KR102021686B1 - 가스 발전 시설의 배기 가스 중의 삼산화황을 측정하는 레이저 기반 ir 분광법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스(1) 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법에 관한 것이며, 이 방법에서는 가스(1)의 시료(2)가 취해지고, 시료(2)의 가스 압력이 감소되고, 파수 조정가능 단색 광원(3)을 사용하여 시료(2)에 대해 파수 분해 방식 투과율 측정이 수행되고, 측정으로부터 삼산화황 함량이 도출되며, 측정은 1360과 1410 cm-1 사이의 삼산화황 흡수 대역에서, 특히 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수에 중심을 둔 윈도우에서 수행된다. 본 발명은 또한 발전 시설(7)을 작동시키는 방법에 관한 것이고, 또한 본 발명은 가스(1) 중의 삼산화황 함량을 결정하는 측정 시스템(10), 및 발전 시설(7)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 가스(gas) 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법 그리고 가스 터빈(gas turbine) 및 배열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator)를 갖는 발전 시설을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 게다가 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 측정 시스템(measuring system) 그리고 가스 터빈 및 배열 회수 증기 발생기를 갖는 발전 시설에 관한 것이다.
일반적으로, 천연 가스는 매우 적은 양의 황(S)만을 함유한다. 가스 터빈의 연소 가스 중의 황 함량은 산소(O2)와의 연소 과정 동안 이산화황(SO2)으로 완전히 전환(convert)되는 것으로 추정된다.
S + O2 → SO2
배열 회수 증기 발생기의 가스 흐름(gas flow)에서, 이산화황은 부분적으로 삼산화황(SO3)으로 추가로 전환된다.
SO2 + ½O2 → SO3.
결과적인 배기 가스 중의 이산화황 농도와 삼산화황 농도는 어쨋든 초기에는 비교적 작다. 그럼에도 불구하고, 삼산화황 농도가 가능한 황산 형성 그리고 가스 및 증기 터빈 시설의 배열 회수 증기 발생기의 냉단부(cold end)에 대한 그의 부정적인 영향들과 관련하여 결정되거나 적어도 추정되어야만 하는데, 그 이유는 삼산화황이 물(H2O)과 반응하여 황산(H2SO4)을 내놓기 때문이다:
SO3 + H2O → H2SO4
황산은 황산 이슬점 아래로 떨어질 때 응축되어 부식을 일으킨다. 그렇지만, 삼산화황 함량의 결정 또는 추정이 전적으로 간단한 것은 아닌데, 그 이유는 전환율(conversion rate)이 다양한 매개변수들의 함수이기 때문이다.
예를 들어, 선택적 촉매 반응을 위한 촉매들 또는 일산화탄소를 위한 촉매들을 갖는 유닛(unit)들에서, 이산화황 전환이 이 촉매들에서 증가하고; 따라서 삼산화황 농도가 증가된다.
고려되어야 하는 추가의 인자는, 가스 터빈 부하에 따라 변동하는, 배열 회수 증기 발생기에서의 배기 가스의 체류 시간이다. 가스 터빈 부하가 낮을수록, 배열 회수 증기 발생기에서의 배기 가스의 체류 시간이 또한 길어지고 결과적으로 이산화황의 삼산화황으로의 전환이 또한 증가한다.
황산을 방지하기 위한 대책은 배열 회수 증기 발생기 내의 응축수 예열기(condensate preheater)의 온도가 영구적으로 황산 이슬점보다 높게 있도록 하는 것이다.
그렇지만, 가능한 한 높은 시설 효율을 위해, 응축수 예열기의 온도는 가능한 한 낮아야 한다.
