JP2015232418A - ボイラ炉内計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲に亘る伝熱管の表面温度を短時間で精度良く確実に計測し得るボイラ炉内計測装置を提供する。【解決手段】ボイラの火炉内部における伝熱管表面に沿ってプローブ４を落下させることにより、伝熱管表面の状態を連続的に計測する。プローブ４は、耐熱容器５に、伝熱管表面の温度を計測する放射温度計６と、放射温度計６と伝熱管表面との距離を計測する測距計７と、落下時の加速度を計測する加速度計８と、駆動電源９とを内蔵して構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラ炉内計測装置に関するものである。

一般に、石炭焚きボイラの火炉の炉壁を構成する水管（伝熱管）の火炉側表面には、灰が時々刻々付着している。付着した灰の表面温度は、伝熱管の内部を流通する水や蒸気に対する燃焼ガスからの伝熱量に影響を及ぼす。

従って、伝熱管表面に付着した灰の表面温度を計測することは、伝熱管の内部における水や蒸気の流動特性を把握したり、燃焼ガスの温度場を把握したりする上で非常に重要となる。灰の表面温度は、灰の付着量、炭種、運転条件、位置、灰自身の熱伝導率等、多くのパラメータと密接に結び付いており、火炉内で時間的・空間的に分布を持つものと考えられる。

従来、伝熱管の温度計測に関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１があり、該特許文献１に開示されている装置は、熱電対により計測したい点の温度を直接計測するものである。

又、特許文献２や特許文献３には、伝熱管からの放射エネルギを取り込み、該放射エネルギに基づいて伝熱管の表面温度を計測する装置が開示されている。

特開２００２−１２２４８４号公報 特開平２−１５７５０２号公報 特開平５−３０６９５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている装置では、熱電対を挿入するための経路が必要である。

又、特許文献２や特許文献３に開示されている装置では、観測点から炉壁までの距離が長いほど、角度が垂直から外れるほど、或いは煤が多いほど誤差が大きくなる。

即ち、特許文献１、２、３のいずれに開示されている装置でも、計測点に近い領域の温度を計測することになる。そして、伝熱管への灰付着の状況や灰が付着した伝熱管表面の温度は時々刻々変化するため、短時間でできるだけ広範囲の温度を計測することが重要であるが、特許文献１、２、３に開示されている装置の場合、広範囲に亘る伝熱管の温度取得のためには計測点を増やさざるを得ない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、広範囲に亘る伝熱管の表面温度を短時間で精度良く確実に計測し得るボイラ炉内計測装置を提供しようとするものである。

本発明は、ボイラの火炉内部における伝熱管表面に沿ってプローブを落下させることにより、前記伝熱管表面の状態を連続的に計測するボイラ炉内計測装置であって、
前記プローブは、耐熱容器に、前記伝熱管表面の温度を計測する放射温度計と、該放射温度計と前記伝熱管表面との距離を計測する測距計と、落下時の加速度を計測する加速度計と、駆動電源とを内蔵して構成されることを特徴とするボイラ炉内計測装置にかかるものである。

前記ボイラ炉内計測装置においては、前記プローブの耐熱容器に内蔵され且つ前記放射温度計と測距計と加速度計とで計測された各データを送信する送信機と、
該送信機から送信されるデータを火炉外部で受信する受信機とを備えることが好ましい。

又、前記ボイラ炉内計測装置においては、前記プローブの耐熱容器に内蔵され且つ前記放射温度計と測距計と加速度計とで計測された各データを保存するデータロガーを備えることが好ましい。

更に又、前記ボイラ炉内計測装置においては、前記プローブの耐熱容器は、落下時の姿勢保持用の翼を備えることが好ましい。

本発明のボイラ炉内計測装置によれば、広範囲に亘る伝熱管の表面温度を短時間で精度良く確実に計測し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明のボイラ炉内計測装置の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明のボイラ炉内計測装置の実施例におけるプローブを示す概要構成図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明のボイラ炉内計測装置の実施例における受信アンテナを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明のボイラ炉内計測装置の実施例であって、ボイラ１の火炉２内部における伝熱管３表面に沿ってプローブ４を落下させることにより、前記伝熱管３表面の状態を連続的に計測するようにしたものである。

前記プローブ４は、図２に示す如く、耐熱容器５に、前記伝熱管３表面の温度を計測する放射温度計６と、該放射温度計６と前記伝熱管３表面との距離を計測する測距計７と、落下時の加速度を計測する加速度計８と、駆動電源９とを内蔵して構成されている。

