特許 7436393 腐食防止装置及び腐食防止方法

(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】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】腐食防止装置及び腐食防止方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/33 20060101AFI20240214BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

G01N21/33

F23J15/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020569526

(86)(22)【出願日】2020-01-21

(86)【国際出願番号】 JP2020001853

(87)【国際公開番号】W WO2020158497

(87)【国際公開日】2020-08-06

【審査請求日】2022-12-14

(31)【優先権主張番号】P 2019016804

(32)【優先日】2019-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】横山 和也

(72)【発明者】

【氏名】中條 晃伸

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１４４５０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００３－５１１６９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０

Ｇ０１Ｊ ３／００－Ｇ０１Ｊ ４／０４

Ｇ０１Ｊ ７／００－Ｇ０１Ｊ ９／０４

Ｃ０３Ｂ ５／４２－Ｃ０３Ｂ ５／４４

Ｆ２３Ｊ １３／００－Ｆ２３Ｊ ９９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼対象物の燃焼によって生じた第１の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第１の光源部と、
前記燃焼対象物の燃焼によって生じた第２の測定対象の吸収スペクトルであり且つ前記第１の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第２の光源部と、
腐食抑制剤から生成した第３の測定対象の吸収スペクトルであり且つ第１及び第２の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第３の光源部と、
前記第１の光源部から出射された照射光を受光する第１の受光部と、
前記第２の光源部から出射された照射光を受光する第２の受光部と、
前記第３の光源部から出射された照射光を受光する第３の受光部と、
前記腐食抑制剤を供給する腐食抑制剤供給部と、
前記第１の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ１及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ２に基づいて、前記燃焼対象物を燃焼した燃焼ガス中の前記第１の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出するとともに、前記第３の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ３及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ２に基づいて、前記燃焼ガス中の前記第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記第１及び第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率に基づいて前記腐食抑制剤供給部から供給される前記腐食抑制剤の供給量を制御する供給量制御部と、
を備えた腐食防止装置。

【請求項2】

前記腐食抑制剤供給部は、前記第１の測定対象と反応する前記腐食抑制剤を前記燃焼ガスに供給する、請求項１に記載の腐食防止装置。

【請求項3】

前記第３の測定対象は前記腐食抑制剤から生成し、前記第３の光源部から出射される照射光は、前記腐食抑制剤から生成した前記第３の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光である、請求項１又は２に記載の腐食防止装置。

【請求項4】

燃焼対象物の燃焼によって生じた第１の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光、前記燃焼対象物の燃焼によって生じた第２の測定対象の吸収スペクトルであり且つ前記第１の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光、及び、腐食抑制剤から生成した第３の測定対象の吸収スペクトルであり且つ第１及び第２の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を、前記燃焼対象物を燃焼した燃焼ガスに向けて、各々発光ダイオードを備えた第１の光源部、第２の光源部、及び、第３の光源部から照射し、
前記第１の光源部から出射された照射光、前記第２の光源部から出射された照射光、及び、第３の光源部から出射された照射光を、各々第１の受光部、第２の受光部、及び、第３の受光部で受光し、
前記第１の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ１及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ２に基づいて前記第１の測定対象の、吸光度及び／又は透過率を算出するとともに、前記第３の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ３及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ２に基づいて、前記燃焼ガス中の前記第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出部によって算出し、
前記算出部によって算出された前記第１及び第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率に基づいて前記第１の測定対象と反応する前記腐食抑制剤の供給量を制御し、前記腐食抑制剤を供給する、腐食防止方法。

【請求項5】

前記腐食抑制剤を前記燃焼ガスに供給する、請求項４に記載の腐食防止方法。

【請求項6】

前記第３の測定対象は前記腐食抑制剤から生成し、前記第３の光源部から出射される照射光は、前記腐食抑制剤から生成した前記第３の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光である、請求項４又は５に記載の腐食防止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二以上の物質を含む混合物中の物質の濃度を測定可能な腐食防止装置及び腐食防止方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、燃料確保のため、建設廃材系木質材料及び木質系材料以外のバイオマス燃料や、廃タイヤや廃プラスチック等の廃棄物燃料を用いた発電需要が高まっている。このような発電機構においては、例えば、燃焼対象物を燃焼すると共に飽和蒸気を生成する燃焼炉と、燃焼炉に接続され当該燃焼炉で生じる飽和蒸気を、燃焼炉で生成した燃焼ガスを用いて過熱し発電に利用するための過熱器と、を備えるボイラーを用いた技術が一例に挙げられる。

【0003】

一方、今後石油資源やバイオマス燃料自体の枯渇により、低品位なバイオマス燃料等を用いる事態が多いに予測される。しかし、低品位なバイオマス燃料や廃棄物燃料には、例えば、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ成分などの不純物が多く含まれている。このように、アルカリ成分等の不純物を含む低品位な燃料を用いると、循環材の流動不良や発電設備内における熱交換機などの装置内にて灰付着によって熱交換効率が低下したり、燃料の燃焼によって生じたアルカリ塩によって装置内が腐食するおそれがある。このような問題を改善するための技術としては、例えば、煙道ガス内の有毒ガスの濃度を分光測光により測定するための方法及び装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２００３－５１１６９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の技術のように、一般的な紫外吸光光度分析では、キセノンランプや水銀ランプなどの高圧ランプが白色光源として使用されている。しかし、これら高圧ランプは寿命が短く、また、高圧ランプは発光強度の安定性が低いという問題がある。このため、光源寿命が長く、また、発光強度に優れた発光ダイオード（light emitting diode: LED）を用いることが考えられる。ここで、ＬＥＤは発光スペクトルの波長幅が狭く、単色光であるため、測定対象の吸収スペクトルに応じた波長の光源を選択することとなる。しかし、測定対象の吸収波長帯と同様の吸収波長帯をもつ物質が混在していると、単色のＬＥＤを用いた技術では、測定対象による光吸収と混在物による光吸収との分離ができないため、測定対象の濃度を正確に測定することができない。

