JP4153658B2 - NOx及びNH3同時分析装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電設備等の煙道排ガス中のNOx 及びNH3 を同時に分析することができる装置に関する。
【0002】
例えば発電設備等に用いられるボイラ、ガスタービン等の排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx )の計測には、従来より化学発光式の分析計が採用されているが、測定結果がリアルタイムに得られない、測定操作が繁雑であるなどの不具合があり、このような課題を解決できる新しい計測方法が望まれていた。
【0003】
一方、各種ガス濃度を検出する方法として、例えば、酸素センサや可燃性ガス検知器などの化学センサがある。化学センサは半導体型、起電力型、電気分解型などがあり、検出するガスに応じてセンサ材料が選定されるが、応答速度が早く、使用法も容易である特徴を有する。さらに、化学発光式以外のNO濃度の計測技術として、化学センサ式のNO濃度計があるが、NO濃度検出用のセンサは、半導体型、起電力型、電流検出型が知られている。いずれも、応答速度が早いことなどの特徴を有することから、測定結果を瞬時にかつ簡易に計測できる利点がある。しかしながら、化学センサは共存ガスによりセンサのNO濃度指示値が影響されることがあるため、化学センサを実機のNO濃度計測に適用するためには、このような共存ガスの影響を回避する必要がある。さらに、このような化学センサはNO濃度を測定すること以外にNO2 やアンモニア濃度(NH3 )を計測するために用いることが望まれる。
【0004】
このため、従来において、図3に示すような排ガス中のNOX 分析装置が提案されている。
【0005】
図3に示すように、NOX 及びNH3 を含む排ガス01を2系列に分岐し、第1系列02Aでアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒03と、
該アンモニア酸化触媒03の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第1のNOX 計04Aと、第2の計測ライン02Bに配設され、NOX を脱硝する第1の脱硝触媒05と、該脱硝触媒05の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第2のNOX 計04Bと、第1のNOX 計04A及び第2のNOX 計04Bからのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算計測する演算器06とを具備するものである。
【0006】
次に、図3に示す装置を用い、煙道排ガス中のNOx を分析する方法を説明する。
図示しない排ガスダクトからサンプリングされた排ガス01中にNOX 分としてNO+NO2 がa(ppm)、NH3 がb(ppm)が含まれる。このサンプリングガスした排ガス01を第1の系列02A及び第2の系列02B系列へ分岐する。
第1の系列02Aにはアンモニア酸化触媒03を通過した後に第1のNOx 計04を設置し、ここで、NOX 濃度が測定される。一方、第2の系列02B系列では脱硝触媒05を通過した後に第2のNOx 計04Bを設置し、ここで、NOX 濃度が測定される。
【0007】
ここで、第1系列02Aの第1のNOX 計04AのNOx 測定値はアンモニアがNOX に変換した変換量(bppm)とNOX (appm)との合計量が測定される。一方第2系列02Bの第2のNOX 計04BのNOx 測定値は、NOX 濃度がアンモニア濃度より高い場合(a>b)には、NOX 計04Bにおいて、NOX 濃度を正常に計測することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、NOX 濃度がアンモニア濃度より低い場合(a<b)には、NOX 計04Bにおいて、NOX は消費されアンモニアのみが導入されるので、NOX 濃度を計測することができない。
よって、図3に示すような装置では、窒素酸化物(NOX )濃度が高い場合には、正常に測定できるが、例えばアンモニアによる高深度脱硝を煙道内で行った場合等のように、アンモニアガスが多い場合には、正常に測定することができないという問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第1の排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析装置の発明は、排ガス中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する装置であって、排ガスを二系列に分枝してなる第1の計測ラインと第2の計測ラインと、上記第1の計測ラインに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第1のNOX 計と、第2の計測ラインに配設され、NOX を脱硝する第1の脱硝触媒と、第1の計測ラインと第2の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を脱硝する第2の脱硝触媒と、第2の脱硝触媒の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第2のNOX 計と、 第1のNOX 計及び第2のNOX 計からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算計測する演算器とを具備することを特徴とする。
【0010】
第2の発明は、第1の発明において、排ガス中のNO2 濃度を測定するNO2 計を具備してなることを特徴とする。
【0011】
