(57)【要約】【課題】燃料発火判定装置及び方法並びに燃料比計測装置及び方法において、安全性の向上を図る。【解決手段】配管Ｐ内を流動する微粉炭Ｆに向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ装置２３と、レーザ装置２３から微粉炭Ｆに照射されたレーザ光Ｌの散乱光を検出する光検出器２６と、光検出器２６が検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭Ｆの濃度を求める濃度算出部２７と、濃度算出部２７が検出した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定する発火度合判定部２８とを設け、発火度合判定部２８が、現在の微粉炭濃度が発火領域濃度に近づいたと判定したとき、制御部３０は、燃料比計測装置１１のレーザ装置１３を停止する。【選択図】        図１
2006234634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内を流動する燃料に向けてその流動方向に交差する光を照射する光照射手段と、該光照射手段から燃料の粒子に照射された光の散乱光を検出する光検出器と、該光検出器が検出した散乱光の強度に基づいて燃料の濃度を求める濃度検出手段と、該濃度検出手段が検出した燃料濃度に基づいて燃料の発火度合を判定する発火度合判定手段とを具えたことを特徴とする燃料発火判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料発火判定装置において、前記光検出器は、前記光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記配管の径方向に沿った分布状態として検出し、前記濃度検出手段は、前記配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴とする燃料発火判定装置。
【請求項３】
管内を流動する燃料に向けてその流動方向に交差する光を照射し、燃料の粒子に照射された光の散乱光を検出し、この検出した散乱光の強度に基づいて燃料濃度を求め、この燃料濃度に基づいて燃料の発火度合を判定することを特徴とする燃料発火判定方法。
【請求項４】
微粉炭が流動する配管に対してレーザ光を照射し、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光または炭化水素の蛍光を検出し、この検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求める燃料比計測装置において、前記配管内を流動する微粉炭に向けてその流動方向に交差する光を照射する光照射手段と、該光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を検出する光検出器と、該光検出器が検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を求める濃度検出手段と、該濃度検出手段が検出した微粉炭濃度に基づいて微粉炭の発火度合を判定する発火度合判定手段と、該発火度合判定手段が判定した微粉炭の発火度合に基づいて前記レーザ光の照射強度を制御する制御手段とを具えたことを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料比計測装置において、前記光照射手段は、前記配管内に微粉炭の流動方向に交差する面状の光を照射可能であり、前記光検出器は、前記面状の光の散乱光を検出可能であり、前記濃度検出手段は、前記面状の散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料比計測装置において、前記光検出器は、前記光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記配管の径方向に沿った分布状態として検出し、前記濃度検出手段は、前記配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項７】
請求項４に記載の燃料比計測装置において、前記光検出器は、入力端が同心円状に配置されて外周側にある出力端が上部または下部になるように直線状に配置された複数の光ファイバ束を有し、前記光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記光ファイバ束により前記配管の径方向に沿った分布状態として検出し、前記濃度検出手段は、前記配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料比計測装置において、前記光照射手段は、前記配管内の微粉炭に向けて先端ほど光密度が高くなる光を照射可能であることを特徴とする燃料比計測装置。
【請求項９】
