JP2003232758A - 燃焼排ガスのｓｏ３濃度の測定方法及び測定装置並びにｓｏ３を含有する燃焼排ガス処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全かつ測定に多大なコストがかからない、
燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定する方法及び装置の提
供。 【解決手段】 本発明は、化石燃料の燃焼排ガスのＳＯ
₃濃度を測定する方法において、ＳＯ₃を含有する燃焼排
ガスをスパイラル管に導くステップ、スパイラル管を外
部から冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ₃をＨ₂ＳＯ₄に結露
凝縮させスパイラル管の内壁に付着させるステップ、ス
パイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収するス
テップ、回収した液体の電気伝導度を測定するステッ
プ、及び、前記電気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排
ガスのＳＯ₃濃度を測定するステップ、を含むことを特
徴とする、上記燃焼排ガスのＳＯ₃濃度の測定方法を提
供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼排ガスのＳＯ
₃濃度の測定方法及び測定装置並びにＳＯ₃を含有する燃
焼排ガス処理方法及び処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオウを含む化石燃料をボイラや加熱炉
で燃焼させて発生たときに排ガスには硫黄酸化物が含ま
れている。このような硫黄酸化物としてＳＯ₂やＳＯ₃が
挙げられる。一般的に、燃焼排ガス中に含まれるＳＯ₃
の量はＳＯ₂に比べて極めて少ない。例えば、ＳＯ₃の含
有量はＳＯ₂の約２〜５％であり、燃焼排ガスのＳＯ₃の
濃度としては数十ｐｐｍ前後である。イオウの少ない化
石燃料を燃焼させた場合にはＳＯ₃濃度は、１ｐｐｍ以
下の場合もある。このように、燃焼排ガス中に含まれる
ＳＯ₃量はとても少ないため、その濃度の測定は極めて
困難である。

【０００３】燃焼排ガス中のＳＯ₃はこのような低温障
害や燃焼効率の低下の原因となる。ここで、低温障害と
は、ボイラや加熱炉の低温部において生じる現象で、燃
焼排ガス中のＳＯ₃が露点に達してＨ₂ＳＯ₄となり、そ
のＨ₂ＳＯ₄が、ボイラや加熱炉の低温部の腐食と閉塞、
酸性降下煤塵等を招く現象をいう。

【０００４】また、ＳＯ₃は毒性が強く、実際その毒性
はＳＯ₂の千倍程度もあり、環境面でもＳＯ₃の存在は問
題である。また、ＳＯ₃は酸性雨や白煙のたなびきの長
煙化の原因となっている。

【０００５】さらに、煙突の周囲数ｋｍ圏内では、ＳＯ
₃が原因となって、未燃カーボンと硫酸が一緒になった
酸性降下煤塵（アシドスマット）やスノーヒュームが発
生している。

【０００６】このような状況から、燃焼排ガスのＳＯ₃
の濃度を測定する必要性は大きい。

【０００７】実際、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度は専門家の
手作業による化学分析で測定されている。詳細には、次
のように測定されている。分析者が燃焼排ガスを採取
し、その燃焼排ガスを耐熱ガラス製のスパイラル管に通
し、そのスパイラル管の外面を温水で冷却してＳＯ₃を
Ｈ₂ＳＯ₄として凝縮させ、スパイラル管の内周に付着さ
せる。その後、純水をスパイラル管に通してＨ₂ＳＯ₄溶
液である測定対象溶液を得る。その測定対象溶液に混合
指示薬を滴下した後、水酸化ナトリウム水溶液又は硼酸
ナトリウム水溶液によって滴定することで、燃焼排ガス
のＳＯ₃濃度を測定する。

【０００８】しかしながら、このような手作業での測定
は、高温で亜硫酸ガスを含む排ガスに曝されるという劣
悪な環境下での作業である上に、高所での作業で危険が
伴い、更には測定機材の運搬が必要であるという欠点が
あった。このような欠点は、ＳＯ₃の測定コストを大き
く上昇させ、実際には１ヶ月〜数ヶ月に一度の頻度でし
か測定できなかった。また、手作業ではリアルタイムに
ＳＯ₃濃度を測定できなかったため、燃焼排ガス中のＳ
Ｏ₃を中和するために注入する中和剤の量がＳＯ₃に対し
て過小又は過大となってしまっていた。

【０００９】以上述べた通り、手作業での測定は極めて
困難であったため、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を自動的に
測定する方法も存在した。

【００１０】例えば、湿式の測定方法として、排ガス中
のＳＯ₃をイソプロピールアルコールに吸収させ、一定
量の酢酸バリウム水溶液を添加してＳＯ₃をＢａＳＯ₄と
して固形物にした後、発色剤を添加して、未反応酢酸バ
リウムの量を比色計にて測定する方法がある。しかし、
この方法は、排水中に劇毒物である酢酸バリウムやイソ
プロピールアルコールが排出されるため殆ど使用されて
いない。