따라서, 가스 및 증기 터빈 시설들이 이산화황 전환율의 추정을 수행하는 것이 통례이며, 이러한 추정은 부식 문제에 관하여 매우 더 보수적이고, 효율을 희생시킬 것이다. 이 때문에, 가스 및 증기 터빈 발전 시설의 배열 회수 증기 발생기 내의 폐가스(waste gas)의 최저 온도가, 배열 회수 증기 발생기의 대응하는 설계 및 그에 대응하여 높은 응축수 흐름 온도를 통해, 어떤 경우에도 황산의 산 이슬점 아래로 떨어지지 않게 하기에 충분한 신뢰성이 존재하도록 높게 선택된다(예컨대, 예상된 이슬점보다 10 K 더 높음). "안전 거리(safety distance)"를 통해, 배열 회수 증기 발생기 내의 배기 가스는 황산 부식의 발생 없이 이론적으로 가능한 정도까지는 냉각되지 않는다. 이에 의해, 해당되는 경우, 열이 몇 MW 정도 "방기(give away)"되고, 가스 및 증기 터빈 발전 시설의 효율이 떨어진다. 따라서, 배기 가스 중의 삼산화황 함량을 보다 정확하게 결정할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
배기 가스의 삼산화황 함량 또는 황산 함량이, 각각, 실험실에서의 샘플링(sampling) 및 화학 분석을 통해 얻어질 수 있다. 그렇지만, 이러한 방법은 느리고, 노동집약적이며, 비용이 많이 든다[Continuous Measurement Technologies for SO3 and H2SO4 in Coal-Fired Power Plants, EPRI, Palo Alto, CA: 2004. 1009812.].
석탄 중의 황 함량은, 석탄 화력 발전 시설에서, 배기 가스 중의 삼산화황 농도를 1 내지 100 ppm에 이르게 한다. 이 농도 범위에 대해, 제어 응축 방법(method of controlled condensation)에 의해 현장에서(in situ) 황산 함량을 결정하는 프로브(probe)가 존재한다[Continuous Measurement Technologies for SO3 and H2SO4 in Coal-Fired Power Plants, EPRI, Palo Alto, CA: 2004. 1009812.].
동일한 농도 범위에 대해, 현장에서 레이저 분광법에 의해 배기 가스에서 직접 측정하는 접근법이 또한 있다[http://practices.geosyntec.com/air-quality/pdf/Geosyntec-SO3-Analyzer-Technical-Brief.pdf]. 레이저 분광법을 이용한 추출 방법들이 또한 공지되어 있다. 그렇지만, 이 방법들이 지금까지는 비교적 높은 삼산화황 농도들(0.5 ppm 내지 200 ppm)로 제한된다[http://www.psicorp.com/pdf/library/sr-1210.pdf], [http://www.ayt.cl/files/articulos/WP_AQISO3_0810.pdf], [US 8,368,896 B1].
가스 작동 발전 시설(gas-operated power plant)의 배기 가스에서 예상되는 삼산화황 농도들은 10 내지 1000 ppb의 범위에 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 발전 시설의 효율을 증가시키기 위해, 배열 회수 증기 발생기의 냉단부에서의 온도가 가능한 한 낮게 유지될 수 있도록, 가스 중의, 특히 가스 터빈의 배기 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법을 제시하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 가스 터빈 및 배열 회수 증기 발생기를 갖는 발전 시설을 작동시키는 방법을 제시하는 것이다. 게다가, 본 발명의 목적은 가스 또는 대응하는 발전 시설 각각에서 삼산화황 함량을 결정하기 위한 대응하는 측정 시스템을 제시하는 것이다.
본 발명은, 가스의 시료가 취해지고 시료의 가스 압력이 감소되는 이러한 방법에서, 파수 조정가능 단색 광원(wave number tunable monochrome light source)을 사용해, 시료에 대해 파수 분해 방식 투과율 측정(wave number resolved transmission measurement)이 수행되고, 측정으로부터 삼산화황 함량이 도출되며, 측정이 1360과 1410 cm-1 사이의 삼산화황 흡수 대역(sulfur trioxide absorption band)에서, 특히 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수에 중심을 둔 윈도우(window)에서 이루어지도록 함으로써, 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법에 관한 문제점을 해결한다.
분광법은 전형적으로 조정가능한 반도체 레이저(tunable semiconductor laser)들을 사용해 적용된다. 파수 분해 방식 투과율 측정은 조정가능한 광원(tunable light source)을 사용해 수행된다. 투과된 광은 광검출기에 의해 픽업(pick up)된다.
스펙트럼 측정은 추출 시스템에서 이루어지며, 즉 가스로부터 시료가 취해지고, 측정 셀(measuring cell)로 전달된다. 측정 셀에서, 흡수선들의 선 폭을 감소시키고 그로써 무엇보다도 개개의 가스들의 스펙트럼들의 분리를 가능하게 하기 위해, 가스가 감소된 압력으로 유지된다. 정상압(normal pressure)에서, 물 흡수는 삼산화황 대역(sulfur trioxide band)의 대부분을 덮고 따라서 낮은 농도 범위에서 삼산화황 농도의 선택적 측정을 방해한다.
