JP4164972B2 - Ｓｏ３濃度計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測するＳＯ3 濃度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラやゴミ焼却器等の燃焼設備から排出される排ガスには硫黄酸化物等の有害な成分が含まれているので、排煙処理装置等で除去することが必要である。また、燃焼設備や排煙処理装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物等の濃度の測定も必要である。
【０００３】
ここで、排ガス中の硫黄酸化物にはＳＯ2 とＳＯ3 とがあるが、通常の排煙処理装置ではＳＯ2 の除去は行っているものの、ＳＯ3 の除去は行われておらず、従ってＳＯ3 の濃度の計測もあまり行われていなかった。
【０００４】
これは排ガス中のＳＯ2 濃度に比べてＳＯ3 濃度が低く、計測が面倒なためである。
【０００５】
このようなＳＯ3 ガスの濃度測定には酸凝縮法、イソプロピルアルコール吸収法、加熱食塩法、アンモニア注入法等が用いられている。
【０００６】
(a) 酸凝縮法
排ガス中にＳＯ3 ガスが含まれると、その濃度によって酸露点（凝縮温度）が変化することから、排ガス中のＳＯ3 を硫酸ミスト化あるいは測定管の内壁（図示せず）に凝縮させて捕集して滴定により測定する方法である。測定管の内壁の温度は水露点以上酸露点以下に設定すれば、排ガス中の水分は凝縮しないので、煙道中の他の酸性ガスが凝縮されることはなく、硫酸ミストが選択的に凝縮することを利用するものである。
【０００７】
ＳＯ3 ガスの捕集法としては、定温水槽中にスパイラル管を浸し、このスパイラル管中に測定ガスを流し、ガス中のＳＯ3 をミスト化させ測定管の内壁に凝縮させて捕集する方法が挙げられる。
【０００８】
(b) イソプロピルアルコール吸収法
イソプロピルアルコールはＳＯ3 ガスを選択的に溶解し、その他の煙道中のガスを溶解しないことを利用するものである。
【０００９】
ＳＯ3 ガスの捕集法としては、８０％イソプロピルアルコールと測定ガスとを接触させて、排ガス中のＳＯ3 を吸収させる。キャリオーバしたＳＯ3 ミストをガラスフィルタで捕集し、滴定により測定する。
【００１０】
(c) 加熱食塩法
ＳＯ3 とＮａＣｌとを反応させ、塩酸を生成する方法である。ＳＯ2 、ＮＯX とＮａＣｌとの反応は少ないとされていることから、ＳＯ3 を選択的に捕集できる。
【００１１】
ＳＯ3 ガスの捕集法としては、排ガス中の水分を除去した後、４５０℃に加熱したＮａＣｌ充填層内に排ガスを流し、生成したＨＣｌを水に吸収させる。そのＨＣｌを滴定することによりＳＯ3 ガス濃度を測定する。
【００１２】
(d) アンモニア注入法
ＳＯ3 ガスを含むガス中にＮＨ3 を吹き込んで硫酸アンモニウムとし、余剰のＮＨ3 濃度からＳＯ3 濃度を推定する方法である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術(a) 〜(d) では燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することは困難であるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができるＳＯ3 濃度計を提供することにある。
【００１５】
【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のＳＯ3 濃度計は、燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を計測するＳＯ3 濃度計であって、煙道から排ガスを吸入する吸入用配管及び煙道に排ガスを排出する排出用配管を有すると共に、対向する二つの透明窓を有するキャビティと、キャビティを覆うように配置された加熱炉と、加熱炉の温度を３５０℃〜４５０℃の範囲内に制御する温度コントローラと、キャビティ内に光を照射するための光源と、キャビティの外部に配置され、光源からの光をキャビティ内に複数回往復させるための反射ミラーと、往復後の光を分光分析することにより排ガス中のＳＯ3 濃度を算出する算出手段とを備えたものである。
【００１６】
上記構成に加え本発明のＳＯ3 濃度計は、吸入用配管の途中に排ガス中のダストを除去するフィルタを設けるのが好ましい。
【００１７】
