6016777 ガス成分濃度分布測定装置及び排ガス脱硝システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6016777

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】ガス成分濃度分布測定装置及び排ガス脱硝システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3504 20140101AFI20161013BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/3504

   B01D53/94 222

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-273584(P2013-273584)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-127685(P2015-127685A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2015年10月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】安武 聡信

(72)【発明者】

【氏名】塚原 千幸人

(72)【発明者】

【氏名】杉山 友章

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 翼

【審査官】 奥田 雄介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２２１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１７１２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−１４２５８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−１６４５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０４５９５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５２−０６０３８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−１３４２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２５７３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４５９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−７２４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２１４８４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／３５０４

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼排ガスが通過する煙道と、
前記煙道の燃焼排ガスのガス流れ方向と直交する方向に設置され、コの字状のクランク部を有するクランク状支持体と、
前記クランク部に一体に設けられ、レーザ光を通過する送光筒と、
該送光筒の一部が所定距離区切られ、前記煙道の計測場に晒される計測領域と、
前記煙道の外部から前記レーザ光を、前記送光筒内に出射させるレーザ発光部と、
前記計測領域を通過した前記レーザ光を、前記煙道の外部で受光し、前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、
前記クランク状支持体の軸部を中心として回転させる回動部と、を備えてなり、
前記燃焼排ガスのガス成分濃度を計測する際、前記回動部の回転により、クランク部に設けた送光筒が、前記軸部から所定距離離れた領域を回転することにより、各回転箇所における所定間隔を持った計測領域における燃焼排ガス中のガス組成の濃度をレーザ光の吸収により測定することを特徴とするガス成分濃度分布測定装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記計測領域が、前記送光筒の長手方向に沿って異なり、区画された領域の一部に位置することを特徴とするガス成分濃度分布測定装置。

【請求項3】

請求項１又は２において、
前記レーザ発光部とレーザ受光部とが煙道の一側面の同じ側に設置されると共に、
前記送光筒が、
前記レーザ発光部からのレーザ光を送光する第１の送光筒と、
前記第１の送光筒側のレーザ進行方向の端部側でレーザ光を反射する反射部と、
前記反射部で反射されたレーザ光を送光させると共に、その一部が所定距離区切られ、前記煙道の計測場に晒される計測領域を有する第２の送光筒と、を備えることを特徴とするガス成分濃度分布測定装置。

【請求項4】

燃焼排ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤が含まれた排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を脱硝する区画された脱硝触媒を備えた脱硝装置と、
前記脱硝装置の入口側又は出口側の少なくとも一方に設けられ、排ガス中のガス成分濃度分布を計測する請求項１乃至３のいずれか一つのガス成分濃度分布測定装置と、を具備し、
前記ガス成分濃度分布測定装置の計測結果より、ガス成分濃度分布を求めることを特徴とする排ガス脱硝システム。

【請求項5】

請求項４において、
前記ガス成分がアンモニア（ＮＨ₃）又は窒素酸化物（ＮＯｘ）のいずれか一方又は両方であることを特徴とする排ガス脱硝システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス成分濃度分布測定装置及び排ガス脱硝システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、配合ガスに含まれる特定物質の濃度測定を行う装置としてレーザ式ガス分析計が知られている。このレーザ式ガス分析計は、気体状のガス分子がそれぞれ固有の光吸収波長を有するという特性を利用し、特定物質が含まれるガスにレーザ光を照射し、その特定波長の吸光量から特定物質の濃度を測定するものである。

【0003】

下記特許文献１には、アンモニアを含むガスが流通する配管ユニットからガスを吸引し、吸引したガスをレーザ式ガス分光計に導いてガス中に含まれるアンモニア濃度を測定する技術が開示されている。