微粉炭が流動する配管に対してレーザ光を照射し、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光とを検出し、この検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求める燃料比計測方法において、前記配管内を流動する微粉炭に向けてその流動方向に交差する光を照射し、微粉炭に照射された光の散乱光を検出し、この検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を求め、この微粉炭濃度に基づいて微粉炭の発火度合を判定し、この発火度合に基づいてレーザ光の照射強度を制御することを特徴とする燃料比計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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配管内の微粉炭の発火度合を判定する燃料発火判定装置及び方法、並びに、この微粉炭の性状を計測する燃料比計測装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力プラントにおいて、燃料としての微粉炭の低コスト化を図る目的で、種々の産地からの石炭が使用されて微粉炭が製造されるため、微粉炭の品質が均一化されていない。そのため、ボイラに微粉炭を供給する場合、この微粉炭の性状、つまり、燃料比を特定してボイラにおける燃焼安定性を確保する必要がある。
【０００３】
従来は、ボイラの温度や石炭を微粉炭にするミルの温度を制御して、ボイラの燃焼制御を行うようにしているが、ボイラ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ため、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。
【０００４】
そこで、ボイラに供給する微粉炭の燃料比をリアルタイムで検出するものとして、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料比計測装置及び方法は、微粉炭を供給する配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とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光とを検出し、この検出した各散乱光に基づいて燃料比を求めるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７０１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の燃料比計測装置及び方法では、レーザ光を用い、微粉炭からのラマン散乱光に基づいて微粉炭の燃料比を求めている。この場合、燃料（微粉炭）に対してレーザ光を照射することから、配管内の酸素濃度によっては発火の可能性があり、この点を十分に考慮する必要がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、安全性の向上を図った燃料発火判定装置及び方法並びに燃料比計測装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するための請求項１の燃料発火判定装置は、管内を流動する燃料に向けてその流動方向に交差する光を照射する光照射手段と、該光照射手段から燃料の粒子に照射された光の散乱光を検出する光検出器と、該光検出器が検出した散乱光の強度に基づいて燃料の濃度を求める濃度検出手段と、該濃度検出手段が検出した燃料濃度に基づいて燃料の発火度合を判定する発火度合判定手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明の燃料発火判定装置では、前記光検出器は、前記光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記配管の径方向に沿った分布状態として検出し、前記濃度検出手段は、前記配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明の燃料発火判定方法は、管内を流動する燃料に向けてその流動方向に交差する光を照射し、燃料の粒子に照射された光の散乱光を検出し、この検出した散乱光の強度に基づいて燃料濃度を求め、この燃料濃度に基づいて燃料の発火度合を判定することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４の発明の燃料比計測装置は、微粉炭が流動する配管に対してレーザ光を照射し、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光と、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光または炭化水素の蛍光を検出し、この検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求める燃料比計測装置において、前記配管内を流動する微粉炭に向けてその流動方向に交差する光を照射する光照射手段と、該光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を検出する光検出器と、該光検出器が検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を求める濃度検出手段と、該濃度検出手段が検出した微粉炭濃度に基づいて微粉炭の発火度合を判定する発火度合判定手段と、該発火度合判定手段が判定した微粉炭の発火度合に基づいて前記レーザ光の照射強度を制