JPH06137918A

JPH06137918A - 微粉炭流量の計測方法

Info

Publication number: JPH06137918A
Application number: JP29002792A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hiromi; 登志行廣實; Isao Yokoyama; 勲横山; Masamichi Kawakami; 雅道川上; Kazuhiro Hayashi; 一博林; Hirobumi Furukoshi; 博文古越; Kunihiro Nakajima; 邦浩中島; Toshitaka Nishio; 敏孝西尾; Ryuzo Wada; 隆三和田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; IHI Corp
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; IHI Corp
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】摩擦起電力の原理を用い、計算により微粉炭
流量を求めることを可能とする。【構成】給炭量検出器７で検出される単位時間当たり
のミル３への給炭量と、空気流量発信器９で検出される
ミル３に入る一次空気流量Ｑａと、微粉炭管４中に差し
込んだ電極棒１１，１２から成る摩擦起電力センサ１０
からのセンサ出力とを演算回路１５へ入力し、その際、
上記給炭量は関数発生器に通すことで微粉炭の粒径をミ
ル負荷の関数として入力し、上記演算回路１５におい
て、上記一次空気流量Ｑａと既知の微粉炭管４の内径と
から空気の平均流速を算出すると共に、計算式として、
微粉炭流量＝センサ出力×粒径／（流速）^c（但し、ｃ
は定数）を用いて微粉炭流量を算出する。上記式中の流
速には、空気の平均流速に、粒子が空気流から遅れるす
べり度αを乗じた値を用いる。また、上記式の右辺全体
には炭種の相違による係数ｋを乗じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭焚のボイラー等に
おいてミルからバーナへ送られる微粉炭流量の計測方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭焚のボイラーは、図５に示す
ように、給炭機１のフィーダ２から石炭をミル（微粉炭
機）３に投入し、擂り潰して微粉炭とし、これを微粉炭
管４によりボイラ本体５のバーナ６へ搬送して燃やすよ
うになっている。

【０００３】この場合、給炭機１のフィーダ２からミル
３に投入する単位時間当りの給炭量は、フィーダ２の搬
送ベルトの搬送速度及びベルト上の重量を知ることによ
り求めることができるが、石炭の粉砕には時間がかかる
ため、ミル３からの出炭量は不明である。そこで、ミル
３からボイラー本体のバーナ６へ送られる微粉炭流量の
計測は、通常、微粉炭管４の途中に絞り機構２０を設
け、入出力側の差圧から微粉炭流量の計測する方法によ
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記絞り機構
２０においては、内部を通過する微粉炭により絞り２１
が摩耗する問題や、絞り２１に何ｍか直線部分（直管長
部分）を正確に作成する必要がある等の問題がある。そ
こで、絞り機構を不要とし、従って上記の正確な直管長
部分を必要としない計算による微粉炭流量の計測が望ま
れる。

【０００５】ここで計算により微粉炭流量を求める具体
的技術としては、摩擦起電力の原理を用いることが考え
られるが、計算式上で必要な微粉炭の粒径は直接には測
定不可能であり、摩擦起電力の原理を用いた実用的な微
粉炭流量計はまだ提供されていない。

【０００６】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、摩擦起電力の原理を用い、計算によ
り微粉炭流量を求めることを可能とする微粉炭流量の計
測方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による微粉炭流量の計測方法は、給炭機から
ミルに給炭され微粉の状態で微粉炭管によりバーナへ送
られる微粉炭流量を計測するため、給炭機に設けた給炭
量検出器で検出される単位時間当たりの給炭量と、空気
流量発信器で検出されるミルに入る一次空気流量と、微
粉炭管中に差し込んだ電極棒から成る摩擦起電力センサ
からのセンサ出力とを演算回路へ入力し、その際、上記
給炭量は関数発生器に通すことで微粉炭の粒径をミル負
荷の関数として入力し、上記演算回路において、上記一
次空気流量と既知の微粉炭管内径とから空気の平均流速
を算出すると共に、次式微粉炭流量＝センサ出力×粒径／（流速）^c（但し、ｃ
は定数）により、微粉炭流量を算出するものである（請求項
１）。

