JP3631899B2 - 煙道排ガス中のNOx分析装置 - Google Patents
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- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備等の煙道排ガスNOx分析装置の改良に関する。
【0002】
【従来技術】
発電設備等に用いられるボイラ、ガスタービン等の排ガスに含まれる窒素酸化物(NOxと言う)の計測には、従来より化学発光式の分析計が採用されているが、測定結果がリアルタイムに得られない、測定操作が繁雑であるなどの不具合があり、このような課題を解決できる新しい計測方法が望まれていた。
【0003】
一方、各種ガス濃度を検出する方法として、例えば、酸素センサや可燃性ガス検知器などの化学センサがある。化学センサは半導体型、起電力型、電気分解型などがあり、検出するガスに応じてセンサ材料が選定されるが、応答速度が早く、使用法も容易である特徴を有する。さらに、化学発光式以外のNO濃度の計測技術として、化学センサ式のNO濃度計があるが、NO濃度検出用のセンサは、半導体型、起電力型、電流検出型が知られている。いずれも、応答速度が早いことなどの特徴を有することから、測定結果を瞬時にかつ簡易に計測できる利点がある。
しかしながら、化学センサは共存ガスによりセンサのNO濃度指示値が影響されることがあるため、化学センサを実機のNO濃度計測に適用するためには、このような共存ガスの影響を回避する必要がある。さらに、このような化学センサはNO濃度を測定すること以外にNO2やアンモニア濃度を計測するために用いることが望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に対して、共存ガスによるNOxセンサのNO濃度指示値に対する影響を排除し、さらに、NOxセンサをNO2やアンモニア濃度を計測するためにも用いることができるようにした煙道排ガス中のNOx分析装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、煙道排ガス中のNOx分析装置であって、煙道中に配設した排ガスサンプリングプローブと、該排ガスサンプリングプローブからの排ガスサンプルを受ける二系列の測定ラインと、上記排ガスサンプリングプローブに出口が接続されたNOガス供給源と、一方の測定ラインに配設したアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設したNOxセンサと、他方の測定ラインに配設した脱硝触媒と、該脱硝触媒の下流に配設したNOxセンサと、上記二のNOxセンサからのセンサ出力を受けてNO及びNH3濃度を演算計測する演算器とを含むNO及びNH3を含有する煙道排ガス中のNOx分析装置である。この発明は後述する図3の実施の形態に対応している。
なお、本発明で用いられるNOxセンサとしては、化学センサ式のNO濃度計が好適である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明にかかる煙道排ガス中のNOx分析装置を説明する。
【0007】
図1は、NO及びNH3を含む排ガスのNO濃度及びNH3濃度をNOxセンサにより測定する実施の形態を示す。
この実施の形態は、NOxセンサのNOx濃度測定値が、ガス中のアンモニアにより正確な値を示さない場合に適用できる。この実施の形態が適用される排ガスはNO及びNH3を含む。さらに、この実施の形態では排ガスダクトからサンプリングプローブによりA及びB系列のラインを分岐する。NOガス供給源の出口はプローブに接続する。A系列ではNOxセンサ直前にアンモニア酸化触媒を設置する。B系列ではNOxセンサ直前に、脱硝触媒を設置する。A及びB系列の2つのNOxセンサ出力からNO及びNH3濃度を演算計測する。
【0008】
次に、図1の実施の形態にかかる煙道排ガス中のNOx分析装置によりNOxを分析する方法を説明する。
排ガスダクト301中にNOがa(ppm)、NH3がb(ppm)含まれるガスをサンプリングプローブ302で採取しA及びB系列へ分岐する。A系列にはアンモニア酸化触媒305を通過した後にNOxセンサ303を設置し、B系列では脱硝触媒306を通過した後にNOxセンサ304を設置する。
また、NOガス供給源307の出口はプローブ302に接続し、所定量c(ppm)のNO濃度が、排ガスとともにA及びB系列へ供給される。すなわち、NO供給源307からC(ppm)のNOを排ガスに供給すると、A及びB系列へは、NOがa+c(ppm)、NH3がb(ppm)のガスが供給される。
【0009】
A系列のセンサ303のNOx測定値をd(ppm)、B系列のセンサ304のNOx測定値をe(ppm)とする。
A系列に配置したアンモニア酸化触媒305では式(1)の反応が起こる。
2NH3+5/2O2=2NO+3H2O ・・・(1)
アンモニア酸化触媒305は、例えばAl2O3を担体としてPtを担持させた触媒が適用できる。なお、このような触媒に限定されるものではない。触媒反応温度は約800℃であるため、触媒305を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
B系列に配置した脱硝触媒306では式(2)の反応が起こる。
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O ・・・(2)
NH3及びO2は排ガス中に含まれる。
脱硝触媒は例えば、TiO2を担体としてV2O5を担持させた触媒が適用できる。なお、同等の触媒能を持つものであればこれに限定されない。触媒反応温度は約400℃であるため、触媒306を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
【0010】
A系列のNOxセンサ303には、排ガスのNH3を全てNOに酸化したガス組成、すなわちa+b+c(ppm)のNOガスが供給される。したがって、A系列のセンサ303のNOx測定値d(ppm)は、
d=a+b+c ・・・(3)
また、B系列のセンサ304には、脱硝反応(2)通過後の組成であるから、次のガス組成が供給される。
NO濃度はa+c−b
NH3濃度はb−a−c
【0011】
ここで、NOガス供給源307からの供給NO濃度c(ppm)を、系内のNH3濃度よりも過剰に供給すると、反応(2)の脱硝反応により、アンモニアは残存することなく、消費されるので、
NH3濃度:b−a−c=0