흡수 측정 셀에서의 감소된 압력과 관련하여 1365.49 cm-1에 있는 삼산화황 흡수의 사용은 다양한 장점들을 제공한다. 측정은 물 스펙트럼(water spectrum)의 스펙트럼 간극(spectral gap)에서 이루어진다 - 즉, 스펙트럼 범위가 대체로 투명하다 -. 이러한 간극에서, 표적 가스 성분 및 추가의 배기 가스 성분의 흡수가 일어난다.
목표 파수 윈도우(target wave number window)에서의 삼산화황의 흡수는, 이웃하는 선들과 비교하여, 인접한 삼산화황 흡수들의 선들보다 적어도 2배만큼 더 큰 진폭을 가지며 그보다 더 좁은 형상을 갖는다. 보다 큰 흡수는 낮은 검출 한계의 실현을 용이하게 하고, 좁은 선은 다른 배기 가스 성분들의 잠재적으로 간섭하는 흡수들과 관련하여 선택을 용이하게 한다. 발생하는 농도 범위에서의 나머지 배기 가스 성분들은 삼산화황 스펙트럼의 약간의 간섭만을 유발한다.
흡수선들의 선 폭을 감소시키고 그로써 무엇보다도 개개의 가스들의 스펙트럼들의 분리를 가능하게 하기 위해, 측정 셀 내의 가스를 감소된 압력으로 유지할 필요가 있다. 상세하게는, 시료가 100 hPa 미만의 압력으로 되게 하는 것이 유리하다.
볼츠만 분포(Boltzmann distribution) 및 상태 밀도에 의해 결정되는 선 강도(line intensity)와 관련하여 그리고 따라서 또한 검출 한계와 관련하여, 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수의 경우에, 시료 온도가 황산의 이슬점을 초과하게, 예를 들어, 200 ℃로 설정되면 유리하다.
게다가, 이 기술이 표적 가스의 스펙트럼에 대한 이웃하는 라인들의 영향을 최소화하기 때문에, 2차 고조파(또는 더 상위의 고조파들도)의 검출을 사용하는 파장 변조 분광법(wavelength modulation spectroscopy)(WMS)에 의해 측정이 이루어지면 유리하다. 상세하게는, 삼산화황과 이산화황의 흡수선의 부분 중첩이 발생한다. 변조 진폭의 최적의 설정을 갖는 파장 변조 분광법의 적용은 삼산화황 선(sulfur trioxide line)에 유리하게 이산화황 흡수를 억제한다.
여기서 스펙트럼 측정이 다중 절곡 빔 경로(multiply folded beam path)를 갖는 긴 경로 셀(long path cell)에서 수행되면, 특히, 흡수 섹션(absorption section)이 최대 15 m, 바람직하게는 최대 10 m, 특히 최대 5 m이면 편리하다. 그에 의해, 목표 흡수선이 1365.49 cm-1에 있는 경우, 흡수가 1 % 범위에서 1 ppm에 도달된다.
게다가, 측정된 스펙트럼이 곡선 피팅(curve fitting)에서 모델 스펙트럼(model spectrum)과 비교되고, 삼산화황의 농도가 매개변수로서 모델 스펙트럼에 들어가면 편리하다.
그에 부가하여, 삼산화황의 농도 이외에, 간섭하는 가스들의 농도들이 또한 제2 독립적 측정 방법에서 비롯되는 알려진 값들로서 또는 적합 매개변수(fit parameter)로서 모델에 들어가면 편리하다.
가스 터빈의 배기 가스 중의 삼산화황 함량이 결정되고, 배열 회수 증기 발생기에서의 배기 가스 온도가 삼산화황 함량에 기초하여 배열 회수 증기 발생기에서 황산 이슬점 아래로 떨어지지 않도록 조정된다는 점에서, 가스 터빈 및 배열 회수 증기 발생기를 갖는 발전 시설을 작동시키는 방법에 관한 문제점이 해결된다.