【０００８】本発明による微粉炭流量の計測方法におい
ては、上記演算回路の計算において、上記空気の平均流
速に、粒子が空気流から遅れるすべり度を乗じた値を上
記式中の流速として用いる方が良い（請求項２）。

【０００９】また、炭種による計算結果の違いをなくす
ため、上記演算回路で得られる微粉炭流量をミルへの給
炭量と比較して両者の差を求め、給炭量が一定に落ち着
いている状態においてのみ、上記比較結果の差を演算回
路にフィードバックして、差信号がゼロとなるように制
御することが好ましい（請求項３）。

【００１０】上記摩擦起電力センサとしては、微粉炭管
中に斜めに互いに交叉する方向に差し込んだ２本の電極
棒と両電極棒の出力を平均化する平均化回路とから成
り、この２本の電極棒は、微粉炭の流れ方向にずらせて
設けられ、互いの交叉角度が９０°未満の鋭角とされ、
挿入長は微粉炭管の限度一杯まで差し込まれている構成
とするすることができる（請求項４）。

【００１１】

【作用】上記請求項１の計算式、微粉炭流量＝センサ出
力×粒径／（流速）^cを用いて微粉炭流量を算出する場
合、定数ｃセンサ出力及びセンサ出力は既知量であり、
流速も一次空気流量と既知の微粉炭管内径とから求めら
れる空気流速により既知量となるが、粒径だけは測定不
可能で不明である。しかし、ミルの性能として、ミル負
荷によって微粉炭度（粒径）が決まる。そこで、上記給
炭量を関数発生器に通すことで微粉炭の粒径をミル負荷
の関数として入力すると、上記演算回路において、上記
式に従って微粉炭流量を求めることができる（請求項
１）。

【００１２】上記式中の流速は、厳密には粒子の流速で
あるべきであり、上記演算回路の計算結果には、粒子が
空気流から遅れるすべり度α分の誤差が生じる。そこ
で、上記空気の平均流速にすべり度αを乗じた値を用い
ることで、この誤差をなくすことができる（請求項
２）。

【００１３】上記摩擦起電力センサの特性は炭種により
変化し、結果的に演算回路から出力される微粉炭流量の
計算結果も変化する。そこで、微粉炭流量（ミル出炭
量）は、ミルへの給炭量（ミル入炭量）が一定の場合に
は、必ず給炭量に等しくなることを利用し、給炭量が一
定に落ち着いている状態において、上記演算回路で得ら
れる微粉炭流量をミルへの給炭量と比較して両者の差を
求めると、この差は炭種の相違による差を示すことにな
るので、これを例えば比較器で求めて演算回路にフィー
ドバックしてやると、自動的に炭種の相違による差をな
くすことができる（請求項３）。

【００１４】上記摩擦起電力センサの２本の電極棒を微
粉炭の流れ方向にずらせて設け、互いの交叉角度が９０
°未満の鋭角とし、挿入長を微粉炭管４の限度一杯まで
とし、両電極棒の出力の平均をとると、微粉炭管内の流
量が少なくなって微粉が偏って流る状態となっても、そ
の影響を極力取り除くことができ、計測精度を上げるこ
とができる（請求項４）。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１６】図１に示す石炭焚のボイラーは、基本的構
成は図５のものと同じであり、石炭は給炭機１のフィー
ダ２からミル３に投入され、微粉の状態とされて微粉炭
管４によりボイラ５のバーナ６へ搬送される。

【００１７】給炭機１のフィーダ２には、搬送ベルトの
回転数を計測する回転数計（図示せず）及びベルト上の
重量を計測するロードセル（図示せず）から成る給炭量
検出器７が設けてあり、この給炭量検出器７が回転数×
重さで１単位時間当たりの給炭量（投入量）を検出する
構成となっている。この給炭量検出器７で検出される給
炭量（ミル負荷）信号は、関数発生器１４を通して後述
する微粉炭粒径に換算した信号（換算粒径）Ｄとされた
後、微粉炭流量Ｑｃを算出する演算回路１５へ入力され
ている。

