JP2001249074A - 炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法 - Google Patents
炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法Info
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- JP2001249074A JP2001249074A JP2000061319A JP2000061319A JP2001249074A JP 2001249074 A JP2001249074 A JP 2001249074A JP 2000061319 A JP2000061319 A JP 2000061319A JP 2000061319 A JP2000061319 A JP 2000061319A JP 2001249074 A JP2001249074 A JP 2001249074A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス吸引を必要とせず、高い濃度の煤塵が収
容された炉においても非接触で計測することが可能なガ
ス濃度計測法を提供する。 【解決手段】 酸素に吸収される波長のレーザー光と酸
素に吸収されない波長のレーザー光とをプラズマアーク
炉１の天井部７からレーザー照射装置１８によって炉内
の下方に向けて照射し、これらのレーザー光を炉内の煤
塵によって側方に向けて散乱させたのち集光し、この集
光した２つの散乱光の強度の比及びレーザー光の光路長
を用いて、炉内の酸素濃度を測定する炉内ガスの濃度計
測方法である。
容された炉においても非接触で計測することが可能なガ
ス濃度計測法を提供する。 【解決手段】 酸素に吸収される波長のレーザー光と酸
素に吸収されない波長のレーザー光とをプラズマアーク
炉１の天井部７からレーザー照射装置１８によって炉内
の下方に向けて照射し、これらのレーザー光を炉内の煤
塵によって側方に向けて散乱させたのち集光し、この集
光した２つの散乱光の強度の比及びレーザー光の光路長
を用いて、炉内の酸素濃度を測定する炉内ガスの濃度計
測方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、煤塵濃度が高い炉
内においても特定のガスの濃度を測定することができ
る、炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた
灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法に関する。
内においても特定のガスの濃度を測定することができ
る、炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた
灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、プラズマアーク灰溶融炉を含む各
種の灰溶融炉、ごみ焼却炉、石炭焚きボイラー等におい
ては、炉内に空気や水が混入するのを監視したり、炉出
口から吹き込む可燃ガス燃焼用の空気量を決定したり、
炉内における灰やごみの燃焼状態を把握したりするため
に、炉内のＣＯやＨ2Ｏなどのガス濃度を計測すること
が重要である。このガス濃度を計測するために、従来は
以下の２つの方法が主に用いられている。 （１）プラズマアーク灰溶融炉においては、該溶融炉内
から炉内ガスを吸引したのち、前処理を施して濃度を計
測するサンプリング法を行っている。 （２）また、図３に示すように、炉１００を構成する側
壁１０１に複数の窓１０３，１０４を配設し、このうち
の一方の窓１０３から一定のエネルギーＩ0 を有する入
射レーザー光１０６を照射して炉内１０８を貫通させ、
この窓１０３に対向する他方の窓１０４から出る出射レ
ーザー光１１０のエネルギーＩを測定する。これらのＩ
0とＩとの比から、下記の式を用いて炉内ガスの濃度を
算出している。 Ｉ＝Ｉ0・ｅｘｐ（−σa・ｎa・Ｌ） 但し、σaは炉内ガスの吸収断面積、ｎaは炉内ガスの分
子密度、Ｌは２つの窓の間の距離である。
種の灰溶融炉、ごみ焼却炉、石炭焚きボイラー等におい
ては、炉内に空気や水が混入するのを監視したり、炉出
