(57)【要約】【課題】灰組成やガス中の微量成分を簡易迅速に計測できるガス中の成分計測装置を提供する。【解決手段】本発明に係るガス中の成分計測装置１０Ａは、被測定場中のガス中の灰分又は微量成分をプラズマ化させてガス中の灰分の未燃分又は微量成分を計測するガス中の成分計測装置であって、被測定場である煙道１１内にプラズマ光Ｐを発生させる一対の電極１２ａ、１２ｂと、前記プラズマ光Ｐの信号光１３を検出部（例えば分光器及びＩＣＣＤカメラ等：図示せず）へ送る光ファイバ１４と、前記光ファイバ１４をガードすると共に、前記光ファイバ１４の周囲に供給されつつ煙道１１内に噴出するガードフロー１６を供給するガード部材１５とを具備する。【選択図】        図１−１
2010127653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定場中のガス中の灰分又は微量成分をプラズマ化させてガス中の灰分の未燃分又は微量成分を計測するガス中の成分計測装置であって、
被測定場内に挿入され、放電によりプラズマ光を発生させる一対の電極と、
前記プラズマ光の信号光を検出部へ送る光ファイバと、
前記光ファイバをガードすると共に、前記被測定場内に噴出するガードフローを光ファイバの周囲に沿って供給するガード部材とを具備することを特徴とするガス中の成分計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
一対の電極の少なくとも一方が針状電極であり、一対の電極同士が近接又は対向して設けられていることを特徴とするガス中の成分計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
一対の電極の一方の針状電極の周囲に光ファイバが配設されていることを特徴とするガス中の成分計測装置。
【請求項４】
石炭の微粉炭を各燃焼器へ供給して燃焼させる微粉炭燃焼システムであって、
石炭ヤードからの石炭を微粉砕する粉砕手段と、
該粉砕手段からの微粉炭を燃焼器に供給する微粉炭供給管と、
燃焼器からの燃焼ガスライン中の灰中の未燃分を計測する請求項１乃至３のいずれか一つのガス中の成分計測装置と、
該ガス中の成分計測装置の計測結果から燃焼を制御する燃焼制御手段とを具備することを特徴とする微粉炭燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業設備からのガス中の微量成分を計測するガス中の成分計測装置及び微粉炭燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微粉炭，フライアッシュ（灰），セメント原料等の発熱量，未燃分，成分組成を計測する装置として、化学分析装置やＸ線分析装置が良く知られているが、これらの分析装置は試料を採取してから分析結果が得られるまでに、かなりの時間（２０〜１２０分）を必要とするため、計測結果を用いてボイラー等（火力プラントの場合）の制御を行う場合には、このタイムラグが大きく、プラント制御上の大きな支障となっていた。
【０００３】
一方、Ｘ線分析装置を用いてリアルタイムで計測できるものがあるが、この場合のＸ線分析装置ではセメントプラントの場合、Ｃａしか計測出来ずその性能が低い。
【０００４】
そこで、近年、セメントプラントにおいては、セメント品質の管理向上ニーズから、セメント成分のオンライン計測ニーズが高まっており、このニーズに応える定量可能な手法の開発が望まれる中、本発明者等はレーザ誘起ブレークダウン法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy :ＬＩＢＳ法）を採用し、装置化することを想起した（特許文献１乃至３）。
【０００５】
このＬＩＢＳ法は、例えば図８に示すように装置化される。
即ち、各種プラント等の配管１００１内には、測定対象物が存在（流通）している。測定対象物としては、微粉炭，フライアッシュ，セメント原料等がある。この配管１００１のうち測定場１００２の部分には、パージ空気通路１００３ａを備えた計測窓１００３が設置されている。
【０００６】
そして、ＬＩＢＳ装置１００４を構成するパルスレーザ装置１００５から出力されたレーザ光は、レンズ１００６及び計測窓１００３を介して測定場１００２に集光される。このため、測定場１００２に存在する微粒子がプラズマ化し、プラズマ化した成分物質からはプラズマ光が発生する。
【０００７】
発生したプラズマ光は、測定場１００２の計測窓１００３から外部に出力され、ミラー１００７で反射され、さらにレンズ１００８で集光されて分光器１００９に入射される。分光器１００９は、波長が１９０〜５００ｎｍ（或いはこの範囲内の一部の波長域）のプラズマ光を分光し、分光した光成分をＣＣＤカメラ１０１０に入力する。
