(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融したスラグが流出するスラグホールを観測するスラグホール観測手段と、
前記スラグホールから流出した前記スラグが冷却水の水面へ落下する様子を観測する水面観測手段と、
前記スラグホール観測手段により観測された前記スラグホールの開口面積と、前記水面観測手段により観測された前記スラグの落下筋及び前記スラグの前記水面への落下位置とに基づいて、前記スラグホールに前記スラグが堆積したことと、前記スラグホールに前記スラグは堆積していないが、前記スラグホールの周辺に前記スラグが固化付着して堆積していることとを判定する処理装置と、
を備えること特徴とする石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項２】
前記処理装置は、
前記スラグの落下筋が所定の本数、かつそれぞれの落下筋が、それぞれ予め規定した所定のスラグ落下位置である場合、前記スラグホールが前記固化付着箇所であると判定し、前記スラグホールに固化付着したスラグを溶融するためのスラグ溶融バーナを点火すること
を特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項３】
前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置は、前記スラグが前記水面に落下した音を観測するスラグ落下音観測手段を備え、
前記スラグホール観測手段と、前記水面観測手段と、前記スラグ落下音観測手段とのうち少なくとも一つが故障した場合、
前記処理装置は、正常に動作しているものから得られる情報に基づき、前記スラグの監視を継続すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項４】
前記スラグが落下する水に向かって検出波を発信する少なくとも一つの送波センサと、当該送波センサが発信した前記検出波を受信する複数の受波センサとで構成される水中スラグ観測手段を前記スラグ落下音観測手段の下方に設け、
前記処理装置は、複数の前記受波センサによって検出される前記検出波に基づいて、前記冷却水の中に存在する固化スラグの堆積を評価すること
を特徴とする請求項３に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項５】
前記送波センサは１個であり、前記冷却水の水面から下方に向かって移動して、所定の場所で検出波を発信すること
を特徴とする請求項４に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項６】
検出波を送受信できる第１の送受波センサ及び第２の送受波センサで構成される水中スラグ観測手段を前記スラグ落下音観測手段の下方に設け、
前記処理装置は、前記第１の送受波センサと前記第２の送受波センサとの間で送信と受信との関係を切り替え、検出された前記検出波の経路に基づいて前記冷却水の中に存在する固化スラグの堆積を評価すること
を特徴とする請求項３に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項７】
前記スラグ落下音観測手段に異常が発生した場合、前記水中スラグ観測手段で前記スラグが前記水面に落下した音を観測すること
を特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項８】
前記スラグホール観測手段はカメラであり、
前記処理装置は、前記石炭ガス化炉の起動バーナ点火中には前記カメラのゲインを自動調整モードかつ前記カメラのシャッター速度を最大又は任意とし、石炭投入中には前記カメラのゲインとシャッター速度とを一定の値とすること
を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項９】
前記処理装置は、
前記スラグホール観測手段から得られる画像の輝度に基づいて、前記スラグホール観測手段の入光部の汚れを判定し、前記入光部の汚れが許容できない場合には、当該入光部を洗浄する洗浄手段を起動すること
を特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項１０】
前記処理装置は、
前記水面観測手段から得られる画像の輝度に基づいて、前記水面観測手段の入光部の汚れを判定し、前記入光部の汚れが許容できない場合には、当該入光部を洗浄する洗浄手段を起動すること