【0004】

特許文献２には、煙道の内部に挿入されて排ガスを採取するサンプリング管と、サンプリング管に対して加熱導管を介して接続されるフローセルユニットと、フローセルユニットに接続されるレーザ式ガス分析計とを備えるアンモニア濃度測定装置が開示されている。特許文献２に開示されているアンモニア濃度測定装置では、サンプリング管の内部に三酸化硫黄（ＳＯ₃）を吸着するがアンモニアを通過させる吸着剤を装填し、排ガスから三酸化硫黄を除去したガスをレーザ式ガス分析計に導入させることで、アンモニアの測定精度を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−８００８号公報

【特許文献2】特開２０１０−２３６８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１、２に開示されているサンプリング方式の濃度測定装置では、以下のような問題点がある。
ガスを吸引して測定用の配管に導く際、測定の高速化が困難である。
ガスを測定用の配管に引き込んだ後に濃度測定を行うことから、配管を流通しているガスと測定管に引き込まれたガスの状態（例えば、水分濃度、温度等）が異なってしまい、測定精度が低下する。
流通ガスを局所的に採取して濃度測定を行うため、局所的なガス濃度測定はできても、濃度分布を取得することができない。また、サンプリング箇所を逐次変えて濃度測定を行えば、濃度分布を取得することは可能であるが、位置毎にガスの吸引、排出が必要となり、作業が煩雑であるとともに時間がかかる。

【0007】

よって、例えばボイラ装置の排ガス中の窒素酸化物を脱硝する際に、ガス成分濃度分布を的確に把握して、効率的な脱硝を行うことができる排ガス脱硝システムの出現が切望されている。

【0008】

本発明は、前記問題に鑑み、排ガス中の窒素酸化物を脱硝する際に、ガス成分濃度分布を的確に把握して、効率的な脱硝を行うことができるガス成分濃度分布測定装置及び排ガス脱硝システムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、燃焼排ガスが通過する煙道と、前記煙道の燃焼排ガスのガス流れ方向と直交する方向に設置され、コの字状のクランク部を有するクランク状支持体と、前記クランク部に一体に設けられ、レーザ光を通過する送光筒と、該送光筒の一部が所定距離区切られ、前記煙道の計測場に晒される計測領域と、前記煙道の外部から前記レーザ光を、前記送光筒内に出射させるレーザ発光部と、前記計測領域を通過した前記レーザ光を、前記煙道の外部で受光し、前記レーザ光の光強度を検出するレーザ受光部と、前記クランク状支持体の軸部を中心として回転させる回動部と、を備えてなり、前記燃焼排ガスのガス成分濃度を計測する際、前記回動部の回転により、クランク部に設けた送光筒が、前記軸部から所定距離離れた領域を回転することにより、各回転箇所における所定間隔を持った計測領域における燃焼排ガス中のガス組成の濃度をレーザ光の吸収により測定することを特徴とするガス成分濃度分布測定装置にある。

【0010】

第２の発明は、第１の発明において、前記計測領域が、前記送光筒の長手方向に沿って異なり、区画された領域の一部に位置することを特徴とするガス成分濃度分布測定装置にある。

【0011】

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記レーザ発光部とレーザ受光部とが煙道の一側面の同じ側に設置されると共に、前記送光筒が、前記レーザ発光部からのレーザ光を送光する第１の送光筒と、前記第１の送光筒側のレーザ進行方向の端部側でレーザ光を反射する反射部と、前記反射部で反射されたレーザ光を送光させると共に、その一部が所定距離区切られ、前記煙道の計測場に晒される計測領域を有する第２の送光筒と、を備えることを特徴とするガス成分濃度分布測定装置にある。

【0012】

第４の発明は、燃焼排ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記還元剤が含まれた排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を脱硝する区画された脱硝触媒を備えた脱硝装置と、前記脱硝装置の入口側又は出口側の少なくとも一方に設けられ、排ガス中のガス成分濃度分布を計測する第１乃至３のいずれか一つの発明のガス成分濃度分布測定装置と、を具備し、前記ガス成分濃度分布測定装置の計測結果より、ガス成分濃度分布を求めることを特徴とする排ガス脱硝システムにある。

