JP3868260B2 - 三酸化硫黄濃度測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス内に含まれる三酸化硫黄濃度を測定する三酸化硫黄濃度測定装置に関し、特に、排ガス内の三酸化硫黄濃度を連続かつ容易に測定することのできる三酸化硫黄濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化石燃料、例えば石油を燃料とするボイラの排ガス内には三酸化硫黄（＝無水硫酸、以下ＳＯ３と記す）が含まれているが、ＳＯ３は水と激しく反応して硫酸となり鉄製品、例えば煙道を侵食するため、排ガスに含まれるＳＯ３量を正確に把握することが必要となる。
【０００３】
図５は従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。煙道１０１内においてはＳＯ３を含む排ガスが矢印Ｆの方向に流れている。排ガス内においてはガス化したＳＯ３とミスト化したＳＯ３とが混在している。煙道１０１の排ガス流路１０１には、先端にダストフィルタ１１１が設置された採取管１１０が押設されている。このフィルタ１１１は煙道１０１内の排ガスに含まれる固形分、例えば重油燃焼灰を除去する役目を果たす。なお、採取管１１０は支持部材１１２によって煙道１０１に固定される。採取管１１０は、排ガスを温めるためのヒータ１２０、ＳＯ３を捕獲するための石英製のスパイラル管１３０、水分を除去するための上流側ドレン瓶１４０を介して吸引ポンプ１５０に、ガラスもしくはポリフッ化エチレン系繊維製の管１８０によって接続されている。吸引ポンプ１５０の後段には、さらに下流側ドレン瓶１６０およびガスメータ１７０が、同じくガラスもしくはポリフッ化エチレン系繊維製の管１８０によって接続されている。なお、ガスメータ１７０には温度計１７１および圧力計１７２が取り付けられている。
【０００４】
なお、スパイラル管１３０は湯浴１３１中に入れられ、吸引ポンプ１５０にはバイパス１５１が設けられる。図６はスパイラル管１３０の詳細図である。スパイラル管１３０の下流側にはすり合わせ部１３２が設けられるが、すり合わせ部１３２内には石英ウール１３３が充填されている。
【０００５】
ＳＯ３量の測定に先立って、ヒータ１２０によって採取管１１０を摂氏２００度以上に、湯浴１３１によってスパイラル管１３０を摂氏９０度以上に予熱しておく。予熱が完了したならば、吸引ポンプ１５０を作動させて排ガスを予め定められた量吸引し、ＳＯ３をスパイラル管１３０中で凝縮させて捕獲する。なお、吸引した排ガス量はガスメータ１７０によって測定する。
【０００６】
所定量のガスの吸引が終了したならば、スパイラル管１３０を取り外し、スパイラル管１３０内部を純水で洗浄する。この洗浄液に対して、例えばＪＩＳ Ｋ０１０３の規定に基づく沈殿滴定法によってＳＯ３量を定量し、ガスメータ１７０によって測定された排ガス量を使用して排ガス内のＳＯ３濃度を決定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置においては、ＳＯ３をスパイラル管１３０内にサンプリングするのに一定の時間、例えば２０分から３０分程度の時間が必要である。さらに、スパイラル管１３０を洗浄した後に化学分析を行うので、ＳＯ３濃度を一回測定するのに比較的長時間を要する。従って、従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置においてはＳＯ３濃度を連続的に測定するのは不可能である。また測定精度を高めるためには、複数回にわたってこのようなサンプリングおよび化学分析を行うことが必要であるが、これにより測定時間全体はさらに延びる。
【０００８】
さらに、従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する際の作業、例えばスパイラル管１３０の洗浄および化学分析には或る程度の習熟が必要であり、複数の操作者がＳＯ３濃度を測定する場合にはデータのばらつきが生ずる場合がある。
【０００９】
また、現在では煙道１０１内に脱硫剤、例えば重曹粒子などのアルカリ性薬品を噴霧して煙道１０１内のＳＯ３を除去するようにしたシステムが存在している。このようなシステムの場合には、排ガス内の脱硫剤がフィルタ１１１に捕獲され、脱硫剤からなる層がフィルタ内に形成される。この脱硫剤からなる層によって排ガス内のＳＯ３またはＳＯ２の少なくとも一部分は、スパイラル管１３０に捕獲される前に除去されうる。従って、煙道１０１内の排ガスに含まれるＳＯ３の濃度を正確に連続して測定するのが困難である。
【００１０】
それゆえ、本発明は排ガス内のＳＯ３濃度を連続的かつ容易に測定できると共に、煙道内に脱硫剤を噴霧するシステムの場合にも三酸化硫黄の濃度を連続して正確に測定できる三酸化硫黄濃度測定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために請求項１に記載の発明によれば、煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、前記排ガス内の固形分を除去するためのフィルタと、前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、前記ヒータおよび前記フィルタを通過した排ガスを三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置が提供される。
すなわち請求項１に記載の発明によって、操作者が習熟することなしにＳＯ３濃度を連続的かつ容易に測定することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、前記排ガス内の固形分を除去するためのフィルタと、前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、前記ヒータおよび前記フィルタを通過した前記排ガスを別個の乾燥気体ラインの乾燥気体により三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却かつ希釈して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置が提供される。
