JPH10185817A - レーザを用いた組成成分計測方法 - Google Patents

レーザを用いた組成成分計測方法

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JPH10185817A
JPH10185817A JP34700296A JP34700296A JPH10185817A JP H10185817 A JPH10185817 A JP H10185817A JP 34700296 A JP34700296 A JP 34700296A JP 34700296 A JP34700296 A JP 34700296A JP H10185817 A JPH10185817 A JP H10185817A
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JP
Japan
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plasma
composition
measuring
measurement
laser
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JP34700296A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Deguchi
祥啓 出口
Seiji Iwasaki
誠司 岩崎
Hirohisa Yoshida
博久 吉田
Yasukuni Yamazaki
育邦 山崎
Shiro Suzuki
史郎 鈴木
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象物のうち特定成分の組成を測定現場
にてリアルタイムで計測する。 【解決手段】 レーザ装置11によるレーザを、測定場
20の測定対象物に集光してプラズマ化し、プラズマ光
を分光器16に導く。分光器16はプラズマ光のうち1
90nm〜500nmの光を分光してCCDカメラ17に入
力する。CCDカメラ17は分光されたプラズマ光(1
90nm〜500nm)の発光強度をコンピュータ18に転
送する。コンピュータ18は転送された信号を演算する
ことにより、Fe,Ca,Si,A1,Mg,C,K,
Na等の成分分率を求め、微粉炭,フライアッシュ,セ
メント原料の発熱量,未燃分,成分組成を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザを用いた組成
成分計測方法に関し、微粉炭,フライアッシュ,セメン
ト原料の発熱量,未燃分,成分組成を計測するのに適用
して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】微粉炭,フライアッシュ,セメント原料
の発熱量,未燃分,成分組成を計測する従来の計測装置
を、図2を参照して説明する。この従来の計測装置で
は、測定場01の微粒子をサンプラー02にてサンプル
し、このサンプラー02を輸送経路(装置)03により
分析装置04まで輸送する。分析装置04は化学分析装
置やX線分析装置であり、この分析装置04により、サ
ンプラー02によりサンプルされた微粒子を分析して、
微粉炭,フライアッシュ,セメント原料の発熱量,未燃
分,成分組成を算出していた。
【0003】なお、上述したようなサンプル試料の成分
分析手法の一つとして、レーザ誘起ブレークダウン法
(Laser Induced Breakdown Spectroscopy :LIBS
法)を採用することができる。このLIBS法では、サ
ンプル試料にレーザを照射して組成成分をプラズマ化
し、プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射
し、分光器にて分光したスペクトル光の発光波長の違い
から成分を同定すると共に、発光強度から成分の濃度を
求める。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図2に示す
従来技術では、以下の工程が必要となる。 1)測定場01からサンプル試料を採取する。 2)サンプル試料を採取したサンプラー02を、輸送経
路(装置)03により分析装置04まで輸送する。 3)分析装置04にてサンプル試料を分析する。
【0005】このように複数の工程が必要であるため、
測定場01で試料を採取してから、分析装置04により
分析結果が得られるまでに、かなりの時間(20〜12
0分)を必要とする。このため、図2に示す従来技術に
より、微粉炭,フライアッシュ,セメント原料の発熱
量,未燃分,成分組成をリアルタイムで計測することは
不可能であり、計測結果を用いてボイラー等の装置の制
御を行う場合には、このタイムラグが大きく、制御上の
大きな支障となっていた。また、自動化する場合には、
