JP4216146B2

JP4216146B2 - ガスサンプリング装置及びボイラ排ガスのサンプリング装置

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Publication number: JP4216146B2
Application number: JP2003284975A
Authority: JP
Inventors: 富士夫古賀
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: JP2005055246A

Description

本発明は、例えばＮＯｘコンバータ触媒のように、寿命のある触媒を用いてサンプルガスの前処理を行う前処理部を有するガスサンプリング装置及びボイラ排ガスのサンプリング装置に関する。

特開２００２−１４８１９３号公報

従来より、火力発電所や工場などのボイラから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定するために、煙道から排ガスをサンプリングして、これに含まれるＮＯｘの濃度をガス分析計を用いて測定する排ガス分析装置が用いられている。また、排ガスのガスサンプリング装置にはサンプルガスを前処理する前処理部として、二酸化窒素（ＮＯ₂）を一酸化窒素（ＮＯ）に変換するＮＯｘコンバータ触媒などの各種触媒を用いて前処理を行うものが多い。

ところが、前記各前処理部に種々の外乱影響による劣化が生じることは避けられなかった。例えば、ＮＯｘコンバータ触媒の場合、活性炭素にモリブデン化合物、マンガン−カリウム化合物、および燐酸などからなる薬剤を含浸させたものがあるが、これには所定の寿命がある。そして、前処理部の触媒に劣化が生じた場合、ＮＯｘの測定値データに誤差が含まれるというトラブルが発生するため、前記前処理部の触媒はできるだけ早い周期で取り替えることが望ましいが、ＮＯｘコンバータ触媒などは比較的高価であるために、これを頻繁に交換するとランニングコストが引き上げられるという問題があった。

これに対して、特許文献１に示されるように、触媒の劣化度を正確に判定して、これを許容範囲の限界まで使うことにより、前記触媒を最大限に使用することが考えられている。

ところで、ＮＯｘコンバータ触媒などの有寿命の充填物からなる触媒を用いた前処理部においては、結露の発生が劣化の大きな原因となっているが、一般的に煙道を流れる排ガスは例えば５０℃飽和程度の高い湿度を有するものであるため、例えば前記ＮＯｘコンバータ触媒内で起こった結露によって触媒の表面が洗われて、活性炭表面が露出することにより触媒効率および寿命が低下することがあった。それゆえに、従来よりガスサンプリング装置に電子冷却器などを用いたドレンセパレータを設けたり、ＮＯｘコンバータ触媒などの前処理部にヒータを取付けたりするなどして、前処理部の触媒内における結露の発生を防止することが行われている。

上述したガスサンプリング装置を有する排ガス分析装置は外乱影響がない安定条件で連続測定することを想定して設計されているが、使用者はこれを連続的に使用するとは限られず、例えばボイラを１日８時間運転したり、土曜日や日曜日に運転停止させたりすることがあり、これがガスサンプリング装置を構成する各部の劣化を早めることがあった。

つまり、ガスサンプリング装置を含むガス分析計の通電開始直後において、前記電子冷却器などを用いたドレンセパレータによってサンプルガスを十分に除湿できるようになるためには、通電開始後所定の時間の経過が必要であった。また、前処理部に設けたヒータが触媒内の結露を防止できる程度に高温になるためには所定の時間が必要であった。一方、通電開始直後から吸引ポンプの動作に伴って、所定流量のサンプルガスがガスサンプリング装置内に吸引されて、安定したサンプルガスの流れを形成するように構成されている。

このため、前記通電開始直後からドレンセパレータが十分に機能するまでの間に、十分に除湿できなかったサンプルガスが各前処理部に流れ込み、かつ、各前処理部の温度が低いために、各前処理部の触媒内で結露が発生することがあった。つまり、ガスサンプリング装置を構成する各前処理部の触媒は該サンプリング装置の起動する回数に応じて早い劣化が生じて、前処理部の触媒を短い周期で交換する必要が生じるという問題があった。

同様に、ガスサンプリング装置の操作者は発電ボイラの停止中においても、サンプリング装置を動作させたままにすることがあるが、これによって大量に吸引された大気が前処理部の触媒劣化の原因となることもあった。とりわけ、ＮＯｘコンバータ触媒などの触媒は、この触媒内に大量の大気が流入することにより、大気に含まれる高い濃度の酸素が、触媒を酸化させ触媒を急速に劣化させることがあり、これが触媒の寿命を低下させる原因となることもあった。

