JP3530515B2 - 灰中未燃分計測装置 - Google Patents
灰中未燃分計測装置Info
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Description
ボイラに用いて好適な灰中未燃分計測装置に関し、装置
構成を簡略化することができるように工夫したものであ
る。 【0002】 【従来の技術】従来から、微粉炭,フライアッシュ
(灰)等の発熱量,未燃分,成分組成を計測する装置と
して、化学分析装置が良く知られている。ところが、こ
れらの分析装置は試料を採取してから分析結果が得られ
るまでに、かなりの時間(20〜120分)を必要とす
るため、計測結果を用いてボイラー等(火力プラントの
場合)の制御を行うことは困難であった。 【0003】そこで、本発明者等は先に、特開平10−
185817号公報等で提案したレーザ誘起ブレークダ
ウン法(Laser Induced Breakdown Spectroscopy :LI
BS法)を採用し、装置化することを想起した。 【0004】このLIBS法は、例えば図5に示すよう
に装置化される。即ち、各種プラント等の配管1内に
は、測定対象物が存在(流通)している。測定対象物と
しては、微粉炭,フライアッシュ等がある。この配管1
のうち測定場2の部分には、パージ空気通路3aを備え
た計測窓3が設置されている。 【0005】そして、LIBS装置4を構成するパルス
レーザ装置5から出力されたレーザ光は、レンズ6及び
計測窓3を介して測定場2に集光される。このため、測
定場2に存在する微粒子がプラズマ化し、プラズマ化し
た成分物質からはプラズマ光が発生する。 【0006】発生したプラズマ光は、測定場2の計測窓
3から外部に出力され、ミラー7で反射され、さらにレ
ンズ8で集光されて分光器9に入射される。分光器9
は、波長が190nm〜500nm(或いはこの範囲内の
一部の波長域)のプラズマ光を分光し、分光した光成分
をCCDカメラ10に入力する。 【0007】高速ゲートが可能なCCDカメラ10は、
分光器9にて分光された分光プラズマ光を検出し、この
分光プラズマ光に応じた信号をコンピュータ11に転送
する。なお、CCDカメラ10は、同期ライン12を介
してパルスレーザ装置5と接続されており、CCDカメ
ラ10のゲート制御と、パルスレーザ装置5の発振とを
同期させている。 【0008】コンピュータ11は、転送されてきた信号
(各成分からの発光強度情報を有している)を情報処理
演算することにより、測定場2に存在する組成成分の種
類や濃度を検出することができ、この組成成分の種類・
濃度から微粉炭,フライアッシュの発熱量,未燃分,成
分組成等をリアルタイムで算出する。 【0009】このようにLIBS装置4は、測定現場に
てリアルタイムで測定対象物の組成成分の計測ができる
ので、計測結果に基づき、プラント等の運転制御を良好
に実行することができるようになる。 【0010】そこで、本発明者は、前述したLIBS装
置を用いてボイラにおける灰中の未燃分をリアルタイム
で計測することができる新規な灰中未燃分計測システム
を開発して出願した(特願2001−184516)。 【0011】ここで、先に出願した特願2001−18
4516の内容を、説明する。図2は先に出願した灰中
未燃分計測システムの概略構成図、図3はその作用説明
図で同図(a)は通常モードの流路説明図、同図(b)
は流量計測モードの流路説明図、図4は同じく作用説明
図で同図(a)はパージモードの流路説明図、同図
(b)はサンプルモードの流路説明図である。 【0012】図2に示すように、図示しないボイラの燃
焼ガス(排ガス)ラインから適宜弁装置を介して分岐し
た主サンプリングラインA中に、灰の入ったサンプルガ
スを吸引する第1のイジェクタ20a,20bと、該第
1イジェクタ20a,20bで吸引されたサンプルガス
中から灰分を分離・捕集する第1のサイクロン21と、
該第1サイクロン21で分離・捕集された灰分を吸引す
る第2のイジェクタ22とがライン上流側から下流側に
順次介装されている。 【0013】前記第1サイクロン21と第2イジェクタ
22との間のライン中には、当該ラインを流れる灰分に
