JPH07117237B2

JPH07117237B2 - 燃焼制御方法、燃焼設備および火炎監視システム

Info

Publication number: JPH07117237B2
Application number: JP2052186A
Authority: JP
Inventors: 真二田中; 俊太郎小山; 昭雄植田
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH03255813A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、燃焼炉に供給する燃料と酸素との供給量を調
節して燃焼状態を制御する燃焼制御方法、前記燃焼炉を
備えた燃焼設備、および、前記燃料の燃焼により形成さ
れる火炎を監視することができる火炎監視型バーナと火
炎監視システムに関する。

［従来の技術］従来、燃料と酸素とを燃焼炉に供給し、該燃料を燃焼さ
せる燃焼設備としては、例えば、第12図に示すようなも
のがある。

この燃焼設備は、燃料である微粉炭Ｃを高温の気流中で
ガス化剤G_R（酸素、水蒸気）と反応さる噴流層ガス化方
式により、石炭のガス化を行うものであり、石炭供給系
と、ガス化剤供給系と、ガス化炉系と、集塵系と、脱硫
系とから構成されている。

石炭供給系は、図示されていない石炭粉砕機で粉砕分級
された微粉炭Ｃを一時的に貯蔵しておく常圧ホッパ21
と、常圧ホッパ21から供給される微粉炭Ｃを加圧状態で
貯蔵しておく加圧ホッパ22,供給ホッパ23と、供給ホッ
パ23内の微粉炭Ｃを定量排出するフィーダ26と、定量排
出された微粉炭Ｃを搬送ガスG_Cにより搬送させるための
エジェクタ27と、エジェクタ27から搬送ガスG_Cと共に微
粉炭Ｃをガス化炉系まで供給するための微粉炭搬送ライ
ン28とを有して構成されている。

供給ホッパ23には、供給ホッパ23内の圧力を変化させて
ガス化炉系に供給する微粉炭Ｃの量を調節する圧力調節
弁25が設けられている。

供給ホッパ23は、微粉炭Ｃの排出量を測定するために重
量測定用のロードセル24の上に設けられている。

ガス化炉系は、微粉炭Ｃが燃焼するガス化炉40と、石炭
供給系から微粉炭搬送ライン28で搬送されてきた微粉炭
Ｃを複数方向に分配する分配器43と、ガス化剤G_Rと共に
分配された微粉炭Ｃをガス化炉40に噴出させるバーナ45
a,45b,45cと、分配器43からの微粉炭Ｃをバーナ45a,45
b,45cに搬送するための微粉炭分岐ライン44a,44b,44c
と、微粉炭Ｃの灰分等から成るスラグを貯蔵するスラグ
ホッパ46とを有して構成されている。

ガス化炉40内には、微粉炭Ｃが燃焼する燃焼室41と、微
粉炭Ｃの灰分を冷却固化するための冷却水が貯水されて
いる冷却水室42とが形成されている。

ガス化剤供給系は、酸素供給ライン30からの酸素の供給
量を調節する酸素調節弁31と、水蒸気供給ライン33から
の蒸気の供給量を調節する蒸気調節弁34、酸素と蒸気と
が混合して形成されるガス化剤G_Rを各バーナ45a,45b,45
cまで供給するガス化剤供給ライン35a,35b,35cとを有し
て構成されている。

集塵系は、ガス化炉40内で生成された生成ガスを排気す
る生成ガス排気ライン51と、生成ガス中のチャーやダス
ト等を回収する集塵装置52とで構成されている。

脱硫系は、チャーやダスト等が回収された後の生成ガス
中の硫化水素等を除去する脱硫装置53で構成されてい
る。

微粉炭Ｃは、圧力調節弁25により、供給ホッパ23内の圧
力がガス化炉40内の圧力より数kg/cm²高められた後、フ
ィーダ26により供給ホッパ23から定量排出され、搬送ガ
スG_Cでエジェクタ27および微粉炭搬送ライン28とを介し
て、ガス化炉系の分配器43に供給される。

分配器43に供給された微粉炭Ｃは、分配器43により分配
され、微粉炭分岐ライン44a,44b,44cを介してバーナ45
a,45b,45cに供給される。各バーナ45a,45b,45cには、ガ
ス化剤供給ライン35a,35b,35cからガス化剤G_Rも供給さ
れている。

バーナ45a,45b,45cに供給された微粉炭Ｃとガス化剤G_R
は、ガス化炉40の燃焼室41内に突出しているバーナ45a,
45b,45cの先端部で接触して、CO、H₂、CO₂等のガスを生
成する。

生成ガスは、生成ガス排気ライン51を介して、集塵装置
52に導かれ、生成ガス中のチャーやダスト等が回収され
た後、脱硫装置53により硫化水素等が除去されて、所定
のプラントにクリーンなガスとして供給される。

