(57)【要約】【課題】ダストの捕集中にろ紙の交換時期を把握可能にし、濃度測定に必要なダスト捕集量を確保すると共に、複数のろ紙による連続的なダスト捕集を可能にする。【解決手段】採取管１２に三方弁１６ａ〜１６ｄを介して４個の分岐管１４ａ〜１４ｄが接続されている。分岐管１４ａ〜１４ｄには、内部にろ紙２２ａ〜２２ｄが設けられたダスト捕集器１８ａ〜１８ｄが設けられ、ダスト捕集器１８ａ〜１８ｄの上流及び下流の分岐管１４ａ〜１４ｄを流れる排ガスｅの差圧を測定する差圧検出器３４ａ〜３４ｄが設けられている。分岐管１４ａ〜１４ｄの下流端は配管２６に合流し、配管２６には、流量調整弁２８、吸引ポンプ３０及びガスメータ３２が設けられている。排ガスｅのサンプリング前に、排ガスｅの性状に擬似させた排ガスを用いた実験を行い、ろ紙のダスト捕集量と該差圧との関係を示すマップを作成する。【選択図】図１
2014081335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの流路内に採取口が配置され、該排ガスの一部を採取する採取管と、
前記採取口から排ガスを前記採取管内に吸引する吸引ポンプと、
前記採取管から分岐し、該採取管に対して並列に配置され、下流端で合流して前記吸引ポンプに接続された複数の分岐管と、
前記採取管を前記複数の分岐管のひとつに選択的に連通させる排ガス流路切換弁と、
前記複数の分岐管に夫々設けられ、内部に排ガス流路が形成されると共に、該排ガス流路にろ紙が配置されたダスト捕集器と、
各ダスト捕集器に設けられ、前記ろ紙の上流と下流の排ガス流間の差圧を検出する差圧検出器と、
前記排ガスの性状に擬似させた擬似排ガスを前記ろ紙と同一の材質、形状及び厚さを有するろ紙に通過させ、該ろ紙の上流と下流の排ガス流間の差圧と、該ろ紙のダスト捕集量との関係を求めたマップと、
前記マップが記憶された記憶部を有し、前記採取管と連通した分岐管で、前記差圧検出器の測定値と前記マップとからダスト捕集量を推定し、推定ダスト捕集量が設定量となったら、前記排ガス流路切換弁を制御して前記採取管を別の分岐管に連通させる制御装置とを備えていることを特徴とするダスト自動採取装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記採取管を前記複数の分岐管に順々に連通させ、すべての分岐管に設けられたダスト捕集器のダスト捕集量が設定量になったら、前記吸引ポンプを停止させるものであることを特徴とする請求項１に記載のダスト自動採取装置。
【請求項３】
前記排ガス流路切換弁は、前記採取管と前記複数の分岐管との分岐部に夫々設けられた三方弁であることを特徴とする請求項１に記載のダスト自動採取装置。
【請求項４】
前記排ガスを燃料ガスとして用いる燃焼機器と、
前記燃焼機器に前記排ガスを供給する排ガス供給路と、
前記排ガス供給路に設けられた集塵機と、
請求項１に記載のダスト自動採取装置が前記燃焼機器と前記集塵機との間の前記排ガス供給路に設けられ、
前記ダスト自動採取装置で捕集したダスト量からダスト濃度を求め、該ダスト濃度に応じて、前記集塵機の集塵能力を制御するようにしたことを特徴とするダスト自動採取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、煙道、煙突、ダクト等を流れる排ガスのダスト濃度を測定するために用いられるダスト自動採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス中のダスト濃度の測定はＪＩＳ  Ｚ  ８８０８（ろ紙重量法）が適用されている。この方法は、排ガス流路中に吸引ノズルを配置し、排ガスを等速で吸引する。内部にろ紙を有するダスト捕集器に排ガスを導き、ろ紙に捕集したダストの重量と、吸引した排ガス量とから、計算によりダスト濃度を求めるものである。この方法で、ろ紙に捕集されるダスト捕集量は、円形ろ紙で捕集面積１ｃｍ２当り０．５ｍｇ程度と規定され、円筒形ろ紙で全ダスト捕集量が５ｍｇ以上と規定されている。
【０００３】
前記ＪＩＳ法では、ろ紙に捕集されたダスト捕集量は測定中においては確認できないため、ダスト採取終了時期の判断は、採取時間などから決定される。あるいは、ろ紙の交換時期は、ろ紙通過時の圧力損失の増加による吸引ガス流量（ガス吸引速度）の低下などから、経験的に決定されることが多い。
