JPH0342421B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は不完全燃焼灰中の残炭量の測定方法
と装置に関するものであり、更に詳しくは石炭燃
焼動力装置などから出る不完全燃焼灰（以下これ
を「残活性灰」と略称する）中に含まれる燃料の
残量を測定する技術に関するものである。

ボイラーなどの石炭燃焼動力装置から出る残活
性灰中にはSiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgOや
可燃性物質などが多く含まれている。この内可燃
性物質の全んどは石炭であるが、その残量は、石
炭の種類、石炭を細砕するのに用いられたグライ
ンダーの状態、バーナーの調節、ボイラーの設計
仕様および燃焼空気の量などによつても異るが、
大体0.5〜20％の範囲に及ぶと言われている。こ
のような残活性灰中の可燃々料の量を知れば、ボ
イラーにおいてどの程度完全に燃焼が行われたか
を、うかゞい知ることができる。灰と一緒に失わ
れる石炭はコストにしてかなりのものである。例
えば年間当りの稼働が6000時間で消費比が2.6で
石炭価格がトン当り60USドルだとすると、500メ
ガワツトの動力装置の年間燃料費は6000万USド
ルとなる。従つて残活性灰中の残炭量約10％に相
当する１％の石炭ロスは、年間60万USドルにな
るものである。

更に灰をいかに有効に利用するかという観点か
らも残活性灰中の残炭量をモニターすることは意
義がある。残炭量があまり高い残活性灰はたとえ
ば軽量バラスの生産に用いたり、モルタルやセメ
ントに混入するには適さない。しかも残炭量が変
動するから、レンガの製造やオートクレーブ製品
の原料として残活性灰を利用するには制約があ
る。

現在のところ石炭燃焼動力装置からの残活性灰
の分析は実験室で行われている。従つて試料を採
取してから数時間を得ないと、分析結果が手に入
らない。従つて仮にデータが得られたとしても、
これを燃料プロセス制御の指標として利用して、
石炭ロスを所望の水準にするようなことはできな
いのが現状である。

この発明の目的は、残活性灰の残炭量を測定し
て、その結果を燃焼プロセス制御の指標として利
用して石炭ロスを低減させることを可能とすると
ともに、その結果を指標として残活性灰の経済的
かつ効果的な利用を可能とすることにある。

このためこの発明においてはコンデンサー電極
によつて形成される電界中に残活性炭を供給し、
このコンデンサーの容量変化を測定し、この測定
信号により残炭量を特定するものである。

以下添付の図面に示す実施態様により、更に詳
細にこの発明について説明する。

この発明は、残活性灰中に燃えずに残つている
石炭が良好な導電体であるという事実に、基づい
ている。測定要素としてはコンデンサーが用いら
れ、残活性灰はその電極間に形成される電界中に
供給される。第１図にこの測定のメカニズムを簡
単化して示す。コンデンサープレート２間を誘導
率Etの残活性灰で満す。こゝで間に距離Ｄだけ
離れたコンデンサプレート領域dAからなる微小
コンデンサーを考え、この間を第１図の場合２個
の石炭粒子（もしくはその一部）を含んだ残活性
灰が満しているものと考える。これらの石炭粒子
はそれぞれ１１，１２の厚さを有し、完全な導電
体だとする。

体積要素dA×Ｄに対応する微小コンデンサー
の容量dCはこの場合３組のコンデンサーを直列
接続したと考えれば得ることができる。一般的に
言うと、与えられた体積要素中にＮ個の石炭粒子
があるものとするとその容量dCは次の式で与え
られる。

■■■ 亀の甲 ［0003］ ■■■ _N 〓¹ li＝Ｌであるからして式(1)は更に次のように
なる。

dC＝Et／Ｄ・dA／Ｄ−Ｌ／Ｄ ……(2) コンデンサーの全領域Ａについてこれを積分
し、かつＬを定数とすると全容量は次のようにな
る。

Ｃ＝EtA／Ｄ・１／１−Ｌ／Ｄ＝Co１／１−ｐ…
…(3) こゝでＬ／Ｄ＝ｐはコンデンサープレート間に
おける石炭の体積比であり、Coはゼロ灰（即ち
石炭の含有量がゼロである残活性灰を意味する）
に対応する容量である。ｐが１より非常に小さい
と（実際の場合全んどそうなるが）、次の近似式
を用いることができる。

