(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測装置であって、微粉炭を供給する供給管にレーザ光を照射するレーザ装置と、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光を検出する検出器と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出する検出器とを具備してなり、
固定炭素からのラマン散乱光と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項２】
ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測装置であって、微粉炭を供給する複数の供給管に光ファイバでレーザ光を照射するレーザ装置と、各々の微粉炭供給管における微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光を検出する検出器と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出する分光器を備えた検出器とを具備してなり、固定炭素からのラマン散乱光と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求める
ことを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、固定炭素分が炭素（Ｃ）であり、上記揮発分が炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）からなる炭化水素であることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、上記レーザ光の波長が５３２ｎｍであることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項５】
請求項２において、上記検出器がＣＣＤカメラであることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項６】
バーナと、当該バーナに微粉炭を供給する微粉炭配ライン又は微粉炭粉砕手段とを有する微粉炭用ボイラにおいて、前記微粉炭配ライン又は微粉炭粉砕手段に請求項１ないし５のいずれかに記載する燃料比計測装置を備えたことを特徴とする微粉炭用ボイラ。
【請求項７】
ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測方法であって、微粉炭を供給する供給管にレーザ光を照射し、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出し、上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測方法。
【請求項８】
ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測方法であって、微粉炭を供給する複数の供給管に光ファイバでレーザ光を照射し、各々の微粉炭供給管における微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出し、上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微粉炭火力プラントのボイラに供給する微粉炭の性状を計測することができる燃料比計測装置及び方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えば火力プラントにおいて微粉炭を供給する場合に、低コスト化のために種々の産地からの石炭が供給されているので、その均一化が図られている。
【０００３】
このため、従来においてはボイラ火炉の温度や石炭を微粉炭にするミルの温度を制御して、燃焼制御することがおこなわれている。
【０００４】
しかしながら、火炉の温度制御やミルの温度制御は過去の情報からの推察による制御であるので、ボイラに供給する直前における微粉炭の性状をリアルタイムに確認したいという要望がある。
【０００５】
本発明は上述した問題に鑑み、例えば微粉炭火力プラントのボイラに供給する微粉炭の性状をリアルタイムで計測することができる燃料比計測装置及び方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、
ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測装置であって、微粉炭を供給する供給管にレーザ光を照射するレーザ装置と、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光を検出する検出器と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出する検出器とを具備してなり、
固定炭素からのラマン散乱光と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測装置にある。
【０００７】
第２の発明は、
ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測装置であって、微粉炭を供給する複数の供給管に光ファイバでレーザ光を照射するレーザ装置と、各々の微粉炭供給管における微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光を検出する検出器と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出する分光器を備えた検出器とを具備してなり、
固定炭素からのラマン散乱光と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測装置にある。
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、固定炭素分が炭素（Ｃ）であり、上記揮発分が炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）からなる炭化水素であることを特徴とする燃料比計測装置にある。
【００１０】
第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明において、上記レーザ光の波長が５３２ｎｍであることを特徴とする燃料比計測装置にある。
【００１１】
第５の発明は、第２の発明において、上記検出器がＣＣＤカメラであることを特徴とする燃料比計測装置にある。
