JP5960030B2 - ガス中のガス成分濃度多点計測装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガス中のガス成分濃度多点計測装置に関するものである。
従来、配合ガスに含まれる特定物質の濃度測定を行う装置としてレーザ式ガス分析計が知られている。このレーザ式ガス分析計は、気体状のガス分子がそれぞれ固有の光吸収スペクトルを有するという特性を利用し、特定物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、その特定波長の吸光量から特定物質の濃度を測定するものである。
下記特許文献１には、アンモニアを含むガスが流通する配管ユニットからガスを吸引し、吸引したガスをレーザ式ガス分光計に導いてガス中に含まれるアンモニア濃度を測定する技術が開示されている。
特許文献２には、煙道の内部に挿入されて排ガスを採取するサンプリング管と、サンプリング管に対して加熱導管を介して接続されるフローセルユニットと、フローセルユニットに接続されるレーザ式ガス分析計とを備えるアンモニア濃度測定装置が開示されている。特許文献２に開示されているアンモニア濃度測定装置では、サンプリング管の内部に三酸化硫黄（ＳＯ３）を吸着するがアンモニアを通過させる吸着剤を装填し、排ガスから三酸化硫黄を除去したガスをレーザ式ガス分析計に導入させることで、アンモニアの測定精度を向上させている。
特許文献１、２に開示されているサンプリング方式の濃度測定装置では、以下のような問題点があった。
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。
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。
また、上記のように、ガスを測定用の配管に吸引するのではなく、ガスが流通する管そのものにレーザ式ガス分析計を配置する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３には、ガスが存在する内部空間に突出させた外筒と、外筒内にレーザを透過する光透過性部材によって閉塞された密閉空間を有する内筒とからなる二重管ノズルをレーザ光照射装置とレーザ光受光装置とにそれぞれ設け、この二重管ノズルの間の距離及び突出位置を調節することにより、二重管ノズル間に存在する特定物質の濃度を測定する技術が開示されている。
また、特許文献４には、煙道内に挿入されるレーザ光を反射するプローブと、レーザ光の光路を切り替える光路切替器と、プローブ内に形成された長孔のガス通路でのレーザ光の光強度を計測し、ガス中の硫黄酸化物の濃度を求めることが開示されている。
しかしながら、特許文献４のガス濃度測定装置では、レーザ光を切り替える光学系である光切り替え装置が設けられているので、例えばボイラからの燃焼排ガス等における大型プラントでの実機適用においては、操業中における振動による光学系のレーザ光の光軸のズレが生じることがある。
また、ガス計測部では一つの長孔にガスを導入して計測しているが、反射鏡に導入する前のレーザ光も排ガス中に晒されるので、散乱が発生し、適切なビーム形状を維持できなくなり、ノイズ信号が増大するという、問題がある。
また、ガス計測部では一つの長孔にガスを導入して計測しているが、反射鏡に導入する前のレーザ光も排ガス中に晒されるので、散乱が発生し、適切なビーム形状を維持できなくなり、ノイズ信号が増大するという、問題がある。
よって、ボイラプラントの排ガス中のガス組成を安定し、しかも多点においても計測ができる排ガス中のガス成分濃度計測装置の出現が切望されている。
本発明は、前記問題に鑑み、排ガス中のガス組成を安定して計測ができるガス中のガス成分濃度多点計測装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、計測対象ガスが存在する計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器と、前記計測場を通過した前記レーザ光を受光し、受光した前記レーザ光の前記計測対象ガス中のガス成分の光吸収に基づく前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光器と、前記計測場に挿入される挿入長さの異なる複数のレーザ光用プローブ手段とを具備し、前記レーザ光用プローブ手段が、前記レーザ光を入射する入射口と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡を有し、入射した前記レーザ光を回帰反射させる回帰反射部と、回帰反射した前記レーザ光を出射する出射口とを備えたコーナ反射部と、前記コーナ反射部の入射口に連結され、前記レーザ送光器から出射されたレーザ光を前記回帰反射部に送光する筒状の入射送光筒と、前記コーナ反射部の出射口に連結され、回帰反射した前記レーザ光を前記レーザ受光器へ送光する筒状の受光送光筒と、を備え、前記レーザ送光器と前記レーザ受光器とを、前記計測場の壁面に取り付ける光学系取付フランジと、前記コーナ反射部を取り付ける反射系取付フランジとを備え、前記光学系取付フランジに、前記レーザ送光器と前記レーザ受光器とを、前記計測場の外側で固定し、前記光学系取付フランジと前記反射系取付フランジとの間に、前記入射送光筒が取り付けられると共に、前記光学系取付フランジと前記反射系取付フランジとを支える支持筒を少なくとも１本以上有し、前記受光送光筒の一部が所定距離区切られ、前記計測場に晒される計測領域を有することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置にある。
第２の発明は、計測対象ガスが存在する計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器と、前記計測場を通過した前記レーザ光を受光し、受光した前記レーザ光の前記計測対象ガス中のガス成分の光吸収に基づく前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光器と、前記計測場に挿入されるレーザ光用プローブ手段とを具備し、前記レーザ光用プローブ手段が、前記レーザ光を入射する入射口と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡を有し、入射した前記レーザ光を回帰反射させる回帰反射部と、回帰反射した前記レーザ光を出射する出射口とを備えたコーナ反射部と、前記コーナ反射部の入射口に連結され、前記レーザ送光器から出射されたレーザ光を前記回帰反射部に送光する筒状の入射送光筒と、前記コーナ反射部の出射口に連結され、回帰反射した前記レーザ光を前記レーザ受光器へ送光する筒状の受光送光筒と、を備え、前記受光送光筒は、該受光送光筒を回転する回転手段と、回転する受光送光筒の長手方向に沿って全体を覆う固定外枠と、前記受光送光筒に形成され、その長手方向の一部に所定距離をもって且つ時計方向で長手方向に異なる箇所で複数開口される第１の長孔と、前記固定外枠に形成され、その長手方向の一部が所定距離をもって複数開口される第２の長孔と、前記受光送光筒が回転した際、受光送光筒の第１の長孔と、固定外枠の第２の長孔とが一致し、計測場に晒される計測領域を形成することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置にある。
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記入射送光筒及び前記受光送光筒内に、前記計測場の外部からパージガスを導入する第１パージガス導入手段を有することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置にある。
第４の発明は、第１の発明において、前記支持筒内に、前記計測場の外部からパージガスを導入する第２パージガス導入手段を有することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置にある。
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記レーザ送光器と前記レーザ受光器とが、光ファイバを介して接続されていることを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置にある。
