[发明专利]多成分用激光式气体分析计

说明书

本发明提供一种用一台装置同时、高速、高精度、高灵敏度、高稳定性地对O₂气体浓度和CO气体浓度进行测定的激光式气体分析计。提出一种多成分用激光式气体分析计，宽频带受光元件在某个期间内接受经由带发光部孔抛物柱面镜的贯通孔和宽频带聚焦透镜的第一检测光，并且，宽频带受光元件在其它期间内接受经由带发光部孔抛物柱面镜和宽频带聚焦透镜的第二检测光，基于在不同期间内从宽频带受光元件所接受到的第一、第二检测信号来分别单独地对O₂气体浓度和CO气体浓度进行测定。

技术领域

本发明涉及对空间内的各种测定对象气体的有无、浓度进行分析的多成分用激光式气体分析计。

背景技术

激光式气体分析计例如在石油化工厂的加热处理、火力发电等中用于对高温燃烧气体的燃烧状态的监控。燃烧状态的参数通常是排气成分中的O₂(氧气)气体浓度和CO(一氧化碳)气体浓度。参照附图对这点进行说明。图5是表示燃烧器内的空气过剩率与气体浓度之间的关系的特性图。此外，作为后述的专利文献1的图2而公开了该图5。通过该特性图可知以下的情况。

(a)随着空气过剩率的增大、即氧气的增多，燃烧所未使用的氧气增加，O₂气体浓度也会提高。进而剩余的氧气对氮气进行氧化，从而NOx气体浓度也会提高。这样，能通过监视O₂气体浓度来判定空气过剩。

(b)相反地，随着空气过剩率减小、即氧气减少，成为不完全燃烧，CO气体浓度提高。进而，燃烧所未使用的燃料(烃类)增加，燃料的气体浓度也会提高。这样，能通过监视CO浓度来判定空气不足。

因此，通过对排气中的O₂气体浓度和CO气体浓度进行监视，来实现一边维持完全燃烧状态一边使过剩空气变得最小的最合适的燃烧控制。另外，实现能量损耗较小的高效的燃烧。除此以外，还会减轻作为环境污染物质的Nox气体的排出。

接着，对排气中的多成分气体分析的现有技术进行说明。例如，已知专利文献1、2所记载的发明、非专利文献1所公开的技术。对各文献的内容进行概括，并参照附图来对这些现有技术进行说明。

作为现有技术1，已知有专利文献1所记载的发明。图6是包含使用了现有技术的激光的燃烧气体分析装置的燃烧系统的整体结构图。燃烧系统100在围栏/壁101内具有燃烧器102、103。将空气及燃料提供给这些燃烧器102、103。来自燃烧器120、103的火焰104、105对管道106内的碳化氢进行加热。

燃烧气体分析装置具有包含可调谐二极管激光器(以下表述为TDL)107、109及检测器108、110的两组TDL分析系统。这两组TDL分析系统对一氧化碳(CO)、气相的水(H₂O)以及气相的碳化氢(例如包含甲烷(CH₄))进行测定。另外，燃烧气体分析装置包含氧化锆传感器111、112。氧化锆传感器111、112对氧气(O₂)进行测定。

利用光学性测定即TDL分光来进行该气体分析。在TDL分光中，在与CO、H₂O及碳化氢(CH₄等)有关的各个吸收峰值的波长下对激光进行吸收。所吸收的光的量用通过其它方式进行检测、测定的气体浓度、压力、温度及光学性路径长度的函数来表示。按照以下(1)～(4)的顺序来进行该气体分析。

(1)单体的可调谐二极管激光器照射出波长被调节至2.0～2.5μm的范围内的光。该光通过燃烧气体而射入至光检测器。光检测器生成燃烧气体的吸收分布。

(2)将燃烧气体的吸收分布进行数字化。

(3)数字计算机对数字化后的吸收分布进行保存。

(4)数字计算机对数字化后的吸收分布进行处理，从而对燃烧气体中的CO、H₂O及碳化氢(CH₄等)的浓度进行测定。