JP6008577B2 - 濃度測定装置及び脱硝装置 - Google Patents

Description

本発明は、濃度測定装置及び脱硝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（ＳＯ_３）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。

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およ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。

特開２０１２−８００８号公報 特開２０１０−２３６８７７号公報 特開２０１１−３８８７７号公報

しかしながら、特許文献３には、濃度分布を取得することについては何ら開示されていない。また、特許文献３に開示されている装置を用いて濃度分布を取得する場合には、濃度測定位置に応じて二重管ノズルの位置を調節する必要があり、制御が煩雑となる上、相当な時間を要するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、測定対象物質が含まれるガスまたは液体を採取することなく、測定対象物質の濃度分布を取得することが可能な濃度測定装置及び脱硝装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の濃度測定装置及び脱硝装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る濃度測定装置は、測定対象が含まれるガスが存在する機器の内部空間に仮想的に設けられた第１領域及び前記第１領域に隣接する第２領域に向けてレーザ光を照射する第１送光手段と、前記第２領域を含まず前記第１領域に向けてレーザ光を照射する第２送光手段と、前記第１送光手段から照射されて前記第１領域及び前記第２領域を伝搬したレーザ光、又は前記第２送光手段から照射されて前記第１領域を伝搬したレーザ光を受光する１又は複数の受光手段と、前記受光手段によって受光されたレーザ光の光強度を検出する光検出手段と、レーザ光の照射強度、レーザ光の受光強度、前記第１領域又は前記第２領域にて前記レーザ光が通過する距離に基づいて、前記第１領域及び前記第２領域それぞれにおける前記測定対象の濃度を算出する濃度算出手段とを備える。

この発明によれば、第１送光手段から照射されたレーザ光は、第１領域と第２領域を通過し、第２送光手段から照射されたレーザ光は、第１領域を通過する。濃度測定装置は、ガスに対してレーザ光を照射し、ガスを透過したレーザ光の光強度を検出することで、レーザ光が通過する距離に基づいて、測定対象の濃度を測定できる。本発明では、第１送光手段から照射されたレーザ光によって、第１領域及び第２領域を合わせた領域における測定対象の濃度を算出でき、第２送光手段から照射されたレーザ光によって、第１領域における測定対象の濃度を算出できる。そして、算出された両者の濃度を用いることによって、第２領域における測定対象の濃度を算出できる。

第１領域と第２領域は、機器の内部空間に設けられた領域であり、これらの領域に向けてレーザ光が照射されることで、それぞれの領域の測定対象の濃度を直接的に測定できる。したがって、第１領域と第２領域のガスを採取することなく、濃度を測定できる。

上記発明において、前記第１領域と前記第２領域は、レーザ光の光軸方向に配置された領域でもよい。

この発明によれば、レーザ光の光軸方向に配置された第１領域と第２領域のそれぞれにおける測定対象の濃度を算出でき、その結果、レーザ光の光軸方向の濃度分布を得ることができる。

上記発明において、前記内部空間は、前記測定対象を含むガスが流通しており、前記レーザ光の伝搬経路のガス流れ上流側には、遮蔽部が設けられてもよい。
この発明によれば、ガス中に含まれるダストの影響による測定精度の低下を抑制することができる。また、前記遮蔽部は、前記ガス流れ上流側に向けて突出する形状とされてもよく、遮蔽部がガス流れの妨げになることを抑制することができる。

また、本発明に係る脱硝装置は、排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも１個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に前記還元剤を注入する還元剤注入装置と、前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、前記脱硝触媒下流側の前記流路断面内における前記還元剤濃度分布を測定する上述の濃度測定装置と、窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、前記還元剤濃度分布及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、前記還元剤濃度分布に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部とを具備する。

本発明によれば、測定対象物質が含まれるガスまたは液体を採取することなく、測定対象物質の濃度分布を取得することができる。

本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置のケース部を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部を示す部分拡大縦断面図である。 図６のVII−VII線で切断した断面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置の制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部の変形例を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部の変形例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部の変形例を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る濃度測定装置の測定部の変形例を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態の適用例に係る脱硝装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態の適用例に係るアンモニア注入装置を示す概略構成図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置１について、図面を参照して説明する。
濃度分布測定装置１は、機器１０におけるガスに含まれる、予め測定対象として決められた特定物質（以下「測定物質」ともいう。）のガス濃度の分布を測定することができる。濃度分布測定装置１は、図１に示すように、複数の濃度測定装置２と、制御装置３などを備える。濃度測定装置２は、それぞれ、機器１０内に配置される３本の測定部２０と、機器１０の外壁面に設置される１台のケース部２１を有する。各濃度測定装置２と制御装置３は、集束ケーブル２８によって結ばれる。集束ケーブル２８は、複数本の光ケーブルがまとめられた束状のケーブル群である。これにより、ケーブルの配線をまとめることができ、濃度分布測定装置１の設置においてケーブルの引き回しが複雑になることを防止できる。

機器１０は、図１〜図３に示すように、例えば角筒状の空間である。機器１０の横断面が図１及び図２に示すように四角形の場合、図２及び図３に示すように、機器１０は、互いに対向する第１壁部１１と第２壁部１２を有する。第１壁部１１と第２壁部１２は、板状部材であって、互いに平行に配置される。

機器１０の内部空間には測定対象を含むガスが流通している。機器１０の一例としては、事業用ボイラ、産業用ボイラ、工業炉などの排ガス口に接続された排気ダクトなどのガス配管等が挙げられる。また、ガスが充填された容器等でもよく、機器１０の内部空間でガスが流通することなく、測定対象を含むガスが単に存在している状態でもよい。

