JP3182913B2 - 燃焼ガス中の金属成分計測方法及び装置 - Google Patents
燃焼ガス中の金属成分計測方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼ガス中に含まれる
金属成分の濃度を発光分光分析により計測する方法及び
装置に係り、特に石炭燃焼ガスに含まれる微量のアルカ
リ金属の濃度を計測するのに極めて好適な方法及び装置
に関する。
金属成分の濃度を発光分光分析により計測する方法及び
装置に係り、特に石炭燃焼ガスに含まれる微量のアルカ
リ金属の濃度を計測するのに極めて好適な方法及び装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭或は石油などの化石燃料を燃焼した
燃焼ガスにはナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ）等の
アルカリ金属がごく微量であるが含まれている。アルカ
リ金属は極めて腐食性が強く、この燃焼ガスを利用する
機器類では、機器の構成材料を腐食する要因となる。例
えばガスタービンではタービン翼の腐食を促進させる要
因になる。そこでアルカリ金属の濃度を検出すること及
びその濃度を減少させる操作を行うことが望まれてく
る。
燃焼ガスにはナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ）等の
アルカリ金属がごく微量であるが含まれている。アルカ
リ金属は極めて腐食性が強く、この燃焼ガスを利用する
機器類では、機器の構成材料を腐食する要因となる。例
えばガスタービンではタービン翼の腐食を促進させる要
因になる。そこでアルカリ金属の濃度を検出すること及
びその濃度を減少させる操作を行うことが望まれてく
る。
【０００３】燃焼ガス中のアルカリ金属の濃度を求める
手段として、燃料と酸化剤とによって火炎を形成し、こ
の火炎の中に燃焼ガスを導入してアルカリ金属を発光さ
せ、アルカリ金属の発光強度を求めて濃度を算出するこ
とが知られており、米国特許第4896965号明細書に記載
されている。
手段として、燃料と酸化剤とによって火炎を形成し、こ
の火炎の中に燃焼ガスを導入してアルカリ金属を発光さ
せ、アルカリ金属の発光強度を求めて濃度を算出するこ
とが知られており、米国特許第4896965号明細書に記載
されている。
【０００４】また、燃焼ガス中の微量成分濃度を測定す
る手段として下記（１)，(２）に示す方法が知られてい
る。
る手段として下記（１)，(２）に示す方法が知られてい
る。
【０００５】（１）炎光光度計を用いた金属塩測定方
法。この方式は、バーナ，分光器，光電子増倍管，増幅
器，演算回路及び信号表示部から構成される。分析方法
は、酸化剤として酸素又は空気，燃料として水素を使用
した火炎中に直接その中心流路から試料（各種金属塩）
を噴霧し、その火炎の発光を分光器で分光し、特定元素
のスペクトル線のみを光電子増倍管に導くことにより、
塩濃度に比例する発光を電気信号に変換して取り出し、
金属塩濃度を測定する方法である（文献、火炎を用いた
分光分析技術、第６章、Ｐ１２５〜Ｐ１５２参照）。
法。この方式は、バーナ，分光器，光電子増倍管，増幅
器，演算回路及び信号表示部から構成される。分析方法
は、酸化剤として酸素又は空気，燃料として水素を使用
した火炎中に直接その中心流路から試料（各種金属塩）
を噴霧し、その火炎の発光を分光器で分光し、特定元素
のスペクトル線のみを光電子増倍管に導くことにより、
塩濃度に比例する発光を電気信号に変換して取り出し、
金属塩濃度を測定する方法である（文献、火炎を用いた
分光分析技術、第６章、Ｐ１２５〜Ｐ１５２参照）。
【０００６】（２）Ａｍｅｓ方式、モーガンタウンエネ
ルギー技術センタ方式（MorgantownEnergy Technology
Center方式、以下ＭＥＴＣ方式と称す）によるアルカリ
測定方法。このＡｍｅｓ方式は、バーナ，分光器，光電
倍増管検波器から構成される。またＭＥＴＣ方式は、フ
ァイバーを使用した光の屈折伝達法を用いたものであ
る。その分析方法は、屈折伝達装置，光分離器，光学フ
ィルタ，光電変換装置及びデータ解析装置から成る。Ｍ
ＥＴＣ方式の測定方法は、バーナの酸素−プロパン又は
アセチレン−亜酸化窒素の火炎中に、加圧流動層ボイラ
（PressurizedFluidized−bed Combustion、以下ＰＦＢ
Ｃと称す)から発生した流通ガスをサンプリングライン
から少量挿入する。その火炎の発光中のＮａ，Ｋ等の金
属原子のみを分離励起し、その光を光電変換装置に導く
ことにより、原子放射強度に比例した電気信号として取
り出す方法によりアルカリ濃度を決定するものである
（文献、DOE/METC−89/6101、Proceedings of the Sixt
h Annual Coal-Fueled HeatEngines and Gas Stream Cl
eanup Systems Contractors Review Meeting P442−P48
7参照）。
ルギー技術センタ方式（MorgantownEnergy Technology
Center方式、以下ＭＥＴＣ方式と称す）によるアルカリ
測定方法。このＡｍｅｓ方式は、バーナ，分光器，光電
倍増管検波器から構成される。またＭＥＴＣ方式は、フ
ァイバーを使用した光の屈折伝達法を用いたものであ
る。その分析方法は、屈折伝達装置，光分離器，光学フ
ィルタ，光電変換装置及びデータ解析装置から成る。Ｍ
ＥＴＣ方式の測定方法は、バーナの酸素−プロパン又は
アセチレン−亜酸化窒素の火炎中に、加圧流動層ボイラ
（PressurizedFluidized−bed Combustion、以下ＰＦＢ
Ｃと称す)から発生した流通ガスをサンプリングライン
から少量挿入する。その火炎の発光中のＮａ，Ｋ等の金
属原子のみを分離励起し、その光を光電変換装置に導く
ことにより、原子放射強度に比例した電気信号として取
り出す方法によりアルカリ濃度を決定するものである
（文献、DOE/METC−89/6101、Proceedings of the Sixt
h Annual Coal-Fueled HeatEngines and Gas Stream Cl
eanup Systems Contractors Review Meeting P442−P48
7参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、試料
の燃焼ガスをサンプリングラインから火炎に供給し、火
炎の発光を分光して試料中に含まれるアルカリ金属のス
ペクトル線の強度を求めてアルカリ濃度を計測するもの
である。試料の燃焼ガスをどのようにして採取するのか
については全く記載していない。
の燃焼ガスをサンプリングラインから火炎に供給し、火
炎の発光を分光して試料中に含まれるアルカリ金属のス
ペクトル線の強度を求めてアルカリ濃度を計測するもの
である。試料の燃焼ガスをどのようにして採取するのか
については全く記載していない。
【０００８】燃焼ガス中に含まれるアルカリ金属の濃度
はたかだかppb オーダーであり、この微量のアルカリ金
属が機器の構成材料の腐食に対して大きな影響を与え
る。燃焼ガスが流れる煙道にサンプルラインを設けて燃
焼ガスの一部を引き出して火炎に供給したりすると、燃
焼ガスが高温のため、サンプルライン内で水が凝縮し、
アルカリ金属が溶けてしまって精密な濃度の測定ができ
なくなってしまう。また、サンプルラインが燃焼ガス中
に含まれるチャー，灰等により閉塞するおそれもでてく
る。
はたかだかppb オーダーであり、この微量のアルカリ金
属が機器の構成材料の腐食に対して大きな影響を与え
る。燃焼ガスが流れる煙道にサンプルラインを設けて燃
焼ガスの一部を引き出して火炎に供給したりすると、燃
焼ガスが高温のため、サンプルライン内で水が凝縮し、
アルカリ金属が溶けてしまって精密な濃度の測定ができ
なくなってしまう。また、サンプルラインが燃焼ガス中
に含まれるチャー，灰等により閉塞するおそれもでてく
る。
【０００９】本発明の目的は、燃焼ガス中のアルカリ金
属成分の濃度を高い精度で計測することができる燃焼ガ
ス中の金属成分の計測方法及び計測装置を提供するにあ
る。
属成分の濃度を高い精度で計測することができる燃焼ガ
ス中の金属成分の計測方法及び計測装置を提供するにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼ガスを火
炎中に供給して該ガスに含まれる金属成分を発光させ、
所定の波長域の光を分光して相対発光強度を求めること
により該波長域の光を発する金属成分の濃度を計測する
方法において、前記燃焼ガスが流れる煙道内でプラズマ
