(57)【要約】【課題】固体粒子含有排ガスを正確にサンプリングし、排ガスに含まれる水銀濃度を形態別に正確に測定することができる排ガスサンプリング装置を提供すること。【解決手段】ダクト９内を流通する固体粒子含有排ガスＡをガス採取管４を用いて採取し、排ガスＡに含まれる水銀濃度を形態別に測定する水銀濃度測定装置に送給する排ガスサンプリング装置であって、ガス採取管４と、その先端部に設けられた集塵フィルタ２と、集塵フィルタ２の前流側に連結され、固体粒子含有排ガスＡを吸引して集塵フィルタ２に導入するガス吸引管１１とを有し、ガス吸引管１１のガス入口とは反対に位置する端のガス出口開孔１２を閉塞させ、閉塞部以外の部分、例えば側面外周部にガス出口開孔１３を設けたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路内を流通する固体粒子含有排ガスをガス採取管を用いて採取し、前記排ガスに含まれる水銀濃度を形態別に測定する水銀濃度測定装置に送給する排ガスサンプリング装置であって、前記ガス採取管と、該ガス採取管の先端部に設けられた集塵フィルタと、該集塵フィルタの前流側に連結され、前記固体粒子含有排ガスを吸引して集塵フィルタに導入するガス吸引管とを有し、該ガス吸引管のガス入口とは反対に位置する端を閉塞させ、該閉塞部以外の部分にガス出口開孔を設けたことを特徴とする水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
【請求項２】
前記ガス出口開孔を、ガス吸引管の側面外周部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
【請求項３】
前記ガス出口開孔の開孔面積を、前記ガス吸引管の断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項２に記載の水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
【請求項４】
前記ガス吸引管およびガス採取管の前記排ガスとの接触面をアルミニウムまたはチタンで形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置に係り、特に、固体粒子含有排ガスに含まれるダスト状の水銀を正確にサンプリングし、測定するのに好適な水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラなどから排出される排ガス中には微量ながら水銀が含まれており、これらの水銀がどのように挙動するかを明らかにし、除去特性を把握するためには、ガス中の水銀濃度だけでなく、ダスト状の水銀濃度を含む形態別の水銀濃度を正確に測定することは不可欠である。
【０００３】
排ガス中の水銀の測定法は、ＪＩＳに規定された方法やオンタリオハイドロ法などが提案されている。ＪＩＳに規定された方法では、全水銀濃度を測定する方法として硫酸酸性の過マンガン酸カリウム溶液で排ガスを吸収し、吸収液を還元処理した後に空気で水銀を追い出して原子吸光法で濃度を測定する方法が示されている。また、ガス中の金属水銀濃度を測定する方法として、排ガスをリン酸緩衝液中に通気した後に金−アマルガム捕集管で金属水銀を捕集し、捕集管を加熱しながら通気して水銀を気相に移行させたのち、原子吸光法で分析する方法が示されている。
【０００４】
一方、オンタリオハイドロ法では、ＫＣｌ溶液、過酸化水素水と硝酸の混合液および硫酸酸性の過マンガン酸カリウム溶液を含んだ吸収瓶で排ガスを吸収し、ＫＣｌ溶液および過酸化水素水と硝酸の混合液に吸収された量を酸化された水銀、硫酸酸性の過マンガン酸カリウム溶液に吸収された量を金属水銀としている。
【０００５】
しかし、上記のいずれの方法で排ガス中の水銀を測定する場合でも、ボイラなどからの排ガス中には灰などの固体粒子が含まれているため、排ガス中の水銀濃度を正確に測定するためには、固体粒子を含めて代表的な排ガスを正確に採取する必要がある。なお、採取後、必要に応じてフィルタなどでガスと固体粒子とに分離され、それぞれに含まれる水銀量が測定される。大型装置の場合、排ガスが流れている配管（ダクト）は一辺が数ｍの長さであるため、排ガスが均一であるとは限らない。従って、このような排ガス中の水銀濃度を正確に分析するには、当然数箇所の排ガスを採取し、その分析値の平均を求める必要があり、そのためには、長さが数ｍのガス採取管が必要となる。
【０００６】