前記プローブ４の耐熱容器５には、前記放射温度計６と測距計７と加速度計８とで計測された各データを送信する送信機１０が内蔵され、火炉２外部には、前記送信機１０から送信されるデータを受信する受信機１１が設けられている。

更に、前記プローブ４の耐熱容器５には、前記放射温度計６と測距計７と加速度計８とで計測された各データを保存するデータロガー１２が内蔵されていると共に、火炉２内部の伝熱管３表面の状況を撮影する可視光カメラ１３が内蔵されている。

前記プローブ４の耐熱容器５は、落下時の姿勢保持用の翼１４を備えている。前記耐熱容器５及び翼１４は、全て金属構造としても良いし、セラミックや金属と断熱材の複合構造としても良い。

前記放射温度計６は、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を計測して、物体の温度を計測するものである。放射温度計６の主な長所は、計測が迅速に行えることと、非接触で計測可能な点である。非接触で計測可能なことは、熱伝導によって計測対象と同じ温度になる必要がある多くの温度計と異なり、短時間で温度計測が可能となる要因ともなっている。

前記測距計７としては、例えば、レーザー光或いは電波を利用する形式のものを用いることができる。

尚、前記放射温度計６、測距計７、及び可視光カメラ１３はそれぞれ、前記耐熱容器５の正面側に穿設されて赤外線、可視光線、レーザー光或いは電波が透過する耐熱ガラスが埋め込まれた計測用窓１５，１６、及び観測用窓１７を介して計測及び観測が行われるようになっている。又、前記送信機１０には、前記プローブ４の外部へ張り出す送信アンテナ１８が接続されている。

前記受信機１１は、図１に示す如く、火炉２の外部に配備され、該受信機１１には受信アンテナ１９が接続されており、該受信アンテナ１９は、通信が可能なボイラ１の任意の観測窓２０から火炉２内部へ挿入するようになっている。前記受信アンテナ１９は、該受信アンテナ１９を熱的に保護する観点から、熱負荷の高いバーナゾーンを避け、比較的熱負荷の低い火炉２の上部に挿入することが好ましい。前記受信アンテナ１９は、例えば、図３に示す如く、内筒１９ａと外筒１９ｂからなる二重円筒構造とし、該内筒１９ａ内に冷却空気或いは冷却水を供給して、内筒１９ａと外筒１９ｂとの間の空間に流通させることにより、冷却を行うようにしても良い。尚、前記受信アンテナ１９を導電性セラミックカバー（図示せず）で覆って熱を遮断することにより、該受信アンテナ１９が熱環境に耐えられるならば、前記二重円筒構造のような冷却構造は不要となる。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前記耐熱容器５の正面側がボイラ１の火炉２内部における伝熱管３表面に対向する形となるようプローブ４を、火炉２上部の観測窓２０から炉内に投入し、落下させる。

前記プローブ４は、翼１４の作用により火炉２内部における伝熱管３表面との位置関係を保ちながら落下していく。

落下中、プローブ４に搭載された放射温度計６により伝熱管３表面の温度が計測され、測距計７により放射温度計６と前記伝熱管３表面との距離が計測され、加速度計８により落下時の加速度が計測され、可視光カメラ１３により火炉２内部の伝熱管３表面の状況が撮影される。前記放射温度計６と測距計７と加速度計８とで計測された各データは、データロガー１２に保存される。該データロガー１２に保存されたデータ並びに可視光カメラ１３による撮影画像は、時々刻々、送信機１０によって送信され、火炉２上部の観測窓２０から挿入した受信アンテナ１９を介して受信機１１で受信される。

ここで、前記測距計７で計測される距離は、放射温度計６が伝熱管３表面から離れすぎておらず、放射温度計６の計測範囲内に収まっているか否かを判定するために使用される。又、前記加速度計８で計測される加速度は、プローブ４が火炉２内部へ投入されてからの時間と落下距離との関係を求めてプローブ４の高さ方向の位置を判定するために使用される。更に又、前記加速度計８で計測される加速度は、プローブ４が火炉２の底部におけるホッパ部２ａに落着したか否かの判定にも使用される。

前記プローブ４は、火炉２の底部におけるホッパ部２ａに落着する。該ホッパ部２ａにプローブ４が落着した後も、前記データロガー１２に保存されたデータ並びに可視光カメラ１３による撮影画像は、送信機１０によって送信され続け、火炉２上部の観測窓２０から挿入した受信アンテナ１９を介して受信機１１で受信され続ける。最終的に、前記プローブ４はホッパ部２ａから灰と共に回収される。

