JP2594845B2 - 微粉炭流を監視しそして制御する装置 - Google Patents

微粉炭流を監視しそして制御する装置

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JP2594845B2
JP2594845B2 JP3073662A JP7366291A JP2594845B2 JP 2594845 B2 JP2594845 B2 JP 2594845B2 JP 3073662 A JP3073662 A JP 3073662A JP 7366291 A JP7366291 A JP 7366291A JP 2594845 B2 JP2594845 B2 JP 2594845B2
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/34—Details
    • B65G53/66—Use of indicator or control devices, e.g. for controlling gas pressure, for controlling proportions of material and gas, for indicating or preventing jamming of material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/02—Pneumatic feeding arrangements, i.e. by air blast

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  • Air Transport Of Granular Materials (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には流体によっ
て輸送される固体粒子の流れを監視しそして制御する装
置に関するものであり、特に微粉炭燃焼ボイラにおける
微粉炭の体積流量ないしマスフローを正確に監視し且つ
これを制御する新規且つ有用な装置および方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術、発明が解決しようとする課題】微粉炭燃
焼ボイラにおいては、一つまたはそれ以上の微粉砕機
が、押し砕かれた石炭の塊を一定の所望の大きさ分布を
持った複数の粒状物に細かく粉砕するのに使用されてい
る。空気により輸送される微粉炭（ＰＣ）は標準的に
は、直径が８" ないし２４" の範囲の供給管中をそれぞ
れのバーナに向けて輸送される。一つの微粉砕機が送り
込むバーナーの数は微粉炭が供給される管の数と同数の
２ないし１３個のうちのいずれかとし得る。
【０００３】複数バーナ形ボイラの動作においては、全
バーナ間に良好なバランス状態を維持して熱効率を高め
且つスタック放出の綿密な制御を維持することが非常に
望ましい。微粉炭の流れは、いくつかのバーナ間に釣り
合いのとれた動作を実現するために、制御される必要性
のある最も重要な単一プロセス変量である。バーナをバ
ランスさせるためには、それぞれのバーナへ向かう石炭
の流量および１次空気流量ならびに２次空気流量を測定
し且つこれを制御することが必要である。釣り合いの取
れたバーナの動作は、空気および微粉炭双方の体積流量
が一定の動作限界内でバーナへ向かう全ての管で同じで
あることを必要とする。微粉砕機とバーナとの間に設置
されるそれぞれの供給管ないし送給管は、各パイプライ
ンの全長ならびに各パイプラインについて使用される曲
管ないしベンドの種別および数の差により一般に他の供
給管ないし送給管とはいくぶん異なる流れ抵抗を有す
る。これら管路抵抗の変化は微粉炭供給パイプライン間
に１次空気および石炭の流れの不均衡を生ずる。不均衡
は効率の良い燃焼が保証されるよう修正する必要があ
る。
【０００４】通常の工業的な実施は所望されるよりも小
さい抵抗を有するラインに固定抵抗のオリフィスまたは
小直径のパイプ部分を付加することである。それぞれの
ラインにおける１次空気流れの均衡は、微粉炭の流れが
ないときに、ピトー管を用いてそれぞれのラインでの空
気流れを測定することにより確認される。しかし、釣り
合いの取れた１次空気流だけでは、微粉砕機出口におけ
る不均衡な流れ分布ならびに空気によって運ばれる固体
流の特殊性により、系内の釣り合いの取れた微粉炭流は
かならずしも保証されない。
【０００５】かかるはっきりした必要性にもかかわら
ず、微粉炭流を監視し且つこれを制御する装置の開発は
２つの基本的な理由により非常に阻害されている。非常
な摩耗性の微粉炭流はどのような侵入手段の使用も排除
しそして極端に不均一且つ不安定な微粉炭流は、試され
