WO2018173625A1 - ガス成分測定装置 - Google Patents

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WO2018173625A1
WO2018173625A1 PCT/JP2018/006652 JP2018006652W WO2018173625A1 WO 2018173625 A1 WO2018173625 A1 WO 2018173625A1 JP 2018006652 W JP2018006652 W JP 2018006652W WO 2018173625 A1 WO2018173625 A1 WO 2018173625A1
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gas
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particulate matter
cyclone
measuring device
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敏明 菅澤
隆二 山口
貴人 松尾
光仁 藤本
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スチールプランテック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas component measuring apparatus.
  • a gas component measuring device for measuring a component of a target gas by irradiating a measurement target gas such as exhaust gas discharged from an electric furnace (hereinafter referred to as a target gas) with a laser beam according to the characteristics of the target gas, a light emitting unit By irradiating a laser beam from the light receiving part to the light receiving part, the light receiving part detects how much light of which wavelength is attenuated by the target gas located between the light emitting part and the light receiving part. What is measured is known.
  • a measurement target gas such as exhaust gas discharged from an electric furnace
  • the target gas contains particulate matter such as dust and droplets, and when the concentration of the particulate matter is high, the laser beam does not reach the light receiving unit properly, and the measurement is performed accurately. There is a possibility not to be broken. Therefore, in the conventional example, a method has been adopted in which the particulate matter is previously removed from the target gas using a cyclone device, and the target gas from which the particulate matter has been removed is measured by the gas component measuring device.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to realize a gas component measuring apparatus capable of quickly measuring a component of a target gas.
  • the main invention for achieving the above object is: A cyclone device provided with a gas inlet; A laser gas analyzer for measuring the components of the target gas including particulate matter introduced into the cyclone device from the gas inlet, within the cyclone device; It is a gas component measuring device characterized by comprising.
  • a cyclone device provided with a gas inlet;
  • a laser gas analyzer for measuring the components of the target gas including particulate matter introduced into the cyclone device from the gas inlet, within the cyclone device;
  • a gas component measuring apparatus comprising:
  • the laser gas analyzer measures a component of the target gas located in a central portion excluding a centrifugal portion in the cyclone device.
  • the cyclone device includes a pair of openings facing each other on a side surface,
  • the light emitting part of the laser gas analyzer is arranged to allow laser light to enter the cyclone device from one of the pair of openings, and the light receiving part of the laser gas analyzer is disposed of the pair of openings. It is desirable that the laser beam emitted from the other side is received so as to be received.
  • a configuration for measuring the component of the target gas in the cyclone device can be realized by a simple method.
  • Such a gas component measuring device It is desirable to provide an exclusion device configured to prevent the passage of the particulate matter in the vicinity of the pair of openings on the inner side of the cyclone device and reduce the particulate matter on the optical path of the laser light.
  • a configuration for measuring (selecting) a target (range) in which a ratio of the granular material is relatively small in the cyclone device in which the target gas and the granular material are centrifuged It can be realized appropriately.
  • the exclusion device preferably includes a gas injection device configured to inject purge gas inwardly from the pair of openings.
  • a configuration for measuring (selecting) a target (range) in which a ratio of the granular material is relatively small in the cyclone device in which the target gas and the granular material are centrifuged It can be realized appropriately.
  • the exclusion device preferably includes a hollow tube provided so as to protrude inward from the pair of openings.
  • a configuration for measuring (selecting) a target (range) in which a ratio of the granular material is relatively small in the cyclone device in which the target gas and the granular material are centrifuged It can be realized appropriately.
  • the cyclone device is preferably closed at the top by a ceiling, provided with the gas inlet on the side, and provided with a gas outlet at the lower end for discharging the target gas together with the particulate matter.
  • the structure of the cyclone device can be simplified.
  • the cyclone device has a convex portion that extends downward from the ceiling portion and whose outer shape is a rotation surface about the vertical center axis of the cyclone device.
  • the convex portion has an inverted conical shape having a small diameter on the lower side.
  • Both the gas inlet and the gas outlet for discharging the target gas together with the particulate matter are connected to an exhaust duct through which exhaust gas discharged from an electric furnace for steelmaking is passed, so that the components of the exhaust gas are measured. It is desirable to be configured.
  • FIG. 1 is a top view of the gas component measuring apparatus 10.
  • FIG. 2 is a side view of the gas component measuring apparatus 10.
  • the gas component measuring apparatus 10 is for measuring components of exhaust gas discharged from an electric furnace for steel making. That is, the exhaust gas becomes a (measurement) target gas of the gas component measuring apparatus 10.
  • the exhaust gas discharged from the electric furnace moves to a dust collector such as a bag filter or an electric dust collector through an exhaust duct, but the gas component measuring device 10 is connected to the exhaust duct in a bypass form. That is, both a gas introduction port 22 and a gas outlet 24, which will be described later, of the gas component measuring apparatus 10 are connected to an exhaust duct through which exhaust gas discharged from an electric furnace for steelmaking passes, and the situation inside the electric furnace is grasped. It is configured to measure components of exhaust gas for the purpose of, for example.
  • the gas component measuring device 10 includes a cyclone device 20 and a laser gas analyzer 40, and the laser gas analyzer 40 measures exhaust gas components in the cyclone device 20. That is, the laser gas analyzer 40 applies the laser light according to the characteristics of the exhaust gas to the exhaust gas moving through the cyclone device 20 to analyze the exhaust gas and measure the components of the exhaust gas.
