JP2011002232A

JP2011002232A - 光透過型分析計

Info

Publication number: JP2011002232A
Application number: JP2009142844A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Katsuki; 謙三勝木; Ryuzo Kano; 龍三加納; Shinji Kawashima; 伸治川島; Sachio Mukaihara; 佐千生向井原
Original assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】装置の設置スペースを大きくすることなく多成分分析を行うことができるとともに、測定光路長を長くすることにより、測定精度の向上を図ることができる光透過型分析計を提供する。
【解決手段】光透過型分析計の測定ユニットを被測定ガスが流れる配管に取り付ける取付フランジ部に、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブが組み込まれており、試料吸引方式分析計の測定時、ガス分析計の吸引ポンプを作動させると、サンプリングプローブのメッシュフィルタ１３を透過した排ガスが加熱導管２０内に吸引されガス分析計に導入される。このとき、エアー排出口１６から排出される計装空気のパージエアー量よりエアー吸入口１７から吸引されるパージエアー量が多くなるように調整することにより、サンプリングプローブにおける空気層の専有面積が小さくなり、試料ガスの光路長が確保できるので、光透過型分析計の測定精度を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、煙道等の配管を流れる被測定ガスを透過する光により分析を行う光透過型分析計に関し、特に、煙道中等の排ガス濃度を同時に測定する多成分分析装置のサンプリングシステムを備えた光透過型分析計に関する。

発電所、大規模な工場等から排出される煙道排ガスは、大気汚染の原因物質であるばいじん、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩化水素等を含んでおり、大気汚染を防止するため、これらの物質を排出する者はその排出量を測定することが求められている。

例えば、石炭を燃焼させるボイラーから排出される燃焼排ガス中のＳＯ_２、ＮＯｘ
、ＣＯ_２、ＣＯなどの成分を連続分析する場合、燃焼排ガスの一部をサンプリングし、これをサンプルガスとしてガス分析装置に連続的に供給する必要があり、試料吸引方式の分析計が用いられる。
また、ばいじんは固形物であり、煙道ガス中の濃度を測定する方法としては、濾過捕集法、透過光量を測定する光透過式のもの、ばいじんによって散乱された光量を測定する光散乱式のもの、吸収されたβ線量を測定するβ線吸収式のもの、接触帯電量を測定する接触帯電式のものなどがある。

一方、ごみ焼却炉や、灰溶融炉においては、高温の排ガスの性状にリアルタイムに対応した燃焼制御を行うために光透過型分析計が用いられている。この光透過型分析計は、煙道排ガス中を透過した光から測定対象物に固有の吸収波長の減衰度合いを計測し、この計測結果に基づいて排ガス中の測定対象物の濃度を測定するものである。

図６は煙道中の排ガス濃度を同時に測定する多成分分析装置の従来のサンプリングシステムを示す図であり、図に示すように、光透過型分析計の発光器ユニット３１、受光器ユニット３２、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブ３５、及び、直接挿入方式ばいじん計の測定プローブ３７が煙道３０に設置されている。

試料吸引方式分析計はプローブを煙道の中心まで挿入し、試料ガスを吸引して測定装置４０に導入するものであり、サンプリングプローブ３５のサンプリングパイプ３６で吸引された煙道排ガスが、加熱導管３９を介して測定装置４０のガス分析装置（図示せず）に導入され、ＳＯ_２、ＮＯｘ、ＣＯ、Ｏ_２等の濃度が計測される。
また、ばいじん計は直接挿入方式のばいじん計であり、測定プローブ３７にダストがぶつかって生じる摩擦電荷の帯電量検出値が増幅器（ＡＭＰ）３８を介して測定装置４０に入力され、ばいじんの量が測定される。

一方、光透過型分析計は、図７の詳細な構造図に示すように、煙道３０に設置された取付フランジ３３、３４に発光器ユニット３１、受光器ユニット３２が取り付けられている。そして、発光器ユニット３１の光源からの光が煙道３０内に突き出された取付フランジ３３のフランジパイプ内を通過して煙道３０内に照射され、煙道３０内を通過した光が取付フランジ３４のフランジパイプ内を通過して受光器ユニット３２内の光電変換器に受光され、受光検出出力が測定装置４０に入力されて測定対象物の濃度が測定される。