燃焼制御は、ロードセル24により供給ホッパ23の重量変
化から現状の微粉炭供給量を予測するとともに、微粉炭
搬送ライン28の差圧レベルを測定し微粉炭Ｃの概略の供
給量を求めて、フィーダ26の回転数や供給ホッパ23内の
圧力を変えることにより、行われている。

燃焼制御については、この他に、特開昭61−55518号公
報に記載されたものがある。

この制御方法は、微粉炭Ｃの燃焼時における火炎の所定
の輝度分布を観察して、火炎の着荷安定性を定性的にと
らえて微粉炭Ｃの供給量やガス化剤G_Rの供給量を制御す
るものである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、例えば、供給ホッパ23とガス化炉40との
圧力バランスが何らかの原因により崩れて、微粉炭Ｃの
供給量が変化した場合、前者の方法では、ロードセル24
による測定は、微粉炭供給量が安定するまでは現状の微
粉炭供給量を把握できず、供給量の決定に時間がかか
る。また、微粉炭搬送ライン28の差圧レベルから微粉炭
Ｃの供給量を求めても適確に微粉炭Ｃの供給量を把握で
きない。

また、後者の方法では、火炎の着火安定性については、
定性的にとらえることができるが、微粉炭Ｃの供給量や
ガス化剤G_Rの供給量まで、定性的にとらえることができ
ない。

したがって、何らかの原因により微粉炭Ｃの供給量が変
化した場合、微粉炭Ｃの供給量やガス化剤の供給量を素
早く適確にとらえることができないので、燃料やガス化
剤の供給量の調節が遅れてしまい、燃焼状態が一時的に
悪化することがあり、燃焼設備を継続的に安定運転する
ことができない場合があるという問題点がある。

微粉炭等の粉末固体燃料以外の液体燃料、スラリー燃
料、ガス燃料等を燃焼させる燃焼設備では、燃料の供給
量を随時適確に測定できるので、上記のような問題はな
い。しかし、このような燃焼設備においても、燃料の燃
焼状態に基づいて燃料や酸素の供給量を適切に調整する
ことにより、常に燃焼状態を良好に保ち、より継続的に
安定運転できることが望まれている。

本発明の目的は、粉末固体燃料の供給量が何らかの原因
により変化した場合でも、粉末固体燃料や酸素の供給量
を適確に素早く調節して継続的に安定運転することがで
きる燃焼制御方法、燃焼設備を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、微粉炭等の粉末固体燃料以
外の液体燃料、スラリー燃料、ガス燃料等を燃焼させる
ものにおいても、燃料の燃焼状態に基づいて燃料や酸素
の供給量を適切に調整することにより、安定運転をより
継続的に行うことができる燃焼制御方法、燃焼設備を提
供することにある。

さらに、前記燃焼制御方法の実施に適している燃料と酸
素の供給量比検出方法、火炎監視型バーナおよび火炎監
視システムを提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するための燃焼制御方法にかかる発明
は、燃焼炉に供給する燃料と酸素との供給量を調節して燃焼
状態を制御する燃焼制御方法において、予め、燃料と酸素との供給量比と、前記燃料の燃焼にお
ける火炎の所定の輝度の分布量との相関関係を把握して
おき、前記燃料を燃焼させた際、火炎の前記所定の輝度
の分布量を測定し、測定した火炎の前記所定の輝度の分
布量と前記相関関係とにより、前記燃料と前記酸素との
供給量比を算出し、算出した前記供給量比に基づき、前
記燃料と前記酸素とのうち少なくとも一方の供給量を調
節することを特徴とするものである。

前記目的を達成するための燃焼設備にかかる発明は、燃料を燃焼させる燃焼炉を備えた燃焼装置において、燃料と該燃料とともに前記燃焼炉に供給する酸素との供
給量比と、燃焼時における火炎の所定の輝度の分布量と
の相関関係を記憶しておく記憶手段と、火炎の前記所定
の輝度の分布量を検出する輝度分布量検出手段と、検出
された前記所定の輝度の分布量と前記相関関係とによ
り、前記燃料と前記酸素との供給量比を算出する供給量
比算出手段と、算出された前記供給量比に基づき、前記
燃料と前記酸素とのうち少なくとも一方の供給量を調節
する供給量調節手段とを有することを特徴とするもので
ある。

