JPH0792159A - Method and equipment for evaluating firing/combustion characteristics of solid fuel and combustion method thereof - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To simultaneous evaluate the firing/combustion characteristics on the surface of particle and of the volatile matters emitted into a gas phase through thermal decomposition. CONSTITUTION:Solid particles 15 are fed through a particle introduction pipe 5 to a firing position 13 where the particles are floated in a combustible gas flow 6 and then fired by raising the temperature quickly by means of a pulse laser 8. Light emitted from the fired particles is measured by means of a photomultiplexer 19 having a visible/infrared filter 18 and an ultraviolet filter 30. A temperature analyzer 20 analyzes the temporal variation 22 of the particle temperature based on the relationship between the temperature and the ratio of intensity of two different wavelengths of visible light or infrared light. The temporal variation 33 in the emission intensity of OH radical is determined from ultraviolet light. Consequently, the firing/combustion characteristics can be evaluated separately on the surface of particle and for the volatile matters emitted into a gas phase through thermal decomposition. Since the process from tiring to the end of combustion can be tracked for a single particle, the difference of reactivity between particles can also be evaluated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体燃料の着火，燃焼
性を評価する装置、及び本評価装置を用いた着火，燃焼
性の評価方法に関する。また本発明は、本評価装置で得
られた着火，燃焼特性の評価結果に基づいた、固体燃料
の燃焼方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for evaluating ignition and combustibility of solid fuel, and an ignition and combustibility evaluation method using this evaluation apparatus. The present invention also relates to a solid fuel combustion method based on the ignition and combustion characteristic evaluation results obtained by the present evaluation apparatus.

【０００２】[0002]

【従来の技術】石炭は、最も埋蔵量の多い化石燃料であ
り、火力発電用の燃料等に広く利用されている。ただし
石炭は、石油，天然ガス等と比べて着火，燃焼の困難な
燃料であり、また、石炭の産地等で着火，燃焼性は著し
く異なることが知られている。従って、石炭を燃料とし
て用いる際には、使用する石炭の着火，燃焼性を正しく
評価する必要がある。2. Description of the Related Art Coal is a fossil fuel with the largest reserves and is widely used as a fuel for thermal power generation. However, it is known that coal is a fuel that is harder to ignite and burn than petroleum, natural gas, and the like, and that the ignition and flammability are significantly different depending on the place of production of coal. Therefore, when using coal as a fuel, it is necessary to correctly evaluate the ignition and combustibility of the coal used.

【０００３】石炭の着火，燃焼、燃焼においては、以下
の二つの反応を考慮する必要がある。In igniting, burning and burning coal, it is necessary to consider the following two reactions.

【０００４】（１）石炭表面での石炭と酸素の反応 （２）石炭の熱分解により放出された可燃性ガスと酸素
の反応 これらの反応の詳細は、例えば、コンバスチョン アン
ド フレーム（Combustionand Flame）３７巻 ３ペー
ジ、の論文に記載されている。(1) Reaction of oxygen with coal on the surface of coal (2) Reaction of combustible gas released by thermal decomposition of coal with oxygen Details of these reactions are described in, for example, Combustion and Flame. Vol. 37, page 3,

【０００５】これまで、石炭の着火，燃焼性（着火，燃
焼温度）を評価する装置として用いられている代表的な
ものは、例えば、第２１回インターナショナル シンポ
ジウム オン コンバスチョン 講演論文集（Proceedi
ng of 21st. InternationalSymposium on Combustion）
２９３ページ(１９８６年）、の論文に記載されている
ような、加熱した電気炉中に石炭を落下させ、石炭が強
く発光したときの炉内の温度から着火，燃焼温度を求め
る方法である。しかしこの方法では、石炭の温度が上昇
し、着火，燃焼に至るまでの粒子発光の時間変化を追跡
できないため、石炭表面での石炭と酸素の反応により着
火，燃焼が生じたのか、石炭の熱分解により放出された
可燃性ガスと酸素の反応により着火，燃焼が生じたのか
を、判定できない。A typical apparatus used as an apparatus for evaluating the ignition and combustibility (ignition, combustion temperature) of coal has been, for example, the 21st International Symposium on Procedural Lecture Proceedings (Proceedi).
ng of 21st.International Symposium on Combustion)
As described in the article on page 293 (1986), coal is dropped into a heated electric furnace and the ignition and combustion temperatures are obtained from the temperature inside the furnace when the coal emits intense light. However, with this method, the temperature of the coal rises, and it is not possible to track the time change of the particle emission until ignition and combustion. Therefore, whether the ignition and combustion occurred due to the reaction of coal and oxygen on the coal surface, It is not possible to determine whether ignition or combustion has occurred due to the reaction of flammable gas released by decomposition with oxygen.

【０００６】また、微粉炭燃焼ボイラ等の実用燃焼器で
は、粒子の昇温速度が100000Ｋ／ｓ程度と推定される。
しかし、従来の評価技術では、実用燃焼器と同様に気流
中に置かれた状態で、このような速い昇温速度のもとで
着火，燃焼性を評価するのが困難であった。Further, in a practical combustor such as a pulverized coal combustion boiler, the temperature rising rate of particles is estimated to be about 100,000 K / s.
However, with the conventional evaluation technique, it is difficult to evaluate the ignition and combustibility under such a high temperature rising rate in the state of being placed in the air flow like the practical combustor.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】これに対して本発明
は、一つの石炭粒子について、温度が速い速度で上昇し
た後、着火，燃焼に至るまでの過程を追跡することによ
り、石炭表面での石炭と酸素の反応による着火，燃焼
と、石炭の熱分解により放出された可燃性ガスと酸素の
反応による、ガス相での着火，燃焼を分離し、同時に評
価できる、石炭及び固体粒子の着火，燃焼特性評価装置
を提供するものである。On the other hand, according to the present invention, by tracing the process of one coal particle from the temperature rising at a high speed to the ignition and combustion, Ignition and combustion by the reaction of coal and oxygen, and ignition and combustion in the gas phase by the reaction of combustible gas released by thermal decomposition of coal and oxygen, which can be evaluated simultaneously and separately, ignition of coal and solid particles, A combustion characteristic evaluation device is provided.

【０００８】また本発明は、本着火，燃焼特性評価装置
を用いた、石炭及び固体粒子の着火，燃焼性の評価方
法、及び、この評価方法に従った石炭及び固体粒子の燃
焼方法を提供するものである。The present invention also provides a method for evaluating the ignition and flammability of coal and solid particles using the present ignition and combustion characteristic evaluation apparatus, and a method for burning coal and solid particles according to this evaluation method. It is a thing.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、支燃性ガス気
流中に浮遊した固体燃料粒子を急速加熱した後の、固体
燃料粒子表面での着火，燃焼状態と、固体燃料粒子の熱
分解により前記支燃性ガス気流中に放出された成分の着
火，燃焼状態の時間変化を同時に測定する手段とを有す
る固体燃料の着火，燃焼特性評価装置である。DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, after the solid fuel particles suspended in a gas stream of a combustion-supporting gas are rapidly heated, the ignition and combustion states on the surface of the solid fuel particles and the thermal decomposition of the solid fuel particles are carried out. Is a solid fuel ignition and combustion characteristic evaluation device having means for simultaneously measuring the ignition and the time change of the combustion state of the component released in the combustion-supporting gas stream.

【００１０】また、本発明は、支燃性ガス気流中に固体
燃料粒子を供給し、特定の領域内に固体燃料粒子を一定
時間浮遊させる手段と、前記領域内の粒子にエネルギー
を急速に与え加熱する手段と、加熱された固体燃料粒子
からの固体放射光の強度と、固体燃料粒子の熱分解によ
り支燃性ガス気流中に放出された成分からの発光強度、
または光あるいは電磁波の吸収量の時間変化を同時測定
する手段とを有する固体燃料の着火，燃焼特性評価装置
である。Further, according to the present invention, a means for supplying solid fuel particles into a combustion-supporting gas stream to suspend the solid fuel particles in a specific area for a certain period of time, and to rapidly give energy to the particles in the area. Means for heating, the intensity of solid radiated light from the heated solid fuel particles, the emission intensity from the components released in the combustion-supporting gas stream by the thermal decomposition of the solid fuel particles,
Alternatively, it is an apparatus for evaluating the ignition and combustion characteristics of a solid fuel, which has means for simultaneously measuring the time change of the absorption amount of light or electromagnetic waves.

【００１１】さらに、本発明は支燃性ガス気流中に浮遊
した固体燃料粒子を急速加熱したときの、急速加熱され
た固体燃料粒子の着火，燃焼状態の時間変化を画像とし
て測定する手段を有する固体燃料の着火，燃焼特性評価
装置である。Further, the present invention has means for measuring the time change of the ignition and combustion state of the rapidly heated solid fuel particles when the solid fuel particles suspended in the combustion-supporting gas stream are rapidly heated. This is a solid fuel ignition and combustion characteristics evaluation device.

【００１２】支燃性ガスの気流中に固体燃料粒子を供給
し、浮遊させる手段は、具体的には、固体燃料粒子を供
給するフィーダーと、前記フィーダーから、固体燃料粒
子を急速加熱する特定の位置の近傍まで、固体燃料を導
く導入管である。The means for supplying and suspending the solid fuel particles in the stream of the combustion-supporting gas is specifically a feeder for supplying the solid fuel particles, and a specific heating means for rapidly heating the solid fuel particles from the feeder. It is an introduction pipe that guides the solid fuel to the vicinity of the position.

【００１３】固体燃料を供給するときには、高圧の気体
ジェットをフィーダーに衝突させることで、前記フィー
ダーに瞬間的に振動を与え、供給を開始する。When the solid fuel is supplied, a high-pressure gas jet is made to collide with the feeder to momentarily vibrate the feeder and start the supply.

【００１４】粒子にエネルギーを急速に与え加熱する手
段は、具体的にはレーザー光等である。The means for rapidly applying energy to the particles to heat them is, for example, laser light.

【００１５】固体燃料粒子表面での着火，燃焼状態と、
前記固体燃料粒子の熱分解により前記支燃性ガス気流中
に放出された成分の着火，燃焼状態の時間変化を同時に
測定するためには、粒子を着火，燃焼させる反応容器
は、紫外光，赤外光，可視光のうち少なくとも一つを透
過する材料で形成するのが良い。Ignition and combustion conditions on the surface of solid fuel particles,
In order to simultaneously measure the time-dependent changes in the ignition and combustion states of the components released in the combustion-supporting gas stream due to the thermal decomposition of the solid fuel particles, the reaction vessel in which the particles are ignited and burned should be UV light, red It is preferable to use a material that transmits at least one of external light and visible light.

