JP5652735B2 - コークス炉の装炭レベル測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、装炭車からコークス炉の装炭口を通じて投入された石炭の表面にマイクロ波を送信し、石炭の表面で反射されたマイクロ波を受信して装炭レベルを測定する装置に関する。

コークス炉では、上面に複数の装炭口が設けられており、石炭を積んだ装炭車を移動させながら石炭を装炭口から順次投入している。その際、コークス炉内に投入された石炭の装炭レベルが一定でないと、炉内のガス道を塞ぐなどして反応性が低下するおそれがあるため、装炭レベルを測定し、それを基に石炭の投入を制御することが求められている。

コークス炉では、炉内は高温で、しかも粉塵が多いことから、装炭レベルの測定にマイクロ波が使用されることがある。例えば、特許文献１では、装炭車の給炭ホッパーの上部にマイクロ波レベル計を配置し、マイクロ波を装炭口を通じて石炭の表面に送り、石炭Ｃの表面で反射された反射マイクロ波を受信して装炭レベルを検出している。また、マイクロ波レベル計の下部を保護板で遮蔽して給炭ホッパー内の石炭粉、装炭口を通じて炉内から侵入する粉塵や腐食性ガス、熱線からマイクロ波レベル計を保護し、更に保護板に付着した石炭粉や粉塵をワイパーで払い落とす構成となっている。しかしながら、ワイパーにより付着物を完全に除去するのは困難であり、経時的に検出精度が低下するのは避けられず、定期的な清浄化作業が必要になる。また、給炭ホッパーの上部に、マイクロ波レベル計やワイパーを設置するための空間が必要になり、装炭車が大型化する。更には、給炭装置がテーブルフィーダーではなく、スクリューフィーダーの場合には、マイクロ波の伝搬空間をスクリューフィーダーが遮いで装炭レベルを検出できなくなるため、給炭装置がテーブルフィーダーに限定される。

また、特許文献２では、装炭口を塞ぐ装入蓋の上に断熱ボードを載置し、断熱ボードの上部にマイクロ波距離計のアンテナを配置し、マイクロ波を断熱ボードを透過させて装炭レベルを検出している。しかしながら、マイクロ波距離計は装炭車とコークス炉との間の空間に配置されるため、コークス炉からの熱を常時受けるため、誤作動を起こすおそれがある。また、断熱ボードの上に石炭粉等が付着、堆積すると、マイクロ波の透過に悪影響が及んで検出精度が低下するおそれがある。更には、アンテナとマイクロ波距離計を装炭口まで移動する構成も示されているが、アンテナとマイクロ波距離計を搭載したハウジングを移動しなければならず、装置の移動機構が大掛かりになる。

特開２００５−３０６９７６号公報 特開２００４−２７１４４６号公報

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、装置構成が小型、簡素であり、装炭レベルを精度良く安定して検出でき、更にはメンテナンスも容易に行うことできる装炭レベル測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために下記のコークス炉の装炭レベル測定装置を提供する。
（１）装炭車からコークス炉の装炭口を通じて投入された石炭の表面にマイクロ波を送信し、石炭の表面で反射されたマイクロ波を受信して装炭レベルを測定するために、装炭車に装着される装置であって、
装炭車の上部に配設されるマイクロ波送受信手段と、
マイクロ波送受信手段に接続するアンテナと、
装炭車の下部に配置され、コークス炉側に４５°の角度で傾斜している反射面を有し、石炭投入時は装炭口から離れ、測定時にコークス炉の装炭口の直上に移動される反射板と、
反射板を移動させるための反射板移動手段と、
を備えており、
装炭車による石炭投入後に反射板を装炭口の直上に移動し、アンテナから送信したマイクロ波を反射板で反射して装炭口を通じてコークス炉の内部に送り、石炭の表面で反射されたマイクロ波を、装炭口を通じて反射板に入射させてアンテナにて受信し、マイクロ波の送受信の時間差を基に石炭の堆積レベルを算出することを特徴とするコークス炉の装炭レベル測定装置。
（２）アンテナが装炭車の下部に装炭口側を向いて配設され、マイクロ波送受信手段とは装炭車の内部を貫通する導波管または層軸ケーブルで接続されることを特徴とする上記（１）記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
（３）アンテナの反射面外周端から筒状に所定長で突出するガイドパイプを備えることを特徴とする上記（２）記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
（４）アンテナを装炭車の上部にてマイクロ波送受信手段の直下に配設するとともに、
アンテナから垂下する垂下部と、屈曲部の下端で水平方向に屈曲し先端に反射板が装着された水平部とを有する断面Ｌ字状で、かつ、屈曲部に反射板と平行に対向する傾斜面が形成されたガイドパイプを備え、
ガイドパイプの垂下部が上下に分割され、下部分を回動させることにより反射板の移動を行うことを特徴とする（１）記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
（５）反射板が断熱構造であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
（６）マイクロ波送受信手段から、電界が一方向に回転する回転マイクロ波を送信することを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。