가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 측정 시스템에 관한 문제점이, 가스 취출 지점(gas take-off point)으로부터 측정 셀까지의 제1 가스 라인(gas line), 측정 셀에 대한 압력 조절 기기, 삼산화황 흡수 대역의 영역 내의 파수 조정가능 단색 광원, 측정 셀에서의 투과율 측정을 수행하는 제어부, 및 삼산화황 함량을 결정하는 평가 유닛을 포함하며, 광원은 1360 내지 1410 cm-1의, 특히 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수에 중심을 둔 윈도우 내의 단색광을 생성하는 데 적합하게 되어 있는, 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 측정 시스템에 의해 해결된다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 압력 조절 기기는, 제2 가스 라인을 통해 측정 셀에 연결되는, 압력 조절기 및 진공 펌프를 포함한다.
추가의 유리한 실시예에서, 제1 가스 라인과 측정 셀 둘 중의 적어도 하나는 가열가능하다. 따라서, 선택된 파수에 대해, 상온 또는 분기점(branch-off point)에서의 온도 각각과 관련하여 선 강도(line intensity)가 증가될 수 있고, 삼산화황의 검출의 정확도가 개선될 수 있다.
입자들을 측정 시스템으로부터 배제하기 위해, 측정 시스템이 제1 가스 라인 내에 연결된 입자 필터를 포함하면 유리하다.
편리하게도, 측정 시스템은 제1 가스 라인 내에 연결된 스로틀 기기(throttle device)를 포함한다. 스로틀 기기는 가스의 흐름 방향에서 필터의 후방에 있다. 스로틀 기기는 간단한 스로틀 또는 대안적으로, 부압 동작(underpressure operation) 시에 원하는 처리율(throughput)을 제공하는, 질량 유량 제어기(mass flow controller)일 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 측정 셀은, 5 내지 15 m, 바람직하게는 7 내지 12 m의 흡수 섹션을 갖는, 다중 절곡 빔 경로를 갖는 긴 경로 셀이다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 및 배열 회수 증기 발생기를 갖는 발전 시설은 또한 이러한 측정 시스템을 포함한다.
100 ppm 초과의 이산화황 농도들에서 이산화황 농도에 역시 크게 영향을 받지 않는, 1397 cm-1에서의 삼산화황의 흡수를 사용하는, US 8,368,896 B1에 개시된 방법과 달리, 본 발명에 따른 방법의 1365.49 cm-1에서의 흡수는 이산화황 흡수와 부분 중첩을 갖는다. 이것은, 교차 영향(cross-influence)을 보상하기 위해, 양쪽 가스 성분들이 평가에서 고려되어야만 한다는 것을 의미한다. 그렇지만, 이것은 또한 단일 스펙트럼 측정에서 양쪽 성분들이 검출되고 정량적으로 평가될 수 있다는 것을 의미한다. 추가의 이산화황 흡수가 (1365.52와 1365.54 cm- 1사이의) 삼산화황 흡수와 별도로 일어나고 그로써 독립적인 이산화황 측정이 가능하게 되며, 이는 평가를 용이하게 한다는 점에서 목표 파수 윈도우에서 문제점이 완화된다.
삼산화황 흡수와 관련한 이산화황 흡수의 강도로 인해, 본 측정 방법은 5 ppm 미만의 이산화황 농도들만이 일어나는 천연 가스 화력 발전 시설들에 가장 적합하다. 본 측정 방법은 50 ppm 미만의 이산화황 농도들이 일어나는 석유 화력 발전 시설들에도 사용될 수 있다. 100 ppm 초과의 이산화황 농도들을 갖는 석탄 화력 발전 시설들의 경우, 삼산화황 흡수를 이산화황 흡수로 보정하는 것이 보다 어려워지기 때문에, 삼산화황 측정의 정확도가 떨어질 것이다.
