JP6562549B2 - 可搬型アンモニア濃度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ排ガス中のアンモニア（ＮＨ_３)の濃度を測定する可搬型アンモニア濃度測定装置に関する。

石炭や重油などを燃料とした火力発電ボイラプラントにおいては、ボイラ排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）などの有害な成分を除去する必要がある。従来から、ＮＯ_ｘとアンモニア（ＮＨ_３）とを反応させて窒素と水に分解する接触アンモニア還元法が広く用いられている。接触アンモニア還元法では、脱硝反応に使用されなかった未反応アンモニアがＳＯ_３ガスと反応して硫酸水素アンモニウムを生成し、配管や空気予熱器等の設備に付着するという課題が知られている。
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。

そこで、特許文献１では、排ガスの流路に挿入されるサンプリング管と、サンプリング管の内部に装填され、ＳＯ_３を吸着するがアンモニアを通過させる吸着剤と、サンプリング管に接続された測定セルと、アンモニアの吸光スペクトルに対応する波長のレーザ光を出射する発信器ユニットと、測定セル内を通過した光を受光してその受光量からアンモニア濃度を算出する受信器ユニットとで構成されたレーザ式ガス分析計と、を備えるアンモニア濃度の測定装置が開示されている。

レーザ式のガス分析には、シングルパスレーザ吸収測定方式とマルチパスレーザ吸収測定方式とがある。シングルパスレーザ吸収測定方式は、レーザ光を気体中で反射させない方式であり、マルチパスレーザ吸収測定方式は、レーザ光を気体中で複数回反射させる方式である。マルチパスレーザ吸収測定方式では、非常に高感度の測定が可能であるが、気体中（セル内部）のミラー汚損が生じるという問題があることが知られている。

特開２０１０−２３６８７７号公報

火力発電ボイラプラントの運用では、ボイラ煙道の複数箇所において、定期的に特定ガスの濃度を測定することが行われている。従来は、特定ガスの濃度を手分析で測定していたが、ガス濃度測定装置による測定の自動化が望まれていた。
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。

他方で、硫安生成（ＮＨ_３とＳＯ_３の反応）を防止するための加熱セルを備えるガス濃度測定装置は重量があり、狭い通路を人が抱えて搬送することは困難である。加えて、ボイラ煙道に設けられた測定座サンプリング管の位置は一様でなく、プローブを挿入するにあたり、各サンプリング管に応じて位置合わせが必要であるという課題もある。
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。

そこで、本発明は、上記課題を解決することができる可搬型アンモニア濃度測定装置を提供することを目的とする。

発明者は、当初、マルチパスレーザ吸収測定方式によりアンモニア濃度測定装置を作製することを検討した。しかし、実験室では、マルチパスレーザ吸収測定方式が高い測定性能を発揮したものの様々な課題に直面し、実用化に至らなかった。最大の課題は、現場の測定ではセル内部のミラー汚損が生じるということであり、発明者は、ミラー面の金属メッキやセルの高温化など改良を試みたものの、当該課題を解決することができなかった。また、投受光器・ミラー・セルが一体構造となるため、保守点検に相当な手間がかかるという課題もあった。さらに、各種部品の耐熱性の制約からセル温度を２００℃以上に上げることができず、硫安生成を防止できないという課題もあった。そのため、発明者は、マルチパスレーザ吸収測定方式の採用を諦め、シングルパスレーザ吸収測定方式を採用することとした。

続いて、発明者は、サンプリング管とセルとをフレキシブル管により接続することを試みた。しかし、現場で移動測定を行う際に、高温状態にあるフレキシブル管の接続（着脱）が繰返されると、フレキシブル管が破損したり接続部にリークが生じたりするという課題に直面した。具体的には、フレキシブル管に樹脂製の管を採用した場合、温度ムラのため部分的に溶けることがあり、またＳＵＳ製の管を採用した場合、温度上下と曲げ伸ばしの繰り返しにより短期間で亀裂が生じるという課題に直面した。

