JP2004530140A - Long-term sampling system - Google Patents

Abstract

本発明は、ダストおよび有害物質の放出を連続的に監視するため、および超微細フィルター（１８、１９）上でのケーキ濾過によるダストの分離ならびに吸着剤段（２３、２４）での部分ガス流中に溶解された揮発性の、即ちフィルターを通過する化学的内容物質の分離を伴う部分流取出しプローブ（２）を用いて、有害物質放出源の主要ガス流からの部分ガス流を等速で取出しながら流動媒体中のダスト放出を測定するために使用される長時間試料採取システムに関する。本発明の目的は、流動システム中のダストの定量的な長時間を採取を連続的に実施すること以外に、このシステムが揮発性の、即ちフィルターを通過する物質を、最適化された、即ちより敏感な検出限界および同時に測定に必要とされる減少された費用および時間で定量的に測定するのに適合している程度に長時間試料採取システムを変更することである。この目的のために、連続的な監視の間、全ての部分ガス流は、超微細フィルター（１８、１９）に後接続された吸着剤段（２３、２４）を貫流する。The invention relates to the continuous monitoring of the emission of dust and harmful substances and to the separation of dust by cake filtration on ultrafine filters (18, 19) and the partial gas flow in adsorbent stages (23, 24). The partial gas withdrawal probe (2) with the separation of the volatile, ie chemical substances passing through the filter dissolved therein, is used to equalize the partial gas stream from the main gas stream of the hazardous substance release source. The invention relates to a long-term sampling system used to measure dust emissions in a flowing medium while removing. It is an object of the present invention that, besides performing a continuous, quantitative, long-term sampling of the dust in the flow system, the system optimizes the volatile, i.e. the material passing through the filter, i.e. It is a matter of changing the sampling system to such an extent that it is adapted to measure quantitatively with more sensitive detection limits and at the same time the reduced cost and time required for the measurement. For this purpose, during continuous monitoring, all partial gas streams flow through the adsorbent stages (23, 24) downstream of the ultrafine filters (18, 19).

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダストおよび有害物質の放出を連続的に監視するため、およびフィルター上でのケーキ濾過による排ガス中のダストの分離およびダストの貫流の際に惹起される圧力損失の検出を伴う部分流取出しプローブを用いて、有害物質放出源、特に工業用燃焼装置の主要ガス流からの部分ガス流を等速で取出しながら流動媒体中のダスト放出を測定するための長時間試料採取システムに関する。
【０００２】
放出の連続監視に必要とされる規模は、当該の国家による法的規定によって定められている。例えば、煙道ガスを放出する装置を完璧に監視するため、ドイツ連邦共和国において拘束力のある１７．BImSchV (Bundes-Immission-Schutz-Verordnung)には、当該のダスト内容物質およびフィルターを通過する有害物質、例えば重金属または有機化合物を検出しかつ同時に測定すべき排ガス湿分の確認を証明する目的のために、規則的な運動のリズムで繰り返し個別的に測定することが規定されている。
【０００３】
放出の連続監視のための公知方法は、光源または他の放射線源の吸収法である。更に、閾値の場合に、フィルターが負荷され、フィルターを交換しなければならないことから出発することにより、ダストフィルターを圧力損失について監視することは、公知である。その後に初めて、事後にフィルター上で分離される粒子の積分量を重量測定により測定することができる。分離された量を所定の時間間隔で連続的に監視することは、前記方法では達成することができない。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第４１１５２１２号明細書Ｃ２の記載から、フィルター上でのケーキ濾過によるダストの分離を伴ないながらプローブを用いて、有害物質放出源の主要ガス流から試料を部分流で等速で取出しながら流動媒体中のダスト含量を連続的に測定するための方法およびそれに属する長時間試料採取システムは、公知である。吸い込みかつ測定すべき部分流が煙道ガス組成および化学成分に関連して正確に主要ガス流と同じ組成を有する場合には、主要ガス流から部分流を等速で取出すことが問題となる（刊行物［１］参照）。この場合には、部分流取出しプローブに対する等速での部分流の取出し条件を絶えず維持するために、次の流動パラメーター：
−全圧力ｐ_Ｇ、
−主要ガス流の静的圧力ｐ_Ｓｔ，Ｈ、
−部分ガス流の静的圧力ｐ_Ｓｔ，Ｔ、
−システム温度Ｔ、
−ガス湿分、ならびに
−部分流を採取する、フィルターに後接続された分析装置によるガス組成が測定される。
【０００５】
