JP5351742B2 - Method for measuring dust concentration in gas and operation method for combustion equipment - Google Patents

Method for measuring dust concentration in gas and operation method for combustion equipment Download PDF

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Description

本発明は、レーザ計測において被測定ガス中の煤塵濃度を安定して分析することができるガス中の煤塵濃度計測方法及び燃焼設備の運転方法を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a method for measuring the concentration of dust in a gas and a method for operating a combustion facility that can stably analyze the concentration of dust in a gas to be measured in laser measurement.

従来、燃料ガス中のダスト（煤塵）成分の濃度をパルスレーザ照射によるミー散乱光により計測することが知られている（特許文献１、２参照）。   Conventionally, it is known to measure the concentration of a dust component in a fuel gas using Mie scattered light by pulse laser irradiation (see Patent Documents 1 and 2).

特開２００５−２４２４９号公報JP 2005-24249 A 特開２００５−２４２５０号公報JP 2005-24250 A

ところで、パルスレーザ照射によるガス分析においては、プラント制御手段として適用するために、定量性を確保しながらも迅速に分析することが要望されている。
しかしながら、一定の定量性を確保するためには、各パルスレーザにて取得された信号を積算することで、Ｓ／Ｎ（シグナルノイズ比）の高い信号を取得する必要があり、時間がかかる。さらに、ミー散乱光による煤塵濃度分析においては、レーザパルスの出力が不安定な場合には、定量性が低下することが問題となっている。 By the way, in gas analysis by pulse laser irradiation, in order to be applied as a plant control means, it is desired to analyze quickly while ensuring quantitativeness.
However, in order to ensure constant quantitativeness, it is necessary to acquire a signal with a high S / N (signal-to-noise ratio) by integrating signals acquired by each pulse laser, which takes time. Furthermore, in the dust concentration analysis using Mie scattered light, if the output of the laser pulse is unstable, there is a problem that the quantitativeness is lowered.

図８は、レーザパルスの出力と信号強度との関係図である。図８に示すように、ミー散乱の信号ピークは、適正範囲であれば、問題はないが、レーザパルスの出力が低い場合において、ミー散乱強度が非線形的に減少するのに、ノイズと信号との分離が困難となり、定量性が低下するという問題がある。
レーザパルスの出力が高い場合において、ミー散乱強度が非線形的に増大してしまい、実際の濃度よりも高い判断となるので、定量が不正確となるような場合がある。 FIG. 8 is a relationship diagram between the output of the laser pulse and the signal intensity. As shown in FIG. 8, there is no problem if the signal peak of Mie scattering is in an appropriate range, but when the laser pulse output is low, the Mie scattering intensity decreases nonlinearly, but noise and signal There is a problem in that it is difficult to separate and the quantitativeness is lowered.
When the output of the laser pulse is high, the Mie scattering intensity increases non-linearly, and the determination is higher than the actual concentration.

このため、濃度分析値にバラツキが発生することを防止しながら、迅速に分析が可能となるガス中の煤塵濃度分析手法の確立が切望されている。   For this reason, establishment of a dust concentration analysis method in gas that enables quick analysis while preventing variation in concentration analysis values is eagerly desired.

本発明は、前記問題に鑑み、迅速且つ高精度に被測定ガス中の煤塵濃度を分析することができるガス中の煤塵濃度計測方法及び燃焼設備の運転方法を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for measuring the concentration of dust in a gas and a method for operating a combustion facility that can analyze the concentration of dust in a gas to be measured quickly and with high accuracy.

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被測定ガスにレーザパルスを照射するレーザ装置と、レーザパルスの照射により発生するミー散乱光を計測するミー散乱用の光検出器と、測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの測定状態を監視するレーザ出力計とを用いて、被測定ガスに対して照射されるレーザパルスにより発生するミー散乱光から被測定ガス中の煤塵濃度を計測するガス中の煤塵濃度計測方法において、ミー散乱光の信号強度を計測し、前記レーザ出力計で監視されたレーザパルスの測定状態について、測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの１パルスあたりのレーザパルスの出力が、所定単位時間において所定の設定閾値の範囲内であるか否かを判断して、閾値範囲内であれば、計測データを許容し、閾値外であれば除外する判断を行い、設定閾値内の許容したミー散乱信号強度データを所定時間積算し、その平均をミー散乱信号強度の平均値とし、その平均値から煤塵濃度を求めることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法にある。 A first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is a laser device for irradiating a gas to be measured with a laser pulse, and a Mie scattering photodetector for measuring Mie scattered light generated by the irradiation of the laser pulse. And a soot concentration in the measurement gas from Mie scattered light generated by the laser pulse irradiated to the measurement gas using a laser output meter that monitors the measurement state of the laser pulse emitted into the measurement chamber In the method for measuring the concentration of dust in the gas, the signal intensity of the Mie scattered light is measured, and the measurement state of the laser pulse monitored by the laser output meter is measured for each pulse of the laser pulse emitted into the measurement chamber. the output of the laser pulse, it is determined whether or not within a predetermined set threshold value in a predetermined unit time, as long as it is within a threshold range, allows measurement data, threshold If it is outside, it is judged to be excluded, the allowed Mie scattered signal intensity data within the set threshold is integrated for a predetermined time, the average is the average value of the Mie scattered signal intensity, and the dust concentration is obtained from the average value. The method is to measure the concentration of dust in the gas.