すなわち請求項２に記載の発明によって、追加の乾燥気体、例えば乾燥空気によって比較的容易に排ガス内のＳＯ３を冷却することができる。さらに、光学式粒子濃度計により測定するのに適するようにするために、この排ガスを希釈することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記煙道内に位置する前記流路の前記入口部が前記煙道内の排ガスの流れに対して下流側に位置している。
すなわち請求項３に記載の発明によって、排ガス内の固形分、例えば重油燃焼灰が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置のフィルタが目詰まりするのを軽減することができ、従って、フィルタを交換する頻度を少なくすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記冷却室内の排ガスを前記煙道に戻すための戻り用流路をさらに含む。
すなわち請求項４に記載の発明によって、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、前記排ガス内の固形分を除去するための電気集塵機と、前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、前記ヒータおよび前記フィルタを通過した前記排ガスを別個の乾燥気体ラインの乾燥気体により三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却かつ希釈して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置が提供される。
すなわち請求項５に記載の発明によって、煙道に脱硫剤、例えば重曹を供給してＳＯ３を除去するシステムの場合にも、排ガス内のＳＯ３濃度を正確に連続して測定することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、前記煙道内に位置する前記流路の前記入口部が前記煙道内の排ガスの流れに対して下流側に位置している。
すなわち請求項６に記載の発明によって、煙道内の排ガスに脱硫剤が噴霧される場合であっても、排ガス内の固形分、例えば重油燃焼灰が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置の電気集塵機の掃除の頻度を少なくすることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記冷却室内の排ガスを前記煙道に戻すための戻り用流路をさらに含む。
すなわち請求項７に記載の発明によって、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明によれば、前記煙道からの排ガスを導くための追加の流路と該追加の流路内の前記排ガスを加熱するための追加のヒータと前記追加の流路内の前記排ガス内の固形分を除去するための追加のフィルタと前記流路内の排ガスの流れに対して前記追加のヒータおよび前記追加のフィルタの下流に設けられたスパイラル管とをさらに含み、該スパイラル管が高温漕内に配置されている。
すなわち請求項８に記載の発明によって、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明によれば、前記フィルタの下流から分岐する分岐流路に設けられたスパイラル管をさらに含み、該スパイラル管が高温漕内に配置されている。
すなわち請求項９に記載の発明によって、追加のヒータおよび追加のフィルタ等を必要とすることなしに、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。
図１は本発明の第一の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。図１においては、前述した従来技術と同様に煙道１１内の排ガス流路から延びる採取管２０が設けられている。採取管２０の入口部２１は煙道１１内の排ガス流路における排ガスの流れに対して上流を向いている。図１から分かるように、採取管２０周りにはヒータ３１が配置されている。なお、採取管２０は支持部材１１２によって煙道に固定される。採取管２０内における排ガスの流れに対してヒータ３１の下流にはフィルタ３２が配置されている。さらにフィルタ３２の下流には流量計３３が設けられている。排ガスを煙道１１から採取管２０内に吸い込むために、流量計３３の下流には吸引手段、例えばエゼクタまたはポンプ３４が配置されている。吸引手段３４の下流には冷却室または希釈室３５が設けられている。希釈室３５から延びる流路２５は煙道１１内に戻っている。
【００２１】
図１に示されるように、本発明の三酸化硫黄濃度測定装置は乾燥気体ラインを含んでいる。乾燥気体ラインにおいて、乾燥気体、例えば圧縮空気はポンプ４１により乾燥気体源（図示しない）から弁４３および流量計４４を通って吸引手段３４まで供給されるようになっている。さらに、希釈室３５から延びる配管６１は光学式粒子濃度計測装置６３に通じており、次いで光学式粒子濃度計測装置６３から延びる配管６２が希釈室３５内の排ガスを煙道１１に戻すための流路２５に連通している。光学式粒子濃度計測装置、例えばデジタル粉塵計６３により計測されたデータは演算装置、例えばコンピュータ６４により計算され、次いで出力装置、例えばモニタまたはプリンタ６５により出力される。
【００２２】
動作時、吸引手段３４により煙道１１内の排ガスが入口部２１を通って採取管２０内に導入される。前述したように煙道１１内においては大部分のＳＯ３はガス化しているが一部のＳＯ３はミスト化しており、ガス化したＳＯ３とミスト化したＳＯ３とが混在している。採取管２０に流入した排ガスはヒータ３１を通る際にこのヒータ３１より加熱される。ヒータ３１はＳＯ３の酸露点よりも高い温度、例えば２００℃程度に設定されており、排ガスがヒータ３１内の採取管を通過するときに、この排ガス内に含まれるＳＯ３の全てはガス化される。
