JP2009250511A - 燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】投入される燃料に含まれる塩素化合物をリアルタイムに検出することが可能な燃焼炉を提供する。
【解決手段】燃焼炉は、投入された燃料を内部で燃焼させる火炉３と、火炉３の内部に設置された棒状部材２３と、棒状部材２３の映像を撮像し分析するための窓２９、カメラ３１、映像処理部３３を備えている。映像処理部３３は、棒状部材２３において発生するバイルシュタイン反応による所定波長の光を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料を内部で燃焼させる火炉を備える燃焼炉に関するものである。

この種の燃焼炉においては、火炉に投入された燃料が塩素化合物を含むと、腐食性のガスや腐食性の灰が発生し、燃焼炉の短寿命化を招くことから、燃料に塩素化合物が含まれることは好ましくない。ところが近年、この種の燃焼炉は、例えば、木屑、タイヤ、或いはＲＰＦといったような必ずしも性状が一定しない燃料への対応が求められる場合も多い。このような燃料を用いる場合、燃焼炉の腐食抑制のための適切な対応を行うべく、燃料中に塩素化合物が含まれている場合にはそれを検知することが求められる。

従来、燃料に含まれる塩素化合物を検出する方法としては、例えば、下記特許文献１に記載の方法が知られている。この方法は、プラスチック試料の赤外線透過光又は反射光のスペクトルに基づいて当該試料の成分を判別するものである。
特開２００６−８４３５０号公報

しかしながら、上記の方法による燃焼炉の燃料の検査を行うとすれば、燃料を定期的にサンプリングする必要があり、火炉に投入される燃料を連続的にリアルタイムに検査することはできない。また、燃料中の塩素化合物を精度良く検出するためには、サンプリングの頻度を多くするしかなく、煩雑な運用が必要になってしまう。

そこで、本発明は、投入される燃料に含まれる塩素化合物をリアルタイムで検出することが可能な燃焼炉を提供することを目的とする。

本発明の燃焼炉は、投入された燃料を内部で燃焼させる火炉と、火炉の内部に設置された銅製の部材と、銅製の部材を観察する観察手段と、を備えたことを特徴とする。

この燃焼炉において、火炉内の上記銅製の部材に燃料中の塩素化合物が接触した場合、炎色反応により所定の色（緑色）の炎が発生する。そして、銅製の部材を観察する観察手段により上記所定の色の炎を検出することができるので、燃料中の塩素化合物の存在をリアルタイムで検知することができる。

また、観察手段は、銅製の部材において発生する光を受光する受光部と、受光部で得られた光を分析し所定の波長の光を検出する光分析部と、を有することとしてもよい。この構成によれば、炎色反応の炎に起因する所定の波長の光を検出することにより、炎色反応の発生を検出することが可能となる。

また、銅製の部材は、火炉の内部において、燃料の投入口を通じて投入される燃料が接触する位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、投入直後の燃料が銅製の部材に接触するので、確実に燃料中の塩素化合物を検出することができる。

具体的には、投入口は、火炉を区画する側壁に形成されており、銅製の部材は、火炉の内部において、投入口の前方斜め下方を横切って延びる棒状部材であることとしてもよい。また、投入口は、火炉を区画する側壁に形成されており、銅製の部材は、火炉の内部において、火炉の側壁に設けられ投入口の周囲に配置されることとしてもよい。これらの構成によれば、より確実に燃料中の塩素化合物を検出することができる。

本発明の燃焼炉によれば、投入される燃料に含まれる塩素化合物をリアルタイムで検出することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る燃焼炉の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示す外部循環型（Circulating FluidizedBed型）の流動層型燃焼炉１は、縦長円筒形状をなす流動層型の火炉３を備えている。火炉３の中間部には燃料を投入する燃料投入口３ａ、上部には燃焼ガスを排出するガス出口３ｂが設けられている。燃料投入装置５からこの火炉３に供給される燃料は、燃料投入口３ａを通じて火炉３の内部に投入される。

