JP6076895B2 - ガス成分濃度分布測定装置及び排ガス脱硝システム - Google Patents
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Description
ガスを吸引して測定用の配管に導く際、測定の高速化が困難である。
ガスを測定用の配管に引き込んだ後に濃度測定を行うことから、配管を流通しているガスと測定管に引き込まれたガスの状態(例えば、水分濃度、温度等)が異なってしまい、測定精度が低下する。
流通ガスを局所的に採取して濃度測定を行うため、局所的なガス濃度測定はできても、濃度分布を取得することができない。また、サンプリング箇所を逐次変えて濃度測定を行えば、濃度分布を取得することは可能であるが、位置毎にガスの吸引、排出が必要となり、作業が煩雑であるとともに時間がかかる。
図1に示すように、本実施例に係る排ガス脱硝システムを備えたボイラ装置100は、ボイラ101からの燃焼排ガス(以下「排ガス」という)102中に還元剤(例えばアンモニア:NH3)を供給する還元剤供給手段であるアンモニア注入装置104と、還元剤が含まれた窒素酸化物(NOx)を脱硝する区画された脱硝触媒106を備えた脱硝装置105と、脱硝装置105の出口側に設けられ、脱硝装置105のガス流れに直交する区画された脱硝触媒106に対応する領域における排ガス中のガス成分(NH3、NOx)濃度分布を計測する複数の送光筒112A(112B、112C)を有するプローブ手段を有し、レーザ計測手段によりアンモニア濃度を測定するガス成分濃度分布測定装置110と、を具備し、ガス成分濃度分布測定装置110のアンモニア濃度の計測結果より、区画された領域のアンモニアの濃度分布を求めるものである。なお、図1中、符号103a、103bは側壁、07は空気予熱器、108は煙突を図示する。
図4に示すように、基本の1セットを構成する3種類の異なる計測領域Lを形成するプローブ手段は、レーザ光202を通過する中空の送光筒112A(112B、112C)と、該送光筒112A(112B、112C)の一部が所定距離112a、112bの間で区切られ、計測場に晒される計測領域Lを有している。
この区切られた計測領域Lに排ガス102が通過することとなるので、排ガス102中のアンモニアをレーザ光によって計測することができる。
この計測領域Lは、例えば1mの間途切れており、レーザ光路長を1mとしている。
したがって、レーザ経路上では、送光筒112A(112B、112C)の切れている計測領域Lにのみ区画された脱硝触媒を通過した排ガス102が存在することになり、該計測領域Lにおける排ガス102中のアンモニア濃度をレーザ光の吸収により測定できる。
本実施例に係るガス成分濃度分布測定装置の基本のプローブ手段は、排ガス102のガス流れ方向と直交する方向に所定間隔を持って設置され、レーザ光を通過する9本の送光筒112(112Aが3本、112Bが3本、112Cが3本)と、この送光筒112の一部が所定距離区切られ、煙道の計測場に晒される計測領域Lと、煙道103の外部において、レーザ発光部201からのレーザ光202を順次反射し、9本の送光筒112内に順次レーザ光202を導入する9個の送光反射部203を備えた送光ユニット204と、煙道103の外部において、計測領域Lを通過した9本の送光筒112からのレーザ光202を順次反射し、レーザ受光部205へ導入する2以上の受光反射部206を備えた受光ユニット207と、を備えてなり、燃焼排ガス102のガス成分濃度を計測する際、送光ユニット204の送光反射部203と、受光ユニット207の受光反射部206との反射のタイミングを同期させて、順次複数の送光筒112内へのレーザ光の導入及びレーザ光の受光を行うようにしている。符号208はレーザ光を吸収するダンパである。
図7に示すように、レーザ発光部201から照射されたレーザ光202は、送光ユニット204のレーザ発光部201に一番近い位置にある第1の送光反射部203−1によりレーザ光202が反射され、1セット(I)目の送光筒112A内に導入される。そして、この送光筒112Aに形成された所定距離112a、112b間区切られ、煙道の計測場に晒される計測領域Lをレーザ光が通過し、その後受光ユニット207の第1の受光反射部206−1で反射され、レーザ受光部205に導入され、ここでレーザ光の光強度を求める。なお、図中符号211はパージガスを図示する。
図8は、吸収分光計測の概念図である。図9は、吸収分光計測の吸収チャート図である。
レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式として、ランベルト・ベール(Lambert−Beer)の法則が知られている。
I(L)=I0exp(−kC0L) ……(1)
ここで、kは測定対象の吸光度に応じて設定される比例係数である。
I(L)=I0exp(−kC1L1) ……(2)
図10は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。
図10では、波長が1.5μmの場合、煤塵濃度が6g/Nm3程度の石炭灰中に2.0mの光路長で計測が可能であることを確認している。
よって、煤塵濃度がそれ以上の場合には、1.5m、より好適には1m前後の光路長で計測することが良好である。
図11に示すように、アンモニア注入装置104は、アンモニア供給源に接続された流路配管のアンモニア主系統22に総流量制御弁23を備えている。このアンモニア主系統22は、総流量制御弁23の下流において、ヘッダ24から分岐させた複数本(図示の例では6本)のアンモニア供給系統26を備えている。
このようにして得られた濃度測定領域の濃度分布は、例えば、制御装置20と接続された表示装置(図示略)に表示されることによって、ユーザに提示される。
よって、本装置を用いて、負荷変動等があった場合には、通常の計測回数よりも頻繁に濃度分布の計測を行うようにして、窒素酸化物の脱硝が確実になされているかを判断するようにしてもよい。
図12に示すように、第1列I〜第3列IIIは、第1の送光ユニット204−1及び第1の受光ユニット207−1とし、第4列IV〜第6列VIは、第2の送光ユニット204−2及び第2の受光ユニット207−2としている。
2セットの送光ユニットと受光ユニットを設けるだけで、煙道103内の18点の分布(P1〜P18)の計測をわずかな時間遅れで、計測することができる。
101 ボイラ
102 燃焼排ガス(排ガス)
103 煙道
104 アンモニア注入装置
105 脱硝装置
106 脱硝触媒
110 ガス成分濃度分布測定装置
112A〜112C 送光筒
201 レーザ発光部
202 レーザ光
203 送光反射部
204 送光ユニット
205 レーザ受光部
206 受光反射部
207 受光ユニット
Claims (5)
- 燃焼排ガスが通過する煙道と、
前記燃焼排ガスのガス流れ方向と直交する方向に所定間隔を持って2以上設置され、レーザ光を通過する送光筒と、
該送光筒の一部が所定距離区切られ、前記煙道の計測場に晒される計測領域と、
前記煙道の外部において、レーザ発光部からのレーザ光を順次反射し、前記2以上の送光筒内にレーザ光を導入する2以上の送光反射部を備えた送光ユニットと、
前記煙道の外部において、前記計測領域を通過した2以上の送光筒からのレーザ光を順次反射し、レーザ受光部へ導入する2以上の受光反射部を備えた受光ユニットと、を備えてなり、
一対の前記送光ユニットの前記送光反射部と前記受光ユニットの前記受光反射部との回転駆動のタイミングを同期させて、前記送光筒の一端側から他端側に向けて順次複数の送光筒内へのレーザ光の導入及びレーザ光の受光を行って燃焼排ガスのガス成分濃度を計測することを特徴とするガス成分濃度分布測定装置。 - 請求項1において、
前記計測領域が、前記送光筒の長手方向に沿ってその設置位置が異なり、区画された領域の一部に位置することを特徴とするガス成分濃度分布測定装置。 - 請求項1又は2において、
前記送光ユニットと、前記受光ユニットとの内部に各々パージガスを導入するパージガス導入部を備えることを特徴とするガス成分濃度分布測定装置。 - 燃焼排ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤が含まれた排ガス中の窒素酸化物(NOx)を脱硝する区画された脱硝触媒を備えた脱硝装置と、
前記脱硝装置の入口側又は出口側の少なくとも一方に設けられ、排ガス中のガス成分濃度分布を計測する請求項1乃至3のいずれか一つのガス成分濃度分布測定装置と、を具備し、
前記ガス成分濃度分布測定装置の計測結果より、ガス成分濃度分布を求めることを特徴とする排ガス脱硝システム。 - 請求項4において、
前記ガス成分がアンモニア(NH3)又は窒素酸化物(NOx)のいずれか一方又は両方であることを特徴とする排ガス脱硝システム。
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