JP6381374B2 - 三酸化硫黄濃度測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本願発明は、排ガス中に含まれる三酸化硫黄の濃度を測定する三酸化硫黄濃度測定方法及びその装置に関するものである。

例えば、石炭、石油等の化石燃料を用いて運転される火力発電所の燃焼施設から排出される排ガス中には二酸化硫黄とか三酸化硫黄が含まれるが、このうち三酸化硫黄は水と反応して硫酸を生成し鉄製品の腐食の原因となることから、この排ガス中の三酸化硫黄の濃度を監視し、その傾向を把握して設備の健全性維持を図るためのトレンド管理が重要となる。

この三酸化硫黄濃度の測定手法の一つに、三酸化硫黄が加熱によって二酸化硫黄に変換される加熱変換現象を利用し、排ガスを加熱してこれに含まれる三酸化硫黄を二酸化硫黄に変換させ、この三酸化硫黄から変換された二酸化硫黄の濃度を測定し、この二酸化硫黄濃度から変換前の三酸化硫黄濃度を間接的に取得する手法が知られており、係る手法を用いた三酸化硫黄濃度測定方法として例えば、特許文献１に示されるものがある。

この三酸化硫黄濃度測定方法は、煙道内の排ガスのサンプリング系として、排ガスを何ら加熱することなく二酸化硫黄濃度の測定セルに導く非加熱系と、排ガスを加熱管において所定温度、例えば、６００℃以上で一定時間加熱して上記測定セルに導く加熱系を備え、これら二つのサンプリング系を上記測定セルに対して平行配置している。

また、上記測定セルでは、ここに導入される排ガスに紫外線を照射し、紫外線の吸収スペクトルに基づいて排ガス中の二酸化硫黄濃度を測定する（紫外線吸光分析法）手法を採用している。

そして、この三酸化硫黄濃度測定方法では、非加熱系からの排ガスと加熱系からの排ガスを上記測定セルに所定時間毎に交互に導入し、非加熱系の排ガス中の二酸化硫黄濃度と加熱系の排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ求める。

しかる後、非加熱系の排ガス中の二酸化硫黄濃度と加熱系の排ガス中の二酸化硫黄濃度の差分を求め、この差分に基づいて変換前における排ガス中の三酸化硫黄濃度を算出する。係る測定作業を所定間隔毎に繰り返して連続的に行うことで、排ガス中の三酸化硫黄濃度のトレンド管理を行うものである。

特開２００６−３１７２０７号公報

ところが、この従来の三酸化硫黄濃度測定方法によれば、非加熱系の排ガス中の二酸化硫黄濃度と加熱系の排ガス中の二酸化硫黄濃度の差分を求め、この差分に基づいて変換前における排ガス中の三酸化硫黄濃度を算出するものであることから、この三酸化硫黄濃度に誤差が生じ易くなる。即ち、非加熱系の二酸化硫黄濃度と加熱系の二酸化硫黄濃度との差分を求める場合、これら二つの系統間に不可避的に生じる系統差（例えば、各系統に固有の通路長さとか通路形状等の要因に基づく通路抵抗等の差）が二酸化硫黄濃度の差分にそのまま反映され、例えば、図４に示すように、加熱管温度が一定に保持されれば非加熱系の二酸化硫黄濃度と加熱系の二酸化硫黄濃度は略同様の傾向をもって変化するはずのところ、これら両者の相対関係が不安定に変化し（同図の不安定領域を参照）、上記差分に誤差が生じ、その結果、この二酸化硫黄濃度の差分に基づいて算出される三酸化硫黄濃度に誤差が生じ、その信頼性が損なわれることになる。

そこで本願発明は、サンプリング系の系統差を排除することで、高精度の三酸化硫黄濃度の測定を可能とした三酸化硫黄濃度測定方法及びその装置を提案することを目的としてなされたものである。

本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。

本願の第１の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法では、二酸化硫黄と三酸化硫黄を含む排ガスをアルミナ管と該アルミナ管の外周側に嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成される加熱管に導入し、該排ガスを上記カンタル管の外側に配置された加熱手段によって低温で加熱する低温加熱工程と高温で加熱する高温加熱工程を所定時間毎に交互に繰り返す排ガス加熱工程と、低温加熱工程における排ガス中の二酸化硫黄濃度と高温加熱工程における排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ測定する二酸化硫黄濃度測定工程と、高温加熱工程における二酸化硫黄濃度のうち低温加熱工程における二酸化硫黄濃度を超える増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出する三酸化硫黄濃度算出工程を備えたことを特徴としている。