【００１８】また、ミル３への空気導入管８には、ミル
３に入る一次空気流量Ｑａを計測するための空気流量発
信器９が設けてある。この空気流量発信器９の計測値
（一次空気流量Ｑａ）も演算回路１５へ入力されてお
り、演算回路１５は、この一次空気流量Ｑａと予め既知
である微粉炭管４の内径とから、微粉炭管４を流れる空
気の平均流速を算出するようになっている。

【００１９】更に、微粉炭管４の途中には、絞り機構２
０に代わって、摩擦起電力センサ１０が設けられてい
る。この摩擦起電力センサ１０は、図２に示すように、
微粉炭管４中に斜めに互いに交叉する方向に差し込んだ
２本の電極棒１１，１２と、両者の出力を平均化する平
均化回路１３とから成る。この２本の電極棒１５，１５
の材質は、ステンレス，タングステンカーバイト等から
成る。両電極棒１１，１２は、微粉炭の流れ方向に相前
後して、即ち間隔Ｌだけずらせて設けられ、互いの交叉
角度は９０°未満の鋭角とされ、挿入長は微粉炭管４の
限度一杯まで、例えば内側管径の９０％程度になるよう
にしてある。これは、微粉炭管４内を微粉炭がスワーリ
ング状態で流れるため、その偏流の影響を極力取り除
き、計測精度を上げるためと、微粉炭管４の加工を容易
にして取り付けを簡易にするためである。両電極棒１
１，１２の出力は、図示してない増幅器で増幅された
後、平均化回路１３を通して引き出され演算回路１５に
入力され、摩擦起電力センサ１０の出力として取り扱わ
れる。

【００２０】摩擦起電力センサ１０の基本原理は既に知
られているように、粉体が平板と衝突することによって
生ずる摩擦起電力を検出するものであり、発生電流，粉
体電流，粉体流速及び平均粒子径に対して、次式で表さ
れることが知られている（AIChE Journal(Vol.22,No.3)
P558 〜P563）。

【００２１】

【数１】

【００２２】但し、Ｉｍ：摩擦起電力による発生電流（センサ出力）ｒ：センサ材質，粉体物性による係数ｕ：平均流速（m/s ）ｃ：1.4 （弾性衝突）〜1.9 （非弾性衝突）Ｄｐ：平均粒子径（μｍ）Ｑｃ：粉体流量（トン／ｈ）従って、微粉炭流量Ｑｃは次式により算出し得ることに
なる。

【００２３】

【数２】

【００２４】しかし、上記数２式において、ｃは定数で
あり、センサ出力Ｉｍは微粉炭管内を通過し帯電した粒
子により発生される電流の実測値，また平均流速ｕはミ
ルの入口空気流量（一次空気流量Ｑａ）の実測値を用い
ると微粉炭管径との関係から求められる空気流速によっ
て既知量となる。しかし、平均粒子径Ｄｐだけは測定不
可能で不明のままとなる。

【００２５】そこで、上記計算式（数２式）上必要でか
つ測定不可能な粒子径Ｄｐを、ミル負荷つまり給炭量の
関数として求めることにより、上記数２式の計算を可能
とし、微粉炭流量を求める。図３の（イ）は、ミル負荷
と粒径との関係を示したもので、ミルの負荷（給炭量）
が増えるに従って粒径が大きくなる。これは、ミル内の
石炭が多くなると微粉にするのに時間がかかり、逆に少
なくなると時間が短くて済む関係からも導かれるもので
ある。上記関数発生器１４は、この図３の関係を作り出
すものであり、ミル負荷（給炭量）を対応する微粉炭粒
径に換算し、換算粒径Ｄとする。

【００２６】演算回路１５は、入力される上記３種類の
信号、即ちセンサ出力Ｉｍ，ミル入口の一次空気流量Ｑ
ａ，ミル負荷に対応する換算粒径Ｄに基づき、上記数２
式の計算式に従って、ミル３の出炭量、つまり微粉炭流
量Ｑｃを算出する。この場合、既に述べたように、計算
式（数２式）中の平均流速ｕは、ミルの一次空気流量Ｑ
ａと微粉炭管径との関係から求める。尚、定数ｃは、タ
ングステンカーバイトの場合、ｃ＝1.9 である。