  • the cyclone device 20 has a cylindrical shape at one end side in the axial direction of the central axis T, and a substantially truncated cone shape at the other end side. That is, the axial direction is along the vertical direction, and the upper side of the cyclone device 20 has a cylindrical shape, and the lower side has a truncated cone shape whose diameter decreases toward the lower side.
  • a gas introduction port 22 is provided at one end (upper end) in the axial direction (vertical direction) of the side surface 20a of the cyclone device 20, and the gas introduction port 22 connects the cyclone device 20 and the exhaust duct. It is connected to the exhaust duct via the introduction pipe 60. Further, the gas introduction port 22 and the introduction pipe 60 are arranged so that the traveling direction of the exhaust gas passing through the gas introduction port 22 is along the tangential direction of the circumference of the cyclone device 20 (in other words, the longitudinal direction of the introduction pipe 60 is Along the tangential direction).
  • a gas outlet 24 is provided at the bottom 20b of the cyclone device 20, that is, the other end (lower end) in the axial direction (vertical direction) of the cyclone device 20, and the gas outlet 24 is connected to the cyclone device 20 and the exhaust duct. Are connected to the exhaust duct via an outlet pipe (not shown).
  • the outlet pipe is provided with a suction device so that the exhaust gas in the exhaust duct is guided into the cyclone device 20 and the exhaust gas discharged from the gas outlet 24 of the cyclone device 20 is returned to the exhaust duct again.
  • the suction device is not particularly limited as long as it is a device capable of sucking and discharging a gas containing particulate matter such as dust and droplets, but it is preferable to use a pump having no movable part such as an ejector pump.
  • a general cyclone device for example, a cyclone device described in Patent Document 1 and Patent Document 2
  • particulate matter such as dust and droplets and gas such as exhaust gas are separated to form particulate matter (dust And liquid droplets) are discharged from an outlet located at the bottom (lower end), and gas (exhaust gas) is discharged from an outlet located at the ceiling (upper end).
  • a general cyclone apparatus is used for the purpose of removing particulate matter (dust and droplets) from gas (exhaust gas) containing particulate matter (dust and droplets).
  • the cyclone device 20 is not used as a general particulate matter removing machine. That is, it is not used for removing particulate matter (dust and droplets) from exhaust gas containing particulate matter (dust and droplets). For this reason, only one outlet is provided at the bottom 20b (lower end), and this outlet is a common outlet for gas (exhaust gas) and particulate matter (dust and droplets). That is, not only exhaust gas but also dust and droplets are discharged from the gas outlet 24.
  • the upper part of the cyclone apparatus 20 is closed by the ceiling part 20c, and no opening is provided.
  • the laser gas analyzer 40 measures in the cyclone device 20 the components of the exhaust gas including particulate matter introduced into the cyclone device 20 from the gas inlet 22. As described above, the laser gas analyzer 40 applies the laser light according to the characteristics of the exhaust gas to the exhaust gas moving in the cyclone device 20 to analyze the exhaust gas and measure the components of the exhaust gas.
  • the laser gas analyzer 40 includes a light emitting unit 42 and a light receiving unit 44.
  • the light emitting unit 42 emits laser light toward the light receiving unit 44 and is provided outside the cyclone device 20 and at a position adjacent to the cyclone device 20 in the horizontal direction.
  • the cyclone device 20 is provided with a pair of openings 26 that face each other on the side surface 20a, and the light emitting unit 42 is connected to the cyclone device 20 from one of the pair of openings 26 (referred to as an incident opening 26a). It arrange
  • the light receiving unit 44 is a part that receives the laser light emitted from the light emitting unit 42 and is provided outside the cyclone device 20 and at a position adjacent to the cyclone device 20 on the side opposite to the light emitting unit 42 in the horizontal direction. Yes.
  • the light receiving unit 44 is arranged to receive laser light emitted to the outside from the other of the pair of openings 26 (referred to as an emission opening 26b).
  • the position in the vertical direction of the light receiving section 44 (the exit opening 26b) is coincident with the position in the vertical direction of the light emitting section 42 (the entrance opening 26a). Therefore, the laser light moves in a direction (that is, a horizontal direction) orthogonal to the axial direction. Further, the exit opening 26b and the entrance opening 26a are provided in the lower part of a cylindrical portion located on one end side of the cyclone device 20.
  • the laser light emitted from the light emitting unit 42 enters the cyclone device 20 through the incident opening 26 a and passes through the cyclone device 20.
  • the laser beam passing through the cyclone device 20 is attenuated by coming into contact with the exhaust gas in the cyclone device 20.
  • the attenuated laser light reaches the outside of the cyclone device 20 through the emission opening 26 b and is received by the light receiving unit 44.
  • how much light of which wavelength of the laser beam is attenuated is detected (analyzed), and the component of the exhaust gas is measured.
  • the exhaust gas contains particulate matter (dust and droplets), and when the concentration of such particulate matter is high, the laser beam may not reach the light receiving unit 44 properly, and the measurement may not be performed accurately. There is sex.
  • the cyclone device 20 when exhaust gas containing particulate matter is introduced from the gas introduction port 22, the cyclone device 20 descends while turning in the cyclone device 20.
  • the exhaust gas and the particulate matter are centrifuged, and the particulate matter is in the centrifugal portion (the radially outer side of the cyclone device 20, that is, in the vicinity of the side surface 20a of the cyclone device 20), and the exhaust gas is in the central portion (the diameter of the cyclone device 20). (Inward direction), respectively.
  • the laser gas analyzer 40 is positioned at the central portion of the cyclone device 20 except the centrifugal portion so that the progress of the laser beam is not hindered by the particulate matter as much as possible. It is comprised so that the component of the waste gas to measure may be measured.
