(57)【要約】【課題】炉立ち上げ時において、炉内ガスに含まれる成分ガスの測定をレーザ式ガス分析計により行うことが可能なガス分析装置及びそれを用いたガス分析方法を提供する。【解決手段】廃棄物処理炉内で発生する炉内ガスＧ２にレーザ光を照射して炉内ガスＧ２に含まれる成分ガスの測定を行うガス分析装置１０において、廃棄物処理炉から排出される炉内ガスＧを燃焼室に導く配管１１の途中に設けられたバイパス管１３と、バイパス管１３内を流れる炉内ガスＧ２を加温するヒータ１７と、加温された炉内ガスＧ２に含まれる成分ガスの測定を行うレーザ式ガス分析計１８とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物処理炉内で発生する炉内ガスにレーザ光を照射して該炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を行うガス分析装置において、
前記廃棄物処理炉から排出される炉内ガスを燃焼室に導く配管の途中に設けられたバイパス管と、前記バイパス管内を流れる前記炉内ガスを加温するヒータと、加温された前記炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を行うレーザ式ガス分析計とを備えることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
請求項１記載のガス分析装置において、前記配管が、前記廃棄物処理炉から排出される炉内ガスを除塵器に導く第１の配管と、前記除塵器から排出される炉内ガスを前記燃焼室に導く第２の配管とからなり、前記バイパス管が前記第１の配管から分岐し、前記第２の配管に合流していることを特徴とするガス分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガス分析装置において、前記炉内ガスは、該炉内ガスに含まれるダストを捕集するフィルタを通過した後、前記レーザ式ガス分析計の光路に進入することを特徴とするガス分析装置。
【請求項４】
請求項３記載のガス分析装置において、前記フィルタに不活性ガスを吹き付けて該フィルタに付着したダストを払い落とすブラスタを備えることを特徴とするガス分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分析装置において、前記廃棄物処理炉から排出される炉内ガスを前記バイパス管内に吸引するためのエジェクタを前記バイパス管の出口側に備えることを特徴とするガス分析装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分析装置において、前記レーザ式ガス分析計の先端部に設置された光透過性部材に向けて、加温されたパージガスが噴射されることを特徴とするガス分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス分析装置を用いて、廃棄物処理炉内で発生する炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を行うガス分析方法であって、
前記廃棄物処理炉から排出された炉内ガスを前記バイパス管に導いて前記ヒータで加温し、加温された前記炉内ガスに含まれる成分ガスを前記レーザ式ガス分析計で測定することを特徴とするガス分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物処理炉内で発生する炉内ガスに含まれる成分ガスを分析するためのガス分析装置及びガス分析方法に関し、特に、レーザ光を炉内ガスに照射して成分ガスの測定を行うガス分析装置及びそれを用いたガス分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融炉や焼却炉などの廃棄物処理炉を安定的に操業するためには、廃棄物処理炉内で発生する炉内ガス（発生ガス）に含まれるＯ２やＣＯなどの成分ガスの管理が重要となる。そのため、炉内ガスをポンプで吸引して炉内ガスに含まれるタールやダスト等を除去した後、赤外線式の分析計で成分ガスの濃度等を測定している。
