JP2016200536A - Measurement apparatus and combustion furnace facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼炉の炉内における灰の付着量を測定するために用いる測定装置、および、該測定装置を備えた燃焼炉設備に関するものである。 The present invention relates to a measuring apparatus used for measuring the amount of ash deposited in a furnace of a combustion furnace, and a combustion furnace facility equipped with the measuring apparatus.
水管ボイラのうち、微粉炭焚きボイラは、燃焼により生成される灰が炉内の水管や過熱器の伝熱管の表面に付着したり、堆積したりすることがある。このような灰の付着は、火炎からの輻射や高温ガスからの熱伝達による伝熱を阻害するため、ボイラ全体の効率の低下につながる。 Among the water tube boilers, in the pulverized coal fired boiler, ash generated by combustion may adhere to or accumulate on the surface of the water tube in the furnace or the heat transfer tube of the superheater. Such ash adhesion hinders heat transfer due to radiation from the flame and heat transfer from the high-temperature gas, leading to a reduction in the efficiency of the entire boiler.
ボイラの安定運転のためには、スートブロワ等の灰除去装置を用いて付着灰の除去を行うことが有効であり、燃料に用いる石炭として、灰が付着し難い石炭を選定することも有効である。 For the stable operation of the boiler, it is effective to remove the attached ash using an ash removal device such as a soot blower, and it is also effective to select coal that does not easily adhere to ash as the coal used for fuel. .
スートブロワ等の灰除去装置の駆動条件(駆動するタイミングや回数)を決定する場合や、石炭の選定を行う場合は、灰の付着状況の情報として、たとえば、付着灰の増加速度の測定や、付着灰の自然脱落の周期の測定が必要とされる。これらの測定は、視覚情報を基に得られる。 When determining the driving conditions (driving timing and number of times) of an ash removal device such as a soot blower, or when selecting coal, for example, measuring the increasing rate of adhering ash or adhering as ash adhering status information Measurement of the natural ash shedding cycle is required. These measurements are obtained based on visual information.
炉内の灰の付着状況を視覚情報として得るための手段としては、たとえば、以下のようなものが従来提案されている。 As means for obtaining the adhesion state of ash in the furnace as visual information, for example, the following has been conventionally proposed.
これは、ボイラ火炉の水管壁に内外方向に貫通する水冷式の冷却ジャケットを取り付け、該冷却ジャケットの炉内側の端部には、水管壁側に斜めに向く覗き用開口と、該覗き用開口の内側に取り付けられた反射鏡を備える。更に、前記冷却ジャケットには、炉外側からイメージファイバの先端側が挿入されて、その先端が前記反射鏡に向けて配置され、該イメージファイバの他端側(基端側)は、カメラに接続された構成となっている(たとえば、特許文献1(第3図、第4図)参照)。 This is because a water-cooling type cooling jacket penetrating inward and outward is attached to the water tube wall of the boiler furnace, and a peep opening at an angle toward the water tube wall side is formed at the inner end of the cooling jacket. And a reflecting mirror attached to the inside of the opening. Furthermore, the distal end side of the image fiber is inserted into the cooling jacket from the outside of the furnace, and the distal end thereof is arranged toward the reflecting mirror, and the other end side (base end side) of the image fiber is connected to the camera. (See, for example, Patent Document 1 (FIGS. 3 and 4)).
これにより、水管壁の内面側の覗き用開口が向けられた個所を、反射鏡とイメージファイバを介してカメラで撮影し、スートブロワ作動直後に撮影された画像データと、ある時間経過後に撮影された画像データとを比較して、水管に付着した灰(付着ダスト)の厚みを求めるようにしている。 As a result, the part where the peeping opening on the inner surface side of the water pipe wall is directed is photographed with a camera through a reflector and an image fiber, and the image data photographed immediately after the soot blower is activated and photographed after a certain period of time. The thickness of the ash (attached dust) adhering to the water pipe is obtained by comparing with the obtained image data.
ところが、特許文献1に示されたものは、冷却ジャケットの覗き用開口が向いた方向(角度)の領域しか撮影できない。そのため、特許文献1に示されたものは、測定対象が、水管壁のように壁の内側に沿って伝熱管が配置されている個所に限られる。
However, the one disclosed in
なお、覗き用開口の向きが異なる冷却ジャケットを用意すれば、壁の内側以外の個所についても灰の付着状況の測定が可能になると考えらえるが、その場合は、測定対象の向きが異なるごとに専用の冷却ジャケットが必要になってしまう。 Note that if a cooling jacket with a different orientation of the peeping opening is prepared, the ash adhesion status can be measured at locations other than the inside of the wall. Requires a special cooling jacket.
そこで、本発明は、燃焼炉設備の様々な個所に適用して、伝熱管に付着する灰の付着状況を測定することができる測定装置、および、該測定装置を備えた燃焼炉設備を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention is applied to various parts of the combustion furnace equipment, and provides a measuring apparatus that can measure the adhesion state of ash adhering to the heat transfer tubes, and a combustion furnace equipment equipped with the measuring apparatus. It is what.
本発明は、前記課題を解決するために、測定対象に取り付けるベースプレートと、前記ベースプレートに設けられた窓及びプローブ挿通孔と、前記窓に設けた透明部材と、前記プローブ挿通孔に表面側から挿通配置されて先端側が前記ベースプレートの裏面側に突出するプローブと、前記プローブの基端側から該プローブ内部の冷却媒体流路に接続された冷却媒体供給手段と、前記ベースプレートの表面側から前記窓を通して前記プローブの先端寄り部分を撮影する撮影装置とを備える測定装置とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a base plate attached to a measurement object, a window and a probe insertion hole provided in the base plate, a transparent member provided in the window, and the probe insertion hole inserted from the surface side. A probe which is disposed and has a distal end projecting toward the back side of the base plate, a cooling medium supply means connected to a cooling medium flow path inside the probe from the proximal end side of the probe, and through the window from the front side of the base plate The measuring device includes an imaging device that images a portion near the tip of the probe.
