四国電力，四国総合研究所
研究期報１０７（2017年12月）
１９－２８ページ

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発㈱四国総合研究所 エネルギー技術部㈱四国総合研究所 エネルギー技術部

キーワード：Key Words：

脱硝装置
NH3 濃度
排ガスサンプリング
セル一体型プローブ
レーザ吸収分光方式
可搬型測定装置

市川 幸司
海稲 隆成

Denitration equipment
Ammonia concentration
Exhaust gas sampling
Cell integrated probe
Laser absorption spectroscopy
Portable analyzer

Development of a Portable NH3 Analyzer Based on Laser Absorption Spectroscopy
Shikoku Research Institute, Inc., Energy Engineering Department
Koji Ichikawa, Takashige Kaine

Abstract

We developed a portable analyzer based on laser absorption spectroscopy using a transmission type gas sensor,
in order to measure NH3 concentration efficiently and precisely in a gas duct of a coal-fired power plant.
In general, NH3 concentration is one of the most important criteria to confirm denitration efficiency of a catalyst
and a dispersed state of NH3 in the duct. NH3 is a most adsorptive and desorptive substance contained in exhaustgas of boiler. Accordingly, it is very difficult to sample and analyze NH3. It had been sampled regularly at an outlet of
denitration equipment and measured by manual analysis at a chemical laboratory. However, it is time consuming
work by chemical specialists, and is intermittent measuring.
In this paper, we describe the portable analyzer with a cell integrated probe and a position adjusting mechanismof projector/receiver. The analyzer can realize to sample the exhaust gas stably and to measure NH3 concentration inreal time at many measuring points while moving along a passage on the duct.

－19－レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

1. はじめに
石炭火力発電所では、ボイラ排ガス処理系統の主メントに付着して閉塞を引き起こし、プラントの安定運転を阻害する要因となっている。1)2）

要設備である脱硝装置の運用管理のため、煙道内

従って、石炭火力発電所における脱硝装置の適の排ガスを対象に NH3（アンモニア）の濃度分布測定

切な運用と性能維持は不可欠であり、そのためにはを定期的に実施している。この分布測定は手間のか

NH3 の注入量および注入バランスを把握しておく必かる長時間作業となっており、また手分析による間欠要がある。その具体的な手段として、脱硝出口（煙道測定であるため、従来からリアルタイムに濃度を確認

内）の NH3 濃度分布測定は非常に重要な作業であり、できる測定装置の開発が望まれていた。

発電所では煙道（通路上）を移動しながら、脱硝出

そこで当所では、手分析作業の代替用として、保守が容易で小型軽量化にも適したレーザ吸収分光

口の各測定座を対象に、短時間で簡便に NH3 濃度を測定できる装置へのニーズが高い。

方式を採用し、排ガス中の NH3 濃度を精度よくリアル

また、高価な触媒の取替周期延長や部分取替にタイムに測定でき、かつ操作性の高い可搬型の NH3

よるコスト低減に向けて、脱硝各部（上部・中間部・出濃度測定装置を開発し、様々な観点から実用性能

口）での NH3 濃度測定に基づく触媒性能評価へのを検証している。実験室で試作装置の基本性能を確装置活用も期待されている。

認のうえ、脱硝装置の各部（上部・中間部・出口）で
NH3 濃度測定試験を開始し、脱硝出口では既に良好な結果が得られている。
本稿では、開発の背景、試作装置の測定方式と基本仕様について説明した後、実験室および脱硝出口での試験結果を示し、本装置の実用性能に関する考察と今後の装置活用に向けた展望を述べる。
2. 開発の背景
石炭火力発電所のボイラ排ガス中に含まれる
NOx(窒素酸化物)は、煙道の排ガス処理設備を経由して煙突から大気中に排出される。この代表的な大気汚染物質である NOx の排出量を低減するため、(a)脱硝各部における測定座の配置

