JP2003126832A

JP2003126832A - 石炭灰の処理装置及び計測装置

Info

Publication number: JP2003126832A
Application number: JP2001288739A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kuromi; 吉雄黒見; Hiroyuki Iwabuchi; 宏之岩渕; Seiichi Terakura; 誠一寺倉; Masaru Ishibashi; 勝石橋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-05-07

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間の計測等が可能な未燃炭素分計測装置
と、この計測信号に基づいて未燃炭素分離装置の分離能
を制御する石炭灰の処理装置とを提供する。【解決手段】空胴共振器２２を用いてサンプル石炭灰
の複素誘電率を求め、この複素誘電率と、物性既知の石
炭灰を用いて求めた複素誘電率と未燃炭素分率の関数式
とから、未燃炭素分率を求める。また、空胴共振器及び
導波管を用いてサンプル石炭灰の複素誘電率及びマイク
ロ波の位相差を求め、これらと、物性既知の石炭灰を用
いて求めた複素誘電率及び位相差と未燃炭素分率の関数
式とから、未燃炭素分率を求める。また、導波管を用い
てマイクロ波の位相差及び強度差を求め、これらと、物
性既知の石炭灰を用いて求めた位相差及び強度差と未燃
炭素分率の関数式とから、未燃炭素分率を求める。そし
て、これらの計測装置の計測信号に基づき、運転制御装
置によって未燃炭素分離装置の分離能を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石炭灰の処理装置及
び計測装置に関し、石炭焚火力発電所などにおけるボイ
ラの燃焼管理システムや石炭灰の品質管理装置などにお
いて石炭灰中の未燃炭素分率を計測し、また、この計測
信号に基づいて未燃炭素分離装置の分離能を制御する場
合に適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚火力発電所におけるボイラの燃焼
管理システムでは、ボイラから排出された石炭灰中の未
燃炭素分率を計測することにより、ボイラの燃焼状態を
モニタすることができる。この場合、石炭灰中の未燃炭
素分率が多ければボイラの燃焼状態は悪く、未燃炭素分
率が少なければボイラの燃焼状態は良好であると判断す
ることができる。また、石炭灰はセメントの混和剤（粘
土成分）として利用されるが、この場合、石炭灰中の未
燃炭素分率が多いと混和剤として利用できないため、石
炭灰中の未燃炭素分率を計測して石炭灰の品質管理を行
う必要がある。

【０００３】そして、従来の石炭灰中未燃炭素分計測方
法としては特開平８−１９３３５６号公報などで紹介さ
れている「燃焼重量法」と「マイクロ波位相信号＋重量
計測法」とがある。これらは次のようなものである。

【０００４】重量計測法：石炭灰を当該量（数十μｇ〜
数ｇ）サンプリングして石炭灰の重量（ｗ₀）を計測す
る。次に、この石炭灰を炉に入れて石炭灰中の未燃炭素
分を燃焼した後、再び石炭灰の重量（ｗ₁）を計測す
る。そして、石炭灰の減少重量（Δｗ＝ｗ₀−ｗ₁）を
未燃炭素分として、未燃炭素分率（Ｃｗｔ％＝Δω／ω
₀）を導出する。

【０００５】マイクロ波位相信号＋重量計測法：導波管
内に石炭灰を数ｇ充填し、この石炭灰にマイクロ波を照
射してその位相差信号Δφを計測する。次いで石炭灰の
サンプル重量（充填嵩密度）（ω）を計測する。そし
て、この計測値（Δφ，ω）から求めたΔφ／ωと、予
め求めておいたΔφ／ω−Ｃｗｔ％検量線とから、未燃
炭素分率（Ｃｗｔ％）を導出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
重量計測法では燃焼操作に時間を要するため、オンライ
ン計測に対応できない。また、マイクロ波位相信号＋重
量計測法では重量計測を行う必要があるため、装置構成
や計測手順が煩雑なものとなり、また、装置の設置場所
についても、振動が少ないこと等の制限を生じる。ま
た、重量計測のために完全閉鎖系の計測系とすることが
できず、重量計測の際に石炭灰が周囲に飛散してしまう
という問題点もあった。

【０００７】また、石炭灰に含まれる未燃炭素の量を低
減するには未燃炭素分離装置によって石炭灰から未燃炭
素を分離する必要があるが、この分離性能を高めるため
には未燃炭素分率の計測信号に基づいて未燃炭素分離装
置の分離能を制御することが有効である。

【０００８】従って、本発明は上記の事情に鑑み、短時
間で計測することができ、特別な設置場所の制限もな
く、しかも、完全閉鎖系の計測系を実現することができ
る石炭灰中未燃炭素分計測装置を提供すること、及び、
この計測装置の計測信号に基づいて未燃炭素分離装置の
分離能を制御する石炭灰の処理装置を提供することを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の石炭灰の処理装置は、石炭灰から未燃炭素を分離
する未燃炭素分離装置と、石炭灰中未燃炭素分計測装置
と、運転制御装置とを備えた石炭灰の処理装置であっ
て、前記石炭灰中未燃炭素分計測装置は、サンプリング
管と、このサンプリング管内に充填した物質の複数の誘
電率に関連する物性値を計測できる単一又は複数の誘電
率計測器を備え、サンプリング管にサンプル石炭灰を充
填した状態で、この単一又は複数の誘電率計測器によっ
て複数の誘電率に関連する物性値を求めて、このサンプ
ル石炭灰の複数の誘電率に関連する物性値と、予め物性
既知の石炭灰を用いて求めた複数の誘電率に関連する物
性値と未燃炭素分率の関係とから、サンプル石炭灰中の
未燃炭素分率を求めるように構成するとともに、前記運
転制御装置では、この石炭灰中未燃炭素分計測装置の未
燃炭素分率計測信号と所定の未燃炭素分率設定値とに基
づいて分離能制御信号を出力し、前記未燃炭素分離装置
では、この分離能制御信号に基づいて石炭灰中の未燃炭
素分率が前記未燃炭素分率設定値以下となるように未燃
炭素の分離能を調整するように構成したことを特徴とす
る。この場合、未燃炭素分離装置としては図１０に示す
ような静電向流ベルト式のものや図１１に示すようなサ
イクロン式のものが望ましいが、これに限らず、他の方
式のものでもよい。

【００１０】また、第２発明の石炭灰の処理装置は、第
１発明の石炭灰の処理装置において、前記石炭灰中未燃
炭素分計測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手
段と、空胴共振器と、この空胴共振器を貫通するサンプ
リング管とを備え、マイクロ波発信手段から周波数を変
えて順次マイクロ波を発信し、これらのマイクロ波を空
胴共振器に導入して、サンプリング管にサンプル石炭灰
を充填した状態で、共振器内にマイクロ波の共振状態を
形成せしめた後、信号計測手段で受信してマイクロ波の
信号強度に関する周波数スペクトルを求め、この周波数
スペクトルを電磁場解析することによりサンプル石炭灰
の複素誘電率を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電
率と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率
と未燃炭素分率の関数式とから、サンプル石炭灰中の未
燃炭素分率を求めるように構成したことを特徴とする。

【００１１】また、第３発明の石炭灰の処理装置は、第
１発明の石炭灰の処理装置において、前記石炭灰中未燃
炭素分計測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手
段と、空胴共振器と、導波管と、これらの空胴共振器及
び導波管を貫通するサンプリング管とを備え、マイクロ
波発信手段から周波数を変えて順次マイクロ波を発信
し、これらのマイクロ波を空胴共振器に導入して、サン
プリング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、共振器
内にマイクロ波の共振状態を形成せしめた後、信号計測
手段で受信してマイクロ波の信号強度に関する周波数ス
ペクトルを求め、この周波数スペクトルを電磁場解析す
ることによりサンプル石炭灰の複素誘電率を求めるとと
もに、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波
を発信し、このマイクロ波を導波管に導入して、サンプ
リング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波管に
マイクロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサ
ンプル石炭灰により生じるマイクロ波の位相差を求め
て、このサンプル石炭灰の複素誘電率及びマイクロ波の
位相差と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘
電率及びマイクロ波の位相差と未燃炭素分率の関数式と
から、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように
構成したことを特徴とする。

【００１２】また、第４発明の石炭灰の処理装置は、第
１発明の石炭灰の処理装置において、前記石炭灰中未燃
炭素分計測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手
段と、導波管と、この導波管を貫通するサンプリング管
とを備え、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイク
ロ波を発信し、このマイクロ波を導波管に導入して、サ
ンプリング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波
管にマイクロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信し
てサンプル石炭灰により生じるマイクロ波の位相差及び
強度差を求めて、このマイクロ波の位相差及び強度差
と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めたマイクロ波の
位相差及び強度差と未燃炭素分率の関数式とから、サン
プル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したこ
とを特徴とする。

【００１３】また、第５発明の石炭灰の処理装置は、第
１，第２，第３又は第４発明の石炭灰の処理装置におい
て、前記未燃炭素分離装置は、隙間を隔てて対向配置し
た電極と、この電極の隙間を通って循環移動する有孔の
無端ベルトとを備え、電極に電圧を印加して電極の隙間
に電界を形成し、且つ、電極の隙間に位置する無端ベル
トのベルト部分が前記電界に直交して互いに反対方向に
移動することにより、電極の隙間に投入した石炭灰の粒
子を表面接触により帯電させて同石炭灰から未燃炭素を
分離するように構成したことを特徴とする。即ち、ここ
では未燃炭素分離装置として静電向流ベルト式のもの
（図１０参照）を備えている。

【００１４】また、第６発明の石炭灰の処理装置は、第
５発明の石炭灰の処理装置において、前記分離能制御信
号は電圧制御信号、電極間距離制御信号、灰投入量制御
信号又は灰スライド速度制御信号の何れか一つ又は複数
とし、この制御信号に基づいて、前記未燃炭素分離装置
では電極の印加電圧、電極の隙間の間隔、電極の隙間に
投入する石炭灰の投入量、又は、無端ベルトの移動速度
の何れか一つ又は複数を調整して、未燃炭素の分離能を
調整することを特徴とする。

【００１５】また、第７発明の石炭灰の処理装置は、第
１，第２，第３，第４，第５又は第６発明の石炭灰の処
理装置において、前記未燃炭素分離装置で石炭灰から分
離した未燃炭素は石炭焚火力発電所のボイラの燃料とし
て利用するようにしたことを特徴とする。この場合、未
燃炭素はコンテナに詰めてボイラまで輸送することが望
ましいが、空気輸送装置によってボイラまで輸送しても
よい。また、コンテナには非帯電性材料を内張りするこ
とが望ましい。

【００１６】また、第８発明の石炭灰の処理装置は、第
１，第２，第３，第４，第５又は第６に記載の石炭灰の
処理装置において、前記未燃炭素分離装置で未燃炭素が
分離された石炭灰はセメントの粘土成分として利用する
ようにしたことを特徴とする。