レーザを照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラ
ズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器
にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測する
LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)装
置4が介装される。 【0014】尚、前記第1サイクロン21で遠心分離さ
れたガス成分は、第1の副サンプリングラインA1 を通
って、前記第2イジェクタ22下流の主サンプリングラ
インA中に合流される。 【0015】また、前記第1イジェクタ20a,20b
の上流の主サンプリングラインAの途中には、三方弁2
3a,23bを介して第2の副サンプリングラインA2
が分離形成され、この第2副サンプリングラインA2 の
途中にサンプルガスの流量を計測する流量計24が介装
される。 【0016】また、前記第1イジェクタ20a,20b
は前,後二段に亙って設けられ、これら前段のイジェク
タ20aと後段のイジェクタ20bとの間の主サンプリ
ングラインA中に、必要時に当該ラインを遮断する遮断
弁25が介装される。 【0017】また、前記第2イジェクタ22下流の主サ
ンプリングラインAからは、三方弁26を介して第3の
副サンプリングラインA3 が分岐され、この第3副サン
プリングラインA3 中に灰分を分離・捕集する第2のサ
イクロン28がポット29とともに介装される。前記第
3副サンプリングラインA3 の下流端は必要時に当該ラ
インを遮断する遮断弁27を介して前記三方弁26下流
の主サンプリングラインAに接続される。 【0018】前記三方弁23a,23b,26及び遮断
弁25,27は、例えば電磁弁で構成され、図示しない
制御装置により後述する各種モードに応じて切換(開
閉)制御されるようになっている。また、前記第1イジ
ェクタ20a,20b及び第2イジェクタ22と主サン
プリングラインAの第1サイクロン21直下及びLIB
S装置4計測部の5箇所には図示しない流量計が設置さ
れ、当該部位を流れるサンプルガス及び灰の流量が適正
になるよう監視している。 【0019】このように構成されるため、先ず、図3の
(a)に示す通常モードでは、三方弁23a,23b,
26は主サンプリングラインA側に切り換えられると共
に、遮断弁25は開かれる一方遮断弁27は閉じられ
る。 【0020】これにより、第1イジェクタ20a,20
bで主サンプリングラインA中に吸引されたサンプルガ
スは第1サイクロン21に導かれ、ここでガス中の灰分
が分離・捕集される。分離・捕集された灰分は第2イジ
ェクタ22により吸引されてその後第1副サンプリング
ラインA1 を通ってきたガスと合流して主サンプリング
ラインA外へと排出される。 【0021】そして、前記第1サイクロン21で分離・
捕集された灰分は、同第1サイクロン21から第2イジ
ェクタ22に至る間に、LIBS装置4により、その灰
中未燃分が計測される。即ち、LIBS装置4では、灰
中の主成分であるSi,Al,Ca,Fe 及び未燃分に起因するC
成分を計測し、Si,Al,Ca,Fe とC の比より未燃分を算出
するのである。 【0022】ボイラでは、前記LIBS装置4の計測結
果に基づいて、例えば微粉炭の粉砕度を増減する等ボイ
ラ火炉における燃焼条件を変化させて未燃分を制御す
る。 【0023】次に、図3の(b)に示す流量計測モード
では、三方弁23a,23bが第2副サンプリングライ
ンA2 側に切り換えられ、その他は図3の(a)の状態
と同様である。 【0024】これにより、第1イジェクタ20a,20
bで吸引されるサンプルガスは第2副サンプリングライ
ンA2 を通り、流量計24でその流量を計測されつつ第
1サイクロン21に導かれる。 【0025】この結果、サンプルガスの流量をモニタリ
ングしながら灰中の未燃分を計測することができる。
尚、この流量計測モードは通常1時間位運転され、それ
以上の運転は流量計24の詰まりなどの原因となるの
で、回避される。 【0026】次に、図4の(a)に示すパージモードで
は、遮断弁25は閉じられると共に、三方弁23a,2