【００２７】以上のようにして摩擦起電力式の微粉炭流
量計を構成することにより、従来の絞り機構を用いる必
要なしに、単に計算のみによって微粉炭流量を算出する
ことができる。

【００２８】上記により微粉炭流量Ｑｃを計算により求
めることが可能となった。しかし、計算式（数２式）中
の平均流速ｕは、厳密には粒子の流速であり、上記計算
ではこの代わりに、微粉炭管４を流れる空気の流速を代
用している。本発明者等の実験によれば、空気の流速を
直接に平均流速ｕとして代用すると、粒子の流速との間
に誤差を生ずることが分かった。これは微粉炭粒子が空
気で搬送される場合、微粉炭粒子の方が空気流速より遅
れること、即ち「すべり」が生じるためと考えられる。

【００２９】そこで、この問題を解決するため、上記平
均流速ｕとして適用する空気流速には、上記すべり度α
に対応する修正を加え、平均流速ｕ＝α×一次空気流量
Ｑａとして適用する。このすべり度αは、実験によれ
ば、α＝0.6 〜0.9 の範囲で一定値をとることができる
ことが分かった。

【００３０】次に、炭種を考慮に入れた図４の実施例に
ついて説明する。

【００３１】上記摩擦起電力式の原理を利用した微粉炭
流量計においては、産地等の炭種により摩擦起電力セン
サ１０の特性が変化し、結果的に演算回路１５で算出さ
れる微粉炭流量Ｑｃが変化する。即ち、図３のミル負荷
−粒径特性において、ある炭の特性直線が（イ）であっ
たとしても、炭種が変わると（イ）から（ロ）又は
（ハ）の如く変化する。そこで、この特性の変動を自動
的に修正し、微粉炭量を計測可能とする。

【００３２】図４において、演算回路１５から出力され
る微粉炭流量（ミル出炭量）Ｑｃは比較器１６に入力さ
れて、ミル３への給炭量（ミル入炭量）と比較され、両
者に差がある場合は、その差が出力される。ミル３への
給炭量（ミル入炭量）が一定、つまり負荷が一定に落ち
着いている状態では、微粉炭流量（ミル出炭量）Ｑｃも
一定である筈であり、従って、比較器１６から出力され
る差信号Δは、炭種の相違による差を示すことになる。

【００３３】そこで、この差信号Δを、積分器１９を通
して緩やかな信号に変換してから、演算回路１５にフィ
ードバックし、差信号Δがゼロとなるように制御する
と、自動的に炭種の相違による差がなくなり、図３にお
いて（ロ）又は（ハ）にずれていた特性曲線が（イ）に
戻される。この操作は、上記数２式において、右辺全体
に修正係数ｋを乗じて下記数３式とし、この係数を炭種
に応じて調整することと等価である。

【００３４】

【数３】

【００３５】この修正係数ｋによる補正制御において
は、ミル３への給炭量が一定（負荷が一定）の状態であ
ることが前提である。そこで、比較器１６と積分器１９
との間には切替器１７が介設されており、ボイラの負荷
変化中は０％設定器１８側に切り替えて、強制的に差信
号Δを０％にする。

【００３６】上記実施例では、比較器１６により差を求
めて補正制御したが、演算回路１５において修正係数ｋ
を計算により求めることにより、上記計算式（数３式）
にて微粉炭流量を求めることもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、下記のよ
うな優れた効果が得られる。

【００３８】１）請求項１の構成によれば、計算式上必
要でかつ測定不可能な微粉炭の粒径がミル負荷の関数と
して入力されるため、演算回路において所定の計算式に
基づき微粉炭流量を求めることができる。要するに、給
炭流量を単に計算のみによって求めることができるの
で、従来のように微粉炭管に絞り機構を設ける必要がな
い。従って、微粉炭により絞りが摩耗する問題や、絞り
に直管長部分を正確に作成する必要等の問題を回避で
き、微粉炭流量計測装置を構築した場合、高信頼性及び
高寿命を得ることができる。