火炎を形成し該燃焼ガスの一部を該火炎中で発光させる
ことを特徴とする燃焼ガス中の金属成分計測方法にあ
る。
炎中に供給して該ガスに含まれる金属成分を発光させ、
所定の波長域の光を分光して相対発光強度を求めること
により該波長域の光を発する金属成分の濃度を計測する
方法において、前記燃焼ガスが流れる煙道内でプラズマ
火炎を形成し該燃焼ガスの一部を該火炎中で発光させる
ことを特徴とする燃焼ガス中の金属成分計測方法にあ
る。
【００１１】火炎を形成させる位置としては煙道内が最
も好ましい。これにより燃焼ガス中のアルカリ金属の濃
度をオンラインで計測することが可能となる。
も好ましい。これにより燃焼ガス中のアルカリ金属の濃
度をオンラインで計測することが可能となる。
【００１２】本発明は、化石燃料の燃焼ガス中のアルカ
リ金属の濃度をモニターする装置として適用できる。化
石燃料に限らず、各種のガス中に含まれる金属成分の濃
度を検出しモニターするために利用できる。鉄，ニッケ
ル，クロムなどの重金属の濃度をモニターする装置とし
て用いることもできる。
リ金属の濃度をモニターする装置として適用できる。化
石燃料に限らず、各種のガス中に含まれる金属成分の濃
度を検出しモニターするために利用できる。鉄，ニッケ
ル，クロムなどの重金属の濃度をモニターする装置とし
て用いることもできる。
【００１３】煙道の内部に発光手段を備えることによっ
て、サンプルラインを設けたときのようにガス中の金属
成分の一部がサンプルラインの途中で消失し、検出した
濃度が煙道内を通る燃焼ガス中の濃度と異なってしまう
という問題を回避できる。
て、サンプルラインを設けたときのようにガス中の金属
成分の一部がサンプルラインの途中で消失し、検出した
濃度が煙道内を通る燃焼ガス中の濃度と異なってしまう
という問題を回避できる。
【００１４】燃焼ガス中の金属成分を励起すると、その
金属原子がエネルギーの低い順位へ遷移するときに、エ
ネルギー差に相当する波長の光を放出する。その発光強
度とガス中の金属成分の濃度とは相関があり、発光強度
を計測することにより金属成分の濃度を求めることがで
きる。
金属原子がエネルギーの低い順位へ遷移するときに、エ
ネルギー差に相当する波長の光を放出する。その発光強
度とガス中の金属成分の濃度とは相関があり、発光強度
を計測することにより金属成分の濃度を求めることがで
きる。
【００１５】燃焼ガス中の金属成分を励起させるために
は、励起に必要な高エネルギー場を与えればよく、この
一手段として火炎がある。本発明のようにガスが流れる
煙道の内部でガス中の金属成分を発光させるためには、
煙道内に火炎を形成させるのが極めて望ましい。
は、励起に必要な高エネルギー場を与えればよく、この
一手段として火炎がある。本発明のようにガスが流れる
煙道の内部でガス中の金属成分を発光させるためには、
煙道内に火炎を形成させるのが極めて望ましい。
【００１６】煙道内に形成させる火炎としては、アセチ
レン(又はプロパン)−酸素炎，水素−酸素炎などが適用
可能である。勿論、これに限定されない。ただし、火炎
中で生成する化学種によりバックグラウンドが高くなる
ため、ＯＨ以外の発光化学種が生じない水素−酸素炎を
用いるのより望ましい。
レン(又はプロパン)−酸素炎，水素−酸素炎などが適用
可能である。勿論、これに限定されない。ただし、火炎
中で生成する化学種によりバックグラウンドが高くなる
ため、ＯＨ以外の発光化学種が生じない水素−酸素炎を
用いるのより望ましい。
【００１７】煙道中にバーナを設けて火炎を形成し、そ
の火炎中に直接、燃焼ガスを吸引させて発光させる。火
炎の発光を光ファイバーで採光して煙道の外部に導く。
火炎発光のなかには、共存する他の金属の発光スペクト
ル，ＯＨなどの化学種の発光スペクトルも含まれるので
プリズム或は回折格子などの分光装置を用いてアルカリ
金属原子の波長のように所定の金属原子の波長のみを選
びだす。そして相対発光強度を求めて燃焼ガス中の金属
の濃度を算出する。
の火炎中に直接、燃焼ガスを吸引させて発光させる。火
炎の発光を光ファイバーで採光して煙道の外部に導く。
火炎発光のなかには、共存する他の金属の発光スペクト
ル，ＯＨなどの化学種の発光スペクトルも含まれるので
プリズム或は回折格子などの分光装置を用いてアルカリ
金属原子の波長のように所定の金属原子の波長のみを選
びだす。そして相対発光強度を求めて燃焼ガス中の金属
の濃度を算出する。
【００１８】燃焼ガス中のアルカリ金属の濃度は燃焼炉
の炉内温度によって変化する。燃焼ガス中のアルカリ金
属の濃度が目標値よりも高すぎたり或は低すぎたりした
場合には、検出したアルカリ金属の濃度を基に、燃焼炉
の酸化剤と燃料（石炭，油及びガス等）の供給量を操作
し該金属の発生量を調節する制御を行なう。又、ガスタ
ービンの損傷度の推定を行なう。
の炉内温度によって変化する。燃焼ガス中のアルカリ金
属の濃度が目標値よりも高すぎたり或は低すぎたりした
場合には、検出したアルカリ金属の濃度を基に、燃焼炉
の酸化剤と燃料（石炭，油及びガス等）の供給量を操作
し該金属の発生量を調節する制御を行なう。又、ガスタ
ービンの損傷度の推定を行なう。
【００１９】本発明においては、燃焼ガスが流れる煙道
の内部に燃料と酸化剤とを予め混合して噴出するバーナ
を備え、予混合ガスによって火炎を形成することが望ま
しい。
の内部に燃料と酸化剤とを予め混合して噴出するバーナ
を備え、予混合ガスによって火炎を形成することが望ま
しい。
【００２０】燃料と酸化剤との予混合ガスを用いて火炎
を形成することによって、常に一定量の燃料と酸化剤を
混合した状態でノズルより噴出することができるので、
火炎の明るさを一定に保つことができるようになる。こ
のため、火炎中に取り込まれた金属の発光強度を高い精
度で計測することが可能となる。
を形成することによって、常に一定量の燃料と酸化剤を
混合した状態でノズルより噴出することができるので、
火炎の明るさを一定に保つことができるようになる。こ
のため、火炎中に取り込まれた金属の発光強度を高い精
度で計測することが可能となる。
【００２１】燃焼ガスは火炎の中心の最も高温の部分に
供給することが望ましく、このためにバーナの内部を通
して燃焼ガスの一部を火炎に導くことが望ましい。
供給することが望ましく、このためにバーナの内部を通
して燃焼ガスの一部を火炎に導くことが望ましい。
【００２２】燃焼ガスの一部を、バーナに供給される燃
料もしくは酸化剤の搬送ガスとして用いることにより該
バーナにより形成される火炎の中心に燃焼ガスを導くこ
とが容易となる。
料もしくは酸化剤の搬送ガスとして用いることにより該
バーナにより形成される火炎の中心に燃焼ガスを導くこ
とが容易となる。
【００２３】本発明は、化石燃料の燃焼ガスによって駆
動されるガスタービンの予防保全装置として利用でき
る。かかるガスタービンは、燃焼ガスに含まれるアルカ
リ金属によって損傷を受ける。アルカリ金属の濃度を検
出することにより、ガスタービンの予防保全を図ること
ができる。
動されるガスタービンの予防保全装置として利用でき
る。かかるガスタービンは、燃焼ガスに含まれるアルカ
リ金属によって損傷を受ける。アルカリ金属の濃度を検
出することにより、ガスタービンの予防保全を図ること
ができる。
【００２４】化石燃料の燃焼装置では多くの場合に煙道
の途中に集塵装置が備えられ、燃焼ガス中に混入してい
るダストや灰を除去している。このような燃焼装置に本
発明を適用する場合には、集塵装置の後流側の煙道の内
部に発光手段を備えることが望ましい。
の途中に集塵装置が備えられ、燃焼ガス中に混入してい
るダストや灰を除去している。このような燃焼装置に本
発明を適用する場合には、集塵装置の後流側の煙道の内
部に発光手段を備えることが望ましい。
【００２５】石炭ガス化装置を含む化石燃料燃焼装置或
はこれらの燃焼ガスによって駆動される発電プラントに
本発明のガス中金属成分監視装置を備える場合には、ガ
ス中金属成分の発光強度の表示手段或は発光強度から算
出した金属の濃度を表示する手段を具備することが望ま
しい。これにより燃焼装置を操作する者或は発電プラン
トを操作する者が、何故操作すべきかの理由を知って制
御信号を発することができるようになり、信頼性が著し
く高められる。
はこれらの燃焼ガスによって駆動される発電プラントに
本発明のガス中金属成分監視装置を備える場合には、ガ
ス中金属成分の発光強度の表示手段或は発光強度から算
出した金属の濃度を表示する手段を具備することが望ま
しい。これにより燃焼装置を操作する者或は発電プラン
トを操作する者が、何故操作すべきかの理由を知って制
御信号を発することができるようになり、信頼性が著し
く高められる。
【００２６】発光強度を表示する場合には、発光強度と