  • the gas component measuring device 10 prevents the passage of particulate matter in the vicinity of the pair of openings 26 on the inner side of the cyclone device 20 and reduces particulate matter on the optical path of the laser light.
  • An exclusion device 50 configured as described above is provided. And the exclusion apparatus 50 which concerns on this Embodiment has the hollow tube 52 provided so that it might protrude inward from the said pair of opening part 26.
  • the exhaust gas containing particulate matter is physically blocked by the hollow tube 52, and the exhaust gas containing particulate matter and the laser beam can be prevented from intersecting in the hollow tube 52. Therefore, the range in which the exhaust gas containing particulate matter and laser light intersect can be limited to the central portion where the proportion of particulate matter is relatively small. Further, even if a gas drifting (floating) in the vicinity of the tip from the tip of the hollow tube 52 slightly enters the hollow tube 52, the entrance of the particulate matter is appropriately avoided. Therefore, the ratio of the particulate matter in the hollow tube 52 is very small. From the above, by providing such a hollow tube 52, it is possible to solve the problem that the laser beam does not reach the light receiving portion 44 due to the particulate matter.
  • the inner diameter of the hollow tube 52 is set to be equal to or greater than the width (half-value width) of the laser beam so as not to block the laser beam.
  • the amount of protrusion of the hollow tube 52 from the opening 26 is desirably one tenth or more of the diameter of the cyclone device 20 in the opening 26, and the upper limit of the amount of protrusion is between the tips of both hollow tubes 52.
  • the distance (distance of the section where the laser light is irradiated to the exhaust gas) is preferably at least twice the inner diameter of the hollow tube, and therefore it is desirable that the distance be secured.
  • the cyclone device 20 has a convex portion 28 that extends downward from the ceiling portion 20 c and whose outer shape is a rotation surface about the (vertical) central axis T of the cyclone device 20.
  • the convex portion 28 according to the present embodiment has an inverted conical shape having a small diameter on the lower side.
  • the said convex part 28 plays the role as protrusion for backflow prevention. That is, if the convex portion 28 does not exist, the swirling flow (rotating flow) of the exhaust gas is difficult to occur in the upper part of the cyclone device 20, and the exhaust gas may stay. When the exhaust gas stays, there is a risk that the exhaust gas in the cyclone device 20 will return to the introduction pipe 60 from the gas inlet 22.
  • the convex portion 28 since the convex portion 28 is provided, it is possible to appropriately generate a swirling flow (rotating flow) of the exhaust gas, and to suppress the back flow of the exhaust gas.
  • the gas component measuring apparatus 10 includes the cyclone device 20 provided with the gas inlet 22 and the exhaust gas containing particulate matter introduced into the cyclone device 20 from the gas inlet 22.
  • the laser gas analyzer 40 which measures a component within the cyclone apparatus 20 was provided. Therefore, it is possible to realize the gas component measuring apparatus 10 that can quickly measure the components of the exhaust gas.
  • the exhaust gas contains particulate matter such as dust and droplets, and if the concentration of such particulate matter is high, the laser beam may not reach the light receiving unit properly and measurement may not be performed accurately. There is. Therefore, in the conventional example, a method has been adopted in which the particulate matter is previously removed from the exhaust gas using a cyclone device, and the exhaust gas from which the particulate matter has been removed is measured by a gas component measuring device.
  • the gas component measuring apparatus 10 since the exhaust gas component is measured in the cyclone apparatus 20, the exhaust gas and the particulate matter are centrifuged in the cyclone apparatus 20 where the exhaust gas and the particulate matter are centrifuged. Measurement can be performed by targeting (selecting) a relatively small portion (range), and the problem that the laser beam does not reach the light receiving unit 44 due to the granular material can be solved. In such a case, since there is no step of removing particulate matter from the exhaust gas, it is possible to quickly measure the components of the exhaust gas.
  • the cyclone device 20 is not used as a particulate matter removing machine that removes particulate matter from the exhaust gas (without using the particulate matter removing function of the cyclone device 20), but the centrifugal separator of the cyclone device 20 is used. Only the separation function is used. And by this idea (ingenuity), it becomes possible to measure the component of the exhaust gas more rapidly than the conventional example while solving the problem that the laser beam does not reach the light receiving unit 44 due to the particulate matter.
  • the laser gas analyzer 40 measures the components of the exhaust gas located in the central portion excluding the centrifugal portion in the cyclone device 20.
  • the cyclone device 20 includes a pair of openings 26 that face each other on the side surface 20 a, and the light emitting unit 42 of the laser gas analyzer 40 is connected to the cyclone device 20 from one of the pair of openings 26.
  • the laser light analyzer 44 is arranged so that the laser beam is incident on it, and the light receiving part 44 of the laser gas analyzer 40 is arranged to receive the laser beam emitted from the other of the pair of openings 26 to the outside. .
  • a configuration for measuring the components of the exhaust gas in the cyclone device 20 can be realized by a simple method.
  • an exclusion device 50 configured to prevent the passage of particulate matter in the vicinity of the pair of openings 26 on the inner side of the cyclone device 20 and reduce the particulate matter on the optical path of the laser beam. I decided to prepare. Further, the exclusion device 50 includes a hollow tube 52 provided so as to protrude inward from the pair of openings 26.
  • the cyclone device 20 is different from a general cyclone device in that the upper part is closed by a ceiling part 20c, the gas introduction port 22 is provided on the side surface 20a, and the exhaust gas together with the particulate matter is provided at the lower end.
  • the gas outlet 24 for discharging the gas is provided.
