(57)【要約】【課題】ＮＯｘ、ＳＯ２やＳＯ３等の腐食性ガスを含む燃焼排ガスのＣＯ濃度を安価、かつ長期間安定して正確に測定すること。【解決手段】燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する装置であって、ＣＯを含有する前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去する除去手段と、ＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去された燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定手段とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置。【選択図】      図１
2004361107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する装置であって、
ＣＯを含有する前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去する除去手段と、ＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去された燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定手段とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置。
【請求項２】
燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する装置であって、
ＣＯを含有する前記燃焼排ガスと、水溶液、スラリー、または水溶液とスラリーを含む洗浄液とを接触させる接触手段と、前記接触後の燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定手段とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置。
【請求項３】
前記接触がバブリングであることを特徴とする、請求項２に記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項４】
前記洗浄液に含まれる前記水溶液がアルカリ金属塩水溶液であることを特徴とする、請求項２または３に記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項５】
前記洗浄液がＮａ２ＣＯ３水溶液である、請求項２〜４のいずれかに記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項６】
前記洗浄液に含まれる前記スラリーがアルカリ土類金属塩の水スラリーであることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項７】
前記洗浄液のアルカリ物質の濃度が０．５〜５０重量％であることを特徴とする、請求項２〜６のいずれかに記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項８】
前記洗浄液に燃焼排ガスをバブリングさせる容器中に、充填物を充填させることを特徴とする、請求項３〜７のいずれかに記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項９】
前記燃焼排ガスのＣＯ濃度を熱線半導体法、バイオセンサー法または定電位電解法によって測定することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のＣＯ濃度測定装置。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載のＣＯ濃度測定装置によって測定されるＣＯ濃度が一定の値となるように燃焼空気量を制御する燃焼空気量制御装置とを含むことを特徴とする燃焼装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃焼装置で燃焼させ、水蒸気を得るとともに、燃焼排ガスを得る手段と、
前記水蒸気でタービンを回し、電力を発生させる手段と、
を含む発電装置。
【請求項１２】
燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する方法であって、
ＣＯを含有する前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去する除去工程と、前記除去工程を経た燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定工程とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定方法。
【請求項１３】
燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する方法であって、
ＣＯを含有する燃焼排ガスを、水溶液、スラリー、または水溶液とスラリーを含む洗浄液と接触させる接触工程と、前記接触後の燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定工程とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定方法。