図５は、従来周知の排ガスサンプリング装置の要部を示す拡大図である。図５において、この排ガスサンプリング装置は、図示省略したガスダクト内に挿入されるガス採取管４と、該ガス採取管４の先端部に設けられた集塵フィルタ２と、該集塵フィルタ２の前流側に連結され、排ガスＡを吸引して集塵フィルタ２に導入するガス吸引管１１とから主として構成されている。１０は、ガス吸引管１１の先端部、１２は、ガス吸引管１１のガス入口とは反対に位置する端の開孔である。
【０００７】
排ガスＡは、図示省略したポンプによって吸引され、ガス吸引管１１の先端部１０から排ガスサンプリング装置に流入し、前記ガス吸引管１１のガス入口とは反対に位置する端の開孔１２を経て集塵フィルタ２に流入し、ここで固体粒子Ｅが除去された後、例えばアルミ製のガス採取管４を通って吸引される。
なお、ガス分析に関するものとして下記の特許文献がある。
【特許文献１】特開２００２−０８２１１０号公報
【特許文献２】特開平０６−３００７４１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の排ガスサンプリング装置には、以下のような問題点があった。すなわち、所定量のガスを採取した後、余剰の排ガスの流入を避けるために、吸引ポンプを停止すると同時にガス吸引管の先端部を排ガスの流通方向と同一方向（先端部の開孔部が排ガスの流れに対向しない方向）に向け、この状態でガス採取管が集塵フィルタおよびガス吸引管ごと素早くダクトから引き抜かれるが、この時、ダクト内のガス圧が大気圧よりも低い負圧状態であると、集塵フィルタに捕集された固体粒子の一部がガス吸引管の集塵フィルタに対向する開孔を経てダクト内に逆流することがある。従って、水銀のように、排ガスの気相中のみならず、固体粒子中にもダスト状に存在する有害成分を採取する場合、目的物を正確にサンプリングすることができないという問題があった。
【０００９】
このような傾向は、ダクト内の負圧が大きくなるほど顕著である。従って、負圧状態のダクト内を流通する固体粒子含有排ガスを対象として水銀濃度測定用の排ガスをサンプリングする際、所定量のガスを採取した後、直ちにガス吸引管の先端部を排ガス流と対向しない方向に向けてそれ以上の固体粒子の流入を阻止し、かつ固体粒子の逆流を防止するためにポンプを停止せず排ガスを吸引したままの状態でガス採取管をダクトから引き抜く方法が採用されているが、この方法によっても、固体粒子の余剰採取または一旦採取した固体粒子の逆流を回避することはできても、ガス採取終了後もさらに排ガスが吸引されることとなり、全水銀濃度測定結果に誤差が生じるという問題があった。
すなわち、上記従来技術では、固体粒子含有排ガスを正確にサンプリングすることができず、これによって排ガス中の水銀濃度測定結果に大きな誤差が生じるという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、固体粒子を含有する排ガスであっても正確にサンプリングし、排ガスに含まれる形態別水銀濃度を正確に測定、分析することができる水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）ガス流路内を流通する固体粒子含有排ガスをガス採取管を用いて採取し、前記排ガスに含まれる水銀濃度を形態別に測定する水銀濃度測定装置に送給する排ガスサンプリング装置であって、前記ガス採取管と、該ガス採取管の先端部に設けられた集塵フィルタと、該集塵フィルタの前流側に連結され、前記固体粒子含有排ガスを吸引して集塵フィルタに導入するガス吸引管とを有し、該ガス吸引管のガス入口とは反対に位置する端を閉塞させ、該閉塞部以外の部分にガス出口開孔を設けたことを特徴とする水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
【００１２】
（２）前記ガス出口開孔を、ガス吸引管の側面外周部に設けたことを特徴とする上記（１）に記載の水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
（３）前記ガス出口開孔の開孔面積を、前記ガス吸引管の断面積よりも小さくしたことを特徴とする上記（２）に記載の水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
（４）前記ガス吸引管およびガス採取管の前記排ガスとの接触面をアルミニウムまたはチタンで形成したことを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の水銀濃度測定用排ガスサンプリング装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である排ガスサンプリング装置の説明図、図２は、図１の排ガスサンプリング装置を適用した、本発明者らが提案した未公知の排ガス中の水銀濃度測定装置（一部の機器図示省略）を示す説明図である。