燃焼設備にかかる他の発明は、粉末固体燃料を加圧状態で貯蔵することができるホッパ
と、該ホッパから前記粉末固体燃料を排出するフィーダ
と、前記ホッパから排出された前記粉末固体燃料を分配
する分配器と、分配された粉末固体燃料を噴出する複数
のバーナと、噴出した前記粉末固体燃料が燃焼する燃焼
炉とを備えている燃焼設備において、前記バーナに供給する前記粉末固体燃料と酸素との供給
量比と、燃焼時における火炎の所定の輝度の分布量との
相関関係を記憶しておく記憶手段と、複数の前記バーナ
における火炎の前記所定の輝度の火炎の分布量を検出す
る輝度分布量検出手段と、検出されたそれぞれの前記所
定の輝度の分布量と前記相関関係とにより、それぞれの
前記粉末固体燃料と前記酸素との供給量比を算出する供
給量比算出手段と、算出されたそれぞれの供給量比に基
づき、前記フィーダの駆動量、前記ホッパ内の圧力、ま
たは前記酸素の供給量のうち、少なくともいずれか一つ
を調節する調節手段とを有することを特徴とするもので
ある。

なお、前記燃焼設備には、算出されたそれぞれの前記供
給量比に基づき、前記分配器から複数の前記バーナに供
給されるそれぞれの前記粉末固体燃料の分配量を調節す
る分配量調節手段を有することが好ましい。

また、前記分配器がガス流により前記粉末固体燃料を分
配する場合においては、前記分配量調節手段は、前記ガスの流量を調節するガス
流量調節手段であることが好ましい。

前記燃焼制御方法の実施に適している火炎監視型バーナ
にかかる発明は、噴出する燃料の燃焼により形成する火炎を監視するため
の火炎監視窓を形成し、前記火炎監視窓を介して前記火
炎の像を取り込む火炎像取込み手段を設けたことを特徴
とするものである。

ここで、火炎像取込み手段は、ファイバスコープにより
実現することができる。

また、火炎監視型バーナは、前記火炎監視窓に、前記火
炎から前記火炎像取込み手段を保護し光透過性を有する
保護板が設けられ、前記保護板の外側表面に、ガスを供
給するガス供給手段を有することを特徴とするものでも
よい。

この際、前記ガス供給手段は、前記保護板の前記外側表
面における前記ガスの流速を1.5m/s以上にすることがで
きることが好ましい。

前記燃焼制御方法の実施に適している火炎監視システム
にかかる発明は、前記火炎監視型バーナを備え、前記火炎像取込み手段に
より取り込まれた前記火炎の像に基づき、火炎の所定の
輝度の分布量を算出する輝度分布量算出手段を有するこ
とを特徴とするものである。

前記火炎監視システムには、さらに、前記燃料と該燃料
に反応する酸素との燃焼炉内への供給量比と、燃焼時に
おける火炎の所定の輝度の分布量との相関関係を記憶し
ておく記憶手段と、前記輝度分布量算出手段により算出
された前記所定の輝度の分布量と前記相関関係とによ
り、前記燃料と前記酸素との供給量比を算出する供給量
比算出手段とを有することが好ましい。

［作用］燃焼炉内には、燃料と酸素とが一定の割合で供給され、
燃料は燃焼する。燃料の燃焼により形成される火炎の所
定の輝度の分布量は、輝度分布量検出手段により、検出
される。

前記所定の輝度の分布量は、供給している燃料と酸素と
の供給量比との間に、一定の相関関係を有している。

記憶手段には、この相関関係が記憶されている。

供給量比算出手段では、検出された前記所定の輝度の分
布量と、記憶手段に記憶されている前記相関関係とによ
り、燃料と酸素との供給量比が算出される。

供給量調節手段は、算出された供給量比に基づき、燃料
または酸素のうちいずれか一方の供給量が、直ちに、調
節される。

したがって、何らかの原因により燃料の供給量が変化し
た場合でも、燃料や酸素の供給量を適確に素早く調節し
て、常に良好な燃焼状態を得ることができる。

また、分配量調節手段を有するものでは、算出手段によ
り算出された複数のバーナから噴出するそれぞれの供給
量比に基づき、粉末固体燃料の分配量が調節されるの
で、各バーナには均等に粉末固体燃料が供給される。し
たがって、各バーナで形成される火災は、均等に形成さ
れ、燃焼炉内には、良好な旋回流が得られる。

火炎像取込み手段を有する火炎監視用バーナは、自らが
噴出する燃料の燃焼により形成する火炎を、火炎元から
観察することができ、燃料の燃焼状態を適確に把握する
ことができる。特に、燃焼設備が複数のバーナを備えて
いる場合には、他のバーナにより形成される火炎の影響
が少なく、火炎監視用としては非常に適している。

供給量比算出手段を備えた火炎監視システムでは、輝度
分布量算出手段により、燃焼時における火炎の所定の輝
度の分布量が算出されるので、この輝度の分布量から燃
焼状態を把握することができる。また、供給量比算出手
段により、現状の燃料と酸素との供給量比を素早くかつ
適確に把握することができる。