Ｃ≒Co（１＋ｐ） ……(4) 換言するとコンデンサーの容量は石炭の体積比
のほゞ一次関数となる。

式(1)、(3)を見ると、残活性灰中の残留石炭はコ
ンデンサープレート間に挿入されたいかなる導電
体とも同様の効果を有することが判る。即ちコン
デンサープレート間の距離Ｄを体積比ｐに等しい
導電体層の厚さＬで短かくするということであ
る。

測定は灰の充填密度、換言すれば灰粒子間に残
留している空気によつても影響される。測定中に
おける充填密度の変動を小さくするために、動力
装置に掛る負荷に応じてサンプルの流れを制御調
節する、または測定室に自由に流入す灰を調節す
るために振動を与えるなど、種々の努力が払われ
ている。

第７図にこの発明による測定結果と実験室分析
による測定結果との間の相関々係が示されてい
る。横軸には実験室分析において見られた点火ロ
スが重量％で（即ち石炭含有値）、縦軸にはこの
発明の方法によつて得られた測定結果が、それぞ
れ示されている。

第２，３図にこの発明の方法により測定信号を
作る工程を示す。この場合、灰は実質的に一定の
密度で連続的に測定室１内の測定コンデンサープ
レート２間に供給される。そして灰中の石炭によ
つて起るコンデンサー容量の変化を測定して、こ
の容量変化に合致する測定信号を形成し、これに
よつて灰の石炭含有量即ち残炭量を特定する。

発振回路１１において交流電圧を発生し、これ
を測定要素１２に本質的な部分として属している
コンデンサーの電極２に印加する。灰はコンデン
サー内に形成された電界を通過供給される。測定
信号はこのコンデンサーから校正信号形成ユニツ
ト４の信号処理器４ａ、比較回路４ｂおよび変調
回路４ｄに導かれる。比較回路４ｂにおいては基
準電圧発生回路４ｃからの基準電圧との比較が行
われる。

こゝで校正信号形成ユニツト４からの出力４ｅ
は線型である。かくしてコンデンサーから得られ
て灰中の残炭量を特定する測定信号は単純化さ
れ、整流されて電流信号となり、例えば石炭燃焼
プロセスの制御部などに送られる。

第３図に示すように発振回路１１は、例えば周
囲の温度が変化した場合に出力電圧を安定化させ
るために加熱室２１に付設したサイン発振器２３
および出力電力を緩衝するための整合増幅器２４
などでもつて、構成されている。

第４図に測定要素１２の回路構成の一例を示
す。ここでマイクロ回路の電圧ゲインは測定電極
２の容量、換言すれば測定下にある灰の残炭量に
よつて左右される。増幅器IC３のゲインはコン
デンサーＣ２によるインピーダンスと測定電極お
よび結線によるインピーダンスとの比である。従
つて増幅器の出力電力Uoは測定されている容量
Cxに直接比例するか、もしくは Uo＝CxUi／C₂′ となる。こゝでUiは発振回路１１によつて発生
される交流電圧である。

第３図において測定増幅器２５からの信号は整
流器２６（例えば通常型全波整流器）に導かれて
整流される。この整流済の信号は比較器２７（例
えば第５図に示すゼロ増幅器）に導かれ、こゝで
基準電圧源２２からの基準電圧と比較される。

第５図に示すように、この比較器には測定信号
の 点シフトを行う増幅器IC６が設けられてい
て、基準電圧Uoから測定電圧Umを減算する。
かくして灰の残炭量を特定する信号はスパン増幅
器２８、時定数回路２９および電流伝送器３０に
導かれ、かくしてコンデンサーからの出力信号４
ｅが出力信号４ｆを制御する。換言すれば電流伝
送器３０は測定信号によつて制御される電圧制御
電流発生として機能し、これから標準情報即ち出
力信号４ｆが得られるのである。