3b,26は主サンプリングラインA側に切り換えられ
る一方遮断弁27は閉じられる。 【0027】これにより、前段のイジェクタ20aより
導入されたエアは同イジェクタ20a上流の主サンプリ
ングラインAを逆流し(図中矢印参照)、同ラインの管
内壁や三方弁23a,23bの部品等に付着した灰をパ
ージする一方、後段のイジェクタ20bより導入された
エアは同イジェクタ20b下流の主サンプリングライン
Aと第1副サンプリングラインA1 とを流れ、同ライン
の管内壁や各種機器の部品等に付着した灰をパージす
る。 【0028】尚、このパージモードにおいて、三方弁2
3a,23b,26と遮断弁27を逆に切り換えること
で、第2副サンプリングラインA2 と第3副サンプリン
グラインA3 の灰もパージすることができる。また、こ
のパージモードはシステムのエラー発生時に自動的に当
該モードになると好適である。 【0029】最後に、図4の(b)に示すサンプルモー
ドでは、三方弁23a,23bは主サンプリングライン
A側に切り換えられて遮断弁25が開かれる一方、三方
弁26は第3副サンプリングラインA3 側に切り換えら
れて遮断弁27が開かれる。 【0030】これにより、第1イジェクタ20a,20
bで主サンプリングラインA中に吸引されたサンプルガ
スは第1サイクロン21に導かれ、ここでガス中の灰分
が分離・捕集される。分離・捕集された灰分は第2イジ
ェクタ22により吸引されてその後第3副サンプリング
ラインA3 に導かれ、第2サイクロン28で再びガス中
の灰分が分離されてポット29内に捕集される。第2サ
イクロン28で分離されたガス成分は遮断弁27を経て
主サンプリングラインAに合流される。 【0031】前記モードで約2時間運転した後、ポット
29内に捕集・取得された灰は、化学分析装置やX線分
析装置で成分分析され、未燃分が計測される。この計測
結果と前記LIBS装置4の計測結果とを比較し、計測
値が異なっていればLIBS装置4の計測値に較正をか
ければ良い。 【0032】 【発明が解決しようとする課題】ところで先に出願した
特願2001−184516の灰中未燃分計測システム
では、次のような改良すべき点が残っていた。 【0033】即ち、ボイラ(火炉)から排出された排ガ
スの温度は300°C程度であり、この排ガスを分岐し
て主サンプリングラインAに導入したときの排ガスの温
度は低下するが100°C以上(例えば150°C)に
なっている。この排ガス中には水分や粉体が含まれてお
り、ガス温度が低下すると(例えば100°C以下にな
ると)、粉体に水分が吸収されて粉体が凝固してしま
う。粉体が凝固すると灰中未燃分の計測が正確にできな
くなる。そこで、先に出願した灰中未燃分計測システム
では、排ガス温度が低下しないように、各管路(サンプ
リングライン)を温めると共に、各イジェクタ20a,
20b,22に導入するエア(搬送空気)を、電気ヒー
タにより100°C以上の温度に加熱してから供給して
いる。このため、各管路(サンプリングライン)やエア
(搬送空気)を加熱するための電気ヒータが必要にな
り、装置構成が複雑化・大型化するとともに、電気消費
量が多かった。 【0034】ちなみに、イジェクタ(イジェクタ・ポン
プ:ejector pump)とは、圧縮空気である搬送空気が供
給されると、イジェクタ内において圧縮空気が末広がり
のノズルから吸引室に噴射される。このときに生ずる随
伴流により、イジェクタの上流側の気体を吸引し、この
吸引した空気を下流側に送って気体輸送をする真空ポン
プである。 【0035】また、第2サイクロン28及びポット29
を用いて捕集・取得した灰を分析し、この分析結果を基
にLIBS装置4の計測値に校正をかけているが、灰を
捕集・取得し、分析してから実際に校正をするまでに2
日くらいかかり、リアルタイムでの校正ができなかっ
た。 【0036】本発明は、上記従来技術に鑑み、装置構成
を簡略化・小型化することができるとともに、不要な電
気消費がない灰中未燃分計測装置を提供することを目的
とする。 【0037】 【0038】【課題を解決するための手段】上記課題を解決する 本発
明の構成は、ボイラの火炉から発生する排ガスをサンプ
リングして搬送するサンプリングラインと、このサンプ
リングラインが接続されて排ガスが供給されており、搬
