(57)【要約】【課題】レーザ計測において被測定ガス中の煤塵濃度とガス組成とを一度に計測することができるガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置及び方法を提供する。【解決手段】被測定ガスであるガス化ガス１２中の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計１３と、煤塵濃度の計測結果が、所定の閾値未満である場合に、ガス化ガス１２中のガス組成を計測するガス組成計測計１４と、煤塵濃度の結果が、所定の閾値以上である場合に、ガス化ガス１２中の煤塵を除去するフィルタ１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）と、煤塵濃度の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタ１８に通過させるか否かを判断する制御装置１７と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計と、
煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値未満である場合に、被測定ガス中のガス組成を計測するガス組成計測計と、
煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値以上である場合に、被測定ガス中の煤塵を除去するフィルタと、
煤塵濃度の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタに通過させるか否かを判断する制御装置と、を具備することを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
煤塵濃度計が、被測定ガスに対してレーザ光を照射し、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ミー散乱光計測装置であることを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置。
【請求項３】
請求項１において、
煤塵濃度計が、被測定ガスの煤塵の濁度から煤塵濃度を計測するものであることを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置。
【請求項４】
請求項１において、
煤塵濃度計が、被測定ガスの煤塵の重量から煤塵濃度を計測するものであることを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置。
【請求項５】
被測定ガス中の煤塵濃度を計測し、
煤塵濃度の第１の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタに通過させるか否かを判断し、
煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値未満である場合に、フィルタを通過せずに、被測定ガス中のガス組成を計測すると共に、
煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値以上である場合に、被測定ガス中の煤塵をフィルタで除去した後に被測定ガス中のガス組成を計測することを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測方法。
【請求項６】
請求項５において、
所定の閾値以上である場合に、ミー散乱光計測法により計測できる第２の閾値以上の場合には、濁度計又は重量計により煤塵濃度を計測することを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測方法。
【請求項７】
請求項５又は６のガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測方法により煤塵濃度及びガス組成の計測の結果により、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ計測において被測定ガス中の煤塵濃度とガス組成とを一度に計測することができるガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料ガス中のダスト（煤塵）成分の濃度を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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４２４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法では、煤塵濃度が低濃度の場合は、煤塵濃度とガス組成の両方の計測が可能であるが、それ以上の濃度となった場合、煤塵からのミー散乱光あるいは、煤塵中に含まれるハイドロカーボン類からの蛍光などがノイズ光となり、レーザラマン法によるガス組成の計測が困難になる、という問題がある。
【０００５】
また、煤塵濃度が高い場合には、ボイラ設備に供給するガス化ガス中の煤塵濃度が増加するので、煤塵の種類によっては、例えばボイラ設備の後流側において、ファウリング、スラッギングなどのトラブルが発生する場合がある。
