JPH0580043A - 燃焼排ガス中の未燃炭化水素分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃焼排ガス中に含まれる可燃性の未燃炭化水素
を効率よく連続的に分析することができる燃焼排ガス中
の未燃炭化水素分析装置を提供すること。 【構成】燃焼排ガス中に含まれる可燃性未燃物質を酸化
させる酸化手段13を備えた第１サンプルガスラインＡ
と、前記可燃性未燃物質のうちの特定の未燃炭化水素を
分離する分離手段32および前記特定の未燃炭化水素が分
離された残りの可燃性未燃物質を酸化させる酸化手段42
を備えた第２サンプルガスラインＢと、前記両サンプル
ガスラインＡ，Ｂの下流側に設けられ、両サンプルガス
ラインＡ，Ｂをそれぞれ経た燃焼排ガスＧが導入され、
差量ガス濃度測定を行うガス分析計68とから構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラなどから排出さ
れる燃焼排ガス中に含まれる可燃性の未燃炭化水素を分
析する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラなどにおける燃焼のメカニズムは
完全には明確になってないのが現状である。従って、燃
焼の解析のために、ボイラなどから排出される燃焼排ガ
ス中に存在する可燃性の未燃炭化水素を分析しようとす
ると、未燃炭化水素の状態が気体状であったり、液体状
であったり、また、その種類や濃度が多種多様であるこ
とが多い。そのため、前記可燃性の未燃炭化水素を分析
することは従来行われておらず、その一部のガス状物質
については、全炭化水素としてＦＩＡ法などで測定が行
われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
ボイラなどの燃焼管理などのために、燃焼排ガス中に含
まれる可燃性の未燃炭化水素を分析できるようにするこ
とが要望されている。

【０００４】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、燃焼排ガス中に含ま
れる可燃性の未燃炭化水素を効率よく連続的に分析する
ことができる燃焼排ガス中の未燃炭化水素分析装置を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る燃焼排ガス中の未燃炭化水素分析装置
は、燃焼排ガス中に含まれる可燃性未燃物質を酸化させ
る酸化手段を備えた第１サンプルガスラインと、前記可
燃性未燃物質のうちの特定の未燃炭化水素を分離する分
離手段および前記特定の未燃炭化水素が分離された残り
の可燃性未燃物質を酸化させる酸化手段を備えた第２サ
ンプルガスラインと、前記両サンプルガスラインの下流
側に設けられ、両サンプルガスラインをそれぞれ経た燃
焼排ガスが導入され、差量ガス濃度測定を行うガス分析
計とから構成されている。

【０００６】

【作用】前記構成よりなる燃焼排ガス中の未燃炭化水素
分析装置においては、例えばボイラから排出された燃焼
排ガスは、第１サンプルガスラインと第２ガスラインと
に分かれて導入される。第１サンプルガスラインに導入
された燃焼排ガスは、これに含まれる可燃性未燃物質が
所定の温度に加熱された酸化手段によってＣＯ₂ に変換
された後、差量ガス濃度測定を行うガス分析計に導入さ
れる。一方、第２サンプルガスラインに導入された燃焼
排ガスは、これに含まれる可燃性未燃物質のうちの特定
の未燃炭化水素が分離手段によって分離された後、残り
の可燃性未燃物質が所定の温度に加熱された酸化手段に
よってＣＯ₂に変換された後、前記ガス分析計に送られ
る。

【０００７】前記ガス分析計においては、第１サンプル
ガスラインおよび第２サンプルガスラインからそれぞれ
導入された燃焼排ガスにおけるＣＯ₂ の濃度差が測定さ
れ、このＣＯ₂ の濃度差から前記特定の未燃炭化水素が
分析される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【０００９】図１は、本発明に係る燃焼排ガス中の未燃
炭化水素分析装置（以下、単に分析装置と言う）の構成
の概略を示す図で、この図において、１は燃焼排ガスＧ
が流れる煙道（図外）の内部に臨むようにして設けら
れ、燃焼排ガスを採取するためのサンプリングプローブ
ユニット、２はこのサンプリングプローブユニット１に
連なり、採取された燃焼排ガスＧを適宜前処理する前処
理ユニット、３はこの前処理ユニット２を経た燃焼排ガ
スＧを分析する分析ユニット、４はこの分析ユニット３
からの出力信号を処理すると共に、分析装置全体を制御
する演算制御ユニットである。これらの各ユニット１〜
４の構成は次の通りである。