ボイラの直後には脱硝装置が設置されている。脱硝装置では、排ガス中に NOx 還元剤として NH3 を注入

NH3 測定座

測定座周辺

し、そのガスが高温の触媒層を通過する際に、NOxと NH3 が選択的に反応して無害な N2(窒素)と H2O(水蒸気)に変換される。この方法による NOx 低減は
SCR(選択触媒還元)と呼ばれ、発電プラントにおける最も標準的な脱硝方式である。脱硝装置と NH3 測定座の状況を図 1 に示す。

(b)脱硝上部の状況（上図(a)の①）脱硝装置が所期の性能を発揮するためには、運
転状況に応じて過不足なく NH3 注入量を制御し、か測定座周辺（煙道通路）

NH3 測定座

つ触媒層に対して NH3 を均等に分散注入しなければならない。ここで、NH3 の過剰注入や脱硝触媒の性能低下が生じると、脱硝装置の出口におけるリーク(未反応)NH3 濃度が上昇し、この NH3 が排ガス中の三酸化硫黄（SO3)と反応して 酸性硫安(NH4HSO4)が生成される。粘着性の高い酸性硫安は、排ガス中(c)脱硝出口の状況（上図(a)の④）の煤塵とともに後流の 空気予熱器（AH)熱交換エレ

図 1 脱硝装置と NH3 測定座－20－

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

2.1 NH3濃度測定方式の比較

分光方式について、可搬型装置の開発と実機適用

ボイラ排ガスを対象とした代表的なNH3 濃度測定を念頭におき、以下のとおり具体的な比較検討を加手法として、一般にNOx変換方式（間接測定）とレーえる。

ザ吸収分光方式（直接測定）が知られている。

(1) 透過型（シングルパス式）

前者は従来から日本国内での使用実績が豊富な投光器から照射されたレーザ光を受光器で直接技術であるが、処理が複雑で保守面に課題がある。

受光する方式であり、図 3（a）に示すとおり通常は非

後者は欧米を中心に実用化が進んでいる新しい技

サンプリング(煙道対向設置)測定に適用される。この術で、応答が速く点検保守が容易なことから、海外

方式では、煙道の両側にガイド管を取付けて実質的では急速に普及しつつあり、将来的には国内でも普な光路長を短縮し、煤塵による受光レベルの低下を及する可能性が高い。

抑制する必要がある。同方式による常設型装置に関(1) ＮＯx 変換方式

しては、他社の先駆的な取組みがあり、実機での有高温触媒を用いてサンプル排ガス中の NH3 と NOx

効性を示す試験結果が報告されている。3）を反応させ、それに伴う NOx の濃度変化を化学発光

一方、可搬型装置の開発を念頭において、この透式または非分散型赤外吸収式の NOx 計で測定し、過型を図 3（b）のようにサンプリング測定に適用する

間接的に NH3 濃度を求める方法である。

と、その原理上、セル分離(排ガス流入経路と光学系

図 2 に示すとおり、触媒を通過した排ガスと通過しの分離)が可能である。投光部と受光部の間にセルていない排ガスについて、それぞれ NOx 濃度を測定(両端ガラス)を配置し、セル内に排ガスを吸引する方

し、両者の差分から等価的に NH3 濃度を算出する。

法、すなわち「セル分離型･シングルパス･レーザ吸

NOｘに変換した時点でサンプリングは容易になるが、収分光方式」を採用すれば、従来からサンプリング

差分に伴う誤差（計器差・系統差）が避けられない。

測定において常に問題となってきた排ガス流入によ

同方式による NH3 分析計は、従来から発電所で使用る汚損の影響を大幅に軽減できる。また、セル両端されてきたが、低濃度域では十分な性能を発揮でき

ガラスの内面が汚損された場合でも、セル分離型でていないのが実情である。

あればガラスの取外しが可能な構造とすることができ、また、サンプル排ガス中の煤塵や水分を除去して清掃等の対応も容易となる。

NOx 計内部の汚損を防止する必要があるため、大型

煙道内

煙道外

の前処理装置が設置されており、保守点検が課題とプローブなっている。

(NH3→NOx)
高温
触媒(2) レーザ吸収分光方式
NH3 を直接測定する方法である。近赤外領域における NH3 固有の光吸収特性（波長 1.5μｍ・2.0μｍ・(NH3 濃度：①と②の差分)