前記冷却媒体供給手段は、前記プローブの冷却媒体流路に、空気と水を冷却媒体として供給する機能を備える構成としてある。 The cooling medium supply means has a function of supplying air and water as a cooling medium to the cooling medium flow path of the probe.
前記透明部材には、前記プローブ挿通孔側に切欠きが設けられ、前記プローブ挿通孔に挿通配置する前記プローブが前記透明部材の切欠きに配置される構成としてある。 The transparent member is provided with a notch on the probe insertion hole side, and the probe inserted and arranged in the probe insertion hole is arranged in the notch of the transparent member.
前記プローブは、前記透明部材に接して配置される構成としてある。 The probe is configured to be in contact with the transparent member.
前記撮影装置に接続された画像解析装置を備え、前記画像解析装置は、撮影画像における前記プローブに付着した灰の外形を検出する機能と、検出された前記灰の外形と前記プローブの外面の位置と形状との差から、前記プローブに付着した灰の厚みを検出する機能とを備えるものとした構成としてある。 An image analysis device connected to the imaging device, wherein the image analysis device detects the outer shape of the ash attached to the probe in the captured image, and the detected outer shape of the ash and the position of the outer surface of the probe And a function of detecting the thickness of the ash attached to the probe from the difference in shape.
前記画像解析装置は、前記プローブに付着した灰の厚みの時間経過に伴う変化を基に、前記プローブに付着する灰の成長速度を検出する機能を備えるものとした構成としてある。 The image analysis apparatus is configured to have a function of detecting a growth rate of the ash attached to the probe based on a change with time of the thickness of the ash attached to the probe.
前記画像解析装置は、前記プローブに付着した灰の厚みや形状が減少すると、それを前記灰の自然脱落が生じたものとしてその時刻を記憶して、前記灰の自然脱落が生じる周期を測定する機能を備えるものとした構成としてある。 When the thickness or shape of the ash attached to the probe decreases, the image analysis apparatus stores the time as if the ash has fallen naturally, and measures the period at which the ash naturally falls off. This is a configuration having functions.
前記ベースプレートの裏面側で前記窓ガラスに向けて配置されたパージノズルと、前記ベースプレートを表面側から裏面側に貫通して配置されて先端部が前記パージノズルに接続されたパージガスラインと、前記パージガスラインの基端側に接続されたパージガス供給部とを備える構成としてある。 A purge nozzle disposed on the back surface side of the base plate toward the window glass; a purge gas line disposed through the base plate from the front surface side to the back surface side and having a tip connected to the purge nozzle; and a purge gas line And a purge gas supply unit connected to the base end side.
前記プローブの表面温度を計測する熱電対と、前記熱電対の設置個所の内側で前記プローブの内部温度を計測する別の熱電対と、前記熱電対及び別の熱電対の検出信号が入力される熱流束測定器とを備える構成としてある。 A thermocouple that measures the surface temperature of the probe, another thermocouple that measures the internal temperature of the probe inside the location where the thermocouple is installed, and detection signals of the thermocouple and another thermocouple are input. The heat flux measuring device is provided.
前記いずれかに記載の構成を有する測定装置を壁面の開口部に備えた燃焼炉設備とする。 Let the measurement apparatus which has the structure in any one of the above be combustion furnace equipment provided with the opening of the wall surface.
本発明の測定装置によれば、燃焼炉設備の様々な個所に適用して、伝熱管に付着する灰の付着状況を測定することができる。 According to the measuring apparatus of the present invention, it is possible to measure the adhesion state of ash adhering to the heat transfer tube by applying it to various parts of the combustion furnace facility.
又、本発明の燃焼炉設備によれば、開口部に測定装置が取り付けられた個所に存在している伝熱管について、灰の付着状況を測定することができる。 Moreover, according to the combustion furnace equipment of the present invention, the ash adhesion state can be measured for the heat transfer tubes existing at the locations where the measuring devices are attached to the openings.
本発明の測定装置について、図面を参照して説明する。 The measuring apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は測定装置の第1実施形態を示す概略切断平面図、図2は概略切断側面図、図3は図2のA−A方向矢視図である。図4は本実施形態におけるプローブを示すもので、図4(a)は概略切断側面図、図4(b)は図4(a)のB−B方向矢視図である。図5は本実施形態の測定装置における冷却媒体供給手段を示す概要図、図6は本第1実施形態の測定装置においてプローブの冷却媒体として空気と水を混合して用いることの有用性を説明するための図である。図7は、第1実施形態の測定装置により実施した試験の結果を示すもので、図7(a)はプローブの温度制御の結果を示す図、図7(b)は熱流束の測定結果を示す図である。図8は、第1実施形態の測定装置による試験の結果として、カメラの撮影画像を示すもので、(a)(b)(c)(d)(e)は、それぞれプローブに付着した灰の変化を時系列に沿って順に示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of the measuring device, FIG. 2 is a schematic side view, and FIG. 3 is a view taken in the direction of arrows AA in FIG. 4A and 4B show a probe in the present embodiment, in which FIG. 4A is a schematic cut side view, and FIG. 4B is a view taken in the direction of arrows BB in FIG. 4A. FIG. 5 is a schematic diagram showing the cooling medium supply means in the measurement apparatus of the present embodiment, and FIG. 6 explains the usefulness of using a mixture of air and water as the probe cooling medium in the measurement apparatus of the first embodiment. It is a figure for doing. FIG. 7 shows the result of the test performed by the measuring apparatus of the first embodiment. FIG. 7 (a) shows the result of the temperature control of the probe, and FIG. 7 (b) shows the result of the heat flux measurement. FIG. FIG. 8 shows a photographed image of the camera as a result of the test by the measuring apparatus of the first embodiment. (A), (b), (c), (d), and (e) are the ash attached to the probe, respectively. It is a figure which shows a change in order along a time series.
