JPS5977226A - 微粉炭燃焼炉の制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は微粉炭燃焼炉の制御装置に係シ、特に、灰中未
燃分量と相関するラジカルの発光強度を検出する事で灰
中未燃分量を測定する方法を用いる燃焼炉の制御装置に
関する。

〔従来技術〕

石炭は窒素含有量が多く、燃焼時に発生する窒素酸化物
（以下ＮＯｘと記す。）の８０％近くが、燃料中窒素分
起因ＮＯｘ　（以下、フューエルＮＯｘと記す。）でア
シ、微粉炭燃焼炉では環境汚染物質として、特に、ＮＯ
ｘが問題となる。これに対して原重油やガス焚き彦ど従
来開発の進められて来た燃焼技術は、２段燃焼法ヤ排ガ
ス再循環法のように、燃焼温度を下げる事によシ、空気
中の窒素の酸化を抑制する、空気中窒素分起因１’ＪＯ
ｘ　（以下、サーマルＮＯｘと記す、。）対策に効果の
あるものが主流でめった。

石炭の熱分解時に気体として放出される窒素分の中には
、シアン化水素（ＨＣＮ）＆びアンモニア（ＮＨ，）と
なるものがオシ、これら窒素化合物は高温高酸素雰囲気
ではＮ　Ｏｘに酸化されるが、適当な反応温度を設定す
れば、酸素共存下で選択的にＮＯｘを還元し窒素（Ｎ２
　）とする性質をもつ。この性質を利用すれば、従来開
発されて来た２段燃焼を改良し、微粉炭燃焼の低ＮＯｘ
化を図る事ができ、元来ツ゛−マルＮＯｘ対策として開
発された２段燃焼をフューエルＮＯｘ対策用に改善した
微粉炭燃焼バーナ等が開発されつつある。

しかし、いずれも排ガス中Ｎ　Ｏｘ濃度を低下させるた
めに低温度あるいは低空気比で燃焼させている。そのた
め、燃焼灰中に未燃分量がもう一つのＪ１１境汚染物質
あるいは、省資源の面から問題となる。

この様に微粉炭燃焼炉では、排ガス中ＮＯｘ濃度と灰中
の未燃分量を把握し、最適燃焼状態として監視制御して
いく必要がある。

従来、排カス中のＮ　Ｏｘ濃度の把握には、実際に煙道
から排ガスを各種Ｎ　Ｏｘ計迄導いて来てＮｏｘｉ度を
測定していた。また、直接、煙道から測定計器への導入
が不可能な場合には、注射器状のサンブリング用シリン
ジ番用いて、煙道より排ガスを採集して来て各種ＮＯｘ
計のサンプル口に注入し、Ｎｏｘｐ度を測定していた。

まだ、灰中の未燃分量の測定は、直接、煙道から灰を採
集して来て、任意量の灰の重量を測定しておき、続いて
、その灰を酸素雰囲気下で完全燃焼（毎分ｉｏＣ〜２０
ｒ昇温で、８５０Ｃ迄加熱。

燃焼）させ、再び重量を測定する。そして、完全燃焼前
の灰の重量から完全燃焼後の灰のｉｆｆ　、ｌを差し引
いて灰中の未燃分量を算出する方法であシ、示差熱天秤
等を用いて行なう、非常に工程が多く時間のかかるもの
であった。

排ガス中のＮＯｘ　濃度及び灰中の未燃分量の他の環境
汚染物質等成分の監視には、−酸化炭素（ＣＯ）濃度、
酸素（０２）濃度、亜硫酸ガス（ＳＯｘ）濃度等がある
。しかし、いずれの監視成分に関しても、実際には、煙
道かられ１ガスを導いて来ているために、急激な燃焼状
態の変化には対応しきれるものではない。従って、急激
な燃焼状態の変化に充分に対応出来て、しかも、より正
確な燃焼状態の監視を行なうには火炎自体の観察による
監視の必要がある。これをもってして燃焼炉の制御を行
なう事が低Ｎ　Ｏｘ燃焼でるり、かつ、低灰中未燃分量
という最適燃焼状態の維持に有効であると考えられる。

そこで、直接的に燃焼炉内の監視を行なう方法として、
火炎の光量を感知すると共に、その光量に応じた信号を
発する光感釦装置を用いて監視制御に用いる方法が特開
昭５６−１５１８１４に開示されている。また、燃焼状
態が異常になると火炎のゆらぎが不規則になる事を利用
して、燃焼状態をテレビカメラにより映像信号で検出し
、異常燃焼を時間遅れなく検知する方法が特開昭５４−
９４１２５に開示されている。

また、二段燃焼、ガス化燃焼など空気比が１．０以下の
燃焼状態で、燃焼炉から発する火炎発光中のラジカルの
発光強度から燃焼中の空気比を検出する方法がＩ侍開昭
５３−１０７８９０に開示されている。

