(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抽出した排ガスに定量のアンモニアガスを反応させ、未反応アンモニアガスを検出して排ガス中の無水硫酸の濃度を検出することを特徴とする排ガス中の無水硫酸測定方法。
【請求項２】
排ガスの一部を連続的に抽出し、該抽出した排ガスに定流量のアンモニアガスを連続的に供給し、反応後のガスに対し赤外線吸収法によりアンモニアガスの濃度を測定する請求項１の排ガス中の無水硫酸測定方法。
【請求項３】
排ガスの一部を抽出する排ガス抽出手段と、アンモニアガスを定流量供給するアンモニアガス供給手段と、前記排ガス抽出手段からの抽出排ガスとアンモニアガス供給手段からのアンモニアガスを反応させる反応器と、該反応器から送出されるガス中の未反応アンモニアガスに対し赤外線吸収法によりアンモニアガスの濃度を測定するアンモニアガス分析器と、未反応アンモニアガス濃度より排ガス中の無水硫酸を演算する演算部とを具備したことを特徴とする排ガス中の無水硫酸測定装置。
【請求項４】
排ガスの一部を抽出する排ガス抽出手段と、アンモニアガスを定流量供給するアンモニアガス供給手段と、前記排ガス抽出手段からの抽出排ガスとアンモニアガス供給手段からのアンモニアガスを反応させる反応器と、該反応器から送出されるガス中の未反応アンモニアガスを赤外線吸収法によりアンモニアガスの濃度を測定するアンモニアガス分析器と、未反応アンモニアガス濃度より排ガス中の無水硫酸を演算する演算部と、排ガス中に無水硫酸用中和剤を投入する中和剤投入手段とを具備し、前記演算部からの演算結果に基づき前記中和剤投入手段からの中和剤投入量を制御することを特徴とする排ガス中の無水硫酸中和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オリマルジョン等がボイラで燃焼された後の排ガス中の無水硫酸を計測する為の無水硫酸測定方法及び装置及び排ガス中の無水硫酸中和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オリマルジョン等の燃料を燃焼させた場合に燃焼排ガス中には所謂酸性雨の原因とされている窒素酸化物（ＮＯx ）、硫黄酸化物（ＳＯx ）が含まれている。発電設備等に於けるボイラには、燃料の燃焼により発生する排ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）、硫黄酸化物（ＳＯx ）を除去する為の排煙処理システムが設けられている。先ず、排煙処理システムについて図３に於いて説明する。
【０００３】
この排煙処理システムは、燃料を燃焼するボイラ１と、該ボイラ１から排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置２と、該脱硝装置２からの排ガスの熱回収をするエアヒータ３と、該エアヒータ３からの排ガス中のダストを除去する電気集塵器４と、該電気集塵器４から排ガスを吸引する誘引ファン６と、該誘引ファン６からの排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置７と、脱硫直前に熱回収を行うガスヒータ８と、該ガスヒータ及び脱硫後に再加熱を行うガスヒータ９と、これら２個のガスヒータ８，９を連結して熱媒体を循環する循環パイプ１０と、前記ガスヒータ９からの排ガスを大気に放出する煙突１１で構成されている。
【０００４】
前述した様に、ボイラ１でオリマルジョンを燃焼すると高濃度の無水硫酸（ＳＯ3 ）を含む排ガスが発生する。排ガスの温度がＳＯ3 の酸露点以下に下がると、ＳＯ3 が凝縮して硫酸となり装置を腐食するという問題がある。上記した排煙処理システムに於いては、排ガスの温度はエアヒータ３を出る迄は酸露点以上に保たれているが、これより下流側では酸露点以下に低下していく。
【０００５】
前記エアヒータ３より下流側に位置する電気集塵器４、ガスヒータ７を硫酸による腐食から防止する為、電気集塵器４より上流側の煙道中に、アルカリ性のアンモニア（ＮＨ3 ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3 ）等の中和剤を投入している。中和剤の投入量は無水硫酸を中和するに過不足ないのが好ましく、投入量が不足する場合は、未反応の無水硫酸が凝縮して硫酸となり電気集塵器４等の装置を腐食し、又過剰であると不経済であるという問題がある。
【０００６】
そこで、中和剤の投入量の適正化を図る為、ボイラの負荷に応じて排ガスに含有される無水硫酸の濃度を想定し、想定量に見合った量の中和剤を投入し、更に排ガスを実際にサンプリングして排ガス中の実際の無水硫酸の濃度を測定し、投入量が適正であるかどうかを判断している。