したがって、B系列のセンサ4のNOx測定値e(ppm)は次式で示される。
e= (a+c−b) ・・・ (4)
ここで、センサ303とセンサ304のNOx測定値、d(ppm)及びe(ppm)をもとに、次式でNH3及びNO濃度を求めることができる。
(5)及び(6)式の計算は、演算器8で行う。
本実施の形態によれば、NOxセンサのNOx濃度測定値が、ガス中のアンモニアの影響を受ける場合でも、NO及びNH3を含む排ガス中のNO濃度及びNH3濃度をNOxセンサにより測定できる。
【0012】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、共存ガスによるNOxセンサのNO濃度指示値に対する影響を排除し、さらに、NOxセンサをNO2やアンモニア濃度を計測するためにも用いることができるようにした煙道排ガス中のNOx分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる煙道排ガス中のNOx分析装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
301 ダクト
302 プローブ
303、304 NOxセンサ
308 演算器
305 アンモニア酸化触媒
306 脱硝触媒
307 NOガス供給源
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備等の煙道排ガスNOx分析装置の改良に関する。
【0002】
【従来技術】
発電設備等に用いられるボイラ、ガスタービン等の排ガスに含まれる窒素酸化物(NOxと言う)の計測には、従来より化学発光式の分析計が採用されているが、測定結果がリアルタイムに得られない、測定操作が繁雑であるなどの不具合があり、このような課題を解決できる新しい計測方法が望まれていた。
【0003】
一方、各種ガス濃度を検出する方法として、例えば、酸素センサや可燃性ガス検知器などの化学センサがある。化学センサは半導体型、起電力型、電気分解型などがあり、検出するガスに応じてセンサ材料が選定されるが、応答速度が早く、使用法も容易である特徴を有する。さらに、化学発光式以外のNO濃度の計測技術として、化学センサ式のNO濃度計があるが、NO濃度検出用のセンサは、半導体型、起電力型、電流検出型が知られている。いずれも、応答速度が早いことなどの特徴を有することから、測定結果を瞬時にかつ簡易に計測できる利点がある。
しかしながら、化学センサは共存ガスによりセンサのNO濃度指示値が影響されることがあるため、化学センサを実機のNO濃度計測に適用するためには、このような共存ガスの影響を回避する必要がある。さらに、このような化学センサはNO濃度を測定すること以外にNO2やアンモニア濃度を計測するために用いることが望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に対して、共存ガスによるNOxセンサのNO濃度指示値に対する影響を排除し、さらに、NOxセンサをNO2やアンモニア濃度を計測するためにも用いることができるようにした煙道排ガス中のNOx分析装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、煙道排ガス中のNOx分析装置であって、煙道中に配設した排ガスサンプリングプローブと、該排ガスサンプリングプローブからの排ガスサンプルを受ける二系列の測定ラインと、上記排ガスサンプリングプローブに出口が接続されたNOガス供給源と、一方の測定ラインに配設したアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設したNOxセンサと、他方の測定ラインに配設した脱硝触媒と、該脱硝触媒の下流に配設したNOxセンサと、上記二のNOxセンサからのセンサ出力を受けてNO及びNH3濃度を演算計測する演算器とを含むNO及びNH3を含有する煙道排ガス中のNOx分析装置である。この発明は後述する図3の実施の形態に対応している。
なお、本発明で用いられるNOxセンサとしては、化学センサ式のNO濃度計が好適である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明にかかる煙道排ガス中のNOx分析装置を説明する。
【0007】
図1は、NO及びNH3を含む排ガスのNO濃度及びNH3濃度をNOxセンサにより測定する実施の形態を示す。
この実施の形態は、NOxセンサのNOx濃度測定値が、ガス中のアンモニアにより正確な値を示さない場合に適用できる。この実施の形態が適用される排ガスはNO及びNH3を含む。さらに、この実施の形態では排ガスダクトからサンプリングプローブによりA及びB系列のラインを分岐する。NOガス供給源の出口はプローブに接続する。A系列ではNOxセンサ直前にアンモニア酸化触媒を設置する。B系列ではNOxセンサ直前に、脱硝触媒を設置する。A及びB系列の2つのNOxセンサ出力からNO及びNH3濃度を演算計測する。
【0008】
次に、図1の実施の形態にかかる煙道排ガス中のNOx分析装置によりNOxを分析する方法を説明する。
排ガスダクト301中にNOがa(ppm)、NH3がb(ppm)含まれるガスをサンプリングプローブ302で採取しA及びB系列へ分岐する。A系列にはアンモニア酸化触媒305を通過した後にNOxセンサ303を設置し、B系列では脱硝触媒306を通過した後にNOxセンサ304を設置する。
また、NOガス供給源307の出口はプローブ302に接続し、所定量c(ppm)のNO濃度が、排ガスとともにA及びB系列へ供給される。すなわち、NO供給源307からC(ppm)のNOを排ガスに供給すると、A及びB系列へは、NOがa+c(ppm)、NH3がb(ppm)のガスが供給される。
【0009】
A系列のセンサ303のNOx測定値をd(ppm)、B系列のセンサ304のNOx測定値をe(ppm)とする。
A系列に配置したアンモニア酸化触媒305では式(1)の反応が起こる。
2NH3+5/2O2=2NO+3H2O ・・・(1)
アンモニア酸化触媒305は、例えばAl2O3を担体としてPtを担持させた触媒が適用できる。なお、このような触媒に限定されるものではない。触媒反応温度は約800℃であるため、触媒305を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
B系列に配置した脱硝触媒306では式(2)の反応が起こる。
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O ・・・(2)