【請求項１４】
前記接触がバブリングであることを特徴とする、請求項１３に記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項１５】
前記洗浄液に含まれる前記水溶液がアルカリ金属塩水溶液であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項１６】
前記洗浄液がＮａ２ＣＯ３水溶液である。請求項１３〜１５のいずれかに記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項１７】
前記洗浄液に含まれる前記スラリーがアルカリ土類金属塩の水スラリーであることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれかに記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項１８】
前記洗浄液のアルカリ物質の濃度が０．５〜５０重量％であることを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれかに記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項１９】
前記洗浄液に燃焼排ガスをバブリングさせる容器中に、充填物を充填させることを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれかに記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項２０】
前記燃焼排ガスのＣＯ濃度を熱線半導体法、バイオセンサー法または定電位電解法によって測定することを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれかに記載のＣＯ濃度測定方法。
【請求項２１】
請求項１２〜２０に記載のＣＯ濃度測定方法によって測定されるＣＯ濃度が一定の値となるように燃焼空気量を制御することを特徴とする化石燃料の燃焼方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の燃焼方法で化石燃料を燃焼させ、水蒸気を得るとともに、燃焼排ガスを得る工程と、
前記水蒸気でタービンを回し、電力を発生させる工程と、
を含む発電方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼排ガスのＣＯ濃度の測定装置、当該測定装置を用いた燃焼装置及び発電装置、並びに、燃焼排ガスのＣＯ濃度の測定方法、当該測定方法を用いた燃焼方法及び発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業界では、電力等のエネルギーの供給手段として、ボイラ等を用いて電気や蒸気を生産している。
このボイラ等の燃料には、重油、原油、石炭、オイルコークス、タール、オリマルション、ＣＷＭ，コム、アスファルト等の化石燃料が用いられる。
化石燃料をボイラや加熱炉で燃焼させることによって発生した燃焼排ガスには、ＣＯ、ＳＯ２、ＳＯ３、未燃カーボン等の煤塵等が含まれる。
【０００３】
一般的に、燃焼用空気を少なくすると、ボイラ効率が向上し、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘやＳＯ３等の腐食性物質や有害物質が減少することが知られている。
【０００４】
しかしながら、燃焼空気を過度に少なくすると、逆にボイラ効率は低下し、燃焼排ガスに含まれる煤塵量とＣＯ濃度が増加する。特にＣＯは毒性が高く、燃焼排ガスのＣＯ濃度を極めて低く抑えることが必要である。
【０００５】
そこで、ボイラ効率を高度に保ち、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘやＳＯ３等の腐食性物質や有害物質を抑えると同時に、煤塵量とＣＯ濃度を低く抑えるために、燃焼空気の量を適切に制御する必要性は極めて高い。
そのため、燃焼空気量を適切に制御するために、燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する必要性は極めて大きい。実際、燃焼空気の量を制御するために、燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置が設置されている場合がある。
【０００６】
しかしながら、燃焼排ガスのＣＯ濃度を測るための測定装置においては、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３、煤塵等が原因となる腐食や誤測定を防止することが必要である。
そこで実際、燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置としては、そのような弊害を受けにくい赤外線吸収法ＣＯ濃度測定装置や、非分散赤外線法ＣＯ濃度測定装置が用いられている。
【０００７】
