CN103149171B - 燃烧排气分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃烧排气分析装置，使测量者能够对CO₂传感器的测量值所产生的误差进行识别。运算处理部（32）包括：运算单元（34）、修正单元（36）、相关关系数据保持部（37）、二氧化碳浓度推定单元（48）及二氧化碳浓度误差判定单元（40）。相关关系数据保持部（37）、二氧化碳浓度推定单元（38）及二氧化碳浓度误差判定单元（40）用来对修正单元（36）在进行测量对象成分浓度的修正中使用的二氧化碳浓度的测量值的精度进行评价。为了判断根据由CO₂传感器（14）得到的信号而求得的试样气体中的二氧化碳浓度是否正确，使用设于装置中的0₂传感器（24）的测量值。

Description

燃烧排气分析装置

技术领域

本发明涉及一种将火力发电厂的燃烧排气等燃烧气体作为试样气体，对试样气体中的S0₂及NOx、CO的浓度进行连续测量的燃烧排气分析装置。

背景技术

火力发电厂等所产生的燃烧排气中的S0₂及NOx、CO等成分的浓度一般利用红外线吸收式气体分析仪来连续地进行测量。红外线吸收式气体分析仪的检测部包括：用于使作为试样气体的燃烧排气流通的试样室；对试样室照射测量光的光源；和根据透过试样室的测量光，来对试样室中的规定成分的浓度进行检测的测量传感器（参见专利文献1。）。

在检测部中设有对S0₂及NOx、CO等各自成分的浓度进行测量的测量传感器。各测量传感器具备将各测量对象成分的气体封入的室，通过使透过了试样室的测量光经过该室内，选择性地对测量对象成分的吸收波长区域的红外线进行测量。

燃烧排气中还含有C0₂。存在C0₂的红外线吸收波长带与S0₂及NO、CO的吸收波长带部分重叠，C0₂的浓度对S0₂及NO、CO的浓度的测量值产生干扰影响的问题。为了抑制因C0₂而引起的对测量值的干扰，在检测器的室的入射侧，一般配置有将C0₂的红外线吸收波长区域的光去除的过滤器或将CO₂气体封入的气体过滤器。

但是，在这些过滤器中，由于没有能够将C0₂的红外线吸收波长区域的光完全去除，因而另行设置对试样气体中的CO₂浓度进行测量的CO₂传感器，用测得的CO₂浓度来对S0₂及NO、CO的浓度的测量值进行修正。另外，作为CO₂传感器，采用热电传感器等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开平10-82740号公报

发明内容

发明要解决的课题

由于作为测量对象成分的S0₂及NO、CO的浓度要求较高的测量精度，对这些成分进行检测的各测量传感器往往采用标准气体定期地进行校正。相反，对用来进行S0₂及NO、CO的浓度修正的C0₂的浓度却并未重视其测量精度，因而对CO₂传感器几乎不进行费功夫的定期校正。

CO₂传感器的零点校正可以在对S0₂及NO、CO等测量对象成分的传感器进行零点校正的时候一起进行。但是，由于SPAN校正另外需要CO₂标准气体，因而往往是在较长期间（例如数月或数年）未进行SPAN校正的状态下而被使用。为此，即使因CO₂传感器的漂移或故障等的异常而导致CO₂测量值产生较大的误差，测量者也无法识别该异常。由于测量者无法识别CO₂传感器的测量值异常，所以存在用包含较大误差的CO₂浓度的测量值对S0₂及NO、CO的测量值进行修正，因而使S0₂及NO、CO的测量精度变差的问题。

