生命科学関連特許情報
| タイトル： | 特許公報(B2)_ＳＯ３，ＮＨ３同時連続濃度計 |
| 出願番号： | 2001196480 |
| 年次： | 2012 |
| IPC分類： | G01N 21/33,G01N 1/22,G01N 21/01 |
特許情報キャッシュ
倉田 孝男 小林 健 八木 武人 小原 正孝 鈴木 孝平 JP 4899259 特許公報(B2) 20120113 2001196480 20010628 ＳＯ３，ＮＨ３同時連続濃度計 株式会社ＩＨＩ 000000099 絹谷 信雄 100068021 倉田 孝男 小林 健 八木 武人 小原 正孝 鈴木 孝平 20120321 G01N 21/33 20060101AFI20120301BHJP G01N 1/22 20060101ALI20120301BHJP G01N 21/01 20060101ALI20120301BHJP JPG01N21/33G01N1/22 DG01N21/01 C G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 G01N 1/00-1/36 G01N 31/00-31/22 G01J 1/00-1/60;11/00 G01J 3/00-4/04 G01J 7/00-9/04 JSTPlus/JST7580(JDreamII) 特開昭６２−２５７０４５（ＪＰ，Ａ） 特開２０００−００９６０３（ＪＰ，Ａ） 特開平０３−１１３３６９（ＪＰ，Ａ） 特開平１１−２９５２９３（ＪＰ，Ａ） 特開２０００−３０４６９５（ＪＰ，Ａ） 特開昭５９−２１１８４６（ＪＰ，Ａ） RINKE G, HARTIG C，Mehrkomponenten-Prozess-UV-Spektrometer，tm-Tech Mess，ドイツ，１９９４年 ５月，Vol.61 No.5，Page.204-207 2 2003014634 20030115 8 20080424 田嶋 亮介 【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ、ごみ焼却器等の燃焼設備の煙道中の排ガス中に含まれるＳＯ3 ，ＮＨ3 同時連続濃度計に関するものである。【０００２】【従来の技術】ボイラやゴミ焼却器などの燃焼設備から排出されるガスには硫黄酸化物や窒素酸化物の有害な成分が含まれているため、排煙処理装置などで除去する必要がある。【０００３】この排煙処理装置は、ボイラーから排出された排ガスを脱硝装置で窒素酸化物（ＮＯx ）を除去し、ガス−エアーヒータを通して熱回収し、電気集塵機で除塵した後、湿式脱硫装置に導入して排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯx ）を吸収除去して大気に放出する。【０００４】硫黄酸化物には、ＳＯ2 、ＳＯ3 があり、窒素酸化物には、ＮＯ、ＮＯ2 がある。【０００５】通常ボイラでは、ＮＯを除去するための脱硝装置において、脱硝触媒にＮＯを通すことによって、ＮＯを還元しているが、その際にアンモニア（ＮＨ3 ）を注入して、下式のようにＮＯを還元する。【０００６】４ＮＨ3 ＋ ４ＮＯ ＋ Ｏ2 ＝ ４Ｎ2 ＋ ６Ｈ2 Ｏしかし、注入したＮＨ3 は全て上式で使われるわけではなく、一部リークして脱硝装置（通常の装置は４００℃近辺）を通過する。この量は、脱硝装置内の触媒が劣化するにつれて大きくなる。【０００７】また、ＳＯ3 は、ボイラでの燃焼によっても発生するが、脱硝触媒の劣化が進むと、下式のように触媒によるＳＯ2 のＳＯ3 への転換率も上昇するため、ＳＯ3 濃度が高まる。【０００８】２ＳＯ2 ＋ Ｏ2 ＝ ２ＳＯ3このように、ボイラ煙道中（温度３５０℃以上）では、ＮＨ3 とＳＯ3 が同時に存在しており、両者のガス濃度を同時に測定することが必要である。【０００９】ＳＯ2 とＳＯ3 は、ガス温度が下がると下式のように酸性硫安、硫安に変化し、これは液体または固体であり、煙道壁面や煙道内の機器に付着する。【００１０】ＮＨ3 ＋ ＳＯ3 ＋ Ｈ2 Ｏ ＝ ＮＨ4 ＨＳＯ4２ＮＨ3 ＋ ＳＯ3 ＋ Ｈ２ Ｏ ＝ （ＮＨ4 ）2 ＨＳＯ4酸性硫安は、エアーヒータのエレメントへの付着による閉塞などを引き起こす。酸性硫安は腐食性物質であり、これが付着すると壁面や機器が腐食してしまう。