これらの流動パラメーターから、部分流の密度、粘度η、体積流ならびにレイノルズ数Ｒｅを計算することができる。この流動データは、排ガスの主要流中で変化する流動条件の場合に等速での部分流の取出しの制御に使用される。ダストの放出量を測定するために、最初に分離工程の開始時に占有されていないフィルター内での圧力損失が測定される。更に、分離工程の間の、フィルター内での目下の圧力損失Δｐ_Ｆが等速での部分流の取出しの条件を絶えず維持しながら絶えずさらに測定され、この場合には、絶え間のないフィルター占有率は、ｈ＝Δｐ_Ｆ／（η・ｖ_Ｆ）であり、ｖ_Ｆは、計算される濾過速度である。更に、フィルター占有率Δｈ_ｉの時間的な変化は、関係式Δｈ_ｉ＝ｈ_ｉ＋１−ｈ_ｉにより表わされ、この場合ｈ_ｉは、時間点ｔ_ｉに対するフィルター占有率であり、ｈ_ｉ＋１は、他の時間点ｔ_ｉ＋１に対するフィルター占有率である。関係式Ｅ_ｒ＝ｍ／（ｈ_ｅｎｄｅ−ｈ_０）（ｍ＝分離されたダスト量）により、放出定数Ｅ_ｒは、ｈ_０とｈ_ｅｎｄｅとの間の全ての試料採取作業周期の範囲内で経験から測定される。更に、同じ関係式を用いた場合には、フィルター特異的な、即ち実際に不変のＥ_ｒが公知のΔｈ_ｉでｔ_ｉとｔ_ｉ＋１との間の時間間隔で分離されるダスト量Δｍ_ｉを測定することができ、さらに、このダスト量は、記録の収集整理のために同じ時間間隔で定められる部分ガス量に標準状態で割り当てることができる。前記方法の場合の形式的な関連については、当該文献ならびに熱および物質の転用についての教科書（例えば、刊行物［２］）が指摘される。
【０００６】
しかし、前記方法および前記方法に開示された長時間試料採取システムの場合には、排ガス中に溶解された揮発性の、即ちフィルターを通過する化学的内容物質の分析のためにフィルターの後方およびポンプの前方で等速の条件下ではダストが洗い流された排ガスの部分流からの下半分の流れの分岐は生じない。
【０００７】
本発明は、公知技術水準から出発して、流動媒体中でのダストの連続的で定量的な長時間の試料採取と共に、付加的に揮発性、ひいてはフィルターを通過する内容物質を、最適化され、即ちより敏感な検出限界で同時に減少された測定費用で連続的に定量的に検出することができる程度に長時間試料採取システムを変更するという課題に基づく。
【０００８】
この課題の解決のために、本発明には、請求項１に記載されたような特徴が提案されている。他の請求項には、本発明の好ましい実施形式が記載されている。
【０００９】
以下に、本発明の詳細は、本発明による長時間試料採取システムの実施形式の図につき詳説される。
【００１０】
図１は、ダスト含量、ガス組成、ガス湿分ならびに排ガス中に溶解された、流動媒体中の揮発性の、即ちフィルターを通過する化学的内容物質を、等速での部分流の取出し条件下で連続的に測定するための長時間試料採取システムの略示された実施形式を示す。
【００１１】
図１には、排ガス通路１の区間が示されており、この区間は、先に記載された放出連続時間の監視の範囲内で煙道ガス浄化工程に後接続されており、この区間内で排ガスの主要ガス流３は、記載された矢印の方向に導かれる。この場合、理想的には、示された区間は、真っ直ぐに延び、垂直方向に向き、排ガス通路１の横断面は、円形であり、ならびに主要ガス流は、上向きに流動する。等速での部分流の取出しは、この区間内で部分流取出しプローブ２により行なわれ、この部分流取出しプローブのプローブ開口６は、ＶＤＩの指導要綱２０６６により排ガス通路１内での主要ガス流の流れ輪郭で流れに抗する方向に向いている。部分流の吸い込みに必要とされる、吸込管４内での低圧は、吸込ブロア５により発生される。この場合、部分流取出しプローブ２の流れデータ、殊に主要ガス流中でのプローブ開口６の流れ抵抗係数は、等速での部分流の取出しの制御部内でのパラメーターとして一緒に含まれる。この流れ抵抗係数は、別々の空洞測定の範囲内で予め測定され、この場合この流れ抵抗係数は、流れ媒体の温度、圧力比および粘度に応じて変化し、この場合には、吸込ブロア５の制御を考慮することができる。
【００１２】
図２は、プローブ開口６の範囲内での部分流取出しプローブ２の可能な形状を示す。等速での部分流の取出しのための制御パラメーターを定めるには、明らかにプローブ開口の後方で主要ガス流の静的圧力ｐ_Ｓｔ，Ｈは、少なくとも１つの半径方向の外側開口７により外側で部分流取出しプローブ上で感知され、部分ガス流の静的圧力ｐ_Ｓｔ，Ｔは、部分流取出しプローブ中の少なくとも１つの半径方向の内側開口８により感知され、ならびに全圧力ｐ_Ｇは、圧力値を明らかにプローブ開口の前方で感知する圧力管９により主要ガス流中で感知され、それぞれ図示されていない管状導管により吸込管４と同時に、排ガス通路の外側で吸込管４の端部でケーシング１０内に存在する圧力測定装置にそれぞれ空気圧によりさらに先に送られ、この圧力測定装置によって電気信号に変換される。更に、主要ガス流のシステム温度Ｔは、同様に明らかにプローブ開口の前方で測定値を感知するサーモセンサー１１により測定される。
【００１３】
システム温度Ｔならびに３つの先に記載されたシステム圧力ｐ_Ｓｔ，Ｈ、ｐ_Ｓｔ，Ｔおよびｐ_Ｇは、４つの電気信号１２として平行かつ同時に吸込ブロア５の制御のために操作装置１４により測定装置および制御装置１３に供給される。
【００１４】
連続運転において、部分流取出しプローブ２によりおよび吸込ブロア５を用いて吸い込まれた部分ガス流は、供給管１５、導出管２２および２個の多元コック２０および２１により相互に切換可能であるように選択的に、部分ガス流中に含有されているダストおよび別の固体粒子が連続的に超微細フィルター１８および１９上で分離されるようなフィルターケーシング１６および１７の一方に導通される。この場合、超微細フィルターとしては、例えばテフロンフィルターが適している。
【００１５】
新規の長時間試料採取システムの場合には、２個のフィルターケーシング１６および１７内に配置されかつ超微細フィルター１８および１９に直接に後接続された吸着剤段２３および２４が存在する。これらの吸着剤段内で、部分ガス流中に溶解された揮発性の、即ちフィルターを通過する化学的内容物質、例えば重金属または有機有害物質は、吸着剤物質上に集積され、したがってこれらの重金属または有機有害物質は、検定の終結後に適当な分析法によって定量化可能である。
【００１６】
吸着剤段２３および２４への全ての部分ガス流の導通と共に、好ましくは全ての部分ガス流中に溶解された揮発性の内容物質の全含量は、分析のために提供される。こうして、個々の内容物質のための検出限界は、低くなり、したがって検出すべき物質は、極めて僅かな濃度の場合であっても著しく良好に検出可能である。従って、記載された公知技術水準により等速の条件により生じない、排ガス中に溶解された揮発性内容物質の有害物質分析のために導出管２２の高さでダストが洗い流された排ガスの部分ガス流から下半分のガス流を分岐させることは、もはや不必要である。この揮発性内容物質は、吸着剤段２３および２４中で感知されるかまたは導出管３１または３２により吸着剤段の前方で例えばＨＣｌ、ＳＯ_２、ＮＯ_ｘ、ＨＦまたは別の有害物質の検出のために固有の自立したガス分析に供給されてもよい。
