JP2021025882A - 炉を制御するための方法、およびこの方法を行うための分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内のガス濃度を迅速に把握し、炉内の状態に応じた量の燃料および／または酸素を投入することができ、装置のメンテナンスの負荷を低減することができる方法を提供する。【解決手段】炉の煙道排ガス中に含まれる成分を分析する方法は、煙道１０から煙道排ガスの一部を採取するサンプリング工程と、遠心力式集塵装置３０によりサンプリング工程において採取された煙道排ガス中の粉塵を分離して分析用ガスとする粉塵除去工程と、ガスセル４０へ導入された分析用ガス中の成分を測定して、分析用ガス中の一酸化炭素濃度を求める測定工程と、エジェクター５０により分析用ガスを吸引させる分析ガス導出工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、炉、特に焼却炉または金属を溶融させるための溶解炉を制御するための、炉内で発生するガスの測定方法、該測定方法による測定結果に基づく制御方法、および測定装置に関する。

金属やゴミ等は、燃料及び酸化剤が導入された炉内で溶融または焼却される。
溶融炉において燃料及び酸素を導入して金属を溶融する工程で、石炭等の炭素を含有する添加物を添加する方法が知られている。添加物を添加すると、炉内における一酸化炭素の発生量が増加し、これに伴い排ガスの温度が上昇する。これは一酸化炭素が排ガスとして排出される際に、大気等と混合されて燃焼するためである。しかし、一酸化炭素は炉内で燃料として利用することが可能である。
そこで、排気ガス温度を測定することにより炉内の一酸化炭素発生量増加を検知し、炉内に導入される燃料や酸化剤の量を最適化する方法が提案されている（特許文献１）。
また、排ガス中の一酸化炭素および／または二酸化炭素量を測定する方法として、レーザー光学式分析計を用いる分析方法も提案されている（特許文献２）。

特表２０１２−５００９５９号公報 米国特許出願公開第２００６／０２０２１２３号明細書

ところで、金属やゴミ等を炉に投入する際に、石炭等の有機物を添加しない工程であっても、急激に一酸化炭素等の可燃性ガスが発生する場合がある。プラスチック等の投入量が増えたり、有機物が付着した溶融物や焼却物が投入されたりすると、これらが炉内で高温となった時に揮発するためである。
しかし、あらかじめ石炭の投入のタイミング、投入量が分かっている工程と異なり、金属等に付着する有機物の量は変動するため、一酸化炭素の発生時間や発生量も変動する。

したがって、排ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素等の含有量をモニターし、その測定結果を燃料や酸素の投入量の制御に反映させることが望ましい。
そこで、特許文献２に開示されるように、炉の煙道を流れる排ガスの一部を採取し、レーザー光学式分析計により一酸化炭素、二酸化炭素等の量を測定することが考えられる。この方法では、排ガス流路から細管を通じて採取された分析用ガスを、レーザー光学式分析計のガスセルに導入する。分析用ガスは多量の粉塵を含むため、ガスセルへの導入前にフィルターにより粉塵が除去される。

この方法では、ガスがガスセルに到達するまでに時間がかかることから、一酸化炭素の発生と、その検出との間にタイムラグが生じるという問題点がある。また、ポンプやフィルターのメンテナンスを行うには、装置全体を停止させたり、バイパスラインに切り替える必要があり、ダウンタイムや多大なメンテナンス作業が発生する問題があった。

タイムラグを短縮するために、ガスセルの後段に配置されるポンプにより真空度を上げて、分析用ガスの流速を早くすることも考えられる。
しかし分析用ガスの圧力が低くなると、分析用ガス流路にリークポイントがある場合に外気取り込み量が増加し、測定結果が不正確になるという問題がある。また、分析用ガスの流速が上昇すると、分析用ガスが高温のまま分析用ガス流路を通過することから、分析用ガス流路に熱収縮を生じさせ、リークはより発生しやすくなってしまう。

分析用ガスの流速を増加させると、粉塵等の吸い込み量が増加し、粉塵によるフィルターの目詰まりが頻発する。このため、フィルター交換や配管洗浄、ガスを用いたパージ等のメンテナンスの頻度が高くなるという問題がある。
分析用ガスの流速を増加させると、分析用ガスが高温のままフィルターに到達し、フィルターにダメージを与えるという問題もある。
しかし分析用ガスの温度を低下させることは、分析用ガス中の水分が結露する要因となることから、好ましくない。結露水がフィルターに付着し、そこに粉塵が付着することでフィルターの目詰まりがさらに頻発するためである。 結露水の発生を抑制するため、配管を加熱したり、水分除去工程を設けることも考えられるが、装置及び工程が複雑化する。