【００１２】
第６の発明は、バーナと、当該バーナに微粉炭を供給する微粉炭配ライン又は微粉炭粉砕手段とを有する微粉炭用ボイラにおいて、前記微粉炭配ライン又は微粉炭粉砕手段に第１ないし第５のいずれかの発明に係る燃料比計測装置を備えたことを特徴とする微粉炭用ボイラにある。
【００１３】
第７の発明は、ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測方法であって、微粉炭を供給する供給管にレーザ光を照射し、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出し、上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測方法にある。
【００１５】
第８の発明は、ボイラへ供給する微粉炭の燃料比（固定炭素分／揮発分）を計測する計測方法であって、微粉炭を供給する複数の供給管に光ファイバでレーザ光を照射し、各々の微粉炭供給管における微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光を検出し、上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比を求めることを特徴とする燃料比計測方法にある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による燃料比計測装置及び方法の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態にかかる燃料比計測装置の概略図である。
図１に示すように、本実施の形態にかかる燃料比計測装置１０は、ボイラへ供給する微粉炭の燃料比を計測する計測装置であって、微粉炭１１を供給する供給管１２にレーザ光１３を照射するレーザ装置１４と、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光１５、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光１６、炭化水素の蛍光１７を検出する光検出器１８とを具備してなるものである。
なお、図１中、符号２１パージ空気、２２はバルブ、２３はビームスプリッタ、２４はフィルタを各々図示する。
【００１９】
図２に微粉炭の構成模式図を示す。
図２に示すように、微粉炭１１は、その固定炭素分のほとんどがＣ（炭素）であり、揮発分はＣ（炭素）、Ｈ（水素）からなる低分子量でガスとして揮発しやすい炭化水素（ＨＣ）であり、その他ケイ素（Ｓｉ）、アルミ（Ａｌ）等が含まれている。
【００２０】
図３は上記レーザ光を微粉炭に照射した際におけるラマン散乱光及び蛍光の微粉炭の測定結果である。
レーザ光装置１４から発振されるレーザ光１３の波長は５３２ｎｍとし、固定炭素からのラマン散乱光１５の波長は５７０ｎｍ近傍、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光１６の波長は６３０ｎｍ近傍の信号強度を測定し、固定炭素分と揮発分との比率により燃料比を求めた。
【００２１】
これにより微粉炭をボイラに供給している現場にてリアルタイムで測定対象物の燃料比を求めることができるので、その結果に基づき、ボイラの燃焼制御を微粉炭の性状に応じて行うことができる。
【００２２】
［第２の実施の形態］
図４は本実施の形態にかかる燃料比計測装置の概略図である。
図４に示すように、本実施の形態にかかる他の燃料比計測装置１０は、ボイラへ供給する微粉炭の燃料比を計測する計測装置であって、上記複数の微粉炭供給管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…に光ファイバ３１でレーザ光１３を照射するレーザ装置１４と、各々の微粉炭供給管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…における微粉炭１１中の固定炭素からのラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ…、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ…、炭化水素の蛍光１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ…を検出する分光器３２とＣＣＤカメラ３３からなる光検出器３４とを具備してなるものである。
【００２３】
上記レーザ装置１４と光検出器３４でレーザユニット４１を構成しており、光ファイバ３１により各計測ヘッド４２へレーザ光１３を送ると共に、ラマン散乱光及び蛍光を光ファイバ３１を介して分光器３２へ導いている。
なお、図４中、符号２１パージ空気、２２はバルブ、２３、４３はビームスプリッタ、２４はフィルタを各々図示する。
【００２４】
各計測場１乃至３…には、計測ヘッド４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ…のみを備えることで、計測ができるので、装置の簡略化を図ることができる。
【００２５】
また、図５に示すように、レーザユニット４１においてもＣＣＤカメラによる画像で各計測場所の波長スペクトルを計測することで、検出器の簡素化も可能となる。
【００２６】
［第３の実施の形態］
図６に本測定装置を用いてボイラの燃焼制御のシステムについて説明する。
図６に示すように、ボイラ１００には複数のバーナ１０１が設けられており、該バーナ１０１には各々微粉炭の供給管１０２が接続され、微粉炭１０３がミル（微粉炭機）１０４から供給されている。
なお、各バーナ１０１ａ〜１０１ｆにおいて、各バーナ段毎のバーナ１０１ａと１０１ｄ、１０１ｂと１０１ｅ、１０１ｃと１０１ｆには、それぞれ同じミルからの石炭が供給され、同じ性状の微粉炭で燃焼させている。
【００２７】
ここで、複数の微粉炭供給管１０２ａ、１０２ｂ及び１０２ｃには、上述した図４に示す燃料比計測装置１０の計測ヘッド４２ａ〜４２ｃが各々が設けられており、光ファイバ３１でレーザユニット４１からレーザ光１４を照射し、各々の微粉炭供給管１０２ａ〜１０２ｃを流れる微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光１５、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光１６及び炭化水素の蛍光１７を検出する。
【００２８】