【００１７】また、第９発明の石炭灰中未燃炭素分計測
装置は、サンプリング管と、このサンプリング管内に充
填した物質の複数の誘電率に関連する物性値を計測でき
る単一又は複数の誘電率計測器を備え、サンプリング管
にサンプル石炭灰を充填した状態で、この単一又は複数
の誘電率計測器によって複数の誘電率に関連する物性値
を求めて、このサンプル石炭灰の複数の誘電率に関連す
る物性値と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複数
の誘電率に関連する物性値と未燃炭素分率の関係とか
ら、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構
成したことを特徴とする。

【００１８】また、第１０発明の石炭灰中未燃炭素分計
測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手段と、空
胴共振器と、この空胴共振器を貫通するサンプリング管
とを備え、マイクロ波発信手段から周波数を変えて順次
マイクロ波を発信し、これらのマイクロ波を空胴共振器
に導入して、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填し
た状態で、共振器内にマイクロ波の共振状態を形成せし
めた後、信号計測手段で受信してマイクロ波の信号強度
に関する周波数スペクトルを求め、この周波数スペクト
ルを電磁場解析することによりサンプル石炭灰の複素誘
電率を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電率と、予
め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率と未燃炭
素分率の関数式とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分
率を求めるように構成したことを特徴とする。

【００１９】また、第１１発明の石炭灰中未燃炭素分計
測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手段と、空
胴共振器と、導波管と、これらの空胴共振器及び導波管
を貫通するサンプリング管とを備え、マイクロ波発信手
段から周波数を変えて順次マイクロ波を発信し、これら
のマイクロ波を空胴共振器に導入して、サンプリング管
にサンプル石炭灰を充填した状態で、共振器内にマイク
ロ波の共振状態を形成せしめた後、信号計測手段で受信
してマイクロ波の信号強度に関する周波数スペクトルを
求め、この周波数スペクトルを電磁場解析することによ
りサンプル石炭灰の複素誘電率を求めるとともに、マイ
クロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波を発信し、
このマイクロ波を導波管に導入して、サンプリング管に
サンプル石炭灰を充填した状態で、導波管にマイクロ波
を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサンプル石炭
灰により生じるマイクロ波の位相差を求めて、このサン
プル石炭灰の複素誘電率及びマイクロ波の位相差と、予
め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率及びマイ
クロ波の位相差と未燃炭素分率の関数式とから、サンプ
ル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したこと
を特徴とする。

【００２０】また、第１２発明の石炭灰中未燃炭素分計
測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手段と、導
波管と、この導波管を貫通するサンプリング管とを備
え、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波を
発信し、このマイクロ波を導波管に導入して、サンプリ
ング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波管にマ
イクロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサン
プル石炭灰により生じるマイクロ波の位相差及び強度差
を求めて、このマイクロ波の位相差及び強度差と、予め
物性既知の石炭灰を用いて求めたマイクロ波の位相差及
び強度差と未燃炭素分率の関数式とから、サンプル石炭
灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したことを特徴
とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２２】＜実施の形態１＞図１は本発明の実施の形
態１に係る石炭灰中未燃炭素分計測装置の石炭焚火力発
電所における配置図、図２は各設置場所における前記石
炭灰中未燃炭素分計測装置の概略構成図である。そし
て、図３（ａ）は前記石炭灰中未燃炭素分計測装置の構
成図、図３（ｂ）は前記石炭灰中未燃炭素分計測装置に
おける複素誘電率の計測手順を示す説明図、図４（ａ）
及び図４（ｂ）は予め物性既知の石炭灰を用いて求めた
検量線を示すグラフ、図４（ｃ）は前記石炭灰中未燃炭
素分計測装置によって計測した未燃炭素分率と化学分析
により求めた未燃炭素分率とを比較したグラフ、図４
（ｄ）は前記物性既知の石炭灰を用いて複素誘電率と未
燃炭素分率の関数式を求める手順を示す説明図である。

【００２３】図１に示すように石炭焚火力発電所におい
て、ボイラ１から煙道３に排出された排ガスはエアヒー
タ２で熱交換され、脱硝装置４で脱硝された後、静電集
塵装置５に導入され、ここで排ガス中の浮遊粉塵である
石炭灰（フライアッシュ）が捕集される。その後、石炭
灰が除去された排ガスは脱硫装置６で脱硫されて煙突７
から放出される。一方、静電集塵装置５で捕集された石
炭灰は、回収配管８を介して灰処理装置９に回収され、
ここで所定の処理が施された後、排出配管１８から排出
されて貨車、トラック又は船により、所定の石炭灰利用
場所などに運搬される。

【００２４】そして、この排ガス系統では、例えばＡ箇
所（ボイラ１，エアヒータ２及び脱硝装置４の排ガス出
口）やＢ箇所（静電集塵装置５及び灰処理装置９の石炭
灰出口）に本実施の形態１の石炭灰中未燃炭素分計測装
置１０が配置される。

【００２５】Ａ箇所設置の場合には、図２（ａ）に示す
ように煙道３内において上流側に開口したノズル１１
と、下流に開口したノズル１２とを設け、煙道３を流れ
る排ガス中の石炭灰の一部がサンプルとしてノズル１１
から配管１４及びバルブ１５を介して石炭灰中未燃炭素
分計測装置１０に導入され、ここでサンプル石炭灰中の
未燃炭素分率を測定した後、サンプル石炭灰をバルブ１
６及び配管１７を介してノズル１２から煙道３内に戻す
ような構成とする。Ｂ箇所設置の場合には、図２（ｂ）
に示すように回収配管８又は排出配管１８の途中にバル
ブ１５、石炭灰中未燃炭素分計測装置１０及びバルブ１
６を配設し、バルブ１５を介して石炭灰を石炭灰中未燃
炭素分計測装置１０に導入し、ここでサンプル石炭灰中
の未燃炭素分率を測定した後、サンプル石炭灰をバルブ
１６を介して排出する構成とする。何れの設置場所にお
いても、詳細は後述するが、石炭灰中未燃炭素分計測装
置１０は完全閉鎖系の計測系となっている。

【００２６】なお、灰処理装置９の石炭灰出口から出た
石炭灰は未燃炭素分離装置１０１で未燃炭素が分離され
た後、石炭灰中未燃炭素分計測装置１０によって計測さ
れ、また、石炭灰から分離した未燃炭素は燃料としてボ
イラ１に供給されるが、この石炭灰の処理装置（図１の
Ａ部）に関する詳細は実施の形態４，５において説明す
る。

【００２７】ここでは図３及び図４に基づき、石炭灰中
未燃炭素分計測装置１０の構成及び未燃炭素分計測の手
順について詳細に説明する。

【００２８】石炭灰中未燃炭素分計測装置１０はマイク
ロ波発信・信号計測装置２１、空胴共振器２２、サンプ
リング管２３などを備えている。サンプリング管２３は
マイクロ波が透過しやすいテフロン（デュポン社の登録
商標）やセラミックスなどからなり、空胴共振器２２の
中央部をマイクロ波の伝搬方向と直交するように貫通し
ている。計測時には、バルブ１６を閉じバルブ１５を開
けた状態でサンプリング管２３に粉末状の石炭灰２６を
充填した後、バルブ１５を閉じて、このサンプル石炭灰
２６中の未燃炭素分率の計測を行う。その後、バルブ１
６を開けてサンプル石炭灰２６をサンプリング管２３か
ら排出する。以後、計測時には同様の手順を繰り返す。

【００２９】マイクロ波発信・信号計測器２１は可変周
波数のマイクロ波発信機能と信号計測機能とを備えたも
のであり、このマイクロ波発信・信号計測器２１から周
波数を変えて順次マイクロ波を発信し、これらのマイク
ロ波を、送信アンテナ２４を介して空胴共振器２２に導
入して、サンプリング管２３にサンプル石炭灰２６を充
填した状態で、共振器２２内にマイクロ波の共振状態を
形成せしめた後、受信アンテナ２５を介してマイクロ波
発信・信号計測器２１で受信してマイクロ波の信号強度
に関する周波数スペクトルを求める（図３のＳ１参
照）。

【００３０】次に、この周波数スペクトルを電磁場解析
することにより（図３のＳ２参照）、サンプル石炭灰２
６における複素誘電率ε_rの実部の値ε_r’及び虚部の
値ε _r”を求める（図３のＳ３参照）。このサンプル石
炭灰２６の複素誘電率ε_rはその充填嵩密度ω［ｇ／ｃ
ｍ³］と未燃炭素分率Ｃｗｔ％（carbon weight percen
t ）［％］の関数である。そして、このサンプル石炭灰
２６の複素誘電率ε_rと、予め物性既知の石炭灰を用い
て求めた複素誘電率と未燃炭素分率の関数式（図４のＳ
６参照）とから、サンプル石炭灰２６中の未燃炭素分率
Ｃｗｔ％を求める。

【００３１】複素誘電率と未燃炭素分率の関数式は次の
ようにして導出する。まず、石炭灰中未燃炭素分計測装
置１０のサンプリング管２３に物性既知、即ち、未燃炭
素分率Ｃｗｔ％が既知の石炭灰を充填する。そして、マ
イクロ波発信・信号計測器２１から周波数を変えて順次
マイクロ波を発信し、これらのマイクロ波を、送信アン
テナ２４を介して空胴共振器２２に導入して、サンプリ
ング管２３に物性既知のサンプル石炭灰２６を充填した
状態で、共振器２２内にマイクロ波の共振状態を形成せ
しめた後、受信アンテナ２５を介してマイクロ波発信・
信号計測器２１で受信してマイクロ波の信号強度に関す
る周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルを電
磁場解析することにより、物性既知のサンプル石炭灰に
おける複素誘電率ε_rの実部の値ε_r’及び虚部の値ε
_r”を求める。

【００３２】かかる計測処理を未燃炭素分率Ｃｗｔ％の
異なる複数種類のサンプル石炭灰に対して行う。また、
これらのサンプル石炭灰の充填嵩密度ωも図示しない重
量計によって計測する。次に、これらの物性既知のサン
プル石炭灰に対する計測値に基づき、図４（ａ）に例示
するような未燃炭素分率Ｃｗｔ％と、複素誘電率ε
_r（ε_r’，ε_r”）に関する式α’の値を充填嵩密度
ωで規格化した値との関係を表すＣｗｔ％−α’／ω検
量線３１と、図４（ｂ）に例示するような未燃炭素分率
Ｃｗｔ％と、複素誘電率ε_r（ε_r’，ε_r”）に関す
る式α”の値を充填嵩密度ωで規格化した値との関係を
表すＣｗｔ％−α”／ω検量線３２とを、フッティング
して求める。

