(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分を含む燃料を燃焼させ蒸気を発生させるボイラ本体と、該ボイラ本体からの排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するための脱硝装置と、該脱硝装置で窒素酸化物が除去された燃焼排ガスとボイラ本体へ供給される空気とを熱交換させるための空気予熱器と、該空気予熱器を通過して温度降下した排ガス中に含まれる煤塵を捕集するための集塵機とを備えたボイラ設備において、
空気予熱器の排ガス入口側における排ガス中のＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とＨ2Ｏ濃度とを検出すると共に、
該検出されたＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とＨ2Ｏ濃度とに基づき酸性硫安析出温度を算出し、空気予熱器の出口排ガス温度を前記酸性硫安析出温度より高く保持するよう構成したことを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
集塵機の入口側における排ガス中のＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とを検出すると共に、
該検出されたＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とに基づき集塵機入口側への必要ＮＨ3注入量を算出し、集塵機入口側へのＮＨ3注入量を前記必要ＮＨ3注入量に等しくするよう構成した請求項１記載のボイラ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２１は従来のボイラ設備の一例を表わすものであって、１は石炭等の燃料を燃焼させ蒸気を発生させるボイラ本体、２はボイラ本体１から排出される燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するための脱硝装置、３は脱硝装置２で窒素酸化物が除去された燃焼排ガスとボイラ本体１へ供給される燃焼用空気等の空気とを熱交換させるための空気予熱器、４は燃焼用空気を空気予熱器３を介してボイラ本体１へ送風するための押込通風機、５は空気予熱器３を通過して温度降下した燃焼排ガス中に含まれる煤塵を捕集するための電気集塵機、６は電気集塵機５の下流側に設けられた誘引通風機、７は電気集塵機５で煤塵が捕集され誘引通風機６を経て送り込まれる燃焼排ガスから熱を回収するためのガスガスヒータの熱回収器、８はガスガスヒータの熱回収器７で熱が回収された燃焼排ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去するための脱硫装置、９は脱硫装置８で硫黄酸化物が除去された燃焼排ガスを熱回収器７で回収した熱によって再加熱するためのガスガスヒータの再加熱器、１０はガスガスヒータの再加熱器９の下流側に設けられた脱硫通風機、１１はガスガスヒータの再加熱器９で再加熱され脱硫通風機１０で昇圧された燃焼排ガスを大気中へ放出するための煙突である。
【０００３】
図２１に示される従来のボイラ設備においては、ボイラ本体１で石炭等の燃料の燃焼が行われて蒸気が発生され、その際にボイラ本体１から排出される燃焼排ガスは、脱硝装置２で窒素酸化物が除去され、空気予熱器３において、押込通風機４によりボイラ本体１へ供給される燃焼用空気等の空気と熱交換して温度降下した後、電気集塵機５で煤塵が捕集され、誘引通風機６を経てガスガスヒータの熱回収器７で熱が回収され、脱硫装置８で硫黄酸化物が除去され、ガスガスヒータの再加熱器９において前記熱回収器７で回収した熱によって再加熱され、脱硫通風機１０で昇圧され煙突１１から大気中へ放出されるようになっている。
【０００４】
尚、前記脱硫装置８で硫黄酸化物が除去されて排出される燃焼排ガスは、通常、およそ５０℃前後まで温度降下し飽和状態となっており、この脱硫後の燃焼排ガスをそのまま煙突１１から大気中へ放出すると、白煙が発生するため、前記熱回収器７と再加熱器９とからなるガスガスヒータを用いて前記脱硫装置８から排出される燃焼排ガスを再加熱するようになっている。
【０００５】
ところで、前述の如きボイラ設備の場合、前記脱硝装置２の入口側には、図２２に示されるように、アンモニア（ＮＨ3）の注入ノズル１２が設けられ、該注入ノズル１２から脱硝装置２の入口側にＮＨ3を注入し、ボイラ本体１から排出される排ガス中に含まれるＮＯxを脱硝装置２内の脱硝触媒によって
【化１】
ＮＯ＋ＮＨ3→Ｎ2＋Ｈ2Ｏ
といった反応式で示される如く還元することにより、脱硝を行い、排ガス中のＮＯxを低減するようになっている。
【０００６】
又、前記電気集塵機５の入口側にも、図２２に示されるように、アンモニア（ＮＨ3）の注入ノズル１３が設けられ、該注入ノズル１３から電気集塵機５の入口側にＮＨ3を注入し、ボイラ本体１から排出される排ガス中に含まれるＳＯ3を
【化２】
ＳＯ3＋ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ4ＨＳＯ4
といった反応式で示される如く酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）とし、電気集塵機５で捕集するようになっている。
【０００７】
更に又、空気予熱器３の空気入口側には蒸気式空気予熱器１４が設けられ、該蒸気式空気予熱器１４で空気予熱器３へ導かれる空気を予熱することにより、空気予熱器３の出口排ガス温度を酸露点温度より高く制御するようになっている。
【０００８】
ここで、前記空気予熱器３の出口排ガス温度を酸露点温度より高く制御するための制御系は、
空気予熱器３の出口排ガス温度１５を検出する排ガス温度計１６と、
空気予熱器３の入口空気温度１７を検出する空気温度計１８と、
空気予熱器３の排ガス出口側における排ガス中のＳＯ3濃度１９を検出するＳＯ3計２０と、
空気予熱器３の排ガス出口側における排ガス中のＨ2Ｏ濃度２１を検出する水分計２２と、
前記排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記空気温度計１８で検出された空気予熱器３の入口空気温度１７との平均値を低温端メタル温度２３として求める平均温度演算器２４と、
該平均温度演算器２４で求められた低温端メタル温度２３と予め設定された設定値２５との低温端メタル温度偏差２６を求める減算器２７と、
前記ＳＯ3計２０で検出されたＳＯ3濃度１９と前記水分計２２で検出されたＨ2Ｏ濃度２１とに基づき酸露点温度２８を算出する酸露点温度演算器２９と、
前記排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記酸露点温度演算器２９で算出された酸露点温度２８との酸露点温度偏差３０を求める減算器３１と、
前記減算器２７で求められた低温端メタル温度偏差２６と前記減算器３１で求められた酸露点温度偏差３０とに基づき、低温端メタル温度偏差２６をなくすための制御信号３２或いは酸露点温度偏差３０をプラスの値として空気予熱器３の出口排ガス温度１５を酸露点温度２８より高く保持するための制御信号３２のいずれかを前記蒸気式空気予熱器１４の蒸気流量調整弁３３へ出力する制御信号発信器３４と
を備えてなる構成を有している。
【０００９】
又、前記電気集塵機５の入口側へのＮＨ3の注入量の制御系は、前記ＳＯ3計２０で検出されたＳＯ3濃度１９に基づき、必要量のＮＨ3を注入するための制御信号３５をＮＨ3流量調整弁３６へ出力する制御信号発信器３７を備えてなる構成を有している。
【００１０】
これにより、ボイラ設備の運転時には、排ガス温度計１６で空気予熱器３の出口排ガス温度１５が検出され、空気温度計１８で空気予熱器３の入口空気温度１７が検出され、ＳＯ3計２０で空気予熱器３の排ガス出口側における排ガス中のＳＯ3濃度１９が検出され、水分計２２で空気予熱器３の排ガス出口側における排ガス中のＨ2Ｏ濃度２１が検出され、前記排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記空気温度計１８で検出された空気予熱器３の入口空気温度１７との平均値が低温端メタル温度２３として平均温度演算器２４で求められ、該平均温度演算器２４で求められた低温端メタル温度２３と予め設定された設定値２５との低温端メタル温度偏差２６が減算器２７で求められ、前記ＳＯ3計２０で検出されたＳＯ3濃度１９と前記水分計２２で検出されたＨ2Ｏ濃度２１とに基づき酸露点温度２８が酸露点温度演算器２９で算出され、前記排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記酸露点温度演算器２９で算出された酸露点温度２８との酸露点温度偏差３０が減算器３１で求められ、前記減算器２７で求められた低温端メタル温度偏差２６と前記減算器３１で求められた酸露点温度偏差３０とに基づき、低温端メタル温度偏差２６をなくすための制御信号３２或いは酸露点温度偏差３０をプラスの値として空気予熱器３の出口排ガス温度１５を酸露点温度２８より高く保持するための制御信号３２のいずれかが制御信号発信器３４から蒸気式空気予熱器１４の蒸気流量調整弁３３へ出力される。
