JP6864541B2 - 貯蔵物の発熱監視システムおよびサイロ - Google Patents

Description

本発明は、サイロ内に貯蔵された貯蔵物の発熱監視システムに関する。

石炭火力発電所等に設置される石炭サイロでは、石炭の貯蔵期間が長くなると石炭サイロ内で石炭が酸化発熱して自然発火が生じる場合がある。そこで、石炭サイロ内に貯蔵された石炭の発熱を監視し、発熱が発生した場合には石炭の払い出しや放水を行って発熱箇所の冷却を行っている。

従来、石炭サイロ内に貯蔵された石炭の発熱を監視するために、貯蔵石炭中に熱電対を埋め込み、該熱電対からの信号を検出することにより、石炭の発熱を監視する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−６８９５４号公報

しかしながら、上記のような熱電対を用いた発熱監視方法の場合、熱電対から離れた箇所で生じた発熱の検知に時間がかかる可能性や検知ができない可能性がある。

本発明は、こうした状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、サイロ内に貯蔵された貯蔵物の発熱を迅速に検知できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の貯蔵物の発熱監視システムは、サイロの底部に配索された光ファイバと、光ファイバに光パルスを入射するとともに光ファイバからの該光パルスの後方散乱光を検出して、光ファイバに沿った温度分布を測定する測定装置とを備える。

光ファイバは、少なくとも一部がサイロの側壁の近傍を通るように配索されてもよい。

光ファイバを内部に挿通する保護配管をさらに備えてもよい。保護配管はサイロの底部の構成要素および／または側壁に固定されてもよい。

光ファイバの温度分布状態を監視者に提示するための表示装置をさらに備えてもよい。

本発明の別の態様は、上記の貯蔵物の発熱監視システムを備えるサイロである。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、サイロ内に貯蔵された貯蔵物の発熱を迅速に検知できる。

本発明の実施形態に係る石炭の発熱監視システムが適用される石炭サイロの構成を説明するための図である。 石炭サイロの底部を上面視した概略図である。 石炭サイロ内に石炭を長期間貯蔵したときの石炭温度分布の一例を示す図である。 光ファイバを挿通した保護配管を仕切板に固定した様子を示す図である。 光ファイバを挿通した保護配管を側壁に固定した様子を示す図である。 図６（ａ）および（ｂ）は、表示装置に提示される測定結果の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る石炭の発熱監視システム１０が適用される石炭サイロ１００の構成を説明するための図である。

石炭サイロ１００は、例えば、内径６０ｍ、高さ７５ｍ、石炭容量１０万トンの大型のものであってよい。

図１に示すように、石炭サイロ１００は、基礎１０２と、基礎１０２上に立設された側壁１０４と、側壁１０４の上に形成された屋根１０６とを備える。石炭サイロ１００内には石炭１２０が貯蔵される。側壁１０４は、略円筒形状の下部側壁１０４ａと、下部側壁１０４ａの上に形成された略円錐台形状の上部側壁１０４ｂとから成る。下部側壁１０４ａの底部付近は、下方に向かって縮径した傾斜壁１０４ｃとされている。

石炭サイロ１００の上部には積付所ステージ１０８が設けられている。積付所ステージ１０８には、石炭を搬入するための搬入コンベヤ１１０が設けられている。搬入コンベヤ１１０によって運ばれた石炭は、積付所ステージ１０８から落下されて石炭サイロ１００内に貯蔵される。

石炭サイロ１００の底部には、複数の小コーン（小仕切板、小仕切壁）１１２と、複数の大コーン（大仕切板、大仕切壁）１１４が設けられている。小コーン１１２の下方には、搬出コンベヤ１１６が設けられている。石炭サイロ１００内に貯蔵された石炭１２０は、底部に設けられた開口部から搬出コンベヤ１１６に払い出され、搬出コンベヤ１１６によって石炭サイロ１００の外に搬出される。

図２は、石炭サイロ１００の底部を上面視した概略図である。図２に示すように、石炭サイロ１００の底部には、Ｙ軸方向に延びる複数の小コーン１１２および大コーン１１４と、Ｙ軸方向と垂直なＸ軸方向に延びる複数の仕切板１１５とが格子状に配置されている。

