(57)【要約】【課題】ＳＯ２を含む排ガス中に粉塵等の異物が混入している場合でもＮＯ濃度を高精度に測定することを可能とするＮＯ濃度定量測定方法を提供すること。【解決手段】ＳＯ２とＮＯとを含有するガスＸ中に検査光Ｐ１を照射し、ガスＸを透過した透過光Ｐｔ１に基づいてガスＸ中のＮＯ濃度を測定するＮＯ濃度定量測定方法であって、検査光Ｐ１が、２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長からなることを特徴とする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯ２とＮＯとを含有するガス中に検査光を照射し、該ガスを透過した透過光に基づいて前記ガス中のＮＯ濃度を定量測定するＮＯ濃度定量測定方法であって、
前記検査光が、２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長からなることを特徴とするＮＯ濃度定量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＯ濃度定量測定方法に関し、特にＳＯ２を含有する排ガス中におけるＮＯガス成分の濃度を高精度に測定することを可能とするＮＯ濃度定量測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ボイラーなどから排出される排ガスは、環境への影響を考慮する必要があることから、そのガスに含まれる各種成分の濃度を測定することが行われている。中でも一酸化窒素（ＮＯ）は、排ガス中の他の有害ガス（ＳＯ２など）と共に、ＮＯｘやＳＯｘと呼ばれるように環境汚染物質であるため、大気中に放出するに際しては環境基準を上回ることがないよう配慮する必要がある。また、その他にも、ＮＯ計測は、ボイラの燃焼調整、脱硝装置の制御に使用される等、様々な面から重要な役割を果たしている。
【０００３】
従来、サンプリングにより排ガスを抽出し、化学発光式や赤外線吸収式などの方法により分析することが行われている。また、最近では、測定の連続性と同時計測が可能であることから、近赤外域のレーザを用いて長光路差分吸収法により検出することが考案されている。つまり、排ガスが通過する煙道の途中に、排ガスの排出方向に直行する一直線上に対向配置した一対の透過窓を設け、煙道外からこの透過窓を介してレーザを煙道内のＮＯに照射して透過した透過光を調べることにより、煙道内のＮＯ濃度を測定する。この際、近赤外域のレーザを出射する光源としては、半導体レーザを用いることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＮＯ濃度定量測定方法においては、近赤外域のレーザとして用いられている半導体レーザはレーザ出力が比較的小さいので、排ガスに粉塵等の異物が混入している場合はその異物にレーザ光のほとんどが散乱されてしまい、排ガスに含まれるＮＯ濃度を高精度に測定することが困難であるという問題があった。そこで、比較的大きな出力が得られる紫外域のパルスレーザを用いて濃度を測定することが考案されたが、この場合には、ＳＯ２も紫外域に吸収スペクトルをもつためにＮＯの吸収スペクトルとの分離が困難なので、同様に排ガスに含まれるＮＯ濃度を高精度に測定することが困難であるという問題があった。また、サンプリング法では、ＮＯ濃度の測定に時間遅れが生じるので、燃焼機器のフィードバック制御が困難になるという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＳＯ２を含む排ガス中に粉塵等の異物が混入している場合でもＮＯ濃度を高精度に測定することを可能とするＮＯ濃度定量測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ＳＯ２とＮＯとを含有するガス中に検査光を照射し、該ガスを透過した透過光に基づいて前記ガス中のＮＯ濃度を定量測定するＮＯ濃度定量測定方法であって、前記検査光が、２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長からなることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係るＮＯ濃度定量測定方法によれば、ＳＯ２は２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長域で急峻な形状をもつ吸収スペクトル形状を有しておらず、かつＮＯはこの波長域で対称的な急峻な吸収線をもつので、ＳＯ２に起因する吸収スペクトルとＮＯに起因する吸収スペクトルとを容易に分離することができ、したがって、ＳＯ２を含む排ガス中のＮＯ濃度を高精度に測定することができる。また、この波長域のレーザは近赤外域のレーザと比べて大きな出力を得ることができるので、排ガス中に粉塵等の異物が混入してその異物にレーザ光が幾分か散乱されたとしても、ＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す図である。
