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技術 未燃分判定方法及び未燃分判定装置

出願人 株式会社IHI
発明者 伊藤隆政
出願日 2014年10月6日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2014-205377
公開日 2016年5月12日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2016-075543
状態 特許登録済
技術分野 特有な方法による材料の調査、分析 クロマトグラフィによる材料の調査、分析 燃焼システム
主要キーワード 石炭化 判定対象物 未燃分量 半無煙炭 排ガス循環量 粉体燃料 キャリアガス供給ライン STEP
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この項目の情報は公開日時点(2016年5月12日)のものです。
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図面 (4)

課題

排出された灰中未燃分分析し、未燃分の増加の原因となる石炭を判定可能とする未燃分判定方法及び未燃分判定装置を提供する。

解決手段

燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定方法であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分の炭素から炭素同位体13Cの含有比率計測し、前記炭素中の前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定する。

概要

背景

石炭焚きのボイラ装置に於いて、安全性及び経済性の観点から、種類の異なる複数種を混合して使用することがある石炭は種類、産地により燃焼性が異なるが、通常、各種石炭は適宜な比率で混合され、又それぞれの燃焼性も不明である。この状態で石炭焚きボイラ稼働させると、燃焼性の違い等により排出される灰に多くの未燃分が含まれる可能性がある。

石炭焚きボイラの運用効率向上の為、排出される灰中の未燃分を低減させる必要があり、方法の1つとして、未燃分増加の原因となっている石炭の使用を停止することが挙げられる。然し乍ら、従来はどの石炭が未燃分増加の原因となっているのかを判断することができなかった。

尚、特許文献1には、石炭焚きボイラの排ガス流路に灰中未燃分計測装置を設け、該灰中未燃分計測装置で計測した灰中未燃分量に応じて、排ガス循環量を少なくして1次空気及び2次空気の酸素濃度を高める調整、或は1次空気の酸素量配分を増加させて粉体燃料の近傍に酸素を多く投入する調整のうち少なくとも1つを実行することで、排ガス循環量や酸素分配比率を制御し、灰中未燃分を低減させるボイラ装置が開示されている。

概要

排出された灰中の未燃分を分析し、未燃分の増加の原因となる石炭を判定可能とする未燃分判定方法及び未燃分判定装置を提供する。燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定方法であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分の炭素から炭素同位体13Cの含有比率を計測し、前記炭素中の前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定する。

目的

本発明は斯かる実情に鑑み、排出された灰中の未燃分を分析し、未燃分の増加の原因となる石炭を判定可能とする未燃分判定方法及び未燃分判定装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃焼性の異なる複数種類石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分判定方法であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分の炭素から炭素同位体13Cの含有比率計測し、前記炭素中の前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定することを特徴とする未燃分判定方法。

請求項2

前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき、未燃分中の前記未燃分の最も多い石炭の含有比率を求め、未燃分増加の原因が該石炭を原因とするものであるか否かを判定する請求項1の未燃分判定方法。

請求項3

前記炭素同位体13Cの含有比率の計測は、ガスクロマトグラフィにより行われる請求項1又は請求項2の未燃分判定方法。

請求項4

燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定装置であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分を燃焼させガス化させる燃焼部と、燃焼により生じたガス中より炭素を分離させ、該炭素中の炭素同位体13Cの含有比率を計測する計測部と、前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定する判定部とを有することを特徴とする未燃分判定装置。

技術分野

0001

本発明は、異なる石炭を混合して燃焼させた際に生じる灰の未燃分を判定する未燃分判定方法及び未燃分判定装置に関するものである。

背景技術

0002

石炭焚きのボイラ装置に於いて、安全性及び経済性の観点から、種類の異なる複数種を混合して使用することがある石炭は種類、産地により燃焼性が異なるが、通常、各種石炭は適宜な比率で混合され、又それぞれの燃焼性も不明である。この状態で石炭焚きボイラ稼働させると、燃焼性の違い等により排出される灰に多くの未燃分が含まれる可能性がある。