図２には、石炭サイロ１００に貯蔵された石炭の発熱を検出するための発熱監視システム１０の概略構成が図示されている。本実施形態に係る石炭の発熱監視システム１０は光ファイバ温度分布センサを利用したものである。

発熱監視システム１０は、石炭サイロ１００の底部に配索された光ファイバ１２と、光ファイバ１２を内部に挿通する保護配管１３と、光ファイバ１２に接続された測定装置１４と、測定結果を監視者に提示するための表示装置１６とを備える。

測定装置１４は、光ファイバ１２に光パルスを入力するとともに光ファイバ１２からの該光パルスの後方散乱光を検出して、光ファイバ１２に沿った温度分布を測定する。測定装置１４は、一本の光ファイバに入力した光パルスのラマン散乱光を利用したラマン散乱型であってもよい。あるいは、測定装置１４は、一本の光ファイバに入力した光パルスのレイリー散乱光を利用したレイリー散乱型であってもよい。レイリー散乱型は、ラマン散乱型よりも空間分解能が高いという特徴がある。

従来のように熱電対を貯蔵石炭中に埋め込む方法の場合、発熱箇所が熱電対から離れていると発熱の検知に時間がかかる。一方、本実施形態に係る発熱監視システム１０では、石炭サイロ１００の底部に配索した光ファイバ１２により広範囲の温度分布を監視することができるので、迅速に石炭の発熱を検知できる。

図３は、石炭サイロ１００内に石炭を長期間貯蔵したときの石炭温度分布の一例を示す。図３ではハッチングにより石炭の温度を表している。

図３から、石炭サイロ１００の側壁１０４の近傍に位置する石炭に発熱が生じやすいことが分かる。石炭サイロ１００では、石炭を搬出コンベヤ１１６に払い出すために底部に設けられた開口部から空気が上方に流れ、この空気により石炭が酸化されて発熱が生じる（図３において矢印は空気の流れを表す）。石炭サイロ１００で上方から石炭を落下させて貯蔵する場合、側壁１０４の近傍には大きな石炭塊が偏って位置しやすいため、側壁１０４の近傍は空隙が多く空気の流れが速くなる。その結果、側壁１０４の近傍に位置する石炭は酸化反応が促進されやすく、発熱が生じやすい。

従って、側壁１０４の近傍に位置する石炭の温度をより迅速に検出するために、光ファイバ１２は、石炭サイロ１００の側壁１０４（より詳細には傾斜壁１０４ｃ）の近傍を通るように配索されることが望ましい。図２は、光ファイバ１２の配索パターンの一例を示している。図２に示す配索パターンでは、光ファイバ１２が側壁１０４のほぼ全周にわたって近傍を通るように配索されているが、光ファイバ１２の少なくとも一部が石炭サイロ１００の側壁１０４の近傍を通るように配索されてもよい。勿論、光ファイバ１２は、側壁１０４の近傍に加えて底部の内側の領域に配索されてもよい。また、光ファイバ１２は、図２に示すように、ループ状に配索されることが好ましい。この場合、より高い精度での温度検出が可能となる。

次に、光ファイバ１２の固定方法について説明する。光ファイバ１２は、石炭から保護するために金属製（例えばステンレス）の保護配管１３内に挿通される。本実施形態において、この保護配管１３は、石炭サイロ１００の底部の構成要素（小コーン１１２、大コーン１１４、仕切板１１５等）および／または側壁１０４に固定される。

図４は、光ファイバ１２を挿通した保護配管１３を仕切板１１５に固定した様子を示す。図４に示すように、保護配管１３は、断面略Ｕ字状の支持部材４０を介してボルト４２で仕切板１１５の頂部に固定される。

図５は、光ファイバ１２を挿通した保護配管１３を側壁１０４（より正確には傾斜壁１０４ｃ）に固定した様子を示す。図５に示すように、保護配管１３は、断面略Ｕ字状の支持部材５０を介してボルト５２で側壁１０４に固定される。