［実施例］以下、第１図〜第11図に基づき本発明の一実施例につい
て説明する。

なお、本実施例を説明するにつき、従来技術のものと同
一部位については、同一符号を付し、その説明を省略す
る。

本実施例の燃焼設備は、従来技術のものと同様に、微粉
炭Ｃを高温気流中でガス化剤（酸素、水蒸気）と反応さ
る噴流層ガス化方式により、石炭のガス化を行うもので
あり、第１図に示すように、石炭供給系と、ガス化剤供
給系と、ガス化炉系と、集塵系と、脱硫系とから構成さ
れている。

石炭供給系は、前述したように、常圧ホッパ21、加圧ホ
ッパ22、供給ホッパ23、重量測定用のロードセル24、供
給ホッパ23内の圧力を調節する圧力調節弁25、フィーダ
26、エジェクタ27、および微粉炭搬送ライン28と、微粉
炭Ｃを搬送するためエジェクタ27に供給する搬送ガスG_C
の流量を調節する搬送ガス流量調節弁29とを有して構成
されている。

フィーダ26は、供給ホッパ23の気密性を保つためにロー
タリーバルブ型のものが用いられており、接続されてい
る図示されていない駆動用モータの回転数を変えること
により、微粉炭Ｃの排出量を変えることができる。

ガス化剤供給系は、酸素調節弁31、蒸気調節弁34、ガス
化剤供給ライン35a,35b,35cとを有して構成されてい
る。

ガス化炉系は、ガス化炉40、分配器43、分岐ライン44a,
44b,44c、スラグホッパ46、および、分配器43に供給す
る分配用ガスG_Dの流量を調節する分配用ガス流量調節弁
47と、火炎取込み手段を形成するファイバスコープ100
が内蔵されている火炎監視型バーナ80a,80b,80cと、火
炎監視型バーナ80a,80b,80cで取り込まれた火炎像を処
理する画像処理システム60とを有して構成されている。

分配器43は、器内に形成される分配用ガスG_Dの旋回流に
より微粉炭Ｃを分配するもので、供給される分配用ガス
G_Dの流量を変えることにより、微粉炭Ｃの分配量を変え
ることができる。

火炎監視型バーナ80a,80b,80cには、第２図〜第４図に
示すように、外筒81内に冷却水流通室82が形成されてお
り、その内側にガス化剤噴出筒85、さらにその内側に燃
料噴出筒90が設けられている。

ガス化剤噴出筒85の先端部には、ガス化剤吹き出し孔87
が形成されているノズルチップ86が設けられ、後端部に
は、ガス化剤供給ライン35aが接続されている。また、
燃料噴出筒90の先端部には、燃料吹き出し孔91が形成さ
れている。燃料噴出筒90の後端部には、分岐ライン44a
に接続されている。

冷却水流通室82には、冷却水流入管75と接続されガス化
剤噴出筒85に接している冷却水入口側流路83と、冷却水
流出管76と接続され外筒81に接している冷却水出口側流
路84とが、形成されている。

冷却水出口側流路84内には、保護管92で覆われているフ
ァイバスコープ100が挿入されている。

ファイバスコープ100は、第４図に示すように、５万本
の光ファイバが束に成って形成されている光ファイバ束
101と、視野角度が45°±５°得られる対物レンズ102
と、光ファイバ束101と伝送ケーブル61aとをつなぐ図示
されていない接続コネクタと、光ファイバ束101と対物
レンズ102とを覆うイメージガイド103とを有して構成さ
れている。

接続コネクタには、伝送ケーブル61aを取り外すことに
より、そこに接眼レンズを取付けることができるように
なっている。

外筒81の先端部におけるファイバスコープ100の対物レ
ンズ102に該当する位置には、対物レンズ102を保護し石
英ガススで形成されている保護板93と、火炎監視用窓94
が形成され保護板93を固定する保護板押さえ95が設けら
れている。

保護管92の後端部には、保護管92内にパージガスG_Pを供
給するパージガス配管77が接続されている。また、保護
管92の先端部には、パージガスG_Pを保護板93の外側表面
96に供給するためのガスパージ孔97,97,…が穿設されて
いる。

なお、ファイバスコープ100およびその保護管92は、第
５図に示すように、冷却水流通室82の冷却水出口側流路
84側ではなく、冷却水入口側流路83側に設けてもよい。

画像処理システム60は、火炎監視型バーナ80a,80b,80c
のファイバスコープ100,100,100により取り込まれる像
を撮像する固体撮像カメラ62a,62b,62cと、光ファイバ
束101,101,101と固体撮像カメラ62a,62b,62cとをつなぐ
伝送ケーブル61a,61b,61cと、固体撮像カメラ100により
得られた画像を解析する画像解析装置63と、画像解析装
置63により処理された画像を映し出すモニターテレビ69
と、画像処理装置63により解析されたものに基づき制御
信号を出力する制御装置68とを有して構成されている。

