JP3632121B2

JP3632121B2 - Acoustic thermometer

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Publication number: JP3632121B2
Application number: JP24243399A
Authority: JP
Inventors: 典幸今田; 克巳下平
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001066198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体の温度計測装置に係り、特に石炭焚きボイラの火炉や排ガスダクト内のように、溶融灰が浮遊している場所での高温ガスの音速を測定し、測定した音速に基づいて高温ガスの温度を算出する音響式温度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体の温度を計測する方法の一つに、気体中の音速ｃ（ｍ／ｓ）が下記（１）式に示すように、気体の温度Ｔ（Ｋ）によって変化することを利用する方法がある。αは気体の組成によって決まる定数である。
【０００３】
ｃ＝α・√Ｔ（１）
この方法で気体温度を測定する場合の装置構成の例を図４に示す。一般に音速を利用して流体の温度を測定する場合、図４に示すように、被測定流体を挟んで音響送信器３と音響受信器４を設置し、その間の音の伝播時間ｔを測定する。音響送信器３と音響受信器４間の距離をＬとすると、伝播時間ｔは下記（２）式で表される。
【０００４】
ｔ＝Ｌ／（α・√Ｔ）（２）
伝播時間ｔを測定すれば、上記（２）式から気体の温度Ｔを算出できる。
【０００５】
従来、この方法を、例えば１０００℃以上の高温ガスの温度計測に適用する場合に図５に示す装置が使用されている。一般に音響送信器あるいは音響受信器の耐熱温度は６０℃程度であるため、高温ガスが流れるダクト１９に、導波管２を介して音響送信器３及び音響受信器４が設置される。図示の装置ではさらに、大きな音をダクト内に送りこむために、音響送信器３側の導波管２を、ホーン２０を介してダクト１９に接続してある。このように高温ガスの温度を計測する場合、音響送信器あるいは音響受信器を熱から守るために、導波管２が必要になるが、導波管２内の気体温度は、測定しようとするダクト内の高温ガスに比べて低いため、導波管部の音の伝播時間を前記ｔの測定時間に含めてしまうと、算出される温度が実際よりも低くなってしまう。この導波管による測定誤差を防止するために、前記ホーン２０内に受信用の導波管を設置し、この導波管に音響受信器を接続し、音響送信器３から発信された音波が、直接、音響送信器側のホーン内に挿入された受信用の導波管を伝って音響受信器に到達する時間を計測し、前記ｔを補正している（特開平９−１５０６５号公報）。
【０００６】
以下に、音響式ガス温度計を用いてガス温度を計測する手順を図５を用いて説明する。図示の音響式ガス温度計は、火炉の水壁７の互いに対向する位置に形成された開口にそれぞれ取付けられた一対の音響センサと、この音響センサに接続された制御装置１００と、を含んで構成されている。
【０００７】
前記一対の音響センサは同一の構成なので、図の左側の音響センサの構成を説明する。図の左側の音響センサは、水壁７の開口に接続されたホーン２０−１と、ホーン２０−１に接続された導波管２−１と、導波管２−１に取付けられた音波送信器３−１と、前記ホーン２０―１内部に配置され先端部を前記水壁７の開口部に位置させたマイク用導波管２１−１と、マイク用導波管２１−１の後端部（前記ホーン２０―１の外部に位置する）に接続された音波受信器４−１と、音波受信器４−１に接続されたマイク用アンプ１１と、を含んで構成されている。
【０００８】
音波送信器３−１（あるいは音波送信器３−２）から音波を発信し、炉内の測定対象気体を伝って他方の音波受信器で受信した信号から音波が炉内の測定対象気体を伝播する時間を検出し、温度に換算する制御装置は、図５に示すように、制御器５と、制御器５の出力側に接続された波形発生器６と、入力側を波形発生器６及び前記制御器５に接続され出力側を音波送信器３−１，３−２に接続されたリレー１０と、入力側を音波受信器４−１，４−２にそれぞれマイク用アンプ１１を介して接続された受信用アンプ１２Ａ，１２Ｂと、受信用アンプ１２Ａ，１２Ｂの出力側にそれぞれ接続されたバンドパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂと、バンドパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂの出力側に接続して配置されたＡ／Ｄ変換器１４と、Ａ／Ｄ変換器１４の出力側に接続して配置された伝播時間検出器１５と、伝播時間検出器１５の出力側に接続された伝播時間補正器２５と、伝播時間補正器２５の出力側に接続された温度換算器１６と、温度換算器１６の出力側に接続された表示器１７と、を含んで構成されている。
【０００９】
まず、制御器５からリレー制御信号がリレー１０に送出され、リレー１０は音波を発信する音波送信器と波形発生器６とを接続するように切り換えられる。いま、音波送信器３−１から音波を送信するように設定したとする。リレー１０の切り換えが終わったら、制御器５は測定開始信号を波形発生器６に送出し、波形発生器６はこの信号を受けてコンデンサに蓄えた電荷をスイッチ回路により一定時間放電させることにより、パルスを発生して音波送信器３−１に送出する。音波送信器（以下、スピーカという）３−１はパルスを受信して音波を発生し、発生された音波は導波管２−１とホーン２０−１を介して炉内に送出される。炉内に送出された音波は、炉内のガスを伝って伝播し、対向して設置されているマイク用導波管２１−２を経て音波受信器（以下、マイクという）４−２に達する。マイク４−２で受信された信号は一旦音響センサ部のマイク用アンプ１１で増幅されたあと、制御装置に送信される。制御装置では、この信号を再度受信用アンプ１２Ｂで増幅したあと、バンドパスフィルタ１３Ｂを通してＡ／Ｄ変換器１４でデジタル化する。デジタル化された信号は伝播時間検出器１５に送られ、伝播時間検出器１５は入力されたデジタル信号に基づいて、スピーカ３−１からマイク４−２までの音波の伝播時間ｔ_１２を検出する。
【００１０】
一方、ホーン２０−１から炉内に音波を送出するとき、音波の一部は、マイク用導波管２１−１を経て、測定対象気体を通過することなく、直接マイク４―１に受信される。音波がマイク４―１に受信されたタイミングから、スピーカ３−１からマイク４−１までの音波の伝播時間ｔ_ｍ１が求まる。同様に、スピーカ３−２から音波を発信すれば、スピーカ３−２からマイク４―１まで音波が伝播する時間ｔ_２１と、スピーカ３−２からマイク用導波管２１−２を伝ってマイク４−２まで音波が伝播する時間ｔ_ｍ２が求まる。そして、伝播時間補正器２５では、下記（３）式により、音波が炉内部分を通過するのに要した時間ｔが算出される。
【００１１】
ｔ＝｛（ｔ_１２＋ｔ_２１）−（ｔ_ｍ１＋ｔ_ｍ２）｝／２（３）
温度換算器１６では得られた伝播時間ｔに基づき、前記（２）式を用いて炉内のガス温度を算出し、表示器１７で測定温度を表示する。
【００１２】
また、この音波を用いた温度計測方法は、図６に示すように、複数の音響センサ（音響送信器と音響受信器を兼ねたセンサ）をダクト１９の周囲に配置し、ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の手法を用いることにより、ダクト内の温度分布を測定できるという特徴がある（特開昭６３−２３１６８２号公報）。
【００１３】
図７はボイラ過熱器の火炉側の炉壁に音響センサ１８を配置し、ガス温度を計測した例である。伝熱管２６の火炉側のガス温度を知ることができれば、火炉での燃焼状況、炉壁での吸熱状態を的確に知ることができるので、ボイラの制御に有効である（特願平７−１４７７３０号）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、石炭焚きボイラの火炉あるいは燃焼ガスダクトにおいて、上記手法による温度計測を適用する場合、次のような問題がある。石炭焚きボイラにおいては、燃料である石炭が燃焼した後には灰が残る。この灰の溶融温度は一般に１３００〜１５００℃であり、火炉内の温度は火炉出口部で１２００〜１３００℃程度であるので、溶融した灰は炉壁及び伝熱管に付着する。石炭焚きボイラではこの灰が過熱器に付着するのを防ぐために、図８に示すように、過熱器の上流側に灰除去用の伝熱管が設置されている。この灰除去用の伝熱管の設置により、炉内で発生し、燃焼ガスに伴なって流動する灰は灰除去用の伝熱管で冷却、固形化され、そのほとんどが灰除去用の伝熱管に付着する。付着した灰はスートブロアによって剥がされ、火炉下部から取り除かれる。灰除去用伝熱管に捕集されずに通過した灰はほとんど固まった状態となっており、過熱器に付着する灰はわずかである。
【００１５】
しかし、このような灰除去用の伝熱管があるために、例えば図８のＡで示す位置に設置した音響式温度計で測定した温度は、灰除去用の伝熱管の影響を受けた温度となっていて、火炉の状態を正確に示した温度ではない。
【００１６】
