JP5516000B2 - 貯留石炭自然発火監視制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯留石炭自然発火監視制御装置に関するものである。

一般に、ガス化炉やボイラ等の燃料として用いられる石炭は、バンカ或いはサイロ等の石炭貯留槽に貯留されるが、特に褐炭や亜瀝青炭は揮発分が多いことから、自然発火しやすく、充分な注意が必要となっている。

従来、前記石炭貯留槽に貯留された石炭の自然発火を監視するには、該石炭貯留槽の内部の温度を計測することが通常行われている。

尚、前記石炭貯留槽に貯留された石炭の温度を計測して自然発火を監視する装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開平１１−２３０８３５号公報

しかしながら、従来においては、断面積の広い石炭貯留槽に対してその壁際に位置する石炭の温度しか測定できないものがほとんどであり、又、特許文献１に開示されている装置では、石炭貯留槽の中心部でもその底部近辺における石炭の温度測定しかできず、石炭の自然発火を監視する上で必ずしも充分であるとは言えなかった。

因みに、石炭の自然発火現象を検証するために本発明者が実際に行った試験では、石炭貯留槽に貯留される石炭の中心部の温度上昇により発火に至ることが確認されているため、極力、石炭貯留槽の中心部における石炭の温度を監視することが望ましい。

本発明は、斯かる実情に鑑み、石炭貯留槽に貯留される石炭の中心部の温度変化を確実に検出し得、石炭の自然発火を未然に防止し得る貯留石炭自然発火監視制御装置を提供しようとするものである。

本発明は、石炭貯留槽の中心部に上下方向へ延びるよう吊り下げ配置され且つ上下方向複数点における石炭の温度を検出する温度検出手段と、
前記石炭貯留槽の内部に不活性ガスを供給する不活性ガスパージ手段と、
前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度が設定温度を越えた場合に前記不活性ガスパージ手段へパージ指令信号を出力する制御器と
を備え、
更に、前記石炭貯留槽の内部に散水する散水手段を備え、
前記制御器は、前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度上昇速度が設定速度を越えた場合に前記散水手段へ散水指令信号を出力するよう構成したことを特徴とする貯留石炭自然発火監視制御装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く構成すると、石炭貯留槽の中心部に上下方向へ延びるよう吊り下げ配置された温度検出手段により、上下方向複数点における石炭の温度が検出され、石炭貯留槽に貯留される石炭の中心部の温度変化を把握することが可能となる。前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度が設定温度を越えた場合には、制御器から不活性ガスパージ手段へパージ指令信号が出力され、該不活性ガスパージ手段から前記石炭貯留槽の内部に不活性ガスが供給され、石炭の酸化に伴う温度上昇が抑えられる。

前記貯留石炭自然発火監視制御装置においては、前記石炭貯留槽の内部に散水する散水手段を備え、
前記制御器は、前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度上昇速度が設定速度を越えた場合に前記散水手段へ散水指令信号を出力するよう構成しているので、前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度上昇速度が設定速度を越えた場合には自然発火が生じたとみなし、前記散水手段から石炭貯留槽の内部へ散水が行われるため、消火を確実に行うことが可能となる。

又、前記貯留石炭自然発火監視制御装置においては、前記温度検出手段を、複数本の熱電対をフレキシブル金属チューブ内に挿通し、該フレキシブル金属チューブの外周をワイヤロープで覆ったものとすることができ、このようにすると、石炭が供給・排出される石炭貯留槽の内部という過酷な使用条件下でも高い耐久性並びに耐衝撃性を発揮することが可能となる。

本発明の貯留石炭自然発火監視制御装置によれば、石炭貯留槽に貯留される石炭の中心部の温度変化を確実に検出し得、石炭の自然発火を未然に防止し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の貯留石炭自然発火監視制御装置の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の貯留石炭自然発火監視制御装置に使用される温度検出手段としての熱電対を示す断面図である。 石炭の自然発火現象を検証するための試験装置を示す断面図である。 図３の試験装置を用いた試験において得られた石炭の温度変化を示す線図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の貯留石炭自然発火監視制御装置の実施例であって、１はガス化炉やボイラ等の燃料として用いられる石炭を貯留するバンカ或いはサイロ等の石炭貯留槽であり、該石炭貯留槽１の中心部に、上下方向複数点（図の例では三点）における石炭の温度２ｄを検出する温度検出手段２を、上下方向へ延びるよう吊り下げ配置したものである。