一般的に、固体撮像カメラ62a,62b,62cにより得られた
画像から輝度分布を求めると、第６図に示すような輝度
分布曲線が得られる。

第６図における横軸は輝度を示しており、縦軸は画素数
つまり輝度の頻度を表している。なお、本図中、輝度０
〜20は視野外のもので、150〜200が火炎の輝度分布を表
している。

また、火炎の輝度の頻度数が最大となるピーク値輝度の
頻度数は、ガス化炉40に供給する酸素と微粉炭Ｃとの供
給量比（酸素量／微粉炭量）に対して、第７図に示すよ
うに、供給量比が大きくなるとピーク値輝度の頻度数が
増加するという相関関係がある。

なお、ピーク値輝度以外の輝度の頻度数においても供給
量比と同様な相関関係を有するが、測定の容易さを考慮
し、ここでは、ピーク値輝度の頻度数を用いている。ま
た、参考として、ピーク値輝度と供給量比との関係を本
図中に破線を用いて示したが、相関関係は、ほとんど見
られない。

また、分配器43には、分配用ガスG_Dの供給量と各バーナ
に供給される微粉炭Ｃの分配量の偏差とに、第８図に示
すような相関関係がある。

画像解析装置63は、固体撮像カメラ62a,62b,62cにより
得られた画像を一時的に記憶しておく画像記憶部64と、
ピーク値輝度の頻度数と供給量比との相関関係である供
給量比情報と、分配用ガスG_Dの供給量と微粉炭Ｃの分配
量の偏差と相関関係である分配量偏差情報とを記憶して
おく相関関係記憶部65と、ピーク値輝度のの分布量であ
る頻度数を求める輝度分布量算出部66と、前記供給量比
情報とピーク値輝度の頻度数とから供給量比を算出する
供給量比算出部67とを有して構成されている。

制御装置68は、算出された供給量比に基づき、圧力調節
弁25、フィーダ26、搬送ガス流量調節弁29、分配用ガス
流量調節弁47、酸素調節弁31、蒸気調節弁34に、制御信
号を出力することができる。

集塵系は、生成ガス排気ライン51と、集塵装置52とで構
成されている。

脱硫系は、脱硫装置53で構成されている。

なお、本実施例において、輝度分布量検出手段は、ファ
イバスコープ100と、伝送ケーブル61a,61b,61cと、固体
撮像カメラ62a,62b,62cと、画像記憶部64と、輝度分布
量算出部とで構成されている。

また、供給量調節手段は、制御装置68、圧力調節弁25、
フィーダ26、搬送ガス流量調節弁29、分配用ガス流量調
節弁47、酸素調節弁31、蒸気調節弁34とを有して構成さ
れている。

火炎監視システムは、ファイバスコープ100と画像処理
システム60とで構成されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

石炭は、図示されていない粉砕機により粉砕分級されて
微粉炭Ｃとなり、常圧ホッパ21に供給される。微粉炭Ｃ
は、加圧ホッパ22を介して供給ホッパ23からフィーダ26
により定量排出される。供給ホッパ23内の圧力は、この
時、圧力調節弁25によりガス化炉40内の圧力より数kg/c
m²高められている。

供給ホッパ23から排出された微粉炭Ｃは、エジェクタ27
内に吹き込む搬送ガスG_Cにより、微粉炭搬送ライン28を
通り、分配器43に供給される。

分配器43に供給された微粉炭Ｃは、分配用ガスG_Dと搬送
ガスG_Cとにより形成される旋回流により、ほぼ３等分さ
れ、微粉炭分岐ライン44a,44b,44cを介して、バーナ80
a,80b,80cに供給される。

一方、ガス化剤G_Rは、酸素調節弁31と蒸気調節弁34との
弁開度が調節され、酸素と蒸気との混合比が適切な値に
調節されて、ガス化剤供給ライン35a,35b,35cを介し
て、バーナ80a,80b,80cに供給される。

バーナ80a,80b,80cに供給された微粉炭Ｃは、燃料噴出
筒90を通り燃料吹き出し孔91から、ガス化炉40の燃焼室
41に噴出される。また、ガス化剤G_Rは、ガス化剤噴出筒
85を通りノズルチップ86のガス化剤吹き出し孔87から噴
出される。

バーナ80a,80b,80cには、微粉炭Ｃとガス化剤G_Rの他
に、冷却水ＷとパージガスG_Pとが供給されている。

冷却水Ｗは、冷却水流入管75から冷却水流通室82に供給
され、冷却水入口側流路83、冷却水出口側流路84を通
り、冷却水流出管76から排出される。冷却水Ｗは、冷却
水流通室82を通っている間に、外筒81やファイバスコー
プ100の保護管92と熱交換して、バーナ80a,80b,80c本体
やファイバスコープ100等を燃焼熱から保護している。