前処理装置(煤塵･水分除去)

NOx 計①

前処理装置(煤塵･水分除去)

NOx 計②排気排気

図 2 NOx 変換方式による NH3 濃度測定の基本構成

2.2μｍ）に着目した分光測定が一般的であり、広く

煙道壁

煙道壁

煙道内

普及している通信用 LD（半導体レーザ）を活用できが主流となっている。

ガイド管

投光器

受光器

ることから、1.5μｍ帯を対象とした測定方式(センサ)

ガイド管
レーザ光

透過型（シングルパス式）・反射型（デュアルパス
式）・多重反射型（マルチパス式)の 3 種類があり、基(a)非サンプリング方式（煙道壁に対向設置）

本的に、透過型は煙道に対向設置して、反射型は煙道内

煙道に直接挿入して、多重反射型は煙道から排ガスをサンプリングして測定する用途に適している。

煙道外

プローブ

2.2 レーザ吸収分光方式の優位性
保守性、また小型軽量化の必要性等も勘案すると、レーザ吸収分光方式の優位性が高い。

セル
レーザ光

投光器

ドレン
ポット

受光器

上述の状況を踏まえ、現場での耐久性･操作性･

排気(b)サンプリング方式（煙道外に設置・排ガス吸引）

ここでは、それぞれ特徴のある3種類のレーザ吸収

図 3 透過型（シングルパス式）の現場適用イメージ－21－

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

但し、一光路（シングルパス）におけるレーザ光の2.3 可搬型装置開発における課題と透過型の採用

光量変化を測定するので、セル長（光路長）によって現場でのサンプリング機能を必要とする可搬型の検出感度が制約され、低濃度域で十分な測定性能装置開発においては、上述のとおり排ガス流入経路を得られない可能性がある。

と光学系をガラスで分離することにより、光学系の汚(2) 反射型（デュアルパス式）

損を防止して測定性能を維持でき、かつ保守も容易

投光器から照射されたレーザ光をミラーで 1 回だなことから透過型が最も実用的であると考えられる。

け反射して受光器で検出する方式であり、図 4 に示

また、光学系の汚損と並んで課題となるのは、排すとおり通常は非サンプリング(煙道直接挿入)測定

ガスのサンプリング方法である。NH3は吸脱着性が高に適用される。

く、しかも排ガス中には煤塵や水分も含まれているた反射型に関しては、以前の研究で代表点の傾向

め、煙道内からガス状のNH3を安定的にサンプリング

監視用として常設型 NH3 測定装置を別途開発し、することは非常に難しい。また、煙道における多数の

H22 年から四国電力㈱橘湾発電所の脱硝出口で実測定座を対象に、NH3 の移動測定を効率的に短時運用中である。排ガス温度が低下した場合にプロー間で実施するためには、プローブの着脱やセルの位

ブ(セラミックフィルタ)への NH3 吸着等によって測定

置調整が容易で、しかも現場での繰返し操作に耐え誤差が生じるが、プラント定常運転時(排ガス温度

る強度と気密性を確保することも不可欠である。

350℃以上)における稼動状況は良好である。煙道内

これらの課題を解決するため、図6に示す加熱プロの排ガスが同フィルタを浸透通過してプローブ内（光ーブと加熱セルの一体化や嵌合接続によるプローブ

路長上）に達し、測定値に反映されるまでに 90 秒ほ

着脱方式のほか、セル位置を自在に調整できるスラ

ど時間遅れはあるが、実用上の支障はない。4)

イドレール方式等の採用について検討し、試行錯誤

また同装置は、定期的な自動ゼロ校正機能によっを重ねながら装置開発を進めた。

てドリフトを抑制し、長期間に亘って測定精度を維持

煙道壁

煙道内
ミラー

る場合はあるが、ほぼメンテナンスフリーで長期連続投受光器できる。ゼロ校正前後の測定値に若干の差異が生じ
プローブ
レーザ光

稼働できていることから、実機でのレーザ吸収分光
方式および反射型の有効性を示す一例であると言える。但し、同装置のプローブは堅牢かつ大型の重図 4 反射型（デュアルパス式）の現場適用イメージ