第3の排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析方法の発明は、排ガス中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する方法であって、排ガスを第1の計測ライン第2の計測ラインとの二系列に分枝し、第1の計測ラインにおいてアンモニア酸化触媒によりアンモニアを酸化させ、その後、該アンモニア酸化触媒の下流において、NOX 濃度を測定すると共に、第2の計測ラインにおいて、第1の脱硝触媒によりNOX を脱硝させ、その後、第1の計測ラインと第2の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を第2の脱硝触媒により脱硝させ、第2の脱硝触媒の下流に配設された第2のNOX 計でNOX 濃度で測定し、且つ第1のNOX 計及び第2のNOX 計からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算器により演算計測し、排ガス中のNOX 及びNH3 の濃度を測定することを特徴とする。
【0012】
第4の発明は、第3の発明において、排ガス中のNO2 濃度を測定し、NOX のNO及びNO2 の濃度並びにNH3 濃度を測定することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0014】
[第1の実施の形態]
本実施の形態にかかるNOx 及びNH3 同時分析装置10は、図示しない排ガスダクトからサンプリングされた排ガス11中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する装置であって、排ガス11を二系列に分枝して測定する第1の計測ライン12Aと第2の計測ライン12Bと、上記第1の計測ライン12Aに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒13と、該アンモニア酸化触媒13の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第1のNOX 計14と、第2の計測ライン12Bに配設され、NOX を脱硝する第1の脱硝触媒15と、第1の計測ライン12Aと第2の計測ライン12Bの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を脱硝する第2の脱硝触媒16と、第2の脱硝触媒16の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第2のNOX 計17と、第1のNOX 計14及び第2のNOX 計17からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算計測する演算器18とを具備するものである。
【0015】
ここで、第1の系列12A系列に配置したアンモニア酸化触媒13では式(I)の反応が起こる。
2NH3 +5O2 =2NO+3H2 O ・・・(I)
アンモニア酸化触媒13は、例えばAl2 O3 を担体としてPtを担持させた触媒が適用できる。なお、本発明では、このような触媒に限定されるものではない。
【0016】
上記アンモニア酸化触媒13の触媒反応温度は約800℃であるため、触媒13を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
一方、第2系列12B系列に配置した脱硝触媒15では式(II)の反応が起こる。
4NO+4NH3 +O2 =4N2 +6H2 O ・・・(II)
NH3 及びO2 は排ガス中に含まれる。
上記脱硝触媒15は例えば、TiO2 を担体としてV2 O5 を担持させた触媒が適用できる。なお、同等の触媒能を持つものであればこれに限定されない。
触媒反応温度は約400℃であるため、触媒15を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
【0017】
本発明では、第1の系列12Aでは、アンモニア濃度を酸化させてNOX とさせたもの(bppm)とNOX (appm)とを併せた量が第1のNOX 計14で測定され、一方第2の系列12BではNOX のSCR脱硝がなされて、NOX 或いはアンモニアのいずれかが消滅する。その後、第1の系列12Aと第2の系列12Bが合わさった場合、第1系列12AのNOX 濃度(a+b)が高いので、第2系列12Bのアンモニア濃度が高い場合にでも、NOX 濃度を測定できる。この測定結果をもとに、下記式に当てはめることで、第2のNOX 計17で正確に測定することができる。なお、Xは第1の系列12Aの流速であり、Yは第2の系列12Bの流速である。
【0018】
[X(a+b)+Y(a−b)]/X+Y=A …(1)
【0019】
よって、第1系列02Aの第1のNOX 計04AのNOx 測定値はアンモニア(bppm)とNOX (appm)との合計量が測定される。一方第2系列02Bの第2のNOX 計04BのNOx 測定値は、NOX 濃度がアンモニア濃度より高い場合(a>b)及びその逆の場合(a<b)のいずれでもNOX とアンモニア濃度とを同時に且つ正常に計測することができる。
【0020】
[第2の実施の形態]
図2に第2の実施の形態の装置について説明する。
図2に示すように、本実施の形態にかかるNOx 及びNH3 同時分析装置10は、図示しない排ガスダクトからサンプリングされた排ガス11中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )中のNO2 濃度を測定するNO2 計19を分枝前に介装してなり、NO2 濃度を測定しておくものである。
上記NO2 計は湿式法等のよるNO2 濃度計を用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0021】
これにより、上記第1の実施の形態により求めたNOX 濃度からNO2 濃度を減ずると、NO濃度が測定することができる。
【0022】