第２の発明は、第１の発明において、前記設定閾値は、レーザパルスの出力の指標が（測定チャンバ内のレーザパルスの計測パワー強度：Ｉ1）／（レーザ装置から発振された際のレーザパルスの基本パワー強度：Ｉ0）であることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法にある。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the set threshold value is a laser pulse output index (measurement power intensity of the laser pulse in the measurement chamber: I 1 ) / (laser when oscillated from the laser apparatus) This is a method for measuring the soot concentration in a gas, characterized in that the basic power intensity of the pulse is I 0 ).

第３の発明は、第１の発明において、被測定ガスのガス組成をラマン散乱光より計測するラマン散乱用の光検出器を設け、被測定ガスの所定ガス成分のピーク感度（所定ガス成分ピーク強度：Ｉ2）／（レーザパルスの基本パワー強度：Ｉ0）を求めることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法にある。 According to a third invention, in the first invention, a photodetector for Raman scattering that measures the gas composition of the gas to be measured from Raman scattered light is provided, and the peak sensitivity of the predetermined gas component of the gas to be measured (the predetermined gas component peak). Intensity: I 2 ) / (Basic power intensity of laser pulse: I 0 )

第４の発明は、第３の発明において、所定ガス成分が窒素ガスであることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法にある。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the dust concentration measurement method in gas according to the third aspect, wherein the predetermined gas component is nitrogen gas.

第５の発明は、第１乃至４の発明のいずれか一つのガス中の煤塵濃度計測方法により判断し、燃焼条件のフィードバック制御を行うことを特徴とする燃焼設備の運転方法にある。
第６の発明は、測定チャンバ内の被測定ガスにレーザパルスを照射するレーザ装置と、レーザパルスの照射により発生するミー散乱光の信号強度を計測する光検出器と、測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの測定状態を監視するレーザ出力計と、前記光検出器及び前記レーザ出力計の出力を転送される処理装置と、を具備し、前記レーザ出力計から転送されたレーザパルスの測定状態について、前記処理装置が、測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの１パルスあたりのレーザパルスの出力が、所定単位時間において所定の設定閾値の範囲内であるか否かを判断して、閾値範囲内であれば、計測されたミー散乱信号強度データを許容し、閾値外であれば計測されたミー散乱信号強度データを除外する判断を行い、前記処理装置は、許容されたミー散乱信号強度データを所定時間積算し、その平均をミー散乱信号強度の平均値とし、その平均値から煤塵濃度を求めることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測装置にある。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a combustion facility operating method characterized in that the judgment is performed by the dust concentration measuring method in any one of the first to fourth aspects of the invention, and feedback control of combustion conditions is performed.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser device for irradiating a gas under measurement in a measurement chamber with a laser pulse, a photodetector for measuring the signal intensity of Mie scattered light generated by the irradiation of the laser pulse, and a laser beam emitted into the measurement chamber. A laser output meter for monitoring the measurement state of the laser pulse, and a processing device to which the output of the photodetector and the laser output meter is transferred, and the measurement state of the laser pulse transferred from the laser output meter The processing apparatus determines whether or not the output of the laser pulse per pulse of the laser pulse emitted into the measurement chamber is within a predetermined set threshold value range in a predetermined unit time, If it is within, the measured Mie scattered signal intensity data is allowed, and if it is outside the threshold, the measured Mie scattered signal intensity data is excluded, and the processing device Containers have been Mie scattering signal strength data accumulated a predetermined time, the average and the average value of the Mie scattering signal strength, in dust concentration measuring device in the gas and obtaining a dust concentration from the average value.

本発明によれば、ミー散乱光の計測のバラツキを修正することにより、被測定ガス中のミー散乱光による煤塵濃度の計測の信頼性が向上することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the measurement of the dust concentration by the Mie scattered light in the gas to be measured by correcting the variation in the measurement of the Mie scattered light.

