JP2013245951A - 濃度測定装置及び脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定対象の濃度分布を精度良くかつ短時間で取得することができ、機器に対して簡単に設置することが可能な濃度測定装置及び脱硝装置を提供することを目的とする。
【解決手段】濃度測定装置は、機器の壁面に貫通して設置され、ガスが存在する機器の内部空間に設定された測定点に位置するように形成された開口部を有するサンプリング管20と、機器内部に設置される、一端部がサンプリング管20と接続されたレーザ計測セル23と、レーザ計測セル23の他端部と接続され、サンプリング管20内部とレーザ計測セル23内部のガスを吸引する排気筒24及びエジェクタエア配管22の先端部22Aとを備え、レーザ計測セル23は、レーザ計測セル23内に導入されたガスに対してレーザ光を照射する送光部と、レーザ光を受光する受光部とを有し、レーザ光の強度情報に基づいてレーザ計測セル23内に導入されたガスに含まれる測定対象の濃度を測定する。
【選択図】図5
【解決手段】濃度測定装置は、機器の壁面に貫通して設置され、ガスが存在する機器の内部空間に設定された測定点に位置するように形成された開口部を有するサンプリング管20と、機器内部に設置される、一端部がサンプリング管20と接続されたレーザ計測セル23と、レーザ計測セル23の他端部と接続され、サンプリング管20内部とレーザ計測セル23内部のガスを吸引する排気筒24及びエジェクタエア配管22の先端部22Aとを備え、レーザ計測セル23は、レーザ計測セル23内に導入されたガスに対してレーザ光を照射する送光部と、レーザ光を受光する受光部とを有し、レーザ光の強度情報に基づいてレーザ計測セル23内に導入されたガスに含まれる測定対象の濃度を測定する。
【選択図】図5
Description
本発明は、濃度測定装置及び脱硝装置に関するものである。
従来、配合ガスに含まれる特定物質の濃度測定を行う装置としてレーザ式ガス分析計が知られている。このレーザ式分析計は、気体状のガス分子がそれぞれ固有の光吸収スペクトルを有するという特性を利用し、特定物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、その特定波長の吸光量から特定物質の濃度を測定するものである。
下記特許文献1には、アンモニアを含むガスが流通する配管ユニットからガスを吸引し、吸引したガスをレーザ式ガス分光計に導いてガス中に含まれるアンモニア濃度を測定する技術が開示されている。
特許文献2には、煙道の内部に挿入されて排ガスを採取するサンプリング管と、サンプリング管に対して加熱導管を介して接続されるフローセルユニットと、フローセルユニットに接続されるレーザ式ガス分析計とを備えるアンモニア濃度測定装置が開示されている。特許文献2に開示されているアンモニア濃度測定装置では、サンプリング管の内部に三酸化硫黄(SO3)を吸着するがアンモニアを通過させる吸着剤を装填し、排ガスから三酸化硫黄を除去したガスをレーザ式ガス分析計に導入させることで、アンモニアの測定精度を向上させている。
特許文献2には、煙道の内部に挿入されて排ガスを採取するサンプリング管と、サンプリング管に対して加熱導管を介して接続されるフローセルユニットと、フローセルユニットに接続されるレーザ式ガス分析計とを備えるアンモニア濃度測定装置が開示されている。特許文献2に開示されているアンモニア濃度測定装置では、サンプリング管の内部に三酸化硫黄(SO3)を吸着するがアンモニアを通過させる吸着剤を装填し、排ガスから三酸化硫黄を除去したガスをレーザ式ガス分析計に導入させることで、アンモニアの測定精度を向上させている。
特許文献1、2に開示されているサンプリング方式の濃度測定装置では、以下のような問題点があった。
ガスを吸引して測定用の配管に導く際、測定の高速化が困難である。
ガスを測定用の配管に引き込んだ後に濃度測定を行うことから、配管を流通しているガスと測定管に引き込まれたガスの状態(例えば、温度等)が異なってしまい、測定精度が低下する。
流通ガスを局所的に採取して濃度測定を行うため、局所的なガス濃度測定はできても、濃度分布を取得することができない。また、サンプリング箇所を逐次変えて濃度測定を行えば、濃度分布を取得することは可能であるが、位置毎にガスの吸引、排出が必要となり、作業が煩雑であるとともに時間がかかる。
ガスを吸引して測定用の配管に導く際、測定の高速化が困難である。
ガスを測定用の配管に引き込んだ後に濃度測定を行うことから、配管を流通しているガスと測定管に引き込まれたガスの状態(例えば、温度等)が異なってしまい、測定精度が低下する。
流通ガスを局所的に採取して濃度測定を行うため、局所的なガス濃度測定はできても、濃度分布を取得することができない。また、サンプリング箇所を逐次変えて濃度測定を行えば、濃度分布を取得することは可能であるが、位置毎にガスの吸引、排出が必要となり、作業が煩雑であるとともに時間がかかる。
また、上記のように、ガスを測定用の配管に吸引するのではなく、ガスが流通する管そのものにレーザ式ガス分析計を配置する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3には、ガスが存在する内部空間に突出させた外筒と、外筒内にレーザを透過する光透過性部材によって閉塞された密閉空間を有する内筒とからなる二重管ノズルをレーザ光照射装置とレーザ光受光装置とにそれぞれ設け、この二重管ノズルの間の距離及び突出位置を調節することにより、二重管ノズル間に存在する特定物質の濃度を測定する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献3には、濃度分布を取得することについては何ら開示されていない。また、特許文献3に開示されている装置を用いて濃度分布を取得する場合には、濃度測定位置に応じて二重管ノズルの位置を調節する必要があり、制御が煩雑となる上、相当な時間を要するという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、測定対象の濃度分布を精度良くかつ短時間で取得することができ、機器に対して簡単に設置することが可能な濃度測定装置及び脱硝装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の濃度測定装置及び脱硝装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る濃度測定装置は、測定対象が含まれるガスが流通する機器の内部空間に仮想的に設定された測定点における前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する筒状部材と、前記機器の内部に設置される、一端部が前記筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された測定管と、前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段とを備え、前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記測定管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定する。
すなわち、本発明に係る濃度測定装置は、測定対象が含まれるガスが流通する機器の内部空間に仮想的に設定された測定点における前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する筒状部材と、前記機器の内部に設置される、一端部が前記筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された測定管と、前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段とを備え、前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記測定管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定する。