しかしながら、これらのＣＯ濃度測定装置は、極めて大きく、高価であり、また煤塵等により長期間安定してＣＯ濃度を測定することが難しい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、たとえば、ＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３等の腐食性ガスを含む燃焼排ガスのＣＯ濃度を安価、かつ長期間安定して正確に測定できるＣＯ濃度測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、たとえば、燃焼排ガスのＣＯ濃度に基づいて燃焼空気量を制御することによって、煤塵量、ＳＯ３濃度、ＮＯｘ濃度、および灰の量を低く抑えることができる燃焼装置および該燃焼装置を含む発電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する装置であって、ＣＯを含有する前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去する除去手段と、ＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去された燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定手段とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置を提供する。
ここで、ＮＯｘとは窒素酸化物を意味する。また除去とは、前記燃焼排ガスに含まれるＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵の１以上を全て除去することに限定されるのもではなく、一部の除去も含むものである。
また、本発明は、燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する装置であって、ＣＯを含有する前記燃焼排ガスと、水溶液、スラリー、または水溶液とスラリーを含む洗浄液とを接触させる接触手段と、前記接触後の燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定手段とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定装置を提供する。
さらに、前記接触がバブリングであることが好ましい。
また、前記洗浄液に含まれる前記水溶液がアルカリ金属塩水溶液であることが好ましい。
さらに、前記洗浄液がＮａ２ＣＯ３水溶液であることが好ましい。
また、前記洗浄液に含まれる前記スラリーがアルカリ土類金属塩の水スラリーであることが好ましい。
前記洗浄液のアルカリ物質の濃度が０．５〜５０重量％であることが好ましい。
また、前記洗浄液に燃焼排ガスをバブリングさせる容器中に、充填物を充填させることが好ましい。充填物として、たとえばメッシュ、棒、玉が挙げられる。
さらに、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度を熱線半導体法、バイオセンサー法または定電位電解法によって測定することが好ましい。
また、本発明はＣＯ濃度測定装置によって測定されるＣＯ濃度が一定の値となるように燃焼空気量を制御する燃焼空気量制御装置とを含むことを特徴とする燃焼装置を提供する。
前記ＣＯ濃度が２００ｐｐｍ以下となるように燃焼空気量を制御することが好ましい。
また、本発明は前記燃焼装置で化石燃料を燃焼させ、水蒸気を得るとともに、燃焼排ガスを得る手段と、前記水蒸気でタービンを回し、電力を発生させる手段とを含む発電装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する方法であって、ＣＯを含有する前記燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵から選ばれる１以上を除去する除去工程と、前記除去工程を経た燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定工程とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定方法を提供する。ここで、ＮＯｘとは窒素酸化物を意味する。また除去とは、前記燃焼排ガスに含まれるＳＯ２、ＳＯ３及び煤塵の１以上を全て除去することに限定されるのもではなく、一部の除去も含むものである。
また、本発明は、燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定する方法であって、ＣＯを含有する燃焼排ガスを、水溶液、スラリー、または水溶液とスラリーを含む洗浄液と接触させる接触工程と、前記接触後の燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定工程とを有する、前記燃焼排ガスのＣＯ濃度測定方法を提供する。
前記接触がバブリングであることが好ましい。
また、前記洗浄液に含まれる前記水溶液がアルカリ金属塩水溶液であることが好ましい。
前記洗浄液がＮａ２ＣＯ３水溶液であることが好ましい。
また、前記洗浄液に含まれる前記スラリーがアルカリ土類金属塩の水スラリーであることが好ましい。
前記洗浄液のアルカリ物質の濃度が０．５〜５０重量％であることが好ましい。