【００３３】α’，α”の式は微粉体の誘電率を記述す
る公知のMaxwell-Wagnerの式に基づいて得られるもので
あり、次の［数１］式のようになっている。

【００３４】

【数１】

【００３５】このα’，α”の式を用いると、次の［数
２］式のように充填嵩密度ωを分離した式が得られ（図
４のＳ４参照）、これを変形して［数３］式が得られる
（図４のＳ５参照）。従って、これらの式から充填嵩密
度ωを消去することができる。つまり、サンプリング管
２３に充填されるサンプル石炭灰２６の充填嵩密度ωは
その充填具合によって異なり、この充填嵩密度ωに依存
してサンプル石炭灰２６中の未燃炭素分率Ｃｗｔ％も変
化するため、従来の計測手法ではサンプル石炭灰の充填
嵩密度ωも計測しており、このため完全閉鎖系の計測系
とすることができなかった。これに対して、本発明では
充填嵩密度ωの計測を不要にして完全閉鎖系の計測系を
実現するため、Maxwell-Wagnerの式を展開して［数２］
式を導出している。

【００３６】

【数２】

【００３７】

【数３】

【００３８】そして、この［数３］式を連立して充填嵩
密度ωを消去し、未燃炭素分率Ｃｗｔ％の式に変形する
と、次の［数４］式、即ち、複素誘電率と未燃炭素分率
の関数式を求めることができる（図４のＳ６参照）。な
お、［数４］式はα’，α”が変数になっているが、こ
れらは上記［数１］式のように複素誘電率ε
_r（ε_r’，ε_r”）で表されるため、結局、［数４］
式は複素誘電率と未燃炭素分率の関数式となる。そこ
で、この［数４］式に石炭灰中未燃炭素分計測装置１０
で計測したサンプル石炭灰２６の複素誘電率ε
_r（ε_r’，ε_r”）を代入すれば、サンプル石炭灰２
６中の未燃炭素分率Ｃｗｔ％が求まる。

【００３９】

【数４】

【００４０】そして、この［数４］の複素誘電率と未燃
炭素分率の関数式に含まれる係数は計測するマイクロ波
の波長や空胴共振器の構造などによって決まるため、上
記のように予め物性既知の石炭灰の複素誘電率を石炭灰
中未燃炭素分計測装置１０で計測して検量線３１，３２
を求め、これらの検量線３１，３２から上記［数２］式
の係数を決定して、［数４］式の係数を決定する。［数
２］式及び［数４］式の具体例を、次の［数５］式に示
す。

【００４１】

【数５】

【００４２】以上のことから、本実施の形態１の石炭灰
中未燃炭素分計測装置１０によれば、サンプル石炭灰の
重量計測を要せず、サンプル石炭灰の複素誘電率を計測
するだけでその未燃炭素分率Ｃｗｔ％を求めることがで
きるため、短時間で計測することができ、特別な設置場
所の制限もなく、しかも、完全閉鎖系の計測系を実現す
ることができる。図４（ｃ）に示すように本実施の形態
１の石炭灰中未燃炭素分計測装置１０で求めた未燃炭素
分率Ｃｗｔ％は、化学分析によって求めた未燃炭素分率
Ｃｗｔ％（真値とみなせる値）に近い値となっている。

【００４３】なお、複素誘電率ε_rの実部の値ε_r’に
比べて虚部の値ε_r”は非常に小さいため、α’につい
ては、ε_r”を無視しても、あまり大きな差は生じない
ことから、要求される測定精度などによっては、ε_r”
を無視して未燃炭素分率Ｃｗｔ％を求めてもよい。

【００４４】＜実施の形態２＞図５（ａ）は本発明の実
施の形態２に係る石炭灰中未燃炭素分計測装置の構成
図、図５（ｂ）は前記石炭灰中未燃炭素分計測装置にお
ける複素誘電率とマイクロ波の位相差の計測手順を示す
説明図、図６（ａ）及び図６（ｂ）は予め物性既知の石
炭灰を用いて求めた検量線を示すグラフ、図６（ｃ）は
前記石炭灰中未燃炭素分計測装置によって計測した未燃
炭素分率と化学分析により求めた未燃炭素分率とを比較
したグラフ、図６（ｄ）は前記物性既知の石炭灰を用い
て複素誘電率及びマイクロ波の位相差と未燃炭素分率の
関数式を求める手順を示す説明図である。

【００４５】なお、本実施の形態２の石炭灰中未燃炭素
分計測装置４０の石炭焚火力発電所における設置場所や
各設置場所での装置構成は上記実施の形態１の石炭灰中
未燃炭素分計測装置１０と同様であるため（図１，図２
参照）、ここでの説明及び図示は省略する。以下、図５
及び図６に基づき、本実施の形態２の石炭灰中未燃炭素
分計測装置４０の構成及び未燃炭素分計測の手順につい
て詳細に説明する。

【００４６】石炭灰中未燃炭素分計測装置４０はマイク
ロ波発信・信号計測装置４１，４２、空胴共振器４３、
導波管４４、サンプリング管４５などを備えている。サ
ンプリング管４５はマイクロ波が透過しやすいテフロン
やセラミックスなどからなり、空胴共振器４３及び導波
管４４の中央部をマイクロ波の伝搬方向と直交するよう
に貫通している。計測時にはバルブ１５，１６を作動さ
せてこのサンプリング管４５にサンプル石炭灰４６を充
填するが、この手順については上記実施の形態１と同様
であるため、ここでの説明は省略する。

【００４７】マイクロ波発信・信号計測器４１は可変周
波数のマイクロ波発信機能と信号計測機能とを備えたも
のであり、このマイクロ波発信・信号計測器４１から周
波数を変えて順次マイクロ波を発信し、これらのマイク
ロ波を、送信アンテナ４７を介して空胴共振器４３に導
入して、サンプリング管４５にサンプル石炭灰４６を充
填した状態で、共振器４３内にマイクロ波の共振状態を
形成せしめた後、受信アンテナ４８を介してマイクロ波
発信・信号計測器４１で受信してマイクロ波の信号強度
に関する周波数スペクトルを求める（図５のＳ１１参
照）。次に、この周波数スペクトルを電磁場解析するこ
とにより（図５のＳ１２参照）、サンプル石炭灰４６に
おける複素誘電率ε_rの実部の値ε_r’及び虚部の値ε
_r”を求める（図５のＳ１３参照）。このサンプル石炭
灰４６の複素誘電率ε_rはその充填嵩密度ωと未燃炭素
分率Ｃｗｔ％の関数である。

【００４８】また、マイクロ波発信・信号計測器４２は
固定周波数のマイクロ波発信機能と信号計測機能とを備
えたものであり、このマイクロ波発信・信号計測器４２
から一定周波数のマイクロ波を発信し、このマイクロ波
を、送信アンテナ４９を設けた同軸導波管変換器５０を
介して導波管４４に導入して、サンプリング管４５にサ
ンプル石炭灰４６を充填した状態で、導波管４４にマイ
クロ波を伝搬させた後、受信アンテナ５１を設けた同軸
導波管変換器５２を介してマイクロ波発信・信号計測器
４２で受信してサンプル石炭灰５６により生じるマイク
ロ波の位相差Δφを求める（図５のＳ１４参照）。即
ち、サンプリング管４５がサンプル石炭灰４６で充填さ
れた状態で導波管４４を伝搬したマイクロ波の位相φ₁
から、サンプリング管４５がサンプル石炭灰４６で充填
されていない状態で導波管４４を伝搬したマイクロ波の
位相φ₀を差し引いて（φ₁−φ₀）、位相差Δφを求
める。この位相差Δφもサンプル石炭灰４６の充填嵩密
度ωと未燃炭素分率Ｃｗｔ％の関数である。

【００４９】そして、このサンプル石炭灰４６の複素誘
電率ε_r（ε_r’，ε_r”）及びマイクロ波の位相差Δ
φと、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率
及びマイクロ波の位相差と未燃炭素分率の関数式（図６
のＳ１７参照）とから、サンプル石炭灰５６中の未燃炭
素分率Ｃｗｔ％を求める。

【００５０】複素誘電率及びマイクロ波の位相差と未燃
炭素分率の関数式は次のようにして導出する。まず、石
炭灰中未燃炭素分計測装置４０のサンプリング管４５に
物性既知、即ち、未燃炭素分率Ｃｗｔ％が既知の石炭灰
を充填する。そして、マイクロ波発信・信号計測器４１
から周波数を変えて順次マイクロ波を発信し、これらの
マイクロ波を、送信アンテナ４７を介して空胴共振器４
３に導入して、サンプリング管４５に物性既知のサンプ
ル石炭灰４６を充填した状態で、共振器４３内にマイク
ロ波の共振状態を形成せしめた後、受信アンテナ４８を
介してマイクロ波発信・信号計測器４１で受信してマイ
クロ波の信号強度に関する周波数スペクトルを求め、こ
の周波数スペクトルを電磁場解析することにより、物性
既知のサンプル石炭灰における複素誘電率ε_rの実部の
値ε_r’及び虚部の値ε_r”を求める。

【００５１】また、マイクロ波発信・信号計測器４２か
ら一定周波数のマイクロ波を発信し、このマイクロ波
を、送信アンテナ４９を設けた同軸導波管変換器５０を
介して導波管４４に導入して、サンプリング管４５に物
性既知のサンプル石炭灰４６を充填した状態で、導波管
４４にマイクロ波を伝搬させた後、受信アンテナ５１を
設けた同軸導波管変換器５２を介してマイクロ波発信・
信号計測器４２で受信して物性既知のサンプル石炭灰に
より生じるマイクロ波の位相差Δφを求める。

【００５２】これらの計測処理を未燃炭素分率Ｃｗｔ％
の異なる複数種類のサンプル石炭灰に対して行う。ま
た、これらのサンプル石炭灰の充填嵩密度ωも図示しな
い重量計によって計測する。次に、これらの物性既知の
石炭灰に対する計測値に基づき、図６（ａ）に例示する
ような未燃炭素分率Ｃｗｔ％と、複素誘電率ε
_r（ε_r’，ε_r”）に関する式α’の値を充填嵩密度
ωで規格化した値との関係を表すＣｗｔ％−α’／ω検
量線６１と、図６（ｂ）に例示するような未燃炭素分率
Ｃｗｔ％と、マイクロ波の位相差Δφを充填嵩密度ωで
規格化した値との関係を表すＣｗｔ％−Δφ／ω検量線
６２とを、フッティングして求める。

【００５３】一方、式の展開により次の［数６］式のよ
うに充填嵩密度ωを分離した式を求め（図６のＳ１５参
照）、これを変形して［数７］式を得る（図６のＳ１６
参照）。

【００５４】

【数６】

【００５５】

【数７】

【００５６】そして、この［数７］式を連立して充填嵩
密度ωを消去し、未燃炭素分率Ｃｗｔ％の式に変形する
と、次の［数８］式、即ち、複素誘電率及びマイクロ波
の位相差と未燃炭素分率の関数式を求めることができる
（図６のＳ１７参照）。なお、［数８］式ではα’が変
数になっているが、これは上記［数１］式のように複素
誘電率ε_rの実部及び虚部の値ε_r’，ε_r’で表され
るため、結局、［数８］式は複素誘電率及びマイクロ波
の位相差と未燃炭素分率の関数式となる。そこで、この
［数８］式に石炭灰中未燃炭素分計測装置４０で計測し
たサンプル石炭灰４６の複素誘電率ε_r（ε_r’，
ε_r”）とマイクロ波の位相差Δφとを代入すれば、サ
ンプル石炭灰４６中の未燃炭素分率Ｃｗｔ％が求まる。