しかし、炉内ガスをポンプで吸引して分析する方法は、成分ガスをサンプリングしてから分析するまでに時間（５〜１０分）を要し、リアルタイムで炉内状況を把握できないという問題があった。また、ガス採取部のダスト除去フィルタが目詰まりを起こすため、定期的にメンテナンスを行う必要があった。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１や特許文献２では、レーザ発信器とレーザ受信器からなるレーザ式ガス分析計を炉本体又は煙道に設置してリアルタイムで炉内ガスの分析を行う技術が開示されている。レーザ式ガス分析計は、炉内ガスにレーザ光を照射するため、炉内ガスに含まれるタールやダスト等の影響を受けやすい。そのため、特許文献１記載の炉内ガス測定装置では、炉本体又は煙道にレーザ式ガス分析計を接続する管台の内部にジェットエアブロー装置を設置し、管台内部のダストに対して間欠的に圧縮空気を吹きつけるようにしている。また、特許文献２記載のレーザ式分析計では、パージガスを噴射する噴射ノズルが管台内に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０７８９２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炉立ち上げ時（操業開始時）は、炉内ガスの温度が低いため、炉内ガスに含まれるタールがミスト状になって白煙が発生し、レーザ発信器から照射されたレーザ光をレーザ受信器で受信できなくなる、レーザ光の不透過の現象が発生する。そのため、炉立ち上げ時において、成分ガス（特にＯ２）の測定ができないという問題がある。
高濃度ダストを含む炉内ガスに対して、測定光路長を精度限界である２００ｍｍ程度まで短くすれば、成分ガスの測定ができる可能性があるが、測定光路長が短くなり過ぎると、測定光路に存在する成分ガス量が減少するため、測定精度の低下が避けられなくなる。また、極端に高濃度ダストを含む炉内ガスの場合には、測定光路長を短くしてもレーザ光の不透過が起きるおそれがある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、炉立ち上げ時において、炉内ガスに含まれる成分ガスの測定をレーザ式ガス分析計により行うことが可能なガス分析装置及びそれを用いたガス分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明は、廃棄物処理炉内で発生する炉内ガスにレーザ光を照射して該炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を行うガス分析装置において、
前記廃棄物処理炉から排出される炉内ガスを燃焼室に導く配管の途中に設けられたバイパス管と、前記バイパス管内を流れる前記炉内ガスを加温するヒータと、加温された前記炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を行うレーザ式ガス分析計とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明に係るガス分析装置を用いて、廃棄物処理炉内で発生する炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を行うガス分析方法であって、
前記廃棄物処理炉から排出された炉内ガスを前記バイパス管に導いて前記ヒータで加温し、加温された前記炉内ガスに含まれる成分ガスを前記レーザ式ガス分析計で測定することを特徴としている。
【０００９】
第１及び第２の発明では、廃棄物処理炉から排出される炉内ガスをバイパス管に導き、ヒータで加温して炉内ガスに含まれるタールを気化（昇華を含む。）させるので、タールがミスト状にならず、レーザ光の不透過を引き起こす白煙が発生することがない。加えて、タールが固化してバイパス管の内面に付着することがないので、バイパス管の閉塞も防止することができる。その結果、炉立ち上げ時において、炉内ガスに含まれる成分ガスの測定をレーザ式ガス分析計により行うことができる。
【００１０】
また、第１の発明に係るガス分析装置では、前記配管が、前記廃棄物処理炉から排出される炉内ガスを除塵器に導く第１の配管と、前記除塵器から排出される炉内ガスを前記燃焼室に導く第２の配管とからなり、前記バイパス管が前記第１の配管から分岐し、前記第２の配管に合流していることを好適とする。
【００１１】
除塵器（例えばサイクロン）に導入された炉内ガスは、除塵器内で旋回流となって下降する。その際、炉内ガスに含まれるダストが遠心分離される。このような流体運動によって炉内ガスに圧力損失が発生し、除塵器に導入される前の炉内ガスに比べて除塵器から排出される炉内ガスの圧力が低下する。当該構成では、この差圧を利用して、廃棄物処理炉から排出される炉内ガスをバイパス管に導入（吸引）している。