【００１１】
ここで、前記排ガス温度計１６で検出される空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸露点温度２８よりも低い場合には、前記制御信号発信器３４から出力される制御信号３２により、蒸気流量調整弁３３の開度が拡張される方向に制御されて蒸気式空気予熱器１４への蒸気流量が増加され、空気予熱器３へ導入される空気温度が高められ、空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸露点温度２８より高く保持され、空気予熱器３以降の下流側機器の腐食が防止される一方、前記排ガス温度計１６で検出される空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸露点温度２８よりも高い場合には、空気予熱器３の低温端メタル温度２３が設定値２５と等しくなって低温端メタル温度偏差２６がなくなるよう、前記制御信号発信器３４から出力される制御信号３２により、蒸気流量調整弁３３の開度が絞られる方向に制御され、ボイラ効率の低下が防止される。
【００１２】
又、前記ＳＯ3計２０で検出されたＳＯ3濃度１９は、制御信号発信器３７にも入力されており、該制御信号発信器３７において、前記ＳＯ3濃度１９に基づき必要量のＮＨ3を注入するための制御信号３５がＮＨ3流量調整弁３６へ出力され、該ＮＨ3流量調整弁３６の開度調節により電気集塵機５の入口側へのＮＨ3の注入量が制御される。
【００１３】
尚、上記したようなボイラ設備としては、従来、例えば、特開平１１−２４０３号公報に記載されたようなものが存在する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気予熱器３の目詰りを引き起こす原因として考えられている酸性硫安（ＮＨ4ＨＳＯ4）の生成温度は酸露点温度２８よりも高いため、前述の如く、空気予熱器３の出口排ガス温度１５を単に酸露点温度２８より高く制御するだけでは、空気予熱器３における酸性硫安の生成を防止することができず、空気予熱器３の目詰りを回避するような正確な制御を行うことは困難となっていた。
【００１５】
又、前述の如き従来例の場合、検出されたＳＯ3濃度１９に基づいて電気集塵機５の入口側におけるＮＨ3注入量を制御しているだけで、脱硝装置２から排出されるリークＮＨ3については全く考慮されていないため、電気集塵機５の入口側にＮＨ3が余分に注入される形となり、正確な制御ができず、無駄が多くコストアップにつながるという不具合を有していた。
【００１６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、空気予熱器における酸性硫安の生成を防止して該空気予熱器の目詰りを回避し得、空気予熱器の長寿命化並びにメンテナンスインターバルの延長を図ることができる一方、集塵機の入口側におけるＮＨ3注入量の無駄をなくしコストダウンを図ることができ、更に、脱硝装置から排出されるリークＮＨ3の量に基づく脱硝装置の触媒劣化診断をも行い得るボイラ設備を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硫黄分を含む燃料を燃焼させ蒸気を発生させるボイラ本体と、該ボイラ本体からの排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するための脱硝装置と、該脱硝装置で窒素酸化物が除去された燃焼排ガスとボイラ本体へ供給される空気とを熱交換させるための空気予熱器と、該空気予熱器を通過して温度降下した排ガス中に含まれる煤塵を捕集するための集塵機とを備えたボイラ設備において、
空気予熱器の排ガス入口側における排ガス中のＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とＨ2Ｏ濃度とを検出すると共に、
該検出されたＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とＨ2Ｏ濃度とに基づき酸性硫安析出温度を算出し、空気予熱器の出口排ガス温度を前記酸性硫安析出温度より高く保持するよう構成したことを特徴とするボイラ設備にかかるものである。
【００１８】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１９】
検出されたＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とＨ2Ｏ濃度とに基づき酸性硫安析出温度が算出され、空気予熱器の出口排ガス温度が前記酸性硫安析出温度より高く保持されるため、従来のように、空気予熱器の出口排ガス温度を単に酸露点温度より高く制御するのとは異なり、空気予熱器における酸性硫安の生成を防止することが可能となり、空気予熱器の目詰りが回避される。
【００２０】
前記ボイラ設備においては、集塵機の入口側における排ガス中のＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とを検出すると共に、
該検出されたＳＯ3濃度とＮＨ3濃度とに基づき集塵機入口側への必要ＮＨ3注入量を算出し、集塵機入口側へのＮＨ3注入量を前記必要ＮＨ3注入量に等しくするよう構成することができ、このようにすると、脱硝装置から排出されるリークＮＨ3についても考慮される形となるため、集塵機の入口側にＮＨ3が余分に注入されなくなり、正確な制御が行われ、無駄が少なくコストダウンにつながり、更に、脱硝装置から排出されるリークＮＨ3の量に基づく脱硝装置の触媒劣化診断を行うことも可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２２】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図２２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図２２に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、空気予熱器３の排ガス入口側における排ガス中のＳＯ3濃度３８とＮＨ3濃度３９とＨ2Ｏ濃度４０とを検出すると共に、
該検出されたＳＯ3濃度３８とＮＨ3濃度３９とＨ2Ｏ濃度４０とに基づき酸性硫安析出温度４１を算出し、空気予熱器３の出口排ガス温度１５を前記酸性硫安析出温度４１より高く保持するよう構成した点にある。
【００２３】
本図示例の場合、空気予熱器３の排ガス入口側における排ガス中のＳＯ3濃度３８とＮＨ3濃度３９とを同時に検出可能な多成分濃度分析計４２と、
空気予熱器３の排ガス入口側における排ガス中のＨ2Ｏ濃度４０を検出する水分計４３と、
前記多成分濃度分析計４２で検出されたＳＯ3濃度３８とＮＨ3濃度３９と、前記水分計４３で検出されたＨ2Ｏ濃度４０とに基づき酸性硫安析出温度４１を算出する酸性硫安析出温度演算器４４と
を設け、該酸性硫安析出温度演算器４４で算出された酸性硫安析出温度４１を減算器３１へ入力し、該減算器３１において、排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記酸性硫安析出温度演算器４４で算出された酸性硫安析出温度４１との酸性硫安析出温度偏差４５を求めて制御信号発信器３４へ入力し、
前記排ガス温度計１６で検出される空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸性硫安析出温度４１よりも低い場合には、前記制御信号発信器３４から出力される制御信号３２により、蒸気流量調整弁３３の開度を拡張する方向に制御して蒸気式空気予熱器１４への蒸気流量を増加し、空気予熱器３へ導入される空気温度を高め、空気予熱器３の出口排ガス温度１５を酸性硫安析出温度４１より高く保持し、空気予熱器３の目詰りを防止する一方、前記排ガス温度計１６で検出される空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸性硫安析出温度４１よりも高い場合には、空気予熱器３の低温端メタル温度２３が設定値２５と等しくなって低温端メタル温度偏差２６がなくなるよう、前記制御信号発信器３４から出力される制御信号３２により、蒸気流量調整弁３３の開度を絞る方向に制御するようにしてある。