【００５７】

【数８】

【００５８】そして、この［数８］の複素誘電率と未燃
炭素分率の関数式に含まれる係数は計測するマイクロ波
の波長や空胴共振器の構造などによって決まるため、上
記のように予め物性既知の石炭灰の複素誘電率及びマイ
クロ波の位相差を石炭灰中未燃炭素分計測装置４０で計
測して検量線６１，６２を求め、これらの検量線６１，
６２から上記［数６］式の係数を決定して、［数８］式
の係数を決定する。［数６］式及び［数８］式の具体例
を、次の［数９］式に示す。

【００５９】

【数９】

【００６０】以上のことから、本実施の形態２の石炭灰
中未燃炭素分計測装置４０によれば、サンプル石炭灰の
重量計測を要せず、サンプル石炭灰の複素誘電率とマイ
クロ波の位相差を計測するだけでその未燃炭素分率Ｃｗ
ｔ％を求めることができるため、短時間で計測すること
ができ、特別な設置場所の制限もなく、しかも、完全閉
鎖系の計測系を実現することができる。図６（ｃ）に示
すように本実施の形態２の石炭灰中未燃炭素分計測装置
４０で求めた未燃炭素分率Ｃｗｔ％は、化学分析によっ
て求めた未燃炭素分率Ｃｗｔ％（真値とみなせる値）に
非常に近い値となっている。

【００６１】なお、複素誘電率ε_rの実部の値ε_r’に
比べて虚部の値ε_r”は非常に小さいため、α’につい
てはε_r”を無視しても、あまり大きな差は生じないた
め、要求される測定精度などによってはε_r”を無視し
て未燃炭素分率Ｃｗｔ％を求めてもよい。

【００６２】＜実施の形態３＞図７（ａ）は本発明の実
施の形態３に係る石炭灰中未燃炭素分計測装置の構成
図、図７（ｂ）は前記石炭灰中未燃炭素分計測装置にお
けるマイクロ波の位相差及び強度差の計測手順を示す説
明図、図８（ａ）及び図８（ｂ）は予め物性既知の石炭
灰を用いて求めた検量線を示すグラフ、図８（ｃ）は前
記石炭灰中未燃炭素分計測装置によって計測した未燃炭
素分率と化学分析により求めた未燃炭素分率とを比較し
たグラフ、図８（ｄ）は前記物性既知の石炭灰を用いて
マイクロ波の位相差及び強度差と未燃炭素分率の関数式
を求める手順を示す説明図である。

【００６３】なお、本実施の形態３の石炭灰中未燃炭素
分計測装置７０の石炭焚火力発電所における設置場所や
各設置場所での装置構成は上記実施の形態１の石炭灰中
未燃炭素分計測装置１０と同様であるため（図１，図２
参照）、ここでの説明及び図示は省略する。以下、図７
及び図８に基づき、本実施の形態３の石炭灰中未燃炭素
分計測装置７０の構成及び未燃炭素分計測の手順につい
て詳細に説明する。

【００６４】石炭灰中未燃炭素分計測装置７０はマイク
ロ波発信・信号計測装置７１、導波管７２、サンプリン
グ管７３などを備えている。サンプリング管７３はマイ
クロ波が透過しやすいテフロンやセラミックスなどから
なり、導波管７２の中央部をマイクロ波の伝搬方向と直
交するように貫通している。計測時にはバルブ１５，１
６を作動させてこのサンプリング管７３にサンプル石炭
灰７４を充填するが、この手順については上記実施の形
態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。

【００６５】マイクロ波発信・信号計測器７１は固定周
波数のマイクロ波発信機能と信号計測機能とを備えたも
のであり、このマイクロ波発信・信号計測器４１から一
定周波数のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を、送
信アンテナ７５を設けた同軸導波管変換器７６を介して
導波管７２に導入して、サンプリング管７３にサンプル
石炭灰７４を充填した状態で、導波管７２にマイクロ波
を伝搬させた後、受信アンテナ７７を設けた同軸導波管
変換器７８を介してマイクロ波発信・信号計測器４２で
受信し、サンプル石炭灰５６により生じるマイクロ波の
位相差Δφ及び強度差ΔＡを求める（図７のＳ２１参
照）。即ち、サンプリング管７３をサンプル石炭灰７４
で充填させた状態で導波管７２内を伝搬したマイクロ波
の位相φ₁から、サンプリング管７３がサンプル石炭灰
７４で充填されていない空の状態で導波管７２内を伝搬
したマイクロ波の位相φ₀を差し引いて（φ₁−
φ₀）、位相差Δφを求める。また、サンプリング管７
３をサンプル石炭灰７４で充填させた状態で導波管７２
内を伝搬したマイクロ波の強度Ａ₁から、サンプリング
管７３がサンプル石炭灰７４で充填されていない空の状
態で導波管７２内を伝搬したマイクロ波の強度Ａ₀を差
し引いて（Ａ₁−Ａ₀）、強度差ΔＡを求める。これら
の位相差Δφ及び強度差ΔＡはそれぞれサンプル石炭灰
７４の充填嵩密度ωと未燃炭素分率Ｃｗｔ％の関数であ
る。

【００６６】そして、このマイクロ波の位相差Δφ及び
強度差ΔＡと、予め物性既知の石炭灰を用いて求めたマ
イクロ波の位相差及び強度差と未燃炭素分率の関数式
（図８のＳ２４参照）とから、サンプル石炭灰５６中の
未燃炭素分率Ｃｗｔ％を求める。

【００６７】マイクロ波の位相差及び強度差と未燃炭素
分率の関数式は次のようにして導出する。まず、石炭灰
中未燃炭素分計測装置７０のサンプリング管７３に物性
既知、即ち、未燃炭素分率Ｃｗｔ％が既知の石炭灰を充
填する。そして、マイクロ波発信・信号計測器７１から
一定周波数のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を、
送信アンテナ７５を設けた同軸導波管変換器７６を介し
て導波管７２に導入して、サンプリング管７３に物性既
知のサンプル石炭灰７４を充填した状態で、導波管７２
にマイクロ波を伝搬させた後、受信アンテナ７７を設け
た同軸導波管変換器７８を介してマイクロ波発信・信号
計測器７１で受信して物性既知のサンプル石炭灰により
生じるマイクロ波の位相差Δφ及び強度差ΔＡを求め
る。

【００６８】これらの計測処理を未燃炭素分率Ｃｗｔ％
の異なる複数種類のサンプル石炭灰に対して行う。ま
た、これらのサンプル石炭灰の充填嵩密度ωも図示しな
い重量計によって計測する。次に、これらの物性既知の
石炭灰に対する計測値に基づき、図８（ａ）に例示する
ような未燃炭素分率Ｃｗｔ％と、マイクロ波の強度差Δ
Ａを充填嵩密度ωで規格化した値との関係を表すＣｗｔ
％−ΔＡ／ω検量線８１と、図８（ｂ）に例示するよう
な未燃炭素分率Ｃｗｔ％と、マイクロ波の位相差Δφを
充填嵩密度ωで規格化した値との関係を表すＣｗｔ％−
Δφ／ω検量線６２とを、フッティングして求める。

【００６９】一方、式の展開により次の［数１０］式の
ように充填嵩密度ωを分離した式を求め（図８のＳ２２
参照）、これを変形して［数１１］式を得る（図８のＳ
２３参照）。

【００７０】

【数１０】

【００７１】

【数１１】

【００７２】そして、この［数１１］式を連立して充填
嵩密度ωを消去し、未燃炭素分率Ｃｗｔ％の式に変形す
ると、次［数１２］式、即ち、マイクロ波の位相差及び
強度差と未燃炭素分率の関数式を求めることができる
（図８のＳ１７参照）。そこで、この［数１２］式に石
炭灰中未燃炭素分計測装置７０で計測したマイクロ波の
位相差Δφ及び強度差ΔＡを代入すれば、サンプル石炭
灰７４中の未燃炭素分率Ｃｗｔ％が求まる。

【００７３】

【数１２】

【００７４】そして、この［数１２］のマイクロ波の位
相差及び強度差と未燃炭素分率の関数式に含まれる係数
は計測するマイクロ波の波長や空胴共振器の構造などに
よって決まるため、上記のように予め物性既知の石炭灰
によるマイクロ波の位相差及び強度差を石炭灰中未燃炭
素分計測装置７０で計測して検量線８１，８２を求め、
これらの検量線８１，８２から上記［数１０］式の係数
を決定して、［数１２］式の係数を決定する。［数１
０］式及び［数１２］式の具体例を、次の［数１３］式
に示す。

【００７５】

【数１３】

【００７６】以上のことから、本実施の形態３の石炭灰
中未燃炭素分計測装置７０によれば、サンプル石炭灰の
重量計測を要せず、サンプル石炭灰によるマイクロ波の
位相差及び強度差を計測するだけでその未燃炭素分率Ｃ
ｗｔ％を求めることができるため、短時間で計測するこ
とができ、特別な設置場所の制限もなく、しかも、完全
閉鎖系の計測系を実現することができる。図８（ｃ）に
示すように本実施の形態２の石炭灰中未燃炭素分計測装
置４０で求めた未燃炭素分率Ｃｗｔ％は、化学分析によ
って求めた未燃炭素分率Ｃｗｔ％（真値とみなせる値）
に近い値となっている。

【００７７】なお、上記実施の形態１，２，３の石炭灰
中未燃炭素分計測装置１０，４０，７０を比較すると、
計測精度については計測装置４０、計測装置１０、計測
装置７０の順に精度がよく、逆に、コストについては計
測装置７０、計測装置１０、計測装置４０の順に安価で
ある。従って、要求される計測精度とコストとの兼ね合
いによって最適な計測装置が選択する。

【００７８】また、上記実施の形態１，２，３では未燃
炭素分率Ｃｗｔ％を求めているが、勿論、［数３］式、
［数７］式又は［数１１］式を連立して未燃炭素分率Ｃ
ｗｔ％を消去し、充填嵩密度ωの式を導出すれば、この
式と計測した複素誘電率ε_rやマイクロ波の位相差Δ
φ、強度差ΔＡから充填嵩密度ωを求めることもでき
る。

【００７９】ここで、上記実施の形態１〜３に基づいて
説明した本発明の未燃炭素分離装置の原理について説明
する。

【００８０】誘電率という物性値は示強量であり、他の
条件が一定の場合には物質の存在量には依存しない。実
際に固体材料や液体材料は、定温定圧下では決まった誘
電率を示す。粉体の場合も、その粒子一粒一粒に関して
はこのことが当てはまる。しかしながら、粉体をマクロ
に捉えた場合には事情が異なり、その充填の仕方により
違った誘電率が計測される。つまり、ある容器内に粉体
が、ふんわりと詰まっている場合にはその容器内の粉体
が詰まっている空間の誘電率は低く計測され、しっかり
と詰まっている場合にはその容器内の粉体が詰まってい
る空間の誘電率は高く計測される。また、石炭灰の場
合、石炭灰の未燃炭素成分が、他の成分（アルミナ、シ
リカ、酸化鉄など及びこれらの共晶体）に比較して、極
めて誘電率が高い。このため、マクロに捉えた場合の石
炭灰の誘電率は、未燃炭素の含有率に依存して変化す
る。