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５の発明の燃料比計測装置では、前記光照射手段は、前記配管内に微粉炭の流動方向に交差する面状の光を照射可能であり、前記光検出器は、前記面状の光の散乱光を検出可能であり、前記濃度検出手段は、前記面状の散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明の燃料比計測装置では、前記光検出器は、前記光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記配管の径方向に沿った分布状態として検出し、前記濃度検出手段は、前記配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明の燃料比計測装置では、前記光検出器は、入力端が同心円状に配置されて外周側にある出力端が上部または下部になるように直線状に配置された複数の光ファイバ束を有し、前記光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記光ファイバ束により前記配管の径方向に沿った分布状態として検出し、前記濃度検出手段は、前記配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めることを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明の燃料比計測装置では、前記光照射手段は、前記配管内の微粉炭に向けて先端ほど光密度が高くなる光を照射可能であることを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明の燃料比計測方法は、微粉炭が流動する配管に対してレーザ光を照射し、微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光とＣ−Ｈ結合からのラマン散乱光とを検出し、この検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求める燃料比計測方法において、前記配管内を流動する微粉炭に向けてその流動方向に交差する光を照射し、微粉炭に照射された光の散乱光を検出し、この検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を求め、この微粉炭濃度に基づいて微粉炭の発火度合を判定し、この発火度合に基づいてレーザ光の照射強度を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明の燃料発火判定装置によれば、管内を流動する燃料に向けて光を照射する光照射手段と、この光照射手段から燃料の粒子に照射された光の散乱光を検出する光検出器と、光検出器が検出した散乱光の強度に基づいて燃料の濃度を求める濃度検出手段と、この濃度検出手段が検出した燃料濃度に基づいて燃料の発火度合を判定する発火度合判定手段とを設けたので、簡単な構成で燃料濃度に基づいて容易に燃料の発火度合を判定することができ、安全性を向上することができる。
【００１８】
請求項２の発明の燃料発火判定装置によれば、光検出器は光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を配管の径方向に沿った分布状態として検出し、濃度検出手段は配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めるので、配管を流動する微粉炭の発火の可能性をその径方向に沿った分布として把握することができ、微粉炭の発火度合の判定精度を向上することができる。
【００１９】
請求項３の発明の燃料発火判定方法によれば、管内を流動する燃料に光を照射し、その散乱光の強度に基づいて燃料濃度を求め、この燃料濃度に基づいて燃料の発火度合を判定するようにしたので、燃料濃度に基づいて容易に燃料の発火度合を判定することができ、安全性を向上することができる。
【００２０】
また、請求項４の発明の燃料比計測装置によれば、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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を算出可能に構成し、配管内を流動する微粉炭に向けて光を照射する光照射手段と、この光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を検出する光検出器と、光検出器が検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を求める濃度検出手段と、濃度検出手段が検出した微粉炭濃度に基づいて微粉炭の発火度合を判定する発火度合判定手段とを設け、制御手段は、発火度合判定手段が判定した微粉炭の発火度合に基づいてレーザ光の照射強度を制御するので、微粉炭の送給中にリアルタイムでその燃料比を求めることができると共に、この微粉炭の発火度合を判定し、燃料比を求めるためのレーザ光の照射強度を制御することで、微粉炭の発火を事前に把握することができ、その結果、安全性を向上することができる。
【００２１】