口から吹き込む可燃ガス燃焼用の空気量を決定したり、
炉内における灰やごみの燃焼状態を把握したりするため
に、炉内のＣＯやＨ2Ｏなどのガス濃度を計測すること
が重要である。このガス濃度を計測するために、従来は
以下の２つの方法が主に用いられている。 （１）プラズマアーク灰溶融炉においては、該溶融炉内
から炉内ガスを吸引したのち、前処理を施して濃度を計
測するサンプリング法を行っている。 （２）また、図３に示すように、炉１００を構成する側
壁１０１に複数の窓１０３，１０４を配設し、このうち
の一方の窓１０３から一定のエネルギーＩ0 を有する入
射レーザー光１０６を照射して炉内１０８を貫通させ、
この窓１０３に対向する他方の窓１０４から出る出射レ
ーザー光１１０のエネルギーＩを測定する。これらのＩ
0とＩとの比から、下記の式を用いて炉内ガスの濃度を
算出している。 Ｉ＝Ｉ0・ｅｘｐ（−σa・ｎa・Ｌ） 但し、σaは炉内ガスの吸収断面積、ｎaは炉内ガスの分
子密度、Ｌは２つの窓の間の距離である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のサンプリング法では、炉内の煤塵濃度が高い場
合、炉内ガスを逆洗等してもサンプリング管が閉塞して
しまい、連続して計測をすることができないという問題
がある。また、上記レーザーを用いる方法でも、炉内１
０８の煤塵濃度が非常に高いため、この煤塵によってレ
ーザー光が散乱する。従って、該レーザー光のエネルギ
ーが炉内１０８を進む途中で著しく減衰し、炉内１０８
を貫通させることが困難である。さらに、特にプラズマ
アーク灰溶融炉においては、その中央にプラズマを発生
させる主電極が配設される場合が多く、炉の中央を避け
てレーザー光の光路を設ければならないため、光路が制
限され、かつ、炉壁耐火物の厚さ等を考慮すると、高濃
度の煤塵を貫通できるほどに十分に短い炉内経路を設定
することができないという問題がある。
た従来のサンプリング法では、炉内の煤塵濃度が高い場
合、炉内ガスを逆洗等してもサンプリング管が閉塞して
しまい、連続して計測をすることができないという問題
がある。また、上記レーザーを用いる方法でも、炉内１
０８の煤塵濃度が非常に高いため、この煤塵によってレ
ーザー光が散乱する。従って、該レーザー光のエネルギ
ーが炉内１０８を進む途中で著しく減衰し、炉内１０８
を貫通させることが困難である。さらに、特にプラズマ
アーク灰溶融炉においては、その中央にプラズマを発生
させる主電極が配設される場合が多く、炉の中央を避け
てレーザー光の光路を設ければならないため、光路が制
限され、かつ、炉壁耐火物の厚さ等を考慮すると、高濃
度の煤塵を貫通できるほどに十分に短い炉内経路を設定
することができないという問題がある。
【０００４】本発明は、上記課題を解決し、ガス吸引を
必要とせず、煤塵濃度が高い炉においても非接触で計測
することが可能な、レーザー分光技術による高濃度煤塵
下におけるガス濃度計測法を提供することを目的とす
る。
必要とせず、煤塵濃度が高い炉においても非接触で計測
することが可能な、レーザー分光技術による高濃度煤塵
下におけるガス濃度計測法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
上記目的を達成するため、濃度測定の対象とする炉内ガ
スにより吸収されやすい波長のレーザー光と該炉内ガス
により吸収されにくい波長のレーザー光とを含む複数の
レーザー光を照射するレーザー照射装置と、この複数の
レーザー光の吸収の結果上記炉内ガス煤塵によって散乱
されるレーザー光を含む散乱光を集光する集光装置とを
備えた炉内ガスの濃度計測装置である。炉内に入射され
たレーザー光は、高い濃度の煤塵によって極度に減衰す
るため、炉内を貫通させることは困難である。しかし、
その反面、煤塵によって散乱するレーザー散乱光の強度
は大きいため、この散乱光を集光装置を用いて集光して
観測することによって、レーザー吸収法を用いた炉内ガ
ス濃度計測が可能となる。従って、この煤塵による散乱
が等方性散乱であれば、散乱光を集光する集光装置を配
設する部位を任意の位置にすることができるため、種々
の型の炉に配設することができる。また、高い濃度の煤
塵が充満する炉であっても濃度測定が可能である。
上記目的を達成するため、濃度測定の対象とする炉内ガ