本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法において、上記低温加熱工程における加熱温度を５００℃〜７００℃に、上記高温加熱工程における加熱温度を１０００℃以上に、それぞれ設定したことを特徴としている。

本願の第３の発明では、上記第１の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法において、高温加熱工程の開始時点から低温加熱工程を経て次回の高温加熱工程の開始時点までを一の加熱サイクルとし、各加熱サイクルにおいて二酸化硫黄濃度測定工程と三酸化硫黄濃度算出工程をそれぞれ一回または複数回実行することを特徴としている。

本願の第４の発明では、上記第１の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法において、上記二酸化硫黄濃度測定工程では、吸光分析法によって排ガス中の二酸化硫黄濃度を測定することを特徴としている。

本願の第５の発明に係る三酸化硫黄濃度測定装置では、アルミナ管と該アルミナ管の外周側に嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成され、上記アルミナ管内に排ガスが流される加熱管と、上記カンタル管の外側に配置されて上記加熱管を低温と高温で交互に加熱する加熱手段と、上記加熱管において加熱された排ガスを測定セル内に導入し、吸光分析法により低温加熱時における排ガス中の二酸化硫黄濃度と高温加熱時における排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ測定する測定手段と、高温加熱時における二酸化硫黄濃度のうち低温加熱時における二酸化硫黄濃度を超える増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出する濃度算出手段を備えたことを特徴としている。
ここで「カンタル」とは、鉄、クロム及びアルミニウムを含む合金である。

本願の第６の発明では、上記第５の発明に係る三酸化硫黄濃度測定装置において、上記加熱手段を上記加熱管に付設される電気炉で構成し、上記加熱管に対して５００℃〜７００℃での低温加熱と１０００℃以上での高温加熱を所定時間毎に交互に実行することを特徴としている。

本願の第７の発明では、上記第５の発明に係る三酸化硫黄濃度測定装置において、上記カンタル管の端部にステンレス短管を溶接するとともに、該ステンレス短管をステンレス製のパイプ継手によってステンレス管に接続したことを特徴としている。

本願の第８の発明では、上記第５の発明に係る三酸化硫黄濃度測定装置において、上記加熱管の上流側端部にサンプリング管を溶接固定する一方、該サンプリング管を、煙道壁に設けた測定座を貫通して煙道内に延出状態で配置するとともに、該サンプリング管に設けられた嵌合金具を上記測定座の口金部に嵌合させ、且つ該嵌合部分の外周側に耐熱融着テープを貼付することで上記測定座側に気密状態で固定したことを特徴としている。

（ａ）本願の第１の発明
本願の第１の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法によれば、二酸化硫黄と三酸化硫黄を含む排ガスをアルミナ管と該アルミナ管の外周側に嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成される加熱管に導入し、該排ガスを上記カンタル管の外側に配置された加熱手段によって低温で加熱する低温加熱工程と高温で加熱する高温加熱工程を所定時間毎に交互に繰り返す排ガス加熱工程と、低温加熱工程における排ガス中の二酸化硫黄濃度と高温加熱工程における排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ測定する二酸化硫黄濃度測定工程と、高温加熱工程における二酸化硫黄濃度のうち低温加熱工程における二酸化硫黄濃度を超える増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出するようにしているので、排ガスが流れるサンプリング系が一系統となり、例えば、上掲の先行技術に示されるように非加熱系と加熱系の二つのサンプリング系を並設した二系統構成の場合のような系統差が生じず、この結果、二酸化硫黄濃度の増分に基づいて算出される三酸化硫黄濃度は、誤差の無い高精度なものとなり、延いては三酸化硫黄濃度のトレンド管理の信頼性が向上する。

また、上記アルミナ管は、化学的な安定性が極めて高く三酸化硫黄に対して高い耐腐食性を発揮するとともに、耐熱性も高いという利点を有する反面、耐衝撃性が低く衝撃を受けると壊れ易いという欠点がある。一方、カンタル管は、耐熱性及び耐衝撃性が共に高く、高温化において高い耐久性を有するものである。したがって、この発明のように、加熱管を、アルミナ管と該アルミナ管の外周側の嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成し、上記アルミナ管内に排ガスを流す一方、該カンタル管の外側に上記加熱手段を配置する構成を採用することで、上記アルミナ管はそれ固有の耐腐食性及び耐熱性を有すると共に上記カンタル管により高い耐衝撃性が付与されることから、該アルミナ管内を流れる排ガスを上記電気炉で加熱して該排ガスに含まれる三酸化硫黄を二酸化硫黄に加熱変換させる場合、該加熱変換作用が長期に亘って安定的に行われ、加熱変換に基づく二酸化硫黄濃度の測定精度が向上する。