本実施例の場合、前記温度検出手段２は、図２に示す如く、ＦＥＰ（Fluorinated Ethylene Propylene）被覆された三本の熱電対２ａをステンレス等のフレキシブル金属チューブ２ｂ内に挿通し、該フレキシブル金属チューブ２ｂの外周をワイヤロープ２ｃで覆ったものとし、石炭が供給・排出される石炭貯留槽１の内部という過酷な使用条件下でも高い耐久性並びに耐衝撃性を発揮できるようにしてある。尚、前記熱電対２ａの本数は、三本として石炭貯留槽１の中心部の上下方向三点における石炭の温度２ｄを検出する例を挙げているが、三本に限らず二本或いは三本以上とし、石炭貯留槽１の中心部の上下方向複数点における石炭の温度２ｄを検出するようにしても良いことは言うまでもない。

前記石炭貯留槽１には、該石炭貯留槽１の内部に窒素等の不活性ガスを供給する不活性ガスパージ手段３を設けると共に、前記石炭貯留槽１の内部に散水する散水手段４を設けてある。

前記不活性ガスパージ手段３は、窒素等の不活性ガスが圧縮充填された不活性ガスボンベ３ａと、該不活性ガスボンベ３ａから延び且つ石炭貯留槽１に接続された不活性ガス供給配管３ｂと、該不活性ガス供給配管３ｂ途中に設けられた不活性ガスバルブ３ｃとを備えてなる構成を有している。

前記散水手段４は、散水用の水が貯留された散水貯留槽４ａと、該散水貯留槽４ａから石炭貯留槽１の内部上方位置に配設されるように延びる散水供給配管４ｂと、該散水供給配管４ｂ途中に設けられた散水圧送ポンプ４ｃと、該散水圧送ポンプ４ｃの吐出側における散水供給配管４ｂ途中に設けられた散水バルブ４ｄと、前記石炭貯留槽１の内部上方位置に配設される散水供給配管４ｂに取り付けられた散水ノズル４ｅとを備えてなる構成を有している。

更に、前記温度検出手段２の熱電対２ａで検出された上下方向複数点における石炭の温度２ｄが入力される制御器５を設け、前記温度検出手段２の熱電対２ａで検出された上下方向複数点における石炭の温度２ｄのうち少なくとも一点の温度２ｄが設定温度（例えば、８０［℃］）を越えた場合には前記制御器５から前記不活性ガスパージ手段３の不活性ガスバルブ３ｃへパージ指令信号３ｄを出力するよう構成してある。又、前記温度検出手段２の熱電対２ａで検出された上下方向複数点における石炭の温度２ｄのうち少なくとも一点の温度上昇速度が設定速度（例えば、１［℃／ｍｉｎ］）を越えた場合には前記制御器５から前記散水手段４の散水バルブ４ｄへ散水指令信号４ｆを出力するよう構成してある。

一方、図３は石炭の自然発火現象を検証するために本発明者が実際に行った試験に用いた試験装置を示すものであり、発火試験用容器としての試験セル６に充填した微粉炭層温度の経時変化を計測することにより、石炭の自然発火に至る温度上昇の挙動を調べるものである。

前記試験においては、石炭粒径を２００メッシュ（７４［μｍ］）以下に分級し乾燥した微粉炭を、高さと内径の異なる三種類の試験セル６に、図３に示す表のように微粉炭の層高Ｈ及び直径φＤを変えて充填し、該試験セル６を所定の雰囲気温度（例えば、１４１［℃］）に維持した恒温槽（図示せず）内に置いた。更に、熱電対２ａは、前記試験セル６の中心部における層高Ｈの１／２ の高さ位置と、前記試験セル６の内壁面から約１０［ｍｍ］（層高Ｈ＝３０［ｍｍ］で直径φＤ＝３０［ｍｍ］の場合は壁面より５［ｍｍ］）の位置であって層高Ｈの１／２ の高さ位置とにそれぞれセットした状態で、微粉炭層温度の経時変化と自然発火の有無を測定した。尚、堆積微粉炭への酸素供給が実機と同様に堆積物の上面の他に側面からの拡散供給も可能とするため、前記試験セル６の側壁６ａは、厚さ３［ｍｍ］のアルミナペーパーとした。又、前記試験セル６の底板６ｂは、厚さ１［ｍｍ］のステンレスとした。