【0013】

第５の発明は、第４の発明において、前記ガス成分がアンモニア（ＮＨ₃）又は窒素酸化物（ＮＯｘ）のいずれか一方又は両方であることを特徴とする排ガス脱硝システムにある。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、１台のレーザ発光部を設け、これから照射されるレーザ光を複数のレーザ受光部で計測することにより、レーザ発光部を複数設置することを省略でき、レーザ計測装置の簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本実施例に係る脱硝装置を備えたボイラ装置の概略図である。

【図2】図２は、脱硝装置に設置するガス成分濃度分布測定装置の全体構成を示す斜視概略図である。

【図3】図３は、図２のプローブ手段の側面概略図である。

【図4】図４は、実施例２に係るガス成分濃度分布測定装置の概略図である。

【図5】図５は、反射部の拡大図である。

【図6】図６は、送光筒の断面概略図である。

【図7】図７は、煙道に配置した送光筒の回転の様子を示す模式図である。

【図8】図８は、実施例３に係るガス成分濃度分布測定装置の概略図である。

【図9】図９は、煙道に配置した送光筒の回転の様子を示す模式図である。

【図10】図１０は、吸収分光計測の概念図である。

【図11】図１１は、吸収分光計測の吸収チャート図である。

【図12】図１２は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。

【図13】図１３は、本実施例に係る脱硝装置のアンモニア注入装置の概略構成例を示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

【実施例1】

【0017】

図１は、本実施例に係る脱硝装置を備えたボイラ装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る排ガス脱硝システムを備えたボイラ装置１００は、ボイラ１０１からの燃焼排ガス（以下「排ガス」という）１０２中に還元剤（例えばアンモニア：ＮＨ₃）を供給する還元剤供給手段であるアンモニア注入装置１０４と、還元剤が含まれた窒素酸化物（ＮＯｘ）を脱硝する区画された脱硝触媒１０６を備えた脱硝装置１０５と、前記脱硝装置１０５の出口側に設けられ、前記脱硝装置１０５のガス流れに直交する区画された脱硝触媒１０６に対応する領域における排ガス１０２中のガス成分（ＮＨ₃、ＮＯｘ）濃度分布をレーザ計測手段によりアンモニア濃度を測定するガス成分濃度分布測定装置１０と、を具備し、前記ガス成分濃度分布測定装置１０Ａ（１０Ｂ、１０Ｃ）のアンモニア濃度の計測結果より、区画された領域のアンモニアの濃度分布を求めるものである。なお、図１中、符号１０７は空気予熱器、１０８は煙突を図示する。

【0018】

また、本実施例では、求めたアンモニア濃度分布より、脱硝不十分な区画を求める制御装置２０と、この脱硝不十分な区画に対応する還元剤供給手段からの還元剤供給量を調節する調節手段である開度設定部１０９を備えている。

【0019】

図２は、脱硝装置に設置するガス成分濃度分布測定装置の全体構成を示す斜視概略図、図３は、図２のプローブ手段の側面概略図である。図２及び３に示すように、ガス成分濃度分布測定装置１０Ａは、排ガス１０２が通過する煙道１０３と、煙道１０３の燃焼排ガス１０２のガス流れ方向と直交する方向に設置され、コの字状のクランク部２１を有するクランク状支持体２２と、クランク部２１に一体に設けられ、レーザ光１１を通過する送光筒１２と、該送光筒１２の一部が所定距離区切られ、煙道１０３の計測場に晒される計測領域Ｌと、煙道１０３の外部からレーザ光１１を、送光筒１２内に出射させるレーザ発光部１３と、計測領域Ｌを通過したレーザ光１１を、煙道１０３の外部で受光し、レーザ光１１の光強度を検出するレーザ受光部１４と、クランク状支持体２２の軸部を中心として回転させる回動部２３と、を備えてなり、燃焼排ガス１０２のガス成分濃度を計測する際、回動部２３の回転により、クランク部２１に設けた送光筒１２が、軸部から所定距離離れた領域を回転することにより、各回転箇所における所定間隔を持った計測領域Ｌにおける排ガス１０２中のガス組成（アンモニア）濃度をレーザ光１１の吸収により測定するものである。