【００１２】
また、第１の発明に係るガス分析装置では、前記炉内ガスは、該炉内ガスに含まれるダストを捕集するフィルタを通過した後、前記レーザ式ガス分析計の光路に進入すること好適とする。
当該構成では、バイパス管に導入される炉内ガス中のダストがフィルタで除去されるので、炉内ガスの透過度が向上し、炉内ガスに含まれる成分ガスの測定を高精度で行うことができる。
【００１３】
また、第１の発明に係るガス分析装置では、前記フィルタに不活性ガスを吹き付けて該フィルタに付着したダストを払い落とすブラスタを備えていてもよい。
これにより、フィルタの目詰まりを防止することができる。
【００１４】
また、第１の発明に係るガス分析装置では、前記廃棄物処理炉から排出される炉内ガスを前記バイパス管内に吸引するためのエジェクタを前記バイパス管の出口側に備えていてもよい。
【００１５】
エジェクタは、不活性ガスなどの流体をノズルから噴流することにより発生する負圧を利用して、他の流体（本発明では炉内ガス）を吸引する装置である。
炉立ち上げ時は、除塵器による差圧が無い若しくは不十分なため、廃棄物処理炉から排出される炉内ガスをバイパス管に導くことができない。そのため、当該構成では、エジェクタを用いて炉内ガスをバイパス管内に吸引することにより、除塵器が十分に作動していない場合でも、炉内ガスをバイパス管に導くことができる。
【００１６】
また、第１の発明に係るガス分析装置では、前記レーザ式ガス分析計の先端部に設置された光透過性部材に向けて、加温されたパージガスが噴射されることを好適とする。
レーザ光は、レーザ式ガス分析計の先端部に設置された光透過性部材の中央部から照射される。当該構成では、加温されたパージガスを光透過性部材に噴射することにより、光透過性部材の曇りを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
第１及び第２の発明では、廃棄物処理炉から排出される炉内ガスをバイパス管に導いてヒータで加温して炉内ガスに含まれるタールを気化させるので、タールがミスト状になることがない。そのため、炉立ち上げ時に白煙が発生することがなく、炉内ガスに含まれる成分ガスの測定をレーザ式ガス分析計により行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】廃棄物処理設備の一例を示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るガス分析装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態に付き説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明では、炉内ガスが流れる向きを「後」側、その逆を「前」側と呼ぶことにする。
【００２０】
図１は、廃棄物処理設備の一例を示したプロセスフロー図である。本例では、廃棄物処理炉としてシャフト式のガス化溶融炉３０を使用している。ガス化溶融炉３０では、廃棄物と共に副資材（コークス及び石灰石）が炉上部から投入され、乾燥、熱分解、燃焼、及び溶融の過程を経て生成したスラグが炉底から排出される。一方、炉内で生成した可燃分は、可燃性ダスト及び熱分解ガス（ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ２等）を含む可燃性ガス（炉内ガス）としてガス化溶融炉３０上部に設けられた配管１１から排出される。配管１１は、ガス化溶融炉３０とその後段に配置された除塵器３１とをつなぐ第１の配管１１ａと、除塵器３１とその後段に配置された燃焼室３２とをつなぐ第２の配管１１ｂとから構成されている。
【００２１】
ガス化溶融炉３０から排出された炉内ガスは、第１の配管１１ａを介して除塵器３１に導入され、炉内ガス中の可燃性ダストが除塵器３１で捕集される。捕集された可燃性ダストは、送風羽口３０ａからガス化溶融炉３０内に吹き込まれる。一方、除塵器３１から排出された炉内ガスは、第２の配管１１ｂを介して燃焼室３２へ導入され完全燃焼される。
燃焼室３２から排出された排ガスは、ボイラ３３で熱回収された後、ダイオキシン類の再合成抑制等のため、排ガス温度調節器３４で１５０〜１７０℃に急冷される。排ガス温度調節器３４を通過した排ガスは、バグフィルタ３５で除塵された後、ダイオキシン類が触媒反応塔３６で分解除去され、最終的に煙突３７から排出される。