【００２３】
次いで、全てのＳＯ３がガス化されている排ガスがフィルタ３２を通過する。これにより、排ガス内の固形分、例えば重油燃焼灰または未燃カーボンが除去される。次いで、固形分が除去された排ガスはオリフィスまたは流量計３３および吸引手段３４を通って希釈室３５内に流入する。前述したように、乾燥気体源（図示しない）からの乾燥気体、例えば乾燥空気が弁４３、流量計４４および吸引手段３４を通過して希釈室３５内に同時に流入する。
【００２４】
希釈室３５内においては排ガスが乾燥気体によって希釈される。これにより、排ガスは光学式粒子濃度計測装置６３によってＳＯ３濃度を測定するのに適した濃度まで希釈される。本発明において使用される乾燥気体は常温であるので、この乾燥気体によって排ガスは冷却もされる。この乾燥気体により、希釈室３５内の排ガスの温度をＳＯ３の酸露点よりも低い温度、例えば４０℃にする。その結果、排ガス内のＳＯ３の全てが希釈室３５内においてミスト化する。すなわち排ガス内の全てのＳＯ３は直径が０．１マイクロメートルから０．３マイクロメートル程度の粒子となる。
【００２５】
次いで、このようなミスト化されたＳＯ３を含む排ガスを希釈室３５から配管６１に通して光学式粒子濃度計測装置６３まで供給し、この光学式粒子濃度計測装置６３内において排ガス内のＳＯ３濃度を連続的にモニタリングする。次いで、演算装置６４によりＳＯ３濃度を算出する。最終的に出力装置６５からＳＯ３濃度結果を出力する。演算装置６４においては、別個のＳＯ３濃度測定手段、例えば従来技術で使用したスパイラル管を含むＳＯ３濃度測定手段によって予め取得したＳＯ３濃度と光学式粒子濃度計測装置６３の指示値との間の校正用関係式を使用してＳＯ３濃度を算出している。図４は校正試験結果を示す図である。図４においては模擬排ガスを使用しており、横軸は光学式粒子濃度計測装置（デジタル粉塵計）６３の指示値であり、縦軸はＳＯ３濃度（実測値）である。図４から明らかであるように、ＳＯ３濃度はデジタル粉塵計の指示値に比例するので、本発明の三酸化硫黄濃度測定装置によってＳＯ３濃度を測定するのが可能であることが分かる。
【００２６】
本発明においては、図１に示されるように希釈室３５内の排ガスおよび光学式粒子濃度計測装置６３において計測した排ガスは流路２５を通って再び煙道１１に戻される。これにより、本発明の三酸化硫黄濃度測定装置の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができる。図１においては排ガスを煙道１１内に再び戻すための流路２５の出口は煙道１１内における排ガスの流れに対して上流に位置しているが、この出口を採取管２０の入口部２１の下流に配置するのが好ましく、これによりＳＯ３濃度をさらに正確に連続して測定することができる。
【００２７】
図２は本発明の第二の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。本実施形態においては、煙道１１内の排ガスを採取するための採取管２０の入口部２１が、煙道１１内の排ガスの流れＦに対して下流側に位置している。前述したように煙道１１内の排ガスは固形分、例えば重油燃焼灰を含んでいるが、本実施形態においては排ガス内の固形分は、慣性力のために入口部２１内に吸引されることなしに、入口部２１の下流に向かって流れる。従って、フィルタ３２により捕獲される固形分を少なくすることができるので、フィルタ３２の目詰まりが軽減されると共に、フィルタの交換頻度を少なくすることができる。なお、煙道１１内の排ガスに含まれるミスト化したＳＯ３の直径は０．１マイクロメートルから０．３マイクロメートルであり慣性力を考慮する必要がないので、ミスト化したＳＯ３は入口部２１から吸引される。
【００２８】
図３は本発明の第三の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。本実施形態における三酸化硫黄濃度測定装置は、煙道１１内に脱硫剤、例えば重曹粒子などのアルカリ性薬品を噴霧して煙道内のＳＯ３を除去するようにしたシステムの場合に使用される。本実施形態においては、フィルタの代わりに、電気集塵機３６が配置されている。
【００２９】
動作時に採取管２０の入口部２１から吸引される煙道１１内の排ガスは電気集塵機３６に流入する。電気集塵機３６に含まれる電気集塵極は、排ガスに対する接触面積が小さいためにＳＯ３をほとんど捕獲しない。従って、電気集塵機３６の電気集塵極は、ＳＯ３をほとんど捕獲することなしに、脱硫剤を含む固形分を捕獲する。ＳＯ３は電気集塵機を通過して希釈室まで流れるので、煙道内に脱硫剤が噴霧されている場合であっても、排ガス内のＳＯ３濃度を正確に連続して測定することができる。
【００３０】
本発明の別の実施形態（図示しない）においては、三酸化硫黄濃度測定装置１０は演算装置６４においてＳＯ３濃度を算出するのに使用する校正用関係式を予め取得するためのＳＯ３濃度測定手段を含んでいる。このＳＯ３濃度測定手段は前述した従来技術に示すような湯浴およびこの湯浴内に含まれるスパイラル管を含んでいる。すなわちこのＳＯ３濃度測定手段は、煙道からの排ガスを導くための追加の流路と排ガスを加熱するために追加の流路周りに配置された追加のヒータと追加の流路内の排ガス内の固形分を除去するための追加のフィルタと追加のヒータおよび追加のフィルタの下流に設けられたスパイラル管とこのスパイラル管を内部に含む湯浴とを含んでいる。湯浴の温度は９０℃以上である。このようなＳＯ３濃度測定手段によって、予め取得したＳＯ３濃度と光学式粒子濃度計測装置６３の指示値との間の関係式を求め、モニタリング結果に対してこの関係式を使用することによりＳＯ３濃度を連続的に求めることができる。すなわち、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００３１】