る非侵入性の方法のたいていものを阻害しそしてこれら
の方法が許容可能な測定精度のレベルを実現するのを妨
げる。
【０００６】数年にわたり、管内を流れる微粉炭の体積
流量を測定するために複数の方法が試みられてきた。こ
れらは、圧力差、マス反応、タービン流量計ならびにコ
リオリ形質量流量計を使用するような侵入手法を包含す
る。非侵入性の方法には、熱を用いる方法、核を利用す
る方法、電気的な方法、磁気的な方法、光学的な方法な
らびに超音波を使用する方法が含まれる。
【０００７】本出願人が所有する米国特許第４、８３
０、２８７号明細書では、吸引機ないしアスピレータが
供給管に設けられるベンドの外壁に接続された微粉炭流
れ制御装置を開示する。吸引機は供給管からある量の混
合物を取出しそしてこれを微粉砕機へと再注入する。そ
の結果流れ混合物は供給管を通じて制御される。
【０００８】上記の微粉炭流制御装置は、据え付けに費
用のかかる転流制御バイパスラインを必要とする。
【０００９】本出願人が所有しそして参考のためここに
包含せる米国特許第４、９０３、９０１号明細書は、１
次空気の標準的な流れを妨害するために、圧縮空気のよ
うな流体を注入する複数のノズルを使用する微粉炭流制
御装置を開示する。１次空気流の減少が、石炭流れの減
少を生じ、バーナに均衡を保つのが許容される。
【００１０】共通の微粉砕機へ接続されたバーナへ向か
う石炭流分布を制御するためには、修正動作が行われる
前に、既存の石炭分布の知識が必要である。そのため、
各供給管内の石炭流量の測定値が決定されねばならな
い。
【００１１】したがって、各供給管における石炭流量を
決定し順次各供給管の石炭流を制御し、その結果、バー
ナへ向かう石炭流分布の釣り合いを保つ統合装置が必要
とされている。
【００１２】
【発明の構成】本発明は、流体によって輸送される固体
粒子流を監視し且つこれを制御するための統合装置を提
供することにより従来技術に関連した問題を解決せんと
するものである。本発明の装置および方法は、複数の供
給管のうちのそれぞれの供給管の混合物流量および空気
流量を決定して、ここに包含された輸送固体粒子の体積
流量ないしマスフローが差分により決定できる。ひとた
び全ての供給管の体積流量が知られれば、既存の流量不
均衡の程度に応じて、空気などの流体が制御された態様
にて供給管に注入され、管路の流れ抵抗が、共通の微粉
砕器へ接続される、その供給管以外の他の供給管に対し
て相対的に高められる。その結果、管路の輸送固体粒子
の体積流量は付加された注入圧力に比例した量だけ減少
して、その管路以外の他の管路の流れを増加させるよう
にする。これが管路の全てまたはいくつかについて、管
路間に所望されるレベルの流れ均衡が実現されるまで繰
り返される。
【００１３】したがって、本発明の一様相は流体によっ
て輸送される固体粒子流を監視し且つこれを制御する装
置および方法に向けられるものである。
【００１４】本発明の別の様相は、微粉炭流の監視器お
よび制御装置に向けられるものである。
【００１５】本発明のさらに別の様相は、設計が簡単
で、構造が堅牢で且つ製造費用の廉価な微粉炭流監視器
および制御装置を提供することである。
【００１６】本発明の特徴となる新規な種々の特質は添
付の請求の範囲において明らかにされているが、本発明
ならびにその使用により実現される種々の利益をより良
く理解するためには、本発明の好ましい実施例を説明す
る以下の叙述ならびに添付図面を参照されたい。
【００１７】
【好ましい実施例の説明】図面を参照しつつ本発明の好
ましい実施例について説明する。同様の参照符号を付し
た部材は同じ部材を示す。
【００１８】第１図は、供給源から管路１２を通じて供
給される、粉砕石炭のための粉砕ホイール（図示せず）
を有する微粉砕機１０を図示している。１次空気１４
が、容器１０内で製造される微粉炭の固体粒子を気相浮
遊させるために微粉砕機１０へ送り込まれる。微粉炭固
体粒子は供給管１６を通じて容器１０の外へ運び出され
最終的には炉ないしボイラ２０のバーナ１８に到達す
る。完全燃焼を保証するために２次空気２２が通常バー
ナー１８へ供給される。それぞれの供給管１６には、総
括的に参照番号２４により指示される微粉炭流の監視お
よび制御装置が配置されている。
【００１９】微粉炭流の監視および制御（ＰＣＭＡＣ）
装置２４は総括的に参照番号２６により指示される微粉
炭流監視器および微粉炭流制御器２８から構成されてい
る。微粉炭流れ監視器２６は石炭／空気混合物流量計３
０および空気流量計３２から構成されている。本発明の
統合装置を構成するそれぞれの３つの構成要素、すなわ
ち、空気流量計３２、空気／石炭混合物流量計３０なら
びに微粉炭流制御器２８ついて詳述する。
【００２０】オペレータがいずれの種類の制御動作をも