なお、ボイラ３３による熱回収により発生した蒸気は、蒸気タービン発電機３８その他の熱源として利用される。
【００２２】
本発明の一実施の形態に係るガス分析装置１０は、図２に示すように、ガス化溶融炉３０から排出される炉内ガスＧを燃焼室３２に導く配管１１の途中に設けられたバイパス管１３と、バイパス管１３内を流れる炉内ガスＧ２を加温するヒータ１７と、加温された炉内ガスＧ２に含まれる成分ガスの測定を行うレーザ式ガス分析計１８とを備えている。
【００２３】
バイパス管１３は概略門形形状とされ、第１の配管１１ａと入口弁２３を介して接続された縦管からなる第１のバイパス管１４と、第２の配管１１ｂと出口弁２４を介して接続された縦管からなる第３のバイパス管１６と、第１のバイパス管１４と第３のバイパス管１６とをつなぐ横管からなる第２のバイパス管１５とから構成されている。
ガス化溶融炉３０から排出される炉内ガスＧの一部が、除塵器３１の前後で発生する差圧によって、第１の配管１１ａから第１のバイパス管１４へ流入し、第２のバイパス管１５を経由した後、第３のバイパス管１６から第２の配管１１ｂへ流出する。
【００２４】
除塵器３１での圧力損失により、第１の配管１１ａ内の炉内ガスＧに比べて第２の配管１１ｂ内の炉内ガスＧの圧力が低下する。因みに、図２における第１の配管１１ａ内の★１地点と第２の配管１１ｂ内の★２地点の差圧は１．５ｋＰａ程度ある。上述したように、ガス分析装置１０では、この差圧を利用して、ガス化溶融炉３０から排出される炉内ガスＧをバイパス管１３に導入して、炉内ガスＧ２に含まれる成分ガスの測定を行っている。
【００２５】
バイパス管１３を構成する第１〜第３のバイパス管１４、１５、１６の各外周面には、ほぼ全長に亘ってヒータ１７が装着されている。第１のバイパス管１４をヒータ１７で加熱することにより、第１のバイパス管１４を流れる炉内ガスＧ２が加温され、炉内ガスＧ２に含まれるタールが気化（昇華）し、白煙が除去される。その際、炉内ガスＧ２の温度をタールの沸点以上とすることで、タールが気化する。タール製品であるナフタレンの沸点が２１８℃、アントラセンの沸点が３４２℃であることから、炉内ガスＧ２を加温して３００℃以上、好ましくは３５０〜５００℃とする。
なお、第２、第３のバイパス管１５、１６に装着されたヒータ１７は、第１のバイパス管１４のヒータ１７で加温した炉内ガスＧ２の温度を低下させない温度（３００℃）以上として、タールが第２、第３のバイパス管１５、１６の内面に付着して閉塞するのを防止することを主たる目的とする。
【００２６】
縦方向に配置された第１のバイパス管１４の後端部には、炉内ガスＧ２に含まれるダストを捕集するフィルタ２０と、窒素などの不活性ガスＮをフィルタ２０に吹き付けてフィルタ２０に付着したダストを払い落とすブラスタ２１が設置されている。
本実施の形態では、ヒータ１７によって加温された炉内ガスＧ２がフィルタ２０を通過する。そのため、フィルタ２０に付着したダストは乾燥しており、フィルタ２０に付着したダストをブラスタ２１で容易に払い落とすことができる。なお、ブラスタ２１は４分間隔程度で作動すればよい。
【００２７】
レーザ式ガス分析計１８は、横方向に配置された第２のバイパス管１５に設置されている。具体的には、レーザ光を照射するレーザ発信器１８ａが第２のバイパス管１５の一方の端部に、レーザ発信器１８ａから照射されたレーザ光を受信するレーザ受信器１８ｂが第２のバイパス管１５の他方の端部にそれぞれ設置されている。
また、窒素などの不活性ガスＮからなるパージガスをレーザ式ガス分析計１８に供給するパージガス管１９が、第２のバイパス管１５に沿って配設されている。パージガス管１９を流れるパージガスは、第２のバイパス管１５に装着されたヒータ１７により約３００℃に加温され、レーザ式ガス分析計１８の先端部に設置された光透過性部材４５の中央部に向けて噴射される。なお、光透過性部材４５としては、例えば合成石英などのガラス材料を用いることができる。
【００２８】
縦方向に配置された第３のバイパス管１６の後端部（バイパス管１３の出口側）には、ガス化溶融炉３０から排出される炉内ガスＧをバイパス管１３内に吸引するためのエジェクタ２２が設置されている。エジェクタ２２は、窒素などの不活性ガスＮを第３のバイパス管１６内に供給する供給管２２ａと、供給管２２ａを開閉するエジェクタ弁２２ｂと、供給管２２ａの先端部から不活性ガスＮを噴射するノズル２２ｃとを有している。