흡수 강도와 관련하여, 1365.49 cm-1에서의 삼산화황의 흡수는 1397 cm-1에서의 삼산화황의 흡수보다 우수하며, 이는 ppb 범위에 있는 검출 한계를 갖는 응용들을 위한 1365.49 cm- 1흡수의 선택에 유리하게 작용한다. US 8,368,896 B1는 측정 셀 길이가 12 m이고 낮은 천분율(per mille) 범위에서 443 K에서의 삼산화황이 1 ppm인 경우의 선들의 흡수를 개시하고 있다. HITRAN 데이터베이스("High Resolution Transmission"의 약어, 미국 매사추세츠주 케임브리지 소재의 하버드 스미소니언 천체 물리학 센터(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)에 의해 유지되는, 투과 및 방출의 시뮬레이션(simulation)을 위한 분광 매개변수들의 집합체)의 데이터를 사용한 흡수 강도의 시뮬레이션은 상온에 대해 약 1 %의 흡수 강도를 생성한다. HITRAN 데이터베이스의 데이터에 의해서는 삼산화황에 대해 증가된 온도에서의 스펙트럼의 계산이 가능하지 않다. 이용가능한 데이터를 사용한 추정은 200 ℃에서 2배 내지 3배의 흡수의 증가를 생성한다. 이것은 1365.49 cm-1에서와 1397 cm-1에 중심을 둔 범위에서의 흡수 사이의 흡수 강도가 10배만큼 차이가 난다는 것 - 이는 달성될 수 있는 검출 감도에 영향을 미침 - 을 의미한다.
폐가스 중의 삼산화황 함량의 이전의 계산들/추정들 그리고 상당한 안전 여유(safety margin)들을 갖는 배열 회수 증기 발생기의 대응하는 설계/작동과는 달리, 폐가스 중의 삼산화황 농도가 이제는 직접 측정되고 응축수 흐름 온도를 설정/조절하는 데 사용된다.
응축수 흐름 온도의 조절을 위해 측정을 사용함으로써, 배열 회수 증기 발생기에서의 폐가스가 이제는 실질적으로 더 냉각될 수 있으며, 이에 의해 보다 많은 증기가 생성될 수 있다. 가스 및 증기 터빈 발전 시설의 효율이 증가한다. 게다가, 응축수 흐름 온도의 조절을 통해, 배기 가스의 온도가 항상 산 이슬점보다 높도록 보장되고 따라서 산 부식이 발생할 수 없다. 이것은 이전 절차와 비교하여 안전성의 증가를 의미한다(삼산화황 농도의 매우 부정확한 추정에 의한 안전 여유들은 그 여유가 또한 충분히 높다는 어떤 보증도 제공하지 않기 때문임 - 예컨대, 가스 터빈의 연소 가스 중의 황 함량의 시간에 따른 변동들의 경우에 -, 여기서 이것은 일반적으로 월간 평균으로서 운영자에게 보증될 뿐이다).
최근에 상이한/변동하는 가스 품질들(러시아, 노르웨이, 북해, 미국, ...)이 점점 더 사용되고 있기 때문에, 배기 가스 온도를 아주 정확하게 조정하는 것이 가능하여야 하고 (부식 안전성 및 발전 시설 효율과 관련하여) 더욱 더 효과적일 것이다.
배기 가스 중의 삼산화황 농도에 관한 대응하는 지식을 사용해(특히 부분 부하의 경우에, SO2→SO3 전환율이 측정 없이는 예측하기 어려움) 발전 시설의 제어가 대응하는 대책들을 사용해 취해질 수 있기 때문에, 발전 시설의 유연성이 증가한다.
본 발명이 도면들의 도움을 받아 예로서 더욱 상세히 설명된다. 축척에 따르지 않고 개략적으로 도시되어 있다.
도 1은 가스 및 증기 터빈 발전 시설을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법을 나타낸 도면.
도 4는 1365.5 cm-1 부근에서의 삼산화황과 이산화황의 WMS 스펙트럼(2차 고조파)을 나타낸 도면.
도 1은 가스 및 증기 터빈 발전 시설을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법을 나타낸 도면.
도 4는 1365.5 cm-1 부근에서의 삼산화황과 이산화황의 WMS 스펙트럼(2차 고조파)을 나타낸 도면.
