JPH09292338A - 炭種性状判別方法 - Google Patents

炭種性状判別方法

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JPH09292338A
JPH09292338A JP10760396A JP10760396A JPH09292338A JP H09292338 A JPH09292338 A JP H09292338A JP 10760396 A JP10760396 A JP 10760396A JP 10760396 A JP10760396 A JP 10760396A JP H09292338 A JPH09292338 A JP H09292338A
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Junichi Yoshimura
純一 吉村
Osamu Hatakeyama
治 畠山
Satoshi Sugawara
敏 菅原
Fumio Kutsukake
文夫 沓掛
Masatoshi Yokoyama
正敏 横山
Yasuo Saito
保雄 斎藤
Yoriyuki Tsunakawa
順之 綱川
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KET KAGAKU KENKYUSHO KK
Tohoku Electric Power Co Inc
Japan Tobacco Inc
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KET KAGAKU KENKYUSHO KK
Tohoku Electric Power Co Inc
Japan Tobacco Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】石炭の炭種性状の判別を自動化して非接触でリ
アルタイムに判別するとともに、オンライン上でも迷
光、粒度および温度等の影響を低減して精度良く判別す
る。 【解決手段】石炭の石炭化度を区分して各区分に炭種性
状判別値を対応させる。光学ヘッドAにより波長帯域が
1500nm〜2500nmに含まれる近赤外線をコン
ベア100上の石炭Cに照射し、石炭Cからの近赤外線
の反射光を受光する。コントローラBにより、吸光度変
換値を求め、吸光度変換値と予め設定した検量線とに基
づいて前記炭種性状判別値を求める。検量線の式は、石
炭化度の実測から炭種性状判別値が既知な石炭試料を用
い、コントローラBにより吸光度変換値と炭種性状判別
値から重回帰演算を行って係数を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭の炭種性状を
非接触で自動的に判別するための炭種性状判別方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】石炭の性状はそれを産出した場所によっ
て異なっており、炭質に応じて大きく分けると、無煙
炭、歴青炭、かっ炭の3種類に分類される。石炭は地質
時代の植物が堆積して地殻運動により繊維成分が脱水化
反応を起こし腐植化したものであるが、炭質がかっ炭、
歴青炭、無煙炭に移行するに従って腐植化の度合が進ん
で石炭化度が増加し揮発分は少なくなる傾向を示す。こ
のように、腐植化の度合により石炭の内容成分は変化
し、地域に応じて多種類の性状の石炭が形成される。こ
れまで石炭の性状については、色やにおい等だけでは正
確な判別ができないため、内容成分を化学分析して石炭
の炭種性状を判別していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、化学分析を行
うにはかなりの時間(3〜4日)と熟練が必要であり、
例えば、石炭を燃料とするボイラー等の供給ラインで炭
種を変更して燃焼調整を行う場合など、その場ですぐに
炭種性状を判別したい場合に問題があった。
【0004】また、中赤外線を利用して石炭の揮発分を
測定し、石炭の品質管理を自動化、連続化しようとする
試みもあるが、この方法は中赤外線を使用しているた
め、検出器の感度が低くS/N比が小さくなって測定精
度が悪い、水分等の吸収が強いため反射光が弱く、迷
光、粒度および湿度の影響が大きい、中赤外線は熱線領