除塵器３１による差圧が不十分な炉立ち上げ時に、エジェクタ弁２２ｂを開いて不活性ガスＮをノズル２２ｃから第３のバイパス管１６内に噴射することにより、炉内ガスＧ２を第１の配管１１ａからバイパス管１３内に吸引することができる。
【００２９】
続いて、上記構成を有するガス分析装置１０を用いたガス分析方法について説明する。
（１）先ず、炉立ち上げ時について説明する。ヒータ１７をＯＮにしてバイパス管１３を加熱し、鉄皮温度を５００〜５５０℃にする。
（２）入口弁２３と出口弁２４を開いて配管１１とバイパス管１３とを連通させた後、エジェクタ弁２２ｂを開いて不活性ガスＮを第３のバイパス管１６内に吹き込む。これにより、ガス化溶融炉３０から排出された炉内ガスＧの一部（除塵器３１に送られる炉内ガスＧ１の１／１０程度）が第１のバイパス管１４内に吸引される。
（３）第１のバイパス管１４内に吸引された炉内ガスＧ２は、ヒータ１７によって加温された後、炉内ガスＧ（Ｇ２）中のダストがフィルタ２０によって除去される。
【００３０】
（４）フィルタ２０を通過した炉内ガスＧ２は、ヒータ１７で３００℃以上に加温された状態で、レーザ式ガス分析計１８の光路となる第２のバイパス管１５を通過する。第２のバイパス管１５内が炉内ガスＧ２で満たされた状態で、レーザ発信器１８ａからレーザ受信器１８ｂに向けてレーザ光を照射し、第２のバイパス管１５内の炉内ガスＧ２に含まれる成分ガスの測定を行う。炉内ガスＧ２に含まれる各成分ガスは、特定の波長を有するレーザ光を吸収する特性を有しており、その吸収強度から成分ガスの濃度を知ることができる。従って、測定したい成分ガスの吸収波長を選択することで、他の成分ガスの干渉を受けることなく、当該成分ガスの濃度を測定することができる。
【００３１】
（５）また、レーザ式ガス分析計１８の先端部に設置された光透過性部材４５に向けて、約３００℃に加温されたパージガスを噴射し、光透過性部材４５の曇りを防止する。なお、パージガスによって炉内ガスＧ２に含まれている成分ガスが希釈されるので、パージガス量は、極力少ないほうがよい。ガス分析装置１０では、レーザ式ガス分析計１８の先端部に設置された光透過性部材４５の中央部に向けて、加温されたパージガスを噴射することで、パージガス量の削減と、光透過性部材４５を３００℃以上に維持することで、光透過性部材４５の曇り（タールの再ミスト化）防止を図っている。
（６）第２のバイパス管１５を通過した炉内ガスＧ２は、第３のバイパス管１６を通過した後、除塵器３１から排出された炉内ガスＧ１と合流して燃焼室３２に送られる。
（７）除塵器３１による差圧によってバイパス管１３内に炉内ガスＧ２を吸引できるようになった時点で、エジェクタ弁２２ｂを閉じてエジェクタ２２を停止する。
【００３２】
なお、本実施の形態に係るガス分析装置１０では、入口弁２３と出口弁２４を閉じることにより、炉運転中でも、ガス分析装置１０のメンテナンス及びレーザ式ガス分析計１８の初期補正を行うことができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、バイパス管を直管で構成しているが、レーザ式ガス分析計が設置されていない管は曲管でもよい。また、図２において、レーザ発信器を左側に、レーザ受信器を右側に配置したが、逆でもよいことは言うまでもない。さらにまた、本発明に係るガス分析装置及びそれを用いたガス分析方法は、炉立ち上げ時以降においても成分ガスの測定ができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１０：ガス分析装置、１１：配管、１１ａ：第１の配管、１１ｂ：第２の配管、１３：バイパス管、１４：第１のバイパス管、１５：第２のバイパス管、１６：第３のバイパス管、１７：ヒータ、１８：レーザ式ガス分析計、１８ａ：レーザ発信器、１８ｂ：レーザ受信器、１９：パージガス管、２０：フィルタ、２１：ブラスタ、２２：エジェクタ、２２ａ：供給管、２２ｂ：エジェクタ弁、２２ｃ：ノズル、２３：入口弁、２４：出口弁、３０：ガス化溶融炉（廃棄物処理炉）、３０ａ：送風羽口、３１：除塵器、３２：燃焼室、３３：ボイラ、３４：排ガス温度調節器、３５：バグフィルタ、３６：触媒反応塔、３７：煙突、３８：蒸気タービン発電機、４５：光透過性部材、Ｇ、Ｇ１、Ｇ２：炉内ガス、Ｄ：ダスト、Ｎ：不活性ガス
【図１】
2012202855.tif 000003
【図２】
2012202855.tif 000004