サンプル試料の輸送装置などが必要となり、装置が高価
となる欠点を有していた。
【0006】本発明は、上記従来技術に鑑み、測定対象
物の組成成分をリアルタイムで計測することのできるレ
ーザを用いた組成成分計測方法を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明方法は、固体,液体または気体の測定対象物にレーザ
光を集光して測定対象物中の組成成分をプラズマ化した
後、該プラズマから発生するプラズマ光を分光し、分光
して得られたプラズマスペクトルのうち、波長190乃
至500nmの発光強度のみを検出することにより測定
対象物の組成成分を計測することを特徴とする。
【0008】また本発明方法では、プラズマスペクトル
のうち、下記(1)〜(8)のいずれかの波長における
発光強度を測定することにより、または、下記(1)〜
(8)のいずれかの波長ならびにその近傍の波長におけ
る発光強度を測定することにより、対応の成分分率を計
測することを特徴とする。 (1)230乃至290nm :Fe (2)280,310,375および390nm :Ca (3)220,230,255,270及び290nm :Si (4)245,260,290,310,370及び405nm :Al (5)280及び295nm :Mg (6)190及び255nm :C (7)404nm :K (8)330nm :Na
【0009】上述したように本発明では、固体,液体ま
たは気体の測定対象物にレーザ光を集光して測定対象物
中の組成成分をプラズマ化するのであるが、この場合の
各組成ごとの各々の発光スペクトルは、図3にも示すよ
うに、以下に示す波長で特徴的な発光ラインを有してい
る。 Fe:230nm〜290nm Ca:280nm,310nm,375nmおよび390nm近
傍 Si:220nm,230nm,255nm,270nm及び2
90nm近傍 Al:245nm,260nm,290nm,310nm,37
0nm及び405nm近傍 Mg:280nm及び295nm近傍 C :190nm及び255nm近傍 K :404nm(図3では図示省略) Na:330nm(図3では図示省略)
【0010】なおプラズマからは、図7に示すようなノ
イズ光が同時に発生されるが、このノイズ光は波長が長
い領域で増加する傾向があるため、上記に示す各成分に
特徴的なスペクトルが現れ、かつノイズ光が少ない19
0nm〜500nmのプラズマスペクトルを解析することに
より、高精度な計測が可能となる。
【0011】また、混合物からのプラズマ発光は、これ
ら個々のプラズマ発光の和として、次式(1)で表され
る。
【0012】
【数1】
【0013】図4は、微粉炭アッシュからのプラズマス
ペクトルの例を示している。各元素の成分濃度Ciをパ
ラメータとして式(1)を用いた理論スペクトルを計算
し、計測されるスペクトルとの誤差を算出し、誤差が最
も少なくなる各元素成分濃度の組み合わせを求め、各種
成分分率を計算する。微粉炭及びフライアッシュでは、
C成分とその他Fe,Ca,Si,A1等との成分分率
より発熱量及び未燃分を算出する。セメント材料では、
Fe,Ca,Si,A1等との成分分率より材料組成及
び焼成に必要な HM=CaO/(SiO2 +F2 3 +A12 3 ) SM=SiO2 /(FeO3 +A12 3 ) IM=A12 3 /Fe2 3 の値を算出する。
【0014】図4に微粉炭のプラズマスペクトルを、図
5にフライアッシュのプラズマスペクトルを、図6にセ
メント原料のプラズマスペクトルを示す。いずれの場合
も、上述した190nm〜500nmの各波長における特徴
的なスペクトルを用いて、成分組成計測が可能となり、
微粉炭,フライアッシュ,セメント原料の発熱量,未燃
分,成分組成等を算出することができる。
【0015】〔作用〕従来法では、試料の採取、分析装
置への輸送などが、微粉炭,フライアッシュ,セメント
原料の発熱量,未燃分,成分組成等のリアルタイム計測
の大きな支障となっていたが、本発明により、計測場で
のin−situ計測(その場での計測)が可能となるほか、
サンプル試料の輸送などが必要でなくなるため、装置の
コスト低減が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、本発明方法を適用した実施
例にかかる計測装置を、図1を参照して説明する。同図
に示すように、各種プラント等の配管21内には、測定
対象物が存在(流通)している。測定対象物としては、
微粉炭,フライアッシュ,セメント原料等がある。この
配管21のうち測定場20の部分には、パージ13aを
備えた計測窓13が設置されている。パルスレーザ装置
11から出力されたレーザ光は、レンズ12及び計測窓
13を介して測定場20に集光される。このため、測定
場20に存在する微粒子がプラズマ化し、プラズマ化し
た成分物質からはプラズマ光が発生する。