【００８１】従って、粉体である石炭灰の誘電率は図９
に示すように計測時の充填の仕方（嵩密度）と未燃炭素
分率とに依存して決まるといえる。このため、次の［数
１４］式のように石炭灰の誘電率εは計測時の嵩密度ω
と、石炭灰中の未燃炭素分率Ｃｗｔ％の関数として与え
られる。

【００８２】

【数１４】

【００８３】このため、誘電率εを計測しても、この計
測値だけではＣｗｔ％を算出することができない。そこ
で、これを解決するため、本発明では次の（１），
（２）の手法を用いている。

【００８４】（１）１種類のマイクロ波計測器（誘電率
計測器）を用いて複数の誘電率に関連する物性値を計測
する。即ち、請求項１０に係る発明では空胴共振器を用
いて複素誘電率（実部の値，虚部の値）を計測し、請求
項１２に係る発明では導波管を用いてマイクロ波の位相
差と強度差を計測する。上記実施の形態１では空胴共振
器２２を用て複素誘電率ε_r（実部の値ε_r’，虚部の
値ε_r”）を計測し、上記実施の形態３では導波管７２
を用いてマイクロ波の位相差Δφと強度差ΔＡを計測す
る。（２）２種類のマイクロ波計測器（誘電率計測器）を用
いて、複数の誘電率に関連する物性値を計測する。即
ち、請求項１１に係る発明では空胴共振器を用いて複素
誘電率を計測し、導波管を用いてマイクロ波の位相差を
計測する。上記実施の形態２では空胴共振器４３を用い
て複素誘電率ε_rを計測し、導波管４４を用いてマイク
ロ波の位相差Δφを計測する。

【００８５】そして、これらの計測を行うことにより、
上記［数１４］式に相当する関係式を２つ準備し、この
２式を連立させて嵩密度ωを消去することにより、計測
装置で計測される誘電率に関連する物性値と未燃炭素分
率Ｃｗｔ％との関係式を求めている。

【００８６】これを基に、請求項１０，１１及び１２に
係る発明を包含する上位概念の発明の構成は次のように
なる。即ち、本発明の石炭灰中未燃炭素分計測装置は、
サンプリング管と、このサンプリング管内に充填した物
質の複数の誘電率に関連する物性値を計測できる単一又
は複数の誘電率計測器を備え、サンプリング管にサンプ
ル石炭灰を充填した状態で、この単一又は複数の誘電率
計測器によって複数の誘電率に関連する物性値を求め
て、このサンプル石炭灰の複数の誘電率に関連する物性
値と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複数の誘電
率に関連する物性値と未燃炭素分率の関係（関数式）と
から、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように
構成する。

【００８７】＜実施の形態４＞本実施の形態４では図１
のＡ部に設ける石炭灰の処理装置の構成について詳述す
る。図１０は本発明の実施の形態４に係る石炭灰の処理
装置の構成図である。

【００８８】図１０に示すように、本実施の形態４では
図１のＡ部に設ける未燃炭素分離装置１０１として静電
分離式の未燃炭素分離装置１０１Ａを有している。この
未燃炭素分離装置１０１Ａは、特表平１１−５０９１３
４号公報、特表平１１−５０１６８８号公報、特表２０
０１−５１２３６９号公報などにも示されている米国の
セパレーション・テクノロジーズ・インコーポレーテッ
ド（ＳＴＩ）社製の静電向流ベルト式の未燃炭素分離装
置を基本構成としている。

【００８９】詳述すると、図１０に示すように未燃炭素
分離装置１０１Ａは、一対の電極１０２，１０３と、無
端ベルト８４とを有している。電極１０２，１０３は図
中左右方向に長く、狭い隙間（例えば約１０ｍｍ）を隔
てて対向配置されている。電極１０２，１０３の隙間の
間隔は電極駆動装置９３により電極１０２，１０３の何
れか一方又は両方を移動して、調整できるようになって
いる。かかる電極１０２，１０３に電源装置８５によっ
て直流の高電圧が印加（図示例では電極１０２が正、電
極３が負となるように印加）されると、電極１０２，１
０３の隙間には電界が形成される。そして、この電界の
強度は電源装置８５によって電極１０２，１０３の印加
電圧（電位差）を調整すること、又は、電極駆動装置９
３によって電極１０２，１０３の隙間の間隔を調整する
ことにより、適宜調整することができる。

【００９０】無端ベルト８４はメッシュ状（有孔）のも
のであり、両端部がローラ８６，８７にそれぞれ巻回さ
れて支持されており、これらのローラ８６，８７の間の
長く延びたベルト部分８４ａ，８４ｂが電極１０２，１
０３の隙間に位置している。従って、モータ等を有して
なる回転駆動装置９０によってローラ８６を矢印Ｂのよ
うに回転駆動すると、無端ベルト８４が循環移動する
が、このとき電極１０２，１０３の隙間ではベルト部分
８４ａは図中右方向に移動し、ベルト部分８４ｂは図中
左方向に移動する。即ち、ベルト部分８４ａ，８４ｂは
電極１０２，１０３の隙間に形成した電界と直交して互
いに反対方向に移動する。

【００９１】ローラ８６，８７と電極１０２，１０３と
の間にはテンションローラ８８，８９がそれぞれ配置さ
れ、これらのテンションローラ８８，８９によってベル
ト部分８４ａ，８４ｂを電極１０２，１０３の隙間で相
互に近接して適宜の張力で張った状態に維持している。
また、無端ベルト８４のベルト部分８４ａ，８４ｂの間
には、非導電性の材料で作られ或いは非導電性の材料が
塗布された有孔の中間シート９１が設けられている。な
お、中間シート９１を設けない場合もある。

【００９２】そして、一方の電極１０２にはスロット状
の開口１０２ａが形成されており、この開口１０２ａか
ら電極１０２，１０３の隙間に石炭灰供給装置９２によ
って、静電集塵装置５（図１参照）で回収された石炭灰
が投入される。このため、電極１０２，１０３の隙間が
石炭灰によって充たされ、この石炭灰が無端ベルト８４
のベルト部分８４ａ，８４ｂの移動によって攪拌され
る。その結果、石炭灰の粒子同士が表面接触して帯電す
る。このとき石炭灰中の未燃炭素は負に帯電し、他の成
分は正に帯電する。負に帯電した未燃炭素は電極１０
２，１０３間の電界により電極１０２側に移動して、ベ
ルト部分８４ａにより図中右方向に輸送され、正に帯電
した他の成分（石炭灰）は電極１０２，１０３間の電界
により電極１０２側に移動して、ベルト部分８４ｂによ
り図中左方向に輸送される。かくして、石炭灰から未燃
炭素が分離される。

【００９３】分離された未燃炭素はホッパ９４に集めら
れ、電荷除去装置９５でアースされた金網９５ａを通過
して電荷が除去された後、コンテナ９６に詰め込まれて
トラックなどの輸送手段により石炭焚火力発電所のボイ
ラ１まで輸送され、或いは、図示しないブロアなどを有
してなる空気輸送装置９７によってボイラ１まで輸送さ
れて、ボイラ１の燃料として利用される。なお、コンテ
ナ９６の内面には、未燃炭素の帯電を防止するため、非
帯電性材料（例えばテフロン）１０４が内張りされてい
る。

【００９４】一方、未燃炭素が分離された低未燃炭素分
率の石炭灰は、ホッパ９８に集められて未燃炭素分計測
装置１０に供給され、この未燃炭素分計測装置１０で未
燃炭素分率が計測された後、前述のように貨車、トラッ
ク又は船により、所定の石炭灰利用場所などに運搬され
る。このとき、未燃炭素分計測装置１０からは未燃炭素
分率計測信号ａが出力され、この計測信号ａが運転制御
装置１００に入力される。

【００９５】このとき例えば石炭灰をセメントの混和剤
（粘土成分）として利用する場合、未燃炭素分率計測信
号ａに基づいて、運転制御装置１００では石炭灰中の未
燃炭素分率が混和剤に適した値（例えば１％以下）とな
るように未燃炭素分離装置１０１Ａの未燃炭素分離能を
制御する。なお、運転制御装置１００には、この運転制
御機能（詳細後述）の他、石炭灰中未燃炭素分計測装置
１０で計測した未燃炭素分率Ｃｗｔ％などを表示する表
示器１００ａや、目標の未燃炭素分率値を設定する設定
器１００ａなども備えている。

【００９６】そして、運転制御装置１００では、石炭灰
中未燃炭素分計測装置１０から入力した未燃炭素分率計
測信号ａに基づき、未燃炭素分離装置１０１Ａの電源装
置８５、電極駆動装置９３、石炭灰供給装置９２及び回
転駆動装置９０に対し、分離能制御信号として電圧制御
信号ｂ、電極間距離制御信号ｃ、灰投入量制御信号ｄ及
び灰スライド速度制御信号ｅをそれぞれ出力する。

【００９７】電源装置８５では、電圧制御信号ｂに基づ
いて電極１０２，１０３に印加する電圧値を調整するこ
とにより、未燃炭素の分離能を調整する。即ち、未燃炭
素分率の計測値が所定値よりも高い場合には、電極駆動
装置８５では印加電圧値を高くして電界強度を高めるこ
とにより、未燃炭素の分離能を上げる。電極駆動装置９
３では、電極間距離制御信号ｃに基づいて電極１０２，
１０３の隙間の間隔を調整することにより、未燃炭素の
分離能を調整する。即ち、未燃炭素分率の計測値が所定
値よりも高い場合には、電極駆動装置９３では電極１０
２，１０３の隙間の間隔を狭くして電界強度を高めるこ
とにより、未燃炭素の分離能を上げる。

【００９８】石炭灰供給装置９２では、灰投入量制御信
号ｄに基づいて電極１０２，１０３間への単位時間当た
りの石炭灰投入量を調整することにより、未燃炭素の分
離能を調整する。即ち、未燃炭素分率の計測値が所定値
よりも高い場合には、石炭灰供給装置９２では電極１０
２，１０３間への石炭灰の投入量を低減することによ
り、未燃炭素の分離能を上げる。回転駆動装置９０で
は、灰スライド速度制御信号ｅに基づいてローラ８６の
回転速度を調整し、ひいては無端ベルト８４（ベルト部
分８４ａ，８４ｂ）の移動速度を調整して石炭灰のスラ
イド速度（攪拌及び輸送速度）を調整することにより、
未燃炭素の分離能を調整する。即ち、未燃炭素分率の計
測値が所定値よりも高い場合には、回転駆動装置９０で
はローラ８６の回転速度を低減することによって、無端
ベルト８４（ベルト部分８４ａ，８４ｂ）の移動速度を
低減して石炭灰のスライド速度（攪拌及び輸送速度）を
低減することにより、未燃炭素の分離能を上げる。