濃度分布測定装置１は、図１に示すように、２台の機器１０（すなわち、機器１０Ａと機器１０Ｂ）の内部のガス濃度分布を測定できる。図１及び図２における機器１０は、機器１０の横断面を示しており、機器１０内のガスは、図１及び図２の紙面を手前から奥へ貫通する方向に流れる。図３における機器１０は、機器１０の縦断面を示しており、機器１０内のガスは、図３の紙面の上から下の方向に流れる。なお、本実施形態では、濃度分布測定装置１が２台の機器１０を対象とする場合について説明するが、本発明はこの例に限定されない。例えば、濃度分布測定装置１は、１台の機器１０を対象としてもよいし、３台以上の機器１０を対象としてもよい。

図２及び図３を参照して、本実施形態に係る濃度測定領域Ｓについて説明する。濃度測定領域Ｓは、機器１０のガス流れに対して垂直方向に切断して形成される機器１０内の２次元面又は３次元空間である。機器１０の内部空間には、濃度測定領域Ｓが仮想的に設定されている。濃度測定装置２は、濃度測定領域Ｓに存在する測定物質のガス濃度を測定する。

次に、本実施形態に係る濃度分布測定装置１の濃度測定装置２について説明する。
機器１０内の濃度測定領域Ｓが、図２に示すように、第１壁部１１又は第２壁部１２の面内方向に対して平行方向に１３列に分割され（Ａ列〜Ｍ列）、第１壁部１１から第２壁部１２にわたって３行に分割される場合、濃度測定領域Ｓには、仮想的に３９個の分割領域が形成される。

濃度測定装置２は、分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に１台ずつ設置される。濃度測定領域Ｓが、第１壁部１１から第２壁部１２にわたって３行に分割される場合、１台の濃度測定装置２に対して測定部２０が３本ずつ設置される。図２に示す例では、１台の機器１０に対して１３台の濃度測定装置２が設置され、各濃度測定装置２は３本の測定部２０が設置される。よって、１台の機器１０に対して合計３９本の測定部２０が、ほぼ同一面内に平行に設置される。

なお、濃度測定領域Ｓにおける分割領域の形成方法は、上述した１３列×３行の３９個に限定されない。列数や行数、分割領域の数は、他の数でもよい。濃度測定領域ＳがＭ列×Ｎ行でＰ個の分割領域が形成される場合、濃度測定装置２はＭ台設置され、各濃度測定装置２はＮ本の測定部２０を有する。そして、機器１０には、合計Ｐ本の測定部２０が設置される。

濃度測定装置２は、図３及び図４に示すように、パッケージ化された装置である。図３に示すように、機器１０の第１壁部１１に既設の開口部１３が形成され、開口部１３の外部側にフランジ９が設置されている場合、機器１０に対して新たに開口部を形成することなく、濃度測定装置２を容易に機器１０に設置できる。すなわち、機器１０の改造が不要となり、工事費等を低減できる。なお、当然、機器１０に対して新たに開口部及びフランジを形成して、濃度測定装置２を新設してもよい。
図２に示す例では、開口部１３は、第１壁部１１に１３箇所形成されており、１３台の濃度測定装置２が１台の機器１０に設置される。

濃度測定装置２は、３本の測定部２０と、ケース部２１などを備える。
ケース部２１は、略直方体形状のケースを有しており、背面部がフランジ９に設置される。また、ケース部２１の背面部から測定部２０が貫通して延設されている。ケース部２１の正面部には、開閉可能な蓋が設置されており、蓋を開くことによってケース部２１の内部に設置された各構成部材の操作やメンテナンスが可能である。ケース部２１の側面には、通気口、空気用配管口、光ケーブル口などの開口部が設けられる。

ケース部２１の内部には、測定部２０と接続される光ファイバ８、シールエア配管４２，４３が収容される。配管・ケーブル類が一つのケース部２１内に納められることによって、濃度測定装置２の設置において配管やケーブルの引き回しが複雑になることを防止できる。

以下、濃度測定装置２の測定部２０について説明する。
測定部２０は、送光部６と、受光部７と、遮蔽部２２と、シールエア配管４２，４３と、シールエア噴出スリット板３１と、シールエア拡散板３２を備える。

１台のケース部２１には、３本の測定部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ（以下、総称して「測定部２０」ともいう。）が設けられ、機器１０の分割領域の１列に対応している。３本の測定部２０は、図３に示すように、機器１０の開口部１３を介して、第１壁部１１を貫通して機器１０の内部に設置される。本実施形態では、３本の測定部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが１セットであり、図２及び図３に示すように、測定部２０Ａ、測定部２０Ｂ、測定部２０Ｃの順に長さが長くなっている。３本の測定部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのうち、測定部２０Ａの先端部が、第１壁部１１から最も近い位置に配置され、測定部２０Ｃの先端部が、第１壁部１１から最も離れた位置に配置される。

各測定部２０は、図７に示すように、断面が三角形の筒形状である。また、各測定部２０は、図８に示すように、測定部２０の一端側かつ第１壁部１１近傍において、送光部６がそれぞれ設置される。また、各測定部２０は、他端側において、受光部７がそれぞれ設置される。送光部６から照射されるレーザ光の光路は、測定部２０の軸線方向に対して略平行である。送光部６は例えばファイバーコリメータであり、受光部７は例えばファイバーカプラーである。受光部７は、例えば棒形状の支持部７Ａを介して遮蔽部２２等に支持される。

測定部２０の送光部６と受光部７との間の間隔は、上述の濃度測定領域Ｓの分割領域の奥行きに対応する。ここで、奥行きとは、機器１０の第１壁部１１から第２壁部１２へ向かう方向の長さである。図２の分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いて説明すると、測定部２０Ａは、分割領域Ａ３に対応し、測定部２０Ｂは、分割領域Ａ２及び分割領域Ａ３に対応し、測定部２０Ｃは、分割領域Ａ１、分割領域Ａ２及び分割領域Ａ３に対応する。