この発明によれば、機器の内部空間に測定点が仮想的に設定されるとき、筒状部材の開口部が測定点に位置するように、筒状部材が機器の壁面に設置される。そして、測定管が機器の内部に設置され、測定管の一端部が筒状部材の一端と接続され、測定管の他端部が吸引手段と接続される。吸引手段は、筒状部材内部と測定管内部のガスを吸引できる。また、測定管は、ガスに対してレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで、測定対象の濃度を測定できる。よって、吸引手段によって、筒状部材を介して、機器の内部空間を流通する測定対象が含まれるガスが測定管に導入されることにより、予め設定された測定点の測定対象の濃度を測定できる。
また、測定管は、機器の内部に設置されることから、機器内部の温度とほぼ同一の温度条件下で、測定対象の濃度を測定できる。
また、測定管は、機器の内部に設置されることから、機器内部の温度とほぼ同一の温度条件下で、測定対象の濃度を測定できる。
上記発明において、複数の前記筒状部材及び複数の前記測定管を備えてもよく、前記筒状部材それぞれの前記開口部は、前記筒状部材の軸線方向において位置が異なることが望ましい。
この発明によれば、複数の筒状部材及び複数の測定管を備えるとき、それぞれの筒状部材に形成される開口部は、筒状部材の軸線方向において位置が異なることから、それぞれの筒状部材から測定管にガスを導入することによって、筒状部材の軸線方向において異なる測定点の濃度を測定できる。その結果、筒状部材の軸方向に沿って、機器の内部空間における測定対象の濃度分布を測定できる。
上記発明において、前記複数の筒状部材は、前記機器の外部に設置される一のケースに支持されて、前記機器内に挿入されてもよい。
この発明によれば、複数の筒状部材が、機器の外部に設置される一のケースに支持されて、機器内に挿入されることから、筒状部材を一つのパッケージ化された装置として扱うことができ、設置にかかる時間やコストを低減できる。
上記発明において、前記複数の筒状部材と前記複数の測定管の組み合わせを1ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、前記測定管が備える各送光手段は、共通のレーザ光源からレーザ光が供給されてもよい。
この発明によれば、レーザ光源から供給されるレーザ光の供給先を、各送光手段に順次切り替えることによって、一つのレーザ光源で複数の測定管における測定対象の濃度を測定でき、測定にかかる時間を短縮化することが可能である。
上記発明において、前記複数の筒状部材と前記複数の測定管の組み合わせを1ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、前記測定管が備える各受光手段は、共通の光検出手段と接続され、前記光検出手段によってレーザ光の受光強度が検出されてもよい。
この発明によれば、共通の光検出手段が、各受光手段から順次レーザ光を受光して、レーザ光の受光強度を検出することから、一つの光検出手段で複数の測定管における測定対象の濃度を測定でき、測定にかかる時間を短縮化することが可能である。
上記発明において、前記測定管の端部よりも中央側には、前記測定管の端部から中央へシールエアを通過させる開口部が形成されたスリット板が設置されてもよい。
この発明によれば、シールエアが送光手段側又は受光手段側から測定管の中央側へ流れ、送光手段又は受光手段への塵埃の付着を防止できる。
上記発明において、前記測定管は、一端側に前記送光手段と前記受光手段が設置され、他端側に前記送光手段から照射されたレーザ光を前記受光手段へ反射する反射手段が設置されてもよい。
この発明によれば、送光部と受光部が測定管の同一側に設置されることによって、一端側に送光手段を設置し他端側に受光手段を設置する場合に比べて、送光部と受光部それぞれに接続される光ファイバ等の配線の接続部分を同一側にすることができ、配線を簡略化できる。
また、本発明に係る脱硝装置は、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも1個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、前記脱硝触媒下流側の前記流路断面内における前記還元剤濃度分布を測定する上記の濃度測定装置と、窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、前記還元剤濃度分布及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、前記還元剤濃度分布に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部とを具備する。
本発明によれば、測定対象の濃度分布を精度良くかつ短時間で取得することができ、かつ、機器に対して簡単に設置することができる。
以下に、本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置1について、図面を参照して説明する。
濃度分布測定装置1は、機器10におけるガスに含まれる、予め測定対象として決められた特定物質(以下「測定物質」ともいう。)のガス濃度の分布を測定することができる。濃度分布測定装置1は、図1に示すように、複数の濃度測定装置2と、制御装置3などを備える。濃度測定装置2は、それぞれ、機器10内に配置される3本のサンプリング管20と、機器10の外壁面に設置される1台のケース部21を有する。各濃度測定装置2と制御装置3は、集束ケーブル28によって結ばれる。集束ケーブル28は、光ケーブルがまとめられた束状のケーブル群である。これにより、ケーブルの配線をまとめることができ、濃度分布測定装置1の設置においてケーブルの引き回しが複雑になることを防止できる。
濃度分布測定装置1は、機器10におけるガスに含まれる、予め測定対象として決められた特定物質(以下「測定物質」ともいう。)のガス濃度の分布を測定することができる。濃度分布測定装置1は、図1に示すように、複数の濃度測定装置2と、制御装置3などを備える。濃度測定装置2は、それぞれ、機器10内に配置される3本のサンプリング管20と、機器10の外壁面に設置される1台のケース部21を有する。各濃度測定装置2と制御装置3は、集束ケーブル28によって結ばれる。集束ケーブル28は、光ケーブルがまとめられた束状のケーブル群である。これにより、ケーブルの配線をまとめることができ、濃度分布測定装置1の設置においてケーブルの引き回しが複雑になることを防止できる。
機器10は、図1〜図3に示すように、例えば角筒状の空間である。機器10の横断面が図1及び図2に示すように四角形の場合、図2及び図3に示すように、機器10は、互いに対向する第1壁部11と第2壁部12を有する。第1壁部11と第2壁部12は、板状部材であって、互いに平行に配置される。
機器10の内部空間には測定対象を含むガスが流通している。機器10の一例としては、事業用ボイラ、産業用ボイラ、工業炉などの排ガス口に接続された排気ダクトなどのガス配管等が挙げられる。また、ガスが充填された容器等でもよく、機器10の内部空間でガスが流通することなく、測定対象を含むガスが単に存在している状態でもよい。
濃度分布測定装置1は、図1に示すように、2台の機器10(すなわち、機器10Aと機器10B)の内部のガス濃度分布を測定できる。図1及び図2における機器10は、機器10の横断面を示しており、機器10内のガスは、図1及び図2の紙面を手前から奥へ貫通する方向に流れる。図3における機器10は、機器10の縦断面を示しており、機器10内のガスは、図3の紙面の上から下の方向に流れる。なお、本実施形態では、濃度分布測定装置1が2台の機器10を対象とする場合について説明するが、本発明はこの例に限定されない。例えば、濃度分布測定装置1は、1台の機器10を対象としてもよいし、3台以上の機器10を対象としてもよい。