量物であり、移動測定には不向きである。
一方、サンプリングによる複数点の移動測定・リア

ガス吸引

ルタイム測定を前提とした可搬型装置の開発におい

ガス排気
ガス吸引

加熱セル

て、反射型の測定方式を適用すると、後述の多重反(3) 多重反射型（マルチパス式）

投光器

レーザ光
反射
ﾐﾗｰ

図5（a）に示すとおり、投光器から照射されたレー

投光器

ないため実用的ではない。

加熱セル

受光器

受光器

射型と同様、排ガス流入に伴うミラー汚損が避けられ

ガス排気

レーザ光
透過
ｶﾞﾗｽ

透過
ｶﾞﾗｽ

反射
ﾐﾗｰ

(b)透過型(a)多重反射型

図 5 多重反射型と透過型の原理比較

ザ光をミラーで繰返し反射して受光器で検出する方式であり、光路長を最も長く確保でき高感度であるた

受光器

め、低濃度域のNH3測定に適している。
煙道内

多重反射型に関しては、事前に現場試験を行ったが、排ガスが多重反射セルに直接流入するため、煤

ガス
吸引

塵の多い石炭火力プラントでは特に内部ミラーの汚損が問題となる。一体化されたセルとミラーが200℃

加熱プローブ

煙道外
嵌合金具

加
熱
セ
ル

以上に加熱された状態となっており、ミラーが汚損されても簡単に取外すことができないため、保守面にも大きな課題があり実用的ではない。

投光器

図 6 加熱プローブ・セルの一体化と嵌合接続の考案－22－

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

3. 試作装置の設計製作

気体の状態方程式として記述される。更に、アボガド

上述の比較検討結果を踏まえ、最も実用性が高いと考えられる透過型（シングルパス式）を採用し、ロの法則によると、その分子数は気体の種類に依存しない。

「セル分離型･シングルパス･レーザ吸収分光方式」

これらの基本原理を踏まえ、レーザ吸収分光方式の試作装置を設計製作した。

によって排ガス中の NH3 濃度を測定する場合、NH33.1 測定方式の吸収波長と同波長のレーザ光を照射して吸光量

試作装置は、排ガスをサンプリングして加熱セルを計測し、ランベルト・ベールの法則に基づいて濃度に導き、レーザ光を照射して NH3 固有の波長におけに換算する。その値に対して、状態方程式に準じたる吸光量を計測し、その値に圧力･温度補正を加え圧力補正と温度補正を行えば、セル内の NH3 濃度をて濃度を算出している。基本構成を図 7 に、NH3 の正確に算出できる。
なお、ランベルト・ベールの法則は NH3 手分析（吸吸収スペクトルを図 8 に示す。
一般に、物質（分子）の固有状態（エネルギー準

光光度法による比色分析）の基本原理でもある。

位）は不連続の値をとり、各状態間の準位差と等しい
エネルギーをもつ光が照射されると、分子は光を吸収して励起され、エネルギーの低い準位（基底状態）からエネルギーの高い準位（励起状態）に遷移する。
この過程において、個々の物質は種類ごとに異なった光吸収特性を示すことが知られている。吸収分光
波長[μｍ]

法は、この特性（吸収スペクトル）を調べることにより（PNNL スペクトルデータベースより抜粋）

物質を特定する手法である。
ここで、ランベルト・ベールの法則によると、気体中における吸光量は分子数（濃度）と光路長（セル長）

ランベルト・ベールの法則
吸光度＝-ℓog（Ｉ/Ｉ0）＝εc L

ε： 吸光係数c ： 濃度に比例する。またボイル・シャルルの法則によると、一定体積の気体中に存在する分子数は、圧力と比例L ： 光路長(セル長)関係に、温度と反比例関係にあり、それらの関係は