【００１０】図２は、前記サンプリングプローブユニッ
ト１の構成例を示すもので、この図において、５は煙道
内にほぼ垂直に突設されたプローブ管で、このプローブ
管５の先端には、煙道内を流れる燃焼排ガスＧの一部を
採取するためのガス採取口６が下向きでかつ斜めに開設
されると共に、内部には、除塵用のフィルタ７、ミキシ
ング室８、二重管９がこの順に設けられている。

【００１１】前記ミキシング室８は、図３に示すよう
に、比較的大径で容量が大きい空洞部10と、この空洞部
10に比べてかなり狭い狭隘部11とが交互に適宜数形成さ
れたミキシングユニット12を複数個連設してなるもので
あり、プローブ管５内に採取された燃焼排ガスＧを十分
に攪拌混合するものであり、これによって、煙道内を流
れる燃焼排ガスＧにおけるベースガス（この場合は、Ｃ
Ｏ₂ ）の濃度の立ち上がりに急激な変動があっても、こ
の変動を緩和する。

【００１２】前記二重管９は、図２に示すように、ハニ
カム状または格子状に形成された酸化手段としてのＰｔ
を用いた酸化触媒13を備えた内管14と、この内管14に対
して同心円的かつこれを外套するように配置された外管
15とからなる。以下、内管14およびこれに連なるガス流
路を第１サンプルガスラインＡと言い、また、外管15お
よびこれに連なるガス流路を第２サンプルガスラインＢ
と言う。そして、後述の説明から理解されるように、第
１サンプルガスラインＡはリファレンスラインとして機
能し、第２サンプルガスラインＢはサンプルラインとし
て機能する。

【００１３】前記二重管９を通過することにより、ガス
採取口６から採取された燃焼排ガスＧには、次のような
変化が生ずる。すなわち、内管14（第１サンプルガスラ
インＡ）内を通過する燃焼排ガスＧにおいては、それに
含まれる可燃性未燃物質（例えばＨＣ成分）が酸化触媒
13によってＣＯ₂ に変換されるが、外管15（第２サンプ
ルガスラインＢ）内を通過する燃焼排ガスＧにおいて
は、それに含まれる可燃性未燃物質が変化することはな
い。

【００１４】そして、前記プローブ管５の二重管９が位
置する外部には、熱電対16, 17を備えた一次ヒータ18、
二次ヒータ19が巻設されると共に、断熱材20が設けられ
ている。21はプローブ管５を保持するハウジングで、そ
の基部は煙道の内壁に取り付けられており、図示する例
においては、一次ヒータ18までを覆うように二重管９の
先端部の先まで延設されている。

【００１５】上述のように構成されたサンプリングプロ
ーブユニット１は、二重管９の下流側が煙道外に導出さ
れており、内管14、外管15にそれぞれ連なるガス導出口
22,23は、図１に示すように、ヒータ24, 25を外周に巻
設してなる連結管26, 27を介して前処理ユニット２に設
けられたガス導入口28, 29にそれぞれ接続されている。

【００１６】図４は、前記前処理ユニット２の構成例を
示すもので、この図において、30,31はガス導入口28, 2
9にそれぞれ連なるガス流路で、これらのガス流路30, 3
1は、それぞれ互いに独立して、特定の未燃炭化水素
（この場合、高沸点のＨＣ成分）を分離する分離手段と
しての電子冷却器32に接続されている。33はこの電子冷
却器32に連なる水封トラップで、ガス流路30, 31にそれ
ぞれ連なるドレン流路34, 35の端部が水封されている。
また、36, 37はドレン流路34, 35からそれぞれ分岐した
流路38, 39の端部に設けられ、大気と連なるトラップで
ある。

【００１７】40, 41は前記電子冷却器32の下流側に設け
られるガス流路で、第２サンプルガスラインＢ側のガス
流路41には、前記特定の未燃炭化水素が分離された残り
の可燃性未燃物質を酸化させる酸化手段としてのＰｔを
用いた酸化触媒42と、この酸化触媒42と加熱配管43を介
して接続される冷却用の電子冷却器44とが設けられてい
る。45はこの電子冷却器44に連なる水封トラップで、ガ
ス流路41に連なるドレン流路46の端部が水封されてい
る。また、47はドレン流路46から分岐した流路48の端部
に設けられ、大気と連なるトラップである。