を特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の石炭ガス化炉のスラグ監視装置を備えることを特徴とする石炭ガス化炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化炉のコンバスタから排出されるスラグの排出状況を監視することに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭をガス化して得られた石炭ガスによりガスタービンを駆動して発電する技術がある。石炭をガス化するためには、石炭ガス化炉が使用される。石炭をガス化すると、石炭ガス化炉には燃え滓としてスラグが残る。このようなスラグは、石炭ガス化炉から排出される必要がある。スラグは充分に高温であれば流動性を有するため、一般に、石炭ガス化炉の下部に設けられたスラグホールから連続的に排出される。スラグホールの下方には、冷却水を満たしたスラグ排出筒が設けられ、スラグは、冷却水によって冷却されて固化された後、スラグ排出筒から排出される。
【０００３】
スラグの固化によるスラグホールの閉塞やスラグの流動の不安定化を回避することは、石炭ガス化炉の運転において重要である。したがって、石炭ガス化炉を正常に運転するためには、スラグの排出状況を監視する必要がある。例えば、特許文献１には、ガス化溶融炉において生成される溶融スラグを監視する方法が開示されている。これは、スラグ排出口から流下される溶融スラグを撮像して、その画像から抽出されたスラグ流下部に、複数本の分離又は枝分かれを確認したときに、スラグ排出口を閉塞する恐れがある堆積固化スラグが生成されたと判断して、固化スラグ除去手段を作動させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９５８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スラグの堆積がスラグホールである場合には、スラグ溶融バーナを起動してスラグを溶融させればよいが、スラグホールから離れた箇所にスラグが堆積している場合、スラグ溶融バーナでは堆積しているスラグを溶融できない。この場合、スラグ溶融バーナを無駄に用いることになり、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を招くおそれがある。特許文献１は、かかる問題点について考慮されておらず、改善の余地がある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、石炭ガス化炉において、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制すること、スラグ監視装置における判断情報の複雑化による信頼性向上と排出状況判断の高度化を図ることのうち少なくとも一つを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る石炭ガス化炉のスラグ監視装置は、溶融したスラグが流出するスラグホールを観測するスラグホール観測手段と、前記スラグホールから流出した前記スラグが冷却水の水面へ落下する様子を観測する水面観測手段と、前記スラグホール観測手段により観測された前記スラグホールの開口面積と、前記水面観測手段により観測された前記スラグの落下筋及び前記スラグの落下位置とに基づいて、前記スラグの固化付着箇所を判定する処理装置と、を備えること特徴とする。
【０００７】
本発明は、スラグホール観測手段により観測されたスラグホールの開口面積と、水面観測手段により観測されたスラグの落下筋及びスラグの落下位置とに基づいて、スラグの固化付着箇所を判定する。これによって、スラグ溶融バーナを用いてもスラグを取り除けない箇所にスラグが固化付着している場合には、スラグ溶融バーナを用いないでスラグを取り除く判断が可能になる。その結果、石炭ガス化炉において、スラグ溶融バーナの無用な使用を回避できるので、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制できる。また、スラグ監視装置における判断情報の複雑化による信頼性向上と排出状況判断の高度化を図ることができる。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記処理装置は、前記スラグの落下筋が所定の本数、かつそれぞれの落下筋が、それぞれ予め規定した所定のスラグ落下位置である場合、前記スラグホールが前記固化付着箇所であると判定し、前記スラグホールに固化付着したスラグを溶融するためのスラグ溶融バーナを点火することが望ましい。これによって、石炭ガス化炉において、スラグ溶融バーナの無用な使用を回避できるので、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置は、前記スラグが前記水面に落下した音を観測するスラグ落下音観測手段を備え、前記スラグホール観測手段と、前記水面観測手段と、前記スラグ落下音観測手段とのうち少なくとも一つが故障した場合、前記処理装置は、正常に動作しているものから得られる情報に基づき、前記スラグの監視を継続することが望ましい。