図１は、実施例１に係る煤塵濃度計測装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a dust concentration measuring apparatus according to the first embodiment. 図２は、実施例１のデータ処理と比較例（通常）のデータ処理との対比グラフである。FIG. 2 is a comparison graph between the data processing of the first embodiment and the data processing of the comparative example (normal). 図３は、実施例１に係る煤塵濃度計測装置でのレーザパルスの出力とミー散乱光の信号強度の判定結果の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the determination result of the output of the laser pulse and the signal intensity of the Mie scattered light in the dust concentration measurement apparatus according to the first embodiment. 図４は、バイオマスガス化ガスシステムの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of the biomass gasification gas system. 図５は、実施例２に係る煤塵濃度計測装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a dust concentration measuring apparatus according to the second embodiment. 図６は、バイオマスガス化ガスのラマン散乱光計測結果のチャートである。FIG. 6 is a chart of Raman scattered light measurement results of biomass gasification gas. 図７は、実施例２のデータ処理と比較例（通常）のデータ処理との対比グラフである。FIG. 7 is a comparison graph between the data processing of the second embodiment and the data processing of the comparative example (normal). 図８は、レーザパルスの出力と信号強度との関係図である。FIG. 8 is a relationship diagram between the output of the laser pulse and the signal intensity.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

本発明による実施例に係る煤塵濃度計測方法について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る煤塵濃度計測装置の概略図である。図１に示すように、ガス中の煤塵濃度計測装置１０Ａは、被測定ガス１２に対して照射されるレーザパルス１１により発生するミー散乱光３０から被測定ガス１２中の煤塵濃度を計測するガス中の煤塵濃度計測装置を用い、レーザパルス１１の照射により発生するミー散乱光３０をミー散乱用の光検出器３１で計測すると共に、レーザパルス１１の測定状態を出力計（計測用出力計１５Ａ、参照用出力計１５Ｂ）で監視し、ミー散乱光の信号強度を連続してミー散乱用の光検出器３１で計測すると共に、レーザ出力計（計測用出力計１５Ａ、参照用出力計１５Ｂ）において、レーザパルス１１の１パルスあたりのレーザパルスの出力における所定単位時間の所定の設定閾値の範囲内であるか否かを判断して、閾値範囲内であれば、計測データを許容し、閾値外であれば除外する判断を行い、設定閾値内の許容したミー散乱信号強度データを演算装置（図示せず）で所定時間積算し、その平均をミー散乱信号強度の平均値とし、その平均値から煤塵濃度を求めるものである。 A dust concentration measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a dust concentration measuring apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the dust concentration measuring apparatus 10 </ b> A in the gas measures the dust concentration in the measured gas 12 from the Mie scattered light 30 generated by the laser pulse 11 irradiated to the measured gas 12. The Mie scattered light 30 generated by the irradiation of the laser pulse 11 is measured by the Mie scattered light detector 31 and the measurement state of the laser pulse 11 is measured with an output meter (measurement output meter 15A). The reference output meter 15B) monitors the signal intensity of the Mie scattered light continuously with the Mie scattered photodetector 31 and the laser output meter (measurement output meter 15A, reference output meter 15B). In the above, it is determined whether or not the output of the laser pulse per one pulse of the laser pulse 11 is within a predetermined set threshold value range of a predetermined unit time. Acceptance is determined to be excluded if it is outside the threshold, and allowed Mie scattered signal intensity data within the set threshold is integrated for a predetermined time by a computing device (not shown), and the average is used as the average value of Mie scattered signal intensity. The dust concentration is obtained from the average value.

本発明においては、レーザパルス１１の１パルスあたりのレーザパルスの出力における所定単位時間（例えば１０ｎｓ）の所定の設定閾値の範囲内であるか否かを判断するようにしている。
この判断は、レーザ出力計により、「レーザ装置１３から発振された際の参照用出力計１５Ｂにより求めたレーザパルス１１の基本パワー強度：Ｉ0」が０．９５−１．０５の範囲内であるときに、データを許容し、この範囲外であるときには、データを除外するようにしている。
また、レーザの指標＝（測定チャンバ２０内の計測用出力計１５Ａにより求めたレーザパルス１１の計測パワー強度：Ｉ1）／（レーザ装置１３から発振された際の参照用出力計１５Ｂにより求めたレーザパルス１１の基本パワー強度：Ｉ0）が所定の範囲内であるときに、データを許容し、この範囲外であるときには、データを除外するようにすることもできる。 In the present invention, it is determined whether or not the laser pulse 11 is within a predetermined threshold value for a predetermined unit time (for example, 10 ns) in the output of the laser pulse per pulse.
This determination is made with a laser output meter within the range of 0.95-1.05, “the basic power intensity of the laser pulse 11 obtained by the reference output meter 15B when oscillated from the laser device 13: I 0 ”. In some cases, data is allowed, and when outside this range, data is excluded.
Laser index = (measured power intensity of laser pulse 11 obtained by measurement output meter 15A in measurement chamber 20: I 1 ) / (obtained by reference output meter 15B when oscillated from laser device 13) Data can be allowed when the basic power intensity (I 0 ) of the laser pulse 11 is within a predetermined range, and can be excluded when it is outside this range.