スにより吸収されやすい波長のレーザー光と該炉内ガス
により吸収されにくい波長のレーザー光とを含む複数の
レーザー光を照射するレーザー照射装置と、この複数の
レーザー光の吸収の結果上記炉内ガス煤塵によって散乱
されるレーザー光を含む散乱光を集光する集光装置とを
備えた炉内ガスの濃度計測装置である。炉内に入射され
たレーザー光は、高い濃度の煤塵によって極度に減衰す
るため、炉内を貫通させることは困難である。しかし、
その反面、煤塵によって散乱するレーザー散乱光の強度
は大きいため、この散乱光を集光装置を用いて集光して
観測することによって、レーザー吸収法を用いた炉内ガ
ス濃度計測が可能となる。従って、この煤塵による散乱
が等方性散乱であれば、散乱光を集光する集光装置を配
設する部位を任意の位置にすることができるため、種々
の型の炉に配設することができる。また、高い濃度の煤
塵が充満する炉であっても濃度測定が可能である。
【０００６】本発明の第２の態様は、上記濃度測定の対
象とする炉内ガスが、酸素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸
気のいずれか一である炉内ガスの濃度計測装置である。
上記炉内の煤塵濃度は、例えば１００ｇ／ｍ3 程度まで
測定することが可能で、計測対象となるガスは、その目
的に応じてＯ2 ，ＣＯ，Ｈ2Ｏなどの種々のガスを測定
することができる。本発明の第３の態様は、上記レーザ
ー照射装置が波長可変型レーザー照射装置である炉内ガ
スの濃度計測装置である。上記波長可変型レーザー照射
装置は、チューナブルレーザー装置とも呼ばれ、一台で
種々の波長のレーザー光を照射することができる。
象とする炉内ガスが、酸素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸
気のいずれか一である炉内ガスの濃度計測装置である。
上記炉内の煤塵濃度は、例えば１００ｇ／ｍ3 程度まで
測定することが可能で、計測対象となるガスは、その目
的に応じてＯ2 ，ＣＯ，Ｈ2Ｏなどの種々のガスを測定
することができる。本発明の第３の態様は、上記レーザ
ー照射装置が波長可変型レーザー照射装置である炉内ガ
スの濃度計測装置である。上記波長可変型レーザー照射
装置は、チューナブルレーザー装置とも呼ばれ、一台で
種々の波長のレーザー光を照射することができる。
【０００７】本発明の第４の態様は、上記態様１〜３の
炉内ガスの濃度計測装置を設けた灰溶融炉である。本発
明の第５の態様は、濃度測定の対象とする炉内ガスに吸
収されやすい波長のレーザー光と炉内ガスに吸収されに
くい波長のレーザー光とを含む波長の異なる複数のレー
ザー光を炉内に照射し、これらのレーザー光の散乱光を
集光し、この集光した散乱光の強度の比に基づいて、上
記炉内ガスの濃度を測定する炉内ガスの濃度計測方法で
ある。上記濃度計測方法によれば、炉内のガス濃度を連
続的に管理できるため、万一、酸素ガスやＣＯガスが炉
内に異常に増加した場合であっても、その異常を検知し
て即座に炉の運転を止めるようなインターロック機能を
持たせることができる。
炉内ガスの濃度計測装置を設けた灰溶融炉である。本発
明の第５の態様は、濃度測定の対象とする炉内ガスに吸
収されやすい波長のレーザー光と炉内ガスに吸収されに
くい波長のレーザー光とを含む波長の異なる複数のレー
ザー光を炉内に照射し、これらのレーザー光の散乱光を
集光し、この集光した散乱光の強度の比に基づいて、上
記炉内ガスの濃度を測定する炉内ガスの濃度計測方法で
ある。上記濃度計測方法によれば、炉内のガス濃度を連
続的に管理できるため、万一、酸素ガスやＣＯガスが炉
内に異常に増加した場合であっても、その異常を検知し
て即座に炉の運転を止めるようなインターロック機能を
持たせることができる。
【０００８】本発明の第６の態様は、上記濃度測定の対
象とする炉内ガスが、酸素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸
気のいずれか一である炉内ガスの濃度計測方法である。
上記危険性のあるガスとして例えばＯ2 ガスがある
が、炉内のＯ2 ガスの濃度管理が確実にできるように
なることは、安全面で非常に有効である。本発明の第７
の態様は、上記レーザー照射装置が波長可変型レーザー