行う前に、供給管１６の流れの現在の状況が知られねば
ならない。したがって、オペレータは共通の微粉砕機１
０へ接続される供給管路１６すべての石炭流量の監視に
興味がある。管路１６で監視される石炭流量は引き続き
いずれの修正動作（もし必要であれば）の基礎として使
用される。これら監視の仕事は本発明では、（１）石炭
／空気混合物の体積流量を決定し、そして（２）空気流
量を別に測定するという２つのステップで実行される。
石炭の体積流量は引き続き混合物の体積流量から空気流
量を減算することにより決定される。
【００２１】石炭／空気混合物流量計３０においては、
供給源からの圧縮空気がライン３４に沿って、ライン３
４を通じて複数の穴、スリット、またはノズル３６へ供
給され、ここで空気は各供給管１６へ注入される。ライ
ン４２を通じてプロセス制御コンピュータ４０により遠
隔動作されるかまたは手動操作される圧力調整弁３８に
より与えられるたとえば１５psigなどの所定の一定圧力
にて注入される。空気は、空気流が流れている石炭およ
び１次空気を妨害し、混合物の体積流量に比例した圧力
降下が生ずるよう流れに対して約４５°の角度で注入さ
れることが好ましい。圧力降下は空気ノズル３６の上流
および下流に配置された一対の静電圧力センサ４４、４
６を用いて測定する。圧力差は差分圧力変換器４８を介
してライン５０を通じてプロセス制御コンピュータ４０
へ送られる。石炭／空気混合物の体積流量はプロセス制
御コンピュータ４０に記憶されている較正式により決定
されそしてそれを指示する信号はそのメモリ４０ＡＣに
保持される。
【００２２】石炭／空気混合物流量計３０を使用してい
る間、空気流量計３２は、弁５２が第２図に図示されて
いるように手動または遠隔操作のいずれかにより開放さ
れるときに賦活が行われる。弁５２は、第２図および第
３図に図示されているように、圧縮空気などの流体を、
一定の圧力でライン５６を通じてフローチャネルまたは
溝６０の一側に配置された空気ノズルまたは開口５８へ
供給する。空気ノズル５８から供給された空気は、矢印
Ａにより指示されるチャネル内の空気流によりライン６
２により指示される方向に偏向される。フローチャネル
６０は長方形が好ましくそしてベンド後のような待避
（ｅｎｔｒｅｎｃｈｍｅｎｔ）ないし石炭捕捉動作（ｒ
ｏｐｉｎｇ、ローピング）がありそうもない真っ直ぐな
管１６の一部に配置される。「捕捉動作（ローピン
グ）」という言葉は、広範囲に異なる成分密度の混合流
に誘導されるひどい空間的且つ時間的な不均一分布の形
態を表わす当業者に知られている言葉である。それは石
炭流れの相当の部分が管１６の一側に沿って走る帯域に
ある状態である。「ローピング」の振る舞いに固有の不
安定性および非予測性により、それを斟酌するどのよう
な有効な方法もない。チャネル６０の空気流により偏向
される空気６２は、空気ノズル５８の上流側および下流
側に配置された圧力センサ６４および６６間に速度に依
存した圧力差を発生する。圧力変換器６８は圧力差をラ
イン７０を通じてプロセス制御コンピュータ４０へ送信
し、プロセス制御コンピュータ４０はここに記憶されて
いる較正式から空気流量を決定する。プロセス制御コン
ピュータ４０は空気流量を指示する信号を発生しまたこ
れをメモリ４０Ａに保持する。引き続き、プロセス制御
コンピュータ４０は、混合物流量（４０ＡＣ）および空
気流量（４０Ａ）の差を取ることにより、石炭流量を指
示する制御信号をメモリ４０Ｃに確立する。
【００２３】微粉砕機１０へ接続された供給管１６全て
の石炭流量が決定された後に、流れを均衡させる手続き
を開始する。第１図を参照すると、既存の流れの不均衡
の程度および所望される修正の程度に応じて、プロセス
制御コンピュータ４０は自動的にまたは手動にて制御信
号をライン７２を通じて圧力調整弁７４へ送信する。空
気などの流体が供給源からライン７６を通じて与えられ
また圧力調整弁７４により制御され、供給管１６の周囲
に配置された複数の穴、スリットまたはノズル７８によ
り注入される。注入ノズル７８は、供給管１６の微粉炭
流が妨害せしめられるようにある運動量の空気を与え
る。注入ノズル７８からのこの運動量入力は、圧力調整
弁７４を用いて注入空気圧力を増加または減少すること
により変化可能である。妨害空気の流れは、供給管１６
の流れ抵抗を、共通の微粉砕機１０に接続されるこの供
給管１６以外の他の供給管１６に対して相対的に高める
ようにする。その結果、管路の微粉炭（石炭と空気）の
体積流量は、付加される注入圧力に比例して少量Δｍだ
け減少し、他の供給管１６の流れは理論的にΔｍ／ｎ
（ここで、ｎは供給管１６の数である）だけ増加する。
この制御方法は、所望レベルの流れバランスないし均衡