送空気が供給されると排ガスを吸引して搬送空気と共に
下流側に送り出すイジェクタと、前記火炉内を通過して
から前記イジェクタに接続されるように配管されてお
り、搬送空気を前記イジェクタに供給する搬送空気供給
ラインと、前記火炉内を通過してから火炉外に出る状態
で配管されて粉体用搬送空気を搬送する粉体用搬送空気
供給ラインと、この粉体用搬送空気供給ラインに介装・
接続されており組成成分の種類と組成成分の濃度が予め
分かっている粉体を粉体用搬送空気に混入する粉体フィ
ーダと、前記イジェクタから送り出された排ガスと、前
記粉体用搬送空気供給ラインから粉体が混入した粉体用
搬送空気が供給され、イジェクタから送り出された排ガ
スと粉体が混入した粉体用搬送空気の一方を切換・選択
して送り出す三方バルブと、前記三方バルブから供給さ
れた、排ガスまたは粉体用搬送空気の中から灰分または
粉体を分離・捕集するサイクロンと、前記サイクロンで
分離・捕集した灰分または粉体が供給され、この灰分ま
たは粉体にレーザを照射してその組成成分をプラズマ化
し、このプラズマから発生するプラズマ光を分光器に入
射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃
分または組成成分を計測する計測装置とを備えたことを
特徴とする。 【0039】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る灰中未燃分計
測装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。 【0040】図1は本発明の実施の形態にかかる灰中未
燃分計測装置を示す。同図において、101はボイラの
火炉であり、102は火炉内部の炉内空間である。この
炉内空間102は、火炉101の出口近くの空間であ
り、この炉内空間102に存在する排ガスの成分は、火
炉101の出口に接続された排気ダクトに存在する排ガ
スの成分と同じになっている。 【0041】火炉101の外部には、イジェクタ10
3,粉体フィーダ104,三方バルブ105,サイクロ
ン106,LIBS装置107,イジェクタ108,1
09が備えられている。 【0042】サンプリングラインL1の入口は炉内空間
102に存在しており、炉内空間102に存在する排ガ
スGをサンプリングして、炉外のイジェクタ103に搬
送する。このイジェクタ103には、搬送空気供給ライ
ンL2を介して搬送空気A1が供給される。 【0043】搬送空気供給ラインL2は、炉外空間から
炉内空間102に入り、炉内空間102にて反転してか
ら炉外空間に出るように、即ち、炉内空間102を通過
してからイジェクタ103に接続するように配管されて
いる。炉内空間102は300°C程度の高温になって
いるため、搬送空気A1は、炉内空間102内に存在す
る搬送空気供給ラインL2を通過する際に加熱され、1
00°C以上(例えば150°C)となって、イジェク
タ103に供給される。 【0044】イジェクタ103は、搬送空気A1が供給
されると、サンプリングラインL1からの排ガスGを吸
引して、排ガスGを搬送空気A1と共に、三方バルブ1
05に向かって搬送する。 【0045】粉体用搬送空気供給ラインL3は、炉内空
間102を通過してから炉外に出て、三方バルブ105
に接続されている。このため、搬送空気A2は、炉内空
間102内に存在する粉体用搬送空気供給ラインL3を
通過する際に加熱され、100°C以上(例えば150
°C)となって、三方バルブ105に供給される。 【0046】粉体供給フィーダ104は、粉体用搬送空
気供給ラインL3に介装・接続されており、組成成分の
種類と組成成分の濃度が予め分かっている、校正用の粉
体を搬送空気A2に混入する。 【0047】三方バルブ105は、通常の計測モード
(未燃分計測モード)の時には、イジェクタ103から
送られてくる、搬送空気A1が混入した排ガスGを、サ
イクロン106に送るように、バルブの切換・選択をす
る。一方、校正モードの時には、粉体用搬送空気供給ラ
インL3から供給されてくる、搬送空気A2に混入した
粉体(粉体フィーダ104から供給された粉体)を、サ
イクロン106に送るように、バルブの切換・選択をす
る。 【0048】サイクロン106は、搬送空気A1が混入