本発明によれば、受光送光筒の一部を所定距離だけ開口させ、計測場の計測領域に晒すレーザ光用プローブ手段を多点配置させることで、複数個所における計測対象ガス中のガス成分を計測することができる。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図１は、実施例１に係る脱硝装置を備えたボイラ装置の概略図である。図２は、実施例１に係る脱硝装置のアンモニア注入装置の概略構成例を示す系統図である。図３は、実施例１に係るガス成分濃度計測装置を複数配置させた概略図である。図４は、実施例１に係るガス成分濃度計測装置の概略斜視図である。図５はコーナ反射部の概略図である。図６は、反射鏡の取り付け図である。本実施例では、ガス成分濃度計測装置を用いて、排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する場合について説明する。
図１に示すように、実施例１に係るボイラ装置１００は、ボイラ１０１からの燃焼排ガス（以下「排ガス」という）１０２中に還元剤（例えばアンモニア：ＮＨ3）を供給する還元剤供給手段であるアンモニア注入装置１０４と、還元剤が含まれた排ガス１０２中のＮＯｘを脱硝する脱硝触媒１０６を備えた脱硝装置１０５と、前記脱硝装置１０５の入口側と出口側とに各々設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度分布を多点で計測するレーザ計測手段によりガス成分濃度を測定するガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃと、前記ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃの計測結果より、多点でのＮＯｘ濃度を求め、求めたＮＯｘ濃度より、複数個所のいずれかにおいて、ＮＯｘ濃度が所定値以上の場合、アンモニア注入装置１０４からのアンモニア供給量を調節する制御手段である開度設定部１０９とを具備するものである。
図１中、符号１０７は空気予熱器、１０８は煙突を図示する。
図１に示すように、実施例１に係るボイラ装置１００は、ボイラ１０１からの燃焼排ガス（以下「排ガス」という）１０２中に還元剤（例えばアンモニア：ＮＨ3）を供給する還元剤供給手段であるアンモニア注入装置１０４と、還元剤が含まれた排ガス１０２中のＮＯｘを脱硝する脱硝触媒１０６を備えた脱硝装置１０５と、前記脱硝装置１０５の入口側と出口側とに各々設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度分布を多点で計測するレーザ計測手段によりガス成分濃度を測定するガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃと、前記ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃの計測結果より、多点でのＮＯｘ濃度を求め、求めたＮＯｘ濃度より、複数個所のいずれかにおいて、ＮＯｘ濃度が所定値以上の場合、アンモニア注入装置１０４からのアンモニア供給量を調節する制御手段である開度設定部１０９とを具備するものである。
図１中、符号１０７は空気予熱器、１０８は煙突を図示する。
脱硝装置１０５は、煙道１０３の直管部に設置されてアンモニアを注入するアンモニア注入装置１０４と、注入したアンモニアを排ガスと混合させる混合器（不図示）と、窒素酸化物とアンモニアとを反応させた後に水と窒素とに分解する脱硝触媒１０６と、アンモニア注入量等の制御を行う開度設定部１０９と、ガス流路に仮想的に設けられた濃度測定領域における脱硝装置１０５の入口側と出口側とのＮＯｘ濃度を測定するガス成分濃度計測装置５０を備えている。
アンモニア注入装置１０４は、例えば図２に示すように、アンモニア供給源に接続された流路配管のアンモニア主系統２２に総流量制御弁２３を備えている。このアンモニア主系統２２は、総流量制御弁２３の下流において、ヘッダ２４から分岐させた複数本（図示の例では６本）のアンモニア供給系統２６を備えている。
アンモニア供給系統２６は、各々が流量制御元弁２５及び複数個（図示の例では３個）の注入ノズル２７を備えており、排ガスを流す流路である煙道１０３の内部に注入ノズル２７が格子状の配置となるように設置されている。注入ノズル２７は、流路配管のアンモニア主系統２２、ヘッダ２４及びアンモニア供給系統２６を通ってアンモニア供給源から供給されたアンモニアを煙道１０３の内部に液滴又はガスの状態で流出させ、排ガス中に還元剤としてのアンモニアを注入するものである。なお、液滴の状態で注入されたアンモニアは、高温の排ガスから吸熱してガス化する。
こうして煙道１０３の内部に注入されたアンモニアのガスは、混合器を通過することにより排ガスと撹拌混合される。この結果、アンモニアは窒素酸化物と反応して脱硝触媒１０６を通過するので、水と窒素とに分解されることで窒素酸化物が排ガス中から除去される。
開度設定部１０９には、ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃで測定した窒素酸化物(ＮＯｘ)濃度の測定値が制御装置２０を介して入力される。このようなＮＯｘ濃度の入力を受けた開度設定部１０９は、ＮＯｘ濃度に基づいて総流量制御弁２３の開度の設定（開度制御）を行う。
図３は、実施例１に係るガス成分濃度計測装置を複数配置させた概略図である。
図３に示すように、脱硝装置１０５の煙道１０３内に配設された挿入方向に長さが異なるプローブ手段５１Ａ〜５１Ｃを有するガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃを示す。
図３においては、煙道１０３の壁部１０３ｂからの挿入方向に一番長いプローブ手段５１Ａを有するガス成分濃度計測装置５０Ａは、排ガスのガス流れ方向の上部側に設置し、長さが中間のプローブ手段５１Ｂを有するガス成分濃度計測装置５０Ｂは排ガスの中部に設置し、挿入方向に一番短いプローブ手段５１Ｃを有するガス成分濃度計測装置５０Ｃは排ガスの下流側に設置している。
これにより、煙道１０３のプローブ挿入方向において、複数個所の区画された領域の排ガス中のＮＯｘ濃度を計測することができる。
図３に示すように、脱硝装置１０５の煙道１０３内に配設された挿入方向に長さが異なるプローブ手段５１Ａ〜５１Ｃを有するガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃを示す。
図３においては、煙道１０３の壁部１０３ｂからの挿入方向に一番長いプローブ手段５１Ａを有するガス成分濃度計測装置５０Ａは、排ガスのガス流れ方向の上部側に設置し、長さが中間のプローブ手段５１Ｂを有するガス成分濃度計測装置５０Ｂは排ガスの中部に設置し、挿入方向に一番短いプローブ手段５１Ｃを有するガス成分濃度計測装置５０Ｃは排ガスの下流側に設置している。
これにより、煙道１０３のプローブ挿入方向において、複数個所の区画された領域の排ガス中のＮＯｘ濃度を計測することができる。
脱硝率を求める場合には、このような多点を計測できるガス成分濃度計測装置を脱硝装置１０５の入口側と出口側とに設置し、ＮＯｘ濃度分布から脱硝率を求めるようにしている。
このように、複数個所のＮＯｘ濃度を計測することができるので、複数個所のＮＯｘ濃度に基づいて各流量制御元弁２５の開度の設定（開度制御）を行うことができる。すなわち、開度設定部１０９は、総流量制御弁２３及びＮＯｘ濃度分布に基づく流量制御元弁２５の開度制御信号を出力する。
この場合、開度設定部１０９による流量制御元弁２５の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁２５毎の開度との相関関係を定めた制御マップに基づいて行われる。すなわち、脱硝装置１０５は、ボイラ１０１毎に諸条件（煙道１０３の流路系統や流路断面積、燃料の種類等）が異なるため、事前に相関関係のデータを実験等により入手して制作した制御マップを開度設定部１０９に記憶しておく。
この制御マップでは、煙道１０３内のＮＯｘ濃度を複数区画された領域内で測定した複数位置のＮＯｘ濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統２６毎に異なる流量制御元弁２５の開度を個別に設定するものである。
この制御マップでは、煙道１０３内のＮＯｘ濃度を複数区画された領域内で測定した複数位置のＮＯｘ濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統２６毎に異なる流量制御元弁２５の開度を個別に設定するものである。
ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃを用いることで、上述したように、脱硝触媒１０６の入口側と出口側のＮＯｘ濃度の差により、脱硝が確実になされたかをその濃度計測により制御装置２０で判断できる。
そして、ＮＯｘ濃度が基準値以上であると判断したら、脱硝不良として、制御装置２０から開度設定部１０９に信号を送り、開度設定部１０９からアンモニア注入装置１０４に開度信号をおくって、アンモニアの供給量を調整する。