（ｂ）本願の第２の発明
本願の第２の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記低温加熱工程における加熱温度を５００℃〜７００℃に、上記高温加熱工程における加熱温度を１０００℃以上に、それぞれ設定しているところ、５００℃〜７００℃の温度領域では三酸化硫黄から二酸化硫黄への加熱変換作用は殆ど発生しない一方、１０００℃以上の温度領域では三酸化硫黄のほぼ全量が二酸化硫黄に加熱変換されるという周知現象からして、三酸化硫黄から二酸化硫黄への加熱変換現象を利用した三酸化硫黄の濃度測定の高精度化が担保される。

（ｃ）本願の第３の発明
本願の第３の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、高温加熱工程の開始時点から低温加熱工程を経て次回の高温加熱工程の開始時点までを一の加熱サイクルとし、各加熱サイクルにおいて二酸化硫黄濃度測定工程と三酸化硫黄濃度算出工程をそれぞれ一回または複数回実行するようにしているので、例えば、各加熱サイクルにおいて二酸化硫黄濃度測定工程と三酸化硫黄濃度算出工程をそれぞれ一回実行する場合でも、各加熱サイクルにおいて各一回の三酸化硫黄濃度のプロット値が示されるので、該プロット値に基づく三酸化硫黄濃度の長期的なトレンド管理が可能である。一方、各加熱サイクルにおいて二酸化硫黄濃度測定工程と三酸化硫黄濃度算出工程をそれぞれ複数回実行する場合には、各加熱サイクルにおいて複数の三酸化硫黄濃度のプロット値が示されることから、三酸化硫黄濃度のトレンド管理を広範な情報に基づいてより緻密に行うことができその信頼性が向上することになる。

（ｄ）本願の第４の発明
本願の第４の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法では、上記二酸化硫黄濃度測定工程では、吸光分析法によって排ガス中の二酸化硫黄濃度を測定するようにしている。ここで、この吸光分析法に用いられる照射光としては、例えば、赤外線レーザ光と紫外線が考えられるが、これら各照射光を用いた場合には、上記（ａ）に記載の効果に加えてそれぞれ以下のような特有の効果が得られる。

即ち、照射光として赤外線レーザ光を用いた場合には、赤外線吸光分析法の特性、即ち、ドリフトが少なく煤塵の影響を受けにくいという特性から、高精度の二酸化硫黄濃度の測定が可能となり、延いては加熱変換作用を利用した三酸化硫黄濃度の測定精度の向上が図れる。また、レーザ発振器によって赤外線レーザ光を生成するものであって、例えば、紫外線ランプを用いた紫外線吸光分析法による測定のような紫外線ランプの交換等のメンテナンスの必要性が少なく、それだけ長期に亘って連続的な稼働が担保され、延いては三酸化硫黄濃度の長期的且つ連続的なトレンド管理が実現される。

一方、照射光として紫外線ランプを用いた場合には、紫外線吸光分析法の特性、即ち、二酸化硫黄に対する吸収断面積が大きく、その分、感度が高いことから、例えば、測定セルの長さを短縮してそのコンパクト化が図れるものである。また、紫外線ランプは、例えば、レーザ発振器に比してその価格が格段に安いことから、測定装置の低コスト化が図れるものである。

（ｅ）本願の第５の発明
本願の第５の発明に係る三酸化硫黄濃度測定装置によれば、アルミナ管と該アルミナ管の外周側に嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成され、上記アルミナ管内に排ガスが流される加熱管と、上記カンタル管の外側に配置されて上記加熱管を低温と高温で交互に加熱する加熱手段と、上記加熱管において加熱された排ガスを測定セル内に導入し、吸光分析法により低温加熱時における排ガス中の二酸化硫黄濃度と高温加熱時における排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ測定する測定手段と、高温加熱時における二酸化硫黄濃度のうち低温加熱時における二酸化硫黄濃度を超える増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出する濃度算出手段を備えることで、排ガスのサンプリング系が一系統となり、例えば、複数のサンプリング系を備えた場合のような系統差を生じることが無いことから、吸光分析法による三酸化硫黄の加熱変換による二酸化硫黄濃度の増量測定の精度が高水準に維持されることとなり、その結果、この二酸化硫黄濃度の増量に基づいて取得される三酸化硫黄濃度の信頼性が向上し、延いては、三酸化硫黄濃度のトレンド管理の信頼性が担保される。