図８を参照すると、測定部２０Ａの場合、分割領域Ａ３の奥行き方向の両端部分に送光部６と受光部７がそれぞれ設置され、送光部６と受光部７との間の距離であるレーザ光の光路長は、Ｌ１である。測定部２０Ｂの場合、分割領域Ａ２と分割領域Ａ３を合わせた領域の奥行き方向の両端部分に送光部６と受光部７がそれぞれ設置され、レーザ光の光路長は、Ｌ１＋Ｌ２である。測定部２０Ｃの場合、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を合わせた領域の奥行き方向の両端部分に送光部６と受光部７がそれぞれ設置され、レーザ光の光路長は、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３である。

遮蔽部２２は、レーザ光の経路に沿って設けられた長尺状の部材である。遮蔽部２２の縦断面形状は、図７に示すとおり、ガス流れ上流側に突出する形状とされていることが好ましい。図７では、遮蔽部２２の縦断面形状が逆Ｖ字型である場合を例示しているが、縦断面形状はこの例に限定されず、例えば、円弧形状とされていてもよい。このような形状とすることでガス流れの遮げになることを抑制することができる。

また、このような遮蔽部２２をレーザ光の伝搬経路のガス流れ上流側に、レーザ経路に沿って設けることで、レーザ光の光路上に存在するダスト量を低減することができる。すなわち、ダストは、ガス流れと遮蔽部２２の効果で遠心力や慣性力により、遮蔽部２２のガス流れ下流側に進入しにくくなる。これにより、機器１０内が高ダスト雰囲気であっても、遮蔽部２２のガス流れ下流側に低ダスト濃度の領域が形成されることとなり、レーザ光へのダストの影響を低減することができる。一方、機器１０内のガスに含まれる測定対象は、遮蔽部２２のガス流れ下流側に回り込むため、測定対象の流通の変化による測定濃度の誤差は小さいと考えられる。

次に、測定部２０におけるシールエアについて説明する。
シールエア配管４２，４３は、ケース部２１の内部に敷設されて、一端部がケース部２１の外部に位置し、他端部が測定部２０と接続される。シールエア配管４２，４３の一端部は、機器１０が設置されているプラント等に設けられている高圧空気供給設備やコンプレッサと接続される。シールエア配管４２の他端側は、図５に示すように、測定部２０の第１壁部１１側に接続される。一方、シールエア配管４３の他端側は、図６に示すように、測定部２０の先端部側に接続される。これにより、ケース部２１の外部から測定部２０へシールエアとしての空気が供給される。シールエア配管４２，４３には、手動調整弁（図示せず。）が設けられ、手動調整弁は、送光部６側と受光部７側に供給されるシールエアの流量を調整する。

シールエア配管４２，４３にはフィルタ（図示せず。）が設けられ、フィルタは、シールエア配管４２，４３内部を流通するシールエアに含まれる不純物を除去する。なお、シールエア配管４２，４３にポンプ（図示せず。）が設けられて、ポンプがシールエアを供給するようにしてもよい。シールエア配管４２，４３に設けられるポンプは、例えば、ケース部２１の内部に設置される。これにより、高圧空気供給設備やコンプレッサがない場合でも、大気圧よりも高い圧力でシールエアを測定部２０へ供給できる。

シールエア配管４２，４３から供給されるシールエアは、測定部２０の送光部６及び受光部７の近傍から吹き出される。シールエアが吹き出されることによって、送光部６のレーザ光送光面及び受光部７のレーザ光受光面の表面へのガスやダストの付着を防止できる。
シールエアは、さらに、図５及び図６に示すように、測定部２０内部に形成されたシールエアチャンバー３０や貫通孔３１Ａなどを通過して、機器１０の内部へ供給される。

測定部２０内部には、シールエア噴出スリット板３１と、シールエア拡散板３２が軸線方向に設置される。本実施形態では、シールエア噴出スリット板３１と、シールエア拡散板３２は、送光部６側と受光部７側の両方に設置されるが、いずれか一方のみに設置されてもよい。

シールエア噴出スリット板３１は、板状の部材であり、図５及び図６に示すように、中央部分に貫通孔３１Ａが形成されている。貫通孔３１Ａは、シールエアが流通することができ、かつ、送光部６から受光部７へ照射されたレーザ光が通過する。

測定部２０は、両端部においてシールエア噴出スリット板３１によって半密閉状のシールエアチャンバー３０が形成される。シールエアチャンバー３０には、シールエア配管４２，４３によってシールエアが供給され、シールエア噴出スリット板３１の貫通孔３１Ａからシールエアが排出される。

そして、貫通孔３１Ａからのシールエア量を調整することによって、シールエアチャンバー３０内部の圧力が測定部２０の測定空間３３よりも高く設定される。その結果、送光部６又は受光部７から測定部２０の内部方向へシールエアが流れることから、送光部６又は受光部７へのダスト等の付着を確実に防止できる。
なお、貫通孔３１Ａにおけるシールエア量は機器１０内部のガスに含まれる測定対象のガス濃度に影響しない程度とし、シールエア配管４２，４３におけるシールエア量や機器１０内部の圧力を勘案して、貫通孔３１Ａの開口面積が決定される。

また、上記のシールエアチャンバー３０にシールエアが流通することによって、シールエアチャンバー３０は、送光部６と受光部７の光学部品への熱遮蔽機能を有する。機器１０内部のガスは、ガス種によっては、高温（例えば200℃以上）である。一方、シールエアは、通常、大気温（約50℃以下）であるため、シールエアチャンバー３０は、高温化した測定部２０から受ける熱を遮蔽でき、送光部６と受光部７の光学部品への熱伝導を低減できる。

