JPH0678543B2

JPH0678543B2 - 石炭ガス化炉スラグタツプの監視方法及び装置

Info

Publication number: JPH0678543B2
Application number: JP18103487A
Authority: JP
Inventors: 森原　　淳; 俊太郎小山; 知彦宮本; 昭二渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-07-22
Filing date: 1987-07-22
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS6424893A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、石炭ガス化炉で灰分を溶融させてスラグ化
し系外に排出する装置に用い、スラグ排出量の計測，ス
ラグ流下状態の監視方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

石炭は、豊富な埋蔵量を持つ有用なエネルギー源である
が、十数％の灰分（アルミナ，シリカ等）や有害金属を
含むのでその処理方法が難しく適用範囲を狭めていた。
しかし、噴流層石炭ガス化装置等では、石炭を高温下で
処理し、灰分を溶融させ、有害金属を溶出しにくいスラ
グとして系外に取り出すことができるので利用分野が大
幅に広がり、特に発電の分野での使用が有望視されてい
る。したがつて、スラグの安定流下技術は、石炭ガス化
装置等には不可欠の技術である。この、安定流下を目的
にスラグ流下量の測定が検討されている。

特開昭57−67689号では、スラグタツプ上下の差圧を測
定することで炉低部に溜つたスラグ量を検出し、炉下部
のバーナ燃焼量及び炉下部から抜き出すガス量でスラグ
流下量を制御した。

特開昭58−49789号では、スラグタツプの開口面積を撮
像した画像輝度分布から検出し、適正な開口面積になる
ようにガス化炉の酸化剤供給量を変化させスラグ流下量
を制御した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、スラグタツプの状態を正確に把握で
きないという問題があつた。

特開昭58−49789号では、スラグタツプの開口面積を検
出し、スラグ流下状態を測定したが、単に輝度分布だけ
から開孔面積を検出するため、スラグがスラグタツプ付
近に付着し開孔面積が変化した場合と、スラグタツプの
破壊等のトラブルにより開孔面積が変化した場合の変化
が判別できなかつた。このため、特に負荷変動，起動停
止時の不安定な状態において、スラズ流下状況を正確に
把握でないので、炉の運転が困難であつた。

本発明の目的は、スラグタツプ破壊，スラグ流下停止，
スラグタツプ閉塞等の状況をそれらが発生する以前に検
知し、正確に監視する方法及び装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、石炭ガス化炉のスラグタツプを放射温度計で
は撮像することで得られた温度分布を画像処理すること
でスラグタツプの開孔面積，スラグ付着量を正確に算出
でき、これらからスラグ流下状態を診断し監視する方法
及び装置にある。

スラグは、炉の低部にあるスラグタツプより滴下する。
ここでスラグタツプ開孔部、流下中のスラグ，スラグタ
ツプに付着固化したスラグでは、温度が大きく異なる。
スラグタツプ開孔部の温度は、火炎の温度である。流下
中のスラグの温度は、少なくとも融点以上であるが、火
炎の温度と比較するとはるかに低温である。また、付着
固化したスラグの温度は融点以下である。

したがつて、このスラグタツプ付近を放射温度計で撮像
すると、スラグタツプ開孔部、流下中のスラグ，スラグ
タツプに付着固化したスラグがそれぞれ異なつた温度で
示される。これを画像処理することで、流下中のスラ
グ，スラグタツプ開孔部，スラグタツプに付着固化した
スラグの面積をそれぞれ検出できる。