請求項５の発明の燃料比計測装置によれば、光照射手段が配管内に微粉炭の流動方向に交差する面状の光を照射可能であり、光検出器がこの面状の光の散乱光を検出可能であり、濃度検出手段は、この面状の散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めるので、配管を流動する微粉炭の発火の可能性を空間的に把握することができ、微粉炭の発火度合の判定精度を向上することができる。
【００２２】
請求項６の発明の燃料比計測装置によれば、光検出器は光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を配管の径方向に沿った分布状態として検出し、濃度検出手段は配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めるので、配管を流動する微粉炭の発火の可能性をその径方向に沿った分布として把握することができ、微粉炭の発火度合の判定精度を向上することができる。
【００２３】
請求項７の発明の燃料比計測装置によれば、光検出器は、入力端が同心円状に配置されて外周側にある出力端が上部または下部になるように直線状に配置された複数の光ファイバ束を有し、光照射手段から微粉炭に照射された光の散乱光を前記光ファイバ束により配管の径方向に沿った分布状態として検出し、濃度検出手段は配管の径方向に沿って分布された散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を求めるので、配管を流動する微粉炭の発火の可能性をその径方向に沿った分布として把握することができ、微粉炭の発火度合の判定精度を向上することができる。
【００２４】
請求項８の発明の燃料比計測装置によれば、光照射手段は配管内の微粉炭に向けて先端ほど光密度が高くなる光を照射可能としたので、配管内に照射された光の密度を径方向に沿って変化させることで、光の減衰を抑制して確実に散乱光を検出することができる。
【００２５】
請求項９の発明の燃料比計測方法によれば、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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を算出可能とし、配管内を流動する微粉炭に向けて光を照射し、この微粉炭に照射された光の散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を求め、この微粉炭濃度に基づいて微粉炭の発火度合を判定しレーザ光の照射強度を制御するようにしたので、微粉炭の送給中にリアルタイムでその燃料比を求めることができると共に、この微粉炭の発火度合を判定し、燃料比を求めるためのレーザ光の照射強度を制御することで、微粉炭の発火を事前に把握することができ、その結果、安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る燃料発火判定装置及び方法並びに燃料比計測装置及び方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の実施例１に係る燃料発火判定装置が適用された燃料比計測装置の概略構成図である。
【００２８】
実施例１において、図１に示すように、燃料比計測装置１１は、図示しないボイラへ燃料としての微粉炭Ｆを供給する配管Ｐに沿って設けられており、この微粉炭Ｆの燃料比を計測するものである。この燃料比計測装置１１において、ハウジング１２内にはレーザ装置１３が収容されており、このレーザ装置１３は、微粉炭Ｆが流動する配管Ｐに対してレーザ光Ｌを照射するものである。この場合、ハウジング１２と配管Ｐとの間にはレーザ通路１４及び開閉バルブ１５が設けられており、レーザ装置１３から照射されたレーザ光Ｌは、このレーザ通路１４を通って配管Ｐ内を流れる微粉炭Ｆの流動方向にほぼ直行する方向に照射されるようになっている。なお、図示しないが、レーザ通路１４に対してパージ空気を供給可能となっている。
【００２９】
また、ハウジング１２内には、レーザ装置１３に隣接して光検出器１６が収容されており、この光検出器１６は、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または炭化水素の蛍光を受光して検出可能となっている。即ち、レーザ装置１３とレーザ通路１４との間には、ビームスプリッタ１７が設けられると共に、光検出器１６とこのビームスプリッタ１７との間には、フィルタ１８が設けられている。そして、燃料比算出部１９は、光検出器１６が検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求めることができる。
【００３０】
即ち、微粉炭Ｆ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。即ち、レーザ装置１３から発振されるレーザ光Ｌの波長を５３２ｎｍとすると、固定炭素からのラマン散乱光の波長は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することができ、固定炭素分と揮発分との比率により燃料比を求めることができる。
【００３１】