【００１１】またアンモニアは、ＳＯ3 の中和用にも使用され、電気集塵機の手前で煙道中に注入される。そのためアンモニア量の制御のためにも、アンモニア量とＳＯ3 量の把握が必要であった。【００１２】このように、ＮＨ3 とＳＯ3 は同時に計測する必要がある。【００１３】しかし、ＳＯ3 濃度計測は、凝縮法など手分析の方法が一般的であり、信頼できる連続計測計は存在しない。また、ＮＨ3 濃度計も紫外線吸収法、赤外線吸収法、溶液導電率分析計等があるが、信頼できる連続計測計はなく、またＳＯ3 とＮＨ3 を同時に計測できる計測装置は存在しない。【００１４】一般に、紫外線吸収分析でのガス中の濃度の検出は、既知濃度の紫外線吸収スペクトルをとり、吸光度を濃度毎にプロットした検量線を作成した後で、未知濃度の吸光度と対比することで、ガスの濃度を求めている。【００１５】検量線による濃度の測定は、ランベルトベールの法則により作成した検量線が、直線になるので、その直線の式を求めれば、吸光度の代入で濃度が求められるという原理による。【００１６】この検量線に基づくボイラの排煙中のＳＯ2 とＳＯ3 のガス濃度を紫外線吸収分析により測定する場合、煙道中の排ガスをポンプの吸引力でガスセル内に導入し、そのガスセルに紫外線を透過して吸収スペクトルを求めて計測することが行われている。【００１７】この際、ＳＯ2 とＳＯ3 の吸収スペクトル帯が同じために、これらを個々に計測することが困難であったが、本出願人が先に出願した特願平１１−３７４１０６号（発明の名称：煙道中のＳＯ3 ガスの濃度算出方法）により、ＳＯ2 とＳＯ3 の濃度を検出することが可能となった。この濃度算出方法は、ＳＯ3 の濃度を検出する際に妨害ガスとなるＳＯ2 を混入したガスで、ＳＯ3 の組成比を変えながら吸光度スペクトルをとり、その吸光度スペクトルデータを基に、ＰＬＳ（Partial Least Squares)等による多変量解析により、ＳＯ2 とＳＯ3 検量線を作成し、その検量線を基に、煙道中の排ガスを紫外線吸収分析して排ガス中の、未知濃度のＳＯ2 とＳＯ3 を計測できるようにしたものであり、同様にＮＨ3 もそのの組成比を変えながら吸光度スペクトルをとることで、多変量解析にて、ＳＯ3 とＮＨ3 を同時に計測できる。【００１８】【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のようにボイラでは、脱硝装置の入り口で、アンモニアを注入してＮＯを還元しており、また、電気集塵機の入口側では、ＳＯ3 を硫安として回収するためにアンモニアを注入しているため、アンモニアとＳＯ3 量の把握が必要である。【００１９】しかしながら、脱硝装置の出口側での煙道ガス温度は４００℃であるものの、アンモニアとＳＯ3 が同時に存在しているため、この状態で排ガスをガスセル内にサンプリングして計測する場合、ガスセルに至る配管温度が管理されていないため、アンモニアとＳＯ3 が結合して酸性硫安または硫安に変化して正確なアンモニア濃度とＳＯ3 濃度が計測できない問題がある。【００２０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス中のアンモニアとＳＯ3 を紫外線吸収分析法にて確実に連続計測できるＳＯ3 ，ＮＨ3 同時連続濃度計を提供することにある。【００２１】【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するために、請求項１の発明は、煙道中の排ガスをガスセル内に導入し、そのガスセルに導入した排ガス中のＳＯ3とＮＨ3を紫外線吸収分析で同時に連続的に計測する濃度計において、煙道から排ガスをガスセルに導入する配管を接続すると共に、ガスセルにゼロ測定用の校正用ガス及び参照用の標準ガスを導入する配管を接続し、これら配管の温度を３５０〜４５０℃に保って濃度を測定するようにしたＳＯ3，ＮＨ3同時連続濃度計である。【００２２】 請求項２の発明は、上記配管と上記ガスセルの温度を３５０〜４５０℃に保って濃度を測定する請求項１記載のＳＯ3，ＮＨ3同時連続濃度計である。【００２３】【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。【００２４】図１により、本発明におけるＳＯ3 ，ＮＨ3 同時連続濃度計を説明する。