JP6562549B2 - 可搬型アンモニア濃度測定装置 - Google Patents
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Description
そのため、従来は、手作業による化学分析で未反応アンモニアの濃度計測が行われていた。しかしながら、ボイラ煙道からの排ガスのサンプリングには多くの時間がかかり、分析にも多くの時間がかかることから、運転状態(煙道内のアンモニア濃度分布)を速やかに把握できないという課題があった。
特許文献1には、排ガスの流路中のアンモニア濃度の測定装置が開示されるが、ボイラ煙道の測定対象箇所の全てに測定装置を設置することは、コストの観点から現実的ではない。
また、ガス濃度測定装置は、硫安生成や煤塵流入などにより光学系に汚染が生じるため、定期のメンテナンスが容易に行えることも重要である。
第3の発明は、第1または2の発明において、前記位置合わせ機構が、前記支持部材をX方向に調節可能とする第一のスライダーおよびスライドレールと、前記支持部材をY方向に調節可能とする第二のスライダーおよびスライドレールと、前記支持部材の上下高さを調節可能とするジャッキと、を備えて構成されることを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明において、前記加熱セルが、加熱セルを持ち上げるための取手を備えることを特徴とする。
第6の発明は、第5の発明において、前記加熱プローブおよび前記加熱セルが、いずれも350℃以上に加熱されることを特徴とする。
第7の発明は、第1ないし6のいずれかの発明において、前記支持部材が、投光器および受光器を所定位置に固定する固定部材と、固定部材から所定の距離に設けられ、前記加熱プローブを挿入可能な挿通孔を備えることを特徴とする。
第8の発明は、第1ないし7のいずれかの発明において、前記位置合わせ機構、および、前記制御部を設置可能な台車を備えることを特徴とする。
また、投光器および受光器と加熱セルとが分離された構造であるため、測定作業および定期のメンテナンスを容易に行うことが可能である。
《第一実施形態例》
[排ガス処理設備]
図1は、火力発電ボイラプラントにおける排ガス処理設備90の概略図である。
排ガス処理設備90は、ボイラ91と、煙道92と、脱硝装置93と、空気予熱器94と、電気集塵機95と、脱硫装置96と、煙突97とを備えて構成される。
煙道92は、筒状の配管で構成され、ボイラ91の排ガスを煙突97まで導く。ボイラ91から煙突97までの煙道92上には、脱硝装置93、空気予熱器94、電気集塵機95、脱硫装置96がこの順で配置されている。
電気集塵機95は、空気予熱器94を通過した排ガスの煤塵を除去する。
脱硫装置96は、電気集塵機95を通過した排ガスのSOxを除去する。
煙突97は、脱硫装置96を通過した排ガスを排出する。
図4ないし図6を参照しながら可搬型ガス濃度測定装置1について説明する。
図4は、実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置1(可搬部を除く)の基本構成を示すブロック図である。同図に示すように、可搬型ガス濃度測定装置1(可搬部を除く)は、濃度測定部10と、サンプリング部20と、測定制御部30とを備えて構成される。
濃度測定部10は、加熱セル11と、2枚の透光板12a,12bと、投光器13と、受光器14と、ヒータ15とを備えて構成され、加熱セル11内に存在する微量(0.2〜400ppm)のアンモニアガスの濃度をシングルパスレーザ吸収測定方式により測定する。
受光器14は、受光素子にフォトダイオードを用いており、加熱セル11を通過したレーザ光を受光して光量を計測する。
投光器13および受光器14は、レーザ光が加熱セル11を通過し受光器14に到達するよう、後述する固定部材49a,49bにより光軸調整される。加熱セル11の持ち上げや透光板12a,12bの汚損状況確認・取外し清掃作業等の定期のメンテナンスを容易とするため、投光器13および受光器14と加熱セル11の間には、所定の間隔が空けられている。
サンプリング部20は、加熱プローブ21と、嵌合具22と、排出管23と、ドレンポット24と、圧力センサ25と、流量計26と、吸引ポンプ27とを備えて構成され、所定の条件下のもと加熱セル11内に排ガスを供給する。
加熱セル11に供給される排ガスの条件を表1に例示する。
プローブ用嵌合具22aは有底円筒状の形状であり、耐熱性や耐食性を有する金属材料(例えば、SUS304)により構成される。プローブ用嵌合具22aの円筒底面の中心部には加熱プローブ21および線状ヒータ28が挿通され、ろう付け等により溶接固定されている。線状ヒータ28からプローブ用嵌合具22aの底を介しての伝熱により、嵌合部の温度が上昇することを避けるため、プローブ用嵌合具22aを十分に長く(例えば、60〜100mm)構成している。
測定座用嵌合具22bの一端にある小円筒(図示せず)にはネジ溝が形成されており、サンプリング管81の端部に着脱自在に螺合することができる。測定座用嵌合具22bの他端にある中円筒は、プローブ用嵌合具22aより外径が僅かに小さく、プローブ用嵌合具22aの開口部に差し込まれて嵌合される。