その後、設定閾値内の許容したミー散乱信号強度データを演算装置（図示せず）で所定時間（例えば５秒）積算し、その平均をミー散乱信号強度の平均値とし、その平均値から煤塵濃度を求めるものである。   Thereafter, the allowed Mie scattered signal intensity data within the set threshold is integrated by a calculation device (not shown) for a predetermined time (for example, 5 seconds), and the average is set as the average value of the Mie scattered signal intensity. Is what you want.

これにより、ミー散乱の信号強度と、ノイズ強度との分離能力が増大することとなり、精度の高い煤塵濃度計測が可能となる。   As a result, the separation capability between the Mie scattering signal intensity and the noise intensity is increased, and the dust concentration measurement with high accuracy is possible.

以下に、レーザ装置を用いた煤塵濃度計測装置の各構成部材について説明する。   Below, each component of the dust concentration measuring apparatus using a laser apparatus is demonstrated.

レーザ装置１３からのレーザパルス１１は、測定チャンバ２０内に出射される。
なお、測定チャンバ２０内に設けられる計測用出力計１５Ａは、反射ミラー２１−１により反射されたレーザパルス１１の進行方向上に設けられており、レーザパルス１１の出力を正確に監視している。なお、レーザパルス１１はレンズにより測定領域１４に照射できるようにされている。また、レーザ装置１３からのレーザパルス１１の出力を参照出力として求める参照用出力計１５Ｂは、レーザパルス１１を反射ミラー２１−２で反射させて、出射時のレーザパルスの出力を監視している。 The laser pulse 11 from the laser device 13 is emitted into the measurement chamber 20.
The measurement output meter 15A provided in the measurement chamber 20 is provided in the traveling direction of the laser pulse 11 reflected by the reflection mirror 21-1, and accurately monitors the output of the laser pulse 11. . The laser pulse 11 can be irradiated to the measurement region 14 by a lens. The reference output meter 15B that obtains the output of the laser pulse 11 from the laser device 13 as a reference output reflects the laser pulse 11 by the reflection mirror 21-2 and monitors the output of the laser pulse at the time of emission. .

次に、レーザパルス１１が照射できるような形で被測定ガス１２を保持又は流通させる機能を有する測定チャンバ２０について説明する。
測定チャンバ２０は、計測される被測定ガス１２が内部に存在しており、それを外部（レーザ部や分光器を含む）にリークさせないような構造をしている。 Next, the measurement chamber 20 having a function of holding or circulating the measurement gas 12 in such a manner that the laser pulse 11 can be irradiated will be described.
The measurement chamber 20 has a structure in which the measured gas 12 to be measured is present inside and does not leak to the outside (including the laser unit and the spectroscope).

石英窓２３−１、２３−２は、被測定ガス１２を外部へ流出させないための石英ガラス製の窓である。石英ガラス製にしているのは、その窓をレーザパルス１１が透過できるようにするためである。なお、この窓は二重にしており、石英ガラス１枚が破損しても、ガスがリークしないようにしている。   The quartz windows 23-1 and 23-2 are windows made of quartz glass for preventing the measured gas 12 from flowing out. The reason why it is made of quartz glass is to allow the laser pulse 11 to pass through the window. This window is doubled so that gas does not leak even if one piece of quartz glass is broken.