また、前記洗浄液に燃焼排ガスをバブリングさせる容器中に、充填物を充填させることが好ましい。充填物として、たとえばメッシュ、棒、玉が挙げられる。
前記燃焼排ガスのＣＯ濃度を熱線半導体法、バイオセンサー法または定電位電解法によって測定することが好ましい。
また、本発明は、前記ＣＯ濃度測定方法によって測定されるＣＯ濃度が２００ｐｐｍ以下となるように燃焼空気量を制御することを特徴とする化石燃料の燃焼方法を提供する。
本発明は前記燃焼方法で化石燃料を燃焼させ、水蒸気を得るとともに、燃焼排ガスを得る工程と、前記水蒸気でタービンを回し、電力を発生させる工程とを含む発電方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる燃焼排ガスのＣＯ濃度の測定装置、前記測定装置を含む燃焼装置、及び前記燃焼装置を含む発電装置について詳細に説明する。
【００１２】
本発明で測定対象となる燃焼排ガスは化石燃料等を燃焼させることにより発生する。この化石燃料としては、炭素を含む化石燃料を特に制限なく挙げることができ、例えば、石油、原油、重油、アスファルト、オリマルション、オイルコークス、タール、石炭等を挙げることができる。特に、硫黄分が比較的に高い化石燃料について、本発明を好適に適用することができる。
【００１３】
ＣＯ濃度測定装置
本発明にかかるＣＯ濃度測定装置は除去手段または接触手段として用いられる洗浄容器、ＣＯ濃度測定手段として用いられるＣＯ濃度測定器、および真空ポンプを含む。
洗浄容器としては、たとえばプラスチック製、ガラス製、金属製の容器を用いることができる。またＣＯ濃度測定器としては、たとえば、熱線半導体法ＣＯ濃度測定器、バイオセンサー法ＣＯ濃度測定器、定電位電解法ＣＯ濃度測定器、赤外線分光光度法ＣＯ濃度測定器、非分散赤外線法ＣＯ濃度測定器等を用いることができる。また、真空ポンプとしては、たとえば、回転ポンプ、ダイヤフラムポンプ、エジェクター等を用いることができる。
以下に本発明の一実施形態として、ＣＯ濃度測定装置の構造について、図１のＣＯ濃度測定装置の模式図を用いて説明する。なお、図１に示すＣＯ濃度測定装置１は、燃焼排ガス煙道２に設けられた排ガス採取口３から燃焼排ガスを取り入れる第１洗浄容器４１、第１洗浄容器４１でバブリングされた燃焼空気が導かれる第２洗浄容器４２、第２洗浄容器４２でバブリングされた燃焼空気を吸引する真空ポンプ５、湿式流量計６及びＣＯ濃度測定器７を含む。
燃焼排ガス煙道２の排ガス採取口３と第１洗浄容器４１、第１洗浄容器４１と第２洗浄容器４２、第２洗浄容器４２と真空ポンプ５、真空ポンプ５と湿式流量計６、湿式流量計６とＣＯ濃度測定器７はそれぞれ管１０で連結されている。
なお、本明細書において、燃焼排ガス煙道とは、ボイラ等の燃焼装置における燃焼排ガスの流路を意味し、煙突内部の流路をも含むものである。
【００１４】
化石燃料等を燃焼空気と共に燃焼させることによって発生した燃焼排ガスには、測定対象であるＣＯの他に、ＮＯｘ、ＳＯｘ（ＳＯ２，ＳＯ３等），煤塵等が含まれている。当該燃焼排ガスは燃焼排ガス煙道２を通過して外界へ放出されるが、その燃焼排ガス煙道２に排ガス採取口３が設けられ、管１０を通じてＣＯ濃度測定装置１と連結している。後述のとおり、ＣＯ濃度測定装置１に設けられた真空ポンプ５を稼働することによって、燃焼排ガスが管１０を通じてＣＯ濃度測定装置１の第１洗浄容器４１に所定の速度で導かれる。
【００１５】
第１洗浄容器４１には、洗浄液が収容されている。この洗浄液は水、水溶液、水スラリーまたは水溶液と水スラリーとの混合液である。洗浄液は、主に燃焼排ガス中のＳＯｘ，煤塵等を取り除くためのものであり、洗浄液に含まれる水溶液はアルカリ金属塩水溶液であることが好ましい。アルカリ金属塩としては、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３、ＫＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＫＨＣＯ３からなる群から１以上選ばれるものであることが好ましい。これらのアルカリ金属塩の中でもＮａ２ＣＯ３がさらに好ましい。Ｎａ２ＣＯ３は毒劇物ではないため取り扱いが容易であり、入手も容易で入手コストも安く、さらにはＳＯ２やＳＯ３と反応して主に生成されるＮａ２ＳＯ３やＮａ２ＳＯ４は水溶性で、燃焼排ガスとの接触によって沈殿固形物が生成されないからである。
同様に洗浄液に含まれる水スラリーはアルカリ土類金属塩の水スラリーであることが好ましい。アルカリ土類金属塩としては、ＭｇＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＭｇＨＣＯ３、ＭｇＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＨＣＯ３、ＣａＯ、Ｃａ（ＨＣＯ２）２からなる群から１以上選ばれるものであることがさらに好ましい。
アルカリ土類金属塩の水スラリーを含む洗浄液を本発明のＣＯ濃度測定装置１に用いた場合、燃焼排ガス中のＳＯｘと反応してＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ３等の沈殿固形物が生成しやすい。したがって、アルカリ土類金属塩の水スラリーよりもアルカリ金属塩水溶液を含む洗浄液であることが好ましい。
【００１６】