【００２４】
前記酸性硫安析出温度演算器４４における酸性硫安析出温度計算式について説明すると、ＮＨ4ＨＳＯ4（酸性硫安）とＮＨ3（アンモニア）とＳＯ3（三酸化硫黄）とＨ2Ｏ（水）との平衡の式は、
【数１】
ＮＨ4ＨＳＯ4＝ＮＨ3＋ＳＯ3＋Ｈ2Ｏ
となり、平衡定数Ｋは、ガスの分圧をＰとすると、
【数２】
Ｋ＝ＰＮＨ3・ＰＳＯ3・ＰＨ2Ｏ
（ＮＨ4ＨＳＯ4は液体なので［数２］式には現れない。）
となり、又、平衡温度Ｔ（ここではＮＨ4ＨＳＯ4が結露する温度と同じ）と平衡定数Ｋの関係は、
【数３】
ｌｏｇＫ＝−ΔＨ／２．３０３ＲＴ＋１．７５ΣｎｌｏｇＴ＋ΣｎＩ
但し、Ｋ：平衡定数
Ｒ：気体の状態定数（１．９８７［ｃａｌ／ｄｅｇ・ｍｏｌ］）
ΔＨ：定温におけるエンタルピー変化
Ｔ：平衡温度［Ｋ］
Σｎ：反応系内の気相分子数の差
Ｉ：化学定数
となり、ここで、ＮＨ4ＨＳＯ4の場合、
−ΔＨ＝−８１５３０［ｃａｌ／ｍｏｌ］
Σｎ＝３
ΣｎＩ＝１０．５
であるため、［数２］式と［数３］式をまとめると、
【数４】
ｌｏｇ（ＰＮＨ3・ＰＳＯ3・ＰＨ2Ｏ）＝−８１５３０／４．５７４Ｔ＋５．２５ｌｏｇＴ＋１０．５
となり、ＮＨ3濃度、ＳＯ3濃度、Ｈ2Ｏ濃度を分圧に換算し、［数４］式に代入することで、Ｔの方程式となり、従って、［数４］式を解けば、Ｔが求まり、析出する酸性硫安の温度が算出できる。
【００２５】
又、本図示例の場合、電気集塵機５の入口側における排ガス中のＳＯ3濃度４６とＮＨ3濃度４７とを多成分濃度分析計４８で検出して制御信号発信器３７へ入力すると共に、該制御信号発信器３７において、前記多成分濃度分析計４８で検出されたＳＯ3濃度４６とＮＨ3濃度４７とに基づき電気集塵機５入口側への必要ＮＨ3注入量を算出し、該制御信号発信器３７から出力される制御信号３５により、ＮＨ3流量調整弁３６の開度を調節し、電気集塵機５入口側へのＮＨ3注入量を前記必要ＮＨ3注入量に等しくするよう構成してある。
【００２６】
一方、前記多成分濃度分析計４２，４８は、本発明者等が開発したものであり、図２〜図２０を用いて、以下に詳述する。
【００２７】
図２に示す如く、煙道４９に排ガスを取り込むプローブ５０を設置し、プローブ５０には加熱配管５１を介して排ガス中のダストを取り除くフィルター５２を接続し、フィルター５２には、開閉弁５３を備えた導入加熱配管５４を接続すると共に、不要な排ガスを煙道４９へ戻すようブロア５５を備えた戻し用配管５６を接続し、開閉弁５３を備えた導入加熱配管５４の流路先には加熱可能なガスセル５７を配置し、ガスセル５７には開閉弁５８及びポンプ５９を備えた排出用配管６０を接続している。
【００２８】
導入加熱配管５４における開閉弁５３とガスセル５７の間には、開閉弁６１を備えた供給加熱配管６２を接続し、供給加熱配管６２の基端側には、開閉弁６３を介するＳＯ2の標準ガスボンベ６４と、開閉弁６５を介するＮ2ガスボンベ６６と、Ｖ2Ｏ5触媒のガス転換炉６７及び開閉弁６８を介する検量線用ガスボンベ６９とを夫々並列に配置している。ここで、検量線用ガスボンベ６９はＳＯ2とＯ2を送出し、ＳＯ2とＯ2は、略４２５［℃］に加熱したガス転換炉６７のＶ2Ｏ5触媒に接触することによりＳＯ3に転換している。又、加熱配管５１、導入加熱配管５４、供給加熱配管６２、ガスセル５７は、ＳＯ3とＮＨ3等が化合しないよう略３５０〜４５０［℃］程度に温度設定されている。尚、図２中、７０はトラップ、７１は圧力モニター、７２はフローメータ、７３はレギュレータを示している。
【００２９】
ガスセル５７の両端部近傍には、紫外線をブロードに発光するキセノンランプ、重水素ランプ、キセノンフラッシュランプ等の光源７４と、該光源７４から発せられる光がガスセル５７を透過するよう光を反射させる複数のミラー７５とを配設し、光の検出側には、光ファイバ７６を介して分光器７７を設置し、分光器７７には、所定の処理手順によりＳＯ3やＮＨ3等の濃度を算出する機能を備えた波形処理装置７８を接続しており、これにより、多成分濃度分析計４２，４８を構成している。
【００３０】
前記多成分濃度分析計４２，４８によるＳＯ3やＮＨ3等の濃度測定は、図３〜図６のフローに示す如く、ノイズ成分量及び理想的な吸光係数を求めるノイズ成分量算出段階（図３参照）と、検量線を作成する検量線作成段階（図４参照）と、時間経過により変化するノイズ成分量を校正する校正段階（図５参照）と、混組成比が不明である混合物質より所定物質（ＳＯ3やＮＨ3等）の濃度を算出する通常計測段階（図６参照）とに分かれている。尚、図３〜図６のフローはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す結合子によって夫々接続されている。
【００３１】
ノイズ成分量及び理想の吸光係数を求めるノイズ成分量算出段階を説明すると、初めに、濃度ゼロの場合として、Ｎ2ガスボンベ６６からガスセル５７にＮ2を導入することにより受光スペクトルＰｚ（ｄ）（受光強度、受光面積）を測定し、次に標準ガスボンベ６４からガスセル５７に標準単一物質（単一ガス）のＳＯ2を様々な濃度（ｎ１，ｎ２，ｎ３…（少なくとも３個以上））で導入することにより複数の受光スペクトルＰ（ｄ）（受光強度、受光面積）を測定する。ここで、複数の受光スペクトルＰ（ｄ）の測定後には、ガスセル５７に導入したＮ2、ＳＯ2は、適宜、排出用配管６０から排出している。
【００３２】
複数の受光スペクトルＰ（ｄ）を測定した後には、各受光スペクトルを処理する波長を選択するよう単一物質用波長処理段階として初期波長ｄを設定する。
【００３３】
ここで、測定した各波長の受光スペクトルには、ノイズ成分の迷光ノイズが含まれており、
【数５】
Ｐ（ｄ）＝Ｐｓ（ｄ）＋Ｐｍ（ｄ）
Ｐ（ｄ）：測定した受光スペクトル（計測スペクトル）
Ｐｓ（ｄ）：物質の受光スペクトル
Ｐｍ（ｄ）：迷光ノイズの受光スペクトル
となる。
【００３４】
このため、一般に各波長における吸光度を求める式、
【数６】
Ａ（ｄ）＝ｌｏｇ（Ｐｚ（ｄ）／Ｐ（ｄ））
Ａ（ｄ）：吸光度
Ｐｚ（ｄ）：ゼロスペクトル（物質の濃度ゼロの場合の受光スペクトル）
Ｐ（ｄ）：測定した受光スペクトル（計測スペクトル）
より、迷光ノイズの受光スペクトルを引き、
【数７】
Ａｓ（ｄ）＝ｌｏｇ（（Ｐｚ（ｄ）−ｎＰｍ（ｄ））／（Ｐ（ｄ）−ｎＰｍ（ｄ）））
Ａｓ（ｄ）：修正した吸光度
Ｐｚ（ｄ）：ゼロスペクトル（物質の濃度ゼロの場合の受光スペクトル）
Ｐ（ｄ）：測定した受光スペクトル（計測スペクトル）
ｎＰｍ（ｄ）：仮の迷光ノイズの受光スペクトル（仮ノイズ成分量）
に変形し、迷光ノイズのノイズ成分を数量化するようノイズ成分量設定段階として迷光ノイズをゼロの仮ノイズ成分量（仮迷光）ｎＰｍ（ｄ）と仮設定する。
【００３５】
続いて、仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）が、濃度ゼロの受光スペクトルＰｚ（ｄ）又は所定濃度の受光スペクトルＰ（Ｄ）より小さい値であることを確認し、［数７］式に対して、仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）のゼロの仮設定値、初期波長ｄにおける各所定濃度（ｎ１，ｎ２，ｎ３…）の受光スペクトルＰ（ｄ）の測定値、初期波長ｄにおける濃度ゼロでのゼロスペクトル（受光スペクトル）Ｐｚ（ｄ）の測定値を夫々代入し、各所定濃度に対応する吸光度Ａｓ（ｄ）を算出する。
【００３６】
一般に各吸光度と、各所定濃度との関係はランベルトベールの式
【数８】
Ａ＝αｎ
Ａ：吸光度
α：吸光係数
ｎ：濃度
に従い、直線の検量線となるので、
【数９】
Ｙ＝ａＸ＋ｂ
ａ：傾き
ｂ：切片
の式に、Ｘに各所定濃度（ｎ１，ｎ２，ｎ３…）の値、Ｙに各吸光度Ａｓ（ｄ）の算出値を代入し、最小二乗法等の線形回帰法により処理して相関係数ｒ（Ｒ2）、切片ｂ、傾きａを求める。
【００３７】
ここで、線形回帰法による処理は以下のように行われる。即ち、採取したスペクトル（濃度Ｘと吸光度Ｙの組）がｋ個で、［表１］のようであった場合を考える。このとき、ｋは少なくとも三個以上必要となる。
【００３８】
【表１】
0004678107.tif 000002
【００３９】
又、ＸとＹの共分散Ｓｘｙは
【数１０】
Ｓｘｙ＝（１／ｋ）Σｘｙ−ａｖｇ_ｘ×ａｖｇ_ｙ
であって、このとき、
【数１１】
ａ＝Ｓｘｙ／Ｓｘｘ
【数１２】
ｂ＝ａｖｇ_ｙ−Ｓｘｙ×ａｖｇ_ｙ／Ｓｘｘ
となる。
【００４０】
又、相関係数ｒの二乗Ｒ2は
【数１３】
Ｒ2＝Ｓｘｙ2／（Ｓｘｘ・Ｓｙｙ）