発明者は、試行錯誤の上、セルの長さ方向と直交する方向に延出する金属管をサンプリング管に挿入する構成に到達し、当該金属管を着脱自在とする機構と組み合わせることにより本発明の創作をなした。すなわち、本発明は以下の技術手段から構成される。

第１の発明は、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である。

第２の発明は、第１の発明において、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。
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５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、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。
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。

本発明によれば、硫安生成を防止しながら、測定箇所での位置合わせを容易に行うことができ、現場での繰返し使用に耐える、可搬型アンモニア濃度測定装置を提供することが可能となる。
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。

火力発電ボイラプラントにおける排ガス処理設備の概略図である。 加熱プローブの接続態様を示す斜視図である。 可搬型ガス濃度測定装置を用いた移動測定の説明図である。 第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置（可搬部を除く）の基本構成を示すブロック図である。 第一実施形態例に係るセル一体型プローブの構成斜視図である。 第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置の基本構成を示す側面図である。 濃度階段試験の測定結果を示すグラフである。 手分析測値との比較試験の測定結果を示すグラフである。 ＳＯ_２共存試験の測定結果を示すグラフである。 ＳＯ_２共存試験の測定結果を示すグラフである。 移動測定試験の測定結果を示すグラフである。 第二実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置の基本構成を示す側面図である。 第二実施形態例に係る加熱プローブのガス濃度測定時の設置態様を示す側面図である。

以下では、本発明を実施するための形態例を図面を参照しながら説明する。
《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。

ボイラ９１は、発電に必要な蒸気を発生させるための燃焼装置であり、燃料の燃焼によって副次的に排ガスが生成される。
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。

脱硝装置９３には、ボイラ９１の排ガスが導入され、排ガス中に含まれるＮＯ_ｘを除去する。脱硝は、脱硝装置９３の上流の煙道９２ａにアンモニアを注入して排ガスと混合し、この混合ガスを脱硝装置９３内で触媒と接触させる接触アンモニア還元法によって行われる。

空気予熱器９４は、脱硝装置９３を通過した排ガスを、ボイラ９１の燃焼用空気と熱交換させることにより冷却する。
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ＳＯ_ｘ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。

脱硝装置９３と空気予熱器９４とを繋ぐ煙道９２ｂには、煙道９２内の排ガスを採取するために、複数の測定座８０が設けられている（後述の図３参照）。図２に示すように、測定座８０は、２枚のフランジ８５，８６と、複数のサンプリング管８１とを備えて構成される。複数のサンプリング管８１には、後述する可搬型ガス濃度測定装置１の加熱プローブ２１が挿入され、煙道９２ｂ内の排ガスが採取される。

サンプリング管８１は、耐熱性を有し、ＮＯ_ｘとアンモニアの反応に対する触媒作用の小さい金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４、アルミ等）からなり、長さの異なる長尺の筒状に形成されている。図３に示すように、サンプリング管８１は、一端が測定座８０から一定長さ突き出しており、他端が煙道９２内部の異なる奥行きに配置されている。サンプリング管８１のフランジ８６側の端部には、ネジ山が設けられており、通常時は封止用のキャップ（図示せず）が螺合されている。

フランジ８５，８６は、耐熱性や耐食性を有する金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４）からなり、複数のサンプリング管８１ａ〜８１ｄが挿通されている。フランジ８５，８６は、ボルト等により開閉可能に締結され、メンテナンスを容易に行うことが可能である。なお、サンプリング管８１の本数は図中の数に限定されない。

［可搬型ガス濃度測定装置］
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＞
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。

加熱セル１１は、後述する加熱プローブ２１より採取された排ガスが導入され、排ガスにレーザ光を照射させるための空間を提供する。加熱セル１１は、例えば、長さ３０〜６０ｃｍの筒状であり、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。

図５に示すように、透光板１２ａ，１２ｂは、加熱セル１１の両端に着脱自在に設けられる。投光器１３から出射されたレーザ光は、透光板１２ａを通過して加熱セル１１内の排ガスに照射し、透光板１２ｂを通過して受光器１４に入射する。透光板１２ａ，１２ｂは、アンモニアの吸光スペクトルに影響を及ぼさない材料（例えば、ＢＫ７や石英ガラス等）により構成される。