NH3及びO2は排ガス中に含まれる。
脱硝触媒は例えば、TiO2を担体としてV2O5を担持させた触媒が適用できる。なお、同等の触媒能を持つものであればこれに限定されない。触媒反応温度は約400℃であるため、触媒306を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
【0010】
A系列のNOxセンサ303には、排ガスのNH3を全てNOに酸化したガス組成、すなわちa+b+c(ppm)のNOガスが供給される。したがって、A系列のセンサ303のNOx測定値d(ppm)は、
d=a+b+c ・・・(3)
また、B系列のセンサ304には、脱硝反応(2)通過後の組成であるから、次のガス組成が供給される。
NO濃度はa+c−b
NH3濃度はb−a−c
【0011】
ここで、NOガス供給源307からの供給NO濃度c(ppm)を、系内のNH3濃度よりも過剰に供給すると、反応(2)の脱硝反応により、アンモニアは残存することなく、消費されるので、
NH3濃度:b−a−c=0
したがって、B系列のセンサ4のNOx測定値e(ppm)は次式で示される。
e= (a+c−b) ・・・ (4)
ここで、センサ303とセンサ304のNOx測定値、d(ppm)及びe(ppm)をもとに、次式でNH3及びNO濃度を求めることができる。
(5)及び(6)式の計算は、演算器8で行う。
本実施の形態によれば、NOxセンサのNOx濃度測定値が、ガス中のアンモニアの影響を受ける場合でも、NO及びNH3を含む排ガス中のNO濃度及びNH3濃度をNOxセンサにより測定できる。
【0012】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、共存ガスによるNOxセンサのNO濃度指示値に対する影響を排除し、さらに、NOxセンサをNO2やアンモニア濃度を計測するためにも用いることができるようにした煙道排ガス中のNOx分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる煙道排ガス中のNOx分析装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
301 ダクト
302 プローブ
303、304 NOxセンサ
308 演算器
305 アンモニア酸化触媒
306 脱硝触媒
307 NOガス供給源
Claims (1)
- 煙道中に配設した排ガスサンプリングプローブと、該排ガスサンプリングプローブからの排ガスサンプルを受ける二系列の測定ラインと、上記排ガスサンプリングプローブに出口が接続されたNOガス供給源と、一方の測定ラインに配設したアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設したNOxセンサと、他方の測定ラインに配設した脱硝触媒と、該脱硝触媒の下流に配設したNOxセンサと、上記二のNOxセンサからのセンサ出力を受けてNO及びNH3濃度を演算計測する演算器とを含むNO及びNH3を含有する煙道排ガス中のNOx分析装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11802698A JP3631899B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 煙道排ガス中のNOx分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11802698A JP3631899B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 煙道排ガス中のNOx分析装置 |
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JP2003363963A Division JP2004085581A (ja) | 2003-10-24 | 2003-10-24 | 煙道排ガス中のNOx分析装置 |
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JPH11311613A JPH11311613A (ja) | 1999-11-09 |
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Family Applications (1)
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JP11802698A Expired - Fee Related JP3631899B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 煙道排ガス中のNOx分析装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160064422A (ko) * | 2014-11-28 | 2016-06-08 | 현대중공업 주식회사 | Scr 시스템의 환원제 공급량 제어장치 |
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US20090065370A1 (en) * | 2004-12-28 | 2009-03-12 | Nair Balakrishnan G | Ammonia gas sensor method and device |
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-
1998
- 1998-04-28 JP JP11802698A patent/JP3631899B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20160064422A (ko) * | 2014-11-28 | 2016-06-08 | 현대중공업 주식회사 | Scr 시스템의 환원제 공급량 제어장치 |
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JPH11311613A (ja) | 1999-11-09 |
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A521 | Written amendment |
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