濃度との関係を表したものを別途表示することが望まし
い。
濃度との関係を表したものを別途表示することが望まし
い。
【００２７】
【作用】石炭の燃焼ガスにはアルカリ金属が微量含まれ
ている。このアルカリ金属の濃度を計測するために燃焼
ガスをサンプリングすると燃焼ガスの温度が急激に低下
しアルカリ金属がサンプリングラインの壁面に付着して
しまい、精度の高い測定ができなくなる。
ている。このアルカリ金属の濃度を計測するために燃焼
ガスをサンプリングすると燃焼ガスの温度が急激に低下
しアルカリ金属がサンプリングラインの壁面に付着して
しまい、精度の高い測定ができなくなる。
【００２８】火炎形成手段を燃焼ガスが流れる煙道内に
設けることにより、アルカリ金属濃度を精度良く計測で
きることの他にオンライン計測が可能になる。
設けることにより、アルカリ金属濃度を精度良く計測で
きることの他にオンライン計測が可能になる。
【００２９】このように本発明によれば燃焼ガス中のア
ルカリ金属の濃度を精度良く計測することができるの
で、計測結果に基づいてガスタービン又は燃焼炉の制御
を行なうことガできるようになる。
ルカリ金属の濃度を精度良く計測することができるの
で、計測結果に基づいてガスタービン又は燃焼炉の制御
を行なうことガできるようになる。
【００３０】ガスタービン発電プラントを例にとって以
下説明する。燃焼炉で発生した燃焼ガス中の微量成分濃
度を精密に測定するため、先ず、高温高圧のガスタービ
ン入口煙道内に燃料(アセチレン，水素及びプロパン)，
酸化剤により火炎を発生させるプラズマトーチを設置す
る。このトーチは、その外部を溶融防止のために冷却水
を循環させた方式にすることが望ましい。プラズマトー
チにアルカリ金属を含有した燃焼ガスを少量吸引し、直
接プラズマ火炎中に供給し、金属特有の光を発光させ
る。その発生火炎を撮像するための手段として、煙道に
光ファイバーを内蔵した撮像装置をトーチ火炎を撮影で
きる位置に設置し、火炎像を取り込む。次に、光ファイ
バで取り込んだその光を分光装置で分光する。
下説明する。燃焼炉で発生した燃焼ガス中の微量成分濃
度を精密に測定するため、先ず、高温高圧のガスタービ
ン入口煙道内に燃料(アセチレン，水素及びプロパン)，
酸化剤により火炎を発生させるプラズマトーチを設置す
る。このトーチは、その外部を溶融防止のために冷却水
を循環させた方式にすることが望ましい。プラズマトー
チにアルカリ金属を含有した燃焼ガスを少量吸引し、直
接プラズマ火炎中に供給し、金属特有の光を発光させ
る。その発生火炎を撮像するための手段として、煙道に
光ファイバーを内蔵した撮像装置をトーチ火炎を撮影で
きる位置に設置し、火炎像を取り込む。次に、光ファイ
バで取り込んだその光を分光装置で分光する。
【００３１】分光装置は、採光された光を分光して特定
波長域を選定するものである。分光された特定の波長の
相対発光強度から微量成分濃度をデータ処理装置を使用
して算出する。データ処理装置は、微量成分濃度を算出
するとともにその微量成分濃度の瞬時値と積算値を時間
とともに明示する機構をも有している。
波長域を選定するものである。分光された特定の波長の
相対発光強度から微量成分濃度をデータ処理装置を使用
して算出する。データ処理装置は、微量成分濃度を算出
するとともにその微量成分濃度の瞬時値と積算値を時間
とともに明示する機構をも有している。
【００３２】その分析結果を基にガスタービン入口部に
おける微量成分濃度を監視し、ガスタービンの損傷度を
推定する。そして、ガスタービン入口近くの煙道にアル
カリ金属吸着装置を設けて、アルカリ金属の濃度の積算
値がタービンの許容濃度に近づくアルカリ吸着装置を操
作する。又、タービンに設置しているタービン翼を洗浄
装置により洗浄する操作を行なう。更に燃焼炉の酸化剤
と燃料（粉末固体燃料，油及びガス）供給量の調節を行
ない、アルカリ金属の発生量を調節する制御を行なう。
おける微量成分濃度を監視し、ガスタービンの損傷度を
推定する。そして、ガスタービン入口近くの煙道にアル
カリ金属吸着装置を設けて、アルカリ金属の濃度の積算
値がタービンの許容濃度に近づくアルカリ吸着装置を操
作する。又、タービンに設置しているタービン翼を洗浄
装置により洗浄する操作を行なう。更に燃焼炉の酸化剤
と燃料（粉末固体燃料，油及びガス）供給量の調節を行
ない、アルカリ金属の発生量を調節する制御を行なう。
【００３３】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１は本発明によるガス中の金属成分計測装置の構成を示
すものであり、ガスタービン入口煙道内５に火炎形成用
のプラズマ火炎形成装置(又はプラズマトーチ)２７を備
え、更に採光用のファイバー１７と伝送用のファイバー
１８を有し、分光装置２２とデータ処理装置２３よりな
る微量成分算出装置１９及び制御装置２４を備えてい
る。
１は本発明によるガス中の金属成分計測装置の構成を示
すものであり、ガスタービン入口煙道内５に火炎形成用
のプラズマ火炎形成装置(又はプラズマトーチ)２７を備
え、更に採光用のファイバー１７と伝送用のファイバー
１８を有し、分光装置２２とデータ処理装置２３よりな
る微量成分算出装置１９及び制御装置２４を備えてい
る。
【００３４】プラズマトーチ２７は、アセチレン(又は
プロパン)と酸素の燃焼炎または水素と酸素の燃焼炎２
８を使用したバーナ構造で、その外部を溶融防止のため
の冷却水２９を循環させた方式で、アルカリ金属成分を
含有した燃焼ガス１５を少量自己吸引し、直接その火炎
２８中に供給し、プラズマ火炎を発生させる。プラズマ
トーチ２７の詳細構造は後述する。
プロパン)と酸素の燃焼炎または水素と酸素の燃焼炎２
８を使用したバーナ構造で、その外部を溶融防止のため
の冷却水２９を循環させた方式で、アルカリ金属成分を
含有した燃焼ガス１５を少量自己吸引し、直接その火炎
２８中に供給し、プラズマ火炎を発生させる。プラズマ
トーチ２７の詳細構造は後述する。
【００３５】煙道内のプラズマ火炎２８を撮像するため
に、採光ファイバー１７をプラズマ火炎を撮影できる位
置に設置し、火炎像を取り込む。採光ファイバー１７
は、耐熱，耐圧イメージガイドで保護し、圧力，熱等の
影響がないようにしている。その先端部には接眼レン
ズ，対物レンズなどのレンズ４９を有している。
に、採光ファイバー１７をプラズマ火炎を撮影できる位
置に設置し、火炎像を取り込む。採光ファイバー１７
は、耐熱，耐圧イメージガイドで保護し、圧力，熱等の
影響がないようにしている。その先端部には接眼レン
ズ，対物レンズなどのレンズ４９を有している。
【００３６】採光ファイバー１７により採光された光
は、伝送ファイバー１８により分光装置２２に伝送され
る。
は、伝送ファイバー１８により分光装置２２に伝送され
る。
【００３７】火炎中の光のなかには目的の金属原子だけ
でなく、共存する他の金属の発光スペクトル，ＯＨなど
の化学種の発光スペクトルも含まれるので、これらを分
離して目的の金属原子のみを選びだす分光装置２２及び
データ処理装置２３を有する微量成分濃度算出装置１９
を用い、Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属の相対発光強度から
燃焼ガス中の濃度を算出する。データ処理装置２３は、
微量成分濃度を算出するとともにその微量成分濃度の積
算値及び瞬時値を明示する機構を有している。次に、本
発明のプラズマトーチの詳細を図２，図３，図４を用い
て説明する。プラズマトーチ本体２７の外部には、溶融
防止のために水を循環させている。循環水は、一番外側
の外筒部の冷却水入口３５から供給され、出口ライン３
６から排出される。一番内側の内筒管中心流路３９を燃
料（水素，アセチレン又はプロパン等）３２が流通し、
この燃料はトーチ先端に設けられた吹き出し孔４０から
噴出する。
でなく、共存する他の金属の発光スペクトル，ＯＨなど
の化学種の発光スペクトルも含まれるので、これらを分
離して目的の金属原子のみを選びだす分光装置２２及び
データ処理装置２３を有する微量成分濃度算出装置１９
を用い、Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属の相対発光強度から
燃焼ガス中の濃度を算出する。データ処理装置２３は、
微量成分濃度を算出するとともにその微量成分濃度の積
算値及び瞬時値を明示する機構を有している。次に、本
発明のプラズマトーチの詳細を図２，図３，図４を用い
て説明する。プラズマトーチ本体２７の外部には、溶融
防止のために水を循環させている。循環水は、一番外側
の外筒部の冷却水入口３５から供給され、出口ライン３
６から排出される。一番内側の内筒管中心流路３９を燃
料（水素，アセチレン又はプロパン等）３２が流通し、
