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JPS5823885B2 - 固気混相流体のサンプリング装置 - Google Patents

固気混相流体のサンプリング装置

Info

Publication number
JPS5823885B2
JPS5823885B2 JP8994280A JP8994280A JPS5823885B2 JP S5823885 B2 JPS5823885 B2 JP S5823885B2 JP 8994280 A JP8994280 A JP 8994280A JP 8994280 A JP8994280 A JP 8994280A JP S5823885 B2 JPS5823885 B2 JP S5823885B2
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JP
Japan
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solid
gas
phase fluid
sampling
gas mixed
Prior art date
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Expired
Application number
JP8994280A
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English (en)
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JPS5716333A (en
Inventor
中村積
浜田高義
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP8994280A priority Critical patent/JPS5823885B2/ja
Publication of JPS5716333A publication Critical patent/JPS5716333A/ja
Publication of JPS5823885B2 publication Critical patent/JPS5823885B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイラ、焼却炉、窯業設備等の固気混相流体を
取シ扱うプラントの固気混相流体中の固体粒子計測をす
るためのサンプリング装置に関するものである。
上記のような固気混相流体中の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なう必要が
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
の状態を変化させることなく、固気混相流体本流から計
測器まで固気混相流体を取入れることが、サンプリング
の重要な操作の一つとなるが、粒子の特性としてブラウ
ン運動及び拡散による粒子間の凝集及び導入配管内壁へ
の沈着の現象が生じ、これが計測精度に大きく影響する
特に、セメントプラントの濃度は100100O’tま
た石炭焚きボイラ排ガスでは10 g/m’であり、こ
のような高濃度下においては上記粒子の凝集及び沈着現
象の影響は顕著となる。
また、固気混相流体中の固体粒子を自動的及び連続的に
計測する計測器としては、(1)通常前記のような高濃
度下では測定困難である。
(11)また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いのでサンプリングガス温度
を低下させる必要がある。
(iii)サンプリングガス中に水分、三酸化硫黄(S
Oa)ガスが含有されているときはガス温度だけを低下
すると固体粒子が凝集し、粒径分布及びその濃度に変化
が生ずる等の問題がある。
そこで、従来は、第1図に示すように、固体混相流体本
流01中を流れる固気混相流体を配管02を介して稀釈
容器03に導入臥稀釈容器03では配管04を経て送り
込まれる清浄な稀釈ガスにより稀釈し、これを計測器0
6の性能に応じた固体粒子数濃度に調整後、配管05を
経て計測器06に導入し、計測器06にて計測完了後は
これを吸引ポンプ07によシ系外へ排出する。
しかしながら、このような手段には下記のような欠点が
ある。
すなわち、(1)固体粒子数濃度が高い場合、配管02
内において、粒子間の凝集及び配管02内壁への沈着に
より固体粒子数濃度及び粒径分布に変化が生ずる。
(2)稀釈容器03では、配管02に比べ断面積が増加
するので流速が低下し、これに伴い乱流度が低下するた
め、配管02を経て導入される固気混相流体と配管04
を経て導入される稀釈ガスの混合が十分性なわれず、計
測器06に送られる稀釈後の固気混相流体の濃度(稀釈
倍率を乗じた値)及び粒径分布に変化が生ずる。
(3)上記(2)項の影響軽減のため稀釈容器03内で
の固気混相流体の滞留時間を長くして混合を行なう場合
、稀釈容器03の容量が増大する。
また稀釈容器03でのブラウン運動による粒子間の凝集
が生じ、固体粒子数濃度及び粒径分布に変化が生ずる。
本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、凝
集、沈着を防止して固体粒子数濃度5粒径分布等の状態
を変化することなく粒子計測器に固気混相流体を導入す
る固気混相流体のサンプリング装置を提供することを目