以上の背景により、従来の方法では、温度やガス濃度を測定しても、燃料の導入量を減少させるタイミング（または酸素の導入量を増加させるタイミング）に遅れやフィルターの閉塞等による測定結果の経時変化が生じる。このため炉内の燃料や酸素の濃度を最適値に調整し、エネルギー効率を十分に向上させることができなかった。

そこで、炉内のガス濃度を迅速に把握し、炉内の状態に応じた量の燃料および／または酸素を投入することができ、装置のメンテナンスの負荷を低減することができる方法の開発が望まれていた。

上記課題を解決するための本発明に係る分析方法は、
炉の煙道排ガス中に含まれる成分を分析する方法であって、
煙道から前記煙道排ガスの一部を採取するサンプリング工程と、
遠心力式集塵装置により前記サンプリング工程において採取された前記煙道排ガス中の粉塵を分離して分析用ガスとする粉塵除去工程と、
前記分析用ガス中の成分を測定して、前記分析用ガス中の一酸化炭素濃度を求める測定工程と、
エジェクターにより前記分析用ガスを吸引させる分析ガス導出工程と、を含む。

上記の分析方法において、サンプリング工程において採取される前記煙道排ガスの流量は１００Ｌ／ｍｉｎ以上かつ、流速０．１ｍ／ｓ以上としてもよい。

本発明に係る炉の制御方法は、上記の分析方法により得られた分析結果に基づいて、前記炉に導入される燃料および／または酸化剤の流量を調整する方法である。

上記の制御方法では、測定工程において求められる一酸化炭素濃度が増加した場合に、前記炉に導入される前記燃料の流量を減少させる制御を実施してもよい。

上記の制御方法では、測定工程において取得される一酸化炭素濃度が増加した場合に、前記炉に導入される前記酸化剤の流量を増加させる制御を実施することもできる。

本発明に係る分析システムは、
炉の煙道排ガス中に含まれる成分を分析するための分析システムであって、
煙道中を流通する前記煙道排ガスの一部を採取するためのガス吸気口を有するプローブと、
前記プローブ内に採取されたサンプルガス中の粉塵を分離して分析用ガスとする遠心力式集塵機と、
前記分析用ガス中の成分を測定して、前記分析用ガス中の一酸化炭素濃度を求めるための測定装置と、
前記測定装置から前記分析用ガスを吸引するエジェクターとを有する。

上記の分析システムのプローブは、
前記ガス吸気口が、煙道上流部において、前記炉の内部で発生したガスと、前記分析装置の周辺の空気とが混合され燃焼する位置（以下、燃焼位置）の前段側であって、前記煙道の中央部分に配置されていてもよい。プローブは、水冷式プローブとしてもよい。

上記の分析システムのガス吸気口の開口部直径は３ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることができる。

上記の分析システムの遠心力式集塵機は、複数の分離容器が並列に配置されるガス導入室を有してもよい。

前記分析システムにおける測定装置は、一酸化炭素および二酸化炭素のうち少なくとも１つの化学種の含有量を測定する波長可変半導体レーザー装置であってもよい。

前記分析システムにおけるエジェクターは、
駆動流体の流れを利用して前記分析用ガスを吸引するエジェクターであって、
前記駆動流体は不活性ガスであり、
前記エジェクターの内部に設けられた噴射口から噴射される前記駆動流体の流量は、前記分析用ガスの流量の０．０１倍以上１倍以下であってもよい。

本発明に係る炉は、
上記の分析システムを有し、
前記分析装置において求められた一酸化炭素の濃度に基づいて、前記炉に導入する燃料および／または酸化剤の流量を制御する炉である。

上記の炉は、以下の金属元素のうち１種以上を有する材料を溶融する電炉であってもよい
ａ） 鉄、
ｂ） アルミニウム、
ｃ） マンガン、
ｄ） スズ、
ｅ） 亜鉛、
ｆ） 鉛、および
ｇ） 銅。