【0020】

本実施例では、回転部２３により回転される軸部を中心として、回転し、軸部から所定距離離れたクランク部２２が回転する箇所において、所定距離離れた領域Ｌを有する送光筒１２が回転することで、排ガス１０２のガス組成の濃度を計測することができる。

【0021】

図３に示すように、レーザ発光部１３からのレーザ光１１は、送光筒１２内を送光し、レーザ発光端部１２ａから所定間隔の計測領域Ｌを通過し、レーザ受光端部１２ｂにおいて送光筒１２内に導入され、レーザ受光部１４で計測される。なお、図中符号１６は反射ミラーである。
なお、レーザ発光部１３及びレーザ受光部１４と回動部２３までは各々光ファイバ１７により接続されている。

【0022】

図２では、煙道１０３が長尺方向と短尺方向とからなる矩形形状の場合であり、複数（本実施例では３本）のプローブを設置している。
この場合において、計測領域Ｌを、送光筒１２の長手方向に沿って異なるようにして、区画された領域の一部に位置するようにしてもよい。
すなわち、図中左側の送光筒１２では、図中、手前側に計測領域Ｌ₁を形成し、図中真ん中の送光筒１２では、図中、中心側に計測領域Ｌ₂を形成し、図中右側の送光筒１２では、図中、奥側に計測領域Ｌ₃を形成し、各々回転させることで、複数領域の計測が可能となる。

【0023】

これにより、従来では、複数個所の濃度分布を計測する場合には、レーザ光１１の送光筒に１本に対して個別にレーザ光の送光器と受光器とを設けて、個別に計測し、複数セットの送光器と複数セットの受光器とを必要としていたが、本発明によれば、１台のレーザ発光部１３及びレーザ受光部１４を設けるだけで良いので、レーザ装置の簡素化を図ることができる。

【0024】

次に、本実施例に係る濃度分布測定の原理について、図を参照して説明する。
図１０は、吸収分光計測の概念図である。図１１は、吸収分光計測の吸収チャート図である。
レーザ光の光強度と測定対象の濃度との関係を示す関係式として、ランベルト・ベール（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の法則が知られている。

【0025】

ランベルト・ベールの法則は、図１０に示すように、レーザ光１１の送光点(レーザ発光端部１２ａ)と受光点（レーザ受光端部１２ｂ）との間の、レーザ経路の距離である計測領域をＬとし、レーザ光１１の照射強度をＩ_０、レーザ光１１の受光強度をＩ（Ｌ）、距離Ｌ中に存在する測定対象（アンモニア）の濃度をＣ_０とした場合、以下の（１）式の関係が成立するというものである。
Ｉ（Ｌ）＝Ｉ_０ｅｘｐ（−ｋＣ_０Ｌ） ……（１）
ここで、ｋは測定対象の吸光度に応じて設定される比例係数である。

【0026】

測定対象の濃度を測定する分割領域の濃度平均値をＣ_１、分割領域におけるレーザ経路の距離（送光筒の区切れた場所である計測領域Ｌ）をＬ_１とすると、上記（１）式は、以下の（２）式のように表すことができる。
Ｉ（Ｌ）＝Ｉ_０ｅｘｐ（−ｋＣ_１Ｌ_１） ……（２）

【0027】

予め設定されたレーザ経路ごとにレーザ光１１を照射する際、分割領域におけるレーザ経路の距離（送光筒の区切れた場所である計測領域）Ｌ、レーザ光１１の照射強度Ｉ_０及びレーザ光の受光強度Ｉは、既知であるから、上記（２）式によって、未知数である分割領域の濃度平均値Ｃ_１を算出できる。