【００１１】また、乾式の測定方法としてＳＯ₃露点計
を用いた測定方法がある。この方法では、排ガス中のＳ
Ｏ₃と水蒸気量に依存して、ＳＯ₃がＨ₂ＳＯ₄の液体に結
露する温度である露点が定まることを利用している。し
かし、露点とＳＯ₃濃度の関係は対数の関係であり、測
定精度が低く、あまり使用されていない。例えば、露点
１℃でＳＯ₃濃度が数ｐｐｍの範囲で誤差が発生する。

【００１２】以上のような状況から、化石燃料の燃焼排
ガスのＳＯ₃濃度を精度良くかつ経済的に測定する方法
及び装置が切望されていた。更には、燃焼排ガスのＳＯ
₃濃度に応じた適量の中和剤を注入する燃焼排ガス処理
方法及び装置が望まれていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば、安
全かつ測定に多大なコストがかからない、燃焼排ガスの
ＳＯ₃濃度を測定する方法及び装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、化石燃料の燃
焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定する方法において、ＳＯ₃を
含有する燃焼排ガスをスパイラル管に導くステップ、ス
パイラル管を外部から冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ₃を
Ｈ₂ＳＯ₄に結露凝縮させスパイラル管の内壁に付着させ
るステップ、スパイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を
水洗回収するステップ、回収した液体の電気伝導度を測
定するステップ、及び、前記電気伝導度の測定結果に基
づき、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定するステップ、を
含むことを特徴とする、上記燃焼排ガスのＳＯ₃濃度の
測定方法を提供する。

【００１５】上記方法において、Ｈ₂ＳＯ₄の回収が純水
によって行われることが好ましい。

【００１６】また、本発明は、化石燃料の燃焼排ガスの
ＳＯ₃濃度を測定する装置において、ＳＯ₃を含有する燃
焼排ガスをスパイラル管に導く手段、スパイラル管を外
部から冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ₃をＨ₂ＳＯ₄に結露
凝縮させスパイラル管の内壁に付着させる手段、スパイ
ラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する手段、
回収した液体の電気伝導度を測定する手段、及び、前記
電気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ₃濃
度を測定する手段を含むことを特徴とする、上記燃焼排
ガスのＳＯ₃濃度の測定装置を提供する。

【００１７】また、上記装置において、Ｈ₂ＳＯ₄の回収
が純水によって行われることが好ましい。

【００１８】また、本発明は、化石燃料の燃焼排ガスを
処理する方法において、ＳＯ₃を含有する燃焼排ガスを
スパイラル管に導くステップ、スパイラル管を外部から
冷却し、燃焼排ガスのＳＯ₃をＨ₂ＳＯ₄に結露凝縮させ
スパイラル管の内壁に付着させるステップ、スパイラル
管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収するステップ、
回収した液体の電気伝導度を測定するステップ、前記電
気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度
を測定するステップ、測定されたＳＯ₃濃度から燃焼排
ガス中のＳＯ₃を理論上全て中和するために一定時間内
に最低限注入する必要がある中和剤量を計算するステッ
プ、及び、前記中和剤量以上の中和剤を注入するステッ
プ、を含むことを特徴とする、ＳＯ₃を含有する燃焼排
ガス処理方法を提供する。

【００１９】また、上記方法において、Ｈ₂ＳＯ₄の回収
が純水によって行われることが好ましい。

【００２０】上記方法において、ＭｇＯ，Ｍｇ（ＯＨ）
₂，ＭｇＣＯ₃，ＣａＯ，Ｃａ（ＯＨ）₂，ＣａＣＯ₃，Ｎ
ａＯＨ，Ｎａ₂ＣＯ₃及びＮＨ₃から選ばれる１以上を含
む気体、粉体、水に混合させた混合液又は水に溶解させ
た水溶液を含む中和剤を注入することが好ましい。

【００２１】さらに、本発明は、化石燃料の燃焼排ガス
処理する装置において、ＳＯ₃を含有する燃焼排ガスを
スパイラル管に導く手段、スパイラル管を外部から冷却
し、燃焼排ガスのＳＯ₃をＨ₂ＳＯ₄に結露凝縮させスパ
イラル管の内壁に付着させる手段、スパイラル管の内壁
に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する手段、回収した液体
の電気伝導度を測定する手段、前記電気伝導度の測定結
果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定する手段、
測定されたＳＯ₃濃度から燃焼排ガス中のＳＯ₃を理論上
全て中和するために一定時間内に最低限注入する必要が
ある中和剤量を計算する手段、及び、前記中和剤量以上
の中和剤を注入する手段、を含むことを特徴とする、Ｓ
Ｏ₃を含有する燃焼排ガス処理装置を提供する。

