(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する装置であって、
排ガスを二系列に分枝してなる第１の計測ラインと第２の計測ラインと、
上記第１の計測ラインに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒と、
該アンモニア酸化触媒の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第１のＮＯX 計と、
第２の計測ラインに配設され、ＮＯX を脱硝する第１の脱硝触媒と、
第１の計測ラインと第２の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を脱硝する第２の脱硝触媒と、
第２の脱硝触媒の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第２のＮＯX 計と、第１のＮＯX 計及び第２のＮＯX 計からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算計測する演算器とを具備することを特徴とする排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
排ガス中のＮＯ2 濃度を測定するＮＯ2 計を具備してなることを特徴とする排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置。
【請求項３】
排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する方法であって、
排ガスを第１の計測ライン第２の計測ラインとの二系列に分枝し、第１の計測ラインにおいてアンモニア酸化触媒によりアンモニアを酸化させ、その後、該アンモニア酸化触媒の下流において、ＮＯX 濃度を測定すると共に、
第２の計測ラインにおいて、第１の脱硝触媒によりＮＯX を脱硝させ、
その後、第１の計測ラインと第２の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を第２の脱硝触媒により脱硝させ、第２の脱硝触媒の下流に配設された第２のＮＯX 計でＮＯX 濃度で測定し、
且つ第１のＮＯX 計及び第２のＮＯX 計からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算器により演算計測し、排ガス中のＮＯX 及びＮＨ3 の濃度を測定することを特徴とする排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析方法。
【請求項４】
請求項３において、
排ガス中のＮＯ2 濃度を測定し、ＮＯX のＮＯ及びＮＯ2 の濃度並びにＮＨ3 濃度を測定することを特徴とする排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電設備等の煙道排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 を同時に分析することができる装置に関する。
【０００２】
例えば発電設備等に用いられるボイラ、ガスタービン等の排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯx ）の計測には、従来より化学発光式の分析計が採用されているが、測定結果がリアルタイムに得られない、測定操作が繁雑であるなどの不具合があり、このような課題を解決できる新しい計測方法が望まれていた。
【０００３】
一方、各種ガス濃度を検出する方法として、例えば、酸素センサや可燃性ガス検知器などの化学センサがある。化学センサは半導体型、起電力型、電気分解型などがあり、検出するガスに応じてセンサ材料が選定されるが、応答速度が早く、使用法も容易である特徴を有する。さらに、化学発光式以外のＮＯ濃度の計測技術として、化学センサ式のＮＯ濃度計があるが、ＮＯ濃度検出用のセンサは、半導体型、起電力型、電流検出型が知られている。いずれも、応答速度が早いことなどの特徴を有することから、測定結果を瞬時にかつ簡易に計測できる利点がある。しかしながら、化学センサは共存ガスによりセンサのＮＯ濃度指示値が影響されることがあるため、化学センサを実機のＮＯ濃度計測に適用するためには、このような共存ガスの影響を回避する必要がある。さらに、このような化学センサはＮＯ濃度を測定すること以外にＮＯ2 やアンモニア濃度（ＮＨ3 ）を計測するために用いることが望まれる。
【０００４】
このため、従来において、図３に示すような排ガス中のＮＯX 分析装置が提案されている。
【０００５】
図３に示すように、ＮＯX 及びＮＨ3 を含む排ガス０１を２系列に分岐し、第１系列０２Ａでアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒０３と、
該アンモニア酸化触媒０３の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第１のＮＯX 計０４Ａと、第２の計測ライン０２Ｂに配設され、ＮＯX を脱硝する第１の脱硝触媒０５と、該脱硝触媒０５の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第２のＮＯX 計０４Ｂと、第１のＮＯX 計０４Ａ及び第２のＮＯX 計０４Ｂからのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算計測する演算器０６とを具備するものである。
【０００６】
次に、図３に示す装置を用い、煙道排ガス中のＮＯx を分析する方法を説明する。
図示しない排ガスダクトからサンプリングされた排ガス０１中にＮＯX 分としてＮＯ＋ＮＯ2 がａ（ｐｐｍ）、ＮＨ3 がｂ（ｐｐｍ）が含まれる。このサンプリングガスした排ガス０１を第１の系列０２Ａ及び第２の系列０２Ｂ系列へ分岐する。
第１の系列０２Ａにはアンモニア酸化触媒０３を通過した後に第１のＮＯx 計０４を設置し、ここで、ＮＯX 濃度が測定される。一方、第２の系列０２Ｂ系列では脱硝触媒０５を通過した後に第２のＮＯx 計０４Ｂを設置し、ここで、ＮＯX 濃度が測定される。
【０００７】