火炉の状態をより正確に反映した温度を測定するためには、音響センサを灰除去用の伝熱管の上流側、すなわち、図８のＢの位置に設置すればよい。しかし、灰除去用の伝熱管の上流側のガス温度は１３００℃以上であり、灰が溶融している状態であるとともに、灰を灰除去用の伝熱管で取り除く前であるため、火炉内には多数の灰が浮遊している。したがって、灰除去用の伝熱管よりも上流側の火炉側壁に音響センサを設置すると、センサ部に灰が付着し、音波を発信するための穴が塞がれてしまうという問題が生じる。
【００１７】
また、音響センサの近くにスートブロアあるいは壁面に付着した灰を除去するウォールブロアがある場合、これらによって剥ぎ取られた、大きさが１０ｍｍを超えるような灰の固まりがホーン内に入り、堆積するという問題がある。
【００１８】
図９は、音響センサを石炭焚きボイラの火炉の灰除去用の伝熱管の上流側に設置した場合の例である。図のように、ホーン内に大粒の灰１が堆積し、ホーンを塞いで音響送信器３から発出された音波が必要な強さで炉内に送り出されず、温度が測定できなくなる。
【００１９】
ホーン内に灰が堆積するという問題を解決するために、ホーン内に溜まった灰を吹き飛ばすためのパージ用エアを噴出する灰パージ用空気配管８が、導波管２に設けられている。
【００２０】
このような灰パージ用空気配管８を、ホーン内導波管を設置した音響センサに取付けた場合、噴出される灰パージ用空気の音が、温度測定の妨げになるという問題が生じる。灰パージ用空気配管から空気が噴出されるとジェットノイズが発生し、ジェットノイズの大きさは噴出される空気の流速が増すに従い、大きくなる。石炭焚きボイラのように多量の灰が温度測定領域に存在する場合は、多量の灰がホーン内に飛来、堆積し、多量のパージ用空気が必要になる。ことに、図８に示すように、伝熱管に付着した灰を吹き飛ばすスートブロアが音響センサの近くにある場合などは、伝熱管に付着、固化した灰の固まりがスートブロアによって吹き飛ばされ、１０〜３０ｍｍ程度の大きさの固まりとなってホーン内に堆積する。このような灰の固まりを吹き飛ばすためには多量の空気が必要となり、ますますジェットノイズが大きくなる。図１０に流速と騒音レベル（音圧レベル）の関係を示す。
【００２１】
音響を用いた温度計測は、音響送信器から発信され、被測定気体を通過した音波を、音響受信器で受信し、発信から受信までの時間を求めて温度に換算するのであるから、灰パージ用空気の噴出によって発生するジェットノイズが大きくなると、音響送信器から発信された音とノイズが識別できなくなり、温度測定ができなくなる。
【００２２】
本発明の目的は、測定対象気体を囲む側壁に互いに対向する位置に形成された一対の開口それぞれに筒状構造体を介して音響送信器を取付け、音響を利用して前記測定対象気体の温度を測定するときに、前記筒状構造体内部底面に堆積した灰などの粉粒体を除去するためのパージ用ノズルのジェットノイズ（噴流騒音）が測定の妨げになるのを防止するにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、前記パージ用ノズルから噴出されるパージ用気体の流速を、前記パージ用ノズルからのパージ用気体の噴出に伴なって発生し該パージ用ノズルが設けられている側の音波受信器で受信される噴流騒音の音圧レベルが、他方の音波送信器から送信され前記測定対象気体を通過して前記音波受信器で受信された音波の音圧レベル以下となるように設定することによって達成される。
【００２４】
受信信号（受信音波）の大きさ（音圧レベル）は、測定領域の騒音の大きさ、発信音の音響レベル、測定領域における音の減衰特性（周波数によって変化する）によって変化するが、今、仮に、図１０中に破線で示すレベルであったとする。そうすると、前記筒状構造体に堆積する粉粒体が灰でありパージ用気体が空気とすると、パージ用ノズルすなわち灰パージ用空気を噴出するノズルが１本のとき、ノズルから噴出される空気の流速は３２ｍ／ｓ以下、ノズルが４本のとき、ノズルから噴出される空気の流速は２７ｍ／ｓ以下に、それぞれ抑えるべきことがわかる。
【００２５】
次に、ノズルから３２ｍ／ｓ、２７ｍ／ｓの速度で空気が噴出された際のノズル後流部での速度分布を調べると、図１１、図１２のようになっている。また、今、筒状構造体（以下、ホーンという）内に堆積する灰の最大直径が１５ｍｍであると、この灰を吹き飛ばすのに必要な灰パージ用空気の流速は、図１３から２４ｍ／ｓとなる。このことから、２７ｍ／ｓの速度で空気を噴出する灰パージ用のノズルから噴出される空気の有効範囲は、図１２の点線で示される領域（５０ｍｍ×８０ｍｍ）であることがわかる。このノズルを複数個、図１に示すように配置すれば、ホーン内に灰が堆積するのを防止できる。但し、２７ｍ／ｓの速度で空気を噴出するノズルは、４本以下のときに発生するノズルの大きさが許容範囲以下となるものであるから、配置するノズルの数が４本を超える場合は、騒音レベルが上がってしまうことを考慮する必要がある。
【００２６】
また、図３に示すように、灰パージ用の気体を噴出するパージ用ノズルに加えて、ホーンの底の灰が堆積する領域に、ホーン内部に向かって流動化気体（例えば空気）を噴出す複数の流動化気体供給孔（例えば空気噴出し口）を設け、ホーン内に堆積する灰を流動化するのに必要な気体流（例えば空気流）を供給するようにしてもよい。この場合、灰のうちの最大直径のものを流動化できるだけの空気を供給するのが望ましく、灰の粒子直径が１０ｍｍ程度のときは、空気噴出し口での流速を５ｍ／ｓ程度に維持すれば、堆積した灰を流動化することができる。流動化した灰は、ホーン底部に堆積している場合に比べて低速の空気を受けることで移動するので、図３に示すように、ホーンの奥から測定領域に向かってパージ用空気を噴出すノズルを、前記図１に示す場合よりも少ない数、配置することで、灰の堆積を防止できる。
【００２７】
さらに、図１４に示すように、ホーンの底に設ける空気噴出し口を測定領域、言い換えると測定対象気体を囲む側壁に形成された開口に向かって斜めに傾斜させ、流動化のための空気を、真上方向ではなく、ホーンの測定領域側開口部に向かうように斜め上方に噴出すようにすれば、ホーン内部に堆積する灰は、流動化されるとともに測定領域側に向かって移動し、ホーン内部から側壁の開口を経て測定領域に出ていく。この場合、ホーンの奥から測定領域に向かってパージ用気体を噴出すパージ用ノズルは噴出速度を小さくできるし、場合によっては（堆積する粉粒体が小さく、流動化気体供給孔からの噴出速度を粉粒体を流動化させるとともに前記開口から測定領域に移動させることができる速度に設定してもジェットノイズが許容限界以下の場合など）必要なくなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態Ａ）
本発明の実施の形態Ａを図１、図２に示す。図示の装置は、石炭焚きボイラの火炉出口ガスの温度を測定する音響式温度計の音響センサ部分であり、測定対象気体、すなわち火炉出口ガスを囲む側壁である火炉の水壁７の互いに対向する位置に形成された一対の開口Ａ、Ｂに取付けられたものである。図は、開口Ａに取付けられた音響センサを示しているが、開口Ｂに取り付けられたものも、同一構成であるので、開口Ａに取付けられたものの構成について説明し、開口Ｂに取り付けられたものの説明は省略する。
【００２９】
図示の音響センサは、軸線をほぼ水平にして水壁７の開口Ａに取付けられた断面４角形の角筒状の水冷ホーン２０と、水冷ホーン２０の水壁７と反対側端部に接続され小径端側が上方に曲げられた角錐状のホーン２と、ホーン２の小径端側に取付けられた音波送信器３と、先端を水壁７の開口Ａに位置させて水冷ホーン２０内に配置され末端を前記ホーン２の外部に位置させたマイク用導波管２１と、マイク用導波管２１の末端に装着された音波受信器４と、水冷ホーン２０及びホーン２の底部に、ノズルを水壁７側に向けて配置されたパージ用ノズルである８個の灰パージ用空気配管と、を含んで構成されている。
【００３０】
粉粒体（以下、灰という）が付着しにくくなるように、かつ炉内からの輻射熱によりホーンが加熱されるのを防ぐために水冷構造とした水冷ホーン２０は、断面が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの４角形で長さが１８０ｍｍの角筒状であり、灰パージ用空気配管８は、内径５ｍｍのものとしてある。水冷ホーン２０及びホーン２が音波送信器から大きい音を送り出すための筒状構造体を構成し、灰パージ用空気配管のノズルがパージ用ノズルを構成している。
【００３１】
この音響センサは、図８に示すように、石炭焚きボイラの灰除去用伝熱管の下側（火炉側、図中Ｂ位置）に設置され、火炉出口部のガス温度の変動を検出している。
【００３２】
灰パージ用空気配管８の各ノズルからは、常時２７ｍ／ｓの流速で空気が噴出されている。この流速は次の手順により設定されたものである。この石炭焚きボイラの当該音響センサ設置部近傍に存在する灰は、炉内に浮遊する非常に細かい粒子（最小のものは１０μｍ以下）からスートブロア及びウォールブロアによって伝熱管あるいは水壁から剥ぎ取られた１５ｍｍ程度の大きさの灰の固まりまでを含んでいる。
【００３３】