【００１７】
更に、超微細フィルター１８および１９を後接続した吸着剤段２３および２４は、記載された公知技術水準とは異なり、連続的な検出のために固有の運転装置または制御装置を全く必要とせず、このことは、これまで通常の測定費用を著しく減少させる。従って、長時間試料採取システムは、付加的な測定技術なしに揮発性物質の完璧で連続的な長時間の検出にも適している。
【００１８】
通常、吸着剤段２３および２４の吸着剤（例えば、ポリプロピレン、活性炭等）上では、次の物質を詳細に検出することができる：
−ポリ臭素化されたかまたはポリ塩素化されたジベンズ−ｐ−ジオキシン、
−ポリ臭素化されたかまたはポリ臭素化されたジベンゾフラン、
−ポリ塩素化されたビフェニル、
−ポリ塩素化されたベンゾール、
−ポリ塩素化されたフェノール、
−ポリ塩素化されたナフタリン、
−多環式の芳香族炭化水素、
−揮発性の重金属、例えばＨｇおよびその化合物。
【００１９】
超微細フィルター１８および１９ならびに吸着剤段２３および２４の後方には、導出管２２内にバイパス管２５が接続されており、このバイパス管により不断に下半分の最少の流量を吸い込まれ、直接に分析装置２６に供給され、そこから戸外に導出される。この分析装置中で、ガス組成は、殊にＣＯ_２、Ｏ_２ならびにガス湿分に関連して測定される。この場合に測定された測定値は、電気的な測定値２７として測定装置および制御装置１３に供給される。この測定値ならびに部分流取出しプローブ２のプローブ開口６で測定されるシステム温度Ｔおよび３つのシステム圧力ｐ_Ｓｔ，Ｈ、ｐ_Ｓｔ，Ｔおよびｐ_Ｇ、ならびに超微細フィルター１８および１９によって発生されかつこれらのフィルターで感知される圧力減少Δｐ（超微細フィルター１８および１９の前方および後方で差圧は測定され、この差圧は、電気的測定信号２８として測定装置および制御装置１３に供給される）と共に、部分ガス流の密度、粘度η、体積流ならびにレイノルズ数Ｒｅは、さらに処理され、さらに１つの工程で等速での部分流の取出しの制御のために主要ガス流中での変化する流動条件の場合に採用される。この場合、吸込ブロア５には、ブロアモーターに相応する制御量（Regelgroesse）２９が供給される。
【００２０】
記載された公知技術水準とは異なり、部分ガス流からの下半分のガス流は、導出管２２の高さに減少する。それというのも、下半分のガス流は、いまやなお分析装置２６のためにだけに分岐されていなければならないからである。
【００２１】
導出管２２に接続されて、部分ガス流は、吸込ブロア５を貫流し、そこでこの部分ガス流は、実際に部分流の取出し部の後方の位置で流れ方向に見て、他の導管を介して再び主要ガス流に供給される。
【００２２】
意図しない凝縮、殊に超微細フィルター１８および１９または吸込ブロア５内でのガス状で存在する有害物質化合物を阻止するために、これらの超微細フィルターは、場合によっては図中に詳細には示されていない加熱装置を備えていてもよい。露点のこの種の移動により、殊に部分ガス流中に溶解された揮発性の内容物質は、安全に超微細フィルター１８および１９を通過して吸着剤段２３および２４中に輸送することができる。
【００２３】
連続的な長時間検出を実施するために、最初にそれぞれ多元コック２０および２１を介して接続された超微細フィルター１８および１９の前方または後方の差圧、即ち圧力減少Δｐを占有されていない状態で測定する。それによって、試料採取工程は開始され、この試料採取工程は、中断もそれぞれ別のアクティブでない超微細フィルター１８および１９への切換もなく完全に証明されるまで、即ちアクティブな超微細フィルターの限界として規定される圧力差Δｐ_ｋｒｉｔを超過するまでさらに実施される。Δｐ_ｋｒｉｔを超過した場合には、部分ガス流は、多元コック２０および２１によりこれまでアクティブでなかった超微細フィルター１８または１９に切り換えられ、今や占有された超微細フィルターは、さらに分析および／または記録のためにフィルターケーシングが引き合いに出される。更に、実際の放出定数Ｅ_ｒは、分離されたダスト量ｍと全フィルター占有率Δｈ＝ｈ_ＥＮＤＥ−ｈ_０との商として定めることができ、１回の時間間隔当たりの規則的な運動のリズムで測定されるダスト量の事後の補正に採用されうる。放出定数Ｅ_ｒは、ダスト粒子の特殊な大きさとして実際に決して変化しないので、この種の補正は、公知でない、即ち第１の測定の間に評価値として使用される放出定数Ｅ_ａの場合にのみ必要とされる。
【００２４】
個々の処理工程ならびに取得された測定データからの記録すべき放出データを定めるためのアルゴリズムに対しては、先に引用された公知技術水準が指摘される。
【００２５】
長時間試料採取システムの機能適性を試験するために、廃棄物焼却装置で１週間の測定作業周期で６回実施された。試験は、１６ｍｍまたは２５ｍｍの有効直径ｄ_Ｗを有する２個の異なる部分流取出しプローブを用いて実施された。吸着剤段の作用を試験するために、廃棄物をこの吸着剤段内で３つの吸着剤層に分割し、この場合超微細フィルターを通過する部分ガス流は、最初に上部の吸着剤層を貫流し、次に中間の吸着剤層を貫流し、最後に下部の吸着剤層を貫流する。長時間の検出の後に吸着剤層中に蓄積されたジオキシンおよびフランのＴＥＱ ｐｇ／Ｎｍ^３（ＴＥＱ＝特性当量）でのジオキシン濃度およびフラン濃度は、定量的に評価され、３つの吸着剤層について次の表中に記載された。
【００２６】
【表１】

【００２７】
上部の吸着剤層と中間の吸着剤層との間でフランおよびジオキシンの濃度が著しく減少することは、表から明らかであり、この場合この吸着剤層は、既に貫流された第２の吸着剤層中でＴＥＱ ０．０１ｐｇ／Ｎｍ^３を有し、したがって既に検出限界の範囲内にある。従って、通常の測定の場合には、下部のセグメントおよび場合によっては中間のセグメントの分析を断念することができる。
【００２８】
吸着剤段の代わりに、使用目的および検出すべき揮発性の内容物質の種類に応じて、同じかまたは異なる、それぞれ吸着能に関連して一定の有害物質に対して選択可能な吸着剤を有する吸収段または組み合わされた吸着剤層および吸収剤層を使用することができる。
【００２９】
更に、順次におよび／または平行に配置された多数の吸着剤段および／または吸収剤段を使用してもよく、これらの段は、重なり合うように調整して別々に分析評価可能である。
【００３０】