また、このようなＳＯ３濃度測定手段はフィルタ３２の下流から分岐して延びる流路とこの流路に通ずるスパイラル管およびこのスパイラル管を内部に含む湯浴を備えていてもよい。この場合には、追加のヒータおよび追加のフィルタ等を必要とすることなしに、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００３２】
煙道１１内の排ガスに含まれるＳＯ３の濃度が高い場合には、図１に示すように弁５３および流量計５４を含む追加の乾燥気体ラインから乾燥気体を希釈室３５に供給することにより、希釈室３５内の排ガスを適切に冷却して希釈することができる。さらに、前述した実施形態においては動作時に採取管２０内の排ガスの流れに対してヒータ３１の下流における煙道１１の外方にフィルタ３２を設置している。これにより、フィルタ３２を容易に交換することができる。当然のことながら、乾燥気体を希釈室まで供給する供給用流路にフィルタおよび／または吸湿剤を設けて乾燥気体内の固形分および／または水分を予め除去することは本発明の範囲に含まれる。
【００３３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、操作者が習熟することなしにＳＯ３濃度を連続的かつ容易に測定することができるという共通の効果を奏しうる。
【００３４】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、追加の乾燥気体によって比較的容易に排ガス内のＳＯ３を冷却することができると共に光学式粒子濃度計により測定するのに適するようにするためにこの排ガスを希釈することができるという効果を奏しうる。
【００３５】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、排ガス内の固形分が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置のフィルタが詰まりするのを軽減することができ、フィルタを交換する頻度を少なくすることができるという効果を奏しうる。
【００３６】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項５に記載の発明によれば、煙道に脱硫剤を供給してＳＯ３を除去するシステムの場合にも、排ガス内のＳＯ３濃度を正確に連続して測定することができるという効果を奏しうる。
【００３７】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、煙道内の排ガスに脱硫剤が噴霧される場合であっても、排ガス内の固形分が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置の電気集塵機の掃除の頻度を少なくすることができるという効果を奏しうる。
【００３８】
さらに、請求項７に記載の発明によれば、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項８に記載の発明によれば、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができるという効果を奏しうる。
【００３９】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、追加のヒータおよび追加のフィルタ等を必要とすることなしに、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができることができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図４】校正試験結果を示す図である。
【図５】従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図６】スパイラル管の詳細図である。
【符号の説明】
１０…三酸化硫黄濃度測定装置
１１…煙道
２０…採取管
２１…入口部
３１…ヒータ
３２…フィルタ
３３…流量計
３４…吸引手段
３５…希釈室
３６…電気集塵機
４１…ポンプ
４３…弁
４４…流量計
５３…弁
５４…流量計
６１…配管
６２…配管
６３…光学式粒子濃度計測装置
６４…演算装置
６５…出力装置
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス内に含まれる三酸化硫黄濃度を測定する三酸化硫黄濃度測定装置に関し、特に、排ガス内の三酸化硫黄濃度を連続かつ容易に測定することのできる三酸化硫黄濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化石燃料、例えば石油を燃料とするボイラの排ガス内には三酸化硫黄（＝無水硫酸、以下ＳＯ３と記す）が含まれているが、ＳＯ３は水と激しく反応して硫酸となり鉄製品、例えば煙道を侵食するため、排ガスに含まれるＳＯ３量を正確に把握することが必要となる。
【０００３】
図５は従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。煙道１０１内においてはＳＯ３を含む排ガスが矢印Ｆの方向に流れている。排ガス内においてはガス化したＳＯ３とミスト化したＳＯ３とが混在している。煙道１０１の排ガス流路１０１には、先端にダストフィルタ１１１が設置された採取管１１０が押設されている。このフィルタ１１１は煙道１０１内の排ガスに含まれる固形分、例えば重油燃焼灰を除去する役目を果たす。なお、採取管１１０は支持部材１１２によって煙道１０１に固定される。採取管１１０は、排ガスを温めるためのヒータ１２０、ＳＯ３を捕獲するための石英製のスパイラル管１３０、水分を除去するための上流側ドレン瓶１４０を介して吸引ポンプ１５０に、ガラスもしくはポリフッ化エチレン系繊維製の管１８０によって接続されている。吸引ポンプ１５０の後段には、さらに下流側ドレン瓶１６０およびガスメータ１７０が、同じくガラスもしくはポリフッ化エチレン系繊維製の管１８０によって接続されている。なお、ガスメータ１７０には温度計１７１および圧力計１７２が取り付けられている。
【０００４】