【0006】

本発明は、上述の課題を解決すべく、光源寿命が長く、且つ、同様の吸収波長を有する二以上の物質を含む混合物中の物質の吸光度及び／又は透過率を測定することが可能な腐食防止装置及び腐食防止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】

すなわち、本発明は、以下に示す通りである。
＜１＞ 燃焼対象物の燃焼によって生じた第１の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第１の光源部と、
前記燃焼対象物の燃焼によって生じた第２の測定対象の吸収スペクトルであり且つ前記第１の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第２の光源部と、
前記第１の光源部から出射された照射光を受光する第１の受光部と、
前記第２の光源部から出射された照射光を受光する第２の受光部と、
前記第１の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_１及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_２に基づいて、前記燃焼対象物を燃焼した燃焼ガス中の前記第１の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出する算出部と、
を備えた腐食防止装置。
＜２＞ 前記第１の測定対象と反応する腐食抑制剤を前記燃焼ガスに供給する腐食抑制剤供給部と、前記腐食抑制剤供給部から供給される前記腐食抑制剤の供給量を制御する供給量制御部と、を備えた前記＜１＞に記載の腐食防止装置。
＜３＞ 前記供給量制御部は、前記算出部によって算出された前記第１の測定対象の吸光度及び／又は透過率に基づいて前記腐食抑制剤の供給量を制御する前記＜２＞に記載の腐食防止装置。
＜４＞ さらに、前記腐食抑制剤から生成した第３の測定対象の吸収スペクトルであり且つ第１及び第２の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第３の光源部と、前記第３の光源部から出射された照射光を受光する第３の受光部と、を備え、
前記算出部は、前記第３の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_３及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_２に基づいて、前記燃焼ガス中の前記第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出し、
前記供給量制御部は、前記算出部によって算出された前記第１及び第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率に基づいて前記腐食抑制剤の供給量を制御する前記＜２＞に記載の腐食防止装置。
＜５＞ 燃焼対象物の燃焼によって生じた第１の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光、及び、前記燃焼対象物の燃焼によって生じた第２の測定対象の吸収スペクトルであり且つ前記第１の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を、前記燃焼対象物を燃焼した燃焼ガスに向けて、各々発光ダイオードを備えた第１の光源部又は第２の光源部から照射し、
前記第１の光源部から出射された照射光、及び、前記第２の光源部から出射された照射光を、各々第１の受光部又は第２の受光部で受光し、
前記第１の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_１及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_２に基づいて前記第１の測定対象の、吸光度及び／又は透過率を算出部によって算出する、腐食防止方法。
＜６＞ 前記算出部によって算出された前記第１の測定対象の吸光度及び／又は透過率に基づいて前記第１の測定対象と反応する腐食抑制剤の供給量を制御し、前記腐食抑制剤を前記燃焼ガスに供給する、前記＜５＞に記載の腐食防止方法。
＜７＞ さらに、前記腐食抑制剤から生成した第３の測定対象の吸収スペクトルであり且つ第１及び第２の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を、前記燃焼ガスに向けて、発光ダイオードを備えた第３の光源部から出射し、
前記第３の光源部から出射された照射光を第３の受光部で受光し、
前記第３の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_３及び前記第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_２に基づいて前記第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率を前記算出部によって算出し、
前記算出部によって算出された前記第１及び第３の測定対象の吸光度及び／又は透過率に基づいて前記第１の測定対象と反応する腐食抑制剤の供給量を制御し、前記腐食抑制剤を前記燃焼ガスに供給する前記＜６＞に記載の腐食防止方法。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、光源寿命が長く、且つ、同様の吸収波長を有する二以上の物質を含む混合物中の物質の吸光度及び／又は透過率を測定することが可能な腐食防止装置及び腐食防止方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施の形態を示す概略図である。

【図2】第１の実施の形態における計測ユニットの構成を説明するための概略図である。

【図3】本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。

【図4】第２の実施の形態における計測ユニットの一態様を示す概略図である。

【図5】第２の実施の形態における計測ユニットの他の態様を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。

【0011】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態における腐食防止装置を備えた燃焼設備について図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す概略図である。

【0012】

図１に示すように、燃焼設備１０は、燃焼対象物が供給され、炉内にて前記燃焼対象物を燃焼する燃焼炉２０と、燃焼対象物を燃焼した燃焼ガス中の各成分を測定する計測ユニット３０と、燃焼炉２０で生じた燃焼ガスとの熱交換によって過熱される過熱器４０と、を備えている。また、燃焼炉２０には、炉内に燃焼対象物を供給する燃焼対象物供給器２２が備えられている。計測ユニット３０には、燃焼ガスに腐食抑制剤を供給する腐食抑制剤供給装置３１が備えられ、さらに、燃焼設備１０には計測ユニット３０及び腐食抑制剤供給装置３１のそれぞれに電気的に接続された制御ユニット５０が備えられている。本実施形態においては、計測ユニット３０と腐食抑制剤供給装置３１と制御ユニット５０とが腐食防止装置としての役割を果たす。なお、図１において、太矢印は燃焼ガスの流れ方向を示す。また、以下の各図において一点鎖線は電気信号の経路を示す。