【0028】

そして、上記構成を備えるガス成分濃度分布測定装置１０Ａにおいては、以下のような手順により、濃度測定領域のアンモニアの濃度分布が取得される。

【0029】

また、ボイラ１０１からの排ガス１０２には、煤塵が含まれているので、計測領域Ｌであるレーザ光１１の光路長さを長くすると、煤塵の影響により光透過率が減衰することとなる。
図１２は、排ガス中の煤塵濃度とレーザ光透過率との関係を示す図である。
図１２では、波長が１．５μｍの場合、煤塵濃度が６ｇ／Ｎｍ³程度の石炭灰中に２．０ｍの光路長で計測が可能であることを確認している。
よって、煤塵濃度がそれ以上の場合には、１．５ｍ、より好適には１ｍ前後の光路長で計測することが良好である。

【0030】

ここで、本実施例のように、排ガス中のアンモニア（ＮＨ₃）濃度を計測するには、半導体レーザ（半導体素子：ＩｎＧａＡｓを例示することができる。波長：１．５μｍ、出力：１ｍＷ程度のものを例示することができる）を用いることができる。

【0031】

図１３は、本実施例に係る脱硝装置のアンモニア注入装置の概略構成例を示す系統図である。
図１３に示すように、アンモニア注入装置１０４は、アンモニア供給源に接続された流路配管のアンモニア主系統３１に総流量制御弁３２を備えている。このアンモニア主系統２２は、総流量制御弁２３の下流において、ヘッダ２４から分岐させた複数本（図示の例では６本）のアンモニア供給系統２６を備えている。

【0032】

また、図１３に示すように、アンモニア供給系統２６は、各々が流量制御元弁２５及び複数個（図示の例では３個）の注入ノズル２７を備えており、排ガス１０２を流す流路である煙道１０３の内部に注入ノズル２７が格子状の配置となるように設置されている。注入ノズル２７は、流路配管のアンモニア主系統２２、ヘッダ２４及びアンモニア供給系統２６を通ってアンモニア供給源から供給されたアンモニアを煙道１０３の内部に液滴又はガスの状態で流出させ、燃焼排ガス中に還元剤としてのアンモニアを注入するものである。なお、液滴の状態で注入されたアンモニアは、高温の燃焼排ガスから吸熱してガス化する。

【0033】

こうして煙道１０３の内部に注入されたアンモニアのガスは、混合器を通過することにより燃焼排ガス１０２と撹拌混合される。この結果、アンモニアは窒素酸化物と反応して脱硝装置１０５内の脱硝触媒１０６を通過するので、水と窒素とに分解されることで窒素酸化物が燃焼排ガス中から除去される。

【0034】

開度設定部１０９には、ガス成分濃度分布測定装置１０Ａで測定したアンモニア（ＮＨ₃）濃度の測定値が制御装置２０を介して入力される。このようなアンモニア濃度の入力を受けた開度設定部１０９は、アンモニア濃度の平均値に基づいて総流量制御弁２３の開度の設定（開度制御）を行うとともに、複数個所のアンモニア濃度に基づいて各流量制御元弁２５の開度の設定（開度制御）を行う。すなわち、開度設定部１０９は、総流量制御弁２３及び流量制御元弁２５の開度制御信号を出力する。

【0035】

この場合、開度設定部１０９による流量制御元弁２５の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁２５毎の開度との相関関係を定めた制御マップに基づいて行われる。すなわち、脱硝装置１０５は、ボイラ１０１毎に諸条件（煙道１０３の流路系統や流路断面積、燃料の種類等）が異なるため、事前に相関関係のデータを実験等により入手して制作した制御マップを開度設定部１０９に記憶しておく。なお、この制御マップでは、煙道１０３内のアンモニア濃度を区画された面内で測定した複数位置のアンモニア濃度に対して、複数系統のアンモニア供給系統２６毎に異なる流量制御元弁２５の開度を個別に設定するものである。

【0036】

ガス成分濃度分布測定装置１０Ａは、上述したように、脱硝触媒１０６の出口側における煙道１０３内の濃度測定領域のアンモニア濃度分布を作成し、このアンモニア濃度分布を開度設定部１０９に出力する。

