JP2003270150A - 燃料比計測装置及び方法 - Google Patents
燃料比計測装置及び方法Info
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Abstract
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
方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明の燃料比計測装置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、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1
6、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。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
第1の発明は、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ことを特
徴とする燃料比計測装置にある。
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、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分光器を備えた検出器とを具備
してなることを特徴とする燃料比計測装置にある。固体
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。
て、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(固体炭
素分/揮発分)を求めることを特徴とする燃料比計測装
置にある。
て、上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光と炭化
水素の蛍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。
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。
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。
置をバーナに微粉炭を供給する微粉炭配ライン又は微粉
炭粉砕手段に備えたことを特徴とする微粉炭用ボイラに
ある。
の燃料比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(固体炭
素分/揮発分)を求めることを特徴とする燃料比計測方
法にある。
の燃料比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、炭化水素の蛍光を検出し、上記微粉炭
中の固定炭素からのラマン散乱光と炭化水素の蛍光との
比率から燃料比(固体炭素分/揮発分)を求めることを
特徴とする燃料比計測方法にある。
の燃料比を計測する計測方法であって、上記複数の微粉
炭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(固体炭素分/揮発
分)を求めることを特徴とする燃料比計測方法にある。
の燃料比を計測する計測方法であって、上記複数の微粉
炭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、炭化水素の蛍光を検出し、上記微粉炭中の固定炭素
からのラマン散乱光と炭化水素の蛍光との比率から燃料
比(固体炭素分/揮発分)を求めることを特徴とする燃
料比計測方法にある。
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。
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1
6、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。
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(A
l)等が含まれている。
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。
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。
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CC
D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。
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。
A,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。
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。
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10
1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101
a〜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。
02b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〜1
02c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。
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(固体炭素分/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
略図である。
散乱光及び蛍光の微粉炭の測定結果図である。
概略図である。
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 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を計測
する計測装置であって、 上記複数の微粉炭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、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分光器を備えた検出器とを具備して
なることを特徴とする燃料比計測装置。固体炭素分が炭
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3】 請求項1又は2において、 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(固体炭素分
/揮発分)を求めることを特徴とする燃料比計測装置。 - 【請求項4】 請求項1又は2において、 上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光と炭化水素
の蛍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5】 請求項1又は2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6】 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7】 請求項1乃至6の燃料比計測装置をバー
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
段に備えたことを特徴とする微粉炭用ボイラ。 - 【請求項8】 ボイラの供給する微粉炭の燃料比を計測
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(固体炭素分
/揮発分)を求めることを特徴とする燃料比計測方法。 - 【請求項9】 ボイラの供給する微粉炭の燃料比を計測
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、炭化水素の蛍光を検出
し、 上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光と炭化水素
の蛍光との比率から燃料比(固体炭素分/揮発分)を求
めることを特徴とする燃料比計測方法。 - 【請求項10】 ボイラの供給する微粉炭の燃料比を計
測する計測方法であって、 上記複数の微粉炭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(固体炭素分
/揮発分)を求めることを特徴とする燃料比計測方法。 - 【請求項11】 ボイラの供給する微粉炭の燃料比を計
測する計測方法であって、 上記複数の微粉炭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、炭化水素の蛍光を検出し、 上記微粉炭中の固定炭素からのラマン散乱光と炭化水素
の蛍光との比率から燃料比(固体炭素分/揮発分)を求
めることを特徴とする燃料比計測方法。
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