本実施形態の測定装置は、図1乃至図3に符号1で示すもので、円形のベースプレート2と、ベースプレート2の中央部分に設けられた窓3及びプローブ挿通孔4と、プローブ挿通孔4に挿通配置されたプローブ5と、ベースプレート2の表面側に突出するプローブ5の基端側(一端側)に接続された冷却媒体供給手段6と、ベースプレート2の表面側に配置されてベースプレート2の裏面側に突出するプローブ5の先端寄り部分(他端寄り部分)を窓3を通して撮影する撮影装置(カメラ)7とを備えた構成とされている。なお、ベースプレート2の表面とは、後述する燃焼炉設備100に取り付けるときに外側に臨む面のことであり、裏面とは、燃焼炉設備100に取り付けるときに内側に臨む面のことである。
The measurement apparatus of the present embodiment is indicated by
ベースプレート2は、図1、図2に示すように、燃焼炉設備100の測定対象個所の壁面101に設けられている開口部102に取り付けるための部材であり、開口部102に備えられているフランジ103に重なる外形を備えている。したがって、ベースプレート2は、図3では外形が円形のものとして示したが、設置対象となるフランジ103の形状に応じて、多角形状や、その他、いかなる形状を有していてもよいことは勿論である。図1乃至図3に示すように、ベースプレート2は、その外周縁部がフランジ103にボルト104とナット(図示せず)、あるいは、図示しないクランプ等の取り外し可能な固定手段によって取り付けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
窓3及びプローブ挿通孔4は、ベースプレート2の中央部に、隣接した状態で、且つベースプレート2が取り付けられる開口部102やそのフランジ103と干渉しない配置で、表裏面側に貫通させて設けられている。
The
本実施形態では、たとえば、窓3は矩形とされ、プローブ挿通孔4は円柱形状のプローブ5の外径よりもやや大きな径の円形とされている。
In this embodiment, for example, the
窓3とプローブ挿通孔4は、周方向の一部同士がつながっている。本実施形態では、窓3がプローブ挿通孔4の周方向の一部の外周縁部に重なるように形成されている。
The
窓3は、観察用の開口であり、その窓3には、ベースプレート2の表面側に、透明部材としての窓ガラス8が取り付けられている。窓ガラス8は、耐熱性を考慮して、耐熱ガラス製、たとえば、石英ガラス製とすることが好ましい。窓ガラス8は、窓3よりも一回り大きい矩形状とされ、プローブ挿通孔4の側に位置する一辺を除く三辺が、該三辺に沿って延びる形状の押さえ部材9とボルト10によりベースプレート2の表面に固定されている。なおベースプレート2の表面と窓ガラス8との間、及び、窓ガラス8と押さえ部材9との間は、ガスケット11を挟むことによって気密性が保持されている。
The
窓ガラス8のプローブ挿通孔4の側に位置する一辺には、プローブ挿通孔4の中心からプローブ挿通孔4の径と同じ径で描いた円弧に沿う切欠き12が設けられている。
On one side of the
プローブ挿通孔4の径は、プローブ5の外径よりも大きな径に設定されている。これは、図1に二点鎖線で示すようにプローブ5の先端寄り部分に灰13が付着した状態となっていても、プローブ挿通孔4からプローブ5を抜き取ることができるようにするためである。
The diameter of the
ベースプレート2の表面におけるプローブ挿通孔4を囲む位置には、プローブ挿通孔4に挿通配置されたプローブ5を窓ガラス8に接する配置で保持するためのプローブ保持手段14が設けられている。
At a position surrounding the
プローブ保持手段14は、たとえば、ベースプレート2の表面におけるプローブ挿通孔4を囲む位置に、窓3と反対側となる個所を含む周方向の複数個所(図では3個所)に突設したブラケット15と、各ブラケット15にプローブ挿通孔4の径方向に沿って設けた図示しないねじ穴に螺着させた押さえボルト16とを備えた構成とされている。かかる構成としてあるプローブ保持手段14によれば、プローブ挿通孔4に挿通したプローブ5を窓ガラス8の切欠き12に接するように配置し、この状態で、各押さえボルト16をブラケット15のねじ穴にねじ込むことにより、各押さえボルト16の先端側をプローブ5の外面に押し当てて、プローブ5の位置を保持するようにしている。
The probe holding means 14 includes, for example,
このように、プローブ5は窓ガラス8の切欠き12に配置してあるので、プローブ5を窓3に近付けて配置することができる。又、プローブ5を窓ガラス8に接した配置とすることで、プローブ5は、プローブ挿通孔4を通してベースプレート2の裏面側に突出させてある部分の全体が、何物にも遮られることなく窓ガラス8を通して観察可能になる。このため、窓3を通したプローブ5の先端寄り部分の観察をより行い易くすることができる。
Thus, since the
このときプローブ挿通孔4に保持されたプローブ5の外周面と、プローブ挿通孔4の内面及び窓ガラス8との間、更に、ガスケット11の厚み分、ベースプレート2の表面と窓ガラスとの間に形成される隙間は、耐熱布のような柔軟性と耐熱性を有するシール材17を詰めることでシールされている。
At this time, between the outer peripheral surface of the
プローブ5は、図4(a)(b)に示すように、先端側(図4(a)では右側)が閉塞された中空の円柱形状とされ、内部空間には、基端部(図4(a)では左側端部)から先端寄り位置まで、同心状に配置された円筒状の流路形成部材18が挿入配置されている。これにより、プローブ5の内部空間には、流路形成部材18によって内外方向に仕切られた内側流路19aと外側流路19bがプローブ5の先端側で連通接続された構成の冷却媒体流路19が形成されている。プローブ5は、たとえば、SUS製としてある。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