【0037】

このような脱硝装置１０５によれば、ガス成分濃度分布測定装置１０Ａによって、煙道１０３における脱硝触媒１０６の出口側におけるアンモニア濃度分布が検出され、この検出結果が開度設定部１０９に出力される。開度設定部１０９では、アンモニア濃度の平均値に基づいて総流量制御弁２３の開度制御が行われ、かつ、ガス成分濃度分布測定装置１０Ａによって得られたアンモニア濃度分布に基づいて流量制御元弁２５の開度制御が行われる。これにより、脱硝装置１０５の運転を継続しながら、時定数の短いアンモニア濃度の測定値に応じ、複数のアンモニア供給系統２６毎に分配されるアンモニア注入量を自動的に調整することができる。

【0038】

このとき、流量制御元弁２５の開度制御は、予め定めたアンモニア濃度と流量制御元弁２５毎の開度とのマップに基づいて行われるので、アンモニア濃度により総供給量が規定されたアンモニアは、流量制御元弁２５の開度に応じてアンモニア供給系統２６に対するアンモニア分配量が調整される。

【0039】

このように、アンモニア濃度分布が脱硝触媒１０６の性能劣化と関連しているので、アンモニア濃度分布に基づいてアンモニア注入装置１０４によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、脱硝装置１０５の後流側に余剰に排出されるリークアンモニアの分布をコントロールすることができる。また、リークアンモニアは、空気予熱器１０７を閉塞させる原因でもあるから、濃度検出に基づいてアンモニア注入装置１０４によるアンモニア注入量の分布制御を実施すれば、空気予熱器１０７の閉塞頻度低減に寄与することも可能になる。

【0040】

本実施例に係る脱硝装置１０５によれば、脱硝装置１０５の運転を継続しながら、時定数の短いアンモニア濃度の測定値に応じて、複数の還元剤供給系統毎に分配される還元剤注入量を自動的に調整することが可能になる。これにより、還元剤注入の分配最適化による脱硝触媒１０６の寿命延長や脱硝触媒１０６の更新の効率化を達成することができる。この結果、脱硝装置１０５においては、脱硝触媒１０６の更新に伴うコストの低減やアンモニア消費量の最適化を実現できる。

【0041】

本実施例では、脱硝装置１０５の出口側で、ガス成分濃度分布測定装置１０Ａ（１０Ｂ、１０Ｃ）を設置し、アンモニア濃度を計測しているが、脱硝装置１０５の入口側と出口側とにガス成分濃度分布測定装置Ａ（１０Ｂ、１０Ｃ）、Ａ（１０Ｂ、１０Ｃ）を設け、脱硝触媒１０６に供給するアンモニア濃度と脱硝後のリークアンモニア濃度を計測することで、供給アンモニア濃度に対するリークアンモニア濃度の分布を測定することもできる。

【0042】

また、本実施例では、脱硝装置１０５の出口側でアンモニア濃度を計測しているが、脱硝装置１０５の出口側でのガス成分の計測に限定されず、ボイラ出口から脱硝装置１０５に至る煙道１０３のいずれかにおいて、入口側のガス成分を図るようにしてもよい。

【0043】

本実施例では、図１に示すように、半導体レーザを制御するための制御装置２０が設置されている。この制御装置２０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えている。これら各部は、バスを介して接続されている。更に、制御装置２０は、キーボードやマウス等からなる入力部及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部などと接続されていてもよい。

【0044】

上記ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭに限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。なお、本実施例では、制御装置２０を一つのコンピュータによって実現する構成としているが、複数のコンピュータによって実現してもよい。

【0045】

まず、測定を行うレーザ経路に対応するように、制御装置２０によって半導体レーザのレーザ発光部１３が起動され、更に、レーザ光の出力が安定した後に、レーザ経路における測定が行われる。