超微細フィルターによるダストの先に記載された連続的な長時間検出および吸着剤段による揮発性の内容物質の先に記載された連続的な長時間検出と共に、本発明による長時間試料採取システムの範囲内で、付加的な分析装置を接続する方法が存在する。例えば、付加的なさらに導かれるガス分析のために超微細フィルターと吸着剤段との間または吸着剤段内での下半分の流れの分岐が提供される。殊に、導出管３１および３２を２つの吸着剤段または２つの吸収剤段の間にも開口させることができることが提供される。この場合、自立のガス分析の場合に測定されない一定の有害物質は、例えば横感度を回避させるためにガス分析の場合には、吸着剤段または吸収剤段内で既に導出前に感知されてよい。その上、導出管３１および３２の前方で吸収されるかまたは吸着される有害物質の含量は、吸収剤段または吸着剤段内での有害物質量との釣り合いを失わない。
【００３１】
原則的に、長時間試料採取システムは、燃焼プロセスの評価および最適化の範囲内でも適している。即ち、燃焼プロセスの評価、殊に燃焼の効率またはプロセスからの有害物質の形成および放出に関連する本質的な情報は、粗製ガス中、即ち加熱釜と第１の煙道ガス浄化工程との間に存在する。その結果、粗製ガス部分流は、測定の範囲内で加熱釜の直後にも粗製ガス主要流から等速で取り出されなければならない。一般に、そこを支配する流動状態は、粗製ガス速度の著しい変動および粗製ガス中の粒子分解を示し、したがって等速での部分流の取出しならびに広範囲に亘るネットの測定は、試料採取の概念および試料材料の代表例の前提条件である。超微細フィルター１８および１９として、この使用のためには、例えば石英繊維フィルターが適している。
[１] Roethele, S.: Verfahren zur geschwindigkeitsgleichen Absaugung mit Differenzdrucksonden; Staub-Reinhalt. Luft 42(1982)S.6-10
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】長時間試料採取システムを示す原理的な図。
【００３３】
【図２】プローブ開口の範囲内での部分流の取出しプローブを示す略図。
【符号の説明】
【００３４】
１ 排ガス通路、
２ 部分流取出しプローブ
３ 主要ガス流、
４ 吸込管、
５ 吸込ブロア、
６ プローブ開口、
７ 外側開口、
８ 内側開口、
９ 圧力管、
１０ ケーシング、
１１ サーモセンサー、
１２ 電気信号、
１３ 測定装置および制御装置、
１４ 操作装置、
１５ 供給管、
１６ フィルターケーシング、
１７ フィルターケーシング、
１８ 超微細フィルター、
１９ 超微細フィルター、
２０ 多元コック、
２１ 多元コック、
２２ 導出管、
２３ 吸着剤段、
２４ 吸着剤段、
２５ バイパス管、
２６ 分析装置、
２７ 電気測定値、
２８ 電気測定信号、
２９ ブロアモーターに相応する制御量、
３０ 導管、
３１ 導出管、
３２ 導出管【Technical field】
[0001]
The invention relates to the continuous monitoring of the emission of dust and harmful substances and the partial flow with the detection of the pressure drop caused during the separation of dust in the exhaust gas and the flow of dust by cake filtration on a filter. The present invention relates to a long-term sampling system for measuring dust emission in a flowing medium while extracting a toxic substance emission source, particularly a partial gas stream from a main gas stream of an industrial combustion apparatus, at a constant speed using an extraction probe.
[0002]
The scale required for continuous monitoring of releases is set by legal provisions of the relevant state. For example, in the Federal Republic of Germany binding 17 to completely monitor flue gas emitting devices. BImSchV (Bundes-Immission-Schutz-Verordnung) includes for the purpose of detecting the dust content substances and harmful substances passing through the filter, such as heavy metals or organic compounds, and for the purpose of verifying the confirmation of exhaust gas moisture to be measured at the same time. Stipulates that the measurement be repeated individually at a regular rhythm of movement.
[0003]
A known method for continuous monitoring of emission is absorption of a light source or other radiation source. Furthermore, it is known to monitor a dust filter for pressure loss by starting from the fact that, in the case of a threshold value, the filter is loaded and the filter must be replaced. Only then can the gravimetric determination of the integral amount of particles that are subsequently separated on the filter. Continuous monitoring of the separated amount at predetermined time intervals cannot be achieved with the method.