第１洗浄容器４１の洗浄液の中にまで管１０は伸びている。これによって、燃焼排ガスと前記洗浄液とはバブリングによって接触する。効率よく両者を接触させるために第１洗浄容器４１中に、充填物を収容していることが好ましい。充填物は市販されているものであれば材質・形状等は特に限定されるものではない。材質としてはプラスチック製、金属製、ガラス製等があげられる。また形状としては、メッシュ、棒、玉等があげられる。
【００１７】
第１洗浄容器４１で取り除くことができなかった燃焼排ガス中の、ＳＯｘ，煤塵等をさらに取り除くために、第１洗浄容器４１の洗浄液と接触した燃焼排ガスは、管１０を通じて第２洗浄容器４２に導かれる。
第２洗浄容器４２収容されている洗浄液は、上述した第１洗浄容器４１に収容されている洗浄液と同様である。第１洗浄容器４１中の洗浄液と第２洗浄容器４２中の洗浄液とは同一でも相違していても良い。
また、第１洗浄容器４１と同様に第２洗浄容器４２においても、第２洗浄容器４２の洗浄液の中にまで管１０は伸びている。また、第１洗浄容器４１と同様に第２洗浄容器４２中に、メッシュ、棒、玉等の充填物を収容していることが好ましい。
このように、第１洗浄容器４１と第２洗浄容器４２にいて、当該容器に収容された洗浄液との接触（バブリング）によって洗浄された燃焼排ガスには、腐食や誤測定の原因物質であるＳＯｘ、煤塵等がほとんど取り除かれている。
【００１８】
ＣＯ濃度を測定するために弊害がない程度に十分にＳＯｘ，煤塵等が取り除かれている場合には、第２洗浄容器４２を設置しなくてもよい。すなわち、第１洗浄容器４１から直接後述の真空ポンプ５に燃焼排ガスが導かれるように管１０で連結されてもよい。
【００１９】
第２洗浄容器４２で洗浄された燃焼排ガスは管１０を通じて真空ポンプ５に導かれる。
真空ポンプ５を出た燃焼排ガスは管１０を通じて湿式流量計６に導かれる。湿式流量計６によって、ＣＯ濃度測定装置１に取り入れられた燃焼排ガスの流量が測定される。
湿式流量計６を出た燃焼排ガスは管１０を通じてＣＯ濃度測定器７に導かれる。当該燃焼排ガスを、熱線半導体法、バイオセンサー法、定電位電解法、赤外線分光光度法、非分散赤外線法等によってＣＯ濃度を測定する。
本発明で用いられるＣＯ濃度測定法としては、たとえば、赤外線吸収法、非分散赤外線法、熱線半導体法、バイオセンサー法、定電位電解法等がある。これらのＣＯ濃度測定法において、赤外線吸収法、非分散赤外線法はＣＯ濃度を測定する際にＮＯｘ、ＳＯｘ，煤塵等による腐食や誤測定等の悪影響を受けにくいが、測定装置が大型かつ高価である。これに対して熱線半導体法、バイオセンサー法、定電位電解法のＣＯ濃度測定器は小型かつ安価であるが、煤塵等による腐食や誤測定等の悪影響を受けやすい。
本発明のＣＯ濃度測定器７にはＮＯｘ、ＳＯｘ、煤塵等が取り除かれた燃焼排ガスが導かれてくるので、上記ＣＯ濃度測定法の中でも比較的に安価で小型の測定器である、熱線半導体法、バイオセンサー法または定電位電解法のＣＯ濃度測定器をＣＯ濃度測定器７として用いることが好ましい。
【００２０】
燃焼装置
本発明の燃焼装置は、従来から知られている燃焼装置に本発明にかかるＣＯ濃度測定装置１を設置したものである。すなわち、本発明にかかる燃焼装置は、ボイラ、燃焼用空気導入部、空気予熱器、燃焼排ガス煙道、及び本発明にかかるＣＯ濃度測定装置１等を有する。具体的には、燃焼排ガス煙道２には排ガス採取口３が設けられ、排ガス採取口３から伸びた管１０はＣＯ濃度測定装置１に連結され、燃焼排ガスがＣＯ濃度測定装置１に導かれるように、燃焼排ガス煙道２とＣＯ濃度測定装置１とが管１０で連結されている。
ＣＯ濃度測定装置１は、排ガス採取口３から取り入れた燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定し、当該濃度に応じて燃焼空気量制御装置（不図示）が燃焼空気量を算出し、その値に基づいて燃焼空気量を調節する。
なお、ここで用いられる燃焼装置（ＣＯ濃度測定装置を除く）の構成については、たとえば社団法人火力原子力発電技術協会の「２００３年４月号  火力原子力発電」等に開示されている。
【００２１】
発電装置
本発明の発電装置は、公知の発電装置に本発明にかかるＣＯ濃度測定装置１を設置したものである。本発明にかかる発電装置は、たとえば化石燃料を燃焼空気と共に本発明にかかる燃焼装置で燃焼させて水蒸気を得て、この水蒸気によって従来から知られているタービンを回して電力を発生させる装置である。
なお、ここで用いられる発電装置（ＣＯ濃度測定装置を除く）の構成については、たとえば社団法人火力原子力発電技術協会の「２００３年４月号  火力原子力発電」等に開示されている。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の装置及び方法について、各実施例に基づいて説明する。特に記載のない限り、各実施例は、下記（１）〜（３）に記載の条件の下で行われた。
【００２３】
（１）  燃焼排ガスの発生
燃焼排ガスを発生させるために、下記仕様のボイラを用いた。
2004361107.tif 000003
【００２４】
また、本発明にかかる実施例において、燃焼排ガスのＳＯｘ濃度、煤塵量およびＣＯ濃度は下記の方法により測定した。
2004361107.tif 000004
【００２５】
（２）ＣＯ濃度測定装置