【００９９】なお、未燃炭素の分離能を調整する際に
は、印加電圧、電極間距離、石炭灰投入量、灰スライド
速度のうち、何れか１つを調整してもよく、複数の調整
をしてもよい。また、石炭灰中未燃炭素分計測装置１０
で計測された石炭灰が所定値以上の未燃炭素分率である
場合には、当該石炭灰を廃棄せず、未燃炭素分離装置１
０１Ａに戻すようにすることが望ましい。

【０１００】本実施の形態４の石炭灰の処理装置によれ
ば、石炭灰中未燃炭素分計測装置１０の未燃炭素分率計
測信号ａに基づき、運転制御装置１００によって未燃炭
素分離装置１０１Ａの分離能を制御することにより、所
望の未燃炭素分率の石炭灰を得ることができる。従っ
て、例えばセメントの混和剤として石炭灰を利用する場
合には、この石炭灰をセメントの粘土成分としてより適
したものとすることができる。また、分離した未燃炭素
をボイラ１の燃料して利用することにより、エネルギ効
率の向上を図ることができる。

【０１０１】なお、本実施の形態４の石炭灰の処理装置
は石炭焚火力発電所の排ガス系統に設置する場合に限ら
ず、他の場所に設置してもよい。例えば、セメント製造
所に石炭灰の処理装置を設置し、ここで未燃炭素の分離
を行ってもよい。

【０１０２】＜実施の形態５＞本実施の形態５では図１
のＡ部に設ける石炭灰の処理装置の他の構成について詳
述する。図１１は本発明の実施の形態５に係る石炭灰の
処理装置の構成図である。なお、図１１において上記実
施の形態４（図１０）と同様の部分については同一の符
号を付し、重複する詳細な説明は省略する。

【０１０３】図１１に示すように、本実施の形態５では
図１のＡ部に設ける未燃炭素分離装置１０１としてサイ
クロン式の未燃炭素分離装置１０１Ｂを有している。こ
の未燃炭素分離装置１０１Ｂは、一般的に市販されてい
る分級装置を未燃炭素の分離装置に応用するものであ
る。

【０１０４】詳述すると、図１１に示すように円筒円錐
型のケーシング１１１の上部には石炭灰の投入口１１２
が設けられ、ケーシング１１１の内部には分級羽根１１
４とガイドベーン１１５とが設けられている。分級羽根
１１４はモータ等を有してなる回転駆動装置１１６によ
って高速回転駆動される。また、ケーシング１１１の上
部には分級羽根１１４の内部に通じる未燃炭素の排出口
１１８が設けられ、ケーシング１１１の下部には石炭灰
の排出口１１７が設けられている。

【０１０５】そして、この未燃炭素分離装置１０１Ｂで
は投入口１１２から石炭灰供給装置１１３により、静電
集塵装置５（図１参照）で回収された石炭灰をケーシン
グ１１１内へ投入すると、この石炭灰が高速回転する分
級羽根１１４の上面で遠心力により分散される。分散さ
れた石炭灰は、ガイドベーン１１５により作り出される
自由渦と分級羽根１１４により作り出される強制渦の併
用による力を受け、石炭灰粒子は分級羽根１１４の回転
方向に旋回運動をする。このとき、石炭灰は渦による遠
心力と分級羽根１１４の内部へ向かう空気流の抗力との
釣り合いにより分級される。その結果、微粒径の未燃炭
素及び若干の微細粉石炭灰は分級羽根１１４の内部を通
過して、上部の排出口１１８からケーシング１１１外へ
排出され、粒径の比較的大きい石炭灰は下部の排出口１
１７からケーシング１１１外へ排出される。かくして、
石炭灰から未燃炭素が分離される。

【０１０６】分離された未燃炭素はホッパ９４、電荷除
去装置９５を経てコンテナ１０１に詰め込まれて輸送手
段により、又は、空気輸送装置９７により、燃料として
ボイラ１まで輸送される。一方、未燃炭素が分離された
低未燃炭素分率の石炭灰は、ホッパ９８を経て未燃炭素
分計測装置１０で計測された後、貨車、トラック又は船
により、所定の石炭灰利用場所などに運搬される。この
とき、未燃炭素分計測装置１０からは未燃炭素分率計測
信号ａが出力され、この計測信号ａが運転制御装置１０
０に入力される。

【０１０７】そして、運転制御装置１００では、石炭灰
中未燃炭素分計測装置１０から入力した未燃炭素分率計
測信号ａに基づき、未燃炭素分離装置１０１Ｂの回転駆
動装置１１６及び石炭灰供給装置１１３に対し、分離能
制御信号として分級羽根１１４の回転数制御信号ｆ及び
灰投入量制御信号ｇをそれぞれ出力する。

【０１０８】回転駆動装置１１６では、回転数制御信号
ｆに基づいて分級羽根１１４の回転数を調整することに
より、未燃炭素の分離能を調整する。即ち、未燃炭素分
率の計測値が所定値よりも高い場合には、回転駆動装置
１１６では分級羽根１１４の回転数を高くすることによ
り、未燃炭素の分離能を上げる。石炭灰供給装置１１３
では、灰投入量制御信号ｇに基づいてケーシング１１１
内への単位時間当たりの石炭灰の投入量を調整すること
により、未燃炭素の分離能を調整する。即ち、未燃炭素
分率の計測値が所定値よりも高い場合には、石炭灰供給
装置１１３ではケーシング１１１内への石炭灰の投入量
を低減することにより、未燃炭素の分離能を上げる。

【０１０９】なお、未燃炭素の分離能を調整する際に
は、分級羽根回転数、石炭灰投入量のうち、何れか１つ
を調整してもよく、両方を調整してもよい。また、石炭
灰中未燃炭素分計測装置１０で計測された石炭灰が所定
値以上の未燃炭素分率である場合には、当該石炭灰を廃
棄せず、未燃炭素分離装置１０１Ｂに戻すようにするこ
とが望ましい。

【０１１０】本実施の形態５の石炭灰の処理装置でも、
石炭灰中未燃炭素分計測装置１０の未燃炭素分率計測信
号ａに基づき、運転制御装置１００によって未燃炭素分
離装置１０１Ｂの分離能を制御することにより、所望の
未燃炭素分率の石炭灰を得ることができる。従って、例
えばセメントの混和剤として石炭灰を利用する場合に
は、この石炭灰をセメントの粘土成分としてより適した
ものとすることができる。また、分離した未燃炭素をボ
イラ１の燃料して利用することにより、エネルギ効率の
向上を図ることができる。

【０１１１】なお、本実施の形態５の石炭灰の処理装置
も、石炭焚火力発電所の排ガス系統に設置する場合に限
らず、他の場所に設置してもよい。例えば、セメント製
造所に石炭灰の処理装置を設置して、ここで未燃炭素の
分離を行ってもよい。

【０１１２】また、本発明の石炭灰の処理装置に備える
未燃炭素分離装置としては、上記実施の形態４で示した
静電向流ベルト式のもの（図１０参照）、或いは、上記
実施の形態５で示したサイクロン式のもの（図１１参
照）が望ましいが、必ずしもこれに限定するものではな
く、他の方式のものであってもよい。

【０１１３】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明の石炭灰の処理装置は、石
炭灰から未燃炭素を分離する未燃炭素分離装置と、石炭
灰中未燃炭素分計測装置と、運転制御装置とを備えた石
炭灰の処理装置であって、前記石炭灰中未燃炭素分計測
装置は、サンプリング管と、このサンプリング管内に充
填した物質の複数の誘電率に関連する物性値を計測でき
る単一又は複数の誘電率計測器を備え、サンプリング管
にサンプル石炭灰を充填した状態で、この単一又は複数
の誘電率計測器によって複数の誘電率に関連する物性値
を求めて、このサンプル石炭灰の複数の誘電率に関連す
る物性値と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複数
の誘電率に関連する物性値と未燃炭素分率の関係とか
ら、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構
成するとともに、前記運転制御装置では、この石炭灰中
未燃炭素分計測装置の未燃炭素分率計測信号と所定の未
燃炭素分率設定値とに基づいて分離能制御信号を出力
し、前記未燃炭素分離装置では、この分離能制御信号に
基づいて石炭灰中の未燃炭素分率が前記未燃炭素分率設
定値以下となるように未燃炭素の分離能を調整するよう
に構成したことを特徴とする。

【０１１４】従って、この第１発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置は後述する第９発明の効
果を有し、しかも、この計測装置の計測信号に基づき、
運転制御装置で分離能制御信号により未燃炭素分離装置
の分離能を制御することによって、所望の未燃炭素分率
の石炭灰を得ることができる。

【０１１５】また、第２発明の石炭灰の処理装置は、第
１発明の石炭灰の処理装置において、前記石炭灰中未燃
炭素分計測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手
段と、空胴共振器と、この空胴共振器を貫通するサンプ
リング管とを備え、マイクロ波発信手段から周波数を変
えて順次マイクロ波を発信し、これらのマイクロ波を空
胴共振器に導入して、サンプリング管にサンプル石炭灰
を充填した状態で、共振器内にマイクロ波の共振状態を
形成せしめた後、信号計測手段で受信してマイクロ波の
信号強度に関する周波数スペクトルを求め、この周波数
スペクトルを電磁場解析することによりサンプル石炭灰
の複素誘電率を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電
率と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率
と未燃炭素分率の関数式とから、サンプル石炭灰中の未
燃炭素分率を求めるように構成したことを特徴とする。

【０１１６】従って、この第２発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置は後述する第１０発明の
効果を有し、しかも、この計測装置の計測信号に基づ
き、運転制御装置で分離能制御信号により未燃炭素分離
装置の分離能を制御することによって、所望の未燃炭素
分率の石炭灰を得ることができる。

【０１１７】また、第３発明の石炭灰の処理装置は、第
１発明の石炭灰の処理装置において、前記石炭灰中未燃
炭素分計測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手
段と、空胴共振器と、導波管と、これらの空胴共振器及
び導波管を貫通するサンプリング管とを備え、マイクロ
波発信手段から周波数を変えて順次マイクロ波を発信
し、これらのマイクロ波を空胴共振器に導入して、サン
プリング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、共振器
内にマイクロ波の共振状態を形成せしめた後、信号計測
手段で受信してマイクロ波の信号強度に関する周波数ス
ペクトルを求め、この周波数スペクトルを電磁場解析す
ることによりサンプル石炭灰の複素誘電率を求めるとと
もに、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波
を発信し、このマイクロ波を導波管に導入して、サンプ
リング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波管に
マイクロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサ
ンプル石炭灰により生じるマイクロ波の位相差を求め
て、このサンプル石炭灰の複素誘電率及びマイクロ波の
位相差と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘
電率及びマイクロ波の位相差と未燃炭素分率の関数式と
から、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように
構成したことを特徴とする。

【０１１８】従って、この第３発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置は後述する第１１発明の
効果を有し、しかも、この計測装置の計測信号に基づ
き、運転制御装置で分離能制御信号により未燃炭素分離
装置の分離能を制御することによって、所望の未燃炭素
分率の石炭灰を得ることができる。