外側流路19bの基端部は、流路形成部材18の外周に取り付けられた閉塞部材20によって閉塞されている。プローブ5の基端寄りの周壁には、外側から周壁を径方向に貫通して冷却媒体流路19の終端側となる外側流路19bと連通する管状部材21が設けられている。これにより、冷却媒体流路19は、流路形成部材18の基端部を入口22とし、管状部材21の外側端部を出口23とした構成となり、冷却媒体流路19に冷却媒体24を流通させることができる。
The base end portion of the
プローブ5は、燃焼炉設備100の壁面101(図1、図2参照)よりも内側に配置される部分の外面(表面)に、図4(a)(b)に示すように、プローブ5の表面温度を計測する熱電対25が設けられている。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the
更に、プローブ5の周壁の内面で、熱電対25の設置位置から径方向内側となる位置には、プローブ5の内部温度としての内面温度を計測する熱電対26が設けられている。この熱電対26により計測されるプローブ5の内面温度は、後述する熱流束の計算に用いる。
Furthermore, a
冷却媒体供給手段6は、たとえば、図5に示すように、コンプレッサーや、プラントに一般的に装備されているプラントエア等の空気供給源27と、空気供給源27に順に接続されたドライヤ(乾燥器)28及びレシーバータンク29と、レシーバータンク29に接続された分配器30を備えている。分配器30には、燃焼炉設備100(図1、図2参照)に設けられる本実施形態の測定装置1の数に応じた数のマスフローコントローラ32が、個別の空気ライン31を介して接続されている。マスフローコントローラ32の下流側には、個別のプローブ5の入口22が空気供給ライン31aを介して接続されている。マスフローコントローラ32には、燃焼炉設備100にて本実施形態の測定装置1が取り付けられる個所に存在している図示しない伝熱管の表面温度の情報を基に、プローブ5に対する空気供給量が設定される。
For example, as shown in FIG. 5, the cooling medium supply means 6 includes a compressor, an
これにより、空気供給源27より供給される空気24aは、ドライヤ28を経て乾燥状態でレシーバータンク29に一旦貯留され、その後、分配器30から空気ライン31を経てマスフローコントローラ32に供給される。その後、マスフローコントローラ32は、設定された空気供給量で、空気供給ライン31aを通してプローブ5の入口22へ、冷却媒体24の一成分となる空気24aを供給する。
Thereby, the
更に、空気供給ライン31aの途中位置には、水24bの供給を行うチュービングポンプのような水供給ポンプ34の吐出側が、水供給ライン33を介して接続されている。水供給ポンプ34の吸入側は、水槽や水タンク等の水供給源35に接続されている。
Further, a discharge side of a
更に、水供給ポンプ34には、コントローラ36からの指令が入力される。コントローラ36には、熱電対25に接続された温度検出器37によるプローブ5の表面温度の計測結果が入力される。更に、コントローラ36は、プローブ5が配置される計測対象個所に存在している伝熱管の表面温度の情報が予め入力されるか、又は、その情報がデータベースから呼び出されると、プローブ5の表面温度の制御目標をその伝熱管の表面温度に設定し、熱電対25によるプローブ5の表面温度の計測値が制御目標よりも高い場合は、水供給ポンプ34に作動を開始させるオン指令を与える機能を備えている。一方、熱電対25によるプローブ5の表面温度の計測値が制御目標よりも低い場合は、コントローラ36は、水供給ポンプ34に作動を停止させるオフ指令を与える機能を備えている。これにより、プローブ5の表面温度は、制御目標に一致するようにフィードバック制御される。このフィードバック制御の手法としては、PID制御手法や、その他、既存のフィードバック制御手法を採用してよい。
Further, a command from the
ここで、プローブ5の冷却媒体流路19に流通させる冷却媒体24として空気24aと水24bを混合して用いることの利点について説明する。
Here, the advantage of using a mixture of
たとえば、燃焼炉設備の一つであるボイラ設備では、伝熱管として火炉に設けられている水管にも、火炉の下部に配置された水管と、火炉の上部で火炎に曝される水管とでは表面温度が異なり、更に、過熱器の伝熱管、再熱器の伝熱管のように燃焼ガスに接する伝熱管もそれぞれ表面温度が異なっている。 For example, in a boiler facility, which is one of the combustion furnace facilities, the water pipe provided in the furnace as the heat transfer pipe is also the surface of the water pipe disposed in the lower part of the furnace and the water pipe exposed to the flame in the upper part of the furnace. The surface temperatures of the heat transfer tubes contacting the combustion gas, such as the heat transfer tube of the superheater and the heat transfer tube of the reheater, are also different.
そのため、ボイラ設備では、伝熱管(水管を含む)の表面温度は、400℃から800℃のように広い温度範囲にばらついている。 Therefore, in the boiler equipment, the surface temperature of the heat transfer tube (including the water tube) varies in a wide temperature range from 400 ° C to 800 ° C.