〔作用〕

流下中のスラグ，スラグタツプ開孔部，スラグタツプに
付着固化したスラグの面積をそれぞれ検出し、評価する
ことで、以下に示す診断結果を提供することができる。

（１）開孔部分がなく、溶融スラグも存在しない場合は
閉塞状態にある。

（２）開孔部分があるが、溶融スラグが存在しなに場合
には流下が停止している状態にある。

（３）開孔部分がなく、固化スラグが初期スラグタツプ
開孔部分内に存在する場合は閉塞の危険がある状態にあ
る。

（４）開孔部分がなく、溶融スラグが初期スラグタツプ
開孔部分を満たしている場合は負荷量が過剰である。

（５）溶融スラグが初期スラグタツプ開孔部分より外側
にある場合はスラグタツプ破壊の危険がある。

以上の様に、スラグタツプ34の温度分布を詳細に求める
ことにより、スラグ流下状態を診断し、閉塞，破壊の危
険な状態になることを未然にふせぐことができる。

〔実施例１〕第１図は本実施例で用いた石炭ガス化炉の構成図であ
る。

全体は石炭ガス化装置及び石炭ガス化装置に適用したス
ラグ流下量測定監視装置より構成される。石炭供給量制
御装置21,ガス化剤供給量制御装置22は石炭バーナ33に
接続される。ガス化炉31の内部にはガス化室32があり、
ガス化室32の下部からスラグタツプ34を介してスラグ冷
却室36に接続される。スラグ冷却室36には、覗き窓35に
より接続される。スラグ流下量測定監視装置のカメラ40
が設置される。カメラ40は、画像変換装置23,画像処理
装置24,監視装置25と接続される。

次に動作に関して説明する。石炭11を200mesh以下が80w
t％になるように粉砕し微粉炭にする。石炭11は、石炭
供給量制御装置21で、供給量を計測，制御され、ガス化
炉31の石炭バーナ33に供給される。空気，酸素，水蒸気
等のガス化剤12は、ガス化剤供給量制御装置22によつて
供給量が計測，制御され石炭11と共にガス化炉31の石炭
バーナ33に供給される。石炭バーナ33に供給された石炭
11とガス化剤12は、石炭バーナ33の先端からガス化室32
へ噴霧される。ガス化室32内では石炭11とガス化剤12が
反応し高温の熱を発生する。この熱は、石炭11中に含ま
れる炭素とガス化剤12中に含まれる酸素が反応して２酸
化炭素と一酸化炭素を主成分とする可燃性の生成ガス14
を生成した際に発生する。生成ガス14はガス化炉出口39
より排出される。

この高温の後によりガス化室32内は1600℃程度まで上昇
する。石炭11中に10％程度含まれる灰分は、アルミナ，
シリカを主成分とており、1600℃程度の高温下では溶融
する。灰分が溶融すると、液体状のスラグ13になる。こ
のスラグ13は、ガス化室32の壁面に付着し、重力により
スラグタツプ34に流れ込む。スラグタツプ34の下部はス
ラグ冷却室36であり、水がためてある。スラグ13は1600
℃程度の高温であるが、スラグタツプ34を境界として低
温のスラグ冷却室36に滴状で入り、ためてある水の中に
滴下する。1600℃程度の高温のスラグ13が高温でも100
℃程度の水中に滴下すると、急激に冷却するためにその
熱衝撃によつて細かく砕ける。この細かく砕けたスラグ
13はスラグ抜き出し口38からガス化炉31の外部に排出さ
れる。

このスラグが滴下するスラグタツプ34を撮像できる位置
にフアイバー50を設置し、放射温度計40でスラグタツプ
34の温度分布を求める。

フアイバー50は、石英ガラス等の材質で製造された光フ
アイバー50を数万本重ねることで、イメージフアイバー
としたものである。高温下に露されるので、水冷管等を
用いて適当に冷却する。

放射温度計40としては、赤外放射温度計等を使用する。
赤外放射温度計は物質の温度に依存して発する赤外光の
強度を検出し、温度に変換するものである。したがつて
これを使用する場合、赤外光を透過する材質（フツ化珪
素等）で製造されたフアイバー50を用いる。