図8

入射光

透過光

Ｉ0

Ｉ
L

NH3 の吸収スペクトルと測定の基本原理

濃度測定部
受光器
サンプリング部

加熱プローブ

嵌合金具

加
熱
セ
ル

ドレン
ポット

流量計

ガス
吸引

P

ガス
排出

O2 計

圧力
センサ

投光器
測定制御部
ｱﾙﾐｹｰｽ
圧力
表示器
温度
調節器

図 7 試作装置の基本構成

－23－

信号
変換器

タブレット
ＰＣ

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

3.2 装置仕様

算制御･補正処理および画面表示処理を実行する。

試作装置は、サンプリング部･濃度測定部･測定制

これにより、セルの圧力と温度に応じた NH3 濃度

御部から構成され、煙道通路上を移動しながら、各補正を行い、濃度(リアルタイム・ヒストリカル)トレンド

測定座で容易にプローブの抜差しを行い、リアルタイ

グラフやスペクトル波形を表示し、測定精度の確保なムに NH3 濃度を確認できる仕様となっている。装置

らびに視認性・操作性の向上を図っている。

の外観を図 9 に、測定画面を図 10 に示す。

プローブ
(カバー装着状態)(1) サンプリング部

投光器

濃度測定部

受光器

サンプリング部に関しては、上述のセル一体型プ
ローブや金属管嵌合接続方式等を考案し、煙道通路上の移動測定におけるプローブ抜差しの時間短

測定制御部

セル一体型プローブ(移動時の仮置状態)縮を図ったほか、O2 計により気密性（エアリーク）を常時確認できる仕様となっている。
現場での操作性向上を図るため、測定性能への影響を十分に確認しながら、セル長は350ｍｍまで、プローブ長は600ｍｍまで短縮した。セルはマントルヒータで、プローブはフレキヒータで所定の温度まで加熱している。
なお、材質はセルおよびプローブともにSUS304である。一般にSUS316の方が耐腐食性は高いが、NH3のサンプリングには適していないことが報告されている。5）(2) 濃度測定部（投受光部）(a)試作装置全体

特殊ガラス

嵌合金具

濃度測定部は、セル内に吸引されたガスに対して投光器からレーザ光を照射し、受光器で透過光（吸光量）を計測する。この吸光量から圧力・温度補正前の NH3 濃度を算出してタブレット PC に送信する。

サンプリング部

投光器と受光器の間にセルを配置し、投受光器がセル両端の特殊ガラスによって完全に分離されてい(b)セル一体型プローブ

るため、排ガス流入による光学系（投受光器側）の汚図 9 試作装置の外観損は生じない。但し、セル両端のガラス内面は、排ガ
ス流入に伴う経時的な汚損が避けられないため、現場で簡単に取外し清掃できるよう、ガラスの着脱が容易な構造となっている。
また、各測定座の位置に合せてセル位置を自在に調整できるよう、スライドレール式移動機構による
水平位置調整およびアルミジャッキによる高さ調整の機能を備えている。
(3) 測定制御部
測定制御部については、温度調節器と圧力表示器をアルミケースに収納し、信号変換器経由で同ケ
ースとタブレット PC を USB ケーブル 1 本で接続する構成となっている。
タブレット PC は、投受光器・温度調節器・圧力表（濃度階段試験時の表示例）

示器にコマンドを送信してデータを取得し、各種の演図 10 タブレット PC の測定画面

－24－

加熱セル

加熱プローブレーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

ガイド管

4. 試作装置の性能評価

模擬測定座

加熱セル
受光器

実験室および現場(脱硝出口)で試作装置の性能評価試験を行い、以下のとおり良好な測定結果が得られている。なお、装置の基本仕様を表 1 に示す。
4.1 実験室での測定試験