図2及び図3を参照して、本実施形態に係る濃度測定領域Sについて説明する。濃度測定領域Sは、機器10のガス流れに対して垂直方向に切断して形成される機器10内の2次元面又は3次元空間である。機器10の内部空間には、濃度測定領域Sが仮想的に設定されている。濃度測定装置2は、濃度測定領域Sに存在する測定物質のガス濃度を測定する。
次に、本実施形態に係る濃度分布測定装置1の濃度測定装置2について説明する。
機器10内の濃度測定領域Sが、図2に示すように、第1壁部11又は第2壁部12の面内方向に対して平行方向に13列に分割され(A列〜M列)、第1壁部11から第2壁部12にわたって3行に分割される場合、濃度測定領域Sには、仮想的に39個の分割領域が形成される。
機器10内の濃度測定領域Sが、図2に示すように、第1壁部11又は第2壁部12の面内方向に対して平行方向に13列に分割され(A列〜M列)、第1壁部11から第2壁部12にわたって3行に分割される場合、濃度測定領域Sには、仮想的に39個の分割領域が形成される。
各濃度測定装置2は、サンプリング管20を介して、各分割領域から機器10内部に設置されているレーザ計測セル23へサンプリングガスを吸引して、レーザ計測セル23内にサンプリングガスを収容する。サンプリングガスが収容された各レーザ計測セル23に対してレーザ光を照射することによって、濃度測定装置2は、各分割領域の濃度を測定できる。
濃度測定装置2は、分割領域の各列(A列、B列……)に1台ずつ設置される。濃度測定領域Sが、第1壁部11から第2壁部12にわたって3行に分割される場合、1台の濃度測定装置2に対してサンプリング管20が3本ずつ設置される。図2に示す例では、1台の機器10に対して13台の濃度測定装置2が設置され、各濃度測定装置2は3本のサンプリング管20と3個のレーザ計測セル23が設置される。よって、1台の機器10に対して合計39本のサンプリング管20と合計39個のレーザ計測セル23が、ほぼ同一面内に平行に設置される。
なお、濃度測定領域Sにおける分割領域の形成方法は、上述した13列×3行の39個に限定されない。列数や行数、分割領域の数は、他の数でもよい。濃度測定領域SがM列×N行でP個の分割領域が形成される場合、濃度測定装置2はM台設置され、各濃度測定装置2はN本のサンプリング管20とN個のレーザ計測セル23を有する。そして、機器10には、合計P本のサンプリング管20とP個のレーザ計測セル23が設置される。
濃度測定装置2は、図3及び図4に示すように、パッケージ化された装置である。図3に示すように、機器10の第1壁部11に既設の開口部13が形成され、開口部13の外部側にフランジ9が設置されている場合、機器10に対して新たに開口部を形成することなく、濃度測定装置2を容易に機器10に設置できる。すなわち、機器10の改造が不要となり、工事費等を低減できる。なお、当然、機器10に対して新たに開口部及びフランジを形成して、濃度測定装置2を新設してもよい。
図2に示す例では、開口部13は、第1壁部11に13箇所形成されており、13台の濃度測定装置2が1台の機器10に設置される。
図2に示す例では、開口部13は、第1壁部11に13箇所形成されており、13台の濃度測定装置2が1台の機器10に設置される。
濃度測定装置2は、3本のサンプリング管20と、3個のレーザ計測セル23と、1台のケース部21などを備える。サンプリング管20とレーザ計測セル23は、機器10の開口部13を介して、第1壁部11を貫通して機器10の内部に設置される。
ケース部21は、略直方体形状のケースを有しており、背面部がフランジ9に設置される。また、ケース部21の背面部からサンプリング管20とレーザ計測セル23とエジェクタエア配管22とシールエア配管42とが貫通して延設されている。サンプリング管20とレーザ計測セル23とエジェクタエア配管22とシールエア配管42は、ケース部21によって支持される。ケース部21の正面部には、開閉可能な蓋が設置されており、蓋を開くことによってケース部21の内部に設置された各構成部材の操作やメンテナンスが可能である。ケース部21の側面には、通気口、空気用配管口、光ケーブル口などの開口部が設けられる。
ケース部21内部には、図5に示すように、シールエア配管系統と、エジェクタエア配管系統が設置される。このように、配管類が一つのケース内に納められることによって、濃度測定装置2の設置において配管の引き回しが複雑になることを防止できる。
1台のケース部21には、3本のサンプリング管20A,20B,20C(以下、総称して「サンプリング管20」ともいう。)が設けられ、機器10の分割領域の1列に対応している。本実施形態では、3本のサンプリング管20A,20B,20Cが1セットであり、図3に示すように、サンプリング管20A、サンプリング管20B、サンプリング管20Cの順に長さが長くなっている。3本のサンプリング管20A,20B,20Cのうち、サンプリング管20Aの先端部が、第1壁部11から最も近い位置に配置され、サンプリング管20Cの先端部が、第1壁部11から最も離れた位置に配置される。
サンプリング管20の先端には、図11及び図12に示すように、開口部20aが形成されている。したがって、サンプリング管20のレーザ計測セル23側からガスの吸引を行うことによって、サンプリング管20の開口部20aを介して、機器10内のガスがサンプリングガスとしてレーザ計測セル23の方向へ吸引される。吸引されたガスは、サンプリング管20を流通して、レーザ計測セル23へ導入される。
サンプリング管20の先端部分は、図3及び図12に示すように、機器10内のガス流れの下流側方向に屈折しており、機器10内のガスに含まれるダスト等がサンプリングガスに含まれることを防止する。また、サンプリング管20の開口部20aを囲むように、遮蔽器26がサンプリング管20の先端部分に設置される。遮蔽器26は、例えば中空の円錐形状であり、上部の直径が小さく、下部の直径が大きい。これにより、開口部20aの周囲からダストを離隔させることができ、サンプリングガスへのダストの混入を防止できる。
レーザ計測セル23は、筒形状の部材であり、図6及び図7に示すように、レーザ計測セル23の一端には送光部6及び受光部7が設置され、他端には反射鏡34が設置される。送光部6はレーザ光を照射し、受光部7はレーザ光を受光する。反射鏡34は、送光部6から照射されたレーザ光を反射して、反射したレーザ光を受光部7へ照射する。送光部6と受光部7がレーザ計測セル23の同一側に設置されることによって、光ファイバ8の接続部分を同一側にすることができ、配線を簡略化できる。レーザ計測セル23におけるレーザ光の測定光路長は、2枚のシールエア噴出スリット板31間の内寸距離をL0としたとき、約2L0である。送光部6は例えばファイバーコリメータであり、受光部7は例えばファイバーカプラーである。
また、レーザ計測セル23は、一端にサンプリング管20が接続され、他端に排気筒24が接続される。本実施形態では、1本のサンプリング管20に対して、1個のレーザ計測セル23が設置される。サンプリングガスを導入するサンプリング管20が、レーザ計測セル23の一端側に設けられ、サンプリングガスを排出する排気筒24が、レーザ計測セル23の他端側に設けられることにより、レーザ計測セル23の軸線長さ方向にわたって、吸入されたガスを充満させることができる。
排気筒24は、筒状部材であり、レーザ計測セル23の外周に設けられる。排気筒24の先端部分は、図3に示すように、機器10内のガス流れの下流側方向に向いており、ガスの逆流を防止できる。
また、レーザ計測セル23の両端部には、シールエア配管42が1本ずつ接続される。これにより、シールエアが、送光部6と受光部7や、反射鏡34に対して供給され、送光部6、受光部7及び反射鏡34の光学部品のガラス部分へのガスやダストの付着を防止できる。