  • the cyclone device 20 is not configured to discharge the particulate matter and the exhaust gas separately, the exhaust gas containing the particulate matter passes through the cyclone device 20 (that is, both when it is introduced and discharged).
  • the particulate matter and the exhaust gas are in a mixed state only). Therefore, the maintenance element and the movable parts which are conventionally required for the equipment for processing the removed granular material are not required at all.
  • the convex portion 28 that extends downward from the ceiling portion 20c and whose outer shape is a rotation surface about the (vertical) central axis T of the cyclone device 20 is provided. Further, the convex portion 28 has an inverted conical shape having a small diameter on the lower side.
  • the swirl flow (rotating flow) of the exhaust gas can be appropriately generated, and the back flow of the exhaust gas can be suppressed.
  • the gas component measuring apparatus according to the present invention has been described above based on the above embodiment. However, the above embodiment of the present invention is for facilitating understanding of the present invention, and the present invention is The form is not limited. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes the equivalents thereof.
  • both the gas inlet 22 and the gas outlet 24 are connected to an exhaust duct through which exhaust gas discharged from an electric furnace for steelmaking passes, and the components of the exhaust gas are measured.
  • the target gas is exhaust gas discharged from an electric furnace for steel making, but is not limited to this, and may be other combustion gas or process gas.
  • the exhaust gas discharged from the electric furnace for steel making has a very high concentration of particulate matter compared to other combustion gases and process gases, there is a problem that the laser beam does not reach the light receiving unit 44 due to the particulate matter. . Therefore, when measuring the component of the exhaust gas discharged from the electric furnace for steelmaking, the effect of the present invention works more effectively.
  • the exclusion device 50 is configured to inject purge gas (for example, nitrogen gas) inward from the pair of openings 26.
  • a device 54 may be included.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the gas component measuring apparatus 10 according to the second embodiment.
  • the purge gas injected by the gas injection device 54 is a pair of openings 26 (only one opening 26 is shown in FIG. 3 for convenience) and It passes through the hollow tube 52 and enters the cyclone device 20.
  • the exhaust gas containing the particulate matter is not only in the hollow tube 52 but also in the vicinity of the outlet of the hollow tube 52 (portion indicated by P in FIG. 3) by the action of the purge gas that has entered the cyclone device 20. Do not cross light. Therefore, the range in which the exhaust gas containing particulate matter and the laser beam intersect can be appropriately limited by the central portion where the proportion of particulate matter is relatively small. Therefore, by providing such a gas injection device 54, the problem that the laser beam does not reach the light receiving unit 44 due to the particulate matter can be solved more appropriately.