도 1은 발전 시설(7), 특히 가스 및 증기 터빈 발전 시설을 개략적으로 그리고 예로서 나타낸 것이다. 증기 터빈(22)을 작동시키기 위한 증기는 가스 터빈(8)의 다운스트림에 있는 배열 회수 증기 발생기(9) 내의 가스 터빈(8)의 배기 가스(1)에 의해 발생된다. 증기 터빈(22)에서 팽창되는 증기는 응축기(23)에서 응축되고 다시 배열 회수 증기 발생기(9)로 전달된다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템(10)을 도시하고 있다. 가스 취출은 배열 회수 증기 발생기(9)에서 적당한 가스 취출 지점(12)에서(가장 낮은 온도가 예상되는 지점에서) 일어난다. 입자들을 측정 시스템(10)으로부터 배제하기 위해, 시료(2)(즉, 측정 가스)는 먼저, 사용 장소에서의 동작 조건들을 견디는, 조정된 기공 크기(pore size)를 갖는 입자 필터(20)를 통과한다. 가능한 것은 260 °C까지 온도-안정적이며 다양한 기공 크기들로 공급되는 PTFE 필터일 것이다. 필터(20)에 뒤이어서 스로틀 기기(21), 예를 들어, 간단한 스로틀 또는 대안적으로, 부압 동작 시에 원하는 처리율을 제공하는, 질량 유량 제어기(24)가 있다. 가스 취출 지점(12)으로부터 측정 셀(13)까지의 제1 가스 라인(11)은 배열 회수 증기 발생기(9)의 열 팽창으로 인해, 유연하게 200 ℃로 가열될 수 있으며, 시료(2)의 체류 시간을 작게 유지하기 위해 가능한 한 짧게 구현되어야만 한다. 제1 가스 라인(11)의 표면 대 체적의 비가 클수록, 흡착(adsorption) 또는 촉매 전환(catalytic conversion) 공정들과 같은, 시료(2)와 표면 사이의 상호작용이 간섭 범위까지 일어날 위험이 많다. 불활성 표면들은 상호작용들을 더욱 감소시킨다. 서브-ppm(sub-ppm) 범위에 있는 농도들이 측정되어야 하는 경우, 측정 가스들의 수송을 위해 테플론 파이프(Teflon pipe)들이 승인된다. 대안적으로, 고급 강 표면들에 표면과의 상호작용을 감소시키는 이산화규소 코팅이 제공될 수 있다. 분광법이 시료(2)의 건조를 필요로 하지 않기 때문에, 가스 컨디셔닝(gas conditioning)이 생략된다. 그에 의해, 가스 조성의 변조(falsification)를 위한 추가 소스(further source)가 제거된다. 가열된 제1 가스 라인(11)으로부터, 시료(2)는 마찬가지로 가열된 측정 셀(13)로 향하게 된다. 요구된 흡수 섹션(6)(약 10 m)은 다중 절곡 빔 경로(5)를 위한 긴 경로 셀(4)에 의해 제공된다. 측정 셀(13) 이후에, 시료(2)는, 제2 가스 라인(19)에 연결되는 가스 냉각기(25)에서, 압력 조절 기기(14)의 압력 조절기(17)에 적합한 온도들로 냉각된다. 압력 조절기(17)는 측정 셀(13) 내의 압력을, 개개의 흡수선들이 분리될 수 있을 정도로 스펙트럼 선 폭들이 작은 압력인, 낮은 압력(예컨대, 100 hPa)으로 일정하게 유지시킨다. 진공 펌프(18)는 압력 조절기(17)의 작동에 필요한 부압을 발생시킨다. 측정 셀(13)에서의 시료(2)의 검사를 위해, 파수 조정가능 단색 광원(3)(레이저), 포토다이오드(26), 및 그에 부가하여 투과율 측정을 수행하기 위한 제어부(15) 및 평가 유닛(16)이 요구된다.
도 3은 제1 단계(31)에서 가스(1)의 시료(2)가 취해지고, 제2 단계(32)에서 시료(2)의 가스 압력이 감소되며, 제3 단계(33)에서 시료(2) 상의 파수 조정가능 단색 광원(3)을 사용해, 1360과 1410 cm-1 사이의 삼산화황 흡수 대역에서, 특히 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수에 중심을 둔 윈도우에서, 파수 분해 방식 투과율 측정이 수행되고, 제4 단계(34)에서 삼산화황 함량이 측정으로부터 도출되는, 가스 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법을 도시하고 있다.
도 4는 1365.5 cm-1 부근에서의 삼산화황과 이산화황의 파장 변조 스펙트럼(2차 고조파)을 도시하고 있다. 파장 변조 분광법은 실제로 삼산화황 흡수 영역에서의 물 흡수의 영향을 완전히 제거한다.