照射装置である炉内ガスの濃度計測方法である。
象とする炉内ガスが、酸素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸
気のいずれか一である炉内ガスの濃度計測方法である。
上記危険性のあるガスとして例えばＯ2 ガスがある
が、炉内のＯ2 ガスの濃度管理が確実にできるように
なることは、安全面で非常に有効である。本発明の第７
の態様は、上記レーザー照射装置が波長可変型レーザー
照射装置である炉内ガスの濃度計測方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態に係
る炉内ガス濃度の計測方法について、図面を用いて詳細
に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る炉内ガ
ス濃度の計測方法に用いる計測装置システムを配設した
プラズマアーク溶融炉の断面図である。プラズマアーク
溶融炉１内部の中心には、上下方向に沿って主電極２及
び炉底電極３が配設されており、プラズマアーク溶融炉
１の底部には溶融状態のスラグ５が収容されている。ま
た、溶融炉１の天井部７には、レーザー光を照射する入
射窓１０が設けられており、側壁１１には、炉内ガスや
煤塵によって散乱したレーザー散乱光を集光する集光窓
１２が設けられている。
る炉内ガス濃度の計測方法について、図面を用いて詳細
に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る炉内ガ
ス濃度の計測方法に用いる計測装置システムを配設した
プラズマアーク溶融炉の断面図である。プラズマアーク
溶融炉１内部の中心には、上下方向に沿って主電極２及
び炉底電極３が配設されており、プラズマアーク溶融炉
１の底部には溶融状態のスラグ５が収容されている。ま
た、溶融炉１の天井部７には、レーザー光を照射する入
射窓１０が設けられており、側壁１１には、炉内ガスや
煤塵によって散乱したレーザー散乱光を集光する集光窓
１２が設けられている。
【００１０】上記入射窓１０の上部には、反射鏡１５と
レンズ１６を備えたレーザー照射装置１８が配設されて
おり、光ファイバー２０を介してレーザー発振部２２に
接続されている。このレーザー発振部２２は、データ処
理を行う制御装置２３及びパソコン２４に接続されてい
る。また、上記集光窓１２の側方には、集光装置３０が
設けられ、上記制御装置２３に接続されている。さら
に、レーザー光３２は入射窓１０から鉛直下方に向けて
照射され、該レーザー光３２の進む光軸をレーザー光軸
３３とし、入射窓１０から集光窓１２の中央まで測定し
たレーザー光軸３３の長さをＬ1とする。一方、集光窓
１２の中央から水平方向に向かう集光軸３５とレーザー
光軸３３との交点Ｘから集光窓１２までの距離をＬ2 、
該集光窓１２から集光レンズ３９までの距離をＬ3 、集
光窓１２の上下方向の長さをΔＬとする。
レンズ１６を備えたレーザー照射装置１８が配設されて
おり、光ファイバー２０を介してレーザー発振部２２に
接続されている。このレーザー発振部２２は、データ処
理を行う制御装置２３及びパソコン２４に接続されてい
る。また、上記集光窓１２の側方には、集光装置３０が
設けられ、上記制御装置２３に接続されている。さら
に、レーザー光３２は入射窓１０から鉛直下方に向けて
照射され、該レーザー光３２の進む光軸をレーザー光軸
３３とし、入射窓１０から集光窓１２の中央まで測定し
たレーザー光軸３３の長さをＬ1とする。一方、集光窓
１２の中央から水平方向に向かう集光軸３５とレーザー
光軸３３との交点Ｘから集光窓１２までの距離をＬ2 、
該集光窓１２から集光レンズ３９までの距離をＬ3 、集
光窓１２の上下方向の長さをΔＬとする。
【００１１】以下に、上記構成を有する計測装置システ
ムを用いて、炉内ガス濃度を計測する方法について説明
する。まず、照射されたレーザー光３２の進行路を説明
する。図１に示すように、レーザー発振部２２から発振
されたレーザー光３２は、光ファイバー２０を介してレ
ーザー照射装置１８に送られる。こののち、レーザー光
３２は入射窓１０から鉛直下方に入射され、上記したレ
ーザー光軸３３と集光軸３５との交点Ｘにおいて炉内ガ
スと煤塵によって散乱されたレーザー散乱光４１とな
り、集光窓１２から集光装置３０に集光され、制御装置