域であり温度の影響が大きい等の問題がある。このた
め、例えば石炭を供給するオンライン上で測定するとき
は迷光、粒度等の影響を受けやすく精度よく炭種性状を
判別するには問題があった。
【0005】本発明は、石炭の炭種性状の判別を自動化
して非接触でリアルタイムに判別するとともに、オンラ
イン上でも迷光、粒度および温度等の影響を低減して精
度良く判別できるようにすることを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の炭種性状判別方法は、石炭の石炭化
度を区分して各区分に炭種性状判別値を対応させてお
き、近赤外線を石炭に照射するとともにこの石炭からの
近赤外線の反射光を受光し、該近赤外線の吸光度を求
め、該吸光度と予め設定された検量線とに基づいて前記
炭種性状判別値を求めるようにしたことを特徴とする。
【0007】なお、前記近赤外線の波長帯域を1500
nm〜2500nmに設定すると好ましい。
【0008】また、より好ましい具体例としては、前記
近赤外線を1つまたは複数の測定光と1つの参照光とし
て前記吸光度を該測定光と該参照光の比の対数値として
求めるとともに、前記検量線の式を前記炭種性状判別値
を従属変数および前記吸光度を独立変数とする1次結合
式とし、該1次結合式の係数をキャリブレーションによ
って設定して、前記対数値と該1次結合式から前記炭種
性状判別値を求めるとよい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。この例はボイラー等のエネルギー源として
石炭を使用する工程に用いたものである。このような工
程で炭種性状判別を行うことはエネルギーの供給を安定
的かつ効率的に維持するために非常に重要である。つま
り、エネルギー供給源の石炭をリアルタイムに炭種性状
判別することにより、異なった性状の石炭の供給量およ
びバーナーの空気量等の燃焼調整をコントロールするこ
とができ発熱量を精度良く一定レベルに保つことができ
る。なお、石炭の性状と発熱量の関係は石炭化度が進む
ほど発熱量が増加する傾向にある。つまり揮発分が少な
くなるほど熱量は増加する傾向にある。
【0010】図1は本発明を適用した炭種性状判別装置
を示す図であり、測定ヘッドAは、図示しないボイラー
に石炭Cを供給するコンベア100上に配設されてい
る。測定ヘッドAは近赤外線の測定光と参照光の光束を
生成してコンベア100上の石炭Cに照射するとともに
石炭Cからの反射光を検出し、その受光量に応じた信号
を出力する。そして、コントローラBは測定ヘッドAの
出力信号に基づいて炭種性状判別値を演算して表示す
る。
【0011】測定ヘッドAの光学系は、光源1、第1集
光レンズ2、ディスク回転用モータ3、回転ディスク
4、第2集光レンズ5、反射鏡6、凹面鏡7、凸面鏡8
および受光素子9を備えており、光源1からの光は第1
集光レンズ2で収束されて回転ディスク4に照射され
る。
【0012】図2に示したように、回転ディスク4には
波長帯域が1500nm〜2500nmの近赤外線領域
の所定の波長で狭帯域の透過特性をもつ干渉フィルタ4
1,4a2 ,4a3 ,…が取り付けられており、ディ
スク回転用モータ3によって回転ディスク4が回転され
ると各フィルタ4a1 ,4a2 ,4a3 ,…は第1集光
レンズ2と第2集光レンズ5の間の光路を順番に横切る
ようになっている。
【0013】回転ディスク4に照射された光は各フィル
タ4a1 ,4a2 ,4a3 ,…で近赤外線の測定光およ
び参照光となって反射鏡6を介して石炭Cに照射され
る。そして、石炭Cからの反射光は凹面鏡7で集光され
て凸面鏡8を介して受光素子9に導かれ、この受光素子
9は受光量に応じたレベルの電圧信号をコントローラB
に出力する。なお、回転ディスク4の近傍には回転ディ
スク4の回転位置を検出する回転位置検出器10が配設
されており、コントローラBは、この回転位置検出器1
0の検出信号によって各フィルタ4a1 ,4a2 ,4a
3 ,…の測定光および参照光に対応する電圧信号の種類
を識別する。
【0014】コントローラBは、AD変換回路11、C
PU12、メモリ13、表示器14および操作キー15
を備えており、測定ヘッドAからの電圧信号はAD変換
回路11で電圧値に対応するデジタルデータ(以後、受