投光器１３は、アンモニアの吸光スペクトルに対応する赤外領域の波長のレーザ光を出射する近赤外半導体レーザであり、加熱セル１１内の排ガスにレーザ光を照射する。
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。

ヒータ１５は、加熱セル１１の外周面のほぼ全面を包み込み、加熱セル１１を所定の温度に加熱する。ヒータ１５は、未反応アンモニアと排ガス中のＳＯ_３とが反応することを防ぐため、加熱セル１１を、例えば３００℃以上の温度、好ましくは３４０℃以上の温度、より好ましくは３５０℃以上の温度、最も好ましくは４００℃以上の温度になるように加熱する。透光板１２ａ，１２ｂの結露を防止するため、加熱セル１１の外周に加え、透光板１２ａ，１２ｂ取り付け部分の外周に自己制御型ヒータを設けてもよい。

以上に説明した濃度測定部１０は、シングルパスレーザ吸収測定方式を採用しているので、マルチパスレーザ吸収測定方式におけるミラー汚損の問題は生じない。

＜サンプリング部＞
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。

［表１］

加熱プローブ２１は、加熱セル１１の中央部から加熱セル１１の長さ方向と直交する方向に延出された長尺（例えば、５０〜８０ｃｍ）の円筒であり、先端から煙道９２の排ガスを採取する。加熱プローブ２１は、耐熱性や耐食性を有する金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４）からなり、外径は、例えば、４〜６ｍｍである。加熱プローブ２１は、後述する線状ヒータ２８により所定温度に加熱されながら、先端側が測定座８０のサンプリング管８１に挿入される。加熱プローブ２１の先端には、排ガス中の煤塵を取り除くためのメッシュフィルタ（図示せず）が装着されている。

嵌合具２２は、加熱プローブ２１と測定座８０を、気密性を保ちながら接続するための部材であり、図２に示すように、プローブ用嵌合具２２ａと測定座用嵌合具２２ｂとで構成される。
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は、外径の異なる３つの円筒（小円筒、大円筒、中円筒）が連続する形状であり、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。
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。

なお、例示の態様とは異なり、プローブ用嵌合具２２ａを測定座用嵌合具２２ｂの開口部に差し込んで嵌合する態様としてもよい。

加熱プローブ２１から加熱セル１１に導入された排ガスは、排出管２３から排出される。排出管２３は、２つの管が加熱セル１１の両端付近に挿通され、１つの管に合流する二股管である。排出管２３の下流側にはドレンポット２４および流量計２６を介して吸引ポンプ２７が接続されており、排出管２３に負圧を作用させる。

排出管２３の下流に設けられたドレンポット２４は、配管中に発生したドレンを回収する。ドレンポット２４は、ドレン回収効率を高めるため、電子冷却器を備えており、下流にある流量計２６へのドレン混入を防止している。
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。

流量計２６は、ドレンポット２４の下流に設けられ、加熱プローブ２１に導入される排ガスの流量を計測する。流量計２６により計測された流量は、制御部３０のコンピュータ３２に送信される。流量計２６は、加温することで水分によるフロートの固着を防止するための自己制御ヒータを備えている。
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。

図５は、セル一体型プローブの構成斜視図である。セル一体型プローブは、加熱セル１１と、加熱プローブ２１と、透光板１２ａ，１２ｂと、プローブ用嵌合具２２ａと、線状ヒータ２８と、取手２９とを備えて構成される。セル一体型プローブ（１１，２１）は、図６に示すように、投受光器（１３，１４）と分離して台車４０に設置されるので、人が持ち上げ、加熱プローブ２１を測定座８０のサンプリング管８１に容易に挿抜可能である。セル一体型プローブの重量は、現場での加熱プローブ２１の挿抜が容易に行えるよう、例えば２〜４ｋｇとしている。