この燃料はトーチ先端に設けられた吹き出し孔４０から
噴出する。
【００３８】酸化剤（酸素，空気等）３１は、酸化剤供
給ライン３４から酸化剤流通路４１内へ供給し、トーチ
先端部の酸化剤吹き出し孔４２から噴出する。
給ライン３４から酸化剤流通路４１内へ供給し、トーチ
先端部の酸化剤吹き出し孔４２から噴出する。
【００３９】燃焼ガス（生成ガス）１５は燃焼ガス流通
路４３に吸引され流通し、内筒管中心流路３９の燃料
（水素，アセチレン又はプロパン等）３２と本体２７内
ノズル先端部出口で接触する。ここで、燃料（水素，ア
セチレン又はプロパン等）３２と燃焼ガス（生成ガス）
１５が接触する個所の詳細図を図４に示す。
路４３に吸引され流通し、内筒管中心流路３９の燃料
（水素，アセチレン又はプロパン等）３２と本体２７内
ノズル先端部出口で接触する。ここで、燃料（水素，ア
セチレン又はプロパン等）３２と燃焼ガス（生成ガス）
１５が接触する個所の詳細図を図４に示す。
【００４０】燃料（水素，アセチレン又はプロパン等）
３２は内筒管中心流路３９を流通させ、ノズル内燃料流
通路４５から高速流（１５０ｍ／ｓ以上）で噴出させ
る。高速流のため大気圧よりもわずかに低くなる部分真
空を利用して燃焼ガス（生成ガス）１５は燃焼ガス流通
路４３から吸引され、燃料（水素，アセチレン又はプロ
パン等）３２とともに燃料と生成ガス混合ライン４７か
ら吹き出す。
３２は内筒管中心流路３９を流通させ、ノズル内燃料流
通路４５から高速流（１５０ｍ／ｓ以上）で噴出させ
る。高速流のため大気圧よりもわずかに低くなる部分真
空を利用して燃焼ガス（生成ガス）１５は燃焼ガス流通
路４３から吸引され、燃料（水素，アセチレン又はプロ
パン等）３２とともに燃料と生成ガス混合ライン４７か
ら吹き出す。
【００４１】図８に、プラズマトーチのガス吸引特性を
示す。燃料を流通（１０ ｌ/ｈ〜１４０ ｌ／ｈに変化)
し、図４中のノズル４４先端部４８の間隔Ｄを０.１２
５mm〜０.５mm に変えた時の、燃焼ガス流通路から吸入
するガスの量である。図８のように燃料流量、間隔Ｄの
寸法によって特性が異なり、間隔Ｄが０.１２５mmの場
合では、燃料流量が６０ ｌ／ｈまではほとんど吸引し
なかったが、７０ ｌ／ｈから吸引し始めた。間隔Ｄが
０.２５mmの場合では、燃料流量７０ ｌ／ｈで３ ｌ／
ｈ程吸引した。間隔Ｄが０.５mm の時は、燃料流量７０
ｌ／ｈの時吸引量が最大を示し、約８ ｌ／ｈ にな
る。よって、間隔Ｄは、０.２５〜０.５mm、燃料流量は
４０〜８０ ｌ／ｈ の範囲内であれば良好に吸引する。
また、この時のノズル吹き出し速度は、１５０ｍ／ｓ〜
３００ｍ／ｓの範囲内である。従って、Ｄの間隔を０.
５mm、燃料（水素，アセチレン又はプロパン等）３２を
７０ ｌ／ｈ一定とする。
示す。燃料を流通（１０ ｌ/ｈ〜１４０ ｌ／ｈに変化)
し、図４中のノズル４４先端部４８の間隔Ｄを０.１２
５mm〜０.５mm に変えた時の、燃焼ガス流通路から吸入
するガスの量である。図８のように燃料流量、間隔Ｄの
寸法によって特性が異なり、間隔Ｄが０.１２５mmの場
合では、燃料流量が６０ ｌ／ｈまではほとんど吸引し
なかったが、７０ ｌ／ｈから吸引し始めた。間隔Ｄが
０.２５mmの場合では、燃料流量７０ ｌ／ｈで３ ｌ／
ｈ程吸引した。間隔Ｄが０.５mm の時は、燃料流量７０
ｌ／ｈの時吸引量が最大を示し、約８ ｌ／ｈ にな
る。よって、間隔Ｄは、０.２５〜０.５mm、燃料流量は
４０〜８０ ｌ／ｈ の範囲内であれば良好に吸引する。
また、この時のノズル吹き出し速度は、１５０ｍ／ｓ〜
３００ｍ／ｓの範囲内である。従って、Ｄの間隔を０.
５mm、燃料（水素，アセチレン又はプロパン等）３２を
７０ ｌ／ｈ一定とする。
【００４２】次に、燃焼装置の煙道５内に本発明の微量
成分濃度監視装置を設置して、燃焼ガス１５中のアルカ
リ成分濃度を測定し燃焼炉の燃焼状態の制御及びガスタ
ービンの損傷度を推定した他の実施例を説明する。
成分濃度監視装置を設置して、燃焼ガス１５中のアルカ
リ成分濃度を測定し燃焼炉の燃焼状態の制御及びガスタ
ービンの損傷度を推定した他の実施例を説明する。
【００４３】図５は本発明による石炭ガス化発電プラン
トを示したものであり、微粉炭１は、供給ホッパ３に充
填された後、供給ホッパ３の圧力を燃焼炉（流動層ボイ
ラ，ガス化炉及びボイラ等）２０の圧力よりも若干高め
に設定した後、フィーダ６により定量排出し、エゼクタ
８内へ供給した後、搬送用ガス流量を調節弁１０で所定
の流量に設定し、搬送ガスライン１１から供給し、気流
搬送で燃焼炉２０内の流動層形成部５６へ供給する。こ
の時、微粉炭１は空気によって搬送される。
トを示したものであり、微粉炭１は、供給ホッパ３に充
填された後、供給ホッパ３の圧力を燃焼炉（流動層ボイ
ラ，ガス化炉及びボイラ等）２０の圧力よりも若干高め
に設定した後、フィーダ６により定量排出し、エゼクタ
８内へ供給した後、搬送用ガス流量を調節弁１０で所定
の流量に設定し、搬送ガスライン１１から供給し、気流
搬送で燃焼炉２０内の流動層形成部５６へ供給する。こ
の時、微粉炭１は空気によって搬送される。
【００４４】燃焼炉２０は流動層形式の炉を用い、温度
調節用の伝熱管１２を有した流動層ボイラである。燃焼
炉２０内には、伝熱部１２，流動層形成部５６，空塔部
５７，空気分散機構５８が具備されている。燃焼用空気
２は、後述するガスタービン空気圧縮機２１から導か
れ、酸化剤（空気）流量調節弁５５に流通されガス流量
を調整した後、燃焼炉２０内の空気分散機構５８下部に
供給する。
調節用の伝熱管１２を有した流動層ボイラである。燃焼
炉２０内には、伝熱部１２，流動層形成部５６，空塔部
５７，空気分散機構５８が具備されている。燃焼用空気
２は、後述するガスタービン空気圧縮機２１から導か
れ、酸化剤（空気）流量調節弁５５に流通されガス流量
を調整した後、燃焼炉２０内の空気分散機構５８下部に
供給する。
【００４５】流動層形成部５６は、炉内温度８００〜９
００℃、炉内圧力１０〜１６kg／cm2Ｇ 程度、空気過剰
の状態にし、微粉炭１を完全に燃焼させる。この燃焼ガ
ス１５は、上方へ流れる。従って、燃焼ガス中には酸素
が２〜５％程度含まれる。また、石灰石５９を別途、燃
焼炉２０内へ供給すると同時に空気を多段に吹き込むこ
とにより脱硫，窒素酸化物の低減を同時に図る。
００℃、炉内圧力１０〜１６kg／cm2Ｇ 程度、空気過剰
の状態にし、微粉炭１を完全に燃焼させる。この燃焼ガ
ス１５は、上方へ流れる。従って、燃焼ガス中には酸素
が２〜５％程度含まれる。また、石灰石５９を別途、燃
焼炉２０内へ供給すると同時に空気を多段に吹き込むこ
とにより脱硫，窒素酸化物の低減を同時に図る。
【００４６】燃焼灰（又はチャー）９は燃焼炉２０の下
部から、灰回収器１４へ抜き出す。また、伝熱管１２か
ら発生する水蒸気を蒸気タービン１３の運転用として利
用する。
部から、灰回収器１４へ抜き出す。また、伝熱管１２か
ら発生する水蒸気を蒸気タービン１３の運転用として利
用する。
【００４７】燃焼ガス１５中には灰９を少量含んでいる
ため、燃焼炉２０以降のラインにサイクロン（又はバク
フィルタ，マルチサイクロン等）等の集塵器７を設置
し、除去した後、チャー回収器１６へ抜き出す。燃焼ガ
ス１５は煙道ライン５を流通し、ガスタービン４に供給
する。また、集塵器７の出口のバイパスライン６３にア
ルカリ金属吸着装置２６と切り替えバルブ２５を設置し
た。ガスタービン４の入口部に燃料ガス量調節弁６０を
有している。また、ガスタービン４にはタービン翼洗浄
用の翼洗浄操作機構６９を設置している。
ため、燃焼炉２０以降のラインにサイクロン（又はバク
フィルタ，マルチサイクロン等）等の集塵器７を設置
し、除去した後、チャー回収器１６へ抜き出す。燃焼ガ
ス１５は煙道ライン５を流通し、ガスタービン４に供給
する。また、集塵器７の出口のバイパスライン６３にア
ルカリ金属吸着装置２６と切り替えバルブ２５を設置し
た。ガスタービン４の入口部に燃料ガス量調節弁６０を
有している。また、ガスタービン４にはタービン翼洗浄
用の翼洗浄操作機構６９を設置している。
【００４８】この煙道ライン５のガスタービン４入口部
に、前記述した火炎形成用のプラズマトーチ２７と採光
用ファイバー１７，伝送用ファイバー１８，分光装置２
２，データ処理装置２３を有する微量成分濃度算出装置
１９，制御装置２４を設置した。採光用の光ファイバー
１７の設置位置は、サイクロン等の集塵系を流通した後
とし、未燃炭素分を含んだダスト等の粉塵の影響が少な
いため、粉塵による光ファイバー先端部での曇り等がな
く、良好に撮像できる。
に、前記述した火炎形成用のプラズマトーチ２７と採光
用ファイバー１７，伝送用ファイバー１８，分光装置２
２，データ処理装置２３を有する微量成分濃度算出装置