【0017】発生したプラズマ光は、測定場20の計測
窓13から外部に出力され、ミラー14で反射され、さ
らにレンズ15で集光されて分光器16に入射される。
分光器16は、波長が190nm〜500nm(或いはこ
の範囲内の一部の波長域)のプラズマ光を分光し、分光
した光成分をCCDカメラ17に入力する。
【0018】高速ゲートが可能なCCDカメラ17は、
分光器16にて分光された分光プラズマ光を検出し、こ
の分光プラズマ光に応じた信号をコンピュータ18に転
送する。なお、CCDカメラ17は、同期ライン19を
介してパルスレーザ装置11と接続されており、CCD
カメラ17のゲート制御と、パルスレーザ装置11の発
振とを同期させている。
【0019】コンピュータ18は、転送されてきた信号
(各成分からの発光強度情報を有している)を情報処理
演算することにより、測定場20に存在する微粉炭,フ
ライアッシュ,セメント原料の発熱量,未燃分,成分組
成等をリアルタイムで算出する。
【0020】このように測定現場にてリアルタイムで測
定対象物の組成成分の計測ができるので、計測結果に基
づき、プラント等の運転制御を良好に実行することがで
きるようになる。
【0021】なお本発明は、微粉炭,フライアッシュ,
セメント原料の組成を計測する分野のみならず、C,S
i,A1,Fe,Ca,Mg,K,Na等を主成分とし
た微粒子の組成計測をする分野などにも適用することが
できる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、計測現場にてリアルタ
イムで測定対象物の成分組成の計測ができると共に、分
光して得られたプラズマスペクトルのうち、波長190
乃至500nmの発光強度のみを検出することにより測定
対象物の組成成分を計測するため、Fe,Ca,Si,
A1,Mg,C,K,Naを抽出してその組成成分を計
測することができる。
【0023】このため、本発明により、フライアッシュ
の未燃分のリアルタイム計測が可能となり、ボイラーな
どの石炭焚火力プラントの迅速な制御,効率向上などが
可能となる。またフライアッシュの性状を安定化できる
ため、現状では産業廃棄物として取り扱われているフラ
イアッシュをセメント材料などに活用可能となる。ま
た、プラントの運転性向上,セメントの品質向上が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した計測装置を示す構成図。
【図2】従来技術に係る計測装置を示す構成図。
【図3】各組成成分からのプラズマ発光スペクトルを示
す特性図。
【図4】微粉炭からのプラズマ発光スペクトルを示す特
性図。
【図5】フライアッシュからのプラズマ発光スペクトル
を示す特性図。
【図6】セメント材料からのプラズマ発光スペクトルを
示す特性図。
【図7】プラズマ発光のノイズ成分強度の波長依存性を
示す特性図。
【符号の説明】
11 パルスレーザ装置 12 レンズ 13 計測窓 14 ミラー 15 レンズ 16 分光器 17 CCDカメラ 18 コンピュータ 19 同期ライン 20 測定場 21 配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 育邦 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 鈴木 史郎 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体,液体または気体の測定対象物にレ
    ーザ光を集光して測定対象物中の組成成分をプラズマ化
    した後、該プラズマから発生するプラズマ光を分光し、
    分光して得られたプラズマスペクトルのうち、波長19
    0乃至500nmの発光強度のみを検出することにより
    測定対象物の組成成分を計測することを特徴とするレー
    ザを用いた組成成分計測方法。
  2. 【請求項2】 プラズマスペクトルのうち、下記(1)
    〜(8)のいずれかの波長における発光強度を測定する
    ことにより、または、下記(1)〜(8)のいずれかの
    波長ならびにその近傍の波長における発光強度を測定す
    ることにより、対応の成分分率を計測することを特徴と
    する請求項1に記載のレーザを用いた組成成分計測方
    法。 (1)230乃至290nm :Fe (2)280,310,375および390nm :Ca (3)220,230,255,270及び290nm :Si (4)245,260,290,310,370及び405nm :Al (5)280及び295nm :Mg (6)190及び255nm :C (7)404nm :K (8)330nm :Na
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Effective date: 20031216