0003

石炭焚きボイラの運用効率向上の為、排出される灰中の未燃分を低減させる必要があり、方法の1つとして、未燃分増加の原因となっている石炭の使用を停止することが挙げられる。然し乍ら、従来はどの石炭が未燃分増加の原因となっているのかを判断することができなかった。

0004

尚、特許文献1には、石炭焚きボイラの排ガス流路に灰中未燃分計測装置を設け、該灰中未燃分計測装置で計測した灰中未燃分量に応じて、排ガス循環量を少なくして1次空気及び2次空気の酸素濃度を高める調整、或は1次空気の酸素量配分を増加させて粉体燃料の近傍に酸素を多く投入する調整のうち少なくとも1つを実行することで、排ガス循環量や酸素分配比率を制御し、灰中未燃分を低減させるボイラ装置が開示されている。

先行技術

0005

特開2011−106790号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は斯かる実情に鑑み、排出された灰中の未燃分を分析し、未燃分の増加の原因となる石炭を判定可能とする未燃分判定方法及び未燃分判定装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定方法であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分の炭素から炭素同位体13Cの含有比率を計測し、前記炭素中の前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定する未燃分判定方法に係るものである。

0008

又本発明は、前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき、未燃分中の前記未燃分の最も多い石炭の含有比率を求め、未燃分増加の原因が該石炭を原因とするものであるか否かを判定する未燃分判定方法に係るものである。

0009

又本発明は、前記炭素同位体13Cの含有比率の計測は、ガスクロマトグラフィにより行われる未燃分判定方法に係るものである。

0010

更に又本発明は、燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定装置であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分を燃焼させガス化させる燃焼部と、燃焼により生じたガス中より炭素を分離させ、該炭素中の炭素同位体13Cの含有比率を計測する計測部と、前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定する判定部とを有する未燃分判定装置に係るものである。

発明の効果

0011

本発明によれば、燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定方法であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分の炭素から炭素同位体13Cの含有比率を計測し、前記炭素中の前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定するので、灰中の未燃分増加がどの石炭を原因とするものかを判断することができ、灰中の未燃分を増加させる石炭を効果的に取除くことで前記ボイラ装置の効率改善を図ることができる。

0012

又本発明によれば、燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合させて燃焼させるボイラ装置に於ける石炭未燃分の判定装置であって、前記ボイラ装置より排出された灰中の未燃分を燃焼させガス化させる燃焼部と、燃焼により生じたガス中より炭素を分離させ、該炭素中の炭素同位体13Cの含有比率を計測する計測部と、前記炭素同位体13Cの含有比率に基づき前記未燃分の最も多い石炭を特定する判定部とを有するので、灰中の未燃分増加がどの石炭を原因とするものかを判断することができ、灰中の未燃分を増加させる石炭を効果的に取除くことで前記ボイラ装置の効率改善を図ることができるという優れた効果を発揮する。

図面の簡単な説明

0013

本発明の実施例に係る未燃分判定装置を示す概略構成図である。
未燃分中の炭素の炭素同位体13Cの含有比率と、未燃分中の無煙炭含有率との関係を示すグラフである。
本発明の実施例に係る未燃分判定処理を説明するフローチャートである。

実施例

0014

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

0015

先ず、図1に於いて、本発明の実施例に係る未燃分判定装置について説明する。

0016

未燃分判定装置1は、ボイラ装置(図示せず)から排出された灰中の未燃分を分析し、ボイラ装置の運用に使用される石炭のうち、未燃分増大の原因となる石炭を判定する装置である。

0017

石炭中の炭素(C)は、炭素同位体である12Cと13Cとを所定の比率で含有している。炭素同位体13Cの含有比率は、石炭化した当時の大気中のCO2 の比率や土壌の状態等により変化することが分っており、炭素同位体13Cの含有比率は、石炭の産地毎に固有の値を有している。従って、石炭の成分を分析し、炭素中の炭素同位体13Cの含有比率を調べることで、石炭の産地、即ち石炭の種類を判定することができる。尚、本実施例では、ボイラ装置を運用する石炭として、無煙炭と亜瀝青炭の2種類の石炭を混合させたものが使用され、無煙炭と亜瀝青炭の2種類の石炭を混合させた場合に於ける、灰中の未燃分の判定を行った。