２３及びパソコン２４にてデータ処理される。次いで、
ガス濃度を、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ（ランバート・
ベール）の法則を用いて算出する。ここで、濃度測定を
しようとする対象ガス（例えば、Ｏ2ガス）によるレー
ザー光３２の吸収エネルギー量は、該対象ガスに吸収さ
れる波長（以下、ｏｎ波長という。）のレーザー光３２
の散乱光強度と、吸収されない波長（以下、ｏｆｆ波長
という。）の散乱光強度との差異から求める。即ち、on
波長のレーザ光32の散乱光強度には、ガス分子の吸収に
基づく光強度の減衰が含まれるのに対し、吸収されたレ
ーザー光３２により励起したガス分子は散乱光を放出す
ることによって元のエネルギーレベルに戻る。ガス分子
により吸収されないoff波長のレーザー光３２にはこれ
がないため、両散乱光強度の差からガス濃度を計算する
ことができる。はガス分子により散乱されることはな
い。この場合、散乱光は煤塵によるもののみとなる。光
路長は、図１におけるＬ1＋Ｌ2 、即ち、入射窓１０か
ら交点Ｘまでの距離Ｌ1と、交点Ｘから集光窓１２まで
の距離Ｌ2との和とする。従って、対象ガスの濃度は、
これらの２種のレーザー光による散乱光の強度の比と光
路長から求めることができる。
ムを用いて、炉内ガス濃度を計測する方法について説明
する。まず、照射されたレーザー光３２の進行路を説明
する。図１に示すように、レーザー発振部２２から発振
されたレーザー光３２は、光ファイバー２０を介してレ
ーザー照射装置１８に送られる。こののち、レーザー光
３２は入射窓１０から鉛直下方に入射され、上記したレ
ーザー光軸３３と集光軸３５との交点Ｘにおいて炉内ガ
スと煤塵によって散乱されたレーザー散乱光４１とな
り、集光窓１２から集光装置３０に集光され、制御装置
２３及びパソコン２４にてデータ処理される。次いで、
ガス濃度を、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ（ランバート・
ベール）の法則を用いて算出する。ここで、濃度測定を
しようとする対象ガス（例えば、Ｏ2ガス）によるレー
ザー光３２の吸収エネルギー量は、該対象ガスに吸収さ
れる波長（以下、ｏｎ波長という。）のレーザー光３２
の散乱光強度と、吸収されない波長（以下、ｏｆｆ波長
という。）の散乱光強度との差異から求める。即ち、on
波長のレーザ光32の散乱光強度には、ガス分子の吸収に
基づく光強度の減衰が含まれるのに対し、吸収されたレ
ーザー光３２により励起したガス分子は散乱光を放出す
ることによって元のエネルギーレベルに戻る。ガス分子
により吸収されないoff波長のレーザー光３２にはこれ
がないため、両散乱光強度の差からガス濃度を計算する
ことができる。はガス分子により散乱されることはな
い。この場合、散乱光は煤塵によるもののみとなる。光
路長は、図１におけるＬ1＋Ｌ2 、即ち、入射窓１０か
ら交点Ｘまでの距離Ｌ1と、交点Ｘから集光窓１２まで
の距離Ｌ2との和とする。従って、対象ガスの濃度は、
これらの２種のレーザー光による散乱光の強度の比と光
路長から求めることができる。
【００１２】
【実施例】次に、実施例によって本発明を更に具体的に
説明する。この実施例では、煤塵によってレーザー光３
２が等方性散乱をすると仮定して説明する。 （１） 煤塵によるレーザーの散乱特性の計測 プラズマアーク灰溶融炉に於ける一般的な数値として、
煤塵の散乱断面積と煤塵濃度には、次のような関係を有
する。 σ・ｎ≒３．５［ｍ-1］ ただし、σは煤塵の散乱断面積［ｍ2］、ｎは煤塵の個
数密度［ｍ-3］である。 （２） 散乱光量の推定
説明する。この実施例では、煤塵によってレーザー光３
２が等方性散乱をすると仮定して説明する。 （１） 煤塵によるレーザーの散乱特性の計測 プラズマアーク灰溶融炉に於ける一般的な数値として、
煤塵の散乱断面積と煤塵濃度には、次のような関係を有
する。 σ・ｎ≒３．５［ｍ-1］ ただし、σは煤塵の散乱断面積［ｍ2］、ｎは煤塵の個
数密度［ｍ-3］である。 （２） 散乱光量の推定
【００１３】
【数１】
【００１４】ただし、Ｉr は検出される散乱光の強度、
Ｉ0 は入射光強度、offは非吸収波長を意味する。この
結果から、散乱光の強度Ｉrは、入射光の強度Ｉ0に対し