【0013】

燃焼設備１０は、特に限定されるものではないが、燃焼炉２０で生成した燃焼ガスと過熱器４０との熱交換によって蒸気を過熱し発電に利用する所謂ボイラーを例に挙げることができる。また、燃焼設備１０は、特に限定されるものではないが、主に火力発電事業用に使用される、貫流ボイラー、循環ボイラー、排熱回収ボイラーのほか、産業用で使用される循環流動層ボイラー（ＣＦＢ）、流動床ボイラー（ＢＦＢ）、などいずれであってもよい。

【0014】

図１に示すように燃焼炉２０は、例えば縦長の筒状に構成され、燃焼対象物供給器２２から供給される燃焼対象物を炉内にて燃焼する。燃焼対象物としては、可燃物であれば特に限定はないが、例えば、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ塩を含むバイオマス燃料や、鉛や亜鉛等の重金属を含む廃棄物燃料を用いることができる。

【0015】

燃焼対象物供給器２２から燃焼炉２０に供給された燃焼対象物が燃焼されると、炉内に燃焼ガスが生成される。また、図示を省略するが、燃焼炉２０の炉壁には水管を設置することができ、水管を燃焼炉２０内の燃焼ガスに曝すことで飽和蒸気を生成することができる。燃焼ガスには、燃焼対象物の燃焼によって生成した第１の測定対象と第２の測定対象とが含まれる。第１の測定対象と第２の測定対象は異なる物質であり、第２の測定対象は、第１の測定対象と同様の波長帯に吸収スペクトルを有すると共に、第１の測定対象とは異なる波長帯に独自の吸収スペクトルを有する。例えば、第１の測定対象としては、バイオマス燃料の燃焼によって生じるＫＣｌ、ＮａＣｌや、廃棄物燃料の燃焼によって生じるＺｎＣｌ_２等の低融点の溶融塩が挙げられる。第２の測定対象は、例えば、燃焼によって生じる炭燃焼灰（フライアッシュ（飛灰）、ボトムアッシュ（炉底灰））などの固形粒子が挙げられる。燃焼炉２０にて生成した燃焼ガスは、第１の測定対象と第２の測定対象とを含んだまま計測ユニット３０に送られる。

【0016】

計測ユニット３０は、燃焼ガス内における第１の測定対象の濃度を計測するための装置である。計測ユニット３０において、燃焼ガス中の第１及び第２の測定対象に対応する透過光強度Ｉ_１及びＩ_２が計測される。計測ユニット３０における測定対象の濃度の計測には、吸光光度分析法が用いられ、例えば紫外吸光光度分析法が利用される。本実施形態の計測ユニット３０について図２を用いて説明する。図２は、第１の実施の形態における計測ユニットの構成を説明するための概略図である。図２において、細矢印は発光ダイオードから照射される光の軌道を示し、太矢印は燃焼ガスの流れ方向を示す。

【0017】

図２に示すように計測ユニット３０には、発光器３２と、分光計３４と、が備えられている。また、計測ユニット３０には、燃焼炉２０から送られた燃焼ガスの流路３９が設けられており、流路３９を流れる燃焼ガス中の第１及び第２の測定対象の濃度が測定可能なように構成されている。なお、図１においては、計測ユニット３０に対し紙面左方から右方に向けて燃焼ガスが送られるように示されているが、図２においては、説明のため、燃焼ガスの流れ方向が紙面下方から上方となるように計測ユニット３０を示す。

【0018】

発光器３２には、第１の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた光源部３２Ａと、第２の測定対象の吸収スペクトルであり且つ前記第１の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた光源部３２Ｂとが備えられる。計測ユニット３０は、流路３９を流れる燃焼ガスに向けて、各光源部から吸収波長帯の異なる照射光を出射する。

【0019】

上述のように光源部３２Ａ及び３２Ｂには発光ダイオードが備えられる。本実施形態においては、燃焼ガス中の第１及び第２の測定対象の測定において、従来から用いられているキセノンランプや水銀ランプなどの高圧ランプに代えて発光ダイオードを用いるため、高圧ランプを用いた場合に比して、光源寿命が長い。また、光源強度の安定性に優れるため、より正確に測定対象の濃度を測定することができる。本実施形態に用いられる発光ダイオードは、測定対象の吸収スペクトルに応じた波長のものを適宜選定することができる。なお、例えば、燃焼ガスに第１及び第２の測定対象以外のその他の物質が含まれる場合、光源部３２Ｂから出射される光３６Ｂの吸収波長帯は、その他の物質の吸収スペクトルを避けて設定されることが好ましい。

【0020】

分光計３４には、光源部３２Ａから出射された照射光を受光する受光部３４Ａと、光源部３２Ｂから出射された照射光を受光する受光部３４Ｂと、が備えられる。分光計３４は、発光器３２から照射され燃焼ガスを透過した光を受光するフォトダイオードを備えた装置であり、透過光強度モニタとして機能する。図２に示すように、各光源部から出射された光３６Ａ及び光３６Ｂは、流路３９にて燃焼ガスを透過し、それぞれに対応する受光部３４Ａ及び受光部３４Ｂにて受光される。このため、分光計３４では、各光源部に応じた吸収波長域の光の透過光強度を測定することができる。