【００１６】固体燃料粒子表面での着火，燃焼状態と、
前記固体燃料粒子の熱分解により前記支燃性ガス気流中
に放出された成分の着火，燃焼状態の時間変化を同時に
測定する手段とは、具体的には、粒子からの発光を画像
として測定する手段である。また、もうひとつの手段
は、可視光及び／或いは赤外光と、紫外光を異なる発光
検出装置により同時に測定する手段である。ここで、可
視光及び／或いは赤外光を測定する発光検出装置、紫外
光を測定する発光検出装置はそれぞれ複数個設けるのが
よい。Ignition and combustion conditions on the surface of solid fuel particles,
The means for simultaneously measuring the ignition and the time change of the combustion state of the components released into the air stream of the combustion-supporting gas by the thermal decomposition of the solid fuel particles, specifically, measures the light emission from the particles as an image. It is a means. Another means is a means for simultaneously measuring visible light and / or infrared light and ultraviolet light by different emission detection devices. Here, it is preferable to provide a plurality of luminescence detection devices for measuring visible light and / or infrared light and a plurality of luminescence detection devices for measuring ultraviolet light.

【００１７】固体燃料粒子の熱分解により前記支燃性ガ
ス気流中に放出された成分のうち、着火，燃焼性を判定
するのに望ましい成分の一例は、水素原子である。水素
原子を測定する具体的な方法は、支燃性ガスの気流中に
浮遊させた固体燃料粒子を、特定の位置で急速に加熱す
るための反応容器を磁場中に設置し、反応容器中にマイ
クロ波を照射する手段と、前記反応容器に照射したマイ
クロ波の吸収量を測定する手段を設けることである。Of the components released into the air stream of the combustion-supporting gas due to the thermal decomposition of solid fuel particles, one example of the components desirable for determining the ignition and combustibility is hydrogen atom. A specific method for measuring hydrogen atoms is to install solid fuel particles suspended in a stream of a combustion-supporting gas in a magnetic field of a reaction container for rapidly heating at a specific position, and A means for irradiating a microwave and a means for measuring an absorption amount of the microwave radiated to the reaction vessel are provided.

【００１８】また、着火，燃焼特性の評価方法の例とし
ては、以下のような方法が挙げられる。As an example of the method for evaluating the ignition and combustion characteristics, the following method can be mentioned.

【００１９】（ａ）支燃性ガスの組成及び温度，供給す
る固体燃料粒子の粒径が一定のときの、固体燃料粒子に
与えるエネルギーの強さと固体燃料粒子の着火，燃焼確
率の関係から着火，燃焼性を評価する。(A) Ignition based on the relationship between the intensity of energy given to the solid fuel particles and the ignition and combustion probabilities of the solid fuel particles when the composition and temperature of the combustion-supporting gas and the particle size of the solid fuel particles supplied are constant. ， Evaluate flammability.

【００２０】（ｂ）支燃性ガスの組成及び温度，供給す
る固体燃料粒子の粒径が一定のときの、昇温された固体
燃料粒子の温度と固体燃料粒子の着火，燃焼確率の関係
から着火，燃焼性を評価する。(B) From the relationship between the temperature of the heated solid fuel particles and the ignition and combustion probabilities of the solid fuel particles when the composition and temperature of the combustion-supporting gas and the particle size of the solid fuel particles supplied are constant. Ignition and flammability are evaluated.

【００２１】このような方法で着火，燃焼性を評価し、
さらに着火，燃焼性に与える支燃性ガスの組成及び温
度，供給する固体燃料粒子の粒径等の影響を測定するこ
とにより、燃料の燃焼反応速度定数がわかり、この燃焼
反応速度定数を用いることで、燃焼装置内での燃焼状態
を予測することができる。Ignition and flammability were evaluated by the above method,
Furthermore, the combustion reaction rate constant of the fuel can be known by measuring the effects of the composition and temperature of the combustion-supporting gas on the ignition and combustibility, and the particle size of the solid fuel particles supplied. Use this combustion reaction rate constant. Thus, the combustion state inside the combustion device can be predicted.

【００２２】また、本発明の着火，燃焼特性評価装置を
用いると、着火後の粒子の発光強度の時間変化曲線の特
徴から着火，燃焼性を評価することができる。具体的に
は以下のような方法がある。Further, by using the ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention, the ignition / combustibility can be evaluated from the characteristics of the time change curve of the emission intensity of particles after ignition. Specifically, there are the following methods.

【００２３】（ｃ）着火後の粒子の発光強度の時間変化
曲線の特徴を以下の二つに分類し、着火，燃焼性を評価
する （１）着火後、発光強度が増加しピークに達した後、発
光強度は単調に減少する。(C) The characteristics of the time change curve of the emission intensity of particles after ignition are classified into the following two to evaluate ignition and combustibility (1) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak After that, the emission intensity decreases monotonically.

【００２４】（２）着火後、発光強度が増加しピークに
達した後、一旦発光強度は減少するが、その後再び発光
強度は増加しピークに達する。２度目のピークに達した
後は、発光強度は単調に減少する。(2) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, and then the emission intensity temporarily decreases, but thereafter the emission intensity again increases and reaches a peak. After reaching the second peak, the emission intensity decreases monotonically.

【００２５】（ｄ）（２）の特徴を有する、固体燃料に
ついて、二つのピークの発光強度比から着火，燃焼性を
評価する。With respect to the solid fuel having the characteristics (d) and (2), the ignition and combustibility are evaluated from the emission intensity ratio of two peaks.

【００２６】以上のような、方法を用いて固体燃料の着
火，燃焼特性を評価した結果から、加熱後の粒子の発光
強度の時間変化曲線が一つのピークのみを有する燃料の
燃焼を速やかに進行させるためには、二つのピークを有
する燃料を一部混合させて燃焼させることが望ましいこ
とがわかる。As a result of evaluating the ignition and combustion characteristics of the solid fuel using the above method, the combustion of the fuel in which the time change curve of the emission intensity of the particles after heating has only one peak is rapidly progressed. In order to achieve this, it is found that it is desirable to partially mix and burn the fuel having two peaks.

【００２７】[0027]

【作用】本発明の特徴は、支燃性ガス気流中に浮遊した
固体燃料粒子を急速加熱した後の、固体燃料粒子表面で
の着火，燃焼状態と、固体燃料粒子の熱分解により前記
支燃性ガス気流中に放出された成分の着火，燃焼状態の
時間変化を同時に測定することにある。固体燃料粒子を
支燃性ガス気流中の特定の領域に浮遊させることによ
り、ひとつの燃料粒子の着火から燃焼終了までの時間変
化を測定できる。The function of the present invention is that the solid fuel particles suspended in the combustion-supporting gas stream are rapidly heated and then ignited and burnt on the surface of the solid fuel particles, and the thermal decomposition of the solid fuel particles causes the combustion support. The purpose is to simultaneously measure the ignition and combustion time changes of the components released in the gas stream. By suspending the solid fuel particles in a specific region of the combustion-supporting gas stream, the time change from the ignition of one fuel particle to the end of combustion can be measured.

【００２８】本発明の着火，燃焼特性評価装置を実現す
るための技術的課題は、主に以下の３点である。The technical problems for realizing the ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention are mainly the following three points.

【００２９】（Ｉ）急速に粒子を加熱する技術。(I) A technique for rapidly heating particles.

【００３０】（II）加熱する位置に、粒子を浮遊させる
技術。(II) A technique of suspending particles at a heating position.

【００３１】(III）粒子表面での着火，燃焼状態と、気
相での着火，燃焼状態を分離して観測する技術。(III) A technique for separately observing the ignition and combustion state on the particle surface and the ignition and combustion state in the gas phase.

【００３２】（Ｉ）については、レーザーを用いること
で解決できる。レーザーを用いると、特定の粒子にのみ
エネルギーを集中し、着火することができる。The problem (I) can be solved by using a laser. With a laser, energy can be focused and ignited only on specific particles.

【００３３】（II）については、粒子の終末速度とほぼ
同じ流速で、支燃性ガス気流を下方から上方へ向かって
流せば良いが、これだけでは、粒子を浮遊させる位置を
制御できない。浮遊した粒子をレーザーで着火するため
には、粒子をフィーダーから着火位置まで導く粒子導入
管が必要である。粒子導入管を使用しないと粒子が分散
し、着火位置に粒子を浮遊させることができない。With respect to (II), it is sufficient to flow the combustion-supporting gas stream from the lower side to the upper side at a flow velocity almost the same as the terminal velocity of the particles, but this alone cannot control the position where the particles are suspended. In order to ignite suspended particles with a laser, a particle introduction tube that guides the particles from the feeder to the ignition position is required. If the particle introduction tube is not used, the particles will be dispersed and cannot be suspended at the ignition position.

【００３４】着火位置に粒子を浮遊させるために重要な
もうひとつの点は、粒子を供給するときの初速度であ
る。初速度が大きいと、粒子は静止せずに着火位置を通
過するため、着火できない。初速度をできるだけ小さく
するためには、高圧の気体ジェットをフィーダーに衝突
させることで、前記フィーダーに瞬間的に振動を与え、
供給を開始するのがよい。この方法では、供給時に粒子
に働く力は重力加速度のみとなる。Another important point for suspending the particles at the ignition position is the initial velocity at which the particles are supplied. When the initial velocity is high, the particles pass through the ignition position without resting, so that they cannot be ignited. In order to make the initial velocity as small as possible, a high-pressure gas jet is made to collide with the feeder to momentarily vibrate the feeder,
It is better to start the supply. In this method, the gravitational acceleration is the only force acting on the particles during supply.

【００３５】(III）については、二つの方法がある。ひ
とつは、粒子の発光を画像として測定する方法である。
粒子の熱分解生成物の燃焼により生じる発光領域は、粒
子の周囲に広く分布するが、粒子表面での燃焼による発
光は、粒子表面に限定される。また、気相燃焼による発
光と表面での燃焼による発光とでは、発光強度が異な
り、表面での燃焼による発光強度は強い。従って、発光
領域の大きさと、強さから、粒子表面での着火，燃焼状
態と、気相での着火，燃焼状態を分離することができ
る。Regarding (III), there are two methods. One is a method of measuring the light emission of particles as an image.
The light emission region generated by combustion of thermal decomposition products of particles is widely distributed around the particles, but the light emission due to combustion at the particle surface is limited to the particle surface. Further, the light emission intensity differs between the light emission due to gas phase combustion and the light emission due to surface combustion, and the light emission intensity due to surface combustion is high. Therefore, it is possible to separate the ignition / combustion state on the particle surface and the ignition / combustion state in the gas phase from the size and strength of the light emitting region.

