| 【発明の名称】 |
流動状態監視装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】下平 克己
【氏名】深山 幸穂
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| 【要約】 |
【課題】流動層内の局部的な流動状態の変化を検知すること。
【解決手段】流動層１０内に挿入された伝熱管２０の管路のうち流動層１０外の管路に加速度センサ２４を設置し、上昇する気泡１８や気泡１８に同伴して移動する流動媒体１２の粒子が伝熱管２０に順次衝突するときに発生する流動音を加速度センサ２４で検出し、この検出信号をバンドパスフィルタ２８と検波器３０で処理して流動音の強度を求め、この求めた流動音の強度と流動音に関する上下限値とを比較器３２で比較し、求めた流動音の強度が上下限値から外れたときに警報表示器３６から警報を発生したり、警報表示器３６に異常状態を表示する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された伝熱管を伝播する流動音を検出する流動音検出手段と、この流動音検出手段の検出出力に基づいて前記流動層内における流動媒体の流動状態を監視する監視手段とを備えてなる流動状態監視装置。
【請求項２】 流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された伝熱管を伝播する流動音を検出して検出信号を出力する流動音検出手段と、この流動音検出手段の検出信号を処理して前記流動音の強度を算出する信号処理手段と、この信号処理手段の処理により得られた流動音の強度がその上下限値から外れたときに警報を発生する警報発生手段とを備えてなる流動状態監視装置。
【請求項３】 流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された伝熱管を伝播する流動音を検出して検出信号を出力する流動音検出手段と、この流動音検出手段の検出信号を処理して前記流動音の強度を算出する信号処理手段と、この信号処理手段の処理により得られた流動音の強度と流動音の強度に関する上下限値を表示する表示手段とを備えてなる流動状態監視装置。
【請求項４】 流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された複数の伝熱管をそれぞれ伝播する流動音を検出して検出信号を出力する複数の流動音検出手段と、前記複数の流動音検出手段の検出信号をそれぞれ処理して前記各伝熱管における流動音の強度を算出する信号処理手段と、この信号処理手段の処理により得られた各伝熱管における流動音の強度を表示する表示手段とを備えてなる流動状態監視装置。
【請求項５】 前記流動音検出手段は、前記伝熱管の管路のうち前記流動層からの取り出し部と管寄せへの接合部とを結ぶ部位に設置されてなることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の流動状態監視装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流動状態監視装置に係り、特に、流動層ボイラにおける流動層内の局部的な流動状態の異常発生を検知するに好適な流動状態監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の流動層ボイラとしては、例えば図３及び図４に示すものが知られている。この流動層ボイラの流動層５０内には、流動媒体（ＢＭ；Ｂｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ）５２が充填されており、この流動媒体５２は、空気分散板５４を通じてウインドボックス５６から供給される空気により流動化され、気泡５８の上昇に伴って撹拌されるようになっている。一方、石炭などの燃料は、燃料ノズル（図示省略）より、流動層５０内の下部側に供給され、流動媒体５２によって拡散され、空気と反応して燃焼するようになっている。
【０００３】また流動層５０内には、複数の伝熱管６０が挿入されており、各伝熱管６０は、燃料により発生する熱を回収するようになっている。そして各伝熱管６０は、流動層５０外に設置された管寄せ（ヘッダ、集合管とも呼ばれる）６２に接続されている。
【０００４】上記構成における流動層ボイラを安定に運転するためには、流動層５０全体が均一に、良好な流動状態に保たれることが重要である。
【０００５】そこで、従来技術では、流動層５０の上面を監視する炉内カメラ６４や、分散板差圧あるいは層差圧を計測する差圧計測器６６を設け、炉内カメラ６４や差圧計測器６４によって流動状態を監視していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、炉内カメラ６４や差圧計測器６６を用いて流動状態を監視しているが、炉内カメラ６４で監視する場合、流動層５０の炉壁に孔を設けたり、パージ空気などの設備を設けたりする必要があり、炉内カメラ６４を多数設置することは困難である。このため、炉内カメラ５０の監視による視野は限られ、炉内カメラ６４によって流動層５０全体を詳細に見渡すことは困難である。したがって、炉内カメラ５０の画像から、流動層５０の内部に局部的に流動状態が悪化したことを見いだすことは難しい。さらに、流動層５０上のフリーボード部には、流動空気に同伴されて高温の微粒子（燃料灰など）が飛散する。これらの粒子は赤熱して炉内カメラ６４の視界を遮るため、炉内カメラ６４によって流動層５０上面を観察することが困難となることがある。
【０００７】一方、差圧計測器６４で監視する場合、流動層５０全体の状態を監視する目的には適当である。しかし、差圧計測器６６で監視する場合、空気分散板５４の一部のノズルが閉塞したときなど、流動層５０内の局部的な流動状態の変化を検出することは困難である。