【００２２】上記装置において、Ｈ₂ＳＯ₄の回収が純水
によって行われることが好ましい。

【００２３】上記装置において、ＭｇＯ，Ｍｇ（ＯＨ）
₂，ＭｇＣＯ₃，ＣａＯ，Ｃａ（ＯＨ）₂，ＣａＣＯ₃，Ｎ
ａＯＨ，Ｎａ₂ＣＯ₃及びＮＨ₃から選ばれる１以上を含
む気体、粉体、水に混合させた混合液又は水に溶解させ
た水溶液を含む中和剤を注入することが好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の燃焼排ガスのＳＯ
₃濃度の測定方法及び測定装置並びにＳＯ₃を含有する燃
焼排ガス処理方法及び処理装置について詳細に説明す
る。

【００２５】本発明の発明にかかる測定方法、測定装
置、処理方法及び処理装置の対象は化石燃料の燃焼排ガ
スである。

【００２６】本発明で使用する化石燃料としては、炭素
を含む化石燃料を特に制限なく挙げることができ、例え
ば、石油、原油、重油、アスファルト、オリマルショ
ン、オイルコークス、タール、石炭等を挙げることがで
きる。特に、硫黄分が比較的に高い化石燃料について、
本発明を好適に適用することができる。

【００２７】本発明にかかるＳＯ₃濃度の測定装置の構
造について、図１のＳＯ₃濃度の測定装置の模式図を用
いて簡単に説明する。ＳＯ₃濃度測定装置１は主に純水
槽２、基準Ｈ₂ＳＯ₄水溶液槽３、スパイラル管４を外部
から冷却するスパイラル管冷却部５、伝導計７を内蔵す
る伝導度計測槽６から構成される。ＳＯ₃濃度測定装置
１は、燃焼排ガスが通過する煙道８と管で連結されてい
る。前記煙道８には、ＳＯ₃濃度測定装置１のスパイラ
ル管４に導かれる燃焼排ガス（以下「試料ガス」とい
う）をＳＯ₃濃度測定装置１に取り入れる試料ガス取り
入れ口１６が設けられる。スパイラル管４はスパイラル
管冷却部５に収納される。スパイラル管４の上流側に接
続された管には純水槽２から通じる管も連結されてい
る。スパイラル管４の下流側に接続された管は伝導度計
測槽６に通じる。伝導度計測槽６は伝導系を有する７。
伝導度計測槽６は基準Ｈ₂ＳＯ₄水溶液槽３と管で連結さ
れている。

【００２８】次に、本発明を適用し得る発電装置の燃焼
設備について図２に基づいて簡単に説明する。図２は発
電装置の燃焼設備におけるボイラ１５と煙道８を表した
模式図である。ボイラ１５は火炉１０、エコー部１１、
加熱器１２を有する。ボイラ１５には燃焼用空気を導入
するための燃焼用空気導入管１３が接続される。燃料用
空気の導入管１３には空気を予め加熱するためのバーナ
ー（不図示）が配置されている。また、ボイラ１５の出
口付近には、窒素酸化物を除去するための脱硝装置（不
図示）が設置されていてもよい。

【００２９】ボイラ１５の燃焼排ガス出口と煙突との間
には煙道８が形成されている。煙道８には空気予熱器１
４、及び、試料ガスをＳＯ₃濃度測定装置１に取り入れ
る試料ガス取り入れ口１６を有する。図２に示されてい
るように、本発明において、試料ガス取り入れ口１６
は、エコー部１１より下流に位置し、空気予熱器１４よ
り上流に位置する。また、試料ガスをＳＯ₃濃度測定装
置１へ導くためにはエジェクタ等の吸引装置（不図示）
を利用することができる。図示されていないが、空気予
熱器１４の下流には電気集塵器も配置される。さらに、
中和剤は煙道８のＥＣＯ部１１の出口と空気予熱器１４
との間や空気予熱器の下流に注入されることができる。
中和剤の水滴の表面に結露凝縮させ速やかな中和反応が
生じやすいという理由により、中和剤はＥＣＯ部１１と
空気予熱器１４の間に注入されることが望ましい。

【００３０】なお、本明細書において、煙道とは、ボイ
ラ等の燃焼装置における燃焼排ガスの流路を意味し、煙
突内部の流路をも含む。

【００３１】本発明のＳＯ₃濃度測定装置１のスパイラ
ル管４はその内径が２ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ま
しい。しかし、スパイラル管４の材質や、スパイラル管
４に導かれる燃焼排ガスの量によって、個別にその内径
は決定される。

【００３２】また、スパイラル管４の円周直径は２５ｍ
ｍ〜１００ｍｍが好ましく、スパイラル管４の段数は４
段〜１５段であることが好ましい。これもスパイラル管
の内径と同様に、スパイラル管４の材質や、スパイラル
管４に導かれる試料ガスの量によって、個別にその内径
は決定される。

【００３３】さらに、スパイラル管４は加工性が良く、
急激な温度変化に耐えられ、耐腐食性、耐酸性が良い材
料から作成される。このような材料として、例えば、石
英硝子、金又は白金等が挙げられる。