【０００４】
特許文献１に開示されたダスト濃度測定装置は、ガスメータで吸引ガス量を測定しながら、一定流量で排ガスを吸引し、交換時期の目安として、一定の採取時間を設定し、この採取時間からダスト捕集量を推定し、交換時期を推定している。また、特許文献１には、ろ紙をターンテーブルに載せ、ダスト捕集とダスト濃度測定を連続的に行う装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１４６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、前記ＪＩＳ法や特許文献１のダスト採取装置では、ろ紙の交換時期を、一定の採取時間経過後としたり、あるいは経験的に判断している。そのため、元々排ガス中のダスト量が少ないときなど、取り出したろ紙のダスト捕集量が予想より少ない場合がある。その結果、ろ紙秤量時の誤差が大きくなり、正確なダスト濃度を測定できないという問題がある。また、ダスト捕集後、ろ紙を手動で交換するため、複数のろ紙を自動交換し、連続的に測定することはできない。
【０００７】
排ガスの性状や排ガス中のダスト濃度の変動が激しい場合は、ろ紙の適切な交換時期の判断は困難である。また、ダスト捕集器は排ガスのシール性を保持する必要があるが、特許文献１に開示されたターンテーブル方式では、ろ紙をダスト捕集部以外の処理部、例えば、ろ紙乾燥部やろ紙秤量部等に移動させる必要がある。そのため、ダスト捕集部での排ガスのシール性を保持するのが困難である。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ダストの捕集中にダスト捕集器に設けられたろ紙の交換時期を把握可能にし、濃度測定に必要なダスト捕集量を確保すると共に、複数のろ紙による連続的なダスト捕集を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明のダスト自動採取装置は、排ガスの流路内に採取口が配置され、排ガスの一部を採取する採取管と、採取口から排ガスを採取管内に吸引する吸引ポンプと、採取管から分岐し、採取管に対して並列に配置され、下流端で合流して吸引ポンプに接続された複数の分岐管と、採取管を複数の分岐管のひとつに選択的に連通させる排ガス流路切換弁と、複数の分岐管に夫々設けられ、内部に排ガス流路が形成されると共に、排ガス流路にろ紙が配置されたダスト捕集器と、各ダスト捕集器に設けられ、ろ紙の上流と下流の排ガス流間の差圧を検出する差圧検出器とを備えている。
【００１０】
かかる構成において、吸引ポンプによって採取管に吸引された排ガスは、一つの分岐管に導入され、該分岐管に設けられたダスト捕集器でダストを捕集した後、排ガス流路切換弁によって別の分岐管に順々に導入される。
【００１１】
本発明では、さらに、排ガスの性状に擬似させた擬似排ガスをろ紙と同一の材質、形状及び厚さを有するろ紙に通過させ、ろ紙の上流と下流の排ガス流間の差圧と、ろ紙のダスト捕集量との関係を求めたマップと、マップが記憶された記憶部を有し、採取管と連通した分岐管で、差圧検出器の検出値とマップとからダスト捕集量を推定し、推定ダスト捕集量が設定量となったら、排ガス流路切換弁を制御して採取管を別の分岐管に連通させる制御装置とを備えている。
【００１２】
本発明によれば、差圧検出器の検出値とマップとからダスト捕集量を推定できるので、推定したダスト捕集量がダスト濃度の測定に最適な設定量となったところで、制御装置により、排ガス流路切換弁を制御し、採取管を別の分岐管に自動的に切り替えることができる。そのため、濃度測定に必要なダスト捕集量を確保できると共に、複数のろ紙による連続的なダスト捕集が可能になり、ろ紙の交換作業が不要になる。また、ダスト捕集中にろ紙をダスト捕集器の外部へ移動させる必要がないため、ダスト捕集器のシール性を保持するのが容易である。
【００１３】
本発明において、制御装置は、採取管を複数の分岐管に順々に連通させ、すべての分岐管に設けられたダスト捕集器のダスト捕集量が設定量になったら、吸引ポンプを停止させるものであるとよい。これによって、すべてのダスト捕集器でのダスト捕集と、その後のダスト採取の停止までの操作を自動化できる。