例えば、高さ３０ｍの位置からプローブ４を投入した場合、該プローブ４が落着するまでの時間は２秒強である。前記プローブ４が１０００℃以上の燃焼ガスに晒されるのはこの短い時間のみであり、前記プローブ４がホッパ部２ａに落着した後は比較的低温の環境となる。このため、耐熱容器５の内部に搭載された放射温度計６、測距計７、加速度計８、データロガー１２、可視光カメラ１３、及び送信機１０といった電子機器並びに駆動電源９が熱的に損傷を受ける心配はほとんどない。尚、データを送信し終われば、前記プローブ４が万一、熱的に破損しても問題はない。

本実施例のプローブ４は、特許文献１に開示されている装置とは異なり、熱電対を挿入するための経路は不要となる。そのため、既設ボイラに適用する場合、観測窓２０近傍だけでなく伝熱管３の表面温度を高さ方向に広範囲に亘って計測可能となる。又、特許文献１に開示されている装置のように熱電対が正しく灰の表面に接しているかどうかの確認をする必要もない。

又、特許文献２や特許文献３に開示されている装置と比較した場合、バーナ近傍の煤の多い領域であっても、伝熱管３の表面温度を計測することが可能となる。

つまり、本実施例のプローブ４を用いれば、特許文献１、２、３に開示されている装置のように計測点に近い領域だけの温度を計測するのではなく、時々刻々変化する伝熱管３への灰付着の状況を可視光カメラ１３の撮影画像により把握しつつ、灰が付着した伝熱管３表面の温度を、短時間で広範囲に計測することが可能となる。

こうして、広範囲に亘る伝熱管３の表面温度を短時間で精度良く確実に計測し得る。

本実施例では、前記プローブ４の耐熱容器５に内蔵され且つ前記放射温度計６と測距計７と加速度計８とで計測された各データを送信する送信機１０と、該送信機１０から送信されるデータを火炉２外部で受信する受信機１１とを備えたことにより、プローブ４の落下中に送信機１０から送信された各データを受信機１１で受信しておくことができるため、万一、プローブ４が落着時の衝撃で破損したり或いは熱的に破損したりしても問題はない。

又、前記プローブ４の耐熱容器５に内蔵され且つ前記放射温度計６と測距計７と加速度計８とで計測された各データを保存するデータロガー１２を備えたことにより、何らかの不具合でプローブ４の落下中に送信機１０から送信された各データを受信機１１で受信することができなかったとしても、落着後にプローブ４をホッパ部２ａから灰と共に回収し、データロガー１２に保存された各データを取り出すことができる。因みに、前記データロガー１２を備えた場合、前記送信機１０及び受信機１１を必ずしも設ける必要はない。

更に又、前記プローブ４の耐熱容器５は、落下時の姿勢保持用の翼１４を備えているため、前記プローブ４を火炉２内部における伝熱管３表面との位置関係を保ちながら落下させる上で有効となる。

尚、本発明のボイラ炉内計測装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ボイラ
２ 火炉
３ 伝熱管
４ プローブ
５ 耐熱容器
６ 放射温度計
７ 測距計
８ 加速度計
９ 駆動電源
１０ 送信機
１１ 受信機
１２ データロガー
１４ 翼

Claims (4)

1. ボイラの火炉内部における伝熱管表面に沿ってプローブを落下させることにより、前記伝熱管表面の状態を連続的に計測するボイラ炉内計測装置であって、
   前記プローブは、耐熱容器に、前記伝熱管表面の温度を計測する放射温度計と、該放射温度計と前記伝熱管表面との距離を計測する測距計と、落下時の加速度を計測する加速度計と、駆動電源とを内蔵して構成されることを特徴とするボイラ炉内計測装置。
2. 前記プローブの耐熱容器に内蔵され且つ前記放射温度計と測距計と加速度計とで計測された各データを送信する送信機と、
   該送信機から送信されるデータを火炉外部で受信する受信機とを備えた請求項１記載のボイラ炉内計測装置。
3. 前記プローブの耐熱容器に内蔵され且つ前記放射温度計と測距計と加速度計とで計測された各データを保存するデータロガーを備えた請求項１又は２記載のボイラ炉内計測装置。
4. 前記プローブの耐熱容器は、落下時の姿勢保持用の翼を備えた請求項１〜３の何れか一項に記載のボイラ炉内計測装置。

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