating, the scrubber column 10 is heated and kept at a predetermined temperature, the reaction with NH ₃ or SO ₃ salt mist is performed reliably, and these interference components are reliably removed. Can do. In particular, since the scrubber column 10 is provided inside the filter element 9, the temperature rise in the scrubber column 10 immediately after replacement of the scrubber substance 13 is performed quickly, and measurement is started immediately after the replacement. Can do.
[0030]
In the above-described embodiment, the sample gas S passes through the scrubber column 10 and then passes through the filter element 9. Instead, the sample gas S passes through the filter element 9. After that, it may be configured to pass through the scrubber column 10. Hereinafter, an embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. In this figure, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 denote the same or corresponding members.
[0031]
That is, in FIG. 2, the case 6 is composed of two case members 6A and 6B having the same outer diameter and inner diameter. Although not shown in detail, the case members 6A and 6B are airtightly coupled to a flange portion formed on the opening side so as to be separable by bolts and nuts via packing or the like. The case member 6A located on the upstream side is considerably longer than the case member 6B and longer than the filter element 9. Further, a plate-like holding member 19 is provided vertically on the opening side of the case member 6B located on the downstream side, and a hole 19a through which the scrubber column 10 is inserted is formed at the center thereof.
[0032]
The filter element 9 is provided with a lid member 20 inclined in a mountain shape on one end side (upstream side) of the filter element 9 via an appropriate seal member 21 so as to close the opening. Further, the scrubber column 10 has one end side (upstream side) of the cylindrical body 12 extending outward from the pressing member 14a to form a cylindrical mounting portion 12a, and on the side surface of the mounting portion 12a. An appropriately sized hole 12b through which the sample gas S flows is provided. Then, the scrubber column 10 is inserted into the filter element 9 from the opening on the downstream side of the filter element 9, and the end of the mounting portion 12 a is arranged so that the scrubber column 10 is concentric and horizontal with respect to the filter element 9. The part is fixed to the downstream surface of the lid member 20. In this case, the lengths of the filter element 9, the scrubber column 10, and the mounting portion 12 a are set so that the downstream side of the scrubber column 10 slightly protrudes from the downstream opening of the filter element 9.
[0033]
As described above, the filter element 9 and the scrubber column 10 are integrally coupled so that the scrubber column 10 is concentric in the filter element 9, and the downstream portion of the scrubber column 10 is attached to the holding member 19. The downstream portion of the filter element 9 is inserted so as to be positioned downstream of the holding member 19 (in the case 6B) and the filter element 9 is concentric with the probe tube 4. The end on the side is held and fixed to the upstream surface of the holding member 19 via an appropriate seal member 22. In this case, a predetermined gap (gas flow space) 15 </ b> A is formed between the pressing member 14 b on the downstream side of the scrubber column 10 and the base member 7. In addition, the hole 19a of the holding member 19 is preferably large and necessary for inserting the cylindrical body 12 of the scrubber column 10, and it is preferable that the hole 19a be airtight so that no gap is formed between them.
[0034]
In the primary filter 5 shown in FIG. 2, the sample gas S that has entered the case member 6A of the case 6 of the primary filter 5 from the probe tube 4 collides with the lid member 20 and the inner peripheral wall of the case member 6A and the filter. After entering the space between the element 9, the filter element 9 passes from the outside to the inside. During this passage, the dust contained in the sample gas S is collected by the filter element 9. Thereafter, the sample gas S that has passed through the filter element 9 is introduced into the scrubber column 10 from the upstream side of the scrubber column 10 through the holes 12b formed in the attachment portion 12a of the scrubber column 10, and is filled in the cylinder 12. While coming into contact with the scrubber substance 13 that is present, it goes in the direction of the holding member 14b on the downstream side.
[0035]
Then, as the sample gas S advances to the downstream side in the scrubber column 10 while contacting the scrubber substance 13, NH ₃ which is an interference component in the sample gas S and the like as in the embodiment shown in FIG. The SO ₃ salt mist reacts with the scrubber material 13 and the sample gas S is removed as described above.