そして、ＮＯｘ濃度が基準値以上であると判断したら、脱硝不良として、制御装置２０から開度設定部１０９に信号を送り、開度設定部１０９からアンモニア注入装置１０４に開度信号をおくって、アンモニアの供給量を調整する。
このような脱硝装置１０５によれば、ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃによって、煙道における脱硝触媒１０６の入口側と出口側におけるＮＯｘ濃度分布が検出され、この検出結果が、制御装置２０を介して開度設定部１０９に出力される。
開度設定部１０９では、窒素酸化物濃度の平均値に基づいて総流量制御弁２３の開度制御が行われ、かつ、ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃによって得られたＮＯｘ濃度分布に基づいて流量制御元弁２５の開度制御が行われる。これにより、脱硝装置１０５の運転を継続しながら、時定数の短いＮＯｘ濃度の測定値に応じ、複数のアンモニア供給系統２６毎に分配されるアンモニア注入量を自動的に調整することができる。
このとき、流量制御元弁２５の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁２５毎の開度とのマップに基づいて行われるので、窒素酸化物濃度により総供給量が規定されたアンモニアは、流量制御元弁２５の開度に応じてアンモニア供給系統２６に対するアンモニア分配量が調整される。
本実施例では、排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば排ガス中のアンモニア濃度を計測するようにしてもよい。
本実施例では、排ガス中のＮＯｘ濃度を計測する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば排ガス中のアンモニア濃度を計測するようにしてもよい。
また、排ガス中の脱硝率を求める場合には、脱硝装置１０５の入口側のＮＯｘ濃度分布と出口側のＮＯｘ濃度分布を計測することが必要となるが、脱硝率を求める必要がない場合には、脱硝装置１０５の出口側にのみ、ガス成分濃度計測装置５０Ａ〜５０Ｃを設置するようにしてもよい。
次に、本実施例で用いるガス成分濃度計測装置５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）の構成について詳細に説明する。なお、レーザ光用プローブ手段５１（５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ）は、その挿入長さが異なるものであるので、代表例であるレーザ光用プローブ手段５１を有するガス成分濃度計測装置５０について説明する。
図４、図５及び図６に示すように、ガス成分濃度計測装置５０は、計測対象ガスである例えば排ガス１０２が存在する計測場の外部からレーザ光７０を出射させるレーザ送光器（以下「送光器」という）１１と、前記計測場を通過したレーザ光を受光し、レーザ光７０の光強度を検出するレーザ受光器（以下「受光器」という）１２と、前記計測場に挿入されるレーザ光用プローブ手段５１とを具備し、前記レーザ光用プローブ手段５１が、前記レーザ光７０を入射する入射口５２と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡５３、５３を有し、入射したレーザ光７０を回帰反射させる回帰反射部と、反射したレーザ光７１を出射する出射口５４とを備えたコーナ反射部５５と、前記コーナ反射部５５の入射口５２に連結され、前記レーザ送光器１１から出射されたレーザ光７０を送光する筒状の入射送光筒５６と、前記コーナ反射部５５の出射口５４に連結され、前記反射したレーザ光７１をレーザ受光器１２へ送光する筒状の受光送光筒５７とを備えている。
そして、前記受光送光筒５７の一部が所定距離区切られ、計測場の排ガスに晒される計測領域Ｌを有している。
すなわち、受光送光筒５７においては、開口端部５７ａ、５７ｂが所定距離だけ切り取られ、排ガス１０２が存在する計測場に晒される計測領域Ｌが形成されている。
図４、図５及び図６に示すように、ガス成分濃度計測装置５０は、計測対象ガスである例えば排ガス１０２が存在する計測場の外部からレーザ光７０を出射させるレーザ送光器（以下「送光器」という）１１と、前記計測場を通過したレーザ光を受光し、レーザ光７０の光強度を検出するレーザ受光器（以下「受光器」という）１２と、前記計測場に挿入されるレーザ光用プローブ手段５１とを具備し、前記レーザ光用プローブ手段５１が、前記レーザ光７０を入射する入射口５２と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡５３、５３を有し、入射したレーザ光７０を回帰反射させる回帰反射部と、反射したレーザ光７１を出射する出射口５４とを備えたコーナ反射部５５と、前記コーナ反射部５５の入射口５２に連結され、前記レーザ送光器１１から出射されたレーザ光７０を送光する筒状の入射送光筒５６と、前記コーナ反射部５５の出射口５４に連結され、前記反射したレーザ光７１をレーザ受光器１２へ送光する筒状の受光送光筒５７とを備えている。
そして、前記受光送光筒５７の一部が所定距離区切られ、計測場の排ガスに晒される計測領域Ｌを有している。
すなわち、受光送光筒５７においては、開口端部５７ａ、５７ｂが所定距離だけ切り取られ、排ガス１０２が存在する計測場に晒される計測領域Ｌが形成されている。
また、本実施例では、前記入射送光筒５６と、前記受光送光筒５７内に、計測場の外部からパージガス６０を導入するパージガス導入手段（図示せず）を設けており、入射送光筒５６と、前記受光送光筒５７内に計測場の排ガスが内部に侵入することを防止している。パージガス６０としては、シールエア、不活性ガス等を例示することができる。
このように、入射送光筒５６と受光送光筒５７内にパージガス６０を入れるのは、例えば石炭焚ボイラ等のように排ガス１０２中に煤塵が多いような場合、レーザ光７０がその煤塵の影響により散乱され、そのビーム径、散乱光ノイズ等の拡大等が生じることを防止するためである。
すなわち、計測領域Ｌに到達する前に、煤塵の影響でレーザ光７０が散乱されるとそのような状態で、レーザ光が反射され、さらに拡散が助長され、計測不能となるからである。
すなわち、計測領域Ｌに到達する前に、煤塵の影響でレーザ光７０が散乱されるとそのような状態で、レーザ光が反射され、さらに拡散が助長され、計測不能となるからである。
よって、図４に示すように、パージガス６０は、入射送光筒５６、入射口５２、コーナ反射部５５及び出射口５４と通過させることで、送光するレーザ光７０は、送光器１１から出射されたままの状態で、反射鏡５３、５３で反射させて、所定距離の開口された計測場の計測領域Ｌに送るようにしている。
また、本実施例では、図４及び図５に示すように、入射送光筒５６内に供給されたパージガス６０は、コーナ反射部５５の内部も通過するので、レーザ光７０を反射する反射鏡５３、５３も常にパージガス６０で清浄化されていることとなる。
ここで、入射送光筒５６と、受光送光筒５７とは支持具６５を介して支持するようにしている。
ここで、入射送光筒５６と、受光送光筒５７とは支持具６５を介して支持するようにしている。
また、レーザ光用プローブ手段５１は、計測場が３００℃以上の高温の環境に晒されるので、その材質を、高温耐久性の低膨張合金材質（例えば「スーパーインバー（商品名）」、三菱マテリアル社製）を用いるようにしている。
コーナ反射部５５は、図５に示すように、一対の反射鏡５３、５３の角度が９０度となるような回帰反射部としている。
このように９０度の角度で反射鏡５３、５３を設定すると、レーザ光は回帰反射となり、入射したレーザ光７０に対して、平行な反射レーザ光７１が反射して受光器１２側に戻ってくることとなる。よって、入射のレーザ光７０を合わせることで、戻り光の反射レーザ光７１は必ず平行となる。この回帰反射部により、送光レーザ光と反射レーザ光の光軸のズレの問題が生じることがなくなる。
このように９０度の角度で反射鏡５３、５３を設定すると、レーザ光は回帰反射となり、入射したレーザ光７０に対して、平行な反射レーザ光７１が反射して受光器１２側に戻ってくることとなる。よって、入射のレーザ光７０を合わせることで、戻り光の反射レーザ光７１は必ず平行となる。この回帰反射部により、送光レーザ光と反射レーザ光の光軸のズレの問題が生じることがなくなる。
また、反射鏡５３のコーナ反射部５５への取り付けは、図５及び図６に示すように、反射鏡５３を開口５５ａに合わせ、締結手段であるボルト６１、ナット６２で取り付けるようにしている。また、熱伸びに対しての緩みを防止するために、締結手段にバネ６３を介装して締結するようにしている。
ここで、反射鏡５３は、アンモニア測定を目的とする場合、サファイヤ基盤でＳｉＯ2、ＴｉＯ2の多層膜としている。
サファイヤ基盤を用いるのは、サファイヤとＳｉＯ2、ＴｉＯ2の線膨張係数が同等であるため、熱伸びの影響を受けにくく、多層膜の剥がれ等も防止することができるからである。