【０１１９】また、第４発明の石炭灰の処理装置は、第
１発明の石炭灰の処理装置において、前記石炭灰中未燃
炭素分計測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手
段と、導波管と、この導波管を貫通するサンプリング管
とを備え、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイク
ロ波を発信し、このマイクロ波を導波管に導入して、サ
ンプリング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波
管にマイクロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信し
てサンプル石炭灰により生じるマイクロ波の位相差及び
強度差を求めて、このマイクロ波の位相差及び強度差
と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めたマイクロ波の
位相差及び強度差と未燃炭素分率の関数式とから、サン
プル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したこ
とを特徴とする。

【０１２０】従って、この第４発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置は後述する第１２発明の
効果を有し、しかも、この計測装置の計測信号に基づ
き、運転制御装置で分離能制御信号により未燃炭素分離
装置の分離能を制御することによって、所望の未燃炭素
分率の石炭灰を得ることができる。

【０１２１】また、第５発明の石炭灰の処理装置は、第
１，第２，第３又は第４発明の石炭灰の処理装置におい
て、前記未燃炭素分離装置は、隙間を隔てて対向配置し
た電極と、この電極の隙間を通って循環移動する有孔の
無端ベルトとを備え、電極に電圧を印加して電極の隙間
に電界を形成し、且つ、電極の隙間に位置する無端ベル
トのベルト部分が前記電界に直交して互いに反対方向に
移動することにより、電極の隙間に投入した石炭灰の粒
子を表面接触により帯電させて同石炭灰から未燃炭素を
分離するように構成したことを特徴とする。

【０１２２】従って、この第５発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置の計測信号に基づき、運
転制御装置で分離能制御信号により静電向流ベルト式の
未燃炭素分離装置の分離能を制御することによって、所
望の未燃炭素分率の石炭灰を得ることができる。

【０１２３】また、第６発明の石炭灰の処理装置は、第
５発明の石炭灰の処理装置において、前記分離能制御信
号は電圧制御信号、電極間距離制御信号、灰投入量制御
信号又は灰スライド速度制御信号の何れか一つ又は複数
とし、この制御信号に基づいて、前記未燃炭素分離装置
では電極の印加電圧、電極の隙間の間隔、電極の隙間に
投入する石炭灰の投入量、又は、無端ベルトの移動速度
の何れか一つ又は複数を調整して、未燃炭素の分離能を
調整することを特徴とする。

【０１２４】従って、この第６発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置の計測信号に基づき、運
転制御装置で電圧制御信号、電極間距離制御信号、灰投
入量制御信号又は灰スライド速度制御信号の何れか一つ
又は複数により静電向流ベルト式の未燃炭素分離装置の
分離能を制御することによって、所望の未燃炭素分率の
石炭灰を得ることができる。

【０１２５】また、第７発明の石炭灰の処理装置は、第
１，第２，第３，第４，第５又は第６発明の石炭灰の処
理装置において、前記未燃炭素分離装置で石炭灰から分
離した未燃炭素は石炭焚火力発電所のボイラの燃料とし
て利用するようにしたことを特徴とする。

【０１２６】従って、この第７発明の石炭灰の処理装置
によれば、分離した未燃炭素をボイラの燃料して利用す
ることにより、エネルギ効率の向上を図ることができ
る。

【０１２７】また、第８発明の石炭灰の処理装置は、第
１，第２，第３，第４，第５又は第６に記載の石炭灰の
処理装置において、前記未燃炭素分離装置で未燃炭素が
分離された石炭灰はセメントの粘土成分として利用する
ようにしたことを特徴とする。

【０１２８】従って、この第８発明の石炭灰の処理装置
によれば、未燃炭素分計測装置の計測信号に基づき、運
転制御装置で分離能制御信号により静電向流ベルト式の
未燃炭素分離装置の分離能を制御することによって、所
望の未燃炭素分率の石炭灰を得ることができるため、石
炭灰をセメントの粘土成分としてより適したものとする
ことができる。

【０１２９】また、第９発明の石炭灰中未燃炭素分計測
装置は、サンプリング管と、このサンプリング管内に充
填した物質の複数の誘電率に関連する物性値を計測でき
る単一又は複数の誘電率計測器を備え、サンプリング管
にサンプル石炭灰を充填した状態で、この単一又は複数
の誘電率計測器によって複数の誘電率に関連する物性値
を求めて、このサンプル石炭灰の複数の誘電率に関連す
る物性値と、予め物性既知の石炭灰を用いて求めた複数
の誘電率に関連する物性値と未燃炭素分率の関係とか
ら、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構
成したことを特徴とする。

【０１３０】従って、この第９発明の石炭灰中未燃炭素
分計測装置によれば、サンプル石炭灰の重量計測を要せ
ず、サンプル石炭灰の複数の誘電率に関連する物性値を
計測するだけでその未燃炭素分率を求めることができる
ため、短時間で計測することができる、また、特別な設
置場所の制限もなく、しかも、完全閉鎖系の計測系を実
現することも可能となる。

【０１３１】また、第１０発明の石炭灰中未燃炭素分計
測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手段と、空
胴共振器と、この空胴共振器を貫通するサンプリング管
とを備え、マイクロ波発信手段から周波数を変えて順次
マイクロ波を発信し、これらのマイクロ波を空胴共振器
に導入して、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填し
た状態で、共振器内にマイクロ波の共振状態を形成せし
めた後、信号計測手段で受信してマイクロ波の信号強度
に関する周波数スペクトルを求め、この周波数スペクト
ルを電磁場解析することによりサンプル石炭灰の複素誘
電率を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電率と、予
め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率と未燃炭
素分率の関数式とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分
率を求めるように構成したことを特徴とする。

【０１３２】従って、この第１０発明の石炭灰中未燃炭
素分計測装置によれば、サンプル石炭灰の重量計測を要
せず、サンプル石炭灰の複素誘電率を計測するだけでそ
の未燃炭素分率を求めることができるため、短時間で計
測することができ、特別な設置場所の制限もなく、しか
も、完全閉鎖系の計測系を実現することができる。

【０１３３】また、第１１発明の石炭灰中未燃炭素分計
測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手段と、空
胴共振器と、導波管と、これらの空胴共振器及び導波管
を貫通するサンプリング管とを備え、マイクロ波発信手
段から周波数を変えて順次マイクロ波を発信し、これら
のマイクロ波を空胴共振器に導入して、サンプリング管
にサンプル石炭灰を充填した状態で、共振器内にマイク
ロ波の共振状態を形成せしめた後、信号計測手段で受信
してマイクロ波の信号強度に関する周波数スペクトルを
求め、この周波数スペクトルを電磁場解析することによ
りサンプル石炭灰の複素誘電率を求めるとともに、マイ
クロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波を発信し、
このマイクロ波を導波管に導入して、サンプリング管に
サンプル石炭灰を充填した状態で、導波管にマイクロ波
を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサンプル石炭
灰により生じるマイクロ波の位相差を求めて、このサン
プル石炭灰の複素誘電率及びマイクロ波の位相差と、予
め物性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率及びマイ
クロ波の位相差と未燃炭素分率の関数式とから、サンプ
ル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したこと
を特徴とする。

【０１３４】従って、この第１１発明の石炭灰中未燃炭
素分計測装置によれば、サンプル石炭灰の重量計測を要
せず、サンプル石炭灰の複素誘電率とマイクロ波の位相
差を計測するだけでその未燃炭素分率を求めることがで
きるため、短時間で計測することができ、特別な設置場
所の制限もなく、しかも、完全閉鎖系の計測系を実現す
ることができる。

【０１３５】また、第１２発明の石炭灰中未燃炭素分計
測装置は、マイクロ波発信手段と、信号計測手段と、導
波管と、この導波管を貫通するサンプリング管とを備
え、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波を
発信し、このマイクロ波を導波管に導入して、サンプリ
ング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波管にマ
イクロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサン
プル石炭灰により生じるマイクロ波の位相差及び強度差
を求めて、このマイクロ波の位相差及び強度差と、予め
物性既知の石炭灰を用いて求めたマイクロ波の位相差及
び強度差と未燃炭素分率の関数式とから、サンプル石炭
灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したことを特徴
とする。

【０１３６】従って、この第１２発明の石炭灰中未燃炭
素分計測装置によれば、サンプル石炭灰の重量計測を要
せず、サンプル石炭灰によるマイクロ波の位相差及び強
度差を計測するだけでその未燃炭素分率の求めることが
できるため、短時間で計測することができ、特別な設置
場所の制限もなく、しかも、完全閉鎖系の計測系を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る石炭灰中未燃炭素
分計測装置の石炭焚火力発電所における配置図である。

【図２】各設置場所における前記石炭灰中未燃炭素分計
測装置の概略構成図である。

【図３】（ａ）は前記石炭灰中未燃炭素分計測装置の構
成図、（ｂ）は前記石炭灰中未燃炭素分計測装置におけ
る複素誘電率の計測手順を示す説明図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は予め物性既知の石炭灰を用
いて求めた検量線を示すグラフ、（ｃ）は前記石炭灰中
未燃炭素分計測装置によって計測した未燃炭素分率と化
学分析により求めた未燃炭素分率とを比較したグラフ、
（ｄ）は前記物性既知の石炭灰を用いて複素誘電率と未
燃炭素分率の関数式を求める手順を示す説明図である。

【図５】（ａ）は本発明の実施の形態２に係る石炭灰中
未燃炭素分計測装置の構成図、（ｂ）は前記石炭灰中未
燃炭素分計測装置における複素誘電率とマイクロ波の位
相差の計測手順を示す説明図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は予め物性既知の石炭灰を用
いて求めた検量線を示すグラフ、（ｃ）は前記石炭灰中
未燃炭素分計測装置によって計測した未燃炭素分率と化
学分析により求めた未燃炭素分率とを比較したグラフ、
（ｄ）は前記物性既知の石炭灰を用いて複素誘電率及び
マイクロ波の位相差と未燃炭素分率の関数式を求める手
順を示す説明図である。

【図７】（ａ）は本発明の実施の形態３に係る石炭灰中
未燃炭素分計測装置の構成図、（ｂ）は前記石炭灰中未
燃炭素分計測装置におけるマイクロ波の位相差及び強度
差の計測手順を示す説明図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は予め物性既知の石炭灰を用
いて求めた検量線を示すグラフ、（ｃ）は前記石炭灰中
未燃炭素分計測装置によって計測した未燃炭素分率と化
学分析により求めた未燃炭素分率とを比較したグラフ、
（ｄ）は前記物性既知の石炭灰を用いてマイクロ波の位
相差及び強度差と未燃炭素分率の関数式を求める手順を
示す説明図である。