て１０-6程度に減衰することが判る。
Ｉ0 は入射光強度、offは非吸収波長を意味する。この
結果から、散乱光の強度Ｉrは、入射光の強度Ｉ0に対し
て１０-6程度に減衰することが判る。
【００１５】（３） 濃度が１％のＯ2 ガスによる吸収
（波長は０．７７［μｍ］、吸収断面積はσa≒７×１
０-22［ｍ2］、onは吸収波長であることを示す。）
（波長は０．７７［μｍ］、吸収断面積はσa≒７×１
０-22［ｍ2］、onは吸収波長であることを示す。）
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】ここで、Ｏ2密度はｎa＝８×１０
22［ｍ-3］、Ｌ1＝Ｌ2＝Ｌ3＝０．５［ｍ］、ΔＬ＝
０．１［ｍ］、集光レンズの直径Ｒ＝ΔＬ／２＝０．０
５［ｍ］である。従って、Ｏ2ガスに吸収されるon波長
のレーザー強度と、Ｏ2ガスに吸収されないoff波長のレ
ーザー強度との差異は、off波長のレーザー強度に対し
て０．２％程度と推定される。
22［ｍ-3］、Ｌ1＝Ｌ2＝Ｌ3＝０．５［ｍ］、ΔＬ＝
０．１［ｍ］、集光レンズの直径Ｒ＝ΔＬ／２＝０．０
５［ｍ］である。従って、Ｏ2ガスに吸収されるon波長
のレーザー強度と、Ｏ2ガスに吸収されないoff波長のレ
ーザー強度との差異は、off波長のレーザー強度に対し
て０．２％程度と推定される。
【００１９】（４） ガス濃度の計測 i) 変調方式について レーザー光に周波数波長変調をかけ、短時間に吸収帯全
体を走引し、更に積算する。 ii) レーザーについて １ｍＷ ＤＦＢ（distributed feed back：分布帰還レー
ザー）半導体レーザーによって、Ｓ／Ｎ比が約６で検知
可能と推定される。これは、実証炉における実験の経験
に基づくものである。 iii) 検知システムの内容について 図２を用いて、検知システムの構成を説明する。このシ
ステムでは、分光法と呼ばれる、バンドパスフィルター
による背景光を除去する方法を用いている。図２におい
て、検出器４４には、光電子増倍管を用い、プリアンプ
４６のと合わせた増幅率は１０6倍であった。また、ロ
ックインアンプ４７は２種類の周波数域を検知するもの
を用いた。つまり、レーザ光の波長変調周波数とこの2
倍の周波数で検知し、ガス分子の吸収スペクトルの微分
値を利用して計測感度を向上させている。周波数の変調
が数十kHzの範囲のものと、変調周波数の範囲が数十GHz
のものである。なお、積算回数は１００回程度とした。
体を走引し、更に積算する。 ii) レーザーについて １ｍＷ ＤＦＢ（distributed feed back：分布帰還レー
ザー）半導体レーザーによって、Ｓ／Ｎ比が約６で検知
可能と推定される。これは、実証炉における実験の経験
に基づくものである。 iii) 検知システムの内容について 図２を用いて、検知システムの構成を説明する。このシ
ステムでは、分光法と呼ばれる、バンドパスフィルター
による背景光を除去する方法を用いている。図２におい
て、検出器４４には、光電子増倍管を用い、プリアンプ
４６のと合わせた増幅率は１０6倍であった。また、ロ
ックインアンプ４７は２種類の周波数域を検知するもの
を用いた。つまり、レーザ光の波長変調周波数とこの2
倍の周波数で検知し、ガス分子の吸収スペクトルの微分
値を利用して計測感度を向上させている。周波数の変調
が数十kHzの範囲のものと、変調周波数の範囲が数十GHz
のものである。なお、積算回数は１００回程度とした。
【００２０】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものでな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形
及び変更を加え得るものである。例えば、上記発明の実
施の形態では、対象ガスに吸収されるon波長と吸収され
ないoff波長の２本のレーザー光を走引する波長可変型
レーザー照射装置（チューナブルレーザー装置ともい
う。）を用いたが、これらの２種のレーザー光を用いた
り、２波長交互発振によってon波長とoff波長のレーザ
ーを照射しても良い。つまり、上記波長可変型レーザー
装置を用い、on波長の周辺を走査することにより、又は
on波長及びoff波長を交互に出力することによって、炉