した排ガスGが供給された場合には、排ガスG中の灰分
を分離・捕集して灰分をLIBS装置107に送る。ま
た、搬送空気A2に混入した粉体が供給された場合に
は、搬送空気A2から粉体を分離・捕集して粉体をLI
BS装置107に送る。なお、灰分や粉体が分離された
気体は、イジェクタ109が介装された排出ラインL4
を介して炉内空間102に送られる。なお、イジェクタ
109には、炉内空間102を通過する状態で配置され
た搬送空気供給ラインL5により、搬送空気A3が供給
される。この搬送空気A3は、炉内空間102に存在す
る搬送空気供給ラインL5を通過する際に加熱される。 【0049】LIBS(Laser Induced Breakdown Spec
troscopy)装置107は、分離・捕集された灰分や粉体
に、レーザを照射してその組成成分をプラズマ化し、該
プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分
光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測
したり、粉体の組成の同定や組成濃度を計測する。 【0050】LIBS装置107を通過した灰分や粉体
は、イジェクタ108が介装された排出ラインL6を介
して炉内空間102に送られる。なお、イジェクタ10
8には、炉内空間102を通過する状態で配置された搬
送空気供給ラインL7により、搬送空気A4が供給され
る。この搬送空気A4は、炉内空間102に存在する搬
送空気供給ラインL7を通過する際に加熱される。 【0051】通常の計測モードの時(未燃分計測時)に
は、イジェクタ103から送られてくる、搬送空気A1
が混入した排ガスGを、サイクロン106に送るよう
に、三方バルブ105の切換・選択をする。このため、
サイクロン106にて捕集・分離した灰分がLIBS装
置107に送られて、灰中の未燃分の計測ができる。こ
のとき、イジェクタ103に供給する搬送空気A1は、
炉内空間102内に存在する搬送空気供給ラインL2を
通過する際に加熱され、100°C以上(例えば150
°C)となっている。このため、排ガスGに混入しても
排ガスGの温度を下げることはない。したがって、灰分
が水分を吸収することはなく、灰分が凝固することもな
い。これにより、LIBS装置107にて正確に未燃分
の計測ができる。 【0052】また、炉内空間102の熱を利用して搬送
空気A1を加熱しているため、特別な電気ヒータは不要
になり、その分だけ装置構成が簡単になる。 【0053】一方、校正モードの時には、粉体用搬送空
気供給ラインL3から供給されてくる、搬送空気A2に
混入した粉体(粉体フィーダ104から供給された粉
体)を、サイクロン106に送るように、三方バルブ1
05の切換・選択をする。このため、サイクロン106
にて捕集・分離した粉体がLIBS装置107に送られ
て、粉体の組成の同定や組成濃度が計測される。この粉
体の組成や濃度は予め分かっているため、測定した組成
同定や組成濃度を、予め分かっている実際の組成や濃度
と合わせるようにLIBS装置107の計測値に校正を
かけることができる。この校正調整はリアルタイムで行
うことができる。 【0054】また校正調整をするためには、粉体フィー
ダ104や粉体用搬送空気供給ラインL3を付加するだ
けでよいため、校正用の余分なサイクロン等が不要にな
り、校正用の装置構成が簡単になる。 【0055】尚、本発明は上記実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であるこ
とはいうまでもない。 【0056】 【0057】【発明の効果】以上説明したように本発明では、 ボイラ
の火炉から発生する排ガスをサンプリングして搬送する
サンプリングラインと、このサンプリングラインが接続
されて排ガスが供給されており、搬送空気が供給される
と排ガスを吸引して搬送空気と共に下流側に送り出すイ
ジェクタと、前記火炉内を通過してから前記イジェクタ
に接続されるように配管されており、搬送空気を前記イ
ジェクタに供給する搬送空気供給ラインと、前記火炉内
を通過してから火炉外に出る状態で配管されて粉体用搬
送空気を搬送する粉体用搬送空気供給ラインと、この粉