実施例１の装置で得られた温度分布を第２図に示す。

第２図は、ガス化炉31のスラグタツプ34の断面図及びそ
の温度分布を示す。

ガス化室32の高温で生成した石炭灰スラグ13はガス化室
32の内壁に付着する。ガス化室32の内壁は低温であるた
めスラグ13は固化し固化スラグ層61を形成する。固化ス
ラグ層61の表面には溶融スラグ層62が形成される。固化
スラグ層61,溶融スラグ層62の厚みは石炭11の供給量、
ガス化剤12の供給量、及びガス化室内32の温度によつて
異なる。固化スラグ層61,溶融スラグ層62はスラグタツ
プ34上面へ流れ、スラグタツプ34より排出される。スラ
グタツプ34の下面の温度を放射温度計で計測した結果を
第２図下部の温度分布として示す。

スラグタツプ34の開孔部分からは、ガス化室32内の高温
の火炎が観察されるので非常に高温である。この部分
は、内径がd₁より小さい部分として計測される。溶融ス
ラグ層62は、少なくともスラグが溶融している温度であ
るので、温度分布では融点以上の部分である。この部分
は、内径がd₁より大きくd₂より小さい部分として計測さ
れる。固化スラグ層61は、スラグが溶融していない部分
であるので、温度分布では融点以下の部分である。この
部分は、内径がd₂より大きくd₃より小さい部分として計
測される。スラグ13の流下していない時の内径をd₃とす
れば、固化スラグ層61,溶融スラグ層62,スラグタツプの
開孔部分の面積は次の様に示される。

スラグタツプ開孔部分面積＝Ａ溶融スラグ層62断面積＝Ｂ−Ａ固化スラグ層61断面積＝Ｃ−Ｂ但し、Ａ＝πd₁ ²/4, Ｂ＝πd₂ ²/4, Ｃ＝πd₃ ²/4。

これらから表１の様な診断結果が得られる。

（１）開孔部分がなく、溶融スラグ層62も存在しない。
スラグタツプ34が全て固化スラグ61で埋められている。
したがつて、完全な閉塞状態を表す。

（２）流下していない状態を表す。しかし、スラグタツ
プ34孔に固化スラグ61が付着しているのでスラグ13が流
下し始める時には注意する必要がある。

（３）流下していない状態を表す。スラグタツプ34孔に
は何も付着しておらず、良好な状態。しかし、ガス化室
32の温度が低い場合にはスラグ13を生成していないこと
を表す。

（４）開孔部分はないが、スラグタツプ34孔に溶融スラ
グ層62及び固化スラグ層61がある。したがつて流下はし
ていないが、閉塞をおこしかねない危険な状態にある。

（５）スラグ13は安定に流下しいてるが、スラグタツプ
34孔に固化スラグ61が付着しているので、固化スラグ61
が親展しない様に注意するひつようがある。

（６）スラグ13は安定に流下しており、スラグタツプ34
孔にも何も付着しておらず良好な状態を表す。

（７）開孔部分はないが、スラグタツプ34孔は溶融スラ
グ層62で埋められる。スラグタツプ34孔の容量以上のス
ラグ13が流出しており、スラグタツプ34を破壊する可能
性がある。

（８）スラグタツプ34孔よりも外側に溶融スラグ層62が
ある。したがつて、スラグタツプ34が破壊されているこ
とを表す。

〔実施例２〕第３図は本実施例で用いたガス化炉の構成図である。本
実施例２の実施例１との相違点は、実施例１ではスラグ
タツプ34付近の温度分布の測定に、赤外線放射温度計40
を用いているが、実施例２では赤外線放射温度計40の代
わりに、２波長温度計41を用いている点である。２波長
温度計41とは、１つの画面を異なつた波長で別々に撮像
し、各波長における輝度を比較することで、温度を算出
するものであり、赤外線温度計41と比較して、精度が優
れている。波長としてはにの波長が選択できるので、
可視波長を良好に透過させうる、石英ガラス等の材質を
使用する。