この光透過型分析計では、発光器ユニット３１、受光器ユニット３２の窓ガラスの表面に汚れが生じた場合には、正常な光の発信、受信ができなくなり、また、取付フランジ３３、３４のフランジパイプの内壁面にダスト等が付着、堆積した場合には、フランジパイプ内における光の通過が遮られるため、排ガスの分析結果に誤りが生じることとなる。このため、取付フランジ３３、３４のフランジパイプ内に外部からパージガスを連続的に噴射することにより、ガラス窓の表面に汚れが生じるのを防止するとともに、フランジパイプの内壁面に付着、堆積したダストを除去するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１２５８４８号公報

上記のように、光透過型分析計ではパージガスが煙道内部に吹き込まれ、試料吸引方式分析計は煙道内部の試料ガスを吸引するシステムであるため、光透過型分析と試料吸引方式分析を同時に満たすことができないので、従来は、試料吸引方式分析計、光透過型分析計、あるいは、ばいじん計が装置毎にサンプリングシステムを構築している。したがって、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブ、ばいじん計の測定部、あるいは、光透過型分析計の取付フランジをそれぞれ煙道に取り付けなければならず、膨大な設置費用が費やされたり、大きな設置スペースが必要であった。

また、光透過型分析計では、ガラス窓の汚れ、あるいはフランジパイプ内へのダストの付着、堆積防止の対策のため、取付フランジのフランジパイプ内に外部から大量のパージガスを流しており、このパージガスが取付フランジのフランジパイプから煙道中に噴出されるために、取付フランジのフランジパイプ内に被測定ガスが滞留しないので、測定光路長は取付フランジのフランジパイプの端部間のみとなって短く、測定精度が低いという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するために創案されたものであり、装置の設置スペースを大きくすることなく多成分分析を行うことができるとともに、測定光路長を長くすることにより、測定精度の向上を図ることができる光透過型分析計を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の光透過型分析計は、分析計の測定ユニットを被測定ガスが流れる配管に取り付ける取付フランジ部に、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブを組み込むとともに、上記測定ユニットのガラス窓近傍にエアーの排出口と吸入口を設けたことを特徴とする。
また、請求項２に係る発明の光透過型分析計は、分析計の測定ユニットを被測定ガスが流れる配管に取り付ける取付フランジ部に、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブ及びばいじん計の測定部を組み込むとともに、上記測定ユニットのガラス窓近傍にエアーの排出口と吸入口を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明の光透過型分析計は、上記請求項１または請求項２の光透過型分析計において、上記排出口からのエアーの送り込み量より上記吸入口からのエアーの吸引量を多くしたことを特徴とする。
また、請求項４に係る発明の光透過型分析計は、上記請求項１または請求項２の光透過型分析計において、上記エアーの排出口を計装空気の圧力にて加圧するとともに、上記エアーの吸入口にエアーを吸引する空気エジェクタが接続されていることを特徴とする。
さらに、請求項５に係る発明の光透過型分析計は、上記請求項１または請求項２の光透過型分析計において、上記エアーの吸入口にエアー閉塞手段を設けたことを特徴とする。

請求項１、２に係る発明の光透過型分析計によれば、光透過型分析計の取付フランジ部に試料吸引方式分析計のサンプリングプローブあるいはばいじん計の測定部を組み込んだので、設置面積を大きくすることなく、光透過型分析のみだけではなく、試料吸引方式分析、ばいじん測定も実行することができ、また、多成分に渡って同一ポイントで測定できるので、測定成分毎の異差をなくすことができる。また、測定ユニットのガラス窓の汚れ対策としてエアーの排出口と吸入口よりなるエアーカーテン方式を採用したので、試料吸引方式分析計への試料ガス吸引が可能になるとともに、試料ガスが煙道から試料吸引方式分析計のサンプリング口付近まで引き込まれるので、光透過型分析計の光路長が長くなり、測定精度を向上させることができる。
さらに、例えば、直径１０ｃｍ程度の煙道に光透過型分析計を取り付ける場合、測定光路長が短くなるが、請求項１、２に係る発明の光透過型分析計によれば、サンプリングプローブのパイプを１ｍ程度に長くすれば、このパイプ内に試料ガスが引き込まれるので、直径１０ｃｍ程度の煙道であっても十分な光路長を稼ぐことができ、光透過型分析計の測定精度を向上させることができる。