【0046】

このレーザ経路における測定が終了した後、次のレーザ経路における測定を開始する。このようにして、レーザ経路ごとの測定を順次行う。その後、レーザ発光部１３からレーザ光が照射され、レーザ光が所定のレーザ経路を通過することで測定対象により吸光されたレーザ光がレーザ受光部１４によって受光される。

【0047】

レーザ受光部１４は、受光した光によって光強度を検出する。レーザ光の検出値は、制御装置２０に出力される。このとき、制御装置２０は、レーザ受光部１４による検出値とその検出値に対応するレーザ経路の識別情報（Ｐ₁〜Ｐ₈）とを関連付けることができる。

【0048】

制御装置２０に入力された検出値とレーザ経路の情報は、互いに関連付けられて制御装置２０にて記憶される。更に、上記レーザ照射の際のレーザ発光部１３からのレーザ光の照射強度も制御装置２０にて記憶される。そして、制御装置２０では、記憶されたデータに基づいてＮＯ濃度分布が作成される。

【0049】

具体的には、各レーザ経路上の分割領域の距離や、入力された検出値及びレーザ光の照射強度が読み出されて、上記（２）式で表わされる濃度演算式を用いることにより分割領域ごとの測定対象の濃度が算出される。そして、各分割領域の濃度が補間されることにより、濃度測定領域の濃度分布が作成される。これにより、濃度測定領域における測定対象の濃度分布が得られることとなる。
このようにして得られた濃度測定領域の濃度分布は、例えば、制御装置２０と接続された表示装置（図示略）に表示されることによって、ユーザに提示される。

【0050】

そして、リークするアンモニア濃度分布の全てが所定値以下であれば、そのままの条件で運転を継続する。この場合、アンモニア注入装置１０４の注入量の調整は行わない。

【0051】

これに対し、アンモニア濃度分布の一部に濃度が高い場所があると、制御装置２０の判断部で判断された場合には、開度設定部１０９にその情報信号を送る。そして開度設定部１０９において、その特定されたアンモニア濃度分布の高い場所に対応するアンモニア注入装置１０４からのアンモニアが注入できるように、流量制御元弁２５の開度制御が行われる。これにより、脱硝装置１０５の運転を継続しながら、アンモニア濃度の測定値に応じ、複数のアンモニア供給系統２６毎に分配されるアンモニア注入量を自動的に調整することができる。

【0052】

この結果、脱硝装置１０５の出口側で、ガス成分濃度分布測定装置１０Ａによりアンモニア濃度分布を各々計測することで、リアルタイムにおいて、一様に脱硝されているかを確認することができる。

【0053】

排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の変動は、ボイラ負荷の変動やボイラ１０１に供給する燃料の種類等が変更した場合、ボイラ立ち上げの際に発生する。
よって、本装置を用いて、負荷変動等があった場合には、通常の計測回数よりも頻繁に濃度分布の計測を行うようにして、窒素酸化物の脱硝が確実になされているかを判断するようにしてもよい。

【実施例2】

【0054】

図４は、実施例２に係るガス成分濃度分布測定装置の概略図である。図５は、反射部の拡大図である。なお、実施例１の部材と重複する部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
前述の実施例では、レーザ発光部１３とレーザ受光部１４とを煙道の左右側に各々設置しているが、本実施例では、レーザ発光部１３とレーザ受光部１４とを煙道１０３の一側面の同じ側（本例では右側）に設置して、レーザ受光・発光部１５を用いるようにしている。

【0055】

そして、本実施例では、送光筒１２を、レーザ光１１を送光する第１の送光筒１２Ａと、第１の送光筒１２Ａ側のレーザ進行方向の端部側でレーザ光１１を反射する反射部１８と、この反射部１８で反射されたレーザ光１１を送光させると共に、その一部が所定距離区切られ、煙道１０３の計測場に晒される計測領域Ｌを有する第２の送光筒１２Ｂと、を備えるようにしている。