また、上記アルミナ管は、化学的な安定性が極めて高く三酸化硫黄に対して高い耐腐食性を発揮するとともに、耐熱性も高いという利点を有する反面、耐衝撃性が低く衝撃を受けると壊れ易いという欠点がある。一方、カンタル管は、耐熱性及び耐衝撃性が共に高く、高温化において高い耐久性を有するものである。したがって、この発明のように、加熱管を、アルミナ管と該アルミナ管の外周側の嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成し、上記アルミナ管内に排ガスを流す一方、該カンタル管の外側に上記加熱手段を配置する構成を採用することで、上記アルミナ管はそれ固有の耐腐食性及び耐熱性を有すると共に上記カンタル管により高い耐衝撃性が付与されることから、該アルミナ管内を流れる排ガスを上記電気炉で加熱して該排ガスに含まれる三酸化硫黄を二酸化硫黄に加熱変換させる場合、該加熱変換作用が長期に亘って安定的に行われ、加熱変換に基づく二酸化硫黄濃度の測定精度が向上する。

（ｆ）本願の第６の発明
本願の第６の発明に係る三酸化硫黄濃度測定装置によれば、上記（ｅ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記加熱手段を上記加熱管に付設される電気炉で構成し、上記加熱管に対して５００℃〜７００℃での低温加熱と１０００℃以上での高温加熱を所定時間毎に交互に実行するようにしているので、５００℃〜７００℃の温度領域では三酸化硫黄から二酸化硫黄への加熱変換作用は殆ど発生しない一方、１０００℃以上の温度領域では三酸化硫黄のほぼ全量が二酸化硫黄に加熱変換されるという周知現象からして、三酸化硫黄から二酸化硫黄への加熱変換現象を利用した三酸化硫黄の濃度測定の高精度化が担保される。

（ｇ）本願の第７の発明
本願の第７の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法によれば、上記（ｅ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記カンタル管の端部にステンレス短管を溶接するとともに、該ステンレス短管をステンレス製のパイプ継手によってステンレス管に接続したので、該パイプ継手部分においては該パイプ継手と上記ステンレス短管が同じ熱膨張率をもつことから、上記加熱管が高温加熱と低温加熱が繰り返される状態であっても、上記パイプ継手部分における高い気密性が確保される。この結果、例えば、煙道内が負圧とされた状態であっても、上記パイプ継手部分から加熱管内に外気が吸入されて排ガス内の二酸化硫黄濃度とか三酸化硫黄濃度が変化するのが未然に且つ確実に防止され、延いては、該加熱管における三酸化硫黄の加熱変換で得られた二酸化硫黄濃度に基づく三酸化硫黄濃度の算出精度が高水準に維持される。

（ｈ）本願の第８の発明
本願の第８の発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法によれば、上記（ｅ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記加熱管の上流側端部にサンプリング管を溶接固定する一方、該サンプリング管を、煙道壁に設けた測定座を貫通して煙道内に延出状態で配置するとともに、該サンプリング管に設けられた嵌合金具を上記測定座の口金部に嵌合させ且つ該嵌合部分の外周側に耐熱融着テープを貼付することで上記測定座側に気密状態で固定するようにしたので、上記加熱管の上記測定座への取り付けに際しては、例えば、加熱管側に電線等の付属物が取り付けられている場合であっても、該加熱管を回転させることなく、これを容易且つ迅速に取り付け、且つ耐熱融着テープの貼付によって気密性を確保することができ、例えば、従来のように加熱管に設けた螺着部材を上記測定座の口金部分にネジ込んで固定する構造の場合に比して、加熱管の取付作業における作業性が向上する。

本願発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法の実施に供せられる測定装置の全体構成を示すブロック図である。 本願発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法における「温度−ＳＯ２濃度−ＳＯ３濃度」の相関図である。 図１に示した加熱管の構造を示す一部破断拡大図である。 従来の三酸化硫黄濃度測定方法における「温度−ＳＯ２濃度」の相関図である

図１には、本願発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法の実施に供せられる三酸化硫黄濃度測定装置Ｚの全体構成を示している。この三酸化硫黄濃度測定装置Ｚは、次述のように、測定制御部Ａと加熱変換部Ｂ及び濃度測定部Ｃを備えて構成される。以下、これら各部の構成等を具体的に説明する。

「測定制御部Ａ」
上記測定制御部Ａは、コンピュータ１と圧力表示器２及び温度調節器３を備えて構成される。上記コンピュータ１は、上記温度調節器３を介して後述の電気炉４の温度及び予熱ヒータ１７の温度を調節するとともに、後述する濃度測定部Ｃにおける二酸化硫黄濃度の測定を制御し、さらに該測定値を受けて後述するように二酸化硫黄濃度の増分を求め、この増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出する。

