JPH0215773B2 - - Google Patents

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JPH0215773B2
JPH0215773B2 JP57132239A JP13223982A JPH0215773B2 JP H0215773 B2 JPH0215773 B2 JP H0215773B2 JP 57132239 A JP57132239 A JP 57132239A JP 13223982 A JP13223982 A JP 13223982A JP H0215773 B2 JPH0215773 B2 JP H0215773B2
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JP
Japan
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ash
amount
exhaust gas
furnace
unburned matter
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JP57132239A
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JPS5924119A (ja
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Kenichi Soma
Norio Arashi
Shigeru Azuhata
Kyoshi Narato
Tooru Inada
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F23N5/006Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties the detector being sensitive to oxygen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微粉炭燃焼炉における火炉出口での
排ガス中のNOx濃度と灰中の未燃分量を把握し、
微粉炭燃焼炉を最適燃焼状態にするのに好適な微
粉炭燃焼炉より発生する灰中の未燃分量及び排ガ
ス中NOx濃度の測定方法に関する。
石炭はN分含有量が多く、燃焼時に発生する
NOxの80%近くがフユーエルNOxであり、微粉
炭燃焼炉では環境汚染物質として特にNOxが問
題となる。これに対して従来開発の進められて来
た燃焼技術は、2段燃焼法や排ガス再循環法のよ
うに、燃焼温度を下げる事により、空気中の窒素
の酸化を抑制する、サーマルNOx対策に効果の
あるものが主流である。
石炭の熱分解時に気体として放出されるN分の
中には、シアン化水素(HCN)及びアンモニア
(NH3)となるものがあり、これらの窒素化合物
は高温高酸素雰囲気ではNOxに酸化されるが、
適当な反応温度を設定すれば、酸素共存下で選択
的にNOxを還元し窒素(N2)とする性質を有す
る。この性質を利用すれば、従来開発されてきた
2段燃焼を改良し、微粉炭燃焼の低NOx化を図
る事が可能であり、元来サーマルNOx対策とし
て開発された2段燃焼をフユーエルNOx対策用
に改善した微粉炭燃焼バーナ等が開発されてい
る。
しかし、いずれも排ガス中NOx濃度を低下さ
せるために低温度あるいは低空気比で燃焼させて
いる。そのため、燃焼灰中に残る未燃分量がもう
一つの環境汚染物質あるいは省資源の面から問題
となる。
従つて、微粉炭燃焼炉では、特に排ガス中の
NOx濃度と灰中の未燃分量を把持し最適燃焼状
態として監視する必要がある。
従来、灰中未燃分量の測定は煙道から灰を採集
して来て、灰の重量を測定しておき、次に酸素雰
囲気下でその灰を燃焼(毎分10℃〜20℃昇温で、
850℃迄加熱、燃焼。)させ、再び重量を測定し初
めの重量との差より未燃分量を算出する方法であ
り、示差熱天秤等を用いて行なうため非常に手間
のかかるものであつた。
排ガス中のNOx濃度及び灰中未燃分量の測定
の他の成分の監視としては、煙道から排ガスを導
いて来て、排ガス中の一酸化炭素濃度、酸素濃
度、亜硫酸ガス濃度等がある。
しかし、いずれの場合にも煙道から導いて来て
いるために、急激な燃焼状態の変化には対応しき
れるものではなく、より正確な燃焼状態の監視に
は火炎自体の観察による監視の必要がある。
そこで、直接的に炉内の監視を行なう方法とし
て、火炎の光量を感知すると共にその光量に応じ
た信号を発する光感知装置を用いて監視制御に用
いる方法(特開昭56−151814)や、燃焼状態が異
常になると火炎のゆらぎが不規則になる事を利用
して、燃焼状態をテレビカメラにより映像信号で
検出し、異常燃焼を時間遅れなく検出する方法
(特開昭54−94125)等が提出されている。
また、2段燃焼、ガス化燃焼など空気比1.0以
下の燃焼状態において、燃焼炉中のラジカルの発
光強度から燃焼中の空気比を検出する方法(特開
昭53−107890)等も提出されている。
しかし、いずれの場合にも、今後多く建設され
ていくであろう微粉炭燃焼炉で最も問題となつて
いく排ガス中NOx濃度や灰中未燃分量の監視に
対して直接的なものではなく、より正確な環境対