【００３６】もうひとつの方法は、測定波長を分離する
ことである。表面での燃焼による発光は粒子からの放射
光であり、主に可視領域から赤外領域にかけての連続ス
ペクトルである。気相での着火，燃焼状態を測定するに
は、放射光のない波長領域で測定すると良い。例えば、
３０８ｎｍ付近の紫外光を測定することである。この波
長ではＯＨラジカルが測定される。ただし、放射光が強
いときには、紫外光領域でも放射光が観測される。この
時には、ＯＨラジカルの発光強度の弱い、例えば３５０
ｎｍ付近の紫外光強度を合わせて測定すると良い。この
時、３０８ｎｍ付近の発光には、ＯＨラジカルの発光と
放射光の両方が含まれるのに対し、350ｎｍ付近の発光
は主に放射光によるものである。両者の発光強度の差か
ら、ＯＨラジカルの発光強度がわかる。また、マイクロ
波領域での吸収を測定することでも、発光領域の大きさ
と、強さから、粒子表面での着火，燃焼状態と、気相で
の着火，燃焼状態を分離して観測することができる。こ
の時には、Ｈ原子が測定される。Another method is to separate the measurement wavelengths. The light emitted by combustion on the surface is the emitted light from the particles, and is mainly a continuous spectrum from the visible region to the infrared region. In order to measure the ignition and combustion state in the gas phase, it is recommended to measure in the wavelength range without synchrotron radiation. For example,
It is to measure the ultraviolet light around 308 nm. OH radicals are measured at this wavelength. However, when the emitted light is strong, the emitted light is observed even in the ultraviolet region. At this time, the emission intensity of the OH radical is weak, for example, 350
It is advisable to measure the ultraviolet light intensity near nm as well. At this time, the emission near 308 nm includes both the emission of OH radicals and emitted light, whereas the emission around 350 nm is mainly due to emitted light. The emission intensity of the OH radical can be known from the difference in emission intensity between the two. Also, by measuring the absorption in the microwave region, it is possible to separately observe the ignition / combustion state on the particle surface and the ignition / combustion state in the gas phase from the size and intensity of the emission region. it can. At this time, H atom is measured.

【００３７】本発明の着火，燃焼特性評価装置を用いる
と、粒子表面での着火，燃焼特性と、気相での着火，燃
焼特性をそれぞれ評価できる。粒子表面での着火，燃焼
特性の評価方法の例は以下の通りである。By using the ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention, the ignition / combustion characteristics on the particle surface and the ignition / combustion characteristics in the gas phase can be evaluated. An example of the method of evaluating the ignition and combustion characteristics on the particle surface is as follows.

【００３８】（IV）固体粒子の発光強度、または表面温
度の時間変化を測定し、昇温終了後、発光強度、または
表面温度が増加を始めたときに、粒子表面での着火が生
じたと判定する。(IV) The luminescence intensity of the solid particles or the time change of the surface temperature is measured, and when the luminescence intensity or the surface temperature starts to increase after the end of the temperature rise, it is determined that the particle surface is ignited. To do.

【００３９】レーザー照射中は、粒子表面は高温である
が粒子内部の温度は低い。照射後、粒子表面から内部へ
の熱伝導のため粒子表面温度，発光強度は粒子内部の温
度分布が一定になるまで一旦減少する。その後、表面反
応による発熱速度が、粒子表面から外部への熱損失速度
より大きいときには、粒子表面温度，発光強度は再び増
加する。従って、（IV）の方法で着火を判定し、着火時
の表面温度から熱損失速度を計算することで、粒子表面
での燃焼反応速度を求めることができる。During laser irradiation, the surface of the particle is at a high temperature, but the temperature inside the particle is low. After irradiation, the particle surface temperature and the emission intensity are temporarily reduced due to heat conduction from the particle surface to the inside until the temperature distribution inside the particle becomes constant. After that, when the heat generation rate due to the surface reaction is higher than the heat loss rate from the particle surface to the outside, the particle surface temperature and the emission intensity increase again. Therefore, by determining ignition by the method (IV) and calculating the heat loss rate from the surface temperature at the time of ignition, the combustion reaction rate on the particle surface can be obtained.

【００４０】なお、固体燃料では、粒子径、平均的な燃
料の性状が同じであっても、個々の粒子により着火性に
バラツキがある。バラツキは以下の（Ｖ）の方法で評価
できる。In the case of solid fuel, even if the particle size and the average fuel properties are the same, the ignitability varies depending on the individual particles. The variation can be evaluated by the following method (V).

【００４１】（Ｖ）支燃性ガスの組成及び温度，供給す
る固体燃料粒子の粒径が一定のときの、昇温された固体
燃料粒子の温度と固体燃料粒子の着火，燃焼確率の関係
から着火，燃焼性を評価する。このような方法で着火，
燃焼性を評価し、さらに着火，燃焼性に与える支燃性ガ
スの組成及び温度，供給する固体燃料粒子の粒径等の影
響を測定することにより、燃料の燃焼反応速度定数と燃
焼反応速度定数のバラツキ幅を求める。(V) From the relationship between the temperature of the heated solid fuel particles and the ignition and combustion probability of the solid fuel particles when the composition and temperature of the combustion-supporting gas and the particle size of the solid fuel particles supplied are constant. Ignition and flammability are evaluated. Ignition in this way,
The combustion reaction rate constant and the combustion reaction rate constant of the fuel are evaluated by evaluating the combustibility and measuring the effects of the composition and temperature of the combustion-supporting gas and the particle size of the solid fuel particles supplied on the ignition and combustibility. Calculate the variation width of.

【００４２】気相での着火，燃焼特性を評価する例とし
ては、着火後の粒子の発光強度の時間変化の特徴から、
燃料を分類する方法がある。粒子の発光強度の時間変化
の特徴は以下二つに大きく分類される。As an example for evaluating the ignition and combustion characteristics in the gas phase, from the characteristics of the temporal change of the emission intensity of particles after ignition,
There is a way to classify fuels. The characteristics of the temporal change in the emission intensity of particles are roughly classified into the following two.

【００４３】（１）着火後、発光強度が増加しピークに
達した後、発光強度は単調に減少する。(1) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, after which the emission intensity monotonically decreases.

【００４４】（２）着火後、発光強度が増加しピークに
達した後、一旦発光強度は減少するが、その後再び発光
強度は増加しピークに達する。２度目のピークに達した
後は、発光強度は単調に減少する。(2) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, and then the emission intensity temporarily decreases, but thereafter, the emission intensity again increases and reaches a peak. After reaching the second peak, the emission intensity decreases monotonically.

【００４５】粒子表面での着火は、表面反応による発熱
速度が、粒子表面から外部への熱損失速度より大きい場
合には昇温後速やかに生じる。一方、気相反応による着
火は粒子が熱分解した後に生じるため、本発明の装置の
ように昇温速度が速いときには、昇温後一定時間を経過
した後着火が生じる。Ignition on the particle surface occurs immediately after the temperature is raised when the heat generation rate due to the surface reaction is higher than the heat loss rate from the particle surface to the outside. On the other hand, since the ignition due to the gas phase reaction occurs after the particles are thermally decomposed, when the temperature rising rate is high as in the device of the present invention, the ignition occurs after a certain time has elapsed after the temperature is raised.

【００４６】従って、昇温直後の発光強度の時間変化は
主に粒子表面での着火特性を表しており、昇温後一定時
間を経た後の発光強度の時間変化、具体的には一旦発光
強度が減少した後再び増加を開始してからの発光強度の
時間変化は、気相での着火特性を主に表している。Therefore, the temporal change of the emission intensity immediately after the temperature rise mainly represents the ignition characteristics on the particle surface, and the temporal change of the emission intensity after a certain time has elapsed after the temperature rise, specifically, the emission intensity once. The change with time of the emission intensity after the decrease started and the increase started again mainly indicates the ignition characteristics in the gas phase.

【００４７】また、気相での着火特性の違いは、着火し
た粒子から周囲の未着火の粒子への火炎伝ぱ性の違いと
密接に関連する。例えば、（１）の特徴を有する固体燃
料では、火炎伝ぱが生じない。また、（２）の特徴を有
する固体燃料について、二つのピークの発光強度比を測
定すると、２番目のピーク強度の大きな燃料ほど、火炎
伝ぱが生じやすい。Further, the difference in ignition characteristics in the gas phase is closely related to the difference in flame propagation from the ignited particles to the surrounding non-ignited particles. For example, flame propagation does not occur with the solid fuel having the feature (1). Further, when the emission intensity ratio of two peaks is measured for the solid fuel having the feature of (2), flame propagation is more likely to occur in the fuel having the second highest peak intensity.

【００４８】なお、類似の公知例として、第２３回イン
ターナショナル シンポジウム オン コンバスチョン
講演論文集（Proceeding of 23th International Sympo
siumon Combustion)、１２０７ペ−ジ（１９９０年）に
記載の論文では、電界中に帯電した粒子を浮遊させ、レ
ーザーにより昇温する装置が提案されている。しかしこ
の方法では、電界発生装置中に粒子を閉じ込める必要が
あるため、反応装置を光が透過する材料で構成出来ず、
粒子の発光を画像として測定できない。また他の方法に
より、固体燃料粒子表面での着火，燃焼状態と、固体燃
料粒子の熱分解により前記支燃性ガス気流中に放出され
た成分の着火，燃焼状態の時間変化を同時に測定する手
段も開示されていない。As a similar publicly known example, the 23rd International Symposium on Conservation
Proceeding of 23th International Sympo
Siumon Combustion), page 1207 (1990), proposes an apparatus for suspending charged particles in an electric field and raising the temperature with a laser. However, in this method, since it is necessary to confine particles in the electric field generator, the reaction device cannot be made of a material that allows light to pass therethrough,
The emission of the particles cannot be measured as an image. A means for simultaneously measuring the ignition and combustion state on the surface of the solid fuel particles and the time variation of the ignition and combustion states of the components released into the air stream of the combustion-supporting gas due to the thermal decomposition of the solid fuel particles by another method. Is not disclosed.