光量データという。)に変換されてCPU12に読み取
られる。メモリ13には、吸光度換算、重回帰演算、炭
種性状判別演算、入力処理および表示処理等を行う各プ
ログラムが記憶されており、CPU12はこれらのプロ
グラムに基づいて処理を行う。
【0015】吸光度換算の処理では、AD変化回路11
から出力される受光量データから近赤外吸光度換算値を
求める。すなわち、測定光の受光量データSと参照光の
受光量データRの比S/Rの自然対数を近赤外吸光度換
算値Xとして求める。
【0016】本発明では、石炭の石炭化度に着目して炭
種性状判別を行うようにしており、この例では、次表1
のように石炭化度を区分して各区分に炭種性状判別値を
対応付けている。
【0017】
【表1】
【0018】そして、石炭化度が既知な複数サンプルの
石炭を用いてキャリブレーションを行う。すなわち、各
サンプルについて測定光の近赤外吸光度換算値ln(S
/R)を求め、各サンプル毎に対応する炭種性状判別値
を操作キー15で入力すると、重回帰演算の処理によ
り、そのときの各石炭に対応する炭種性状判別値を目的
変数、近赤外吸光度換算値を説明変数とする1次結合式
で重回帰演算を行い、検量線の式を次式(1)の重回帰
式として求める。
【0019】 Y=a0 +a1 1 +a2 2 +…+ai i …(1) Y:炭種性状判別値 X1 〜Xi :各測定光の近赤外吸光度換算値 a0 〜ai :係数
【0020】上記のようにキャリブレーションによって
得られた検量線の式の各係数a0 〜ai はメモリ13に
記憶され、コンベア100上の石炭Cについての近赤外
吸光度換算値を式(1)に代入して炭種性状判別演算を
行い、求められた炭種性状判別値Yを表示器14に表示
する。
【0021】図3は炭種性状判別値の異なる石炭試料に
ついて800nm〜2500nmの波長帯域の近赤外線
の吸光度を示す図であり、1500nm〜1900nm
の範囲においては炭種性状判別値が異なっていても吸光
度にあまり差異がなく、1900nm〜2500nmの
範囲において炭種性状判別値の差が吸光度の差となって
現れることが判明した。
【0022】このことから、測定光の波長を1900n
m〜2500nmの範囲に設定し、その測定光の吸光度
から炭種性状判別値を求めることにより、石炭の炭種性
状を判別できることが判る。また、参照光は測定対象に
ほとんど影響されないことが必要なので1500nm〜
1900nmの範囲の波長が参照光に適していることが
判る。
【0023】次に、上記炭種性状判別装置において干渉
フィルタ4a1 ,4a2 ,…の透過特性を選択すること
により測定光の波長を具体的に選定して石炭試料を対象
に行った実験例について説明する。なお、以下の実験で
用いた参照光の主波長は1680nmである。第1の実
験例は、微粉炭試料において測定光として主波長が23
00nmの近赤外線を用いた場合であり、この測定光の
近赤外吸光度換算値Xから次式(2)の検量線の式に基
づいて炭種性状判別値Yを求めたものである。なお、係
数(−0.616,−8.13)は実験に先立って重回
帰演算で求めたものである。
【0024】 Y=−0.616−8.13X …(2)
【0025】第1の実験例の測定結果を図4および次表
2に示す。なお、炭種性状判別値の炭種対応値とはその
炭種の前表1に示した石炭化度に対応する実測により得
られた炭種性状判別値であり、出力値は炭種性状判別装
置で出力表示された値である。
【0026】
【表2】
【0027】第2の実験例は、50mmアンダーふるい
試料において測定光として主波長が2200nmと23
00nmの2種類の近赤外線を用いた場合であり、主波
長2200nmの測定光の近赤外吸光度換算値X1 ,主
波長2300nmの測定光の近赤外吸光度換算値X2
ら次式(3)の検量線の式に基づいて炭種性状判別値Y
を求めたものである。なお、係数(0.069,−4
4.02,21.82)は実験に先立って重回帰演算で
求めたものである。
【0028】 Y=0.069−44.02X1 +21.82X2 …(3)
【0029】第2の実験例の測定結果を図5および次表
3に示す。
【0030】
【表3】
【0031】以上のように、本発明を適用した炭種性状
判別装置で表示された炭種性状判別値は炭種の実測によ
