(57)【要約】【課題】火力プラント等のボイラに用いて好適な灰中未燃分計測システムを提供することを課題とする。【解決手段】灰の入ったサンプルガス１３を吸引する第１のイジェクタ１４と、該第１イジェクタ１４で吸引されたサンプルガス１３中から灰分１５を分離・捕集するサイクロン１６と、上記第１のイジェクタ１４と上記サイクロン１６との間に配され、第１のイジェクタ１４で吸引されたサンプルガス１３を吸引する第２のイジェクタ１７と、該サイクロン１６で分離・捕集された灰分１５を吸引する第３のイジェクタ１８とをライン上流側から下流側に順次介装すると共に、上記サイクロン１６と第３イジェクタ１８との間のライン中に、当該ラインを流れる灰分１５にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測するＬＩＢＳ装置１９を介装してなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの燃焼ガスラインから分岐したサンプリングライン中に、サンプルガスを吸引する第１のイジェクタと、
該第１イジェクタで吸引されたサンプルガス中から灰分を分離・捕集するサイクロンと、
上記第１のイジェクタと上記サイクロンとの間に配され、第１のイジェクタで吸引されたサンプルガスを吸引する第２のイジェクタと、
該サイクロンで分離・捕集された灰分を吸引する第３のイジェクタとをライン上流側から下流側に順次介装すると共に、
上記サイクロンと第３イジェクタとの間のライン中に、当該ラインを流れる灰分にレーザを照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測する計測装置を介装したことを特徴とする灰中未燃分計測システム。
【請求項２】
請求項１において、
上記第２のイジェクタとサイクロンとの間のラインに切り替え弁を設け、該切り替え弁からＬＩＢＳ装置へ、試料校正手段からの基準粉を含むガスを供給する第４のイジェクタを設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システム。
【請求項３】
請求項１において、
上記第２のイジェクタへの空気供給量を調整するマスフローコントローラを設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システム。
【請求項４】
請求項１において、
上記サイクロンから第３のイジェクタの後流側へサンプルガスを供給するバイパスラインを設け、該バイパスラインに第５のイジェクタを設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システム。
【請求項５】
請求項１において、
上記サイクロン後流側でＬＩＢＳ計測ラインにＣＯ２  濃度を希釈する空気を供給する空気供給手段を設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システム。
【請求項６】
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５の灰中未燃分計測システムと、
該灰中未燃分計測システムの計測結果から燃焼を制御する燃焼制御手段とを具備した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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力プラント等のボイラに用いて好適な灰中未燃分計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
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。ところが、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線分析装置やΓ線分析装置で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。また、Γ線分析装置では、取扱いが面倒で且つ高価であるという不具合があった。
【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、本発明者等は先に、特開平１０−１８５８１７号公報（特許文献１）等で提案した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。
【０００５】
このＬＩＢＳ法は、例えば図７に示すように装置化される。
即ち、各種プラント等の配管０１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０１のうち測定場０２の部分には、パージ空気通路０３ａを備えた計測窓０３が設置されている。
【０００６】