上記の分析装置を用いる分析方法によれば、遠心力式集塵装置により粉塵を分析用ガスから分離することが可能となるため、粉塵除去用のフィルターを分析用ガスラインに配置する必要がない。
また、エジェクターにより多量のガスを低真空で吸引することが可能となるため、採取された煙道排ガスが分析用ガスとして測定工程において分析されるまでのタイムラグを少なくすることができる。ここで、低真空とは−３ｋＰａ以上大気圧未満の圧力をいう。
本発明の分析方法によれば、ガスの流路内外の圧力差が少なく、ガスセルに導入される分析用ガスの量が多いことから、ガスの流路にリークがあった場合でも、分析値に与える影響を少なくすることができる。
したがって、炉内での炭素含有ガスが発生した後、短時間でそのガスの発生を検出し、濃度を高い精度で測定することが可能となる。

上記の分析装置を備える炉では、想定結果に基づいて適切なタイミングで、最適量の燃料および／または酸化剤を炉に投入することができるため、エネルギー効率を高めることが可能となる。

本発明に係る分析システムの構成例を示す図である。

本発明に係る分析方法は、炉、特に焼却炉や金属を溶融させるための溶融炉の煙道排ガス中に含まれる成分を分析する方法である。

焼却炉では、燃料と酸化剤が導入されて、紙類やプラスチック類などの可燃ごみが焼却される。ここで有機物等の投入量が増加すると、炉内のガス中の炭素含有成分が増加する。有機物等が炉内で高温となることにより炭素含有成分が揮発するためである。一酸化炭素、炭化水素およびこれらの混合物である炭素含有成分は、燃料として利用することができ、その分炉内に投入される燃料の量を減少させることが可能となる。

溶融炉では、燃料と酸化剤が導入されて、金属が溶融される。ここで金属に油分やラベル、塗料といった有機物が付着していると、炉内で高温となった際に揮発して、炉内のガス中の炭素含有成分が増加する。この場合にも、焼却炉の場合と同様に炉内に投入される燃料の量を減少させることが可能となる。

焼却炉、溶融炉のいずれの場合であっても、燃料として利用できる炭素含有成分が増加した場合に、炉内に投入される燃料の量は維持して、炉内に投入される酸化剤の量を増加させることも可能である。
このように炉内に投入する燃料および／または酸化剤の量は、炉内における炭素含有成分の濃度変化に応じて制御されることが好ましい。

そこで、本発明の分析方法は、煙道から前記煙道排ガスの一部を採取するサンプリング工程と、遠心力式集塵装置により前記サンプリング工程において採取されたサンプルガス中の粉塵を分離して分析用ガスとする粉塵除去工程と、前記分析用ガス中の成分を測定して、前記分析用ガス中の一酸化炭素濃度を求める測定工程と、エジェクターにより前記分析用ガスを吸引させる分析ガス導出工程とを有する。以下にその詳細を説明する。

（サンプリング工程）
サンプリング工程では、炉の煙道中を流通する排ガスの一部をプローブから採取する。
図１に示すように、煙道１０の最上流に位置する入口部１１は、炉（不図示）の排ガス出口１２に近接して設けられるが、排ガス出口１２との間には隙間１３がある。隙間１３から煙道１０内部に向けて大気が流入して、排ガスと混合されて燃焼することにより、煙道１０の上流部１４に炎（図１に斜線で示す部分である）が形成される。この炎の位置を燃焼位置１５とする。燃焼位置１５の前段側であって、煙道１０の中央部分に、煙道排ガスの一部を採取するためのプローブ２１のガス吸気口２２が配置される。

煙道排ガス中に含まれる主成分は一酸化炭素と二酸化炭素である。燃焼位置１５において、煙道排ガス中に含まれる可燃性の炭素含有成分（たとえば一酸化炭素である）は大気中の酸素と混合されて燃焼する。したがって、燃焼位置１５の後段側では一酸化炭素の濃度は炉内よりも低下している。よって、炉内の一酸化炭素の濃度を正確に測定するためには、燃焼位置１５の前段で煙道排ガスを採取する必要がある。
煙道排ガスの温度は、１０００℃から１６００℃程度と高温であるため、プローブ２１（一般的に金属製である）を保護するために流体により冷却する構成としてもよい。たとえば、水で冷却する水冷式プローブを使用することができる。
煙道排ガスを採取する際の流速および流量は、ガス吸気口２２の開口部直径や、エジェクター５０の吸引能力により定められるが、流速は０．１ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ以下としてもよく、２ｍ／ｓ以上１３ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。流量は１００Ｌ／ｍｉｎ以上２０００Ｌ／ｍｉｎ以下としてもよく、６５０Ｌ／ｍｉｎ以上１０００Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。