これによって、スラグの流動状況を監視する際に必要な情報を取得する機器類に異常が発生しても、石炭ガス化炉の運転を継続できる。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記スラグが落下する水に向かって検出波を発信する少なくとも一つの送波センサと、当該送波センサが発信した前記検出波を受信する複数の受波センサとで構成される水中スラグ観測手段を前記スラグ落下音観測手段の下方に設け、前記処理装置は、複数の前記受波センサによって検出される前記検出波に基づいて、前記冷却水の中に存在する固化スラグの堆積を評価することが望ましい。これによって、固化スラグの堆積を精度よく判定できる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記送波センサは１個であり、前記冷却水の水面から下方に向かって移動して、所定の場所で検出波を発信することが望ましい。これによって、送波センサの個数を低減できるので、石炭ガス化炉のスラグ監視装置の製造コストを低減できる。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、検出波を送受信できる第１の送受波センサ及び第２の送受波センサで構成される水中スラグ観測手段を前記スラグ落下音観測手段の下方に設け、前記処理装置は、前記第１の送受波センサと前記第２の送受波センサとの間で送信と受信との関係を切り替え、検出された前記検出波の経路に基づいて前記冷却水の中に存在する固化スラグの堆積を評価することが望ましい。これによって、固化スラグの大きさを推定する際の精度が向上する。
【００１３】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記スラグ落下音観測手段に異常が発生した場合、前記水中スラグ観測手段で前記スラグが前記水面に落下した音を観測することが望ましい。これによって、スラグ落下音観測手段に異常が発生した場合でも、スラグの流動状況の監視を継続できるので、石炭ガス化炉の運転を停止するおそれが低減できる。
【００１４】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記スラグホール観測手段はカメラであり、前記処理装置は、前記石炭ガス化炉の起動バーナ点火中には前記カメラのゲインを自動調整モードかつ前記カメラのシャッター速度を最大又は任意とし、石炭投入中には前記カメラのゲインとシャッター速度とを一定の値とすることが望ましい。これにより、輝度の比較ができるので、石炭のガス化時には、スラグの流動状況をより確実に監視できる。
【００１５】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記処理装置は、前記スラグホール観測手段から得られる画像の輝度に基づいて、前記スラグホール観測手段の入光部の汚れを判定し、前記入光部の汚れが許容できない場合には、当該入光部を洗浄する洗浄手段を起動することが望ましい。これにより、安定したスラグの流動状況の監視が実現できる。
【００１６】
本発明の好ましい態様としては、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置において、前記処理装置は、前記水面観測手段から得られる画像の輝度に基づいて、前記水面観測手段の入光部の汚れを判定し、前記入光部の汚れが許容できない場合には、当該入光部を洗浄する洗浄手段を起動することが望ましい。これにより、安定したスラグの流動状況の監視が実現できる。
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る石炭ガス化炉は、前記石炭ガス化炉のスラグ監視装置を備えることを特徴とする。この石炭ガス化炉は、上述した石炭ガス化炉のスラグ監視装置を備えるので、スラグ溶融バーナの無用な使用を回避して、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制できる。また、スラグ監視装置における判断情報の複雑化による信頼性向上と排出状況判断の高度化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、石炭ガス化炉において、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制すること、スラグ監視装置における判断情報の複雑化による信頼性向上と排出状況判断の高度化を図ることのうち少なくとも一つを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係る石炭ガス化炉のスラグ監視装置の全体構成図である。