因此，本发明是以使测量者能够识别CO₂传感器的测量值产生的误差为目的的。

用于解决课题的手段

本发明的燃烧排气分析装置，其特征在于，包括：测量传感器，其具备用于使试样气体流通的试样室，通过对该试样室照射测量光，发出来自试样气体中的测量对象成分的浓度的信号；二氧化碳传感器，其根据透过试样室的测量光，发出来自试样气体中的二氧化碳浓度的信号；氧气传感器，其发出来自试样气体中的氧气浓度的信号；运算处理部，包括：根据测量传感器的信号来求出试样气体中的测量对象成分浓度的测量对象成分运算单元；根据二氧化碳传感器的信号来求出试样气体中的二氧化碳浓度的二氧化碳浓度运算单元；根据氧气传感器的信号来求出试样气体中的氧气浓度的氧气浓度运算单元；以及用二氧化碳浓度运算单元求得的二氧化碳浓度来对测量对象成分浓度进行修正的修正单元，运算处理部具备：将试样气体中的氧气浓度和二氧化碳浓度的相关关系数据进行保持的相关关系数据保持部；根据相关关系数据保持部所保持的相关关系数据，由氧气浓度运算单元求得的氧气浓度来对试样气体中的二氧化碳浓度进行推定的二氧化碳浓度推定单元；以及将二氧化碳浓度推定单元所推定的二氧化碳浓度与二氧化碳浓度运算单元所求得的二氧化碳浓度进行比较，在两个二氧化碳浓度的差超过预先设定的基准值的情况下，判定为异常的二氧化碳浓度误差判定单元。

发明的效果

本发明是基于燃烧排气中所含氧气的浓度与二氧化碳的浓度之间成立一定的相关关系这一知识而做出的。以往，在燃烧排气分析装置中一般设有对试样气体中所含有的氧气的浓度进行测量的氧气传感器，基于该氧气传感器的测量值，可以对试样气体中所含有的二氧化碳的浓度进行推测。在本发明中，是将基于氧气传感器的测量值所得到的试样气体中的二氧化碳浓度的推定值作为二氧化碳传感器的测量值的准确性的判定基准来进行利用的。

即，本发明的燃烧排气分析装置，其基于测量传感器和二氧化碳传感器的信号来求出各成分的浓度而进行运算的运算处理部包括：对试样气体中的氧气浓度和二氧化碳浓度的相关关系数据进行保持的相关关系数据保持部；基于氧气传感器的信号来求出试样气体中的氧气浓度的氧气浓度运算单元；基于相关关系数据保持部所保持的相关关系数据由氧气浓度运算单元求得的氧气浓度来对试样气体中的二氧化碳浓度进行推定的二氧化碳浓度推定单元；以及将二氧化碳浓度推定单元推定的二氧化碳浓度与二氧化碳浓度运算单元求得的二氧化碳浓度进行比较，当两二氧化碳浓度的差超过预先设定的基准值时，则判定为异常的二氧化碳浓度误差判定单元。由此，当对测量对象成分浓度的测量值的修正所使用的二氧化碳浓度的误差为一定以上时，就可以判定为异常，能够容易地识别二氧化碳浓度的测量精度的恶化。

附图说明

图1是示出燃烧排气分析装置的一个实施例的概略结构图。

图2是示出检测部的结构的一个例子的概略结构图。

图3是用来说明烟道排气中的氧气浓度和二氧化碳浓度之间的相关关系的图表。

具体实施方式

在本发明的优选实施方式中，还包括：当二氧化碳浓度误差判定单元判定为异常时，对该异常情况进行显示的异常显示部。由此，测量者能够更容易地识别二氧化碳浓度的测量值的异常。

以下，参照图1对燃烧排气分析装置的一个实施例进行说明。

设有用于将试样气体导入的试样气体流路2和用于将基准气体导入的基准气体流路3。试样气体流路2和基准气体流路3都与流路连接切换机构16相连接。

流路连接切换机构16由二个电磁阀16a和16b构成。电磁阀16a是将试样气体流路2切换到测量流路4或者气体排气流路5中的某一方而连接的；电磁阀16b是将基准气体流路3切换到气体排气流路5或者测量流路4中的某一方而连接的。对电磁阀16a和16b进行控制，以使当试样气体流路2与测量流路4连接时，基准气体流路3与气体排气流路5连接；当试样气体流路2与气体排气流路5连接时，基准气体流路3则与测量流路4连接。在气体排气流路5上设有针阀20。针阀20是为了在进行试样气体和基准气体切换时进行调整，以使0₂传感器24中流动的试样气体流量不会因流路阻力之差而发生变化而设置的。