１９，制御装置２４を設置した。採光用の光ファイバー
１７の設置位置は、サイクロン等の集塵系を流通した後
とし、未燃炭素分を含んだダスト等の粉塵の影響が少な
いため、粉塵による光ファイバー先端部での曇り等がな
く、良好に撮像できる。
【００４９】かかるプラントにより、まず微粉炭１供給
量を一定に、空気２流量を変化させた時のアルカリ成分
濃度を測定した。煙道５内温度８５０℃一定，トーチ用
酸素流量０.５Ｎｍ3／ｈ，トーチ用Ｃ3Ｈ8流量０.０７
Ｎｍ3／ｈを流通し、着火させた後、微粉炭１を炉内へ
供給した。得られたＮａ検出状況を図９に示す。Ｎａの
検出波長を５８８.５ｎｍ に設定した時の検出結果であ
る。横軸には供給時間（ｈ）、縦軸には電圧（ｍＶ）レ
ベルを示す。図９のようにＮａ濃度が増加するほど電圧
レベルが高くなる。この時、検出波長が少しでも異なる
とＮａは検出しない。またこの結果を基に得られた電圧
レベルを相対発光強度（指示電圧レベル／アルカリ０ベ
ース時電圧レベル）として表した結果を図１０に示す。
横軸にはＮａ濃度(ppm）、縦軸には相対発光強度(−)を
示す。この図１０のように、Ｎａ濃度が２０ppm の場合
では、相対発光強度は３ぐらいであったのが、Ｎａ濃度
が８０ppm になると発光強度は約１１であった。このよ
うにＮａ濃度と相対発光強度との間には相関がある。こ
の時のＮａ濃度の検定は、煙道より燃焼ガスを採集し、
分析計に注入し、バッチでＮａ濃度を測定した。
量を一定に、空気２流量を変化させた時のアルカリ成分
濃度を測定した。煙道５内温度８５０℃一定，トーチ用
酸素流量０.５Ｎｍ3／ｈ，トーチ用Ｃ3Ｈ8流量０.０７
Ｎｍ3／ｈを流通し、着火させた後、微粉炭１を炉内へ
供給した。得られたＮａ検出状況を図９に示す。Ｎａの
検出波長を５８８.５ｎｍ に設定した時の検出結果であ
る。横軸には供給時間（ｈ）、縦軸には電圧（ｍＶ）レ
ベルを示す。図９のようにＮａ濃度が増加するほど電圧
レベルが高くなる。この時、検出波長が少しでも異なる
とＮａは検出しない。またこの結果を基に得られた電圧
レベルを相対発光強度（指示電圧レベル／アルカリ０ベ
ース時電圧レベル）として表した結果を図１０に示す。
横軸にはＮａ濃度(ppm）、縦軸には相対発光強度(−)を
示す。この図１０のように、Ｎａ濃度が２０ppm の場合
では、相対発光強度は３ぐらいであったのが、Ｎａ濃度
が８０ppm になると発光強度は約１１であった。このよ
うにＮａ濃度と相対発光強度との間には相関がある。こ
の時のＮａ濃度の検定は、煙道より燃焼ガスを採集し、
分析計に注入し、バッチでＮａ濃度を測定した。
【００５０】これを適用し、煙道５内を流通する燃焼ガ
ス１５中の微量成分濃度を検出し、燃焼炉２０の微粉炭
１供給量及び空気２流量を調節し、燃焼状態を一定に制
御した。通常微粉炭供給量，空気流量とも一定で運転
し、負荷を変えた時のＮａ濃度変化及び制御の作動状況
を確認した。その結果を図１１に示す。横軸には経過時
間、縦軸にはＮａ濃度と微粉炭及び空気供給量を表す。
図中(ｉ)は、強制的に負荷を１.２ 倍にした時であり、
Ｎａ濃度は(ii)のように急激に増大した。そのため、(i
ii) の時点で制御装置２４を作動させ、空気流量と微粉
炭供給量の比（以下、空気比と称す）を一定に変化させ
る操作を行なうように燃料流量操作機構６１と酸化剤流
量調節弁５５に信号５０，５１を送信し、Ｎａ濃度が低
下するように制御したところ、図１１のように段階的に
負荷が低下し、徐々にＮａ濃度が減少した。最終的に
は、最初の指示値になった。
ス１５中の微量成分濃度を検出し、燃焼炉２０の微粉炭
１供給量及び空気２流量を調節し、燃焼状態を一定に制
御した。通常微粉炭供給量，空気流量とも一定で運転
し、負荷を変えた時のＮａ濃度変化及び制御の作動状況
を確認した。その結果を図１１に示す。横軸には経過時
間、縦軸にはＮａ濃度と微粉炭及び空気供給量を表す。
図中(ｉ)は、強制的に負荷を１.２ 倍にした時であり、
Ｎａ濃度は(ii)のように急激に増大した。そのため、(i
ii) の時点で制御装置２４を作動させ、空気流量と微粉
炭供給量の比（以下、空気比と称す）を一定に変化させ
る操作を行なうように燃料流量操作機構６１と酸化剤流
量調節弁５５に信号５０，５１を送信し、Ｎａ濃度が低
下するように制御したところ、図１１のように段階的に
負荷が低下し、徐々にＮａ濃度が減少した。最終的に
は、最初の指示値になった。
【００５１】よって、Ｎａ濃度が瞬時に変化した場合に
は、制御装置２４を用いて燃焼炉２０下部から供給して
いる酸化剤流量調節弁５５と微粉炭供給量を調節するフ
ィーダ６の回転数を変化させる燃料流量操作機構６１に
信号５０，信号５１を送り作動させ空気比を変化させ
る。この空気比（空気比が増大するほど炉内温度が上昇
することが一般に知られている）を基に、燃焼炉２０内
の燃焼状態を制御し、微量成分の発生量を抑制する操作
を行なう。
は、制御装置２４を用いて燃焼炉２０下部から供給して
いる酸化剤流量調節弁５５と微粉炭供給量を調節するフ
ィーダ６の回転数を変化させる燃料流量操作機構６１に
信号５０，信号５１を送り作動させ空気比を変化させ
る。この空気比（空気比が増大するほど炉内温度が上昇
することが一般に知られている）を基に、燃焼炉２０内
の燃焼状態を制御し、微量成分の発生量を抑制する操作
を行なう。
【００５２】次に、微量成分濃度を基に燃焼炉２０とガ
スタービン４の制御機構について図１２及び図１３を用
いて詳細に説明する。
スタービン４の制御機構について図１２及び図１３を用
いて詳細に説明する。
【００５３】図１２には微量成分濃度を基にした燃焼炉
２０とガスタービン４の制御機構の詳細を示す。図中に
は、アルカリ吸着装置２６，微量成分洗浄操作機構６９
及び切り替え弁２５等が備えられている。また燃焼炉制
御機構６３を有する。図１３には、微量成分濃度の経時
変化を示す。横軸には運転経過、縦軸にはＮａ濃度の積
算値と瞬時値を示す。微量成分濃度の瞬時値Ｃｉが許容
濃度Ｃｏ以上に一瞬急激に上昇した場合（Ｉ）では、燃
焼炉２０の燃焼状態の変化によると判断し、制御装置２
４から燃焼炉制御機構６３に信号５０，５１を送信し燃
料と酸化剤流量をＮａ濃度が低下するように操作する。
また、Ｎａ濃度の積算値ΣＣｉが許容濃度ΣＣｏ付近に
近づいた場合（II）では、ガスタービン４の保護のため
に、燃焼炉２０側の前述した操作をするとともに、ガス
タービン４側においても次の操作を行なう。制御装置２
４から切り替えバルブ２５にそれぞれ信号５２,５３,５
４を送り、バイパスライン６４に設置したバルブを開い
て燃焼ガス１５の流通ラインを変える。これによりバイ
パスライン６４に設置しているアルカリ吸着装置２６に
燃焼ガス１５が流通し、アルカリ吸着装置２６内に充填
されたアルカリ剤に微量成分を吸着させ、アルカリ成分
濃度を低下させる。また、タービン４に設置しているタ
ービン翼洗浄用のタービン翼洗浄操作機構６９に信号を
送り、タービン翼に付着した微量成分を洗い落す操作を
する。
２０とガスタービン４の制御機構の詳細を示す。図中に
は、アルカリ吸着装置２６，微量成分洗浄操作機構６９
及び切り替え弁２５等が備えられている。また燃焼炉制
御機構６３を有する。図１３には、微量成分濃度の経時
変化を示す。横軸には運転経過、縦軸にはＮａ濃度の積
算値と瞬時値を示す。微量成分濃度の瞬時値Ｃｉが許容
濃度Ｃｏ以上に一瞬急激に上昇した場合（Ｉ）では、燃
焼炉２０の燃焼状態の変化によると判断し、制御装置２
４から燃焼炉制御機構６３に信号５０，５１を送信し燃
料と酸化剤流量をＮａ濃度が低下するように操作する。
また、Ｎａ濃度の積算値ΣＣｉが許容濃度ΣＣｏ付近に
近づいた場合（II）では、ガスタービン４の保護のため
に、燃焼炉２０側の前述した操作をするとともに、ガス
タービン４側においても次の操作を行なう。制御装置２
４から切り替えバルブ２５にそれぞれ信号５２,５３,５
４を送り、バイパスライン６４に設置したバルブを開い
て燃焼ガス１５の流通ラインを変える。これによりバイ
パスライン６４に設置しているアルカリ吸着装置２６に
燃焼ガス１５が流通し、アルカリ吸着装置２６内に充填
されたアルカリ剤に微量成分を吸着させ、アルカリ成分
濃度を低下させる。また、タービン４に設置しているタ
ービン翼洗浄用のタービン翼洗浄操作機構６９に信号を
送り、タービン翼に付着した微量成分を洗い落す操作を
する。
【００５４】図６は、石炭ガス化複合発電プラントに本
発明を適用したものである。図５との違いは、圧力が３
０atg と高いこと、炉内温度が１６００℃と高温であ
り、ガス化反応によりＨ2 ，ＣＯの富んだガスが生成す
るため、ガスタービン４の入口に燃焼器６２を設置して
いることである。また、石炭ガス化炉２０の出口には集