線状ヒータ２８は、加熱プローブ２１の外周に螺旋状に巻かれ、加熱プローブ２１を所定温度に加熱する。線状ヒータ２８は、未反応アンモニアと排ガス中のＳＯ_３とが反応することを防ぐため、加熱セル１１を、例えば３００℃以上の温度、好ましくは３４０℃以上の温度、より好ましくは３５０℃以上の温度、最も好ましくは４００℃以上の温度になるように加熱する。線状ヒータ２８を含めた加熱プローブ２１の小径化のため、線状ヒータ２８は加熱プローブ２１の管内に挿着してもよい。

取手２９は、図５に示すように、加熱セル１１の両端部に接続されたコの字状部材と、コの字状部材の中心部とプローブ用嵌合具２２ａに接続されたＬ字状部材とを備えて構成され、コの字状部材を掴んでセル一体型プローブを持ち上げ可能となっている。取手２９のＬ字状部材は、加熱セル１１に設けられた加熱プローブ２１の付根部が曲がらないようにサポートしている。取手２９は、上方から手で掴んだときに加熱プローブ２１の先端が前方を向くように設置する（例えば、加熱セル２１の円筒軸方向から見たときに、加熱プローブ２１と取手２９のコの字状部材がなす角が７０〜１１０°とする）。

＜測定制御部＞
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。

コンピュータ３２は、制御プログラムが記憶された記憶装置と、制御プログラムを記憶装置から読み出して実行する演算部と、制御ボックス３１と通信を行う通信部を備えて構成される。コンピュータ３２は、制御プログラムを実行し、受光器１４の信号に基づいて、アンモニアガス濃度を算出し、記憶装置に算出結果を記憶する。

電源ボックス３３は、制御ボックス３１、コンピュータ３２、その他の機器に電力を供給する。

＜可搬部＞
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。

台車４０は、濃度測定部１０、サンプリング部２０および測定制御部３０を、煙道９２ｂの測定箇所まで搬送する手段である。台車４０の大きさは、現場の狭い通路を通過できる大きさ（例えば、幅５０ｃｍ以下）とすることが好ましく、台車４０に搭載する機器の重量も６０ｋｇ以下とすることが好ましい。

図６に示すように、台車４０は、台車本体４１と、キャスター４２と、収納部４３と、支持部材（４４，４５）と、スライド機構（４６，４７）と、昇降機構４８と、固定部材４９を備えて構成される。

台車本体４１は、スライド機構（４６，４７）、昇降機構４８、支持部材（４４，４５）を支持する上板４１ａと、キャスター４２が設けられた下板４１ｂとを備えている。台車本体４１に人が台車４０を押して移動させるための取手を設けてもよい。

台車本体の下板４１ｂに設けられた４個のキャスター４２は、台車４０の円滑な移動を可能とする空気入りタイヤにより構成される。キャスター４２に固定用のストッパーを設けてもよい。
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。

支持部材４４は、台車本体の上板４１ａにスライド機構（４６，４７）を介して設けられた板状部材からなる。支持部材４４の上面には、２個の昇降機構４８を介して板状の支持部材４５が設けられている。支持部材４４は、スライド機構（４６，４７）により水平方向（図６紙面垂直方向および左右方向）の位置が調節可能となっている。

支持部材４５の上には、セル一体型プローブ（１１，２１）、投光器１３、受光器１４および固定部材４９が設けられている。

スライド機構（４６，４７）は、スライダー（４６ａ，４７ａ）およびスライドレール（４６ｂ，４７ｂ）を備えて構成され、台車本体の上板４１ａと支持部材４４の間に２個設置される。
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。

昇降機構４８は、支持部材４４の上面に設けられたジャッキであり、昇降機構４８の上に設けられた支持部材４５の上下高さ位置を調節可能とする。本実施形態例では、スライド機構（４６，４７）と昇降機構４８とが位置合わせ機構を構成する。

固定部材４９ａ，４９ｂは、セル一体型プローブ（１１，２１）と光軸が揃うように、投受光器（１３，１４）を所定位置に固定する。固定部材４９ａ，４９ｂに、投受光器（１３，１４）の位置を調節可能とする位置調節機構を設けてもよい。

以上に説明した可搬型ガス濃度測定装置１によれば、移動してガス濃度を測定できるので、測定座８０ごとにガス濃度測定装置を設置する必要がない。
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》
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。