流速は早い方が、分析の応答性が高まり好ましい。たとえば、煙道排ガスがプローブ２１に吸引されてから、測定を行う分析セル４０から排出されるまでの時間は３〜５秒程度と短くなるように流速を調整することが好ましい。
しかしガス吸気口２２の開口部直径を小さくして流速を高めようとすると、ガス吸気口２２およびプローブ２１が粉塵等の影響により閉塞するという問題が生じる。また、エジェクター５０の吸引能力を高めて流速を高めようとすると、エジェクター５０の駆動流体の消費量が多量となり、経済的ではない。

そこで、ガス吸気口２２の開口部直径とエジェクター５０の吸引能力の最適な範囲を検討したところ、開口部直径は３ｍｍ以上１００ｍｍ以下としてもよく、好ましくは１０ｍｍ以上７５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
また、エジェクター５０の駆動流体の流量は、後述する分析用ガスの流量の０．０１倍以上１倍以下とすることができる。
上記に述べたようにプローブ２１に採取された煙道排ガスは、遠心力式集塵装置３０へと送られる。

なお、プローブ２１と、プローブ２１から遠心力式集塵装置３０までの間の配管は結露の発生を抑制するため、ガスセル４０を加熱することも考えられる。結露が発生すると、結露水に粉塵が付着して配管が閉塞しやすくなるためである。しかし、本発明においては分析用ガスの流速が十分に早く、遠心力式集塵装置３０に到達するまで煙道排ガスの温度が高温に維持されることから、加熱を行わなくてもよい。したがって、プローブ２１と、プローブ２１から遠心力式集塵装置３０までの間の配管には加熱機構を設けなくてもよい。

（粉塵除去工程）
粉塵除去工程は、サンプリング工程で採取された煙道排ガス中の粉塵を、遠心力式集塵装置３０により分離して除去する工程である。
炉内で生じたスス等の粉塵を含有する煙道排ガスは、プローブ２１からガス流入口３１を経由して遠心力式集塵装置３０の分離容器３２に導入される。分離容器３２は垂直に立てた円筒または円錐形の容器である。煙道排ガスは分離容器３２に接戦方向に流入して旋回速度成分を発生させる。ガス成分よりも粉塵の密度が大きいため、粉塵は旋回によって発生する遠心力によって分離容器３２の壁面方向に運ばれ、その後粉塵容器３３に集められる。一方、粉塵を除去されたガスは、分析用ガスとして中心部の内管３４からガスセル４０へと送られる。
粉塵容器３３に集められた粉塵は、必要に応じて廃棄される。分離容器３２と粉塵容器３３の間にはバルブが設けられ、バルブを閉弁した後に粉塵容器３３から粉塵を取り出してもよい。

なお、遠心力式集塵装置は分離容器を１つ有する単筒式であってもよいが、複数の分離容器を並列に配置したガス導入室を有する構成としてもよい。複数の分離容器を配置する方式では、単一の分離容器よりも集塵効果を高めることが可能となる。したがって、粉塵の量が多い場合には複数の分離容器を有する構成としてもよい。

（測定工程）
測定工程は、ガスセル４０へ導入された分析用ガス中の成分を測定して、分析用ガス中の一酸化炭素の濃度を測定する工程である。濃度を測定する成分は、炉内特に限定されず、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、および酸素からなる群より選択される１種以上の成分であってもよい。一酸化炭素の濃度を直接測定してもよいが、間接的に測定することもできる。たとえば、煙道排ガスの主成分は二酸化炭素と一酸化炭素であることから、二酸化炭素の濃度を測定して、全体から差し引くことにより一酸化炭素の濃度を求めることもできる。煙道排ガス中に含まれる一酸化炭素・二酸化炭素以外のガス（たとえば水分や、燃料由来のメタン等の炭化水素成分である）も含めて測定した後に、一酸化炭素の濃度を算出してもよい。
測定方法は、前記の成分を測定することができる方法であれば特に限定されず、例えば波長可変半導体レーザー装置であってもよい。