【００１８】また、第１サンプルガスラインＡのガス流
路40には、第１サンプルガスラインＡと第２サンプルガ
スラインＢとにおける容積を互いに等しくするためのバ
ッファ容器49が設けられている。このようにすることに
より、両サンプルガスラインＡ，Ｂ間に生じる時間ズレ
による誤差が小さくなる。

【００１９】50は図外のパージガス源に接続されるパー
ジガス導入口で、これに連なるガス流路51には、流量制
御弁52、開閉弁53が設けられると共に、パージガス導出
口54が接続され、さらに、このパージガス導出口54は、
図１に示すように、連結管55を介してサンプリングプロ
ーブユニット１のパージガス導入口56と接続されてい
る。従って、サンプリングプローブユニット１を所定の
パージガスによって適宜パージすることができる。ま
た、57はドレン排出口で、ドレン流路58, 59を介して水
封トラップ33, 45と接続されている。

【００２０】上述のように構成された前処理ユニット２
における第１サンプルガスラインＡ、第２サンプルガス
ラインＢの下流側には、それぞれガス導出口60, 61が設
けられており、これらのガス導出口60, 61は、図１に示
すように、ヒータ62, 63を外周に巻設してなる連結管6
4, 65を介して分析ユニット３に設けられたガス導入口6
6, 67にそれぞれ接続されている。

【００２１】前記分析ユニット３には、図１に示すよう
に、２つのガス分析計68, 69が設けられている。これら
のガス分析計68, 69はいずれも、１セル１光源タイプの
非分散型流体変調方式に形成してあり、一方のガス分析
計68は、差量ガスの濃度測定を行うのに用いられ、ま
た、他方のガス分析計69は、ベースＣＯ₂ の濃度測定を
行うのに用いられる（このガス分析計69を設ける理由に
ついては後述する）。

【００２２】図５は、差量ガスの濃度測定を行うガス分
析計68の構成例を示し、この図において、70は例えば赤
外光を発する光源、71はガス導入口72, ガス導出口73を
備えると共に、両端部が赤外光透過性の窓74, 75で閉塞
されたセル、76はコンデンサマイクロフォン型の検出器
で、これらの光源70、セル71および検出器76は、この順
に、光学的直列な関係に配置されている。

【００２３】77はガス切替え装置で、第１サンプルガス
ラインＡからの燃焼排ガスＧおよび第２サンプルガスラ
インＢからの燃焼排ガスＧを一定周期で切り替えて、セ
ル71に対して交互に供給するものである。このガス切替
え装置77は、例えばロータリバルブよりなり、そのハウ
ジング78内には、矢印方向に回転する切替え弁体79が設
けられると共に、ハウジング78には、２つのガス導入口
80, 81と２つのガス導出口82, 83が開設されている。

【００２４】そして、一つのガス導入口80には、ガス導
入口66に連なるガス流路84が接続され、他のガス導入口
81には、前記ガス導入口67に連なるガス流路85が接続さ
れている。また、一つのガス導出口82には、セル71のガ
ス導入口72に連なるガス流路86が接続され、他のガス導
出口83には、ガス分析計69へのガス切替え装置96（後述
する）に連なるガス流路87が接続されている。なお、セ
ル71のガス導出口73は、詳細に図示してないが、ガス流
路87に接続され、ガス切替え装置96によってセル90（後
述する）に再度導入される。

【００２５】また、図６は、ベースＣＯ₂ の濃度測定を
行うガス分析計69の構成例を示し、この図において、89
は例えば赤外光を発する光源、90はガス導入口91および
ガス導出口92を備えると共に、両端部が赤外光透過性の
窓93, 94で閉塞されたセル、95はコンデンサマイクロフ
ォン型の検出器で、これらの光源89、セル90および検出
器95は、この順に、光学的直列な関係に配置されてい
る。