体用搬送空気供給ラインに介装・接続されており組成成
分の種類と組成成分の濃度が予め分かっている粉体を粉
体用搬送空気に混入する粉体フィーダと、前記イジェク
タから送り出された排ガスと、前記粉体用搬送空気供給
ラインから粉体が混入した粉体用搬送空気が供給され、
イジェクタから送り出された排ガスと粉体が混入した粉
体用搬送空気の一方を切換・選択して送り出す三方バル
ブと、前記三方バルブから供給された、排ガスまたは粉
体用搬送空気の中から灰分または粉体を分離・捕集する
サイクロンと、前記サイクロンで分離・捕集した灰分ま
たは粉体が供給され、この灰分または粉体にレーザを照
射してその組成成分をプラズマ化し、このプラズマから
発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光
したスペクトル光から灰中の未燃分または組成成分を計
測する計測装置とを備えた構成とした。このような構成
としたため、イジェクタに供給する搬送空気は、火炉内
に配置した搬送空気供給ラインの中を通過する際に加熱
されるため、測定対象である排ガスを冷却することはな
く、灰分の凝固が発生することなく、正確に未燃分の計
測ができる。また、搬送空気を加熱する電気ヒータは不
要になり、その分だけ装置構成が簡略化される。更に、
既知の粉体を用いて校正をするため、計測装置の校正を
リアルタイムで行うことができる。
置を示す構成図である。 【図2】先に出願した灰中未燃分計測システムを示す構
成図。 【図3】先に出願した灰中未燃分計測システムの作用説
明図で同図(a)は通常モードの流路説明図、同図
(b)は流量計測モードの流路説明図である。 【図4】先に出願した灰中未燃分計測システムの作用説
明図で同図(a)はパージモードの流路説明図、同図
(b)はサンプルモードの流路説明図である。 【図5】LIBS装置の説明図である。 【符号の説明】 101 火炉 102 炉内空間 103 イジェクタ 104 粉体フィーダ 105 三方バルブ 106 サイクロン 107 LIBS装置 108,109 イジェクタ L1 搬送空気供給ライン L2 サンプリングライン L3 粉体用搬送空気供給ライン
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ボイラの火炉から発生する排ガスをサン
プリングして搬送するサンプリングラインと、 このサンプリングラインが接続されて排ガスが供給され
ており、搬送空気が供給されると排ガスを吸引して搬送
空気と共に下流側に送り出すイジェクタと、 前記火炉内を通過してから前記イジェクタに接続される
ように配管されており、搬送空気を前記イジェクタに供
給する搬送空気供給ラインと、 前記火炉内を通過してから火炉外に出る状態で配管され
て粉体用搬送空気を搬送する粉体用搬送空気供給ライン
と、 この粉体用搬送空気供給ラインに介装・接続されており
組成成分の種類と組成成分の濃度が予め分かっている粉
体を粉体用搬送空気に混入する粉体フィーダと、 前記イジェクタから送り出された排ガスと、前記粉体用
搬送空気供給ラインから粉体が混入した粉体用搬送空気
が供給され、イジェクタから送り出された排ガスと粉体
が混入した粉体用搬送空気の一方を切換・選択して送り
出す三方バルブと、 前記三方バルブから供給された、排ガスまたは粉体用搬
送空気の中から灰分または粉体を分離・捕集するサイク
ロンと、 前記サイクロンで分離・捕集した灰分または粉体が供給
され、この灰分または粉体にレーザを照射してその組成
成分をプラズマ化し、このプラズマから発生するプラズ
マ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル
光から灰中の未燃分または組成成分を計測する計測装置
とを備えたことを特徴とする灰中未燃分計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001347060A JP3530515B2 (ja) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | 灰中未燃分計測装置 |
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