この最大の灰の固まり（径１５ｍｍ程度のもの）を吹き飛ばせるようにノズルの流速及び配置が選定されている。ノズルの流速及び配置を選定する際に、ノズルから噴出する空気は灰を吹き飛ばすと同時に騒音の元となり、温度測定の妨げとなることを考慮する必要がある。図１０に、ノズルから噴出される空気の流速と、そのときに発生する騒音レベル（それらノズルが配置された側、この場合開口Ａ側の音波受信器で受信される音圧レベル）の関係の１例を、ノズル本数をパラメータとして示したが、この関係はノズルの形状、大きさによって変化するものであるから、実際に使用するノズルを対象に種々の流速について測定して求める必要がある。図中に、１，２，５，１０本のノズルを、それぞれ使用した場合の騒音レベル（音圧レベル）を基準数値に対する比の形で示してあるが、図からも明らかなように、ノズルの本数が増すと騒音も大きくなる。同図中の破線は、測定対象気体（炉内の高温ガス）を挟んで対向する側（開口Ｂ側）の音波送信器から測定対象気体を通過してきた音波が開口Ａ側の音波受信器で受信されたときの音圧レベルの例を示す。この値は、音波送信器の出力音圧、音波送信器と音波受信器の距離、炉内の減衰特性、及び炉内の騒音レベルによって変化する値であり、測定する環境によって決まる。
【００３４】
本実施の形態では、音波送信器の出力は１３０ｄｂ、音波送信器と音波受信器の距離は１５ｍである。温度測定を安定に実施するには、Ｓ／Ｎ比（到達信号の強さ／騒音信号の強さ）を１以上にする必要があるから、１本のノズルの場合、灰パージ用空気配管のノズルからの噴出速度を３２ｍ／ｓ以下にする必要があることがわかる。
【００３５】
噴出速度を３２ｍ／ｓにしたときに、直径１５ｍｍの灰を吹き飛ばすことができる範囲を図１１に示す。図は、ノズルからの噴出速度を３２ｍ／ｓにしたときのノズル近傍の速度分布を示している。この速度分布はノズルの形状によっても変化するから、実機に使用するノズルを用いてあらかじめ測定しておく。図には、直径１５ｍｍの灰の固まりを吹き飛ばすことのできる流速２４ｍ／ｓ以上の領域をハッチングで示してあり、これから、ノズルの前方０．１ｍ，幅０．０６ｍの範囲が灰除去効果があることが分かる。
【００３６】
このノズルを用いて、図１に示すホーンの灰の堆積しやすい先端部分（水冷ホーンの底面部分、１８０ｍｍ×１５０ｍｍの範囲）の灰を除去するには、図１６に示すように、８本のノズルを配置する必要がある。しかし、８本のノズルを配置した場合の騒音レベルのときにＳ／Ｎ比を１以上にするには、図１０から分かるように各ノズルの噴出速度を２７ｍ／ｓ以下にする必要がある。ノズルの噴出速度を２７ｍ／ｓにした時のノズル近傍の速度分布を図１２に示し、流速２４ｍ／ｓ以上の領域を、ハッチングで示した。すなわち、ノズルの噴出速度が２７ｍ／ｓのとき、流速が２４ｍ／ｓ以上である領域は、ノズルの前方０．０８ｍ，幅０．０５ｍの範囲であり、その範囲で灰除去効果があることになる。
【００３７】
上記の結果にしたがって、図１に示すように、ノズルからの噴出速度を２７ｍ／ｓとし、水冷ホーン２０の内部底面の灰が堆積する領域を各ノズルの灰除去効果範囲がほぼ覆うように、かつ各ノズルの灰除去効果範囲が重ならないようにノズルを配置することで、灰を除去しつつ、連続的に温度測定を行うことができる。
（実施の形態Ｂ）
本発明の実施の形態Ｂを図３に示す。本実施の形態は、堆積する灰の大きさが、最大１０ｍｍの場合を対象にした場合のものである。本実施の形態が前記実施の形態Ａと異なるのは、水冷ホーン２０の底面の灰が堆積する領域に、直径１ｍｍの流動化気体供給孔（以下、灰流動化用空気孔２２という）を縦横各５ｍｍ間隔（中心間隔）で上下方向に貫通させて設け、灰流動化用空気孔２２を設けた底面の外側に流動化気体供給手段（以下、流動化用空気箱２３という）を設け、灰パージ用空気配管８は、前記灰流動化用空気孔２２よりも水壁７から遠い側にノズルを位置させて配置されている点である。他の構成は前記実施の形態Ａと同じであるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
流動化用空気箱２３には、灰流動化用空気孔２２から流速２５ｍ／ｓの空気を噴出するように空気が供給されるようになっており、灰パージ用空気配管８のノズルからは、３０ｍ／ｓの速度で空気を噴出するように構成されている。これらの流速は、次のようにして選定した。
【００３９】
直径１０ｍｍの灰の固まりを流動化するためには、空塔速度５ｍ／ｓの空気速度（流動化速度）の空気が供給される必要がある。この流動化速度は灰の大きさ及び灰の密度によって変化するので、測定領域に存在する灰の大きさ、密度によって変える必要がある。空塔速度５ｍ／ｓを維持するには、５ｍｍ間隔で開けた直径１ｍｍの灰流動化用空気孔２２から２５ｍ／ｓの流速で空気を水冷ホーン内へ噴出すればよい。なお、灰流動化用空気孔２２の間隔は、いずれかの灰流動化用空気孔２２から噴出される空気が灰に効果的に当るように、飛来する灰の最大直径の１／２以下とするのが望ましい。
【００４０】
この場合も、灰流動化用空気孔２２からの噴出空気によって発生し該灰流動化用空気孔２２が設けられた側（例えば開口Ａ側）の音波受信器で受信されるジェットノイズの音圧レベルが、他方（開口Ｂ側）の音波送信器から送信され測定対象気体を通過して前記開口Ａ側の音波受信器で受信された受信信号の音圧レベルを超えると測定ができなくなるので、発生するジェットノイズが前記測定対象気体を通過してきた音波の受信信号の音圧レベル以下となるように灰流動化用空気孔２２から噴出する空気流速を設定する必要がある。例えば、灰流動化用空気孔２２の径を大きくして空気噴出速度を低下させれば、空塔速度を損ねることなく騒音レベルを低下できる。
【００４１】
灰パージ用空気配管８の噴出速度であるが、本実施の形態では流動化用空気によって灰は流動状態にあるので、わずか（約５ｍ／ｓ）の流速があれば、堆積した灰を移動させることができる。そこで、灰パージ用空気は、噴流の先端（流速が５ｍ／ｓとなる地点）が、水冷ホーン２０の外側（炉内側）となるように、ノズルの位置、噴出速度を決定した。本実施例では、噴出速度を２５ｍ／ｓとし、ノズル先端位置を、水冷ホーン２０とホーン２の結合位置近傍でホーン２側とすることで上記条件を満たすことができた。この場合も、灰パージ用空気配管８のノズルから噴出される空気によるジェットノイズの音圧レベルが受信信号の音圧レベルを超えると測定ができなくなるので、ジェットノイズの音圧レベルが受信信号の音圧レベル以下となるよう、灰パージ用空気配管８のノズルから噴出される空気の速度を設定する必要がある。また、灰パージ用空気配管８のノズルから噴出される空気の速度を低下させたために灰パージ用空気の先端（流速が５ｍ／ｓの地点）が水冷ホーン２０の水壁７側先端に達しない場合は、例えば、ノズルを複数本並べることにより、灰パージ用空気の先端位置を水冷ホーン２０の外側になるように動かすことができる。
【００４２】
堆積する灰の固まりの大きさが１０ｍｍよりも大きい場合は、それを流動化するのに必要な空塔速度を求め、得られた空塔速度に対応した灰流動化用空気孔２２の直径、配置ならびに噴出する流動化用空気の流速を選定してすればよい。
（実施の形態Ｃ）
図１４に本発明の実施の形態Ｃを示す。本実施の形態Ｃは、前記実施の形態Ｂにおける灰流動化用空気孔２２を、噴出し口が水壁７側に近づくように傾けてあけた灰流動化用空気孔２２Ａとしたもので、噴出される流動化のための空気の中心軸が、真上方向ではなく、測定領域側開口部に向かう方向成分を持つようにしたものである。本実施の形態によれば、灰を流動化すると同時に流動化した灰を水壁７に形成された開口側に移動させる効果があり、灰パージ用空気配管８から噴出する空気の量を低減できる。また、堆積する灰の径が小さく、灰流動化用空気孔２２Ａからの空気噴出速度を灰を流動化させるとともに流動化した灰を前記開口を経て測定領域に移動させることができる速度に設定しても灰流動化用空気孔２２Ａのジェットノイズが許容限界以下の場合は、灰パージ用空気配管８をなくすことも可能である。その場合、構造的にも簡易となる。
【００４３】
なお、図１４では、灰パージ用空気配管８を音波送信器３に近い側に後退させて設置した例が示されているが、前記図３に示したように、もっと、水冷ホーン２０に近づけて設置してもよい。
（実施の形態Ｄ）
図１５に本発明の実施の形態Ｄを示す。本実施の形態が前記実施の形態Ｂと異なるのは、水冷ホーン２０底面に上下方向に貫通する灰流動化用空気孔２２を形成する代わりに、水冷ホーン２０底面を、水壁７に近づくにつれて低くなる階段状に形成し、この階段状部分の下側に風箱２４を設けた点である。風箱２４には図示されていない空気源から空気が送られて、各階段の段差部分から水冷ホーン内部に向かってほぼ水平方向に、かつ水壁に向かう方向に空気を噴出する構成としてある。階段のピッチは、段差部分からの噴出空気の流速が灰（水冷ホーン２０の底面に堆積した、測定領域における最大径の灰）を吹き飛ばすのに必要な流速を確保できる値に設定するとともに、その空気噴流によるジェットノイズを当該水冷ホーン２０側（例えば開口Ａ側）の音波受信器４で受信したときの音圧レベルが、開口Ｂ側の音波発信器により発信され測定対象気体を通過して開口Ａ側の音波受信器４により受信される音波の音圧レベルよりも低くなるように設定してある。灰除去効果は前記各実施の形態と同じであり、空気噴流によるジェットノイズが温度測定の妨げになるのが防止される。
【００４４】