【００４９】[0049]

【実施例】以下、図面に従い本発明を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【００５０】図１は、本発明の一実施例である、着火，
燃焼特性評価装置の構成図である。装置は、整流器１，
透明反応セル２，ディフューザー３，フィーダー４，粒
子加熱系、及び測定系等から構成される。支燃性ガス６
は、整流器１で整流された後、透明反応セル２へ送られ
る。透明反応セル２中での支燃性ガスの流速は、粒子の
種類，粒子径等により異なるが、通常１ｍ／ｓ以下であ
る。固体粒子１５は、フィーダー４から供給され、粒子
導入管５を経て、着火位置１３が供給される。支燃性ガ
スの流速を供給した粒子の終末速度とほぼ同じに設定す
ると、固体粒子１５は着火位置１３の近傍に浮遊する。
ここで粒子導入管５は、固体粒子１５を着火位置１３の
近傍に集中させる作用を有する。粒子導入管５を使用し
ないと、固体粒子１５は透明反応セル２全体にわたり分
散し、着火位置１３の近傍に粒子を確実に浮遊させるこ
とができない。また固体粒子１５は、フィーダー４に空
気ジェット２９を吹き付け、瞬間的にフィーダー４に振
動を与える方法により供給する。固体粒子１５を供給す
るときに、固体粒子１５に初速度を与えると、粒子の慣
性のため、着火位置１３の近傍で粒子を停止させるのが
困難である。これに対して本発明の方法では、固体粒子
１５に初速度をほとんど与えずに粒子を供給できるの
で、着火位置１３の近傍で粒子を停止できる。FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, ignition,
It is a block diagram of a combustion characteristic evaluation device. The device is a rectifier 1,
It is composed of a transparent reaction cell 2, a diffuser 3, a feeder 4, a particle heating system, and a measuring system. Burning gas 6
Is sent to the transparent reaction cell 2 after being rectified by the rectifier 1. The flow velocity of the combustion-supporting gas in the transparent reaction cell 2 is usually 1 m / s or less, though it varies depending on the type of particles, the particle size, and the like. The solid particles 15 are supplied from the feeder 4, and the ignition position 13 is supplied via the particle introducing pipe 5. When the flow velocity of the combustion-supporting gas is set to be almost the same as the terminal velocity of the supplied particles, the solid particles 15 float near the ignition position 13.
Here, the particle introduction pipe 5 has a function of concentrating the solid particles 15 in the vicinity of the ignition position 13. If the particle introduction tube 5 is not used, the solid particles 15 are dispersed throughout the transparent reaction cell 2 and the particles cannot be reliably suspended in the vicinity of the ignition position 13. Further, the solid particles 15 are supplied by a method in which an air jet 29 is blown to the feeder 4 and the feeder 4 is momentarily vibrated. When the solid particles 15 are supplied with an initial velocity when the solid particles 15 are supplied, it is difficult to stop the particles near the ignition position 13 because of inertia of the particles. On the other hand, according to the method of the present invention, since the particles can be supplied with almost no initial velocity to the solid particles 15, the particles can be stopped in the vicinity of the ignition position 13.

【００５１】空気ジェット２９は、圧縮空気溜め２７の
出口に設けた電磁弁２８を開くことにより形成する。The air jet 29 is formed by opening a solenoid valve 28 provided at the outlet of the compressed air reservoir 27.

【００５２】固体粒子１５は、パルスレーザー８を粒子
に照射することにより加熱する。パルスレーザー発振装
置７で発生したパルスレーザー８は、着火位置１３にレ
ーザーが照射されるよう、反射鏡４１により光路を調整
する。ここで、一旦照射したパルスレーザー８を反射さ
せ、着火位置で交差させることにより、粒子に与えるエ
ネルギーを強くでき、また、粒子を均等に加熱できる。The solid particles 15 are heated by irradiating the particles with the pulse laser 8. The pulse laser 8 generated by the pulse laser oscillator 7 adjusts the optical path by the reflecting mirror 41 so that the ignition position 13 is irradiated with the laser. Here, by irradiating the pulsed laser 8 once irradiated and intersecting it at the ignition position, the energy given to the particles can be increased and the particles can be heated uniformly.

【００５３】なお、図１の装置では、パルスレーザー発
振装置７を用いたが、連続レーザー発振装置を用い、光
シャッター等を使用することによりパルスレーザー８を
形成してもよい。また、放電，プラズマ照射などレーザ
ー以外の方法で粒子を加熱してもよい。In the apparatus shown in FIG. 1, the pulse laser oscillator 7 is used, but a pulse laser 8 may be formed by using a continuous laser oscillator and using an optical shutter or the like. Further, the particles may be heated by a method other than laser, such as discharge or plasma irradiation.

【００５４】レーザーの照射により着火した固体粒子１
５の発光は、集光レンズ１６により集光する。集光した
発光は、光ファイバー１７により４分岐した後フォトマ
ル１９へ導く。フォトマル１９には、可視光または赤外
光の特定の波長のみを透過する可視，赤外光用光フィル
ター１８、または、紫外光の特定の波長のみを透過する
紫外光用光フィルター３０を設けて、特定の波長の発光
強度の時間変化を測定する。ここで、温度解析装置２０
により、可視光または赤外光の異なる二つの波長の強度
比と予め入力されている強度比と温度との関係から、粒
子温度の時間変化を解析する。Solid particles 1 ignited by laser irradiation
The light emission of No. 5 is condensed by the condenser lens 16. The collected light is branched into four by the optical fiber 17 and then guided to the photomultiplier 19. The photomultiplier 19 is provided with a visible / infrared optical filter 18 that transmits only a specific wavelength of visible light or infrared light, or an ultraviolet optical filter 30 that transmits only a specific wavelength of ultraviolet light. Then, the time change of the emission intensity of a specific wavelength is measured. Here, the temperature analysis device 20
Thus, the time change of the particle temperature is analyzed from the relationship between the intensity ratio of two wavelengths of visible light or infrared light and the intensity ratio and the temperature that are input in advance.

【００５５】一方、紫外光からはＯＨラジカル等の気相
中に生成されるラジカルの発光強度を測定する。例えば
ＯＨラジカルは、３０８ｎｍ付近の紫外光を測定すれば
良い。ここで問題になるのは、粒子放射光強度が強いと
きには、紫外光を測定したときの測定光強度に与える粒
子放射光の影響が無視できないことである。この時に
は、二つの波長の紫外光強度を測定することにより、Ｏ
Ｈラジカルの発光と粒子放射光を分離できる。具体的に
はまず、３０８ｎｍ付近の発光強度と、３５０ｎｍ付近
の、ＯＨラジカルの発光が弱い波長での発光強度を同時
に測定する。次に感度補正装置３２により、予め入力さ
れている、フォトマルの感度と波長との関係から、二つ
の発光強度を補正する。この時、３５０ｎｍ付近での発
光は、主に粒子放射光によるものである。従って、補正
した後の、３０８ｎｍ付近の発光強度と、３５０ｎｍ付
近の発光強度との差をラジカル発光強度解析装置で解析
することにより、ＯＨラジカルの発光と粒子放射光は分
離され、ＯＨラジカルの発光強度の時間変化３３が得ら
れる。On the other hand, the emission intensity of radicals generated in the gas phase, such as OH radicals, from ultraviolet light is measured. For the OH radical, for example, ultraviolet light near 308 nm may be measured. The problem here is that when the intensity of the particle emission light is high, the influence of the particle emission light on the measurement light intensity when measuring ultraviolet light cannot be ignored. At this time, by measuring the ultraviolet light intensity of two wavelengths,
The emission of H radicals and the emitted light of particles can be separated. Specifically, first, the emission intensity near 308 nm and the emission intensity at a wavelength near 350 nm at a wavelength where OH radical emission is weak are simultaneously measured. Next, the sensitivity correction device 32 corrects the two emission intensities based on the relationship between the sensitivity of the photomultiplier and the wavelength which is input in advance. At this time, the light emission in the vicinity of 350 nm is mainly due to the particle radiation light. Therefore, by analyzing the difference between the emission intensity near 308 nm and the emission intensity near 350 nm after correction with a radical emission intensity analyzer, the OH radical emission and the particle emission light are separated, and the OH radical emission is separated. A time-varying 33 of intensity is obtained.

【００５６】図２は、フィーダー４の断面図である。金
網４９の上に固体粒子１５を置き、空気ジェット２９で
フィーダー４に振動を与え、固体粒子１５を金網４９か
ら落下させる。金網４９のメッシュの幅は、固体粒子１
５の粒径と同程度とするとよい。FIG. 2 is a sectional view of the feeder 4. The solid particles 15 are placed on the wire net 49, and the feeder 4 is vibrated by the air jet 29 to drop the solid particles 15 from the wire net 49. The width of the mesh of the wire net 49 is 1 for solid particles.
It is preferable that the particle size is about the same as the particle size of 5.

【００５７】図３は、本発明の変形例のひとつであり、
粒子の発光状態を画像として測定する装置である。粒子
の発光画像はビデオカメラ２３で測定する。このとき、
粒子の放射光２５と、粒子の熱分解により放出された気
体の発光２６が同時に測定される。これらのふたつの発
光は、発光強度の強さ、及び発光領域の大きさが異なっ
ているため、測定画像に２値化処理を行うと分離でき
る。また、複数のビデオカメラ２３により粒子の発光を
撮影することにより、粒子の３次元的な位置及び形状が
わかる。FIG. 3 shows a modification of the present invention.
It is a device that measures the light emission state of particles as an image. The emission image of the particles is measured by the video camera 23. At this time,
The emitted light 25 of the particle and the emission 26 of the gas emitted by the thermal decomposition of the particle are measured simultaneously. Since these two emitted lights have different emission intensities and emission region sizes, they can be separated by performing binarization processing on the measurement image. Further, by photographing the light emission of the particles with the plurality of video cameras 23, the three-dimensional position and shape of the particles can be known.

【００５８】図４は、図３の評価装置の変形例であり、
ＯＨラジカルの発光と粒子放射光を分離し、画像として
測定する装置である。集光した光を、光分岐装置４６に
より分岐し、赤外光または可視光用カメラ４７と紫外光
用カメラ４８を用いて、発光画像を測定する。FIG. 4 shows a modification of the evaluation device of FIG.
It is a device that separates OH radical emission and particle emission light and measures them as an image. The condensed light is branched by the light branching device 46, and the emission image is measured by using the infrared light or visible light camera 47 and the ultraviolet light camera 48.

