【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＯ濃度定量測定方法に関し、特にＳＯ２を含有する排ガス中におけるＮＯガス成分の濃度を高精度に測定することを可能とするＮＯ濃度定量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボイラーなどから排出される排ガスは、環境への影響を考慮する必要があることから、そのガスに含まれる各種成分の濃度を測定することが行われている。中でも一酸化窒素（ＮＯ）は、排ガス中の他の有害ガス（ＳＯ２など）と共に、ＮＯｘやＳＯｘと呼ばれるように環境汚染物質であるため、大気中に放出するに際しては環境基準を上回ることがないよう配慮する必要がある。また、その他にも、ＮＯ計測は、ボイラの燃焼調整、脱硝装置の制御に使用される等、様々な面から重要な役割を果たしている。
【０００３】
従来、サンプリングにより排ガスを抽出し、化学発光式や赤外線吸収式などの方法により分析することが行われている。また、最近では、測定の連続性と同時計測が可能であることから、近赤外域のレーザを用いて長光路差分吸収法により検出することが考案されている。つまり、排ガスが通過する煙道の途中に、排ガスの排出方向に直行する一直線上に対向配置した一対の透過窓を設け、煙道外からこの透過窓を介してレーザを煙道内のＮＯに照射して透過した透過光を調べることにより、煙道内のＮＯ濃度を測定する。この際、近赤外域のレーザを出射する光源としては、半導体レーザを用いることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＮＯ濃度定量測定方法においては、近赤外域のレーザとして用いられている半導体レーザはレーザ出力が比較的小さいので、排ガスに粉塵等の異物が混入している場合はその異物にレーザ光のほとんどが散乱されてしまい、排ガスに含まれるＮＯ濃度を高精度に測定することが困難であるという問題があった。そこで、比較的大きな出力が得られる紫外域のパルスレーザを用いて濃度を測定することが考案されたが、この場合には、ＳＯ２も紫外域に吸収スペクトルをもつためにＮＯの吸収スペクトルとの分離が困難なので、同様に排ガスに含まれるＮＯ濃度を高精度に測定することが困難であるという問題があった。また、サンプリング法では、ＮＯ濃度の測定に時間遅れが生じるので、燃焼機器のフィードバック制御が困難になるという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＳＯ２を含む排ガス中に粉塵等の異物が混入している場合でもＮＯ濃度を高精度に測定することを可能とするＮＯ濃度定量測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ＳＯ２とＮＯとを含有するガス中に検査光を照射し、該ガスを透過した透過光に基づいて前記ガス中のＮＯ濃度を定量測定するＮＯ濃度定量測定方法であって、前記検査光が、２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長からなることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係るＮＯ濃度定量測定方法によれば、ＳＯ２は２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長域で急峻な形状をもつ吸収スペクトル形状を有しておらず、かつＮＯはこの波長域で対称的な急峻な吸収線をもつので、ＳＯ２に起因する吸収スペクトルとＮＯに起因する吸収スペクトルとを容易に分離することができ、したがって、ＳＯ２を含む排ガス中のＮＯ濃度を高精度に測定することができる。また、この波長域のレーザは近赤外域のレーザと比べて大きな出力を得ることができるので、排ガス中に粉塵等の異物が混入してその異物にレーザ光が幾分か散乱されたとしても、ＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す図である。
図１において、１は煙道、２は透過窓、３はレーザ発信器、４は受光器、Ｘは排ガス（ガス）である。
【０００９】
煙道１は、石炭焚き、重油焚きのボイラーの排ガスＸを導くものであり、例えば直径１０ｍの円筒形状に形成されている。排ガスＸは、例えば４００℃から６００℃程度となった高温のガスであり、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）の成分を含むと共に、他には例えば酸素（Ｏ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の成分を含んでいる。
【００１０】
透過窓２は、煙道１の途中の側壁に設けられており、煙道１の軸線方向に直行する一直線上に対向して一対となるよう配置されている。図１では、レーザ光（検査光）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が煙道１内に入射する入射側透過窓と、レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が煙道１内を透過して煙道１外へ出射する出射側透過窓２とからなる一対の透過窓２の内、出射側透過窓２のみが描かれている。この透過窓２は、高温（４００℃から６００℃程度）における光の透過が可能なように、例えば紫外光を透過する耐熱ガラスによって形成されている。
【００１１】
レーザ発信器３は、例えばパルスレーザ等の高出力の可能な紫外域の波長可変レーザから構成されており、検査対象となるガスの成分に応じた所定波長の検査用レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を出射するものである。本実施形態では、Ｐ１からＰ３まで符号を付されたレーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の内、ＮＯ濃度定量検査用のものをレーザ光Ｐ１として説明する。
【００１２】
レーザ発信器３から出射されるＮＯ濃度定量検査用レーザ光Ｐ１の波長は、例えば２００ｎｍから２５０ｎｍの範囲で可変となるよう所定波長に設定されており、レーザ発信器３から出射されるレーザ光Ｐ１は、煙道１に設けられた入射側透過窓を介して煙道１内の排ガスＸに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を透過する際、透過光Ｐｔ１となる。他に符号を付したＰｔ２、Ｐｔ３は、それぞれレーザ光Ｐ２、Ｐ３の透過光Ｐｔ２、Ｐｔ３を表す。
【００１３】
受光器４は、煙道１内の排ガスＸに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を透過した透過光Ｐｔ１を受光するものであり、透過光Ｐｔ１の強度に応じて電気信号を出力するものである。受光器４には、不図示の演算装置が設けられており、演算装置（不図示）は、受光器４にて出力された電気信号を演算処理し、一酸化窒素（ＮＯ）濃度を取得するものである。