上記温度調節器３は、上記コンピュータ１からの制御指令を受けて、後述の電気炉４の加熱温度を、６００℃の低温と１１００℃以上の高温の間で交互に変更調整するとともに、後述の予熱ヒータ１７の温度調節を行うものである。また、上記圧力表示器２は、後述の二酸化硫黄濃度測定計２０に設けられた圧力センサ２６からの検出信号を受けてこれを表示する。

「加熱変換部Ｂ」
加熱変換部Ｂは、加熱管１０と電気炉４を備えて構成される。

「加熱管１０」
上記加熱管１０は、その内部に導入される排ガスを、上記電気炉４（特許請求の範囲中の「加熱手段」に該当する）を熱源として加熱するものであり、この実施形態では上述のように、排ガスを６００℃の低温と、１１００℃以上の高温で、交互に加熱するようになっている。そして、１１００℃以上での高温加熱時においては、排ガス中の三酸化硫黄が加熱変換作用によって二酸化硫黄に変換される。また、６００℃での低温加熱時においては、三酸化硫黄の二酸化硫黄への加熱変換作用は殆ど発生しない。

上記加熱管１０の上流側には、その外周側に予熱ヒータ１７が付設されたステンレス製のサンプリング管１６が接続されている。そして、このサンプリング管１６は煙道壁５に設けた測定座６を貫通して煙道内に延出されており、その先端にはパイプ継手３３を介してフィルタ３４が取り付けられている。また、上記サンプリング管１６は、これに設けた嵌合金具７を上記測定座６の口金６ａ部分に嵌合させるとともに、この嵌合部分の外側に耐熱融着テープ８を貼付することで該測定座６側に気密的に固定されている。

なお、このように上記サンプリング管１６の上記測定座６に対する取付構造を、上記嵌合金具７を用いた嵌合構造とすることで、従来のように該サンプリング管１６の取り付けに際して該サンプリング管１６とこれに連結された上記加熱管１０部分を一体的に回転させて螺着する必要がなく、例えば、上記加熱管１０側に電線等の付属物が取り付けられている場合であっても、容易且つ迅速にこれを取り付けることができる。

一方、上記加熱管１０の下流側には、ステンレス製のパイプ継手１５を介してステンレス管３１が連結され、さらに該ステンレス管３１にはパイプ継手３０を介してフッ素樹脂管３２が連結されるとともに、該フッ素樹脂管３２はドレーンポット２５を介して上記二酸化硫黄濃度測定計２０のガス導入口２７に接続されている。

ここで、上記加熱管１０の具体的構成を説明する。
上記加熱管１０は、図３に拡大図示するように、アルミナ管１４と該アルミナ管１４の外周側の嵌挿されたカンタル管１２からなる二重管で構成され、該アルミナ管１４内に排ガスが導入されるとともに、上記カンタル管１２の外周側に上記電気炉４が配置され該電気炉４によってカンタル管１２及び上記アルミナ管１４が加熱される。

このように、上記加熱管１０を上記アルミナ管１４とカンタル管１２からなる二重管で構成することで、該アルミナ管１４は化学的な安定性が極めて高く三酸化硫黄に対して高い耐腐食性を発揮し、また上記カンタル管１２は耐熱性及び耐衝撃性が共に高いことから、これらの相乗効果として、該アルミナ管１４内を流れる排ガスを上記電気炉４で加熱して該排ガスに含まれる三酸化硫黄を二酸化硫黄に加熱変換させる場合、該加熱変換作用が長期に亘って安定的に行われ、加熱変換に基づく二酸化硫黄濃度の測定精度が向上することになる。

また、上述のように、上記加熱管１０の下流側にはステンレス製のパイプ継手１５を介して上記ステンレス管３１が接続されるが、この場合、上記カンタル管１２を直接上記パイプ継手１５側に接続すると、これら両者間の熱膨張率の差によって、上記加熱管１０が６００℃と１１００℃で交互に加熱される場合、この接続部分における気密性が損なわれ外気が加熱管１０内に吸入される恐れがある。このため、この実施形態では、上記カンタル管１２の端部にステンレス短管１３の一端部を溶接にて気密的に接続固定し、このステンレス短管１３の他端部を、上記パイプ継手１５を介して上記ステンレス管３１に接続するようにしている。係る構成とすることで、上記ステンレス短管１３とパイプ継手１５は同じ熱膨張率をもち、これらの間に熱膨張率の差が生じないので、これら両者が高い気密性をもって接続され、該加熱管１０の信頼性が担保される。