ここで、第１系列０２Ａの第１のＮＯX 計０４ＡのＮＯx 測定値はアンモニアがＮＯX に変換した変換量（ｂｐｐｍ）とＮＯX （ａｐｐｍ）との合計量が測定される。一方第２系列０２Ｂの第２のＮＯX 計０４ＢのＮＯx 測定値は、ＮＯX 濃度がアンモニア濃度より高い場合（ａ＞ｂ）には、ＮＯX 計０４Ｂにおいて、ＮＯX 濃度を正常に計測することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯX 濃度がアンモニア濃度より低い場合（ａ＜ｂ）には、ＮＯX 計０４Ｂにおいて、ＮＯX は消費されアンモニアのみが導入されるので、ＮＯX 濃度を計測することができない。
よって、図３に示すような装置では、窒素酸化物（ＮＯX ）濃度が高い場合には、正常に測定できるが、例えばアンモニアによる高深度脱硝を煙道内で行った場合等のように、アンモニアガスが多い場合には、正常に測定することができないという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置の発明は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する装置であって、排ガスを二系列に分枝してなる第１の計測ラインと第２の計測ラインと、上記第１の計測ラインに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第１のＮＯX 計と、第２の計測ラインに配設され、ＮＯX を脱硝する第１の脱硝触媒と、第１の計測ラインと第２の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を脱硝する第２の脱硝触媒と、第２の脱硝触媒の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第２のＮＯX 計と、  第１のＮＯX 計及び第２のＮＯX 計からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算計測する演算器とを具備することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、排ガス中のＮＯ2 濃度を測定するＮＯ2 計を具備してなることを特徴とする。
【００１１】
第３の排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析方法の発明は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する方法であって、排ガスを第１の計測ライン第２の計測ラインとの二系列に分枝し、第１の計測ラインにおいてアンモニア酸化触媒によりアンモニアを酸化させ、その後、該アンモニア酸化触媒の下流において、ＮＯX 濃度を測定すると共に、第２の計測ラインにおいて、第１の脱硝触媒によりＮＯX を脱硝させ、その後、第１の計測ラインと第２の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を第２の脱硝触媒により脱硝させ、第２の脱硝触媒の下流に配設された第２のＮＯX 計でＮＯX 濃度で測定し、且つ第１のＮＯX 計及び第２のＮＯX 計からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算器により演算計測し、排ガス中のＮＯX 及びＮＨ3 の濃度を測定することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、排ガス中のＮＯ2 濃度を測定し、ＮＯX のＮＯ及びＮＯ2 の濃度並びにＮＨ3 濃度を測定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
［第１の実施の形態］
本実施の形態にかかるＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置１０は、図示しない排ガスダクトからサンプリングされた排ガス１１中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する装置であって、排ガス１１を二系列に分枝して測定する第１の計測ライン１２Ａと第２の計測ライン１２Ｂと、上記第１の計測ライン１２Ａに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒１３と、該アンモニア酸化触媒１３の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第１のＮＯX 計１４と、第２の計測ライン１２Ｂに配設され、ＮＯX を脱硝する第１の脱硝触媒１５と、第１の計測ライン１２Ａと第２の計測ライン１２Ｂの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を脱硝する第２の脱硝触媒１６と、第２の脱硝触媒１６の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第２のＮＯX 計１７と、第１のＮＯX 計１４及び第２のＮＯX 計１７からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算計測する演算器１８とを具備するものである。
【００１５】
ここで、第１の系列１２Ａ系列に配置したアンモニア酸化触媒１３では式（Ｉ）の反応が起こる。
２ＮＨ3 ＋５Ｏ2 ＝２ＮＯ＋３Ｈ2 Ｏ         ・・・（Ｉ）
アンモニア酸化触媒１３は、例えばＡｌ2 Ｏ3 を担体としてＰｔを担持させた触媒が適用できる。なお、本発明では、このような触媒に限定されるものではない。
【００１６】
上記アンモニア酸化触媒１３の触媒反応温度は約８００℃であるため、触媒１３を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
一方、第２系列１２Ｂ系列に配置した脱硝触媒１５では式（II）の反応が起こる。
４ＮＯ＋４ＮＨ3 ＋Ｏ2 ＝４Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ    ・・・（II）
ＮＨ3 及びＯ2 は排ガス中に含まれる。
上記脱硝触媒１５は例えば、ＴｉＯ2 を担体としてＶ2 Ｏ5 を担持させた触媒が適用できる。なお、同等の触媒能を持つものであればこれに限定されない。