プローブ5の表面温度は、本実施形態の測定装置1を取り付ける個所に存在している伝熱管の表面温度に合わせることが求められるため、400℃から800℃の広い温度範囲で制御することが望まれる。
Since the surface temperature of the
プローブ5の冷却を水のみで行う場合、すなわち、空気の流量がゼロである場合について、図6に線X0でプローブ5の表面温度を示し、線Y0でプローブ5の内面温度を示す。なお、炉内温度は1100℃、ガス流速は5m/s、水の温度は20℃に設定された条件での数値計算結果を示す。図6のグラフは、縦軸は温度[℃]であり、横軸は水供給量[cc(Normal)/min]である。なお、図6に示す水供給量の値は計算値である。
When the
この場合は、線X0から分かるように、プローブ5の表面温度を、450℃程度までであれば制御することは可能である。しかし、プローブ5の表面温度が約500℃になると、線Y0から明らかなように、プローブ5の内面温度が100℃に到達し、プローブ5の冷却媒体流路19の内部で水が沸騰して蒸気になる現象が生じてしまうため、水や蒸気の流量を正確に制御することが困難になる。したがって、プローブ5の冷却媒体として水のみを使用する場合は、プローブの温度を500℃以上に制御することができない。
In this case, as can be seen from the line X0, it is possible to control the surface temperature of the
これに対し、プローブ5の冷却媒体24として空気24aと水24bとを混合して用いる場合は、たとえば、空気の流量を5L(Normal)/minとする場合は、図6に線X5でプローブ5の表面温度を示し、線Y5でプローブ5の内面温度を示す結果となる。
On the other hand, when
又、空気の流量を10L(Normal)/minとする場合は、図6に線X10でプローブ5の表面温度を示し、線Y10でプローブ5の内面温度を示す結果となる。
When the air flow rate is 10 L (Normal) / min, the surface temperature of the
更に、空気の流量を30L(Normal)/minとする場合は、図6に線X30でプローブ5の表面温度を示し、線Y30でプローブ5の内面温度を示す結果となる。
Further, when the air flow rate is set to 30 L (Normal) / min, the surface temperature of the
同様に、空気の流量を50L(Normal)/minとする場合は、図6に線X50でプローブ5の表面温度を示し、線Y50でプローブ5の内面温度を示す結果となる。
Similarly, when the air flow rate is set to 50 L (Normal) / min, the surface temperature of the
これらの結果から、プローブ5の冷却媒体24として空気24aと水24bを混合して用いることにより、プローブ5の表面温度を、冷却媒体として水24bのみを使用する場合にはカバーできない450℃程度から約800℃までの任意の温度に制御することが可能であることが明らかである。この理由としては、線Y5、線Y10、線Y30、線Y50から分かるように、プローブ5の内面温度が300℃以上になっているため、冷却媒体流路19に供給される水24bは、冷却媒体流路19に進入すると全量が直ちに蒸気になり、このために、冷却媒体流路19の内部で水24bから蒸気が発生する場合とは異なり、水24bの供給量の制御で、冷却媒体流路19を流通させる蒸気の流量の制御を行うことができると考えられる。
From these results, by using a mixture of
一方、たとえば、表1に示すように、プローブ5の表面温度の制御を、冷却媒体として空気のみを使用して行う場合は、プローブ5の表面温度を500℃、600℃、700℃に制御する場合に必要とされる空気の流量は、それぞれ、278L(Normal)/min、160L(Normal)/min、96L(Normal)/minである。なお、この空気の流量の値は計算値である。
On the other hand, for example, as shown in Table 1, when the surface temperature of the
これに対し、冷却媒体24として空気24aと水24bを混合して用いる場合は、プローブ5の冷却に必要とされる空気流量を、冷却媒体を空気のみとする場合に比して、2分の1から数十分の1に低減させることができることが明らかである。この理由としては、空気24aに比して水24bの比熱が大きいことに加えて、前述したように、本実施形態では、冷却媒体流路19に供給される水24bが蒸気になるときの蒸発潜熱も、プローブ5の冷却に利用されるためであると考えられる。
On the other hand, when
以上により、本実施形態の測定装置1は、プローブ5の表面温度を、燃焼炉設備にて測定装置1を設置する様々な個所に存在している伝熱管の広い温度幅の表面温度に合わせた温度に制御することができる。
As described above, the measuring
これにより、前記のように表面温度が制御されたプローブ5に対する灰13(図1参照)の付着状況は、そこに存在している伝熱管に対する灰の付着状況を反映したものになる。
Thereby, the adhesion state of the ash 13 (see FIG. 1) to the
前記においては、空気24aの流量をマスフローコントローラ32により一定に制御し、この条件下においてプローブ5の表面温度を制御目標に一致させる場合は、水24bの供給量を変化させるものとして説明したが、水24bの供給量をある一定量に設定し、プローブ5の表面温度と制御目標との差に応じて、空気24aの供給量を増減させるフィードバック制御を行ってもよいことは勿論である。この場合のフィードバック制御の手法としては、PID制御手法や、その他、既存のフィードバック制御手法を採用してよい。
In the above description, when the flow rate of the
冷却媒体流路19の出口23は、プローブ5の冷却に供された後の空気24aと水24b(蒸気)の混合流体を回収して図示しない処理装置へ送るための回収ライン38が接続されている。この回収ライン38に回収される空気24aと水24bは、たとえば、水24bを凝縮させた後、気液分離してから再利用するようにしてもよい。
The