次に、煤塵濃度の計測手順について説明する。
１） レーザパルス１１の出力の指標＝（測定チャンバ２０内のレーザパルス１１の計測パワー強度：Ｉ1）／（レーザ装置１３から発振された際のレーザパルスの基本パワー強度：Ｉ0）を計測して、レーザパルスの出力状態を確認する。通常は１．０である。
２） 次に、ミー散乱信号強度をミー散乱用の光検出器３１で計測する。
３） この際、レーザ出力計により、出力が例えば１Ｗであるときに、レーザ装置１３から発振された際の参照用出力計１５Ｂにより求めたレーザパルス１１の基本パワー強度：Ｉ0が０．９５〜１．０５Ｗの範囲内であるときに、ミー散乱信号強度のデータを許容（ｘ回）し、この範囲外（０．９５Ｗ未満の場合又は１．０５Ｗを超える場合）であるときには、データを除外（ｙ回）し、判定を行うようにしている。
なお、１パルスは２０回／秒であるので、５秒間計測することで１００回計測することとなる。その結果の一部を表１に示す。
４） 最後に許容したデータを積算して、積算量を許容された回数ｘ＝（１００−ｙ）で割ることにより、信号強度の平均値を求める。
５） その後、信号強度の平均値から予め求めた検量線（図示せず）を用いて、煤塵濃度を推定する。 Next, the dust concentration measurement procedure will be described.
1) Index of output of laser pulse 11 = (Measured power intensity of laser pulse 11 in measurement chamber 20: I 1 ) / (Basic power intensity of laser pulse when oscillated from laser device 13: I 0 ) Then, the output state of the laser pulse is confirmed. Usually 1.0.
2) Next, the Mie scattering signal intensity is measured by the Mie scattering photodetector 31.
3) At this time, when the output is 1 W, for example, by the laser output meter, the basic power intensity I 0 of the laser pulse 11 obtained by the reference output meter 15B when oscillated from the laser device 13 is 0.95. Allow Mie scattered signal intensity data (x times) when within -1.05W range, and when outside this range (less than 0.95W or greater than 1.05W) Exclude (y times) and make a determination.
In addition, since 1 pulse is 20 times / second, it will be measured 100 times by measuring for 5 seconds. A part of the results are shown in Table 1.
4) Accumulate the last permitted data and divide the accumulated amount by the permitted number of times x = (100−y) to obtain the average value of the signal intensity.
5) Thereafter, the dust concentration is estimated using a calibration curve (not shown) obtained in advance from the average value of the signal intensity.

Figure 0005351742
Figure 0005351742

図３は、実施例１に係る煤塵濃度計測装置でのレーザパルスの出力とミー散乱光の信号強度の判定結果の一例を示す図である。図３に示すように、レーザパルスのピークを０．９５〜１．０５の閾値として判断し、この適切な出力条件の場合のミー散乱光ピークのみのデータを受光データとして許容することで、ノイズの少なくなり、高精度な煤塵濃度分析を行うことができる。
このように、本発明では、所定回数（例えば１００回）のレーザのパルスの出力値、ミー散乱光強度をデータ処理装置に転送し、適切なレーザパルス出力値におけるミー散乱光強度のみを積算するようにしたので、適切でないレーザパルス出力値のデータを除外できるので、短時間に高精度な煤塵分析が可能となる。
これは、近年の分析時間の短縮化に寄与することとなる。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the determination result of the output of the laser pulse and the signal intensity of the Mie scattered light in the dust concentration measurement apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the peak of the laser pulse is determined as a threshold value of 0.95 to 1.05, and the data of only the Mie scattered light peak in the case of this appropriate output condition is allowed as the received light data. Therefore, highly accurate dust concentration analysis can be performed.
In this way, in the present invention, the laser pulse output value and Mie scattered light intensity for a predetermined number of times (for example, 100 times) are transferred to the data processing device, and only the Mie scattered light intensity at the appropriate laser pulse output value is integrated. Since it did in this way, since the data of the laser pulse output value which is not appropriate can be excluded, the highly accurate dust analysis can be performed in a short time.
This contributes to shortening of analysis time in recent years.

図２は、実施例１のデータ処理と比較例（通常）のデータ処理との対比グラフである。 図２に示すように、本実施例のような処理を行う場合では、理想（破線）に近づく、データを取得できる。これに対し、本発明のような処理をしない場合では、ばらつきが発生することとなる。   FIG. 2 is a comparison graph between the data processing of the first embodiment and the data processing of the comparative example (normal). As shown in FIG. 2, in the case of performing processing as in the present embodiment, data that approaches an ideal (broken line) can be acquired. On the other hand, in the case where the processing as in the present invention is not performed, variations occur.

図４は燃焼設備の構成図である。
図４に示すように、バイオマスガス化システム１００の燃焼設備であるバイオマス燃焼炉１０１からのガス化ガス１０２を供給するガスライン１０３から、その一部のガス化ガス１０２ａを分岐する分岐ライン１０３ａを設け、該分岐ライン１０３に煤塵濃度計測装置１０Ａを設けている。そして、被測定ガスであるガス化ガス１０２中の煤塵濃度を、前述した煤塵濃度計測方法により短時間で判断し、燃焼条件のフィードバック制御を制御装置１０４により行う。これにより、短時間（例えば５秒以内）で、煤塵濃度を高い精度で計測することができ、燃焼条件の迅速は対応を行うことができる。 FIG. 4 is a configuration diagram of the combustion facility.
As shown in FIG. 4, a branch line 103a that branches a part of the gasified gas 102a from a gas line 103 that supplies a gasified gas 102 from a biomass combustion furnace 101 that is a combustion facility of the biomass gasification system 100 is provided. The dust concentration measuring device 10 </ b> A is provided in the branch line 103. Then, the soot concentration in the gasified gas 102 which is the gas to be measured is determined in a short time by the soot concentration measuring method described above, and the control device 104 performs feedback control of the combustion conditions. Thereby, the dust concentration can be measured with high accuracy in a short time (for example, within 5 seconds), and the combustion condition can be quickly dealt with.