【００１４】
本発明において、排ガス流路切換弁は、採取管と複数の分岐管との分岐部に夫々設けられた三方弁であるとよい。これによって、採取管と各分岐管との分岐部に三方弁を設けただけの簡単かつ低コストな構成で、排ガス流路の切替えが可能になる。
【００１５】
排ガスを燃料ガスとして用いる燃焼機器が存在する。該燃焼機器は、例えば、高炉ガスやコークス炉ガスを燃料ガスとするガスタービンプラント等である。かかる燃焼機器では、排ガスを燃焼機器に供給する排ガス供給路に集塵機を設け、排ガスを除塵した上で、燃焼機器に供給し、燃焼機器でダストによる詰りや部材の損傷等が発生するのを防止する必要がある。しかし、排ガスの性状や流量の変動が激しい場合、排ガスに含まれるダストの濃度も変動するため、燃焼機器の中でダストによる詰りや部材の損傷等が発生しやすい。
【００１６】
このような場合、燃焼機器と集塵機との間の排ガス供給路に本発明装置を設けるとよい。
本発明装置は、排ガスの性状や流量の変動が激しい場合でも、ろ紙の交換時期を適切に決定でき、ダスト濃度の測定に必要なダスト捕集量を確保できる。また、本発明装置で捕集したダスト量から求めたダスト濃度に応じて、集塵機の集塵能力を制御することで、燃焼機器で発生する詰りや部材の損傷等を防止でき、燃焼機器の安定稼働を継続できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ダスト捕集器に配置されたろ紙の交換時期を適切に判断し、排ガス中のダスト量に変動がある場合でも、濃度測定に必要なダスト捕集量を確保できる。また、ろ紙の交換作業が不要になると共に、複数のろ紙による連続的なダスト捕集が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るダスト採取装置の正面視断面図である。
【図２】第１実施形態に係る、差圧とダスト捕集量との関係を示すマップである。
【図３】本発明装置を設けたガスタービンプラントの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るダスト自動採取装置１０の全体図である。煙突等を構成する隔壁４０の内部に排ガスｅが矢印方向に流れる煙道ｓが形成されている。隔壁４０に設けられた貫通孔４０ａから採取管１２が煙道内に挿入されている。採取管１２は隔壁４０に固定され、採取管１２の先端開口１２ａは、煙道ｓにおいて排ガスｅの流れ方向に向けられている。
【００２１】
採取管１２には、排ガス流れ方向上流側から順に４個の分岐管１４ａ〜１４ｄが接続されている。分岐管１４ａ〜１４ｄは採取管１２に対して並列に配置され、採取管１２と分岐管１４ａ〜１４ｄとの各分岐部には、夫々三方弁１６ａ〜１６ｄが設けられている。三方弁１６ａ〜１６ｄの開閉によって、採取管１２内の排ガス流路は、分岐管１４ａ〜１４ｄに選択的に連通する。なお、採取管１２に形成された排ガスｅの流路は、三方弁１６ｄの下流で閉鎖されているので、三方弁１６ｄは単なる開閉弁としてもよい。
【００２２】
分岐管１４ａ〜１４ｄには、夫々、ダスト捕集器２０ａ〜２０ｄが設けられている。ダスト捕集器１８ａ〜１８ｄは、夫々、採取管１２に形成された排ガス流路より断面が拡大された排ガス流路が形成されている。また、ろ紙２２ａ〜２２ｄを固定するろ紙ホルダ２０ａ〜２０ｄを有している。ろ紙２２ａ〜２２ｄは円形を有し、外周縁をろ紙ホルダ２０ａ〜２０ｄによって固定され、排ガス流路に面した位置に固定されている。
【００２３】
ろ紙２２ａ〜２２ｄの背面に接するように、金網２４ａ〜２４ｄがろ紙ホルダ２０ａ〜２０ｄに固定されている。ろ紙２２ａ〜２２ｄは、排ガスｅの圧力に対して、背面から金網２４ａ〜２４ｄによって支持されている。分岐管１４ａ〜１４ｄを流れる排ガスｅの流速を同一にするため、分岐管１４ａ〜１４ｄは同一内径を有している。
【００２４】
分岐管１４ａ〜１４ｄの下流端は、配管２６に合流している。分岐管１４ａ〜１４ｄとの合流部より下流側の配管２６には、排ガス流れ方向上流側から順に流量調整弁２８、吸引ポンプ３０及びガスメータ３２が設けられている。吸引ポンプ３０で排ガスｅを採取管１２に吸引し、ガスメータ３２で採取管１２や分岐管１４ａ〜１４ｄを流れる排ガスｅの流量を測定する。