【００２５】図１において、１０は、ボイラからの排ガスが流れる煙道で、その煙道１０の排ガス流れ方向に沿って、それぞれフランジ１１，１１を介して入口プローブ１２と出口プローブ１３と煙道１０内に、排ガス流と直交して突出するように設けられ、その出入口プローブ１２，１３がバイパス配管１４で接続され、そのバイパス配管１４にフィルタ１５とブロア１６が接続される。【００２６】フィルタ１５には、除塵後の排ガスをガスセル１７に導入する導入配管１８が接続され、ガスセル１７の出口側には、排気手段としての排気管１９が接続され、その排気管１９にトラップ２０、圧力モニター２１、制御弁２２、ポンプ２３、フローメータ２４が順次接続されて排気手段が構成される。【００２７】導入配管１８には、校正用ガス及び参照用の標準ガスを供給するガス供給配管２５が接続され、そのガス供給配管２５に、開閉弁２６を介してゼロ測定用の窒素ガス供給ボンベ２７が接続されると共に、開閉弁２８を介して参照用の標準ガス供給ボンベ２９が接続される。またボンベ２７，２９には、供給ガス圧を調整するレギュレータ３０，３１が設けられている。【００２８】導入配管１８とガス供給配管２５には、それぞれ切換弁３２，３３が接続される。また導入配管１８には、排気弁３４が接続される。【００２９】窒素ガス供給ボンベ２７は、窒素ガスの他に空気でもよい。標準ガスは、ＳＯ3 、アンモニア、その他、安定なＳＯ2 ガスでもよい。【００３０】バイパス配管１４、導入配管１８、ガス供給配管２５には、ガスセル１７に導入するガスを３５０〜４５０℃に保つための加熱ヒータ３５，３６，３７が設けられている。またガスセル１７にも加熱ヒータ３８が設けられる。【００３１】ガスセル１７の一方には、Ｘｅランプ、重水素ランプ、Ｘｅフラッシュランプなど紫外線を照射する光源４０が設けられると共に受光部４１が設けられ、そのガスセル１７の両側に全反射ミラー４２，４３，４４が設けられる。【００３２】この全反射ミラー４２，４３，４４は、図示のようにガスセル１７の光源４０と受光部４１に位置して２枚の全反射ミラー４２，４３が、他方側に１枚の全反射ミラー４４が配置され、光源４０からの紫外線ＵＶが、全反射ミラー４２より反射されてガスセル１７を透過し、他方のガスセル１７側に配置した全反射ミラー４４で、反射されてガスセル１７を透過し、一方の全反射ミラー４３より受光部４１に入射するようにされる。【００３３】このように、ガスセル１７内でマルチパスを形成することで紫外線の吸光路長が長くすることができ測定精度を向上できる。【００３４】受光部４１に入射された紫外線ＵＶは、光ファイバ４５を介して分光器４６で分光されると共にその光強度が検出される。【００３５】分光器４６は、紫外線（領域０〜４００ｎｍ）中の２００〜３５０ｎｍの範囲の波長を分光し、それを光検出素子で検出し、その吸光度データが演算装置４７に入力されて演算される。【００３６】次に本発明の作用を説明する。【００３７】先ず、ブロア１６により、煙道１０内の排ガスを入口プローブ１２よりバイパス配管１４に導入し、その排ガスを出口プローブ１３により戻す。この際、入口プローブ１２は、煙道１０内に、排ガスと直交するよう突出して設けられることで、バイパス配管１４内へのダストの侵入を極力少なくする。【００３８】次に、ガスセル１７の下流側のポンプ２３にて、バイパス配管１４内をバイパスする排ガスの一部をフィルター１５を介し導入配管１８を介してガスセル１７に導入する。【００３９】このガスセル１７に排ガスを導入する際、バイパス配管１４は、加熱ヒータ３５で、煙道１０の温度（約４００℃）と同じ温度に保ち、排ガス中のフライアッシュ、ダストに付着している化合物から、ＳＯ3 やアンモニアが再生されないようにする。【００４０】また、フィルター１５を介してガスセル１７に導入する排ガス量は、僅かでよいが、煙道１０から直接排ガスを導入すると、排ガス量が少ないため、その排ガス温度制御が困難であると共にフィルター１５へ付着するダスト量も多くなる。そこで、バイパス配管１４にて煙道１０から排ガスを導入して煙道１０の下流に流し、バイパス配管１４に接続したフィルター１５を介して、そのバイパス配管１４中の排ガスの一部を吸引することで、フィルター１５へのダスト付着量も少なく、また、ダストを除去した排ガスの必要量を導入配管１８を介してガスセル１７に導入することで排ガスの温度制御が容易にできる。