Alternative TitleInvestigation of measurement method of heavy metal compounds in fine particles from waste combustion flue gas using supersonic flow
Periodical title平成18(2006)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2006 Fiscal Year Final Research Report
Note (General)本研究では,高温排ガス中微小粒子分離に利用できる超音速インパクターの開発を目指して研究を行い,以下の成果を得た。1.基礎実験による排ガス存在状態変化の把握により,捕集対象である排ガス中の粒子状物質の状態変化を調査するため,小型電気炉により,重金属を含有する模擬廃棄物を熱処理し,発生したダストとガスを温度,流量が制御可能な煙道内に設置されている円盤状のフィルタに導入し,反応速度の影響を制御できる高温場でのサンプリングを行った。この実験を流量,温度およびフィルタの位置を変化させて行い,ダストとガスの反応速度を考慮した重金属類の挙動を実験的に検討した結果,ガス状重金属類の粒子化には最大で1秒程度の滞留時間が必要であり,この間の状態変化は指数関数的に進行することが判明した。2.高温場粒子分級性能の検討により,粒度分布のある燃焼排ガス中重金属エアロゾルからナノ粒子だけを高速・高精度で分級・抽出できる条件を明らかにするため、ノズル内、捕集プローブ近傍、開孔部内の流れを汎用流体解析ソフトウェアFLUENTによる数値シミュレーションにより解析し、インパクターの最適構造と操作条件を提案した。これを用いて,試作品を製作し,粒子分離実験を行い,基礎的な性能の把握を行った結果,断熱膨張に伴い水分を含むガス状物質が過飽和状態となり,ほぼ全ての粒子が粒子化・成長するという,超音速ノズルによる急速な状態変化が確認された。この現象は興味深い研究成果として報告したが,高温排ガス中粒子の分級には致命的な欠点となりうる。これを回避するために状態変化の少ない亜音速ノズルによる分級装置を検討し,室温において実用に耐えることを確認した。
For the first step, two approaches are used to investigate the transformation of heavy and alkali metals during waste incineration: a thermodynamic equilibrium calculation and experiments using a bench-scale combustor. The distribution of heavy and alkali metals at different temperatures (800, 700, 600, 400, and 200℃) is studied in these experiments. The chemical equilibrium calculation shows that vaporized metallic compounds form a condensed phase at different temperatures.The calculation results show that vaporized lead compounds begin to transfer to the solid phase at 500℃. The main species of solid lead in the flue gas is PbC12(s) below 500℃. Zn and K have the same temperature range (300-500℃), while the conversion temperature for As is 600℃ and that for Na and Cu is above 800℃. The experimental results also prove the feasibility of separating heavy and alkali metals according to their gas-solid transformation temperature zones. On the basis of the experimental results, the optimum separation temperature is <400℃ for Pb and K, 600℃ for As, and 800℃ for Cu, Zn, and Na. It was found that generation rate of the metal compounds could be described by exponential function of temperature.A super-sonic impactor using a Laval nozzle, which has been developed for size control of ultra-fine aerosol particles down to nano-size range, was basically tested for the sampling of ultra-fine ambient aerosol. Ambient aerosol was classified into two different size classes, or<ca.200nm and above, by the super-sonic impactor and PAHs were analyzed as a typical index of anthropogenic air pollutants. When the humid air was sampled, concentration of PAHs larger than four benzene rings of particles collected on the backup filter downstream the supersonic impactor decreased probably because of the influence of condensation of water vapor, which leads to the increase in particle size. There may be a possibility of an increase in collected amount of semi-volatile compounds to the backup filter due to the influence of super-saturation. However, flue gas has much higher moisture content, which will cause problem at high temperature flue gas sampling.In order to suppress the effect of super saturation by adiabatic expansion, subsonic aerosol sampler was tested. For the ambient temperature sampling of flue gas from waste combustion, adiabatic expansion has suppressed and nanoparticles could be classified. For the original objective, the sampling method should be tested at high temperatures for heavy metal compounds base on the basic test results.
研究課題/領域番号:17510064, 研究期間(年度):2005-2006
出典：「超音速流れ場を用いた廃棄物熱処理排ガス中微小重金属類のin situ測定法の検討」研究成果報告書 課題番号17510064 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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