そして、前記三種類の試験セル６のいずれの場合も、層中心温度の経時変化と層周辺温度の経時変化は、図４のような傾向を示すことが確認された。即ち、前記試験セル６に充填された微粉炭は、その開放された上面及び外周側から熱が伝わっていくため、層周辺温度は、層中心温度より高くなるものの、その温度変化がなだらかとなり、発火に至る突変が検知しにくいのに対し、最終的には層中心の急激な温度変化（およそ１［℃／ｍｉｎ］程度）が層周辺より先に起こり、層中心から発火に至ることが確認された。こうした理由から、極力、石炭貯留槽１の中心部における石炭の温度２ｄを監視することが望ましいのである。

次に、上記実施例の作用を説明する。

前述の如く構成すると、石炭貯留槽１の中心部に上下方向へ延びるよう吊り下げ配置された温度検出手段２の熱電対２ａにより、上下方向複数点における石炭の温度２ｄが検出され、石炭貯留槽１に貯留される石炭の中心部の温度変化を把握することが可能となる。前記温度検出手段２の熱電対２ａで検出された上下方向複数点における石炭の温度２ｄのうち少なくとも一点の温度２ｄが設定温度（例えば、８０［℃］）を越えた場合には、制御器５から不活性ガスパージ手段３の不活性ガスバルブ３ｃへパージ指令信号３ｄが出力され、該不活性ガスパージ手段３の不活性ガスバルブ３ｃが開かれて不活性ガスボンベ３ａから不活性ガス供給配管３ｂを経て前記石炭貯留槽１の内部に不活性ガスが供給され、石炭の酸化に伴う温度上昇が抑えられる。

一方、前記温度検出手段２の熱電対２ａで検出された上下方向複数点における石炭の温度２ｄのうち少なくとも一点の温度上昇速度が設定速度（例えば、１［℃／ｍｉｎ］）を越えた場合には、自然発火が生じたとみなし、制御器５から散水手段４の散水バルブ４ｄへ散水指令信号４ｆが出力され、該散水手段４の散水バルブ４ｄが開かれて散水貯留槽４ａから散水圧送ポンプ４ｃの駆動により散水供給配管４ｂを経て前記石炭貯留槽１の内部に水が供給され、散水ノズル４ｅから散水が行われる。このため、消火を確実に行うことが可能となる。

しかも、前記温度検出手段２は、図２に示す如く、ＦＥＰ被覆された三本の熱電対２ａをステンレス等のフレキシブル金属チューブ２ｂ内に挿通し、該フレキシブル金属チューブ２ｂの外周をワイヤロープ２ｃで覆ったものとしてあるため、石炭が供給・排出される石炭貯留槽１の内部という過酷な使用条件下でも高い耐久性並びに耐衝撃性を発揮することが可能となる。

こうして、石炭貯留槽１に貯留される石炭の中心部の温度変化を確実に検出し得、石炭の自然発火を未然に防止し得る。

尚、本発明の貯留石炭自然発火監視制御装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 石炭貯留槽
２ 温度検出手段
２ａ 熱電対
２ｂ フレキシブル金属チューブ
２ｃ ワイヤロープ
２ｄ 温度
３ 不活性ガスパージ手段
３ａ 不活性ガスボンベ
３ｂ 不活性ガス供給配管
３ｃ 不活性ガスバルブ
３ｄ パージ指令信号
４ 散水手段
４ａ 散水貯留槽
４ｂ 散水供給配管
４ｃ 散水圧送ポンプ
４ｄ 散水バルブ
４ｅ 散水ノズル
４ｆ 散水指令信号
５ 制御器

Claims (2)

1. 石炭貯留槽の中心部に上下方向へ延びるよう吊り下げ配置され且つ上下方向複数点における石炭の温度を検出する温度検出手段と、
   前記石炭貯留槽の内部に不活性ガスを供給する不活性ガスパージ手段と、
   前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度が設定温度を越えた場合に前記不活性ガスパージ手段へパージ指令信号を出力する制御器と
   を備え、
   更に、前記石炭貯留槽の内部に散水する散水手段を備え、
   前記制御器は、前記温度検出手段で検出された上下方向複数点における石炭の温度のうち少なくとも一点の温度上昇速度が設定速度を越えた場合に前記散水手段へ散水指令信号を出力するよう構成したことを特徴とする貯留石炭自然発火監視制御装置。
2. 前記温度検出手段を、複数本の熱電対をフレキシブル金属チューブ内に挿通し、該フレキシブル金属チューブの外周をワイヤロープで覆ったものとした請求項１記載の貯留石炭自然発火監視制御装置。

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