[0004]
From the description of DE 41 15 212 C2, a sample is obtained from a main gas stream of a harmful substance emission source at a constant velocity in a partial flow using a probe, with the separation of dust by cake filtration on a filter. Methods for continuously measuring the dust content in a flowing medium while withdrawal and the associated long-term sampling systems are known. If the partial stream to be sucked and measured has exactly the same composition as the main gas stream in relation to the flue gas composition and the chemical composition, it is problematic to extract the partial stream from the main gas stream at a constant velocity ( Publication [1]). In this case, the following flow parameters are used in order to constantly maintain the conditions of partial flow removal at constant speed for the partial flow removal probe:
The total pressure p _G ,
The static pressure p _{St, H of} the main gas stream,
The static pressure p _{St, T of} the partial gas stream,
-System temperature T,
The gas composition is measured by an analyzer downstream of the filter, which collects the gas moisture, as well as the partial stream.
[0005]
From these flow parameters, the density, viscosity η, volume flow and Reynolds number Re of the partial flow can be calculated. This flow data is used to control the removal of a partial flow at a constant speed in the case of flow conditions that change in the main flow of the exhaust gas. To determine the amount of dust emission, the pressure drop in the unoccupied filter at the beginning of the separation process is first measured. In addition, the current pressure drop Δp _F in the filter during the separation step is continuously measured further, while constantly maintaining the conditions for the removal of the partial stream at a constant velocity, in which case the continuous filter occupancy Is h = Δp _F / (η · v _F ), where v _F is the calculated filtration rate. Furthermore, the temporal changes of the filter occupancy Delta] h _i is represented by equation _{Δh i = h i + 1 -h} i, in this case _{h i} is the filter occupancy against time point _{t i, h i + 1} is Filter occupancy for another time point ti _{+ 1} . The relation _{E r = m / (h ende} -h 0) (m = separated dust amount), emission constant _{E r} is in the range of all the sampling work cycle between the _{h 0} and _{h ende} Measured from experience. Further, in the case of using the same relational expression, filter-specific, i.e. actually E _r invariant dust amount Delta] m _i which are separated by the time interval between t _i and t _{i + 1} in a known Delta] h _i It can be measured and, furthermore, this dust quantity can be allocated in a standard way to a partial gas quantity which is determined at the same time intervals for collecting and organizing the records. For formal relevance in the case of the method, reference is made to the literature and textbooks on the diversion of heat and substances (eg publication [2]).
[0006]
However, in the case of the method and the long-term sampling system disclosed in the method, the rear of the filter and the pump for the analysis of the volatile, i.e. the chemical content passing through the filter, dissolved in the exhaust gas. Under the constant velocity conditions in front of the lower stream, there is no branch of the lower half stream from the partial stream of the exhaust gas from which the dust has been washed away.
[0007]
The invention is based on the prior art, with the continuous, quantitative and long-term sampling of dust in a flowing medium, as well as the additional volatility and thus the content of the material passing through the filter. It is based on the task of changing the sampling system for such a long time that it can be detected continuously and quantitatively with a more sensitive detection limit and at the same time reduced measurement costs.
[0008]
In order to solve this problem, the present invention proposes a feature as described in claim 1. The other claims describe preferred embodiments of the invention.
[0009]
In the following, the details of the invention will be explained in more detail with reference to a diagram of an embodiment of a long-term sampling system according to the invention.
[0010]
FIG. 1 shows the dust content, gas composition, gas moisture as well as the volatile content in the flowing medium, ie the chemical content passing through the filter, dissolved in the exhaust gas, at constant velocity withdrawal of the partial stream. 1 shows a diagrammatic implementation of a long-term sampling system for continuous measurement at.
[0011]
FIG. 1 shows a section of the exhaust gas passage 1 which is connected downstream to the flue gas purification process within the range of the continuous emission time monitoring described above. The main gas stream 3 of the exhaust gas is guided in the direction of the arrows described. In this case, ideally, the section shown extends straight and points vertically, the cross section of the exhaust gas channel 1 is circular, and the main gas flow flows upward. The partial flow extraction at a constant speed is performed in this section by the partial flow extraction probe 2, and the probe opening 6 of the partial flow extraction probe has the main gas flow in the exhaust gas passage 1 in accordance with the VDI guidance 2066. The flow profile is oriented in a direction that opposes the flow. The low pressure in the suction pipe 4 required for the suction of the partial flow is generated by a suction blower 5. In this case, the flow data of the partial flow withdrawal probe 2, in particular the flow resistance coefficient of the probe opening 6 in the main gas flow, are also included as parameters in the control of the partial flow withdrawal at constant speed. This flow resistance coefficient is pre-measured within a separate cavity measurement, where the flow resistance coefficient varies depending on the temperature, the pressure ratio and the viscosity of the flow medium, in which case the suction blower 5 Control can be considered.
[0012]
FIG. 2 shows a possible shape of the partial withdrawal probe 2 within the probe opening 6. In order to determine the control parameters for the withdrawal of the partial stream at constant velocity, obviously the static pressure p _{St, H} of the main gas stream behind the probe opening is reduced on the outside by at least one radial outer opening 7. The static pressure p _{St, T} of the partial gas stream, sensed on the partial withdrawal probe, is sensed by at least one radially inner opening 8 in the partial withdrawal probe, and the total pressure p _G is the pressure value Is sensed in the main gas stream by a pressure tube 9 which is apparently sensed in front of the probe opening, and at the end of the suction tube 4 at the end of the suction tube 4 outside the exhaust gas passage simultaneously with the suction tube 4 by means of a tubular conduit, respectively, not shown. Each of the pressure measuring devices present therein is further transmitted by pneumatic pressure and is converted into an electric signal by the pressure measuring device. In addition, the system temperature T of the main gas stream is likewise measured by a thermosensor 11 which senses a measurement value in front of the probe opening.
[0013]
The system temperature T and the three previously described system pressures p _{St, H} , p _{St, T} and p _G are measured by the operating device 14 in parallel as four electrical signals 12 and simultaneously for the control of the suction blower 5. And the controller 13.
[0014]
In continuous operation, the partial gas flows drawn in by means of the partial flow extraction probe 2 and by means of the suction blower 5 can be switched between one another by means of a supply pipe 15, a discharge pipe 22 and two multi-cocks 20 and 21. Optionally, the dust and other solid particles contained in the partial gas stream are passed to one of the filter casings 16 and 17 so that they are continuously separated on the ultrafine filters 18 and 19. In this case, for example, a Teflon filter is suitable as the ultrafine filter.