撮影装置7は、図1、図2に示すように、ベースプレート2の表面にプローブ5の長手方向に沿って突出する支持部材39を設け、この支持部材39の突出端側に、マウント部材40を介して取り付けられている。この状態で、撮影装置7は、図1、図2に示すように、その撮影領域の中心が、プローブ5と窓ガラス8との接触個所の近傍を向くように配置される。そのため、マウント部材40は、撮影装置7の向きや位置を調整できる機能を備えていることが、より好ましい。これにより、撮影装置7は、窓3を通してプローブ5の先端寄り部分を撮影することができる。又、撮影装置7は、動画撮影する機能を備えるか、あるいは、動画記録装置に接続された構成とする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
更に、撮影装置7には、図1、図2に示すように、撮影画像について画像解析を行う画像解析装置41が接続されている。画像解析装置41は、後述する本実施形態の測定装置1を用いた試験の結果である図8(a)に示す如き撮影装置7による撮影画像iについて、図中に破線で示す如きプローブ5の外面の位置と形状を、画像解析によって抽出(検出)するか、又は、オペレータの入力指示を基に記憶する。この状態で、画像解析装置41は、画像解析によって、図8(a)に示すように、撮影画像i内での像の明るさの差などを基に、プローブ5に付着している灰13の外形を検出する。更に、画像解析装置41は、その灰13の外形と、記憶しているプローブ5の外面の位置と形状との差から、プローブ5に付着した灰13の厚みと形状を検出する機能を備えている。更に、画像解析装置41は、撮影装置7によって撮影された動画を基に、プローブ5に付着している灰13の厚みと形状を、予め設定された時間間隔で順次測定すると共に、図8(a)(b)(c)に示すような灰13の厚みの変化、及び、図8(d)(e)に示すような灰13の厚みの変化を基に、プローブ5に付着する灰13の成長速度を測定する機能を備えている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, an
又、ある時点で、たとえば、図8(c)に示す状態から図8(d)に示す状態のように、プローブ5に付着した灰13の厚みと形状が減少すると、画像解析装置41は、その時点でプローブ5に付着した灰13の自然脱落が生じたものとしてその時刻を記憶し、次に灰13の自然脱落が観測されると、灰13の自然脱落が生じる周期を測定する機能を備えている。
Further, at a certain point in time, for example, when the thickness and shape of the
更に、本実施形態の測定装置1は、図2に示すように、ベースプレート2の裏面側に窓ガラス8に向いた姿勢のパージノズル42を備えている。パージノズル42には、ベースプレート2を表面側から裏面側に貫通させて設けたパージガスライン43のベースプレート2の裏面側に配置された端部(先端部)が接続されている。パージガスライン43のベースプレート表面側に配置されている端部(基端部)には、パージガス供給部44が接続されている。これにより、パージガス供給部44よりパージガスライン43を通して導かれる、空気、又は、窒素ガスなどのパージガス45を、パージノズル42より窓ガラス8の裏面側に吹き付けることができる構成となっている。本実施形態の測定装置1を燃焼炉設備100に適用する場合は、窓ガラス8の裏面側は、灰が浮遊、飛散する環境に曝されることになるが、パージノズル42よりパージガス45を常時吹き付けることで、窓ガラス8の裏面側への灰の付着を未然に防止することができる。そのため、窓ガラス8の透明性の低下を長期に亘り防ぐことができ、よって、撮影装置7による窓3を通したプローブ5の先端寄り部分の撮影を、長期に亘り良好に行うことができる。
Furthermore, as shown in FIG. 2, the measuring
本実施形態の測定装置1は、更に、図4(a)に示すように、熱電対25及び熱電対26の検出信号が入力される熱流束測定器46を備えている。熱流束測定器46は、熱電対25から入力される検出信号に基づいてプローブ5の表面温度を検出し、又、熱電対26から入力される検出信号に基づいてプローブ5の内面温度を検出する。
The
更に、熱流束測定器46は、プローブ5の構成と各熱電対25,26の設置個所についての幾何的な情報(設計情報)が入力されると、それを記憶しておき、以下の計算式に基づいて、プローブ5の設置個所での熱流束を測定する機能を備えている。なお、この熱流束はよどみ点近傍の熱流束である。
q=λSUS(T2−T1)/ln(r2/r1)×1/r1
前記式において、
q:熱流束[W/mK]
λSUS:熱伝導率[W/m2K]
T1:プローブの表面温度[K](熱電対25の検出温度)
T2:プローブの内面温度「K」(熱電対26の検出温度)
r1:プローブの半径[m](プローブ5の中心から熱電対25の設置位置までの距離)
r2:プローブの中心から熱電対26を設けた位置までの距離
である。
Furthermore, when the heat
q = λ SUS (T 2 −T 1 ) / ln (r 2 / r 1 ) × 1 / r 1
In the above formula,
q: Heat flux [W / mK]
λ SUS : Thermal conductivity [W / m2K]
T 1 : Probe surface temperature [K] (detection temperature of thermocouple 25)
T 2 : Probe inner surface temperature “K” (detection temperature of thermocouple 26)
r 1 : Radius [m] of the probe (distance from the center of the
r 2 : Distance from the center of the probe to the position where the
以上の構成としてある本実施形態の測定装置1を用いて行った試験の結果を図7(a)(b)、図8(a)(b)(c)(d)(e)に示す。
The results of tests performed using the
図7(a)は、炉内温度(線a)を1100℃に設定し、プローブ5の表面温度の制御目標を700℃に設定した条件の下で、熱電対25により検出されるプローブ5の表面温度(線b)と、熱電対26により検出される内面温度(線c)の測定結果を示す図である。線bの結果からは、本実施形態の測定装置1によれば、プローブ5の表面温度を700℃付近に安定して保持できることが分かる。
FIG. 7A shows the