図１において、１は煙道、２は透過窓、３はレーザ発信器、４は受光器、Ｘは排ガス（ガス）である。
【０００９】
煙道１は、石炭焚き、重油焚きのボイラーの排ガスＸを導くものであり、例えば直径１０ｍの円筒形状に形成されている。排ガスＸは、例えば４００℃から６００℃程度となった高温のガスであり、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）の成分を含むと共に、他には例えば酸素（Ｏ２）、アンモニア（ＮＨ３）等の成分を含んでいる。
【００１０】
透過窓２は、煙道１の途中の側壁に設けられており、煙道１の軸線方向に直行する一直線上に対向して一対となるよう配置されている。図１では、レーザ光（検査光）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が煙道１内に入射する入射側透過窓と、レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が煙道１内を透過して煙道１外へ出射する出射側透過窓２とからなる一対の透過窓２の内、出射側透過窓２のみが描かれている。この透過窓２は、高温（４００℃から６００℃程度）における光の透過が可能なように、例えば紫外光を透過する耐熱ガラスによって形成されている。
【００１１】
レーザ発信器３は、例えばパルスレーザ等の高出力の可能な紫外域の波長可変レーザから構成されており、検査対象となるガスの成分に応じた所定波長の検査用レーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を出射するものである。本実施形態では、Ｐ１からＰ３まで符号を付されたレーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の内、ＮＯ濃度定量検査用のものをレーザ光Ｐ１として説明する。
【００１２】
レーザ発信器３から出射されるＮＯ濃度定量検査用レーザ光Ｐ１の波長は、例えば２００ｎｍから２５０ｎｍの範囲で可変となるよう所定波長に設定されており、レーザ発信器３から出射されるレーザ光Ｐ１は、煙道１に設けられた入射側透過窓を介して煙道１内の排ガスＸに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を透過する際、透過光Ｐｔ１となる。他に符号を付したＰｔ２、Ｐｔ３は、それぞれレーザ光Ｐ２、Ｐ３の透過光Ｐｔ２、Ｐｔ３を表す。
【００１３】
受光器４は、煙道１内の排ガスＸに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を透過した透過光Ｐｔ１を受光するものであり、透過光Ｐｔ１の強度に応じて電気信号を出力するものである。受光器４には、不図示の演算装置が設けられており、演算装置（不図示）は、受光器４にて出力された電気信号を演算処理し、一酸化窒素（ＮＯ）濃度を取得するものである。
【００１４】
次に、上記の構成からなるＮＯ濃度定量測定装置を用いてＮＯ濃度を測定する方法について説明する。
まず、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化硫黄（ＳＯ２）を含むと共に、例えばアンモニア（ＮＨ３）、酸素（Ｏ２）等の成分を含んだ排ガスＸが煙道１に導かれて排出される際に、レーザ発信器３によりレーザ光Ｐ１を煙道１に設けられた入射側透過窓を介して煙道１内の排ガスＸ（一酸化窒素と二酸化硫黄を含む）に照射する。
【００１５】
レーザ光Ｐ１が照射された一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化硫黄（ＳＯ２）は、照射されたレーザ光Ｐ１の波長に応じて光の吸収が起こり、透過光Ｐｔ１として出射側透過窓２を介して煙道１より出射される。出射された透過光Ｐｔ１は、受光器４によって受光され、透過光Ｐｔ１の強度に応じた電気信号に変換され、不図示の演算装置に出力される。出力された電気信号は、不図示の演算装置によって演算処理され、処理結果に基づいて一酸化窒素（ＮＯ）濃度が取得される。
【００１６】
次に、上記の構成からなるＮＯ濃度定量測定装置を用いてレーザ光Ｐ１の透過率を調べた実験結果について説明する。