本発明では、反射板を用いることにより、マイクロ波送受信手段や、それに付随するコントローラをコークス炉や装炭口から離すことができ、熱に対する保護が十分となる。また、反射板も測定時のみ装炭口の直上に移動されるため、石炭粉や炉内からの粉塵の付着を抑えることができ、腐食性ガスの影響も少ない。更には、反射板及びアンテナを装炭車とコークス炉との間に配置し、測定時に反射板のみを移動させるため、装炭レベルを測定するために要する空間が少なくてすみ、装置構成も簡単である。また、マイクロ波の送受信を遮る物体も存在せず、給炭装置をはじめとして、装炭車の構成や構造に制限がない。

本発明の装炭レベル測定装置を示す断面図である。 図１に示す装炭レベル測定装置の反射板移動手段を示す斜視図である。 本発明の装炭レベル測定装置の他の例を示す断面図である。 図３に示す装炭レベル測定装置の反射板移動手段を示す斜視図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の装炭レベル測定装置の一例を示す断面図である。装炭車１は、外部から供給された石炭Ｃを貯留する受炭ホッパー１０と、受炭ホッパー１０の石炭を給炭ホッパー１１に送るための給炭装置１２とを備えており、それ自体の構成は従来と同様である。給炭装置１２は、図示の例ではスクリューフィーダーであるが、テーブルフィーダーであってもよい。また、給炭ホッパー１１には、下端が内方に狭窄してコークス炉１００の装炭口１０２の口径に合わせたスリーブ１３が外装されていてもよい。そして、装炭車１は、コークス炉１００の上面に固定されたレール１０１に沿って、例えば図示されるように紙面の前後方向に移動する。

本発明では更に、マイクロ波送受信手段２０と、導波管２１によりマイクロ波送受信手段２０に接続するアンテナ２２と、アンテナ２２と対向配置される反射板２３とを備える。

マイクロ波送受信手段２０は、図示されるように装炭車１の上面１ａの外側に配設される他に、側面１ｂの外側上部に配設してもよい。また、マイクロ波送受信手段２０には、マイクロ波の送受信や、装炭レベルの算出等の演算を行うコントローラ２４が接続している。尚、マイクロ波送受手段２０とコントローラ２４とをユニット化してもよい。このようにマイクロ波送受信手段２０やコントローラ２４、更にはこれらのユニットをコークス炉１００から離して配置することにより、断熱構造を用いなくても、熱による誤作動を防ぐことができる。

導波管２１は、装炭車１の内部の給炭ホッパー１１を除く空間を貫通し、装炭車１の底面１ｃの外側まで延びるように設けられる。また、装炭車１の内部を貫通することによりコークス炉１００からの熱の影響が少なくなることから、導波管２１に代えて同軸ケーブルを用いることができる。

アンテナ２２は、例えばパラボラアンテナとすることができ、反射面の軸線Ａが装炭車１の底面１ｃと平行になるようにして、底面１ｃの外側に取り付けられる。また、反射面の前面に、耐熱性を有し、マイクロ波を透過する材料、例えばセラミック製からなる保護板２５を配置して装炭口１０２からの熱からアンテナ２２を保護することができる。更には、保護板２５の前面に、反射板２３に向かって延出するガイドパイプ２６を付設することにより熱の影響を更に抑えることができる。ガイドパイプ２６は、金属で形成することができるが、外周面をセラミックコーティングしてもよい。

反射板２３は、例えば図２に示すような反射板移動手段３０により、コークス炉１００の装炭口１０２の直上にてアンテナ２２の反射面と対向するように移動される。反射板２３は、その反射面２３ａがアンテナ２２の反射面の軸線Ａに対して４５°の角度で装炭口側に傾斜するように角度規制されている。それにより、アンテナ２２から送信されたマイクロ波が、反射板２３の反射面２３ａで反射され、装炭口１０２を通じてコークス炉１００の内部に送られ、更に石炭Ｃ´の表面で反射された反射マイクロ波が反射板２３に戻り、反射面２３ａで反射されてアンテナ２２で受信される。

尚、図２に示す反射板移動手段３０は、伸縮自在の連結棒３１の先端に反射板２３を装着したものであり、装炭車１の底面１ｃの外側に、アンテナ２２の反射面と直交して取り付けられる。そして、連結棒３１を伸縮させることにより、反射板２３をコークス炉１００の装炭口１０２の直上に移動もしくは後退させる。