上記構成に加え本発明のＳＯ3 濃度計は、排出用配管の途中にキャビティ内の排ガスを煙道に強制的に排出するポンプを設けるのが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、煙道からキャビティ内に吸入された排ガスに、光源からの光を複数回往復させ、往復後の光を分光分析することにより排ガス中のＳＯ3 濃度を計測することができる。キャビティ内に常に煙道からの排ガスが吸入されて濃度計測された後煙道内に排出されるので、排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができる。また、加熱炉の温度を３５０℃〜４５０℃の範囲内に制御することにより、排ガス中のＳＯ3 が硫酸ガスになったり、ＳＯ3 がＳＯ2 に分解したりすることがなくなるので、ＳＯ3 の濃度計測を正確に行うことができる。さらに、反射ミラーがキャビティの外部に配置されているので、ＳＯ3 で反射ミラーが腐食することがない。またさらに、吸入用配管の途中にフィルタを設けることにより、排ガスがダストを含む場合にダストを除去することができるので、キャビティ内にダストが侵入して光源からの光を散乱させて計測誤差を生じさせることがない。また、排出用配管の途中にキャビティ内の排ガスを強制的に排出するポンプを設けることにより、煙道内を流れる排ガスの流速が低下することなくキャビティ内に常に排ガスが吸入されて濃度計測された後煙道に排出されるので、キャビティ内に排ガスが滞留することがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本発明のＳＯ3 濃度計の一実施の形態を示す概念図である。
【００２１】
同図において１は燃焼設備等の煙道である。排ガスが矢印２方向に流れる煙道１の上流側には吸入用配管３ａの一端（吸入口）が取付けられ、煙道１の下流側には排出用配管４ａの一端（排出口）が取付けられている。吸入用配管３ａの他端はフィルタ（例えば容器内にグラスウールが充填されたもの）５の吸入口５ａに接続され、フィルタ５の排出口５ｂは吸入用配管３ｂを介してキャビティ６の吸入口６ａに接続されている。キャビティ６の排出口６ｂは排出用配管４ｂを介してポンプ７の吸入口７ａに接続されている。ポンプ７の排出口７ｂは排出用配管４ａの他端に接続されている。
【００２２】
キャビティ６は略筒状の密閉容器であり、対向する二つの透明な部材（例えば石英ガラス）からなる透明窓８ａ、８ｂを有する。
【００２３】
キャビティ６は加熱炉１８で覆われており、温度コントローラ１９、２０によりキャビティ６内に吸入された排ガスが３５０℃以上４５０℃以下の温度に加熱されるよう制御される。
【００２４】
キャビティ６の一方の端面側（図では右側）には光源（例えばキセノンランプ）９と、スリット２２と、反射ミラー２１ａ〜２１ｃ、２１ｅ〜２１ｈとが配置されており、キャビティ６の他方の端面側（図では左側）には反射ミラー２１ｄが配置されており、光源９から出射された光がキャビティ６内を複数回往復するようになっている。反射ミラー２１ｈの反射側には往復後の光を受けて分光する分光器１０が配置されている。これらキャビティ６と反射ミラー２１ａ〜２１ｈとでマルチパスセルが構成されている。
【００２５】
分光器１０には分光された光を受けて電気信号に変換する光検出素子（例えばフォトダイオード）１２が設けられている。光検出素子１２には光検出素子１２からの信号に基づいて排ガス中のＳＯ3 濃度を演算する（例えば多変量解析を行う）演算装置（例えばパソコン）１３が接続されている。これら分光器１０と、光検出素子１２と、演算装置１３とで算出手段が構成されている。
【００２６】
本ＳＯ3 濃度計はこのように構成したことで、煙道１内の排ガスが吸入されたキャビティ６内に光源９からの光が往復する。キャビティ６内を往復した光がＳＯ3 ガスによって吸収され、光検出素子１２で受光されて演算装置１３で演算されることによりＳＯ3 濃度が求まる。
【００２７】
キャビティ６内には常に煙道１から排ガスが吸入された後煙道１に排出されるので、排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができる。
【００２８】
温度コントローラ１９、２０によって加熱炉１８が３５０℃以上４５０℃以下の温度になるように制御されるので、後述するように排ガス中のＳＯ3 が硫酸ガスになったり、ＳＯ3 がＳＯ2 に分解したりすることがなくなり、ＳＯ3 の濃度計測を正確に行うことができる。
【００２９】
吸入用配管３ａ、３ｂの途中には排ガス中のダストを除去するフィルタ５が設けられているので、キャビティ６内にダストが侵入して光源９からの光を散乱させて計測誤差を生じさせることがない。排出用配管４ａ、４ｂの途中にはキャビティ６内の排ガスを強制的に煙道１内に排出するポンプ７が設けられているので、煙道１内を流れる排ガスの流速が低下することなくキャビティ６内に常に排ガスが吸入され、煙道１に排出されるので、キャビティ６内に排ガスが滞留することがない。反射ミラー２１ａ〜２１ｈがキャビティ６の外側に配置されているので、排ガスによる反射ミラー２１ａ〜２１ｈの腐食等の影響がない。
【００３０】
図２は図１に示したＳＯ3 濃度計を用いて計測したＳＯ3 の吸収スペクトルを示す図であり、横軸が波長軸を示し、縦軸が透過率を示している。
【００３１】
直線Ｌ０は光源からの光を示し、曲線Ｌ１はＳＯ3 濃度が９５ｐｐｍのときの特性を示し、曲線Ｌ２はＳＯ3 濃度が２８９ｐｐｍのときの特性を示し、曲線Ｌ３はＳＯ3 濃度が４７４ｐｐｍのときの特性を示している。ＳＯ3 濃度の違いによるスペクトルが表されており、本ＳＯ3 濃度計によって煙道中の排ガスのＳＯ3 の濃度を測定することができることが分かる。
【００３２】