【００３４】また、試料ガスがスパイラル管４を通過す
るときに、Ｈ₂ＳＯ₄ミストなどが遠心力を受けて衝突付
着して補足しやすくするために、排ガスは７０℃〜９９
℃に冷却され、スパイラル管４内でのガス流速は、７ｍ
／ｓｅｃ〜１２ｍ／ｓｅｃに調整されることが望まし
い。

【００３５】図示されていないが、吸引装置（エジェク
ター、吸引ポンプ等）及び差圧式流量計（面積流量計、
オレフィス等）を用いることでスパイラル管に導かれる
燃焼排ガスの量は定量される。その他、容積式定量器を
用いて前記燃焼排ガスの量を定量することもできる。

【００３６】燃焼排ガスがスパイラル管４を通過する
間、スパイラル管を７０℃〜９９℃の水で冷却する。こ
れによって、試料ガスをＳＯ₃の露点である１６０℃以
下、より好ましくは１００℃以下の温度にまで冷却す
る。ＳＯ₃の露点以下に下げられた燃焼排ガスの中に含
まれていたＳＯ₃は、スパイラル管４の内壁にＨ₂ＳＯ₄
として結露し付着する。

【００３７】次に、プランジャ、ダイヤフラム、チュー
ブポンプ等の容積式定量器を用いて、一定量の水を用意
しそれをスパイラル管４上部より流し入れ、スパイラル
管４の内壁に結露し付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する。
ここで、水洗回収に使用する水を回収水ということとす
る。

【００３８】回収水としては、硬水、軟水、水道水等ど
のような水でも利用できる。しかし、純水以外の水を回
収水として使用すると、回収水に含まれる溶解物がスパ
イラル管４の内壁に付着する場合があり、該付着物を除
去する作業が必要になる。また、前記溶解物の存在によ
り、Ｈ₂ＳＯ₄水溶液の電気伝導度の値とＨ₂ＳＯ₄濃度の
関係が比例関係とならない場合が生じ得る。そこで、上
記欠点のない、純水を回収水として利用することが好ま
しい。

【００３９】次に、水洗回収されたＨ₂ＳＯ₄水溶液（以
下「測定対象溶液」という）の電気伝導度を測定する。
まず、Ｈ₂ＳＯ₄水溶液の電気伝導度の値に対するＨ₂Ｓ
Ｏ₄濃度を検量線を作成する。そして、前記検量線に測
定対象溶液の電気伝導度の測定値を当てはめ、該測定対
象溶液のＨ₂ＳＯ₄濃度を求める。

【００４０】次に、測定された測定対象溶液のＨ₂ＳＯ₄
濃度に基づき、試料ガスのＳＯ₃濃度、即ち燃焼排ガス
のＳＯ₃濃度を算出する。

【００４１】このように燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定
する方法または装置により、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を
リアルタイムに自動化して測定することが可能となる。

【００４２】このように測定された燃焼排ガスのＳＯ₃
濃度から、燃焼排ガス中のＳＯ₃を理論上全て中和する
ために一定時間内に最低限注入する必要がある中和剤量
（以下「中和剤必要量」という）を算出する。

【００４３】算出された中和剤必要量以上の中和剤を燃
焼排ガスに注入することで、燃焼排ガス中のＳＯ₃を中
和し燃焼排ガスの処理を行うことができる。

【００４４】ここで注入は、中和剤の溶解した溶液の噴
霧、中和剤を混合した液体の噴霧、固体である中和剤の
噴射、気体である中和剤の噴射等によって行われる。

【００４５】以下、本発明の装置及び方法について、実
施例に基づいて説明する。

【実施例】（１） 試料ガスに基づく測定対象溶液の調
製

【００４６】本実施例では、化石燃料をボイラーで燃焼
させてＳＯ₃の濃度を測定した。使用したボイラ、燃
料、排ガス性状等は以下の表１の通りである。

【００４７】

【表１】

【００４８】また、試料ガスが導かれるスパイラル管と
して次のような構成のものを用いた。 材質 白金 内径 ２ｍｍ 内周直径 ２５ｍｍ 段数 ８段

【００４９】エジェクタによって煙道の燃焼排ガスを吸
引した。吸引された試料ガスは７〜１２ｍ／ｓｅｃのガ
ス流速でスパイラル管に導かれた。試料ガスはＳＵＳ製
の定量容器を利用して排ガスをストップバルブで遮断す
る方法で定量され、計１０Ｌ吸引された。

【００５０】試料ガスがスパイラル管を通過している
間、スパイラル管の外面を９９℃の流水で冷却した。通
過前に３５０℃〜４５０℃あった試料ガスは、スパイラ
ル管を通過する間に、９７〜９９℃に冷却された。スパ
イラル管の内壁には、ＳＯ₃がＨ₂ＳＯ₄として結露して
付着した。

【００５１】スパイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ
₄は、スパイラル管内に純水１５ｃｃを一回流し入れる
ことで水洗回収された。ここで水洗回収されたＨ₂ＳＯ₄
水溶液を測定対象溶液とした。その際、測定対象溶液の
温度は約４０℃であった。

