JP6203477B2 - 濃度測定装置及び脱硝装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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流通する機器の内部空間に仮想的に設定された複数の測定点における前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する複数の筒状部材と、前記機器の外部に設置される、一端部が前記複数の筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された1本の測定管と、前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段と、前記複数の筒状部材に設置され、前記測定管への前記ガスの流通を制御する開閉弁とを備え、前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記測定管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定する。
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本のサンプリング管20と、機器10の外壁面に設置される1台の測定本体部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、電源ケーブル、信号ケーブル、光ケーブルがまとめられた束状のケーブル群である。信号ケーブルには、電動バルブ用、ポンプ用、熱電対用が含まれる。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。
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。
シールエア配管38は、一端部が測定本体部21の外部に位置し、他端部が分岐管42と接続される。これにより、測定本体部21の外部からレーザ計測セル23へシールエアが供給される。フィルタ39は、シールエア配管38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。電動バルブ40は、シールエア配管38内にシールエアを流通させたり、シールエアの流通を停止させたりする。電動バルブ40は、信号ケーブル(図示せず。)と接続されて、電動バルブ制御部52からの信号によって、開閉が制御される。
パージエア配管45は、一端部が測定本体部21の外部に位置し、他端部が合流管25と接続される。これにより、測定本体部21の外部から、パージエア配管45及び合流管25を介して、レーザ計測セル23へパージエアが供給される。フィルタ46は、パージエア配管45内部を流通するパージエアに含まれる不純物を除去する。
排気管22は、例えば金属製の筒状部材であり、一端部が測定本体部21の内部に位置してレーザ計測セル23と接続され、他端部が機器10内部に設置される。これにより、測定の終了したサンプリングガスや、レーザ計測セル23内部に導入されたシールエアやパージエアが、排気管22を介して、レーザ計測セル23から機器10内部へ排出される。排気管22の先端部分は、図3に示すように、機器10内のガス流れの下流側方向に屈折しており、ガスの逆流を防止できる。
制御装置3は、上述したとおり、集束ケーブル28を介して複数台の測定本体部21と接続されている。
送光側光セレクタ18は、各測定本体部21におけるレーザ計測セル23の送光部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。
受光側セレクタ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。
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37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。
ポンプ制御部53は、測定制御部15と接続され、ポンプ41,47,50のON及びOFFを制御する。ポンプ制御部53は、濃度測定装置2の動作に応じて、各ポンプ41,47,50へON及びOFFに関する制御信号を送信する。
ヒーター制御部54は、測定制御部15と接続され、ヒーターの温度を制御する。ヒーター制御部54は、検出されたヒーターの温度に基づいて、ヒーターへ温度に関する制御信号を送信する。
まず、測定を開始するに当たり、保温部27において、ヒーター(図示せず。)をONとし、機器10の外部に配置されているサンプリング管20とレーザ計測セル23を所定温度に維持する。保温部27の温度は、例えば排気管22、レーザ計測セル23、合流管25に設置した熱電対を用いて測定される。これにより、ヒーターの温度が調整されて、測定本体部21の保温部27におけるサンプリング管20とレーザ計測セル23の温度が維持される。なお、熱電対のケーブルは、集束ケーブル28に含まれて、測定本体部21の側面板を貫通して外部に配線されている。
測定開始の温度調整時において、電動バルブ24,40,48,51は、閉状態であり、ガスの流通や、パージエア、シールエアの流通は行われていない。