本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、通電開始直後の前処理部において結露したドレンで触媒表面が劣化すること、及び、ボイラ停止時の大気吸引で触媒が酸化され触媒効率が劣化することを防止することのできるガスサンプリング装置及びボイラ排ガスのサンプリング装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のガスサンプリング装置は、ガス分析計にサンプルガスを供給するサンプルガス流路にサンプルガスの前処理を触媒によって行う前処理部を備えたガスサンプリング装置において、前記前処理部の上流側および下流側にそれぞれ三方切換弁を設けると共に、これらの三方切換弁間を、前記前処理部をバイパスするように接続するバイパス流路を設け、前記前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流側に配置されてサンプルガスを冷却し除湿するドレンセパレータ及び／又は前記前処理部に取付けられて触媒を加熱するヒータが設けられており、ガス分析計への通電開始直後から、前記ドレンセパレータによってサンプルガスが飽和湿度まで除湿された状態及び／又は前記ヒータによって前記前処理部内における結露の発生を防止できる温度に加熱された状態になるまでの所定の時間が経過するまでの間はサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間が経過後はサンプルガスが前記前処理部を流れるように、前記三方切換弁を自動的に切換え制御する手段を設けていることを特徴としている（請求項１）。

ここで、前記三方切換弁が三方電磁弁であり、前記ガス分析計への通電開始直後から前記所定の時間が経過するまでの間は当該三方電磁弁がオン状態に切り換えられてサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間経過後は当該三方電磁弁がオフ状態に切り換えられてサンプルガスが前記前処理部を流れるように構成されていることが好ましい（請求項２）。

また、前記前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流のサンプルガス流路には、サンプルガスの湿度を検出する湿度検出センサが設けられ、この湿度検出センサによって検出される湿度が閾値より大きい間は前記三方切換弁を、サンプルガスがバイパス流路側に流れて当該サンプルガスが前処理部の触媒に接触しないように切換え可能に構成されていることが好ましい（請求項３）。

また、上記目的を達成するために、本発明のボイラ排気カズのサンプリング装置は、ボイラから排出される排ガスをサンプリングし、そのサンプルガスをガス分析計に供給するサンプルガス流路にサンプルガスの前処理を触媒によって行う前処理部を備えたボイラ排ガスサンプリング装置において、前記前処理部の上流側および下流側にそれぞれ三方切換弁を設けると共に、これらの三方切換弁間を、前記前処理部をバイパスするように接続するバイパス流路を設け、前記前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流側に配置されてサンプルガスを冷却し除湿するドレンセパレータ及び／又は前記前処理部に取付けられて触媒を加熱するヒータが設けられており、ガス分析計への通電開始直後から、前記ドレンセパレータによってサンプルガスが飽和湿度まで除湿された状態及び／又は前記ヒータによって前記前処理部内における結露の発生を防止できる温度に加熱された状態になるまでの所定の時間が経過するまでの間及びボイラの停止時にはサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間が経過後はサンプルガスが前記前処理部を流れるように、前記三方切換弁を自動的に切換え制御する手段を設けていることを特徴としている（請求項４）。

ここで、前記ガス分析計がサンプルガスの酸素濃度を測定する機能を有し、それによる酸素の測定値を所定のしきい値と比較して、酸素の測定値がしきい値よりも大きいときには、前記三方切換弁を、サンプルガスが前記バイパス流路側に流れるように切換え制御することにより、ボイラ停止時には、サンプルガスが前処理部の触媒に接触しないように構成されていることが好ましい（請求項５）。

請求項１に記載の発明では、三方切換弁を前処理部の上流側および下流側にそれぞれ設け、この三方切換弁を、サンプルガスが飽和湿度まで除湿された状態及び／又は前処理部に取り付けられたヒータによって前記前処理部内における結露の発生を防止できる温度に加熱された状態になるまでの所定の時間が経過後に切り換えることにより、サンプルガスはバイパス流路を流れ、前処理部はその上流側と下流側の両方においてサンプルガスの流れから完全に遮断されるので、前処理部の触媒が湿度の高いサンプルガスに接触することがない。特に、ガスサンプリング装置の通電開始時点から、ガスサンプリング装置に設けられたドレンセパレータや前処理部に設けられたヒータが十分にその能力を発揮できる状態になるまでには所定の時間がかかるが、その間は、２つの三方切換弁を切り換えてサンプルガスをバイパス流路側に流すことにより、湿度の高いサンプルガスが前処理部に接触することを確実に防止できる。つまり、前処理部の触媒内における結露の発生を確実に防止でき、それだけ触媒の寿命を長くして、メンテナンス周期を長くすることができる。また、ガスサンプリング装置の状態が安定し、測定対象となるボイラの排ガスをサンプリングしているときには、２つの三方切換弁を元に戻すことによりサンプルガスを触媒によって適切に前処理することができる。