【００４１】この際、煙道１０からガスセル１７に至る配管、すなわちバイパス配管１４と導入配管１８を、加熱ヒータ３５，３６にて、排ガス温度が３５０〜４５０℃に保ち、ガスセル１７内を、加熱ヒータ３８で、３５０〜４５０℃に保つようにする。【００４２】すなわち、排ガス温度が３５０℃以下となると、排ガス中のアンモニアとＳＯx が反応して酸性硫安や硫安となり、また排ガス温度が４５０℃以上となると、ＳＯ2 がＳＯ3 に転換し、正確なアンモニアとＳＯ3 の測定が行えなくなるが、上記の温度範囲に保つことで、煙道１０の排ガス成分を、そのままの状態にして正確に測定することができる。【００４３】また、測定後は、排気管１９よりトラップ２０にて排ガスを冷却して排ガス中のＳＯ3 等の腐食性ガス分を除去し、圧力モニター２１で測定圧力をモニターした後、ポンプ２３よりフローメータ２４を介して系外に排気する。【００４４】この際、計測後の排ガスを排気管１９よりトラップ２０で１００℃以下に冷却することで、ＳＯ3 等の腐食性ガスが除去される。従って、圧力モニター２１は、腐食環境から保護され、通常の半導体圧力計などが使用できる。【００４５】また、ＳＯ3 ，ＮＨ3 などの検量線を作成する際には、窒素ガス供給ボンベ２７から窒素ガスを校正ガス供給配管２５を介してガスセル１７内に供給してセル内の透過率のゼロ測定を行い、標準ガス供給ボンベ２９より、ＳＯ3 ，ＮＨ3 ,ＳＯ2 等の参照用の標準ガスをガスセル１７内に供給すると共にこれらガスを加熱ヒータ３７で、測定時の温度３５０〜４５０℃に保って計測を行う、この場合、ガスセル１７内の圧力が変化すると吸光度も変化するため、圧力モニター２１にて、測定圧力が一定となるように排気手段の制御弁２２を制御する。【００４６】また、圧力と吸光度は一定の比例関係にあるため、圧力モニター２１で検出した測定時の圧力に応じて吸光度データを補正するようにしてもよい。【００４７】次に計測方法の概略を説明する。【００４８】紫外線吸収法によって、ＮＨ3 ，ＳＯ3 の濃度を同時に求めるが、煙道１０中の排ガスには、ＮＨ3 ，ＳＯ3 だけでなく、ＳＯ2 ,ＮＯ等のガスが多く含まれている。【００４９】ＳＯ3 の吸収がある２００ｎｍから２６０ｎｍまでの範囲には、ＮＨ3 の吸収があり、また、ＳＯ2 ，ＮＯの吸収がある。【００５０】そこで、ＮＨ3 ，ＳＯ3 の組成比を種々変えたサンプルガスを標準ガス供給ボンベ２９、校正ガス供給配管２５を介してガスセル１７内に流してこれらの吸光度スペクトルをとり、これを基に多変量解析にてＮＨ3 ，ＳＯ3 の検量線を作成し、これをデータとし、これを基にガスセル１７に導入した排ガスの吸光度スペクトルを測定し、この吸光度スペクトルから多変量解析にてＮＨ3 ，ＳＯ3 の濃度を測定する。【００５１】なお、この検量線のデータを予め、演算装置４７に記憶させておき、サンプルガスとして、標準ガス供給ボンベ２９からＳＯ2 と窒素ガス供給ボンベ２７から窒素ガスを校正ガス供給配管２５を介してガスセルに供給することで、汚れ等による吸光度変化を補正するようにしてもよい。【００５２】【発明の効果】 以上要するに本発明によれば、ＳＯ3とＮＨ3の濃度が同時に求められるため、酸性硫安、硫安の生成する温度が予測でき、煙道の温度管理を行うことができ、又生成する酸性硫安、硫安の量が予測できる。また、脱硝装置の管理において、触媒劣化によって増大するリークアンモニア量の監視やＳＯ3量の監視が同時にできる。さらに、校正用ガス及び標準ガスを配管を介してガスセルに導入して検量線の作成を行うことができると共に、ガスセルの汚れなどによる吸光度の変化を補正することができる。【図面の簡単な説明】【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。【符号の説明】１０ 煙道１４ バイパス配管（配管）１７ セル１８ 導入配管（配管）４０ 光源（Ｘｅランプ）４６ 分光器４７ 演算装置 煙道中の排ガスをガスセル内に導入し、そのガスセルに導入した排ガス中のＳＯ3とＮＨ3を紫外線吸収分析で同時に連続的に計測する濃度計において、煙道から排ガスをガスセルに導入する配管を接続すると共に、ガスセルにゼロ測定用の校正用ガス及び参照用の標準ガスを導入する配管を接続し、これら配管の温度を３５０〜４５０℃に保って濃度を測定することを特徴とするＳＯ3，ＮＨ3同時連続濃度計。 上記配管と上記ガスセルの温度を３５０〜４５０℃に保って濃度を測定する請求項１記載のＳＯ3，ＮＨ3同時連続濃度計。