図7(b)は、炉内温度(線a)を前記と同様に設定した条件の下で、熱流束測定器46によって測定される熱流束の結果(線d)を示すものである。線dの結果からは、本実施形態の測定装置1によれば、熱流束を計測できることが分かる。又、計測された熱流束の低下速度から、灰13の付着に伴う伝熱性能の低下を測定することができる。なお、線b、線c、線dの振れは、冷却媒体24として用いている水24bの蒸発が生じることに起因しているものであり、前述の結果は、平均値を取ることで得られるものである。
FIG. 7B shows the result (line d) of the heat flux measured by the heat
図8(a)(b)(c)(d)(e)は、それぞれ図7(a)に示す時刻T1,T2,T3,T4,T5のときに撮影装置7で撮影され、画像解析装置41で処理された撮影画像iを示すものである。これらの撮影画像iから、本実施形態の測定装置1によれば、プローブ5に付着する灰13の付着状況に関する情報を、視覚情報として得ることができることが分かる。
8 (a), (b), (c), (d), and (e) are taken by the photographing
又、本実施形態の測定装置1は、画像解析装置41を用いて、図8(a)(b)(c)の順で示される灰13の厚みの変化、及び、図8(d)(e)の順で示される灰13の厚みの変化を基に、プローブ5に付着する灰13の成長速度を測定することができる。
Moreover, the measuring
更に、本実施形態の測定装置1は、画像解析装置41によって、図8(c)に示す状態から図8(d)に示す状態のようなプローブ5に付着した灰13の厚みと形状の減少を灰13の自然脱落として認識し、その周期を測定することができる。
Furthermore, the measuring
このように、本実施形態の測定装置1によれば、プローブ5の冷却媒体流路19に、冷却媒体供給手段6より空気24aと水24bとが混合された冷却媒体24を供給することにより、プローブ5の表面温度を、燃焼炉設備100の測定対象個所に存在している伝熱管の表面温度と同様に制御することができる。この状態で、プローブ5に付着する灰13の付着状況の情報として、前記したプローブ5に付着した灰13の厚み、付着する灰13の成長速度、灰13の自然脱落の周期に関する情報を視覚情報を基に得ることができる。したがって、これらの情報を基に、測定対象個所に存在している伝熱管に付着した灰13の厚み、付着する灰13の成長速度、灰13の自然脱落の周期、灰13の付着に伴う伝熱管の伝熱性能の低下を測定することができる。
As described above, according to the measuring
更に、本実施形態の測定装置1において、撮影装置7は、燃焼炉設備100の内部の高温環境に曝されることはないので、熱による故障や損傷を回避することができる。そのため、撮影装置7は、耐熱性は特に必要とされないため、汎用のビデオカメラのような撮影装置を用いることができる。したがって、本実施形態の測定装置1は、特許文献1に示されたようなイメージファイバとそれに接続されるカメラ、更には、イメージファイバの外周を覆う形状とした冷却ジャケットのような特殊、あるいは専用の機材は特に必要としない。
Furthermore, in the
[第2実施形態]
図9は測定装置の第2実施形態を示すもので、図3に対応する図である。
[Second Embodiment]
FIG. 9 shows a second embodiment of the measuring apparatus and corresponds to FIG.
図9において図3に示したものと同一のものには同一の符号を付して、その説明を省略する。 9, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第1実施形態では、プローブ5は円柱形状のものとして説明したが、プローブは角柱形状であってもよい。
In the first embodiment, the
本実施形態の測定装置1は、第1実施形態と同様の構成において、プローブ5を中空の円柱形状とした構成に代えて、中空の角柱形状のプローブ5aを備えた構成としたものである。
The measuring
なお、図9では、プローブ5aは、長手方向に直交する断面の形状が正方形として示してあるが、矩形断面を備えるものであってもよいことは勿論である。 In FIG. 9, the probe 5a is shown as having a square cross section perpendicular to the longitudinal direction, but it is needless to say that the probe 5a may have a rectangular cross section.
本実施形態では、ベースプレート2に設けるプローブ挿通孔4が、前述したプローブ5aの断面形状よりも大きな方形とされている。
In this embodiment, the
又、窓ガラス8のプローブ挿通孔4の側に位置する一辺には、プローブ5aを受け入れるための矩形状の切欠き12aが設けられている。これにより、本実施形態では、プローブ挿通孔4に挿通したプローブ5aは、窓ガラス8の切欠き12aに接するように配置し、この状態で、プローブ保持手段14の各押さえボルト16をブラケット15のねじ穴にねじ込むことにより、各押さえボルト16の先端側をプローブ5の外面に押し当てて、プローブ5aの位置が保持されるようになっている。
A
なお、本実施形態では、窓ガラス8の切欠き12aは省略した構成としてもよい。これは、プローブ5aが角柱形状であるため、その一側面を窓ガラス8のプローブ挿通孔4の側に位置する一辺に密着させて配置することで、プローブ5aを窓ガラス8に近づけることができるためである。この場合も、撮影装置7は、窓3を通してプローブ5の先端寄り部分を撮影することができる。
In the present embodiment, the
なお、図示しないが、プローブ5aは、内部空間に、図4(a)(b)に示したプローブ5の冷却媒体流路19と同様の冷却媒体流路19を備えている。
Although not shown, the probe 5a includes a cooling
したがって、本実施形態の測定装置1によっても、第1実施形態の測定装置1と同様に使用して同様の効果を得ることができる。
Therefore, the
[適用例]
図10は測定装置を燃焼炉設備に適用した例を示すものである。
[Application example]
FIG. 10 shows an example in which the measuring apparatus is applied to a combustion furnace facility.