火炉３のガス出口３ｂには固気分離装置として機能するサイクロン７が接続されている。サイクロン７の排出口７ａはガスラインを介して後段のガス処理系に接続されている。また、サイクロン７の底部出口からはダウンカマーと称されるリターンライン９が下方に延びており、リターンライン９の下端は火炉３の中間部側面に接続されている。

火炉３内では、下部の給気ライン３ｃから導入される燃焼・流動用の空気により、上記投入口３ａから投入された燃料を含む固形物が流動し、燃料は流動しながら約８００〜９００℃で燃焼する。サイクロン７には、火炉３で発生した燃焼ガスが固体粒子を同伴しながら導入される。サイクロン７は、遠心分離作用により固体粒子と気体とを分離し、分離された固体粒子をリターンライン９を通して火炉３に戻すと共に、固体粒子が除かれた燃焼ガスを排出口７ａからガスラインを通じて後段のガス処理系に送出する。

この火炉３では「炉内ベット材」と呼ばれる固形物が発生し底部に溜まるが、この炉内ベット材で不純物（低融点物質等）が濃縮されて起こるベット材の焼結及び溶融固化、或いは不燃夾雑物による動作不良を抑制することが必要である。このため、火炉３では、底部の排出口３ｄから炉内ベット材が定期的に外部に排出されている。排出されたベット材は、循環ライン（図示せず）上で金属などの不適物を取り除いた後、再び火炉３に投入される。

上記のガス処理系は、サイクロン７のガス排出口７ａにガスラインを介して接続されたガス熱交換装置１３と、このガス熱交換装置１３の排出口１３ａにガスラインを介して接続されたバグフィルタ（集塵器）１５とを備えている。ガス熱交換装置１３には、排ガスの流路を横切るように水を流動させるボイラチューブ１３ｂが設けられている。サイクロン２４から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブ１３ｂに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水に回収され、発生した高温の水蒸気がボイラチューブ１３ｂを通じて発電用のタービンに送られる。バグフィルタ１５は、この可燃性ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去する。バグフィルタ１５の排出口１５ａから排出された清浄なガスはガスライン及びポンプ１７を経由して煙突１９から外部に排出される。

この燃焼炉１は、例えば、木屑、タイヤ、或いはＲＰＦ等の性状が一定しない燃料にも対応することが可能である。この種の燃料は塩素化合物を含む場合があり、塩素化合物を含む燃料が火炉３内に投入されると、腐食性の排ガスや灰が発生し、ボイラチューブ１３ｂ等を腐食させることが問題となる。従って、燃焼炉１の運転中には、火炉３に投入される燃料の性状をモニタし、燃料が塩素化合物を含むと判断される場合には、燃料供給系を調整する等の措置が必要な場合もある。そこで、この燃焼炉１は、燃料中の塩素化合物を検出する塩素検出部２１を備えている。

図２に示すように、塩素検出部２１は、火炉３の側壁３ｓに開口する上記燃料投入口３ａの近傍に構築されている。この塩素検出部２１は、火炉３の内部において、側壁３ｓに隣接する側壁３ｔから水平に延びる銅製の棒状（ここでは、丸棒状）の部材２３を有している。この棒状部材２３は、燃料投入口３ａよりも低い位置において、燃料投入口３ａの前方斜め下方を横切って延びている。側壁３ｔには、開閉可能な棒挿入口２７が設けられ、この棒挿入口２７を通じて棒状部材２３を火炉３の外側に抜き出すことが可能であり、棒状部材２３のメンテナンスの容易化が図られている。

更に、塩素検出部２１は、燃料投入口３ａの側方に設けられ透明の板材が取り付けられた窓２９と、当該窓２９を通じて火炉３の外部から棒状部材２３を撮像するカメラ（受光部）３１と、当該カメラ３１により得られた映像を分析する映像処理部（光分析部）３３と備えている。カメラ３１は撮像で得られる棒状部材２３の映像を、映像データとして映像処理部３３に送信する。映像処理部３３は、カメラ３１で得られた映像データの処理を行い、当該映像データ中に基準の強度以上の波長５１０ｎｍ前後の光を検出した場合には、警告を発するように構成されている。