なお、スパイラル管１３０は湯浴１３１中に入れられ、吸引ポンプ１５０にはバイパス１５１が設けられる。図６はスパイラル管１３０の詳細図である。スパイラル管１３０の下流側にはすり合わせ部１３２が設けられるが、すり合わせ部１３２内には石英ウール１３３が充填されている。
【０００５】
ＳＯ３量の測定に先立って、ヒータ１２０によって採取管１１０を摂氏２００度以上に、湯浴１３１によってスパイラル管１３０を摂氏９０度以上に予熱しておく。予熱が完了したならば、吸引ポンプ１５０を作動させて排ガスを予め定められた量吸引し、ＳＯ３をスパイラル管１３０中で凝縮させて捕獲する。なお、吸引した排ガス量はガスメータ１７０によって測定する。
【０００６】
所定量のガスの吸引が終了したならば、スパイラル管１３０を取り外し、スパイラル管１３０内部を純水で洗浄する。この洗浄液に対して、例えばＪＩＳ Ｋ０１０３の規定に基づく沈殿滴定法によってＳＯ３量を定量し、ガスメータ１７０によって測定された排ガス量を使用して排ガス内のＳＯ３濃度を決定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置においては、ＳＯ３をスパイラル管１３０内にサンプリングするのに一定の時間、例えば２０分から３０分程度の時間が必要である。さらに、スパイラル管１３０を洗浄した後に化学分析を行うので、ＳＯ３濃度を一回測定するのに比較的長時間を要する。従って、従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置においてはＳＯ３濃度を連続的に測定するのは不可能である。また測定精度を高めるためには、複数回にわたってこのようなサンプリングおよび化学分析を行うことが必要であるが、これにより測定時間全体はさらに延びる。
【０００８】
さらに、従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する際の作業、例えばスパイラル管１３０の洗浄および化学分析には或る程度の習熟が必要であり、複数の操作者がＳＯ３濃度を測定する場合にはデータのばらつきが生ずる場合がある。
【０００９】
また、現在では煙道１０１内に脱硫剤、例えば重曹粒子などのアルカリ性薬品を噴霧して煙道１０１内のＳＯ３を除去するようにしたシステムが存在している。このようなシステムの場合には、排ガス内の脱硫剤がフィルタ１１１に捕獲され、脱硫剤からなる層がフィルタ内に形成される。この脱硫剤からなる層によって排ガス内のＳＯ３またはＳＯ２の少なくとも一部分は、スパイラル管１３０に捕獲される前に除去されうる。従って、煙道１０１内の排ガスに含まれるＳＯ３の濃度を正確に連続して測定するのが困難である。
【００１０】
それゆえ、本発明は排ガス内のＳＯ３濃度を連続的かつ容易に測定できると共に、煙道内に脱硫剤を噴霧するシステムの場合にも三酸化硫黄の濃度を連続して正確に測定できる三酸化硫黄濃度測定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために請求項１に記載の発明によれば、煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、前記排ガス内の固形分を除去するためのフィルタと、前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、前記ヒータおよび前記フィルタを通過した排ガスを三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置が提供される。
すなわち請求項１に記載の発明によって、操作者が習熟することなしにＳＯ３濃度を連続的かつ容易に測定することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、前記排ガス内の固形分を除去するためのフィルタと、前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、前記ヒータおよび前記フィルタを通過した前記排ガスを別個の乾燥気体ラインの乾燥気体により三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却かつ希釈して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置が提供される。
すなわち請求項２に記載の発明によって、追加の乾燥気体、例えば乾燥空気によって比較的容易に排ガス内のＳＯ３を冷却することができる。さらに、光学式粒子濃度計により測定するのに適するようにするために、この排ガスを希釈することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記煙道内に位置する前記流路の前記入口部が前記煙道内の排ガスの流れに対して下流側に位置している。
すなわち請求項３に記載の発明によって、排ガス内の固形分、例えば重油燃焼灰が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置のフィルタが目詰まりするのを軽減することができ、従って、フィルタを交換する頻度を少なくすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記冷却室内の排ガスを前記煙道に戻すための戻り用流路をさらに含む。
すなわち請求項４に記載の発明によって、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、前記排ガス内の固形分を除去するための電気集塵機と、前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、前記ヒータおよび前記フィルタを通過した前記排ガスを別個の乾燥気体ラインの乾燥気体により三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却かつ希釈して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置が提供される。