サファイヤ基盤を用いるのは、サファイヤとＳｉＯ2、ＴｉＯ2の線膨張係数が同等であるため、熱伸びの影響を受けにくく、多層膜の剥がれ等も防止することができるからである。
なお、計測対象のガス成分により、反射膜のコーティングを異なるものとすることができる。
例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を計測する場合には、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ＳｉＯ2多層膜を用いることができる。
例えば酸化硫黄（ＳＯ2）、メタン（ＣＨ4）を計測する場合には、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜等の金属膜を用いることができる。
例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を計測する場合には、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ＳｉＯ2多層膜を用いることができる。
例えば酸化硫黄（ＳＯ2）、メタン（ＣＨ4）を計測する場合には、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜等の金属膜を用いることができる。
例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を計測する場合には、量子カスケードレーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓを例示することができる。波長：５〜６μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる）を用いることができる。
また、例えばアンモニア（ＮＨ3）を計測する場合には、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓを例示することができる。波長：１．５μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる）を用いることができる。
例えばアンモニア以外のガス成分として、ＳＯ2（酸化硫黄）を計測する場合には、量子カスケードレーザ（波長：７．０〜７．５μｍを例示することができる）を用いることができる。
また、ガス成分として、メタン（ＣＨ4）を計測する場合には、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓを例示することができる。波長：１．６μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる）を用いることができる。
また、ガス成分として、メタン（ＣＨ4）を計測する場合には、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓを例示することができる。波長：１．６μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる）を用いることができる。
このように、本発明では、赤外領域で計測しているが、本発明はこれに限定されず、可視・紫外領域での分光計測にも適用できる。
この場合、可視・紫外分光にて計測する場合、それに応じた可視・紫外を効率的に反射できる例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶膜、アルミニウム（Ａｌ）膜、金（Ａｕ）等の金属を用いることができる。
この場合、可視・紫外分光にて計測する場合、それに応じた可視・紫外を効率的に反射できる例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶膜、アルミニウム（Ａｌ）膜、金（Ａｕ）等の金属を用いることができる。
本実施例では、図１に示すように、レーザ手段を制御するための制御装置２０が設置されている。この制御装置２０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えている。これら各部は、バスを介して接続されている。更に、制御装置２０は、キーボードやマウス等からなる入力部及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部などと接続されていてもよい。
上記ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭに限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。なお、本実施形態では、制御装置２０を一つのコンピュータによって実現する構成としているが、複数のコンピュータによって実現してもよい。
図１９は、吸収分光計測の概念図である。
図２０は、吸収分光計測の吸収チャート図である。
そして、排ガス１０２中のガス成分を計測する場合には、所定濃度の煤塵が含まれる送光点と受光点との間のレーザ経路である計測領域Ｌを通過した後の受光強度（Ｉ0’）を基準とし、この基準から特定のガス組成の吸収による光強度（Ｉ）を求める。
そして、（Ｉ）／（Ｉ0’）によりガス成分（例えばＮＯｘ）濃度（ＴNＯｘ）を求める。なお、受光強度（Ｉ0）は、大気中で煤塵がない環境で測定した光透過率の初期データである。
図２０は、吸収分光計測の吸収チャート図である。
そして、排ガス１０２中のガス成分を計測する場合には、所定濃度の煤塵が含まれる送光点と受光点との間のレーザ経路である計測領域Ｌを通過した後の受光強度（Ｉ0’）を基準とし、この基準から特定のガス組成の吸収による光強度（Ｉ）を求める。
そして、（Ｉ）／（Ｉ0’）によりガス成分（例えばＮＯｘ）濃度（ＴNＯｘ）を求める。なお、受光強度（Ｉ0）は、大気中で煤塵がない環境で測定した光透過率の初期データである。
ガス成分（アンモニアや窒素酸化物等）の濃度を求める場合の光透過率は、下記数１に示すランベルト・ベールの式を用いて算出することができる。
Ｉ0’は、煤塵有りガス中の透過後の光強度である。
αは、煤塵による散乱係数（ｇ／ｍ2）である。
ｃは、煤塵濃度（ｇ／ｍ3）である。
Ｌは、光路長である。
ｔは、温度補正値である。
そして、このようなプローブ手段５１を有するレーザユニットを、例えば排ガス１０２を脱硝する脱硝装置１０５の煙道１０３の片側の壁１０３ｂに取付フランジ７９を介して装着することで、煙道内部の所定箇所において、排ガス１０２中のガス成分のＮＯｘ濃度を計測することができる。
本実施例に係るガス成分濃度計測装置５０によれば、コーナ反射部５５に一対の反射鏡５３，５３を設け、このコーナ反射部５５に送光器１１からのレーザ光を導入する入射送光筒５６を設けると共に、反射したレーザ光を受光器１２側へ導入する受光送光筒５７を設けている。
そして、受光送光筒５７の一部を所定距離５７ａ、５７ｂだけ開口させ、計測場の計測領域Ｌに晒すことで、この計測領域Ｌに存在する排ガス１２中のガス成分を計測するようにしている。
そして、受光送光筒５７の一部を所定距離５７ａ、５７ｂだけ開口させ、計測場の計測領域Ｌに晒すことで、この計測領域Ｌに存在する排ガス１２中のガス成分を計測するようにしている。
この際、入射送光筒５６にパージガス６０を導入して、コーナ反射部５５の反射鏡５３を反射するまでの間、排ガスが導入することを防止しているので、レーザ光７０がその煤塵に影響されることがなく、散乱が防止され、ビーム径、散乱光ノイズ等の拡大等が生じることを防止している。
この結果、煤塵の影響で散乱された状態で、レーザ光が反射されることを防止されるので、計測精度の低下を防止している。
よって、本実施例によれば、パージガス６０が、入射送光筒５６、入射口５２、コーナ反射部５５及び出射口５４と通過させているので、送光するレーザ光７０は、送光器１１から出射されたままの状態で、反射鏡５３、５３で反射させて、反射レーザ光７１は、所定距離５７ａ、５７ｂだけ開口された計測領域Ｌではじめて煤塵に接触することとなり、散乱が防止される。
この結果、煤塵の影響で散乱された状態で、レーザ光が反射されることを防止されるので、計測精度の低下を防止している。
よって、本実施例によれば、パージガス６０が、入射送光筒５６、入射口５２、コーナ反射部５５及び出射口５４と通過させているので、送光するレーザ光７０は、送光器１１から出射されたままの状態で、反射鏡５３、５３で反射させて、反射レーザ光７１は、所定距離５７ａ、５７ｂだけ開口された計測領域Ｌではじめて煤塵に接触することとなり、散乱が防止される。
なお、ボイラ１０１からの排ガス１０２には、煤塵が含まれているので、計測領域Ｌであるレーザ光の光路長さを長くすると、煤塵の影響により光透過率が減衰することとなる。