実施例においては図１に示す構成のＣＯ濃度測定装置１を用いた。第１洗浄容器４１，第２洗浄容器４２としては５００ｃｃのガス洗浄ビンを用いた。また、第１洗浄容器４１，第２洗浄容器４２に収容される洗浄液の温度は室温とした。湿式流量計６としては、シナガワ製湿式回転式流量計ＷＳ−７０７１８−１Ａを用いた。ＣＯ濃度測定器７としては、熱線半導体法ＣＯ濃度測定器、定電位電解法ＣＯ濃度測定器または赤外線吸収法ＣＯ濃度測定器を用いた。真空ポンプ５としては、ダイヤフラムポンプを用いた。管１０としてはガラス管（一部シリコンホース）を用いた。
また、真空ポンプ５によって、燃焼排ガスを採取し、ＣＯ濃度測定装置１を通過させた。燃焼排ガスの採取は、ボイラのＥＣＯ（節炭器出口）で行った。また、採取口に挿入される採取管には石英ガラス製の管を用いた。
【００２６】
（実施例１および２）
煤塵の捕集
上記条件の下で、ＣＯ濃度測定装置１を構成する洗浄容器における、洗浄液と燃焼排ガスとの接触によって、ＣＯ濃度測定装置１を通過する燃焼排ガス中の煤塵量の変化を調べた。
実施例１では、第１洗浄容器４１および第２洗浄容器４２に洗浄液として純水５００ｃｃを収容し、充填剤は収容しなかった。実施例２では、第１洗浄容器４１および第２洗浄容器４２に洗浄液として純水５００ｃｃを入れ、さらに充填剤として直径約１０ｍｍのガラス球を当該容器内に充填した。またＣＯ濃度測定器７は、熱線半導体法ＣＯ濃度測定器を用いた。
また、実施例１において２つの洗浄容器に挿入された管１０は内径が約６ｍｍガラス管である。これに対して、実施例２の２つの洗浄容器に挿入された管１０には内径が６ｍｍのシリコンホースを用いた。ガラス球とガラス管との接触による破損を防止するためである。
また、真空ポンプ５によって、４００ｃｃ／分の速度で合計１００ＬＮの燃焼排ガスを採取し、ＣＯ濃度測定装置１に導いた。
【００２７】
上記条件の下、第１洗浄容器４１と第２洗浄容器４２における煤塵の捕集量、２つの洗浄容器によって捕集できなかった煤塵の量およびそれらの割合を測定した。当該測定は、バブリング後に各洗浄容器中の煤塵を含む液体を加熱し、水分蒸発させることにより残った固形物質を回収し、その回収物を電子天秤で測定することによって行われた。測定結果は表１のとおりであった。
【表１】
2004361107.tif 000005
【００２８】
上記結果から、充填剤（ガラス球）を洗浄容器中に充填した方が煤塵の捕集量が増加することがわかった。充填物を入れることにより、洗浄容器内で乱流が生じやすくなり、燃焼排ガスと洗浄液との接触面積や接触時間が上昇することが原因であると考えられる。
このように、水、水溶液、水スラリー等である洗浄液でバブリングすることによって、燃焼排ガス中に含まれる大部分の煤塵を除去することができるので、ＣＯ濃度測定器７の測定センサ部が汚れにくくなり、長期間、正確にかつ安定してＣＯ濃度を測定することが可能となった。
【００２９】
（実施例３および４）
ＣＯの吸収
第１洗浄容器４１および第２洗浄容器４２に、実施例３では０．５重量％のＮａ２ＣＯ３水溶液を、実施例４では３２．８重量％のＮａ２ＣＯ３水溶液をそれぞれ５００ｃｃ入れた。また、ＣＯ濃度測定器７には定電位電解方式ＣＯ濃度測定器を用いた。
これらの条件以外は実施例１と同じ条件で、燃焼排ガスを通過させた。上記洗浄容器の通過前と通過後のＣＯ濃度を測定した。計測結果は表２のとおりであった。
【表２】
2004361107.tif 000006
Ｎａ２ＣＯ３水溶液の濃度に関係なく、当該水溶液は燃焼排ガス中のＣＯをほとんど吸収しないことが分かった。
【００３０】
ＳＯｘおよびＮＯｘの吸収
実施例３および４について、第１洗浄容器４１および第２洗浄容器４２に収容された洗浄液のＳＯｘおよびＮＯｘの吸収によるＳＯｘ濃度およびＮＯｘ濃度変化を観測するために、第１洗浄容器通過前、第１洗浄容器通過後、第２洗浄容器通過後の３点でＳＯｘ濃度およびＮＯｘ濃度を測定した。測定結果は表３のとおりであった。ＮＯｘは、島津製作所製ＮＯＡ―７０００（常圧式化学発光式）で測定した。
【表３】
2004361107.tif 000007
ＣＯ濃度測定器７に熱線半導体法、バイオセンサー法、定電位電解法等のＣＯ濃度測定器を用いると、ＳＯｘ濃度が約２０ｐｐｍ以上の燃焼排ガスによって、誤測定および腐食が生じる。したがって、実施例３および実施例４のＣＯ濃度測定装置１では、第２洗浄容器通過後のＳＯｘ濃度は共に２０ｐｐｍ以下であり、ＣＯ濃度測定に大きな問題はない。また、ＮＯｘも１ｐｐｍ以下となりＣＯ濃度測定に問題はなかった。
また、洗浄液が０．５重量％程度の希釈なアルカリ金属塩水溶液、アルカリ土類塩水スラリーまたはそれらの混合液であっても、２つの洗浄容器を直列につなぐことによって、ＣＯ濃度測定器７における誤測定および腐食に全く問題のない程度にまでＳＯｘおよびＮＯｘを吸収することがわかった。
【００３１】
（実施例５および６）
吸引速度とＳＯｘ吸収
実施例５および６では、第１洗浄容器４１と第２洗浄容器４２にそれぞれ１０重量％のＮａ２ＣＯ３水溶液５００ｃｃを洗浄液として収容した。さらに実施例５では３Ｌ／分の吸引速度、実施例６では２００ｃｃ／分の吸引速度で燃焼排ガスをＣＯ濃度測定装置１に導いた。これらの条件以外は、実施例３と同じ条件で行った。
このような条件下でＳＯｘの吸収速度を測定するために、第１洗浄容器通過前、第１洗浄容器通過後、第２洗浄容器通過後の３点でＳＯｘ濃度を測定した。測定結果は表４のとおりであった。