図１は、円柱状のガスセル４０の一方の端部（４１または４２）にレーザー光源が配置され、他方の端部（４２または４１）に受信部が配置される。ガスセル４０の入口４３から導入された分析用ガスは、出口４４からエジェクター５０へと吸引される。
ガスセル４０の長さおよび太さは使用する分析装置や要求される測定の感度等に応じて任意に定めることができ、例えば長さは０．７ｍ以上５ｍ以下、好ましくは１ｍ以上２．５ｍ以下とすることができる。太さは例えば直径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上８０ｍｍ以下とすることができる。

ガスセル４０内での結露の発生を抑制するため、ガスセル４０を加熱することも可能である。しかし、本発明においては分析用ガスの流速が十分に早く、ガスセル４０を通過するまで分析用ガスの温度が高温に維持されることから、加熱を行わなくてもよい。ガスセル４０から導出される分析用ガスの温度が８０℃以上である場合には、加熱しなくてもよい。

（分析ガス導出工程）
分析ガス導出工程は、エジェクター５０により分析用ガスを吸引させる工程である。分析用ガスを分析装置のガスセル４０内に導入する方法においては、ガスセル４０内の分析用ガスを吸引する。エジェクター５０は、内部に空間が形成されたケース５１と、噴射口５２から駆動流体をケース５１内に噴出するノズル５３と、ガスセル４０の出口４４に接続される吸引口５４と、を備える。被駆動流体である分析用ガスは、吸引口５４からケース５１内に導入され、噴射口５２から噴射される駆動流体により吸引される。
駆動流体と分析用ガスは、エジェクター５０の排出口５５から導出され、煙道１０の後段に合流される。

駆動流体として使用する不活性ガスは、分析用ガスに対して不活性なガスであればよく、例えば酸素濃度３％以下のガスであってもよく、例えば窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガスまたはこれらの混合ガスであってもよい。
駆動流体の流量は、分析用ガスの流量や噴射口５２の開口面積等に応じて定めることができ、例えば分析用ガスの０．０１倍以上１倍以下、好ましくは０．０５倍以上０．５倍以下とすることができる。

以上に述べた分析方法を使用した場合に、炉内で発生したガスが測定装置のガスセル４０に到達するまでの時間を算出した具体例を表１に示す。

本発明に係る分析システムを使用せず、煙道に挿入したプローブから排ガスを吸引し、フィルターにより粉塵を除去した後にガス中の成分を分析し、分析後のガスは真空ポンプにより排出される従来方法では、プローブを経由する排ガスの流量は約１０Ｌ／ｍｉｎであり、プローブのガス吸気口の開口部直径は約２５ｍｍである。ポンプの性能等により、流量・流速の増加は困難である。このような従来の分析方法では、測定のタイムラグが大きくなる。
また、従来の方法では真空ポンプを使用してガスセル内の圧力が−７０ｋＰａ程度の高真空であるのに対し、本発明に係る分析システムによれば、真空ポンプを使用せず、ガスセル４０内の圧力は−３ｋＰａ未満の低真空とすることができた。

（炉の制御方法）
次に、上記の分析方法により得られた分析結果に基づいて、燃料および／または酸化剤の流量を調整する、炉の制御方法について述べる。

炉には、焼却物または溶解物の投入状況に応じて、燃料および酸化剤が投入される。燃料は炭化水素などの有機化合物であり、例えばオイル等の液体燃料や、天然ガス等の気体燃料であってもよい。酸化剤は酸素ガスであってもよく、酸素ガスを２０％以上含む混合ガスであってもよい。

上記の測定工程において求められる一酸化炭素濃度が増加した場合に、（１）炉に導入される燃料の流量を減少させる、（２）炉に導入される酸化剤の流量を増加させる、または（１）および（２）の両方を実施することができる。
分析用ガス中の一酸化炭素の濃度上昇は、炉内における一酸化炭素の発生量増加を示す。一酸化炭素は燃料として炉内で作用することから、その分に相当する燃料の導入を減少させれば最適な燃料の導入量で炉を運転することが可能になるのである。
導入する燃料の流量を一定とする場合には、一酸化炭素の濃度の増加に伴い、酸化剤の導入量を増加させれば、一酸化炭素を未燃焼のまま炉外へ排出することなく、燃料として有効に使用することが可能となる。