【０００８】
高速ゲートが可能なＣＣＤカメラ１０１０は、分光器１００９にて分光された分光プラズマ光を検出し、この分光プラズマ光に応じた信号をコンピュータ１０１１に転送する。なお、ＣＣＤカメラ１０１０は、同期ライン１０１２を介してパルスレーザ装置１００５と接続されており、ＣＣＤカメラ１０１０のゲート制御と、パルスレーザ装置１００５の発振とを同期させている。
【０００９】
コンピュータ１０１１は、転送されてきた信号（各成分からの発光強度情報を有している）を情報処理演算することにより、測定場１００２に存在する微粉炭，フライアッシュ，セメント原料の発熱量，未燃分，成分組成等をリアルタイムで算出する。
【００１０】
このようにＬＩＢＳ装置１００４は、測定現場にてリアルタイムで測定対象物の組成成分の計測ができるので、計測結果に基づき、プラント等の運転制御を良好に実行することができるようになる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１８５８１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９１５１号公報
【特許文献３】特開２００４−２４５７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、レーザＬＩＢＳ装置１００４を用いる方法では、装置が高価であると共に、装置が大型化する他、計測窓１００３を測定場１００２に設置する必要があり、計測窓１００３の汚れ等の問題がある。
そこで、灰組成やガス中の微量成分を簡易迅速に計測できるガス中の成分計測装置の出現が望まれている。
【００１３】
本発明は、前記問題に鑑み、灰組成やガス中の微量成分を簡易迅速に計測できるガス中の成分計測装置及び微粉炭燃焼システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被測定場中のガス中の灰分又は微量成分をプラズマ化させてガス中の灰分の未燃分又は微量成分を計測するガス中の成分計測装置であって、被測定場内に挿入され、放電によりプラズマ光を発生させる一対の電極と、前記プラズマ光の信号光を検出部へ送る光ファイバと、前記光ファイバをガードすると共に、前記被測定場内に噴出するガードフローを光ファイバの周囲に沿って供給するガード部材とを具備することを特徴とするガス中の成分計測装置にある。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、一対の電極の少なくとも一方が針状電極であり、一対の電極同士が近接又は対向して設けられていることを特徴とするガス中の成分計測装置にある。
【００１６】
第３の発明は、第１又は２の発明において、一対の電極の一方の針状電極の周囲に光ファイバが配設されていることを特徴とするガス中の成分計測装置にある。
【００１７】
第４の発明は、石炭の微粉炭を各燃焼器へ供給して燃焼させる微粉炭燃焼システムであって、石炭ヤードからの石炭を微粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段からの微粉炭を燃焼器に供給する微粉炭供給管と、燃焼器からの燃焼ガスライン中の灰中の未燃分を計測する第１乃至３のいずれか一つのガス中の成分計測装置と、該灰中未燃分計測装置の計測結果から燃焼を制御する燃焼制御手段とを具備することを特徴とする微粉炭燃焼システムにある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被測定場内に電極を挿入するので、レーザ装置を用いることが無くなり、灰組成やガス中の微量成分を簡易迅速に計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２０】
本発明による実施例に係るガス中の成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図１−１は、実施例１に係るガス中の成分計測装置の概略図である。本実施例では、被測定成分として灰分中の未燃料分の計測に適用した一例を示す。
図１−１に示すように、ガス中の成分計測装置１０Ａは、被測定場中のガス中の灰分又は微量成分をプラズマ化させてガス中の灰分の未燃分又は微量成分を計測するガス中の成分計測装置であって、被測定場である煙道１１内にプラズマ光Ｐを発生させる一対の電極１２ａ、１２ｂと、前記プラズマ光Ｐの信号光１３を検出部（例えば分光器及びＩＣＣＤカメラ等：図示せず）へ送る光ファイバ１４と、前記光ファイバ１４をガードすると共に、前記光ファイバ１４の周囲に供給されつつ煙道１１内に噴出するガードフロー１６を供給するガード部材１５とを具備してなるものである。