なお、キャビティの温度は３００℃であり、キャビティの長さは１ｍであった。
【００３３】
図３は図１に示したＳＯ3 濃度計を用いてＳＯ2 のスペクトルとＳＯ3 のスペクトルとを計測した結果を示す図であり、横軸が波長軸を示し、縦軸が透過率を示している。
【００３４】
同図より波長２００ｎｍ〜２６０ｎｍ、特に２３０ｎｍ〜２６０ｎｍの範囲でＳＯ3 のスペクトルとＳＯ3 のスペクトルとが分離されているので、分光分析でＳＯ3 の濃度を測定できることが分かる。
【００３５】
従ってキャビティからの光を分光分析で計測する際には波長２００ｎｍ〜２６０ｎｍの光を用いるのが好ましい。
【００３６】
図４は図１に示したＳＯ3 濃度計を用いた場合の検量線グラフであり、横軸が調整ＳＯ3 濃度軸を示し、縦軸が吸光度軸を示している。
【００３７】
同グラフは長さ１ｍのセルを用いて２３０℃の条件下で単回帰分析により得られたものであり、検量線グラフが数１式で表されている。
【００３８】
【数１】
ｙ＝０．０００１ｘ＋０．００５９
但し、重相関係数Ｒ2 は０．９７９５である。
【００３９】
この検量線グラフを用いることにより、吸光度からＳＯ3 の濃度が分かる。
【００４０】
図５はＳＯ3 の組成と水の濃度と温度との関係を示す図であり、横軸が水の濃度軸を示し、縦軸がＳＯ3 の組成軸を示している。
【００４１】
同図より、３５０℃以下の温度では水の濃度が増加するとＳＯ3 の組成が減少することが分かる。すなわち、ＳＯ3 は３５０℃以下の温度では水蒸気と化合して硫酸ガスになるため、濃度を計測することができないが、３５０℃以上の温度では水の濃度が増加してもＳＯ3 の組成はあまり変化しないことが分かる。しかし、ＳＯ3 は４５０℃以上の温度ではＳＯ2 に分解してしまうため濃度を計測することができない。このため、排ガスの温度を３５０℃〜４５０℃に保つ必要がある。
【００４２】
しかし本実施の形態では温度コントローラにより加熱炉を制御してキャビティ内の温度が３５０℃〜４５０℃になるように制御するので、キャビティ内のＳＯ3 を分解したり、硫酸ガスになることなく精度良く計測することができる。
【００４３】
図６は本発明のＳＯ3 濃度計の他の実施の形態を示す概念図である。
【００４４】
図１に示した実施の形態との相違点は、キャビティを加熱炉で覆う代わりに、キャビティの下部に加熱炉を設けた点である。以下、図１に示した実施の形態と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００４５】
すなわち、本ＳＯ3 濃度計は、煙道１から排ガスを吸入する吸入用配管３ａ、３ｂ及び煙道１に排ガスを排出する排出用配管４ａ、４ｂを有すると共に、対向する二つの透明窓８ａ、８ｂを有するキャビティ６と、キャビティ６内に光を照射するための光源９と、キャビティ６の外部に配置され、光源９からの光をキャビティ６内に複数回往復させるための反射ミラー１１ａ〜１１ｃと、往復後の光を分光する分光器１０と、分光された光を受ける光検出素子１２と、光検出素子１２からの信号に基づいて排ガス中のＳＯ3 濃度を演算する演算装置１３とで構成されている。なお、１５はキャビティ６内の温度が３５０℃以上４５０℃以下になるように保温するためのヒータであり、１４はヒータ１５の温度を調節するための温度調節器である。
【００４６】
このような簡略な構成のＳＯ3 濃度計においても排ガス中のＳＯ3 濃度を連続的に測定することができる。
【００４７】
図７は本発明のＳＯ3 濃度計を利用した硫酸ガス濃度計を示す概念図である。
【００４８】
図１に示した実施の形態との相違点は、ＳＯ3 濃度計のキャビティの吸入用配管に、温度調節器で温度が調節される予熱部を設けたものであり、ＳＯ3 の濃度だけでなく、硫酸ガスの濃度も計測できる点である。
【００４９】
すなわち、本硫酸ガス濃度濃度計は、煙道１から排ガスを吸入する吸入用配管３ａ、３ｂ、３ｃ及び煙道１に排ガスを排出する排出用配管４ａ、４ｂを有すると共に、対向する二つの透明窓８ａ、８ｂを有するキャビティ６と、吸入用配管３ｂ、３ｃ間に設けられ吸入用配管３ａ〜３ｃ内を通過する排ガスを予熱する予熱部２３と、予熱部２３の予熱室２３ａ内の温度が４００℃以上４５０℃以下になるようにヒータ２３ｂの温度を調節する温度調節器２４と、キャビティ６内に光を照射するための光源９と、キャビティ６の外部に配置され、光源９からの光をキャビティ６内に複数回往復させるための反射ミラー１１ａ〜１１ｃと、反射ミラー１１ａ〜１１ｃで反射された光を分光する分光器１０と、分光器１０からの光を受ける光検出素子１２と、光検出素子１２からの信号に基づいて排ガス中のＳＯ3 濃度を求め、そのＳＯ3 濃度から硫酸ガス濃度を演算する演算装置２５とで構成されたものである。
【００５０】
このような硫酸ガス濃度計においても図１に示したＳＯ3 濃度計と同様に排ガス中のＳＯ3 の濃度や硫酸ガス濃度を連続的に計測することができる。
【００５１】
ここで、煙道１中のＳＯ3 は低温では硫酸ガスとして存在し、紫外線分光法を用いたＳＯ3 濃度計では硫酸ガスの吸収がないためそのままでは濃度計測を行うことができない。しかしながら本硫酸ガス濃度計は硫酸ガスを４００℃以上４５０℃以下に加熱することによってＳＯ3 に変化させて、そのＳＯ3 濃度を求めることにより硫酸ガス濃度を間接的ではあるが連続的に計測することができる。