ガス
供給点

アルミ
ジャッキ
ド
スライド
レール

投光器

実験室では、実機を模擬した測定座とガイド管を製作し、そのガイド管にセル一体型プローブを装着

タブレット
PC

して試験を行った。標準ガス（NH3・N2）は、流量調整器（マスフローコントローラ）経由でガイド管の先端かO2 計ら供給した。

ドレンポット

低濃度域と高濃度域において測定試験を行い、

図 12 実験室での試験状況

下記のとおり、所期の目標精度を達成できている。
試験系統を図 11 に、試験状況を図 12 に示す。

供給ガス濃度（5→4→3→2→1→0）(1) 低濃度域の測定性能評価
低濃度域に関しては、5ppm から 1ppm ずつ濃度をNH3 濃度[ppm]

下げていく階段試験を行った。その結果、図 13 に示
すとおり、測定値は供給ガス濃度に対して±0.5ppmの範囲内で安定推移し、目標精度を十分満足する
データが得られた。この濃度域では吸脱着の影響が顕著となるため誤差を生じやすいが、サンプル流量

図 13 低濃度域の試験データなど試験条件を最適化することで精度よく測定できている。
供給ガス濃度（100→80→60→40→20→0）(2) 高濃度域の測定性能評価
高濃度域に関しては、100ppm から 20ppm ずつ濃度を下げていく階段試験を行った。その結果、図 14NH3 濃度[ppm]に示すとおり、測定 値は供給ガス濃 度に対して±5.0％の範囲内に収まっており、低濃度域と同様に目標精度を十分満足するデータが得られた。
なお、実験室における測定値と手分析値との比較

図 14 高濃度域の試験データ

試験結果については割愛するが、低濃度域・高濃度
域において両者の高い相関性を確認できている。
受光器

MFC

NH3

NH3 捕集管

排気

P

吸着剤

投光器

ドレン
ポット

吸収液

模擬測定座
フランジ

可搬型 NH3 濃度測定装置
本体
流量計

MFC

加熱プローブ加熱セル

セル出口分岐混合ガス供給嵌合金具N2※MFC:ﾏｽﾌﾛｰｺﾝﾄﾛｰﾗ

手分析サンプリング

図 11 標準ガスによる試験系統ブロック図

－25－

流量計

排気

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発

表 1 試作装置の基本仕様

4.2 脱硝出口での測定試験
測定原理

シングルパス･レーザ吸収分光方式

サンプリング方式

セル一体型プローブ（加熱吸引）

測定濃度0～100ppm（測定下限:0.5ppm）

測定精度±5.0 % FS (0～10ppm）±5.0 % RS (10～100ppm）

ガイド管（外管：SUS、内管：アルミ）は 4 本であること

更新周期

1.0 秒

から、両煙道における移動測定の対象は計 40 点と移動測定時間

10 分以内／点

四国電力㈱橘湾発電所の脱硝出口で、試作装置
による NH3 測定試験を実施し、現場での実用性能を検証した。
脱硝出口の測定座(フランジ)は、A･B 各煙道に 5個ずつ配置されている。各測定座のサンプリング用なる。既設測定座の状況を図 15 に、移動測定のイメージを図 16 に、また試験状況を図 17 に示す。
試作装置による移動測定試験を実施した結果、
図 18 に示すとおり装置移動やプローブ抜差しの時間も含め、1 個所あたり 10 分以内で測定可能であり、現場での操作性に関する所期の目標を達成できた。
また、測定値とセル出口分岐サンプリングによる手分析値との比較試験では、図 19 に示すとおり測定
値が 1.5ppm 未満、手分析値が 1ppm 未満で推移し、両者の相関性も確認できた。更に図 20 の連続測定試験では、NH3 注入量との連動性を示唆する測定値(a)移動測定試験状況が得られている。
SUS ガイド管
アルミ管(内径 8ｍｍ)

手分析サンプル
プローブ挿入孔装置サンプル(b)セル一体型プローブの装着状況

図 15 脱硝出口の既設測定座

図 17 脱硝出口での試験状況※図中 1～4 は長短 4 種類の既設ガイド管（SUS 外管・アルミ内管、先端フィルタ付）。同管内にセル一体型プローブを順次挿入して移動測定実施。

図 16 脱硝出口における移動測定のイメージ－26－

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発(30 分)
測定座 M
1

O2
濃度
[%]

