(57)【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、該サイクロンで分離・捕集された灰分を吸引する第２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、前記サイクロンと第２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】
前記第１イジェクタ上流のサンプリングラインを弁装置を介して２系統に分離し、その内の一方に流量計を介装したことを特徴とする請求項１に記載の灰中未燃分計測システム。
【請求項３】
前記第１のイジェクタをサンプリングライン中に二段に亙って設け、これら二つのイジェクタ間のライン中に必要時に当該ラインを遮断する遮断弁を介装したことを特徴とする請求項１又は２に記載の灰中未燃分計測システム。
【請求項４】
前記第２イジェクタ下流のサンプリングラインから弁装置を介してラインを分岐し、該分岐ライン中に灰分を分離・捕集する第２のサイクロンを介装したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の灰中未燃分計測システム。
【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４に示すように装置化される。
即ち、各種プラント等の配管１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１のうち測定場２の部分には、パージ空気通路３ａを備えた計測窓３が設置されている。
【０００６】
そして、ＬＩＢＳ装置４を構成するパルスレーザ装置５から出力されたレーザ光は、レンズ６及び計測窓３を介して測定場２に集光される。このため、測定場２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２の計測窓３から外部に出力され、ミラー７で反射され、さらにレンズ８で集光されて分光器９に入射される。分光器９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１０に入力する。
【０００８】
高速ゲートが可能なＣＣＤカメラ１０は、分光器９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１１に転送する。なお、ＣＣＤカメラ１０は、同期ライン１２を介してパルスレーザ装置５と接続されており、ＣＣＤカメラ１０のゲート制御と、パルスレーザ装置５の発振とを同期させている。
【０００９】
コンピュータ１１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２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４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】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の灰中未燃分計測システムは、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、該サイクロンで分離・捕集された灰分を吸引する第２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、前記サイクロンと第２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。
【００１３】
前記第１イジェクタ上流のサンプリングラインを弁装置を介して２系統に分離し、その内の一方に流量計を介装したことを特徴とする。
【００１４】
前記第１のイジェクタをサンプリングライン中に二段に亙って設け、これら二つのイジェクタ間のライン中に必要時に当該ラインを遮断する遮断弁を介装したことを特徴とする。
【００１５】
前記第２イジェクタ下流のサンプリングラインから弁装置を介してラインを分岐し、該分岐ライン中に灰分を分離・捕集する第２のサイクロンを介装したことを特徴とする。
【００１６】
【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。
【００１７】
［実施例］
図１は本発明の一実施例を示す灰中未燃分計測システムの概略構成図、図２は同じく作用説明図で同図（ａ）は通常モードの流路説明図、同図（ｂ）は流量計測モードの流路説明図、図３は同じく作用説明図で同図（ａ）はパージモードの流路説明図、同図（ｂ）はサンプルモードの流路説明図である。
【００１８】
図１に示すように、図示しないボイラの燃焼ガス（排ガス）ラインから適宜弁装置を介して分岐した主サンプリングラインＡ中に、灰の入ったサンプルガスを吸引する第１のイジェクタ２０ａ，２０ｂと、該第１イジェクタ２０ａ，２０ｂで吸引されたサンプルガス中から灰分を分離・捕集する第１のサイクロン２１と、該第１サイクロン２１で分離・捕集された灰分を吸引する第２のイジェクタ２２とがライン上流側から下流側に順次介装されると共に、前記第１サイクロン２１と第２イジェクタ２２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ＬＩＢＳ（Laser Induced Breakdown Spectroscopy）装置４が介装される。尚、前記第１サイクロン２１で遠心分離されたガス成分は、第１の副サンプリングラインＡ1 を通って、前記第２イジェクタ２２下流の主サンプリングラインＡ中に合流される。
【００１９】
また、前記第１イジェクタ２０ａ，２０ｂ上流の主サンプリングラインＡの途中には、三方弁２３ａ，２３ｂを介して第２の副サンプリングラインＡ2 が分離形成され、この第２副サンプリングラインＡ2 の途中にサンプルガスの流量を計測する流量計２４が介装される。
【００２０】
また、前記第１イジェクタ２０ａ，２０ｂは前，後二段に亙って設けられ、これら前段のイジェクタ２０ａと後段のイジェクタ２０ｂとの間の主サンプリングラインＡ中に必要時に当該ラインを遮断する遮断弁２５が介装される。
【００２１】
また、前記第２イジェクタ２２下流の主サンプリングラインＡからは、三方弁２６を介して第３の副サンプリングラインＡ3 が分岐され、この第３副サンプリングラインＡ3 中に灰分を分離・捕集する第２のサイクロン２８がポット２９とともに介装される。前記第３副サンプリングラインＡ3 の下流端は必要時に当該ラインを遮断する遮断弁２７を介して前記三方弁２６下流の主サンプリングラインＡに接続される。
【００２２】
前記三方弁２３ａ，２３ｂ，２６及び遮断弁２５，２７は、例えば電磁弁で構成され、図示しない制御装置により後述する各種モードに応じて切換（開閉）制御されるようになっている。また、前記第１イジェクタ２０ａ，２０ｂ及び第２イジェクタ２２と主サンプリングラインＡの第１サイクロン２１直下及びＬＩＢＳ装置４計測部の５箇所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。