すなわち請求項５に記載の発明によって、煙道に脱硫剤、例えば重曹を供給してＳＯ３を除去するシステムの場合にも、排ガス内のＳＯ３濃度を正確に連続して測定することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、前記煙道内に位置する前記流路の前記入口部が前記煙道内の排ガスの流れに対して下流側に位置している。
すなわち請求項６に記載の発明によって、煙道内の排ガスに脱硫剤が噴霧される場合であっても、排ガス内の固形分、例えば重油燃焼灰が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置の電気集塵機の掃除の頻度を少なくすることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記冷却室内の排ガスを前記煙道に戻すための戻り用流路をさらに含む。
すなわち請求項７に記載の発明によって、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明によれば、前記煙道からの排ガスを導くための追加の流路と該追加の流路内の前記排ガスを加熱するための追加のヒータと前記追加の流路内の前記排ガス内の固形分を除去するための追加のフィルタと前記流路内の排ガスの流れに対して前記追加のヒータおよび前記追加のフィルタの下流に設けられたスパイラル管とをさらに含み、該スパイラル管が高温漕内に配置されている。
すなわち請求項８に記載の発明によって、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明によれば、前記フィルタの下流から分岐する分岐流路に設けられたスパイラル管をさらに含み、該スパイラル管が高温漕内に配置されている。
すなわち請求項９に記載の発明によって、追加のヒータおよび追加のフィルタ等を必要とすることなしに、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。
図１は本発明の第一の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。図１においては、前述した従来技術と同様に煙道１１内の排ガス流路から延びる採取管２０が設けられている。採取管２０の入口部２１は煙道１１内の排ガス流路における排ガスの流れに対して上流を向いている。図１から分かるように、採取管２０周りにはヒータ３１が配置されている。なお、採取管２０は支持部材１１２によって煙道に固定される。採取管２０内における排ガスの流れに対してヒータ３１の下流にはフィルタ３２が配置されている。さらにフィルタ３２の下流には流量計３３が設けられている。排ガスを煙道１１から採取管２０内に吸い込むために、流量計３３の下流には吸引手段、例えばエゼクタまたはポンプ３４が配置されている。吸引手段３４の下流には冷却室または希釈室３５が設けられている。希釈室３５から延びる流路２５は煙道１１内に戻っている。
【００２１】
図１に示されるように、本発明の三酸化硫黄濃度測定装置は乾燥気体ラインを含んでいる。乾燥気体ラインにおいて、乾燥気体、例えば圧縮空気はポンプ４１により乾燥気体源（図示しない）から弁４３および流量計４４を通って吸引手段３４まで供給されるようになっている。さらに、希釈室３５から延びる配管６１は光学式粒子濃度計測装置６３に通じており、次いで光学式粒子濃度計測装置６３から延びる配管６２が希釈室３５内の排ガスを煙道１１に戻すための流路２５に連通している。光学式粒子濃度計測装置、例えばデジタル粉塵計６３により計測されたデータは演算装置、例えばコンピュータ６４により計算され、次いで出力装置、例えばモニタまたはプリンタ６５により出力される。
【００２２】
動作時、吸引手段３４により煙道１１内の排ガスが入口部２１を通って採取管２０内に導入される。前述したように煙道１１内においては大部分のＳＯ３はガス化しているが一部のＳＯ３はミスト化しており、ガス化したＳＯ３とミスト化したＳＯ３とが混在している。採取管２０に流入した排ガスはヒータ３１を通る際にこのヒータ３１より加熱される。ヒータ３１はＳＯ３の酸露点よりも高い温度、例えば２００℃程度に設定されており、排ガスがヒータ３１内の採取管を通過するときに、この排ガス内に含まれるＳＯ３の全てはガス化される。
【００２３】
次いで、全てのＳＯ３がガス化されている排ガスがフィルタ３２を通過する。これにより、排ガス内の固形分、例えば重油燃焼灰または未燃カーボンが除去される。次いで、固形分が除去された排ガスはオリフィスまたは流量計３３および吸引手段３４を通って希釈室３５内に流入する。前述したように、乾燥気体源（図示しない）からの乾燥気体、例えば乾燥空気が弁４３、流量計４４および吸引手段３４を通過して希釈室３５内に同時に流入する。
【００２４】
希釈室３５内においては排ガスが乾燥気体によって希釈される。これにより、排ガスは光学式粒子濃度計測装置６３によってＳＯ３濃度を測定するのに適した濃度まで希釈される。本発明において使用される乾燥気体は常温であるので、この乾燥気体によって排ガスは冷却もされる。この乾燥気体により、希釈室３５内の排ガスの温度をＳＯ３の酸露点よりも低い温度、例えば４０℃にする。その結果、排ガス内のＳＯ３の全てが希釈室３５内においてミスト化する。すなわち排ガス内の全てのＳＯ３は直径が０．１マイクロメートルから０．３マイクロメートル程度の粒子となる。
【００２５】
次いで、このようなミスト化されたＳＯ３を含む排ガスを希釈室３５から配管６１に通して光学式粒子濃度計測装置６３まで供給し、この光学式粒子濃度計測装置６３内において排ガス内のＳＯ３濃度を連続的にモニタリングする。次いで、演算装置６４によりＳＯ３濃度を算出する。最終的に出力装置６５からＳＯ３濃度結果を出力する。演算装置６４においては、別個のＳＯ３濃度測定手段、例えば従来技術で使用したスパイラル管を含むＳＯ３濃度測定手段によって予め取得したＳＯ３濃度と光学式粒子濃度計測装置６３の指示値との間の校正用関係式を使用してＳＯ３濃度を算出している。図４は校正試験結果を示す図である。図４においては模擬排ガスを使用しており、横軸は光学式粒子濃度計測装置（デジタル粉塵計）６３の指示値であり、縦軸はＳＯ３濃度（実測値）である。図４から明らかであるように、ＳＯ３濃度はデジタル粉塵計の指示値に比例するので、本発明の三酸化硫黄濃度測定装置によってＳＯ３濃度を測定するのが可能であることが分かる。