0018

前記未燃分判定装置1は、燃焼部2と、キャリアガス供給部3と、計測部4と、判定部5とを有している。前記キャリアガス供給部3はキャリアガス供給ライン6を介して前記計測部4に接続され、前記燃焼部2は燃焼ガス供給ライン7及び前記キャリアガス供給ライン6を介して前記計測部4と接続されると共に、前記判定部5と電気的に接続され、前記計測部4は前記判定部5と電気的に接続されている。又、前記キャリアガス供給ライン6には第1流量制御器8が設けられ前記燃焼ガス供給ライン7には第2流量制御器9が設けられている。

0019

前記燃焼部2は、ボイラ装置から排出された灰を判定対象物としている。前記燃焼部2は灰の一部を移送し、燃焼させ、灰中の未燃分を燃焼させ、COやCO2 等の燃焼ガスを発生させる。又、前記燃焼部2は、灰の重量を検出可能となっており、燃焼前の灰の重量と燃焼後の灰の重量とを前記判定部5に送信する様になっている。

0020

又、前記キャリアガス供給部3は、キャリアガスとして、窒素ヘリウム等の不活性ガスを供給し、前記燃焼ガスと共に前記計測部4に送出す様になっている。

0021

前記計測部4は、例えばガスクロマトグラフィである。該計測部4は、前記燃焼部2からの燃焼ガス、前記キャリアガス供給部3からのキャリアガスが供給されると、前記計測部4内で燃焼ガス及びキャリアガスを分子種毎に分離し、ガス中の炭素の比率を計測し、更に炭素中の炭素同位体13C含有比率を計測する機能を有している。

0022

前記判定部5は、例えばPCであり、HDD等の記憶部11とモニタ等の表示部12とを有している。ボイラ装置を運用する際に使用される石炭は、予め成分分析が行われており、炭素中の炭素同位体12Cに対する炭素同位体13Cの含有比率が予め分析され、分析された石炭毎の炭素同位体13Cの含有比率が予め前記記憶部11に格納されている。

0023

図2は、縦軸に炭素同位体12Cに対する炭素同位体13Cの含有比率を取り、横軸に無煙炭の含有率を取ったグラフであり、未燃分中の炭素同位体13Cの含有比率(δ)と、未燃分中の無煙炭の含有率(wt%)との関係を示している。前記グラフは予め分析された無煙炭及び亜瀝青炭の炭素同位体13Cの含有比率を基に求められ、前記記憶部11に格納されている。

0024

又、前記判定部5は、前記計測部4により計測された炭素同位体12Cに対する炭素同位体13Cの含有比率を、前記記憶部11に格納された前記グラフと比較し、未燃の原因となる石炭の種類を判定し、前記表示部12に表示する様になっている。

0025

更に、前記判定部5は、前記燃焼部2から受信した燃焼前の灰の重量と、燃焼後の灰の重量とを比較することで、灰中の未燃分の量を検出可能となっている。

0026

前記第1流量制御器8は、キャリアガスの供給量を制御し、前記第2流量制御器9は燃焼ガスの供給量を制御する様になっている。

0027

次に、図3のフローチャートを用い、前記未燃分判定装置1を用いた未燃の原因となる石炭の判定方法について説明する。

0028

STEP:01 先ず、無煙炭及び亜瀝青炭を混合させた石炭によりボイラ装置を運用し、該ボイラ装置より排出された灰の一部を前記未燃分判定装置1に移送し、移送された灰に対して未燃分判定処理が開始される。