一方、発火判定装置２１は、微粉炭Ｆを供給する配管Ｐに沿って燃料比計測装置１１に隣接して設けられており、この微粉炭Ｆの発火度合を判定するものである。この発火判定装置２１において、ハウジング２２内には光照射手段としてのレーザ装置２３が収容されており、このレーザ装置２３は、微粉炭Ｆが流動する配管Ｐに対してレーザ光Ｌを照射するものである。この場合、ハウジング２２と配管Ｐとの間にはレーザ通路２４及び開閉バルブ２５が設けられており、レーザ装置２３の発光素子２３ａから照射されたレーザ光Ｌは、このレーザ通路２４を通って配管Ｐ内を流れる微粉炭Ｆの流動方向にほぼ直行する方向に照射されるようになっている。なお、図示しないが、レーザ通路２４に対してパージ空気を供給可能となっている。
【００３２】
また、ハウジング２２内には、レーザ装置２３に隣接して光検出器２６が収容されており、この光検出器２６の受光素子２６ａは、微粉炭中からの散乱光を受光して検出可能となっている。そして、濃度算出部（濃度検出手段）２７は、光検出器２６が検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭の濃度を推定ことができる。また、発火度合判定部２８は、この濃度算出部２７が推定した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定することができる。つまり、発火度合判定部２８は、濃度算出部２７が推定した微粉炭濃度が、予め設定された発火領域濃度にあるかどうかを判定する。
【００３３】
この場合、光照射手段としてのレーザ装置２３を適用したが、微粉炭Ｆに入射する光はレーザ光Ｌに限るものではないが、光の波長が短いほど散乱光は発生しやすいため、例えば、微粉炭Ｆの粒子径（約７０ミクロン）より小さめに設定すると散乱の効果が大きい。また、この散乱光の波長はほとんど変化しないので、入射した光と同じ波長付近を受光するようにすると外乱光の影響を除去できる。そして、微粉炭Ｆの濃度と散乱光の強度と発火領域（発火度合）の関係を事前に調べておき、光検出器２６が検出した散乱光の強度を微粉炭濃度に換算すればよい。微粉炭Ｆの場合、酸素濃度が一定とした場合、微粉炭濃度１００ｇ／ｍ3〜１８００ｇ／ｍ3の領域が発火領域濃度である。
【００３４】
制御部（制御手段）３０は、上述した燃料比計測装置１１及び発火判定装置２１を制御可能である。そして、この制御部３０は、発火判定装置２１の発火度合判定部２８が、現在の微粉炭濃度が予め設定された発火領域濃度に近づいたと判定したとき、燃料比計測装置１１のレーザ装置１３からのレーザ光の照射強度を制御、例えば、レーザ光Ｌの照射を停止する。なお、発火判定装置２１の発火度合判定部２８が現在の微粉炭濃度が予め設定された発火領域濃度に近づいたと判定した場合、微粉炭Ｆの送給を停止するようにしても良い。
【００３５】
このように実施例１の燃料比計測装置１１及び発火判定装置２１にあっては、配管Ｐ内を流動する微粉炭Ｆに向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ装置２３と、このレーザ装置２３から微粉炭Ｆに照射されたレーザ光Ｌの散乱光を検出する光検出器２６と、光検出器２６が検出した散乱光の強度に基づいて微粉炭Ｆの濃度を求める濃度算出部２７と、この濃度算出部２７が検出した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定する発火度合判定部２８とを設け、発火度合判定部２８が、現在の微粉炭濃度が発火領域濃度に近づいたと判定したとき、制御部３０は、燃料比計測装置１１のレーザ装置１３を停止するようにしている。
【００３６】
従って、燃料比計測装置１１により微粉炭Ｆの送給中にリアルタイムでその燃料比を求めることができると共に、発火判定装置２１によりこの微粉炭の発火度合を判定し、現在の微粉炭濃度が発火領域濃度に近づいたときには、燃料比計測装置１１のレーザ装置１３を停止することで、微粉炭Ｆの発火を事前に把握することができ、その結果、安全性を向上することができる。
【実施例２】
【００３７】
図２は、本発明の実施例２に係る燃料比計測装置の概略構成図、図３は、微粉炭の種類によるレーザ出力の切換操作を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３８】
実施例２の燃料比計測装置は、図２に示すように、微粉炭Ｆを供給する配管Ｐに沿って設けられており、燃料比計測機能と燃料発火判定機能を有している。この実施例２の燃料比計測装置において、光照射手段としてのレーザ装置３１は、微粉炭Ｆが流動する配管Ｐに対して、この微粉炭Ｆの流動方向に交差する面状のレーザ光Ｌを照射することができる。光検出器としてのＣＣＤカメラ３２は、フィルタ３３を通して微粉炭中からの面状の散乱光を受光して検出可能となっている。この場合、ＣＣＤカメラ３２は、フィルタ３３により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または炭化水素の蛍光とに分光して受光可能となっている。
【００３９】
そして、燃料比算出部３４は、ＣＣＤカメラ３２が検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求めることができる。
【００４０】