【００２６】96はガス切替え装置で、前記ガス切替え装
置77においてセル71に対して供給されない側のガスおよ
びセル71を通過したガスと比較ガスとしてのエアーとを
一定周期で切替えてセル90に対して交互に供給するもの
である。このガス切替え装置96は、例えばロータリバル
ブよりなり、そのハウジング97内には、矢印方向に回転
する切替え弁体98が設けられると共に、ハウジング97に
は、２つのガス導入口99,100と２つのガス導出口101, 1
02とが開設されている。

【００２７】そして、一つのガス導入口99には、前記ガ
ス切替え装置77のガス導出口83およびセル71のガス導出
口73に連なるガス流路87が接続され、他のガス導入口 1
00には、エアー導入口103（図１参照）に連なるガス流
路 104が接続されている。また、一つのガス導出口 101
には、セル90のガス導入口91に連なるガス流路 105が接
続され、他のガス導出口 102は、ガス排出口88に接続さ
れている。なお、セル90のガス導出口92もガス排出口88
に接続されている。

【００２８】上述の説明および図５，図６から容易に理
解されるように、差量ガスの濃度測定を行うガス分析計
68とベースＣＯ₂ の濃度測定を行うガス分析計69とは、
その構成が全く同一である。そして、上記構成の分析ユ
ニット３によれば、一方のガス分析計68からは差量ガス
の濃度を示す出力信号ａが出力され、また、他方のガス
分析計69からはベースＣＯ₂ の濃度を示す出力信号ｂが
出力され、これらは前記演算制御ユニット４に入力され
る。

【００２９】ところで、前記差量ガスの濃度を示す出力
信号ａは、同一の差量濃度であっても、図７に示すよう
に、ベースＣＯ₂ の濃度の影響を受け、ベースＣＯ₂ の
濃度が大きくなるほどその影響を大きく受ける。そこ
で、図８に示すような、ベースＣＯ₂ の濃度（％）に対
する補正係数を、前記出力信号ａに乗じ、出力信号ａを
補正するのである。図９は、ベースＣＯ₂ の濃度と前記
補正後の出力信号との関係を示すもので、この図から、
上述のように、ベースＣＯ₂ の濃度によって定められる
補正係数を前記出力信号ａに乗ずることによって、ベー
スＣＯ₂ の影響を受けない正確な差量ガスの濃度が得ら
れることが理解される。

【００３０】従って、前記出力信号ａ，ｂを演算制御ユ
ニット４に入力することにより、所定の演算が行われ、
演算制御ユニット４からは正しい差量ガスの濃度を表す
信号が出力されるのである。

【００３１】次に、上記構成の分析装置の動作について
説明する。煙道内を流れる燃焼排ガスＧの一部が図外の
ポンプによって、ガス採取口６からプローブ５内に導入
される。プローブ５内に導入された燃焼排ガスＧは、フ
ィルタ７を経てミキシング室８を通過するが、その際、
十分に攪拌混合される。その後、このミキシング室８を
経た燃焼排ガスＧは、内管14と外管15とに分かれて導入
される。

【００３２】前記内管14に導入された燃焼排ガスＧは、
これに含まれるＨＣ成分など可燃性未燃物質が所定の温
度に加熱された酸化触媒13によってＣＯ₂ に変換された
後、電子冷却器32を含む第１サンプルガスラインＡを経
て分析ユニット３に送られる。一方、前記外管15に導入
された燃焼排ガスＧは、電子冷却器32を含む第２サンプ
ルガスラインＢを経て分析ユニット３に送られるが、電
子冷却器32を通過する際、可燃性未燃物質のうちのＨＣ
成分が分離された後、残りの可燃性未燃物質が酸化触媒
42によってＣＯ₂ に変換された後、分析ユニット３に送
られる。

【００３３】そして、第１サンプルガスラインＡを経た
燃焼排ガスＧと第２サンプルガスラインＢ経た燃焼排ガ
スＧは、分析ユニット３内のガス切替え装置77によって
一定周期で切り替えられて、差量ガスの濃度測定を行う
ガス分析計68のセル71に対して交互に供給される。これ
によって、両サンプルガスラインＡ，Ｂを経た燃焼排ガ
スＧに含まれるＣＯ₂ の濃度差が測定され、その出力信
号ａが出力される。