一方、上記加熱管１０の上流側には、上述のように、上記サンプリング管１６が接続される。即ち、上記加熱管１０の上記カンタル管１２の端部に上記サンプリング管１６の端部が溶接により気密的に接続固定されている。また、上記サンプリング管１６の外周側にはその領域全長に亘ってコイルヒータで後述される予熱ヒータ１７が付設されるとともに、該予熱ヒータ１７は耐熱融着テープ１８で被覆されている。

「濃度測定部Ｃ」
上記濃度測定部Ｃは、二酸化硫黄濃度測定計２０（特許請求の範囲中の「測定手段」に該当する）を備えて構成される。この二酸化硫黄濃度測定計２０は、赤外線レーザ光を用いて赤外線吸光分析法によって排ガス中の二酸化硫黄濃度を測定するものであって、透明なポリ塩化ビニル製の測定セル２３の一端に投光部２１を、他端に受光部２２をそれぞれ配置するとともに、上記投光部２１の前方位置と上記受光部の前方位置にはそれぞれフッ化カルシウム製のセル窓２４を配置している。

また、上記測定セル２３の一端寄りにはガス導入口２７が、他端寄りにはガス排出口２８が、それぞれ設けられており、上記ガス導入口２７は上記フッ素樹脂管３２及びステンレス管３１を介して上記加熱管１０に接続され、また上記ガス排出口２８には図示しないフィルタ、流量計及びサンプルポンプが順次接続されている。そして、上記サンプルポンプの吸引力によって、煙道内の排ガスは上記加熱管１０を経て上記ガス導入口２７から上記測定セル２３内に導入されるとともに、該測定セル２３内を流通後、上記ガス排出口２８から上記流量計及びフィルタを通って外部へ排出される。この排ガスが上記測定セル２３内を流れる間に該中の二酸化硫黄濃度が測定される。

この濃度測定部Ｃにおいて測定された二酸化硫黄濃度は、逐一上記コンピュータ１に出力され、該コンピュータ１において、三酸化硫黄の加熱変更により生じた二酸化硫黄濃度の増分が算出されるとともに、この増分に基づいて三酸化硫黄濃度が算出される。即ち、この実施形態では、上記コンピュータ１は、特許請求の範囲中の「濃度算出手段」に該当する。

この場合、上記二酸化硫黄濃度測定計２０における赤外線レーザ光を用いた赤外線吸光分析法による測定では、ドリフトが少なく煤塵に強いいという赤外線レーザ光の特性から、高精度の二酸化硫黄濃度の測定が可能となるとともに、レーザ発振器によって赤外線レーザ光を生成するものであってメンテナンスの必要性が少なく長期に亘って連続的な稼働が担保される等の利点がある。

また、上記投光部２１の前方、及び上記受光部２２の前方にそれぞれフッ化カルシウム製のセル窓２４を設けたことで、上記測定セル２３に導入された排ガスに含まれている煤塵が上記投光部２１とか受光部２２のレンズ部分に付着して測定性能が低下するという事態の発生が可及的に防止される。

なお、この実施形態では、照射光として赤外線レーザ光を用いた赤外線吸光分析法を採用しているが、本願発明はこれに限定されるものではなく、例えば、照射光として紫外線を用いた紫外線吸光分析法を採用することもできるものである。

「三酸化硫黄濃度測定方法の説明」
以上のように構成された三酸化硫黄濃度測定装置Ｚを用いて排ガス中の三酸化硫黄濃度を取得する方法を、図２を参照しつつ説明する。

この三酸化硫黄濃度測定方法は、一系統の加熱管１０に煙道内の排ガスを導入し、この排ガスを上記電気炉４によって加熱する。この場合、この実施形態では、図２の（イ）に示すように、各加熱サイクル（例えば、サイクル時間＝２時間）において、１１００℃の高温加熱（高温加熱工程）と、６００℃の低温加熱（低温加熱工程）をそれぞれ１回ずつ実行するようにしている。

そして、この高温加熱工程では、排ガスが１１００℃で加熱されることで、該排ガス中の三酸化硫黄は加熱変換作用を受けてその全量が二酸化硫黄に変換されるので、排ガス中には当初から排ガス中に含まれていた二酸化硫黄と、加熱変換によって三酸化硫黄から変換された二酸化硫黄とが存在し、これらが合算されたものが二酸化硫黄濃度として測定される（図２（ロ）参照）。