本発明による実施例に係る煤塵濃度計測方法について、図面を参照して説明する。
図５は、実施例２に係る煤塵濃度計測装置の概略図である。図５に示すように、ガス中の煤塵濃度計測装置１０Ｂは、実施例１の装置において、さらに、ラマン散乱光の信号を検知するラマン散乱用の光検出器４３を設けている。
ラマン散乱用の光検出器４３の受光手段は、発生するラマン散乱光４０を計測する分光部４１とＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ４２から構成されている。受光された信号はデータ処理手段２３（ＣＰＵ）で処理され、被測定ガス１２の所定ガス組成のスペクトルピーク強度が求められる。 A dust concentration measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic diagram of a dust concentration measuring apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the dust concentration measuring apparatus 10 </ b> B in the gas is further provided with a Raman scattering photodetector 43 that detects a Raman scattered light signal in the apparatus of the first embodiment.
The light receiving means of the light detector 43 for Raman scattering includes a spectroscopic unit 41 that measures the generated Raman scattered light 40 and an ICCD (Intensified Charge Coupled Device) camera 42. The received signal is processed by the data processing means 23 (CPU), and the spectrum peak intensity of the predetermined gas composition of the measured gas 12 is obtained.

図６はバイオマスガス化ガスのラマン散乱光計測結果のチャートである。図６に示すように、水素（Ｈ2）が８％、水（Ｈ2Ｏ）が６２％、二酸化炭素（ＣＯ2）が１２％、一酸化炭素（ＣＯ）が６％、メタン（ＣＨ4）が１％、窒素（Ｎ2）が１２％である。なお割合はチャートからの計算による。 FIG. 6 is a chart of the Raman scattered light measurement result of the biomass gasification gas. As shown in FIG. 6, hydrogen (H 2 ) is 8%, water (H 2 O) is 62%, carbon dioxide (CO 2 ) is 12%, carbon monoxide (CO) is 6%, methane (CH 4 ) Is 1%, and nitrogen (N 2 ) is 12%. The ratio is calculated from the chart.

本実施例では、１パルスあたりの所定ガス成分（窒素）の信号強度を求めた。
そして、被測定ガス１２の所定ガス成分（例えばＮ2）のピーク感度の指標＝（所定ガス成分（Ｎ2）ピーク強度：Ｉ2）／（レーザパルス１１の基本パワー強度：Ｉ0）を求め、第２の閾値で判定を行い、レーザ出力計により、（測定チャンバ２０内のラマン散乱光４０の窒素のピーク強度：Ｉ2）／（レーザ装置１３から発振された際の参照用出力計１５Ｂにより求めたレーザパルス１１の基本パワー強度：Ｉ0）が０．９５−１．０５の範囲内であるときに、データを許容し、この範囲外であるときには、データを除外するようにしている。
なお、前記指標は、本実施例では０．９５〜１．０５の範囲としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、分析条件により適宜変更してもよい。 In this example, the signal intensity of a predetermined gas component (nitrogen) per pulse was obtained.
Then, an index of peak sensitivity of a predetermined gas component (for example, N 2 ) of the gas 12 to be measured = (predetermined gas component (N 2 ) peak intensity: I 2 ) / (basic power intensity of the laser pulse 11: I 0 ). Then, determination is made with the second threshold value, and a laser output meter (B peak intensity of the Raman scattered light 40 in the measurement chamber 20: I 2 ) / (reference output meter 15B when oscillated from the laser device 13) The data is allowed when the basic power intensity (I 0 ) of the laser pulse 11 obtained by the above is within the range of 0.95 to 1.05, and is excluded when it is outside this range. .
In addition, although the said parameter | index is set as the range of 0.95-1.05 in a present Example, this invention is not limited to this, You may change suitably with analysis conditions.

ここで、前記指標の閾値の設定方法の一例としては、実施例記載の方法のようにして、ガス中の標準サンプルを用いた検量線データを取得する。所定の分析時間にて得られる分析精度を、指標（レーザパルスの出力範囲）を変化させながら、予め適正化しておくようにすればよい。   Here, as an example of a method for setting the threshold value of the index, calibration curve data using a standard sample in gas is acquired as in the method described in the examples. The analysis accuracy obtained in a predetermined analysis time may be optimized in advance while changing the index (laser pulse output range).