【００５９】図５は、本発明の一変形例の着火，燃焼特
性評価装置であり、気相での燃焼反応により生成したラ
ジカルと、粒子放射光を同時測定する装置である。この
装置では、共鳴セル３４中に置かれた透明反応セル２
を、磁場中に設置する。共鳴セル３４にはマイクロ波を
照射する。磁場中では、ラジカル中の不対電子のスピン
状態が高いエネルギー準位に遷移するときにマイクロ波
を吸収する。このため、マイクロ波吸収測定装置３７に
よりマイクロ波の吸収量を測定することにより、気相ラ
ジカル量の時間変化を測定できる。この方法によれば、
気相燃焼の燃焼速度との相関の強いＨラジカルを測定で
きる。また図５の装置では、磁場の強度を変えること
で、気相中のラジカルのみならず、固体表面での酸化反
応活性に影響を与える、固体中のラジカル濃度も測定可
能である。FIG. 5 is an ignition / combustion characteristic evaluation apparatus according to a modification of the present invention, which is an apparatus for simultaneously measuring the particle emission light and the radicals generated by the combustion reaction in the gas phase. In this device, a transparent reaction cell 2 placed in a resonance cell 34
Is placed in a magnetic field. The resonance cell 34 is irradiated with microwaves. In a magnetic field, microwaves are absorbed when the spin state of unpaired electrons in radicals transits to a high energy level. Therefore, by measuring the amount of absorbed microwaves by the microwave absorption measuring device 37, the time change of the amount of gas phase radicals can be measured. According to this method
It is possible to measure H radicals that have a strong correlation with the burning rate of gas phase combustion. Further, in the apparatus of FIG. 5, not only radicals in the gas phase but also radical concentration in the solid that affects the oxidation reaction activity on the solid surface can be measured by changing the strength of the magnetic field.

【００６０】図１〜図５の装置は加熱源としてパルスレ
ーザーを用いているが、連続レーザーも加熱源として用
いることが出来る。図６はパルスレーザーと連続レーザ
ーを併用した着火特性評価装置の一例である。パルスレ
ーザーはｎｓまたはμｓのオーダーで固体燃料を急速加
熱するのに有効であるが、レーザーの照射時間を自由に
設定出来ないので、加熱速度の制御が困難である。一
方、連続レーザーはシャッター１４の開閉時間のコント
ロールにより、加熱速度の制御は容易である。ただし、
加熱速度を極めて早くするのは難しい。パルスレーザー
と連続レーザーを併用することでｎｓまたはμｓのオー
ダーからｍｓのオーダーまで幅広く加熱速度を制御出来
る。実際の燃焼装置では、燃料の粒子径，燃料粒子の周
囲の雰囲気等は様々であり、このため粒子により加熱速
度も様々であるが、図６の装置を用いることで、加熱速
度が着火，燃焼性に与える影響を詳しく調べることが出
来る。Although the apparatus shown in FIGS. 1 to 5 uses a pulse laser as a heating source, a continuous laser can also be used as a heating source. FIG. 6 shows an example of an ignition characteristic evaluation device that uses both a pulsed laser and a continuous laser. The pulse laser is effective for rapidly heating the solid fuel on the order of ns or μs, but it is difficult to control the heating rate because the laser irradiation time cannot be set freely. On the other hand, in the continuous laser, the heating rate can be easily controlled by controlling the opening / closing time of the shutter 14. However,
It is difficult to make the heating rate extremely fast. By using a pulsed laser and a continuous laser together, the heating rate can be widely controlled from the order of ns or μs to the order of ms. In an actual combustion apparatus, the particle size of fuel, the atmosphere around the fuel particles, etc. are various, and therefore the heating rate is also different depending on the particles. However, by using the apparatus of FIG. You can investigate in detail the effect on sex.

【００６１】本発明の図１及び図３の装置により得られ
た、測定結果と固体燃料の着火，燃焼特性の評価方法の
例を、図７〜図１６に示す。7 to 16 show examples of the measurement results and the method for evaluating the ignition and combustion characteristics of the solid fuel obtained by the apparatus of FIGS. 1 and 3 of the present invention.

【００６２】図７の（ａ)，(ｂ)，(ｃ）は、３種の固体
燃料について、着火，燃焼時の発光強度の時間変化を測
定した例である。なお、粒子径はいずれも１３６μｍで
ある。時間が約５ｍｓの時点で、発光強度がいずれも急
増するが、これはレーザー照射により粒子が急速に加熱
されたためである。レーザー照射終了後、発光強度は急
速に減少するが、粒子が着火することにより、数ｍｓ後
に再び増加する。レーザーの照射エネルギーが小さく、
着火しないときには、レーザー照射終了後速やかに、発
光は消失する。7 (a), (b) and (c) are examples of measuring the time change of the emission intensity at the time of ignition and combustion for three types of solid fuels. The particle diameters are all 136 μm. When the time is about 5 ms, the emission intensity rapidly increases, because the particles are rapidly heated by the laser irradiation. After the end of laser irradiation, the emission intensity decreases rapidly, but the particles ignite, and then increase again after a few ms. The irradiation energy of the laser is small,
When there is no ignition, the light emission disappears immediately after the end of laser irradiation.

【００６３】着火後の、発光強度の時間変化曲線は燃料
の性状により異なる。The time-dependent change curve of the emission intensity after ignition differs depending on the properties of the fuel.

【００６４】相違点のひとつは、発光の継続時間であ
る。One of the differences is the duration of light emission.

【００６５】もうひとつの相違点は、発光強度の時間変
化曲線の形状であり、その特徴は大きく以下の（１)，
(２）に分類される。Another difference is the shape of the time-varying curve of emission intensity, which is characterized by the following (1),
It is classified into (2).

【００６６】（１）着火後、発光強度が増加しピークに
達した後、発光強度は単調に減少する。(1) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, after which the emission intensity monotonically decreases.

【００６７】（２）着火後、発光強度が増加しピークに
達した後、一旦発光強度は減少するが、その後再び発光
強度は増加しピークに達する。２度目のピークに達した
後は、発光強度は単調に減少する。(2) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, and then the emission intensity decreases once, but thereafter the emission intensity again increases and reaches a peak. After reaching the second peak, the emission intensity decreases monotonically.

【００６８】図７に示した燃料では、固体燃料Ａ，固体
燃料Ｂは（１）に、固体燃料Ｃは（２）に分類される。In the fuel shown in FIG. 7, solid fuel A and solid fuel B are classified into (1), and solid fuel C is classified into (2).

【００６９】図８〜図１０は、粒子発光を画像として測
定した結果をスケッチした図である。それぞれのスケッ
チの左上に示されている時間は、レーザー照射開始から
の時間である。8 to 10 are sketches of the results of measuring the particle emission as an image. The time shown in the upper left of each sketch is the time from the start of laser irradiation.

【００７０】図８（ａ)〜(ｆ）は、固体燃料Ｃの結果で
ある。図８（ａ）から図８（ｆ）までのスケッチから、
ここではレーザー照射により２個の粒子が着火したこと
がわかる。また、それぞれの粒子の、着火から燃焼終了
までの発光状態の時間変化を追跡することが可能であ
る。図８（ｃ），図８（ｅ）、及び図８（ｆ）からわか
るように発光領域は、大きく二つに分類される。ひとつ
は、黒で示される強い発光領域２００であり、もうひと
つは強い発光領域２００の周囲に形成される、灰色で示
される弱い発光領域２０１である。このうち、強い発光
領域２００は固体表面からの放射光によるものと考えら
れる。一方、弱い発光領域２０１は、燃料の熱分解によ
り気相中に放出された成分の燃焼等に起因するものと考
えられる。なお、弱い発光領域２０１はレーザー照射直
後には観測されず、数ｍｓ経過した後に観測されること
から、レーザー照射直後には、粒子表面での酸素との反
応により着火が生じたと判断できる。FIGS. 8A to 8F show the results of the solid fuel C. From the sketches of FIGS. 8 (a) to 8 (f),
Here, it can be seen that two particles were ignited by laser irradiation. In addition, it is possible to trace the time change of the light emission state of each particle from ignition to the end of combustion. As can be seen from FIG. 8C, FIG. 8E, and FIG. 8F, the light emitting region is roughly classified into two. One is a strong light emitting region 200 shown in black, and the other is a weak light emitting region 201 formed in gray around the strong light emitting region 200. Among them, the strong light emitting region 200 is considered to be due to the light emitted from the solid surface. On the other hand, the weak light emitting region 201 is considered to be caused by combustion of components released in the gas phase due to thermal decomposition of fuel. Note that the weak emission region 201 is not observed immediately after laser irradiation, but is observed after a few ms have elapsed, so it can be determined that ignition has occurred due to reaction with oxygen on the particle surface immediately after laser irradiation.

【００７１】図９（ａ)〜(ｅ）は、固体燃料Ａの結果で
ある。固体燃料Ａには、燃料中に揮発分がほとんど含ま
れていない。この燃料では、強い発光領域２００は観測
されるが、弱い発光領域２０１はほとんど観測されない
ことから、図８（ｃ），図８（ｅ）、及び図８（ｆ）の
弱い発光領域２０１は、熱分解により放出された揮発分
に起因することが確認できる。9A to 9E show the results of the solid fuel A. The solid fuel A contains almost no volatile components in the fuel. In this fuel, the strong light emitting region 200 is observed, but the weak light emitting region 201 is hardly observed. Therefore, the weak light emitting region 201 in FIGS. 8C, 8E, and 8F is It can be confirmed that this is due to the volatile matter released by thermal decomposition.

【００７２】なお、数種類の燃料について発光強度の時
間変化と、発光画像の変化を比較した結果によると、強
い発光領域２００はどの燃料でも観測される。一方、弱
い発光領域２０１は、（１）の特徴を持つ燃料では観測
されず、（２）の特徴を持つ燃料では観測される。According to the result of comparing the temporal change of the light emission intensity and the change of the light emission image with respect to several kinds of fuels, the strong light emission region 200 is observed with any fuel. On the other hand, the weak emission region 201 is not observed in the fuel having the feature (1), but is observed in the fuel having the feature (2).

【００７３】図１０（ａ)〜(ｄ）は、固体燃料Ｃの結果
であるが、レーザーの照射エネルギーは図８の場合より
も高い。１〜４ｍｓまでのスケッチからわかるように、
レーザーの照射により着火した粒子数は３〜４個である
が、その後着火した粒子から、周囲の未着火の粒子への
火炎伝ぱが生じ、３３ｍｓのスケッチのように最終的に
は多数の粒子が着火する。このような現象は、（２）の
特徴を持つ燃料ではレーザーの照射エネルギーを高くす
ると観測されるが、（１）の特徴を持つ燃料では観測さ
れない。10A to 10D show the results of the solid fuel C, the irradiation energy of the laser is higher than that in the case of FIG. As you can see from the sketches from 1 to 4 ms,
The number of particles ignited by laser irradiation is 3 to 4, but flames propagate from the particles ignited to the surrounding non-ignited particles, and finally many particles are generated as in the sketch of 33 ms. Ignite. Such a phenomenon is observed when the laser irradiation energy is increased in the fuel having the feature (2), but not observed in the fuel having the feature (1).