これに対して、低温加熱工程では、加熱温度が三酸化硫黄の加熱変換温度以下の６００℃であるため、三酸化硫黄の加熱変換作用は発生せず、したがって、排ガス中の二酸化硫黄濃度は、当初から排ガスに含まれていた二酸化硫黄によるもののみとなる。

したがって、高温加熱工程における二酸化硫黄濃度と、低温加熱工程における二酸化硫黄濃度を対比することで、加熱変換によって初めて生じた二酸化硫黄濃度、即ち、二酸化硫黄濃度の増分を取得することができる。そして、この二酸化硫黄濃度の増分から、該増分の元となった三酸化硫黄濃度を算出することができ、この三酸化硫黄濃度を長期に亘って監視することで、該三酸化硫黄濃度のトレンド管理が可能となるものである。

なお、この実施形態では、高温加熱温度を１１００℃、低温加熱温度を６００℃に設定しているが、本願発明は係る設定に限定されるものではなく、例えば、高温加熱温度としては１０００℃以上に、低温加熱温度としては５００〜７００℃の範囲内にそれぞれ設定すれば良い。

ここで、二酸化硫黄濃度の増分の取得手法を図２に基づいてさらに詳述する。
先ず、図２（イ）の時間［ａ］〜［ｅ］の間、即ち、先の高温加熱工程の開始時点から次回の高温加熱工程の開始時点までの時間範囲を一の加熱サイクルと規定する。そして、この加熱サイクルの起点（時間［ａ］）における二酸化硫黄濃度［ｐ０１］と、終点（時間［ｅ］）における二酸化硫黄濃度［ｐ０２］を直線で結んでこの間に仮想基準濃度線［Ｌ］を作成する。

なお、このように仮想基準濃度線［Ｌ］を作成した理由は、時間の経過（時間［ａ］から［ｅ］）に伴って排ガス中の二酸化硫黄濃度が変化した場合でも高い測定精度が維持できるようにするためである。即ち、例えば基準濃度を加熱サイクルの起点（時間［ａ］）における二酸化硫黄濃度［ｐ０１］に固定すると、排ガス中の二酸化硫黄濃度が上昇傾向の場合にはプラス誤差が、下降傾向の場合にはマイナス誤差が生じるので、係る誤差の発生を回避するものである。

一方、高温加熱工程において温度が安定した領域、例えば、時間［ｂ］〜時間［ｃ］の範囲を取出し、さらにこの時間範囲を１または複数の小領域に仮想的に区画する（この実施形態では三つの小領域［ｓ１］〜［ｓ３］を想定している）。そして、この三つの小領域［ｓ１］〜［ｓ３］のそれぞれについて、二酸化硫黄濃度の測定値と仮想基準濃度線［Ｌ］上の仮想基準濃度（即ち、二酸化硫黄濃度［ｐ０１］と［ｐ０２］の中間の濃度）の差を計算し、該各小領域内における上記濃度差の平均値［ｐ１］〜［ｐ３］を求める。

しかる後、上記各小領域［ｓ１］〜［ｓ３］のそれぞれにおける濃度差の平均値［ｐ１］〜［ｐ３］に基づいて、該各小領域［ｓ１］〜［ｓ３］のそれぞれにおける三酸化硫黄濃度［ｑ１］〜［ｑ３］を算出し、図２（ハ）に示すように、これら各算出値［ｑ１］〜［ｑ３］を三酸化硫黄濃度としてプロット表示する。以上が三酸化硫黄濃度の算出手法である。ｓｚ

以上のようにして、各加熱サイクルのそれぞれにおいて順次算出される三酸化硫黄濃度のプロット値を長期に亘って監視することで、三酸化硫黄濃度のトレンド管理が行えるものである。

この場合、この実施形態のものでは、排ガスが流れるサンプリング系が一系統であって、例えば、上掲の先行技術に示されるように非加熱系と加熱系の二つのサンプリング系を並設した二系統構成の場合のような系統差及びこれに基づく誤差が生じないため、二酸化硫黄濃度の増分に基づいて算出される三酸化硫黄濃度は誤差の無い高精度なものとなり、延いては三酸化硫黄濃度のトレンド管理の信頼性がさらに向上することになる。

なお、この実施形態では上述のように高温加熱工程中に三つの小領域を想定し、これら各小領域に三酸化硫黄濃度のプロット値を算出したが、他の実施形態では１の小領域を想定し、この１の小領域における三酸化硫黄濃度のプロット値のみを算出しても良く、係る手法においてもこのプロット値を長期に亘って監視することで、三酸化硫黄濃度のトレンド管理が行えるものである。即ち、この小領域の設定数、即ち、各小領域における三酸化硫黄濃度のプロット値の表示個数は、トレンド管理の難易に関わるものではなく、トレンド管理における情報の緻密さとして反映されるものであり、したがって、実際のトレンド管理に際しては該トレンド管理に対する要求条件に応じて任意に設定すれば良い。