プローブ用嵌合具22aと測定座用嵌合具22bは、嵌合後、嵌合部に耐熱融着テープを複数回巻き付けることで、気密に封止される。耐熱融着テープは、密着性が良く、伸縮性を有する樹脂材料からなり、例えば、シリコンテープ(耐熱温度260℃)が開示される。
圧力センサ25は、ドレンポット24内に設けられ、流体的に連通する加熱セル11内の圧力を計測する。圧力センサ25により計測された圧力は、制御部30のコンピュータ32に送信される。
吸引ポンプ27は、排ガスによる透光板12a,12bの汚損を低減するため、排ガスの流量ができるだけ緩やか(例えば、1L/min以下)になるように制御される。
測定制御部30は、制御ボックス31と、コンピュータ32と、電源ボックス33とを備えて構成され、濃度測定部10からの信号に基づき加熱セル11内のアンモニアガス濃度を算出する。
制御ボックス31は、加熱セル11および加熱プローブ21に設けられた温度センサ(図示せず)、受光器14、圧力センサ25、ならびに、流量計26からの信号を受信し、例えば、ヒータ15、線状ヒータ28、投光器13および吸引ポンプ27の出力を制御する。
可搬型ガス濃度測定装置1の可搬部を構成する台車40について説明する。
収納部43は、測定制御部30の各機器や、ドレンポット24、流量計26等を収納する。
台車本体の上板41aには、2個のスライドレール46bが、X方向(図6紙面垂直方向)に所定の間隔で平行に設けられており、スライドレール46b上にはスライダー46aがX方向に位置合わせ可能に設けられている。支持部材44の下面には、2個のスライドレール47bが、Y方向(図6左右方向)に所定の間隔で平行に設けられており、スライドレール47b上にはスライダー47aがY方向に位置合わせ可能に設けられている。向かい合って配置された2対のスライダー(46a,47a)は、互いに接続されている。
また、スライド機構(46,47)により水平方向の位置を調節可能であり、昇降機構48により上下高さ位置を調節可能であるので、加熱プローブ21の位置合わせが容易となる。
また、セル一体型プローブを光学系(投光器13および受光器14)から分離し、持ち上げ可能であるため、加熱プローブ21のサンプリング管81への挿抜が容易である。
第二実施形態例の可搬型ガス濃度測定装置2は、加熱プローブをサンプリング管に垂直方向に挿抜して使用するタイプの装置である。以下では、第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置1との相違点を中心に説明し、共通する構成については第一実施形態例と同一の符号を付し、説明を割愛する。
図12を参照しながら、可搬型ガス濃度測定装置2の可搬部を構成する台車50について説明する。台車50は、台車本体51と、キャスター54と、収納部52と、支持部材45,53と、位置合わせ機構(46〜48)と、固定部材49と、を備えて構成される。
収納部52は、位置合わせ機構(46〜48)、支持部材45,53を支持する上板52aと、台車本体51への載置面である下板52bを備え、測定制御部30の各機器や、ドレンポット24、流量計26等が収納される。
板状の支持部材45の中心付近には、加熱プローブ21およびプローブ用嵌合具22aを挿通するための挿通孔45aが設けられている。ガス濃度測定時には、加熱プローブ21が挿通孔45aに挿入することで、セル一体型プローブ(11,12,21)を支持部材45上の適切な位置に配置することが可能である。
まず、セル一体型プローブ(11,12,21)と、収納部52および収納部の上板52a上の機器群(セル一体型プローブを除く)とを、個々に台車50から持ち上げて測定箇所まで運び、収納部の上板52a上の機器群(セル一体型プローブを除く)を測定座80付近に配置した台座55に載置する。次いで、昇降機構48を用いて高さの調節を行うのと共に、挿通孔45aを覗きながらスライド機構(46,47)を用いて水平方向の位置合わせを行う。次いで、図示しない取手を掴んでセル一体型プローブ(11,12,21)を持ち上げ、加熱プローブ21を挿通孔45aおよびサンプリング管81に挿入し、セル一体型プローブ(11,12,21)を支持部材45上に載置する。最後に、昇降機構48を用いて支持部材45の上下高さの位置合わせを行い、プローブ用嵌合具22aを測定座用嵌合具22bに嵌合し、耐熱融着テープで封止することで、嵌合部の接続が完了する。
また、位置合わせ機構(46〜48)により、加熱プローブ21を垂直方向へ挿抜する場合にも、測定箇所での位置合わせを容易に行うことができる。また、可搬型ガス濃度測定装置2を三分割して、搬送することができるので、測定箇所でのセットアップ作業を迅速に行うことが可能となる。
第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置1を用いて、濃度階段試験を行った。測定座80を模擬した測定座(模擬測定座)を作製し、模擬測定座のサンプリング管の一端に加熱プローブ21を挿入し、他端側から階段状に濃度を変化させたアンモニアガスを注入した。アンモニアガスの濃度は、1ppm刻みで5ppmから0ppmまで下げた後、1ppm刻みで0ppmから5ppmまで上げた。
以上より、第一実施形態例の可搬型ガス濃度測定装置1によれば、1ppmオーダーのアンモニアガスの濃度を測定可能であることが確認された。