【００２５】
ダスト捕集器１８ａ〜１８ｄには、夫々、ダスト捕集器１８ａ〜１８ｄの上流及び下流の分岐管１４ａ〜１４ｄを流れる排ガスｅの差圧を測定する差圧検出器３４ａ〜３４ｄが設けられている。差圧検出器３４ａ〜３４ｄは、例えばマノメータを用いることができる。差圧検出器３４ａ〜３４ｄ及びガスメータ３２の測定値は制御装置３６に送られる。制御装置３６は、これらの測定値に基づいて、三方弁１６ａ〜１６ｄ、流量調整弁２８の動作及び吸引ポンプ３０の作動を制御する。
【００２６】
かかる構成において、制御装置３６によって流量調整弁２８を開放し、吸引ポンプ３０を作動させ、採取管１２の先端開口１２ａから排ガスｅを採取する。採取管１２を流れる排ガスｅの流量はガスメータ３２で測定され、排ガスｅの流量は、制御装置３６の指令によって、吸引ポンプ３０や流量調整弁２８で制御される。
【００２７】
排ガスｅのサンプリングを行う前に、排ガスｅの性状に擬似させた排ガスを用いた実験を行い、データを取得しておく。この実験では、ろ紙２２ａ〜２２ｄと同一の材質、形状及び厚さを有するろ紙を用い、擬似排ガスをろ紙に通過させ、ろ紙通過時の圧力損失による擬似排ガスのろ紙上流とろ紙下流間の差圧を求める。そして、ろ紙のダスト捕集量と該差圧との関係を示すマップを作成する。この場合、吸引ポンプ３０による排ガスｅの吸引流速を等速に保持し、分岐管１４ａ〜１４ｄを流れる排ガス流を安定させるとよい。こうして作成したマップの一例を図２に示す。図２のマップは制御装置３６の記憶部３８に記憶される。
【００２８】
図２のマップから、ろ紙通過時の排ガスｅの圧力損失量と、ろ紙２２ａ〜２２ｄのダスト捕集量との関係を確認する。これによって、ろ紙の破損等が発生せず、かつダスト濃度を測定可能な最適ダスト捕集量となる最適領域Ａと、差圧領域Ａに対応した差圧を確認できる。例えば、差圧が約５０ｋＰａになれば、ダスト濃度の測定に必要な最低ダスト捕集量（５．４ｍｇ）を捕集でき、ガスメータ３２で測定する吸引排ガス量からダスト濃度を算出できる。
【００２９】
次に、煙道ｓを流れる排ガスｅのサンプリングを行う。この場合、制御装置３６で流量調整弁２８及び吸引ポンプ３０を制御し、採取管１２を流れる排ガスｅの吸引流速を等速に制御する。また、マップ作成時と同一の吸引流量とする。まず、制御装置３８で三方弁１６ａを開とし、他の三方弁１６ｂ〜１６ｄを閉とする。そして、排ガスｅを採取管１２から分岐管１４ａに導入し、ダスト捕集器１８ａのろ紙２２ａに排ガスｅを通過させる。ろ紙２２ａにダストが捕集され、差圧検出器３４ａが示す差圧が、ダスト捕集量の最適領域Ａに対応した差圧となったら、制御装置３６で三方弁１６ａを閉とし、三方弁１６ｂを開とする。
【００３０】
排ガスｅを分岐管１４ｂに導入し、ダスト捕集器１８ｂでダストを捕集する。ダスト捕集器１８ｂの差圧検出器３４ｂが最適領域Ａに対応した差圧となったら、三方弁１６ｂを閉とし、三方弁１６ｃを開とする。こうして、上流側のダスト捕集器から順々にダストを捕集し、最後にダスト捕集器１８ｄの差圧検出器３４ｄの差圧が最適領域Ａに対応した差圧となったら、制御装置３６によって吸引ポンプ３０の稼働を停止させ、サンプリングを終了する。
【００３１】
本実施形態によれば、排ガスｅの採取中でも、図２のマップから、ろ紙２２ａ〜２２ｄのダスト捕集量を正確に推定できる。そのため、推定したダスト捕集量がダスト濃度の測定に最適な領域Ａとなったところで、制御装置３６により、三方弁１６ａ〜１６ｄを動作させ、採取管１２を別の分岐管に自動的に切り替えることができる。これによって、ろ紙が破損せず、かつ濃度測定に必要なダスト捕集量を確保できると共に、複数のろ紙２２ａ〜２２ｄによる連続的なダスト捕集が可能になる。
【００３２】
また、ターンテーブル方式ではなく、採取管１２にダスト捕集器１８ａ〜１８ｄを有する複数の分岐管１４ａ〜１４ｄを接続し、三方弁１６ａ〜１６ｄで排ガスｅの流路を切り替える方式であるので、排ガスｅが外部に漏れるおそれはない。また、マップ作成時のサンプリング時と排ガスｅのサンプリング時とで、排ガスの吸引速度を等速としたので、採取された排ガスｅの流れを安定させることができる。さらに、マップ作成時のサンプリング時と排ガスｅのサンプリング時とで、同一吸引流速としたので、排ガスｅのサンプリング時のダスト捕集量と違わない正確なマップを作成できる。