【００１４】
次に、上記の構成からなるＮＯ濃度定量測定装置を用いてＮＯ濃度を測定する方法について説明する。
まず、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）を含むと共に、例えばアンモニア（ＮＨ３）、酸素（Ｏ２）等の成分を含んだ排ガスＸが煙道１に導かれて排出される際に、レーザ発信器３によりレーザ光Ｐ１を煙道１に設けられた入射側透過窓を介して煙道１内の排ガスＸ（一酸化窒素と二酸化硫黄を含む）に照射する。
【００１５】
レーザ光Ｐ１が照射された一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化硫黄（ＳＯ２）は、照射されたレーザ光Ｐ１の波長に応じて光の吸収が起こり、透過光Ｐｔ１として出射側透過窓２を介して煙道１より出射される。出射された透過光Ｐｔ１は、受光器４によって受光され、透過光Ｐｔ１の強度に応じた電気信号に変換され、不図示の演算装置に出力される。出力された電気信号は、不図示の演算装置によって演算処理され、処理結果に基づいて一酸化窒素（ＮＯ）濃度が取得される。
【００１６】
次に、上記の構成からなるＮＯ濃度定量測定装置を用いてレーザ光Ｐ１の透過率を調べた実験結果について説明する。
図２は、入射側透過窓を介してレーザ光Ｐ１を煙道１内の排ガスＸ（一酸化窒素と二酸化硫黄を含む）に照射した際の透過率を示した実験結果である。図２において、横軸は排ガスＸに照射したレーザ光Ｐ１の波長（ｎｍ）、縦軸はレーザ光Ｐ１の透過率（ａ．ｕ．）を表す。すなわち、波長可変レーザを用いて煙道１内の排ガスＸにレーザ光Ｐ１を照射した際の、レーザ光Ｐ１の透過率の波長依存性が示されている。図２では、排ガスＸに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化硫黄（ＳＯ２）との濃度を変化させた場合の、それぞれの濃度における実験結果が示されている。
【００１７】
図からわかるように、波長が２１４．７ｎｍから２１５ｎｍの範囲において、ＳＯ２２００ｐｐｍ以外の実験結果については、いずれもほぼ等しい波長において吸収線が現れており、そのスペクトルの形状も、ほぼ相似形となっている。ＳＯ２２００ｐｐｍ以外の実験結果としては、ＮＯ１０ｐｐｍの条件下でＳＯ２濃度を０ｐｐｍから２００ｐｐｍまで変化させた結果がいくつか示されているが、これらＮＯを１０ｐｐｍ含むいずれの実験結果においても、ＳＯ２濃度の増加に伴い、長波長側で透過率が上昇する傾向がみられる。
【００１８】
本発明の対象である２１４．９２ｎｍ近傍（約２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲）の波長域に注目すると、ＮＯが含まれないＳＯ２２００ｐｐｍの実験結果については、単調に増加する傾向のみが現れている（微細構造が存在しない）のに対し、ＮＯ１０ｐｐｍを含む他の実験結果については、ＮＯに起因する吸収線が現れている。これは、ＳＯ２が含まれないＮＯ１０ｐｐｍの実験結果から明らかである。すなわち、ＮＯ１０ｐｐｍとＳＯ２とを含む排ガスＸにレーザ光Ｐ１を照射した際の透過率を示す実験結果は、ＮＯ１０ｐｐｍの実験結果にＳＯ２濃度の寄与（単調に増加する傾向）が足し合わされた結果となっており、この波長域では、ＳＯ２によってはレーザ光Ｐ１の微細構造をもつ吸収が起こらず、ＮＯのみによってレーザ光Ｐ１が急峻に吸収される結果となっている。
【００１９】
上記の構成からなるＮＯ濃度定量測定方法によれば、ＮＯ濃度定量検査用のレーザ光Ｐ１として紫外域の波長可変レーザが用いられており、ＳＯ２は２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長域で微細構造のない単調な傾向を示し、かつＮＯはこの波長域で明確な吸収線をもつので、ＳＯ２に起因する吸収スペクトルとＮＯに起因する吸収スペクトルとを容易に分離することができ、したがって、ＳＯ２を含む排ガス中のＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【００２０】
また、この波長域のレーザは近赤外域のレーザと比べて大きな出力を得ることができるので、排ガス中に粉塵等の異物が混入してその異物にレーザ光が幾分か散乱されたとしても、ＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【００２１】
なお、図１では、ＮＯ濃度定量検査用レーザ光Ｐ１と平行して他の成分を検査するためのレーザ光Ｐ２、Ｐ３が描かれているが、これらレーザ光Ｐ２、Ｐ３は、測定の対象となる排ガスＸに含まれる成分に合わせて所定の波長（域）を有するものであり、これらレーザ光Ｐ２、Ｐ３の本数は、測定対象の数に応じて適宜調整してよいものである。（図１では、出射するレーザ光として描かれた３本のレーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３すべてに符号が付されている。）
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、ＳＯ２は２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長域で微細構造をもたず、かつＮＯはこの波長域で明確な吸収線をもつので、ＳＯ２に起因する吸収スペクトルとＮＯに起因する吸収スペクトルとを容易に分離することができ、したがって、ＳＯ２を含む排ガス中のＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るＮＯ濃度定量測定方法における装置を示す概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るＮＯ濃度定量測定装置を用いてＮＯとＳＯ２とからなるガスに検査光を照射した透過率を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｐ１ レーザ光（検査光）
Ｐｔ１ 透過光
Ｘ 排ガス（ガス）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for quantitatively measuring NO concentration, and more particularly to a method for quantitatively measuring NO concentration that enables highly accurate measurement of the concentration of a NO gas component in exhaust gas containing SO 2 .
[0002]
[Prior art]