O2測定値

NH3
濃度
[ppm]

NH3測定値

2 3 4(32 分)
測定座 J
1

2 3

(待機)
エア吸引

(30 分)
測定座 G

4

3

1 2

4

(30 分)
測定座 D
1 2 3(23 分) (連続測定)
測定座 A 測定座 J
4 1 2 3 42（脱硝装置 B 出口測定座：M→J→G→D→A）

図 18 脱硝出口における移動測定試験データ● 手分析値

O2測定値

G1

G2

NH3
濃度
[ppm]

G3

G4

F

G2

[ppm]
測定値

O2
濃度
[%]

NH3測定値

図 19 脱硝出口での手分析比較試験データ

手分析値

試験終了
▼

試験開始
▼
装置調整

NH3 流量

NH3
濃度
[ppm]

NH3 測定値NH3
流量[kg/h]

図 20 脱硝出口での連続測定試験データ
5. 考察と展望

握という観点からは大きなメリットである。

実験室および現場における各種試験結果を踏ま一方、JIS準拠の手分析（吸光光度法・イオンクロ

え、試作装置の実用性能について考察し、今後の装マトグラフ法）では、煤塵に付着したNH3 や酸性硫安置活用に関する可能性と展望を以下に述べる。

も含めたトータルのNH3が分析対象となり、煤塵の有

5.1 脱硝出口での手分析代替用としての評価

無が分析結果に反映される。従って、ガス状のNH3(1) 測定性能についてだけを対象とした手分析を行う場合は、サンプリング

脱硝出口における手分析値と測定値には高い相時に円筒濾紙等を用いて、できる限り微細な煤塵ま関性があり、絶対値も同レベルで推移していることかで除去する必要がある。

ら、試作装置の測定性能は良好であると言える。これ(2) 操作性・保守性等については本装置の測定値をセル出口分岐サンプリングによ移動測定(全点分布測定)において、1点を10分以る手分析値と比較した場合の評価である。本稿では内で測定でき、A・B両煙道（A側：20点、B側：20点）

割愛したが、セルの前段すなわちセル入口分岐サンの計40点を400分（約7時間）で測定可能であること

プリングによる比較試験も行い、ほぼ同等の結果がから、所期の機能を発揮できていると言える。

得られている。場所・時刻およびサンプルガスの同一

開発当初は、加熱状態のプローブとセルを接続・性という観点から、セル出口分岐サンプリングの方が分離する作業等に手間がかかり、安全性･気密性･

妥当性は高いと考えられる。

耐久性が課題となっていたが、セル一体型プローブ

試作装置（レーザ吸収分光方式）は原理上、ガスの採用によって解消できている。また、プローブの煙として存在するNH3 濃度の測定を前提としており、レ

道壁貫通部(測定座内と測定座外のプローブ連結

ーザ透過率の極端な低下がない範囲（透過率60％部)は通常のネジ込み式ではなく、金属嵌合・耐熱融以上）において、基本的に測定値は煤塵の有無に

着テープ方式を採用したことで、プローブの着脱操影響されない。これは排ガス中のNH 3ガス濃度の把作も非常に容易となっている。

－27－

レーザ吸収分光方式による可搬型 NH3 濃度測定装置の開発の代替用として完成度の高い装置に仕上げる予定

既設ガイド管の先端には SUS フィルタ（2μｍメッシである。

ュ）が常時装着されているが、同フィルタを通過する
微細な煤塵やガイド管内に残留した煤塵等は除去

また、脱硝各部の NH3 測定値に基づく触媒層ごとできず、装置側に流入する。しかし、煤塵の存在下の性能評価の可能性について検討するほか、NH3でも原理的にロバスト性の高いセル分離型･シングル

濃度分布に応じた短時間でタイムリーな NH3 注入量

パス･レーザ吸収分光方式の長所を活かし、装置側調整およびバランス調整への適用可能性についても（サンプル加熱ライン）にはフィルタを一切使用せず調査し、脱硝装置の運用効率化に向けて本装置の測定が可能である。このように特別な前処理が不要