在测量流路4上配置有检测部10。在测量流路4上的检测部10的下游侧设有流量计18。关于检测部10将在后面进行叙述。

在试样气体流路2上连接有具备0₂传感器24的氧气测量流路6。氧气测量流路6是用来将试样气体流路2中流动的试样气体的一部分取出以对试样气体中的氧气浓度进行测量的流路。0₂传感器24发出与氧气浓度相应的信号；0₂传感器24发出的信号被取入运算处理部32。在氧气测量流路6上还设有针阀26。在基准气体流路3上连接有流量调整流路8的一端。流量调整流路8通往***管30，且具有毛细管28，是为了对向检测部10侧供给的基准气体的流量进行调整而设置的。

检测部10包括：对试样气体中所含有的S0₂及NO、CO等的成分的浓度进行检测的测量传感器12和对试样气体中所含有的二氧化碳的浓度进行检测的CO₂传感器14。利用测量传感器12可以得到与测量对象成分的浓度相应的信号；利用CO₂传感器14可以得到与二氧化碳浓度相应的信号。由测量传感器12及CO₂传感器14得到的信号被取入运算处理部32。

运算处理部32包括：运算单元34、修正单元36、相关关系数据保持部37、二氧化碳浓度推定单元38及二氧化碳浓度误差判定单元40。

运算单元34进行根据由测量传感器12或CO₂传感器14及0₂传感器24得到的信号来求出S0₂及NO、CO等测量对象成分浓度、二氧化碳浓度以及氧气浓度的运算。该运算单元32包含二氧化碳浓度运算单元和氧气浓度运算单元。

修正单元36是对由运算单元34求得的测量对象成分浓度利用同样求得的二氧化碳浓度来进行修正的。通过修正单元36修正的测量对象成分浓度作为测量值被实时地显示于显示部42。

相关关系数据保持部37、二氧化碳浓度推定单元38及二氧化碳浓度误差判定单元40用来对修正单元36使用于测量对象成分浓度的修正的二氧化碳浓度的测量值的精度进行评价。为了对根据由CO₂传感器14得到的信号求出的试样气体中的二氧化碳浓度是否正确进行判断，使用装置中设有的0₂传感器24的测量值。另外，该评价可以设定为每隔一定的期间（例如，一个月）进行，测量者也可以在任意时刻进行。

燃烧气体中的二氧化碳浓度与氧气浓度之间有一定的相关关系。图3是表示煤炭、重油及天然气体的燃烧气体中的二氧化碳浓度与氧气浓度的相关关系的图表。如该图表所示，燃烧气体中的二氧化碳浓度与氧气浓度大致为直线关系，例如，煤炭的燃烧气体中的二氧化碳浓度与氧气浓度之间的关系可以由下式（1）近似地表示。

CO₂浓度＝-0.9×0₂浓度+18.7（1）

对于重油或天然气体的燃烧气体也可以由同样的线性式来近似地表示。在相关关系数据保持部37中保持有与如煤炭或重油、天然气体这样的燃料的种类相应的式（1）那样的近似式，开始测量之前，测量者通过将燃料的种类输入运算处理部32，选择与该燃料的燃烧气体对应的相关关系的近似式，使用于后述的二氧化碳浓度的推定。

二氧化碳浓度推定单元38是使用保持于相关关系数据保持部37中的近似式，并根据运算单元34求得的氧气浓度对试样气体中的二氧化碳浓度进行推定的。

二氧化碳浓度误差判定单元40把二氧化碳浓度推定单元38求得的推定值作为判断基准，对根据由CO₂传感器14得到的信号求出的试样气体中的二氧化碳浓度是否正确进行判断。具体地，对根据由CO₂传感器14得到的信号所求出的二氧化碳浓度与二氧化碳浓度推定单元38所求出的二氧化碳浓度的误差是否在一定的允许范围内（例如二氧化碳浓度的推定值的±3vol％以内）进行判定，如果在允许范围外的话，就判定为“异常”，在显示部42中对该异常情况进行显示。

例如在试样气体为煤炭的燃烧气体的情况下，由CO₂传感器14的信号求得的二氧化碳浓度（CO₂浓度测量值）满足下式（2）或者（3）时，则判定为“异常”。

CO₂浓度测量值＞-0.9×0₂浓度+（18.7+3）（2）

CO₂浓度测量值＜-0.9×0₂浓度+（18.7-3）（3）

运算处理部32可以通过例如该分析装置的专用的计算机或者个人计算机的CPU（中央运算处理装置）和数据存储器来实现，显示部42可以通过专用的计算机或者个人计算机的监视器来实现。