また、前記２つの三方切換弁とバイパス流路を設ける構成は極めて簡素であるから、製造コストの引き上げを抑えながら、前処理部の触媒の劣化をできるだけ抑えることができ、それだけメンテナンスにかかる手間を省くことができ、ランニングコストを低く抑えることができる。加えて、本発明の構成は、既存のガスサンプリング装置に対しても２つの三方切換弁とバイパス流路を設けるだけであるから、既存のガスサンプリング装置を容易に本発明の特徴的構成を有するガスサンプリング装置に改造（改良）することができる。なお、２つの三方切換弁は連動させることにより同時に切換え可能とすることが望ましい。また、本明細書における三方切換弁とはサンプルガスをメインのガスサンプリング流路またはバイパス流路の何れか一方に流すように切換え可能に構成された弁を示すものであり、これはガスサンプリング流路とバイパス流路のそれぞれに開閉弁を設けたものを含んでいる。

請求項２のように、前記２つの三方切換弁が三方電磁弁であり、ガス分析計への通電開始直後から前記所定の時間が経過するまでの間は当該三方電磁弁がオン状態に切り換えられてサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間経過後は当該三方電磁弁がオフ状態に切り換えられてサンプルガスが前記前処理部を流れるように構成されている場合には、前記三方電磁弁に通電することにより、サンプルガスをバイパス流路に流すことができ、三方電磁弁に対する通電を止めると、サンプルガスを前処理部に流すことができる。つまり、サンプルガスの流路切換え制御を自動化することができる。また、三方電磁弁がオフ状態であるときにサンプルガスが前処理部を流れるようにすることにより、通常の長い時間にわたるガスサンプリングを行っている状態では三方電磁弁による電力消費を無くすことができ、それだけ、省エネとなる。

なお、一般的にガスサンプリング装置に接続されるガス分析計では、その通電開始直後から例えば６０分間は暖気動作信号（ウォーミングアップ信号）を意味する分析計異常接点を出力しており、これによってウォーミングアップ中における測定値データが正確なものではないことを示している。したがって、このウォーミングアップ信号を利用して、あるいは、このウォーミングアップ信号が出力される時間に合わせて、三方切換弁をオン状態に切換えることにより、ウォーミングアップ中は前処理装置をサンプルガスの流れから切り離し、ウォーミングアップが終了した時点で三方切換弁をオフ状態にして、前処理装置を用いたサンプルガスの前処理を開始し、ＮＯｘ測定を開始することができる。ここで、三方切換弁をオン状態に切り換えた状態では、サンプルガスの前処理を行っていないので、正確な測定を行うことはできないが、ウォーミングアップ中において測定値が正確でないことは何等問題とはならない。

また、請求項３のように、前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流のサンプルガス流路には、サンプルガスの湿度を検出する湿度検出センサが設けられ、この湿度検出センサによって検出される湿度が閾値より大きい間は前記三方切換弁を、サンプルガスがバイパス流路側に流れて当該サンプルガスが前処理部の触媒に接触しないように切換え可能に構成する場合には、サンプルガスの湿度が高いときに、三方切換弁を切り換えてサンプルガスをバイパス流路に流すことにより、湿度の高いサンプルガスが前処理部に接触することを確実に防止でき、前処理部内における結露の発生をより確実に防止でき、それだけ前処理部の寿命を長くして、メンテナンス周期を長くすることができる。なお、湿度検出センサとしては、熱線素子に発生した結露によって生じる抵抗値の変化を用いて結露を検出するドレンセンサなどが考えられる。

請求項４に記載の発明では、ボイラの停止時には、サンプルガスが前処理部に接触しないように構成してあるので、大気が前処理部の触媒に接触することを確実に防止できるので、大気の成分との接触によってその寿命が短くなるような前処理部の寿命を長くすることができ、それだけメンテナンスにかかる手間を省くことができ、ランニングコストを引き下げることができる。ボイラの停止状態は例えばボイラ側の中央制御盤から出力されるボイラ停止接点（ボイラ停止信号）を用いることができる。あるいは、ガスタービンの火炎無し、ボイラの消火、ボイラ炉内への燃焼空気の押込ファンの停止を検出する信号を用いることができる。