【００５２】（２） 測定対象溶液の電気伝導度の測定

【００５３】上記（１）において得られた４０℃の測定
対象溶液の電気伝導度を伝導計によって測定した。電気
伝導度は、下記ＪＩＳ規格に準じて測定した。 ＪＩＳ Ｋ 0130-1995 電気伝導率測定方法 ＪＩＳ Ｋ 0400 13 10-1999 水質−電気伝導率の測定 ＪＩＳ Ｋ 0552-1994 超純水の電気伝導率試験方法

【００５４】その結果、測定対象溶液の電気伝導度は３
００μＳと測定された。以下、電気伝導度は、上記方法
で測定するものとする。

【００５５】（２Ａ） 測定対象溶液のＨ₂ＳＯ₄濃度の
測定（Ａ）

【００５６】測定対象溶液の電気伝導度を測定した温度
と同じ４０℃で、回収水として利用した１５ｃｃの純水
の電気伝導度を測定した。電気伝導度は温度に依存する
からである。その結果、前記純水の電気伝導度は２μＳ
と測定された。

【００５７】次に、予め調整された０．１ｍｏｌ／Ｌの
Ｈ₂ＳＯ₄水溶液（以下「基準Ｈ₂ＳＯ₄水溶液」という）
を定量器で０．１ｃｃ定量し（含有Ｈ₂ＳＯ₄は０．８ｍ
ｇ）、前記純水に添加し、標準添加水溶液を調整し、そ
の電気伝導度を測定した。その結果、標準添加水溶液の
電気伝導度は５７０μＳと測定された。

【００５８】その後、Ｘを電気伝導度（μＳ）、ＹをＨ
₂ＳＯ₄水溶液の濃度（１５ｃｃの水溶液に含まれるＨ₂
ＳＯ₄の重量（ｍｇ））とし、電気伝導度に対するＨ₂Ｓ
Ｏ₄水溶液（純水使用；４０℃）の濃度を表す検量線Ａ
を表す検量線式Ａ１を求めた。その際、回収水として用
いる純水を利用したＨ₂ＳＯ₄水溶液の電気伝導度とその
濃度は直線の関係（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）になることを利用し
た。なお、添加された基準Ｈ₂ＳＯ₄水溶液は０．１ｃｃ
であり、純水の１５ｃｃと比べると極めて少量なため、
本実施例では、標準添加水溶液は１５ｃｃとした。以
下、純水と、標準添加水溶液のＸとＹをまとめた。

【００５９】 Ｙ Ｘ 純水（１５ｃｃ） ０ ２μＳ 標準添加水溶液（１５ｃｃ） ０．８ ５７０μＳ

【００６０】次に、検量線式Ａ１を求めた。まず、ａを
求めることとした。 ａ＝０．８／（５７０−２）≒０．００１４

【００６１】また、ｂは、 ｂ＝Ｙ−ａＸ ＝０−０．００１４×２ ＝−０．００２８ と計算された。しかし、このｂの値は測定値に比べて大
変小さく、測定誤差の範囲内と思われるのでｂ＝０とし
た。

【００６２】以上より、４０℃の純水を用いたＨ₂ＳＯ₄
水溶液の電気伝導度とその濃度との関係を示す検量線式
Ａ１は、 Ｙ＝０．００１４Ｘ と求められた。

【００６３】次に、前記検量線式Ａ１を用いて、上記
（１）で得られた測定対象溶液に含まれているＨ₂ＳＯ₄
の重量を計算した。上記（２）より測定対象溶液の電気
伝導度は３００μＳと測定された。よって検量線式Ａ１
にＸ＝３００を代入し、前記測定対象溶液（１５ｃｃ）
に含まれるＨ₂ＳＯ₄の重量は０．４２ｍｇと計算され
た。

【００６４】（２Ｂ） 測定対象溶液のＨ₂ＳＯ₄濃度の
測定方法（Ｂ）

【００６５】上記（１）で得られた１５ｃｃの測定対象
溶液（４０℃）に、０．１ｍｏｌ／Ｌの基準Ｈ₂ＳＯ₄水
溶液を定量器で０．１ｃｃ定量し（含有Ｈ₂ＳＯ₄は０．
８ｍｇ）加えて標準添加水溶液を用意した。当該標準添
加水溶液の電気伝導度を測定すると８７０μＳであっ
た。なお、添加された基準Ｈ₂ＳＯ₄水溶液は０．１ｃｃ
であり、測定対象溶液の１５ｃｃと比べると極めて少量
なため、当該水溶液は１５ｃｃとみなすこととした。