【０００７】
従来の排ガスをサンプリングして無水硫酸の濃度を測定する方法を図４に於いて説明する。
【０００８】
ダクト５内の煙道にサンプリングノズル１４の先端を挿入し、該サンプリングノズル１４の基端は冷却コイル１５に接続する。該冷却コイル１５は冷却槽１６の冷却媒体１７に浸漬され、冷却コイル１５の他端は回収器（図示せず）に接続されている。
【０００９】
前記ダクト５内を３００℃〜４００℃の温度の排ガスが流通し、サンプリングノズル１４よりサンプリングされた前記排ガスは、前記冷却コイル１５を流通する過程で、９０℃の前記冷却媒体１７により冷却され、１４０℃程度に冷却される。排ガス中の無水硫酸が凝縮し、前記回収器により凝縮した無水硫酸が回収され、沈殿滴定法等により手分析で無水硫酸の量を測定していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の排ガス中の無水硫酸測定方法では、分析測定が連続的ではなく、回分の為、時間が掛り、中和剤の投入量を連続的に制御するデータ取得手段として使用することは難しい。又無水硫酸のサンプリング時に排ガス中に含有されるダストの影響を受け、正確な値を得るのが難しい。更に、無水硫酸の凝縮が完全であるとは保証し得ず、凝縮が充分でない場合は、やはり、正確な値が得られない。
【００１１】
本発明は斯かる実情に鑑み、連続的に排ガス中の無水硫酸の量を測定できると共に、測定の信頼性、測定精度を向上させるものであり、更に連続的に得られる無水硫酸の測定結果を基に無水硫酸を中和する中和剤の投入量を制御しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、抽出した排ガスに定量のアンモニアガスを反応させ、未反応アンモニアガスを検出して排ガス中の無水硫酸の濃度を検出する排ガス中の無水硫酸測定方法に係り、又排ガスの一部を連続的に抽出し、該抽出した排ガスに定流量のアンモニアガスを連続的に供給し、反応後のガスに対し赤外線吸収法によりアンモニアガスの濃度を測定する排ガス中の無水硫酸測定方法に係り、又排ガスの一部を抽出する排ガス抽出手段と、アンモニアガスを定流量供給するアンモニアガス供給手段と、前記排ガス抽出手段からの抽出排ガスとアンモニアガス供給手段からのアンモニアガスを反応させる反応器と、該反応器から送出されるガス中の未反応アンモニアガスに対して赤外線吸収法によりアンモニアガスの濃度を測定するアンモニアガス分析器と、未反応アンモニアガス濃度より排ガス中の無水硫酸を演算する演算部とを具備した排ガス中の無水硫酸測定装置に係り、更に排ガスの一部を抽出する排ガス抽出手段と、アンモニアガスを定流量供給するアンモニアガス供給手段と、前記排ガス抽出手段からの抽出排ガスとアンモニアガス供給手段からのアンモニアガスを反応させる反応器と、該反応器から送出されるガス中の未反応アンモニアガスを赤外線吸収法によりアンモニアガスの濃度を測定するアンモニアガス分析器と、未反応アンモニアガス濃度より排ガス中の無水硫酸を演算する演算部と、排ガス中に無水硫酸用中和剤を投入する中和剤投入手段とを具備し、前記演算部からの演算結果に基づき前記中和剤投入手段からの中和剤投入量を制御する排ガス中の無水硫酸中和装置に係るものであり、排ガス中の無水硫酸の濃度、量を略リアルタイムで而も連続的に測定でき、測定結果は中和剤投入量を決定するデータとして利用でき、中和剤投入を適正な量に連続的に制御することを可能とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係る排ガス中の無水硫酸測定装置の概略を示すものである。
【００１５】
ダクト５内を横断する様に、中和剤供給ノズル２１が設けられ、該中和剤供給ノズル２１は中和剤供給管２０及び該中和剤供給管２０に設けられた流量制御弁２３を介して図示しない中和剤供給源に接続されている。前記中和剤供給ノズル２１、流量制御弁２３等は中和剤投入手段を構成する。又、前記ダクト５内の煙道にサンプリングノズル２４が突出して設けられ、該サンプリングノズル２４は反応器２５に接続され、排ガス抽出手段として機能する。前記反応器２５には図示しないアンモニアガス供給源からのアンモニアガス導入管２８が接続され、該アンモニアガス導入管２８には前記反応器２５へのアンモニアの供給量を定流量に制御する流量制御弁２９、該流量制御弁２９の上流にはアンモニアガスの流量を検出する流量計３０が設けられている。前記アンモニアガス導入管２８、流量制御弁２９、流量計３０等はアンモニアガス供給手段を構成する。
【００１６】