【００３９】２）請求項２の構成によれば、計算式中の
粒子の流速として微粉炭管中の空気流速を適用した場合
における誤差、つまり粒子が空気流から遅れるすべり度
α分の誤差が排除され、より正確に微粉炭流量を測定す
ることができる。

【００４０】３）請求項３の構成によれば、炭種により
摩擦起電力センサの特性が変化し、その結果として演算
回路で算出される微粉炭流量が変化しても、その炭種の
違いに基づく相違分を自動的に抽出し修正することがで
きる。

【００４１】４）請求項４の構成によれば、摩擦起電力
センサの２本の電極棒を微粉炭の流れ方向にずらせて設
けるため微粉炭管に対する取り付けや加工が容易であ
り、また互いの交叉角度が９０°未満の鋭角とし、挿入
長を微粉炭管の限度一杯までとして両電極棒の出力の平
均をとるため、微粉炭管内の流量が少なくなって微粉が
偏流状態となっても、その影響を極力取り除くことがで
き、計測精度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】摩擦起電力センサの２本の電極棒の取り付け状
態を示す図である。

【図３】本発明で利用するミル負荷と微粉炭粒径との関
係を例示した図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図５】従来の石炭焚のボイラーおける微粉炭計測方法
を示した図である。

【符号の説明】

１給炭機２フィーダ３ミル４微粉炭管５ボイラ６バーナ７給炭量検出器８空気導入管９空気流量発信器１０摩擦起電力センサ１１，１２電極棒１３平均化回路１４関数発生器１５演算回路１６比較器１７切替器１８０％設定器１９積分器Ｑａ一次空気流量Ｑｃ微粉炭流量Ｉｍセンサ出力Ｄミル負荷に対応する換算粒径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川上雅道広島県広島市中区小町４番33号中国電力株式会社内 (72)発明者林一博広島県広島市中区小町４番33号中国電力株式会社内 (72)発明者古越博文東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (72)発明者中島邦浩東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (72)発明者西尾敏孝東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内 (72)発明者和田隆三東京都江東区豊洲三丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給炭機からミルに給炭され微粉の状態で
微粉炭管によりバーナへ送られる微粉炭流量を計測する
ため、給炭機に設けた給炭量検出器で検出される単位時
間当たりの給炭量と、空気流量発信器で検出されるミル
に入る一次空気流量と、微粉炭管中に差し込んだ電極棒
から成る摩擦起電力センサからのセンサ出力とを演算回
路へ入力し、その際、上記給炭量は関数発生器に通すこ
とで微粉炭の粒径をミル負荷の関数として入力し、上記
演算回路において、上記一次空気流量と既知の微粉炭管
内径とから空気の平均流速を算出すると共に、次式微粉炭流量＝センサ出力×粒径／（流速）^c 但し、ｃは定数により、微粉炭流量を算出することを特徴とする微粉炭
流量の計測方法。
【請求項２】上記演算回路は、上記空気の平均流速
に、粒子が空気流から遅れるすべり度を乗じた値を上記
式中の流速として用いることを特徴とする請求項１記載
の微粉炭流量の計測方法。
【請求項３】上記演算回路で得られる微粉炭流量をミ
ルへの給炭量と比較して両者の差を求め、給炭量が一定
に落ち着いている状態においてのみ、上記比較結果の差
を演算回路にフィードバックして、差信号がゼロとなる
ように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の
微粉炭流量の計測方法。
【請求項４】上記摩擦起電力センサが、微粉炭管中に
斜めに互いに交叉する方向に差し込んだ２本の電極棒と
両電極棒の出力を平均化する平均化回路とから成り、こ
の２本の電極棒は、微粉炭の流れ方向にずらせて設けら
れ、互いの交叉角度が９０°未満の鋭角とされ、挿入長
は微粉炭管の限度一杯まで差し込まれていることを特徴
とする請求項１，２又は３記載の微粉炭流量の計測方
法。