る炭種性状判別値に近い値となり、この表示された炭種
性状判別値から対象となる石炭の炭種を判別することが
できる。
【0032】また、本発明においては近赤外線を用いて
いるので、受光素子9の感度が高くS/N比も大きくな
って測定精度が良く、したがって、測定ヘッドAをオン
ライン上に設置しても迷光、粒度の影響を低減すること
ができる。また、近赤外線は熱線領域ではないので、温
度等の影響を低減することができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明の炭種性状判
別方法によれば、石炭の石炭化度を区分して各区分に炭
種性状判別値を対応させておき、近赤外線を石炭に照射
するとともにこの石炭からの近赤外線の反射光を受光
し、該近赤外線の吸光度を求め、該吸光度と予め設定さ
れた検量線とに基づいて前記炭種性状判別値を求めるよ
うにしたので、石炭の炭種性状の判別を自動化して非接
触でリアルタイムに判別するとともに、オンライン上で
も迷光、粒度および温度等の影響を低減して精度良く判
別することができる。
【0034】なお、実施例のように近赤外線の波長帯域
を1500nm〜2500nmに設定すると石炭の炭種
性状の判別にさらに有効である。
【0035】また、実施例のように、1つまたは複数の
測定光と1つの参照光から、測定光と参照光の比の対数
値を吸光度として求め、検量線の式を炭種性状判別値を
従属変数および吸光度を独立変数とする1次結合式と
し、この1次結合式の係数をキャリブレーションによっ
て設定して、吸光度である対数値と上記1次結合式から
炭種性状判別値を求めると、炭種性状の判別にさらに有
効となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した炭種性状判別装置を示す図で
ある。
【図2】本発明を適用した炭種性状判別装置の回転ディ
スクを示す図である。
【図3】炭種性状判別値の異なる石炭試料に対する近赤
外線の波長と吸光度の関係を示す図である。
【図4】第1の実験例の測定結果を示す図である。
【図5】第2の実験例の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
4a 干渉フィルタ 12 CPU 13 メモリ A 測定ヘッド B コントローラ C 石炭 100 コンベア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 治 宮城県宮城郡七ケ浜町代ケ崎浜字前島1番 地 (72)発明者 菅原 敏 宮城県宮城郡七ケ浜町代ケ崎浜字前島1番 地 (72)発明者 沓掛 文夫 東京都大田区南馬込1−8−1 (72)発明者 横山 正敏 宮城県仙台市青葉区二日町2−15 (72)発明者 斎藤 保雄 神奈川県平塚市黒部丘1番31号 日本たば こ産業株式会社生産技術開発センター内 (72)発明者 綱川 順之 東京都港区虎ノ門二丁目2番1号 日本た ばこ産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石炭の石炭化度を区分して各区分に任意
    に定めた炭種性状判別値を対応させておき、 複数の波長の異なった近赤外線を石炭に照射するととも
    にこの石炭からの近赤外線の反射光を受光し、 該近赤外線の吸光度を求め、 該吸光度と予め設定された検量線とに基づいて前記炭種
    性状判別値を求めるようにしたことを特徴とする炭種性
    状判別方法。
  2. 【請求項2】 前記近赤外線の波長帯域が1500nm
    〜2500nmであることを特徴とする請求項1記載の
    炭種性状判別方法。
  3. 【請求項3】 前記近赤外線を1つまたは複数の測定光
    と1つの参照光として前記吸光度を該測定光と該参照光
    の比の対数値として求めるとともに、前記検量線の式を
    前記炭種性状判別値を従属変数および前記吸光度を独立
    変数とする1次結合式とし、該1次結合式の係数をキャ
    リブレーションによって設定して、前記対数値と該1次
    結合式から前記炭種性状判別値を求めるようにしたこと
    を特徴とする請求項1または請求項2記載の炭種性状判
    別方法。
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