パージガスG_Pは、パージガス配管77から保護管92に供給
され、保護管92内、ガスパージ孔97,97,…を通って、保
護板93の外側表面96にパージされて、ガス膜を形成して
いる。保護管92には、ガス膜の流速が2.5m/sになるよう
にパージガスG_Pが供給されている。

ガス膜流速についての試験を行ったので、これについて
説明する。

微粉炭Ｃの供給量を10kg/h、酸素の供給量を2kg/hとし
て一定に保ち、ガス膜流速を変化させた際の固体撮像カ
メラで得られる火炎全体の平均輝度について調べた。

ガス膜流速が、1.5m/s以下になると、第９図に示すよう
に、平均輝度が急激に下がり、火炎の監視ができなくな
る。これは、保護板93の外側表面96にダスト等が付着し
て、保護板93が曇ってくるためである。また、1.5m/s以
上の流速が得られていれば、一定の平均輝度を保つこと
ができる。

したがって、本実施例では、ガス膜流速が2.5m/sになる
ようにパージガスG_Pを供給しているので、常に、鮮明な
火災像を得ることができるとともに、火炎像を同一条件
で監視することができる。

ガス化炉40の燃焼室41に噴出したガス化剤G_Rと微粉炭Ｃ
は、互いに接触して燃焼し、CO、H₂、CO₂等のガスとな
る。

生成ガスは、生成ガス排気ライン51を介して、集塵装置
52に導かれ、生成ガス中のチャーやダスト等が回収され
た後、脱硫装置53により硫化水素等が除去されて、所定
のプラントにクリーンなガスエネルギーとして供給され
る。

燃焼制御は、燃焼により形成する火炎の像が各火炎監視
型バーナ80a,80b,80cのファイバスコープ100により取り
込まれ、この火炎像に基づき行われる。

各バーナ80a,80b,80cから噴出する燃料により形成する
火炎の像は、それぞれのバーナ80a,80b,80cに設けられ
ているファイバスコープ100により取り込まれるので、
他のバーナにより形成される火炎の像の影響が少なく、
火炎像を画像解析する上で、一つのバーナにより形成さ
れる火炎の像を適確に把握することができる。

火炎像は、ダスト等の付着がほとんどない保護板93を介
してファイバスコープ100の対物レンズ102に入射し、光
ファイバ束101、伝送ケーブル61を通り、それぞれの固
体撮像カメラ62a,62b,62cにより撮像される。

撮像された火炎像は、画像解析装置63の画像記憶部63に
記憶され、輝度分布量算出部66により前記ピーク値輝度
の頻度数が求められる。

供給量比算出部67では、相関関係記憶部65に記憶されて
いる第７図に示すような前記供給量比情報と、求められ
た前記ピーク値輝度の頻度数とから、各バーナ80a,80b,
80cから噴出する酸素と微粉炭Ｃとの供給量比が算出さ
れる。

さらに、供給量比算出部67では、算出された供給量比か
ら分配器43による微粉炭Ｃの分配量の偏差が求められ、
第８図に示すような前記分配量偏差情報に基づき、分配
量の偏差が最小になる分配用ガスG_Dの供給量が算出され
る。

モニターテレビ69には、火炎の画像や算出された供給量
比等が、出力される。

制御装置68は、算出された供給量比に基づき、圧力調節
弁25、フィーダ26、搬送ガス流量調節弁29、酸素調節弁
31、蒸気調節弁34に、制御信号を出力するとともに、算
出された分配用ガスG_Dの供給量に基づき、分配用ガス流
量調節弁47に制御信号を出力する。圧力調節弁25、フィ
ーダ26、搬送ガス流量調節弁29、酸素調節弁31、蒸気調
節弁34、分配用ガス流量調節弁47は、それぞれの制御信
号に基づき、弁開度または回転数が調節されて、各バー
ナ80a,80b,80cに供給される微粉炭Ｃの供給量とガス化
剤G_Rの供給量とを調節する。

この際、例えば、各バーナ80a,80b,80cでのそれぞれの
供給量比が一定であるが、全体の供給量比が設定値と異
なっている場合には、供給ホッパ23からの微粉炭Ｃの供
給量が全体のガス化剤供給量に対して、少ないかまたは
多いかが判断され、フィーダ26の回転数または圧力調整
弁25の弁開度が調節され、供給ホッパ23からの微粉炭Ｃ
の供給量が調節される。

