JP2014020801A - 濃度分布測定装置及び脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】濃度分布測定装置1は、測定対象が含まれるガスが存在する機器2の外部に固定され、レーザ光を照射する送光器11と、機器2の外部に固定され、機器2の内部空間を伝搬したレーザ光を受光する受光器12と、レーザ光を反射する反射ミラー13と、機器2の壁部に設けられ、機器2の内部と外部とのガスの流通を遮断し、かつ、レーザ光が通過する複数のレーザビーム窓15と、機器2の外部において反射ミラー13を移動するガイドレール14及び可動台19と、機器2の内部におけるレーザ経路に基づいて、複数のレーザビーム窓15から二つのレーザビーム窓15が選択され、レーザ光が機器2の内部空間を通過するように反射ミラー13を移動させる制御装置20とを備える。
【選択図】図2
Description
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。
すなわち、本発明に係る濃度分布測定装置は、測定対象が含まれるガスが存在する機器の外部に固定され、レーザ光を照射する送光部と、前記機器の外部に固定され、前記送光部から照射されて前記機器の内部空間を伝搬したレーザ光を受光し、前記レーザ光の光強度を検出する受光部と、前記送光部から照射された前記レーザ光を反射する反射部と、前記機器の壁部に設けられ、前記機器の内部と外部とのガスの流通を遮断し、かつ、前記レーザ光が通過する複数の窓部と、前記反射部が載置され、前記機器の外部において前記反射部を移動する移動部と、前記機器の内部におけるレーザ経路に基づいて、前記複数の窓部から二つの前記窓部が選択され、一の前記窓部から他の前記窓部に向けて前記レーザ光が照射されて前記レーザ光が前記機器の前記内部空間を通過するように、前記移動部によって前記反射部を移動させる制御部とを備える。
この発明によれば、送光部から照射されたレーザ光が、機器の内部空間のうち測定対象が存在する領域を通過し、受光部で受光される。このとき、レーザ光の照射強度、測定対象の影響を受けたレーザ光の受光強度、及び測定対象が存在する領域をレーザ光が通過する距離に基づいて、測定対象の濃度を算出できる。濃度の算出には、例えば、レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式(ランベルト・ベール(Lambert−Beer)の法則)を使用できる。
以下、本発明の第1実施形態に係る濃度分布測定装置1及び濃度分布測定方法について図面を参照して説明する。
図19は、本実施形態に係る濃度分布測定領域について説明するための図である。図19に示すように、機器2の内部空間10には測定対象を含むガスが流通している。機器2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や、ガスが充填された容器等が挙げられる。
濃度測定領域Sは、例えば、機器2がガスの流通する排気ダクトなどの配管である場合には、ガス流れの所定の位置における流路断面とされる。
レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式として、ランベルト・ベール(Lambert−Beer)の法則が知られている。
I(L)=I0exp(−kC0L) ……(1)
ここで、kは測定対象の吸光度に応じて設定される比例係数である。
I(L)=I0exp(−kC1L1) ……(2)
まず、測定を行うレーザ経路に対応するように、ガイドレール14上にて反射ミラー13が載置された可動台19を移動させ、反射ミラー13の角度を調整する。そして、制御装置20によって送光器11が起動され、更に、レーザ光の出力が安定した後に、レーザ経路における測定が行われる。
このようにして得られた濃度測定領域Sの濃度分布は、例えば、制御装置20と接続された表示装置(図示略)に表示されることによって、ユーザに提示される。あるいは、他の制御に用いられることとしてもよい。
図2を用いて説明した濃度分布測定装置1は、送光器11及び受光器12が固定されており、反射ミラー13が可動台19に載置され、反射ミラー13がガイドレール14上を移動するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図5に示すように、送光器11及び受光器12が可動台19に載置され、送光器11及び受光器12がガイドレール14上を移動するとしてもよい。
その後の制御装置20を用いた各レーザ経路における濃度の算出方法や濃度分布の作成方法は、上述した実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第2実施形態に係る濃度分布測定装置1及び濃度分布測定方法について図面を参照して説明する。
図7は、本実施形態に係る濃度分布測定装置1の全体構成を示す概略図である。図7に示すように、濃度分布測定装置1は、レーザ光源を有しレーザ光を照射する送光器11と、可動台19上に載置され送光器11から照射されたレーザ光を反射する複数の反射ミラー13と、光検出部を有しレーザ光を受光する受光器12と、可動台19が移動可能に載置されるガイドレール14と、機器2の壁面に設置されるレーザビーム窓15とを有している。
レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式として、ランベルト・ベール(Lambert−Beer)の法則が知られている。
I(L)=I0exp(−kC0L) ……(1)
ここで、kは測定対象の吸光度に応じて設定される比例係数である。
I(L)=I0exp[−k(C1L1+C2L2+・・・+CnLn)] ……(3)
まず、図1に示すように、濃度測定領域SにN個の代表点を設定する。ここで、代表点の個数、位置については任意に設定することができる。本実施形態では、一例として、濃度測定領域Sを3行5列からなる15個のセルに等分し、各セルの中心に代表点P1〜P15を設定している。