【００３３】
さらに、制御装置３６によって、すべてのダスト捕集器１８ａ〜１８ｄでのダスト捕集とダスト採取の停止までの操作を自動化できる。また、排ガス流路の切替えに三方弁１６ａ〜１６ｄを用いたことで、切換え手段を簡単かつ低コストにできる。
【００３４】
（実施形態２）
次に、本発明を、高炉ガス及びコークス炉ガスを燃料ガスとするガスタービンコンバインドプラントに適用した第２実施形態を図３により説明する。図３において、高炉ガスＢＦＧが流れるガスライン５２と、ガスタービンコンバインドプラント５０のガス圧縮機５４との間は燃料ガスライン５６で接続されている。燃料ガスライン５６にミキサ５８が設けられており、ミキサー５８にコークス炉ガスＣＯＧを供給するガスライン６０が接続されている。ガスライン６０には、ブロア６２が設けられ、ブロア６２によってコークス炉ガスＣＯＧを燃料ガスライン５６に供給している。高炉ガスＢＦＧとコークス炉ガスＣＯＧとはミキサ５８で混合され、ガス圧縮機５４に送られる。
【００３５】
ミキサ５８より下流の燃料ガスライン５６には湿式電気集塵機６４が設けられ、湿式電気集塵機６４の下流には第１実施形態のダスト自動採取装置１００が設けられている。ダスト自動採取装置１００は、第１実施形態と同様に、マップを記憶した記憶部３８を有する制御装置３６を備えている。タービン軸６８には、蒸気タービン７０、発電機７２、及びガスタービン７４を構成する圧縮機７６及びタービン７８が接続されている。タービン軸６８の回転は、増速ギア６６で回転数を大きくしてガス圧縮機５４に伝達される。
【００３６】
ガス圧縮機５４で圧縮された燃料ガスは、ライン８２を介してガスタービン７４の燃焼器８０に送られるが、燃料ガスの一部は、ライン８４からガス冷却器８６に送られる。ガス冷却器８６に送られた燃料ガスは、ガス冷却器８６で冷却された後、ライン８８を介して、ミキサ５８と湿式電気集塵機６４間の燃料ガスライン５６に送られ、燃料ガスを冷却する。
【００３７】
タービン７８を駆動した後の排ガスは、ライン８９から排熱回収ボイラ９０に送られる。蒸気タービン７０の駆動に供された後の蒸気は、復水ポンプ９６によってライン９２から復水器９４に送られ、凝縮水となって排熱回収ボイラ９０に送られる。蒸気タービン７０の駆動に供されない一部の高圧蒸気も、ライン９８から排熱回収ボイラ９０に送られる。排熱回収ボイラ９０では、排ガスの保有熱で凝縮水及び高圧蒸気が再加熱される。排熱回収ボイラ９０で発生した蒸気は、圧力に応じて高圧ライン１０２、中圧ライン１０４及び低圧ライン１０６に分かれ、蒸気タービン７０に戻され、蒸気タービン７０を駆動する。排熱回収ボイラ９０から排出された排ガスは煙突１０８から放出される。
【００３８】
燃料ガスライン５６からガス圧縮機５４に供給される高炉ガスＢＦＧとコークス炉ガスＣＯＧとの混合ガスは、ガス性状及び流量の変動が激しい。また、湿式電気集塵機６４の下流では、混合ガス中に含まれるダストの量は少なくなるため、ダスト濃度の測定に必要なダスト捕集量を得られない場合がある。また、混合ガスに含まれるダストの濃度も変動するため、ガス圧縮機５４に詰りが生じたり、タービン７８の羽根に損傷が生じるおそれがある。
【００３９】
しかし、本発明のダスト自動採取装置１００を設けたことで、ろ紙の交換時期を適切に決定でき、ダスト濃度の測定に必要なダスト捕集量を確保できる。また、制御装置３６で、ダスト採取装置１００で捕集したダスト量から求めたダスト濃度に応じて、湿式電気集塵機６４の集塵能力を制御することで、ガスタービンコンバインドプラント５０で発生する詰りや部材の損傷等を防止でき、安定稼働を継続できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、排ガスに含まれるダストの捕集中に、ダスト捕集器に設けられたろ紙の交換時期を把握し、濃度測定に必要なダスト捕集量を確保すると共に、複数のろ紙による連続的なダスト捕集を可能にする。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１００                        ダスト自動採取装置