塵器７の他に廃熱回収装置６５，脱硫装置６７を設置し
てある。以下、簡単に装置の説明をする。
発明を適用したものである。図５との違いは、圧力が３
０atg と高いこと、炉内温度が１６００℃と高温であ
り、ガス化反応によりＨ2 ，ＣＯの富んだガスが生成す
るため、ガスタービン４の入口に燃焼器６２を設置して
いることである。また、石炭ガス化炉２０の出口には集
塵器７の他に廃熱回収装置６５，脱硫装置６７を設置し
てある。以下、簡単に装置の説明をする。
【００５５】微粉炭１が供給ホッパ３に充填された後、
供給ホッパ３の圧力をガス化炉２０の圧力よりも若干高
めに設定した後、フィーダ６により定量排出し、エゼク
タ８内へ供給した後、気流搬送でガス化炉２０に設置し
たバーナ７１を介してガス化炉２０内へ供給する乾式供
給方式である。
供給ホッパ３の圧力をガス化炉２０の圧力よりも若干高
めに設定した後、フィーダ６により定量排出し、エゼク
タ８内へ供給した後、気流搬送でガス化炉２０に設置し
たバーナ７１を介してガス化炉２０内へ供給する乾式供
給方式である。
【００５６】ガス化炉２０は、流動層方式に比べてガス
化反応速度が大きく、負荷変動が容易で構造が簡単であ
るとともに大容量化が図れる噴流層形式の炉を用いた。
ガス化炉２０は、微粉炭１と未燃の炭素分を含んだチャ
ーを高温（１６００℃以上）で燃焼し、高温燃焼ガスを
発生させる。ガス化炉２０出口には排熱を回収する廃熱
回収装置６５を設置している。また、ガス化炉２０内は
高温のために石炭灰が溶融しスラグが生成するので溶融
スラグをガス化炉２０の下部に設置したスラグホッパ６
６に落下させ、急冷固化した後、排出する。
化反応速度が大きく、負荷変動が容易で構造が簡単であ
るとともに大容量化が図れる噴流層形式の炉を用いた。
ガス化炉２０は、微粉炭１と未燃の炭素分を含んだチャ
ーを高温（１６００℃以上）で燃焼し、高温燃焼ガスを
発生させる。ガス化炉２０出口には排熱を回収する廃熱
回収装置６５を設置している。また、ガス化炉２０内は
高温のために石炭灰が溶融しスラグが生成するので溶融
スラグをガス化炉２０の下部に設置したスラグホッパ６
６に落下させ、急冷固化した後、排出する。
【００５７】ガス化用空気２は、ガスタービン空気圧縮
機２１から導かれ、酸化剤（空気）流量調節弁５５に流
通されガス流量を調節した後、バーナ７１を介してガス
化炉２０内へ供給される。ガス化用空気２は、バーナ７
１部の先端出口で微粉炭１と接触反応させる。
機２１から導かれ、酸化剤（空気）流量調節弁５５に流
通されガス流量を調節した後、バーナ７１を介してガス
化炉２０内へ供給される。ガス化用空気２は、バーナ７
１部の先端出口で微粉炭１と接触反応させる。
【００５８】生成ガス１５中には未燃の炭素を含有した
チャーを含んでいるため、ガス化炉出口ラインにサイク
ロン（又はバグフィルタ等）等の集塵器７を設置し、チ
ャーを回収した後、チャー供給ライン７２にチャーを流
通させ、気流搬送で再びガス化炉２０内に供給する。ま
た、ガス１５中には少量のＨ2Ｓ が含まれているため、
脱硫装置６７に流通しクリーンなガスにした後、煙道ラ
イン５を流通しガスタービン４の入口に設置した燃焼炉
６２へ供給する。その他は、図５と同様である。
チャーを含んでいるため、ガス化炉出口ラインにサイク
ロン（又はバグフィルタ等）等の集塵器７を設置し、チ
ャーを回収した後、チャー供給ライン７２にチャーを流
通させ、気流搬送で再びガス化炉２０内に供給する。ま
た、ガス１５中には少量のＨ2Ｓ が含まれているため、
脱硫装置６７に流通しクリーンなガスにした後、煙道ラ
イン５を流通しガスタービン４の入口に設置した燃焼炉
６２へ供給する。その他は、図５と同様である。
【００５９】図７は、本発明を微粉炭ボイラに適用した
ものである。以下、簡単に説明する。
ものである。以下、簡単に説明する。
【００６０】微粉炭１を供給ホッパ３内に貯蔵し、これ
を負荷に応じてフィーダ６で定量排出させ、微粉炭１を
燃焼用一次空気７６を用いて気流搬送し、燃焼炉２０に
設置したバーナ８２を介して燃焼炉２０内へ供給する。
を負荷に応じてフィーダ６で定量排出させ、微粉炭１を
燃焼用一次空気７６を用いて気流搬送し、燃焼炉２０に
設置したバーナ８２を介して燃焼炉２０内へ供給する。
【００６１】燃焼用二次空気７７は、酸化剤（空気）流
量調節弁５５に流通されガス流量を調節した後、バーナ
８２を介して燃焼炉２０内へ供給される。燃焼用二次空
気７７は、バーナ８２部の先端出口で微粉炭１と接触す
る。バーナ８２は予混合方式を採用した。
量調節弁５５に流通されガス流量を調節した後、バーナ
８２を介して燃焼炉２０内へ供給される。燃焼用二次空
気７７は、バーナ８２部の先端出口で微粉炭１と接触す
る。バーナ８２は予混合方式を採用した。
【００６２】燃焼炉２０は、燃焼室７４，過熱器７５及
び節炭器７８から構成され、石炭灰を溶融状態で取り出
すスラグタップ方式である。燃焼室の側壁にバーナ８２
が複数個配置され、微粉炭１は中央部で衝突して燃焼
し、１７００℃以上の高温に達する。炉内は高温のため
に石炭灰が溶融し、流動状態で燃焼炉２０下部の水を充
填したスラグホッパ６６中に流下し、急冷固化され粒状
になった後廃棄される。燃焼ガス１５は、裸管が設置さ
れた放射伝熱部７３から成る過熱器７５及び節炭器７８
が備えられた部分に流通する。過熱器７５は、ガス（蒸
気）１５中に含まれる水分を蒸発させ、さらに進んで全
体を過熱して過熱蒸気を作る。節炭器７８は、ガス１５
の余熱を利用してボイラの給水を予熱する装置である。
び節炭器７８から構成され、石炭灰を溶融状態で取り出
すスラグタップ方式である。燃焼室の側壁にバーナ８２
が複数個配置され、微粉炭１は中央部で衝突して燃焼
し、１７００℃以上の高温に達する。炉内は高温のため
に石炭灰が溶融し、流動状態で燃焼炉２０下部の水を充
填したスラグホッパ６６中に流下し、急冷固化され粒状
になった後廃棄される。燃焼ガス１５は、裸管が設置さ
れた放射伝熱部７３から成る過熱器７５及び節炭器７８
が備えられた部分に流通する。過熱器７５は、ガス（蒸
気）１５中に含まれる水分を蒸発させ、さらに進んで全
体を過熱して過熱蒸気を作る。節炭器７８は、ガス１５
の余熱を利用してボイラの給水を予熱する装置である。
【００６３】燃焼炉２０出口には、脱硝装置７９，空気
予熱器８０，電気集塵器８１及び脱硫装置６７を有して
いる。炉２０から出たガス１５は先ず脱硝装置７９に供
給させＮｏｘ等の窒素酸化物を除去した後、空気予熱器
（燃焼ガス１５の余熱を利用して炉２０に供給する空気
７７を予熱する装置）８０に流通する。ガス１５中には
ダスト等が含まれているため、電気集塵器８１に流通し
て除去する。さらに環境汚染物質である硫化水素等を含
んでいるため脱硝装置７９に供給し除去する。この後、
煙道ライン５に設置された本発明の金属成分監視装置に
より微量成分濃度を検出することにより、ボイラ内にお
ける燃焼状態を監視し、急激に微量成分濃度が変化した
場合には、空気比を変化させる操作をすることによりボ
イラを保護する。
予熱器８０，電気集塵器８１及び脱硫装置６７を有して
いる。炉２０から出たガス１５は先ず脱硝装置７９に供
給させＮｏｘ等の窒素酸化物を除去した後、空気予熱器
（燃焼ガス１５の余熱を利用して炉２０に供給する空気
７７を予熱する装置）８０に流通する。ガス１５中には
ダスト等が含まれているため、電気集塵器８１に流通し
て除去する。さらに環境汚染物質である硫化水素等を含
んでいるため脱硝装置７９に供給し除去する。この後、
煙道ライン５に設置された本発明の金属成分監視装置に
より微量成分濃度を検出することにより、ボイラ内にお
ける燃焼状態を監視し、急激に微量成分濃度が変化した
場合には、空気比を変化させる操作をすることによりボ
イラを保護する。
【００６４】以上、加圧流動層ボイラ，ガス化装置，微
粉炭燃焼装置等に本発明を適用した実施例を示したが、
本発明はこれらに限定されるものではなく、石炭液化装
置，乾留装置，燃料電池等の他設備にも適用できること
は言うまでもない。
粉炭燃焼装置等に本発明を適用した実施例を示したが、
本発明はこれらに限定されるものではなく、石炭液化装
置，乾留装置，燃料電池等の他設備にも適用できること
は言うまでもない。
【００６５】本発明によれはガス中に微量に含まれる金
属の濃度を連続的に高精度でかつ迅速に計測することが
できる。ガス中の金属の濃度を計測するための発光手段
を煙道の集塵装置よりも後流側に設けることにより、ト
ーチ内燃焼ガス流通路での汚れもなく、微量成分濃度の
分析ができると同時に応答性の速い監視及び制御が出来
る効果がある。
属の濃度を連続的に高精度でかつ迅速に計測することが
できる。ガス中の金属の濃度を計測するための発光手段
を煙道の集塵装置よりも後流側に設けることにより、ト