【0021】

図２に示すように、計測ユニット３０にはビームスプリッター３７が備えられており、発光器３２から出射された光３６Ａ及び光３６Ｂの一部が紙面下方に向けて反射するように構成されている。ビームスプリッター３７にて反射した光３７Ａ及び光３７Ｂは、光源強度監視用のフォトダイオード３８に受光される。フォトダイオード３８は、各光源部から出射された光を受光できるように複数の受光部（図示省略）を有する。計測ユニット３０において、ビームスプリッター３７は発光器３２から照射される光が燃焼ガスに到達する前に反射されるように設置されており、フォトダイオード３８によって発光器３２に備えられた各光源部の光源強度をモニタリングできるように構成されている。なお、発光器３２の光源強度のモニタリングは、フォトダイオード３８で受光した光の強度に基づいて光源強度のふらつきや各光源部の劣化による強度低下を測定し、これらの測定値に基づいてあらかじめ設定された各発光ダイオードに対応する光源強度を補正するように構成してもよい。

【0022】

図２に示されるように、発光器３２、分光計３４及びフォトダイオード３８は、制御ユニット５０と電気的に接続されている。発光器３２から出射された光が分光計３４によって受光されると、電気信号が制御ユニット５０に送信され、制御ユニット５０において、受光部３４Ａで受光した照射光の透過光強度Ｉ_１及び受光部３４Ｂで受光した照射光の透過光強度Ｉ_２が検出される。さらに、発光器３２から出射された光がフォトダイオード３８によって受光されることで、電気信号が制御ユニット５０に送信され、光源部３２Ａ及び光源部３２Ｂの各光源強度Ｉ_０１及び光源強度Ｉ_０２が検出される。

【0023】

次に、図１に示すように、制御ユニット５０は、算出部５２と供給量制御部５４とを備えるＣＰＵ等の装置である。算出部５２は、計測ユニット３０によって計測された透過光強度や光源強度、すなわち、受光部３４Ａで受光した照射光の透過光強度Ｉ_１及び受光部３４Ｂで受光した照射光の透過光強度Ｉ_２に基づいて第１の測定対象及び第２の測定対象の吸光度及び透過率を算出する。本実施形態においては、当該値に基づいて第１の測定対象の濃度が算出される。なお、図１等においては、制御ユニット５０内に算出部５２と供給量制御部５４とが示されているが、これら独立した装置である必要はなく、一つのＣＰＵにおいて各役割を果たすように構成することができる。

【0024】

算出部５２における第１の測定対象の濃度の算出方法について具体的に説明する。まず、算出部５２は、ランベルト・ベールの法則（Ａ＝－ｌｏｇ_１０（Ｉ_ｘ／Ｉ_０ｘ）＝ＥＣｌ＝εｃｌ［Ａ：吸光度、Ｉ_０ｘ：第ｘの光源部の光源強度、Ｉ_ｘ：第ｘの受光部が受光した透過光強度、Ｅ：比吸光度、Ｃ：第ｘの光源部が出射した光の吸収スペクトルを有する物質の質量対容量パーセント濃度、ε：モル吸光係数、ｘ：第ｘの光源部が出射した光の吸収スペクトルを有する物質のモル濃度、ｌ：光が透過する長さ（光路長））］等を用いて、燃焼ガス中の光源部３２Ａが出射した光の吸収スペクトルを有する物質の濃度Ｘ１を算出する。ここで、第１の測定対象のみならず、フライアッシュ等の第２の測定対象は、光源部３２Ａから出射される光の吸収波長帯に吸収スペクトルを有する。このため、濃度Ｘ１には第２の測定対象の濃度が影響しており、濃度Ｘ１は燃焼ガス中における第１の測定対象と第２の測定対象との総濃度となる。次に、燃焼ガス中の光源部３２Ｂが出射した光の吸収スペクトルを有する物質の濃度Ｘ２を算出する。ここで、燃焼ガス中において光源部３２Ｂが出射した光の吸収スペクトルを有する物質はフライアッシュ等の第２の測定対象となるため、濃度Ｘ２は燃焼ガス中における第２の測定対象の濃度となる。このため、濃度Ｘ１から濃度Ｘ２を除することで、第２の測定対象の影響を排除して、第１の測定対象の濃度を算出することができる。なお、上述のように、Ｉ_０ｘとしては、フォトダイオード３８によってモニタリングされた光源強度Ｉ_０１及び光源強度Ｉ_０２が用いられ、Ｉ_ｘとしては、分光計２４によってモニタリングされた透過光強度Ｉ_１及び透過光強度Ｉ_２が用いられる。ただし、算出部５２における濃度の算出方法は上述の例に限定されるものではない。

【0025】

次に、図１に示すように、計測ユニット３０には、燃焼ガスに腐食抑制剤を供給する腐食抑制剤供給装置３１が備えられている。腐食抑制剤は、第１の測定対象と反応することによって、第１の測定対象の濃度を低下させる物質である。腐食抑制剤は、第１の測定対象と化学的に反応して酸化還元反応等により第１の測定対象を別の化合物とする働きを有する物質を用いることができる。このような腐食抑制剤としては、例えば、燃焼対象物がＫＣｌ等を含むバイオマス燃料の場合には、硫安（（ＮＨ_４）ＳＯ_４）、硫酸アルミ（Ａｌ_４（ＳＯ_４）_３）、硫黄（Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ Ｓｕｌｐｈｕｒ）等の硫黄成分が挙げられる。また、腐食抑制剤としては、第１の測定対象に物理的に吸着して第１の測定対象自体の濃度を低下させることができる微粒子などを用いてもよい。