策用の監視としては満足のいくものではない。
本発明の目的は、燃焼炉内を直接監視し、微粉
炭燃焼炉において問題となる排ガス中NOx濃度、
及び灰中未燃分量を時間遅れなく推算することが
できる微粉炭燃焼炉より発生する灰中の未燃分量
及び排ガス中NOx濃度の測定方法を提供するこ
とにある。
分光器を用いて燃焼火炎を観察する事により、
各種ラジカル等の発光スペクトルが観察される。
それらのうち、排ガス中NOx濃度と相関がある
ものとしてNOの発光スペクトルが考えられる。
また灰中未燃分量と相関があるものとしてC2
ジカルの発光スペクトルが考えられる。
そこで、その相関関係を空気比を介して測定し
た結果、第1図の様な傾向にある事が分つた。即
ち、空気比が増えるに従つてC2ラジカルの発光
強度は減少して行き、また灰中未燃分量も減少し
ていく。従つてC2ラジカルの発光強度と灰中未
燃分量との関係をあらかじめ較正曲線として任意
の炉について1度求めておきさえすれば、次回か
らはC2ラジカルの発光強度を測定することで、
当該炉のその時点での灰中未燃分量を堆算する事
が可能となる。
また第1図において、C2ラジカルの発光強度
と灰中未燃分量との相関関係の他に排ガス中の
NOx濃度とNOの発光強度との関係は空気比を介
してみると、いずれも空気比が1.0付近に最大値
をもつ曲線を描いている。したがつて排ガス中
NOx濃度とNOの発光強度の関係を予め較正曲線
として任意の炉について一度求めておけば、次回
からNOの発光強度の測定から当該炉におけるそ
の時点での排ガス中のNOx濃度を堆算すること
が可能となる。
前述した如く、灰中未燃分量や排ガス中NOx
濃度の測定には、多くの時間を要し、時々刻々の
検出を要するには不充分なものであつた。本発明
によるならば、燃焼炉内の火炎自体を直接的に観
察してスペクトル分析を行ない、灰中未燃分量及
び排ガス中NOx濃度を堆算するので、時々刻々
の検出が可能であり、しかも直接的である。
また、最適燃焼条件の一つに空気比がある。バ
ーナへの供給燃料量と空気量で火炎の大きさはほ
ぼ1対1で決まり、したがつて、火炎の発光強度
も1対1で決まることから、火炎の発光強度を測
定することによりその燃焼状態の空気比が求めら
れる。このことから、NOの発光波長とC2ラジカ
ルの発光波長の発光強度を測定し、各々の発光強
度と空気比との関係を比較する事により、燃焼炉
中の一層正確な空気比も即座に分る事になる。
ところが、この火炎の周辺が耐火材壁の場合と
水冷管壁の場合とを比較すると、前者より後者の
方が輻射熱を奪われて火炎温度は低くなる。即
ち、火炎の発光強度から求められた空気比が等し
い火炎があつたとしても、火炎温度は火炎周辺の
炉の構造、材質によつて異なる。一般に火炎温度
が低下すると、未燃分量は増加して排ガス中
NOx濃度は低下し、火炎温度が上昇すると、逆
に未燃分量は低下して排ガス中NOx濃度は増加
する。つまり、火炎の発光強度から求められた空
気比すなわち火炎周辺での空気比と火炉出口の灰
中未燃分量及び排ガス中のNOx濃度とは、必ず
しも1対1に対応するものではない。
本願発明は、それぞれの微粉炭燃焼炉ごとに、
予備的な発光強度の実測と発光強度が実測された
燃焼状態における火炉出口での灰中の未燃分量及
び排ガス中NOx濃度の測定を行なつてこれらの
相関を予め求めておき、実際の運転にさいしては
発光強度の測定によつて火炉出口での灰中の未燃
分量及び排ガス中NOx濃度を得るものである。
以下、本発明の一実施例を説明する。
第2図に本実施例の概要を示す。実験炉1のビ
ユーポート2より、炉内の監視として採光し分光
器3によりスペクトル分析を行なつた。煙道4よ
り、NOx計、酸素濃度計、一酸化炭素濃度計を
備えた排ガス分析計5に排ガスを導いた。また、
ダストサンプル器6により、煙道4から灰をサン
プリングし、灰中未燃分量を測定した。
第3図はNO発光強度比と排ガス中NOx濃度の
関係を示した較正曲線である。発光強度比とは、
空気比1.0のときのNOの発光強度I1.0を基準とし
た、任意の炉内状態のときのNOの発光強度I〓と
の比I〓/I1.0である。実験方法は、まず空気比1.0
のときのNOの発光強度を、NOの発光特有の波
長に分光器を設定して測定した。この値を発光強
度比を求める際の基準値とした。第3図中I1.0
値である。次に任意の炉内状態のときのNOの発
光強度I〓を分光器3で、排ガス中NOx濃度を排ガ
ス分析計5で、各々測定した。そして各任意の炉
内状態毎に発光強度比I〓/I1.0を求め横軸とし、
対応する排ガス中NOx濃度をたて軸として較正
曲線を得た。
従つて、2度目からの実験の際には、炉内をビ
ユーポート2から採光し、分光器3によりNOの
発光スペクトルを測定して、I1.0との比を求めさ
えすれば、第3図の較正曲線により排ガス中
NOx濃度が、ただちに求める事が可能となつた。
この様に、第3図の如く、任意の炉に関して較
正曲線を求めさえすれば、当該炉内の発光を分光
器により観察する事で時々刻々の排ガス中の
NOx濃度が、直接的に求め得る事になる。
同様に、第4図はC2ラジカル発光強度比と灰
中未燃分量との関係を示した較正曲線である。実
験方法は、空気比1.0のときのC2ラジカルの発光
強度を、C2ラジカルの発光特有の波長に分光器
を設定して測定して、この値を発光強度比を求め