また、請求項３に係る発明の光透過型分析計によれば、エアーカーテンのエアーの送り込み量よりエアーの吸引量を多くしたので、エアー吸入口から試料ガスを含んだパージエアーが吸引され、測定ユニットのガラス窓付近の空間がパージエアーで満たされ、ガラス窓が汚れにくくなる。また、エアーの送り込み量よりエアーの吸引量を多くしたため、パージエアーの煙道及び試料吸引方式分析計のサンプリング部への回り込みを抑えることができるので、サンプリングプローブにおける空気層の専有面積が小さくなって試料ガスの光路長が確保でき、光透過型分析計の測定精度をさらに向上することができるとともに、試料吸引方式分析計のサンプリング口付近は試料ガスで満たされるので、パージエアーの混入なしに試料ガスをサンプリングすることができる。

さらに、請求項４に係る発明の光透過型分析計によれば、エアーカーテン方式のエアー元を計装空気とし、エアーカーテンの入り口を計装空気の圧力にて加圧し、エアーカーテンの出口には空気エジェクタを採用したので、エアーポンプ等を使用することなく、計装空気のみでエアーカーテンを構築することができる。
また、請求項５に係る発明の光透過型分析計によれば、エアーカーテンの出口部に設けたエアー閉塞手段により、エアーカーテンの出口を閉塞すれば、エアーが煙道側に排出されるので、試料吸引方式分析計の引き込み用フィルタの清掃（ブローバック）を行うことができるとともに、サンプリングプローブ内も清掃することができる。

本発明の光透過型分析計のサンプリングシステムの斜視図である。本発明の光透過型分析計のサンプリングシステムの側面図である。図１のサンプリングシステムのサンプリングプローブ部分の拡大図である。図１のサンプリングシステムの発光器ユニット側の拡大図である。試料吸引方式分析計の構成を示すブロック図である。排ガスの多成分分析を行う従来のサンプリングシステムを示す図である。従来の光透過型分析計の構成を示す図である。

図１は本発明の光透過型分析計のサンプリングシステムの斜視図であり、図２は側面図である。図１、図２において、１は光透過型分析計の発光器ユニット、２は受光器ユニット、３、４は煙道１０の互いに対向する壁面に先端部が固定される取付フランジ、５は試料吸引方式分析計のサンプリングプローブ、６は試料吸引方式分析計のサンプリングパイプ、７は直接挿入方式ばいじん計の測定プローブ、８は直接挿入方式ばいじん計の増幅器（ＡＭＰ）である。

一方、図３は、図１、図２のサンプリングプローブ部分の拡大図であり、１２は受光器ユニット２のガラス窓、１３は試料吸引方式分析計のメッシュフィルタ、１４はメッシュフィルタ１３を加熱するためのバンドヒータ、１５は円筒、１６はエアー排出口、１７はエアー吸引口、１８は空気エジェクタ、１９は開閉バルブ、２０は試料吸引方式分析計の加熱導管である。

サンプリングパイプ６は、取付フランジ４のフランジパイプ１１内に突き出されており、光が入射するガラス窓１２は、反射した光が発光器ユニット１側に戻るのを防止するため傾斜させている。また、メッシュフィルタ１３は、排ガスからばいじんを除去するためのものであり、このメッシュフィルタ１３はバンドヒータ１４により加熱され、排ガス中の水分の凝縮が防止される。