另外，作为检测部10可以列举具有如图2所示的结构。下面，对图2中检测部10的结构进行说明。

检测部10为非分散型红外吸收光度计，包括：光源44、试样室46、CO₂过滤器48、测量传感器12a、12b、12c以及CO₂传感器14。试样气体或者基准气体流经试样室46，由光源44对试样室46进行测量光照射。在隔着试样室46与光源44相反的一侧，从试样室44侧依次配置有CO₂过滤器48、测量传感器12a、12b、12c及CO₂传感器14。

CO₂过滤器48由封入有C0₂的室组成，通过使透过试样室46的测量光经过，从测量光中去除C0₂的吸收波长成分。测量传感器12a、12b、12c包括分别封入有S0₂及NO、CO中的某一个的室。

各测量传感器12a、12b及12c通过让穿过试样室46及CO₂过滤器48的测量光经过各自的室，来得到与流经试样室46的气体中的测量对象成分的浓度相应的信号。各测量传感器12a、12b及12c的测量对象成分为，例如，测量传感器12a为S0₂；测量传感器12b为NO；测量传感器12c为CO。由各测量传感器12a、12b及12c得到的信号被取入运算处理部32，通过运算处理部32的运算单元24来进行求出各测量对象成分的浓度的运算。

CO₂传感器14接受经过了试样室46、CO₂过滤器48、测量传感器12a、12b、12c的测量光，对二氧化碳具有吸收波长的光的强度进行检测。根据试样气体流经试样室46时与基准气体流经试样室46时的CO₂传感器14的信号强度之差可以求出试样气体中的CO₂浓度。二氧化碳浓度误差判定单元40的结构为：将运算单元34求得的试样气体中的二氧化碳浓度与二氧化碳浓度推定单元38推定出的二氧化碳浓度进行比较，当两二氧化碳浓度之差为一定值以上（例如3％以上）的时候，则判定为异常。

另外，CO₂传感器14可以通过例如热电型传感器来实现。

符号说明

2        试样气体流路

3        基准气体流路

4        测量流路

5        气体排气流路

6        氧气测量流路

8        旁通流路

10       检测部

12       测量传感器

14       CO₂传感器

16       流路连接切换机构

18       流量计

20，26   针阀

24       0₂传感器

28       毛细管

30       ***管

32       运算处理部

34       运算单元

36       修正单元

37       相关关系数据保持部

38       二氧化碳浓度推定单元

40       二氧化碳浓度误差判定单元

42       显示部。

Claims (2)

1.一种燃烧排气分析装置，其包括：

测量传感器，其具备用于使试样气体流通的试样室，通过对该试样室照射测量光，发出与试样气体中的测量对象成分的浓度相应的信号；

二氧化碳传感器，其根据透过了所述试样室的测量光，发出与试样气体中的二氧化碳浓度相应的信号；

氧气传感器，其发出与所述试样气体中的氧气浓度相应的信号；

运算处理部，其包括：根据所述测量传感器的信号来求出试样气体中的测量对象成分浓度的测量对象成分运算单元；根据所述二氧化碳传感器的信号来求出试样气体中的二氧化碳浓度的二氧化碳浓度运算单元；根据所述氧气传感器的信号来求出试样气体中的氧气浓度的氧气浓度运算单元，

所述燃烧排气分析装置的特征在于，

所述运算处理部包括：用所述二氧化碳浓度运算单元求得的二氧化碳浓度来对所述测量对象成分浓度进行修正的修正单元；将试样气体中的氧气浓度和二氧化碳浓度的相关关系数据进行保持的相关关系数据保持部；根据所述相关关系数据保持部所保持的相关关系数据，由所述氧气浓度运算单元求得的氧气浓度来对试样气体中的二氧化碳浓度进行推定的二氧化碳浓度推定单元；以及将所述二氧化碳浓度推定单元所推定的二氧化碳浓度与所述二氧化碳浓度运算单元所求得的二氧化碳浓度进行比较，在两个二氧化碳浓度的差超过预先设定的基准值的情况下，判定为异常的二氧化碳浓度误差判定单元。

2.根据权利要求1所述的燃烧排气分析装置，还包括异常显示部，当所述二氧化碳浓度误差判定单元判定为异常时，对该异常情况进行显示。