ーチ内燃焼ガス流通路での汚れもなく、微量成分濃度の
分析ができると同時に応答性の速い監視及び制御が出来
る効果がある。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば、煙道を流れるガスをサ
ンプルラインを備えることなく直接採取して発光させ、
発光強度からガス中に含まれる金属の濃度を計測するの
で、微量の成分を高精度で計測することができる。
ンプルラインを備えることなく直接採取して発光させ、
発光強度からガス中に含まれる金属の濃度を計測するの
で、微量の成分を高精度で計測することができる。
【図１】煙道ラインに設置した本発明の計測装置の概略
図である。
図である。
【図２】本発明のプラズマトーチの詳細図である。
【図３】図２のプラズマトーチのＡ−Ａ断面図である。
【図４】プラズマトーチ内の燃料と燃焼ガスの合流部の
詳細図である。
詳細図である。
【図５】本発明の計測装置を付設した複合サイクル発電
プラントの概略図である。
プラントの概略図である。
【図６】本発明の計測装置を付設した石炭ガス化複合発
電プラントの概略図である。
電プラントの概略図である。
【図７】本発明の計測装置を付設した他の発電プラント
の概略図である。
の概略図である。
【図８】プラズマトーチのガス吸引特性を示すグラフで
ある。
ある。
【図９】模擬液を供給した時の分光装置によるＮａ検出
状況を示すグラフである。
状況を示すグラフである。
【図１０】相対発光強度とＮａ濃度との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図１１】微粉炭供給量及び空気流量に対するＮａ濃度
の制御結果を示すグラフである。
の制御結果を示すグラフである。
【図１２】ガス中の金属濃度を基にした燃焼炉とガスタ
ービンの制御機構図である。
ービンの制御機構図である。
【図１３】運転時間とＮａ濃度の瞬時値と積算値との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
１…微粉炭、２…空気、４…ガスタービン、５…ガスタ
ービン入口煙道ライン、７…集塵器、１３…蒸気タービ
ン、１５…燃焼ガス（又は生成ガス）、１７…採光用光
ファイバー、１９…微量成分濃度算出装置、２０…燃焼
炉（流動層ボイラ，ガス化炉及びボイラ）、２２…分光
装置、２３…データ処理装置、２４…制御装置、２６…
アルカリ吸着装置、２７…煙道内プラズマ火炎形成装置
（プラズマトーチ）、２８…プラズマ火炎、３１…酸化
剤、３２…燃料（アセチレン，水素及びプロパン）、６
４…バイパスライン、８１…電気集塵器、８２…予混合
型バーナ。
ービン入口煙道ライン、７…集塵器、１３…蒸気タービ
ン、１５…燃焼ガス（又は生成ガス）、１７…採光用光
ファイバー、１９…微量成分濃度算出装置、２０…燃焼
炉（流動層ボイラ，ガス化炉及びボイラ）、２２…分光
装置、２３…データ処理装置、２４…制御装置、２６…
アルカリ吸着装置、２７…煙道内プラズマ火炎形成装置
（プラズマトーチ）、２８…プラズマ火炎、３１…酸化
剤、３２…燃料（アセチレン，水素及びプロパン）、６
４…バイパスライン、８１…電気集塵器、８２…予混合
型バーナ。
フロントページの続き (72)発明者 金子 了市 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭62−90525（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−180744（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−181848（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−199660（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4896965（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/62 - 21/74 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (7)
- 【請求項１】燃焼ガスをプラズマ火炎中に供給して該燃
焼ガスに含まれる金属成分を発光させ、所定の波長域の
光を分光して相対発光強度を求めることにより該波長域
の光を発する金属成分の濃度を計測する方法において、
前記燃焼ガスが流れる煙道内でプラズマ火炎を形成し該
燃焼ガスの一部を該火炎中で発光させることを特徴とす
る燃焼ガス中の金属成分計測方法。 - 【請求項２】化石燃料燃焼ガスをプラズマ火炎中に供給
して発光させ、該ガス中のアルカリ金属成分の波長域の
光を分光して相対発光強度を求めることにより該アルカ
リ金属成分の濃度を計測する方法において、前記燃焼ガ
スが流れる煙道内で該煙道の外部より供給された燃料と
酸化剤とによりプラズマ火炎を形成し該燃焼ガスの一部
を該火炎中で発光させ、該発光を煙道の外部に導き前記
アルカリ金属の波長域の光を分光して相対発光強度を求
めることを特徴とする燃焼ガス中のアルカリ金属成分計
測方法。 - 【請求項３】請求項２において、前記プラズマ火炎を煙
道内の燃焼ガスの温度がアルカリ金属の沸点よりも高温
に保たれた部位にて形成することを特徴とする燃焼ガス
中のアルカリ金属成分計測方法。 - 【請求項４】燃料と酸化剤とによりプラズマ火炎を形成
する手段と、該手段により形成されたプラズマ火炎に分
析試料である燃焼ガスを供給して得られた火炎像を取り
込む採光手段と、該採光手段で取り込んだ光の中から所
定の波長域の光を分光する手段と、該波長域の光の相対
発光強度を求める手段とを具備し該相対発光強度に基づ
いて該波長域の光を発する金属成分の濃度を計測する装
置において、前記プラズマ火炎形成手段の火炎形成部を
前記燃焼ガスが流れる煙道の内部に備え、該火炎形成部
に燃料と酸化剤とを送る流路を煙道の壁面を貫通し外部
に抜き出して燃料及び酸化剤供給手段に接続したことを
特徴とする燃焼ガス中の金属成分計測装置。 - 【請求項５】請求項４において、前記プラズマ火炎形成
手段として燃料と酸化剤との予混合ガスによって火炎を
形成する予混合ガスバーナを備え、該バーナを煙道内に
設けたことを特徴とする燃焼ガス中の金属成分計測装
置。 - 【請求項６】請求項５において、前記予混合ガスバーナ
の内部に煙道内を流れる燃焼ガスの一部を流入させ該バ
ーナによって形成される火炎中に噴出する燃焼ガス流路
を備えたことを特徴とする燃焼ガス中の金属成分計測装
置。 - 【請求項７】煙道を流れる燃焼ガスの一部を該煙道内に
形成した火炎により励起し、発光したスペクトル線の位
置と強度から該燃焼ガスに含まれる金属成分の濃度を計
測することを特徴とする燃焼ガス中の金属成分計測方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25091092A JP3182913B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-09-21 | 燃焼ガス中の金属成分計測方法及び装置 |
| US08/049,294 US5432090A (en) | 1992-04-23 | 1993-04-20 | Method for measuring metal ingredients in combustion gas |
| DE4313368A DE4313368C2 (de) | 1992-04-23 | 1993-04-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Metall-Bestandteilen in Verbrennungsgasen |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-104263 | 1992-04-23 | ||
| JP10426392 | 1992-04-23 | ||
| JP25091092A JP3182913B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-09-21 | 燃焼ガス中の金属成分計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063272A JPH063272A (ja) | 1994-01-11 |