図７は、実施例２のデータ処理と比較例（通常）のデータ処理との対比グラフである。 図７に示すように、本実施例のような処理を行う場合では、理想（破線）に近づく、データを取得できる。これに対し、本発明のような処理をしない場合では、ばらつきが発生することとなる。   FIG. 7 is a comparison graph between the data processing of the second embodiment and the data processing of the comparative example (normal). As shown in FIG. 7, in the case of performing processing as in the present embodiment, data that approaches an ideal (dashed line) can be acquired. On the other hand, in the case where the processing as in the present invention is not performed, variations occur.

また、レーザパルスの出力の低下に伴い、閾値の判断を変更するようにしてもよい。
例えば、（測定チャンバ２０内のラマン散乱光４０の窒素のピーク強度：Ｉ2）／（レーザ装置１３から発振された際の参照用出力計１５Ｂにより求めたレーザパルス１１の基本パワー強度：Ｉ0）が０．９５−１．０５の範囲内で判断している場合、０．９０〜１．００の範囲に変更して、劣化に対応した判断とするようにしてもよい。
なお、変更の範囲については、レーザパルスの条件により適宜変更すればよい。 Further, the determination of the threshold value may be changed as the output of the laser pulse decreases.
For example, (the peak intensity of nitrogen of the Raman scattered light 40 in the measurement chamber 20: I 2 ) / (the basic power intensity of the laser pulse 11 obtained by the reference output meter 15B when oscillated from the laser device 13: I 0 ) Is within the range of 0.95-1.05, it may be changed to the range of 0.90-1.00 to make a determination corresponding to the deterioration.
Note that the range of change may be changed as appropriate according to the laser pulse conditions.

本発明にかかる煤塵濃度計測方法は、例えば加圧流動床ボイラ、ガス化炉、コークス炉等からの生成ガスの煤塵濃度の計測や、例えばタービンやガスエンジン、各種ボイラに供給される導入ガスのガス中の煤塵濃度を計測する際において、レーザパルスの光軸を常に監視することで長期間に亙って安定してガス成分計測を行うことができることとなる。
また、ラマン散乱による分析においても適切なレーザパルスを選択していくことによって、計測精度の向上を図ることもできる。
また、発電プラントのみならず、化学プラントから得られる有用ガス（例えばＧＴＬ）のガス組成を計測することができる。 The dust concentration measurement method according to the present invention includes measurement of the dust concentration of a product gas from, for example, a pressurized fluidized bed boiler, a gasification furnace, a coke oven, and the like, for example, a turbine, a gas engine, and an introduction gas supplied to various boilers. When measuring the dust concentration in the gas, the gas component measurement can be stably performed over a long period of time by constantly monitoring the optical axis of the laser pulse.
Further, in the analysis by Raman scattering, the measurement accuracy can be improved by selecting an appropriate laser pulse.
Moreover, the gas composition of the useful gas (for example, GTL) obtained from not only a power plant but a chemical plant can be measured.

以上のように、本発明に係るガス中の煤塵濃度計測方法によれば、被測定ガス中の煤塵濃度の迅速な定量が確実となる。   As described above, according to the method for measuring the concentration of dust in the gas according to the present invention, the quick determination of the concentration of dust in the gas to be measured is ensured.

１０Ａ、１０Ｂ 煤塵濃度計測装置
１１ レーザパルス
１２ 被測定ガス
１３ レーザ装置
１４ 測定領域
２０ 測定チャンバ
３０ ミー散乱光
３１ ミー散乱用の光検出器
４０ ラマン散乱光
４３ ミー散乱用の光検出器 10A, 10B Dust concentration measuring device 11 Laser pulse 12 Gas to be measured 13 Laser device 14 Measurement region 20 Measurement chamber 30 Mie scattered light 31 Photo detector for Mie scattering 40 Raman scattered light 43 Photo detector for Mie scattering

Claims (6)