レーザ計測セル23は、機器10内部に配置されるため、レーザ計測セル23の外周部分における熱伝導によって、レーザ計測セル23内部のサンプリングガスは、機器10における温度とほぼ同一の温度で保たれる。したがって、本実施形態は、レーザ計測セル23が機器10の外部に配置される場合に比べて、機器10の内部状態に近い状態の濃度を測定できる。機器10内部の温度が機器10外部の温度と異なるとき、レーザ計測セル23が機器10の外部(例えば本実施形態のケース部21内)に配置されるとした場合、レーザ計測セル23を保温材等で囲む必要があるが、本実施形態では保温材等の保温手段が不要となる。
レーザ計測セル23内部には、シールエア噴出スリット板31と、複数の整流用多孔板33が軸線方向に設置される。本実施形態では、シールエア噴出スリット板31と、複数の整流用多孔板33は、送光部6及び受光部7側と反射鏡34側の両方に設置されるが、いずれか一方のみに設置されてもよい。
シールエア噴出スリット板31は、円板状の部材である。送光部6及び受光部7側のシールエア噴出スリット板31は、図9に示すように、二つの貫通孔31Aが形成される。これにより、シールエアが流通することができ、かつ、往復計2本のレーザ光が通過可能となる。また、反射鏡34側のシールエア噴出スリット板31は、図8に示すように、中央部分に貫通孔31Aが形成されている。貫通孔31Aは、シールエアが流通することができ、かつ、送光部6から反射鏡34へ照射されたレーザ光と反射鏡34から受光部7へ照射されたレーザ光が通過する。
シールエア噴出スリット板31が、シールエア配管42よりもレーザ計測セル23の内部側に設置されることによって、送光部6及び受光部7とシールエア噴出スリット板31との間、又は反射鏡34とシールエア噴出スリット板31との間にシールエアチャンバー30が形成される。そして、貫通孔31Aからのシールエア量を調整することによって、シールエアチャンバー30の圧力がレーザ計測セル23の中央部分よりも高く設定される。その結果、送光部6及び受光部7からレーザ計測セル23の内部方向へ、又は反射鏡34からレーザ計測セル23の内部方向へシールエアが流れることから、送光部6、受光部7又は反射鏡34へのダスト等の付着を確実に防止できる。
なお、貫通孔31Aにおけるシールエア量はサンプリングガス中の測定対象のガス濃度に影響しない程度とし、シールエア配管42におけるシールエア量やレーザ計測セル23内部の圧力を勘案して、貫通孔31Aの開口面積が決定される。
上記のシールエアチャンバー30にシールエアが流通することによって、シールエアチャンバー30は、送光部6、受光部7及び反射鏡34の光学部品への熱遮蔽機能を有する。サンプリングガスは、機器10内部のガス種によっては、高温(例えば200℃以上)である。一方、シールエアは、通常、大気温(約50℃以下)であるため、シールエアチャンバー30は、光学部品が機器10内に配置されたりサンプリングガスが導入されたりして高温化したレーザ計測セル23から受ける熱を遮蔽できる。
なお、サンプリングガスが高温であり、シールエアが低温であるとき、レーザ計測セル23内部では、ガスの温度成層化が生じる可能性がある。そこで、サンプリング管20と排気筒24の接続位置をレーザ計測セル23の底部とし、サンプリングガスをレーザ計測セル23の底部から導入し、底部から抜き出す。また、シールエア配管42の接続位置をレーザ計測セル23の上部とし、シールエアをレーザ計測セル23の上部から導入する。これによって、レーザ計測セル23内部におけるガスの温度成層化を回避できる。
整流用多孔板33は、円板状の部材であり、図10に示すように、中央部分に貫通孔33Aが形成され、その他の部分に複数の貫通孔33Bが形成されている。図10は、反射鏡34側に設置される整流用多孔板33を示す。貫通孔33Aは、シールエアやサンプリングガスが流通することができ、かつ、送光部6から反射鏡34へ照射されたレーザ光と反射鏡34から受光部7へ照射されたレーザ光が通過する。複数の貫通孔33Bは、円板上にほぼ均等に配置され、シールエアやサンプリングガスが流通する。なお、送光部6及び受光部7側に設置される整流用多孔板33は、図示しないが、二つの貫通孔33Aが形成されて、往復計2本のレーザ光が通過する。
2箇所の整流用多孔板33は、サンプリング管20の接続位置又は排気筒24の接続位置よりもレーザ計測セル23の中央側に設置される。そして、複数枚の整流用多孔板33が並べて配置されることによって、レーザ計測セル23内部のサンプリングガスがプラグフローとなり、ガス流動を安定化させることができる。
シールエア配管系統は、図5に示すように、ヘッダ管38と、フィルタ39と、シールエア配管42と、手動調整弁43などを備える。
ヘッダ管38は、ケース部21の内部に敷設されて、一端部がケース部21の外部に位置する。ヘッダ管38の一端部は、機器10が設置されているプラント等に設けられている高圧空気供給設備やコンプレッサと接続される。ヘッダ管38は、複数本のシールエア配管42に分岐されている。これにより、ケース部21の外部から複数のレーザ計測セル23へシールエアとしての空気が供給される。ヘッダ管38にはフィルタ39が設けられ、フィルタ39は、ヘッダ管38内部を流通するシールエアに含まれる不純物を除去する。
ヘッダ管38は、ケース部21の内部に敷設されて、一端部がケース部21の外部に位置する。ヘッダ管38の一端部は、機器10が設置されているプラント等に設けられている高圧空気供給設備やコンプレッサと接続される。ヘッダ管38は、複数本のシールエア配管42に分岐されている。これにより、ケース部21の外部から複数のレーザ計測セル23へシールエアとしての空気が供給される。ヘッダ管38にはフィルタ39が設けられ、フィルタ39は、ヘッダ管38内部を流通するシールエアに含まれる不純物を除去する。
なお、ヘッダ管38にポンプ(図示せず。)が設けられて、ポンプがシールエアを供給するようにしてもよい。ヘッダ管38に設けられるポンプは、例えば、ケース部21の内部に設置される。これにより、高圧空気供給設備やコンプレッサがない場合でも、大気圧よりも高い圧力でシールエアをレーザ計測セル23へ供給できる。
シールエア配管42は、ヘッダ管38から分岐して、他端が、レーザ計測セル23の送光部6及び受光部7側、又はレーザ計測セル23の反射鏡34側に接続される。シールエア配管42には、手動調整弁43が設けられ、手動調整弁43は、レーザ計測セル23に供給されるシールエアの流量を調整する。
エジェクタエア配管系統は、図5に示すように、ヘッダ管50と、エジェクタエア配管22と、手動調整弁51などを備える。
ヘッダ管50は、ケース部21の内部に敷設されて、一端部がケース部21の外部に位置する。ヘッダ管50の一端部は、機器10が設置されているプラント等に設けられている高圧空気供給設備やコンプレッサと接続される。ヘッダ管50は、複数本のエジェクタエア配管22に分岐されている。これにより、ケース部21の外部から複数の排気筒24へエジェクタエアとしての空気が供給される。ヘッダ管50には、手動調整弁51が設けられ、手動調整弁51は、レーザ計測セル23に供給されるエジェクタエアの流量を調整する。
ヘッダ管50は、ケース部21の内部に敷設されて、一端部がケース部21の外部に位置する。ヘッダ管50の一端部は、機器10が設置されているプラント等に設けられている高圧空気供給設備やコンプレッサと接続される。ヘッダ管50は、複数本のエジェクタエア配管22に分岐されている。これにより、ケース部21の外部から複数の排気筒24へエジェクタエアとしての空気が供給される。ヘッダ管50には、手動調整弁51が設けられ、手動調整弁51は、レーザ計測セル23に供給されるエジェクタエアの流量を調整する。
なお、ヘッダ管50にポンプ(図示せず。)が設けられて、ポンプがエジェクタエアを供給するようにしてもよい。ヘッダ管50に設けられるポンプは、例えば、ケース部21の内部に設置される。これにより、高圧空気供給設備やコンプレッサがない場合でも、大気圧よりも高い圧力でエジェクタエアを排気筒24へ供給できる。