また、全体の供給量比が設定値と一致しているが、各バ
ーナ80a,80b,80cでのそれぞれの供給量比が異なってい
る場合には、各バーナ80a,80b,80cに供給される微粉炭
Ｃの分配量の偏差が大きいと判断され、均等に微粉炭Ｃ
が各バーナ80a,80b,80cに供給されるように、分配用ガ
ス流量調節弁47の弁開度が調節される。

分配器43から各バーナ80a,80b,80cに供給される微粉炭
Ｃの供給量の変化について試験を行ったので、これにつ
いて説明する。

この試験は、微粉炭供給量15kg/h、酸素供給量12kg/h、
全体の供給量比0.8、搬送用ガス流量1.0kg/hという条件
で、分配用ガス流量を変えて行った。

分配用ガス流量を1.0kg/hとした場合には、第11図に示
すように、各バーナ80a,80b,80cのピーク値輝度の頻度
数から、それぞれの供給量比は、順に、0.72、0.92、0.
74と算出された。

この際、各バーナ80a,80b,80cにおいて形成される火炎
は、不均等に形成されていた。

また、分配用ガス流量を0.5kg/hとした場合には、第10
図に示すように、各バーナ80a,80b,80cのピーク値輝度
の頻度数から、それぞれの供給量比は、順に、0.79、0.
79、0.82と算出された。

このように、分配用ガス流量を適切に調節することによ
り、分配器43から各バーナ80a,80b,80cに供給される微
粉炭Ｃの供給量をほぼ均等にすることができる。

微粉炭Ｃの供給量とガス化剤G_Rの供給量との調節は、各
バーナ80a,80b,80cの火炎像に基づき、直ちに微粉炭Ｃ
の供給量とガス化剤G_Rの供給量とが算出され、適確にか
つ素早く調節される。また、各バーナ80a,80b,80cに供
給される微粉炭Ｃの量を均等にすることができ、均等な
火炎を得ることができる。

したがって、各バーナ80a,80b,80cおいて均等な火炎を
得ることができるので、ガス化炉40内に良好な旋回流を
得ることができるとともに、燃料の燃焼状態を常に良好
な状態に保つことができ、設備を継続的に安定運転する
ことができる。

なお、本実施例の脱硫装置53の下流側に燃料電池を設
け、発電システムとしてもよい。

また、本実施例は、微粉炭Ｃのガス化炉に適用したもの
であるが、ボイラに適用してもよく、その際には、ボイ
ラで発生する熱エネルギーで駆動するタービンと、ター
ビンの駆動により発電する発電機とを本装置に接続し
て、前述と同様に、発電システムとしてもよい。

また、本発明は、微粉炭Ｃのような粉末固体燃料を燃焼
する燃焼設備に限定されるものではなく、液体燃料、ス
ラリー燃料、ガス燃料を燃焼する燃焼設備に適用しても
よい。この際にも、予め、燃焼させる燃料と酸素との供
給量比とピーク値輝度の頻度数との相関関係を調べてお
く必要がある。

このような燃焼設備では、燃料の燃焼に形成される火炎
の像に基づいて燃料や酸素の供給量を適切に調整するこ
とにより、常に燃焼状態を良好に保ち、より継続的に安
定運転を行うことができる。

［発明の効果］本発明によれば、粉末固体燃料の供給量が何らかの原因
により変化した場合でも、粉末固体燃料と酸素との供給
量比を適確に素早く把握することができるとともに、調
節することができるので、良好な燃焼状態を常に維持す
ることができ、継続的に安定運転を行うことができる。