【0026】

腐食抑制剤供給装置３１は制御ユニット５０における供給量制御部５４と電気的に結合されている。腐食抑制剤供給装置３１は制御ユニット５０によってコントロールされており、制御ユニット５０の供給量制御部５４によって供給のタイミングや腐食抑制剤の供給量が制御されている。本実施形態において制御ユニット５０は、算出部５２によって算出された燃焼ガス中の第１の測定対象の濃度に基づき、供給量制御部５４によって腐食抑制剤供給装置３１から供給される腐食抑制剤の供給量が第１の測定対象の存在量に対して適切になるように制御する。特に限定されるものではないが、制御ユニット５０は、第１の測定対象の存在量に対して腐食抑制剤の存在量が過不足ないように、燃焼ガス中の腐食抑制剤の供給量を制御することができる。

【0027】

計測ユニット３０において燃焼ガス中に腐食抑制剤が供給されると、燃焼ガス中の第１の測定対象の濃度が低下する。本実施形態においては、第１の測定対象の濃度が低下された燃焼ガスを、計測ユニット３０から過熱器４０に送るように構成されている。過熱器４０内には図示を省略する蒸気管が設置される。蒸気管内には燃焼炉２０の熱によって生成された飽和蒸気が流通しており、燃焼ガスと過熱器４０との熱交換により飽和蒸気が過熱される。過熱器４０から排出された燃焼ガスは、過熱器４０の下段に設置された各設備（下流側装置）に送られる。また、過熱器４０により過熱された飽和蒸気は、例えば、発電タービンの駆動などに用いることができる。

【0028】

以上のように、本実施形態においては、燃焼対象物を燃焼炉２０で燃焼し、前記燃焼対象物の燃焼によって生じた第１の測定対象の吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光、及び、前記燃焼対象物の燃焼によって生じた第２の測定対象の吸収スペクトルであり且つ第１の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を、燃焼対象物を燃焼した燃焼ガスに向けて、各々発光ダイオードを備えた光源部３２Ａ及び光源部３２Ｂから照射し、各光源部から出射された照射光を、各々受光部３４Ａ又は受光部３４Ｂで受光し、これら各受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_１及び透過光強度Ｉ_２に基づいて、第１の測定対象及び第２の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出部によって算出することができ、当該値に基づいて第１の測定対象の濃度を算出することができる。このように、本実施の形態においては、複数の光源部に発光ダイオードを用いることで、光源寿命が長く、且つ、同様の吸収波長を有する二以上の物質を含む混合物中の物質の吸光度、透過率や濃度を測定することが可能な腐食防止装置及び腐食防止方法を提供することができる。また、発光ダイオードは、光源強度の安定性に優れるため、第１の測定対象の吸光度、透過率や濃度をより正確に算出することができる。

【0029】

また、本実施形態においては、算出部５２によって算出された第１の測定対象の濃度に基づいて腐食抑制剤の供給量を制御し、腐食抑制剤を燃焼ガスに供給する。このため、燃焼ガス中の第１の測定対象の存在量に対して適切な量の腐食抑制剤を供給することができるため、第１の測定対象の濃度を効果的に低減し、第１の測定対象による燃焼設備１０内の各装置内の腐食を効果的に抑制することができる。

【0030】

なお、本実施形態においては、第１の測定対象及び第２の測定対象の吸光度及び／又は透過率を算出し、当該値から第１の測定対象の濃度を算出する態様について説明したが、本発明は当該態様に限定されるものではなく、第１の測定対象の濃度を算出することなく、算出部５２において第１の測定対象の吸光度及び／又は透過率のみを算出し、当該値に基づいて後の工程を施す態様であってもよい。

【0031】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態における腐食防止装置を備えた燃焼設備について図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。本実施形態においては、燃焼対象物として第１の測定対象としてＫＣｌを含むバイオマス燃料を用い、また、腐食抑制剤として硫黄成分を用い、且つ、燃焼炉として循環流動層ボイラー（ＣＦＢ）を備えた燃焼設備を例に説明する。

【0032】

図３に示すように、燃焼設備１００は、バイオマス燃料が供給され、炉内にてバイオマス燃料を燃焼する燃焼炉１２０と、バイオマス燃料を燃焼した燃焼ガスから固形分を分離するサイクロン１３０と、燃焼ガス中の各成分を測定する計測ユニット１４０と、燃焼ガスとの熱交換によって過熱される過熱器１５０と、を備えている。また、燃焼炉１２０には、炉内にバイオマス燃料を供給する燃料供給器１２２が備えられている。計測ユニット１４０には、燃焼ガスに硫黄成分を供給する腐食抑制剤供給装置１４８が備えられており、燃焼設備１００には、さらに、計測ユニット１４０及び腐食抑制剤供給装置１４８のそれぞれに電気的に接続された制御ユニット５０が備えられている。本実施形態においては、計測ユニット１４０と制御ユニット５０とが腐食防止装置としての役割を果たす。