シールエア拡散板３２は、シールエア噴出スリット板３１よりも測定部２０の中央側に設けられる。シールエア拡散板３２は、図７に示すように、円板状の円板部３２Ａと、円板部３２Ａを支持する複数本の支持部３２Ｂを備える。円板部３２Ａは、中央部分に貫通孔３２Ｃが形成されている。貫通孔３２Ｃは、送光部６から受光部７へ照射されたレーザ光が通過する。円板部３２Ａとレーザ計測セル２３の内壁との間には、隙間３２Ｄが形成されている。そして、隙間３２Ｄに、シールエアが流通する。支持部３２Ｂは、例えば、円板部３２Ａと遮蔽部２２との間、円板部３２Ａとシールエア配管４３との間、円板部３２Ａとシールエア噴出スリット板３１との間に設置される。

シールエア噴出スリット板３１に追加してシールエア拡散板３２が設けられることによって、シールエアをレーザ光の光軸近傍のみでなく、光軸から離れた部分に位置する隙間３２Ｄから噴出させることができるため、シールエアを拡散して噴出できる。

測定部２０は、２枚のシールエア拡散板３２の間に、測定空間３３が形成される。測定空間３３の上部は遮蔽部２２で覆われているが、測定空間３３の下部は開放されており、測定空間３３には、濃度測定領域Ｓ内のガスが存在する。測定部２０の測定空間３３は、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……の奥行きなどに対応して配置される。これにより、各測定空間３３内部には、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３……のガスがそれぞれ存在する。

分割領域の各列（Ａ列、Ｂ列……）に配置された３本の測定部２０のそれぞれの測定空間３３は、測定部２０の軸線方向の長さが異なる。これにより、３本の測定部２０において取得される結果を用いて、後述する方法によって、各分割領域の濃度、すなわち濃度測定領域Ｓの濃度分布を測定できる。

次に、図９を参照して、濃度分布測定装置１の制御装置３について説明する。
制御装置３は、上述したとおり、集束ケーブル２８を介して複数台のケース部２１と接続されている。
送光側光セレクタ１８は、各濃度測定装置２における測定部２０それぞれに設けられた送光部６に対して、共通のレーザ光源１７からレーザ光を供給する。送光側光セレクタ１８は、送光部６の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各送光部６とが光ファイバ８を介して接続されている。同様に、レーザ光源１７と送光側光セレクタ１８とは、光ファイバ８を介して接続されている。レーザ光源１７は、レーザ制御部１６によって制御される。レーザ光源１７としては、測定対象の吸光度の特性に応じた適切な波長を出力する光源が採用される。

このような送光系においては、測定制御部１５によってレーザ制御部１６に起動・停止の信号が出力されることにより、レーザ制御部１６によるレーザ光源１７の起動・停止が制御される。更に、測定制御部１５によって送光側光セレクタ１８のチャネルが走査されることにより、レーザ光源１７から射出されたレーザ光が選択されたチャネルの送光部６に供給され、測定空間３３に向けて照射される。また、レーザ光源１７から照射されるレーザ光の照射強度が、例えば、光検出部３６によって検出され、後述する濃度測定部３５に通知される。

各濃度測定装置２における測定部２０それぞれに設けられた受光部７は、受光側光セレクタ３７を介して光検出部３６と接続されている。受光側光セレクタ３７は、受光部７の設置数以上のチャネルを有しており、各チャネルと各受光部７とが光ファイバ８を介して接続されている。このとき、各受光部７と受光側光セレクタ３７との接続チャネルは、その受光部７に対応する送光部６と送光側光セレクタ１８との接続チャネルと同じチャネルにされることが好ましい。換言すると、一対の送光部６と受光部７とは同じチャネルにそれぞれ接続されることが好ましい。
受光側光セレクタ３７と光検出部３６とは光ファイバ８を介して接続されている。

このような受光系においては、測定制御部１５が、送光側光セレクタ１８のチャネル走査と同期して、受光側光セレクタ３７のチャネルを走査することにより、送光部６から照射されたレーザ光が対応する受光部７によって受光され、受光された光の情報が受光側光セレクタ３７を介して光検出部３６に出力される。光検出部３６は、入力された光の情報を電気信号に変換して濃度測定部３５に出力する。

濃度測定部３５では、上述のように光検出部３６から各受光部７によって受光された光の情報が電気信号として入力されるとともに、測定制御部１５から受光側光セレクタ３７の受光タイミング信号が入力される。これにより、光検出部３６からの電気信号と各受光部７とが対応付けられる。

上記のように、送光側光セレクタ１８を設けることで、レーザ光源１７を共有化でき、また、受光側光セレクタ３７を設けることで、光検出部３６を共有化できる。これにより、装置の更なる小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
なお、送光側光セレクタ１８に代えて、各送光部６に対応してそれぞれレーザ光源１７を設けてもよく、同様に、受光側光セレクタ３７に代えて、各受光部７に対応して光検出部３６をそれぞれ設けることとしてもよい。

また、各測定部２０における受光部７に代えて、光検出部３６を測定部２０それぞれに設けてもよい。この場合、上述した受光部７や受光側光セレクタ３７を省略することができるため、光信号の損失を低減でき、測定精度を向上させることができる。光検出部３６が測定部２０に設置される場合、各測定部２０における光検出部３６と制御装置３とは、それぞれ電気信号用の信号ケーブルで結ばれる。この信号ケーブルは、例えば、集束ケーブル２８にまとめられて配線される。