このため、高い煤塵濃度であっても、燃料ガス組成を迅速に精度よく計測することが必要である。このように、煤塵濃度が高い場合であっても、適切にガス組成分析が可能であることが要望されている。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑み、レーザ計測において被測定ガス中の煤塵濃度とガス組成とを一度に計測することができ、且つ煤塵濃度が高い場合であってもガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被測定ガス中の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計と、煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値未満である場合に、被測定ガス中のガス組成を計測するガス組成計測計と、煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値以上である場合に、被測定ガス中の煤塵を除去するフィルタと、煤塵濃度の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタに通過させるか否かを判断する制御装置と、を具備することを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置にある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、煤塵濃度計が、被測定ガスに対してレーザ光を照射し、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ミー散乱光計測装置であることを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置にある。
【０００９】
第３の発明は、第１において、煤塵濃度計が、被測定ガスの煤塵の濁度から煤塵濃度を計測するものであることを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置にある。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明において、煤塵濃度計が、被測定ガスの煤塵の重量から煤塵濃度を計測するものであることを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置にある。
【００１１】
第５の発明は、被測定ガス中の煤塵濃度を計測し、煤塵濃度の第１の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタに通過させるか否かを判断し、煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値未満である場合に、フィルタを通過せずに、被測定ガス中のガス組成を計測すると共に、煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値以上である場合に、被測定ガス中の煤塵をフィルタで除去した後に被測定ガス中のガス組成を計測することを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測方法にある。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、所定の閾値以上である場合に、ミー散乱光計測法により計測できる第２の閾値以上の場合には、濁度計又は重量計により煤塵濃度を計測することを特徴とするガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測方法にある。
【００１３】
第７の発明は、第５又は６のガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測方法により煤塵濃度及びガス組成の計測の結果により、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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被測定ガス中の煤塵濃度とガス組成とを一度に計測することができるので、被測定ガスの状態をオンラインで常に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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２】図２は、実施例１に係るフローチャートである。
【図３】図３は、実施例１に係る他のフローチャートである。
【図４】図４は、実施例１に係るラマン散乱光計測の測定チャートである。
【図５】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６】図６は、実施例２に係るフローチャートである。
【図７】図７は、実施例２に係るラマン散乱光計測の測定チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
本発明による実施例に係るガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置を備えたバイオマスガス化ガス・微粉炭混焼システムの概略図である。図１に示すように、ガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置は、被測定ガスであるガス化ガス１２中の煤塵濃度を計測する煤塵濃度計１３と、煤塵濃度の計測結果が、所定の閾値未満である場合に、ガス化ガス１２中のガス組成を計測するガス組成計測計１４と、煤塵濃度の結果が、所定の閾値以上である場合に、ガス化ガス１２中の煤塵を除去するフィルタ１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）と、煤塵濃度の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタ１８に通過させるか否かを判断する制御装置１７と、を具備するものである。