【0033】

燃焼炉１２０は、縦長の筒状に構成され、燃料供給器１２２から供給されるバイオマス燃料を炉内にて燃焼する。燃焼炉１２０は、バイオマス燃料を流動層で流動させながら燃焼する流動層炉である。また、燃焼炉１２０は、後述するようにサイクロン１３０によって所定粒径以上の固形分が戻される循環流動層炉である。燃焼炉１２０内の温度は特に限定されないが、燃焼ガスの温度を８００～１０００℃程度となるように設定することができる。

【0034】

燃料供給器１２２から燃焼炉１２０に供給されたバイオマス燃料が燃焼されると、燃焼ガスが生成される。また、図示を省略するが、燃焼炉１２０の炉壁には水管を設置することができ、水管を燃焼炉１２０内の燃焼ガスに曝すことで飽和蒸気を生成することができる。また、バイオマス燃料の燃焼により、燃焼ガスには第１の測定対象であるＫＣｌが含まれると共に、当該燃焼によって生成した飛灰（フライアッシュ）が含まれる。本実施形態では、フライアッシュが第２の測定対象となる。また、本実施形態においては、燃焼ガス中には、ＫＣｌ及びフラッシュアッシュの他に、ＮａＣｌや、後述する硫黄成分に含まれるＳＯ_２が含まれている。燃焼炉１２０にて生成した燃焼ガスは、これらＫＣｌやフライアッシュ等の成分を含んだままサイクロン１３０に送られる。

【0035】

サイクロン１３０は、燃焼炉１２０から排出される所定の粒径以上の固形分を、燃焼ガスから分離して燃焼炉１２０に戻す固気分離装置である。サイクロン１３０は、燃焼ガスから所定の粒径以上の固形分を分離して燃焼炉１２０内に戻すと共に、これら固形分が分離された燃焼ガスを後段の計測ユニット１４０に送る。サイクロン１３０による固形分の選別粒径は、特に限定されないが、例えば、約２０μｍに設定することができる。

【0036】

計測ユニット１４０は、燃焼ガス内におけるＫＣｌの吸光度及び透過率を算出し、当該値に基づいてその濃度を計測するための装置である。計測ユニット１４０において、燃焼ガス中のＫＣｌ（第１の測定対象）及びフライアッシュ（第２の測定対象）に対応する透過光強度Ｉ_１及びＩ_２が計測される。本実施形態において、計測ユニット１４０における測定対象の濃度の計測には、紫外吸光光度分析法が利用される。本実施形態の計測ユニット１４０について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施の形態における計測ユニットの一態様を示す概略図である。

【0037】

図４に示すように計測ユニット１４０には、サイクロン１３０から供給され燃焼ガスが流通する本管１４１と外部計測部１４２とが備えられており、本管１４１内を流通する燃焼ガスの一部がガス管１４１Ａを介して外部計測部１４２に流通するように構成されている。外部計測部１４２内には、発光器１４４と分光計１４６とが備えられており、発光器１４４と分光計１４６との間を紙面左方から右方に向かって燃焼ガスが流通する。外部計測部１４２から排出された燃焼ガスは、ガス管１４１Ｂを介して本管１４１に戻される。

【0038】

外部計測部１４２の紙面上方には発光器１４４が設置される。図示を省略するが、発光器１４４には、ＫＣｌの吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第１の光源部と、フライアッシュの吸収スペクトルであり且つ前記ＫＣｌの吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第２の光源部とが備えられている。ここで、燃焼ガスに含まれる各成分の吸収スペクトルのピークは、ＫＣｌが２５０ｎｍ付近、ＮａＣｌが２４０ｎｍ付近、ＳＯ_２が２２０ｎｍ付近及び２９０ｎｍ付近となる。一方、フライアッシュは吸収スペクトルの波長帯は広く、ＫＣｌ等の吸収スペクトルの波長帯にも吸収を有する。このため、本実施形態では、第１の光源部においてはＫＣｌの吸収スペクトルに対応する約２５０ｎｍの波長を有する発光ダイオードを用い、また第２の光源部においては約４００ｎｍの波長を有する発光ダイオードを用いている。このように、第２の光源部の発光ダイオードの波長を第２の測定対象であるフライアッシュ以外の成分から影響を受けにくい４００ｎｍ付近に設定することで、より正確に燃焼ガス中のフラッシュアッシュの吸光度及び透過率、並びに、濃度を算出することができる。

【0039】

外部計測部１４２の紙面下方には分光計１４６が設置される。図示を省略するが、分光計１４６には、第１の光源部から出射された波長２５０ｎｍの照射光を受光する第１の受光部と、第２の光源部から出射された波長４００ｎｍの照射光を受光する受光部とが備えられている。第１の実施形態と同様に、各光源部から出射された照射光は、燃焼ガスを透過し、それぞれに対応する受光部にて受光される。

【0040】

また、図示を省略するが、外部計測部１４２には、発光器１４４から照射される光が燃焼ガスに到達する前に反射されるようにビームスプリッターが備えられており、発光器１４４から出射された照射光一部を反射させて、光源強度監視用のフォトダイオードにより受光するように構成されている。本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、当該フォトダイオードによって発光器１４４の光源強度が検出される。

【0041】

図３に示すように外部計測部１４２は、制御ユニット５０と電気的に接続されている。発光器１４４から出射された光が分光計１４６によって受光されると、電気信号が制御ユニット５０に送信され、制御ユニット５０において、第１の受光部で受光した波長２５０ｎｍの照射光の透過光強度Ｉ_１及び第２の受光部で受光した波長４００ｎｍの照射光の透過光強度Ｉ_２が検出される。さらに、発光器１４４から出射された光がフォトダイオードによって受光されることで、電気信号が制御ユニット５０に送信され、第１及び第２の光源部の各光源強度Ｉ_０１及び光源強度Ｉ_０２が検出される。