であり、この計算値によりｒ（Ｒ2）が最も大きくなった場合（１に近づいた場合）に濃度Ｘと吸光度Ｙの複数組が直線上に位置すると判断する。又、ｒ（Ｒ2）が最も大きくなったときにはｂ＝０になる（ゼロに最も近くなる）のでｂを基準にしてもよい。尚、線形回帰法において誤差の二乗和が最小になるｎＰｍを求める場合にはＲ2が最大になるとは限らず、ｂ＝０にもならないので適用できない。
【００４１】
このような線形回帰法により仮ノイズ成分量ｎＰｍがゼロの場合の相関係数ｒ、切片ｂ、傾きａを求めた後には、傾きａと共に、相関係数ｒ及び切片ｂの少なくとも一方を仮記憶する。
【００４２】
次に、ゼロの仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）に所定の増加量ΔｎＰｍを加えて、図３に示す如く、処理手順をノイズ成分量設定段階に戻すことによりノイズ成分を他の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）と仮設定し、他の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）が、濃度ゼロの受光スペクトル（ゼロスペクトル）Ｐｚ（ｄ）又は所定濃度の受光スペクトル（計測スペクトル）Ｐ（ｄ）より小さい値であることを確認する。
【００４３】
確認した後には、初めに吸光度Ａｓ（ｄ）を求めた処理と略同様に、［数７］式に対して、他の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）の仮設定値、初期波長ｄにおける各所定濃度（ｎ１，ｎ２，ｎ３…）の受光スペクトルＰ（ｄ）の測定値、初期波長ｄにおける濃度ゼロのゼロスペクトルＰｚの測定値を夫々代入することにより、初期波長ｄでの各所定濃度に対応する吸光度Ａｓ（ｄ）を算出し、且つ、先の線形回帰法により相関係数等を算出した処理と同様に、他の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）における他の相関係数ｒ、他の切片ｂ、他の傾きａを求め、同様に仮記憶する。
【００４４】
続いて、他の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）に更に所定の増加量ΔｎＰｍを加えて処理手順をノイズ成分量設定段階に戻すことにより別の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）と仮設定し、同じ処理を繰り返して、別の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）における別の相関係数ｒ、別の切片ｂ、別の傾きａを求め、同様に仮記憶する。
【００４５】
このように仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）に徐々に増加量ΔｎＰｍを加える処理は、初期波長ｄにおける複数の傾きａと、初期波長ｄにおける複数の相関係数ｒ及び切片ｂとを求めて蓄積するものである。
【００４６】
更に、増加する仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）が、濃度ゼロの受光スペクトル（ゼロスペクトル）Ｐｚ（ｄ）又は所定濃度の受光スペクトル（計測スペクトル）Ｐ（ｄ）を超えた時点で処理を停止する。ここで、処理を停止する場合は、相関係数ｒの蓄積数もしくは切片ｂの蓄積数が所定以上になった場合でもよい。
【００４７】
処理を停止した後、各仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）における複数の相関係数ｒの中より相関係数ｒが最も大きいもの（最も１に近づいたもの）を選択すると共に、各仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）における複数の切片ｂの中から切片ｂが最もゼロに近いものを選択する。ここで、相関係数ｒ及び切片ｂを選択する場合は相関係数ｒもしくは切片ｂのどちらか一方の処理でもよい。又、相関係数ｒが最も大きいものを選択する場合は、Ｒ2の極大値を求めるものであり、微分法や山登り法でも求めることができる。更に、極大になるポイント部分を詳細に探索するよう極大値近傍の区間のみΔｎＰｍを小さくしてもよい。更に又、相関係数ｒ及び切片ｂを選択する場合は、多くの相関係数ｒ及び切片ｂを蓄積せずに、所定の仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）における相関係数ｒ及び切片ｂを求めた時点で、前に仮記憶した相関係数ｒ及び切片ｂと比較し、常に相関係数ｒが最も大きいもの、及び切片ｂが最もゼロに近いものを残すようにしてもよい。
【００４８】
次いで、選択した相関係数ｒ及び切片ｂの少なくとも一方の情報から実際のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を決定すると共に、線形回帰法により算出された対応の傾きａを決定し、決定された傾きａを初期波長ｄでの理想的な吸光係数αとする。
【００４９】
初期波長ｄでの実際のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を求めた後には、初期波長ｄに所定の波長幅Δｄを加えて他の所定波長ｄと設定し、且つ他の所定波長ｄが所定の範囲内であることを確認し、図３に示す如く、処理手順を単一物質用波長設定段階に戻すことにより、以下、迷光ノイズを仮ノイズ成分量（仮迷光）ｎＰｍ（ｄ）に仮設定する等の同様な処理を行い、相関係数ｒ及び切片ｂを選択し、他の所定波長ｄにおける実際のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を決定すると共に、線形回帰法により算出された対応の傾きａを決定し、決定された傾きａを他の所定波長ｄでの理想的な吸光係数αとする。
【００５０】
このように、所定波長ｄに徐々に所定の波長幅Δｄを加えて同様な処理を行うことにより各波長における実際のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）と理想的な吸光係数αを集積し、増加する所定波長ｄが所定の範囲を超えた時点で処理を停止し、各波長における理想的な吸収係数スペクトルを求める。
【００５１】
各波長における実際のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を決定した後には、図４に示す如く、検量線を作成する検量線作成段階に移行し、検量線作成段階を説明すると、初めに、混合物質（混合ガス）の濃度ゼロの場合として、Ｎ2ガスボンベ６６からガスセル５７にＮ2を導入することにより受光スペクトルＰｚ（ｄ）（受光強度、受光面積）を測定し、次に、検量線用ガスボンベ６９からガスセル５７に混合物質（混合ガス）のＳＯ3、ＳＯ2を様々な組成比（濃度比）で導入することにより複数の受光スペクトルＰ（ｄ）（受光強度、受光面積）を測定する。ここで、複数の受光スペクトルＰ（ｄ）の測定後には、ガスセル５７に導入したＮ2、ＳＯ3を含む混合物質は、適宜、排出用配管６０から排出している。
【００５２】
各受光スペクトルＰｚ（ｄ）、Ｐ（ｄ）を測定した後には、各受光スペクトルＰｚ（ｄ）、Ｐ（ｄ）を処理する波長を選択するよう混合物質用波長処理段階として初期波長ｄを設定し、初期波長ｄが所定範囲内であることを確認する。続いて、先の段階で求めた各波長における実際のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）より初期波長ｄの場合のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を選択して準備し、下記の［数１４］式に対して、初期波長ｄにおけるノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）の値、初期波長ｄにおける各組成比の受光スペクトルＰ（ｄ）の測定値、初期波長ｄにおける濃度ゼロでのゼロスペクトル（受光スペクトル）Ｐｚ（ｄ）の測定値を夫々代入し、各組成比（濃度）での混合物質の吸光度Ａｓ（ｄ）を算出する。
【００５３】
【数１４】
Ａｓ（ｄ）＝ｌｏｇ（（Ｐｚ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ））／（Ｐ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ）））
Ａｓ（ｄ）：混合物質の修正した吸光度
Ｐｚ（ｄ）：混合物質のゼロスペクトル（物質の濃度ゼロの場合の受光スペクトル）
Ｐ（ｄ）：測定した混合物質の受光スペクトル（計測スペクトル）
Ｐｍ（ｄ）：標準単一物質より算出した実際の迷光ノイズの受光スペクトル（実際のノイズ成分量）
【００５４】