【００１８】
煤塵濃度計１３としては、ガス化ガス１２に対してレーザ光を照射し、発生するミー散乱光からガス化ガス１２中の煤塵濃度を計測するミー散乱光計測装置とするのが好ましい。
ここで、ミー散乱光計測装置により所定の閾値を判断しているが、この閾値は、ガス組成計測計であるラマン散乱光計測装置での計測が安定してできるか否かを指標としており、例えば閾値を１０ｍｇ／ｍ3Ｎとしている。
これは、煤塵濃度が１０ｍｇ／ｍ3Ｎを超えると、ラマン散乱光の計測のベースラインが安定せずに、ガス組成の分析精度が悪化するからである。
【００１９】
なお、ミー散乱光計測装置及びラマン散乱光計測装置は、例えば前述した特許文献等に開示される公知のレーザ計測装置であれば、いずれでもよく、その装置構成は省略する。
【００２０】
本実施例では、図１に示すように、バイオマスガス化ガス・微粉炭混焼システム１０Ａの燃焼設備であるバイオマスガス化炉１１からのガス化ガス１２を供給するガスラインである母管Ｌ0から、その一部のガス化ガス１２ａを分岐する分岐ラインＬ1を設け、該分岐ラインＬ1に煤塵濃度計１３を設けている。そして、ガス化ガス１２中の煤塵濃度を計測し、制御装置１７において所定の閾値か否かを判断し、閾値未満であると判断した場合には、ガス組成計測計１４でガス組成の計測を行う。これにより、短時間で、煤塵濃度とガス組成とを高い精度で計測することができ、その結果を制御装置１７から燃焼設備にフィードバックし、ボイラ１６に供給する微粉炭１４と混合燃焼する燃焼条件の迅速な対応を行うことができる。
なお、図１中、符号Ｌ2は煤塵濃度計１３から直接分岐したガス化ガス１２ａをガス組成計測計１４に供給するライン、Ｌ3はフィルタラインを示す。
【００２１】
また、制御装置１７において所定の閾値か否かを判断し、閾値以上であると判断した場合には、切替弁Ｖ1を切替て、フィルタ１８側へガス化ガス１２ａを導き、第１のフィルタ１８ａでガス化ガス１２ａ中の煤塵を除去し、その後ガス組成計測計１４でガス組成の計測を行うようにしている。
【００２２】
本実施例では、フィルタ１８を３台（第１のフィルタ１８ａ、第２のフィルタ１８ｂ、第３のフィルタ１８ｃ）用意して、フィルタ機能が低下した際に、切替弁Ｖ2を切り替えることで、連続して煤塵を除去できるようにしている。
【００２３】
図２を参照して、計測の手順について説明する。
１）  まず、ガス化ガス１２中の煤塵濃度をミー散乱光分析により計測する（ステップ１：Ｓ１）。
２）  煤塵濃度の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタに通過させるか否かを判断し、煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値（１０ｍｇ／ｍ3Ｎ）未満(Ｎｏ)である場合に、フィルタを通過せずに、ガス化ガス１２中のガス組成を、ラマン散乱光分析により計測する（ステップ２：Ｓ２）。このラマン散乱光分析の結果より、ガス組成を求め、カロリーを求める。
３）  煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値（１０ｍｇ／ｍ3Ｎ）以上(Ｙｅｓ)である場合フィルタを通過させ(ステップ３：Ｓ３)その後、ガス化ガス１２中のガス組成を、ラマン散乱光分析により計測し（ステップ２：Ｓ２）、ガス分析は終了し、次の計測に備える。
【００２４】
また、フィルタの切り替えを行う場合には、図３に示すような以下の手順による。
ステップ１からステップ３までは、前述と同じ手順であり、さらに以下のステップを行う。
４）  ステップ２（Ｓ２）の終了後、図５に示すラマン散乱光のスペクトルにより、（ピークの面積（Ａ）／（スペクトル全体の面積（スペクトルの面積の総和（Ａ））＋（ベースラインの面積の総和（Ｂ））＝フィルタ交換の閾値が、０．５以上か否かを判断する（ステップ４：Ｓ４）
５）  フィルタ交換の閾値が、０．５未満（Ｎｏ）の場合、ガス分析は終了し、次の計測に備える。
６）  フィルタ交換の閾値が、０．５以上(Ｙｅｓ)の場合、現在使用しているフィルタ（１８ａ）から、新しい次のフィルタ（１８ｂ）に交換し（ステップ５：Ｓ５）、次の計測に備える。
【００２５】
図４に、ラマン散乱光計測の測定チャートを示す。図４に示すように、上段のチャートは、煤塵濃度が高い場合の計測例であり、ベースラインが左上がりに上昇し、ガス組成を正確に測定出来ない様子を示している。なお、図５の下段のチャートは正常状態のスペクトルであり、これからガス組成を求め、カロリーを計算することができる。図中、斜線部分がスペクトル全体の面積（ピークの面積の総和（Ａ）と、ベースラインの面積の総和（Ｂ）を示す。
【００２６】
本発明によれば、ガス化ガス１２中の煤塵濃度とガス組成とを一度に計測することができるので、ガス化ガス１２の状態をオンラインで常に監視することができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明による実施例２に係るガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置について、図面を参照して説明する。