内ガスの吸収量を測定することもできる。また、図１、
２において、入射光と散乱光とのなす角度をほぼ直角
（９０度）にしたが、少なくとも散乱が等方性である場
合には、入射光と散乱光とのなす角度は特に限定されず
種々の角度に設定することが可能である。
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものでな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形
及び変更を加え得るものである。例えば、上記発明の実
施の形態では、対象ガスに吸収されるon波長と吸収され
ないoff波長の２本のレーザー光を走引する波長可変型
レーザー照射装置（チューナブルレーザー装置ともい
う。）を用いたが、これらの２種のレーザー光を用いた
り、２波長交互発振によってon波長とoff波長のレーザ
ーを照射しても良い。つまり、上記波長可変型レーザー
装置を用い、on波長の周辺を走査することにより、又は
on波長及びoff波長を交互に出力することによって、炉
内ガスの吸収量を測定することもできる。また、図１、
２において、入射光と散乱光とのなす角度をほぼ直角
（９０度）にしたが、少なくとも散乱が等方性である場
合には、入射光と散乱光とのなす角度は特に限定されず
種々の角度に設定することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、煤塵濃度が高い炉内に
おいても特定のガス濃度を測定することができ、また、
レーザー光の散乱光を用いるため、任意の光路をとるこ
とができ、炉の型や形状に限定されず、種々の炉に配設
することができる。
おいても特定のガス濃度を測定することができ、また、
レーザー光の散乱光を用いるため、任意の光路をとるこ
とができ、炉の型や形状に限定されず、種々の炉に配設
することができる。
【図１】本発明に係るガス濃度測定システムを配設した
溶融炉を示す断面図である。
溶融炉を示す断面図である。
【図２】実施例に用いたガス濃度測定システムの概念図
である。
である。
【図３】従来のガス濃度測定方法を示す断面図である。
１ プラズマアーク溶融炉 ２ 主電極 ３ 炉底電極 ５ スラグ ７ 天井部 １０ 入射窓 １１ 側壁 １２ 集光窓 １５ 反射鏡 １６ レンズ １８ レーザー照射装置 ２０ 光ファイバー ２２ レーザー発振部 ２３ 制御装置 ２４ パソコン ３０ 集光装置 ３２ レーザー ３３ レーザー光軸 ３５ 集光軸 ３９ 集光レンズ ４１ レーザー散乱光 ４４ 検出器 ４６ プリアンプ ４７ ロックインアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田浦 昌純 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 牟田 研二 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 中川 潤 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 野間 彰 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 山下 一郎 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社横浜研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB01 CC04 CC07 CC09 EE01 EE02 GG01 GG03 GG09 JJ02 JJ11 JJ13 JJ17 KK02 LL04 3K003 FA02 FA03 FA04 FA05 GA05 3K005 QA01 3K061 AA24 NB01
Claims (7)
- 【請求項１】 濃度測定の対象とする炉内ガスにより吸
収されやすい波長のレーザー光と該炉内ガスにより吸収
されにくい波長のレーザー光とを含む複数のレーザー光
を照射するレーザー照射装置と、この複数のレーザー光
の吸収の結果上記炉内煤塵ガスによって散乱されるレー
ザー光を含む散乱光を集光する集光装置とを備えたこと
を特徴とする炉内ガスの濃度計測装置。 - 【請求項２】 上記濃度測定の対象とする炉内ガスが、