また、微粉炭等の粉末固体燃料以外の液体燃料、スラリ
ー燃料、ガス燃料等を燃焼させるものにおいても、火炎
像に基づき燃料や酸素の供給量を適切に調整することに
より、常に燃焼状態を良好に保ち、より継続的に安定運
転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃焼設備の系統図、第２図は火炎監視型バーナ
の全体断面図、第３図は火炎監視型バーナの正面図、第
４図は火炎監視型バーナの要部断面図、第５図は他の火
炎監視型バーナの構造説明図、第６図は火炎の輝度分布
を表すグラフ、第７図はピーク値輝度の頻度と供給量比
との関係を表すグラフ、第８図は分配量の偏差と分配用
ガスの供給量との関係を表すグラフ、第９図はガス膜流
速と平均輝度との関係を表すグラフ、第10図および第11
図は分配用ガスの供給量比を変えた際の各バーナの供給
量比を説明するための説明図、第12図は従来の燃焼設備
の系統図である。 23……供給ホッパ、24……ロードセル、25……圧力調節
弁、26……フィーダ、27……エジェクタ、28……微粉炭
搬送ライン、29……搬送ガス流量調節弁、31……酸素調
節弁、34……蒸気調節弁、ガス化炉……40、41……燃焼
室、43……分配器、47……分配用ガス流量調節弁、60…
…画像処理システム、62a,62b,62c……固体撮像カメ
ラ、63……画像解析装置、65……相関関係記憶部、66…
…輝度分布量算出部、67……供給量比算出部、68……制
御装置、69……モニターテレビ、80a,80b,80c……火炎
監視型バーナ、92……保護管、93……保護板、94……火
炎監視用窓、100……ファイバスコープ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植田昭雄東京都千代田区大手町２丁目６番２号バブコック日立株式会社内 (56)参考文献特開平１−269820（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−76759（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼炉に供給する燃料と酸素との供給量を
調節して燃焼状態を制御する燃焼制御方法において、予め、燃料と酸素との供給量比と、前記燃料の燃焼によ
り形成する火炎の所定の輝度の分布量との相関関係を把
握しておき、前記燃料を燃焼させた際、火炎の前記所定の輝度の分布
量を測定し、測定した前記所定の輝度の分布量と前記相関関係とによ
り、前記燃料と前記酸素との供給量比を算出し、算出した前記供給量比に基づき、前記燃料と前記酸素と
のうち少なくとも一方の供給量を調節することを特徴と
する燃焼制御方法。
【請求項２】燃焼炉に供給する燃料と酸素との供給量比
を検出する燃料と酸素の供給量比検出方法において、予め、燃料と酸素との供給量比と、前記燃料の燃焼によ
り形成する火炎の所定の輝度の分布量との相関関係を把
握しておき、前記燃料を燃焼させた際、火炎の前記所定の輝度の分布
量を測定し、測定した前記所定の輝度の分布量と前記相関関係とによ
り、前記燃料と前記酸素との供給量比を算出することを
特徴とする燃料と酸素の供給量比検出方法。
【請求項３】燃料を燃焼させる燃焼炉を備えた燃焼装置
において、燃料と該燃料とともに前記燃焼炉に供給する酸素との供
給量比と、燃焼時における火炎の所定の輝度の分布量と
の相関関係を記憶しておく記憶手段と、火炎の前記所定の輝度の分布量を検出する輝度分布量検
出手段と、検出された火炎の前記所定の輝度の分布量と前記相関関
係とにより、前記燃料と前記酸素との供給量比を算出す
る供給量比算出手段と、算出された前記供給量比に基づき、前記燃料と前記酸素
とのうち少なくとも一方の供給量を調節する供給量調節
手段とを有することを特徴とする燃焼設備。
【請求項４】粉末固体燃料を加圧状態で貯蔵することが
できるホッパと、該ホッパから前記粉末固体燃料を排出
するフィーダと、前記ホッパから排出された前記粉末固
体燃料を分配する分配器と、分配された粉末固体燃料を
噴出する複数のバーナと、噴出した前記粉末固体燃料が
燃焼する燃焼炉とを備えている燃焼設備において、前記バーナに供給する前記粉末固体燃料と酸素との供給
量比と、燃焼時における火炎の所定の輝度の分布量との
相関関係を記憶しておく記憶手段と、複数の前記バーナにおける火炎の前記所定の輝度の分布
量を検出する輝度分布量検出手段と、検出されたそれぞれの火炎の前記所定の輝度の分布量と
前記相関関係とにより、それぞれの前記粉末固体燃料と
前記酸素との供給量比を算出する供給量比算出手段と、算出されたそれぞれの供給量比に基づき、前記フィーダ
の駆動量、前記ホッパ内の圧力、または前記酸素の供給
量のうち、少なくともいずれか一つを調節する調節手段
とを有することを特徴とする燃焼設備。
【請求項５】算出されたそれぞれの前記供給量比に基づ
き、前記分配器から複数の前記バーナに供給されるそれ
ぞれの前記粉末固体燃料の分配量を調節する分配量調節
手段を有することを特徴とする請求項４記載の燃焼設
備。
【請求項６】前記分配器がガス流により前記粉末固体燃
料を分配する場合においては、前記分配量調節手段は、前記ガスの流量を調節するガス
流量調節手段であることを特徴とする請求項５記載の燃
焼設備。
【請求項７】燃料の燃焼により形成する火炎の所定の輝
度の分布量を検出する輝度分布量検出手段と、前記燃料と該燃料に反応する酸素との供給量比と、火炎
の前記所定の輝度の分布量との相関関係を記憶しておく
記憶手段と、検出された火炎の前記所定の輝度の分布量と前記相関関
係とにより、前記燃料と前記酸素との供給量比を算出す
る供給量比算出手段とを有することを特徴とする火炎監
視システム。
【請求項８】請求項７記載の火炎監視システムと、前記
燃料が燃焼する燃焼炉とを備えていることを特徴とする
燃焼設備。