  • the gas injection device 54 is provided in a form added to the hollow tube 52.
  • the gas injection device 54 is provided without the hollow tube 52 being provided. It does not matter.

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Abstract

ガス導入口が設けられたサイクロン装置と、前記ガス導入口から前記サイクロン装置内に導入される、粒状物を含む対象ガスの成分を、前記サイクロン装置内で測定するレーザガス分析装置と、を備えることを特徴とする。

Description

ガス成分測定装置
　本発明は、ガス成分測定装置に関する。
　電気炉から排出される排ガス等の測定対象ガス（以下、対象ガスと呼ぶ）に当該対象ガスの特性に応じたレーザ光を照射し、対象ガスの成分を測定するガス成分測定装置として、発光部から受光部へ向けてレーザ光を照射し、発光部と受光部との間に位置する対象ガスによりどの波長の光がどれだけ減衰したかを受光部で検知することにより、対象ガスの成分を測定するものが知られている。
　ところで、当該対象ガスには、ダストや液滴等の粒状物が含まれており、かかる粒状物の濃度が高い場合には、受光部までにレーザ光が適切に届かず、測定が精度よく行われない可能性がある。そのため、従来例においては、サイクロン装置を用いて対象ガスから当該粒状物を予め除去し、粒状物が除去された対象ガスをガス成分測定装置により測定する方法が採られていた。
特開２０１６－３５４０８号公報 特開２０１４－２４０８０６号公報
　しかしながら、従来例においては、対象ガスの測定の前に、対象ガスから粒状物を除去する工程を別途行う必要があるため、時間がかかる問題があった。
　本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象ガスの成分を迅速に測定可能なガス成分測定装置を実現することにある。
　上記目的を達成するための主たる発明は、
　ガス導入口が設けられたサイクロン装置と、
　前記ガス導入口から前記サイクロン装置内に導入される、粒状物を含む対象ガスの成分を、前記サイクロン装置内で測定するレーザガス分析装置と、
　を備えることを特徴とするガス成分測定装置である。
　本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
　本発明によれば、対象ガスの成分を迅速に測定可能なガス成分測定装置を実現することができる。
本実施の形態に係るガス成分測定装置１０の上面図である。 本実施の形態に係るガス成分測定装置１０の側面図である。 第二実施形態に係るガス成分測定装置１０を説明するための説明図である。
　本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
　ガス導入口が設けられたサイクロン装置と、
　前記ガス導入口から前記サイクロン装置内に導入される、粒状物を含む対象ガスの成分を、前記サイクロン装置内で測定するレーザガス分析装置と、
　を備えることを特徴とするガス成分測定装置。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスの成分を迅速に測定可能なガス成分測定装置を実現することができる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記レーザガス分析装置は、前記サイクロン装置内の遠心部分を除いた中央部分に位置する前記対象ガスの成分を測定することが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、粒状物により受光部までレーザ光が届かない問題を適切に解消することが可能となる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記サイクロン装置は、側面に互いに対向する一対の開口部を備え、
　前記レーザガス分析装置の発光部が、前記一対の開口部のうちの一方から前記サイクロン装置内にレーザ光を入射させるよう配置され、前記レーザガス分析装置の受光部が、前記一対の開口部のうちの他方から外部に出射してくる前記レーザ光を受光するよう配置されていることが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスの成分をサイクロン装置内で測定するための構成を簡便な方法で実現することができる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記サイクロン装置の内部側において前記一対の開口部の近傍における前記粒状物の通過を妨げ、前記レーザ光の光路上の前記粒状物を減少させるよう構成された排除装置を備えることが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスと粒状物が遠心分離されるサイクロン装置内で粒状物の割合が比較的少ない部分（範囲）を狙って（選択して）測定する構成を、適切に実現することが可能となる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記排除装置は、前記一対の開口部から内方に向けてパージガスを噴射するよう構成されたガス噴射装置を含むことが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスと粒状物が遠心分離されるサイクロン装置内で粒状物の割合が比較的少ない部分（範囲）を狙って（選択して）測定する構成を、適切に実現することが可能となる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記排除装置は、前記一対の開口部から内方に向けて突出するように設けられた中空管を含むことが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスと粒状物が遠心分離されるサイクロン装置内で粒状物の割合が比較的少ない部分（範囲）を狙って（選択して）測定する構成を、適切に実現することが可能となる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記サイクロン装置は、上方が天井部により閉鎖され、側面に前記ガス導入口が設けられており、下端に前記粒状物と共に前記対象ガスを排出するガス出口が設けられていることが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、サイクロン装置の構造を簡易化することができる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記サイクロン装置は、前記天井部から下方に延び、外形が前記サイクロン装置の鉛直中心軸を軸とする回転面である凸部を有することが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスの旋回流（回転する流れ）を適切に生成することが可能となり、対象ガスの逆流を抑制することができる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記凸部は、下方が小径となる逆円錐状の形状を有することが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、対象ガスの旋回流（回転する流れ）を適切に生成することが可能となり、対象ガスの逆流を抑制することができる。