一方、濃度算出部（濃度検出手段）３５は、ＣＣＤカメラ３２が検出した面状の散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を推定することができる。また、発火度合判定部３６は、この濃度算出部３５が推定した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定することができる。つまり、発火度合判定部３６は、濃度算出部３５が推定した微粉炭濃度が、予め設定された発火領域濃度にあるかどうかを判定する。この場合、ＣＣＤカメラ３２は面状の散乱光を検出し、濃度算出部３５は面状の散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を推定するため、発火度合判定部３６は、配管Ｐの断面方向における全ての領域で微粉炭Ｆの発火度合を判定することとなる。
【００４１】
制御部（制御手段）３７は、発火度合判定部３６が、現在の微粉炭濃度が予め設定された発火領域濃度に近づいたと判定したとき、レーザ装置３１からのレーザ光の照射強度を制御する。
【００４２】
即ち、燃料としての微粉炭Ｆを配管Ｐを通してボイラに供給する場合、ボイラの燃焼状態に応じて微粉炭Ｆの種類を切換えている。即ち、図３に示すように、時間ｔ0では、高燃比炭の供給割合を１００％として低燃比炭の供給割合を０％としている。この状態から高燃比炭の供給割合を徐々に低下させる一方、低燃比炭の供給割合を徐々に上昇させていく。一般に、高燃比炭に比べて低燃比炭の方が揮発分を多く含んでいるために発火しやすい。そのため、高燃比炭を供給するときのレーザ光の出力レベルを高レベルＡとし、低燃比炭を供給するときのレーザ光の出力レベルを低レベルＢとし、低燃比炭の供給割合が所定の切り替え閾値を越えたときに、レーザ光の出力レベルを高レベルＡから低レベルＢに切替えるようにしている。
【００４３】
即ち、低燃比炭の供給割合と微粉炭Ｆの濃度との関係を事前に調べておき、発火度合判定部３６は、現在の微粉炭濃度が低燃比炭の供給割合（切り替え閾値）に対応する濃度にあると判定したとき、レーザ装置３１からのレーザ光の照射強度を高レベルＡから低レベルＢに切替える。
【００４４】
このように実施例２の燃料比計測装置にあっては、微粉炭Ｆが流動する配管Ｐに向けて面状のレーザ光Ｌを照射するレーザ装置３１と、フィルタ３３を通して微粉炭中からの面状の散乱光を受光検出なＣＣＤカメラ３２と、ＣＣＤカメラ３２が検出した面状の散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を推定する濃度算出部３５と、濃度算出部３５が推定した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定する発火度合判定部３６とを設け、発火度合判定部３６が、現在の微粉炭濃度が発火領域濃度に近づいたと判定したとき、制御部３７は、レーザ装置３１の照射強度を調整するようにしている。
【００４５】
従って、発火度合判定部３６により現在の微粉炭濃度が高燃比炭と低燃比炭との供給割合（切り替え閾値）に対応する濃度にあると判定したとき、レーザ装置３１からのレーザ光の照射強度を高レベルＡと低レベルＢとの間で切替えることとなり、微粉炭Ｆの発火を事前に把握することができ、その結果、安全性を向上することができる。この場合、配管Ｐを流動する微粉炭Ｆの発火の可能性を空間的に把握することができ、微粉炭Ｆの発火度合の判定精度を向上することができる。
【実施例３】
【００４６】
図４は、本発明の実施例３に係る燃料比計測装置の概略構成図、図５は、実施例３の燃料比計測装置における散乱光の受光状態を表す説明図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４７】
実施例３の燃料比計測装置は、図４に示すように、微粉炭Ｆを供給する配管Ｐに沿って設けられており、燃料比計測機能と燃料発火判定機能を有している。この実施例３の燃料比計測装置において、光照射手段としてのレーザ装置４１は、入力光ファイバ４２を介して微粉炭Ｆが流動する配管Ｐにレーザ光Ｌを照射することができる。即ち、入力光ファイバ４２から出力されたレーザ光Ｌは、ミラー４３を介して配管Ｐに照射される。また、ミラー４３と配管Ｐとの間には、ミラー４４が設けられており、微粉炭中からの散乱光をほぼ直角に反射してレンズ４５に向けることができる。このレンズ４５は、微粉炭中から散乱してミラー４４にて反射された散乱光を集光するものであり、集光された散乱光は複数の出力光ファイバが円形状に束ねられた光ファイバ束４６に入光可能となっている。この光ファイバ束４６は、円形状から平面状に出力光ファイバの配列方向に変えられる。
【００４８】
即ち、レーザ装置４１から配管Ｐ内の微粉炭Ｆにレーザ光Ｌが照射されると、このレーザ光Ｌは微粉炭Ｆに衝突して散乱光を発生するが、この場合、図５に実線で示すように、配管Ｐ内の上部を流れる微粉炭Ｆに衝突して発生する散乱光はその広がり角が大きく、図５に点線で示すように、配管Ｐ内の下部を流れる微粉炭Ｆに衝突して発生する散乱光はその広がり角が小さい。そのため、配管Ｐ内の上部の微粉炭Ｆからの散乱光（図５の実線）は、光ファイバ束４６における外側に配設された出力光ファイバに入射し、配管Ｐ内の下部の微粉炭Ｆからの散乱光は、光ファイバ束４６における中心側に配設された出力光ファイバに入射する。そして、この光ファイバ束４６は、円形状から平面状に出力光ファイバの配列方向に変えられるが、この場合、円形状の光ファイバ束４６における中心側の出力光ファイバは中央部に、上側の出力光ファイバは上部に、下側の出力光ファイバは下部にそれぞれ配設される。