【００６６】次に、上記（２Ａ）と同様に、Ｘを電気伝
導度（μＳ）、ＹをＨ₂ＳＯ₄水溶液の濃度（１５ｃｃの
水溶液に含まれるＨ₂ＳＯ₄の重量（ｍｇ））とし、電気
伝導度に対するＨ₂ＳＯ₄水溶液（純水使用；４０℃）の
濃度を表す検量線Ｂを表す検量線式Ｂ１を求めた。その
際、回収水として用いる純水を利用したＨ₂ＳＯ₄水溶液
の電気伝導度とその濃度は直線の関係（Ｙ＝ａＸ）にな
ることを利用した（純水の電気伝導度は０μＳとみな
す）。なお、求めるべき測定対象水溶液１５ｃｃに含ま
れているＨ₂ＳＯ₄の重量（ｍｇ）をＹとする。ここで、
測定対象溶液１５ｃｃに含まれているＨ₂ＳＯ₄の重量
（ｍｇ）をｙとする。以下、測定対象溶液と、標準添加
水溶液のＸとＹをまとめた。

【００６７】 Ｙ Ｘ 測定対象水溶液 ｙ ３００μＳ 標準添加水溶液 ｙ＋０．８ ８７０μＳ

【００６８】次に、検量線式Ｂ１を求めた。

【００６９】まずａを求めた。 ａ＝（ｙ＋０．８−ｙ）／（８７０−３００）≒０．０
０１４

【００７０】以上より、検量線式Ｂ１は、 Ｙ＝０．００１４Ｘ と求められた。

【００７１】次に、Ｙを求めるために、上記検量線式Ｂ
１にＸ＝３００を代入し、測定対象水溶液１５ｃｃに含
まれているＨ₂ＳＯ₄の重量ｙは０．４２ｍｇと計算され
る。

【００７２】（３）燃焼排ガスのＳＯ₃濃度の算出

【００７３】上記（２Ａ）及び（２Ｂ）から、上記
（１）で調整された測定対象水溶液１５ｃｃに含まれて
いるＨ₂ＳＯ₄の重量は０．４２ｍｇであることが計算さ
れた。また、試料ガスの処理条件は以下の通りであっ
た。 吸引ガス量 １０Ｌ 吸引ガス温度 ２３℃ 吸引ガス圧力 １４．７ｍｍＨｇ

【００７４】以上より、試料ガスのＳＯ₃濃度を求め
た。なお、１ｍｇのＳＯ₃は０℃、１気圧で０．２８ｃ
ｃとして計算した。 試料ガスのＳＯ₃濃度＝（０．４２ｍｇ×０．２８ｃｃ
×１００×１００００）／［１０Ｌ×｛２７３／（２７
３＋２３）｝×｛（７６０＋１４．７ｍｍＨｇ）／７６
０ｍｍＨｇ｝×１０００］≒１２．５ｐｐｍ

【００７５】よって、試料ガスのＳＯ₃濃度は１２．５
ｐｐｍと計算され、従って、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度は
１２．５ｐｐｍと算出された。

【００７６】（４）中和剤の煙道への注入

【００７７】本実施例では、中和剤として炭酸ソーダ水
溶液（１０重量％）を煙道へ注入した。ボイラの負荷率
が１００％で上述の実施例で記載されたように算出され
たＳＯ₃濃度が１２．５ｐｐｍの場合、及び、負荷率が
１００％で燃焼排ガスの濃度が１２．５ｐｐｍの場合の
二つのケースについて、中和剤を注入した。

【００７８】ここで、注入した全ての中和剤がＳＯ₃と
反応し、未反応中和剤と未反応ＳＯ₃が残らない場合
に、１時間あたりに注入される理論上最低限必要な中和
剤の重量を計算する必要があるが、該重量を、「注入中
和剤最低必要量」ということとする。

【００７９】本実施例では、中和剤として炭酸ソーダ水
溶液を使用した。従って、炭酸ソーダを中和剤として使
用した場合の注入中和剤最低必要量（以下「注入炭酸ソ
ーダ最低必要量」という）を計算した。

【００８０】炭酸ソーダ（Ｎａ₂ＣＯ₃）とＳＯ₃は、以
下に示す反応式で表される中和反応をする。 Ｎａ₂ＣＯ₃＋ＳＯ₃→Ｎａ₂ＳＯ₄＋ＣＯ₂

【００８１】従って、中和剤として炭酸ソーダを使用し
た場合に、全てのＳＯ₃を中和するために最低必要とな
る炭酸ソーダのモル数は、理論上、ＳＯ₃のモル数と同
じである。

【００８２】ここで、表１に示されるとおり、使用する
ボイラの最大負荷時の燃焼排ガス量は１時間あたり５０
０,０００Ｎｍ³である。また、負荷率及び運転時の排ガ
ス量は次の式で求められる。 負荷率％＝（運転時蒸発量／最大蒸発量）×１００ 運転時排ガス量＝５００,０００Ｎｍ³×負荷率％

【００８３】以上より、負荷率が１００％であって、燃
焼排ガスのＳＯ₃濃度が１２．５ｐｐｍの場合の注入炭
酸ソーダ最低必要量（ｋｇ／時）は次のように算出され
た。 注入炭酸ソーダ最低必要量（ｋｇ／時） ＝５００,０００Ｎｍ³×１．０×１２．５ｐｐｍ／０．０２２４×１０６（炭酸 ソーダ分子量） ＝２９．６（ｋｇ／時）