　かかるガス成分測定装置であって、
　前記ガス導入口と前記粒状物と共に前記対象ガスを排出するガス出口との双方が、製鋼用の電気炉から排出される排ガスを通す排気ダクトに接続されており、前記排ガスの成分を測定するよう構成されていることが望ましい。
　このようなガス成分測定装置によれば、本発明の効果がより有効に働くこととなる。
　＝＝＝本実施の形態に係るガス成分測定装置１０について＝＝＝
　次に、本実施の形態に係るガス成分測定装置１０について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、ガス成分測定装置１０の上面図である。図２は、ガス成分測定装置１０の側面図である。
　本実施の形態に係るガス成分測定装置１０は、製鋼用の電気炉から排出される排ガスの成分を測定するためのものである。すなわち、当該排ガスが、ガス成分測定装置１０の（測定）対象ガスとなる。
　電気炉から排出された排ガスは、排気ダクトを通って例えばバグフィルターや電気集塵機等の集塵機へ移動するが、ガス成分測定装置１０は、当該排気ダクトにバイパスするような形態で接続される。すなわち、ガス成分測定装置１０の後述するガス導入口２２とガス出口２４との双方が、製鋼用の電気炉から排出される排ガスを通す排気ダクトに接続されており、電気炉内の状況を把握する等の目的で排ガスの成分を測定するよう構成されている。
　ガス成分測定装置１０は、サイクロン装置２０とレーザガス分析装置４０とを備えており、レーザガス分析装置４０は、サイクロン装置２０内で排ガスの成分を測定するようになっている。すなわち、レーザガス分析装置４０は、サイクロン装置２０内を移動する排ガスに当該排ガスの特性に応じたレーザ光を当てて排ガスの分析を行い排ガスの成分を測定する。
　サイクロン装置２０は、その中心軸Ｔの軸方向における一端側は円筒形状を有し、他端側は略円錐台形状を有している。すなわち、当該軸方向は鉛直方向に沿っており、サイクロン装置２０の略中央よりも上側は円筒形状を有し、下側は下方へ向かうほど径が小さくなる円錐台形状を有している。
　サイクロン装置２０の側面２０ａであって、軸方向（鉛直方向）における一端部（上端部）には、ガス導入口２２が設けられ、該ガス導入口２２は、サイクロン装置２０と前記排気ダクトを繋ぐ導入管６０を介して排気ダクトに接続されている。また、ガス導入口２２及び導入管６０は、ガス導入口２２を通過する排ガスの進行方向がサイクロン装置２０の円周の接線方向に沿うように（換言すれば、導入管６０の長手方向が当該接線方向に沿うように）、設けられている。
　また、サイクロン装置２０の底部２０ｂ、すなわち、サイクロン装置２０の軸方向（鉛直方向）における他端（下端）には、ガス出口２４が設けられ、該ガス出口２４は、サイクロン装置２０と前記排気ダクトを繋ぐ不図示の出口管を介して排気ダクトに接続されている。
　出口管には吸引装置が備えられており、これにより排気ダクト内の排ガスをサイクロン装置２０内に導くと共に、サイクロン装置２０のガス出口２４から排出された排ガスを、再び排気ダクト内に戻すようになっている。吸引装置は、ダストや液滴等の粒状物を含む気体を吸引、吐出できる装置であれば特に限定されないが、エジェクタポンプ等の可動部を持たないポンプを用いることが好ましい。
　なお、一般的なサイクロン装置（例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているサイクロン装置）においては、ダストや液滴等の粒状物と排ガス等の気体を分離して、粒状物（ダストや液滴）を底部（下端）に位置する出口から排出させ、気体（排ガス）を天井部（上端）に位置する出口から排出させるように構成されている。これは、一般的なサイクロン装置が粒状物（ダストや液滴）を含む気体（排ガス）から粒状物（ダストや液滴）を除去することを目的として用いられるためである。
　これに対し、本実施の形態に係るサイクロン装置２０は、一般的な粒状物排除機としての用い方はされない。つまり、粒状物（ダストや液滴）を含む排ガスから粒状物（ダストや液滴）を除去するために用いられるわけではない。そのため、出口は底部２０ｂ（下端）に一つ設けられているのみであり、この出口は、気体（排ガス）と粒状物（ダストや液滴）の共通の出口となる。つまり、ガス出口２４からは、排ガスだけでなくダストや液滴も排出されるようになっている。なお、サイクロン装置２０の上方は、天井部２０ｃにより閉鎖され、開口は設けられていない。
　レーザガス分析装置４０は、ガス導入口２２からサイクロン装置２０内に導入される、粒状物を含む排ガスの成分を、サイクロン装置２０内で測定する。前述した通り、このレーザガス分析装置４０は、サイクロン装置２０内を移動する排ガスに当該排ガスの特性に応じたレーザ光を当てて排ガスの分析を行い排ガスの成分の測定を行う。
　レーザガス分析装置４０は、発光部４２と受光部４４とを備えている。
　発光部４２は、受光部４４に向けてレーザ光を発する部分であり、サイクロン装置２０の外部、かつ、水平方向においてサイクロン装置２０と隣り合う位置に設けられている。サイクロン装置２０には、側面２０ａに互いに対向する一対の開口部２６が備えられており、発光部４２は、当該一対の開口部２６のうちの一方（入射開口部２６ａと呼ぶ）からサイクロン装置２０内にレーザ光を入射させるよう配置されている。
　受光部４４は、発光部４２から発せられたレーザ光を受ける部分であり、サイクロン装置２０の外部、かつ、水平方向において発光部４２とは反対側でサイクロン装置２０と隣り合う位置に設けられている。受光部４４は、前記一対の開口部２６のうちの他方（出射開口部２６ｂと呼ぶ）から外部に出射してくるレーザ光を受光するよう配置されている。
　なお、本実施の形態において、受光部４４（出射開口部２６ｂ）の鉛直方向における位置は、発光部４２（入射開口部２６ａ）の鉛直方向における位置と一致している。そのため、レーザ光は、前記軸方向と直交する方向（すなわち、水平方向）に移動するようになっている。また、出射開口部２６ｂ及び入射開口部２６ａは、サイクロン装置２０の一端側に位置する円筒形状部分の下部に設けられている。
　そして、発光部４２から発せられたレーザ光は、入射開口部２６ａを通ってサイクロン装置２０の内部に入り、サイクロン装置２０内を通過する。サイクロン装置２０内を通過するレーザ光は、サイクロン装置２０内の排ガスと接触することにより減衰する。減衰されたレーザ光は、出射開口部２６ｂを通ってサイクロン装置２０の外部へ至り、受光部４４で受光されることとなる。受光されたレーザ光については、レーザ光のどの波長の光がどれだけ減衰したかが検知（分析）され、排ガスの成分が測定される。
　ところで、排ガスには粒状物（ダストや液滴）が含まれており、かかる粒状物の濃度が高い場合には、受光部４４までレーザ光が適切に届かず、測定が精度よく行われない可能性がある。一方、サイクロン装置２０においては、粒状物を含む排ガスが、ガス導入口２２から導入されると、サイクロン装置２０内を旋回しながら下降する。かかる際に、排ガスと粒状物が遠心分離され、粒状物が遠心部分（サイクロン装置２０の径方向外側、つまり、サイクロン装置２０の側面２０ａの近傍）に、排ガスが中央部分（サイクロン装置２０の径方向内側）に、それぞれ分布することとなる。