一方、エアー排出口１６から送出された計装空気は、円筒１５の端部からガラス窓１２に連続的に噴射され、ガラス窓１２の表面に汚れが生じるのが防止される。空気エジェクタ１８は簡単な構造で運動部分がないために、機械的真空ポンプとは比較にならない耐久性、信頼性を持っており、この空気エジェクタ１８のノズルに計装空気を供給すると、ノズルによる圧縮空気の噴出により負圧室に減圧状態（負圧）が生じ、これに連なるエアー吸入口１７内に空気が吸い込まれる。なお、エアー吸入口１７と空気エジェクタ１８との間の配管には、開閉バルブ１９が設けられている。

また、図４は、図１、図２のサンプリングシステムの発光器ユニット側の拡大図であり、取付フランジ３のフランジパイプ２１内に直接挿入方式ばいじん計の測定プローブ７が組み込まれている。また、光が出射するガラス窓２２の前面にエアー排出口２３が設けられており、このエアー排出口２３から計装空気を連続的に噴射することにより、ガラス窓２２の表面に汚れが生じるのを防止するとともに、フランジパイプ２１等の内壁面に付着、堆積したダストを除去することができる。

次に、上記のサンプリングシステムの動作時の作用について説明する。
発光器ユニット１、受光器ユニット２よりなる光透過型分析計は、光の吸収スペクトルによって測定を行うものであり、例えば、発光器ユニット１内のレーザ光源からのレーザ光が煙道１０内に突き出された取付フランジ３のフランジパイプ２１内を通過して煙道１０内に照射され、煙道１０内を通過した光がサンプリングパイプ６内を通過して受光器ユニット２内の光電変換器に受光される。この煙道排ガス中を透過した光に基づいて測定対象物に固有の吸収波長の減衰度合いを計測することにより、排ガス中の測定対象物の濃度が測定される。なお、光源としてはレーザ光源に限らず、赤外線、紫外線等を発光する光源であれば任意の光源を使用することができる。

また、ばいじんの測定時には、従来と同様に、直接挿入方式ばいじん計の測定プローブ７にダストがぶつかって生じる摩擦電荷の帯電量がＡＭＰ８によって検出され、測定装置に入力されることによりばいじんの量が測定される。なお、このばいじん計は、直接挿入方式に限らず、透過光量を測定する光透過式のもの、ばいじんによって散乱された光量を測定する光散乱式のもの等を使用することができる。

一方、図５は、一般的な試料吸引方式分析計の構成を示すブロック図であり、図に示すように、この試料吸引方式分析計は、排ガスの温度を降下させる降温装置２４、ダストろ過装置２５、凝結した水分を除去する除湿装置２６、ガス分析計２７、ガス分析計２７の検出データを処理するデータ処理装置２８により構成されている。

試料吸引方式分析計の測定時には、ガス分析計２７の吸引ポンプ（図示せず）を作動させると、サンプリングプローブ５のメッシュフィルタ１３を透過した排ガスが加熱導管２０内に吸引され、降温装置２４、ダストろ過装置２５、除湿装置２６を介してガス分析計２７に導入され、このガス分析計２７の検出データに基づいて、ＳＯ_２、ＮＯｘ、ＣＯ、Ｏ_２等の濃度がデータ処理装置２８により演算されて表示される。

このとき、エアー排出口１６から排出される計装空気のパージエアー量をＡとし、エアー吸入口１７から吸引されるパージエアー量をＢとしたとき、Ｂ＞Ａに調整することにより、エアー吸入口１７に陰圧が懸かり、試料ガスが（Ｂ−Ａ）の量だけエアー吸入口１７に流入する。そして、試料吸引方式分析計のサンプリング流量をＣとすると、サンプリングパイプ６から流入する試料ガスの流量は、試料吸引方式分析計のサンプリング流量Ｃとエアー吸入口１７から排出される試料流量（Ｂ−Ａ）との合計流量となる。

これにより、ガラス窓１２付近の空間はパージエアーで満たされガラス窓１２が汚れにくくなるとともに、サンプリングプローブにおける空気層の専有面積が小さくなり、試料ガスの光路長が確保できるので、光透過型分析計の測定精度を向上させることができる。また、試料吸引方式分析計のサンプリング口付近は試料ガスで満たされるため、パージエアーの混入なしに試料をサンプリングすることができる。