図６（ａ）および（ｂ）は、表示装置１６に提示される測定結果の一例を示す。光ファイバ温度分布センサは、その方式にもよるが、数十ｃｍから数ｍの距離分解能で光ファイバ１２に沿って温度分布を測定することが可能である。

図６（ａ）および（ｂ）では、図２に示すようにほぼ側壁１０４に沿って光ファイバ１２を配索したときに、光ファイバ１２の配索パターンを四角形状に模式化して測定結果を表示している。四角形状の配索パターンの各辺は１０点の温度測定ポイントを有しているため、全体では温度測定ポイントは４０点である。

図６（ａ）は、絶対温度Ｔ（℃）の分布を表す。図６（ａ）のように、絶対温度Ｔに応じて温度測定ポイントの模様や色を変えることにより、監視者は石炭サイロ１００の底部において温度が高くなっている箇所を即座に把握することができる。

また、図６（ｂ）は、温度の時間変化率ΔＴ（℃／ｍｉｎ）の分布を表す。光ファイバ温度分布センサは、その方式にもよるが、数十秒から数分毎に温度計測が可能であるため、詳細な温度の時間変化率ΔＴの分布を測定することができる。図６（ｂ）に示すように、温度の時間変化率ΔＴに応じて温度測定ポイントの模様や色を変えることにより、監視者は石炭サイロ１００の底部において温度の時間変化率が高い箇所を即座に把握できる。これにより、異常温度になる前の僅かな温度上昇を検出して石炭の発熱を未然に防ぐことができる。

上記では、絶対温度Ｔや温度の時間変化率ΔＴを可視化して監視者に提示する例を説明したが、絶対温度Ｔや温度の時間変化率ΔＴに所定の閾値を設定し、該閾値を超えた場合に異常アラームを発生するようにしてもよい。この場合、測定された絶対温度Ｔが閾値（例えば数十℃）以上である条件と、測定された温度の時間変化率ΔＴが閾値（例えば数℃／ｍｉｎ）以上である条件とのうち、少なくともいずれか一方が成立したときに、測定装置により異常が発生していると判定するものとしてもよい。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施形態の石炭サイロ１００は、側壁１０４が略円筒形状の下部側壁１０４ａと略円錐台形状の上部側壁１０４ｂとから成るものとしたが、本発明の石炭サイロはいかなる形状としてもよい。例えば、搬入コンベヤや搬出コンベヤによる石炭の搬入出方向を長手方向とする略直方体形状の石炭サイロとしてもよい。また、搬出コンベヤ１１６は、並列に４本設けられているものとしたが、１本や２本設けられているものとしても構わない。

上述の実施形態では、石炭サイロに貯蔵された石炭の発熱監視システムを例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は石炭の発熱監視システムに限定されず、例えば、穀物、バイオマス、リサイクル固形燃料等の他のサイロの貯蔵物の発熱監視システムにも適用可能である。

１０ 発熱監視システム、 １２ 光ファイバ、 １３ 保護配管、 １４ 測定装置、 １６ 表示装置、 １００ 石炭サイロ、 １０２ 基礎、 １０４ 側壁、 １０６ 屋根、 １０８ 積付所ステージ、 １１０ 搬入コンベヤ、 １１２ 小コーン、 １１４ 大コーン、 １１５ 仕切板、 １１６ 搬出コンベヤ、 １２０ 石炭。

Claims (4)

1. サイロの底部に配索された光ファイバと、
   前記光ファイバに光パルスを入射するとともに前記光ファイバからの該光パルスの後方散乱光を検出して、前記光ファイバに沿った温度分布を測定する測定装置と、
   を備え、
   前記光ファイバは、前記サイロの側壁の略全周にわたって前記側壁の近傍を通るようにループ状に配索されることを特徴とする貯蔵物の発熱監視システム。
2. 前記光ファイバを内部に挿通する保護配管をさらに備え、
   前記保護配管は前記サイロの底部の構成要素および／または側壁に、前記サイロの内部空間に面するように固定されることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵物の発熱監視システム。
3. 前記光ファイバの温度分布状態を監視者に提示するための表示装置をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の貯蔵物の発熱監視システム。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の貯蔵物の発熱監視システムを備えることを特徴とするサイロ。

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