測定制御部１５及び濃度測定部３５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、測定制御部１５及び濃度測定部３５は、キーボードやマウス等からなる入力部およ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。また、測定制御部１５と濃度測定部３５とを個別のハードウェアによって実現してもよいし、これらを一体化し、一つのコンピュータによって実現する構成としてもよい。

ターミナルボックス５５は、複数の光ファイバ８がまとめられている。そして、これらの光ファイバ８がまとめられた集束ケーブル２８がターミナルボックス５５から各濃度測定装置２（A-1〜A-13、B-1〜B-13）に配線される。

上述のとおり、濃度測定装置２を構成する送光側光セレクタ１８、受光側光セレクタ３７及びレーザ制御部１６等が、測定制御部１５によって制御される。送光側光セレクタ１８、受光側光セレクタ３７及びレーザ制御部１６等は、各種ケーブルで結ばれており、有線での遠隔操作が可能である。そして、測定制御部１５において、ガス濃度の測定順番を適正化することによって、測定時間の短縮化を図ることができる。

以下、本実施形態に係る濃度分布の取得原理について説明する。
レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式として、ランベルト・ベール（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の法則が知られている。

ランベルト・ベールの法則は、送光点と受光点との間の距離（以下「レーザ経路の距離」という。）をＬとし、レーザ光の照射強度をＩ_０、レーザ光の受光強度をＩ（Ｌ）、距離Ｌ中に存在する測定対象の濃度をＣ_０とした場合、以下の（１）式の関係が成立するというものである。

Ｉ（Ｌ）＝Ｉ_０ｅｘｐ（−ｋＣ_０Ｌ） （１）

ここで、ｋは測定対象の吸光度に応じて設定される比例係数である。

次に、図１２のように、レーザ経路をｎ個の区間に分割し、各区間の濃度平均値をそれぞれＣ_１、Ｃ_２、・・・Ｃｎとし、各区間の距離をＬ_１、Ｌ_２、・・・、Ｌ_ｎとすると、上記（１）式は以下の（２）式のように表すことができる。

Ｉ（Ｌ）＝Ｉ_０ｅｘｐ［−ｋ（Ｃ_１Ｌ_１＋Ｃ_２Ｌ_２＋・・・＋Ｃ_ｎＬ_ｎ）］ （２）

本実施形態に係る濃度分布測定方法は、上記（１）式として知られているランベルト・ベールの法則が上記（２）式のように表されるという点に着目した。

図１２に示すように、第１区間と第２区間の境界のレーザ光の強度をＩ_１、第２区間と第３区間の境界のレーザ光の強度をＩ_２とし、以下同様に、第ｎ−１区間と第ｎ区間の境界のレーザ光の強度をＩ_ｎ−１とする。また、第ｎ区間の第ｎ−１区間と反対側の境界のレーザ光の強度をＩ_ｎとする。このとき、各レーザ光の強度Ｉ_１，Ｉ_２，・・・，Ｉ_ｎは、
Ｉ_１＝Ｉ_０ｅｘｐ（−ｋＣ_１Ｌ_１）
Ｉ_２＝Ｉ_１ｅｘｐ（−ｋＣ_２Ｌ_２）
Ｉ_ｎ＝Ｉ_ｎ−１ｅｘｐ（−ｋＣ_ｎＬ_ｎ）
と表される。ここで、ｋは比例係数である。

そして、上記各式を対数で表すと、
ｌｎＩ_１−ｌｎＩ_０＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （３）
ｌｎＩ_２−ｌｎＩ_１＝−ｋＣ_２Ｌ_２ （４）
ｌｎＩ_ｎ−ｌｎＩ_ｎ−１＝−ｋＣ_ｎＬ_ｎ （５）
となる。
これらは、各区間の境界におけるレーザ光の強度と、各区間の濃度と、各区間のレーザ光の光路長の関係を表している。

したがって、第１区間の両端におけるレーザ光の強度と、第１区間の濃度と、第１区間のレーザ光の光路長の関係は、上記（３）式で表され、
ｌｎＩ_１−ｌｎＩ_０＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （３）
となる。

また、第１区間と第２区間を合わせた区間の両端におけるレーザ光の強度と、第１区間と第２区間を合わせた区間の濃度と、第１区間と第２区間を合わせた区間のレーザ光の光路長の関係は、上記（３）式と（４）式を加算して表され、
ｌｎＩ_２−ｌｎＩ_０＝−ｋ（Ｃ_１Ｌ_１＋Ｃ_２Ｌ_２） （６）
となる。

そして、第１区間〜第ｎ区間を合わせた区間の両端におけるレーザ光の強度と、第１区間〜第ｎ区間を合わせた区間の濃度と、第１区間〜第ｎ区間を合わせた区間のレーザ光の光路長の関係は、
ｌｎＩ_ｎ−ｌｎＩ_０＝−ｋ（Ｃ_１Ｌ_１＋Ｃ_２Ｌ_２＋・・・＋Ｃ_ｎＬ_ｎ） （７）
となる。

図２、図３及び図８の例で説明すると、上記（３）式は、測定部２０Ａにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度と、分割領域Ａ３の濃度と、分割領域Ａ３のレーザ光の光路長の関係ということもできる。また、上記（６）式は、測定部２０Ｂにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度と、分割領域Ａ２と分割領域Ａ３を合わせた区間の濃度と、分割領域Ａ２と分割領域Ａ３を合わせた区間のレーザ光の光路長の関係ということもできる。

したがって、測定部２０Ａにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度と、測定部２０Ｂにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度が得られれば、上記の二つの（３）式と（６）式を用いて、分割領域Ａ２の濃度を算出できる。