ここで、混合物質の測定は、ノイズ成分量算出段階で用いたガスセル５７及び分光器７７を用いるので、標準単一物質に含まれる各波長のノイズ成分量と、混合物質に含まれる各波長のノイズ成分量とが略同じである。又、ノイズ成分量算出段階における吸収スペクトルの測定と検量線作成段階における混合物質の吸収スペクトルの測定との測定間隔はノイズ成分量が変化しない時間である。
【００５５】
初期波長ｄでの吸光度Ａｓ（ｄ）を算出した後には、初期波長ｄに所定の波長幅Δｄを加えて他の所定波長ｄと設定し、図４に示す如く、処理手順を混合物質用波長設定段階に戻し、以下、同様な処理を行ない、各組成比での他の所定波長ｄでの吸光度Ａｓ（ｄ）を求める。
【００５６】
このように、所定波長ｄに徐々に所定の波長幅Δｄを加えて同様な処理を行うことにより各波長における各組成比の吸光度Ａｓ（ｄ）を集積し、増加する所定波長ｄが所定の範囲を超えた時点で処理を停止し、吸光度Ａｓ（ｄ）及び各組成比等のデータを用いて多変量解析を行う。
【００５７】
ここで、多変量解析について説明すると、多変量解析は、重回帰分析、主成分回帰分析、ＰＬＳ、ＣＬＳ、ニューラルネット等があり、下記にはＰＬＳ（Partial Least Squares ）モデルの計算理論を用いた場合の例を説明する。
【００５８】
（ＰＬＳモデルの計算理論）
Ｘを説明変数、ｙを目的変数とする。
【００５９】
【数１５】
0004678107.tif 000003
【００６０】
吸光度スペクトル波形解析による濃度推定モデルの場合、［数１５］式におけるｘ（ｎ，ｄ）は、波長ｄ、計測番号ｎのときの吸光度であり、ｙ（ｎ）は、計測番号ｎのときの濃度である。Ｎは計測数（サンプル数）、Ｄは波長の分割数（説明変数の数）である。
【００６１】
ＰＬＳ法では、説明変数Ｘと目的変数ｙを［数１６］式、［数１７］式の二つの基本式で求める。
【００６２】
【数１６】
Ｘ＝ＴＰT＋Ｅ
Ｔ：潜在変数、
Ｐ：ローディング、
Ｅ：説明変数Ｘの残差、
上添え字のＴ：転置行列
【００６３】
【数１７】
ｙ＝Ｔｑ＋ｆ
ｑ：係数
ｆ：目的変数ｙの残差
【００６４】
又、潜在変数Ｔ、ローディングＰ及び係数ｑは［数１８］式、［数１９］式、［数２０］式のように示される。
【００６５】
【数１８】
0004678107.tif 000004
ｔ（ｎ，ａ）：ａ成分目の計測番号ｎの潜在変数
Ａ：成分数（１〜Ｎの範囲内を選択可能）
ｔa ：潜在変数Ｔのａ成分目の潜在変数ベクトル
【００６６】
【数１９】
0004678107.tif 000005
ｐ（ａ，ｄ）：ａ成分目の波長ｄのローディング
Ａ：成分数（１〜Ｎの範囲内を選択可能）
ｐa ：ローディングＰのａ成分目のローディングベクトル
【００６７】
【数２０】
ｑ＝（ｑ（１），ｑ（２），ｑ（３），…，ｑ（ａ），…ｑ（Ａ））
ｑa＝ｑ（ａ）
ｑ（ａ）：ａ成分目の係数である。
【００６８】
ここで、モデルの特徴を表すのは、上位６番目くらいまでの成分であり、それ以上は、予測誤差を低下させる。最適な成分数Ａの決定は、クロスバリエーションを行うことで決定する。
【００６９】
次に、ＰＬＳ法では、説明変数Ｘの情報を目的変数ｙのモデリングに直接用いるのではなく、説明変数Ｘの情報の一部を潜在定数ｔに変換して潜在定数ｔを用いて目的変数ｙをモデリングする。
【００７０】
（潜在定数ｔ）
ｔa は、説明変数Ｘの線形結合であるとすれば、
【数２１】
ｔa＝Ｘｗa
で表され、ここで、ｗa は重みベクトルであり、［数２２］式のように表される。
【００７１】
【数２２】
0004678107.tif 000006
ｗ（ｄ，ａ）：ａ成分目の波長ｄの重み係数
【００７２】
（第１成分の計算）
続いて、成分が一つの場合（ａ＝１）を計算して説明すると、成分ａが一つの場合、［数１６］式、［数１７］式は［数２３］式、［数２４］式で表される。
【００７３】
【数２３】
Ｘ＝ｔ1ｐ1T＋Ｅ
【００７４】
【数２４】
ｙ＝ｔ1ｑ1＋ｆ
【００７５】
［数２１］式より潜在定数ｔを［数２５］式に変形する。
【００７６】
【数２５】
0004678107.tif 000007
ｗのノルムを１になるように設定すると［数２６］式になる。
【００７７】
【数２６】
0004678107.tif 000008
【００７８】
更に、ＰＬＳのモデルは、目的変数ｙと潜在定数ｔとの相関を大きくすると同時にｔの分散を大きくすることであり、これを満たす条件は、［数２７］式の目的変数ｙと潜在定数ｔの共分散Ｓが最大になるポイントである。
【００７９】
【数２７】
Ｓ＝ｙTｔ
【００８０】
ここで、ｗのノルムを１とする制約条件でＳが最大になる条件をLagrangeの未定乗数法を用いて［数２８］式のように求める。
【００８１】
【数２８】
0004678107.tif 000009
【００８２】
関数Ｇは、変数ｗの関数なので、Ｇをｗ（ｄ，１）について偏微分して、［数２９］式、［数３０］式の関係を得る。
【００８３】
【数２９】
0004678107.tif 000010
【００８４】
【数３０】
0004678107.tif 000011
この［数３０］式の両辺にｗ（ｄ，１）を掛けると［数３１］式になる。
【００８５】
【数３１】
0004678107.tif 000012
更にｄについての総和を取ると［数３２］式となる。
【００８６】
【数３２】
0004678107.tif 000013
ここで、‖ｗ1 ‖＝０の制約条件より［数３３］式となる。
【００８７】
【数３３】
0004678107.tif 000014
【００８８】
［数２９］式の左辺は、［数２７］式のＳ＝ｙT ｔの定義であるので、２μはｙT ｔの値となる。従って、Ｓ＝ｙT ｔが最大になる最大のｗの値は［数３４］式で与えられる。
【００８９】
【数３４】
0004678107.tif 000015
ｗ1 のノルムは１なので、ｗは［数３５］式となる。
【００９０】
【数３５】
ｗ1＝ＸTｙ／‖ＸTｙ‖
ここで潜在変数ｔは［数３６］式によって求まる。
【００９１】
【数３６】
ｔ1＝Ｘｗ1
【００９２】
［数２３］式のローディングベクトルｐ1 は、説明変数Ｘの残差Ｅの要素の二乗和が最小になるように［数３７］式で求める。
【００９３】
【数３７】
ｐ1＝ＸTｔ1／ｔ1Tｔ1
【００９４】
［数２４］式の係数ｑa は、目的変数ｙの残差ベクトルｆの要素の二乗和が最小になるように条件から［数３８］式で求める。
【００９５】
【数３８】
ｑ1＝ｙTｔ1／ｔ1Tｔ1
【００９６】
（第２成分以降の計算）
第２成分のモデル式は［数３９］式、［数４０］式で表される。
【００９７】
【数３９】
Ｘ＝ｔ1ｐ1T＋ｔ2ｐ2T＋Ｅ
【００９８】
【数４０】
ｙ＝ｔ1ｑ1＋ｔ2ｑ2＋ｆ
【００９９】
ここで、成分数１のモデリングで、Ｘのうち［数３９］式のｔ1 ｐ1 T が使われ、ｙのうちｔ1 ｑ1 が説明に使われたので、残っている情報を［数４１］式、［数４２］式と置き換えることができる。
【０１００】
【数４１】
Ｘnew＝Ｘ−ｔ1ｐ1T
【０１０１】
【数４２】
ｙnew＝ｙ−ｔ1ｑ1
【０１０２】
Ｘnew とｙnew を用いると、［数３９］式、［数４０］式は、［数４３］式、［数４４］式となる。
【０１０３】
【数４３】
Ｘnew＝ｔ2ｐ2T＋Ｅ
【０１０４】
【数４４】
ｙnew＝ｔ2ｑ2＋ｆ
【０１０５】
これは、成分番号が一つ増えた以外は、［数２３］式、［数２４］式と同じ式である。
【０１０６】
従って、第１成分と同様にｔ2 、ｐ2 、ｑ2 を求めることができる。
【０１０７】
このループを繰り返すことで、第３成分以降の算出ができる。
【０１０８】
（回帰ベクトルの算出）
必要な成分数Ａ回繰り返し計算をしたモデル式は［数４５］式、［数４６］式のように書ける。
【０１０９】
【数４５】
Ｘ＝ＴＰT＝ｔ1ｐ1T＋…＋ｔaｐaT＋…＋ｔAｐAT
【０１１０】
【数４６】
ｙ＝Ｔｑ＝ｔ1ｑ1＋…＋ｔaｑa＋…＋ｔaｑa
【０１１１】
［数４６］式の潜在変数ｔに［数２１］式のｔ1 ＝Ｘｗ1 を代入すると、推定するモデル式は、［数４７］式となり、
【数４７】
ｙ＝Ｘｗ1ｑ1＋（Ｘ−ｔ1ｐ1T）ｗ2ｑ2＋…
これを変形すると、
【数４８】
ｙ＝Ｘｗ1ｑ1＋Ｘｗ2ｑ2−ｔ1ｐ1Tｗ2ｑ2＋…
となる。
【０１１２】
この［数４８］式に［数２１］式のｔ1 ＝Ｘｗ1 を代入してＸでまとめると、［数４９］式となる。
【０１１３】
【数４９】
ｙ＝Ｘ（ｗ1ｑ1＋ｗ2ｑ2−ｗ1ｐ1Tｗ2ｑ2…
【０１１４】
ここで、［数５０］式のように、ある説明ベクトル
【外１】
0004678107.tif 000016
に対して、目的変数
【外２】
0004678107.tif 000017
を推定するモデル式に変換する。
【０１１５】
【数５０】
0004678107.tif 000018
【０１１６】
［数５０］式で、ｂは回帰ベクトル呼ばれるもので、［数５１］式で示される。