被測定ガスにレーザパルスを照射するレーザ装置と、
レーザパルスの照射により発生するミー散乱光を計測するミー散乱用の光検出器と、
測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの測定状態を監視するレーザ出力計とを用いて、
被測定ガスに対して照射されるレーザパルスにより発生するミー散乱光から被測定ガス中の煤塵濃度を計測するガス中の煤塵濃度計測方法において、
ミー散乱光の信号強度を計測し、
前記レーザ出力計で監視されたレーザパルスの測定状態について、測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの１パルスあたりのレーザパルスの出力が、所定単位時間において所定の設定閾値の範囲内であるか否かを判断して、閾値範囲内であれば、計測データを許容し、閾値外であれば除外する判断を行い、
設定閾値内の許容したミー散乱信号強度データを所定時間積算し、その平均をミー散乱信号強度の平均値とし、その平均値から煤塵濃度を求めることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法。 A laser device for irradiating a gas to be measured with a laser pulse;
A light detector for Mie scattering that measures Mie scattered light generated by laser pulse irradiation;
With a laser power meter that monitors the measurement state of the laser pulse emitted into the measurement chamber ,
In the method for measuring the concentration of dust in the gas, which measures the concentration of dust in the gas to be measured from the Mie scattered light generated by the laser pulse irradiated to the gas to be measured.
Measure the signal intensity of Mie scattered light,
Regarding the measurement state of the laser pulse monitored by the laser output meter , whether or not the output of the laser pulse per pulse of the laser pulse emitted into the measurement chamber is within a predetermined set threshold value within a predetermined unit time . If it is within the threshold range, the measurement data is allowed, and if it is outside the threshold range, it is excluded.
A method for measuring the concentration of dust in a gas, wherein the allowed Mie scattering signal intensity data within a set threshold value is integrated for a predetermined time, and the average is used as an average value of the Mie scattering signal intensity, and the dust concentration is obtained from the average value. 請求項１において、
前記設定閾値は、レーザパルスの出力の指標＝（測定チャンバ内のレーザパルスの計測パワー強度：Ｉ1）／（レーザ装置から発振された際のレーザパルスの基本パワー強度：Ｉ0）であることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法。 In claim 1,
The set threshold is an index of laser pulse output = (measurement power intensity of laser pulse in measurement chamber: I 1 ) / (basic power intensity of laser pulse when oscillated from laser device: I 0 ). A method for measuring the concentration of dust in a gas, characterized by 請求項１において、
被測定ガスのガス組成をラマン散乱光より計測するラマン散乱用の光検出器を設け、
被測定ガスの所定ガス成分のピーク感度（所定ガス成分ピーク強度：Ｉ2）／（レーザパルスの基本パワー強度：Ｉ0）を求めることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法。 In claim 1,
A Raman scattering photodetector for measuring the gas composition of the gas to be measured from the Raman scattered light is provided.
A method for measuring the concentration of dust in a gas, wherein peak sensitivity (predetermined gas component peak intensity: I 2 ) / (basic power intensity of laser pulse: I 0 ) of a predetermined gas component of a gas to be measured is obtained. 請求項３において、
所定ガス成分が窒素ガスであることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測方法。 In claim 3,
A dust concentration measuring method in gas, wherein the predetermined gas component is nitrogen gas. 請求項１乃至４のいずれか一つのガス中の煤塵濃度計測方法により判断し、燃焼条件のフィードバック制御を行うことを特徴とする燃焼設備の運転方法。   A method for operating a combustion facility, characterized by performing the feedback control of combustion conditions, which is determined by the method for measuring the concentration of dust in a gas according to any one of claims 1 to 4. 測定チャンバ内の被測定ガスにレーザパルスを照射するレーザ装置と、A laser device for irradiating a gas under measurement in a measurement chamber with a laser pulse;
レーザパルスの照射により発生するミー散乱光の信号強度を計測する光検出器と、  A photodetector for measuring the signal intensity of Mie scattered light generated by laser pulse irradiation;
測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの測定状態を監視するレーザ出力計と、  A laser power meter for monitoring the measurement state of the laser pulse emitted into the measurement chamber;
前記光検出器及び前記レーザ出力計の出力を転送される処理装置と、を具備し、  A processing device to which the output of the photodetector and the laser output meter is transferred,
前記レーザ出力計から転送されたレーザパルスの測定状態について、前記処理装置が、測定チャンバ内に出射されたレーザパルスの１パルスあたりのレーザパルスの出力が、所定単位時間において所定の設定閾値の範囲内であるか否かを判断して、閾値範囲内であれば、計測されたミー散乱信号強度データを許容し、閾値外であれば計測されたミー散乱信号強度データを除外する判断を行い、  With respect to the measurement state of the laser pulse transferred from the laser output meter, the processing device can output the laser pulse per one pulse of the laser pulse emitted into the measurement chamber within a predetermined set threshold value within a predetermined unit time. If it is within the threshold range, the measured Mie scattered signal intensity data is allowed, and if it is outside the threshold, the measured Mie scattered signal intensity data is excluded.
前記処理装置は、許容されたミー散乱信号強度データを所定時間積算し、その平均をミー散乱信号強度の平均値とし、その平均値から煤塵濃度を求めることを特徴とするガス中の煤塵濃度計測装置。  The processing device integrates allowed Mie scattered signal intensity data for a predetermined time, sets the average as the average value of Mie scattered signal intensity, and obtains the dust concentration from the average value, and measures the concentration of dust in the gas apparatus.
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