有効活用を図っていきたい。

で、加熱ラインにおけるフィルタ着脱作業も生じない［謝辞］

ことは、保守面における大きなメリットである。

本研究は、四国電力㈱火力部からの委託を受け

5.2 脱硝各部での装置活用に向けて実施した。装置開発および現場試験にご協力いただ

現在、触媒層ごとの脱硝性能の実態を把握する

いた関係各位に深く感謝の意を表する。

ため、試作装置を活用して脱硝上部・中間部においても測定試験を開始し、NH3 濃度の長期的な変末筆ながら、具体的な試作装置の開発に際して、化傾向について調査中である。

ソフト・ハード両面で絶大なる協力をいただいたミクロ

また、NH3 注入バランス調整への装置活用の可電子㈱の門脇渉氏と㈱ブレインズの小野実氏に、能性という観点からは、必ずしも脱硝出口での様々な条件での手分析試験を鋭意実施していただ

NH3 濃度分布測定に限定することなく、脱硝中間

いた四電ビジネス㈱の前田博史氏に、またレーザ式部や脱硝上部での濃度分布測定の可能性・有効性

ガス分析計に関する最新情報等を適宜提供いただについても調査検討が必要であると思われる。

いた西華産業㈱および中外テクノス㈱の関係各位に、これに関しては、脱硝各部における NH3 濃度のこの場を借りて心からお礼申し上げたい。

高低（測定の難易度）、測定座の仕様（煙道外への突出長）、煙道通路の状況(作業空間)等も勘案［参考文献］しながら、従来よりも濃度分布測定作業が容易で、

1) 金森、三池、伊藤、一之瀬：「石炭火力発電所のかつ NH3 注入量(注入弁の開度調整)との関連性

排 煙 系 閉 塞 対 策 」 , 火 力 原 子 力 発 電 ,Vol.65,を確認しやすい方法を見出し、その妥当性を検証

pp40-44（2014）

していきたい。

2) 久次米、島尾：「橘湾発電所空気予熱器の運転

なお、脱硝各部（上部・中間部・出口の 3 フロ

中水洗装置における実運用試験結果について」,

ア）での測定作業を考えると、装置の更なる小型

火力原子力発電,Vol.66,pp124-128(2014)

化が望ましい。今回の試作装置は、最も一般的な

3) 馬目、田鹿、近藤、田上、杉山、土橋：「石炭焚き近赤外域の吸収特性を利用しているが、NH3 の吸収

ボイラ空気予熱器閉塞抑制のための脱硝出口リが格段に強い近紫外域に着目した装置開発についークアンモニア連続監視」,火力原子力発ても検討中である。今のところ干渉成分の影響や紫電,Vol.68, pp431-436（2016）

外光源の性能など課題は多いが、検出感度を維持

4) 山地：「四国電力における技術革新の歩み」,電しつつ、セルの短縮や投受光器の小型化が可能な方式として、将来的に有望と考えられる。6）7）

気評論,Vol.98,ｐｐ170-172（2013）5) 毛利、本多、島崎、浜島：「石炭火力排煙脱硝における未反応アンモニア分析計の検討」火力原

6. まとめ

子力発電,Vol.35,ｐｐ57-65（1981）

レーザ吸収分光技術の活用やセル一体型プロー

6） 福地、二宮：「高濃度 SO2 含有ガス中における微ブの考案等により、多数の測定座を対象に排ガス中量 NH3 の紫外吸収分光測定」電気学会論文誌の NH3 濃度を効率的に移動測定できる装置を開発

A,Vol.131,No.7,ｐｐ540-546（2011）

し、その実用性能を検証した。

7) 朝日、杉本、星野、二宮ほか：「紫外吸収分光法

実運用に向け、今後も橘湾発電所の脱硝出口でを用いた高温ガス計測装置の開発」四国電力・

引続き測定試験を実施してデータを蓄積し、手分析

四国総研研究期報,Vol.102,ｐｐ19-27（2015）－28－