【図２】図２は、スラグホールカメラ及び水面カメラによって得られた画像の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、スラグホールカメラ及び水面カメラによって得られた画像において着目する領域と評価パラメータとの対応を示す説明図である。
【図４】図４は、本実施形態において落下音を判定する方法の説明図である。
【図５】図５は、本実施形態において、スラグの流動状況を監視する際の評価ロジックの一例を示す図である。
【図６】図６は、スラグが固化して付着し堆積した箇所を判定するための評価ロジックを示す図である。
【図７】図７は、スラグが固化して付着し堆積した箇所を判定するための評価ロジックを示す図である。
【図８】図８は、スラグ溶融バーナを作動させるか否かを判定するための評価ロジックを示す図である。
【図９】図９は、スラグホールが閉塞するおそれのあることを判定するための評価ロジックを示す図である。
【図１０】図１０は、スラグ溜め内の固化スラグを監視する方法の説明図である。
【図１１】図１１は、スラグ溜め内の固化スラグを監視する方法の説明図である。
【図１２】図１２は、スラグ溜め内の固化スラグを監視するための評価ロジックを示す図である。
【図１３】図１３は、スラグホールカメラのゲイン及びシャッター速度を切り替える時期を説明するための図である。
【図１４】図１４は、スラグホールカメラや水面カメラがスラグ排出筒内を監視する際の構造を示す概略図である。
【図１５】図１５は、監視窓を洗浄することを判定するための評価ロジックを示す図である。
【図１６】図１６は、監視窓を洗浄することを判定するための評価ロジックを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下に開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る石炭ガス化炉のスラグ監視装置の全体構成図である。石炭ガス化炉のスラグ監視装置（以下、スラグ監視装置という）１００は、石炭ガス化炉１において石炭をガス化する過程で発生するスラグの流動状況を監視する装置である。石炭ガス化炉１は、石炭とガス化剤（空気、酸素富化空気、Ｏ２等）とが投入され、石炭を燃焼させるコンバスタ１Ｃと、石炭が投入されてこれをガス化させるリダクタ１Ｒと、コンバスタ１Ｃから排出されるスラグを回収するスラグ排出筒４とを含んで構成される。リダクタ１Ｒにおいては、コンバスタ１Ｃにおいて石炭が燃焼したことにより発生する高温により石炭の熱分解が行われ、炭素に酸素、水蒸気が反応してガス化される。
【００２２】
スラグ排出筒４は、図１に示すように、石炭ガス化炉１の下方（鉛直方向側）に設けられる。石炭ガス化炉１を構成するコンバスタ１Ｃの下部には、円錐状のスラグタップ２が設けられている。コンバスタ１Ｃで石炭が燃焼し、また、リダクタ１Ｒで石炭がガス化された後に生成される溶融状態のスラグは、スラグタップ２に設けられた円形のスラグホール３を介して排出される。スラグホール３の縁には、排出されるスラグの流出を案内する溝（流出案内溝）が複数（例えば２つ、１８０度間隔で対向する位置）形成される。流出案内溝の断面積は、２条のスラグ流が定常的に流下するように設計されている。スラグ排出筒４の下方には、冷却水５がある。スラグホール３から排出された溶融状態のスラグは、冷却水５に流下する。スラグ排出筒４の下部には、スラグ溜め７（ガス化炉からのスラグ排出装置（例えば、吹出管、弁、クラッシャー等）の許容寸法以上のスラグを分離する装置（例えばスクリーン等））が設けられており、冷却水５に落下して固化したスラグ（固化スラグ）８Ｒが溜められる。
【００２３】
スラグ監視装置１００は、スラグホール観測手段である第１カメラ（以下スラグホールカメラという）１１と、水面観測手段である第２カメラ（以下水面カメラという）１２と、処理装置２０とを含んで構成される。本実施形態において、スラグ監視装置１００は、さらにスラグ温度計測手段である分光計１０及びスラグ落下音観測手段である落下音センサ１３を備える。スラグホールカメラ１１は、溶融したスラグが流出するスラグホール３を撮像して観測する。水面カメラ１２は、スラグホール３から流出した、溶融したスラグがスラグ排出筒４の下方の冷却水５の水面５Ｈへ落下する様子を撮像して観測する。
【００２４】
落下音センサ１３は、スラグが冷却水５の水面５Ｈに落下した音を観測する。処理装置２０は、例えば、コンピュータで構成されており、スラグホールカメラ１１により観測されたスラグホール３の開口面積と、水面カメラ１２により観測されたスラグの落下筋及びスラグの水面５Ｈへの落下位置とに基づいて、スラグが固化して付着した箇所（固化付着箇所）を判定する。処理装置２０には、スラグを監視する監視手段（スラグホールカメラ１１や水面カメラ１２等）や、表示手段であるディスプレイ２１、音声発生手段であるスピーカ２２、制御対象機器ＣＡが接続される。