　そこで、本実施の形態に係るガス成分測定装置１０においては、粒状物によりレーザ光の進行がなるべく妨げられないように、レーザガス分析装置４０がサイクロン装置２０内の遠心部分を除いた中央部分に位置する排ガスの成分を測定するように構成されている。かかる測定を実現するために、ガス成分測定装置１０には、サイクロン装置２０の内部側において前記一対の開口部２６の近傍における粒状物の通過を妨げ、レーザ光の光路上の粒状物を減少させるよう構成された排除装置５０が備えられている。そして、本実施の形態に係る排除装置５０は、前記一対の開口部２６から内方に向けて突出するように設けられた中空管５２を有している。
　そのため、粒状物を含む排ガスは、中空管５２により物理的にブロックされ、中空管５２内において粒状物を含む排ガスとレーザ光が交わらないようにすることができる。したがって、粒状物を含む排ガスとレーザ光が交わる範囲を、粒状物の割合が比較的小さい前記中央部分に限定することができる。また、中空管５２の先端から、該先端付近において漂っている（浮遊している）気体が僅かに中空管５２の中に入るとしても、粒状物の進入の方は適切に回避されるため、中空管５２内において粒状物の割合は非常に小さい。以上のことから、このような中空管５２を設けることにより、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題を解消することができる。
　なお、中空管５２の内径はレーザ光の幅（半値幅）と同程度以上としてレーザ光を遮らないように設定する。また、中空管５２の開口部２６からの突出量は、開口部２６におけるサイクロン装置２０の直径の１０分の１以上が望ましく、突出量の上限は、双方の中空管５２の先端の間の距離（レーザ光が排ガスに照射される区間の距離）が、中空管の内径の２倍以上であることが望ましいため、この距離が確保できる程度の量とすることが望ましい。
　また、サイクロン装置２０は、天井部２０ｃから下方に延び、外形がサイクロン装置２０の（鉛直）中心軸Ｔを軸とする回転面である凸部２８を有している。本実施の形態に係る凸部２８は、下方が小径となる逆円錐状の形状を有している。そして、当該凸部２８は、逆流防止用突起としての役割を果たす。すなわち、仮に凸部２８が存在しない場合には、サイクロン装置２０の上部で、排ガスの旋回流（回転する流れ）ができにくく、排ガスが滞留する可能性がある。そして、排ガスが滞留した場合には、サイクロン装置２０内の排ガスがガス導入口２２から導入管６０へ戻る逆流現象が生ずる恐れがある。これに対し、本実施の形態においては、凸部２８が設けられているため、排ガスの旋回流（回転する流れ）を適切に生成することが可能となり、排ガスの逆流を抑制することができる。
　＝＝＝本実施の形態に係るガス成分測定装置１０の有効性について＝＝＝
　上述したとおり、本実施の形態に係るガス成分測定装置１０は、ガス導入口２２が設けられたサイクロン装置２０と、ガス導入口２２からサイクロン装置２０内に導入される、粒状物を含む排ガスの成分を、サイクロン装置２０内で測定するレーザガス分析装置４０と、を備えることとした。そのため、排ガスの成分を迅速に測定可能なガス成分測定装置１０を実現することができる。
　排ガスには、ダストや液滴等の粒状物が含まれており、かかる粒状物の濃度が高い場合には、受光部までにレーザ光が適切に届かず、測定が精度よく行われない可能性がある。そのため、従来例においては、サイクロン装置を用いて排ガスから当該粒状物を予め除去し、粒状物が除去された排ガスをガス成分測定装置により測定する方法が採られていた。
　しかしながら、従来例においては、排ガスの測定の前に、排ガスから粒状物を除去する工程を別途行う必要があるため、時間がかかる問題があった。
　これに対し、本実施の形態に係るガス成分測定装置１０においては、排ガスの成分をサイクロン装置２０内で測定することとしたため、排ガスと粒状物が遠心分離されるサイクロン装置２０内で粒状物の割合が比較的少ない部分（範囲）を狙って（選択して）測定を行うことができ、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題を解消することができる。そして、かかる際には、排ガスから粒状物を除去する工程が存在しないため、排ガスの成分を迅速に測定ことが可能となる。
　つまり、本実施の形態においては、サイクロン装置２０を排ガスから粒状物を除去する粒状物排除機として用いるのではなく（サイクロン装置２０の粒状物除去機能はあえて用いずに）、サイクロン装置２０の遠心分離機能のみを用いている。そして、かかる発想（工夫）により、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題を解消しつつ、排ガスの成分を従来例よりも迅速に測定することを可能としている。
　また、従来例においては、排ガスから粒状物を除去する工程と粒状物が除去された排ガスをレーザガス分析装置で測定する工程とに分けられ、各々の工程に応じた設備が必要であったが、本実施の形態においては、排ガスから粒状物を除去する工程が存在しないため、ガス成分測定装置１０の設備を簡便化することができる。
　また、本実施の形態において、レーザガス分析装置４０は、サイクロン装置２０内の遠心部分を除いた中央部分に位置する排ガスの成分を測定することとした。
　そのため、前述した通り、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題を適切に解消することが可能となる。
　また、本実施の形態において、サイクロン装置２０は、側面２０ａに互いに対向する一対の開口部２６を備え、レーザガス分析装置４０の発光部４２が、一対の開口部２６のうちの一方からサイクロン装置２０内にレーザ光を入射させるよう配置され、レーザガス分析装置４０の受光部４４が、一対の開口部２６のうちの他方から外部に出射してくるレーザ光を受光するよう配置されていることとした。
　そのため、排ガスの成分をサイクロン装置２０内で測定するための構成を簡便な方法で実現することができる。
　また、本実施の形態においては、サイクロン装置２０の内部側において一対の開口部２６の近傍における粒状物の通過を妨げ、レーザ光の光路上の粒状物を減少させるよう構成された排除装置５０を備えることとした。また、排除装置５０は、一対の開口部２６から内方に向けて突出するように設けられた中空管５２を含むこととした。
　そのため、排ガスと粒状物が遠心分離されるサイクロン装置２０内で粒状物の割合が比較的少ない部分（範囲）を狙って（選択して）測定する構成を、適切に実現することが可能となる。
　また、本実施の形態に係るサイクロン装置２０は、一般的なサイクロン装置とは異なり、上方が天井部２０ｃにより閉鎖され、側面２０ａにガス導入口２２が設けられており、下端に粒状物と共に排ガスを排出するガス出口２４が設けられていることとした。
　そのため、一般的なサイクロン装置のように粒状物用の底部出口と排ガス用の天井部出口とをそれぞれ形成する必要がなく、サイクロン装置２０の構造を簡易化することができる。
　また、サイクロン装置２０が粒状物と排ガスを分けて排出する構成となっていないため、粒状物を含む排ガスはサイクロン装置２０内を素通りする（つまり、導入される際にも排出される際にも粒状物と排ガスは混合された状態となっている）のみである。したがって、除去された粒状物を処理するための設備に従来必要だったメンテナンス要素や可動部品のようなものが一切不要となる。