【０１１７】
【数５１】
0004678107.tif 000019
【０１１８】
回帰ベクトルｂは、［数４９］式から［数５２］式のように求められる。
【０１１９】
【数５２】
ｂ＝Ｗ（ＰTＷ）-1ｑ
【０１２０】
以上のＰＬＳ法のアルゴリズムをまとめて、図７に示す。
【０１２１】
初めにＰＬＳ法による計算の開始から、成分をａ＝１に設定して第１成分を求め、次に［数３５］式で説明した第１成分の重みベクトルｗa を演算し、ｗa をもとに［数３５］式の潜在変数ｔを演算し、［数３７］式のローディングベクトルＰa を演算し、［数３８］式の係数ｑa を演算し、求めたローディングベクトルＰa と係数ｑa から［数４１］式、［数４２］式で説明した第２成分のモデルを設定し、成分ａをａ＝ａ＋１とインクリメントし、ｓｔｅｐ１で、次の成分の演算が必要かどうかを判断し、必要であれば（Ｙｅｓ）、即ち第２成分の重みベクトルｗa の演算に戻して、同様な演算を繰り返した後、次の成分の設定を行うと共にインクリメントし、ｓｔｅｐ１で、成分の演算を必要数行い、必要でないとき（Ｎｏ）、［数５２］式で説明した回帰ベクトルｂを演算して終了する。
【０１２２】
多変量解析を終了すると、混合物質中に含まれる所定物質の吸光度、組成比（濃度）等のデータを算出し、所定物質における各波長での複数の検量線を作成することができる。
【０１２３】
続いて、検量線を作成した後には、図５に示す如く、連続計測を開始するとしてノイズ成分量を校正する校正段階に移行する。校正段階を説明すると、初めに、混合物質（混合ガス）の濃度ゼロの場合として、Ｎ2ガスボンベ６６からガスセル５７にＮ2を導入することによりゼロスペクトルＰｚ（ｄ）（受光強度、受光面積）を測定し、次に、標準ガスボンベ６４からガスセル５７に標準単一物質のＳＯ2を所定濃度ｎｒで導入することにより標準スペクトルＰｒ（ｄ）（受光強度、受光面積）を測定する。ここで、標準スペクトルＰｒ（ｄ）の測定後には、ガスセル５７に導入したＮ2、標準単一物質のＳＯ2は、適宜、排出用配管６０から排出している。又、ＳＯ2を用いた標準単一物質は、吸収スペクトルが一定範囲において、濃度を求める所定物質（ここではＳＯ3）と吸収スペクトルが重ならないこと、及び安定な物質であることの最低条件を満たせば他のものでもよい。
【０１２４】
ゼロスペクトルＰｚ（ｄ）と標準スペクトルＰｒ（ｄ）を測定した後には、各受光スペクトルＰｚ（ｄ）、Ｐｒ（ｄ）を処理する波長を選択するよう校正用波長処理段階として初期波長ｄを設定し、先の段階で求めたノイズ成分のない初期波長ｄにおける理想の吸光係数α（ｄ）及び標準スペクトルＰｒ（ｄ）の所定濃度ｎｒを
【数５３】
Ｔｒｓ（ｄ）＝１０−α（ｄ）・ｎｒ
Ｔｒｓ（ｄ）：透過率
に代入し、迷光のノイズ成分量を含まない透過率Ｔｒｓ（ｄ）を算出する。
【０１２５】
ここで、透過率Ｔｒｓ（ｄ）は、濃度ゼロのゼロスペクトルＰｚ（ｄ）及び標準スペクトルＰｒ（ｄ）から不明のノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を夫々引くことにより
【数５４】
Ｔｒｓ（ｄ）＝（Ｐｒ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ））／（Ｐｚ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ））
の関係式が成り立つので、この式を変形して
【数５５】
Ｔｒｓ（ｄ）（Ｐｚ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ））＝Ｐｒ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ）
【数５６】
Ｐｍ（ｄ）＝（Ｐｒ（ｄ）−Ｔｒｓ（ｄ）・Ｐｚ（ｄ））／（１−Ｔｒｓ（ｄ））
とし、［数５６］式に対して、迷光のノイズ成分量を含まない透過率Ｔｒｓ（ｄ）の算出値、及び濃度ゼロのゼロスペクトルＰｚ（ｄ）の測定値及び標準スペクトルＰｒ（ｄ）の測定値を夫々代入することにより、所定の時間経過等により変化したノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を求め、校正する。
【０１２６】
初期波長ｄでのノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を校正した後には、初期波長ｄに所定の波長幅Δｄを加えて他の所定波長ｄと設定し、図５に示す如く、処理手順を校正用波長設定段階に戻し、以下、同様な処理を行ない、他の所定波長ｄでのノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を校正する。
【０１２７】
このように、所定波長ｄに徐々に所定の波長幅Δｄを加えて同様な処理を行うことにより各波長における校正したノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を集積し、増加する所定波長ｄが所定の範囲を超えた時点で処理を停止し、図６に示す如く、通常計測段階に移行する。
【０１２８】
通常計測段階を説明すると、組成比が不明である混合物質として、煙道４９中から排ガスを採取してガスセル５７に導入することにより排ガスの計測スペクトルＰ（ｄ）を測定する。ここで、混合物質の排ガスを構成する組成物（ＳＯ2、ＳＯ3、ＮＨ3等）は、検量線の作成したときの混合物質と組成比が異なってもよいが、検量線の混合物質と組成物が略同じものである必要がある。又、排ガスの計測スペクトルＰ（ｄ）測定後には、ガスセル５７に導入した混合物質は、適宜、排出用配管６０から排出している。
【０１２９】
計測スペクトルＰ（ｄ）を測定した後には、各受光スペクトルＰ（ｄ）、Ｐｚ（ｄ）を処理する波長を選択するよう計測用波長処理段階として初期波長ｄを設定し、組成比が不明である混合物質の計測スペクトルＰ（ｄ）、及び校正段階で求めたゼロスペクトルＰｚ（ｄ）から、校正したノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を夫々引くことにより
【数５７】
Ａｓ（ｄ）＝ｌｏｇ（（Ｐｚ（ｄ）−Ｐｍ（ｄ））／（Ｐ−Ｐｍ（ｄ）））
Ａｓ（ｄ）：校正した吸光度
の式を作成し、［数５７］式に対して、校正したノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）の算出値、ゼロスペクトルＰｚ（ｄ）の測定値及び計測スペクトルＰの測定値を夫々代入することにより、初期波長ｄでの校正した吸光度Ａｓ（ｄ）を算出する。
【０１３０】
初期波長ｄでの校正した吸光度Ａｓ（ｄ）を算出した後には、初期波長ｄに所定の波長幅Δｄを加えて他の所定波長ｄと設定し、図６に示す如く、処理手順を計測用波長設定段階に戻し、以下、同様な処理を行ない、他の所定波長ｄでの校正した吸光度Ａｓ（ｄ）を算出する。
【０１３１】
このように、所定波長ｄに徐々に所定の波長幅Δｄを加えて同様な処理を行うことにより各波長における校正した吸光度Ａｓ（ｄ）を集積し、増加する所定波長ｄが所定の範囲を超えた時点で処理を停止し、先に求めた検量線を用いることによって、組成比が不明である混合物質の排ガスよりＳＯ3やＮＨ3等（所定物質）の濃度ｎを算出する。
【０１３２】
ここで、検量線により混合物質中の所定物質の濃度ｎを算出する過程を説明すると、所定物質の濃度ｎは、検量線として［数５２］式で示す回帰ベクトルｂにより、各波長における校正した吸光度Ａｓ（ｄ）から［数５０］式と同様に下記の［数５８］式で求められる。
【０１３３】
【数５８】
0004678107.tif 000020
【０１３４】
即ち、下記の［数５９］式の如く、波長の分割数Ｄとそれに対応した波長ｄの吸光度を回帰ベクトルｂから求めて演算することにより、組成比が不明である混合物質より所定物質の濃度ｎを算出することができる。
【０１３５】
【数５９】
0004678107.tif 000021
【０１３６】
混合物質の計測スペクトルＰ（ｄ）より所定物質の濃度ｎを求めた後には、連続分析として、新たに排ガスを採取して所定物質の濃度を算出する段階に移行し、前の所定物質の濃度を算出した時点から次の所定物質の濃度を算出した時点までの経過時間を常に監視することよって、図５、図６に示す如く、経過時間が、ノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）に変化を起す所定時間の経過後ならば処理手順を校正段階へ戻し、ノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）に変化を起す所定時間の経過前ならば処理手順を通常計測段階へ戻す。更に、同様な処理手順を繰り返して次の計測サンプルの濃度を算出し、以後、排ガスを測定する必要がなくなるまで同様の処理を続ける。ここで、ノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）が変化する所定時間は物質の種類等によって異なるため、予めＳＯ3やＮＨ3等に対応した所定時間に設定しておく。