図５は、実施例２に係るガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置を備えたバイオマスガス化ガス・微粉炭混焼システムの概略図である。図５に示すように、バイオマスガス化ガス・微粉炭混焼システム１０Ｂは、実施例１における煤塵濃度計１３が、第１の煤塵濃度計（ミー散乱光分析計）１３ａと、第２の煤塵濃度計（濁度分析計又は重量分析計）１３ｂとを併用したものから構成されている。
【００２８】
ガス化ガス１２中の煤塵濃度が低い場合には、ミー散乱分析により、実施例１の装置での煤塵とガス組成との同時計測が可能であるが、煤塵濃度が高くなると、レーザ光が十分に透過しない場合があり、ミー散乱光分析が困難となる。
【００２９】
図６に、ラマン散乱光計測の測定チャートを示す。図６に示すように、上段のチャートは、煤塵濃度が高い場合の計測例であり、ミー散乱光がブロード状態となって、ガス組成が測定出来ない様子を示している。
【００３０】
よって、正常ではない場合には、煤塵濃度計測手段として、先ずミー散乱光分析による第１の煤塵濃度計１３ａと、煤塵の濁度又は重量から煤塵濃度を計測する第２の煤塵濃度計１３ｂとを設け、煤塵濃度を求めるようにしている。
また、第２の煤塵濃度計１３ｂとしては、高濃度煤塵を測定できるものであればよく、他にコヒーレント光のドップラー効果を利用して煤塵を分析するようにしてもよい。さらに、当該コヒーレント光に煤塵分析、ガス組成分析のために使用するレーザ光源を適用することも可能である。
【００３１】
例えば、煤塵濃度の閾値として、第１の閾値（１０ｍｇ／ｍ3Ｎ）と、第２の閾値（１０ｇ／ｍ3Ｎ）とを設定し、第１の閾値以上の場合には、第２の煤塵濃度計１３ｂで煤塵濃度を計測している。
そして、煤塵濃度が高濃度と判断された場合（１０ｇ／ｍ3Ｎ）には、フィルタ１８で煤塵を除去する際に、フィルタ１８の劣化が早いので、フィルタ１８を通過する前に、煤塵除去手段２０により予め煤塵を除去した後に、フィルタ１８を通過させて、ラマン散乱光分析を行うようにしている。
【００３２】
前記煤塵除去手段２０としては、静電分離手段、コロナ放電により煤塵分離手段等を例示することができるが、本発明はこれらに限定されず、ガス中の煤塵を除去できる手段であれば、いずれでもよい。
【００３３】
そして、制御装置１７において所定の閾値か否かを判断し、第２の閾値以上であると判断した場合には、切替弁Ｖ1、切替弁Ｖ3を切替て、煤塵除去手段２０にガス化ガス１２ａを通過させ、ここで煤塵を除去した後、フィルタ１８側へガス化ガス１２ａを導き、第１のフィルタ１８ａでガス化ガス１２ａ中の煤塵を除去し、その後ガス組成計測計１４でガス組成の計測を行うようにしている。
【００３４】
なお、第１の閾値、第２の閾値については、ガス化ガス中の煤塵の性状、計測装置により変動するので、前記閾値については一例である。
【００３５】
図７を参照して、計測の手順について説明する。
１）  まず、ガス化ガス１２中の煤塵濃度をミー散乱分析により計測する（ステップ１１：Ｓ１１）。
２）  煤塵濃度の閾値の結果により、被測定ガスをフィルタに通過させるか否かを判断し、煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値（１０ｍｇ／ｍ3Ｎ）未満(Ｎｏ)である場合に、フィルタを通過せずに、ガス化ガス１２中のガス組成を、ラマン散乱光分析により計測する（ステップ１２：Ｓ１２）。このラマン散乱光分析の結果より、ガス組成を求め、カロリーを求める。ガス分析終了後は、次の計測に備える。
３）  煤塵濃度の結果が、所定の第１の閾値（１０ｍｇ／ｍ3Ｎ）以上(Ｙｅｓ)である場合、さらにその濃度が第２の閾値（１ｇ／ｍ3Ｎ）以上か否かを判断する（ステップ１３：Ｓ１３）。
４）  所定の第２の閾値（１ｇ／ｍ3Ｎ）未満(Ｎｏ)である場合に、フィルタを通過させ(ステップ１４：Ｓ１４)その後、ガス化ガス１２中のガス組成を、ラマン散乱光分析により計測する（ステップ１２：Ｓ１２）。
５）  煤塵濃度の結果が、所定の第２の閾値（１ｇ／ｍ3Ｎ）以上(Ｙｅｓ)である場合、さらに煤塵濃度計分析によりその濃度を計測する（ステップ１５：Ｓ１５）。
６）  煤塵除去手段により煤塵を除去し（ステップ１６：Ｓ１６）、ステップ１４でフィルタを透過して、ラマン散乱光分析してガス組成を求める（ステップ１２：１Ｓ１２）。
【００３６】
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、適用が可能であり、高濃度の煤塵によるノイズの影響を最小限に抑制し、精度良く、ガス組成の分析が可能となる。
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）のガス組成の計測についても同様にできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明に係るガス中の煤塵濃度及びガス組成の計測装置及び方法によれば、煤塵濃度が高い場合であっても、適切に被測定ガス中の煤塵濃度とガス組成とを一度に計測することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０Ａ、１０Ｂ  バイオマスガス化ガス・微粉炭混焼システム
１１  バイオマスガス化炉
１２  ガス化ガス
１３  煤塵濃度計
１４  ガス組成計測計
１５  微粉炭
１６  ボイラ
１７  制御装置
１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）  フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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