同様に、測定部２０Ｃにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度と、分割領域Ａ１と分割領域Ａ２と分割領域Ａ３を合わせた区間の濃度と、分割領域Ａ１と分割領域Ａ２と分割領域Ａ３を合わせた区間のレーザ光の光路長の関係は、
ｌｎＩ_３−ｌｎＩ_０＝−ｋ（Ｃ_１Ｌ_１＋Ｃ_２Ｌ_２＋Ｃ_３Ｌ_３） （８）
で表される。したがって、測定部２０Ｂにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度と、測定部２０Ｃにおける送光部６及び受光部７のレーザ光の強度が得られれば、上記の二つの（６）式と（８）式を用いて、分割領域Ａ１の濃度を算出できる。

図２、図３及び図８の例では、機器１０の濃度測定領域Ｓが３列に分割され、測定部２０が３本設置される場合について説明したが、その他の例でも、隣接する二つの測定部２０における送光部６及び受光部７のレーザ光の強度を用いれば、順に各区間の濃度を算出できる。

次に、本実施形態に係る濃度測定装置２の動作について説明する。
濃度測定装置２の測定空間３３は、濃度測定領域Ｓに対して開口している。したがって、測定空間３３には、測定ガスが常に存在した状態となる。そこで、まず、送光側光セレクタ１８を調整して、レーザ光を照射する測定部２０を選択する。測定部２０にレーザ光が照射されることによって、光検出部３６で光の強度が検出される。光の強度は、測定物質の濃度に応じて変化することから、濃度測定装置２は、測定空間３３内の対象物質の濃度を測定できる。
そして、順次、送光側光セレクタ１８を切り替えていくことによって、全ての測定部２０での濃度測定が完了する。

以上、本実施形態によれば、測定部２０それぞれで得られる結果を用いることによって、各分割領域の濃度を測定できる。その結果、全ての測定部２０で同様に測定を行うことで、濃度測定領域Ｓ全体の濃度分布を得ることができる。また、測定部２０が機器１０に対して固定されており、レーザ光の測定光路長も一定であることから、測定光路長Ｌ０の設定するための時間が不要である。その結果、測定全体にかかる時間を短縮化できる。
また、測定の際、測定ガスの吸引が不要であることから、濃度測定装置２における構成部材の点数を低減したり、測定にかかる時間を短縮化したりすることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
上記実施形態では、レーザ光が測定部２０において一端部から他端部に照射される場合について、説明したが、本発明はこの例に限定されない。すなわち、測定部２０の一端部に送光部６と受光部７の両方を設置し、他端部に反射鏡３４を設けてもよい。図１０は、測定部２０の変形例の反射鏡３４側を示す。この場合、上述の例と異なり、測定部２０内部の軸線方向に敷設する光ファイバ８が不要になる。反射鏡３４は、例えば棒形状の支持部３４Ａによって遮蔽部２２等によって支持される。

送光部６から照射されたレーザ光は、図１１や図１３に示すように、反射鏡３４で反射して、受光部７に到達する。図１３のように、レーザ経路をｎ個の区間に分割し、各区間の濃度平均値をそれぞれＣ_１、Ｃ_２、・・・Ｃｎとし、各区間の距離をＬ_１、Ｌ_２、・・・、Ｌ_ｎとする。また、第１区間と第２区間の境界のレーザ光の強度をＩ１、第２区間と第３区間の境界のレーザ光の強度をＩ２とし、以下同様に、第ｎ−１区間と第ｎ区間の境界のレーザ光の強度をＩｎ−１とする。また、第ｎ区間の第ｎ−１区間と反対側の境界のレーザ光の強度をＩ_ｎとする。さらに、第１区間と第２区間の境界で反射して受光部７で得られるレーザ光の強度をＩ_０ ^ｒ１、第２区間と第３区間の境界のレーザ光の強度をＩ_０ ^ｒ２とし、第ｎ区間の第ｎ−１区間と反対側の境界のレーザ光の強度をＩ_０ ^ｒｎとする。

このとき、ランベルト・ベールの法則を用いると、第１区間におけるレーザ光の強度と、第１区間の濃度と、第１区間のレーザ光の光路長の関係は、
ｌｎＩ_１−ｌｎＩ_０＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （９）
ｌｎＩ_０ ^ｒ１−ｌｎεＩ_１＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （１０）
となる。ここで、εは反射鏡３４の反射率である。上記（１０）式は、
ｌｎＩ_０ ^ｒ１−ｌｎＩ_１−ｌｎε＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （１０’）
と表される。以上（９）式と（１０'）式から、第１区間におけるレーザ光の強度と、第１区間の濃度と、第１区間のレーザ光の光路長の関係は、
ｌｎＩ_０ ^ｒ１−ｌｎＩ_０−ｌｎε＝−２ｋＣ_１Ｌ_１ （１１）
で表される。

また、第２区間におけるレーザ光の強度と、第２区間の濃度と、第２区間のレーザ光の光路長の関係は、
ｌｎＩ_１−ｌｎＩ_０＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （１２）
ｌｎＩ_２−ｌｎＩ_１＝−ｋＣ_２Ｌ_２ （１３）
ｌｎＩ_１ ^ｒ２−ｌｎεＩ_２＝−ｋＣ_２Ｌ_２ （１４）
上記（１４）式は、
ｌｎＩ_１ ^ｒ２−ｌｎＩ_２−ｌｎε＝−ｋＣ_２Ｌ_２ （１４’）
と表される。
ｌｎＩ_０ ^ｒ２−ｌｎＩ_１ ^ｒ２＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （１５）
上記（１５）式は、
ｌｎＩ_０ ^ｒ２−ｌｎＩ_０−ｌｎε＝−ｋＣ_１Ｌ_１ （１５’）
と表される。以上、（１２）式、（１３）式、（１４'）式及び（１５'）式から、第１区間と第２区間を合わせた区間におけるレーザ光の強度と、第１区間と第２区間を合わせた区間の濃度と、第１区間と第２区間を合わせた区間のレーザ光の光路長の関係は、上記（１２）式、（１３）式、（１４'）式及び（１５'）式を加算して表され、
ｌｎＩ_０ ^ｒ２−ｌｎＩ_０−ｌｎε＝−２ｋ（Ｃ_１Ｌ_１＋Ｃ_２Ｌ_２） （１６）
となる。