上記各実施の形態においては、灰の堆積を防止するための噴出気体として空気を用いる例を示したが、空気以外の低温の排ガスや蒸気等を用いても効果は同等である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、測定対象気体を囲む側壁に形成された開口に筒状構造体を介して音響送信器を取付け、音響を利用して前記測定対象気体の温度を測定するときに、前記筒状構造体内部底面に堆積した灰などの粉粒体を、温度測定を妨げることなく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態Ａを示す平面図である。
【図２】図１に示す実施の形態の側面を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態Ｂを示す側面断面図である。
【図４】音響式温度計の基本的な装置構成を示す概念図である。
【図５】音響式温度計を高温のガス温度計測に適用した装置構成の例を示す図である。
【図６】音響式温度計を複数個組み合わせて温度分布を測定する例を示す斜視図である。
【図７】音響式温度計をボイラの制御に利用した場合のは一例を示す断面図である。
【図８】音響式温度計によるボイラ火炉内のガス温度計測における計測位置の例を示す断面図である。
【図９】従来技術における音響センサの構造の例を示す断面図である。
【図１０】ノズルから噴出される空気の流速とこの時に発生する騒音レベルの関係を示すグラフである。
【図１１】ノズルから噴出される空気の速度分布の例を示す断面図である。
【図１２】ノズルから噴出される空気の速度分布の他の例を示す断面図である。
【図１３】灰の固まりの大きさと、その大きさの灰の固まりを吹き飛ばすのに必要な空気の流速の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態Ｂを示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態Ｃを示す断面図である。。
【図１６】灰パージ用空気配管のノズル配置を検討する場合の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１堆積した灰
２ホーン
３音波送信器
４音波受信器
５制御器
６波形発生器
７水壁
８灰パージ用空気配管
９灰パージ用空気
１０リレー
１１マイク用アンプ
１２受信用アンプ
１３バンドパスフィルタ
１４Ａ／Ｄ変換器
１５伝播時間検出器
１６温度換算器
１７表示器
１８音響センサ
１９ダクト
２０水冷ホーン（ホーン）
２１マイク用導波管
２２、２２Ａ灰流動化用空気孔
２３流動化用空気箱
２４風箱
２５伝播時間補正器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas temperature measuring device, and in particular, measures the sound velocity of a hot gas in a place where molten ash is floating, such as in a furnace or exhaust gas duct of a coal-fired boiler, and based on the measured sound velocity, The present invention relates to an acoustic thermometer that calculates the temperature of a gas.
[0002]
[Prior art]
One method for measuring the temperature of a gas is to use the fact that the speed of sound c (m / s) in the gas changes according to the gas temperature T (K) as shown in the following equation (1). . α is a constant determined by the gas composition.
[0003]
c = α · √T (1)
FIG. 4 shows an example of the apparatus configuration when measuring the gas temperature by this method. In general, when measuring the temperature of a fluid using the speed of sound, as shown in FIG. 4, an acoustic transmitter 3 and an acoustic receiver 4 are installed with a fluid to be measured interposed therebetween, and a sound propagation time t between them is measured. . When the distance between the acoustic transmitter 3 and the acoustic receiver 4 is L, the propagation time t is expressed by the following equation (2).
[0004]
t = L / (α · √T) (2)
If the propagation time t is measured, the gas temperature T can be calculated from the above equation (2).
[0005]
Conventionally, the apparatus shown in FIG. 5 is used when this method is applied to temperature measurement of high-temperature gas of, for example, 1000 ° C. or higher. In general, since the heat resistance temperature of the acoustic transmitter or the acoustic receiver is about 60 ° C., the acoustic transmitter 3 and the acoustic receiver 4 are installed in the duct 19 through which the high-temperature gas flows through the waveguide 2. Further, in the illustrated apparatus, the waveguide 2 on the acoustic transmitter 3 side is connected to the duct 19 via the horn 20 in order to send a loud sound into the duct. When measuring the temperature of the hot gas in this way, the waveguide 2 is required to protect the acoustic transmitter or the acoustic receiver from heat, but the gas temperature in the waveguide 2 is to be measured. Since it is lower than the high-temperature gas in the duct, if the propagation time of the sound in the waveguide portion is included in the measurement time t, the calculated temperature will be lower than the actual temperature. In order to prevent measurement errors due to the waveguide, a receiving waveguide is installed in the horn 20, an acoustic receiver is connected to the waveguide, and a sound wave transmitted from the acoustic transmitter 3 is transmitted. The time to reach the acoustic receiver directly through the receiving waveguide inserted into the horn on the acoustic transmitter side is measured, and the t is corrected (Japanese Patent Laid-Open No. 9-15065). .