ここで、請求項５のように、ガス分析計がサンプルガスの酸素濃度を測定する機能を有し、それによる酸素の測定値を所定のしきい値と比較して、酸素の測定値がしきい値よりも大きいときには、前記三方切換弁を、サンプルガスが前記バイパス流路側に流れるように切換え制御することにより、ボイラ停止時には、サンプルガスが前処理部の触媒に接触しないように構成する場合には、サンプルガスとして大気が供給されていることが分かった時点でサンプルガスが前処理部に接触しないように、これをバイパスすることができるので、ボイラ停止時の大気吸引で触媒が酸化され、触媒効率が低下することを防止できる。つまり、三方切換弁を切り換えるためにこのガスサンプリング装置を流れるサンプルガスの測定結果を用いることにより、外部から入力される何らかの制御信号に頼ることなく確実に大気による前処理部の劣化を防止することができる。

図１は本発明の第１実施例を示す図であって、以下の例において、ガスサンプリング装置はサンプルガスとして、例えばオイル焚きや石炭焚きを行う火力発電所のボイラからの排ガスをサンプリングし、このサンプルガスに含まれるＮＯｘの濃度を測定するものである。

図１において、１はガスサンプリング装置、２は測定対象となるサンプルガスＳとしての排ガスが流れる煙道、３は煙道２に取り付けられたガスサンプリングプローブ（以下、単にプローブという）である。４は前記サンプルガスＳが流れるサンプルガス流路で、その下流端にはサンプルガス中の特定成分（この実施例ではＮＯｘ）の波長を分析するガス分析計５が設けられている。前記サンプルガス流路４には、以下のような部材が設けられている。

すなわち、６はサンプリングされたサンプルガスＳを例えば１５℃まで冷却して除湿する第１ドレンセパレータ、７はサンプルガスＳに含まれるミストを取り除くためのミストキャッチャ、８はサンプルガスＳの前処理部の一例であるＮＯｘコンバータ触媒（以下、単に触媒という）、９，１０はこの触媒８の上流側，下流側に設けられる三方切換弁、１１は触媒８をバイパスするように、２つの三方切換弁９，１０間を接続するバイパス流路である。１２はフィルタ、１３はニードルバルブ、１４は吸引ポンプ、１５はサンプルガスＳをさらに５℃まで冷却して除湿する第２ドレンセパレータ、１６はガス分析計５による分析結果を監視センタなどに通知するためのテレメータである。なお、前記三方切換弁９，１０は例えば電気的にオン／オフ制御可能な三方電磁弁よりなる。

１７は前記三方電磁弁９，１０に対する電源電圧Ｖｃｃの通電を制御するための例えばリレー接点（ａ接点）１７ａとリレーコイル１７ｂとからなるリレー、Ｏはガス分析計５の測定値データＤやウォーミングアップ信号Ｓ₁などの出力信号である。また、ウォーミングアップ信号Ｓ₁ はガス分析計５における分析計異常接点の接点出力によって得られる信号であり、これがリレーコイル１７ｂに入力される。

前記煙道２はボイラなどから排出される排ガスＳの排出流路であり、前記プローブ３は煙道２を流れる排ガスからダストをできるだけ取り除いてサンプルガスＳをサンプリングするものである。また、前記ドレンセパレータ６，１５は例えば電子冷却器を用いてサンプルガスＳを冷却することにより、その除湿を行うものであり、本実施例では、例えば２つのドレンセパレータ６，１５を一つのブロック内に形成している。そして、第１ドレンセパレータ６はサンプルガスＳを例えば１５℃まで冷却することにより、例えば５０℃飽和程度の湿度を有するサンプルガスＳを１５℃飽和程度まで除湿し、第２ドレンセパレータ１５はサンプルガスＳを５℃飽和まで除湿する。

ミストキャッチャ７は前記サンプルガスＳに含まれる例えばＳＯ₃ミストなどを取り除くものであり、また、ヒータ（図示していない）によって加熱されることによりミストキャッチャ７内における結露を防止できるように構成されている。三方電磁弁９，１０は同じタイミングでオン／オフ制御されるものであり、それぞれ３つのポートを有する。

前記触媒８は例えばサンプルガスＳ中に含まれるＮＯ₂ をＮＯに変換する還元触媒であり、例えば、活性炭素にモリブデン化合物、マンガン−カリウム化合物、および燐酸などからなる薬剤を含浸させたものである。そして、触媒８は図外のヒータによって加熱されることにより触媒８内における結露を防止できるように構成されている。触媒８によってＮＯ₂ をＮＯに変換することにより、前記分析計５はサンプルガスＳに含まれる全ＮＯｘの量を測定することができる。