そして、第１区間〜第ｎ区間を合わせた区間におけるレーザ光の強度と、第１区間〜第ｎ区間を合わせた区間の濃度と、第１区間〜第ｎ区間を合わせた区間のレーザ光の光路長の関係は、
ｌｎＩ_０ ^ｒｎ−ｌｎＩ_０−ｌｎε＝−２ｋ（Ｃ_１Ｌ_１＋Ｃ_２Ｌ_２＋・・・＋Ｃ_ｎＬ_ｎ） （１７）
となる。

第１区間における送光部６及び受光部７のレーザ光の強度と、第１区間と第２区間を合わせた区間における送光部６及び受光部７のレーザ光の強度が得られれば、上記の二つの（１１）式と（１６）式を用いて、第２区間の濃度を算出できる。同様に、順次、隣接する二つの測定部２０における送光部６及び受光部７のレーザ光の強度を用いれば、順に各区間の濃度を算出できる。

なお、上記変形例では、送光部６に対応して一つずつ受光部７が設けられる場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図１４に示すように、複数の送光部６に対して一つの受光部７が設置されるとしてもよい。すなわち、送光部６から照射されるレーザ光は、送光側光セレクタ１８によって切り替えられて照射されることから、一つの受光部７のみでも測定結果を得ることができる。この場合、受光部７の数を低減できる。

［適用例］
次に、上述した本発明の一実施形態に係る濃度分布測定装置１を脱硝装置７０に適用する場合の一実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態に係る脱硝装置７０の概略構成を示した図である。図１５において、脱硝装置７０は、たとえば石炭を燃料とするボイラ装置８５に設置され、石炭を燃焼させて生成された燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤のアンモニアと反応させた後、脱硝触媒７２を用いて主として水と窒素とに分解して除去する装置である。この脱硝装置７０は、ボイラ本体８６に接続されて燃焼排ガスを煙突８７に導く煙道８８に設置されており、煙道８８の出口には、燃焼排ガス中の排熱を回収する熱交換器の空気予熱器８９が設置されている。

脱硝装置７０は、煙道８８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７１と、注入したアンモニアを燃焼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７２と、アンモニア注入量等の制御を行う開度設定部７３と、脱硝後のＮＯｘ濃度を監視（測定）する窒素酸化物濃度計（ＮＯｘ計）７４及び脱硝後の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後のアンモニア濃度分布を測定する濃度分布測定装置１を備えている。

アンモニア注入装置７１は、たとえば図１６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７６に総流量制御弁７７を備えている。このアンモニア主系統７６は、総流量制御弁７７の下流において、ヘッダ７８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８０を備えている。

アンモニア供給系統８０は、各々が流量制御元弁７９及び複数個（図示の例では３個）の注入ノズル７５を備えており、排ガスを流す流路である煙道８８の内部に注入ノズル７５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７５は、流路配管のアンモニア主系統７６、ヘッダ７８及びアンモニア供給系統８０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８８の内部に液滴またはガスの状態で流出させ、燃焼排ガス中に還元剤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、高温の燃焼排ガスから吸熱して気化する。

こうして煙道８８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燃焼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７２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燃焼排ガス中から除去される。

開度設定部７３には、濃度分布測定装置１で測定したアンモニア濃度分布、及びＮＯｘ計７４で測定した窒素酸化物濃度の測定値が入力される。このようなアンモニア濃度及び窒素酸化物濃度の入力を受けた開度設定部７３は、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁７７の開度の設定（開度制御）を行うとともに、複数個所のアンモニア濃度に基づいて各流量制御元弁７９の開度の設定（開度制御）を行う。すなわち、開度設定部７３は、窒素酸化物濃度に基づく総流量制御弁７７や、濃度分布測定装置１で得られたアンモニア濃度分布に基づく流量制御元弁７９の開度制御信号を出力する。

この場合、開度設定部７３による流量制御元弁７９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７９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７０は、ボイラ装置８５毎に諸条件（煙道８８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７３に記憶しておく。なお、この制御マップでは、煙道８８内のアンモニア濃度を同一流路断面内で測定した複数位置のアンモニア濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統８０毎に異なる流量制御元弁７９の開度を個別に設定するものである。

ＮＯｘ計７４は、煙道８８において脱硝触媒７２の下流側で脱硝後の窒素酸化物濃度を測定する。すなわち、ＮＯｘ計７４は、脱硝装置７０による脱硝効果を監視するセンサであり、所望の脱硝が行われるように、開度設定部７３からアンモニア供給量を増減するように総流量制御弁７７の開度信号を出力する。

濃度分布測定装置１は、上述したように、脱硝触媒７２の下流側における煙道８８の流路断面内に仮想的に設定した濃度測定領域のアンモニア濃度分布を作成し、このアンモニア濃度分布を開度設定部７３に出力する。