[0036]
Then, it passes through the pressing member 14 b on the downstream side of the scrubber column 10, passes through the gap 15 </ b> A between the scrubber column 10 and the upstream surface of the base member 7, and moves toward the gas outlet 6 b.
[0037]
The embodiment shown in FIG. 2 has the following effects in addition to the operational effects of the embodiment shown in FIG. That is, since the sample gas S first passes through the filter element 9, dust in the sample gas S can be removed, and the sample gas S from which dust has been removed is introduced into the scrubber column 10. It is effectively prevented that dust is attached to 13 and the trapping efficiency of NH ₃ or SO ₃ salt mist is reduced. That is, this configuration is particularly effective when the sample gas S contains a relatively large amount of dust.
[0038]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, the primary filter 5 does not need to be integral with the probe tube 4, and may be separated from each other and connected by an appropriate heating pipe.
[0039]
Further, the primary filter 5 may be disposed in the flue 1. In this way, the heater 16 is not necessarily provided, and even if it is provided, the power supplied to the heater 16 may be small.
[0040]
Furthermore, the primary filter 5 of the present invention can also be used when analyzing NO _x such as NO and NO ₂ which are acidic substances contained in the exhaust gas G. When analyzing this NO _x , the sampled sample gas S is passed through the NO _x converter, the NO ₂ contained in the sample gas S is converted to NO, and then the sample gas S is introduced into the NO analyzer. However, NH ₃ or SO ₃ salt mist also functions as an interference component in such NO _x measurement. Therefore, as shown in FIG. 3, the NO _x converter 24 is provided in the gas flow path 23 connected to the downstream side of the primary filter 5, and the NO analyzer 25 is provided on the downstream side thereof.
[0041]
Further, in the measurement of NO _x and O ₂ , when NH ₃ or SO ₃ salt mist coexists in the sample gas S, ammonium sulfite which is a reaction product of SO ₂ and NH _{3 at} the outlet of the primary filter 5. Can be effectively prevented, and can also be effectively used to prevent clogging in the gas flow paths 17, 23 to the gas analyzers 18, 25.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a primary filter that can reliably remove interference components such as NH ₃ and SO ₃ salt mist while having a compact configuration. According to the gas sampling device using this primary filter, the sample gas from which interference components such as NH ₃ and SO ₃ salt mist and dust are removed as much as possible can be supplied to the gas analyzer, and the measurement target Analysis of components can be performed with high accuracy, maintenance frequency in the gas analyzer can be kept low, and stable measurement can be performed over a long period of time in the gas analyzer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a primary filter of the present invention and a gas sampling device using the same.
FIG. 2 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the primary filter and a gas sampling device using the primary filter.
FIG. 3 is a diagram schematically showing still another example of the configuration of the primary filter and a gas sampling device using the primary filter.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional primary filter and a gas sampling device using the same.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flue, 4 ... Gas sampling part (probe tube), 5 ... Primary filter for exhaust gas measurement (primary filter), 6 ... Case, 9 ... Filter element, 10 ... Scrubber column, 16 ... Heating heater, S ... Sample gas.

Claims

In the primary filter for exhaust gas measurement that is configured to remove dust contained in the sample gas by providing a filter element in the case, the interference element that interferes with the measurement of the measurement target component is removed inside the filter element. A primary filter for exhaust gas measurement, characterized in that a scrubber column is provided.

The primary filter for exhaust gas measurement according to claim 1, wherein the sample gas is configured to pass through the filter element after passing through the scrubber column.

The primary filter for exhaust gas measurement according to claim 1, wherein the sample gas is configured to pass through a scrubber column after passing through a filter element.

The primary filter for exhaust gas measurement according to any one of claims 1 to 3, wherein a heater is provided in the case.