本実施例特有の効果としては、２波長温度計41を用いる
ので温度分布の測定精度を向上できる点と、赤外光を透
過しない材質のフアイバーでも使用できる点である。

〔実施例３〕第４図を用いて説明する。実施例３の実施例１との相違
点は、実施例１では監視し警報を発するだけであつた
が、実施例３では新たに制御装置27を設けて、監視装置
25の解析結果を応じて、石炭供給量，ガス化剤供給量を
制御する点である。監視装置25で判断された表１に示さ
れた石炭供給量，ガス化剤供給量の現在値が制御装置27
に送られる。制御装置27では送られた信号に応じて適性
な石炭供給量，ガス化剤供給量にすべく石炭供給量制御
装置21,ガス化剤供給量制御装置22をコントロールす
る。

本実施例特有の効果は、制御装置27で石炭供給量，ガス
化剤供給量を常にコントロールするので、更に安定して
スラグ13を滴下させうる点である。

〔実施例４〕今後、更に画像処理技術に向上した場合、実施例１にお
いてスラグタツプ34の温度分布だけでなくスラグタツプ
34の表面状態を分析することが可能である。

実施例４を第５図に示す。基本的な構成は実施例１と同
様である。実施例１との相違点は、画像処理装置25に加
えて、表面状態分析装置28を設置し、物性情報出力装置
29を新たに設けた点である。表面状態分析装置28で取さ
れた表面状態は物性情報出力装置29へ送られる。物性情
報出力装置29では、これらの信号を受けて、固化スラグ
層61,溶融スラグ層62の物性を算出し出力する。

本実施例特有の効果としては、固化スラグ層61,溶融ス
ラグ層62の物性を算出し出力できる供給する石炭の灰物
性の変動，閉塞の原因を検知することができる点であ
る。

〔発明の効果〕

本発明により、溶融スラグの滴下頻度，滴の大きさ，ス
ラグ流下量を測定でき、スラグ流下状態炉状態を把握で
きるので、安定した炉の運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１のシステム図、第２図は実施例１のス
ラグタツプ付近の断面図，温度分布、第３図は実施例２
のシステム図、第４図は実施例３のシステム図、第５図
は実施例４のシステム図。 11……石炭、12……ガス化剤、13……スラグ、14……生
成ガス、21……石炭供給量制御装置、22……酸化剤供給
量制御装置、23……画像記録装置、24……画像処理装
置、25……監視装置、27……制御装置、28……高速画像
処理装置、31……ガス化炉、32……ガス化室、33……石
炭バーナ、34……スラグタツプ、35……覗き窓、36……
スラグ冷却室、38……生成ガス出口、39……スラグ出
口、40……赤外放射温度計、41……２波長放射温度計、
50……フアイバー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭灰分を高温下で溶融させてスラグとし
系外に排出する石炭ガス化炉のスラグ流下方法におい
て、スラグを流下させるスラグダツプ付近の温度分布を
測定し、スラグタツプ孔の内側でスラグの流動点以下の
部分を固定スラグ、スラグの流動点以下で更に急激な温
度上昇が起こる部分までの領域を溶融スラグ、溶融スラ
グより内側を開孔部分として判別し、スラグタツプの開
孔部分面積、固化スラグ、溶融スラグの占有面積を算出
し、スラグタツプにおけるスラグ滴下状態を診断する石
炭ガス化炉スラグタツプの監視方法。
【請求項２】石炭灰分を高温下で溶融させてスラグとし
系外に排出する炉のスラグ流下装置において、スラグタ
ツプの温度分布を計測する温度分布測定装置、該装置で
得られた温度分布を処理しスラグタツプ，固化スラグ，
溶融スラグの占有面積を検出する画像処理装置、該画像
処理装置で検出された結果からスラグタツプ、スラグ滴
下状態を診断する監視装置から構成された石炭ガス化炉
スラグタツプの監視装置。