フィルタ１２はサンプルガスＳに含まれるダストを取り除くものであり、ニードルバルブ１３は吸引ポンプ１４による吸引量を調整可能とするものである。そして、分析計５は十分な前処理を施したサンプルガスＳの成分濃度を分析するものであり、例えば赤外線ガス分析計を用いてとりわけＮＯの濃度を測定し、その測定値データＤを出力する。また、ガスサンプリング装置１の通電開始直後から例えば６０分間はウォーミングアップ動作を行うと共に、この間はウォーミングアップ動作を行っていることを示す分析計異常接点を動作させるように構成している。

テレメータ１６は分析計５による測定結果を、測定値データＤや前記分析計異常接点の動作によって得られるウォーミングアップ信号Ｓ₁ などの出力信号Ｏとして受け取って、これを監視センタにデータ転送する装置である。なお、前記ウォーミングアップ動作を行っている間は測定値データＤが不正確な値となるので、テレメータ１６は測定値データＤのデータ転送を行わないか、または、濃度０の出力を行うように構成されている。

リレー１７は前記ウォーミングアップ信号Ｓ₁ が出力されている間だけリレー接点１７ａを閉じることにより、前記両三方電磁弁９，１０を同時にオン状態に切り換えるものである。

一方、吸引ポンプ１４はガスサンプリング装置１の電源がオンになると動作して、サンプルガスＳを所定流量だけ吸引し続けており、ドレンセパレータ６，１５に対する通電や、ミストキャッチャ７内および触媒８内に設けられたヒータに対する通電を開始することによって、ミストキャッチャ７や触媒８を含むガスサンプリング装置１の各部における結露が生じないようにウォーミングアップ動作を行う。

前記構成のガスサンプリング装置１は、その通電開始直後においてガス分析計５から出力されているウォーミングアップ信号Ｓ₁ を用いて前記リレー１７が動作する。すなわち、本実施例においては前処理部としての触媒８の上流側および下流側にそれぞれ三方電磁弁９，１０を設けているので、リレー１７の動作に伴って三方電磁弁９，１０がオン状態に切り換えられることにより、サンプルガスＳの全量がバイパス流路１１側に流れる。このとき、触媒８の上流側を三方電磁弁９が遮断し、触媒８の下流側を三方電磁弁１０が遮断するので、触媒は三方電磁弁９，１０によって閉じられた流路内で、サンプルガスＳから完全に隔離される。つまり、ウォーミングアップ動作中において十分に除湿できないサンプルガスＳが拡散によって触媒８に接することが確実に防止できるように構成している。

したがって、ウォーミングアップ動作中の湿度の高いサンプルガスＳが触媒８内に結露することを確実に防止でき、これによって触媒８の劣化を効果的に抑えてその寿命を長くすることができるので、触媒８の交換にかかるランニングコストを飛躍的に引き下げることができる。また、前記ガスサンプリング装置１は、電源を停止し長時間のメンテナンスを行った後に再び復帰するときには、もう一度ウォーミングアップ動作を行うので、除湿できないサンプルガスＳが触媒８に接触することを確実に防止できる。すなわち、本発明のガスサンプリング装置１は従来のガスサンプリング装置のように起動する回数に応じて触媒８が劣化することがない。

なお、前記ウォーミングアップ動作中はサンプルガスＳが触媒８をバイパスしているので、分析計５から出力される測定値データＤが示す濃度はＮＯ₂ の濃度分だけ低い値となるが、もとよりウォーミングアップ信号Ｓ₁ は正確な測定値データＤが出力できないことを示すための信号であるので、これが問題となることは全くない。

なお、上述の例では比較的高価な有寿命の充填物を有する前処理部としてＮＯ₂ をＮＯに変換する還元触媒８を用いたもので示しているが、この前処理部の触媒８としてＳＯｘコンバータ触媒など、種々の変形が考えられることはいうまでもない。

また、サンプルガスＳをバイパス流路１１側に流す時間の長さは、ガスサンプリング装置１の各部の構成によって異なるものであるから、バイパス流路１１を用いた流路のバイパスを行う時間は、ガスサンプリング装置１のウォーミングアップ動作の制御シーケンスに合わせる必要がある。そこで、本実施例のように、一般的に分析計５から出力される分析計異常接点から得られるウォーミングアップ信号Ｓ₁ を用いて、触媒８をバイパスするように流路切換えを行うことにより、この流路切換えをウォーミングアップ動作の制御シーケンスに簡単かつ確実に合わせたタイミングで行うことができる。