【００２３】
このように構成されるため、先ず、図２の（ａ）に示す通常モードでは、三方弁２３ａ，２３ｂ，２６は主サンプリングラインＡ側に切り換えられると共に、遮断弁２５は開かれる一方遮断弁２７は閉じられる。
【００２４】
これにより、第１イジェクタ２０ａ，２０ｂで主サンプリングラインＡ中に吸引されたサンプルガスは第１サイクロン２１に導かれ、ここでガス中の灰分が分離・捕集される。分離・捕集された灰分は第２イジェクタ２２により吸引されてその後第１副サンプリングラインＡ1 を通ってきたガスと合流して主サンプリングラインＡ外へと排出される。
【００２５】
そして、前記第１サイクロン２１で分離・捕集された灰分は、同第１サイクロン２１から第２イジェクタ２２に至る間に、ＬＩＢＳ装置４により、その灰中未燃分が計測される。即ち、ＬＩＢＳ装置４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。
【００２６】
ボイラでは、前記ＬＩＢＳ装置４の計測結果に基づいて、例えば微粉炭の粉砕度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。
【００２７】
次に、図２の（ｂ）に示す流量計測モードでは、三方弁２３ａ，２３ｂが第２副サンプリングラインＡ2 側に切り換えられ、その他は図２の（ａ）の状態と同様である。
【００２８】
これにより、第１イジェクタ２０ａ，２０ｂで吸引されるサンプルガスは第２副サンプリングラインＡ2 を通り、流量計２４でその流量を計測されつつ第１サイクロン２１に導かれる。
【００２９】
この結果、サンプルガスの流量をモニタリングしながら灰中の未燃分を計測することができる。尚、この流量計測モードは通常１時間位運転され、それ以上の運転は流量計２４の詰まりなどの原因となるので、回避される。
【００３０】
次に、図３の（ａ）に示すパージモードでは、遮断弁２５は閉じられると共に、三方弁２３ａ，２３ｂ，２６は主サンプリングラインＡ側に切り換えられる一方遮断弁２７は閉じられる。
【００３１】
これにより、前段のイジェクタ２０ａより導入されたエアは同イジェクタ２０ａ上流の主サンプリングラインＡを逆流し（図中矢印参照）、同ラインの管内壁や三方弁２３ａ，２３ｂの部品等に付着した灰をパージする一方、後段のイジェクタ２０ｂより導入されたエアは同イジェクタ２０ａ下流の主サンプリングラインＡと第１副サンプリングラインＡ1 とを流れ、同ラインの管内壁や各種機器の部品等に付着した灰をパージする。
【００３２】
尚、このパージモードにおいて、三方弁２３ａ，２３ｂ，２６と遮断弁２７を逆に切り換えることで、第２副サンプリングラインＡ2 と第３副サンプリングラインＡ3 の灰もパージすることができる。また、このパージモードはシステムのエラー発生時に自動的に当該モードになると好適である。
【００３３】
最後に、図３の（ｂ）に示すサンプルモードでは、三方弁２３ａ，２３ｂは主サンプリングラインＡ側に切り換えられて遮断弁２５が開かれる一方、三方弁２６は第３副サンプリングラインＡ3 側に切り換えられて遮断弁２７が開かれる。
【００３４】
これにより、第１イジェクタ２０ａ，２０ｂで主サンプリングラインＡ中に吸引されたサンプルガスは第１サイクロン２１に導かれ、ここでガス中の灰分が分離・捕集される。分離・捕集された灰分は第２イジェクタ２２により吸引されてその後第３副サンプリングラインＡ3 に導かれ、第２サイクロン２８で再びガス中の灰分が分離されてポット２９内に捕集される。第２サイクロン２８で分離されたガス成分は遮断弁２７を経て主サンプリングラインＡに合流される。
【００３５】
前記モードで約２時間運転した後、ポット２９内に捕集・取得された灰は、化学分析装置やＸ線分析装置で成分分析され、未燃分が計測される。この計測結果と前記ＬＩＢＳ装置４の計測結果とを比較し、計測値が異なっていればＬＩＢＳ装置４の計測値に較正をかければ良い。これは、ＬＩＢＳ装置４の計測中に行える。
【００３６】
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。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、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、該サイクロンで分離・捕集された灰分を吸引する第２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、前記サイクロンと第２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。
【００３８】
請求項２の発明によれば、前記第１イジェクタ上流のサンプリングラインを弁装置を介して２系統に分離し、その内の一方に流量計を介装したので、サンプルガスの流量をモニタリングしながら灰中の未燃分を計測することができる。
【００３９】
請求項３の発明によれば、前記第１のイジェクタをサンプリングライン中に二段に亙って設け、これら二つのイジェクタ間のライン中に必要時に当該ラインを遮断する遮断弁を介装したので、サンプリングライン中に残留する灰を第１イジェクタの導入エアを効果的に利用して定期的にパージすることができる。
【００４０】
請求項４の発明によれば、前記第２イジェクタ下流のサンプリングラインから弁装置を介してラインを分岐し、該分岐ライン中に灰分を分離・捕集する第２のサイクロンを介装したので、ＬＩＢＳ装置の計測値にリアルタイムで較正をかけられ、ＬＩＢＳ装置の信頼性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す灰中未燃分計測システムの概略構成図である。
【図２】同じく作用説明図で同図（ａ）は通常モードの流路説明図、同図（ｂ）は流量計測モードの流路説明図である。
【図３】同じく作用説明図で同図（ａ）はパージモードの流路説明図、同図（ｂ）はサンプルモードの流路説明図である。
【図４】ＬＩＢＳ装置の説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ  配管
２  測定場
３  計測窓
３ａ  パージ空気通路
４  ＬＩＢＳ装置
５  パルスレーザ装置
６  レンズ
７  ミラー
８  レンズ
９  分光器
１０  ＣＣＤカメラ
１１  コンピュータ
１２  同期ライン
２０ａ  第１（前段）のイジェクタ
２０ｂ  第１（後段）のイジェクタ
２１  第１のサイクロン
２２  第２のイジェクタ
２３ａ，２３ｂ  三方弁
２４  流量計
２５  遮断弁
２６  三方弁
２７  遮断弁
２８  第２のサイクロン
２９  ポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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