第二実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置２は、台車５０と、台座５５を備える点で、第一実施形態例に係る可搬型ガス濃度測定装置１と相違する。
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。

台車本体５１は、上面に収納部５２を載置でき、下面にキャスター５４が設けられた板５１ａと、人が台車５０を押して移動させるための着脱可能な取手を備えて構成された、市販の空気タイヤ台車である。
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。

一対の支持部材５３ａは、加熱プローブ２１の水平方向の位置を調節可能とするため、所定の間隔（例えば、３０〜６０ｃｍ）で収納部の上板５２ａ上に設置される。

一対の支持部材５３ｂは、一対の支持部材５３ａの上面にスライド機構（４６，４７）を介して設けられる。一対の支持部材５３ｂの上面には、昇降機構４８を介して支持部材４５が設けられている。
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。

図１３に、加熱プローブ２１のガス濃度測定時の設置態様を示す。加熱プローブ２１は、水平面に設置された測定座８０のサンプリング管８１に垂直に挿入される。ガス濃度測定時には、支持部材４５の高さを補うため、一対の支持部材５３ａの下に一対の台座５５が設置される。一対の台座５５は、一定の高さを有する柱状部材等により構成されている。なお、台座５５の代わりに高さの調節が可能なジャッキ等を用いてもよい。

可搬型ガス濃度測定装置２の加熱プローブ２１の接続は、次の手順で行われる。
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。

以上に説明した可搬型ガス濃度測定装置２によれば、上方に開口するサンプリング管８１を順次移動しながら煙道内のガス濃度を測定することが可能となる。
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。

［濃度階段試験］
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。

図７（ａ）は、アンモニアガスの測定濃度のグラフである。図中の両矢印１０１は濃度５ｐｐｍのアンモニアガスを注入した時間を示し、両矢印１０２は濃度０ｐｐｍのアンモニアガスを注入した時間を示し、両矢印１０３は再度濃度５ｐｐｍのアンモニアガスを注入した時間を示している。図７（ｂ）のグラフの（１）は加熱セル１１内の温度を示し、（２）は加熱プローブ２１の温度を示している。

図７（ａ）を見ると分かるように、注入したアンモニアガス濃度の５ｐｐｍから０ｐｐｍまでの１ｐｐｍ刻みの低下に応じて、測定結果も５ｐｐｍから０ｐｐｍまでの１ｐｐｍ刻みの低下となった（両矢印１０１から両矢印１０２まで）。また、注入したアンモニアガス濃度の０ｐｐｍから５ｐｐｍまでの１ｐｐｍ刻みの上昇に応じて、測定結果も０ｐｐｍから５ｐｐｍまでの１ｐｐｍ刻みの上昇となった（両矢印１０２から両矢印１０３まで）。
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。

また、図７（ｂ）を見ると分かるように、加熱セル１１内、加熱プローブ２１ともにほぼ一定温度で維持され、加熱制御が正常であることが確認された。

［手分析値との比較試験］
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。

図８（ａ）は、アンモニアガスの測定濃度とガス流量の時間推移のグラフである。図８（ａ）中、（１）は可搬型ガス濃度測定装置１による濃度測定値であり、（２）は手分析値であり、（３）は脱硝装置９３の出口付近に設置された常設型アンモニア計の濃度測定値であり、（４）は脱硝装置入口における排ガス中へのアンモニア注入量である。図８（ａ）を見ると分かるように、可搬型ガス濃度測定装置１による測定値と手分析値との差は±０．５ｐｐｍ以内に収まることが確認された。

図８（ｂ）は、可搬型ガス濃度測定装置１によるアンモニアガスの濃度測定値と手分析値の相関グラフである。図８（ｂ）を見ると分かるように、両者の相関係数の２乗は０．６７４３と、高い相関性を示していることが確認された。

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、１０ｐｐｍ以下のアンモニアガス濃度を測定下限０．５ｐｐｍで測定可能であることが確認された。

［ＳＯ_２共存試験］
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ＳＯ_２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。