【００２１】
本実施例では、一対の放電用の電極１２ａ、１２ｂとして、ガード部材１５内の中心に配設された針状電極１２ａと、この針状電極１２ａと対向する板状電極１２ｂとから構成している。
ここで、放電のための高電圧電源は例えば２〜６ｋＶ程度とし、超短パルス発生装置からの高電圧パルスの時間長さ（パルス半値幅）を５０ｎｓ以下、好ましくは４０ｎｓ以下、より好ましくは３０ｎｓ以下とするのが好ましい。これは、パルス半値幅を短くすることで、検出対象である微量成分（Ｈｇ等）以外の不純物のノイズの低減を図ることができるようにしている。ここで、パルス半値幅とは、ピーク電圧に対する半分の電圧を超える時間長さをいう。よって、パルス半値幅を５０ｎｓ以下とすることでノイズが低減した微量成分の検出が可能となる。また、電極１２ａ、１２ｂ間の距離は、１０ｍｍ以下、１〜５ｍｍ以下とするのが好ましい。
この一対の電極１２ａ、１２ｂの放電によりプラズマ光Ｐを発光させている。
放電により発生したプラズマ光Ｐを図示しない分光器で分光し、分光して得られたプラズマスペクトルのうち、波長１７５乃至８５０ｎｍの発光強度を例えばＩＣＣＤカメラ等の検出器で検出する。
そして、検出した信号（各成分からの発光強度情報を有している）を情報処理演算することにより、測定場に存在する組成成分の種類や濃度を検出することができ、この組成成分の種類・濃度から微粉炭、フライアッシュの発熱量、未燃分、成分組成等をリアルタイムで算出する。
【００２２】
図１−２に示すように、本実施例では、針状電極１２ａと該電極を軸芯として同心円状の６本の光ファイバ１４を配設するようにして、信号光１３を検出器側へ導入している。
なお、光ファイバ１４は少なくとも４本（電極を中心として上下左右）とすることで、プラズマ光Ｐを確実に検出器側に送るようにしている。
【００２３】
また、ガード部材１５内に、図１−１に示すように、ガードフロー１６を供給することで、光ファイバ１４を保護すると共に、光ファイバ１４の端部を清浄状態に保持するようにしている。
【００２４】
本発明では、図１−１の電極の配置に限定されるものではなく、図２〜４に示すような他の形態により構成してもよい。尚、図２〜４中煙道１１は省略している。
【００２５】
図２に示す他の形態の一対の電極１２ａ、１２ｂにおいては、形態が同じ針状電極を対向させるようにしてプラズマ光Ｐを発生させるようにしている。
図２に示す例では、同じ針状電極を対向させることで、プラズマ発光を確実としている。
【００２６】
図３に示す他の形態の一対の電極１２ａ、１２ｂにおいては、形態が同じ針状電極を用いて、ガード部１５内に配置された電極１２ａと、この一方の電極１２ａに他方の針状電極１２ｂをその先端部分で近接させるよう配置している。
図３に示す例では、先端部分において、同じ方向から電極１２ｂを近接することで、図２の電極１２ａ、１２ｈを対向するものと較べて、煙道１１内の一方からのガス成分計測装置１０Ｃを挿入とすることができる、簡易に装置を装着できる。
【００２７】
図４に示す他の形態おいては、図１−１に示すガイド部材１５内の中心に針状電極１２ａを備えたものを一対のプローブとし、これらを対向させるように配置し、プラズマ光Ｐを発生させるようにしている。
これにより、一対のプローブ同士を対向するように煙道から挿入することで、放電を確実にすると共に、検出を確実とすることができる。これにより、煙道１１へのガス中の成分計測装置の装着が簡易となる。また、信号光１３の検出も一対のいずれかで行うことができ、検出信号を確実に検知することができる。
【００２８】
本発明にかかるガス中の成分計測装置は、灰分の未燃分を計測することに限定されず、灰中の微量成分（例えば水銀（Ｈｇ）、ヒ素（Ａｓ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、セレン（Ｓｅ）、アンチモン（Ｓｂ）等の成分を計測することができる。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、被測定場（例えば煙道）内に電極１２ａ、１２ｂを挿入することで、プラズマ放電をさせ、その信号光１３を光ファイバ１４で検出器側へ導入することができると共に、光ファイバ１４の周囲をガードフロー１６により保護することで、光ファイバ１４の端部を常に清浄状態に保持することができる。この結果、従来のような大がかりなレーザ装置を用いることが無くなり、レーザ光を入射する窓の汚れ等やレーザ装置の光軸調整等のメンテナンスが不要となり、灰組成やガス中の微量成分を簡易迅速に計測することできる。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例に係るガス中の成分計測装置を用いたボイラシステムについて、図面を参照して説明する。