第６図に石炭燃焼動力装置中において静電炎路
ガスフイルター下側に設けた集灰フアンネルをそ
なえた測定ユニツト１３を示す。

この測定ユニツト１３には側壁３によつて画定
された縦型測定室１を有した測定要素１２が設け
られている。灰はスクリユコンベアー３１の働き
により、サイロ８から測定室１上方のフアンネル
３２に運ばれ、灰管７を通つて測定室１内に落下
供給される。測定室１底部に連通する灰管３３に
はタイムリレー１６ａによつて制御される振動体
９ａが付設されており、灰を下側のスクリユーコ
ンベアー３１ａと導く働きをする。このスクリユ
ーコンベアー３１ａは灰管３３からの灰をサイロ
８内に戻してやるものである。このスクリユーコ
ンベアー３１ａの駆動機構は変速可能として、測
定室１を通過する灰の流れを調節可能としてやる
のが望ましい。また図示の例では導入側の灰管７
にもタイムリレー１６によつて制御される振動体
９が付設されていて、フアンネル３２から測定室
１への灰の落下供給を円滑にする。

装置が稼働状態にあるときには、サイロからフ
アンネル３２へと灰が横に流れ、測定室１に落下
する。そして振動体９ａが働いている限りは、灰
管７と測定室１とは灰で満され、測定室１内の灰
の充填密度はほゞ一定となり、測定室コンデンサ
ープレートの電界を灰が一定の流速で通過する。
同時により多くの灰が流れる程測定室を通過する
灰の流れおよび灰の密度が平均化する。

灰管７には温度計１０を設けて管詰りなどを検
出するようにしてもよい。灰管７中での温度の変
動がとまりしかも温度が降下し出したら、とりも
なおさず管詰りが発生したことになる。

測定ユニツト１３内に灰密度測定器３５を設け
て、測定室１を通過する灰の密度を測定すること
もできる。これには例えば石炭の比重を測定でき
るようなものを用いるとよい。このように灰密度
を測定することにより、コンデンサーから出力さ
れる信号もしくは第２図中の測定信号４ｅを補正
ユニツト３６の働きにより補正することができる
という、利点がある。かゝる灰密度測定器３５
は、導入側の灰管７中に設けてもよく、測定室１
内に設けてもよく、はたまた排出側の灰管３３に
設けてもよい。

第８図にこの発明における測定室の横断面を示
す。この測定室１は縦型で側壁３によつて画定さ
れた管状であつて、例えばガラスなどで形成され
ている。この測定室は横方向に平形で対面する１
対の側壁３′は平面状である。電極２はこの平面
状側壁３′の外側に互に平行に架設されており、
ほゞ一定密度で測定室１内を通過する灰中の石炭
によつて生ずるコンデンサー容量の変化を測定で
きるようになつている。

第９，１０図にこの発明の測定室１の他の例を
示す。この場合測定室は円管状であり、電極とし
ては円周状電極２ａと中心軸状電極２ｂとが用い
られている。このようにコンデンサーを同心円構
造とすることにより、電極間の漂遊容量を最小、
実質的には皆無にすることができる。この場合、
測定室円周壁にとりつけた支持アーム３４で適宜
中心軸状電極２ｂ支持してやり、この支持アーム
３４に付設した結線で電極２ｂを測定要素１２に
接続してやればよい。