図２は、入射側透過窓を介してレーザ光Ｐ１を煙道１内の排ガスＸ（一酸化窒素と二酸化硫黄を含む）に照射した際の透過率を示した実験結果である。図２において、横軸は排ガスＸに照射したレーザ光Ｐ１の波長（ｎｍ）、縦軸はレーザ光Ｐ１の透過率（ａ．ｕ．）を表す。すなわち、波長可変レーザを用いて煙道１内の排ガスＸにレーザ光Ｐ１を照射した際の、レーザ光Ｐ１の透過率の波長依存性が示されている。図２では、排ガスＸに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化硫黄（ＳＯ２）との濃度を変化させた場合の、それぞれの濃度における実験結果が示されている。
【００１７】
図からわかるように、波長が２１４．７ｎｍから２１５ｎｍの範囲において、ＳＯ２２００ｐｐｍ以外の実験結果については、いずれもほぼ等しい波長において吸収線が現れており、そのスペクトルの形状も、ほぼ相似形となっている。ＳＯ２２００ｐｐｍ以外の実験結果としては、ＮＯ１０ｐｐｍの条件下でＳＯ２濃度を０ｐｐｍから２００ｐｐｍまで変化させた結果がいくつか示されているが、これらＮＯを１０ｐｐｍ含むいずれの実験結果においても、ＳＯ２濃度の増加に伴い、長波長側で透過率が上昇する傾向がみられる。
【００１８】
本発明の対象である２１４．９２ｎｍ近傍（約２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲）の波長域に注目すると、ＮＯが含まれないＳＯ２２００ｐｐｍの実験結果については、単調に増加する傾向のみが現れている（微細構造が存在しない）のに対し、ＮＯ１０ｐｐｍを含む他の実験結果については、ＮＯに起因する吸収線が現れている。これは、ＳＯ２が含まれないＮＯ１０ｐｐｍの実験結果から明らかである。すなわち、ＮＯ１０ｐｐｍとＳＯ２とを含む排ガスＸにレーザ光Ｐ１を照射した際の透過率を示す実験結果は、ＮＯ１０ｐｐｍの実験結果にＳＯ２濃度の寄与（単調に増加する傾向）が足し合わされた結果となっており、この波長域では、ＳＯ２によってはレーザ光Ｐ１の微細構造をもつ吸収が起こらず、ＮＯのみによってレーザ光Ｐ１が急峻に吸収される結果となっている。
【００１９】
上記の構成からなるＮＯ濃度定量測定方法によれば、ＮＯ濃度定量検査用のレーザ光Ｐ１として紫外域の波長可変レーザが用いられており、ＳＯ２は２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長域で微細構造のない単調な傾向を示し、かつＮＯはこの波長域で明確な吸収線をもつので、ＳＯ２に起因する吸収スペクトルとＮＯに起因する吸収スペクトルとを容易に分離することができ、したがって、ＳＯ２を含む排ガス中のＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【００２０】
また、この波長域のレーザは近赤外域のレーザと比べて大きな出力を得ることができるので、排ガス中に粉塵等の異物が混入してその異物にレーザ光が幾分か散乱されたとしても、ＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【００２１】
なお、図１では、ＮＯ濃度定量検査用レーザ光Ｐ１と平行して他の成分を検査するためのレーザ光Ｐ２、Ｐ３が描かれているが、これらレーザ光Ｐ２、Ｐ３は、測定の対象となる排ガスＸに含まれる成分に合わせて所定の波長（域）を有するものであり、これらレーザ光Ｐ２、Ｐ３の本数は、測定対象の数に応じて適宜調整してよいものである。（図１では、出射するレーザ光として描かれた３本のレーザ光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３すべてに符号が付されている。）
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、ＳＯ２は２１４．８９ｎｍから２１４．９５ｎｍの範囲内の波長域で微細構造をもたず、かつＮＯはこの波長域で明確な吸収線をもつので、ＳＯ２に起因する吸収スペクトルとＮＯに起因する吸収スペクトルとを容易に分離することができ、したがって、ＳＯ２を含む排ガス中のＮＯ濃度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るＮＯ濃度定量測定方法における装置を示す概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るＮＯ濃度定量測定装置を用いてＮＯとＳＯ２とからなるガスに検査光を照射した透過率を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｐ１　　　レーザ光（検査光）
Ｐｔ１　　　透過光
Ｘ　　　排ガス（ガス）
【図１】
2004093419.tif 000003
【図２】
2004093419.tif 000004