【表４】
2004361107.tif 000008
表４に示す結果から、吸引速度が速すぎるとＳＯｘの除去率が低下することがわかる。実際、吸引速度は、洗浄液が５００ｃｃ程度の場合には、１００ｃｃ／分〜１Ｌ／分が好ましく、２００ｃｃ／分〜４００ｃｃ／分がさらに好ましい。
【００３２】
（実施例６〜１９）
Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３、ＫＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＫＨＣＯ３、ＭｇＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＭｇＨＣＯ３、ＭｇＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＨＣＯ３、ＣａＯそれぞれの物質の水溶液または水スラリーである洗浄液を用意し、各洗浄液を第１洗浄容器４１および第２洗浄容器４２に収容し、洗浄液の異なる１４のＣＯ濃度測定装置を用意した（実施例６〜１９）。洗浄液の濃度は全て１０重量％，排ガス吸引速度は２００ｃｃ／分であること以外は実施例３と同じ条件であった。このようなＣＯ濃度測定装置１に燃焼排ガスを導き、第１洗浄容器通過前、第１洗浄容器通過後、第２洗浄容器通過後の３点でＳＯｘ濃度を測定した。これらの条件以外は実施例３と同様の条件であった。
実施例１２〜１９については、カルシウム塩またはマグネシウム塩の沈殿防止のため、スターラー（不図示）にて撹拌しながら、各々の洗浄容器において当該洗浄液と燃焼排ガスとを接触させた。
なお、実施例１５のＭｇＯの水スラリーはＭｇ（ＯＨ）２の水スラリーに、実施例１９の水スラリーはＣａ（ＯＨ）２の水スラリーになった。
測定結果を表５に示す。
【表５】
2004361107.tif 000009
【００３３】
上記全ての実施例において、第１洗浄容器４１通過後のＳＯｘ濃度は１５．８ｐｐｍ以下であり、そのＳＯｘ除去率は９９％以上であった。また第２洗浄容器４２通過後のＳＯｘ濃度は全て１ｐｐｍ以下であり、２つの洗浄容器によるＳＯｘ除去率は９９．９％以上であった。したがって、定電位電解法ＣＯ濃度測定器を用いたこれらの実施例では、燃焼排ガス中に含まれるＳＯｘによるＣＯ濃度測定器７の腐食や誤測定の問題は生じなかった。
【００３４】
（実施例２０および２１）
実施例２０および２１のＣＯ濃度測定装置１においては、アルカリ物質の混合水を洗浄液として使用した。具体的には、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３、ＫＯＨ、Ｋ２ＣＯ３、ＫＨＣＯ３、ＭｇＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＭｇＨＣＯ３、ＭｇＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＨＣＯ３、ＣａＯの１４種のアルカリ物質の濃度がそれぞれ１重量％になるように混合してアルカリ物質の合計濃度が１４重量％の洗浄液を利用したものを実施例２０、上記１４種のアルカリ物質の濃度がそれぞれ２重量％になるように混合してアルカリ物質の合計濃度が２８重量％の洗浄液を利用したものを実施例２１とした。そのほかの条件は実施例６と同じであった。また、洗浄液に含まれるカルシウム塩またはマグネシウム塩の沈殿防止のため、実施例２０および２１で使用される洗浄液（アルカリ物質の混合水）はスターラーにて撹拌しながら、当該洗浄液と燃焼排ガスとを接触させた。前記条件以外は、実施例３と同様の条件であった。
【００３５】
これら実施例２０および２１について燃焼排ガス中のＳＯｘの吸収について調べるために、実施例６〜１９と同様に、第１洗浄容器通過前、第１洗浄容器通過後、第２洗浄容器通過後の３点でＳＯｘ濃度を計測した。計測結果を表６に示す。
【表６】
2004361107.tif 000010
この計測結果が示すとおり、アルカリ物質を混合しても、ＳＯｘの吸収能力には変化は見られなかった。なお、混合の仕方によっては粘度が増加し、取り扱いに困難が生じる場合があることに留意する必要がある。
【００３６】
（実施例２２および２３）
ＣＯ濃度測定器
本発明のＣＯ濃度測定装置１に含まれるＣＯ濃度測定器７におけるＣＯ濃度測定法について比較するために、実施例６の同じＣＯ濃度測定装置１（実施例２２）と、ＣＯ濃度測定器７が熱線半導体法の測定器であるＣＯ濃度測定装置１（実施例２３）とを用意した。実施例２３はＣＯ濃度測定器を除いて、実施例６と同じ条件であった。
また、これら２つの実施例と比較するために、洗浄容器を有さないＣＯ濃度測定装置を用意した。すなわち、ＣＯ濃度測定器７が定電位電解法ＣＯ濃度測定器であるＣＯ濃度測定装置（比較例１）と、ＣＯ濃度測定器７が熱線半導体法ＣＯ濃度測定器であるＣＯ濃度測定装置（比較例２）とを準備した。これらの比較例においても、実施例２２と同じ真空ポンプ５と湿式流量計６を用い、２００ｃｃ／分の吸引速度で燃焼排ガスをＣＯ濃度測定装置１に導いた。これらの実施例および比較例を用いて、燃焼排ガスのＣＯ濃度をそれぞれ測定した。また、これらのＣＯ濃度測定装置を３ヶ月間継続使用することによって、ＣＯ濃度測定装置の耐久性について調べた。測定結果は下表の通りであった。