図２１は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。
図２１では、波長が１．５μｍの場合、煤塵濃度が６ｇ／Ｎｍ3程度の石炭灰中に２ｍの光路長で計測が可能であることを確認している。
よって、煤塵濃度がそれ以上の場合には、１．５ｍ、より好適には１ｍ前後の光路長で計測することが良好である。
図２１は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。
図２１では、波長が１．５μｍの場合、煤塵濃度が６ｇ／Ｎｍ3程度の石炭灰中に２ｍの光路長で計測が可能であることを確認している。
よって、煤塵濃度がそれ以上の場合には、１．５ｍ、より好適には１ｍ前後の光路長で計測することが良好である。
本発明のように、煙道１０３の一方側から、ガス成分濃度多点計測装置のプローブ手段５１を内部に挿入するだけで、排ガス中のガス成分（例えばアンモニア、窒素酸化物）を計測できるので、装置構成が簡易となる。すなわち、脱硝装置の煙道の片側の壁１０３ａのスペース等が無いような場合でも、片側の壁１０３ｂからのみプローブ手段５１を有するユニットの挿入固定となるので、計測装置の設置が容易となる。
図７は、実施例２に係るガス成分濃度計測装置の全体構成を示す概略図である。図８は、図７のガス成分濃度計測装置の平面図である。
実施例１のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図７及び図８に示すように、ガス成分濃度計測装置５０は、前記レーザ送光器１１とレーザ受光器１２とを、計測場の壁面に取り付ける光学系取付フランジ８０と、前記コーナ反射部５５を取り付ける反射系取付フランジ８１とを備え、光学系取付フランジ８０に、レーザ送光器１１とレーザ受光器１２とを固定している。
そして、前記光学系取付フランジ８０と反射系取付フランジ８１とを用いて、入射送光筒５６が取り付けられると共に、両フランジ８０、８１を支える第１及び第２の支持筒８２、８３を２箇所設けている。
なお、図７のガス成分濃度計測装置の全体構成を示す概略図では、第２の支持筒８３は図示を省略している。また、図８の図７の平面図では、受光送光筒５７、受光器１２の図示は省略している。
実施例１のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図７及び図８に示すように、ガス成分濃度計測装置５０は、前記レーザ送光器１１とレーザ受光器１２とを、計測場の壁面に取り付ける光学系取付フランジ８０と、前記コーナ反射部５５を取り付ける反射系取付フランジ８１とを備え、光学系取付フランジ８０に、レーザ送光器１１とレーザ受光器１２とを固定している。
そして、前記光学系取付フランジ８０と反射系取付フランジ８１とを用いて、入射送光筒５６が取り付けられると共に、両フランジ８０、８１を支える第１及び第２の支持筒８２、８３を２箇所設けている。
なお、図７のガス成分濃度計測装置の全体構成を示す概略図では、第２の支持筒８３は図示を省略している。また、図８の図７の平面図では、受光送光筒５７、受光器１２の図示は省略している。
また、前記光学系取付フランジ８０と反射系取付フランジ８１との間に、第１及び第２の支持具８４、８５を設け、トライアングル支持としている。そして、入射送光筒５６、受光送光筒５７、第１及び第２の支持筒８２，８３の４本の固定を確実としている。
実施例１では、入射送光筒５７が支持筒を兼用していたが、本実施例では入射送光筒５６と受光送光筒５６とを支持する支持筒８２、８３を別途設けているので、高温環境においても、これらの支持を確実に行うことができる。
実施例１では、入射送光筒５７が支持筒を兼用していたが、本実施例では入射送光筒５６と受光送光筒５６とを支持する支持筒８２、８３を別途設けているので、高温環境においても、これらの支持を確実に行うことができる。
図９は、入射送光筒と送光器との接続構成の一例を示す図である。
本実施例では、図９に示すように送光器１１と入射送光筒５６とをレーザビーム窓１５を介して接続している。このレーザビーム窓１５は、図９に示すように、中空部材であり、フランジ１６により外壁１０３ｂ面にそれぞれ固定されている。レーザビーム窓１５の内部には、内部と外部との間のガスの出入りを遮断するシール用光学ガラス１７が設けられる。シール用光学ガラス１７の受光面は、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光に対して垂直ではなく斜めに形成されてもよい。
本実施例では、図９に示すように送光器１１と入射送光筒５６とをレーザビーム窓１５を介して接続している。このレーザビーム窓１５は、図９に示すように、中空部材であり、フランジ１６により外壁１０３ｂ面にそれぞれ固定されている。レーザビーム窓１５の内部には、内部と外部との間のガスの出入りを遮断するシール用光学ガラス１７が設けられる。シール用光学ガラス１７の受光面は、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光に対して垂直ではなく斜めに形成されてもよい。
レーザビーム窓１５のシール用光学ガラス１７の両面側には、それぞれ給気口１８が設けられる。給気口１８からパージガス６０が吹き出すことによって、シール用光学ガラス１７への物質の付着を防止できる。なお、パージガス６０は、シール用光学ガラス１７に対して両面側ではなく、濃度測定領域側のみに吹き出されるとしてもよい。
入射送光筒５６を内壁面に設置する場合は、図９に示すように、例えばフランジ１６の端部に入射送光筒５６の端部が接続される。入射送光筒５６の径は、レーザビーム窓１５の径よりも大きく、レーザビーム窓１５に供給されたパージガス６０は、入射送光筒５６の内部に供給される。
図１０は、受光送光筒と受光器との接続構成の一例を示す図である。
本実施例では、図１０に示すように受光器１２と受光送光筒５７とをレーザビーム窓１５を介して接続している。このレーザビーム窓１５は、図１０に示すように、中空部材であり、フランジ１６により外壁１０３ｂ面にそれぞれ固定されている。レーザビーム窓１５の内部には、内部と外部との間のガスの出入りを遮断するシール用光学ガラス１７が設けられる。シール用光学ガラス１７の受光面は、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光に対して垂直ではなく斜めに形成されてもよい。
本実施例では、図１０に示すように受光器１２と受光送光筒５７とをレーザビーム窓１５を介して接続している。このレーザビーム窓１５は、図１０に示すように、中空部材であり、フランジ１６により外壁１０３ｂ面にそれぞれ固定されている。レーザビーム窓１５の内部には、内部と外部との間のガスの出入りを遮断するシール用光学ガラス１７が設けられる。シール用光学ガラス１７の受光面は、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光に対して垂直ではなく斜めに形成されてもよい。
レーザビーム窓１５のシール用光学ガラス１７の両面側には、それぞれ給気口１８が設けられる。給気口１８からパージガス６０が吹き出すことによって、シール用光学ガラス１７への物質の付着を防止できる。なお、パージガス６０は、シール用光学ガラス１７に対して両面側ではなく、濃度測定領域側のみに吹き出されるとしてもよい。
受光送光筒５７を内壁面に設置する場合は、図１０に示すように、例えばフランジ１６の端部に受光送光筒５７の端部が接続される。受光送光筒５７の径は、レーザビーム窓１５の径よりも大きく、レーザビーム窓１５に供給されたパージガス６０は、受光送光筒５７の内部に供給される。
そして、このようなレーザ光用プローブ手段５１を有するレーザユニットを、例えば排ガス１０２を脱硝する脱硝装置１０５の煙道の片側の壁１０３ｂに光学系取付フランジ８０を介して装着することで、煙道内部の所定箇所において、排ガス１０２中のガス成分のＮＯｘ濃度を計測することができる。
また、脱硝装置の煙道の片側の壁１０３ａのスペース等が無いような場合でも、片側の壁１０３ｂからのプローブ手段を有するユニットの挿入固定となるので、計測装置の設置が容易となる。
また、脱硝装置の煙道の片側の壁１０３ａのスペース等が無いような場合でも、片側の壁１０３ｂからのプローブ手段を有するユニットの挿入固定となるので、計測装置の設置が容易となる。
本実施例では、従来のような計測場の外部で反射ミラー等の光学系によりレーザ光を導入していないので、装置構成がコンパクトにすることができる。また、例えばボイラからの排ガス等における大型プラントでの実機適用においては、操業中における振動による光学系のレーザ光の光軸のズレが生じることが解消される。