[0006]
The procedure for measuring the gas temperature using an acoustic gas thermometer will be described below with reference to FIG. The illustrated acoustic gas thermometer includes a pair of acoustic sensors respectively attached to openings formed at opposite positions of the water wall 7 of the furnace, and a control device 100 connected to the acoustic sensor. It is configured.
[0007]
Since the pair of acoustic sensors have the same configuration, the configuration of the acoustic sensor on the left side of the figure will be described. The acoustic sensor on the left side of the figure includes a horn 20-1 connected to the opening of the water wall 7, a waveguide 2-1 connected to the horn 20-1, and a sound wave attached to the waveguide 2-1. A transmitter 3-1, a microphone waveguide 21-1 disposed inside the horn 20-1 and having a tip positioned at the opening of the water wall 7, and a microphone waveguide 21-1. A sound wave receiver 4-1 connected to an end (located outside the horn 20-1) and a microphone amplifier 11 connected to the sound wave receiver 4-1 are configured.
[0008]
A sound wave is transmitted from the sound wave transmitter 3-1 (or sound wave transmitter 3-2), and the sound wave propagates through the measurement target gas in the furnace from the signal received by the other sound wave receiver through the measurement target gas in the furnace. As shown in FIG. 5, the control device for detecting the time to be converted into temperature includes a controller 5, a waveform generator 6 connected to the output side of the controller 5, a waveform generator 6 on the input side, and The relay 10 is connected to the controller 5 and the output side is connected to the sound wave transmitters 3-1 and 3-2, and the input side is connected to the sound wave receivers 4-1 and 4-2 via the microphone amplifier 11, respectively. The connected receiving amplifiers 12A and 12B, the bandpass filters 13A and 13B connected to the output sides of the receiving amplifiers 12A and 12B, respectively, and the A connected to the output side of the bandpass filters 13A and 13B. / D converter 14 and A / D converter 1 Is connected to the output side of the propagation time detector 15, the propagation time corrector 25 is connected to the output side of the propagation time detector 15, and the temperature is connected to the output side of the propagation time corrector 25. And a display 17 connected to the output side of the temperature converter 16.
[0009]
First, a relay control signal is sent from the controller 5 to the relay 10, and the relay 10 is switched to connect the sound wave transmitter that transmits sound waves and the waveform generator 6. Now, it is assumed that the sound wave is transmitted from the sound wave transmitter 3-1. When the switching of the relay 10 is finished, the controller 5 sends a measurement start signal to the waveform generator 6, and the waveform generator 6 receives this signal and discharges the charge stored in the capacitor by the switch circuit for a certain period of time. A pulse is generated and sent to the sound wave transmitter 3-1. A sound wave transmitter (hereinafter referred to as a speaker) 3-1 receives a pulse to generate a sound wave, and the generated sound wave is sent into the furnace via the waveguide 2-1 and the horn 20-1. The sound wave transmitted into the furnace propagates through the gas in the furnace, and reaches a sound wave receiver (hereinafter referred to as a microphone) 4-2 through a microphone waveguide 21-2 installed oppositely. . The signal received by the microphone 4-2 is once amplified by the microphone amplifier 11 of the acoustic sensor unit and then transmitted to the control device. In the control device, this signal is amplified again by the receiving amplifier 12B and then digitized by the A / D converter 14 through the band-pass filter 13B. The digitized signal is sent to the propagation time detector 15, and the propagation time detector 15 transmits the sound wave propagation time t from the speaker 3-1 to the microphone 4-2 based on the input digital signal. ₁₂ Is detected.
[0010]
On the other hand, when sound waves are sent from the horn 20-1 into the furnace, a part of the sound waves are directly received by the microphone 4-1 through the microphone waveguide 21-1 without passing through the measurement target gas. The The propagation time t of sound waves from the speaker 3-1 to the microphone 4-1 from the timing when the sound waves are received by the microphone 4-1. _m1 Is obtained. Similarly, if a sound wave is transmitted from the speaker 3-2, the time t during which the sound wave propagates from the speaker 3-2 to the microphone 4-1. ₂₁ And the time t when the sound wave propagates from the speaker 3-2 to the microphone 4-2 through the microphone waveguide 21-2. _m2 Is obtained. In the propagation time corrector 25, the time t required for the sound wave to pass through the in-furnace portion is calculated by the following equation (3).
[0011]
t = {(t ₁₂ + T ₂₁ )-(T _m1 + T _m2 )} / 2 (3)
Based on the obtained propagation time t, the temperature converter 16 calculates the gas temperature in the furnace using the equation (2), and the display 17 displays the measured temperature.
[0012]
In addition, as shown in FIG. 6, the temperature measurement method using the sound wave includes a plurality of acoustic sensors (sensors that serve as both acoustic transmitters and acoustic receivers) arranged around the duct 19, and CT (Computed Tomography). By using this method, the temperature distribution in the duct can be measured (Japanese Patent Laid-Open No. 63-231682).
[0013]
FIG. 7 shows an example in which an acoustic sensor 18 is disposed on the furnace wall of the boiler superheater and the gas temperature is measured. If the gas temperature on the furnace side of the heat transfer tube 26 can be known, the combustion state in the furnace and the endothermic state on the furnace wall can be accurately known, which is effective for controlling the boiler (Japanese Patent Application No. 7-147730). issue).
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, when temperature measurement by the above method is applied to the furnace or combustion gas duct of a coal fired boiler, there are the following problems. In coal-fired boilers, ash remains after coal, which is fuel, burns. The melting temperature of the ash is generally 1300 to 1500 ° C., and the temperature in the furnace is about 1200 to 1300 ° C. at the furnace outlet, so the molten ash adheres to the furnace wall and the heat transfer tube. In a coal fired boiler, in order to prevent this ash from adhering to the superheater, a heat transfer tube for ash removal is installed upstream of the superheater as shown in FIG. By installing this heat transfer tube for ash removal, the ash generated in the furnace and flowing along with the combustion gas is cooled and solidified by the heat transfer tube for ash removal, and most of the ash is transferred to the heat transfer tube for ash removal. Adhere to. The attached ash is peeled off by the soot blower and removed from the lower part of the furnace. The ash that passes without being collected in the heat transfer tube for ash removal is almost solidified, and the ash adhering to the superheater is very small.
[0015]
However, since there is such a heat transfer tube for removing ash, for example, the temperature measured by an acoustic thermometer installed at the position indicated by A in FIG. 8 is the temperature affected by the heat transfer tube for removing ash. It is not the temperature that accurately shows the condition of the furnace.
[0016]
In order to measure the temperature more accurately reflecting the state of the furnace, an acoustic sensor may be installed on the upstream side of the heat transfer tube for ash removal, that is, at the position B in FIG. However, the gas temperature on the upstream side of the heat transfer tube for ash removal is 1300 ° C. or higher, and the ash is in a molten state and before the ash is removed by the heat transfer tube for ash removal, A lot of ash is floating. Therefore, when an acoustic sensor is installed on the furnace side wall upstream of the heat transfer tube for removing ash, there arises a problem that ash adheres to the sensor portion and a hole for transmitting sound waves is blocked.
[0017]
In addition, when there is a soot blower or a wall blower that removes ash adhering to the wall surface near the acoustic sensor, a mass of ash with a size exceeding 10 mm that has been peeled off by these enters the horn and accumulates. There's a problem.
[0018]
FIG. 9 shows an example in which an acoustic sensor is installed on the upstream side of a heat transfer tube for removing ash in a coal-fired boiler furnace. As shown in the figure, large ash 1 accumulates in the horn, and the sound wave emitted from the acoustic transmitter 3 by closing the horn is not sent to the furnace with the required intensity, and the temperature cannot be measured.