しかし、提案されているいずれの方法も、今後、まずま
す多く建設されていくであろう微粉炭燃焼炉で最も問題
となっていく排ガス中のＮ　Ｏｘ濃度や灰中の未燃分量
の監視に対して、直接的なものではなく、より、正確、
かつ、迅速な環境対策用の監視制御用としては満足のい
くものではない。

また、灰中未燃分量から即座に燃焼火炉に対してフィー
ドバック制御を行なう方法は、今迄提案されておらず、
環境対策上、省資源上、非常に重要視されて、長い間待
たれていた、燃焼火炉制御の技術の一つである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃焼炉内を直接監視し、微粉炭燃焼炉
において問題となる灰中未燃分量を測定して、その値か
ら燃焼火炉を時間遅れなくフィードバック制御する装置
を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、燃焼炉内を直接監視し、時間遅れなく
フィードバック制御する装置に係ジ、特に、燃焼火炉か
ら発する火炎発光をスペクトル分析する手法を用いる事
にある。

燃焼火炎を分光器を用いて観察する事により、各種ラジ
カル等の発光スペクトルが観察される。

それらのうち、灰中の未燃分量と相関が有るものとして
、Ｃ２ラジカルの発光スペクトルが考えられる。

そこで、その相関関係を空気比を介して測定した結果、
第１図の様な傾向にある事が分った。即ち、空気比が増
えるに従って０２ラジカルの発光強度は減少していき、
また、同様に灰中未燃分量も減少していく。従って、Ｃ
，ラジカルの発光強度と灰中未燃分量との関係をあらか
じめ較正曲線として、任意の燃焼炉について一度求めて
おきさえずれば、次回からはＣ２ラジカルの発光強度を
測定する事で、灰中の未燃分量を測定する事が可能とな
る。

従って、時々刻々の灰中未燃分量を把握したい時には、
Ｃ２ラジカルの発光強度を測定しさえすれば良い事にな
シ、灰中未燃分量を任意の値以下にしたいという要請に
対しては、Ｃ２ラジカルの発光強度を、前記較正曲線を
用いて、対応する値に設定すれば良い。即ち、灰中未燃
分量検出による燃焼火炉の制御が可能となる。

本発明要点は、燃焼火炉の直接的観察により灰中未燃分
量に相関する発光スペクトルの発光強度から、燃焼火炉
のフィードバック制御をする事にある。

〔発明の実施例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第２図に実施例の概略フローを示す。実験炉１０のビュ
ーボー）　２０　Ｊ、ｐ、炉内の監視として採光し、分
光器３０によりスペクトル分析を行なった。煙道４０よ
り、ＮＯｘ計、酸素濃鹿沼、−酸化炭素濃度計を備えた
排ガス分析計５０に排ガスを導いて、排ガス分析を行な
った。また、ダストサンダル器６０により、煙道４ｏが
ら燃焼灰を丈ングリングし、示差熱天秤を用いて灰中未
燃分量を測定した。

第３図はＣ２ラジカル発光強度比と灰中未燃分量との関
係を示した較正曲線である。実験方法は、空気比（供給
燃料を燃焼させるに必要な理論空気量と実際に供給して
いる空気量との比）が１．０のときの０２ラジカルの発
光強度を　Ｃ２ラジカルに特有の発光波長に分光器３ｏ
を設定し−ｃｆ１１１１定して、この値を発光強度比１
２／Ｉ１．。を求める際の基準値工１．。とじた。発光
強度比とは、空気比１．０のときのＣ２ラジカルの発光
強度を基準として、任意の炉内状態のときのＣ，ラジカ
ルの発光強度との比である。

次に、任意の炉内状態のときのＣ，ラジカルの発光強Ｉ
ｆ　ｉλを分光器３ｏで測定し、同時に、ダスト丈ング
ル器６ｏにょシ煙道４ｏがら燃焼灰を丈ングリングし、
灰中未燃分量を示差熱天秤を用いて測定した。そして各
任意の炉内状態毎に、発光強度比１　、　／　Ｉ　、、
。を求めて横軸とし、対応する灰中未燃分量をたて軸と
して、第３図のような較正曲線を得た。

第３図のように、任意の炉に関して較正曲線を求めさえ
ずれば、炉内のＣ！フラジルの発光を分光器により観察
する事で、較正曲線を用いて、ただちに、時々刻々の灰
中未燃分量を直接的に火炎の発光より求められる事にな
った。

また、灰中未燃分１１がらフィードバックして燃焼炉を
制御１する事は、従来性なわれてはいなかったが、本発
明で可能となった。すなわち、第４図で任意の灰中未燃
分量が与えられればＩａ／ｉ、、。

の値が分シ、そのＩ、／Ｉ、、。の値になる様に燃焼火
炉を調節制御するために、発光スペクトルを測定した分
光器からの信号を用いてフィードバック制御が可能とな
った。

すなわち、分光器３０からの信号をレコーダー等に出力
させ、その値から前記較正曲線を用いて最適なＩλ／ｌ
２．。の値となる様、空気供給用コントロールバルブ１
３及び微粉炭供給用コントロールバルブ１５を制御する
。