そして、ＬＩＢＳ装置０４を構成するパルスレーザ装置０５から出力されたレーザ光は、レンズ０６及び計測窓０３を介して測定場０２に集光される。このため、測定場０２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０２の計測窓０３から外部に出力され、ミラー０７で反射され、さらにレンズ０８で集光されて分光器０９に入射される。分光器０９は、波長が１９０ｎｍ〜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０１０に入力する。
【０００８】
高速ゲートが可能なＣＣＤカメラ０１０は、分光器０９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０１１に転送する。なお、ＣＣＤカメラ０１０は、同期ライン０１２を介してパルスレーザ装置０５と接続されており、ＣＣＤカメラ０１０のゲート制御と、パルスレーザ装置０５の発振とを同期させている。
【０００９】
コンピュータ０１１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０２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０４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】
そこで、本発明は、前述したＬＩＢＳ装置を用いてボイラにおける灰中の未燃分をリアルタイムで計測することができる新規な灰中未燃分計測システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−１８５８１７号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の発明は、ボイラの燃焼ガスラインから分岐したサンプリングライン中に、サンプルガスを吸引する第１のイジェクタと、
該第１イジェクタで吸引されたサンプルガス中から灰分を分離・捕集するサイクロンと、
上記第１のイジェクタと上記サイクロンとの間に配され、第１のイジェクタで吸引されたサンプルガスを吸引する第２のイジェクタと、
該サイクロンで分離・捕集された灰分を吸引する第３のイジェクタとをライン上流側から下流側に順次介装すると共に、
上記サイクロンと第３イジェクタとの間のライン中に、当該ラインを流れる灰分にレーザを照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測する計測装置を介装したことを特徴とする灰中未燃分計測システムにある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、
上記第２のイジェクタとサイクロンとの間のラインに切り替え弁を設け、該切り替え弁からＬＩＢＳ装置へ、試料校正手段からの基準粉を含むガスを供給する第４のイジェクタを設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システムにある。
。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、
上記第２のイジェクタへの空気供給量を調整するマスフローコントローラを設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システムにある。
【００１６】
第４の発明は、第１の発明において、
上記サイクロンから第３のイジェクタの後流側へサンプルガスを供給するバイパスラインを設け、該バイパスラインに第５のイジェクタを設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システムにある。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明において、
上記サイクロン後流側でＬＩＢＳ計測ラインにＣＯ２  濃度を希釈する空気を供給する空気供給手段を設けたことを特徴とする灰中未燃分計測システムにある。
【００１８】
第６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乃至第５の発明の灰中未燃分計測システムと、
該灰中未燃分計測システムの計測結果から燃焼を制御する燃焼制御手段とを具備したことを特徴とする微粉炭燃焼システムにある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る灰中未燃分計測システムを実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態を示す灰中未燃分計測システムの概略構成図である。
図１に示すように、第１の実施の形態を示す灰中未燃分計測システム１０は、ボイラ（図示せず）の燃焼ガスライン１１から分岐したサンプリングライン１２中に、灰の入ったサンプルガス１３を吸引する第１のイジェクタ１４と、
該第１イジェクタ１４で吸引されたサンプルガス１３中から灰分１５を分離・捕集するサイクロン１６と、
上記第１のイジェクタ１４と上記サイクロン１６との間に配され、第１のイジェクタ１４で吸引されたサンプルガス１３を吸引する第２のイジェクタ１７と、