[0019]
In order to solve the problem that ash accumulates in the horn, an ash purge air pipe 8 for blowing out purge air for blowing away the ash accumulated in the horn is provided in the waveguide 2.
[0020]
When such an ash purge air pipe 8 is attached to an acoustic sensor provided with an in-horn waveguide, there is a problem that the sound of the ash purge air that is ejected interferes with temperature measurement. When air is ejected from the ash purge air pipe, jet noise is generated, and the magnitude of the jet noise increases as the flow velocity of the ejected air increases. When a large amount of ash is present in the temperature measurement region, such as a coal-fired boiler, a large amount of ash comes and accumulates in the horn, and a large amount of purge air is required. In particular, as shown in FIG. 8, when the soot blower that blows off the ash adhering to the heat transfer tube is near the acoustic sensor, the lump of ash adhering to the heat transfer tube and solidified is blown off by the soot blower, and is about 10 to 30 mm. It accumulates in the horn as a lump of size. In order to blow off such a mass of ash, a large amount of air is required, and jet noise becomes larger. FIG. 10 shows the relationship between the flow velocity and the noise level (sound pressure level).
[0021]
Since temperature measurement using sound is performed by an acoustic receiver, the sound wave transmitted from the acoustic transmitter and passed through the gas to be measured is received by the acoustic receiver, and the time from transmission to reception is calculated and converted into temperature. If the jet noise generated by the jet of industrial air increases, the sound and noise transmitted from the acoustic transmitter cannot be distinguished, and the temperature cannot be measured.
[0022]
An object of the present invention is to attach an acoustic transmitter to each of a pair of openings formed at positions facing each other on the side wall surrounding the measurement target gas via a cylindrical structure, and use the sound to measure the temperature of the measurement target gas. Is to prevent the jet noise (jet noise) of the purge nozzle for removing particles such as ash deposited on the inner bottom surface of the cylindrical structure from interfering with the measurement.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The object is to generate a flow velocity of the purge gas ejected from the purge nozzle as the purge gas is ejected from the purge nozzle, and to provide a sound wave receiver on the side where the purge nozzle is provided. By setting the sound pressure level of the jet noise received at the sound wave level to be equal to or lower than the sound pressure level of the sound wave transmitted from the other sound wave transmitter and received by the sound wave receiver through the measurement target gas. Achieved.
[0024]
The magnitude (sound pressure level) of the received signal (received sound wave) varies depending on the noise level in the measurement area, the acoustic level of the outgoing sound, and the sound attenuation characteristics (varies with frequency) in the measurement area. Suppose that the level is indicated by a broken line in FIG. Then, when the granular material deposited on the cylindrical structure is ash and the purge gas is air, when the purge nozzle, that is, the nozzle for ejecting the ash purge air is one, the air ejected from the nozzle It can be seen that when the flow velocity is 32 m / s or less and the number of nozzles is four, the flow velocity of the air ejected from the nozzles should be suppressed to 27 m / s or less.
[0025]
Next, when the velocity distribution in the nozzle wake portion when air is ejected from the nozzle at a speed of 32 m / s and 27 m / s, it is as shown in FIGS. Further, when the maximum diameter of ash deposited in the cylindrical structure (hereinafter referred to as a horn) is 15 mm, the flow rate of the ash purge air necessary to blow off the ash is 24 m / s from FIG. It becomes. From this, it can be seen that the effective range of the air ejected from the ash purge nozzle that ejects air at a speed of 27 m / s is the region (50 mm × 80 mm) indicated by the dotted line in FIG. 12. If a plurality of nozzles are arranged as shown in FIG. 1, ash can be prevented from being accumulated in the horn. However, since the size of the nozzle generated when the number of nozzles ejecting air at a speed of 27 m / s is 4 or less is less than the allowable range, when the number of nozzles to be arranged exceeds 4 It is necessary to consider that the noise level will increase.
[0026]
Further, as shown in FIG. 3, in addition to the purge nozzle for ejecting the ash purge gas, fluidized gas (for example, air) is ejected toward the inside of the horn in the ash accumulation region. A plurality of fluidized gas supply holes (for example, air outlets) may be provided to supply a gas flow (for example, airflow) necessary for fluidizing the ash deposited in the horn. In this case, it is desirable to supply enough air to fluidize the largest ash of the ash. When the ash particle diameter is about 10 mm, the flow velocity at the air outlet should be maintained at about 5 m / s. For example, the accumulated ash can be fluidized. Since the fluidized ash moves by receiving low-speed air as compared with the case where it is accumulated at the bottom of the horn, as shown in FIG. 3, the purge air is ejected from the back of the horn toward the measurement region. By arranging a smaller number of nozzles than in the case shown in FIG. 1, ash accumulation can be prevented.
[0027]
Furthermore, as shown in FIG. 14, the air outlet provided at the bottom of the horn is inclined obliquely toward the measurement region, in other words, the opening formed in the side wall surrounding the measurement target gas, and the air for fluidization is supplied. If the ash deposited in the horn is fluidized and moved toward the measurement region side, if it is ejected obliquely upward so as to go to the measurement region side opening of the horn, not directly above, It goes out from the inside of the horn to the measurement region through the opening of the side wall. In this case, the purge nozzle that ejects the purge gas from the back of the horn toward the measurement region can reduce the ejection speed, and in some cases (the deposited powder is small, the ejection speed from the fluidized gas supply hole Even if it is set to a speed at which the particles can be fluidized and moved from the opening to the measurement region, it is not necessary).
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment A)
Embodiment A of the present invention is shown in FIGS. The illustrated apparatus is an acoustic sensor part of an acoustic thermometer that measures the temperature of a furnace outlet gas of a coal fired boiler, and is opposed to each other of a water wall 7 of a furnace that is a side wall surrounding a measurement target gas, that is, a furnace outlet gas. It is attached to a pair of openings A and B formed at positions. Although the figure shows the acoustic sensor attached to the opening A, since what is attached to the opening B has the same configuration, the structure of what is attached to the opening A will be described and attached to the opening B. Description of the thing is abbreviate | omitted.
[0029]
The illustrated acoustic sensor is connected to a water-cooled horn 20 having a square tube shape with a square cross section attached to the opening A of the water wall 7 with the axis substantially horizontal, and to the end of the water-cooled horn 20 opposite to the water wall 7. A pyramid-shaped horn 2 with the small-diameter end side bent upward, a sound wave transmitter 3 attached to the small-diameter end side of the horn 2, and a tip positioned at the opening A of the water wall 7 are disposed in the water-cooled horn 20. A nozzle is placed on the bottom of the microphone waveguide 21 whose end is located outside the horn 2, the sound wave receiver 4 mounted on the end of the microphone waveguide 21, the water-cooled horn 20 and the horn 2. And eight ash purge air pipes which are purge nozzles arranged toward the wall 7 side.
[0030]
A water-cooled horn 20 having a water-cooled structure so as to make it difficult for powder particles (hereinafter referred to as ash) to adhere and to prevent the horn from being heated by radiant heat from the inside of the furnace is a square shape having a cross section of 150 mm × 150 mm. The ash purge air pipe 8 has an inner diameter of 5 mm. The water-cooled horn 20 and the horn 2 constitute a cylindrical structure for sending a loud sound from the sound wave transmitter, and the nozzle of the ash purge air pipe constitutes the purge nozzle.
[0031]
As shown in FIG. 8, this acoustic sensor is installed on the lower side of the ash removal heat transfer tube of the coal fired boiler (furnace side, position B in the figure), and detects a change in gas temperature at the furnace outlet. .
[0032]
Air is always ejected from each nozzle of the ash purge air pipe 8 at a flow rate of 27 m / s. This flow rate is set by the following procedure. The ash present in the vicinity of the acoustic sensor installation part of this coal fired boiler was stripped from the heat transfer tube or water wall by soot blowers and wall blowers from very fine particles (minimum of 10 μm or less) floating in the furnace. It includes up to about 15 mm of ash mass.