上記実施形態では、レーザ計測セル23の一端側に送光部6を設置し、他端側に受光部7を設置するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図15及び図16に示すように、レーザ計測セル23の一端側に送光部6と受光部7を設置し、他端側に反射鏡34を設置してもよい。反射鏡34は、送光部6から照射されたレーザ光を反射して、反射したレーザ光を受光部7へ照射する。これにより、レーザ計測セル23内部におけるレーザ光の光路長を長くすることができ、測定対象のガス濃度が薄い場合でも、測定可能となる。
機器10が2台で、各機器10の分割領域が39個である場合、合計78点を測定する必要がある。
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を脱硝装置に適用する場合の一実施形態について説明する。
図23は、本実施形態に係る脱硝装置の概略構成を示した図である。図23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。
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。
例えば、上述した実施形態では、複数のサンプリング管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、複数のサンプリング管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。
2 濃度測定装置
6 送光部(送光手段)
7 受光部(受光手段)
10 機器
20 サンプリング管(筒状部材)
21 測定本体部
22 排気管
23 レーザ計測セル(測定管)
24 電動バルブ(開閉弁)
25 合流管
26 遮蔽器
27 保温部
28 集束ケーブル
30 シールエアチャンバー
31,32 シールエア噴出スリット板
33 整流用多孔板
34 反射鏡
38 シールエア配管
39,46 フィルタ
40,48,51 電動バルブ
41,47 ポンプ
42 分岐管
43 手動調整弁
45 パージエア配管
50 ポンプ(吸引手段)
Claims (9)
- 測定対象が含まれるガスが流通する機器の内部空間に仮想的に設定された複数の測定点における前記測定対象の濃度を測定する濃度測定装置であって、
前記機器の壁面に貫通して設置され、前記測定点にそれぞれ位置するように形成された開口部を有する複数の筒状部材と、
前記機器の外部に設置される、一端部が前記複数の筒状部材の前記開口部の反対側の端部と接続された1本の測定管と、
前記測定管の他端部と接続され、前記筒状部材内部と前記測定管内部の前記ガスを吸引可能な吸引手段と、
前記複数の筒状部材に設置され、前記測定管への前記ガスの流通を制御する開閉弁と、
を備え、
前記測定管は、前記吸引手段によって前記筒状部材を介して前記測定管内に導入された前記ガスに対してレーザ光を照射する送光手段と、該レーザ光を受光する受光手段とを有し、前記レーザ光の強度情報に基づいて前記測定管内に導入された前記ガスに含まれる前記測定対象の濃度を測定し、
前記測定管の端部に前記送光手段又は前記受光手段が設置され、
前記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、
前記測定管の端部よりも中央側には、前記測定管の端部から中央へシールエアを通過させ、かつ、前記レーザ光が通過する貫通孔が中央部に形成された板状のスリット板が設置され、
前記スリット板よりも前記測定管の長手方向中央側に、前記シールエアを整流する整流板、又は、前記シールエアを拡散して噴出する第2のスリット板が設置されている濃度測定装置。 - 前記筒状部材それぞれの前記開口部は、前記筒状部材の軸線方向において位置が異なる請求項1に記載の濃度測定装置。
- 前記測定管、前記吸引手段及び前記開閉弁は、一のケース内に収容され、
前記筒状部材は、前記ケースの内部から外部に貫通して延設される請求項1又は2に記載の濃度測定装置。 - 前記複数の筒状部材と前記1本の測定管の組み合わせを1ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、
前記測定管が備える各送光手段は、共通のレーザ光源からレーザ光が供給される請求項1から3のいずれか1項に記載の濃度測定装置。 - 前記複数の筒状部材と前記1本の測定管の組み合わせを1ユニットとし、前記機器に対して複数のユニットが設置されるとき、
前記測定管が備える各受光手段は、共通の光検出手段と接続され、前記光検出手段によってレーザ光の受光強度が検出される請求項1から4のいずれか1項に記載の濃度測定装置。 - 前記筒状部材の内部断面積は、各前記筒状部材の長さに応じて決定され、複数の筒状部材の圧力損失はほぼ等しい請求項1から5いずれか1項に記載の濃度測定装置。
- 前記測定管は、一端側に前記送光手段と前記受光手段が設置され、他端側に前記送光手段から照射されたレーザ光を前記受光手段へ反射する反射手段が設置される請求項1から6のいずれか1項に記載の濃度測定装置。
- 前記測定管は、前記測定管の横断面の円周上の接線方向から前記ガスを導入し、前記測定管の横断面の円周上の接線方向へ前記ガスを排出する請求項1から7のいずれか1項に記載の濃度測定装置。
- 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の還元剤濃度分布を測定する請求項1から8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。
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