そして、レーザユニット４１において、供給過程における微粉炭中の、例えば固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光との比率から燃料比（固定炭素分／揮発分）を求め、燃料比率が変動したら、バーナ１０１等の制御を行い、常に安定した燃焼制御を行うようにしている。
【００２９】
なお、本実施の形態では、微粉炭の性状を計測する場所として、微粉炭の供給管１０２から微粉炭をサンプリングして計測するようにしたが、本発明はこれに限定されず、微粉炭粉砕機であるミル１０４から直接微粉炭１０３をサンプリングするようにしてもよい。
【００３０】
以下に燃料比の制御方法の一例を以下に示す。
ここで、上述した燃料比計測装置により求めた燃料比の結果からバーナを制御する方法としては、(1) 火炉と過熱器・再熱器との熱吸収バランスを制御方法、(2) ＮＯｘの制御の制御方法、又は(3) 未燃分の制御方法の３つがある。
図７にボイラ火炉の燃焼概念図を示す。図７中、ボイラ火炉２００内は主バーナ燃焼部２０１と、還元脱硝部２０２と、未燃分燃焼完結部２０３とが形成される。
【００３１】
(1) ボイラ火炉と過熱器・再熱器との熱吸収バランスを制御には以下のようにする。
燃料比の特徴として、何も調整しなければ、低燃料比の微粉炭の場合は、燃え切り性がよいので、火炉での熱吸収が良く、一方高燃料比の微粉炭の場合は、燃え切り性が悪いので、再熱器での熱吸収が良くなる。
このような状態で、燃焼を行えば、ボイラでの熱吸収量と過熱器・再熱器（ボイラ出口に設置）での熱吸収量にアンバランスが生じ、負荷変化時に温度制御を行っているスプレやＳＨ・ＲＨパスガスダンパなどの制御に裕度が無くなることになる。
よって、制御代を確保するために、上記燃料比計測装置により求めた燃料比の結果を基にして以下の制御を実施する。
ａ）バーナの点消火パターンを燃料比によって切り替える。
例）低燃料比の場合：燃え切り性がよいので、バーナを火炉の上の方から点火する。
高燃料比の場合：燃え切り性が悪いので、バーナを火炉の下の方から点火する。
ｂ）バーナの角度調節器を制御する。
例）低燃料比の場合：燃え切り性がよいので、バーナ角度を増（上向き）とする。
高燃料比の場合：燃え切り性が悪いので、バーナ角度を減（下向き）とする。
【００３２】
(2) ＮＯｘの制御の制御方法の場合には、以下のようにする。
図７に示す火炉概略図におけるボイラ火炉２００内の還元脱硝領域２０２を確保するために、以下の制御を実施する。
ａ）バーナの角度調節器を制御する。
例）低燃料比の場合：燃え切り性がよいので、バーナ角度をバーナ角度調整器２０４で減（下向き）とする。
高燃料比の場合：燃え切り性が悪いので、バーナ角度をバーナ角度調整器２０４で増（上向き）とする。
また、脱硝制御として、アンモニアの注入量を先行制御する。
例）低燃料比の場合：燃え切り性がよいので、アンモニアを先行注入流量を増とする。
高燃料比の場合：燃え切り性が悪いので、アンモニアの先行注入流量を減とする。
【００３３】
(3) 未燃分の制御方法の場合には、以下のようにする。
図７に示すボイラ火炉２００内の未燃分燃焼完結部２０３を確保するために、以下の制御を実施する。
ａ）アディショナル・エア（ＡＡ）２０５を供給するアディショナル・エア（ＡＡ）角度調節器２０６を制御する。
例）低燃料比の場合：燃え切り性がよいので、アディショナル・エアの角度を減（下向き）とする。
高燃料比の場合：燃え切り性が悪いので、アディショナル・エアの角度を増（上向き）とする。
ｂ）アディショナル・エア２０５の供給するアディショナル・エアダンパ調節器２０７を制御する。
例）低燃料比の場合：燃え切り性がよいので、アディショナル・エアダンパを閉方向に動作させる。
高燃料比の場合：燃え切り性が悪いので、アディショナル・エアダンパを開方向に動作させる。
【００３４】
以上のような制御を微粉炭の性状に応じて行うことにより、微粉炭の性状に応じてボイラの燃焼を安定化させることができる。
【００３５】
この結果、従来のようにボイラ火炉の温度や石炭を微粉炭にするミルの温度を制御して、燃焼制御することがおこなわれている。
【００３６】
しかしながら、火炉の温度制御やミルの温度制御を過去の情報からの推察による制御のような不確定な要素による制御ではなく、ボイラ火炉に供給する直前における微粉炭の性状をリアルタイムに計測しつつ火炉の制御を行うことができるので、供給する微粉炭の性状に応じて個別的な細やかな制御を行うことができ、より安定した燃焼を行うことができる。
【００３７】
この結果、様々な性状の石炭の種類を同一ボイラ火炉にミルを介して各々の微粉炭供給管から供給した場合においても、その石炭の種類が大幅に変動しても、リアルタイムに火炉の燃焼制御を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、ボイラへ供給する微粉炭の燃料比を計測する計測装置であって、微粉炭を供給する供給管にレーザ光を照射するレーザ装置と、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光、炭化水素の蛍光を検出する検出器とを具備してなるので、微粉炭をボイラに供給している現場にてリアルタイムで測定対象物の燃料比を求めることができるので、その結果に基づき、ボイラの燃焼制御を微粉炭の性状に応じて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる燃料比計測装置の概略図である。
【図２】微粉炭の構成模式図である。
【図３】レーザ光を微粉炭に照射した際におけるラマン散乱光及び蛍光の微粉炭の測定結果図である。
【図４】第２の本実施の形態にかかる燃料比計測装置の概略図である。
【図５】ＣＣＤカメラによる画像の一例を示す図である。
【図６】ボイラに適用した構成概略図である。
【図７】ボイラ火炉の概略図である。
【符号の説明】
１０  燃料比計測装置
１１  微粉炭
１２  供給管
１３  レーザ光
１４  レーザ装置
１５  ラマン散乱光
１６  Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光
１７  炭化水素の蛍光
１８  光検出器
１００  ボイラ
１０１  バーナ
１０２  供給管
１０３  微粉炭
１０４  ミル
２００  ボイラ火炉
２０１  主バーナ燃焼部
２０２  還元脱硝部
２０３  未燃分燃焼完結部
２０４  バーナ角度調節器
２０５  アディショナル・エア
２０６  アディショナル・エア角度調節器
２０７  アディショナル・エアダンパ調節器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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