【０１３７】
以下、組成比が不明である混合物質より所定物質の濃度を算出する過程における種々の処理を実際に示し、仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）、相関係数Ｒ2、切片ｂ等を求めた例では、所定波長ｄを２１０ｎｍとすることにより、仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）をｎＰｍと、ノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）をＰｍと、ゼロスペクトルＰｚ（ｄ）をＰｚと、受光スペクトル（計測スペクトル）Ｐ（ｄ）をＰとして夫々示す。
【０１３８】
（実施例１）
ＳＯ2において迷光の仮ノイズ成分量ｎＰｍを変えた場合を検量線により説明すると、図８に示す如く、仮ノイズ成分量ｎＰｍを変化させた場合には、検量線の傾きが立ち上がり、ある値の仮ノイズ成分量ｎＰｍで検量線が略直線になることが明らかである。又、この時の仮ノイズ成分量ｎＰｍを変化させた時の仮ノイズ成分量ｎＰｍと相関係数の二乗のＲ2との関係を示すと、図９、図１０に示す如く、仮ノイズ成分量ｎＰｍは所定位置（１５６０付近）に極大がある。ここで、図１０は図９の極大値近傍の拡大図である。更に、この時の仮ノイズ成分量ｎＰｍを変化させた時の切片ｂの関係を示すと、図１１に示す如く、ｂは所定位置でｂ＝０となる。従って、相関係数Ｒ2が極大値、ｂがゼロの位置の場合に、仮ノイズ成分量ｎＰｍは実際のノイズ成分量Ｐｍ（実際の迷光）になり、実際のノイズ成分量Ｐｍを１５６０〜１５７０と推測し、且つ吸光係数αに相当する傾きａを２１０ｎｍで０．０１４９とする。更に又、測定した受光スペクトルＰにどの程度ノイズ成分量Ｐｍが含まれているかを示すと、図１２に示す如く、各波長においてゼロスペクトルＰｚ及び受光スペクトルＰの下に所定量のノイズ成分量Ｐｍが存在することが明らかである。
【０１３９】
（実施例２）
同一の装置において意図的に光学系の調整を行なって実際の迷光のノイズ成分量Ｐｍを変えた例を用いて説明すると、図１３に示す如く、ノイズ成分量Ｐｍを含む検量線は、迷光のノイズ成分量Ｐｍの大きさに伴って湾曲が大きくなり、且つ傾きが変化している。又、図１３の検量線より各ノイズ成分量Ｐｍを取り除くと、図１４の迷光大（ノイズ成分大）、図１５の迷光中（ノイズ成分中）、図１６の迷光小（ノイズ成分小）に示す如く、検量線は、迷光の大きさ（ノイズ成分量の大きさ）にかかわらず、略直線になり、傾きも略一定になることが明らかである。
【０１４０】
（実施例３）
ＳＯ2を含んだ混合物質（混合ガス）において所定波長ｄに所定の波長幅Δｄを加えることにより実際に２００ｎｍから３５０ｎｍまで処理し、ＳＯ2について多変量解析し、混合物質中のＳＯ2の吸光度等のデータを算出し得る。ここで［表２］は、複数ある各組成比のうち３つ（濃度２０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ）を示し、夫々の組成比には各波長のうち３つ（２００．５２ｎｍ、２００．７７ｎｍ、２０１．０２ｎｍ）を示す。
【０１４１】
【表２】
0004678107.tif 000022
【０１４２】
この結果として、図１７には、各波長におけるゼロスペクトルＰｚ、ノイズ成分量Ｐｍ、受光スペクトル（計測スペクトル）Ｐを示し、図１８には、各波長における理想的な吸光係数スペクトルを示す。又、多変量解析により作成される検量線は各波長ごとに存在し、適宜校正段階及び測定段階を介して図１９に示す補正前の吸光度スペクトルを、図２０に示す補正後の吸光度スペクトルに修正する。
【０１４３】
このように、ＳＯ2の標準単一物質、ＳＯ3、ＳＯ2の組成比が異なる混合物質の受光スペクトルからノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）、理想的な吸光係数α（ｄ）及び検量線を求めることにより、排ガス中（ＳＯ3、ＳＯ2を含む）に含まれるＳＯ3（所定物質）の濃度を算出し且つ時間経過に対応して処理手順を校正段階へ戻してノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を校正するので、酸凝縮法、イソプロピルアルコール吸収法等と異なり、排ガス中に含まれるＳＯ3（所定物質）の濃度を連続計測することができ、しかも、再現性を向上させると共に計測コストを低減させることができる。
【０１４４】
又、ＳＯ3とＳＯ2の如く吸収スペクトルが重なる場合であっても、ＳＯ3、ＳＯ2の組成比が異なる混合物質から多変量解析により検量線を作成して処理するので、ＳＯ3（所定物質）の濃度を算出することができる。更に、ランベルトベールの法則に従わない濃度範囲であっても、ノイズ成分量算出段階によりノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を求めて修正するので、確実にＳＯ3（所定物質）の濃度を求めることができ、且つ測定の条件によって変化するノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を時間経過によって適宜校正するので、測定の度に何度も検量線を作成することを不要にして検量線を作成する手間とＳＯ3の使用を最少限にすることができる。更に又、所定物質が不安的なＳＯ3であっても、ノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を他の安定的な標準単一物質のＳＯ2で算出及び校正し得るので、検量線の作成及び濃度の測定を確実に行うことができる。
【０１４５】
ノイズ成分量算出段階によれば、仮ノイズ成分量ｎＰｍ（ｄ）を介して線形回帰法から算出された複数の相関係数ｒ，Ｒ2もしくは複数の切片ｂにより最適な理想的な吸光係数α（ｄ）及びノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を選択するので、標準単一物質のＳＯ2における各波長の理想的な吸光係数α（ｄ）及びノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を適確に求めることができる。
【０１４６】
検量線作成段階によれば、ノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を除いた各組成比での吸光度Ａｓ（ｄ）、組成比等の各データを用いて多変量解析することにより混合物質中の所定物質の吸光度Ａｓ（ｄ）等のデータを算出するので、所定物質における各波長での検量線を正確に作成することができる。又、受光スペクトルＰｚ（ｄ），Ｐ（ｄ）からノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を取り除くので、高濃度で飽和した検量線を修正し、高精度な直線で且つ再現性の高い検量線を作成することができる。
【０１４７】
校正段階及び通常計測段階によれば、経過時間により変化するノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）を校正し、且つ校正したノイズ成分量Ｐｍ（ｄ）及び予め準備した検量線を用いることによって、排ガス中からＳＯ3（所定物質）の濃度を算出するので、容易に排ガス中のＳＯ3（所定物質）の濃度を算出することができる。又、連続的に排ガス中のＳＯ3（所定物質）の濃度を算出する際に、前のＳＯ3（所定物質）の濃度を算出した時から次のＳＯ3（所定物質）の濃度を算出する時までの時間経過に対応して処理手順を変更するので、物質の濃度を連続的に測定する連続分析を確実且つ精密に行うことができる。
【０１４８】
又、前記多成分濃度分析計４２，４８を用いれば、排ガス中に含まれるＳＯ3やＳＯ2だけではなく、ＮＨ3、ＮＯ、ＮＯ2も同時計測可能である。
【０１４９】
次に、図１に示すボイラ設備の一例の作動を説明する。
【０１５０】