酸素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸気のいずれか一である
ことを特徴とする請求項１に記載の炉内ガスの濃度計測
装置。 - 【請求項３】 上記レーザー照射装置が波長可変型レー
ザー照射装置であることを特徴とする請求項１又は２に
記載の炉内ガスの濃度計測装置。 - 【請求項４】 上記請求項１〜３に記載の炉内ガスの濃
度計測装置を設けたことを特徴とする灰溶融炉。 - 【請求項５】 濃度測定の対象とする炉内ガスに吸収さ
れやすい波長のレーザー光と炉内ガスに吸収されにくい
波長のレーザー光とを含む波長の異なる複数のレーザー
光を炉内に照射し、これらのレーザー光の炉内煤塵によ
る散乱光を集光し、この集光した散乱光の強度の比に基
づいて上記炉内ガスの濃度を測定することを特徴とする
炉内ガスの濃度計測方法。 - 【請求項６】 上記濃度測定の対象とする炉内ガスが、
酸素ガス、一酸化炭素ガス、水蒸気のいずれか一である
ことを特徴とする請求項５に記載の炉内ガスの濃度計測
方法。 - 【請求項７】 上記レーザー照射装置が波長可変型レー
ザー照射装置であることを特徴とする請求項５又は６に
記載の炉内ガスの濃度計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061319A JP2001249074A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061319A JP2001249074A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001249074A true JP2001249074A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18581468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000061319A Pending JP2001249074A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | 炉内ガスの濃度計測装置、該濃度計測装置を備えた灰溶融炉、及び炉内ガスの濃度計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001249074A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013092524A (ja) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Alstom Technology Ltd | データ取得方法 |
| JP2014182106A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Horiba Ltd | 温度計 |
| JP2016176640A (ja) * | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ボイラ及びボイラの燃焼制御方法 |
| CN106706560A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-05-24 | 武汉华敏测控技术股份有限公司 | 激光氮势分析传感器及检测方法 |
| CN107703098A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-02-16 | 中国能源建设集团科技发展有限公司 | 锅炉炉膛氮氧化物测量装置 |
-
2000
- 2000-03-07 JP JP2000061319A patent/JP2001249074A/ja active Pending
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| JP2014182106A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Horiba Ltd | 温度計 |
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