In general, since the exhaust gas discharged from a boiler or the like needs to consider the effect on the environment, the concentration of various components contained in the gas is measured. Above all, nitric oxide (NO), together with other harmful gases (such as SO 2 ) in exhaust gas, is an environmental pollutant called NO x or SO x, and therefore exceeds environmental standards when released into the atmosphere. Care must be taken to ensure that nothing happens. In addition, NO measurement plays an important role from various aspects, such as being used for boiler combustion adjustment and control of a denitration device.
[0003]
Conventionally, exhaust gas has been extracted by sampling and analyzed by a method such as a chemiluminescence or infrared absorption method. In addition, recently, since continuity of measurement and simultaneous measurement are possible, detection using a laser in a near-infrared region by a long optical path difference absorption method has been devised. In other words, a pair of transmissive windows are provided in the middle of the flue through which the exhaust gas passes so as to face each other in a straight line perpendicular to the exhaust gas discharge direction. The NO concentration in the flue is measured by examining the transmitted light. At this time, a semiconductor laser is often used as a light source for emitting a laser in the near infrared region.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned conventional NO concentration quantitative measurement method, a semiconductor laser used as a laser in the near-infrared region has a relatively small laser output. Most of the laser light is scattered, and there is a problem that it is difficult to measure the NO concentration contained in the exhaust gas with high accuracy. Therefore, it has been devised to measure the concentration using a pulse laser in the ultraviolet region where a relatively large output is obtained. In this case, however, since SO 2 also has an absorption spectrum in the ultraviolet region, the absorption spectrum of NO and Since it is difficult to separate NO from the exhaust gas, it is also difficult to measure the NO concentration contained in the exhaust gas with high accuracy. Further, in the sampling method, there is a problem that the feedback control of the combustion equipment becomes difficult because a time delay occurs in the measurement of the NO concentration.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to enable highly accurate measurement of NO concentration even when foreign substances such as dust are mixed in exhaust gas containing SO 2. To provide a method for quantitatively measuring NO concentration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is a method for quantitatively measuring NO concentration by irradiating an inspection light into a gas containing SO 2 and NO and quantitatively measuring the NO concentration in the gas based on transmitted light transmitted through the gas. Wherein the inspection light has a wavelength in the range of 214.89 nm to 214.95 nm.