しかしながら、本発明は前記ウォーミングアップ信号Ｓ₁ を三方電磁弁９，１０の流路切換えに直接的に用いることに限定されるものではなく、通電開始直後からウォーミングアップ信号Ｓ₁が出力される時間と同じか幾らか短い所定時間の間だけ、三方電磁弁９，１０をオン状態に切り換えるように構成してもよい。

また、本実施例の場合、図１に示すように、三方電磁弁９，１０をオン状態にしたときにサンプルガスＳがバイパス流路１１を流れるように流路を連通させ、三方電磁弁９，１０をオフ状態にしたときにサンプルガスＳがガスサンプリング流路４を流れるように流路を連通させるように構成している。したがって、前記分析計異常接点が動作していない通常の測定状態においては、三方電磁弁９，１０に電源電圧Ｖｃｃを供給することがなく、これによる電力消費を抑えることが可能である。しかしながら、三方電磁弁９，１０を用いた流路切換えは上述したものと逆であってもよい。

さらに、本実施例では前処理部の上流側および下流側にそれぞれ設けた三方切換弁の一例として電気的にオン／オフ制御可能な三方電磁弁９，１０を示しており、これによって流路切換えを電気的な制御によって自動的に行うことができるが、本発明はこの点に限定されるものではない。すなわち、電気的に制御可能な三方電磁弁９，１０の代わりに、圧縮空気などの流体によって切換え可能な三方切換弁や、手動切換えを行う三方切換弁を配置して、前記流路切換えを手動で行うようにしてもよい。また、この場合においても両方の三方切換弁は連動させることにより同時に操作可能とすることが望ましい。

何れにしても、本発明のガスサンプリング装置１は既存のガスサンプリング装置に２つの三方切換弁９，１０とバイパス流路１１を付加するといった僅かな改良を加えるだけで得られる。また、三方電磁弁９，１０に電源電圧Ｖｃｃを供給するリレー１７を設けてこのリレー１７に既存のウォーミングアップ信号Ｓ₁を入力することにより、前記流路切換えを自動的に行う構成にすることができ、その製造コストはほとんどアップすることはない。

図２は本発明の第２実施例を示す図である。図２において、図１と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。

図２において、２０はボイラの制御を行う中央制御盤であり、Ｓ₂はこの中央制御盤２０内のボイラ停止接点の動作によって得られるボイラ停止信号である。２１はこのボイラ停止信号Ｓ₂ によって動作するリレーであり、このリレー２１は例えばリレー接点（ａ接点）２１ａと、リレーコイル２１ｂとからなる電磁リレーである。なお、本発明はリレー２１の種類を限定するものではない。

本実施例においてリレー接点２１ａは前記リレー接点１７ａに対して並列に接続されている。したがって、本実施例のように構成することにより、リレー接点１７ａ，２１ａのうち何れか一方がオンとなるときに、三方電磁弁９，１０に電源電圧Ｖｃｃが供給される。そして、リレー２１はボイラ停止信号Ｓ₂ によって動作するので、ボイラ停止している状態では、三方電磁弁９，１０がオン状態になり、サンプルガスＳの全量がバイパス流路１１側に流れるように構成されている。

つまり、使用者によってはボイラが停止している状態においても、吸引ポンプ１４を動作させてサンプルガスＳの吸引を連続的に行い続けることもあるが、このとき中央制御盤２０側から出力されるボイラ停止信号Ｓ₂ を用いて、吸引したサンプルガスＳ（この場合は大気）をバイパス流路１１側に流し、前処理部としての触媒８を大気から隔離して、触媒８が大気に接触しないように構成している。これによって、ＮＯｘコンバータ触媒などの触媒８は、大気に含まれる高い濃度の酸素によって急激に酸化するなどして、その変換効率が低下したり、寿命が短くなることが防止される。

また、前記ボイラ停止信号Ｓ₂ に代えて（あるいは加えて）中央制御盤２０側から出力されるガスタービンの火炎無し、ボイラの消火、ボイラ炉内への燃焼空気の押込ファンの停止を検出する信号を用いて、リレー２１を動作させるようにすることも考えられる。