エジェクタエア配管22は、ヘッダ管38から分岐して、先端部22Aが排気筒24の内部に挿入される。そして、排気筒24と先端部22Aとによって、エジェクタが構成される。排気筒24に挿入されたエジェクタエア配管22の先端部22Aの開口は、排気筒24の内部に形成され、機器10の内部側を向いている。その結果、ヘッダ管50及びエジェクタエア配管22を介して供給されたエジェクタエアは、機器10へ噴出する。このとき、エジェクタエアによって、レーザ計測セル23内部に導入されたサンプリングガスやシールエアが、排気筒24を介して、レーザ計測セル23から機器10内部へ排出される。
次に、図13を参照して、濃度分布測定装置1の制御装置3について説明する。
制御装置3は、上述したとおり、集束ケーブル28を介して複数台のケース部21と接続されている。
送光側光セレクタ18は、各ケース部21におけるレーザ計測セル23の送光部6に対して、共通のレーザ光源17からレーザ光を供給する。送光側光セレクタ18は、送光部6の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各送光部6とが光ファイバ8を介して接続されている。同様に、レーザ光源17と送光側光セレクタ18とは、光ファイバ8を介して接続されている。レーザ光源17は、レーザ制御部16によって制御される。レーザ光源17としては、測定対象の吸光度の特性に応じた適切な波長を出力する光源が採用される。
制御装置3は、上述したとおり、集束ケーブル28を介して複数台のケース部21と接続されている。
送光側光セレクタ18は、各ケース部21におけるレーザ計測セル23の送光部6に対して、共通のレーザ光源17からレーザ光を供給する。送光側光セレクタ18は、送光部6の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各送光部6とが光ファイバ8を介して接続されている。同様に、レーザ光源17と送光側光セレクタ18とは、光ファイバ8を介して接続されている。レーザ光源17は、レーザ制御部16によって制御される。レーザ光源17としては、測定対象の吸光度の特性に応じた適切な波長を出力する光源が採用される。
このような送光系においては、測定制御部15によってレーザ制御部16に起動・停止の信号が出力されることにより、レーザ制御部16によるレーザ光源17の起動・停止が制御される。更に、測定制御部15によって送光側光セレクタ18のチャネルが走査されることにより、レーザ光源17から射出されたレーザ光が選択されたチャネルの送光部6に供給され、レーザ計測セル23に向けて照射される。また、レーザ光源17から照射されるレーザ光の照射強度が、例えば、光検出部36によって検出され、後述する濃度測定部35に通知される。
各ケース部21におけるレーザ計測セル23の各受光部7は、受光側光セレクタ37を介して光検出部36と接続されている。受光側光セレクタ37は、受光部7の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各受光部7とが光ファイバ8を介して接続されている。このとき、各受光部7と受光側光セレクタ37との接続チャネルは、その受光部7に対応する送光部6と送光側光セレクタ18との接続チャネルと同じチャネルにされることが好ましい。換言すると、一対の送光部6と受光部7とは同じチャネルにそれぞれ接続されることが好ましい。
受光側光セレクタ37と光検出部36とは光ファイバ8を介して接続されている。
受光側光セレクタ37と光検出部36とは光ファイバ8を介して接続されている。
このような受光系においては、測定制御部15が、送光側光セレクタ18のチャネル走査と同期して、受光側光セレクタ37のチャネルを走査することにより、送光部6から照射されたレーザ光が対応する受光部7によって受光され、受光された光の情報が受光側光セレクタ37を介して光検出部36に出力される。光検出部36は、入力された光の情報を電気信号に変換して濃度測定部35に出力する。
濃度測定部35では、上述のように光検出部36から各受光部7によって受光された光の情報が電気信号として入力されるとともに、測定制御部15から受光側光セレクタ37の受光タイミング信号が入力される。これにより、光検出部36からの電気信号と各受光部7とが対応付けられる。
上記のように、送光側光セレクタ18を設けることで、レーザ光源17を共有化でき、また、受光側光セレクタ37を設けることで、光検出部36を共有化できる。これにより、装置の更なる小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
なお、送光側光セレクタ18に代えて、各送光部6に対応してそれぞれレーザ光源17を設けてもよく、同様に、受光側光セレクタ37に代えて、各受光部7に対応して光検出部36をそれぞれ設けることとしてもよい。
なお、送光側光セレクタ18に代えて、各送光部6に対応してそれぞれレーザ光源17を設けてもよく、同様に、受光側光セレクタ37に代えて、各受光部7に対応して光検出部36をそれぞれ設けることとしてもよい。
また、各レーザ計測セル23における受光部7に代えて、光検出部36をレーザ計測セル23それぞれに設けてもよい。この場合、上述した受光部7や受光側光セレクタ37を省略することができるため、光信号の損失を低減でき、測定精度を向上させることができる。光検出部36がレーザ計測セル23に設置される場合、各レーザ計測セル23における光検出部36と制御装置3とは、それぞれ電気信号用の信号ケーブルで結ばれる。この信号ケーブルは、例えば、集束ケーブル28にまとめられて配線される。
測定制御部15及び濃度測定部35は、例えば、コンピュータであり、CPU、CPUが実行するプログラム等を記憶するためのROM(Read Only Memory)、各プログラム実行時のワーク領域として機能するRAM(Random Access Memory)、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ(HDD)、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部を備えている。これら各部は、バスを介して接続されている。更に、測定制御部15及び濃度測定部35は、キーボードやマウス等からなる入力部及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部などと接続されていてもよい。
上記CPUが実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ROMに限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。また、測定制御部15と濃度測定部35とを個別のハードウェアによって実現してもよいし、これらを一体化し、一つのコンピュータによって実現する構成としてもよい。
ターミナルボックス55は、電源ケーブル、信号ケーブル、光ケーブルがまとめられている。信号ケーブルには、電動バルブ用、ポンプ用、熱電対用が含まれる。そして、これらの電源ケーブル、信号ケーブル、光ケーブルがまとめられた集束ケーブル28がターミナルボックス55から各濃度測定装置2(A-1〜A-13、B-1〜B-13)に配線される。
上述のとおり、濃度測定装置2を構成する送光側光セレクタ18、受光側光セレクタ37及びレーザ制御部16等が、測定制御部15によって制御される。送光側光セレクタ18、受光側光セレクタ37及びレーザ制御部16等は、各種ケーブルで結ばれており、有線での遠隔操作が可能である。そして、測定制御部15において、ガス濃度の測定順番を適正化することによって、測定時間の短縮化を図ることができる。
次に、本実施形態に係る濃度分布測定装置1の動作について説明する。
まず、レーザ計測セル23を準備状態にするため、シールエア配管系統を介して、レーザ計測セル23内部にシールエアを供給する。これにより、送光部6、受光部7及び反射鏡34の光学部品のガラス部分へのガスやダストの付着を防止する。
まず、レーザ計測セル23を準備状態にするため、シールエア配管系統を介して、レーザ計測セル23内部にシールエアを供給する。これにより、送光部6、受光部7及び反射鏡34の光学部品のガラス部分へのガスやダストの付着を防止する。