該サイクロン１６で分離・捕集された灰分１５を吸引する第３のイジェクタ１８とをライン上流側から下流側に順次介装すると共に、上記サイクロン１６と第３イジェクタ１８との間のライン中に、当該ラインを流れる灰分１５にレーザ光を照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測するＬＩＢＳ装置１９を介装してなるものである。
【００２１】
また、上記第２のイジェクタ１７とサイクロン１６との間のラインに三方切替え弁２１を設け、該切替え弁２１からＬＩＢＳ装置（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）１９へ、試料校正手段２２からの基準粉２３ａを含むガスを供給する第４のイジェクタ２３を設け、所定期間毎にシステムの校正を行っている。
この基準粉は校正用の未燃分が既知の粉であり、これにより、所定時間経過後（例えば２〜３週間に一回、又は１月に一回等）に、校正を行うようにしている。
【００２２】
また、上記第２のイジェクタ１７への空気２０の供給量を調整するマスフローコントローラ２４を設け、ＬＩＢＳの信号強度が低くなった場合に、マスフローコントローラ２４を調整し、空気２０の供給量を多くし、サンプルガスの供給量を増大させ、信号強度が常に監視できるようにしている。
これにより、どのような形式のボイラの運転にも対応できるものとなる。
【００２３】
また、本実施の形態では、上記サイクロン１６から第３のイジェクタ１８の後流側へサンプルガス１１を供給するバイパスライン３１を設け、該バイパスライン３１に第５のイジェクタ３２を設けることで、サイクロン１６に供給するサンプルガス中のＣＯ２  成分への加圧を抑えている。
【００２４】
すなわち、バイパスライン３１に設けた第５イジェクタ３２を設けたので、該第５イジェクタ３２でガスを強制的に吸引することで、ＬＩＢＳ計測を行うサンプリング管１９ａに、第２イジェクタ１７からの加圧されたサンプルガス１１が供給されることが解消され、ガス中のＣＯ２  が圧力の変動を受けることが解消されることになる。
これにより、第２イジェクタ１７において、例えば急激な加圧があった場合に、誤ってＬＩＢＳ装置１９によりＣＯ２  成分をＣ（炭素）成分として計測し、Ｃ濃度の誤変動を生じることを防止するようにしている。
なお、第３のイジェクタ１８及び第５のイジェクタ３２からのガスは戻り配管３７により煙道に戻されている。
【００２５】
また、図３に示すように、サンプリング管１９ａ内に空気２０を供給し、灰分を計測する際の灰分の流れを整流化するようにしている。また、レーザ光Ｌが透過する透過窓１９ｂの汚れを防止するように空気２０を別途供給するようにしている。
【００２６】
また、サイクロン１６の後流側でＬＩＢＳ装置１９の計測ラインにＣＯ２  濃度を希釈する空気を供給する空気供給手段３３を設けている。
これにより、希釈用の空気を供給することで、ＣＯ２  濃度の希釈をして、Ｃ濃度の変動を生じることを防止するようにしている。
【００２７】
また、上記第１イジェクタ１４と第２イジェクタ１７との間には、流量計３５が設けられ、サンプリングの流量を計測している。
【００２８】
上記三方弁及び遮断弁は、例えば電磁弁で構成され、図示しない制御装置により必要に応じて切換（開閉）制御されるようになっている。また、上記第１イジェクタ１４、第３イジェクタ１８、第４イジェクタ２３及び第５イジェクタ３２には図示しない流量計が設置され、当該部位を流れるサンプルガス及び灰の流量が適正になるよう監視している。
【００２９】
また、空気供給手段３６からの空気２０は図示しない空気流量計により、各イジェクタに供給する流量を調整するようにしている。
【００３０】
これにより、第１イジェクタ１４及び第２イジェクタ１７によりサンプリングライン１２中に吸引されたサンプルガス１１はサイクロン１６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１６で分離・捕集された灰分は、サイクロン１６から第３イジェクタ１８に至る間に、ＬＩＢＳ装置１９により、その灰中未燃分が計測される。即ち、ＬＩＢＳ装置１９では、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。
【００３１】
そして、ボイラでは、上記ＬＩＢＳ装置１９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。
【００３２】
次に、ＬＩＢＳ装置１９の校正を行う場合には、図２に示すように、切替え弁２１である三方弁を切り換え、遮断弁２５を開ける。
【００３３】
これにより、試料校正手段（フィーダ）２２より、未燃分が既知の基準粉（例えば未燃分２．０  ％）を供給すると、第４イジェクタ２３で吸引され、サイクロン１６に導かれ、ＬＩＢＳ装置１９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。
【００３４】
この校正の際、弁２１によりサンプリングラインからのサンプルガスは計測ライン側へ行かず、第２イジェクタ１７により逆流され、配管内のサンプルガスは煙道まで押し戻され、サンプルラインが洗浄される。
【００３５】