なお、図示を省略するが、前記ボイラ停止信号Ｓ₂は分析計５にも入力されており、分析計５は一般的にボイラ停止信号Ｓ₂を検出するときに測定値データＤとして、ＮＯｘの濃度を０として出力するように構成されている。したがって、本実施例においてボイラ停止信号Ｓ₂ が出力されている状態で触媒８をバイパスすることにより、分析計５は実際のＮＯｘ濃度よりもＮＯ₂ の濃度分だけ薄い濃度を検出するが、何れにしても分析計５が測定値データＤとしてされる値は０であるから、触媒８をバイパスすることによる影響は全く問題になることがない。

図３は図１，２を用いた本発明の第３実施例を示す図である。図３において、図１，２と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。

図３において、２５は前処理部としての触媒８の上流側の三方電磁弁９よりさらに上流側におけるガスサンプリング流路４に設けられた湿度検出センサの一例としてのドレンセンサであり、このドレンセンサ２５は例えば熱線素子と定電流回路を用いて結露の発生によって生じる抵抗値の変化を捕らえて、結露の発生を検出するものである。また、Ｓ₃は結露の発生を検出したことを示す結露検出信号である。２６はこの結露検出信号Ｓ₃ によって動作するリレーであり、このリレー２６は例えばリレー接点（ａ接点）２６ａと、リレーコイル２６ｂとからなる電磁リレーである。なお、本発明はリレー２６の種類を限定するものではない。

第３の実施例によれば、触媒８の上流側において結露（ドレン）が発生するときに、湿度が許容される閾値を越えていると判断してリレー２６に結露検出信号Ｓ₃ を出力することにより、三方電磁弁９，１０をオン状態に切り換え、サンプルガスＳの流れをバイパス流路１１側に切り換えることが可能となり、これによって触媒８が湿度の高いサンプルガスＳに接触しないようにすることができる。その後、ドレンが除湿されたサンプルガスでパージされることにより、ガスサンプリング流路４中にドレンがなくなると、前記結露検出信号Ｓ₃の出力されなくなり、三方電磁弁９，１０がオフ状態に戻るのでサンプルガスＳはガスサンプリング流路４側を流れる。

なお、本実施例では湿度検出センサの一例として熱線素子を用いた結露の発生を検出するドレンセンサ２５の例を示しているが、本発明は湿度検出センサの種類を限定するものではなく、そのほかの湿度検出センサを所定の閾値と比較するように構成されたものであってもよい。

また、第３実施例に示すような、ドレンセンサ（湿度センサ）２５を用いることにより、分析計５からウォーミングアップ信号Ｓ₁が出力されていない場合においても、ウォーミングアップ動作中に湿度の高いサンプルガスＳが吸引されることによって、触媒８が結露によって劣化することを防止できる。つまり、図１，２におけるリレー１７の位置に本実施例のリレー２６を配置させることにより、ウォーミングアップ信号Ｓ₁ を得ることができないような分析計５を用いた場合においても、通電開始直後のウォーミングアップ動作における触媒８の劣化を防止できる。

図４は図１〜３を用いて説明したガスサンプリング装置１の第４実施例を示す図である。図４において、図１〜３と同じ符号を付した部分は同一または同等の部分であるから、その詳細な説明を省略する。

図４において、Ｓ₄は分析計５内の濃度警報接点の動作によって出力される酸素濃度警報信号であって、より具体的に酸素濃度警報信号Ｓ₄は分析計５においてサンプルガスＳの酸素濃度を測定し、これが体積比２０．５％の閾値を越えたときに出力される信号である。３０はこの酸素濃度警報信号Ｓ4 によって動作するリレーであり、このリレー３０は例えばリレー接点（ａ接点）３０ａと、リレーコイル３０ｂとからなる電磁リレーである。なお、本発明はリレー３０の種類を限定するものではない。

本実施例のガスサンプリング装置１によれば、分析計５が体積比２１％程度の酸素を検出するときに、酸素濃度警報信号Ｓ₄によってサンプルガスＳとして大気を吸引していると判断することができ、酸素濃度警報信号Ｓ₄ によってリレー３０が動作して三方電磁弁９，１０がオン状態になることによりサンプルガスＳの流れから触媒８を完全に分離して、大量の大気の触媒８への流れ込みによる酸化を防止できる。