[0007]
According to the method for quantitatively measuring NO concentration according to the present invention, SO 2 does not have an absorption spectrum shape having a steep shape in a wavelength range of 214.89 nm to 214.95 nm, and NO has this wavelength. Since the absorption spectrum has a steep absorption line that is symmetrical in the region, the absorption spectrum caused by SO 2 and the absorption spectrum caused by NO can be easily separated, and therefore, the NO concentration in the exhaust gas containing SO 2 can be increased. It can be measured with high accuracy. In addition, since a laser in this wavelength range can obtain a larger output than a laser in the near infrared range, even if foreign matter such as dust is mixed in exhaust gas and the laser light is scattered to some extent by the foreign matter. , NO concentration can be measured with high accuracy.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a flue, 2 is a transmission window, 3 is a laser transmitter, 4 is a light receiver, and X is exhaust gas (gas).
[0009]
The flue 1 guides exhaust gas X from a coal-fired or heavy oil-fired boiler, and is formed, for example, in a cylindrical shape with a diameter of 10 m. The exhaust gas X is a high-temperature gas, for example, from about 400 ° C. to about 600 ° C., and contains components of nitrogen monoxide (NO) and sulfur dioxide (SO 2 ), and also includes, for example, oxygen (O 2 ) and ammonia It contains components such as (NH 3 ).
[0010]
The transmission windows 2 are provided on a side wall in the middle of the flue 1, and are arranged so as to face each other on a straight line perpendicular to the axial direction of the flue 1 so as to form a pair. In FIG. 1, an incident side transmission window through which laser light (inspection light) P 1 , P 2 , and P 3 enters the flue 1, and laser light P 1 , P 2 , and P 3 transmit through the flue 1. Of the pair of transmission windows 2 each including an emission-side transmission window 2 that emits light to the outside of the flue 1, only the emission-side transmission window 2 is illustrated. The transmission window 2 is made of, for example, heat-resistant glass that transmits ultraviolet light so that light can be transmitted at a high temperature (about 400 to 600 ° C.).
[0011]
The laser transmitter 3 is composed of a wavelength-variable laser in the ultraviolet region, such as a pulse laser, capable of high output and capable of outputting high power, and the inspection laser beams P 1 and P 2 having predetermined wavelengths according to the components of the gas to be inspected. it is intended to emit P 3. In the present embodiment, among the laser beams P 1 , P 2 , and P 3 denoted by reference numerals P 1 to P 3 , the one for the NO concentration quantitative inspection will be described as the laser beam P 1 .
[0012]
Wavelength of the laser oscillator 3 NO concentration quantitative inspection laser beam P 1 emitted from is set to a predetermined wavelength so as to be variable in the range, for example, from 200nm to 250 nm, the laser beam emitted from the laser oscillator 3 P 1 becomes transmitted light Pt 1 when nitrogen monoxide (NO) contained in the exhaust gas X in the flue 1 passes through the incident side transmission window provided in the flue 1. Pt 2 and Pt 3 given other symbols represent transmitted light Pt 2 and Pt 3 of the laser light P 2 and P 3 , respectively.
[0013]
The light receiver 4 receives the transmitted light Pt 1 that has passed through nitric oxide (NO) contained in the exhaust gas X in the flue X, and outputs an electric signal according to the intensity of the transmitted light Pt 1. It is. The light receiver 4 is provided with a calculation device (not shown), and the calculation device (not shown) performs a calculation process on the electric signal output from the light receiver 4 to obtain a concentration of nitric oxide (NO). Things.
[0014]
Next, a method of measuring the NO concentration using the NO concentration quantitative measurement device having the above configuration will be described.
First, an exhaust gas X containing nitrogen monoxide (NO) and sulfur dioxide (SO 2 ) and also containing components such as ammonia (NH 3 ) and oxygen (O 2 ) is led to the flue 1 and discharged. when the irradiates the exhaust gas X in the flue 1 via the entrance-side transmission window provided a laser light P 1 to the flue 1 by a laser oscillator 3 (including nitrogen monoxide and sulfur dioxide).