ボイラ設備の運転時には、排ガス温度計１６で空気予熱器３の出口排ガス温度１５が検出され、空気温度計１８で空気予熱器３の入口空気温度１７が検出され、多成分濃度分析計４２で空気予熱器３の排ガス入口側における排ガス中のＳＯ3濃度３８とＮＨ3濃度３９とが同時に検出され、水分計４３で空気予熱器３の排ガス入口側における排ガス中のＨ2Ｏ濃度４０が検出され、前記排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記空気温度計１８で検出された空気予熱器３の入口空気温度１７との平均値が低温端メタル温度２３として平均温度演算器２４で求められ、該平均温度演算器２４で求められた低温端メタル温度２３と予め設定された設定値２５との低温端メタル温度偏差２６が減算器２７で求められ、前記多成分濃度分析計４２で検出されたＳＯ3濃度３８とＮＨ3濃度３９と前記水分計４３で検出されたＨ2Ｏ濃度４０とに基づき酸性硫安析出温度４１が酸性硫安析出温度演算器４４で算出され、前記排ガス温度計１６で検出された空気予熱器３の出口排ガス温度１５と前記酸性硫安析出温度演算器４４で算出された酸性硫安析出温度４１との酸性硫安析出温度偏差４５が減算器３１で求められ、前記減算器２７で求められた低温端メタル温度偏差２６と前記減算器３１で求められた酸性硫安析出温度偏差４５とに基づき、低温端メタル温度偏差２６をなくすための制御信号３２或いは酸性硫安析出温度偏差４５をプラスの値として空気予熱器３の出口排ガス温度１５を酸性硫安析出温度４１より高く保持するための制御信号３２のいずれかが制御信号発信器３４から蒸気式空気予熱器１４の蒸気流量調整弁３３へ出力される。
【０１５１】
ここで、前記排ガス温度計１６で検出される空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸性硫安析出温度４１よりも低い場合には、前記制御信号発信器３４から出力される制御信号３２により、蒸気流量調整弁３３の開度が拡張される方向に制御されて蒸気式空気予熱器１４への蒸気流量が増加され、空気予熱器３へ導入される空気温度が高められ、空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸性硫安析出温度４１より高く保持されるため、従来のように、空気予熱器の出口排ガス温度を単に酸露点温度より高く制御するのとは異なり、空気予熱器における酸性硫安の生成を防止することが可能となり、空気予熱器の目詰りが回避される。一方、前記排ガス温度計１６で検出される空気予熱器３の出口排ガス温度１５が酸性硫安析出温度４１よりも高い場合には、空気予熱器３の低温端メタル温度２３が設定値２５と等しくなって低温端メタル温度偏差２６がなくなるよう、前記制御信号発信器３４から出力される制御信号３２により、蒸気流量調整弁３３の開度が絞られる方向に制御され、ボイラ効率の低下が防止される。
【０１５２】
又、本図示例の場合、電気集塵機５の入口側における排ガス中のＳＯ3濃度４６とＮＨ3濃度４７とが多成分濃度分析計４８で検出されて制御信号発信器３７へ入力されると共に、該制御信号発信器３７において、前記多成分濃度分析計４８で検出されたＳＯ3濃度４６とＮＨ3濃度４７とに基づき電気集塵機５入口側への必要ＮＨ3注入量が算出され、該制御信号発信器３７から出力される制御信号３５により、ＮＨ3流量調整弁３６の開度が調節され、電気集塵機５入口側へのＮＨ3注入量が前記必要ＮＨ3注入量に等しくなるよう制御が行われ、これにより、脱硝装置２から排出されるリークＮＨ3についても考慮される形となるため、電気集塵機５の入口側にＮＨ3が余分に注入されなくなり、正確な制御が行われ、無駄が少なくコストダウンにつながり、更に、脱硝装置２から排出されるリークＮＨ3の量に基づく脱硝装置２の触媒劣化診断を行うことも可能となる。
【０１５３】
こうして、空気予熱器３における酸性硫安の生成を防止して該空気予熱器３の目詰りを回避し得、空気予熱器３の長寿命化並びにメンテナンスインターバルの延長を図ることができる一方、電気集塵機５の入口側におけるＮＨ3注入量の無駄をなくしコストダウンを図ることができ、更に、脱硝装置２から排出されるリークＮＨ3の量に基づく脱硝装置２の触媒劣化診断をも行い得る。
【０１５４】
尚、本発明のボイラ設備は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１５５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１記載のボイラ設備によれば、空気予熱器における酸性硫安の生成を防止して該空気予熱器の目詰りを回避し得、空気予熱器の長寿命化並びにメンテナンスインターバルの延長を図ることができるという優れた効果を奏し得、又、本発明の請求項２記載のボイラ設備によれば、上記効果に加え更に、集塵機の入口側におけるＮＨ3注入量の無駄をなくしコストダウンを図ることができ、更に、脱硝装置から排出されるリークＮＨ3の量に基づく脱硝装置の触媒劣化診断をも行い得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概要構成図である。
【図２】本発明を実施する形態の一例における多成分濃度分析計を示す概略図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例における多成分濃度分析計で行われるノイズ成分量及び吸光係数を求める段階を示すフローである。
【図４】図３より連続して検量線を作成する段階を示すフローである。
【図５】図４より連続して校正段階を示すフローである。
【図６】図５より連続して通常計測段階を示すフローである。
【図７】多変量解析（ＰＬＳ法）によるアルゴリズムを示す図である。
【図８】ＳＯ2において迷光の仮ノイズ成分量を変えた場合の検量線を示す図である。
【図９】図８において仮ノイズ成分量を変化させた時の仮ノイズ成分量と相関係数の二乗値との関係を示す図である。
【図１０】図９の極大値近傍を示す拡大図である。
【図１１】図８において仮ノイズ成分量を変化させた場合の切片の関係を示す図である。
【図１２】測定した受光スペクトルにどの程度ノイズ成分量が含まれているかを示す図である。
【図１３】同一の装置において意図的に光学系の調整を行なって実際の迷光のノイズ成分量を変えた場合の検量線の例を示す図である。
【図１４】図１３の迷光大（ノイズ成分大）の検量線において各ノイズ成分量を取り除いた時の検量線を示す図である。
【図１５】図１３の迷光中（ノイズ成分中）の検量線において各ノイズ成分量を取り除いた時の検量線を示す図である。
【図１６】図１３の迷光小（ノイズ成分小）の検量線において各ノイズ成分量を取り除いた時の検量線を示す図である。
【図１７】各波長におけるゼロスペクトル、ノイズ成分量、受光スペクトル（計測スペクトル）を示す図である。
【図１８】各波長における理想的な吸光係数スペクトルを示す図である。
【図１９】各波長における補正前の吸光度スペクトルを示す図である。
【図２０】各波長における補正後の吸光度スペクトルを示す図である。
【図２１】ボイラ設備の一例を表わす全体概要構成図である。
【図２２】従来例の概要構成図である。
【符号の説明】
１  ボイラ本体
２  脱硝装置
３  空気予熱器
５  電気集塵機（集塵機）
１２  注入ノズル
１３  注入ノズル
１４  蒸気式空気予熱器
１５  出口排ガス温度
１６  排ガス温度計
３２  制御信号
３３  蒸気流量調整弁
３４  制御信号発信器
３５  制御信号
３６  流量調整弁
３７  制御信号発信器
３８  ＳＯ3濃度
３９  ＮＨ3濃度
４０  Ｈ2Ｏ濃度
４１  酸性硫安析出温度
４２  多成分濃度分析計
４３  水分計
４４  酸性硫安析出温度演算器
４５  酸性硫安析出温度偏差
４６  ＳＯ3濃度
４７  ＮＨ3濃度
４８  多成分濃度分析計
【図１】
0004678107.tif 000023
【図２】
0004678107.tif 000024
【図３】
0004678107.tif 000025
【図４】
0004678107.tif 000026
【図５】
0004678107.tif 000027
【図６】
0004678107.tif 000028
【図７】
0004678107.tif 000029
【図８】
0004678107.tif 000030
【図９】
0004678107.tif 000031
【図１０】
0004678107.tif 000032
【図１１】
0004678107.tif 000033
【図１２】
0004678107.tif 000034
【図１３】
0004678107.tif 000035
【図１４】
0004678107.tif 000036
【図１５】
0004678107.tif 000037
【図１６】
0004678107.tif 000038
【図１７】
0004678107.tif 000039
【図１８】
0004678107.tif 000040
【図１９】
0004678107.tif 000041
【図２０】
0004678107.tif 000042
【図２１】
0004678107.tif 000043
【図２２】
0004678107.tif 000044