【００７４】実用の燃焼装置では、粒径分布を持つ燃料
を燃焼させる。このとき（２）の特徴を持つ燃料では、
最も着火しやすい一部の燃料に着火すると、その周囲の
未着火の燃料への火炎伝ぱが生じ、燃料全体が速やかに
燃焼する。一方、（１）の特徴を持つ燃料では、火炎伝
ぱは生じなが、（２）の特徴を持つ燃料を一部混合させ
て燃焼させると、（２）の特徴を持つ燃料からの火炎伝
ぱが可能であるため、燃料全体を速やかに燃焼させるこ
とができる。In a practical combustion device, fuel having a particle size distribution is burned. At this time, with the fuel having the characteristics of (2),
When a part of the fuel that is most easily ignited is ignited, flame is propagated to the unignited fuel around the fuel, and the entire fuel burns quickly. On the other hand, flame propagation does not occur with the fuel with the characteristics of (1), but when the fuel with the characteristics of (2) is partially mixed and burned, flame propagation from the fuel with the characteristics of (2) occurs. Since this is possible, the entire fuel can be burned quickly.

【００７５】図１１は、（２）の特徴を持つ燃料につい
て、発光強度の時間変化の燃料性状による違いを示した
図である。ここでは、最初のピーク強度を１として、発
光強度を示した。最初のピークと２番目のピークの強度
比は、酸素分圧，レーザーの照射エネルギー，燃料性状
により変化する。同じ燃料で比較したときには、酸素分
圧，レーザーの照射エネルギーを高くすると、２番目の
ピークの強度が大きくなる。また、同じ酸素分圧のもと
で比較すると、固体燃料Ｄは固体燃料Ｃより２番目のピ
ークの強度が大きい。なお、固体燃料Ｄを着火したとき
のレーザーの照射エネルギーは固体燃料Ｃの場合より低
いので、同一の照射エネルギーの基で比較すると、ピー
クの強度比の差はさらに拡がると考えられる。なお、固
体燃料Ｄを着火させるために必要なレーザーの照射エネ
ルギー、及び火炎伝ぱを生じさせるために必要なレーザ
ーの照射エネルギーは、いずれも固体燃料Ｃの場合より
も低い。従って、レーザーの照射エネルギーと酸素分圧
が同一の条件下でピークの強度比を比較することによ
り、燃料の着火，燃焼性を評価することができる。FIG. 11 is a diagram showing the difference in the emission intensity with time of the fuel having the feature (2) depending on the fuel property. Here, the emission intensity is shown assuming that the first peak intensity is 1. The intensity ratio between the first peak and the second peak changes depending on the oxygen partial pressure, laser irradiation energy, and fuel properties. When compared with the same fuel, when the oxygen partial pressure and the irradiation energy of the laser are increased, the intensity of the second peak increases. Further, when compared under the same oxygen partial pressure, the solid fuel D has a second peak intensity higher than that of the solid fuel C. Since the irradiation energy of the laser when the solid fuel D is ignited is lower than that in the case of the solid fuel C, it is considered that the difference in peak intensity ratio is further widened when compared under the same irradiation energy. The irradiation energy of the laser required to ignite the solid fuel D and the irradiation energy of the laser required to generate flame propagation are both lower than those in the case of the solid fuel C. Therefore, the ignition and combustibility of the fuel can be evaluated by comparing the intensity ratios of the peaks under the condition that the irradiation energy of the laser and the oxygen partial pressure are the same.

【００７６】図１２は、固体燃料Ｃ（微粉炭）を用いて
得られた、レーザー照射からの時間と粒子温度の関係で
ある。レーザー照射により粒子温度は急激に上昇する
が、照射終了後温度は一旦低下し、約１.２ｍｓ 後に温
度は最も低くなる。照射終了直後の温度低下は、粒子表
面から粒子内部への熱伝導のためである。温度が最も低
くなる約１.２ｍｓ 後には、粒子内部の温度分布はほぼ
均一になる。粒子が着火したときには、その後、粒子温
度は高くなるが、これは燃料の燃焼による発熱速度が、
粒子から外部への熱損失速度を上回るためである。ま
た、温度が極小となる時の熱損失速度から、燃料の燃焼
反応速度を求めることができる。なお、粒子が着火しな
いときには粒子温度は図１２中の破線で示されるよう
に、速やかに低下する。FIG. 12 shows the relationship between the time from laser irradiation and the particle temperature, which was obtained using solid fuel C (pulverized coal). The particle temperature rises sharply by laser irradiation, but after the irradiation is completed, the temperature temporarily drops, and the temperature becomes the lowest after about 1.2 ms. The temperature decrease immediately after the irradiation is due to heat conduction from the particle surface to the inside of the particle. About 1.2 ms after the temperature becomes the lowest, the temperature distribution inside the particles becomes almost uniform. When the particles are ignited, the temperature of the particles increases after that, but this is because the heat generation rate due to combustion of fuel is
This is because the rate of heat loss from the particles to the outside is exceeded. Further, the combustion reaction rate of the fuel can be obtained from the heat loss rate when the temperature becomes minimum. When the particles do not ignite, the particle temperature rapidly decreases as shown by the broken line in FIG.

【００７７】図１３は、固体燃料Ｃを対象に大気圧下で
測定した、粒子温度と着火確率の関係である。同じ燃料
であっても、個々の粒子により着火性にバラツキがある
ため、ここでは、同一条件で着火試験を行った回数に対
する、燃料が着火した回数の割合を着火確率とした。こ
こでの粒子温度は、図１２の温度の極小値である。個々
の粒子で反応性が異なるため、着火温度はある幅で示さ
れる。着火確率が５０％のときの温度が、平均的な着火
温度であると考えられる。なお、着火温度は粒子径を大
きくすると減少し、酸素モル分率を下げると増加する。
酸素モル分率を０.５１ からさらに下げると、全ての温
度条件下で着火確率が０％となる。FIG. 13 shows the relationship between the particle temperature and the ignition probability measured for the solid fuel C under atmospheric pressure. Even with the same fuel, the ignitability varies depending on the individual particles. Therefore, the ratio of the number of times the fuel ignites to the number of times the ignition test was performed under the same conditions was defined as the ignition probability. The particle temperature here is the minimum value of the temperature in FIG. The ignition temperature is shown in a certain range due to the different reactivity of individual particles. The temperature when the ignition probability is 50% is considered to be the average ignition temperature. The ignition temperature decreases as the particle size increases, and increases as the oxygen mole fraction decreases.
When the oxygen mole fraction is further reduced from 0.51, the ignition probability becomes 0% under all temperature conditions.

【００７８】図１４（ａ）と（ｂ）及び図１５は、図１
３の結果をもとに、燃焼反応速度速度定数を解析した結
果である。粒子１個あたりの燃焼反応による発熱速度
(Ｑｇ)は数１で表される。14 (a) and (b) and FIG. 15 are shown in FIG.
It is the result of analyzing the combustion reaction rate constant based on the result of 3. Exothermic rate due to combustion reaction per particle
(Qg) is represented by Formula 1.

【００７９】[0079]

【数１】 [Equation 1]

【００８０】ここで、ｈは粒子中の炭素１モルが反応し
たときに発生する熱量、Ｄｐは粒子の直径、Ｋは反応速
度定数、Ｐは酸素分圧、ｎは反応定数である。着火温度
のときには、発熱速度（Ｑｇ）が粒子からの熱損失速度
（Ｑｌ）と等しいと仮定することで、反応速度定数
（Ｋ）が求められる。反応速度定数（Ｋ）は、数２で表
される。Here, h is the amount of heat generated when 1 mol of carbon in the particles reacts, Dp is the diameter of the particles, K is the reaction rate constant, P is the oxygen partial pressure, and n is the reaction constant. At the ignition temperature, the reaction rate constant (K) is obtained by assuming that the heat generation rate (Qg) is equal to the heat loss rate (Ql) from the particles. The reaction rate constant (K) is expressed by Equation 2.

【００８１】[0081]

【数２】 Ｋ＝Ａ・exp（−Ｅ／ＲＴ） …（数２） ここで、Ａは頻度因子、Ｅは活性化エネルギー、Ｒは気
体定数である。## EQU00002 ## K = A.exp (-E / RT) (Equation 2) where A is a frequency factor, E is an activation energy, and R is a gas constant.

【００８２】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、着火確
率が５０％のときの粒子温度を着火温度と定義したとき
の、酸素モル分率と着火温度の関係であり、プロットは
実験値、実線は頻度因子、活性化エネルギー、反応定数
を仮定して求めた、着火温度の計算値である。図１４
（ａ）に示すように、反応定数を１、活性化エネルギー
を５０ｋＪと仮定したときに、実験値と計算値は最も良
く一致する。図１４(ｂ)は、反応定数を０または０.５
と仮定したときの結果であるが、このときには実験値と
計算値は一致しない。FIGS. 14 (a) and 14 (b) show the relationship between the oxygen mole fraction and the ignition temperature when the particle temperature when the ignition probability is 50% is defined as the ignition temperature. The value and the solid line are the calculated values of the ignition temperature obtained by assuming the frequency factor, the activation energy, and the reaction constant. 14
As shown in (a), when the reaction constant is assumed to be 1 and the activation energy is assumed to be 50 kJ, the experimental value and the calculated value are in best agreement. In FIG. 14 (b), the reaction constant is 0 or 0.5.
However, the experimental and calculated values do not match at this time.

【００８３】図１５は、着火確率が２０％のときの粒子
温度を着火温度と定義したときの、酸素モル分率と着火
温度の関係である。解析の結果得られる反応定数と活性
化エネルギーは、着火確率が５０％のときの結果と同じ
である。ただし、頻度因子は変化する。FIG. 15 shows the relationship between the oxygen mole fraction and the ignition temperature when the particle temperature when the ignition probability is 20% is defined as the ignition temperature. The reaction constant and activation energy obtained as a result of the analysis are the same as the results when the ignition probability is 50%. However, the frequency factor changes.