この結果、サンプルガスの濃度計測の校正を適格に行うことができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
図４は第２の実施の形態を示す灰中未燃分計測システムの概略構成図である。
第２の実施の形態を示す灰中未燃分計測システム１０は、灰の入ったサンプルガス１３を吸引する第１のイジェクタ１４を複数系統設けたものである。
【００３７】
図４に示すように、第２の実施の形態を示す灰中未燃分計測システム１０は、ボイラ（図示せず）の燃焼ガスライン１１Ａ、１１Ｂから分岐したサンプリングライン１２Ａ，１２Ｂ中に、灰の入ったサンプルガス１３を吸引する第１のイジェクタ１４Ａ，１４Ｂと、該第１イジェクタ１４Ａ、１４Ｂで吸引されたサンプルガス１３中から灰分１５を分離・捕集するサイクロン１６と、上記第１のイジェクタ１４Ａ、１４Ｂと上記サイクロン１６との間に配され、第１のイジェクタ１４Ａ、１４Ｂで吸引されたサンプルガス１３を吸引する第２のイジェクタ１７と、該サイクロン１６で分離・捕集された灰分１５を吸引する第３のイジェクタ１８とをライン上流側から下流側に順次介装すると共に、上記サイクロン１６と第３イジェクタ１８との間のライン中に、当該ラインを流れる灰分１５にレーザを照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測するＬＩＢＳ装置１９を介装してなるものである。
【００３８】
すなわち、ボイラが複数ある場合には、ＬＩＢＳ計測システムを一台として、切替ることで、灰中の未燃分を計測するようにしている。
本実施の形態では、２系統（Ａ系統、Ｂ系統）の燃焼ガスライン１１Ａ、１１Ｂからのサンプリングライン１２Ａ、１２Ｂに第１イジェクタ１４Ａと第１イジェクタ１４Ｂを各々介装し、三方弁４１にて供給流路を切替るようにしている。
【００３９】
［第３の実施の形態］
ボイラシステムの概要を示す。
図５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。
【００４０】
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及び脱硫・脱硝装置１１２により清浄化され外部へ排出されている。
煙道１１０から分枝されたサンプリングライン１１には、ＬＩＢＳシステム１０が設けられ、灰中の未燃分を計測している。
【００４１】
そして、未燃焼カーボン量の計測結果を制御システム１２０に送り、ミル１０５の回転数を制御したり、アディショナル・エアの供給量を指示するようにしている。
【００４２】
図６に制御の状態を示す。図中左側の軸はフライアッシュ中の未燃焼カーボン量（％）、右側の軸はフライアッシュ中の未燃焼カーボン設定値（％）、横軸は時間（Ｈ）を示す。
図６に示すように、フライアシュ中の未燃焼カーボン量を設定（図中破線）することで、図中の太線のように、追従することがわかる。
【００４３】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボイラの燃焼ガスラインから分岐したサンプリングライン中に、サンプルガスを吸引する第１のイジェクタと、該第１イジェクタで吸引されたサンプルガス中から灰分を分離・捕集するサイクロンと、上記第１のイジェクタと上記サイクロンとの間に配され、第１のイジェクタで吸引されたサンプルガスを吸引する第２のイジェクタと、該サイクロンで分離・捕集された灰分を吸引する第３のイジェクタとをライン上流側から下流側に順次介装すると共に、上記サイクロンと第３イジェクタとの間のライン中に、当該ラインを流れる灰分にレーザを照射してその組成成分をプラズマ化し、該プラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、分光器にて分光したスペクトル光から灰中の未燃分を計測する計測装置を介装したので、ボイラにおける灰中の未燃分をリアルタイムで計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる灰中未燃分計測システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる灰中未燃分計測システムの校正時の概略構成図である。
【図３】サンプリング管の概略構成図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる灰中未燃分計測システムの概略構成図である。
【図５】ボイラ系統図である。
【図６】制御の状態を示す図である。
【図７】ＬＩＢＳ装置の説明図である。
【符号の説明】
１０  灰中未燃分計測システム
１１  燃焼ガスライン
１２  サンプリングライン
１３  サンプルガス
１４  第１のイジェクタ
１５  灰分
１６  サイクロン
１７  第２のイジェクタ
１８  第３のイジェクタ
１９  ＬＩＢＳ装置
【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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