【００２６】
本発明においては、図１に示されるように希釈室３５内の排ガスおよび光学式粒子濃度計測装置６３において計測した排ガスは流路２５を通って再び煙道１１に戻される。これにより、本発明の三酸化硫黄濃度測定装置の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができる。図１においては排ガスを煙道１１内に再び戻すための流路２５の出口は煙道１１内における排ガスの流れに対して上流に位置しているが、この出口を採取管２０の入口部２１の下流に配置するのが好ましく、これによりＳＯ３濃度をさらに正確に連続して測定することができる。
【００２７】
図２は本発明の第二の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。本実施形態においては、煙道１１内の排ガスを採取するための採取管２０の入口部２１が、煙道１１内の排ガスの流れＦに対して下流側に位置している。前述したように煙道１１内の排ガスは固形分、例えば重油燃焼灰を含んでいるが、本実施形態においては排ガス内の固形分は、慣性力のために入口部２１内に吸引されることなしに、入口部２１の下流に向かって流れる。従って、フィルタ３２により捕獲される固形分を少なくすることができるので、フィルタ３２の目詰まりが軽減されると共に、フィルタの交換頻度を少なくすることができる。なお、煙道１１内の排ガスに含まれるミスト化したＳＯ３の直径は０．１マイクロメートルから０．３マイクロメートルであり慣性力を考慮する必要がないので、ミスト化したＳＯ３は入口部２１から吸引される。
【００２８】
図３は本発明の第三の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。本実施形態における三酸化硫黄濃度測定装置は、煙道１１内に脱硫剤、例えば重曹粒子などのアルカリ性薬品を噴霧して煙道内のＳＯ３を除去するようにしたシステムの場合に使用される。本実施形態においては、フィルタの代わりに、電気集塵機３６が配置されている。
【００２９】
動作時に採取管２０の入口部２１から吸引される煙道１１内の排ガスは電気集塵機３６に流入する。電気集塵機３６に含まれる電気集塵極は、排ガスに対する接触面積が小さいためにＳＯ３をほとんど捕獲しない。従って、電気集塵機３６の電気集塵極は、ＳＯ３をほとんど捕獲することなしに、脱硫剤を含む固形分を捕獲する。ＳＯ３は電気集塵機を通過して希釈室まで流れるので、煙道内に脱硫剤が噴霧されている場合であっても、排ガス内のＳＯ３濃度を正確に連続して測定することができる。
【００３０】
本発明の別の実施形態（図示しない）においては、三酸化硫黄濃度測定装置１０は演算装置６４においてＳＯ３濃度を算出するのに使用する校正用関係式を予め取得するためのＳＯ３濃度測定手段を含んでいる。このＳＯ３濃度測定手段は前述した従来技術に示すような湯浴およびこの湯浴内に含まれるスパイラル管を含んでいる。すなわちこのＳＯ３濃度測定手段は、煙道からの排ガスを導くための追加の流路と排ガスを加熱するために追加の流路周りに配置された追加のヒータと追加の流路内の排ガス内の固形分を除去するための追加のフィルタと追加のヒータおよび追加のフィルタの下流に設けられたスパイラル管とこのスパイラル管を内部に含む湯浴とを含んでいる。湯浴の温度は９０℃以上である。このようなＳＯ３濃度測定手段によって、予め取得したＳＯ３濃度と光学式粒子濃度計測装置６３の指示値との間の関係式を求め、モニタリング結果に対してこの関係式を使用することによりＳＯ３濃度を連続的に求めることができる。すなわち、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００３１】
また、このようなＳＯ３濃度測定手段はフィルタ３２の下流から分岐して延びる流路とこの流路に通ずるスパイラル管およびこのスパイラル管を内部に含む湯浴を備えていてもよい。この場合には、追加のヒータおよび追加のフィルタ等を必要とすることなしに、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができる。
【００３２】
煙道１１内の排ガスに含まれるＳＯ３の濃度が高い場合には、図１に示すように弁５３および流量計５４を含む追加の乾燥気体ラインから乾燥気体を希釈室３５に供給することにより、希釈室３５内の排ガスを適切に冷却して希釈することができる。さらに、前述した実施形態においては動作時に採取管２０内の排ガスの流れに対してヒータ３１の下流における煙道１１の外方にフィルタ３２を設置している。これにより、フィルタ３２を容易に交換することができる。当然のことながら、乾燥気体を希釈室まで供給する供給用流路にフィルタおよび／または吸湿剤を設けて乾燥気体内の固形分および／または水分を予め除去することは本発明の範囲に含まれる。
【００３３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、操作者が習熟することなしにＳＯ３濃度を連続的かつ容易に測定することができるという共通の効果を奏しうる。
【００３４】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、追加の乾燥気体によって比較的容易に排ガス内のＳＯ３を冷却することができると共に光学式粒子濃度計により測定するのに適するようにするためにこの排ガスを希釈することができるという効果を奏しうる。
【００３５】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、排ガス内の固形分が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置のフィルタが詰まりするのを軽減することができ、フィルタを交換する頻度を少なくすることができるという効果を奏しうる。