が実現するまで供給管１６の全てまたはいくつかに対し
て繰り返される。
【００２４】第４図は、ボイラオペレータのための本発
明による微粉炭流れ制御器の動作特性を図示するグラフ
図である。図中、縦軸は石炭流量の減少割合を示す。た
とえば、もし特定の供給管１６において５％という石炭
流量の減少割合が所望される場合、プロセス制御コンピ
ュータ４０またはオペレータは制御器空気圧７４を５ｐ
ｓｉｇに調整する。図中、７０、８０、９０、１１０と
いう数字は動作負荷（％）を示す。フルロードとは動作
負荷が１００（％）を意味する。
【００２５】本発明を、主として、ボイラプラントにお
ける、空気により運ばれる石炭粒子に関連した問題を解
決するものとして説明したけれども、本発明は、固体粒
子を運ぶどのような流体輸送系においても幅広い応用性
を有する。流体はガスまたは液体のいずれであってもよ
い。液体流体系を使用するときには、ポンプが注入圧力
を発生して流体流れを減少させる。代替え例として、固
体粒子を輸送する液状流体を減少させるのにガスを使用
してもよい。特に、本発明は、貫流媒体が非常に侵食性
である場合、系が圧力降下の明らかな増加を許容できな
い場合ならびに長期間の信頼できるサービスが必要とさ
れる場合に、著しい有用性と応用性がある。石油化学、
食品処理ならびに製薬工業における多くのプロセスが気
流によりパウダー状の固体粒子を輸送する。固体粒子の
体積流量はしばしばオンラインで制御されることを必要
とする。
【００２６】本発明の技術思想から逸脱することなく種
々の変更および改善が可能であることは当業者には明ら
かであろう。このような変更および改善は、簡明さと読
み易さのためにここでは述べなかったけれども、本発明
の技術思想内に包含されるべきものである。この種の修
正の例が、フローチャネル６０の下流側端部を供給管１
６の内壁の方へテーパーさせ、過度の侵食を防止するこ
とである。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の監視・制御器のうちの一つが拡大されて
いる本発明による微粉炭流の監視および制御装置の模式
図である。
【図２】本発明により供給管の一部で使用される空気流
量計の部分図である。
【図３】第２図の断面図である。
【図４】本発明によるボイラオペレータのための微粉炭
流制御器の動作特性を図示するグラフ図である。
【符号の説明】
１０ ：微粉砕機（容器） １２ ：管路 １４ ：１次空気 １６ ：供給管 １８ ：バーナ ２０ ：炉ないしボイラ ２２ ：２次空気 ２４ ：微粉炭流の監視および制御装置 ２６ ：微粉炭流監視器 ２８ ：微粉炭流制御器 ３０ ：石炭／空気混合物流量計 ３２ ：空気流量計 ３４ ：ライン ３６ ：穴、スリット、またはノズル ３６ ：空気ノズル ３８ ：圧力調整弁 ４０ ：プロセス制御コンピュータ 40ＡＣ：メモリ ４２ ：ライン ４４ ：静電圧力センサ ４６ 静電圧力センサ ４８ ：差分圧力変換器 ５０ ：ライン ５６ ：ライン ５８ ：空気ノズルまたは開口 ６０ ：フローチャネルまたは溝 ６２ ：ライン ６６ ：圧力センサ ６８ ：圧力変換器 ７０ ：ライン ７４ ：圧力調整弁 ７８ ：注入ノズル

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流体により輸送される固体粒子を監視し且
    つ制御するための装置において、 浮遊粒子を持つ１次流体混合物を包含するための容器
    と、 前記容器から当該混合物の流れを供給するために当該容
    器へ接続された少くとも一つの供給管と、 各供給管に配置され１次流体の流れを測定し且つこれを
    指示する信号を確立するための手段と、 各供給管に配置され混合物の流れを測定し且つこれを指
    示する信号を確立するための手段と、 各供給管において１次流体流量信号および混合物流量信
    号から輸送固体粒子の体積流量を決定し、各供給管にお
    ける体積流量を指示する制御信号を確立するための手段
    と、 当該制御信号の変化に応答して各供給管での流体注入を
    調整するための手段とから構成されており、 前記１次流体測定手段は、フローチャネルを有する各供
    給管と、フローチャネルの一方の側部に加圧状態で流体
    を注入するための手段と、差分圧力を決定するためにフ
    ローチャネルの反対側の側部に装着された少くとも２つ
    の圧力センサとを備え、そして 前記混合流測定手段は、各供給管に所定の一定の圧力で
    流体を注入するための手段と、圧力差を測定するために
    一方が注入手段の上流にそして他方が注入手段の下流に
    て供給管に配置された少くとも２つの圧力センサを備え
    ていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】前記決定手段は、混合物体積流量および１
    次流体流量間の差から各供給管の輸送固体粒子の体積流
    量を決定するために、記憶された較正式を有するプロセ
    スコンピュータを備えている請求項１の装置。
  3. 【請求項３】供給管全ての固体粒子体積流量を表示する
    ための手段を備えている請求項２の装置。
  4. 【請求項４】前記調整手段は、加圧状態で流体を各供給
    管に注入しそして注入された流体が供給管に流れ抵抗を
    生じさせて供給管を通ずる混合物体積流量の減少が行わ
    れるよう配置されている注入手段を備えている請求項１
    の装置。
  5. 【請求項５】石炭を粉砕するための少くとも一つの微粉
    砕機において、それぞれが浮遊石炭粒子を有する１次空
    気混合物を包含している微粉砕機と、 混合物の流れを炉に供給するためにそれぞれの微粉砕機
    へ接続されている複数の供給管と、 各供給管に配置され１次空気流を測定し且つこれを指示
    する信号を確立するための手段と、 各供給管に配置され混合流を測定し且つこれを指示する
    信号を確立するための手段と、 混合体積流量および空気流量間の差から各供給管の石炭
    流量を決定し、石炭流量を指示する制御信号を提供する
    手段と、 当該制御信号の変化に応答して各供給管での石炭流量を
    調整するための手段とから構成され、 前記１次空気流測定手段は、フローチャネルを有する各
    供給管と、フローチャネルの一方の側部に配置され且つ
    空気供給源へ接続された空気ノズルと、１次空気流量に
    関係する差分圧力を決定するために当該空気ノズルの対
    向側部に配置された少くとも２つの圧力センサとを備
    え、 前記混合流測定手段は、各供給管に所定の一定の圧力で
    空気を注入するための手段と、圧力差を測定するために
    一方が注入手段の上流にそして他方が注入手段の下流に
    て供給管に配置された少くとも２つの圧力センサを備え
    ていることを特徴とする微粉炭流の監視および制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記フローチャネルは下流端部でテーパー
    している請求項５の装置。
  7. 【請求項７】前記決定手段は、石炭流量を決定しそれを
    指示する制御信号を確立するために、混合物流量および
    １次空気流量信号を受容し、記憶された較正式を有する
    プロセスコンピュータを備えている請求項５の装置。
  8. 【請求項８】前記調整手段は、前記制御信号に応答して
    空気を注入するために各供給管の周囲に円周方向に配向
    されている複数の空気ノズルを備えている請求項５の装
    置。
  9. 【請求項９】流体により輸送される固体粒子を監視し且
    つ制御するための方法において、 容器内に固体粒子を浮遊させ、１次流体に固体粒子の混
    合物を形成し、 当該混合物を少くとも一つの供給管を通じて容器の外へ
    放出し、 各供給管の１次流体の流れを測定しそしてこれを指示す
    る信号を確立し、 各供給管の混合物の流れを測定しそしてこれを指示する
    信号を確立し、 混合物流量および１次流体流量の差から輸送固体粒子の
    体積流量を決定し、そして各供給管における体積流量を
    指示する制御信号を確立し、 当該制御信号の変化に応答して各供給管での流体注入を
    制御する諸段階から構成され、 前記１次流体測定段階は、 フローチャネルを各供給管に配置し、 フローチャネルの一方の側部に加圧状態で流体を注入
    し、 注入流体の上流および下流の圧力を感知し、差分圧力を
    決定することを具備し、 前記混合物流れ測定段階は、 各供給管に所定の一定の圧力で流体を注入し、 注入流体の上流および下流の圧力を感知し、差分圧力を
    測定することを具備することを特徴とする方法。
JP3073662A 1990-03-14 1991-03-14 微粉炭流を監視しそして制御する装置 Expired - Lifetime JP2594845B2 (ja)

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JPH04222315A JPH04222315A (ja) 1992-08-12
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CA (1) CA2034579A1 (ja)
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