【００８４】同様に負荷率が５０％であって、燃焼排ガ
スのＳＯ₃濃度が１２．５ｐｐｍの場合の注入炭酸ソー
ダ最低必要量（ｋｇ／時）は１４．８（ｋｇ／時）と算
出された。

【００８５】本実施例では、負荷率１００％と負荷率５
０％の２つの場合について、炭酸ソーダ水溶液（１０重
量％）を二流体噴霧ノズルによる噴霧によって、煙道の
ＥＣＯ部の出口と空気予熱器との間に注入した。 ここ
で、注入は、炭酸ソーダ水溶液を蒸気を用いて５個のノ
ズルによってエコー部以降の下流の煙道へ噴霧すること
で行われた。

【００８６】上記２つの運転状況における注入炭酸ソー
ダ最低必要量、及び該注入炭酸ソーダ最低必要量の炭酸
ソーダを含む炭酸ソーダ水溶液（１０重量％）（以下
「注入炭酸ソーダ水溶液最低必要量」という）は以下の
通りである。 負荷率１００％ 負荷率５０％ 注入炭酸ソーダ最低必要量（ｋｇ／時） ２９．６ １４．８ 注入炭酸ソーダ水溶液最低必要量（ｋｇ／時） ２９６ １４８

【００８７】そこで、負荷率１００％運転中の煙道に炭
酸ソーダ水溶液（１０重量％）を１時間あたり注入炭酸
ソーダ水溶液最低必要量である２９６ｋｇの割合で注入
した。その結果、ＳＯ₃濃度は１２．５ｐｐｍから２ｐ
ｐｍに低下した。同様に、負荷率１００％運転中の煙道
に注入炭酸ソーダ水溶液最低必要量の約１．２倍である
３５５ｋｇを１時間かけて煙道へ注入した。その結果、
ＳＯ₃濃度は１２．５ｐｐｍから０ｐｐｍに低下した。

【００８８】また、負荷率５０％運転中の煙道にも同様
に、１時間あたり注入炭酸ソーダ水溶液最低必要量であ
る１４８ｋｇの割合でを注入すると、ＳＯ₃濃度は１
２．５ｐｐｍから２ｐｐｍに低下した。同様に、負荷率
５０％運転中の煙道に注入炭酸ソーダ水溶液最低必要量
の約１．２倍である１７７ｋｇを１時間かけて煙道へ注
入した。その結果、ＳＯ₃濃度は１２．５ｐｐｍから０
ｐｐｍに低下した。

【００８９】

【発明の効果】本発明によって、化石燃料の燃焼排ガス
のＳＯ₃濃度を精度良くかつ経済的に測定することがで
きる。また、燃焼排ガスのＳＯ₃濃度に応じた適量の中
和剤を注入する燃焼排ガス処理が可能となる。

【００９０】更に、本発明によって、燃焼排ガスのＳＯ
₃濃度を自動化して測定できるようになるため、作業員
による高温で亜硫酸ガスを含む排ガス中での手作業が不
要となり、安全にかつ多大なコストをかけずに、燃焼排
ガスのＳＯ₃濃度を測定することができるようになる。

【００９１】また、本発明によって、燃焼排ガスのＳＯ
₃濃度をリアルタイムに測定でき、その測定結果に基づ
き、燃焼排ガスのＳＯ₃を中和するのに適当な量の中和
剤を燃焼排ガス中に注入することが可能となる。具体的
には、燃焼排ガス中のＳＯ₃に対して過小の中和剤を注
入することによってＳＯ₃を排ガス中に残留させてしま
い、その結果、ボイラや加熱炉中の低温障害、燃焼効率
の低下、ＳＯ₃の外部放出等が生じることを防止できる
ようになる。一方、燃焼排ガスのＳＯ₃に対して過大の
中和剤を注入することによって生じる中和剤の一部が未
反応となることを防止することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるＳＯ₃濃度の測定装置の模式図