また、エジェクタエア配管系統を介して、排気筒24にエジェクタエアを供給する。これにより、排気筒24を介してエジェクタエアが機器10内部へ噴出する。その結果、レーザ計測セル23内の空気が機器10内に排出され、サンプリング管20を介して機器10内のガスがレーザ計測セル23内に導入される。
上述のレーザ計測セル23の準備動作を全ての濃度測定装置2(図1のA-1〜A-13、B-1〜B-13)について実行し、測定スタンバイとする。これにより、濃度測定領域S全てにわたって、ほぼ同時期に測定対象の濃度を測定できるようになる。
次に、レーザ光源17において、レーザ光を発振させる。そして、送光側光セレクタ18と受光側光セレクタ37を操作して、78(=39×2)本のレーザ計測セル23内部のガスに対して、1本ずつレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光を検出することで、測定対象の濃度を測定する。これにより、78個のガス濃度データを取得できる。1本のレーザ計測セル23において測定にかかる時間は、10秒程度である。したがって、78本のレーザ計測セル23内部へ同時にサンプリングしたガスについて、78個のガス濃度データを取得するのにかかる時間は、10秒/本×78本で、780秒である。
以上で、図1に示す機器10Aと機器10Bのガス濃度分布が測定される。図1に示す実施例では、機器10Aと機器10Bそれぞれで39点の測定値(合計78点の測定値)が得られる。なお、必要に応じて、上述の動作を繰り返し、再度ガス濃度を測定してもよい。これにより、測定結果の精度を向上させることができる。
ガス濃度の測定を終了する場合、濃度測定装置2(A-1〜A-13、B-1〜B-13)の全てのシールエア配管系統やエジェクタエア配管系統を停止する。
次に、本実施形態の濃度測定装置2の変形例について説明する。
上記実施形態では、中央に貫通孔31Aが形成されたシールエア噴出スリット板31がレーザ計測セル23の両端に1枚ずつ設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図14に示すように、シールエア噴出スリット板31よりもレーザ計測セル23の中央側に、別のシールエア噴出スリット板32が設けられてもよい。
上記実施形態では、中央に貫通孔31Aが形成されたシールエア噴出スリット板31がレーザ計測セル23の両端に1枚ずつ設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図14に示すように、シールエア噴出スリット板31よりもレーザ計測セル23の中央側に、別のシールエア噴出スリット板32が設けられてもよい。
シールエア噴出スリット板32は、円板状の円板部32Aと、円板部32Aを支持する複数本の支持部32Bを備える。円板部32Aは、図15に示すように、中央部分に貫通孔32Cが形成されている。図15は、反射鏡34側に設置されるシールエア噴出スリット板32を示す。貫通孔32Cは、送光部6から反射鏡34へ照射されたレーザ光と反射鏡34から受光部7へ照射されたレーザ光が通過する。円板部32Aとレーザ計測セル23の内壁との間には、隙間32Dが形成されている。そして、隙間32Dに、シールエアが流通する。支持部32Bは、円板部32Aとレーザ計測セル23との間に設置される。
シールエア噴出スリット板31に追加してシールエア噴出スリット板32が設けられることによって、シールエアを貫通孔31Aからではなく、隙間32Dから噴出させることができるため、シールエアを拡散して噴出できる。なお、レーザ計測セル23におけるレーザ光の測定光路長は、2枚のシールエア噴出スリット板32間の内寸距離L0としたとき、約2L0である。
また、上記実施形態では、レーザ計測セル23の一端部の底部分にサンプリング管20が接続される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図16に示すように、サンプリング管20の端部の径を拡げ、レーザ計測セル23を囲み、サンプリング管20がケース部21又は第1壁部11に支持されるようにしてもよい。サンプリング管20の端部の拡径部52は、筒形状である。拡径部52とレーザ計測セル23との間には、リング状の隔壁53が設置される。隔壁53は、第1壁部11側とサンプリング管20の先端側とを仕切る。これにより、サンプリングガスがレーザ計測セル23に供給される流路と、サンプリングガスがレーザ計測セル23から排出される流路とが分けられる。
サンプリングガスは、レーザ計測セル23の外周部に形成された開口部23aを介して、サンプリング管20からレーザ計測セル23内部へ供給される。開口部23aは、レーザ計測セル23の外周部に1箇所だけ設けられてもよいし、複数箇所設けられてもよい。開口部23aが複数箇所設けられることによって、サンプリングガスがレーザ計測セル23内部全体にわたって均等に分散されやすくなる。レーザ計測セル23内部のサンプリングガスは、レーザ計測セル23の外周部に形成された開口部23bを介して、レーザ計測セル23から排気筒24へ排出される。すなわち、エジェクタエアがエジェクタエア配管22から排気筒24内部へ供給され、排気筒24から噴出することによって、サンプリングガスが排気筒24の入口部24aから出口部24bの方向へ流れ、サンプリングガスは、レーザ計測セル23内部から機器10内部へ排出される。
本変形例によれば、サンプリング管20がレーザ計測セル23の外周部に接続されるのではなく、ケース部21又は第1壁部11によって支持されることから、サンプリング管20が安定して配置される。したがって、サンプリング管20が機器10内部のガス流れによって影響を受けにくく、精度の良い測定を行うことができる。
次に、従来の濃度測定装置を用いた場合と本実施形態に係る濃度分布測定装置1を用いた場合における測定にかかる時間の比較について説明する。
機器10が2台で、各機器10の分割領域が39個である場合、合計78点を測定する必要がある。
機器10が2台で、各機器10の分割領域が39個である場合、合計78点を測定する必要がある。
従来の濃度測定装置は、2台の機器10A,10Bに対して、レーザ計測セルを1台又は2台設置し、サンプリング管を分割領域の分割数分、すなわち78本設置する。各サンプリング管には電動バルブが1個ずつ設置される。従来の濃度測定装置では、1点のサンプリング、測定及び清浄化に15分かかっていた。したがって、78点を測定する場合、レーザ計測セルを1台設置するとき、15分/点×78点で、1170分(19.5時間)かかり、レーザ計測セルを2台設置するとき、15分/点×39点で、585分(9.75時間)かかる。
一方、本実施形態では、2台の機器10に対して、レーザ計測セル23を78台設置し、サンプリング管20を分割領域の分割数分、すなわち78本設置する。各レーザ計測セル23へのレーザ光は、26チャンネルを有する送光側光セレクタ18によって切り替わる。レーザ計測セル23が78台設置されているため、78点の測定点のサンプリングガスを同時に吸引できる。この場合、1回のサンプリング及び測定、すなわち、78点同時に行うサンプリングガスの吸引と、レーザ光を切り替えることによる78点の濃度測定は、各点10秒程度あればよい。したがって、10秒/点×78点(=780秒)で、13分(0.22時間)あれば、78点の測定が完了する。
以上より、従来の濃度測定装置を用いた場合、19.5時間又は9.75時間かかっていたところ、本実施形態に係る濃度分布測定装置1を用いた場合、0.22時間で測定を完了できる。よって、本実施形態によれば、測定時間を大幅に短縮することができる。
[適用例]
次に、上述した本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置1を脱硝装置70に適用する場合の一実施形態について説明する。