【００５２】
すなわち、吸入用配管３ａ〜３ｃに排ガスを予熱する予熱部２３と、予熱部２３の温度が４００℃以上４５０℃以下になるように調節する温度調節器２４とを設けることにより、排ガス中の硫酸ガスをＳＯ3 に変化させることにより硫酸ガス濃度を計測することができるのである。
【００５３】
また、本硫酸ガス濃度計は、硫酸ガスの分解速度に応じて予熱部２３の大きさを変更してもよい。本硫酸ガス濃度計は、硫酸ガスとＳＯ3 とが混在した条件では両者を加えた濃度が求められる。
【００５４】
図８は本発明のＳＯ3 濃度計に用いられるフィルタの変形例を示す排ガスサンプリング装置の概念図である。図９は図８に示した排ガスサンプリング装置を燃焼設備の煙道に取付けた状態を示す図である。
【００５５】
図１、６、７に示したフィルタは容器内にグラスウールが充填されたものであるのに対し、この排ガスサンプリング装置２６は、燃焼設備等から排出されダストを含有する排ガスから排ガスのみサンプリングする排ガスサンプリング装置であって、吸入口２７ａが燃焼設備の煙道１の上流側に接続され排出口２７ｂが煙道１の下流側に接続されたダクト２７と、ダクト２７の途中に挿入され内壁がダクト２７と略同一断面形状を有する略筒状のフィルタ２８と、フィルタ２８の外側を覆うと共にろ過された排ガスを取り出す取り出し口２９ａを有するカバー２９とで構成されたものである。
【００５６】
ダクト２７にはダストを含有する排ガスを煙道１から吸入して煙道１内に強制的に排出するためのポンプ３０が挿入されている。
【００５７】
このサンプリング装置を図１に示したＳＯ3 濃度計に用いる場合には、ＳＯ3 濃度計の吸入用配管３ａ及びフィルタ５を取り外した後でダクトの吸入口及び排出口を煙道１に取り付け、取り出し口２９ａを吸入用配管３ｂに取付ければよい（この場合２台のポンプ７、３０を用いることになる。）。
【００５８】
この排ガスサンプリング装置によれば、フィルタ２８の形状がダクト２７と略同一断面形状を有する略筒状のため、ダスト含有排ガスがフィルタ２８内を矢印３１方向に流れる時に流れを遮るような抵抗が少なく、たとえダスト３２がフィルタ２８の内壁に付着、堆積しようとしても排ガスの流れに押されるので、再びダクト２７を通過して煙道１に戻るので、フィルタ２８が目詰まりすることがほとんどない。ダクト２７内に吸入された排ガス中のＳＯ3 ガスはフィルタ２８を矢印３３方向に通過してカバー２９に形成された取り出し口２９ａから矢印３４方向にキャビティ６に送られる。
【００５９】
また、ダクト２７に排ガスを煙道１から吸入して煙道１内に強制的に排出するためのポンプ３０が挿入されているので、ダクト２７内を矢印３５、３６方向に流れる排ガスの流量が減少することなくフィルタ２８上に付着したダスト３２が強制的に除去されて煙道１に排出されフィルタ２８の目詰まりがほとんどない。
【００６０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００６１】
排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができるＳＯ3 濃度計の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＯ3 濃度計の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示したＳＯ3 濃度計を用いて計測したＳＯ3 の吸収スペクトルを示す図である。
【図３】図１に示したＳＯ3 濃度計を用いてＳＯ2 のスペクトルとＳＯ3 のスペクトルとを計測した結果を示す図である。
【図４】図１に示したＳＯ3 濃度計を用いた場合の検量線グラフである。
【図５】ＳＯ3 の組成と水の濃度と温度との関係を示す図である。
【図６】本発明のＳＯ3 濃度計の他の実施の形態を示す概念図である。
【図７】本発明のＳＯ3 濃度計を利用した硫酸ガス濃度計を示す概念図である。
【図８】本発明のＳＯ3 濃度計に用いられるフィルタの変形例を示す排ガスサンプリング装置の概念図である。
【図９】図８に示した排ガスサンプリング装置を燃焼設備の煙道に取付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 煙道
５ フィルタ
６ キャビティ
７ ポンプ
８ａ、８ｂ 透明窓
９ 光源
１０ 分光器
１２ 光検出素子
１３ 演算装置
１８ 加熱炉
１９、２０ 温度コントローラ
２１ａ〜２１ｈ 反射ミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測するＳＯ3 濃度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラやゴミ焼却器等の燃焼設備から排出される排ガスには硫黄酸化物等の有害な成分が含まれているので、排煙処理装置等で除去することが必要である。また、燃焼設備や排煙処理装置から排出される排ガス中の硫黄酸化物等の濃度の測定も必要である。