[0015]
In the case of the new long-term sampling system, there are adsorbent stages 23 and 24 arranged in the two filter casings 16 and 17 and directly connected to the ultrafine filters 18 and 19. In these adsorbent stages, the volatile, i.e. chemical substances that pass through the filters, e.g. heavy metals or organic harmful substances, dissolved in the partial gas stream accumulate on the adsorbent substances and therefore these heavy metals Alternatively, the organic hazardous substance can be quantified by a suitable analytical method after completion of the assay.
[0016]
With the passage of all partial gas streams to the adsorbent stages 23 and 24, preferably the total content of volatile contents dissolved in all partial gas streams is provided for analysis. In this way, the detection limit for the individual contents is reduced, so that the substance to be detected can be detected very well, even at very low concentrations. Therefore, the partial gas of the exhaust gas whose dust has been washed away at the height of the outlet pipe 22 for the analysis of harmful substances of the volatile contents dissolved in the exhaust gas, which is not generated under the constant velocity conditions according to the described state of the art. It is no longer necessary to branch off the lower gas stream from the stream. This volatile content is sensed in the adsorbent stages 23 and 24 or via outlet lines 31 or 32 for the detection of eg HCl, SO ₂ , NO _x , HF or another harmful substance in front of the adsorbent stage. It may be supplied for independent gas analysis.
[0017]
Furthermore, the adsorbent stages 23 and 24 downstream of the ultrafine filters 18 and 19, unlike the state of the art described, do not require any specific operating or control devices for continuous detection, This significantly reduces the cost of conventional measurement. Thus, long-term sampling systems are also suitable for perfect, continuous, long-term detection of volatiles without additional measurement techniques.
[0018]
Typically, the following substances can be detected in detail on the adsorbents (eg, polypropylene, activated carbon, etc.) in adsorbent stages 23 and 24:
-Polybrominated or polychlorinated dibenz-p-dioxins,
-Polybrominated or polybrominated dibenzofuran,
-Polychlorinated biphenyl,
-Polychlorinated benzol,
-Polychlorinated phenols,
-Polychlorinated naphthalene,
-Polycyclic aromatic hydrocarbons,
-Volatile heavy metals, such as Hg and its compounds.
[0019]
Behind the ultrafine filters 18 and 19 and the adsorbent stages 23 and 24, a bypass pipe 25 is connected in the outlet pipe 22. The bypass pipe constantly sucks the minimum flow rate of the lower half and directly It is supplied to the analyzer 26 and is led out from there. In this analyzer, the gas composition is measured in particular in relation to CO ₂ , O ₂ and gas moisture. The measured values measured in this case are supplied as electrical measured values 27 to the measuring device and the control device 13. This measurement and the system temperature T and the three system pressures p _{St, H} , p _{St, T} and p _G , measured at the probe opening 6 of the partial withdrawal probe 2, and generated by the ultrafine filters 18 and 19 and (The differential pressure is measured before and after the ultrafine filters 18 and 19, and this differential pressure is supplied as an electrical measurement signal 28 to the measuring and control device 13). The partial gas stream density, viscosity η, volume flow and Reynolds number Re are further processed and the changing flow conditions in the main gas stream for controlling the removal of the partial stream at constant speed in one step Is adopted in the case of In this case, the suction blower 5 is supplied with a control variable (Regelgroesse) 29 corresponding to the blower motor.
[0020]
In contrast to the state of the art described, the lower half gas flow from the partial gas flow is reduced to the level of the outlet pipe 22. This is because the lower gas stream must still be split only for the analyzer 26.
[0021]
Connected to the outlet pipe 22, the partial gas stream flows through the suction blower 5, where this partial gas stream is, in fact, viewed in the flow direction at a position after the outlet of the partial stream, via another conduit. Again to the main gas stream.
[0022]
In order to prevent unintentional condensation, in particular ultrafine filters 18 and 19 or harmful compounds present in the gaseous form in the suction blower 5, these ultrafine filters are sometimes shown in detail in the figures. A heating device that is not provided may be provided. This kind of transfer of the dew point, in particular, the volatile contents dissolved in the partial gas stream can be safely transported through the ultrafine filters 18 and 19 into the adsorbent stages 23 and 24. .
[0023]
In order to carry out a continuous long-term detection, the differential pressure in front of or behind the ultrafine filters 18 and 19 connected via multi-cocks 20 and 21 respectively, ie the pressure drop Δp is not occupied. Measure with Thereby, the sampling process is started, which sampling process is completely proven without interruption and without switching to another inactive microfilter 18 and 19, respectively, ie as the limit of the active microfilter. Further operations are performed until the defined pressure difference Δp _krit is exceeded. If Δp _krit is exceeded, the partial gas flow is switched by the multi-cocks 20 and 21 to the previously inactive ultrafine filter 18 or 19, and the now occupied ultrafine filter is further analyzed and / or The filter casing is referred for recording. Furthermore, the actual emission constant _Er can be defined as the quotient of the separated dust quantity m and the total filter occupancy Δh = h _ENDE −h ₀ and the rhythm of the regular movement per time interval. Can be employed for the post-correction of the dust amount measured in. Emission constant E _r, since not actually never changed as a special size of the dust particles, the correction of this kind is not known, that is, if the emission constant E _a which is used as an evaluation value between the first measured Only needed for.
[0024]
The prior art cited above is pointed out for the individual processing steps and the algorithms for determining the emission data to be recorded from the acquired measurement data.
[0025]
In order to test the functional suitability of the long-term sampling system, it was performed six times in a one week measurement cycle on a waste incinerator. Testing was performed using two different partial flows extraction probe having an effective diameter _{d W} of 16mm or 25 mm. To test the operation of the adsorbent stage, the waste is divided into three adsorbent layers in this adsorbent stage, where the partial gas stream passing through the microfilter first passes through the upper adsorbent layer. Through, then through the middle adsorbent layer, and finally through the lower adsorbent layer. The dioxin and furan concentrations in the TEQ pg / Nm ³ (TEQ = characteristic equivalent) of dioxin and furan accumulated in the adsorbent layer after prolonged detection were quantitatively evaluated and for the three adsorbent layers It is described in the following table.
