JPS58137744A - 不完全燃焼灰中の残炭量測定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｅ
ＣハＳｉ［）！−ＡｌｅＯｍ　＊ｉ’Ｅｅ２１Ｏｓ・、
　Ｃ，ＪＬＣ）、、　ＭＥ　Ｏ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っても異るが、
大体０．５〜２０チ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、うかゾい知
ることができる。灰と一緒に失われる石炭はコストにし
てかなりのもり〕である。例えば年間当りの稼働が６０
００時間で消費比が２．６で石炭価格がトン当り６０Ｕ
Ｓ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。従って残活性灰中
の残炭量的１０９６に相当する１チの石炭ロスは、年間
６０万ＵＳドルにもなるのである。

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。従っ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。従って仮にデ
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、石炭口・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って
形成される電界中に残活性灰を供給し、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っている石炭が良
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＼で間に距離
り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１１．１
２の厚さを有し、完全な導電体だとする。

体積要素ｄＡＸＤに対応する微小コンデンサーの容量ｄ
ｃ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。

”ｆｌｉ＝してあるからして式（１）は更に次のように
なる。

υ 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。

こ＼でしの＝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はシー次関
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りを体積比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
る空気によっても影響される。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っ
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っ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、これによっ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
校正信号形成ユニット４の信号処理器４３１比較回路４
ｂ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＼で校正信号形成ユニット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図く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などでもって、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２０）容量
、換言すれば測定下にある灰の残炭量によって左右され
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。従って増幅器の出力電圧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＼でＵｉは発振回路１１によって発生される
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＼で基準成圧源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６２８
１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４ｅが出力信号４ｆを
制御する。換言すれば電流伝送器３０は測定信号によっ
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ィ
ルター下狽ｌに設けた集版ファンネルをそなえた測定ユ
ニット１３を示す。

この測定ユニット１３には側壁３によって画定された縦
型測定室１を有した測定要素１２が設けられている。灰
はスクリュコンベアー３１の働キにより、サイロ８から
測定室ｌ上方のファンネル３２に運ばれ、入管７を通っ
て測定室ｌ内に落下供給される。測定室１底部に連通ず
る入管３３にはタイムリレー１６．によって制御される
振動体９ａが付設されており、灰を下側のスクリューコ
ンベアー３１３と導く働きをする。このスクリューコン
ベアー３１３は入管３３からの灰をサイロ８内に戻して
やるものである。このスクリューコンベアー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
導入側の入管７にもタイムリレー１６によって制御され
る振動体９が付設されていて、ファンネル３２から測定
室ｌ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、サイロからファンネル
３２へと灰が横に流れ、測定室ｌ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ｌとは灰
で満され、測定室ｌ内の灰の充填密度ははシ一定となり
、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。

入管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か発生
したことになる。

測定ユニット１３内に灰密度測定器３５を設けて、測定
室ｌ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を補正ユニット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＼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ｌ内に
設けてもよく、はたまた排出側の入管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ｌは縦型で側壁３によって画定された管状であっ
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、はシ一定密度で測定室ｌ内を通過する灰中
の石炭によって生ずるコンデンサー容量の変化を測定で
きるようになっている。

第９，１０図にこの発明の測定室ｌ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、測定室周壁にとりつけた支持アーム３４で
適宜中心軸状電極２ｂを支持してやり、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図に示す例にあっては櫛歯状の電極２ａ。

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って形成された″区界内を
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ック線図
、 第３図はその詳細構成を示すブロック線図、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９．１０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
号形成ユニット ７．３３・・・灰　管　　　　８・・・サイロ１１・・
・発振回路　　　　１２・・・測定要素１３・・・測定
ユニット　　３０・・・電流伝送器３２・・・ファンネ
ル　　　３５・・・密度測定器３６・・・補正ユニット 特許出願人　　カジャーニ　オーワイ

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、こり）結果
   得られた測定信号により灰中の残炭量を特定する こと全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Ｌ〔・１１．〕−項
   記載の方法。 〔３〕　　前記の測定−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。 ０　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。 印〕　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・しくけ〔
   ２〕項記載の方法。 ０　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ｖ！ｉ度の変化の
   効果を補正して、 最終的ｌこ得られる測定信号により灰の残炭量を唯−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
   ニット（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）が側壁によって画定され
   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。 〔］０〕　　前記の測定室（１）が縦型であって、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。 ０１〕　　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。 （資）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。 艶〕　更に補正ユニツ）（３６）が設けられていて、こ
   れが信号形成ユニット（４）によっ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ってくる誤差を除
   く ことを特徴とする特許請求の範囲第〔１３〕項記載の装
   置。 〔司　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。 〔］６〕　　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
   対向面に沿って通過する 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。