図５は、ボイラの燃焼制御のシステムの概略図である。
図５に示すように、ボイラ火炉１０１には複数のバーナ１０２が設けられており、該バーナ１０２には各々微粉炭の供給管１０３が接続され、微粉炭１０４がミル（微粉炭機）１０５から供給されている。
【００３１】
また、ボイラ火炉１０１からの排ガスは、煙道１１０に介装された電気集塵機１１１及び脱硝・脱硫装置１１２により清浄化され外部へ排出されている。煙道１１０には、前述した図１−１に示すような計測装置１０Ａを備えた灰中未燃分計測部２０が設けられ、灰中の未燃分を計測している。即ち、灰中の主成分であるＳｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ及び未燃分に起因するＣ成分を計測し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、ＦｅとＣの比より未燃分を算出するのである。
【００３２】
そして、前記灰中未燃分計測部２０で計測した信号光１３を未燃分検出器（例えば分光器及びＩＣＣＤカメラ等）２１へ送り、このデータを元にした未燃焼カーボン量２３の計測結果を制御システム１２０に送り、ミル１０５の回転数の指示２４や、アディショナル・エアの供給量を調整（空気量調整）２５、脱硝・脱硫装置１１２への浄化指示２６等を行うようにしている。
【００３３】
図５においては、ボイラ１０１からの煙道１１０中を測定しているが、電機集塵器１１１出口の灰中の未燃分を計測するようにしてもよい。
【００３４】
また、図６に示すように、炉本体２００内に供給するサイクロン２０１で分離された灰をイジェクタ２０２で供給する供給管２０３内に灰中未燃分計測部２０を設置するようにしてもよい。なお、図６中、符号２０４は搬送空気である。
【００３５】
これにより、第１イジェクタ２０２−によりサンプリングラインＬ１中に吸引されたサンプルガスはサイクロン２０１に導かれ、ここでガス中の灰分が分離・捕集される。サイクロン２０１で分離・捕集された灰分は、サイクロン２０１から第２イジェクタ２０２−２に至る間に、灰中未燃分計測部２０により、その灰中未燃分が計測される。
【００３６】
そして、ボイラでは、上記灰中未燃分計測部２０の計測結果に基づいて、例えば微粉炭の粉砕度量を増減する等ボイラ火炉における燃焼条件を変化させて、未燃分を制御する。
また、灰中未燃分計測部２０の校正を行う場合には、三方切替弁２０５を切換える。
これにより、試料校正手段（図示せず）より、未燃分が既知の基準粉（例えば未燃分２．０％）２０６を供給すると、第３イジェクタ２０２−３で吸引され、サイクロン２０１に導かれ、灰中未燃分計測部２０により、基準粉中未燃分が計測され校正を行うことができる。
【００３７】
また、図７に示すように、灰ホッパ２１０からフィーダ２１１を介して供給される灰２１２中の未燃分を灰中未燃分計測部２０で計測するようにしてもよい。図７中、符号２１３はバルブ、２１４は灰供給管である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明に係るガス中の成分計測装置は、簡易な構造でガス中の成分を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１−１】本実施例に係るガス中の成分計測装置の概略図である。
【図１−２】本実施例に係るガス中の成分計測装置の概略図である。
【図２】本実施例に係るガス中の成分計測装置の概略図である。
【図３】本実施例に係るガス中の成分計測装置の概略図である。
【図４】本実施例に係るガス中の成分計測装置の概略図である。
【図５】ボイラ燃料制御のシステム概略図である。
【図６】灰分離サイクロンの部分概略図である。
【図７】灰投入ホッパの部分概略図である。
【図８】ＬＩＢＳ装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０Ａ〜Ｄ  ガス中の成分計測装置
１１  煙道
１２ａ、１２ｂ電極
１３  信号光
１４  光ファイバ
１５  ガード部材
１６  ガードフロー
Ｐ  プラズマ光
【図１−１】
2010127653.tif 000003
【図１−２】
2010127653.tif 000004
【図２】
2010127653.tif 000005
【図３】
2010127653.tif 000006
【図４】
2010127653.tif 000007
【図５】
2010127653.tif 000008
【図６】
2010127653.tif 000009
【図７】
2010127653.tif 000010
【図８】
2010127653.tif 000011