[0033]
The flow rate and arrangement of the nozzles are selected so that this maximum ash mass (having a diameter of about 15 mm) can be blown away. When selecting the flow rate and arrangement of the nozzle, it is necessary to consider that the air ejected from the nozzle blows off the ash and at the same time causes noise and interferes with temperature measurement. FIG. 10 shows the relationship between the flow velocity of the air ejected from the nozzles and the noise level generated at that time (the sound pressure level received by the sound wave receiver on the side where the nozzles are arranged, in this case, the opening A side). In one example, the number of nozzles is shown as a parameter. Since this relationship changes depending on the shape and size of the nozzle, it is necessary to measure and determine various flow velocities for the actually used nozzle. In the figure, the noise level (sound pressure level) when 1, 2, 5 and 10 nozzles are respectively used is shown in the form of a ratio with respect to the reference value. As is clear from the figure, the nozzles As the number increases, noise increases. The broken line in the figure is the sound wave receiver on the opening A side where the sound wave that has passed through the measuring object gas from the sound wave transmitter on the opposite side (opening B side) across the measurement target gas (hot gas in the furnace). An example of the sound pressure level when received is shown. This value varies depending on the output sound pressure of the sound wave transmitter, the distance between the sound wave transmitter and the sound wave receiver, the attenuation characteristics in the furnace, and the noise level in the furnace, and depends on the measurement environment.
[0034]
In the present embodiment, the output of the sound wave transmitter is 130 db, and the distance between the sound wave transmitter and the sound wave receiver is 15 m. In order to perform temperature measurement stably, the S / N ratio (strength of arrival signal / strength of noise signal) needs to be 1 or more, so in the case of one nozzle, the ash purge air piping It can be seen that the ejection speed from the nozzle needs to be 32 m / s or less.
[0035]
FIG. 11 shows a range in which ash having a diameter of 15 mm can be blown off when the ejection speed is 32 m / s. The figure shows the velocity distribution in the vicinity of the nozzle when the ejection speed from the nozzle is 32 m / s. Since this velocity distribution also changes depending on the shape of the nozzle, it is measured in advance using the nozzle used in the actual machine. In the figure, a region where a flow velocity of 24 m / s or more in which a mass of ash having a diameter of 15 mm can be blown is shown by hatching. From this, a range of 0.1 m in front of the nozzle and 0.06 m in width has an ash removal effect. I understand that.
[0036]
In order to remove the ash at the tip portion (bottom portion of the water-cooled horn, in the range of 180 mm × 150 mm) where the ash of the horn shown in FIG. 1 is easily deposited using this nozzle, as shown in FIG. It is necessary to arrange a nozzle. However, in order to increase the S / N ratio to 1 or more at the noise level when 8 nozzles are arranged, the ejection speed of each nozzle needs to be 27 m / s or less as can be seen from FIG. FIG. 12 shows the velocity distribution in the vicinity of the nozzle when the nozzle ejection speed is 27 m / s, and the region where the flow velocity is 24 m / s or more is shown by hatching. That is, when the nozzle ejection speed is 27 m / s, the area where the flow velocity is 24 m / s or more is the range of 0.08 m in front of the nozzle and 0.05 m in width, and there is an ash removal effect in that range. Become.
[0037]
According to the above results, as shown in FIG. 1, the ejection speed from the nozzle is 27 m / s, and the ash removal effect range of each nozzle substantially covers the area where the ash on the inner bottom surface of the water-cooled horn 20 is deposited. Moreover, by arranging the nozzles so that the ash removal effect ranges of the nozzles do not overlap, it is possible to continuously measure the temperature while removing the ash.
(Embodiment B)
Embodiment B of the present invention is shown in FIG. The present embodiment is for a case where the ash to be deposited has a maximum size of 10 mm. The present embodiment is different from the above-described embodiment A in that fluidized gas supply holes (hereinafter referred to as ash fluidizing air holes 22) having a diameter of 1 mm are vertically and horizontally disposed in the region where the ash on the bottom surface of the water-cooled horn 20 is deposited. A fluidized gas supply means (hereinafter referred to as a fluidizing air box 23) is provided outside the bottom surface where the ash fluidizing air holes 22 are provided. The purge air pipe 8 is arranged such that a nozzle is located on the side farther from the water wall 7 than the ash fluidizing air hole 22. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment A, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
[0038]
Air is supplied to the fluidizing air box 23 so that air having a flow velocity of 25 m / s is ejected from the ash fluidizing air hole 22, and from the nozzle of the ash purging air pipe 8, It is configured to eject air at a speed of 30 m / s. These flow rates were selected as follows.
[0039]
In order to fluidize the lump of ash having a diameter of 10 mm, it is necessary to supply air with an air velocity (fluidization velocity) of a superficial velocity of 5 m / s. Since the fluidization speed varies depending on the ash size and the ash density, it needs to be changed depending on the ash size and density present in the measurement region. In order to maintain the superficial velocity of 5 m / s, air may be jetted into the water-cooled horn at a flow rate of 25 m / s from the ash fluidizing air holes 22 having a diameter of 1 mm opened at intervals of 5 mm. The interval between the ash fluidizing air holes 22 is ½ or less of the maximum diameter of the flying ash so that the air ejected from any of the ash fluidizing air holes 22 effectively hits the ash. It is desirable to do.
[0040]
Also in this case, the sound pressure of jet noise generated by the jet air from the ash fluidizing air hole 22 and received by the sound wave receiver on the side where the ash fluidizing air hole 22 is provided (for example, the opening A side). Since the measurement cannot be performed when the level exceeds the sound pressure level of the received signal transmitted from the other (opening B side) sound wave transmitter and passing through the measurement target gas and received by the sound wave receiver on the opening A side, It is necessary to set the air flow velocity ejected from the ash fluidizing air hole 22 so that the generated jet noise is equal to or lower than the sound pressure level of the reception signal of the sound wave that has passed through the measurement target gas. For example, if the diameter of the air hole 22 for ash fluidization is increased to reduce the air ejection speed, the noise level can be reduced without impairing the superficial speed.
[0041]
The jet speed of the ash purge air pipe 8 is as follows. In this embodiment, the ash is in a fluidized state by the fluidizing air, so that if there is a slight flow rate (about 5 m / s), the accumulated ash is moved. be able to. Therefore, the ash purge air was determined in terms of nozzle position and jet velocity so that the tip of the jet (point where the flow velocity was 5 m / s) was outside the water-cooled horn 20 (inside the furnace). In this example, the above condition could be satisfied by setting the ejection speed to 25 m / s and the nozzle tip position to the horn 2 side in the vicinity of the coupling position of the water-cooled horn 20 and the horn 2. Also in this case, since the measurement cannot be performed when the sound pressure level of the jet noise due to the air ejected from the nozzle of the ash purge air pipe 8 exceeds the sound pressure level of the reception signal, the sound pressure level of the jet noise is the level of the reception signal. It is necessary to set the speed of the air ejected from the nozzle of the ash purge air pipe 8 so as to be equal to or lower than the sound pressure level. Further, since the speed of the air ejected from the nozzle of the ash purge air pipe 8 is reduced, the tip of the ash purge air (the point where the flow velocity is 5 m / s) does not reach the tip of the water cooling horn 20 on the water wall 7 side. In this case, for example, by arranging a plurality of nozzles, the tip position of the ash purge air can be moved to the outside of the water-cooled horn 20.
[0042]
When the size of the accumulated ash mass is larger than 10 mm, the superficial velocity required to fluidize the ash is obtained, and the diameter of the ash fluidizing air holes 22 corresponding to the obtained superficial velocity, The arrangement and the flow velocity of the fluidizing air to be ejected may be selected.
(Embodiment C)
FIG. 14 shows Embodiment C of the present invention. In the present embodiment C, the ash fluidization air hole 22 in the above-mentioned embodiment B is formed as an ash fluidization air hole 22A that is inclined and opened so that the ejection port approaches the water wall 7 side. The central axis of the fluidized air to be ejected has a directional component toward the measurement region side opening, not directly above. According to this embodiment, there is an effect of fluidizing the ash and simultaneously moving the fluidized ash to the opening formed in the water wall 7, and the amount of air ejected from the ash purge air pipe 8 can be reduced. . Moreover, the diameter of the deposited ash is small, and the air ejection speed from the air hole 22A for ash fluidization is set to a speed at which the ash can be fluidized and the fluidized ash can be moved to the measurement region through the opening. However, if the jet noise of the air hole 22A for ash fluidization is less than the allowable limit, the ash purge air pipe 8 can be eliminated. In this case, the structure is simple.