また、本実施例では、第１及び第２の支持筒８２、８３内に、計測場の外部からパージガス６０を導入するパージガス導入手段を設けるようにすることで、排ガスの計測等における高温環境における熱伸びを防止することができる。
本実施例では、送光器と受光器とのレーザの固定を直接行っており、レーザ光用プローブ６１のコーナ反射部５５で回帰反射させているので、レーザ光の直線性の維持を図ることができる。
また、パージガスをコーナ反射部５５の内部まで導入し、計測領域Ｌまでレーザ光の散乱を防止しているので、レーザ光の散乱がなく、高い計測精度を提供することができる。
また、パージガスをコーナ反射部５５の内部まで導入し、計測領域Ｌまでレーザ光の散乱を防止しているので、レーザ光の散乱がなく、高い計測精度を提供することができる。
また窓部と送光器及び受光器を交換するだけで、様々な成分に適用することができる。また、赤外分光だけではなく、可視・紫外分光にも適用でき、計測対象の拡大を図ることができる。
また、コーナ反射部５５を用いて回帰反射させているので、送光筒及び受光筒の長さを適宜変更するだけで、計測位置の変更が可能となり、煩雑な光軸調整が不要となる。
図１１は、実施例３に係るガス成分濃度計測装置の全体構成を示す概略図である。
実施例１及び２のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例に係るガス中のガス成分濃度計測装置５０は、実施例２のガス中のガス成分濃度計測装置において、レーザ送光器１１とレーザ受光器１２とが、光学系取付フランジ８０に光ファイバ１９、１９を介して接続されている。
この接続には、レーザビーム窓１５に設けた光ファイバポート（図示せず）を介して行うようにしている。
実施例１及び２のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例に係るガス中のガス成分濃度計測装置５０は、実施例２のガス中のガス成分濃度計測装置において、レーザ送光器１１とレーザ受光器１２とが、光学系取付フランジ８０に光ファイバ１９、１９を介して接続されている。
この接続には、レーザビーム窓１５に設けた光ファイバポート（図示せず）を介して行うようにしている。
実施例２のような装置では、レーザ光の送光器１１と受光器１２とを送光筒５６、５７に取り付ける場合、取り付けフランジ１１ａ、１２ａを介して取り付けているので、そのフランジの幅だけ、入射送光筒５６と受光送光筒５７との距離が広がっている。その結果、反射鏡５３、５３の距離Ｄ1が広がっていた。
これに対し、レーザ光７０の入射及び反射レーザ光７１の出射を光ファイバ１９により行うようにすることで、レーザビーム窓１５の幅と狭くすることとなり、入射送光筒５６と受光送光筒５７との距離が縮まることとなる。この結果、反射鏡５３、５３の設置距離Ｄ2が実施例２の設置距離Ｄ1よりも小さくすることができる。
よって、コーナ反射部５５の反射鏡５３、５３の設置距離Ｄ2を短くできるので、コーナ反射部５５内での光路を短くすることとなり、光軸精度の維持を図ると共に、コーナ反射部５５の軽量化を図ることができる。
よって、コーナ反射部５５の反射鏡５３、５３の設置距離Ｄ2を短くできるので、コーナ反射部５５内での光路を短くすることとなり、光軸精度の維持を図ると共に、コーナ反射部５５の軽量化を図ることができる。
図１２は、脱硝装置の入口側と出口側とに設置するガス成分濃度計測装置を複数配置している様子を示す斜視図である。
実施例１乃至３のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１２に示すように、本実施例のガス成分濃度計測装置では、脱硝装置１０５の煙道１０３内のガス流れ方向（Ｚ方向）に沿って、計測場に挿入される挿入長さの異なる複数のレーザ光用プローブ手段５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃとを、上流部、中間部、下流部とに配置すると共に、壁面１０３ｂの壁方向（Ｘ方向）に沿って、これらが複数列（Ｉ、II、III）配置されており、空間部の９点のＮＯｘ濃度を計測するようにしている。
実施例１乃至３のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１２に示すように、本実施例のガス成分濃度計測装置では、脱硝装置１０５の煙道１０３内のガス流れ方向（Ｚ方向）に沿って、計測場に挿入される挿入長さの異なる複数のレーザ光用プローブ手段５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃとを、上流部、中間部、下流部とに配置すると共に、壁面１０３ｂの壁方向（Ｘ方向）に沿って、これらが複数列（Ｉ、II、III）配置されており、空間部の９点のＮＯｘ濃度を計測するようにしている。
レーザ光用プローブ手段５１Ａは挿入方向（Ｙ方向）に長さが長い入射送光筒５６−１と、受光送光筒５７−１とを設け、煙道１０３内の排ガス１０２のガス流れの上流部に配置している。これにより、煙道の奥におけるＮＯｘ濃度を計測することができる。
レーザ光用プローブ手段５１Ｂは挿入方向（Ｙ方向）に長さが中間の入射送光筒５６−２と、受光送光筒５７−２とを設け、煙道１０３内の排ガス１０２のガス流れの中間部に配置している。これにより、煙道の中間におけるＮＯｘ濃度を計測することができる。
レーザ光用プローブ手段５１Ｃは挿入方向（Ｙ方向）に長さが短い入射送光筒５６−３と、受光送光筒５７−３とを設け、煙道１０３内の排ガス１０２のガス流れの下流部に配置している。これにより、煙道の手前におけるＮＯｘ濃度を計測することができる。
このような長さの異なるレーザ光用プローブ手段を用意して、複数個所においてＮＯｘ濃度分布を計測することで、煙道内のＮＯｘ濃度分布を計測することが可能となる。
レーザ光用プローブ手段５１Ｂは挿入方向（Ｙ方向）に長さが中間の入射送光筒５６−２と、受光送光筒５７−２とを設け、煙道１０３内の排ガス１０２のガス流れの中間部に配置している。これにより、煙道の中間におけるＮＯｘ濃度を計測することができる。
レーザ光用プローブ手段５１Ｃは挿入方向（Ｙ方向）に長さが短い入射送光筒５６−３と、受光送光筒５７−３とを設け、煙道１０３内の排ガス１０２のガス流れの下流部に配置している。これにより、煙道の手前におけるＮＯｘ濃度を計測することができる。
このような長さの異なるレーザ光用プローブ手段を用意して、複数個所においてＮＯｘ濃度分布を計測することで、煙道内のＮＯｘ濃度分布を計測することが可能となる。
本実施例では、前述した実施例のように入射送光筒５６ごとに送光器１１を設けるものではなく、送光器１１と受光器１２とをユニット台３０に設置し、ガイドレール３１を介して、壁面１０３ｂの壁に沿って（Ｘ方向）、移動自在としている。
図１３は、レーザ光の授受の様子を示す図である。
ユニット台３０には、レーザ光源を有しレーザ光を照射する送光器１１と、光検出部を有しレーザ光を受光する受光器１２が設けられている。
ユニット台３０が移動可能に載置されるガイドレール３１と、煙道の壁面に設置されるレーザビーム窓１５Ａ、１５Ｂを有している。ガイドレール３１は、煙道の外部にて煙道の壁面に対して平行に設置される。
ユニット台３０には、レーザ光源を有しレーザ光を照射する送光器１１と、光検出部を有しレーザ光を受光する受光器１２が設けられている。
ユニット台３０が移動可能に載置されるガイドレール３１と、煙道の壁面に設置されるレーザビーム窓１５Ａ、１５Ｂを有している。ガイドレール３１は、煙道の外部にて煙道の壁面に対して平行に設置される。
送光器１１及び受光器１２は、ユニット台３０に所定間隔を持って載置され、煙道の外部にて煙道１０３の壁面に対して平行に移動する。したがって、送光器１１は、レーザ経路に応じて、煙道１０３の外壁１０３ｂ面に設けられたレーザビーム窓１５Ａにレーザ光を照射でき、受光器１２は、レーザ経路に応じて、レーザビーム窓１５Ｂを通過したレーザ光を受光できる。
送光器１１から照射されるレーザ光の照射強度や、受光器１２によって検出された受光強度は、図１に示す制御装置２０に通知される。受光器１２は、入力された光の情報を電気信号に変換して制御装置２０に出力する。
送光器１１から照射されるレーザ光の照射強度や、受光器１２によって検出された受光強度は、図１に示す制御装置２０に通知される。受光器１２は、入力された光の情報を電気信号に変換して制御装置２０に出力する。
本実施例では、煙道１０３のレーザ光用プローブ手段５１の挿入方向（Ｙ方向）に長さの異なるものを用意し、上流部、中間部、下流部におけるＮＯｘ濃度分布を、壁面１０３ｂの壁方向（Ｘ方向）に３列設け、合計９箇所でのＮＯｘ濃度分布の計測を行うようにしているが、この配置は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
図１４は、脱硝装置の入口側と出口側とに設置する他のガス成分濃度計測装置を複数配置している様子を示す平面図である。