定常状態においては、炉内に導入される燃料の量はあらかじめ定められている。一酸化炭素の濃度が増加した場合には、その増加量に相当する熱量に応じて、炉内に導入される燃料の量を減少させるように制御する。
一酸化炭素増加量に相当する熱量は、一酸化炭素の濃度に、炉の空間容積と一酸化炭素の単位体積あたりの熱量を乗じて求めることができる。ここで、炉の空間容積とは、炉の容積から、炉内の被焼却物／被溶解物の体積を差し引いた体積をいう。
この熱量と、炉内に導入される燃料の減少量に相当する熱量が同等となるように制御すれば、炉内で発生する一酸化炭素を有効に使用することが可能となる。炉内に導入する燃料の単位体積あたりの熱量は既知であることから、炉内に導入する燃料の減少量は、一酸化炭素が燃焼範囲にある条件下において、下記式（１）にしたがって変化させることができる。ここで、一酸化炭素の燃焼範囲とは、空気中にあっては一酸化炭素濃度１２．５％以上７４％以下であり、純酸素中にあっては１５．５％以上９４％以下である。空気と純酸素の混合雰囲気の場合、一酸化炭素の燃焼範囲は前述の２つの範囲の中間の値となり、例えば酸素濃度が４０％である場合の燃焼範囲は１３％以上８０％以下となる。なお、一酸化炭素が燃焼範囲外にある場合には燃料の導入量は変化させない制御とする。
（燃料の減少量）＝（一酸化炭素濃度）×（炉の空間容積）×（一酸化炭素の単位体積当たりの熱量）×（第一係数）÷（排ガス量の炉内空間容積に対する置換時間）÷（燃料の単位体積当たりの熱量） ・・・・（１）
ここで、第一係数は、一酸化炭素の燃焼効率に応じて変化する値である。一酸化炭素濃度が１２．５％以上７４％以下（空気中）または１５．５％以上９４％以下（純酸素中）で、且つ低い値の場合には第一係数は０．０３に近づき、一酸化炭素濃度が高い場合には０．０３より小さい値とすることができる。たとえば、空気中で燃焼させる場合において、一酸化炭素濃度が０％以上１２．５％未満または７４％を超える場合には第一係数を０とし、１２．５％以上７４％以下の場合には、第一係数を０以上０．０３以下とすることができる。また、純酸素中で燃焼させる場合において、一酸化炭素濃度が０％以上１５．５％未満または９４％を超える場合には第一係数を０とし、１５．５％以上９４％以下の場合には、第一係数を０以上０．０３以下とすることができる。また、二酸化炭素と一酸化炭素の両方の濃度を測定する場合には、二酸化炭素と一酸化炭素の濃度比を第一係数に反映してもよい。
またここで、排ガス量の炉内空間容積に対する置換時間とは、炉内の空間容積を、集塵機等の排ガス吸引能力から外気流入量を減じた量で、除した時間をいう。
上記式（１）にしたがって一酸化炭素の濃度から燃料（表２の例では天然ガス１３Aを使用した）の減少量を求めた例を表２に示す。

同様に、炉内へ導入される酸化剤の増加量は下記式（２）にしたがって変化させてもよい。なお、一酸化炭素が燃焼範囲の下限値未満にある場合には酸素の導入量は変化させない制御とする。
（酸化剤の増加量）＝（一酸化炭素濃度）×（炉の空間容積）÷（排ガス量の炉内空間容積に対する置換時間）×（一酸化炭素に対する酸化剤の量論比） ・・・・（２）
ここで、第二係数は、一酸化炭素の燃焼効率に応じて変化する値である。一酸化炭素濃度が１２．５%以上（空気中）または１５．５％以上（純酸素中）で、且つ低い濃度値の場合には第二係数は０．０３に近づき、一酸化炭素濃度が高い濃度値の場合には０．０３より小さい値とすることができる。一方、一酸化炭素濃度が１２．５%未満（空気中）または１５．５％未満（純酸素中）の燃焼範囲の下限値未満にある場合には、第二係数を０とする。 また反対に一酸化炭素濃度が７４％超（空気中）、または９４％超（純酸素中）の燃焼範囲の上限を超える場合には、第二係数を一旦０．０３程度まで増やし、一酸化炭素が燃焼可能な濃度範囲に入る様に酸化剤を増量させる制御としてもよい。
またここで、一酸化炭素に対する酸化剤の量論比とは、一酸化炭素の燃焼反応式における酸化剤の係数を、一酸化炭素の係数で除した値である。
上記式（２）にしたがって一酸化炭素の濃度から酸化剤の増加量を求めた例を表３に示す。なお、酸化剤として表３の例では酸素ガスを使用している。一酸化炭素と酸素は、２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２の式にしたがって燃焼するため、酸素を使用する場合の一酸化炭素に対する酸化剤（酸素）の量論比は１／２となる。