[0026]
[Table 1]

[0027]
It is evident from the table that the concentration of furan and dioxin is significantly reduced between the upper and middle sorbent layers, in which case the sorbent layer has already passed through the second sorbent layer. It has a TEQ of 0.01 pg / Nm ³ in the layer and is therefore already within the limits of detection. Thus, in the case of normal measurements, the analysis of the lower segment and possibly the intermediate segment can be abandoned.
[0028]
Instead of an adsorbent stage, depending on the intended use and the type of volatile content to be detected, it has the same or different adsorbents, which can be selected for certain harmful substances in relation to their respective adsorption capacities Absorption stages or combined adsorbent and absorbent layers can be used.
[0029]
In addition, a number of adsorbent and / or adsorbent stages arranged sequentially and / or in parallel may be used, and these stages may be adjusted separately so that they can be separately assayed.
[0030]
The long-term sampling system according to the present invention, together with the previously described continuous long-term detection of dust by ultrafine filters and the previously described continuous long-term detection of volatile contents by the adsorbent stage. Within the scope there are ways to connect additional analyzers. For example, a lower half flow branch is provided between the microfilter and the adsorbent stage or within the adsorbent stage for additional further directed gas analysis. In particular, it is provided that the outlet pipes 31 and 32 can also be opened between two adsorbent stages or between two absorbent stages. In this case, certain harmful substances that are not measured in the case of self-contained gas analysis may already be detected in the adsorbent stage or in the absorbent stage before derivation, for example in the case of gas analysis in order to avoid lateral sensitivity. . Moreover, the content of harmful substances absorbed or adsorbed in front of the outlet pipes 31 and 32 does not lose balance with the quantity of harmful substances in the absorbent or adsorbent stage.
[0031]
In principle, long-term sampling systems are also suitable within the scope of the evaluation and optimization of the combustion process. That is, the essential information relating to the evaluation of the combustion process, in particular the efficiency of the combustion or the formation and emission of harmful substances from the process, is contained in the crude gas, ie between the heating vessel and the first flue gas cleaning step. Exists. As a result, the crude gas partial stream must be withdrawn at a constant speed from the crude gas main stream immediately after the heating kettle within the range of the measurement. In general, the dominant flow conditions indicate significant fluctuations in the crude gas velocity and particle decomposition in the crude gas, and therefore the removal of the partial stream at a constant velocity and the measurement of the net over a wide area depend on the sampling concept and the sample These are prerequisites for typical examples of materials. As the ultrafine filters 18 and 19, for example, quartz fiber filters are suitable for this use.
[1] Roethele, S .: Verfahren zur geschwindigkeitsgleichen Absaugung mit Differenzdrucksonden; Staub-Reinhalt. Luft 42 (1982) S.6-10
[Brief description of the drawings]
[0032]
FIG. 1 is a principle view showing a long-time sampling system.
[0033]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a partial flow withdrawal probe within the probe aperture.
[Explanation of symbols]
[0034]
1 exhaust gas passage,
2 Partial flow extraction probe 3 Main gas flow,
4 suction pipe,
5 suction blower,
6 probe opening,
7 Outer opening,
8 Inside opening,
9 pressure tubes,
10 casing,
11 thermo sensor,
12 electrical signals,
13 measuring device and control device,
14 operating devices,
15 supply pipes,
16 filter casing,
17 filter casing,
18 ultra-fine filters,
19 ultra-fine filters,
20 multiple cocks,
21 Multi cook,
22 outlet pipe,
23 adsorbent stages,
24 adsorbent stages,
25 bypass pipe,
26 analyzers,
27 electrical measurements,
28 electrical measurement signals,
29 control amount corresponding to the blower motor,
30 conduits,
31 outlet pipe,
32 Lead pipe

Claims (6)

ダストおよび有害物質の放出を連続的に監視するため、および超微細フィルター（１８、１９）上でのケーキ濾過によるダストの分離ならびに吸着剤段（２３、２４）での部分ガス流中に溶解された揮発性の、即ちフィルターを通過する化学的内容物質の分離を伴う部分流取出しプローブ（２）を用いて、有害物質放出源、特に工業用燃焼装置の主要ガス流からの部分ガス流を等速で取出しながら流動媒体中のダスト放出を測定するための長時間試料採取システムであって、
ａ）部分流取出しプローブ（２）に対する等速での部分流の取出し条件を絶えず維持するために、次の流動パラメーター：
−全圧力ｐ_Ｇ、
−主要ガス流の静的圧力ｐ_Ｓｔ，Ｈ、
−部分ガス流の静的圧力ｐ_Ｓｔ，Ｔ、
−システム温度Ｔが測定され、付加的に部分ガス流を感知する、超微細フィルター（１８、１９）に後接続された分析装置（２６）でガス組成およびガス湿分が測定され、これらの測定値から部分ガス流の密度、粘度η、体積流およびレイノルズ数Ｒｅが計算され、
ｂ）ダストの放出量を測定するために、
−分離工程の開始時に占有されていない超微細フィルター（１８、１９）内での圧力損失が測定され、
−超微細フィルター（１８、１９）内での目下の圧力損失Δｐ_Ｆが等速での部分流の取出しの条件を絶えず維持しながら絶えず測定され、
−フィルター占有率は、ｈ＝Δｐ_Ｆ／（η・ｖ_Ｆ）であり、ｖ_Ｆは、計算される濾過速度であり、
−フィルター占有率Δｈ_ｉの時間的な変化は、関係式Δｈ_ｉ＝ｈ_ｉ＋１−ｈ_ｉにより表わされ、この場合ｈ_ｉは、時間点ｔ_ｉに対するフィルター占有率であり、ｈ_ｉ＋１は、１つの時間点ｔ_ｉ＋１に対するフィルター占有率であり、
−試料採取時間の間に超微細フィルター（１８、１９）上で分離されるダスト量ｍと、試料採取の開始時と終結時との間の全フィルター占有率Δｈ＝ｈ_ｅｎｄｅ−ｈ_０との商としての実際の放出定数Ｅ_ｒが測定され、