前記反応器２５ではサンプリングノズル２４で抽出された排ガスと前記アンモニアガス導入管２８より供給されたアンモニアガスとが反応し、反応後のガスはアンモニアガス分析器２６に送出され、更に排出ノズル２７により前記煙道内に戻される。
【００１７】
前記アンモニアガス分析器２６では反応後のガス中のアンモニアガスの濃度を検出し、該検出結果は制御部３１に入力される。該制御部３１はアンモニアガスの濃度から供給したアンモニアガスに対する消費量を演算し、更に演算されたアンモニアガスの消費量から無水硫酸の量、濃度を演算する演算部を具備している。又、前記流量制御弁２３、流量制御弁２９は前記制御部３１によって開閉し、流量調整等の制御が行われる。
【００１８】
以下、図２（Ａ）（Ｂ）を参照して作用を説明する。
【００１９】
前記反応器２５は温度を２００℃以下の一定温度に維持されており、該反応器２５に前記アンモニアガス導入管２８よりアンモニアガスを導入する。アンモニアガスの導入量は計画値の無水硫酸ＳＯ3 を中和する２倍以上の定量とする。前記反応器２５では無水硫酸ＳＯ3 と前記アンモニアガスＮＨ3 とが反応し、硫安（ＮＨ4）2ＳＯ4 が生成する。硫安と未反応分のアンモニアガスが前記アンモニアガス分析器２６に送給され、該アンモニアガス分析器２６に於いて未反応アンモニアガスの濃度が測定される。
【００２０】
前記アンモニアガス分析器２６に於けるアンモニアガス分析は、例えば赤外線吸収法による。
【００２１】
前記アンモニアガス分析器２６には反応後のガスが充填される計測室があり、該計測室を横切る様に測定用の赤外レーザ光３２が射出され（図２（Ａ）参照）、前記測定室を横断した赤外レーザ光３２は光量検出器（図示せず）により受光される。前記アンモニアガスは図２（Ｂ）に見られる様に、特定波長の赤外光を吸収し、この特定波長の赤外光の受光量Ｉm を測定することでアンモニアガスの濃度、言換えればアンモニアガスの消費量を検出することができる。前記受光量Ｉm と入射した赤外レーザ光３２の光量Ｉ0 よりアンモニアガス濃度Ｃが、ランベルトの基本式（数１）により求めることができる。
【００２２】
【数１】
ｌn（Ｉ0／Ｉm）＝αＣＬ
α：アンモニアガスの赤外線吸収係数
Ｌ：赤外レーザ光の測定室通過距離
Ｃ：アンモニアガス濃度
【００２３】
前記アンモニアガス分析器２６により検出されたアンモニアガス濃度Ｃは前記制御部３１に入力される。該制御部３１では前記アンモニアガス濃度Ｃより前記アンモニアガス導入管２８より供給したアンモニアガス消費量を求め、該アンモニアガスの消費量に相当する排ガス中の無水硫酸の濃度、或は量を演算する。更に、演算された排ガス中の無水硫酸を中和するに必要な中和剤の量が演算され、該演算結果により前記流量制御弁２３の流量制御が行われ、無水硫酸の中和に必要な適正量の中和剤が前記中和剤供給ノズル２１を介して前記ダクト５内に投入される。中和剤としては、例えばアンモニアガスＮＨ3 、炭化カルシウムＣａＣＯ3 が挙げられる。
【００２４】
而して、サンプリングノズル２４より排ガスを連続的に抽出し、更に前記アンモニアガス導入管２８より前記反応器２５に定量のアンモニアガスを連続的に供給することで排ガス中の無水硫酸の量を連続的に検出することができるので、中和剤の投入量を連続的に制御でき、常に最適な状態で無水硫酸を中和させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、排ガス中の無水硫酸の濃度、量を略リアルタイムで而も連続的に測定できるので、中和剤投入量を決定するデータとして利用でき、中和剤投入を適正な量に連続的に制御を可能とすると言う優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排ガス中の無水硫酸測定装置の概略を示す説明図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は同前本発明の実施の形態に於ける作用説明図である。
【図３】排ガス中の無水硫酸測定装置が設備される排煙処理システムの全体構成図である。
【図４】従来の排ガス中の無水硫酸測定装置の説明図である。
【符号の説明】
５          ダクト
２３        流量制御弁
２４        サンプリングノズル
２５        反応器
２６        アンモニアガス分析器
２９        流量制御弁
３０        流量計
３１        制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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