図９は、ＳＯ_２共存下において、可搬型ガス濃度測定装置１で測定したアンモニアガス濃度を示すグラフである。同図中、両矢印２０１は濃度５ｐｐｍのアンモニアと濃度０ｐｐｍのＳＯ_２の混合ガスを注入した時間帯、両矢印２０２は濃度５ｐｐｍのアンモニアと濃度５００ｐｐｍのＳＯ_２の混合ガスを注入した時間帯、両矢印２０３は濃度０ｐｐｍのアンモニアと濃度５００ｐｐｍのＳＯ_２の混合ガスを注入した時間帯を示している。

図９から、濃度５ｐｐｍのアンモニアが存在している状態において（両矢印２０１）、濃度５００ｐｐｍのＳＯ_２が混合されても（両矢印２０２）、アンモニアガスの測定濃度は殆ど変わらないことが分かる。また、濃度５ｐｐｍのアンモニアと濃度５００ｐｐｍのＳＯ_２が混合された状態（両矢印２０２）でアンモニアガス濃度を０ｐｐｍにすると（両矢印２０３）、暫く時間が経過してからのアンモニアガスの測定濃度も０ｐｐｍとなることが確認された。

図１０（ａ）は図９の矢印２１１の時間における吸収スペクトルであり、（ｂ）は図９の矢印２１２の時間における吸収スペクトルであり、（ｃ）は図９の矢印２１３の時間における吸収スペクトルである。各グラフともに、縦軸はレーザ光の吸収量を示し、横軸は波長を示す。また、（１）の曲線は生波形を示し、（２）および（３）の曲線は異なるフィルタの通過後の波形を示す。また、符号２２０が指す線はアンモニアの吸収スペクトルのピーク波長の位置である。

図１０（ａ）と（ｂ）を見ると分かるように、濃度５ｐｐｍのアンモニアの存在下では、アンモニアの吸収スペクトルのピーク波長での吸収が生じることが確認される。また、（ａ）と（ｂ）を比較した場合、（１）〜（３）の曲線のいずれも、アンモニアの吸収スペクトルのピーク波長における吸収量に差はないことが分かる。すなわち、アンモニアの吸収スペクトルのピーク波長の吸収量は濃度５００ｐｐｍのＳＯ_２の有無による影響を受けないことが確認された。

図１０（ｃ）の（２）および（３）の曲線を見ると分かるように、濃度５００ｐｐｍのＳＯ２が存在しても、アンモニアが存在しなければ、アンモニアの吸収スペクトルのピーク波長での吸収は生じないことが確認された。
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、ＳＯ_２が存在しても、ＳＯ_２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。

［移動測定試験］
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。

図１１は、測定座８０ａ〜ｊにおいて、可搬型ガス濃度測定装置１で測定したアンモニアガス濃度を示すグラフである。両矢印３０１〜３０７は、測定座８０ａ〜ｊにおける測定時間を示し、両矢印３１１〜３１６は、測定座８０ａ〜ｊ間の移動時間を示している。なお、両矢印３０１は連続運転の時間帯であり、移動測定は、両矢印３１１以降の時間に実施した。

図１１を見ると分かるように、アンモニアガスの濃度の測定に要する時間は１箇所あたり概ね２０分以下であった。なお、両矢印３１４および３０５の時間に見られた異常値は、サンプリング管８１の亀裂によるエアリークやドレン滞留が原因である（加熱プローブ２１の亀裂等の異常によるものではない。）。

以上より、第一実施形態例のガス濃度測定装置１によれば、スライド機構（４６，４７）および昇降機構４８により加熱プローブ２１の水平方向および高さ方向の位置合わせを容易に行え、持ち上げ可能なセル一体型プローブにより加熱プローブ２１をサンプリング管８１に容易に挿抜することができるため、アンモニアガスの濃度を１箇所当たり２０分以下で測定することができることが確認された。また、金属管で構成された加熱プローブ２１をサンプリング管８１に挿入してテープ封止することで、接続部（嵌合部）にリークが生じず、温度ムラによる部分的な溶けや亀裂も生じないことが確認された。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 可搬型ガス濃度測定装置
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。