なお、第３図を作製するに当り、燃焼実験に用いた燃料
は国内炭Ａであり、第４図には外国炭Ａ７０．外国炭Ｂ
８０．外国炭Ｃ９０について第３図較正曲線を作製する
と同様の実験、データ処理を行なった実施例であり、国
内炭Ａの場合と同様に良好な相関関係を示している。従
って、本発明は炭種が各種、変更が有った場合でも効果
が高い事が分った。

灰中未燃分量の検出から、即座にフィードバック制御が
出来るのは、本発明によりはじめて可能吉なった。

火炎自体を直接観察する事をｌ時機としている本発明の
実施例によれば、時々刻々の燃焼状態変化に対応した、
よシ精度の高い制御が可能である。

（実施例２） ２０５図にはコンピュータを用いた制御の実施例を示し
た。燃焼炉１１に取り付けられた、複数個のビューボー
ト２０よシ燃焼炉内から採光し、光検出器２１で集光す
る。集光された光は光ファイバー２２により分光器３０
迄導かれて分光され、検出されたＣ、ラジカルの発光ス
ペクトルは電気的信号として出力器３１に入力され、更
に増幅された電気的信号はコンピュータ１００へと入力
される。コンピュータ１００は、実施例１の中で述べら
れている様な較正曲線があらかじめ記憶される記憶回路
と、出力器３１から出力されたＣ２ラジカルの発光強度
を用いて、前記、記憶回路に記憶されている較正曲線に
より、灰中未燃分量を出力する比較回路、及び比較回路
からの出力を検知し燃焼炉を制御する信号を出力する制
御回路とからなっている。燃焼炉の制御は制御回路から
の出力によシ、空気供給量調整器１１０及び微粉炭供給
量調整器１１１によシ行々う。

空気供給量調整器１１０の出力は空気供給用コントロー
ルバルブ１３へ、微粉炭供給量調整器１１１の出力は微
粉炭供給用コントロールバルブ１５へ導かれ、それぞれ
、供給空気量及び供給微粉炭量を、最適燃焼状態にｉる
様制御される。

本実施例によれば、炭中未燃分量を０２ラジカルの発光
スペクトル強度として検出し、その発光スペクトルを分
光器及び出力器により電気的信号に変換し、その信号を
用いて燃焼炉を制御出来る事になる。まだ、制御を実行
した結果は、ただちに火炎に反映し、その火炎発光を再
び用いて制御信号を制（ａ１回路から出力するという縁
り返し、時時刻々と制御を行なえるため、よシ速い、正
確な、燃焼炉の制御が可能でろる。しかも、今迄行なわ
れていなかった、時々刻々の灰中未燃分量検出による時
間遅れのない燃焼炉の制御が可能となる。

なお、図中１２はブロアー、１４は微粉炭ホッパー、１
０１は記憶回路、１０２は比較回路、１０３は制御回路
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、灰中未燃分量と相関関係にある火炎発
光スペクトルの発光強度比を火炎自体から直接的に求め
る事によシ、時々刻々の灰中未燃分量を電気的信号とし
て求める車ができ、従って、灰中未燃分量検出による時
間遅れのない燃焼火炉のフィードバック制御が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣ２ラジカルの発光強度と灰中未燃分量との関
係を示す特性図、第２図は本発明の実施例１の概略制御
図、第３図はＣｔラジカル発光強度比と灰中未燃分量の
関係を示す国内炭Ａにおける較正曲線図、第４図はＣ，
ラジカル発光強度比と灰中未燃分量の関係を示した外国
炭Ａ、外国炭Ｂ、外国炭Ｃにおける較正曲線図、第５図
は本発明の実施例２の概略制御図である。 １０・・・実験炉、１１・・・燃焼炉、１２・・・ブロ
アー、１３・・・空気供給用コントロールバルブ、１４
・・・微粉炭ホッパー、１５・・・微粉炭供給用コント
ロールバルブ、２０・・・ビューボート　２１・・・光
検出器、２２・・・光ファイバー、３０・・・分光器、
３１・・・出力器、４０・・・煙道、５０・・・排ガス
分析削、６０・・・ダストサンプル器、７０・・・外側
脚Ａ、８０・・・外側脚Ｂ１９０・・・外側脚Ｃ１１０
０・・・コンピュータ、１０１・・・記憶回路、１０２
・・・比較回路、１０３・・・制御回路、１１０・・・
空気供給Ｎ調整器、１１１・・・第１頁の続き ■出　願　人　バブコック日立株式会社東京都千代田区
大手町２丁目６ 番２号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　火炎の発する光を利用して燃焼状態を制御する装
   置において、前記火炎からの光を集光する集光手段と、
   この集光手段から導かれた光を分光する分光手段と、こ
   の分光手段で分光された光の強度に対応した灰中未燃分
   量を判定する判定手段と、この判定手段からの出力によ
   シ制御信号を出力する制御手段とで構成されることを特
   徴とする微粉炭燃焼炉の制御装置。 ２、前記分光手段で分光された光の強度は、Ｃ２ラジカ
   ルの発光の強度であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の微粉炭燃焼炉の制御装置。