また、反射板２３は、測定時に装炭口１０２の直上に位置するため、装炭口１０２を通じて炉内からの熱線を受ける。そのため、反射板２３は、マイクロ波を反射し、かつ、耐熱性を有することから金属製とする。また、断熱性を高めるために、反射面２３ａもしくは全体をセラミックコートしたり、反射板２３の内部に水や空気を流通して冷却してもよい。

このような装置構成により装炭レベルを測定するには、以下の操作を行う。

石炭Ｃをコークス炉１００に投入するために、先ず、装炭車１の受炭ホッパー１０で石炭Ｃを受炭した後、装炭車１を移動して、給炭ホッパー１１が目的とする装炭口１０２の直上にきたときに停止させる。この状態では、反射板２３は、図２に示す反射板移動手段３０の側に位置し、装炭口１０２から離れている。そして、装炭車１の底面１ｃに設けたリフティングマグネット（図示せず）により装炭口１０２を塞いでいる装炭口蓋（図示せず）を開け、スリーブ１３を装炭口１０２まで降下させた後、給炭ホッパー１０の石炭Ｃを給炭装置１２で給炭ホッパー１１に送り、石炭Ｃを装炭口１０２を通じてコークス炉１００に投下する。石炭Ｃを投下した後、スリーブ１３を元の位置まで上昇し、装炭レベルを測定する。

装炭レベルの測定に際し、先ず、反射板移動手段３０を作動させて反射板２３を装炭口１０２の直上に移動させる。次いで、マイクロ波送受信手段２０からのマイクロ波を、導波管２１を通じてアンテナ２２から送信する。矢印で示すように、送信されたマイクロ波Ｍは、反射板２３の反射面２３ａで反射されて装炭口１０２を通じてコークス炉１００の内部に送られ、炉内の石炭Ｃ´の表面で反射される。石炭Ｃ´で反射されたマイクロ波は、装炭口１０２を通じて反射板２３に入射し、反射面２３ａで反射されてアンテナ２２に送られ、マイクロ波送受信手段２０で受信される。そして、コントローラ２４にて、マイクロ波Ｍの送受信の時間差に基づき石炭Ｃ´の堆積レベルが算出される。

測定後は、反射板２３が元の位置に戻され、装炭口１０２が装炭口蓋でふさがれる。

ところで、炉内の石炭Ｃ´で反射されたマイクロ波は、装炭口１０２の壁面１０２ａで更に反射されて反射板２３に入射することがあり、それが受信されると本来の装炭レベルとは異なる位置にピークとなって現れる。そこで、装炭口１０２の壁面１０２ａで反射されたマイクロ波Ｍ´を排除するために、電界が時計回りまたは反時計回りの一方向に回転する回転マイクロ波をアンテナ２２から送信することが好ましい。この回転マイクロ波は、反射により回転方向が反転する性質があるため、石炭Ｃ´の表面のみで反射されたマイクロ波Ｍと、装炭口１０２の壁面１０２ａで更に反射されたマイクロ波Ｍ´とでは、反射の回数が異なるため、アンテナ２２で受信したマイクロ波を電界の回転方向で区別することができる。

即ち、例えば、時計回りの回転マイクロ波をアンテナ２２から送信すると、反射板２３の反射面２３ａで反射されて反時計回りの回転マイクロ波となって石炭Ｃ´の表面に入射する。そして、石炭Ｃ´の表面で反射されて時計回りの回転マイクロ波となり、反射板２３に入射する。そして、反射板２３の反射面２３ａで反射されて反時計回りの回転マイクロ波となり、アンテナ２２で受信される。一方、装炭口１０２の壁面１０２ａで反射された場合には、石炭Ｃ´の表面で反射された時計回りの回転マイクロ波が装炭口１０２の壁面１０２ａで反射された際に反時計回りの回転マイクロ波となり、反射板２３の反射面２３ａで反射されて時計回りの回転マイクロ波となってアンテナ２２で受信される。従って、反時計回りの回転マイクロ波のみを受信することにより、装炭口１０２の壁面１０２ａで反射されたマイクロ波Ｍ´を排除することができ、正確な装炭レベルを検出することができる。