【表７】
2004361107.tif 000011
【００３７】
比較例１および２で測定されたＣＯ濃度から分かるように、燃焼排ガスと洗浄液とをバブリングによって接触させずに燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定しようとしても、ＳＯｘ等の影響により正確に測定ができなった。これに対して、本発明にかかる実施例６および２２では、燃焼排ガスと洗浄液とを接触させてＳＯｘ等を取り除くことによって、正確にＣＯ濃度を測定することができた。
また、ＣＯ濃度測定装置の耐久性については、燃焼排ガスと洗浄液とを接触させない比較例１および比較例２では、燃焼排ガス中に含まれるＳＯｘによるＣＯ濃度測定器７の腐食や煤塵等による汚れから、著しく耐久性が低下した。これに対して、本発明にかかる実施例２２および２３では燃焼排ガス中の煤塵等を除去しているので耐久性が向上し、長期間にわたって安定したＣＯ濃度測定が可能となった。
また、比較例１で用いる定電位電解法ＣＯ濃度測定器の代わりに、ＳＯｘ等によって誤測定が生じにくい赤外線分光光度法ＣＯ濃度測定器を用いたＣＯ濃度測定装置では誤測定は生じにくかった。しかしながら、当該装置では、燃焼排ガスのＣＯ濃度を直接に測定するため、ＣＯ濃度測定器７のセンサ部等が煤塵で汚れる、この汚れによってＣＯ濃度測定器７は長期間にわたって安定したＣＯ濃度測定ができなかった。したがって、ＳＯｘ等によって誤測定が生じにくい赤外線分光光度法や非分散赤外線法ＣＯ濃度測定器７を用いる場合であっても、本発明のＣＯ濃度測定装置１のように洗浄液と接触後の燃焼排ガスのＣＯ濃度を測定することが好ましい。
【００３８】
（実施例２４）
燃焼装置および発電装置
ＣＯ濃度測定装置の備わっていない燃焼装置では、燃焼空気を多量に燃焼装置に送り込むことによって、不完全燃焼を防止し、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を低く抑えている。特に約５０％負荷で運転されている夜間には、燃焼空気をボイラに多量に送り込むことが一般的である。しかしながら、燃焼空気を多量に送り込むと、硫酸アンモニウムの多量に生成され、その結果灰の量が増大する。
実施例２３として、実施例６のＣＯ濃度測定装置１と、上述のボイラと、燃焼空気量を制御する燃焼空気量制御装置とを有する燃焼装置（不図示）を用意した。
実施例２３の燃焼装置のボイラを５０％負荷で運転し、燃焼空気量を絞りながら３つの段階について燃焼実験を行い、燃焼空気量と、そのときの燃焼による燃焼排ガスの煤塵量、ＮＯｘ濃度、ＳＯ３濃度、ＣＯ濃度および１日当たりに換算した灰の量との関係を調べた。燃焼空気量を増やすと燃焼排ガス中のＯ２濃度が増加することから、燃焼排ガス中のＯ２濃度を燃焼空気量の指標として用いた。測定結果を表８に示す。
【表８】
2004361107.tif 000012
【００３９】
表８に示す結果から、燃焼空気を多量に送り込んでいる第１段階（燃焼排ガス中Ｏ２濃度：５．２％）では、ＣＯ濃度は３８ｐｐｍと極めて低いが、ＳＯ３濃度が高く、さらには燃焼によって生産される灰が大量（６ｔ／日）に生産された。
それに対して、第２段階（燃焼排ガス中Ｏ２濃度：１．２％）では、ＣＯ濃度（１４７ｐｐｍ）を低く抑えると同時に、煤塵量、ＮＯｘ濃度、ＳＯ３濃度および灰の量も低く抑えた。特に灰の量は第１段階に比べて、約半分に抑えることができた。
第２段階よりもさらに燃焼空気を絞った第３段階（燃焼排ガス中Ｏ２濃度：０．８％）では、ＣＯ濃度が１８６１ｐｐｍまで急上昇しており不完全燃焼が生じていると考えられる。
これら３つの段階の燃焼を比較すると、全ての値が低く抑えられている第２段階の燃焼が最も好ましいと考えられる。
【００４０】
そこで、実施例２３の燃焼装置において、ＣＯ濃度測定装置１によって測定されるＣＯ濃度が１４７ｐｐｍとなるように自動的に燃焼空気量を制御する制御装置を設けた結果、燃焼排ガスの煤塵量、ＮＯｘ濃度、ＳＯ３濃度、ＣＯ濃度および灰の量は、前記第２段階のとおりとなり、全ての指標について低く抑えることができた。
上記指標を好ましい値に抑えるためには、ＣＯ濃度測定装置１で測定されたＣＯ濃度２００ｐｐｍ以下となるように燃焼空気量を調整する燃焼空気量制御装置を含む燃焼装置が好ましい
また、化石燃料を燃焼させ、水蒸気を得ると共に燃焼排ガスを得る手段と、前記水蒸気でタービンを回し電力を発生させる手段とを含む発電装置が、ＣＯ濃度に応じて自動的に燃焼空気量を調整できる燃焼空気量制御装置を有することができた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ、ＳＯ２やＳＯ３等の腐食性ガスを含む燃焼排ガスのＣＯ濃度を安価、かつ長期間安定して正確に測定できる。
また、本発明によって、煤塵量、ＳＯ３濃度、Ｎｏｘ濃度、および灰の量を低く抑えることができる燃焼装置および該燃焼装置を含む発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＳＯ３濃度の測定装置の模式図である。
【符号の説明】
１  ＣＯ濃度測定装置
２  燃焼排ガス煙道
３  排ガス採取口
４１  第１洗浄容器
４２  第２洗浄容器
５  真空ポンプ
６  湿式流量計
７  ＣＯ濃度測定器
１０  管
【図１】
2004361107.tif 000013