Claims (16)
- 이산화황과 물을 또한 포함하는 연소 가스(1) 중의 삼산화황 함량을 결정하는 방법으로서, 0 초과 50 ppm 미만의 이산화황을 포함하는 가스(1)의 시료(2)가 취해지고 상기 시료(2)의 가스 압력이 감소되며, 파수 조정가능 단색 광원(wave number tunable monochrome light source)(3)을 사용해, 상기 시료(2)에 대해 파수 분해 방식 투과율 측정(wave number resolved transmission measurement)이 수행되고, 상기 측정으로부터 삼산화황 함량이 도출되는 방법에 있어서, 상기 측정은 1365.5 cm-1에 중심을 둔 윈도우에서의 단일 스펙트럼 측정이고, 삼산화황 함량은 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수에서 1365.52와 1365.54 cm-1 사이의 이산화황 흡수의 교차 영향을 보상함에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 시료(2)가 100 hPa 미만의 압력으로 되게 하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 200 ℃ 초과의 시료 온도가 설정되는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정은 2차 고조파(또는 더욱 상위의 고조파들도)의 검출을 사용하는 파장 변조 분광법(WMS)에 의해 이루어지는, 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 스펙트럼 측정은 다중 절곡 빔 경로(multiply folded beam path)(5)를 갖는 긴 경로 셀(4)에서 수행되는, 방법.
- 제5항에 있어서, 흡수 섹션(6)은 최대 15 m인, 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 스펙트럼 측정에 의해 측정된 스펙트럼은 곡선 피팅(curve fitting)에서 모델 스펙트럼과 비교되고, 삼산화황의 농도가 매개변수로서 모델 스펙트럼에 들어가는, 방법.
- 제7항에 있어서, 삼산화황의 상기 농도 이외에, 간섭하는 가스들의 농도들이 또한 제2 독립적 측정 방법에서 비롯되는 알려진 값들로서 또는 적합 매개변수(fit parameter)로서 상기 모델에 들어가는, 방법.
- 가스 터빈(8) 및 배열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator)(9)를 갖는 발전 시설(7)을 작동시키는 방법으로서, 상기 가스 터빈의 배기 가스(1) 중의 삼산화황 함량이 제1항 또는 제2항에 청구된 바와 같이 결정되고, 상기 배열 회수 증기 발생기(9)에서의 배기 가스 온도는, 상기 삼산화황 함량에 기초하여, 상기 배열 회수 증기 발생기(9)에서 황산 이슬점 아래로 떨어지지 않도록 조정되는, 방법.
- 0 초과 50 ppm 미만의 이산화황과 물을 또한 포함하는 연소 가스(1) 중의 삼산화황 함량을 결정하는 측정 시스템(10)으로서, 가스 취출 지점(gas take-off point)(12)으로부터 측정 셀(13)까지의 제1 가스 라인(gas line)(11), 상기 측정 셀(13)에 대한 압력 조절 기기(14), 삼산화황 흡수 대역의 영역 내의 파수 조정가능 단색 광원(3), 상기 측정 셀(13)에서의 투과율 측정을 수행하는 제어부(15), 및 상기 삼산화황 함량을 결정하는 평가 유닛(16)을 포함하는 측정 시스템에 있어서, 상기 광원(3)은 1365.5 cm-1에 중심을 둔 윈도우에서의 단색광을 생성하는 데 적합하고, 평가 유닛은 1365.49 cm-1에서의 삼산화황 흡수에서 1365.52와 1365.54 cm-1 사이의 이산화황 흡수의 교차 영향을 보상함에 의해 삼산화황 함량을 결정하는 것을 특징으로 하는, 측정 시스템(10).
- 제10항에 있어서, 상기 압력 조절 기기(14)는, 제2 가스 라인(19)을 통해 상기 측정 셀(13)에 연결되는, 압력 조절기(17) 및 진공 펌프(18)를 포함하는, 측정 시스템(10).
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제1 가스 라인(11)과 상기 측정 셀(13) 둘 중의 적어도 하나는 가열가능한, 측정 시스템(10).
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제1 가스 라인(11)에 연결된 입자 필터(20)를 추가로 포함하는, 측정 시스템(10).
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제1 가스 라인(11)에 연결된 스로틀 기기(21)를 추가로 포함하는, 측정 시스템(10).
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 측정 셀(13)은, 5 내지 15 m의 흡수 섹션(6)을 갖는, 다중 절곡 빔 경로(5)를 갖는 긴 경로 셀(4)인, 측정 시스템(10).
- 제10항 또는 제11항에 청구된 가스 터빈(8), 배열 회수 증기 발생기(9) 및 측정 시스템(10)을 갖는 발전 시설(7).
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