図17は、本実施形態に係る脱硝装置70の概略構成を示した図である。図17において、脱硝装置70は、たとえば石炭を燃料とするボイラ装置85に設置され、石炭を燃焼させて生成された燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を還元剤のアンモニアと反応させた後、脱硝触媒72を用いて主として水と窒素とに分解して除去する装置である。この脱硝装置70は、ボイラ本体86に接続されて燃焼排ガスを煙突87に導く煙道88に設置されており、煙道88の出口には、燃焼排ガス中の排熱を回収する熱交換器の空気予熱器89が設置されている。
次に、上述した本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置1を脱硝装置70に適用する場合の一実施形態について説明する。
図17は、本実施形態に係る脱硝装置70の概略構成を示した図である。図17において、脱硝装置70は、たとえば石炭を燃料とするボイラ装置85に設置され、石炭を燃焼させて生成された燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を還元剤のアンモニアと反応させた後、脱硝触媒72を用いて主として水と窒素とに分解して除去する装置である。この脱硝装置70は、ボイラ本体86に接続されて燃焼排ガスを煙突87に導く煙道88に設置されており、煙道88の出口には、燃焼排ガス中の排熱を回収する熱交換器の空気予熱器89が設置されている。
脱硝装置70は、煙道88の直管部に設置されてアンモニアを注入するアンモニア注入装置71と、注入したアンモニアを燃焼排ガスと混合させる混合器(不図示)と、窒素酸化物とアンモニアとを反応させた後に水と窒素とに分解する脱硝触媒72と、アンモニア注入量等の制御を行う開度設定部73と、脱硝後のNOx濃度を監視(測定)する窒素酸化物濃度計(NOx計)74及び脱硝後のガス流路に仮想的に設けられた濃度測定領域における脱硝後のアンモニア濃度分布を測定する濃度分布測定装置1を備えている。
アンモニア注入装置71は、たとえば図18に示すように、アンモニア供給源に接続された流路配管のアンモニア主系統76に総流量制御弁77を備えている。このアンモニア主系統76は、総流量制御弁77の下流において、ヘッダ78から分岐させた複数本(図示の例では6本)のアンモニア供給系統80を備えている。
アンモニア供給系統80は、各々が流量制御元弁79及び複数個(図示の例では3個)の注入ノズル75を備えており、排ガスを流す流路である煙道88の内部に注入ノズル75が格子状の配置となるように設置されている。注入ノズル75は、流路配管のアンモニア主系統76、ヘッダ78及びアンモニア供給系統80を通ってアンモニア供給源から供給されたアンモニアを煙道88の内部に液滴又はガスの状態で流出させ、燃焼排ガス中に還元剤のアンモニアを注入するものである。なお、液滴の状態で注入されたアンモニアは、高温の燃焼排ガスから吸熱して気化する。
こうして煙道88の内部に注入されたアンモニアのガスは、混合器を通過することにより燃焼排ガスと撹拌混合される。この結果、アンモニアは窒素酸化物と反応して脱硝触媒72を通過するので、水と窒素とに分解されることで窒素酸化物が燃焼排ガス中から除去される。
開度設定部73には、濃度分布測定装置1で測定したアンモニア濃度分布、及びNOx計74で測定した窒素酸化物濃度の測定値が入力される。このようなアンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の入力を受けた開度設定部73は、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁77の開度の設定(開度制御)を行うとともに、複数個所のアンモニア濃度に基づいて各流量制御元弁79の開度の設定(開度制御)を行う。すなわち、開度設定部73は、窒素酸化物濃度に基づく総流量制御弁77や、濃度分布測定装置1で得られたアンモニア濃度分布に基づく流量制御元弁79の開度制御信号を出力する。
この場合、開度設定部73による流量制御元弁79の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁79毎の開度との相関関係を定めた制御マップに基づいて行われる。すなわち、脱硝装置70は、ボイラ装置85毎に諸条件(煙道88の流路系統や流路断面積、燃料の種類等)が異なるため、事前に相関関係のデータを実験等により入手して制作した制御マップを開度設定部73に記憶しておく。なお、この制御マップでは、煙道88内のアンモニア濃度を同一流路断面内で測定した複数位置のアンモニア濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統80毎に異なる流量制御元弁79の開度を個別に設定するものである。
NOx計74は、煙道88において脱硝触媒72の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を測定する。すなわち、NOx計74は、脱硝装置70による脱硝効果を監視するセンサであり、所望の脱硝が行われるように、開度設定部73からアンモニア供給量を増減するように総流量制御弁77の開度信号を出力する。
濃度分布測定装置1は、上述したように、脱硝触媒72の下流側における煙道88の流路断面内に仮想的に設定した濃度測定領域のアンモニア濃度分布を作成し、このアンモニア濃度分布を開度設定部73に出力する。
このような脱硝装置70によれば、濃度分布測定装置1によって、煙道88における脱硝触媒72の下流側におけるアンモニア濃度分布が検出されるとともに、NOx計74によって窒素酸化物濃度が検出され、この検出結果がそれぞれ開度設定部73に出力される。開度設定部73では、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁77の開度制御が行われ、かつ、濃度分布測定装置1によって得られたアンモニア濃度分布に基づいて流量制御元弁79の開度制御が行われる。これにより、脱硝装置70の運転を継続しながら、時定数の短いアンモニア濃度の測定値に応じ、複数のアンモニア供給系統80毎に分配されるアンモニア注入量を自動的に調整することができる。
このとき、流量制御元弁79の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁79毎の開度とのマップに基づいて行われるので、窒素酸化物濃度により総供給量が規定されたアンモニアは、流量制御元弁79の開度に応じてアンモニア供給系統80に対するアンモニア分配量が調整される。
アンモニア濃度の検出値が高いことは、すなわち、リークアンモニア(未反応アンモニア)が増大したことは、脱硝触媒72の触媒性能が劣化したことを意味するので、濃度分布測定装置1によって測定されたアンモニア濃度分布から、煙道88の流路断面位置に対応した脱硝触媒72の劣化状況を把握できる。
アンモニア濃度の検出値が高いことは、すなわち、リークアンモニア(未反応アンモニア)が増大したことは、脱硝触媒72の触媒性能が劣化したことを意味するので、濃度分布測定装置1によって測定されたアンモニア濃度分布から、煙道88の流路断面位置に対応した脱硝触媒72の劣化状況を把握できる。
このように、アンモニア濃度分布が脱硝触媒72の性能劣化と関連しているので、アンモニア濃度分布に基づいてアンモニア注入装置71によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、リークアンモニアの分布をコントロールすることができる。また、リークアンモニアは、空気予熱器89を閉塞させる原因でもあるから、アンモニア濃度検出に基づいてアンモニア注入装置71によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、空気予熱器89の閉塞防止も可能になる。
本実施形態に係る脱硝装置70によれば、脱硝装置70の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の測定値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になる。これにより、還元剤注入の分配最適化による脱硝触媒72の寿命延長や脱硝触媒更新の効率化を達成することができる。この結果、脱硝装置70においては、脱硝触媒72の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