触媒反応温度は約４００℃であるため、触媒１５を加熱ヒータで反応温度に加熱する。
【００１７】
本発明では、第１の系列１２Ａでは、アンモニア濃度を酸化させてＮＯX とさせたもの（ｂｐｐｍ）とＮＯX （ａｐｐｍ）とを併せた量が第１のＮＯX 計１４で測定され、一方第２の系列１２ＢではＮＯX のＳＣＲ脱硝がなされて、ＮＯX 或いはアンモニアのいずれかが消滅する。その後、第１の系列１２Ａと第２の系列１２Ｂが合わさった場合、第１系列１２ＡのＮＯX 濃度（ａ＋ｂ）が高いので、第２系列１２Ｂのアンモニア濃度が高い場合にでも、ＮＯX 濃度を測定できる。この測定結果をもとに、下記式に当てはめることで、第２のＮＯX 計１７で正確に測定することができる。なお、Ｘは第１の系列１２Ａの流速であり、Ｙは第２の系列１２Ｂの流速である。
【００１８】
［Ｘ（ａ＋ｂ）＋Ｙ（ａ−ｂ）］／Ｘ＋Ｙ＝Ａ      …（１）
【００１９】
よって、第１系列０２Ａの第１のＮＯX 計０４ＡのＮＯx 測定値はアンモニア（ｂｐｐｍ）とＮＯX （ａｐｐｍ）との合計量が測定される。一方第２系列０２Ｂの第２のＮＯX 計０４ＢのＮＯx 測定値は、ＮＯX 濃度がアンモニア濃度より高い場合（ａ＞ｂ）及びその逆の場合（ａ＜ｂ）のいずれでもＮＯX とアンモニア濃度とを同時に且つ正常に計測することができる。
【００２０】
［第２の実施の形態］
図２に第２の実施の形態の装置について説明する。
図２に示すように、本実施の形態にかかるＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置１０は、図示しない排ガスダクトからサンプリングされた排ガス１１中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）中のＮＯ2 濃度を測定するＮＯ2 計１９を分枝前に介装してなり、ＮＯ2 濃度を測定しておくものである。
上記ＮＯ2 計は湿式法等のよるＮＯ2 濃度計を用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
これにより、上記第１の実施の形態により求めたＮＯX 濃度からＮＯ2 濃度を減ずると、ＮＯ濃度が測定することができる。
【００２２】
この結果、ＮＯX 濃度中のＮＯとＮＯ2 の割合及びアンモニア濃度が同時に計測することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第１の発明によれば、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する装置であって、排ガスを二系列に分枝してなる第１の計測ラインと第２の計測ラインと、上記第１の計測ラインに配設され、アンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒と、該アンモニア酸化触媒の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第１のＮＯX 計と、第２の計測ラインに配設され、ＮＯX を脱硝する第１の脱硝触媒と、第１の計測ラインと第２の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を脱硝する第２の脱硝触媒と、第２の脱硝触媒の下流に配設され、ＮＯX 濃度を測定する第２のＮＯX 計と、第１のＮＯX 計及び第２のＮＯX 計からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算計測する演算器とを具備するので、排ガス中のＮＯX 及びＮＨ3 の濃度を測定することができる。特に、排ガス中のアンモニアの量が多い場合においても精度良くＮＯX 濃度の計測が可能となる。
【００２４】
第２の発明は、第１の発明において、排ガス中のＮＯ2 濃度を測定するＮＯ2 計を具備してなるので、ＮＯ及びＮＯ2 の濃度並びにＮＨ3 濃度を測定することができる。
【００２５】
第３の排ガス中のＮＯx 及びＮＨ3 同時分析方法の発明は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）及びアンモニア（ＮＨ3 ）を同時に測定する方法であって、排ガスを第１の計測ライン第２の計測ラインとの二系列に分枝し、第１の計測ラインにおいてアンモニア酸化触媒によりアンモニアを酸化させ、その後、該アンモニア酸化触媒の下流において、ＮＯX 濃度を測定すると共に、第２の計測ラインにおいて、第１の脱硝触媒によりＮＯX を脱硝させ、その後、第１の計測ラインと第２の計測ラインの排ガスを合流させた後、合流ガス中のＮＯX を第２の脱硝触媒により脱硝させ、第２の脱硝触媒の下流に配設された第２のＮＯX 計でＮＯX 濃度で測定し、且つ第１のＮＯX 計及び第２のＮＯX 計からのセンサ出力を受けてＮＯｘ濃度及びＮＨ3 濃度を演算器により演算計測するので、排ガス中のＮＯX 及びＮＨ3 の濃度を測定することができる。
【００２６】
第４の発明は、第３の発明において、排ガス中のＮＯ2 濃度を測定するので、ＮＯX のＮＯ及びＮＯ2 の濃度並びにＮＨ3 濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の本実施の形態にかかるＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置の概略図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置の概略図である。
【図３】従来技術にかかるＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置の概略図である。
【符号の説明】
１０  ＮＯx 及びＮＨ3 同時分析装置
１１  排ガス
１２Ａ  第１の計測ライン
１２Ｂ  第２の計測ライン
１３  アンモニア酸化触媒
１４  第１のＮＯX 計
１５  第１の脱硝触媒
１６  第２の脱硝触媒
１７  第２のＮＯX 計
１８  演算器
１９  ＮＯ2 計
【図１】
0004153658.tif 000002
【図２】
0004153658.tif 000003
【図３】
0004153658.tif 000004