【００４９】
そのため、図４に示すように、平面状に配設された出力光ファイバの束４６から出力される散乱光は、分光器４７を介して光検出器としてのＣＣＤカメラ４８に入力されるが、このＣＣＤカメラ４８は、散乱光を配管Ｐの径方向（上下方向）に沿った分布状態として検出することとなる。
【００５０】
また、ＣＣＤカメラ４８は、分光器４７により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または炭化水素の蛍光とに分光して受光可能となっている。燃料比算出部４９は、ＣＣＤカメラ４８が検出した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または炭化水素の蛍光との比率に基づいて燃料比を求めることができる。
【００５１】
一方、濃度算出部（濃度検出手段）５０は、ＣＣＤカメラ４８が検出した配管Ｐの径方向に沿った散乱光の強度分布に基づいて微粉炭Ｆの濃度を推定することができる。また、発火度合判定部５１は、この濃度算出部５０が推定した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定することができる。つまり、発火度合判定部５１は、濃度算出部５０が推定した微粉炭濃度が、予め設定された発火領域濃度にあるかどうかを判定する。配管Ｐ内を流れる微粉炭Ｆは、この配管Ｐの上部より下部の方が粒子径は大きい。この場合、ＣＣＤカメラ４８は配管Ｐの径方向に沿った散乱光を検出し、濃度算出部５０は配管Ｐの径方向に沿った散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を推定するため、発火度合判定部３６は、配管Ｐの断面方向におけるほとんどの領域で微粉炭Ｆの発火度合を判定することとなる。
【００５２】
そして、制御部（制御手段）５２は、発火度合判定部５１が、現在の微粉炭濃度が予め設定された発火領域濃度に近づいたと判定したとき、レーザ装置４１からのレーザ光の照射強度を制御し、その出力を低下させる。
【００５３】
このように実施例３の燃料比計測装置にあっては、微粉炭Ｆが流動する配管Ｐに向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ装置４１と、分光器４７を通して配管Ｐの径方向に沿って分布された微粉炭中からの散乱光を受光検出なＣＣＤカメラ４８と、ＣＣＤカメラ４８が検出した散乱光の強度分布に基づいて微粉炭の濃度を推定する濃度算出部５０と、濃度算出部５０が推定した微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定する発火度合判定部５１とを設け、発火度合判定部５１が、現在の微粉炭濃度が発火領域濃度に近づいたと判定したとき、制御部５２は、レーザ装置４１の照射強度を調整するようにしている。
【００５４】
従って、発火度合判定部５１が微粉炭Ｆの発火度合を判定し、現在の微粉炭濃度が発火領域濃度に近づいたとときには、レーザ装置４１の照射強度を調整することで、微粉炭Ｆの発火を事前に把握することができ、その結果、安全性を向上することができる。この場合、配管Ｐを流動する微粉炭Ｆの発火の可能性をその径方向に沿った分布として把握することができ、微粉炭Ｆの発火度合の判定精度を向上することができる。
【実施例４】
【００５５】
図６は、本発明の実施例４に係る燃料比計測装置の概略構成図、図７は、実施例４の燃料比計測装置における散乱光の受光状態を表す説明図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５６】
実施例４の燃料比計測装置において、図６及び図７に示すように、レーザ装置４１は、入力光ファイバ４２を介して微粉炭Ｆが流動する配管Ｐにレーザ光Ｌを照射することができる。この場合、入力光ファイバ４２から出力されたレーザ光Ｌは、レンズ６１により所定角度で拡散され、ミラー４３で反射されて配管Ｐ内に照射されることで、レーザ光Ｌは、配管Ｐ内の微粉炭Ｆに向けて先端ほど光密度が高くなるものとなっている。
【００５７】
つまり、水平な配管Ｐ内の流れる微粉炭Ｆは、粒子径が大きいものが底部を流れ、粒子径が小さいものが上部を流れる傾向にあり、粒子径が小さいと発火しやすく、大きいと発火しにくい。そのため、レーザ光Ｌのエネルギ密度もこれに応じて変化させることで、より高いエネルギを入射することができる。また、発生する蛍光・散乱光は、入射する光の強さに比例する。入射する光の強度と発生する蛍光・散乱光は、通過する微粉炭Ｆの量に応じて減衰するため、配管Ｐの底部ほど計測できる信号強度は小さくなる。そのため、入射する光の密度を変化させることで、減衰を補正している。
【００５８】
従って、配管Ｐ内の微粉炭Ｆに向けて照射されたレーザ光Ｌは、先端ほど光密度が高くなることで、粒子径が小さく発火しやすい微粉炭Ｆに対して低エネルギ密度のレーザ光Ｌを照射し、粒子径が大きく発火しにくい微粉炭Ｆに対して高エネルギ密度のレーザ光Ｌを照射する。そして、配管Ｐの底部を流れる計測信号強度の小さい微粉炭Ｆに向けて高エネルギ密度のレーザ光Ｌを照射することで、減衰を補正することができる。
【００５９】