つまり、本実施例のように分析計５が酸素濃度警報信号Ｓ₄を出力する場合には、図２におけるリレー２１の位置に本実施例のリレー３０を配置させることにより、中央制御盤２０側からのボイラ停止信号Ｓ₂やガスタービンの火炎無し、ボイラの消火、ボイラ炉内への燃焼空気の押込ファンの停止を検出する信号を得ることができないような場合であっても、ボイラ停止中の大気吸引による触媒８の劣化を防止できる。

さらに、上述の各例では三方電磁弁９，１０は専ら触媒８などの前処理部の劣化防止のためにサンプルガスＳをバイパス流路１１に流すように流路切換えするものである例を示しているが、この三方電磁弁９，１０を切り換えて触媒８の劣化状態を確認することもできる。

本発明の第１実施例を概略的に示す図である。本発明の第２実施例を示す図である。本発明の第３実施例を示す図である。本発明の第４実施例を示す図である。

符号の説明

１ガスサンプリング装置
４ガスサンプリング流路
５分析計
８触媒（前処理部）
９，１０三方電磁弁（三方切換弁）
１１バイパス流路
２５湿度検出センサ
Ｓサンプルガス
Ｓ₁ ウォーミングアップ信号
Ｓ₂ ボイラ停止信号
Ｓ₃ 結露検出信号
Ｓ₄ 酸素濃度警報信号

Claims

ガス分析計にサンプルガスを供給するサンプルガス流路にサンプルガスの前処理を触媒によって行う前処理部を備えたガスサンプリング装置において、前記前処理部の上流側および下流側にそれぞれ三方切換弁を設けると共に、これらの三方切換弁間を、前記前処理部をバイパスするように接続するバイパス流路を設け、前記前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流側に配置されてサンプルガスを冷却し除湿するドレンセパレータ及び／又は前記前処理部に取付けられて触媒を加熱するヒータが設けられており、ガス分析計への通電開始直後から、前記ドレンセパレータによってサンプルガスが飽和湿度まで除湿された状態及び／又は前記ヒータによって前記前処理部内における結露の発生を防止できる温度に加熱された状態になるまでの所定の時間が経過するまでの間はサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間が経過後はサンプルガスが前記前処理部を流れるように、前記三方切換弁を自動的に切換え制御する手段を設けていることを特徴とするガスサンプリング装置。
前記三方切換弁が三方電磁弁であり、前記ガス分析計への通電開始直後から前記所定の時間が経過するまでの間は当該三方電磁弁がオン状態に切り換えられてサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間経過後は当該三方電磁弁がオフ状態に切り換えられてサンプルガスが前記前処理部を流れるように構成されている請求項１に記載のガスサンプリング装置。
前記前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流のサンプルガス流路には、サンプルガスの湿度を検出する湿度検出センサが設けられ、この湿度検出センサによって検出される湿度が閾値より大きい間は前記三方切換弁を、サンプルガスがバイパス流路側に流れて当該サンプルガスが前処理部の触媒に接触しないように切換え可能に構成されている請求項１または２に記載のガスサンプリング装置。
ボイラから排出される排ガスをサンプリングし、そのサンプルガスをガス分析計に供給するサンプルガス流路にサンプルガスの前処理を触媒によって行う前処理部を備えたボイラ排ガスサンプリング装置において、前記前処理部の上流側および下流側にそれぞれ三方切換弁を設けると共に、これらの三方切換弁間を、前記前処理部をバイパスするように接続するバイパス流路を設け、前記前処理部の上流側の三方切換弁よりもさらに上流側に配置されてサンプルガスを冷却し除湿するドレンセパレータ及び／又は前記前処理部に取付けられて触媒を加熱するヒータが設けられており、前記ガス分析計への通電開始直後から、前記ドレンセパレータによってサンプルガスが飽和湿度まで除湿された状態及び／又は前記ヒータによって前記前処理部内における結露の発生を防止できる温度に加熱された状態になるまでの所定の時間が経過するまでの間及びボイラの停止時にはサンプルガスが前記バイパス流路を流れ、前記所定の時間が経過後はサンプルガスが前記前処理部を流れるように、前記三方切換弁を自動的に切換え制御する手段を設けていることを特徴とするボイラ排ガスのサンプリング装置。
前記ガス分析計がサンプルガスの酸素濃度を測定する機能を有し、それによる酸素の測定値を所定のしきい値と比較して、酸素の測定値がしきい値よりも大きいときには、前記三方切換弁を、サンプルガスが前記バイパス流路側に流れるように切換え制御することにより、ボイラ停止時には、サンプルガスが前処理部の触媒に接触しないように構成されている請求項４に記載のボイラ排ガスのサンプリング装置。