【0056】

図６は、送光筒の断面概略図である。図７は煙道に配置した送光筒の回転の様子を示す模式図である。
図６では、第１の送光筒１２Ａとこの第１の送光筒１２Ａに一体に設けられる所定距離の計測領域Ｌである開口部１２ｃを有する第２の送光筒１２Ｂとの構成を示す。図７は矩形の煙道１０３にこの第１の送光筒１２Ａと第２の送光筒１２Ｂとの回転における軌道を示した様子を示す。
図７に示すように、回動部２３の軸心を中心とし、第２の送光筒１２Ｂの開口部１２ｃは、常にこの軸心を向くように回動部２３により回転される。よって、開口部１２ｃから排ガス１０２中の煤塵等の侵入を防止するために、この回転は水平方向よりも１５度から１６５度の角度を持って回動するのが好ましい。

【実施例3】

【0057】

図８は、実施例３に係るガス成分濃度分布測定装置の概略図である。図９は、煙道に配置した送光筒の回転の様子を示す模式図である。なお、実施例１及び２の部材と重複する部材については、同一符号を付して重複する説明は省略する。
前述の実施例では、開口部１２ｃが常に軸心を向いていたが、本実施例では、開口部１２ｃが常に下方(鉛直軸方向側下方)に位置するようにしている。

【0058】

図８に示すように、本実施例では、対向する一対の円環部３１，３１と、この円環部３１内を回動自在とする３辺３２ａ〜３２ｃからなるトライアングル支持部３２と、トライアングル支持部３２の一辺３２ａに支持され、レーザ光１１を通過する第１の送光筒１２Ａと、第１の送光筒１２Ａ側のレーザ進行方向の端部側でレーザ光１１を反射する反射部（図示せず）と、第１の送光筒１２Ａに一体に支持され、反射部で反射されたレーザ光１１を送光させると共に、その下面側の一部が所定距離区切られ、煙道１０３の計測場に晒される計測領域Ｌを有する第２の送光筒１２Ｂと、を具備している。

【0059】

そして、煙道１０３の外部から第１の送光筒１２Ａ内にレーザ光１１を出射させるレーザ発光部１３と、計測領域Ｌを通過した第２の送光筒１２Ｂを送光するレーザ光１１を、煙道１０３の外部で受光し、レーザ光１１の光強度を検出するレーザ受光部１４とを備えているが、図８では省略している。

【0060】

また、円環部３１、３１は３本の支持棒３４ａ〜３４ｃにより連結され、この連結部により連結された円環部３１、３１を図１で示したのと同様なクランク部２１で支持し、クランク部２１の軸部を中心として回転させる回動部により、回動部を中心として所定距離を持って回転するようにしている。

【0061】

そして、燃焼排ガス１０２のガス成分濃度を計測する際、回動部の回転により、クランク部２１に設けた送光筒１２が、前記軸部から所定距離離れた領域を回転することにより、各回転箇所における所定間隔を持った計測領域Ｌにおける燃焼排ガス中のガス組成の濃度をレーザ光の吸収により測定するようにしている。

【0062】

本実施例では、円環部３１、３１内を回転自在なトライアングル支持部３２は回転部３３を介して、任意に回転自在とすると共に、第２の送光筒１２Ｂの下面側に設けた錘３５により、常に第２の送光筒１２Ｂが鉛直軸方向下方側に位置されることとなる。

【0063】

この結果、図９に示すように、第２の送光筒１２Ｂの開口部１２ｃは常に鉛直軸方向下部に開口を位置することとなり、排ガス１０２中の煤塵の影響を受けることが無くなる。

【符号の説明】

【0064】

１０Ａ〜１０Ｃ ガス成分濃度分布測定装置
１１ レーザ光
１２ 送光筒
１２ａ レーザ発光端部
１２ｂ レーザ受光端部
１３ レーザ発光部
１４ レーザ受光部
２１ クランク部
２２ クランク状支持体
１００ ボイラ装置
１０１ ボイラ
１０２ 燃焼排ガス（排ガス）
１０３ 煙道
１０４ アンモニア注入装置
１０５ 脱硝装置
１０６ 脱硝触媒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】