一方、エアー吸入口１７と空気エジェクタ１８との間の配管に設けられた開閉バルブ１９を閉じることによってエアーカーテンの出口を閉塞すれば、エアーが煙道側に排出されるので、試料吸引方式分析計への引き込み用フィルタ、すなわち、メッシュフィルタ１３の清掃（ブローバック）を行うことができるとともに、サンプリングプローブの内壁面に付着、堆積したダストを除去することができる。

以上のように、光透過型分析計の取付フランジ部に試料吸引方式分析計のサンプリングプローブあるいはばいじん計の測定部を組み込んだので、設置面積を大きくすることなく、光透過型分析のみだけではなく、試料吸引方式分析、ばいじん測定も実行することができるとともに、多成分に渡って同一ポイントで測定できるので、測定成分毎の異差をなくすことができる。

また、ガラス窓の汚れ対策としてエアーカーテン方式を採用しエアーカーテンのエアーの送り込み量よりエアーの吸引量を多くしたので、パージエアーの煙道及び試料吸引方式分析計のサンプリング部への回り込みを抑えることができるので、サンプリングプローブにおける空気層の専有面積が小さくなって試料ガスの光路長が確保でき、光透過型分析計の測定精度を向上することができるとともに、試料吸引方式分析計のサンプリング口付近は試料ガスで満たされるので、パージエアーの混入なしに試料ガスをサンプリングすることができる。

なお、上記の実施例では、光透過型分析計を設置する配管として煙道を例として説明したが、煙道以外のプロセス配管を流れるプロセスガスの分析にも本発明の光透過型分析計を適用することができる。
また、上記の実施例では、煙道の互いに対向する壁面に発光器ユニットと受光器ユニットを設けた光透過型分析計を例として説明したが、発光器ユニットからの光を煙道の壁面に設置されたミラーで反射させて受光器ユニットで受光する反射タイプの光透過型分析計を使用することも可能である。

さらに、上記の実施例では、光透過型分析計の受光器ユニット側のガラス窓のみにエアーカーテンを設けたが、発光器ユニット側のガラス窓にもエアーカーテンを設けることもでき、このようにすれば、発光器ユニット側の取付フランジのフランジパイプ内に排ガスが引き込まれるので、光透過型分析計の光路長をさらに長くすることができ、さらに測定精度を向上させることができる。
また、上記の実施例では、エアーカーテンのエアー吸入口からのエアー吸引に空気エジェクタを使用したが、ばいじんの多い煙道に設置する場合には、エアーポンプによって吸引を行ってもよい。

１発光器ユニット
２受光器ユニット
３、４取付フランジ
５サンプリングプローブ
６サンプリングパイプ
７測定プローブ
８ＡＭＰ
１０煙道
１１、２１フランジパイプ
１２、２２ガラス窓
１３メッシュフィルタ
１４バンドヒータ
１５円筒
１６、２３エアー排出口
１７エアー吸入口
１８空気エジェクタ
１９開閉バルブ
２０加熱導管

Claims

分析計の測定ユニットを被測定ガスが流れる配管に取り付ける取付フランジ部に、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブを組み込むとともに、上記測定ユニットのガラス窓近傍にエアーの排出口と吸入口を設けたことを特徴とする光透過型分析計。
分析計の測定ユニットを被測定ガスが流れる配管に取り付ける取付フランジ部に、試料吸引方式分析計のサンプリングプローブ及びばいじん計の測定部を組み込むとともに、上記測定ユニットのガラス窓近傍にエアーの排出口と吸入口を設けたことを特徴とする光透過型分析計。
上記請求項１または請求項２の光透過型分析計において、
上記排出口からのエアーの送り込み量より上記吸入口からのエアーの吸引量を多くしたことを特徴とする光透過型分析計。
上記請求項１または請求項２の光透過型分析計において、
上記エアーの排出口を計装空気の圧力にて加圧するとともに、上記エアーの吸入口にエアーを吸引する空気エジェクタが接続されていることを特徴とする光透過型分析計。
上記請求項１または請求項２の光透過型分析計において、
上記エアーの吸入口にエアー閉塞手段を設けたことを特徴とする光透過型分析計。