0029

STEP:02 抽出した灰は、前記燃焼部2へと注入され、該燃焼部2で灰を加熱し、燃焼させる。

0030

STEP:03 該燃焼部2で燃焼されることで、灰中の未燃分の大半を占める炭素がガス化し、COやCO2 等の燃焼ガスとなる。

0031

STEP:04 該燃焼部2より生じた燃焼ガスは、前記第2流量制御器9により流量制御され、前記キャリアガス供給部3より供給され、前記第1流量制御器8により流量制御されたキャリアガスと共に前記計測部4へと流入する。該計測部4は、内部で燃焼ガス及びキャリアガスを分子種毎に分離させることで、燃焼ガス及びキャリアガス中から炭素を分離させる。

0032

STEP:05 次に、前記計測部4は、分離させた炭素中の、炭素同位体12Cに対する炭素同位体13Cの含有比率を計測し、計測結果を前記判定部5に送信する。

0033

STEP:06 該判定部5は、前記計測部4より受信した未燃分中の炭素同位体13Cの含有比率と、図2に示されるグラフとを比較することで、未燃分中の無煙炭の含有率を判断することができる。即ち、未燃分の最も多い石炭を特定することができる。

0034

STEP:07 前記判定部5は、STEP:06で求めた未燃分中の無煙炭の含有率を基に、未燃分増加の原因となる石炭の判定を行い、判定結果を前記表示部12に表示することで、未燃分判定処理を終了する。

0035

STEP:07に於いて、例えば、未燃分中の炭素同位体13Cの含有比率が1×10-25 ‰であれば、未燃分中の無煙炭の含有比率は75wt%程度である。この場合には、未燃分増加の原因となる石炭が無煙炭であると判定され、無煙炭により灰中の未燃分が増加したと判断することができる。

0036

又、例えば、未燃分中の炭素同位体13Cの含有比率が1×10-27 ‰であれば、未燃分中の無煙炭の含有比率は25wt%程度である。この場合には、灰中の未燃分増加の原因となる石炭が亜瀝青炭であると判定される。然し乍ら、通常、燃焼性のよい亜瀝青炭の増加により灰中の未燃分が増加することは考え難い為、この場合には、ボイラ装置に供給される空気量等、石炭の種類以外の要因により未燃分が増加したと判断することができる。

0037

未燃分判定処理終了後は、後日新しく石炭を購入する際に、未燃分増加の原因となった石炭の購入を止め、石炭の購入先を変更して石炭の組合せを変える等、灰中の未燃分を減少させる為の石炭の選定が行われる。或は適切な燃焼条件を求める為の処理が別途行われる。

0038

上述の様に、本実施例では、ボイラ装置より排出される灰中の未燃分が増加した際に、未燃分を分析し、未燃分中の炭素の炭素同位体13Cの含有比率を計測することで、灰中の未燃分増加がどの石炭を原因とするものなのかを判断することができるので、灰中の未燃分を増加させる石炭を効果的に取除くことができ、ボイラ装置の効率改善を図ることができる。

0039

又、燃焼性の異なる石炭を組合わせて使用し、灰中の未燃分増加の原因が燃焼性のよい石炭であると判定された場合には、灰中の未燃分増加の原因が石炭の種類以外にあると判断することができるので、灰中の未燃分増加の原因を1つ排除することができ、ボイラ装置の効率改善の為の処理を簡略化することができる。

0040

尚、上記した未燃分判定処理は、灰中の未燃分が規定値を超えた場合に行われるものであり、燃焼前の灰の重量と燃焼後の灰の重量とを比較して求めた未燃分の重量が、規定値を下回る場合には行わなくてよい。又、上記した未燃分判定処理と並行して、灰中の未燃分の重量を求め、未燃分の重量が規定値を下回った場合には、未燃分判定処理を中断する様にしてもよい。

0041

又、本実施例では、前記計測部4としてガスクロマトグラフィを使用しているが、ICP−MS等他の計測装置を用いてもよい。

0042

更に、本実施例では、石炭として、無煙炭と亜瀝青炭とを混合させたものを使用しているが、瀝青炭半無煙炭等、燃焼性の異なる2種類の石炭を混合させたものであれば、他の石炭を用いた場合でも本実施例の未燃分判定処理が実施可能であるのは言う迄もない。

0043

1未燃分判定装置2燃焼部
4計測部5 判定部
11 記憶部

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