第１１図に示す例にあつては櫛歯状の電極２
ａ，２ｂが互に歯を噛合わせるように同一面内で
組合わされている。この場合も電極によつて形成
された電界内を灰が通過する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による測定メカニズムの原理
を示す説明図、第２図はこの発明の装置の原理構
成を示すブロツク線図、第３図はその詳細構成を
示すブロツク線図、第４，５図は第３図の一部の
詳細構成を示す回路図、第６図はこの発明の装置
を実用化した場合の一例を示す側面図、第７図は
この発明による測定結果と実験室分析による測定
結果との相関性を示すグラフ、第８図はこの発明
における測定室の一例を示す横断面図、第９，１
０図は測定室の他の例を示す側断面および横断面
図、第１１図はコンデンサーの他の例を示す側面
図である。 １……測定室、２……コンデンサープレート
（電極）、４……校正信号形成ユニツト、７，３３
……灰管、８……サイロ、１１……発振回路、１
２……測定要素、１３……測定ユニツト、３０…
…電流伝送器、３２……フアンネル、３５……密
度測定器、３６……補正ユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不完全燃焼灰を測定室のコンデンサー電極間
   に形成される電界中に供給し、 該コンデンサーの容量変化を測定し、かつ、こ
   の結果得られた測定信号により灰中の残炭量を特
   定する ことを特徴とする不完全燃焼灰中の残炭量測定方
   法。 ２ 測定室内の不完全燃焼灰の密度を測定中実質
   的に一定に保つ ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 前記の測定室に対して、不完全燃焼灰を実質
   的に一定の割合で連続的に導入かつ排出する ことを特徴とする特許請求の範囲第１もしくは２
   項記載の方法。 ４ 測定室中における不完全燃焼灰の流速が調節
   可能である ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３のいず
   れかの項記載の方法。 ５ 測定室に対する不完全燃焼灰の導入と排出と
   が周期的に行われ、 かつその周期長が調節可能である ことを特徴とする特許請求の範囲第１もしくは２
   項記載の方法。 ６ 測定室およびこれに対する不完全燃焼灰の導
   入、排出ラインに振動を加える ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜５のいず
   れかの項記載の方法。 ７ 測定室内における不完全燃焼灰の密度を測定
   し、 残炭量を特定する測定信号に対する灰密度の変
   化の効果を補正して、 最終的に得られる測定信号により灰の残炭量を
   唯一的に特定する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ８ 不完全燃焼灰が供給される測定室１と、該測
   定室を通過する灰の容量を測定すべく設けられた
   コンデンサーと、 灰中の残炭量を特定する測定信号を形成する信
   号形成ユニツト４とを 含んでなる不完全燃焼灰中の残炭量測定装置。 ９ 前記の測定室１が側壁によつて画定された管
   状体であり、かつ、 その内部に設けられたコンデンサープレート２
   が、不完全燃焼灰が通過する電界を形成する ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の装
   置。 １０ 前記の測定室１が縦型であつて、かつ、そ
   の底部には測定室中より不完全燃焼灰を実質的に
   一定の割合で排出する灰コンベアー３１ａが連結
   されている ことを特徴とする特許請求の範囲第８もしくは９
   項記載の装置。 １１ 前記の灰コンベアー３１ａの搬送速度が調
   節可能である ことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の
   装置。 １２ 前記の測定室１にはこれを通過する不完全
   燃焼灰を振動させる振動体９，９ａが付設されて
   いる ことを特徴とする特許請求の範囲第８〜１１のい
   ずれかの項記載の装置。 １３ 前記の測定室１内における不完全燃焼灰の
   密度を検出する測定器３５を 更に有してなる特許請求の範囲第８〜１２のい
   ずれかの項記載の装置。 １４ 更に補正ユニツト３６が設けられていて、
   これが信号形成ユニツト４によつて形成された不
   完全燃焼灰中の残炭量を特定する測定信号を、前
   記密度測定器から供給される測定データを基にし
   て、補正し、 これにより充填密度の潜在的変動によつてくる
   誤差を除く ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
   装置。 １５ コンデンサーが１対の平面状の電極２を有
   しており、不完全燃焼灰がこの間を通過する ことを特徴とする特許請求の範囲第８〜１４のい
   ずれかの項記載の装置。 １６ コンデンサーが円周状電極２ａと中心軸状
   電極２ｂとからなる同心円状構造を有しており、
   両電極間を不完全燃焼灰が通過する ことを特徴とする特許請求の範囲第８〜１４のい
   ずれかの項記載の装置。 １７ コンデンサーが同一平面内に交互に設けら
   れた電極を用し、不完全燃焼灰がその少くとも１
   つの対向面に沿つて通過する ことを特徴とする特許請求の範囲第８〜１４のい
   ずれかの項記載の装置。