【０００３】
ここで、排ガス中の硫黄酸化物にはＳＯ2 とＳＯ3 とがあるが、通常の排煙処理装置ではＳＯ2 の除去は行っているものの、ＳＯ3 の除去は行われておらず、従ってＳＯ3 の濃度の計測もあまり行われていなかった。
【０００４】
これは排ガス中のＳＯ2 濃度に比べてＳＯ3 濃度が低く、計測が面倒なためである。
【０００５】
このようなＳＯ3 ガスの濃度測定には酸凝縮法、イソプロピルアルコール吸収法、加熱食塩法、アンモニア注入法等が用いられている。
【０００６】
(a) 酸凝縮法
排ガス中にＳＯ3 ガスが含まれると、その濃度によって酸露点（凝縮温度）が変化することから、排ガス中のＳＯ3 を硫酸ミスト化あるいは測定管の内壁（図示せず）に凝縮させて捕集して滴定により測定する方法である。測定管の内壁の温度は水露点以上酸露点以下に設定すれば、排ガス中の水分は凝縮しないので、煙道中の他の酸性ガスが凝縮されることはなく、硫酸ミストが選択的に凝縮することを利用するものである。
【０００７】
ＳＯ3 ガスの捕集法としては、定温水槽中にスパイラル管を浸し、このスパイラル管中に測定ガスを流し、ガス中のＳＯ3 をミスト化させ測定管の内壁に凝縮させて捕集する方法が挙げられる。
【０００８】
(b) イソプロピルアルコール吸収法
イソプロピルアルコールはＳＯ3 ガスを選択的に溶解し、その他の煙道中のガスを溶解しないことを利用するものである。
【０００９】
ＳＯ3 ガスの捕集法としては、８０％イソプロピルアルコールと測定ガスとを接触させて、排ガス中のＳＯ3 を吸収させる。キャリオーバしたＳＯ3 ミストをガラスフィルタで捕集し、滴定により測定する。
【００１０】
(c) 加熱食塩法
ＳＯ3 とＮａＣｌとを反応させ、塩酸を生成する方法である。ＳＯ2 、ＮＯX とＮａＣｌとの反応は少ないとされていることから、ＳＯ3 を選択的に捕集できる。
【００１１】
ＳＯ3 ガスの捕集法としては、排ガス中の水分を除去した後、４５０℃に加熱したＮａＣｌ充填層内に排ガスを流し、生成したＨＣｌを水に吸収させる。そのＨＣｌを滴定することによりＳＯ3 ガス濃度を測定する。
【００１２】
(d) アンモニア注入法
ＳＯ3 ガスを含むガス中にＮＨ3 を吹き込んで硫酸アンモニウムとし、余剰のＮＨ3 濃度からＳＯ3 濃度を推定する方法である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術(a) 〜(d) では燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することは困難であるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができるＳＯ3 濃度計を提供することにある。
【００１５】
【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のＳＯ3 濃度計は、燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を計測するＳＯ3 濃度計であって、煙道から排ガスを吸入する吸入用配管及び煙道に排ガスを排出する排出用配管を有すると共に、対向する二つの透明窓を有するキャビティと、キャビティを覆うように配置された加熱炉と、加熱炉の温度を３５０℃〜４５０℃の範囲内に制御する温度コントローラと、キャビティ内に光を照射するための光源と、キャビティの外部に配置され、光源からの光をキャビティ内に複数回往復させるための反射ミラーと、往復後の光を分光分析することにより排ガス中のＳＯ3 濃度を算出する算出手段とを備えたものである。
【００１６】
上記構成に加え本発明のＳＯ3 濃度計は、吸入用配管の途中に排ガス中のダストを除去するフィルタを設けるのが好ましい。
【００１７】
上記構成に加え本発明のＳＯ3 濃度計は、排出用配管の途中にキャビティ内の排ガスを煙道に強制的に排出するポンプを設けるのが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、煙道からキャビティ内に吸入された排ガスに、光源からの光を複数回往復させ、往復後の光を分光分析することにより排ガス中のＳＯ3 濃度を計測することができる。キャビティ内に常に煙道からの排ガスが吸入されて濃度計測された後煙道内に排出されるので、排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができる。また、加熱炉の温度を３５０℃〜４５０℃の範囲内に制御することにより、排ガス中のＳＯ3 が硫酸ガスになったり、ＳＯ3 がＳＯ2 に分解したりすることがなくなるので、ＳＯ3 の濃度計測を正確に行うことができる。さらに、反射ミラーがキャビティの外部に配置されているので、ＳＯ3 で反射ミラーが腐食することがない。またさらに、吸入用配管の途中にフィルタを設けることにより、排ガスがダストを含む場合にダストを除去することができるので、キャビティ内にダストが侵入して光源からの光を散乱させて計測誤差を生じさせることがない。また、排出用配管の途中にキャビティ内の排ガスを強制的に排出するポンプを設けることにより、煙道内を流れる排ガスの流速が低下することなくキャビティ内に常に排ガスが吸入されて濃度計測された後煙道に排出されるので、キャビティ内に排ガスが滞留することがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本発明のＳＯ3 濃度計の一実施の形態を示す概念図である。