【００１４】
図１において、この排ガスサンプリング装置は、ガス採取管４と、該ガス採取管４の先端部に設けられた集塵フィルタ２と、該集塵フィルタ２の前流側に連結され、排ガスを吸引して前記集塵フィルタ２に導入するガス吸引管１１とを有し、該ガス吸引管１１のガス入口とは反対に位置する端を閉塞させ、該閉塞部以外の部分、例えば前記ガス吸引管１１の側面外周部に、前記ガス吸引管１１の内径（４ｍｍφ）よりも小さい開孔（１ｍｍφ）１３を、例えば８個設けたものである。また、図２において、この水銀濃度測定装置は、排ガスが流通するダクト９に挿入された前記ガス採取管４と、該ガス採取管４に順次連結された、リン酸緩衝液Ｂ入りの吸収瓶５、金−アマルガム捕集管６、過酸化水素Ｃ入りの吸収瓶７、ポンプ１およびガスメータ８と、図示省略した原子吸光光度計等とから主として構成されている。
【００１５】
このような構成の装置において、ポンプ１により吸引された排ガスＡは、ガス吸引管１１の先端部１０から排ガスサンプリング装置に流入し、前記ガス吸引管１１の側面外周部に開けられた、例えば直径１ｍｍφの開孔１３を経て集塵フィルタ２に流入し、該集塵フィルタ２で固体粒子Ｅが除去された後、例えばステンレス管３で保護された、例えばアルミ製のガス採取管４を通って後流の吸収瓶５に導かれ、ここで排ガス中の塩化水銀や酸化水銀がリン酸緩衝液Ｂに吸収される。塩化水銀や酸化水銀が吸収された排ガスＡは、その後、金−アマルガム捕集管６に流入し、ここで排ガス中の金属水銀が捕集される。このようにして形態別の水銀が捕捉された排ガスは、後流の過酸化水素水Ｃが入った吸収瓶７に流入し、ここでポンプ１の保護等のために排ガス中のＳＯ２  などの酸性ガスが吸収される。
【００１６】
このとき、採取した排ガス量はガスメータ８により測定され、リン酸緩衝液Ｂによって吸収された水銀量は、緩衝液に還元剤を添加して液中の水銀を金属水銀に還元し、空気などのガスを通気してこれを気相に追い出した後、原子吸光法でその濃度が分析される。また、金−アマルガム捕集管６に捕集された水銀量は、捕集管６を加熱しながら通気して水銀を気相に追い出した後、以下同様にして原子吸光法でその濃度が分析される。一方、フィルタ２に捕集された固体粒子Ｅ中の水銀量は、フィルタ２を加熱しながら通気して捕集された水銀を気相に追い出した後、原子吸光法で分析されるか、または固体粒子Ｅが付着したフィルタ２を硫酸酸性の過マンガン酸カリウム溶液中に浸して固体粒子Ｅおよびフィルタ２に含まれる水銀を全て溶解し、これに上記のリン酸緩衝液Ｂと同様にして、還元剤を添加して液中の水銀を金属水銀に還元し、空気などのガスを通気してこれを追い出し、原子吸光法でその水銀量が分析される。
【００１７】
本実施例によれば、所定容量の排ガスを採取した後、余分なダストの流入を阻止するために、ガス吸引管１１の先端部を排ガスＡの流れ方向と対向しない方向に向け、この状態でガス採取管４がダクト９から素早く引き抜かれるが、ダクト内の負圧が大きく、集塵フィルタ２に捕集された固体粒子Ｅの一部が剥離したとしても、ガス吸引管１１のガス出口開孔１３が、該ガス吸引管１１の側面外周部に設けられてるので、固体粒子Ｅのダクト９内への逆流が阻止される。
【００１８】
本実施例において、ガス吸引管１１のガス出口開孔１３として径の小さい孔を複数設け、全体としてガス吸引管１１の円形断面積よりも小さくすることが好ましい。これによって、排ガス吸引時の抵抗を増加することなく固体粒子Ｅの逆流を防止して固体粒子含有排ガスを正確にサンプリングすることができる。
本実施例において、ステンレス保護管３は、高温度下で細長いアルミ製ガス採取管４の強度が不足して曲がるのを防止するために用いられるものであり、温度条件によっては不要となる。
【００１９】
本発明において、形態別の水銀とは、例えば固体粒子に含まれるダスト状の水銀、ガス（気相）中に含まれる塩化水銀、酸化水銀等の水溶性水銀および原子状の金属水銀をいい、本発明の排ガスサンプリング装置は、これらを形態別にサンプリングし、分析するのに好適なものである。
【００２０】
本発明において、ガス吸引管およびガス採取管の排ガスとの接触面をアルミニウムまたはチタンで形成することが好ましく、例えば前記ガス吸引管およびガス採取管としてアルミニウム製またはチタン製の管が好適に使用される。これによって配管内表面に酸化アルミニウムまたは酸化チタンの安定で強固な膜が形成されるので、配管への水銀の付着および水銀の形態の変化等が防止される。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
実施例１