【図９】本発明の石炭灰中未燃炭素分計測装置の原理を
説明するための図である。

【図１０】本発明の実施の形態４に係る石炭灰の処理装
置の構成図である

【図１１】本発明の実施の形態５に係る石炭灰の処理装
置の構成図である

【符号の説明】

１石炭焚ボイラ２エアヒータ３煙道４脱硝装置５静電集塵装置６脱硫装置７煙突８回収配管９灰処理装置１０石炭灰中未燃炭素分計測装置１１，１２ノズル１４配管１５，１６バルブ１７配管１８排出配管２１マイクロ波発信・信号計測器２２空胴共振器２３サンプリング管２４送信アンテナ２５受信アンテナ２６サンプル石炭灰３１，３２検量線４０石炭灰中未燃炭素分計測装置４１，４２マイクロ波発信・信号計測器４３空胴共振器４４導波管４５サンプリング管４６サンプル石炭灰４７受信アンテナ４８送信アンテナ４９送信アンテナ５０同軸導波管変換器５１受信アンテナ５２同軸導波管変換器６１，６２検量線７０石炭灰中未燃炭素分計測装置７１マイクロ波発信・信号計測器７２導波管７３サンプリング管７４サンプル石炭灰７５送信アンテナ７６同軸導波管変換器７７受信アンテナ７８同軸導波管変換器８１，８２検量線８４無端ベルト８４ａ，８４ｂベルト部分８５電源装置８６，８７ローラ８８，８９テンションローラ９０回転駆動装置９１中間シート９２石炭灰供給装置９３電極駆動装置９４ホッパ９５電荷除去装置９５ａ金網９６コンテナ９７空気輸送装置９８ホッパ１００運転制御装置１００ａ表示器１００ｂ設定器１０１未燃炭素分離装置１０１Ａ静電向流ベルト式の未燃炭素分離装置１０１Ｂサイクロン式の未燃炭素分離装置１０２電極１０２ａ開口１０３電極１０４非帯電性材料１１１ケーシング１１２投入口１１３石炭灰供給装置１１４分級羽根１１５ガイドベーン１１６回転駆動装置１１７，１１８排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 22/00 Ｂ０９Ｂ 5/00 ＺＡＢＮ (72)発明者寺倉誠一兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者石橋勝兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番19号高菱エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4D004 AA36 BA03 CA44 CB46 DA02 DA10 4D054 GA09 GB03 GB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭灰から未燃炭素を分離する未燃炭素
分離装置と、石炭灰中未燃炭素分計測装置と、運転制御
装置とを備えた石炭灰の処理装置であって、前記石炭灰中未燃炭素分計測装置は、サンプリング管
と、このサンプリング管内に充填した物質の複数の誘電
率に関連する物性値を計測できる単一又は複数の誘電率
計測器を備え、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填
した状態で、この単一又は複数の誘電率計測器によって
複数の誘電率に関連する物性値を求めて、このサンプル
石炭灰の複数の誘電率に関連する物性値と、予め物性既
知の石炭灰を用いて求めた複数の誘電率に関連する物性
値と未燃炭素分率の関係とから、サンプル石炭灰中の未
燃炭素分率を求めるように構成するとともに、前記運転制御装置では、この石炭灰中未燃炭素分計測装
置の未燃炭素分率計測信号と所定の未燃炭素分率設定値
とに基づいて分離能制御信号を出力し、前記未燃炭素分
離装置では、この分離能制御信号に基づいて石炭灰中の
未燃炭素分率が前記未燃炭素分率設定値以下となるよう
に未燃炭素の分離能を調整するように構成したことを特
徴とする石炭灰の処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の石炭灰の処理装置にお
いて、前記石炭灰中未燃炭素分計測装置は、マイクロ波発信手
段と、信号計測手段と、空胴共振器と、この空胴共振器
を貫通するサンプリング管とを備え、マイクロ波発信手
段から周波数を変えて順次マイクロ波を発信し、これら
のマイクロ波を空胴共振器に導入して、サンプリング管
にサンプル石炭灰を充填した状態で、共振器内にマイク
ロ波の共振状態を形成せしめた後、信号計測手段で受信
してマイクロ波の信号強度に関する周波数スペクトルを
求め、この周波数スペクトルを電磁場解析することによ
りサンプル石炭灰の複素誘電率を求めて、このサンプル
石炭灰の複素誘電率と、予め物性既知の石炭灰を用いて
求めた複素誘電率と未燃炭素分率の関数式とから、サン
プル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるように構成したこ
とを特徴とする石炭灰の処理装置。
【請求項３】請求項１に記載の石炭灰の処理装置にお
いて、前記石炭灰中未燃炭素分計測装置は、マイクロ波発信手
段と、信号計測手段と、空胴共振器と、導波管と、これ
らの空胴共振器及び導波管を貫通するサンプリング管と
を備え、マイクロ波発信手段から周波数を変えて順次マ
イクロ波を発信し、これらのマイクロ波を空胴共振器に
導入して、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填した
状態で、共振器内にマイクロ波の共振状態を形成せしめ
た後、信号計測手段で受信してマイクロ波の信号強度に
関する周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトル
を電磁場解析することによりサンプル石炭灰の複素誘電
率を求めるとともに、マイクロ波発信手段から一定周波
数のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を導波管に導
入して、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填した状
態で、導波管にマイクロ波を伝搬させた後、信号計測手
段で受信してサンプル石炭灰により生じるマイクロ波の
位相差を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電率及び
マイクロ波の位相差と、予め物性既知の石炭灰を用いて
求めた複素誘電率及びマイクロ波の位相差と未燃炭素分
率の関数式とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を
求めるように構成したことを特徴とする石炭灰の処理装
置。
【請求項４】請求項１に記載の石炭灰の処理装置にお
いて、前記石炭灰中未燃炭素分計測装置は、マイクロ波発信手
段と、信号計測手段と、導波管と、この導波管を貫通す
るサンプリング管とを備え、マイクロ波発信手段から一
定周波数のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を導波
管に導入して、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填
した状態で、導波管にマイクロ波を伝搬させた後、信号
計測手段で受信してサンプル石炭灰により生じるマイク
ロ波の位相差及び強度差を求めて、このマイクロ波の位
相差及び強度差と、予め物性既知の石炭灰を用いて求め
たマイクロ波の位相差及び強度差と未燃炭素分率の関数
式とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるよ
うに構成したことを特徴とする石炭灰の処理装置。
【請求項５】請求項１，２，３又は４に記載の石炭灰
の処理装置において、前記未燃炭素分離装置は、隙間を
隔てて対向配置した電極と、この電極の隙間を通って循
環移動する有孔の無端ベルトとを備え、電極に電圧を印
加して電極の隙間に電界を形成し、且つ、電極の隙間に
位置する無端ベルトのベルト部分が前記電界に直交して
互いに反対方向に移動することにより、電極の隙間に投
入した石炭灰の粒子を表面接触により帯電させて同石炭
灰から未燃炭素を分離するように構成したことを特徴と
する石炭灰の処理装置。
【請求項６】請求項５に記載の石炭灰の処理装置にお
いて、前記分離能制御信号は電圧制御信号、電極間距離制御信
号、灰投入量制御信号又は灰スライド速度制御信号の何
れか一つ又は複数とし、この制御信号に基づいて、前記
未燃炭素分離装置では電極の印加電圧、電極の隙間の間
隔、電極の隙間に投入する石炭灰の投入量、又は、無端
ベルトの移動速度の何れか一つ又は複数を調整して、未
燃炭素の分離能を調整することを特徴とする石炭灰の処
理装置。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５又は６に記載
の石炭灰の処理装置において、前記未燃炭素分離装置で石炭灰から分離した未燃炭素は
石炭焚火力発電所のボイラの燃料として利用するように
したことを特徴とする石炭灰の処理装置。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５又は６に記載
の石炭灰の処理装置において、前記未燃炭素分離装置で未燃炭素が分離された石炭灰は
セメントの粘土成分として利用するようにしたことを特
徴とする石炭灰の処理装置。
【請求項９】サンプリング管と、このサンプリング管
内に充填した物質の複数の誘電率に関連する物性値を計
測できる単一又は複数の誘電率計測器を備え、サンプリ
ング管にサンプル石炭灰を充填した状態で、この単一又
は複数の誘電率計測器によって複数の誘電率に関連する
物性値を求めて、このサンプル石炭灰の複数の誘電率に
関連する物性値と、予め物性既知の石炭灰を用いて求め
た複数の誘電率に関連する物性値と未燃炭素分率の関係
とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求めるよう
に構成したことを特徴とする石炭灰中未燃炭素分計測装
置。
【請求項１０】マイクロ波発信手段と、信号計測手段
と、空胴共振器と、この空胴共振器を貫通するサンプリ
ング管とを備え、マイクロ波発信手段から周波数を変えて順次マイクロ波
を発信し、これらのマイクロ波を空胴共振器に導入し
て、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填した状態
で、共振器内にマイクロ波の共振状態を形成せしめた
後、信号計測手段で受信してマイクロ波の信号強度に関
する周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルを
電磁場解析することによりサンプル石炭灰の複素誘電率
を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電率と、予め物
性既知の石炭灰を用いて求めた複素誘電率と未燃炭素分
率の関数式とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を
求めるように構成したことを特徴とする石炭灰中未燃炭
素分計測装置。
【請求項１１】マイクロ波発信手段と、信号計測手段
と、空胴共振器と、導波管と、これらの空胴共振器及び
導波管を貫通するサンプリング管とを備え、マイクロ波発信手段から周波数を変えて順次マイクロ波
を発信し、これらのマイクロ波を空胴共振器に導入し
て、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填した状態
で、共振器内にマイクロ波の共振状態を形成せしめた
後、信号計測手段で受信してマイクロ波の信号強度に関
する周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルを
電磁場解析することによりサンプル石炭灰の複素誘電率
を求めるとともに、マイクロ波発信手段から一定周波数
のマイクロ波を発信し、このマイクロ波を導波管に導入
して、サンプリング管にサンプル石炭灰を充填した状態
で、導波管にマイクロ波を伝搬させた後、信号計測手段
で受信してサンプル石炭灰により生じるマイクロ波の位
相差を求めて、このサンプル石炭灰の複素誘電率及びマ
イクロ波の位相差と、予め物性既知の石炭灰を用いて求
めた複素誘電率及びマイクロ波の位相差と未燃炭素分率
の関数式とから、サンプル石炭灰中の未燃炭素分率を求
めるように構成したことを特徴とする石炭灰中未燃炭素
分計測装置。
【請求項１２】マイクロ波発信手段と、信号計測手段
と、導波管と、この導波管を貫通するサンプリング管と
を備え、マイクロ波発信手段から一定周波数のマイクロ波を発信
し、このマイクロ波を導波管に導入して、サンプリング
管にサンプル石炭灰を充填した状態で、導波管にマイク
ロ波を伝搬させた後、信号計測手段で受信してサンプル
石炭灰により生じるマイクロ波の位相差及び強度差を求
めて、このマイクロ波の位相差及び強度差と、予め物性
既知の石炭灰を用いて求めたマイクロ波の位相差及び強
度差と未燃炭素分率の関数式とから、サンプル石炭灰中
の未燃炭素分率を求めるように構成したことを特徴とす
る石炭灰中未燃炭素分計測装置。