【００２１】
同図において１は燃焼設備等の煙道である。排ガスが矢印２方向に流れる煙道１の上流側には吸入用配管３ａの一端（吸入口）が取付けられ、煙道１の下流側には排出用配管４ａの一端（排出口）が取付けられている。吸入用配管３ａの他端はフィルタ（例えば容器内にグラスウールが充填されたもの）５の吸入口５ａに接続され、フィルタ５の排出口５ｂは吸入用配管３ｂを介してキャビティ６の吸入口６ａに接続されている。キャビティ６の排出口６ｂは排出用配管４ｂを介してポンプ７の吸入口７ａに接続されている。ポンプ７の排出口７ｂは排出用配管４ａの他端に接続されている。
【００２２】
キャビティ６は略筒状の密閉容器であり、対向する二つの透明な部材（例えば石英ガラス）からなる透明窓８ａ、８ｂを有する。
【００２３】
キャビティ６は加熱炉１８で覆われており、温度コントローラ１９、２０によりキャビティ６内に吸入された排ガスが３５０℃以上４５０℃以下の温度に加熱されるよう制御される。
【００２４】
キャビティ６の一方の端面側（図では右側）には光源（例えばキセノンランプ）９と、スリット２２と、反射ミラー２１ａ〜２１ｃ、２１ｅ〜２１ｈとが配置されており、キャビティ６の他方の端面側（図では左側）には反射ミラー２１ｄが配置されており、光源９から出射された光がキャビティ６内を複数回往復するようになっている。反射ミラー２１ｈの反射側には往復後の光を受けて分光する分光器１０が配置されている。これらキャビティ６と反射ミラー２１ａ〜２１ｈとでマルチパスセルが構成されている。
【００２５】
分光器１０には分光された光を受けて電気信号に変換する光検出素子（例えばフォトダイオード）１２が設けられている。光検出素子１２には光検出素子１２からの信号に基づいて排ガス中のＳＯ3 濃度を演算する（例えば多変量解析を行う）演算装置（例えばパソコン）１３が接続されている。これら分光器１０と、光検出素子１２と、演算装置１３とで算出手段が構成されている。
【００２６】
本ＳＯ3 濃度計はこのように構成したことで、煙道１内の排ガスが吸入されたキャビティ６内に光源９からの光が往復する。キャビティ６内を往復した光がＳＯ3 ガスによって吸収され、光検出素子１２で受光されて演算装置１３で演算されることによりＳＯ3 濃度が求まる。
【００２７】
キャビティ６内には常に煙道１から排ガスが吸入された後煙道１に排出されるので、排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができる。
【００２８】
温度コントローラ１９、２０によって加熱炉１８が３５０℃以上４５０℃以下の温度になるように制御されるので、後述するように排ガス中のＳＯ3 が硫酸ガスになったり、ＳＯ3 がＳＯ2 に分解したりすることがなくなり、ＳＯ3 の濃度計測を正確に行うことができる。
【００２９】
吸入用配管３ａ、３ｂの途中には排ガス中のダストを除去するフィルタ５が設けられているので、キャビティ６内にダストが侵入して光源９からの光を散乱させて計測誤差を生じさせることがない。排出用配管４ａ、４ｂの途中にはキャビティ６内の排ガスを強制的に煙道１内に排出するポンプ７が設けられているので、煙道１内を流れる排ガスの流速が低下することなくキャビティ６内に常に排ガスが吸入され、煙道１に排出されるので、キャビティ６内に排ガスが滞留することがない。反射ミラー２１ａ〜２１ｈがキャビティ６の外側に配置されているので、排ガスによる反射ミラー２１ａ〜２１ｈの腐食等の影響がない。
【００３０】
図２は図１に示したＳＯ3 濃度計を用いて計測したＳＯ3 の吸収スペクトルを示す図であり、横軸が波長軸を示し、縦軸が透過率を示している。
【００３１】
直線Ｌ０は光源からの光を示し、曲線Ｌ１はＳＯ3 濃度が９５ｐｐｍのときの特性を示し、曲線Ｌ２はＳＯ3 濃度が２８９ｐｐｍのときの特性を示し、曲線Ｌ３はＳＯ3 濃度が４７４ｐｐｍのときの特性を示している。ＳＯ3 濃度の違いによるスペクトルが表されており、本ＳＯ3 濃度計によって煙道中の排ガスのＳＯ3 の濃度を測定することができることが分かる。
【００３２】
なお、キャビティの温度は３００℃であり、キャビティの長さは１ｍであった。
【００３３】
図３は図１に示したＳＯ3 濃度計を用いてＳＯ2 のスペクトルとＳＯ3 のスペクトルとを計測した結果を示す図であり、横軸が波長軸を示し、縦軸が透過率を示している。
【００３４】
同図より波長２００ｎｍ〜２６０ｎｍ、特に２３０ｎｍ〜２６０ｎｍの範囲でＳＯ3 のスペクトルとＳＯ3 のスペクトルとが分離されているので、分光分析でＳＯ3 の濃度を測定できることが分かる。
【００３５】
従ってキャビティからの光を分光分析で計測する際には波長２００ｎｍ〜２６０ｎｍの光を用いるのが好ましい。