| JP3182913B2 true JP3182913B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=26444778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25091092A Expired - Lifetime JP3182913B2 (ja) | 1992-04-23 | 1992-09-21 | 燃焼ガス中の金属成分計測方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5432090A (ja) |
| JP (1) | JP3182913B2 (ja) |
| DE (1) | DE4313368C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230167023A (ko) | 2021-04-08 | 2023-12-07 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 보일러감시방법 및 보일러감시장치, 보일러제어방법 및 보일러제어장치, 연료 등 조정방법 및 연료 등 조정장치, 및, 보일러 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6268913B1 (en) | 1999-02-26 | 2001-07-31 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Method and combustor apparatus for sensing the level of a contaminant within a combustion flame |
| DE10155384B4 (de) * | 2001-11-10 | 2014-12-31 | Sms Siemag Aktiengesellschaft | Online Qualitätskontrolle von Stranggieß-Produkten mittels Laseranalyse |
| US7900453B1 (en) * | 2005-11-08 | 2011-03-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Metal fuel combustion and energy conversion system |
| FI124679B (fi) | 2006-10-13 | 2014-12-15 | Fortum Oyj | Menetelmä ja sovitelma kattilan polton valvomiseksi |
| US8465860B2 (en) * | 2008-01-23 | 2013-06-18 | The Gillette Company | Lithium cell |
| DE102009020366A1 (de) * | 2009-04-27 | 2010-10-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Intelligenter Flammenwächter |
| US8505303B2 (en) * | 2009-12-11 | 2013-08-13 | General Electric Company | Impurity detection in combustor systems |
| CN103180722A (zh) * | 2010-10-27 | 2013-06-26 | 西门子公司 | 用于使含碳燃料气化的设备和方法 |
| US8689536B2 (en) * | 2010-11-30 | 2014-04-08 | General Electric Company | Advanced laser ignition systems for gas turbines including aircraft engines |
| DE102014209529A1 (de) * | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verbrennung von Lithium bei unterschiedlichen Temperaturen, Drücken und Gasüberschüssen mit porösen Rohren als Brenner |
| CN109163905B (zh) * | 2018-08-15 | 2020-04-21 | 中国科学院力学研究所 | 火焰热线测速系统 |
| CN111257306B (zh) * | 2020-01-16 | 2021-02-09 | 华北电力大学 | 生物质燃料的碱金属元素含量在线动态预测方法及系统 |
| CN112327787A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-05 | 西安热工研究院有限公司 | 一种用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的优化控制系统及方法 |
| CN112710629A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-27 | 中国科学院力学研究所 | 一种烟气碱金属含量在线检测的装置及方法 |
| CN115046945A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-13 | 国家能源集团乐东发电有限公司 | 一种燃烧过程中碱金属释放特性动态分析装置及分析方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3088808A (en) * | 1957-10-28 | 1963-05-07 | Pennsalt Chemicals Corp | Flame photometry |
| US3763385A (en) * | 1970-08-05 | 1973-10-02 | Univ Illinois | Modulator apparatus utilizing piezoelectric plates |
| US4872375A (en) * | 1985-07-03 | 1989-10-10 | Rockwell International Corporation | Control method for planetary transmission having four element torque converter |
| US4896965A (en) * | 1988-09-14 | 1990-01-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Real-time alkali monitoring system |
| ES2071125T3 (es) * | 1990-02-27 | 1995-06-16 | Cytec Tech Corp | Aparato y metodo para inyectar compuestos de plasma para analisis de icap-oes. |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP25091092A patent/JP3182913B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-04-20 US US08/049,294 patent/US5432090A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-23 DE DE4313368A patent/DE4313368C2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230167023A (ko) | 2021-04-08 | 2023-12-07 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 보일러감시방법 및 보일러감시장치, 보일러제어방법 및 보일러제어장치, 연료 등 조정방법 및 연료 등 조정장치, 및, 보일러 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH063272A (ja) | 1994-01-11 |
| DE4313368C2 (de) | 1995-08-17 |
| DE4313368A1 (de) | 1993-11-11 |
| US5432090A (en) | 1995-07-11 |
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