【0042】

なお、本実施形態においては、外部計測部１４２を過熱器１５０の前段に位置する本管１４１に外部計測部１４２を設置して燃焼ガス中の成分の濃度を測定する方式を採用しているが、外部計測部１４２に設置箇所はこれに限定されることなく、例えば、燃焼炉１２０等所望に応じて適宜選定することができる。ランベルト・ベールの法則で示されるように、光路長が長くなるとそれに応じて透過率が低下する。このため、本実施形態のように外部計測部１４２を用いると、外部計測部１４２のサイズに応じて光路長（発光器１４４と分光計１４６との距離）を一定にできるため、当該計測部が設置される炉や管のサイズに影響されることなく同条件で透過光強度Ｉ_１や透過光強度Ｉ_２を検出することができる。

【0043】

本実施形態において制御ユニット５０は、算出部５２と供給量制御部５４とを備えており、第１の実施形態と同様に、計測ユニット１４０によって計測された透過光強度Ｉ_１及び透過光強度Ｉ_２に基づいて第１の測定対象であるＫＣｌの吸光度及び透過率を算出し、当該値に基づいてその濃度を算出する。

【0044】

計測ユニット１４０には、燃焼ガスに硫黄成分を供給する腐食抑制剤供給装置１４８が備えられている。硫黄成分には、例えば、硫安（（ＮＨ_４）ＳＯ_４）、硫酸アルミ（Ａｌ_４（ＳＯ_４）_３）、硫黄（Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ Ｓｕｌｐｈｕｒ）等から選択される少なくとも一種が含まれる。下記式に示すように、硫黄成分は、ＫＣｌと反応して無害なＫ_２ＳＯ_４を生成し、ＫＣｌの濃度を低下させることができる。
２ＫＣｌ＋ＳＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｏ_２ → Ｋ_２ＳＯ_４＋２ＨＣｌ
２ＫＣｌ＋ＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ→ Ｋ_２ＳＯ_４＋２ＨＣｌ

【0045】

図３に示すように、腐食抑制剤供給装置１４８は制御ユニット５０における供給量制御部５４と電気的に結合されている。腐食抑制剤供給装置１４８は制御ユニット５０によってコントロールされており、腐食抑制剤供給装置１４８から供給される硫黄成分の供給量は供給量制御部５４によって制御される。制御ユニット５０は、算出部５２によって算出された燃焼ガス中のＫＣｌの濃度に基づき、供給量制御部５４によって腐食抑制剤供給装置１４８から供給される硫黄成分の供給量がＫＣｌの存在量に対して適切になるように制御する。特に限定されるものではないが、制御ユニット５０は、ＫＣｌの存在量に対して硫黄成分の存在量が過不足ないように、燃焼ガス中の硫黄成分の供給量を制御することができる。

【0046】

腐食抑制剤供給装置１４８によって燃焼ガス中に硫黄成分が供給されると、燃焼ガス中のＫＣｌの濃度を低下させることができる。本実施形態においては、ＫＣｌの濃度が低下された燃焼ガスが、計測ユニット１４０から過熱器１５０に送られるように構成されている。過熱器１５０内には、第１の実施形態と同様に、図示を省略する配管が設置されており、管内に燃焼炉１２０の熱によって生成された飽和蒸気が流通しており、燃焼ガスと過熱器１５０との熱交換により飽和蒸気が過熱される。過熱器１５０から排出された燃焼ガスは、過熱器１５０の下流に設置された各設備（下流側装置）に送られる。また、過熱器１５０により過熱された飽和蒸気は、例えば、発電タービンの駆動などに用いることができる。

【0047】

ここで、ＫＣｌは融点が約７８０℃であるため、過熱器１５０と燃焼ガスとの熱交換の際に、ＫＣｌ自体が過熱器１５０の内壁等に付着し、これら装置の腐食の原因となる。さらにＫＣｌガスの付着は、フライアッシュの付着を促す。フライアッシュの付着は過熱器１５０において熱交換効率の低減の原因になる。燃焼設備１００は、このような低品位なバイオマス燃料に含まれる成分による影響を低減させるために、硫黄成分の供給によって燃焼ガス中のＫＣｌの濃度を低下させる。これにより、腐食抑制剤供給装置１４８よりも後段に位置する過熱器１５０等がＫＣｌによって腐食したり、ＫＣｌの存在によってフライアッシュが過熱器１５０内で付着して熱交換効率が低下するのを抑制することができる。特に過熱器１５０内においては燃焼ガスの温度が熱交換によって低下するため、ＫＣｌが凝集しやすいことから、腐食抑制剤をサイクロン１３０と過熱器１５０との間の段階で供給することが好ましい。