的とし、長手方向に分布する複数の細孔を周壁に穿設し
てなり→端より固気混相流体を吸入しこれを他端に連通
ずる計測器に送給する固気混相流体サンプリング内管と
、上記固気混相流体サンプリング内管に同軸的に外挿さ
れ上記固気混相流体サンプリング内管との間の環状空間
に稀釈ガスを導入し これを上記細孔を経て上記固気混
相流体サンプリング内管中に送入する稀釈ガス外管との
2重管よシなることを特徴とする。
本発明の実施例を図面について説明すると、第2図はそ
の原理を示す説明図、第3図は本装置の第1実施例を示
す部分縦断面図、第4図は第3図のIV−IVに沿った
横断面図、第5図は第2実施例を示す部分縦断面図、第
6図は第5図の■−■に沿った横断面図、第7図はサン
プリング管の長さ方向に沿った固体粒子数濃度分布を示
す線図、第8図は、固体粒子数の分布濃度と減少率との
関係を示す線図、第9図はサンプリング管の長さと減少
率との関係を示す線図である。
まず、第2〜4図において、8はプラントダクト8′中
を流れる固気混相流体本流、9はプラントダクト8′中
に位置する開口端より固気混相流体9′を吸込むサンプ
リング管、9′はサンプリング管9の下流より分岐し稀
釈後の固気混相流体の一部を排出する排出管、10は稀
釈ガス管10′より流入する稀釈ガスをサンプリング管
9中に導入する複数の稀釈ガス細流路、11はサンプリ
ング管9を経て流入する稀釈固気混相流体中の固体粒子
を計測する計測器、12は計測器11に固気混相流体を
導入するための吸引ポンプ、13は稀釈ガス管10′に
送入される稀釈ガスの圧力を調整する圧力調整器、16
はサンプリング内管15の周壁全面に長手方向に亘って
適宜間隔pで分布穿設された半径方向の複数の細孔、1
7はサンプリング内管15と後記する外管18との間の
環状□空間、18はサンプリング内管15に同軸的に外
挿された外管で、サンプリング内管15と協働して2重
管を構成し、その両端はサンプリング内管15の外周に
環状壁で封鎖されている。
このような装置において、まず本発明の詳細な説明する
と、第2図に示すように、稀釈ガス管10′を経て、流
入する稀釈ガスをサンプリング管9の長手方向に分布す
る多数の稀釈ガス細流路10を通ってサンプリング管9
に流入することにより左端よりサンプリング管9中に流
入する固気混相流体9′を、固体粒子の凝集及び沈着を
生ずることなく、所定の稀釈倍率(固気混相流体流量/
稀釈ガス流量)に稀釈しようとするのである。
そのために、本発明では、サンプリング管9及び稀釈ガ
ス管10′を第3〜4図に示すように、す・ンゾリング
内管15及び外管18の2重管構造として形成し、細孔
16をして稀釈ガス細流路100作用を行なわしめるよ
うにしたものである。
細孔16の大きさ、形状2個数は稀釈倍率、混相流体中
の固体粒子数濃度等により異なるが、−・般には直径d
= 0.6〜2.0m+++の円孔で、その軸方向間
隔pは後記する稀釈ゾーンと保持ゾーンで若干具なるが
、p−5〜20rrrrILで、同一円周上に6〜10
個程度等間隔で分布する。
しかし、細孔16は、第5〜6図に示す第2実施例のよ
うに、サンプリング内管15中を流れる混相流体の流れ
方向の成分をもって稀釈ガスが流入するようにサンプリ
ング内管に対し傾斜して穿設してもよく、また、第6図
に示すように、円周方向に傾斜して穿設することによシ
稀釈ガスに節回流を与えるとともに固気混相流体とサン
プリング内管内周との間に稀釈ガスの薄膜を形成するよ
うにすることもできる。
細孔16の面積は、第7図に示す固体粒子数濃度とサン
プリング管の長さ方向の関係となるよううに、稀釈ガス
流量を決める。
つまり、サンプリング内管上流すなわち、固体粒子数濃
度の高い部分(以下稀釈ゾーンという)では、稀釈ガス
の流量を多くするために細孔16の面積を大きく賦急速
に固体粒子数濃度を低下させ、ブラウン運動拡散による
粒子間の凝集及びサンプリング内管内壁への付着を防止
する。
ブラウン運動、拡散による粒子間の凝集が無視できる程
度に固体粒子数濃度が低下した部分(以下保持ゾーンと
いう)では、主にサンプリング内管内壁への沈着を防止
する目的でサンプリング内管内壁に稀釈ガスの薄膜が形
成される程度の稀釈ガス流量となるような細孔16の面
積とする。
従って細孔16の面積は上記理由により固気混相流体の
上流よシ下流に沿って順次小さくする。
稀釈ガスの圧力は固気混相流体9′の圧力より若干大(
数100 MA q程度)となるように圧力調整器13
で調整し、細孔16から固気混相流体9′中に噴出され
る稀釈ガスの噴出流速が数m/s程度となるようにする
稀釈倍率は細孔16の個数又は稀釈ゾーンの長さを変化
させることにより制御することができる。
ブラウン運動、拡散による粒子間の凝集及び管内壁への
沈着についてはフィック(F i dc )の法則によ
シ理論的解として求めることができる。
例えば、粒子間の凝集は(1)式より、配管内壁への沈
着は(2)式よりそれぞれ計算できる。
たソし、 no:最初の状態における粒子数濃度(個/crrl′
)n:を秒後の 〃、 (個Zcrl)
k:定数 (cnfA固Bec )
L:経過時間 (SeC)n
−η ・・・・・・・・・・・・(2)−−=
e n。
たソし、 no:最初の状態における粒子数濃度(個/−)n:を
秒後の (個/cITl′)〃 η:定数 (−)(1)及
び(2)式により、ブラウン運動、拡散による影響が太
きいと考えられる粒子(粒径0.1μ)についての減少
率の計算結果を第8図及び第9図に示す。