【００３６】
図４は図１に示したＳＯ3 濃度計を用いた場合の検量線グラフであり、横軸が調整ＳＯ3 濃度軸を示し、縦軸が吸光度軸を示している。
【００３７】
同グラフは長さ１ｍのセルを用いて２３０℃の条件下で単回帰分析により得られたものであり、検量線グラフが数１式で表されている。
【００３８】
【数１】
ｙ＝０．０００１ｘ＋０．００５９
但し、重相関係数Ｒ2 は０．９７９５である。
【００３９】
この検量線グラフを用いることにより、吸光度からＳＯ3 の濃度が分かる。
【００４０】
図５はＳＯ3 の組成と水の濃度と温度との関係を示す図であり、横軸が水の濃度軸を示し、縦軸がＳＯ3 の組成軸を示している。
【００４１】
同図より、３５０℃以下の温度では水の濃度が増加するとＳＯ3 の組成が減少することが分かる。すなわち、ＳＯ3 は３５０℃以下の温度では水蒸気と化合して硫酸ガスになるため、濃度を計測することができないが、３５０℃以上の温度では水の濃度が増加してもＳＯ3 の組成はあまり変化しないことが分かる。しかし、ＳＯ3 は４５０℃以上の温度ではＳＯ2 に分解してしまうため濃度を計測することができない。このため、排ガスの温度を３５０℃〜４５０℃に保つ必要がある。
【００４２】
しかし本実施の形態では温度コントローラにより加熱炉を制御してキャビティ内の温度が３５０℃〜４５０℃になるように制御するので、キャビティ内のＳＯ3 を分解したり、硫酸ガスになることなく精度良く計測することができる。
【００４３】
図６は本発明のＳＯ3 濃度計の他の実施の形態を示す概念図である。
【００４４】
図１に示した実施の形態との相違点は、キャビティを加熱炉で覆う代わりに、キャビティの下部に加熱炉を設けた点である。以下、図１に示した実施の形態と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００４５】
すなわち、本ＳＯ3 濃度計は、煙道１から排ガスを吸入する吸入用配管３ａ、３ｂ及び煙道１に排ガスを排出する排出用配管４ａ、４ｂを有すると共に、対向する二つの透明窓８ａ、８ｂを有するキャビティ６と、キャビティ６内に光を照射するための光源９と、キャビティ６の外部に配置され、光源９からの光をキャビティ６内に複数回往復させるための反射ミラー１１ａ〜１１ｃと、往復後の光を分光する分光器１０と、分光された光を受ける光検出素子１２と、光検出素子１２からの信号に基づいて排ガス中のＳＯ3 濃度を演算する演算装置１３とで構成されている。なお、１５はキャビティ６内の温度が３５０℃以上４５０℃以下になるように保温するためのヒータであり、１４はヒータ１５の温度を調節するための温度調節器である。
【００４６】
このような簡略な構成のＳＯ3 濃度計においても排ガス中のＳＯ3 濃度を連続的に測定することができる。
【００４７】
図７は本発明のＳＯ3 濃度計を利用した硫酸ガス濃度計を示す概念図である。
【００４８】
図１に示した実施の形態との相違点は、ＳＯ3 濃度計のキャビティの吸入用配管に、温度調節器で温度が調節される予熱部を設けたものであり、ＳＯ3 の濃度だけでなく、硫酸ガスの濃度も計測できる点である。
【００４９】
すなわち、本硫酸ガス濃度濃度計は、煙道１から排ガスを吸入する吸入用配管３ａ、３ｂ、３ｃ及び煙道１に排ガスを排出する排出用配管４ａ、４ｂを有すると共に、対向する二つの透明窓８ａ、８ｂを有するキャビティ６と、吸入用配管３ｂ、３ｃ間に設けられ吸入用配管３ａ〜３ｃ内を通過する排ガスを予熱する予熱部２３と、予熱部２３の予熱室２３ａ内の温度が４００℃以上４５０℃以下になるようにヒータ２３ｂの温度を調節する温度調節器２４と、キャビティ６内に光を照射するための光源９と、キャビティ６の外部に配置され、光源９からの光をキャビティ６内に複数回往復させるための反射ミラー１１ａ〜１１ｃと、反射ミラー１１ａ〜１１ｃで反射された光を分光する分光器１０と、分光器１０からの光を受ける光検出素子１２と、光検出素子１２からの信号に基づいて排ガス中のＳＯ3 濃度を求め、そのＳＯ3 濃度から硫酸ガス濃度を演算する演算装置２５とで構成されたものである。
【００５０】
このような硫酸ガス濃度計においても図１に示したＳＯ3 濃度計と同様に排ガス中のＳＯ3 の濃度や硫酸ガス濃度を連続的に計測することができる。
【００５１】
ここで、煙道１中のＳＯ3 は低温では硫酸ガスとして存在し、紫外線分光法を用いたＳＯ3 濃度計では硫酸ガスの吸収がないためそのままでは濃度計測を行うことができない。しかしながら本硫酸ガス濃度計は硫酸ガスを４００℃以上４５０℃以下に加熱することによってＳＯ3 に変化させて、そのＳＯ3 濃度を求めることにより硫酸ガス濃度を間接的ではあるが連続的に計測することができる。
【００５２】
すなわち、吸入用配管３ａ〜３ｃに排ガスを予熱する予熱部２３と、予熱部２３の温度が４００℃以上４５０℃以下になるように調節する温度調節器２４とを設けることにより、排ガス中の硫酸ガスをＳＯ3 に変化させることにより硫酸ガス濃度を計測することができるのである。
【００５３】