このような火炉３に塩素化合物を含む燃料が投入された場合を考えると、投入された燃料は、燃料投入口３ａを通過して火炉３の内部に落下する。このとき、燃料投入口３ａの前方斜め下方を横切る位置に棒状部材２３が延在しているので、落下する燃料は、投入直後ほぼ確実に、最初に棒状部材２３に接触する。このとき、火炎が存在する棒状部材２３の位置において、燃料中の塩素化合物と銅からなる当該棒状部材２３とが接触することにより、バイルシュタイン反応（炎色反応）によって緑色の炎が棒状部材２３周囲に発生する。すなわち、ここでは、棒状部材２３から、波長５１０ｎｍ前後の光が発せられる。この光は、カメラ３１で受光され映像データとして映像処理部３３に送信される。そして、映像処理部３３は、映像処理を行い、上記映像データ中に基準強度以上の波長５１０ｎｍ前後の光を検出し、警告を発する。

以上の塩素検出部２１の構成により、燃料中に塩素化合物が含まれる場合には当該塩素化合物をリアルタイムで検出することができ、映像処理部３３が警告を発するので、燃焼炉１の運転において、燃料供給系の操作等の必要な措置を取ることが可能となる。

（第２実施形態）
図３に示すように、燃焼炉５１の塩素検出部６１は、燃料投入口３ａの周囲に設けられた銅製の樋部５３を有している。樋部５３は、燃料投入口３ａの下縁に沿って側壁３ｓに固定され、円筒側面の一部の形状をなし、燃料投入口３ａから斜め下方に向かって延びている。このような銅製の樋部５３には、燃焼投入口３ａから投入される燃料が、投入直後最初に確実に接触するので、前述のバイルシュタイン反応を発生させることができる。

更に、この塩素検出部６１は、燃料投入口３ａの上縁に沿って側壁３ｓに固定され、円筒側面の一部の形状をなし、燃料投入口３ａから斜め下方に向かって延びる銅製の上方樋部５５を有している。この上方樋部５５には、投入直後に上方に舞い上がる燃料が接触しバイルシュタイン反応を発生させる。従って、この上方樋部５５によれば、重量が軽く舞い上がり易い燃料が塩素化合物を含む場合にも、バイルシュタイン反応を発生させることができる。また、窓２９とカメラ３１とは、樋部５３及び上方樋部５５を一緒に撮像し易い位置として、側壁３ｔに配置されている。

なお、この燃焼炉５１において、前述の燃焼炉１と同一又は同等な構成部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。

本発明に係る燃焼炉の第１実施形態を示す図である。 図１の燃焼炉の燃料投入口付近を、火炉の内部側から見た形状を示す図である。 本発明に係る燃焼炉の第２実施形態において、燃焼炉の燃料投入口付近を、火炉の内部側から見た形状を示す図である。

符号の説明

１…燃焼炉、３…火炉、２３…棒状部材（銅製の部材）、２９…窓（観察手段）、３１…カメラ（観察手段、受光部）、３３…映像処理部（観察手段、光分析部）、５３，５５…樋部（銅製の部材）。

Claims (5)

1. 投入された燃料を内部で燃焼させる火炉と、
   前記火炉の内部に設置された銅製の部材と、
   前記銅製の部材を観察する観察手段と、
   を備えたことを特徴とする燃焼炉。
2. 前記観察手段は、
   前記銅製の部材において発生する光を受光する受光部と、
   前記受光部で得られた光を分析し所定の波長の光を検出する光分析部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼炉。
3. 前記銅製の部材は、
   前記火炉の内部において、前記燃料の投入口を通じて投入される前記燃料が接触する位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼炉。
4. 前記投入口は、前記火炉を区画する側壁に形成されており、
   前記銅製の部材は、
   前記火炉の内部において、前記投入口の前方斜め下方を横切って延びる棒状部材であることを特徴とする請求項３に記載の燃焼炉。
5. 前記投入口は、前記火炉を区画する側壁に形成されており、
   前記銅製の部材は、
   前記火炉の内部において、前記火炉の側壁に設けられ前記投入口の周囲に配置されることを特徴とする請求項３に記載の燃焼炉。

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