たソし、計算にあたっては従来の計測の諸条件を考慮し
、 0 固気混相流体本流から稀釈容器の間の配管内径を8
m++z O固気混相流体本流から稀釈容器の間の配管長さを57
H、10yl 。
0 固気混相流体流量1i/m1n(20℃)とじ島第
8図により粒子間の凝集は、例えば、固体粒子数濃度が
107個/cni’ (10mg/m” )のとき減少
率n/noは配管長さが5m、10mでそれぞれ91%
、84%(換言すれば固体粒子数濃度が9チ及び16%
減少)となり、これに伴い、粒径分布にも変化が生ずる
また、第9図により配管内壁への沈着は、配管長さが5
m及び10mで減少率n/n□はそれぞれ97%及び9
5.5%(換言すれば固体粒子数濃度が3%及び4.5
%減少)となシ、これに伴い粒径分布にも変化が生ずる
因みに、このような現象は第1図中の配管02.稀釈容
器03及び配管05内でも生起している。
最後に、第1図に示した従来の計測及び第2〜6図に示
した、本装置を用いた計測によシ試験用燃焼炉排ガス中
のばいじんの粒子数濃度を計測した結果を示す。
第1図において、サンプリングガス量を51/min、
配管05の内径を4閣、長さを10m。
稀釈ガス量を1000 l/m in(稀釈倍率200
倍)。
吸引ポンプの容量を1//minとし、また、第2図に
おいて、サンプリングガス量を57’/minシサンプ
リング内管15の内管を8叫、外管の内径を20rIr
!rL、稀釈ガス圧力(正)を500rrarLAq。
細孔の直径dを稀釈ゾーンで1.5 rrm 、その軸
方向間隔pを10wrL2円周方向に8個、保持ゾーン
ではd=0.7mt p=20mm、円周方向に6個と
獣合計、稀釈ガス量を1000 / /min+吸引ポ
ンプ容量を1137m1nとして、それぞれ両者による
固体粒子数濃度を計測した結果第1図の従来手段では8
.2 X 106(個AT! ) 9本装置では9.8
X106(個/cIT1′)を得た。
両者の計測結果の差(9,8X 106−8.2 Xl
06=16X106個/cni’)は、粒子間の凝集又
は導入配管内壁への付着によるものであシ、このように
して、本装置による効果が実計測によって実証された。
以上は本発明サンプリング装置をサンプリング内管15
に適用した例について説明したが、本発明は内管寸法を
拡大して稀釈容器03に適用することも可能である。
稀釈容器内で固気混相流体と稀釈ガスを混合する場合に
は、混合に必要な所定の滞留時間を維持できる稀釈容器
03の内容積としまたその構造、稀釈ガスを噴出する細
孔の位置、大きさ、数及び稀釈ガス流量等の操作条件に
ついては第3〜6図に基づいて例示説明したサンプリン
グ内管15と同様に決定する。
要するに、本発明によれば、長手方向に分布する複数の
細孔を周壁に穿設してなり一端より固気混相流体を吸入
しこれを他端に連通ずる計測器に送給する固気混相流体
サンプリング内管と、上記固気混相流体サンプリング内
管に同軸的に外挿され上記固気混相流体サンプリング内
管との間の環状空間に稀釈ガスを導入し、これを上記細
孔を経て上記固気混相流体サンプリング内管中に送入す
る稀釈ガス外管との2重管よりなることによシ、計測精
度の高い、固気混相流体のサンプリング装置を得るから
、本発明は産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知の固気混相流体のサンプリング要領を示す
説明図、第2図は本発明の原理を示す説明図、第3図は
本装置の第1実施例を示す部分縦断面図、第4図は第3
図のIV−IVに沿った横断面図、第5図は第2実施例
を示す部分縦断面図、第6図は第5図の■−■に沿った
横断面図、第7図はサンプリング管の長さ方向に沿った
固体粒子数濃度分布を示す線図、第8図は固体粒子数の
分布濃度と減少率との関係を示す線図、第9図はサンプ
リング管の長さと減少率との関係を示す線図である。 8・・・・・・固気混相流体本流、8′・・・・・・プ
ラントダクト、9・・・・・・サンプリング管、9′・
・・・・・固気混相流体、9′・・・・・・排出管、1
0・・・・・・稀釈ガス細流路、10′・・・・・・稀
釈ガス管、11・・・・・・計測器、12・・・吸引ポ
ンプ、13・・・・・・圧力調整器、15・・・・・・
サンプリング内管、16・・・・・・細孔、17・・・
・・・環状空間、18・・・・・・外管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 長手方向に分布する複数の細孔を周壁に穿設してな
    り一端よシ固気混相流体を吸入しこれを他端に連通ずる
    計測器に送給する固気混相流体サンプリング内管と、上
    記固気混相流体サンプリング内管に同軸的に外挿され上
    記固気混相流体サンプリング内管との間の環状空間に稀
    釈ガスを導入し、これを上記細孔を経て上記固気混相流
    体サンプリング内管中に送入する稀釈ガス外管との2重
    管よりなることを特徴とする固気混相流体のサンプリン
    グ装置。
JP8994280A 1980-07-03 1980-07-03 固気混相流体のサンプリング装置 Expired JPS5823885B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6115296U (ja) * 1984-06-29 1986-01-29 株式会社タダノ 継ぎ足しジブの起伏装置

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