このようにして設定されたレーザ経路の各々には、例えば、固有の識別情報が付され、識別情報によって特定が可能とされる。
第2記憶部32には、上記(3)式で表わされる濃度演算式、濃度測定領域Sにおける代表点の位置、濃度測定領域Sに設定された各レーザ経路とその距離情報など、濃度測定領域Sにおける濃度分布を得るために必要となる情報が格納されている。
例えば、図8に示した代表点P4、P5、P6を通過するレーザ経路であれば、このレーザ経路に対応する条件式は以下の(4)式で表わされる。
そして、このような条件式が各レーザ経路に対応して作成されることにより、レーザ経路の数に対応する条件式からなる連立方程式が作成される。
分布作成部36は、濃度算出部35によって算出された各代表点の濃度を補間することにより濃度測定領域Sの濃度分布を作成する。
まず、測定を行うレーザ経路に対応するように、ガイドレール14上にて反射ミラー13が載置された可動台19を移動させ、反射ミラー13の角度を調整する。そして、制御装置20によって送光器11が起動され、更に、レーザ光の出力が安定した後に、レーザ経路における測定が行われる。
具体的には、距離算出部33によって各レーザ経路上の代表点に対応する局所区間の距離が算出される。このとき、算出された各レーザ経路上における局所区間の距離をレーザ経路の識別情報と関連付けて第2記憶部32に格納する。
このようにして得られた濃度測定領域Sの濃度分布は、例えば、制御装置20と接続された表示装置(図示略)に表示されることによって、ユーザに提示される。あるいは、他の制御に用いられることとしてもよい。
図7ないし図12を用いて説明した濃度分布測定装置1は、送光器11及び受光器12が固定されており、反射ミラー13が可動台19に載置され、反射ミラー13がガイドレール14上を移動するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図13に示すように、送光器11及び受光器12が可動台19に載置され、送光器11及び受光器12がガイドレール14上を移動するとしてもよい。
次に、上述した本発明の第1実施形態又は第2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。
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。
例えば、上述した実施形態では、複数のレーザビーム窓15がほぼ同一面内に設置される場合について説明したが、複数のレーザビーム窓15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。
2 機器
3 第1壁部
4 第2壁部
5 パイプ
10 内部空間
11 送光器(送光手段)
12 受光器(受光手段)
13 反射ミラー(反射部)
14 ガイドレール(移動部)
15 レーザビーム窓(窓部)
16 フランジ
17 シール用光学ガラス
18 給気口
19 可動台(移動部)
20 制御装置(制御部、濃度算出部)
21 制御ケーブル
22 制御ケーブル
S 濃度測定領域
Claims (6)
- 測定対象が含まれるガスが存在する機器の外部に固定され、レーザ光を照射する送光部と、
前記機器の外部に固定され、前記送光部から照射されて前記機器の内部空間を伝搬したレーザ光を受光し、前記レーザ光の光強度を検出する受光部と、
前記送光部から照射された前記レーザ光を反射する反射部と、
前記機器の壁部に設けられ、前記機器の内部と外部とのガスの流通を遮断し、かつ、前記レーザ光が通過する複数の窓部と、
前記反射部が載置され、前記機器の外部において前記反射部を移動する移動部と、
前記機器の内部におけるレーザ経路に基づいて、前記複数の窓部から二つの前記窓部が選択され、一の前記窓部から他の前記窓部に向けて前記レーザ光が照射されて前記レーザ光が前記機器の前記内部空間を通過するように、前記移動部によって前記反射部を移動させる制御部と、
を備える濃度分布測定装置。 - 前記移動部は、載置された前記反射部の角度を調整する請求項1に記載の濃度分布測定装置。
- レーザ光を照射する送光部と、
前記送光部から照射されて、測定対象が含まれるガスが存在する機器の内部空間を伝搬したレーザ光を受光し、前記レーザ光の光強度を検出する受光部と、
前記機器の壁部に設けられ、前記機器の内部と外部とのガスの流通を遮断し、かつ、前記レーザ光が通過する複数の窓部と、
前記送光部又は前記受光部が載置され、前記送光部又は前記受光部を移動する移動部と、
前記機器の内部におけるレーザ経路に基づいて、前記複数の窓部から二つの前記窓部が選択され、一の前記窓部から他の前記窓部に向けて前記レーザ光が照射されて前記レーザ光が前記機器の前記内部空間を通過するように、前記移動部によって前記送光部又は前記受光部を移動させる制御部と、
を備える濃度分布測定装置。 - 前記移動部は、載置された前記送光部又は前記受光部の角度を調整する請求項3に記載の濃度分布測定装置。
- 前記レーザ光の照射強度、前記レーザ光の受光強度、前記内部空間のうち前記測定対象が存在する領域で前記レーザ光が通過する距離に基づいて、前記測定対象の濃度を算出する濃度算出部を更に備える請求項1から4のいずれか1項に記載の濃度分布測定装置。
- 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5のいずれか1項に記載の濃度分布測定装置と、
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。
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2012
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