　また、本実施の形態において、天井部２０ｃから下方に延び、外形がサイクロン装置２０の（鉛直）中心軸Ｔを軸とする回転面である凸部２８を有することとした。また、凸部２８は、下方が小径となる逆円錐状の形状を有することとした。
　そのため、前述したとおり、排ガスの旋回流（回転する流れ）を適切に生成することが可能となり、排ガスの逆流を抑制することができる。
　＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
　以上、上記実施の形態に基づき本発明に係るガス成分測定装置を説明したが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
　例えば、上記実施の形態においては、ガス導入口２２とガス出口２４との双方が、製鋼用の電気炉から排出される排ガスを通す排気ダクトに接続されており、前記排ガスの成分を測定するよう構成されていることとした。すなわち、対象ガスは、製鋼用の電気炉から排出される排ガスであることとしたが、これに限定されるものではなく、他の燃焼ガスやプロセスガスであってもよい。
　ただし、製鋼用の電気炉から排出される排ガスは、粒状物の濃度が他の燃焼ガスやプロセスガスに比べて非常に高いため、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題が生じやすい。したがって、製鋼用の電気炉から排出される排ガスの成分を測定する場合に、本発明の効果がより有効に働くこととなる。
　また、図３に示すように、排除装置５０は、前記中空管５２に加えて、一対の開口部２６から内方に向けてパージガス（例えば、窒素ガス）を噴射するよう構成されたガス噴射装置５４を含むこととしてもよい。図３は、第二実施形態に係るガス成分測定装置１０を説明するための説明図である。第二実施形態に係るガス成分測定装置１０においては、ガス噴射装置５４により噴射されたパージガスが、一対の開口部２６（図３には、便宜上、片方の開口部２６のみしか表していない）及び中空管５２を通って、サイクロン装置２０内に進入するようになっている。
　そのため、粒状物を含む排ガスは、サイクロン装置２０内に進入したパージガスの作用により、中空管５２内だけでなく中空管５２の出口付近（図３において符号Ｐで表す部分）においても、レーザ光と交わらない。したがって、粒状物を含む排ガスとレーザ光が交わる範囲を、粒状物の割合が比較的小さい前記中央部分により適切に限定することができる。そのため、このようなガス噴射装置５４を設けることにより、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題をより適切に解消することができる。
　なお、第二実施形態（図３）においては、中空管５２に追加する形態でガス噴射装置５４を設けることとしたが、中空管５２が設けられることなくガス噴射装置５４を設ける例であっても構わない。かかる例においては、開口部２６の出口付近で粒状物を含む排ガスとレーザ光が交わらないようにすることができるため、当該例においても、粒状物により受光部４４までレーザ光が届かない問題が解消されることとなる。なお、かかる例（中空管５２を設けない構成）においては、中空管５２が設けられた構成においてガス噴射装置５４を追加する形態よりも、パージガスの流量を大きくする方が好ましい。
１０　ガス成分測定装置
２０　サイクロン装置
２０ａ　側面
２０ｂ　底部
２０ｃ　天井部
２２　ガス導入口
２４　ガス出口
２６　開口部
２６ａ　入射開口部
２６ｂ　出射開口部
２８　凸部
４０　レーザガス分析装置
４２　発光部
４４　受光部
５０　排除装置
５２　中空管
５４　ガス噴射装置
６０　導入管
Ｔ　中心軸

Claims (10)

  1. 　ガス導入口が設けられたサイクロン装置と、
    　前記ガス導入口から前記サイクロン装置内に導入される、粒状物を含む対象ガスの成分を、前記サイクロン装置内で測定するレーザガス分析装置と、
    　を備えることを特徴とするガス成分測定装置。
  2. 　請求項１に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記レーザガス分析装置は、前記サイクロン装置内の遠心部分を除いた中央部分に位置する前記対象ガスの成分を測定することを特徴とするガス成分測定装置。
  3. 　請求項１又は２に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記サイクロン装置は、側面に互いに対向する一対の開口部を備え、
    　前記レーザガス分析装置の発光部が、前記一対の開口部のうちの一方から前記サイクロン装置内にレーザ光を入射させるよう配置され、前記レーザガス分析装置の受光部が、前記一対の開口部のうちの他方から外部に出射してくる前記レーザ光を受光するよう配置されていることを特徴とするガス成分測定装置。
  4. 　請求項３に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記サイクロン装置の内部側において前記一対の開口部の近傍における前記粒状物の通過を妨げ、前記レーザ光の光路上の前記粒状物を減少させるよう構成された排除装置を備えることを特徴とするガス成分測定装置。
  5. 　請求項４に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記排除装置は、前記一対の開口部から内方に向けてパージガスを噴射するよう構成されたガス噴射装置を含むことを特徴とするガス成分測定装置。
  6. 　請求項４又は５に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記排除装置は、前記一対の開口部から内方に向けて突出するように設けられた中空管を含むことを特徴とするガス成分測定装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記サイクロン装置は、上方が天井部により閉鎖され、側面に前記ガス導入口が設けられており、下端に前記粒状物と共に前記対象ガスを排出するガス出口が設けられていることを特徴とするガス成分測定装置。
  8. 　請求項７に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記サイクロン装置は、前記天井部から下方に延び、外形が前記サイクロン装置の鉛直中心軸を軸とする回転面である凸部を有することを特徴とするガス成分測定装置。
  9. 　請求項８に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記凸部は、下方が小径となる逆円錐状の形状を有することを特徴とするガス成分測定装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか１項に記載のガス成分測定装置であって、
    　前記ガス導入口と前記粒状物と共に前記対象ガスを排出するガス出口との双方が、製鋼用の電気炉から排出される排ガスを通す排気ダクトに接続されており、前記排ガスの成分を測定するよう構成されていることを特徴とするガス成分測定装置。
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