本願発明に係る三酸化硫黄濃度測定方法及び装置は、火力発電所等の化石燃料を使用する施設において、排ガス中の三酸化硫黄濃度を測定しそのトレンド管理を行うような場合に利用されるものである。

１ ・・コンピュータ
２ ・・圧力表示器
３ ・・温度調節器
４ ・・電気炉
５ ・・煙道壁
６ ・・測定座
１０ ・・加熱管
１２ ・・カンタル管
１３ ・・ステンレス短管
１４ ・・アルミナ管（内管）
１５ ・・パイプ継手
１６ ・・サンプリング管
１７ ・・予熱ヒータ
１８ ・・耐熱融着テープ
２０ ・・二酸化硫黄濃度測定計
Ａ ・・測定制御部
Ｂ ・・加熱変換部
Ｃ ・・濃度測定部
Ｚ ・・三酸化硫黄濃度測定装置

Claims (8)

1. 二酸化硫黄と三酸化硫黄を含む排ガスをアルミナ管と該アルミナ管の外周側に嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成される加熱管に導入し、該排ガスを上記カンタル管の外側に配置された加熱手段によって低温で加熱する低温加熱工程と高温で加熱する高温加熱工程を所定時間毎に交互に繰り返す排ガス加熱工程と、
   低温加熱工程における排ガス中の二酸化硫黄濃度と高温加熱工程における排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ測定する二酸化硫黄濃度測定工程と、
   高温加熱工程における二酸化硫黄濃度のうち低温加熱工程における二酸化硫黄濃度を超える増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出する三酸化硫黄濃度算出工程を備えたことを特徴とする三酸化硫黄濃度測定方法。
2. 請求項１において、
   上記低温加熱工程における加熱温度を５００℃〜７００℃に、上記高温加熱工程における加熱温度を１０００℃以上に、それぞれ設定したことを特徴とする三酸化硫黄濃度測定方法。
3. 請求項１において、
   高温加熱工程の開始時点から低温加熱工程を経て次回の高温加熱工程の開始時点までを一の加熱サイクルとし、各加熱サイクルにおいて二酸化硫黄濃度測定工程と三酸化硫黄濃度算出工程をそれぞれ一回または複数回実行することを特徴とする三酸化硫黄濃度測定方法。
4. 請求項１において、
   上記二酸化硫黄濃度測定工程では、吸光分析法によって排ガス中の二酸化硫黄濃度を測定することを特徴とする三酸化硫黄濃度測定方法。
5. アルミナ管と該アルミナ管の外周側に嵌挿されたカンタル管からなる二重管で構成され、上記アルミナ管内に排ガスが流される加熱管と、
   上記カンタル管の外側に配置されて上記加熱管を低温と高温で交互に加熱する加熱手段と、
   上記加熱管において加熱された排ガスを測定セル内に導入し、吸光分析法により低温加熱時における排ガス中の二酸化硫黄濃度と高温加熱時における排ガス中の二酸化硫黄濃度をそれぞれ測定する測定手段と、
   高温加熱時における二酸化硫黄濃度のうち低温加熱時における二酸化硫黄濃度を超える増分に基づいて三酸化硫黄濃度を算出する濃度算出手段を備えたことを特徴とする三酸化硫黄濃度測定装置。
6. 請求項５において、
   上記加熱手段は、上記加熱管に付設される電気炉であって、上記加熱管に対して５００℃〜７００℃での低温加熱と１０００℃以上での高温加熱を所定時間毎に交互に実行する構成であることを特徴とする三酸化硫黄濃度測定装置。
7. 請求項５において、
   上記カンタル管の端部にはステンレス短管が溶接固定されるとともに、該ステンレス短管はステンレス製のパイプ継手によってステンレス管に接続されていることを特徴とする三酸化硫黄濃度測定装置。
8. 請求項５において、
   上記加熱管の上流側端部にはサンプリング管が溶接固定される一方、該サンプリング管は、煙道壁に設けた測定座を貫通して煙道内に延出状態で配置されるとともに、該サンプリング管に設けられた嵌合金具を上記測定座の口金部に嵌合させ、且つ該嵌合部分の外周側に耐熱融着テープを貼付することで該測定座側に気密状態で固定されていることを特徴とする三酸化硫黄濃度測定装置。