上記の燃料又は酸素の流量調整条件として、炉内空間の温度が少なくとも６０５℃以上、好ましくは８５０℃以上であり、排ガス吸引による炉内空間の置換(滞留)時間は、少なくとも1秒以上、好ましくは2秒以上の場合に適用することができる。

１０．煙道
１１．入口部
１２．排ガス出口
１３．隙間
１４．（煙道の）上流部
１５．燃焼位置
２１．プローブ
２２．ガス吸気口
３０．遠心力式集塵装置
３１．ガス流入口
３２．分離容器
３３．粉塵容器
３４．内管
４０．分析セル
４３．（ガスセルの）入口
４４．（ガスセルの）出口
５０．エジェクター
５１．（エジェクターの）ケース
５２．噴射口
５３．ノズル
５４．（エジェクターの）排出口

Claims (13)

1. 炉の煙道排ガス中に含まれる成分を分析する方法であって、
   煙道から前記煙道排ガスの一部を採取するサンプリング工程と、
   遠心力式集塵装置により前記サンプリング工程において採取された前記煙道排ガス中の粉塵を分離して分析用ガスとする粉塵除去工程と、
   前記分析用ガス中の成分を測定して、前記分析用ガス中の一酸化炭素濃度を求める測定工程と、
   エジェクターにより前記分析用ガスを吸引させる分析ガス導出工程と、を含む、分析方法。
2. 前記サンプリング工程において採取される前記煙道排ガスの流量は１００Ｌ／ｍｉｎ以上かつ、流速０．１ｍ／ｓ以上である、請求項１に記載の分析方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の分析方法により得られた分析結果に基づいて、前記炉に導入される燃料および／または酸化剤の流量を調整する、前記炉の制御方法。
4. 前記測定工程において求められる一酸化炭素濃度が増加した場合に、前記炉に導入される前記燃料の流量を減少させる、請求項３に記載の制御方法。
5. 前記測定工程において求められる一酸化炭素濃度が増加した場合に、前記炉に導入される前記酸化剤の流量を増加させる、請求項３に記載の制御方法。
6. 炉の煙道排ガス中に含まれる成分を分析するための分析システムであって、
   煙道中を流通する前記煙道排ガスの一部を採取するためのガス吸気口を有するプローブと、
   前記プローブ内に採取されたサンプルガス中の粉塵を分離して分析用ガスとする遠心力式集塵機と、
   前記分析用ガス中の成分を測定して、前記分析用ガス中の一酸化炭素濃度を求めるための測定装置と、
   前記測定装置から前記分析用ガスを吸引するエジェクターと、を有する、分析システム。
7. 前記プローブは、
   前記ガス吸気口が、煙道上流部において、前記炉の内部で発生したガスと、前記分析装置の周辺の空気とが混合され燃焼する位置（以下、燃焼位置）の前段側であって、前記煙道の中央部分に配置される、水冷式プローブである、請求項６に記載の分析システム。
8. 前記ガス吸気口の開口部直径は３ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項６または請求項７に記載の分析システム。
9. 前記遠心力式集塵機は、複数の分離容器が並列に配置されるガス導入室を有する、請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の分析システム。
10. 前記測定装置は、一酸化炭素および二酸化炭素のうち少なくとも１つの化学種の含有量を測定する波長可変半導体レーザー装置である、請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載の分析システム。
11. 前記エジェクターは、
    駆動流体の流れを利用して前記分析用ガスを吸引するエジェクターであって、
    前記駆動流体は不活性ガスであり、
    前記エジェクターの内部に設けられた噴射口から噴射される前記駆動流体の流量は、前記分析用ガスの流量の０．０１倍以上１倍以下である、
    請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載の分析システム。
12. 請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載の分析システムを有し、
    前記分析装置においてにおいて求められた一酸化炭素の濃度に基づいて、前記炉に導入する燃料および／または酸化剤の流量を制御する、炉。
13. 前記炉は、以下の金属元素のうち１種以上を有する材料を溶融する電炉である、請求項１２に記載の炉
    ａ） 鉄、
    ｂ） アルミニウム、
    ｃ） マンガン、
    ｄ） スズ、
    ｅ） 亜鉛、
    ｆ） 鉛および
    ｇ） 銅。

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