また、本硫酸ガス濃度計は、硫酸ガスの分解速度に応じて予熱部２３の大きさを変更してもよい。本硫酸ガス濃度計は、硫酸ガスとＳＯ3 とが混在した条件では両者を加えた濃度が求められる。
【００５４】
図８は本発明のＳＯ3 濃度計に用いられるフィルタの変形例を示す排ガスサンプリング装置の概念図である。図９は図８に示した排ガスサンプリング装置を燃焼設備の煙道に取付けた状態を示す図である。
【００５５】
図１、６、７に示したフィルタは容器内にグラスウールが充填されたものであるのに対し、この排ガスサンプリング装置２６は、燃焼設備等から排出されダストを含有する排ガスから排ガスのみサンプリングする排ガスサンプリング装置であって、吸入口２７ａが燃焼設備の煙道１の上流側に接続され排出口２７ｂが煙道１の下流側に接続されたダクト２７と、ダクト２７の途中に挿入され内壁がダクト２７と略同一断面形状を有する略筒状のフィルタ２８と、フィルタ２８の外側を覆うと共にろ過された排ガスを取り出す取り出し口２９ａを有するカバー２９とで構成されたものである。
【００５６】
ダクト２７にはダストを含有する排ガスを煙道１から吸入して煙道１内に強制的に排出するためのポンプ３０が挿入されている。
【００５７】
このサンプリング装置を図１に示したＳＯ3 濃度計に用いる場合には、ＳＯ3 濃度計の吸入用配管３ａ及びフィルタ５を取り外した後でダクトの吸入口及び排出口を煙道１に取り付け、取り出し口２９ａを吸入用配管３ｂに取付ければよい（この場合２台のポンプ７、３０を用いることになる。）。
【００５８】
この排ガスサンプリング装置によれば、フィルタ２８の形状がダクト２７と略同一断面形状を有する略筒状のため、ダスト含有排ガスがフィルタ２８内を矢印３１方向に流れる時に流れを遮るような抵抗が少なく、たとえダスト３２がフィルタ２８の内壁に付着、堆積しようとしても排ガスの流れに押されるので、再びダクト２７を通過して煙道１に戻るので、フィルタ２８が目詰まりすることがほとんどない。ダクト２７内に吸入された排ガス中のＳＯ3 ガスはフィルタ２８を矢印３３方向に通過してカバー２９に形成された取り出し口２９ａから矢印３４方向にキャビティ６に送られる。
【００５９】
また、ダクト２７に排ガスを煙道１から吸入して煙道１内に強制的に排出するためのポンプ３０が挿入されているので、ダクト２７内を矢印３５、３６方向に流れる排ガスの流量が減少することなくフィルタ２８上に付着したダスト３２が強制的に除去されて煙道１に排出されフィルタ２８の目詰まりがほとんどない。
【００６０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００６１】
排ガス中のＳＯ3 の濃度を連続的に計測することができるＳＯ3 濃度計の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＯ3 濃度計の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示したＳＯ3 濃度計を用いて計測したＳＯ3 の吸収スペクトルを示す図である。
【図３】図１に示したＳＯ3 濃度計を用いてＳＯ2 のスペクトルとＳＯ3 のスペクトルとを計測した結果を示す図である。
【図４】図１に示したＳＯ3 濃度計を用いた場合の検量線グラフである。
【図５】ＳＯ3 の組成と水の濃度と温度との関係を示す図である。
【図６】本発明のＳＯ3 濃度計の他の実施の形態を示す概念図である。
【図７】本発明のＳＯ3 濃度計を利用した硫酸ガス濃度計を示す概念図である。
【図８】本発明のＳＯ3 濃度計に用いられるフィルタの変形例を示す排ガスサンプリング装置の概念図である。
【図９】図８に示した排ガスサンプリング装置を燃焼設備の煙道に取付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 煙道
５ フィルタ
６ キャビティ
７ ポンプ
８ａ、８ｂ 透明窓
９ 光源
１０ 分光器
１２ 光検出素子
１３ 演算装置
１８ 加熱炉
１９、２０ 温度コントローラ
２１ａ〜２１ｈ 反射ミラー
Claims (3)
- 燃焼設備等の煙道内の排ガス中のＳＯ3 の濃度を計測するＳＯ3 濃度計であって、上記煙道から排ガスを吸入する吸入用配管及び上記煙道に排ガスを排出する排出用配管を有すると共に、対向する二つの透明窓を有するキャビティと、該キャビティを覆うように配置された加熱炉と、該加熱炉の温度を３５０℃〜４５０℃の範囲内に制御する温度コントローラと、上記キャビティ内に光を照射するための光源と、上記キャビティの外部に配置され、上記光源からの光を上記キャビティ内に複数回往復させるための反射ミラーと、往復後の光を分光分析することにより上記排ガス中のＳＯ3 濃度を算出する算出手段とを備えたことを特徴とするＳＯ3 濃度計。
- 上記吸入用配管の途中に上記排ガス中のダストを除去するフィルタを設けた請求項１に記載のＳＯ3 濃度計。
- 上記排出用配管の途中に上記キャビティ内の排ガスを上記煙道に強制的に排出するポンプを設けた請求項２に記載のＳＯ3 濃度計。
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