【００８４】図１６は、粒子表面での酸化反応速度の温
度依存性を示した結果である。斜線で囲まれた領域１０
２は本発明の評価装置を用いて得られた固体燃料Ｃ(微
粉炭)の反応速度の範囲である。個々の粒子により反応
性が異なるため、反応速度は幅を持った値で示される。
なお、平均的な反応速度は図１６の太い実線で示され
た、着火確率５０％のときの反応速度である。破線１０
３は、アメリカン インティテュート オブ ケミカル
エンジニアリング ジャーナル(American Insutituteof
Chemical Engneering Journal）、２８巻３０２ページ
（１９８２年）に記載されている微粉炭チャーの反応速
度である。図１６に示す温度帯では微粉炭の熱分解反応
が盛んなため、一般には表面反応速度は微粉炭を還留し
た微粉炭チャーを用いて測定される。一方、本発明の評
価装置では、粒子の加熱速度を極めて速くできるため、
熱分解反応が生じる前に粒子を着火でき、このため、微
粉炭チャーではなく、微粉炭を用いて表面反応速度を解
析することが出来る。図１６の斜線領域１０２と破線１
０３の比較から分かるように、微粉炭の表面反応速度は
微粉炭チャーの反応速度より大きい。FIG. 16 shows the results showing the temperature dependence of the oxidation reaction rate on the particle surface. Area 10 surrounded by diagonal lines
2 is the reaction rate range of the solid fuel C (pulverized coal) obtained using the evaluation apparatus of the present invention. Since the reactivity differs depending on the individual particles, the reaction rate is shown as a value with a range.
The average reaction rate is the reaction rate when the ignition probability is 50%, which is indicated by the thick solid line in FIG. Dashed line 10
3 is American Institute of Chemical
Engineering Journal (American Insutitute of
Chemical Engneering Journal), Volume 28, page 302 (1982). Since the thermal decomposition reaction of pulverized coal is active in the temperature range shown in FIG. 16, the surface reaction rate is generally measured using a pulverized coal char obtained by destilling pulverized coal. On the other hand, in the evaluation device of the present invention, since the heating rate of the particles can be extremely high,
The particles can be ignited before the pyrolysis reaction occurs, so that the surface reaction rate can be analyzed using pulverized coal rather than pulverized coal char. The shaded area 102 and the broken line 1 in FIG.
As can be seen from the comparison of No. 03, the surface reaction rate of pulverized coal is higher than that of pulverized coal char.

【００８５】現在使用されている、微粉炭焚ボイラ等で
は、ＮＯｘ排出濃度や排出される石炭灰中の未燃焼物質
の量が制限値を超えない範囲で、熱効率ができるだけ高
くなるように、負荷の変動に対応して燃焼用の空気流量
や各バーナーへ供給される空気の配分比等が制御され
る。この時に常に最適な条件で運転するためには、予想
される運転条件のもとでのＮＯｘ排出濃度や灰中の未燃
分濃度等の燃焼状態を予め予測することが有効である。
しかし石炭は、炭種により燃焼特性が異なるため、燃焼
状態を予測するためには石炭の性状、特に燃焼反応速度
定数を正しく入力する必要がある。ただし、同じ炭種で
あっても燃焼反応速度定数にはバラツキがある、等の理
由により予測結果と実際の燃焼状態にはずれが生じるこ
とがある。また、微粉炭の表面反応速度の測定は一般に
困難であるため、微粉炭チャーの反応速度を用いて燃焼
状態を予測すると、実際の現象を正しく表わせないこと
がある。In the pulverized coal-fired boilers and the like currently used, the NOx emission concentration and the amount of unburned substances in the discharged coal ash do not exceed the limit values and the thermal efficiency is as high as possible. The air flow rate for combustion, the distribution ratio of the air supplied to each burner, and the like are controlled according to the fluctuation of In order to always operate under optimum conditions at this time, it is effective to predict in advance the combustion state such as the NOx emission concentration and the unburned matter concentration in ash under the expected operating conditions.
However, since the combustion characteristics of coal differ depending on the type of coal, it is necessary to correctly input the properties of the coal, especially the combustion reaction rate constant, in order to predict the combustion state. However, even if the same kind of coal is used, the prediction reaction result may differ from the actual combustion state due to variations in the combustion reaction rate constant. Further, since it is generally difficult to measure the surface reaction rate of pulverized coal, if the combustion state is predicted using the reaction rate of pulverized coal char, an actual phenomenon may not be represented correctly.

【００８６】図１７は、本発明の着火，燃焼特性評価装
置を用いて得られた燃焼反応速度定数を使用する、燃焼
状態予測方法の概略を示す図である。運転条件のパラメ
ーターとして空気流量、各バーナーへの空気配分比、及
び微粉炭供給量を、石炭の性状を表すパラメーターとし
て微粉炭粒度，発熱量，揮発分含有率，配分含有率，元
素比率、及び反応速度定数を入力し、ＮＯｘ排出濃度及
び灰中の未燃分濃度等の燃焼状態を出力する。本発明の
着火，燃焼特性評価装置を用いて得られた燃焼反応速度
定数では、速度定数のバラツキ幅も入力されるので、Ｎ
Ｏｘ排出濃度，灰中未燃分濃度等の出力結果にもバラツ
キ幅が表示される。従って、予測結果と実際の燃焼状態
のずれを予め考慮した上で運転計画を立てることができ
る。また、本発明の着火，燃焼特性評価装置を用いる
と、微粉炭の表面反応速度を直接測定できるため、特に
燃焼の初期段階の現象を正しく表わすことが出来、この
ため、燃焼初期の着火過程に強く影響されるＮＯｘ排出
濃度、バーナーの負荷追従性などを正しく予測すること
が出来る。FIG. 17 is a diagram showing an outline of a combustion state prediction method using the combustion reaction rate constant obtained by using the ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention. The air flow rate, the air distribution ratio to each burner, and the pulverized coal supply amount as the operating condition parameters, and the pulverized coal particle size, the calorific value, the volatile content content, the distribution content ratio, the element ratio, and the parameters representing the coal properties. The reaction rate constant is input, and the combustion state such as NOx emission concentration and unburned matter concentration in ash is output. In the combustion reaction rate constant obtained by using the ignition / combustion characteristic evaluation apparatus of the present invention, the variation width of the rate constant is also input, so N
The variation range is also displayed in the output results such as the Ox emission concentration and the unburned ash concentration. Therefore, the operation plan can be made in consideration of the difference between the prediction result and the actual combustion state in advance. Further, by using the ignition / combustion characteristics evaluation device of the present invention, the surface reaction rate of pulverized coal can be directly measured, so that the phenomenon in the initial stage of combustion can be correctly expressed, and therefore, the ignition process in the initial stage of combustion It is possible to correctly predict the NOx emission concentration that is strongly influenced, the load followability of the burner, and the like.

【００８７】[0087]

【発明の効果】本発明によれば、実用の燃焼装置での燃
焼状態に近い速い昇温速度のもとでの、固体燃料表面で
の反応による着火，燃焼特性と、燃料の熱分解により放
出された可燃性ガスの反応による着火，燃焼特性をそれ
ぞれ評価できる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, ignition and combustion characteristics due to reaction on the surface of solid fuel and release due to thermal decomposition of fuel under a high heating rate close to the combustion state in a practical combustion apparatus The ignition and combustion characteristics due to the reaction of the generated combustible gas can be evaluated respectively.

【００８８】この結果、本発明の評価装置と評価方法を
用いることで、燃料性状の違いに対応した、実用の燃焼
装置の設計と、運転方法の立案が容易になる。As a result, by using the evaluation device and the evaluation method of the present invention, it becomes easy to design a practical combustion device corresponding to the difference in fuel properties and to plan an operating method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例である、固体燃料の着火，燃
焼特性評価装置の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１の、フィーダーの概略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view of the feeder shown in FIG.

【図３】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置の
変形例。FIG. 3 is a modification of the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention.

【図４】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置の
変形例。FIG. 4 is a modification of the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention.

【図５】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置の
変形例。FIG. 5 is a modification of the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation apparatus of the present invention.

【図６】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置の
変形例。FIG. 6 is a modification of the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention.

【図７】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置を
用いて得られた、粒子の発光強度の時間変化の測定例。FIG. 7 is an example of measurement of change over time in emission intensity of particles obtained by using the solid fuel ignition / combustion property evaluation apparatus of the present invention.

【図８】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置を
用いて得られた、粒子の発光画像の時間変化の測定例。FIG. 8 is a measurement example of time change of a luminescence image of particles obtained by using the solid fuel ignition / combustion property evaluation apparatus of the present invention.

【図９】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置を
用いて得られた、粒子の発光画像の時間変化の測定例。FIG. 9 is an example of measurement of time change of luminescence image of particles obtained by using the solid fuel ignition / combustion property evaluation apparatus of the present invention.

【図１０】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置
を用いて得られた、粒子の発光画像の時間変化の測定
例。FIG. 10 is an example of measurement of time change of luminescence image of particles obtained by using the solid fuel ignition / combustion property evaluation apparatus of the present invention.

【図１１】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置
を用いて得られた、粒子の発光強度の時間変化の測定
例。FIG. 11 is an example of measurement of temporal change in emission intensity of particles obtained by using the solid fuel ignition / combustion property evaluation apparatus of the present invention.

【図１２】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置
を用いて得られた、粒子温度の時間変化の測定例。FIG. 12 is a measurement example of the time change of the particle temperature obtained by using the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation apparatus of the present invention.

【図１３】粒子温度と着火確率の関係を示すグラフ例。FIG. 13 is a graph example showing the relationship between particle temperature and ignition probability.

【図１４】粒子の着火温度の実験結果と計算結果を比較
した一例。FIG. 14 is an example comparing the experimental result and the calculated result of the ignition temperature of particles.

【図１５】粒子の着火温度の実験結果と計算結果を比較
した一例。FIG. 15 is an example comparing the experimental results and the calculation results of the ignition temperature of particles.

【図１６】本発明の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置
を用いて得られた、固体燃料の酸化反応速度と粒子温度
との関係図。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the oxidation reaction rate of solid fuel and the particle temperature, which is obtained by using the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation apparatus of the present invention.