燃焼炉設備は、たとえば、ボイラ設備47であり、伝熱管に対する灰の付着状況の測定を所望する個所に、第1実施形態の測定装置1が取り付けられている。
The combustion furnace equipment is, for example, a
ボイラ設備47は、水管壁を有する火炉48と、伝熱管を有する過熱器49及び再熱器50を備えている。更に、たとえば、火炉48の壁面101と、過熱器49の設置個所の壁面101には、それぞれに予め備えられている開口部102のフランジ103に、第1実施形態の測定装置1が取り付けられている。
The
したがって、前記構成としてあるボイラ設備47によれば、各測定装置1のプローブ5に付着する灰13の付着状況を基に、ボイラ設備47の火炉48の水管に付着する灰の付着状況と、過熱器49の伝熱管に付着する灰の付着状況についての測定を行うことができる。
Therefore, according to the
なお、第1実施形態の測定装置1に代えて第2実施形態の測定装置1を適用してもよいことは勿論である。
Of course, the measuring
なお、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、プローブ5の径と長さ、ベースプレート2の表面側と裏面側に突出させる長さは、必要に応じて適宜変更してもよい。
In addition, this invention is not limited only to each said embodiment, The diameter and length of the
プローブ5の内部に備える冷却媒体流路19は、冷却媒体流路19に流通させる冷却媒体24によってプローブ5の表面温度を冷やすことができるようにしてあれば、図4(a)(b)に示した以外の任意の流路構成であってもよい。
If the cooling
ベースプレート2に備える窓3の形状は、たとえば、円形など、矩形以外の任意の形状であってもよい。更に、窓3や窓ガラス8にプローブ5を近接させて配置するという観点から考えると、ベースプレート2に設ける窓3とプローブ挿通孔4は、各実施形態のように周方向の一部同士が重なって互いに連通していることが好ましい。しかし、ベースプレート2に、窓3とプローブ挿通孔4とを独立して穿設した構成としてもよい。この場合は、窓3を通してプローブ5の先端寄り部分の撮影ができる位置に撮影装置7の配置を調整するようにすればよい。
The shape of the
プローブ5に備える熱電対26は、プローブ5の表面温度を計測する熱電対25の設置位置から径方向内側となる位置であれば、プローブ5の周壁に埋め込むようにして設けてもよい。更に、熱電対25をプローブ5の先端面に設け、その内側となる位置に熱電対26を設けた構成としてもよい。
The
プローブ5の材質は、燃焼炉設備100の内部環境に耐える材質としてあれば、SUS以外であってもよい。本発明の測定装置1において、燃焼炉設備100の内部環境に曝される部材は、プローブ5と同様に適宜材質を選定すればよい。
The material of the
本発明の測定装置は、ボイラ設備47以外の燃焼炉設備に適用してもよいことは勿論である。
Of course, the measuring apparatus of the present invention may be applied to combustion furnace equipment other than the
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 測定装置、2 ベースプレート、3 窓、4 プローブ挿通孔、5,5a プローブ、6 冷却媒体供給手段、7 撮影装置、8 窓ガラス、13 灰、19 冷却媒体流路、24 冷却媒体、24a 空気、24b 水、25 熱電対、26 熱電対(別の熱電対)、41 画像解析装置、42 パージノズル、43 パージガスライン、44 パージガス供給部、46 熱流束測定器、47 ボイラ設備(燃焼炉設備)、100 燃焼炉設備、101 壁面、102 開口部、i 撮影画像
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記ベースプレートに設けられた窓及びプローブ挿通孔と、
前記窓に設けた透明部材と、
前記プローブ挿通孔に表面側から挿通配置されて先端側が前記ベースプレートの裏面側に突出するプローブと、
前記プローブの基端側から該プローブ内部の冷却媒体流路に接続された冷却媒体供給手段と、
前記ベースプレートの表面側から前記窓を通して前記プローブの先端寄り部分を撮影する撮影装置とを備えること
を特徴とする測定装置。 A base plate to be attached to the measurement object;
A window and a probe insertion hole provided in the base plate;
A transparent member provided on the window;
A probe that is inserted from the front surface side into the probe insertion hole and the tip side protrudes from the back surface side of the base plate; and
A coolant supply means connected to the coolant flow path inside the probe from the base end side of the probe;
A measuring apparatus comprising: an imaging device that images a portion near the tip of the probe from the surface side of the base plate through the window.
を特徴とする請求項1記載の測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1, wherein the cooling medium supply unit has a function of supplying air and water as a cooling medium to the cooling medium flow path of the probe.
前記プローブ挿通孔に挿通配置する前記プローブが前記透明部材の切欠きに配置されること
を特徴とする請求項1又は2記載の測定装置。 The transparent member is provided with a notch on the probe insertion hole side,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the probe inserted and disposed in the probe insertion hole is disposed in a notch of the transparent member.
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の測定装置。 The measurement apparatus according to claim 1, wherein the probe is disposed in contact with the transparent member.
前記画像解析装置は、
撮影画像における前記プローブに付着した灰の外形を検出する機能と、
検出された前記灰の外形と前記プローブの外面の位置と形状との差から、前記プローブに付着した灰の厚みを検出する機能とを備えること
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の測定装置。 An image analysis device connected to the imaging device;
The image analysis device includes:
A function of detecting the outer shape of the ash attached to the probe in the photographed image;
The function of detecting the thickness of the ash attached to the probe from the difference between the detected outer shape of the ash and the position and shape of the outer surface of the probe is provided. A measuring device according to claim 1.
を特徴とする請求項5記載の測定装置。 The measurement according to claim 5, wherein the image analysis device has a function of detecting a growth rate of the ash attached to the probe based on a change with time of the thickness of the ash attached to the probe. apparatus.
を特徴とする請求項6記載の測定装置。 When the thickness or shape of the ash attached to the probe decreases, the image analysis apparatus stores the time as if the ash has fallen naturally, and measures the period at which the ash naturally falls off. It has a function. The measuring device according to claim 6 characterized by things.
前記ベースプレートを表面側から裏面側に貫通して配置されて先端部が前記パージノズルに接続されたパージガスラインと、
前記パージガスラインの基端側に接続されたパージガス供給部とを備えること
を特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の測定装置。 A purge nozzle disposed toward the window glass on the back side of the base plate;
A purge gas line arranged through the base plate from the front side to the back side and having a tip connected to the purge nozzle;
The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a purge gas supply unit connected to a proximal end side of the purge gas line.
前記熱電対の設置個所の内側で前記プローブの内部温度を計測する別の熱電対と、
前記熱電対及び別の熱電対の検出信号が入力される熱流束測定器とを備えること
を特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の測定装置。 A thermocouple for measuring the surface temperature of the probe;
Another thermocouple that measures the internal temperature of the probe inside the location of the thermocouple;
The measurement apparatus according to claim 1, further comprising a heat flux measuring device to which detection signals of the thermocouple and another thermocouple are input.
を特徴とする燃焼炉設備。 A combustion furnace installation comprising the measuring device according to any one of claims 1 to 9 at an opening of a wall surface.
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