第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置1を用いて、手分析値との比較試験を行った。火力発電ボイラプラントにおける排ガス処理設備90の煙道92bに設置された測定座80にて、可搬型ガス濃度測定装置1によるアンモニアガス濃度測定値と手分析による測定値(手分析値)を比較した。手分析値は、フィルタ(2〜5μmメッシュ)経由でサンプリングした排ガスを、イオンクロマトグラフ法(JIS K0099)を用いて測定した値である。
第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置1を用いて、アンモニアとSO2を所定の濃度で混合したガスを模擬測定座のサンプリング管に注入し、アンモニアガス濃度を測定する試験を行った。
以上より、第一実施形態例の可搬型ガス濃度測定装置1によれば、SO2が存在しても、SO2の影響を受けずに5ppm以下のアンモニアガス濃度を測定可能であることが確認された。
図3に示すように、第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置1を用いて、火力発電ボイラプラントにおける排ガス処理設備90の煙道92b(921,922)に設置された測定座80a〜j間を移動しながら、測定座80a〜jにてアンモニアガス濃度の測定を行った。なお、各測定座80a〜jにおいて加熱プローブ21を挿入するサンプリング管は1つとした。
10 濃度測定部
11 加熱セル
12 透光板
13 投光器
14 受光器
15 ヒータ
20 サンプリング部
21 加熱プローブ
22 嵌合具
23 排出管
24 ドレンポット
25 圧力センサ
26 流量計
27 吸引ポンプ
28 線状ヒータ
29 取手
30 測定制御部
31 制御ボックス
32 コンピュータ
33 電源ボックス
40,50 台車
41,51 台車本体
42,54 キャスター
43,52 収納部
44,45,53 支持部材
46,47 スライド機構
48 昇降機構(ジャッキ)
49 固定部材
55 台座
80 測定座
81 サンプリング管
85,86 フランジ
Claims (8)
- ボイラ煙道の測定座の配管に挿入されて排ガスを採取する加熱プローブと、
両端部に透光板が設けられ、中央部に加熱プローブの端部が固定され、300℃以上に加熱される加熱セルと、
加熱セルの一端部の透光板から所定の距離に配置され、アンモニアの吸収スペクトルに対応する波長のレーザ光を出射する投光器と、
加熱セルの他端部の透光板から所定の距離に配置され、投光器から出射されたシングルパスレーザ光を受光する受光器と、
受光器から受信した信号に基づきアンモニア濃度を算出する制御部と、を備えるアンモニア濃度測定装置であって、
挿入された加熱プローブを前記測定座の配管に固定する筒状の嵌合具と、
加熱セル、投光器および受光器が配置される支持部材と、
支持部材の上下高さおよび水平位置を調節可能とする位置合わせ機構と、
を備え、
前記透光板が、アンモニアの吸収スペクトルに影響を及ぼさない材料により構成されること、
前記加熱プローブが、前記加熱セルの長さ方向と直交する方向に、前記加熱セルから延出される金属管により構成されること、
前記加熱セルが、支持部材に着脱自在に配置されており、加熱セルを持ち上げて加熱プローブを挿抜できることを特徴とする可搬型アンモニア濃度測定装置。 - 前記嵌合具が、前記測定座の配管に嵌着される第一の嵌合具と、前記加熱プローブが挿通され、第一の嵌合具と嵌合される第二の嵌合具とを備えて構成されることを特徴とする請求項1に記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
- 前記位置合わせ機構が、前記支持部材をX方向に調節可能とする第一のスライダーおよびスライドレールと、前記支持部材をY方向に調節可能とする第二のスライダーおよびスライドレールと、前記支持部材の上下高さを調節可能とするジャッキと、を備えて構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
- 前記加熱セルが、加熱セルを持ち上げるための取手を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
- 前記加熱プローブの全長を300℃以上に加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
- 前記加熱プローブおよび前記加熱セルが、いずれも350℃以上に加熱されることを特徴とする請求項5に記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
- 前記支持部材が、投光器および受光器を所定位置に固定する固定部材と、固定部材から所定の距離に設けられ、前記加熱プローブを挿入可能な挿通孔を備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
- 前記位置合わせ機構、および、前記制御部を設置可能な台車を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の可搬型アンモニア濃度測定装置。
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