例えば、上述した実施形態では、複数のサンプリング管20の開口部20aがほぼ同一面内に設置される場合について説明したが、複数のサンプリング管20の配置面は、厳密に同一面である必要はなく、測定結果に影響を及ぼさない範囲で異なる面に配置されてもよい。
例えば、上述した実施形態では、複数のサンプリング管20の開口部20aがほぼ同一面内に設置される場合について説明したが、複数のサンプリング管20の配置面は、厳密に同一面である必要はなく、測定結果に影響を及ぼさない範囲で異なる面に配置されてもよい。
また、上述した実施形態では、サンプリング管20が互いに平行な第1壁部11と第2壁部12との間に、一の壁部に対して直交方向に固定されるとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、一の壁部に対して斜め方向にサンプリング管20が固定されてもよい。
1 濃度分布測定装置
2 濃度測定装置
6 送光部(送光手段)
7 受光部(受光手段)
10 機器
20 サンプリング管(筒状部材)
21 ケース部
22 エジェクタエア配管
22A 先端部(吸引手段)
23 レーザ計測セル(測定管)
24 排気筒(吸引手段)
26 遮蔽器
28 集束ケーブル
30 シールエアチャンバー
31,32 シールエア噴出スリット板
33 整流用多孔板
34 反射鏡
39 フィルタ
42 シールエア配管
43,51 手動調整弁
2 濃度測定装置
6 送光部(送光手段)
7 受光部(受光手段)
10 機器
20 サンプリング管(筒状部材)
21 ケース部
22 エジェクタエア配管
22A 先端部(吸引手段)
23 レーザ計測セル(測定管)
24 排気筒(吸引手段)
26 遮蔽器
28 集束ケーブル
30 シールエアチャンバー
31,32 シールエア噴出スリット板
33 整流用多孔板
34 反射鏡
39 フィルタ
42 シールエア配管
43,51 手動調整弁
Claims (8)
- 測定対象が含まれるガスが存在する機器の内部空間に仮想的に設定された測定点における前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置であって、
前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する筒状部材と、
前記機器の内部に設置される、一端部が前記筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された測定管と、
前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段と、
を備え、
前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記測定管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置。 - 複数の前記筒状部材及び複数の前記測定管を備え、
前記筒状部材それぞれの前記開口部は、前記筒状部材の軸線方向において位置が異なる請求項1に記載の濃度測定装置。 - 前記複数の筒状部材及び前記複数の測定管は、前記機器の外部に設置される一のケースに支持されて、前記機器内に挿入される請求項2に記載の濃度測定装置。
- 前記複数の筒状部材と前記複数の測定管の組み合わせを1ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、前記測定管が備える各送光手段は、共通のレーザ光源からレーザ光が供給される請求項2又は3に記載の濃度測定装置。
- 前記複数の筒状部材と前記複数の測定管の組み合わせを1ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、前記測定管が備える各受光手段は、共通の光検出手段と接続され、前記光検出手段によってレーザ光の受光強度が検出される請求項2又は3に記載の濃度測定装置。
- 前記測定管の端部よりも中央側には、前記測定管の端部から中央へシールエアを通過させる開口部が形成されたスリット板が設置される請求項1から5のいずれか1項に記載の濃度測定装置。
- 前記測定管は、一端側に前記送光手段と前記受光手段が設置され、他端側に前記送光手段から照射されたレーザ光を前記受光手段へ反射する反射手段が設置される請求項1から6のいずれか1項に記載の濃度測定装置。
- 排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、
還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも1個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、
前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、
前記脱硝触媒下流側の前記流路断面内における前記還元剤濃度分布を測定する請求項1から7のいずれか1項に記載の濃度測定装置と、
窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
前記還元剤濃度分布及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、前記還元剤濃度分布に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と
を具備する脱硝装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012117697A JP2013245951A (ja) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | 濃度測定装置及び脱硝装置 |
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JP2012117697A JP2013245951A (ja) | 2012-05-23 | 2012-05-23 | 濃度測定装置及び脱硝装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013245951A true JP2013245951A (ja) | 2013-12-09 |
Family
ID=49845861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2013245951A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017527795A (ja) * | 2014-08-15 | 2017-09-21 | テノヴァ・グッドフェロー・インコーポレイテッド | 含塵工業オフガスの化学成分を分析するためのシステムおよび方法 |
JP2018141386A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 三菱重工業株式会社 | 排ガス処理装置 |
JP2019197028A (ja) * | 2018-05-11 | 2019-11-14 | 横河電機株式会社 | レーザ式ガス分析計 |
WO2021129175A1 (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 北京国电龙源环保工程有限公司 | 一种利用气体测量系统的检测方法 |
-
2012
- 2012-05-23 JP JP2012117697A patent/JP2013245951A/ja active Pending
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