図１に示した排ガスサンプリング装置を用いて石炭焚きボイラの排ガスをサンプリングし、図２の装置を用いて排ガスに含まれる形態別水銀濃度を２回測定したところ、再現性の良いデータが得られた。また、各捕集部での水銀量の合計も石炭中の水銀濃度および排ガス量から計算した全水銀濃度とほぼ一致していた。
分析結果を表１に示した。なお、分析結果は、石炭中の水銀濃度および排ガス量から計算した全水銀濃度を１００とした場合の割合で示したものである。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
実施例２
図３は、本発明の他の実施例を示す排ガスサンプリング装置の説明図である。図３において、この排ガスサンプリング装置は、図１の装置と同様、ガス吸引管１１の側面外周部にガス出口開孔１３を設けたものであるが、その面積をガス吸引管１１の円形断面積の２倍としたものである。この排ガスサンプリング装置を用い、実施例１と同様の条件で同様の石炭焚きボイラ排ガスをサンプリングし、同様にして排ガス中の形態別水銀濃度を測定し、その結果を表２に示した。表２において、実施例１と比較して、フィルター部での水銀捕集量がやや低くなっていることが分かる。これは、ガス吸引管１１のガス出口開孔１３の開孔面積を前記ガス吸引管１１の断面積の２倍としたことにより、集塵フィルタ２に補足された固体粒子Ｅのごく一部がダクト９内に逆流したものと考えられる。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
【比較例１】
図５に示した、ガス吸引管１１が、ガス入口とは反対に位置する端にガス出口開孔１２を有する、従来の排ガスサンプリング装置を用いて、実施例１と同様の条件で同様の排ガスをサンプリングし、同様にして排ガス中の水銀濃度を測定した結果を表３に示した。表３において、比較例１は実施例１や実施例２と異なり、フィルターでの捕集量がばらついており、全水銀濃度も石炭中の水銀濃度および排ガス量から計算した値とは一致しなかった。この理由として、フィルタ２で一旦捕集した固体粒子Ｅがガス吸引管１１を経てダクト９内へ逆流し、損失したことが考えられる。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
本発明において、図４に示すように、ガス吸引管の出口開孔を前記ガス吸引管の側面外周部に設ける代わりに、ガス吸引管自体をガス吸引方向とは異なる方向に湾曲させ、その先端部にガス出口開孔１３を設けることもできる。図４において、このガスサンプリング装置は、ガス吸引管１１が図中水平方向に曲げられており、その先端部にガス出口開孔１３が設けられている。この装置によっても上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本願の請求項１に記載の発明によれば、ダクト内の負圧が大きくても一旦サンプリングした粒子状の水銀が逆流、損失することがないので、排ガス中の形態別水銀を正確にサンプリングし、正確に測定、分析することができる。
【００２９】
本願の請求項２に記載の発明によれば、上記発明と同様、一旦サンプリングした固体粒子の逆流を防止することができるので、排ガスに含まれる形態別水銀を正確にサンプリングし、測定することができる。
【００３０】
本願の請求項３に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、一旦サンプリングした固体粒子の逆流、損失防止効果がより向上する。
本願の請求項４に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、サンプリングした水銀の管壁への付着および形態変化を防止することができるので、より正確な形態別水銀濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す排ガスサンプリング装置の説明図。
【図２】排ガス中の水銀濃度測定装置の基本的な構成を示す図。
【図３】本発明の他の実施例を示す排ガスサンプリング装置の説明図。
【図４】本発明の別の実施例を示す排ガスサンプリング装置の説明図。
【図５】従来技術の説明図。
【符号の説明】
１…ポンプ、２…集塵フィルタ、３…ステンレス保護管、４…ガス採取管、５…吸収瓶、６…金−アマルガム捕集管、７…吸収瓶、８…ガスメータ、９…ダクト、１０…ガス吸引管の先端部、１１…ガス吸引管、１２…ガス流れ方向に沿った開孔、１３…ガス出口開孔、Ａ…排ガス、Ｂ…リン酸緩衝液、Ｃ…過酸化水素水、Ｅ…固体粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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