１２                                採取管
１２ａ                            先端開口
１４ａ〜１４ｄ                      分岐管
１６ａ〜１６ｄ                      三方弁
１８ａ〜１８ｄ                      ダスト捕集器
２０ａ〜２０ｄ                      ろ紙ホルダ
２２ａ〜２２ｄ                      ろ紙
２４ａ〜２４ｄ                      金網
２６                                配管
２８                                流量調整弁
３０                                吸引ポンプ
３２                                ガスメータ
３４ａ〜３４ｄ                      差圧検出器
３６                                制御装置
３８                              記憶部
４０                                隔壁
４０ａ                            貫通孔
５０                                ガスタービンコンバインドプラント
５２、６０                          ガスライン
５４                                ガス圧縮機
５６                                燃料ガスライン
５８                                ミキサ
６２                                ブロア
６４                                湿式電気集塵機
６６                                増速ギア
６８                                タービン軸
７０                                蒸気タービン
７２                                発電機
７４                                ガスタービン
７６                                圧縮機
７８                                タービン
８０                                燃焼器
８２                                ガス冷却器
９０                                排熱回収ボイラ
９４                                復水器
９６                                復水ポンプ
１０２                              高圧ライン
１０４                              中圧ライン
１０６                              低圧ライン
１０８                              煙突
Ａ                                  最適領域
ｓ                                  煙道
ｅ                                  排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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