そして、ミラー４３と配管Ｐとの間には、ミラー４４が設けられており、微粉炭中からの散乱光をほぼ直角に反射してレンズ４５に向け、このレンズ４５により微粉炭中から散乱してミラー４４にて反射された散乱光を集光する。そして、集光された散乱光は複数の出力光ファイバが円形状に束ねられた光ファイバ束４６に入光可能となっている。
【００６０】
なお、この光ファイバ束４６の構成、並びに、分光器４７、ＣＣＤカメラ４８、燃料比算出部４９、濃度算出部５０、発火度合判定部５１、制御部５２の構成は、前述した実施例４と同様であるため、説明は省略する。
【００６１】
このように実施例４の燃料比計測装置にあっては、レーザ装置４１により入力光ファイバ４２を介して微粉炭Ｆが流動する配管Ｐにレーザ光Ｌを照射可能とし、このレーザ光Ｌをレンズ６１により所定角度に拡散した後に、ミラー４３で反射して配管Ｐ内に照射するように構成することで、レーザ光Ｌが配管Ｐ内の微粉炭Ｆに向けて先端ほど光密度が高くなるようにしている。
【００６２】
従って、配管Ｐ内を流れる微粉炭Ｆの粒子径や配管Ｐを流れる微粉炭Ｆの位置に応じてレーザ光Ｌのエネルギ密度を調整することで、発火を抑制して高精度な検出を行うことができ、微粉炭Ｆの発火を事前に適正に把握することができ、その結果、安全性を向上することができる。
【実施例５】
【００６３】
図８は、本発明の実施例５に係る燃料比計測装置の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６４】
実施例５の燃料比計測装置において、図８に示すように、レーザ装置４１は、入力光ファイバ４２を通ってミラー４３を介して微粉炭Ｆが流動する配管Ｐにレーザ光Ｌを照射することができる。そして、微粉炭Ｆからの散乱光をミラー４４により反射してレンズ４５で集光した後、複数の出力光ファイバが円形状に束ねられた光ファイバ束７１に入光可能となっている。
【００６５】
この光ファイバ束４６は、円形状から平面状に出力光ファイバの配列方向に変えられ、端部にフィルタ７２が装着されている。各フィルタ７２に対向して光検出器７３が設けられ、各光検出器７３は、ＡＤ変換器７４を介して信号処理装置７５に接続されている。そして、信号処理装置７５は、燃料比算出部４９及び濃度算出部５０に接続されている。
【００６６】
従って、信号処理装置７５は、平面状に配設された出力光ファイバの束７１から出力される散乱光をフィルタ７２、光検出器７３、ＡＤ変換器７４を介して受光し、燃料比算出部４９は微粉炭Ｆの燃料比を求め、濃度算出部５０は、配管Ｐの径方向に沿った散乱光の強度分布に基づいて微粉炭Ｆの濃度を推定する。発火度合判定部５１は、この微粉炭濃度に基づいて微粉炭Ｆの発火度合を判定する。そして、制御部５２は、発火度合判定部５１が、現在の微粉炭濃度が予め設定された発火領域濃度に近づいたと判定したとき、レーザ装置４１からのレーザ光の照射強度を制御し、その出力を低下させる。
【００６７】
このように実施例５の燃料比計測装置にあっては、配管Ｐの径方向に沿って分布された微粉炭からの散乱光を、フィルタ７２、光検出器７３、ＡＤ変換器７４、信号処理装置７５を用いて散乱光の強度分布を求めている。従って、ＣＣＤカメラや分光器などを用いることなく、安価に配管Ｐ内の微粉炭Ｆの濃度を推定することができ、構造の簡素化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る燃料発火判定装置及び方法並びに燃料比計測装置及び方法は、燃料の濃度から発火度合を判定して安全性を向上させるものであり、燃料を送給するシステムにおける燃料発火判定装置及び方法並びに燃料比計測装置及び方法に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料発火判定装置が適用された燃料比計測装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係る燃料比計測装置の概略構成図である。
【図３】微粉炭の種類によるレーザ出力の切換操作を表すグラフである。
【図４】本発明の実施例３に係る燃料比計測装置の概略構成図である。
【図５】実施例３の燃料比計測装置における散乱光の受光状態を表す説明図である。
【図６】本発明の実施例４に係る燃料比計測装置の概略構成図である。
【図７】実施例４の燃料比計測装置における散乱光の受光状態を表す説明図である。
【図８】本発明の実施例５に係る燃料比計測装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１  燃料比計測装置
１３  レーザ装置
１６  光検出器
１９，３４，４９  燃料比算出部
２１  発火判定装置
２３，３１，４１  レーザ装置（光照射手段）
２６  光検出器
２７，３５，５０  濃度算出部（濃度検出手段）
２８，３６，５１  発火度合判定部
３０，３７，５２  制御部（制御手段）
３２，４８  ＣＣＤカメラ（光検出器）
Ｆ  微粉炭（燃料）
Ｐ  配管
【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】
2006234634.tif 000008
【図７】
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【図８】
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