るときの基準値I1.0とした。次に任意の炉内状態
のときのC2ラジカルの発光強度I〓を分光器3で測
定し、また、ダストサンプル器6により煙道から
灰をサンプリングし、灰中未燃分量を示差熱天秤
を用いて測定した。そして、各任意の炉内状態毎
に、発光強度比I〓/I1.0を求め横軸とし、対応す
る灰中未燃分量をたて軸として、第4図の如き較
正曲線を得た。
第4図の如く、任意の炉に関して較正曲線を求
めさえすれば、当該炉内のC2ラジカルの発光を
分光器により観察する事で、従来の様に煙道より
灰をサンプリングして来て示差熱天秤を用いて測
定するという時間も、手間もかける事なく、時々
刻々の灰中未燃分量を直接的に求め得る事になつ
た。
実際の微粉炭燃焼炉では、排ガス中のNOx濃
度と、灰中未燃分量を同時に測定監視していく必
要がある。この場合、分光器の波長可変ダイヤル
をNOの発光波長と、C2ラジカルの発光波長に合
せるという操作だけで、各々の較正曲線を用い
て、ただちに、時々刻々の各々の値を直接的に火
炎の発光より求められる。
また第3図を用いて、任意のNOx濃度になる
様に、それに対応するI〓/I1.0の値を示す空気比
とするためのフイードバツク制御用信号として発
光スペクトル信号を用いる事が可能となる。
さらに、第4図で任意の灰中未燃分量が与えら
れればI〓/I1.0が分かり、そのI〓/I1.0の値になる
様に空気比を適当に調節するために、発光スペク
トルの信号を用いるフイードバツク制御が可能と
なる。
このように灰中の未燃分量から、即座に空気比
へのフイードバツク制御が可能となるとともに
NOx濃度から空気比へのフイードバツク制御が
可能となるため、時々刻々の燃焼状態変化に対応
した、より精度の高い制御を行うことができる。
以上のように本発明によれば、火炉壁の構造、
材質が異なる微粉炭燃焼炉においても、それぞれ
の炉に対する発光強度と火炉出口の灰中未燃分量
と、排ガス中NOx濃度の相関があらかじめ求め
られるので、燃焼状態の変動により時々刻々変化
する灰中未燃分量を簡単にかつ短時間で直接的に
火炎の発光により求めることができ、排ガス
NOx濃度をも簡単にかつ短時間で直接的に火炎
の発光から求めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はC2ラジカルの発光強度と灰中未燃分
量との関係、及びNOの発光強度と排ガス中NOx
濃度との関係を空気比を介して示した図、第2図
は本発明の一実施例のフロー概要図、第3図は
NO発光強度比と排ガス中NOx濃度との関係を示
した本発明の一実施例における較正曲線、第4図
はC2ラジカル発光強度比と灰中未燃分量との関
係を示した本発明の一実施例における較正曲線で
ある。 1……実験炉、2……ビユーポート、3……分
光器、4……煙道、5……排ガス分析計、6……
ダストサンプル器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 微粉炭燃焼炉の燃焼領域内のラジカル等の発
    光強度と火炉出口での灰中の未燃分量及び排ガス
    中のNOx濃度との相関を測定対象の炉毎に予め
    求め、燃焼領域内のラジカル等の発光強度を検出
    し、この検出値から火炉出口の灰中の未燃分量及
    び排ガス中のNOx濃度を測定することを特徴と
    する微粉炭燃焼炉より発生する灰中の未燃分量及
    び排ガス中のNOx濃度の測定方法。 2 特許請求の範囲第1項において、検出するラ
    ジカル等はC2ラジカルとNOの発光スペクトルで
    あることを特徴とする微粉炭燃焼炉より発生する
    灰中の未燃分量及び排ガス中のNOx濃度の測定
    方法。
JP13223982A 1982-07-30 1982-07-30 微粉炭燃焼炉より発生する灰中の未燃分量及び排ガス中NOx濃度の測定方法 Granted JPS5924119A (ja)

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JP13223982A JPS5924119A (ja) 1982-07-30 1982-07-30 微粉炭燃焼炉より発生する灰中の未燃分量及び排ガス中NOx濃度の測定方法

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JPS60159515A (ja) * 1984-01-27 1985-08-21 Hitachi Ltd 火炉システム
GB2344883B (en) * 1998-12-16 2003-10-29 Graviner Ltd Kidde Flame monitoring methods and apparatus

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53107890A (en) * 1977-03-03 1978-09-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Air ratio detecting method in combustion furnace

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