図１４では、煙道の同一平面において区画された領域（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3）の三箇所のＮＯｘ濃度を計測する様子を示している。
区画Ｐ1では、挿入長さが長いレーザ光用プローブ手段５１Ａを用い、区画Ｐ2では、挿入長さが中間のレーザ光用プローブ手段５１Ｂを用い、区画Ｐ3では、挿入長さが短いレーザ光用プローブ手段５１Ｃを用いている。
送光器１１及び受光器１２は、ユニット台３０に所定間隔を持って載置され、煙道の外部にて煙道１０３の外壁１０３面に対して平行に移動する。したがって、送光器１１は、レーザ経路に応じて、煙道１０３の外壁１０３ｂ面に設けられたレーザビーム窓１５Ａにレーザ光を照射でき、受光器１２は、レーザ経路に応じて、レーザビーム窓１５Ｂを通過したレーザ光を受光できる。
ユニット台３０やガイドレール３１は、制御ケーブル３２、３３で結ばれた制御装置２０によって制御される。制御装置２０によってガイドレール３１に設けられたユニット台３０が移動されることにより、送光器１１からレーザビーム窓１５Ａを介して照射されたレーザ光７０が入射送光筒７０を通過する。コーナ反射部５５で反射した後、計測領域ＬでＮＯｘを含む排ガス１０２を通過した反射レーザ光７１は、レーザビーム窓１５Ｂを通過して、受光器１２によって受光される。
図１４では、煙道の同一平面において区画された領域（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3）の三箇所のＮＯｘ濃度を計測する様子を示している。
区画Ｐ1では、挿入長さが長いレーザ光用プローブ手段５１Ａを用い、区画Ｐ2では、挿入長さが中間のレーザ光用プローブ手段５１Ｂを用い、区画Ｐ3では、挿入長さが短いレーザ光用プローブ手段５１Ｃを用いている。
送光器１１及び受光器１２は、ユニット台３０に所定間隔を持って載置され、煙道の外部にて煙道１０３の外壁１０３面に対して平行に移動する。したがって、送光器１１は、レーザ経路に応じて、煙道１０３の外壁１０３ｂ面に設けられたレーザビーム窓１５Ａにレーザ光を照射でき、受光器１２は、レーザ経路に応じて、レーザビーム窓１５Ｂを通過したレーザ光を受光できる。
ユニット台３０やガイドレール３１は、制御ケーブル３２、３３で結ばれた制御装置２０によって制御される。制御装置２０によってガイドレール３１に設けられたユニット台３０が移動されることにより、送光器１１からレーザビーム窓１５Ａを介して照射されたレーザ光７０が入射送光筒７０を通過する。コーナ反射部５５で反射した後、計測領域ＬでＮＯｘを含む排ガス１０２を通過した反射レーザ光７１は、レーザビーム窓１５Ｂを通過して、受光器１２によって受光される。
図１４では、平面において、Ｐ1〜Ｐ3の区画領域のＮＯｘ濃度を求めたが、レーザ光用プローブ手段５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを排ガス１０２のガス流れ方向に沿って配設したものを一列として、この一列を壁面１０３ｂに沿って、例えば複数（３列）配置させることで、立体的に９箇所の区画領域におけるＮＯｘ濃度の多点計測を実施するようにしてもよい。
図１５は、実施例４に係る他のガス成分濃度計測装置の概略図である。図１５では、脱硝装置１０５の入口側と出口側とに設置する他のガス成分濃度計測装置を複数配置している様子を示している。
図１５に示すように、本実施例のガス成分濃度計測装置では、脱硝装置１０５の煙道１０３内のガス流れ方向（Ｚ方向）に沿って、計測場に挿入される挿入長さの異なる複数のレーザ光用プローブ手段５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを、上流部、中間部、下流部に配置すると共に、壁面１０３ｂの壁方向（Ｘ方向）に沿って、これらが複数列（Ｉ、II・・・）配置されており、空間部の複数点のＮＯｘ濃度を計測するようにしている。
図１５に示すように、本実施例のガス成分濃度計測装置では、脱硝装置１０５の煙道１０３内のガス流れ方向（Ｚ方向）に沿って、計測場に挿入される挿入長さの異なる複数のレーザ光用プローブ手段５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを、上流部、中間部、下流部に配置すると共に、壁面１０３ｂの壁方向（Ｘ方向）に沿って、これらが複数列（Ｉ、II・・・）配置されており、空間部の複数点のＮＯｘ濃度を計測するようにしている。
図１５では、紙面方向に直交する方向に排ガス１０２が流れるので、上流部、中流部、下流部に配置される入射送光筒５６−１、５６−２、５６−３と、受光送光筒５７−１、５７−２、５７−３とは重なっており、図示を省略している。
本実施例では、レーザ光の授受を光ファイバ１９−１（１９−２、１９−３）により行っており、送光器１１と受光器１２との間にレーザ光のチャンネルを選択するチャンネルセレクタ１９ａ、１９ｂを介装している。
チャンネルセレクタ１９ａ、１９ｂを選択することで順次入射送光筒５６−１、５６−２、５６−３にレーザ光７０を送り、反射した反射レーザ光７１を受光器１２で順次受光するようにしている。
チャンネルセレクタ１９ａ、１９ｂを選択することで順次入射送光筒５６−１、５６−２、５６−３にレーザ光７０を送り、反射した反射レーザ光７１を受光器１２で順次受光するようにしている。
光ファイバを用いることにより、装置のコンパクト化を図ると共に、振動が多い実機にレーザ光用の送光器１１及び受光器１２を設けることがなくなるので、装置の簡略化と共に、測定精度の向上を図ることができる。
図１６は、実施例５に係るガス成分濃度計測装置の全体構成を示す概略図である。図１７は、実施例５に係る脱硝装置に設置するガス成分濃度計測装置のプローブ手段の分解構成を示す概略図である。
図１８は、実施例３に係る脱硝装置に設置するガス成分濃度計測装置のプローブ手段の分解構成を示す概略図である。
実施例１乃至４のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１６に示すように、ガス成分濃度計測装置は、計測対象ガスが存在する計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器１１と、前記計測場を通過したレーザ光を受光し、ガス成分の光吸収によるレーザ光の光強度を検出するレーザ受光器（図示せず）と、前記計測場に挿入されるレーザ光用プローブ手段９０とを具備し、前記レーザ光用プローブ手段９０が、前記レーザ光を入射する入射口と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡を有し、入射したレーザ光を回帰反射させる回帰反射部と、反射したレーザ光７１を出射する出射口とを備えたコーナ反射部５５と、前記コーナ反射部５５の入射口に連結され、前記レーザ送光器１１から出射されたレーザ光７０を送光する筒状の入射送光筒５６と、前記コーナ反射部５５の出射口５４に連結され、前記反射したレーザ光７１をレーザ受光器１２へ送光する筒状の受光送光筒５７と、を備えている。
図１８は、実施例３に係る脱硝装置に設置するガス成分濃度計測装置のプローブ手段の分解構成を示す概略図である。
実施例１乃至４のガス成分濃度計測装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図１６に示すように、ガス成分濃度計測装置は、計測対象ガスが存在する計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器１１と、前記計測場を通過したレーザ光を受光し、ガス成分の光吸収によるレーザ光の光強度を検出するレーザ受光器（図示せず）と、前記計測場に挿入されるレーザ光用プローブ手段９０とを具備し、前記レーザ光用プローブ手段９０が、前記レーザ光を入射する入射口と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡を有し、入射したレーザ光を回帰反射させる回帰反射部と、反射したレーザ光７１を出射する出射口とを備えたコーナ反射部５５と、前記コーナ反射部５５の入射口に連結され、前記レーザ送光器１１から出射されたレーザ光７０を送光する筒状の入射送光筒５６と、前記コーナ反射部５５の出射口５４に連結され、前記反射したレーザ光７１をレーザ受光器１２へ送光する筒状の受光送光筒５７と、を備えている。
そして、前記受光送光筒５７は、該受光送光筒５７を回転する回転手段９５と、回転する受光送光筒の長手方向に沿って全体を覆う固定外枠９１と、前記受光送光筒５７に形成され、その長手方向の一部に所定距離をもって且つ時計方向で長手方向に異なる箇所で複数開口される第１の長孔９２ａ（９２ｂ、９２ｃ）と、前記固定外枠９１に形成され、その長手方向の一部が所定距離をもって複数開口される第２の長孔９３ａ（９３ｂ、９３ｃ）と、前記受光送光筒５７が回転した際、受光送光筒５７の第１の長孔９２ａ（９２ｂ、９２ｃ）と、固定外枠の第２の長孔９３ａ（９３ｂ、９３ｃ）とが一致し、計測場に晒される計測領域Ｌを形成するものである。なお、回転手段９５の内部に、受光器１２は配設されているので、図示は省略する。