【図２】発電装置の燃焼設備におけるボイラと煙道の模
式図

【符号の説明】

１ ＳＯ₃濃度測定装置 ２ 純水槽 ３ 基準Ｈ₂ＳＯ₄水溶液槽 ４ スパイラル管 ５ スパイラル管冷却部 ６ 伝導度計測槽 ７ 伝導計 ８ 煙道 １０ 火炉 １１ エコー部 １２ 加熱器 １３ 燃焼用空気導入管 １４ 空気予熱器 １５ ボイラ １６ 試料ガス取り入れ口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 1/00 １０１ Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ 1/22 １２４Ｚ Ｆターム(参考） 2G052 AA02 AB01 AC25 AD02 AD22 AD46 BA03 BA14 EB04 EB13 FD01 GA21 2G060 AA06 AC02 AE17 AF08 KA06 4D002 AA02 AC01 BA03 BA14 CA01 CA11 DA01 DA04 DA07 DA11 DA12 DA16 DA35 EA02 GA02 GA03 GB02 GB06 HA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化石燃料の燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定
   する方法において、 ＳＯ₃を含有する燃焼排ガスをスパイラル管に導くステ
   ップ、 スパイラル管を外部から冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ₃
   をＨ₂ＳＯ₄に結露凝縮させスパイラル管の内壁に付着さ
   せるステップ、 スパイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する
   ステップ、 回収した液体の電気伝導度を測定するステップ、及び、 前記電気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ
   ₃濃度を測定するステップ、を含むことを特徴とする、
   上記燃焼排ガスのＳＯ₃濃度の測定方法。
2. 【請求項２】前記Ｈ₂ＳＯ₄の回収が純水によって行われ
   る請求項１に記載のＳＯ₃濃度の測定方法。
3. 【請求項３】化石燃料の燃焼排ガスのＳＯ₃濃度を測定
   する装置において、 ＳＯ₃を含有する燃焼排ガスをスパイラル管に導く手
   段、 スパイラル管を外部から冷却し、燃焼排ガス中のＳＯ₃
   をＨ₂ＳＯ₄に結露凝縮させスパイラル管の内壁に付着さ
   せる手段、 スパイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する
   手段、 回収した液体の電気伝導度を測定する手段、及び、 前記電気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ
   ₃濃度を測定する手段、を含むことを特徴とする、上記
   燃焼排ガスのＳＯ₃濃度の測定装置。
4. 【請求項４】前記Ｈ₂ＳＯ₄の回収が純水によって行われ
   る請求項３に記載のＳＯ₃濃度の測定装置。
5. 【請求項５】化石燃料の燃焼排ガス処理する方法におい
   て、 ＳＯ₃を含有する燃焼排ガスをスパイラル管に導くステ
   ップ、 スパイラル管を外部から冷却し、燃焼排ガスのＳＯ₃を
   Ｈ₂ＳＯ₄に結露凝縮させスパイラル管の内壁に付着させ
   るステップ、 スパイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する
   ステップ、 回収した液体の電気伝導度を測定するステップ、 前記電気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ
   ₃濃度を測定するステップ、 測定されたＳＯ₃濃度から燃焼排ガス中のＳＯ₃を理論上
   全て中和するために一定時間内に最低限注入する必要が
   ある中和剤量を計算するステップ、及び、 前記中和剤量以上の中和剤を注入するステップ、を含む
   ことを特徴とする、ＳＯ₃を含有する燃焼排ガス処理方
   法。
6. 【請求項６】前記Ｈ₂ＳＯ₄の回収が純水によって行われ
   る請求項５に記載の燃焼排ガス処理方法。
7. 【請求項７】ＭｇＯ，Ｍｇ（ＯＨ）₂，ＭｇＣＯ₃，Ｃａ
   Ｏ，Ｃａ（ＯＨ）₂，ＣａＣＯ₃，ＮａＯＨ，Ｎａ₂ＣＯ₃
   及びＮＨ₃から選ばれる１以上を含む気体、粉体、水に
   混合させた混合液又は水に溶解させた水溶液を含む中和
   剤を注入する請求項５または６に記載の燃焼排ガス処理
   方法。
8. 【請求項８】化石燃料の燃焼排ガス処理する装置におい
   て、 ＳＯ₃を含有する燃焼排ガスをスパイラル管に導く手
   段、 スパイラル管を外部から冷却し、燃焼排ガスのＳＯ₃を
   Ｈ₂ＳＯ₄に結露凝縮させスパイラル管の内壁に付着させ
   る手段、 スパイラル管の内壁に付着したＨ₂ＳＯ₄を水洗回収する
   手段、 回収した液体の電気伝導度を測定する手段、 前記電気伝導度の測定結果に基づき、燃焼排ガスのＳＯ
   ₃濃度を測定する手段、 測定されたＳＯ₃濃度から燃焼排ガス中のＳＯ₃を理論上
   全て中和するために一定時間内に最低限注入する必要が
   ある中和剤量を計算する手段、及び、前記中和剤量以上
   の中和剤を注入する手段、を含むことを特徴とする、Ｓ
   Ｏ₃を含有する燃焼排ガス処理装置。
9. 【請求項９】前記Ｈ₂ＳＯ₄の回収が純水によって行われ
   る請求項８に記載の燃焼排ガス処理装置。
10. 【請求項１０】ＭｇＯ，Ｍｇ（ＯＨ）₂，ＭｇＣＯ₃，Ｃ
    ａＯ，Ｃａ（ＯＨ）₂，ＣａＣＯ₃，ＮａＯＨ，Ｎａ₂Ｃ
    Ｏ₃及びＮＨ₃から選ばれる１以上を含む気体、粉体、水
    に混合させた混合液又は水に溶解させた水溶液を含む中
    和剤を注入する請求項８または９に記載の燃焼排ガス処
    理装置。