【００３４】一方、前記ガス切替え装置77においてセル
71に対して供給されない側のガスおよびセル71を通過し
たガスと比較ガスとしてのエアーは、分析ユニット３内
のガス切替え装置96によって一定周期で切り替えられ
て、ベースＣＯ₂ の濃度測定を行うガス分析計69のセル
90に対して交互に供給される。これによって、ベースＣ
Ｏ₂ の濃度が測定され、その出力信号ｂが出力される。

【００３５】そして、既に説明してあるように、ＣＯ₂
の差量濃度を表す出力信号ａは、ベースＣＯ₂ の濃度を
表す出力信号ｂの影響を受けているから、これらの信号
ａ，ｂを演算制御ユニット４に入力することにより、所
定の演算が行われ、演算制御ユニット４からは正しい差
量ガスの濃度を表す信号が出力されるのである。

【００３６】上記実施例によれば、煙道に突設されるプ
ローブ管５内にミキシング室８を設けているので、プロ
ーブ管５内に採取された燃焼排ガスＧが十分に攪拌混合
され、煙道内を流れる燃焼排ガスＧにおけるベースＣＯ
₂ の濃度の立ち上がりに急激な変動があっても、この変
動を緩和できるといった利点がある。

【００３７】そして、リファレンスラインとして機能す
る第１サンプルガスラインＡのガス流路40には、サンプ
ルラインとして機能する第２サンプルガスラインＢとの
容積を互いに等しくするためのバッファ容器49を設けて
いるので、両サンプルガスラインＡ，Ｂ間に生じる時間
ズレにより誤差が小さくできるといった利点がある。

【００３８】また、ベースとなるＣＯ₂ の濃度をも測定
し、この濃度を考慮に入れてＣＯ₂ の差量濃度を表す出
力信号ａを補正するようにしているので、より正確な濃
度測定が行なえるといった利点がある。

【００３９】本発明は、上記実施例に限られるものでな
く、例えばミキシング室８として、内部に複数のフィン
を適宜の間隔をおいて立設したものを用いてもよい。ま
た、電子冷却器32に代えて、ステンレス鋼などの金属か
らなるメッシュ状物、あるいは、アルミナ、グラスウー
ル、モレキュラーシーブ（商品名）などの多孔物質より
なるスクラバーを分離手段として用いてもよい。そし
て、ガス分析計68, 69として、２セル２光源タイプの非
分散型流体変調方式のものや、チョッパを用いて変調す
る方式のものを用いてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ボイラなどから排出される燃焼排ガスを連続的に採取す
ることができるので、燃焼排ガス中に含まれる可燃性の
未燃炭化水素を効率よく連続的に分析することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼排ガス中の未燃炭化水素分析
装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【図２】サンプリングプローブユニットの構成例を示す
断面図である。

【図３】ミキシング室の構成例を示す断面図である。

【図４】前処理ユニットの構成例を示す系統図である。

【図５】差量ガスの濃度測定を行うガス分析計の構成例
を示す図である。

【図６】ベースＣＯ₂ の濃度測定を行うガス分析計の構
成例を示す図である。

【図７】差量ガスの濃度測定を行うガス分析計における
ベースＣＯ₂ の濃度と差量ガスの濃度との関係を示す図
である。

【図８】ベースＣＯ₂ の濃度と補正係数との関係を示す
図である。

【図９】ベースＣＯ₂ の濃度と補正後の差量ガスの濃度
との関係を示す図である。

【符号の説明】

13, 42…酸化手段、32…分離手段、68…差量ガス濃度測
定を行うガス分析計、Ａ…第１サンプルガスライン、Ｂ
…第２サンプルガスライン、Ｇ…燃焼排ガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 貝本 恵司 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 山崎 啓 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 広本 昌彦 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 山田 毅 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 藤原 雅彦 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼排ガス中に含まれる可燃性未燃物質
   を酸化させる酸化手段を備えた第１サンプルガスライン
   と、前記可燃性未燃物質のうちの特定の未燃炭化水素を
   分離する分離手段および前記特定の未燃炭化水素が分離
   された残りの可燃性未燃物質を酸化させる酸化手段を備
   えた第２サンプルガスラインと、前記両サンプルガスラ
   インの下流側に設けられ、両サンプルガスラインをそれ
   ぞれ経た燃焼排ガスが導入され、差量ガス濃度測定を行
   うガス分析計とから構成されたことを特徴とする燃焼排
   ガス中の未燃炭化水素分析装置。