[0015]
Laser light P 1 nitrogen monoxide which is irradiated (NO) and sulfur dioxide (SO 2) takes place light absorption according to the irradiation wavelength of the laser light P 1, exit side transmission window as transmitted light Pt 1 The light is emitted from the flue 1 through the air passage 2. The emitted transmitted light Pt 1 is received by the light receiver 4, converted into an electric signal corresponding to the intensity of the transmitted light Pt 1 , and output to an arithmetic unit (not shown). The output electric signal is subjected to arithmetic processing by an arithmetic unit (not shown), and the concentration of nitric oxide (NO) is obtained based on the processing result.
[0016]
Next, experimental results will be described of examining the transmittance of the laser light P 1 using the NO concentration quantitative measuring apparatus having the above structure.
Figure 2 shows the experimental results showing the transmittance when irradiated with laser light P 1 through the incident side transparent window in the exhaust gas X in the flue 1 (including nitrogen monoxide and sulfur dioxide). 2, the horizontal axis represents the wavelength of the laser light P 1 is irradiated to the exhaust gas X (nm), the vertical axis represents the transmittance of the laser light P 1 a (a.u.). Namely, when irradiated with laser light P 1 to the exhaust gas X in the flue 1 using a wavelength tunable laser, the wavelength dependency of the transmittance of the laser light P 1 is shown. FIG. 2 shows experimental results at various concentrations when the concentrations of nitric oxide (NO) and sulfur dioxide (SO 2 ) contained in the exhaust gas X are changed.
[0017]
As can be seen from the figure, in the wavelength range of 214.7 nm to 215 nm, for the experimental results other than 200 ppm of SO 2 , an absorption line appears at almost the same wavelength, and the shape of the spectrum is almost similar. Has become. As experimental results than SO 2 200ppm is the result of changing the SO 2 concentration from 0ppm to 200ppm under the conditions of NO10ppm are shown several, in any of the experimental results including 10ppm these NO, SO 2 As the concentration increases, the transmittance tends to increase on the long wavelength side.
[0018]
Focusing on the wavelength range around 214.92 nm (the range from about 214.89 nm to 214.95 nm), which is the object of the present invention, only the tendency of monotonic increase in the experimental result of 200 ppm of SO 2 containing no NO is shown. While there is an appearance (there is no microstructure), for other experimental results containing 10 ppm of NO, an absorption line due to NO appears. This is evident from the experimental results of NO10ppm not contain SO 2. That is, in the experimental results showing the transmittance when the exhaust gas X containing NO 10 ppm and SO 2 is irradiated with the laser light P 1 , the contribution of the SO 2 concentration (the tendency to monotonously increase) is added to the experimental results of NO 10 ppm. As a result, in this wavelength region, the absorption of the laser beam P 1 having a fine structure does not occur depending on SO 2 , and the laser beam P 1 is steeply absorbed only by NO.
[0019]
According to the NO concentration quantitative measurement method having the above structure, the NO concentration tunable laser in the ultraviolet range have been used as the laser beam P 1 for quantitative test, SO 2 in the range of 214.95nm from 214.89nm Shows a monotonous tendency without a fine structure in the wavelength range of NO, and NO has a clear absorption line in this wavelength range, so that the absorption spectrum caused by SO 2 and the absorption spectrum caused by NO can be easily separated. Therefore, the NO concentration in the exhaust gas containing SO 2 can be measured with high accuracy.
[0020]
In addition, since a laser in this wavelength range can obtain a larger output than a laser in the near infrared range, even if foreign matter such as dust is mixed in exhaust gas and the laser light is scattered to some extent by the foreign matter. , NO concentration can be measured with high accuracy.
[0021]
FIG. 1 shows laser beams P 2 and P 3 for inspecting other components in parallel with the laser beam P 1 for NO concentration quantitative inspection, but these laser beams P 2 and P 3 are not shown. Has a predetermined wavelength (range) in accordance with the components contained in the exhaust gas X to be measured, and the number of these laser beams P 2 and P 3 is appropriately adjusted according to the number of the measurement targets. Good thing. (In FIG. 1, all three laser beams P 1 , P 2 , and P 3 drawn as emitted laser beams are denoted by reference numerals.)
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, SO 2 has no fine structure in the wavelength range of 214.89 nm to 214.95 nm, and NO has a clear absorption in this wavelength range. With the line, the absorption spectrum due to SO 2 and the absorption spectrum due to NO can be easily separated, so that the NO concentration in the exhaust gas containing SO 2 can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus in an NO concentration quantitative measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the transmittance of a gas consisting of NO and SO 2 irradiated with test light using the NO concentration quantitative measurement apparatus according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
P 1 laser light (inspection light)
Pt 1 transmitted light X exhaust gas (gas)