【０００８】本発明の目的は、流動層内の局部的な流動状態の変化を検知することができる流動状態監視装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明は、流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された伝熱管を伝播する流動音を検出する流動音検出手段と、この流動音検出手段の検出出力に基づいて前記流動層内における流動媒体の流動状態を監視する監視手段とを備えてなる流動状態監視装置を構成したものである。
【００１０】また、本発明は、流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された伝熱管を伝播する流動音を検出して検出信号を出力する流動音検出手段と、この流動音検出手段の検出信号を処理して前記流動音の強度を算出する信号処理手段と、この信号処理手段の処理により得られた流動音の強度がその上下限値から外れたときに警報を発生する警報発生手段とを備えてなる流動状態監視装置を構成したものである。
【００１１】前記流動状態監視装置を構成するに際して、前記警報発生手段の代わりに、前記信号処理手段の処理により得られた流動音の強度と流動音の強度に関する上下限値を表示する表示手段を用いることもできる。
【００１２】また、本発明は、流動層ボイラの外部から前記流動層ボイラの流動層内に亘って配置された複数の伝熱管をそれぞれ伝播する流動音を検出して検出信号を出力する複数の流動音検出手段と、前記複数の流動音検出手段の検出信号をそれぞれ処理して前記各伝熱管における流動音の強度を算出する信号処理手段と、この信号処理手段の処理により得られた各伝熱管における流動音の強度を表示する表示手段とを備えてなる流動状態監視装置を構成したものである。
【００１３】前記各流動状態監視装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１４】（１）前記流動音検出手段は、前記伝熱管の管路のうち前記流動層からの取り出し部と管寄せへの接合部とを結ぶ部位に設置されてなる。
【００１５】前記した手段によれば、伝熱管を伝播する流動音を検出し、この検出出力に基づいて流動層内における流動媒体の流動状態を監視するようにしたため、流動層内の局部的な流動状態の変化を検知することができる。すなわち、流動層の内部では、流動媒体中を上昇する気泡や気泡に同伴して移動する流動媒体の粒子が伝熱管に次々に衝突し、この衝突に伴って音（以下、流動音と称する。）が発生する。伝熱管から発生する流動音は、伝熱管の周囲の流動状態を反映すると考えられ、その強度は、流動媒体の流動が活発になるにしたがって大きくなる。したがって、伝熱管を伝播する流動音の強度を監視することで流動層内の局部的な流動状態の変化を検知することが可能になる。
【００１６】具体的には、伝熱管を伝播する流動音を検出し、この検出信号を処理して流動音の強度を求め、この流動音の強度がその上下限値から外れたときに警報を発生したり、信号の処理により得られた流動音の強度と流動音の強度に関する上下限値を表示したりすることができる。
【００１７】また、流動層内の複数の伝熱管をそれぞれ伝播する流動音をそれぞれ検出し、各検出信号をそれぞれ処理して各伝熱管における流動音の強度を算出し、この算出結果に従って各伝熱管における流動音の強度を表示することができる。
【００１８】また、流動音検出手段としては、例えば、加速度センサを用い、伝熱管の管路のうち流動層からの取り出し部と管寄せへの接合部とを結ぶ部位に加速度センサを設置することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す流動状態監視装置の全体構成図である。図１において、流動層ボイラの流動層１０内には、流動媒体が充填されており、この流動媒体１２は、空気分散板１４を通じてウインドボックス１６から供給される空気により流動化され、気泡１８の上昇に伴い撹拌される。一方、石炭などの燃料は、燃料ノズル（図示省略）より、流動層１０内の下部側に供給され、流動媒体１２によって拡散され、空気と反応して燃焼するようになっている。
【００２０】また、流動層ボイラには、流動層ボイラの外部から流動層１０内に亘って伝熱管２０が配置されており、この伝熱管２０は、流動層１０内に設置された管寄せ（ヘッダ、集合管とも呼ばれる）２２に接続され、燃焼により発生する熱を回収するようになっている。そして伝熱管２０の管路のうち流動層１０からの取出部と管寄せ２２への接合部とを結ぶ部位に流動音検出手段としての加速度センサ２４が設置されている。この加速度センサ２４は、流動層１０内で上昇する気泡１８や、気泡１８に同伴して移動する流動媒体１２の粒子が伝熱管２０に順次衝突するときに発生する流動音が伝熱管２０を伝播するときに、この流動音を検出し、検出信号を信号処理器２６に出力するようになっている。なお、加速度センサ２４の稼働時の環境条件は、６５０℃程度が上限である。このため、燃焼中、少なくとも８００℃の高温となる流動層１０内に加速度センサ２４を設置することは困難である。一方、伝熱管２０の炉外部分では、伝熱管２０の表面温度はその内部を流れる流体の温度にほぼ等しい。この内部流体の温度は、最も高温と思われる発電用ボイラの再熱蒸気においても高々６００℃である。従って、伝熱管２０の管路の取出部と管寄せ２２への接合部とを結ぶ部位は、加速度センサ２４の環境条件を満たしている。
【００２１】信号処理器２６は、信号処理手段としてバントパスフィルタ２８、検波器３０、比較器３２、設定器３４を備え、警報表示器３６とともに流動層１０内における流動媒体１２の流動状態を監視する監視手段を構成するようになっている。