図１７は、回転手段９５により時計回りに回転される受光送光筒５７と、その回転する受光送光筒５７の長手方向に沿って全体を覆う固定外枠９１とを分解した斜視図である。なお、開口部分の長孔には強調のために斜線を付している。
先ず、受光送光筒５７には、その長手方向の一部に所定距離をもって且つ時計方向で長手方向に異なる箇所で複数（本実施例では３箇所）開口された第１の長孔９２ａ、９２ｂ、９２ｃが形成されている。
この第１の長孔９２ａ、９２ｂ、９２ｃは、その周方向の対向する同一箇所（１８０度位相がずれた箇所）にも同様な孔が形成され、ガスの流通を可能としている。
この第１の長孔９２ａ、９２ｂ、９２ｃは、その周方向の対向する同一箇所（１８０度位相がずれた箇所）にも同様な孔が形成され、ガスの流通を可能としている。
また、この受光送光筒５７が挿入される前記固定外枠９１には、その長手方向の一部が所定距離をもって複数（本実施例では３箇所）開口された第２の長孔９３ａ、９３ｂ、９３ｃが形成されている。
この第２の長孔９３ａ、９３ｂ、９３ｃは、図１７に示すように、その周方向の対向する同一箇所にも形成され、図中上下方向でのガスの流通を可能としている。
この第２の長孔９３ａ、９３ｂ、９３ｃは、図１７に示すように、その周方向の対向する同一箇所にも形成され、図中上下方向でのガスの流通を可能としている。
そして、図１８に示すように、受光送光筒５７を固定外枠９１に挿入し、回転手段９５により回転されると、時計まわりに位相をもって形成された第１の長孔９２ａ、９２ｂ、９３ｂが、その回転に従って、順次固定外枠の第２の長孔９３ａ、９３ｂ、９３ｃと一致し、その一致した場合に、計測場の排ガスに晒される計測領域Ｌを形成する。
また、回転手段９５内には、レーザ光を照射するレーザ送光器を設置し、入射送光筒５６内にレーザ光を照射している。
これにより、回転される受光送光筒５７を用いて、所定の回転を行うことで、プローブ手段の長手方向に沿って、複数の計測領域Ｌを出現させることができ、実施例１のような３本のプローブによって、一列を計測する計測手段とする必要がなくなり、装置構成の簡略化を図ることができる。
１１ 送光器
１２ 受光器
１５ レーザビーム窓
２０ 制御装置
５０（５０Ａ〜５０Ｃ） ガス成分濃度計測装置
５１ レーザ光用プローブ手段
５３ 反射鏡
５５ コーナ反射部
５６ 入射送光筒
５７ 受光送光筒
６０ パージガス
７０ レーザ光
７１ 反射レーザ光
１０１ ボイラ
１０２ 燃焼排ガス（排ガス）
１０３ 煙道
１０４ アンモニア注入装置
１０５ 脱硝装置
１０６ 脱硝触媒
１２ 受光器
１５ レーザビーム窓
２０ 制御装置
５０（５０Ａ〜５０Ｃ） ガス成分濃度計測装置
５１ レーザ光用プローブ手段
５３ 反射鏡
５５ コーナ反射部
５６ 入射送光筒
５７ 受光送光筒
６０ パージガス
７０ レーザ光
７１ 反射レーザ光
１０１ ボイラ
１０２ 燃焼排ガス（排ガス）
１０３ 煙道
１０４ アンモニア注入装置
１０５ 脱硝装置
１０６ 脱硝触媒
Claims (5)
- 計測対象ガスが存在する計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器と、
前記計測場を通過した前記レーザ光を受光し、受光した前記レーザ光の前記計測対象ガス中のガス成分の光吸収に基づく前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光器と、
前記計測場に挿入される挿入長さの異なる複数のレーザ光用プローブ手段とを具備し、
前記レーザ光用プローブ手段が、
前記レーザ光を入射する入射口と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡を有し、入射した前記レーザ光を回帰反射させる回帰反射部と、回帰反射した前記レーザ光を出射する出射口とを備えたコーナ反射部と、
前記コーナ反射部の入射口に連結され、前記レーザ送光器から出射されたレーザ光を前記回帰反射部に送光する筒状の入射送光筒と、
前記コーナ反射部の出射口に連結され、回帰反射した前記レーザ光を前記レーザ受光器へ送光する筒状の受光送光筒と、を備え、
前記レーザ送光器と前記レーザ受光器とを、前記計測場の壁面に取り付ける光学系取付フランジと、
前記コーナ反射部を取り付ける反射系取付フランジとを備え、
前記光学系取付フランジに、前記レーザ送光器と前記レーザ受光器とを、前記計測場の外側で固定し、前記光学系取付フランジと前記反射系取付フランジとの間に、前記入射送光筒が取り付けられると共に、
前記光学系取付フランジと前記反射系取付フランジとを支える支持筒を少なくとも１本以上有し、
前記受光送光筒の一部が所定距離区切られ、前記計測場に晒される計測領域を有することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置。 - 計測対象ガスが存在する計測場の外部からレーザ光を出射させるレーザ送光器と、
前記計測場を通過した前記レーザ光を受光し、受光した前記レーザ光の前記計測対象ガス中のガス成分の光吸収に基づく前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光器と、
前記計測場に挿入されるレーザ光用プローブ手段とを具備し、
前記レーザ光用プローブ手段が、
前記レーザ光を入射する入射口と、９０度の角度に対向して設置された一対の反射鏡を有し、入射した前記レーザ光を回帰反射させる回帰反射部と、回帰反射した前記レーザ光を出射する出射口とを備えたコーナ反射部と、
前記コーナ反射部の入射口に連結され、前記レーザ送光器から出射されたレーザ光を前記回帰反射部に送光する筒状の入射送光筒と、
前記コーナ反射部の出射口に連結され、回帰反射した前記レーザ光を前記レーザ受光器へ送光する筒状の受光送光筒と、を備え、
前記受光送光筒は、該受光送光筒を回転する回転手段と、
回転する前記受光送光筒の長手方向に沿って全体を覆う固定外枠と、
前記受光送光筒に形成され、その長手方向の一部に所定距離をもって且つ時計方向で長手方向に異なる箇所で複数開口される第１の長孔と、
前記固定外枠に形成され、その長手方向の一部が所定距離をもって複数開口される第２の長孔と、
前記受光送光筒が回転した際、受光送光筒の第１の長孔と、固定外枠の第２の長孔とが一致し、前記計測場に晒される計測領域を形成することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置。 - 請求項１又は２において、
前記入射送光筒及び前記受光送光筒内に、前記計測場の外部からパージガスを導入する第１パージガス導入手段を有することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置。 - 請求項１において、
前記支持筒内に、前記計測場の外部からパージガスを導入する第２パージガス導入手段を有することを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置。 - 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記レーザ送光器と前記レーザ受光器とが、光ファイバを介して接続されていることを特徴とするガス中のガス成分濃度多点計測装置。
Priority Applications (1)
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| JP2012241392A JP5960030B2 (ja) | 2012-10-31 | 2012-10-31 | ガス中のガス成分濃度多点計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012241392A JP5960030B2 (ja) | 2012-10-31 | 2012-10-31 | ガス中のガス成分濃度多点計測装置 |
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ID=50936558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2012241392A Active JP5960030B2 (ja) | 2012-10-31 | 2012-10-31 | ガス中のガス成分濃度多点計測装置 |
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