【００３６】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項５に記載の発明によれば、煙道に脱硫剤を供給してＳＯ３を除去するシステムの場合にも、排ガス内のＳＯ３濃度を正確に連続して測定することができるという効果を奏しうる。
【００３７】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、煙道内の排ガスに脱硫剤が噴霧される場合であっても、排ガス内の固形分が流路の入口部に進入する可能性が減るので、三酸化硫黄濃度測定装置の電気集塵機の掃除の頻度を少なくすることができるという効果を奏しうる。
【００３８】
さらに、請求項７に記載の発明によれば、三酸化硫黄濃度測定装置付近の操作者が排ガス内のＳＯ３を吸引するのを妨げることができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項８に記載の発明によれば、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができるという効果を奏しうる。
【００３９】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、追加のヒータおよび追加のフィルタ等を必要とすることなしに、本発明の連続式の三酸化硫黄濃度測定装置を使用する前に煙道内のＳＯ３に対する校正作用を容易に行うことができることができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に基づく三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図４】校正試験結果を示す図である。
【図５】従来技術の三酸化硫黄濃度測定装置の概略図である。
【図６】スパイラル管の詳細図である。
【符号の説明】
１０…三酸化硫黄濃度測定装置
１１…煙道
２０…採取管
２１…入口部
３１…ヒータ
３２…フィルタ
３３…流量計
３４…吸引手段
３５…希釈室
３６…電気集塵機
４１…ポンプ
４３…弁
４４…流量計
５３…弁
５４…流量計
６１…配管
６２…配管
６３…光学式粒子濃度計測装置
６４…演算装置
６５…出力装置
Claims (9)
- 煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、
前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、
前記排ガス内の固形分を除去するためのフィルタと、
前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、
前記ヒータおよび前記フィルタを通過した排ガスを三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、
前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置。 - 煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、
前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、
前記排ガス内の固形分を除去するためのフィルタと、
前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、
前記ヒータおよび前記フィルタを通過した前記排ガスを別個の乾燥気体ラインの乾燥気体により三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却かつ希釈して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、
前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置。 - 前記煙道内に位置する前記流路の前記入口部が前記煙道内の排ガスの流れに対して下流側に位置している請求項１または２に記載の三酸化硫黄濃度測定装置。
- 前記冷却室内の排ガスを前記煙道に戻すための戻り用流路をさらに含む請求項１から３のいずれか一項に記載の三酸化硫黄濃度測定装置。
- 煙道からの排ガスを導くための入口部を備えた流路と、
前記流路内の前記排ガスを三酸化硫黄の露点よりも高い温度まで加熱するためのヒータと、
前記排ガス内の固形分を除去するための電気集塵機と、
前記煙道内の前記排ガスを前記流路に導くための吸引手段と、
前記ヒータおよび前記フィルタを通過した前記排ガスを別個の乾燥気体ラインの乾燥気体により三酸化硫黄の露点よりも低い温度まで冷却かつ希釈して三酸化硫黄をミスト化するための冷却室と、
前記冷却室における排ガス内のミスト化した三酸化硫黄の濃度を測定するための光学式粒子濃度計とを含む三酸化硫黄濃度測定装置。 - 前記煙道内に位置する前記流路の前記入口部が前記煙道内の排ガスの流れに対して下流側に位置している請求項５に記載の三酸化硫黄濃度測定装置。
- 前記冷却室内の排ガスを前記煙道に戻すための戻り用流路をさらに含む請求項５または６に記載の三酸化硫黄濃度測定装置。
- 前記煙道からの排ガスを導くための追加の流路と該追加の流路内の前記排ガスを加熱するための追加のヒータと前記追加の流路内の前記排ガス内の固形分を除去するための追加のフィルタと前記流路内の排ガスの流れに対して前記追加のヒータおよび前記追加のフィルタの下流に設けられたスパイラル管とをさらに含み、該スパイラル管が高温漕内に配置されている請求項１から７のいずれか一項に記載の三酸化硫黄濃度測定装置。
- 前記フィルタの下流から分岐する分岐流路に設けられたスパイラル管をさらに含み、該スパイラル管が高温漕内に配置されている請求項１から７のいずれか一項に記載の三酸化硫黄濃度測定装置。
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