【００２２】具体的には、バンドパスフィルタ２８は、加速度センサ２４の検出信号を取り込み、この検出信号に含まれる周波数成分のうち目的外の周波数成分を除去して特定の周波数成分の信号のみを検波器３０に出力するようになっている。検波器３０はバンドパスフィルタ２８からの信号を検波して流動音の強度を算出し、この算出した強度の信号を比較器３２に出力するようになっている。比較器３２は、検波器３０からの信号と設定器３４にあらかじめ設定された強度に関する上下限値とを比較し、検波器３０からの信号が上下限値から外れたときに警報指令信号を警報表示器３６に出力するようになっている。なお、設定器３４には、正常な運転状態において、流動音の強度として取りうる値の上下限値があらかじめ設定されており、この上下限値は、試運転などにより経験的に求めることができる。
【００２３】警報表示器３６は、比較器３２からの警報指令信号に応答して警報を発生する警報発生手段として構成されている。また、この警報表示器３６は、比較器３２からの警報指令信号に応答して、検波器３０により得られた流動音の強度と流動音の強度に関する上下限値を画面上に表示する表示手段としても構成されている。
【００２４】この場合、オペレータは、表示画面上の流動音の強度と上下限値とを比較することで、流動層１０内で局部的に流動状態の変化が生じたことを視覚によって把握することができる。
【００２５】また、流動層１０内の局部的な流動状態の悪化を警報によって運転員に通知することで、異常時の処理に対して早期に対処することが可能となり、プラントの効率的な運転を実現することが可能になる。
【００２６】次に、本発明の第２実施形態を図２にしたがって説明する。
【００２７】本実施形態は、流動層ボイラの内外に亘って８本の伝熱管２０を配設し、各伝熱管２０の管路途中にそれぞれ加速度センサ２４を設置し、８個の加速度センサ２４を１チャンネルから８チャンネルの加速度センサとして用い、各加速度センサ２４の検出信号を信号処理器３８に伝送し、信号処理器３８をバンドパスフィルタ２８と検波器３０で構成し、検波器３０の出力を表示手段としての表示器４０に出力するようにしたものであり、図１と同一のものには同一符号を付してある。
【００２８】本実施形態においては、８本の伝熱管２０がそれぞれ流動層１０内に分散して配置され、各伝熱管２０を伝播する流動音がそれぞれ加速度センサ２４によって検出され、１チャンネルから８チャンネルの加速度センサ２４によって検出された流動音に関する検出信号が信号処理器３８に伝送されると、各チャンネルの検出信号がバンドパスフィルタ２８、検波器３０によって処理され、表示器４０の画面上には、各チャンネルの加速度センサ２４に対応して流動音の強度が表示される。
【００２９】この場合、運転員は、表示器４０の画面上を見ることで、流動状態の偏りの有無を判断することができる。例えば、チャンネル２の流動音の強度が他のチャンネルの強度に比べて明らかに弱く、２チャンネルに対応する伝熱管２０の周囲の流動状態が低下していると判断することができる。
【００３０】また、本実施形態においては、信号処理器３８の代わりに信号処理器２６を用い、表示器４０の代わりに警報表示器３６を用い、各チャンネルの流動音の強度とその上下限値とをともに警報表示器３６の画面上に表示したり、いずれかのチャンネルの流動音のレベルが上下限値から外れたときに警報を発生したりする構成を採用することもできる。
【００３１】本実施形態によれば、表示器４０の画面上を運転員が見るだけで、流動状態の偏りの有無を視覚的に把握することができるとともに流動層１０内の流動状態の分布を視覚的に把握することができる。
【００３２】また、前記各実施形態においては、流動層１０内に新たな構造物を設けたり、炉壁に穴を空けたりすることなく実施することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、伝熱管を伝播する流動音を検出し、この検出出力に基づいて流動層内における流動媒体の流動状態を監視するようにしたため、流動層内の局部的な流動状態の変化を検知することができる。
【００３４】また、伝熱管を伝播する流動音を検出し、この検出信号を処理して流動音の強度を求め、この流動音の強度がその上下限値から外れたときに警報を発生するようにしたため、流動層内の局部的な流動状態の悪化を警報によって運転員に通知することで、異常時の処理に対して早期に対処することが可能となり、プラントの効率的な運転を実現することが可能になる。
【００３５】さらに、伝熱管を伝播する流動音を検出し、この検出信号を処理して流動音の強度を求め、信号の処理により得られた流動音の強度と流動音の強度に関する上下限値を表示するようにしたため、流動層内で局部的に流動状態の変化が生じたことを視覚によって把握することができる。
【００３６】また、流動層内の複数の伝熱管をそれぞれ伝播する流動音をそれぞれ検出し、各検出信号をそれぞれ処理して各伝熱管における流動音の強度を算出し、この算出結果に従って各伝熱管における流動音の強度を表示するようにしたため、表示器の画面上を運転員が見るだけで、流動状態の偏りの有無を視覚的に把握することができるとともに流動層内の流動状態の分布を視覚的に把握することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１１４４
【氏名又は名称】工業技術院長
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２７日（１９９９．１０．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６６９７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４３０６（Ｐ２００１−１２４３０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０５０９８ |
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