−超微細フィルター（１８、１９）上で分離されるダスト量Δｍ_ｉの時間的変化は、フィルター占有率Δｈ_ｉの時間的変化率と実際の放出定数Ｅ_ｒとの積から計算され、
−それぞれの時間間隔で分離されるダスト量は、目下の部分ガス量に標準状態で割り当てられる、長時間試料採取システムにおいて、
ｃ）吸着剤段（２３、２４）が超微細フィルター（１８、１９）に後接続されており、連続的監視の間に全ての部分ガス流が貫流されることを特徴とする、長時間試料採取システム。To continuously monitor the emission of dust and harmful substances and to separate the dust by cake filtration on ultrafine filters (18, 19) and to dissolve in the partial gas stream in the adsorbent stages (23, 24) The use of a partial-stream withdrawal probe (2), which involves the separation of chemical substances passing through a filter, which is volatile, i.e. through a filter, can be used to separate the partial gas streams from harmful emission sources, in particular from the main gas stream of industrial combustion equipment. A long-term sampling system for measuring dust emission in a flowing medium while removing at a high speed,
a) In order to constantly maintain the conditions of partial flow withdrawal at constant speed for the partial flow withdrawal probe (2), the following flow parameters:
The total pressure p _G ,
The static pressure p _{St, H of} the main gas stream,
The static pressure p _{St, T of} the partial gas stream,
The system temperature T is measured, the gas composition and the gas moisture are measured with an analyzer (26) downstream of the ultrafine filters (18, 19), which additionally senses the partial gas flow, these measurements From the values, the density of partial gas flow, viscosity η, volume flow and Reynolds number Re are calculated,
b) To measure the amount of dust emission,
The pressure drop in the unoccupied ultrafine filters (18, 19) at the start of the separation step is measured,
The current pressure drop Δp _F in the ultrafine filters (18, 19) is constantly measured, while constantly maintaining the conditions for the removal of the partial stream at a constant velocity;
The filter occupancy is h = Δp _F / (η · v _F ), where v _F is the calculated filtration rate,
- temporal variation of the filter occupancy Delta] h _i is represented by equation _{Δh i = h i + 1 -h} i, in this case _{h i} is the filter occupancy against time point _{t i, h i + 1} is 1 Filter occupancy for two time points t _{i + 1} ,
- of the amount of dust m is separated on ultrafine filter (18, 19) during the sampling time, and all filters occupancy Δh = h _ende -h ₀ between the time of termination and the beginning of the sampling The actual emission constant _Er as a quotient is measured,
- temporal variation of the amount of dust Delta] m _i is separated on ultrafine filter (18, 19) is calculated from the product of the actual emission constant E _r and the time rate of change of the filter occupancy Delta] h _i,
-In a long-term sampling system, where the amount of dust separated at each time interval is allocated in a standard manner to the current partial gas amount,
c) a long-term sample, characterized in that the adsorbent stages (23, 24) are connected downstream of the ultrafine filters (18, 19) and that all partial gas flows are passed through during continuous monitoring Sampling system. 吸着剤段（２３、２４）が同一かまたは異なる、それぞれ一定の有害物質のための吸着能に関連して選択可能な吸収剤を有する、順次に接続された多数の吸着剤層からなる、請求項１記載の長時間試料採取システム。The adsorbent stages (23, 24) are composed of a number of sequentially connected adsorbent layers, each having the same or different, adsorbents which can be selected in relation to the adsorption capacity for a certain hazardous substance. Item 2. A long-term sampling system according to Item 1. 吸着剤段（２３、２４）が平行かまたは順次に接続された多数の吸着剤段によって代替可能である、請求項１または２に記載の長時間試料採取システム。The long-term sampling system according to claim 1 or 2, wherein the adsorbent stages (23, 24) can be replaced by a number of adsorbent stages connected in parallel or sequentially. 超微細フィルター（１８、１９）と後接続された吸着剤段（２３、２４）との間に部分ガス流からの下半分のガス流の取出しのために付加的な導出管（３１、３２）が設けられている、請求項１記載の長時間試料採取システム。Additional outlet pipes (31, 32) for removing the lower half gas stream from the partial gas stream between the ultrafine filters (18, 19) and the downstream adsorbent stage (23, 24) The long-term sampling system according to claim 1, further comprising: 吸着剤段（２３、２４）の２つの吸着剤層の間または順次に接続された２つの吸着剤段の間での選択された１つ以上同じ時間間隔で位置でそれぞれ部分ガス流からの下半分のガス流の取出しのために付加的な導出管が設けられている、請求項２または３に記載の長時間試料採取システム。At least one selected one or more time intervals between two adsorbent layers of the adsorbent stages (23, 24) or between two successively connected adsorbent stages at respective locations from the partial gas stream. 4. The long-term sampling system according to claim 2, wherein an additional outlet is provided for withdrawing half of the gas stream. 吸着剤段の代わりに、使用目的および検出すべき揮発性の内容物質の種類に応じて、それぞれ一定の有害物質のために吸収能または吸着能に関連して選択可能な同一かまたは異なる吸収剤または吸着剤を有する吸収段または組み合わされた吸着剤段および吸収剤段が使用されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の長時間試料採取システム。Instead of an adsorbent stage, depending on the intended use and the type of volatile content substance to be detected, the same or different adsorbents that can be selected in relation to the absorption capacity or adsorption capacity, respectively, for certain hazardous substances 6. The long-term sampling system according to any one of claims 1 to 5, wherein an absorption stage with adsorbent or a combined adsorbent stage and absorbent stage is used.