[0043]
FIG. 14 shows an example in which the ash purge air pipe 8 is retracted to the side closer to the sonic transmitter 3. However, as shown in FIG. 3, the ash purge air pipe 8 is closer to the water-cooled horn 20. May be installed.
(Embodiment D)
FIG. 15 shows Embodiment D of the present invention. The present embodiment is different from the embodiment B in that the bottom surface of the water-cooled horn 20 is closer to the water wall 7 instead of forming the ash fluidizing air hole 22 penetrating in the vertical direction on the bottom surface of the water-cooled horn 20. It is formed in a stepped shape that is lowered, and a wind box 24 is provided below the stepped portion. Air is sent to the wind box 24 from an air source (not shown), and the air is ejected from the stepped portion of each stair to the inside of the water-cooled horn in a substantially horizontal direction and in a direction toward the water wall. The pitch of the staircase is set so that the flow velocity of the air blown from the stepped portion can secure the flow velocity necessary to blow off the ash (the largest ash in the measurement region deposited on the bottom surface of the water-cooled horn 20). The sound pressure level when the jet noise caused by the air jet is received by the sound wave receiver 4 on the water-cooled horn 20 side (for example, the opening A side) is transmitted by the sound wave transmitter on the opening B side and passes through the measurement target gas. It is set to be lower than the sound pressure level of the sound wave received by the A-side sound wave receiver 4. The ash removal effect is the same as in each of the above embodiments, and jet noise due to an air jet is prevented from interfering with temperature measurement.
[0044]
In each of the above-described embodiments, examples have been shown in which air is used as an ejection gas for preventing ash accumulation, but the effect is the same even when low-temperature exhaust gas, steam, or the like other than air is used.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the acoustic transmitter is attached to the opening formed in the side wall surrounding the measurement target gas via the cylindrical structure and the temperature of the measurement target gas is measured using sound, the cylinder The granular material such as ash deposited on the inner bottom surface of the cylindrical structure can be removed without disturbing the temperature measurement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing Embodiment A of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a side surface of the embodiment shown in FIG.
FIG. 3 is a side sectional view showing Embodiment B of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a basic device configuration of an acoustic thermometer.
FIG. 5 is a diagram showing an example of an apparatus configuration in which an acoustic thermometer is applied to high-temperature gas temperature measurement.
FIG. 6 is a perspective view showing an example in which a temperature distribution is measured by combining a plurality of acoustic thermometers.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example when an acoustic thermometer is used for boiler control.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a measurement position in gas temperature measurement in a boiler furnace using an acoustic thermometer.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of the structure of an acoustic sensor in the prior art.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the flow velocity of air ejected from a nozzle and the noise level generated at this time.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a velocity distribution of air ejected from a nozzle.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing another example of the velocity distribution of air ejected from the nozzle.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the size of ash mass and the flow rate of air necessary to blow away the ash mass of that size.
FIG. 14 is a sectional view showing Embodiment B of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view showing Embodiment C of the present invention. .
FIG. 16 is a plan view showing an example in which the nozzle arrangement of the ash purge air pipe is examined.
[Explanation of symbols]
1 Ashes deposited
2 Horn
3 Sonic transmitter
4 Sound wave receiver
5 Controller
6 Waveform generator
7 Water wall
8 Ash purge air piping
9 Ash purge air
10 Relay
11 Microphone amplifier
12 Receiver amplifier
13 Bandpass filter
14 A / D converter
15 Propagation time detector
16 Temperature converter
17 Display
18 Acoustic sensor
19 Duct
20 Water-cooled horn (horn)
21 Microwave waveguide
22, 22A Air hole for ash fluidization
23 Air box for fluidization
24 wind box
25 Propagation time corrector

Claims

A pair of sound wave transmitters that are attached to each of a pair of openings A and B formed at positions facing each other on the side wall surrounding the measurement target gas via a cylindrical structure, and transmit a sound wave to the measurement target gas; and A pair of sound wave receivers for receiving the sound waves at the positions of the openings A and B via waveguides arranged inside the cylindrical structures, respectively, and the openings arranged inside the cylindrical structures. And a purge nozzle that ejects a purge gas toward the pipe, and measures the time required to pass when the sound wave transmitted from the sound wave transmitter passes through the measurement target gas. In an acoustic thermometer that calculates the temperature of the measurement target gas based on
The flow velocity of the purge gas ejected from the purge nozzle on the opening A side is generated by the ejection of the purge gas from the purge nozzle and is generated by the jet noise received by the acoustic wave receiver on the aperture A side. The sound pressure level is set to be equal to or lower than the sound pressure level of the sound wave transmitted from the sound wave transmitter on the opening B side and passing through the measurement target gas and received by the sound wave receiver on the opening A side; and The purge nozzle is arranged such that when the purge gas is ejected toward the granular material deposited on the bottom of the cylindrical structure, the maximum of the flow velocity distribution of the ejected purge gas in the granular material. An acoustic thermometer characterized in that a region of a flow velocity capable of moving a large-sized one is set so as to substantially cover a region where the granular material is deposited on the inner bottom surface of the cylindrical structure. .

2. The acoustic thermometer according to claim 1, wherein a plurality of fluidizing gas supply holes penetrating in a vertical direction are formed on a bottom surface of the cylindrical structure, and fluidized into the plurality of fluidizing gas supply holes. Fluidized gas supply means for supplying gas and ejecting the inside of the cylindrical object is provided, and the fluidized gas supply hole and the fluidized gas supply means are powder particles deposited on the bottom of the cylindrical structure. The fluidizing gas is supplied into the cylindrical body at a speed and a flow rate for fluidizing the body, and the flow velocity of the fluidizing gas ejected from the fluidizing gas supply hole on the opening A side is the opening A side. The sound pressure level of the jet noise that is generated in response to the ejection of the fluidized gas from the fluidized gas supply hole and received by the sound wave receiver on the opening A side is transmitted from the sound wave transmitter on the opening B side and is measured. Passes through the target gas and is received by the sound wave receiver on the opening A side. Acoustic thermometer, wherein with being set to be equal to or less than the sound pressure level of the sound wave, a being.

3. The acoustic thermometer according to claim 2, wherein the plurality of fluidizing gas supply holes have a direction in which a central axis of the fluidizing gas ejected through the plurality of fluidizing gas supply holes is directed toward the opening. An acoustic thermometer characterized by having a component.

A pair of sound wave transmitters that are attached to each of a pair of openings A and B formed at positions facing each other on the side wall surrounding the measurement target gas via a cylindrical structure, and transmit a sound wave to the measurement target gas; and A pair of sound wave receivers that respectively receive sound waves at the positions of the openings A and B via waveguides disposed inside the respective cylindrical structures, and the sound waves transmitted from the sound wave transmitter In the acoustic thermometer that measures the time required to pass when the gas passes through the measurement target gas and calculates the temperature of the measurement target gas based on the measured time required for passing,
A plurality of fluidizing gas supply holes penetrating in the vertical direction are formed on the bottom surface of each cylindrical structure, and fluidizing gas is supplied to the plurality of fluidizing gas supply holes to Fluidized gas supply means for jetting inside is provided, and the fluidized gas supply hole and the fluidized gas supply means are fluidized at a speed and a flow rate for fluidizing the granular material deposited on the bottom of the cylindrical structure. The flow rate of the fluidizing gas ejected from the fluidizing gas supply hole on the opening A side is the flow rate from the fluidizing gas supply hole on the opening A side. The sound pressure level of the jet noise generated along with the ejection of the gasified gas and received by the sound wave receiver on the opening A side is transmitted from the sound wave transmitter on the opening B side, passes through the gas to be measured, and passes through the opening. Sound pressure of sound wave received by A side sound wave receiver And the plurality of fluidizing gas supply holes are configured such that the central axis of the fluidizing gas ejected through the plurality of fluidizing gas supply holes is in the direction of the opening. An acoustic thermometer characterized by having a directional component toward it.