【図１７】本発明の着火，燃焼特性評価装置を用いて得
られた燃焼反応速度定数を使用する、燃焼状態予測方法
の概略図。FIG. 17 is a schematic diagram of a combustion state prediction method using the combustion reaction rate constant obtained by using the ignition / combustion characteristic evaluation device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２…透明反応セル、４…フィーダー、５…粒子導入管、
６…支燃性ガス、８…パルスレーザー、１３…着火位
置、１５…固体粒子、１６…集光レンズ、１８…可視，
赤外用光フィルター、１９…フォトマル、２２…粒子温
度の時間変化、２３…ビデオカメラ、２５…粒子の放射
光、２６…気体の発光、２９…空気ジェット、３０…紫
外光用光フィルター、３３…ラジカル発光強度の時間変
化。2 ... Transparent reaction cell, 4 ... Feeder, 5 ... Particle introduction tube,
6 ... Burning gas, 8 ... Pulse laser, 13 ... Ignition position, 15 ... Solid particles, 16 ... Focusing lens, 18 ... Visible,
Infrared optical filter, 19 ... Photomul, 22 ... Particle temperature change with time, 23 ... Video camera, 25 ... Particle radiated light, 26 ... Gas emission, 29 ... Air jet, 30 ... Ultraviolet light optical filter, 33 ... Time variation of radical emission intensity.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuyuki Ito 7-1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】支燃性ガス気流中に浮遊した固体燃料粒子
を急速加熱し、前記固体燃料粒子表面での着火，燃焼状
態と、前記固体燃料粒子の熱分解により前記支燃性ガス
気流中に放出された成分の着火，燃焼状態の時間変化を
同時に測定する手段を有することを特徴とする、 固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。1. A solid fuel particle suspended in a supporting gas stream is rapidly heated to ignite and burn on the surface of the solid fuel particle, and thermal decomposition of the solid fuel particle causes the supporting fuel gas stream to flow. A solid fuel ignition and combustion characteristic evaluation device characterized by having means for simultaneously measuring the ignition and the time change of the combustion state of the components discharged to the solid fuel. 【請求項２】支燃性ガス気流中に固体燃料粒子を供給
し、特定の領域内に固体燃料粒子を一定時間浮遊させる
手段と、前記領域内の粒子にエネルギーを急速に与え加
熱する手段と、 加熱された固体燃料粒子からの固体放射光の強度と、前
記固体燃料粒子の熱分解により前記支燃性ガス気流中に
放出された成分からの発光強度、または光あるいは電磁
波の吸収量の時間変化を同時測定する手段とを有するこ
とを特徴とする、 固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。2. A means for supplying solid fuel particles into a stream of a combustion-supporting gas to suspend the solid fuel particles in a specific area for a certain period of time, and a means for rapidly applying energy to the particles in the area to heat them. , The intensity of solid radiated light from heated solid fuel particles and the emission intensity from the components released into the air stream of the combustion-supporting gas due to thermal decomposition of the solid fuel particles, or the time of absorption of light or electromagnetic waves A solid fuel ignition / combustion characteristics evaluation device having means for simultaneously measuring changes. 【請求項３】支燃性ガス気流中に浮遊した固体燃料粒子
を急速加熱したときの、急速加熱された前記固体燃料粒
子の着火，燃焼状態の時間変化を画像として測定する手
段を有することを特徴とする、 固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。3. A means for measuring, as an image, the time change of the ignition and combustion state of the rapidly heated solid fuel particles when the solid fuel particles suspended in the combustion-supporting gas stream are rapidly heated. A characteristic solid fuel ignition and combustion characteristics evaluation device. 【請求項４】支燃性ガスの気流中に固体燃料粒子を供給
し、浮遊させる手段として、 前記固体燃料粒子を供給するフィーダーと、前記フィー
ダーから、固体燃料粒子を急速加熱する特定の位置の近
傍まで、固体燃料を導く導入管を備えたことを特徴とす
る、 請求項１，２，３のいずれかに記載の固体燃料の着火，
燃焼特性評価装置。4. As a means for supplying and suspending solid fuel particles in a stream of a combustion-supporting gas, a feeder for supplying the solid fuel particles and a specific position for rapidly heating the solid fuel particles from the feeder. Ignition of the solid fuel according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that an introduction pipe for guiding the solid fuel is provided up to the vicinity.
Combustion characteristics evaluation device. 【請求項５】前記フィーダーに瞬間的に振動を与える手
段を有することを特徴とする、 請求項４に記載の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。5. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 4, further comprising means for instantaneously vibrating the feeder. 【請求項６】前記フィーダーに瞬間的に振動を与える手
段は、高圧の気体ジェットをフィーダーに衝突させる手
段であることを特徴とする、 請求項５に記載の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。6. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 5, wherein the means for momentarily vibrating the feeder is means for causing a high-pressure gas jet to collide with the feeder. . 【請求項７】前記固体燃料粒子の加熱手段は、レーザー
光であることを特徴とする、請求項１，２，３のいずれ
かに記載の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。7. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 1, wherein the heating means for the solid fuel particles is a laser beam. 【請求項８】支燃性ガスの気流中に固体燃料粒子を供給
し、特定の領域内に浮遊させ、急速に加熱するための反
応容器は、紫外光，赤外光，可視光のうち少なくとも一
つを透過する材料で形成されたことを特徴とする、請求
項１，２，３のいずれかに記載の固体燃料の着火，燃焼
特性評価装置。8. A reaction vessel for supplying solid fuel particles into a stream of a combustion-supporting gas, suspending the solid fuel particles in a specific region, and rapidly heating, at least one of ultraviolet light, infrared light, and visible light. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 1, wherein the solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device is formed of a material that transmits one. 【請求項９】加熱された固体燃料粒子からの固体放射光
と、固体燃料粒子の周囲に生成した気相ラジカルを同時
測定する手段として、可視光及び／或いは赤外光と、紫
外光を異なる発光検出装置により同時に測定する手段を
有することを特徴とする、請求項２に記載の固体燃料の
着火，燃焼特性評価装置。9. Visible light and / or infrared light is different from ultraviolet light as means for simultaneously measuring solid-state radiated light from heated solid fuel particles and gas-phase radicals generated around the solid fuel particles. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 2, further comprising a means for simultaneously measuring the light emission detection device. 【請求項１０】可視光及び／或いは赤外光を測定する発
光検出装置を複数個設けたことを特徴とする、請求項９
に記載の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。10. A plurality of luminescence detecting devices for measuring visible light and / or infrared light are provided.
Ignition and combustion characteristics evaluation device for solid fuel according to 1. 【請求項１１】紫外光を測定する発光検出装置を複数個
設けたことを特徴とする、請求項９に記載の固体燃料の
着火，燃焼特性評価装置。11. The solid fuel ignition and combustion characteristic evaluation device according to claim 9, wherein a plurality of light emission detection devices for measuring ultraviolet light are provided. 【請求項１２】発光を画像として測定する手段を有する
ことを特徴とする、請求項９から１１のいずれかに記載
の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。12. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 9, further comprising means for measuring light emission as an image. 【請求項１３】水素原子を測定する手段を有することを
特徴とする、請求項１，２，３のいずれかに記載の固体
燃料の着火，燃焼特性評価装置。13. The solid fuel ignition / combustion characteristic evaluation device according to claim 1, further comprising means for measuring hydrogen atoms. 【請求項１４】支燃性ガスの気流中に浮遊させた固体燃
料粒子を、特定の位置で急速に加熱するための反応容器
を磁場中に設置し、前記反応容器中にマイクロ波を照射
する手段と、前記反応容器に照射したマイクロ波の吸収
量を測定する手段を有することを特徴とする、請求項１
３に記載の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置。14. A reaction container for rapidly heating solid fuel particles suspended in a stream of a combustion-supporting gas at a specific position is installed in a magnetic field, and the reaction container is irradiated with microwaves. A means and a means for measuring the absorption amount of the microwave radiated to the reaction vessel are provided.
3. A solid fuel ignition and combustion characteristic evaluation device as described in 3. 【請求項１５】請求項１から１４までのいずれかに記載
の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置を用いて得られ
た、固体燃料の燃焼反応速度定数を用いて、固体燃料の
燃焼状態を予測することを特徴とする、固体燃料の燃焼
状態予測方法。15. The combustion state of the solid fuel is determined by using the combustion reaction rate constant of the solid fuel, which is obtained by using the solid fuel ignition and combustion characteristic evaluation device according to any one of claims 1 to 14. A method for predicting the combustion state of a solid fuel, which comprises predicting. 【請求項１６】着火後の粒子の発光強度の時間変化曲線
の特徴から着火，燃焼性を評価する、請求項１から１４
までのいずれかに記載の固体燃料の着火，燃焼特性評価
装置を用いた、固体燃料の着火，燃焼特性の評価方法。16. The ignition and combustibility are evaluated from the characteristics of the time-varying curve of the emission intensity of particles after ignition.
A method for evaluating solid fuel ignition and combustion characteristics using the solid fuel ignition and combustion characteristics evaluation device as set forth in any one of 1 to 3 above. 【請求項１７】着火後の粒子の発光強度の時間変化曲線
の特徴を以下の二つに分類し、着火，燃焼性を評価す
る、請求項１６に記載の固体燃料の着火，燃焼特性の評
価方法。 （１）着火後、発光強度が増加しピークに達した後、発
光強度は単調に減少する。 （２）着火後、発光強度が増加しピークに達した後、一
旦発光強度は減少するが、その後再び発光強度は増加し
ピークに達する。２度目のピークに達した後は、発光強
度は単調に減少する。17. An evaluation of ignition and combustion characteristics of a solid fuel according to claim 16, wherein the characteristics of the time change curve of the emission intensity of particles after ignition are classified into the following two to evaluate ignition and combustibility. Method. (1) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, after which the emission intensity monotonically decreases. (2) After ignition, the emission intensity increases and reaches a peak, and then the emission intensity temporarily decreases, but then the emission intensity again increases and reaches a peak. After reaching the second peak, the emission intensity decreases monotonically. 【請求項１８】請求項１７に記載の、（２）の特徴を有
する、固体燃料の着火，燃焼特性の評価方法において、 二つのピークの発光強度比から着火，燃焼性を評価す
る、固体燃料の着火，燃焼特性の評価方法。18. The method for evaluating the ignition and combustion characteristics of a solid fuel having the feature (2) according to claim 17, wherein the ignition and combustibility are evaluated from the emission intensity ratio of two peaks. Ignition and combustion characteristics evaluation method. 【請求項１９】請求項１から１４までのいずれかに記載
の固体燃料の着火，燃焼特性評価装置を用いて測定され
た、加熱後の粒子の発光強度の時間変化曲線が一つのピ
ークのみを有する燃料と、二つのピークを有する燃料と
を混合させて燃焼させることを特徴とする、固体燃料の
燃焼方法。19. A time-dependent change curve of the emission intensity of particles after heating, which is measured by using the solid fuel ignition and combustion characteristic evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 14, shows only one peak. A method of burning a solid fuel, comprising mixing a fuel having the same and a fuel having two peaks and burning the mixture.