【0048】

以上のように、本実施形態においては、ＫＣｌを含むバイオマス燃料を燃焼炉１２０で燃焼し、ＫＣｌの吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光、及び、前記バイオマス燃料の燃焼によって生じたフライアッシュの吸収スペクトルであり且つＫＣｌの吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を、バイオマス燃料を燃焼した燃焼ガスに向けて、各々発光ダイオードを備えた光源部から照射し、各光源部から出射された照射光を、各々受光部で受光し、これら各受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_１及び透過光強度Ｉ_２に基づいて、ＫＣｌの吸光度及び透過率を算出し、当該値に基づいてその濃度を算出部によって算出することができる。このように、本実施の形態においては、複数の光源部に発光ダイオードを用いることで、光源寿命が長く、且つ、同様の吸収波長を有する二以上の物質を含む混合物中の物質の濃度を測定することが可能な腐食防止装置及び腐食防止方法を提供することができる。また、発光ダイオードは、光源強度の安定性に優れるため、ＫＣｌの吸光度、透過率、及び、濃度をより正確に算出することができる。

【0049】

また、本実施形態においては、算出部５２によって算出されたＫＣｌの濃度に基づいて硫黄成分の供給量を制御し、硫黄成分を燃焼ガスに供給する。このため、燃焼ガス中のＫＣｌの存在量に対して適切な量の硫黄成分を供給することができるため、ＫＣｌの濃度を効果的に低減し、ＫＣｌによる燃焼設備１００内の各装置内の腐食を効果的に抑制することができる。

【0050】

なお、本実施形態においても、ＫＣｌ及びフライアッシュの吸光度及び／又は透過率を算出し、当該値からＫＣｌの濃度を算出する態様について説明したが、本発明は当該態様に限定されるものではなく、ＫＣｌの濃度を算出することなく、算出部５２においてＫＣｌの吸光度及び／又は透過率のみを算出し、当該値に基づいて後の工程を施す態様であってもよい。

【0051】

（その他の態様）
第２の実施の形態においては、外部計測部１４２を備えた計測ユニット１４０を用いた態様について説明したが、計測ユニットとして、図５に示すような構造を有する計測ユニット１６０を用いてもよい。図５は、第２の実施の形態における計測ユニットの他の態様を示す概略図である。

【0052】

図５に示すように計測ユニット１６０は、サイクロン１３０から供給され燃焼ガスが流通する本管１４１を備えており、本管１４１内に発光器１６２と分光計１６４とが設置されている。本管１４１内においては、紙面左方から右方に向かって燃焼ガスが流通する。また、本管１４１の管内は、発光器１６２と分光計１６４とによって燃焼ガスの流路がせばめられている。このように発光器１６２と分光計１６４との間を狭めることで、簡便な構成で計測ユニット１６０における光路長（発光器１４４と分光計１４６との距離）を短くすることができる。このように、計測ユニット１６０における光路長を測定対象となるボイラー中のガスの種類や濃度に適した長さに適宜調整することで燃焼ガス中の各成分の濃度の測定精度を高めることができる。

【0053】

また、上述の各実施形態においては、第１及び第２の光源部を用い、算出部によって算出された第１の測定対象の濃度に基づいて腐食抑制剤を供給する構成としたが、本発明はこれら態様に限定されず、例えば、３種の光源部を用いることも可能である。例えば、第１及び２の光源部等に加えて、さらに、腐食抑制剤から生成した第３の測定対象の吸収スペクトルであり且つ第１及び第２の測定対象の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを含む吸収波長帯の照射光を出射する発光ダイオードを備えた第３の光源部と、第３の光源部から出射された照射光を受光する第３の受光部と、設置することができる。このような態様においては、算出部が、第３の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_３及び第２の受光部で受光した照射光の透過光強度Ｉ_２に基づいて燃焼ガス中の第３の測定対象の吸光度及び透過率を算出し、当該値に基づいてその濃度を算出し、供給量制御部が、算出部によって算出された第１及び第３の測定対象の吸光度又は透過率、或いは、当該値に基づいて算出された濃度に基づいて前記腐食抑制剤の供給量を制御するように構成することができる。

【0054】

このような例としては、例えば、燃焼対象物としてバイオマス燃料を用い、第１の測定対象をＫＣｌ、第２の測定対象をフライアッシュ、第３の測定対象を硫黄成分から生成されるＳＯ_２とし、第１の光源部においてはＫＣｌの吸収スペクトルに対応する約２５０ｎｍの波長を有する発光ダイオードを用い、また第２の光源部においては約４００ｎｍの波長を有する発光ダイオードを用い、第３の光源部においてはＳＯ_２の吸収スペクトルに対応する約２９０ｎｍの波長を有する発光ダイオードを用いる態様が挙げられる。当該態様によると、腐食抑制剤として供給される硫黄成分から発生するＳＯ_２の吸光度及び透過率を算出し、当該値に基づいてその濃度を算出することができるため、ＳＯ_２の濃度に基づいて供給量制御部において硫黄成分が過剰に供給されたと判断した場合に硫黄成分の供給量を低下させ、より適正な量の腐食抑制剤を提供することができる。

【0055】

上述の発明の実施形態を通じて説明された実施の態様は、用途に応じて適宜組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができる。また、本発明は上述の実施形態の記載に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0056】

１０，１００…燃焼設備、２０，１２０…燃焼炉、２２…燃焼対象物供給器、３０，１４０…計測ユニット、３１，１４８…腐食抑制剤供給装置、３２，１４４，１６２…発光器、３２Ａ，３２Ｂ…光源部、３４，１４６，１６４…分光計、３４Ａ，３４Ｂ…受光部、３７…ビームスプリッター、３８…フォトダイオード、４０，１５０…過熱器、５０…制御ユニット、５２…算出部、５４…供給量制御部、１２２…燃料供給器、１３０…サイクロン、１４１…本管、１４２…外部計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】