尚、回転マイクロ波を生成するには、公知の方法で構わず、例えば導波管内に誘電材料からなる９０°位相板を装着すればよい。

本発明は種々の変更が可能である。例えば、図３に示すように、アンテナ２２を装炭車１の上面１ａの外側にてマイクロ波送受信手段２０の直下に配設し、アンテナ２２と反射板２３とをガイドパイプ４０で連結することができる。ガイドパイプ４０は、アンテナ２２に連結して装炭車１の内部を貫通して底面１ｃの外側まで延びる垂下部４０ａと、垂下部４０ａの下端で水平方向に屈曲して反射板２３に連結する水平部４０ｂで構成される、略断面Ｌ字状を呈する。また、垂下部４０ａと水平部４０ｂとをつなぐ屈曲部には、アンテナ２２の反射面の軸線に対して４５°の角度で傾斜する傾斜面４０ｃが形成されている。反射板２３の反射面２３ａは、装炭口１０２の軸線と４５°の角度で設けられており、更に反射板２３の反射面２３ａと傾斜面４０ｃとが平行に対面している。更には、水平部４０ｃのコークス炉１００と対向する面は、反射板２３の反射面２３ａの投影部分が切欠して開口している（開口部４０ｄ）。

また、ガイドパイプ４０は、金属で形成することができるが、外周面をセラミックコｔ−ティングしてもよい。

このようなガイドパイプ４０では、アンテナ２２から送信されたマイクロ波Ｍが、垂下部４０ａを通って傾斜面４０ｃで９０°の角度で反射されて反射板２３へと送られ、反射板２３の反射面２３ａで反射され、開口部４０ｄから装炭口１０２へと進み、装炭口１０２を通じてコークス炉１００の内部に送られる。そして、炭素Ｃ´の表面で反射された後、装炭口１０２、開口部４０ｄを通り、反射板２３の反射面２３ａ及び傾斜面４０ｃで反射された後、アンテナ２２で受信される。

また、反射板２３を装炭口１０２の直上に移動させるには、図４に示すように、ガイドパイプ４０の垂下部４０ａを適所で上下に分割しておき、下部垂下部４０ａ´を回動させる構造にする。そして、装炭レベルを測定しない時は反射板２３がスリーブ１３とは９０°位相がずれた位置とし、測定時に下部垂下部４０ａ´を９０°回動させて水平部４０ｂごと反射板２３を装炭口１０２の直上に移動させる。

また、反射板２３の断熱性を高めるために、反射面２３ａもしくは全体をセラミックコートしたり、反射板２３の内部に水や空気を流通して冷却してもよい。

更に、回転マイクロ波を用いることで、装炭口１０２の壁面１０２ａで反射されたマイクロ波を排除することができる。

１ 装炭車
１０ 受炭ホッパー
１１ 給炭ホッパー
１２ 給炭装置
１３ スリーブ
２０ マイクロ波送受信手段
２１ 導波管
２２ アンテナ
２３ 反射板
２４ コントローラ
２５ セラミック板
２６ ガイドパイプ
１００ コークス炉
１０１ レール
１０２ 装炭口
Ｃ、Ｃ´ 石炭
Ｍ、Ｍ´ マイクロ波

Claims (6)

1. 装炭車からコークス炉の装炭口を通じて投入された石炭の表面にマイクロ波を送信し、石炭の表面で反射されたマイクロ波を受信して装炭レベルを測定するために、装炭車に装着される装置であって、
   装炭車の上部に配設されるマイクロ波送受信手段と、
   マイクロ波送受信手段に接続するアンテナと、
   装炭車の下部に配置され、コークス炉側に４５°の角度で傾斜している反射面を有し、石炭投入時は装炭口から離れ、測定時にコークス炉の装炭口の直上に移動される反射板と、
   反射板を移動させるための反射板移動手段と、
   を備えており、
   装炭車による石炭投入後に反射板を装炭口の直上に移動し、アンテナから送信したマイクロ波を反射板で反射して装炭口を通じてコークス炉の内部に送り、石炭の表面で反射されたマイクロ波を、装炭口を通じて反射板に入射させてアンテナにて受信し、マイクロ波の送受信の時間差を基に石炭の堆積レベルを算出することを特徴とするコークス炉の装炭レベル測定装置。
2. アンテナが装炭車の下部に装炭口側を向いて配設され、マイクロ波送受信手段とは装炭車の内部を貫通する導波管または層軸ケーブルで接続されることを特徴とする請求項１記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
3. アンテナの反射面外周端から筒状に所定長で突出するガイドパイプを備えることを特徴とする請求項２記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
4. アンテナを装炭車の上部にてマイクロ波送受信手段の直下に配設するとともに、
   アンテナから垂下する垂下部と、屈曲部の下端で水平方向に屈曲し先端に反射板が装着された水平部とを有する断面Ｌ字状で、かつ、屈曲部に反射板と平行に対向する傾斜面が形成されたガイドパイプを備え、
   ガイドパイプの垂下部が上下に分割され、下部分を回動させることにより反射板の移動を行うことを特徴とする請求項１記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
5. 反射板が断熱構造であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。
6. マイクロ波送受信手段から、電界が一方向に回転する回転マイクロ波を送信することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のコークス炉の装炭レベル測定装置。

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