この結果、NOX 濃度中のNOとNO2 の割合及びアンモニア濃度が同時に計測することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第1の発明によれば、排ガス中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する装置であって、排ガスを二系列に分枝してなる第1の計測ラインと第2の計測ラインと、上記第1の計測ラインに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第1のNOX 計と、第2の計測ラインに配設され、NOX を脱硝する第1の脱硝触媒と、第1の計測ラインと第2の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を脱硝する第2の脱硝触媒と、第2の脱硝触媒の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第2のNOX 計と、第1のNOX 計及び第2のNOX 計からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算計測する演算器とを具備するので、排ガス中のNOX 及びNH3 の濃度を測定することができる。特に、排ガス中のアンモニアの量が多い場合においても精度良くNOX 濃度の計測が可能となる。
【0024】
第2の発明は、第1の発明において、排ガス中のNO2 濃度を測定するNO2 計を具備してなるので、NO及びNO2 の濃度並びにNH3 濃度を測定することができる。
【0025】
第3の排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析方法の発明は、排ガス中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する方法であって、排ガスを第1の計測ライン第2の計測ラインとの二系列に分枝し、第1の計測ラインにおいてアンモニア酸化触媒によりアンモニアを酸化させ、その後、該アンモニア酸化触媒の下流において、NOX 濃度を測定すると共に、第2の計測ラインにおいて、第1の脱硝触媒によりNOX を脱硝させ、その後、第1の計測ラインと第2の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を第2の脱硝触媒により脱硝させ、第2の脱硝触媒の下流に配設された第2のNOX 計でNOX 濃度で測定し、且つ第1のNOX 計及び第2のNOX 計からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算器により演算計測するので、排ガス中のNOX 及びNH3 の濃度を測定することができる。
【0026】
第4の発明は、第3の発明において、排ガス中のNO2 濃度を測定するので、NOX のNO及びNO2 の濃度並びにNH3 濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の本実施の形態にかかるNOx 及びNH3 同時分析装置の概略図である。
【図2】第2の実施の形態にかかるNOx 及びNH3 同時分析装置の概略図である。
【図3】従来技術にかかるNOx 及びNH3 同時分析装置の概略図である。
【符号の説明】
10 NOx 及びNH3 同時分析装置
11 排ガス
12A 第1の計測ライン
12B 第2の計測ライン
13 アンモニア酸化触媒
14 第1のNOX 計
15 第1の脱硝触媒
16 第2の脱硝触媒
17 第2のNOX 計
18 演算器
19 NO2 計
Claims (4)
- 排ガス中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する装置であって、
排ガスを二系列に分枝してなる第1の計測ラインと第2の計測ラインと、
上記第1の計測ラインに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒と、
該アンモニア酸化触媒の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第1のNOX 計と、
第2の計測ラインに配設され、NOX を脱硝する第1の脱硝触媒と、
第1の計測ラインと第2の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を脱硝する第2の脱硝触媒と、
第2の脱硝触媒の下流に配設され、NOX 濃度を測定する第2のNOX 計と、第1のNOX 計及び第2のNOX 計からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算計測する演算器とを具備することを特徴とする排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析装置。 - 請求項1において、
排ガス中のNO2 濃度を測定するNO2 計を具備してなることを特徴とする排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析装置。 - 排ガス中の窒素酸化物(NOX )及びアンモニア(NH3 )を同時に測定する方法であって、
排ガスを第1の計測ライン第2の計測ラインとの二系列に分枝し、第1の計測ラインにおいてアンモニア酸化触媒によりアンモニアを酸化させ、その後、該アンモニア酸化触媒の下流において、NOX 濃度を測定すると共に、
第2の計測ラインにおいて、第1の脱硝触媒によりNOX を脱硝させ、
その後、第1の計測ラインと第2の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のNOX を第2の脱硝触媒により脱硝させ、第2の脱硝触媒の下流に配設された第2のNOX 計でNOX 濃度で測定し、
且つ第1のNOX 計及び第2のNOX 計からのセンサ出力を受けてNOx濃度及びNH3 濃度を演算器により演算計測し、排ガス中のNOX 及びNH3 の濃度を測定することを特徴とする排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析方法。 - 請求項3において、
排ガス中のNO2 濃度を測定し、NOX のNO及びNO2 の濃度並びにNH3 濃度を測定することを特徴とする排ガス中のNOx 及びNH3 同時分析方法。
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