このような脱硝装置７０によれば、濃度分布測定装置１によって、煙道８８における脱硝触媒７２の下流側におけるアンモニア濃度分布が検出されるとともに、ＮＯｘ計７４によって窒素酸化物濃度が検出され、この検出結果がそれぞれ開度設定部７３に出力される。開度設定部７３では、窒素酸化物濃度に基づいて総流量制御弁７７の開度制御が行われ、かつ、濃度分布測定装置１によって得られたアンモニア濃度分布に基づいて流量制御元弁７９の開度制御が行われる。これにより、脱硝装置７０の運転を継続しながら、時定数の短いアンモニア濃度の測定値に応じ、複数のアンモニア供給系統８０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７９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７９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７９の開度に応じてアンモニア供給系統８０に対するアンモニア分配量が調整される。
アンモニア濃度の検出値が高いことは、すなわち、リークアンモニア（未反応アンモニア）が増大したことは、脱硝触媒７２の触媒性能が劣化したことを意味するので、濃度分布測定装置１によって測定されたアンモニア濃度分布から、煙道８８の流路断面位置に対応した脱硝触媒７２の劣化状況を把握できる。

このように、アンモニア濃度分布が脱硝触媒７２の性能劣化と関連しているので、アンモニア濃度分布に基づいてアンモニア注入装置７１によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、リークアンモニアの分布をコントロールすることができる。また、リークアンモニアは、空気予熱器８９を閉塞させる原因でもあるから、アンモニア濃度検出に基づいてアンモニア注入装置７１によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、空気予熱器８９の閉塞防止も可能になる。

本実施形態に係る脱硝装置７０によれば、脱硝装置７０の運転を継続しながら、時定数の短い還元剤濃度の測定値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になる。これにより、還元剤注入の分配最適化による脱硝触媒７２の寿命延長や脱硝触媒７２の更新の効率化を達成することができる。この結果、脱硝装置７０においては、脱硝触媒７２の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
例えば、上述した実施形態では、複数の測定部２０の開口部２０ａがほぼ同一面内に設置される場合について説明したが、複数の測定部２０の配置面は、厳密に同一面である必要はなく、測定結果に影響を及ぼさない範囲で異なる面に配置されてもよい。

また、上述した実施形態では、測定部２０が互いに平行な第１壁部１１と第２壁部１２との間に、一の壁部に対して直交方向に固定されるとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、一の壁部に対して斜め方向に測定部２０が固定されてもよい。

１ 濃度分布測定装置
２ 濃度測定装置
６ 送光部（第１送光手段、第２送光手段）
７ 受光部（受光手段）
１０ 機器
２０ 測定部
２１ ケース部
２２ 遮蔽部
２８ 集束ケーブル
３０ シールエアチャンバー
３１ シールエア噴出スリット板
３２ シールエア拡散板
３４ 反射鏡
３５ 濃度測定部（濃度算出手段）
３６ 光検出部（光検出手段）
４２，４３ シールエア配管

Claims (5)

1. 測定対象が含まれるガスが存在する機器の内部空間に仮想的に設けられた第１領域及び前記第１領域に隣接する第２領域に向けてレーザ光を照射する第１送光手段と、
   前記第２領域を含まず前記第１領域に向けてレーザ光を照射する第２送光手段と、
   前記第１送光手段から照射されて前記第１領域及び前記第２領域を伝搬したレーザ光、又は前記第２送光手段から照射されて前記第１領域を伝搬したレーザ光を受光する１又は複数の受光手段と、
   前記受光手段によって受光されたレーザ光の光強度を検出する光検出手段と、
   レーザ光の照射強度、レーザ光の受光強度、前記第１領域又は前記第２領域にて前記レーザ光が通過する距離に基づいて、前記第１領域及び前記第２領域それぞれにおける前記測定対象の濃度を算出する濃度算出手段と、
   を備え、
   前記内部空間は、前記測定対象を含むガスが流通しており、
   前記レーザ光の伝搬経路のガス流れ上流側には、遮蔽部が設けられ、
   前記遮蔽部の一端側に前記第１送光手段又は前記第２送光手段が設置され、前記遮蔽部の他端側に前記受光手段が設置され、
   前記第１送光手段、前記第２送光手段又は前記受光手段の近傍からシールエアが吹き出され、
   前記第１送光手段、前記第２送光手段又は前記受光手段よりも前記遮蔽部の長手方向中央側に、前記シールエアが流通し、かつ、前記レーザ光が通過する貫通孔が形成されたスリット板が設置されている濃度測定装置。
2. 前記スリット板よりも前記遮蔽部の長手方向中央側に、前記シールエアを拡散して噴出するシールエア拡散板が設置されている請求項１に記載の濃度測定装置。
3. 前記第１領域と前記第２領域は、レーザ光の光軸方向に配置された領域である請求項１又は２に記載の濃度測定装置。
4. 前記遮蔽部は、前記ガス流れ上流側に向けて突出する形状とされている請求項３に記載の濃度測定装置。
5. 排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置であって、
   還元剤主系統に設けた総流量制御弁の下流から分岐させた複数の還元剤供給系統が各々少なくとも１個の注入ノズルと該注入ノズルの上流側に位置する流量制御元弁とを備え、前記排ガスを流す流路内に設置されて前記注入ノズルから前記排ガス中に還元剤を注入する還元剤注入装置と、
   前記還元剤と前記排ガスとを混合させる流体混合装置と、
   前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させた後に主として水と窒素とに分解する脱硝触媒と、
   前記脱硝触媒下流側の前記流路断面内における前記還元剤濃度分布を測定する請求項１から４のいずれか１項に記載の濃度測定装置と、
   窒素酸化物濃度を計測する窒素酸化物濃度計と、
   前記還元剤濃度分布及び前記窒素酸化物濃度の計測値が入力され、前記窒素酸化物濃度に基づいて前記総流量制御弁の開度の設定を行うとともに、前記還元剤濃度分布に基づいて複数個所の前記流量制御元弁毎の開度の設定を行う開度設定部と
   を具備する脱硝装置。

Images