【００２５】
スラグホールカメラ１１は、スラグ排出筒４の側壁の外側に設けられている。スラグホールカメラ１１は、スラグ排出筒４の側壁に設けられているスラグホール監視窓を介してスラグホール３及びスラグホール３の周辺を撮像し、スラグホール画像を生成する。分光計１０は、スラグ排出筒４の側壁の外側に設けられている。分光計１０は、スラグホール３の中心部（微少域）を視野にして、スラグホール観察窓を通して、スラグホール３の中心部の温度を測定する。水面カメラ１２は、スラグ排出筒４の側壁の外側に設けられている。水面カメラ１２は、スラグ排出筒４の側壁に設けられている水面監視窓を介して冷却水５の水面５Ｈを撮像し、水面の画像を生成する。
【００２６】
スラグ落下音観測手段である落下音センサ１３は、冷却水５の水中に設けられている。落下音センサ１３としては、例えば、ハイドロホンを用いることができる。落下音センサ１３は、自身に入力される音を電気信号に変換して出力する。スラグホールカメラ１１は、画像処理ボード１１Ｂに接続されている。画像処理ボード１１Ｂは、スラグホールカメラ１１によって取得されたスラグホールの画像をディジタルデータ化する。これによって得られた画像を、スラグホール監視画像という。なお、スラグホール監視画像は、スラグホールの輝度分布データを含んでいる。スラグホールの輝度分布データは、スラグホール監視画像に含まれる各画素の輝度を示すデータで構成されている。
【００２７】
分光計１０は、専用ＩＦボード１０Ｂに接続されている。専用ＩＦボード１０Ｂは、分光計１０によって測定された、スラグホール３の中心温度を示す温度データを生成する。水面カメラ１２は、画像処理ボード１２Ｂに接続されている。画像処理ボード１２Ｂは、水面カメラ１２によって取得された水面の画像をディジタルデータ化する。これによって得られた画像を、水面監視画像という。なお、水面監視画像は、水面の輝度分布データを含んでいる。水面の輝度分布データは、水面監視画像に含まれる各画素の輝度で構成されている。
【００２８】
落下音センサ１３の出力は、増幅器１３Ａに入力される。増幅器１３Ａは、落下音センサ１３が出力する電気信号を増幅する。増幅器１３Ａの出力は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３Ｆに入力される。ＢＰＦ１３Ｆは、増幅器１３Ａの出力のうち、冷却水５にスラグが落下することによって発生する落下音の帯域の成分を含む所定の監視帯域の信号を通過させて出力する。ＢＰＦ１３Ｆの出力は、Ａ／Ｄ変換器１３Ｃに入力される。Ａ／Ｄ変換器１３Ｃは、ＢＰＦ１３Ｆが出力するアナログ信号をディジタル化する。Ａ／Ｄ変換器１３Ｃは、落下音センサ１３が取得する音のうち、スラグが冷却水５に落下することによって発生する音の帯域を含む所定の監視帯域の成分のディジタルデータを出力することになる。このディジタルデータを、以下、水中音監視データという。
【００２９】
スラグ溜め７の周囲には、スラグ溜め７の冷却水５中に存在する固化したスラグ（固化スラグ）８Ｒを観測する水中スラグ観測手段１４が設けられる。水中スラグ観測手段１４は、落下音センサ１３の下方に配置される。本実施形態において、水中スラグ観測手段１４は、検出波を発信する複数（本実施形態では４個）の送波センサ１４Ｔと、送波センサ１４Ｔが発信した検出波を受信する、複数（本実施形態では４個）の受波センサ１４Ｒとで構成される。水中スラグ観測手段１４は、送波センサ１４Ｔから発信した検出波の減衰度合いを受波センサ１４Ｒで検出することにより、スラグ溜め７内の固化スラグ８Ｒを観測する。固化スラグ８Ｒの存在により、検出波が減衰することを利用して、送波センサ１４Ｔから発信された検出波が大きく減衰している受波センサ１４Ｒが存在する場合、この受波センサ１４Ｒと、検出波を発信した送波センサ１４Ｔとの間に固化スラグ８Ｒが存在すると判定できる。
【００３０】
送波センサ１４Ｔには、増幅器１４ＴＡが接続され、増幅器１４ＴＡにはＤ／Ａ変換器１４ＴＣが接続され、Ｄ／Ａ変換器１４ＴＣは処理装置２０に接続される。スラグ溜め７内の固化スラグ８Ｒを観測する場合、処理装置２０は、検出波の発信命令を発信する。この命令により、所定の周波数（例えば、１２０ｋＨｚの超音波）の検出波を発生させる信号（検出波発生信号）が生成される。検出波発生信号は、Ｄ／Ａ変換器１４ＴＣでアナログデータに変換され、増幅器１４ＴＡで増幅されて、送波センサ１４Ｔへ入力される。この入力により、送波センサ１４Ｔは、検出波発生信号に対応する周波数の検出波を発信する。
【００３１】
送波センサ１４Ｔが発信した検出波を受信した受波センサ１４Ｒは、検出波受信信号を出力する。この出力は、増幅器１４ＲＡに入力される。増幅器１４ＲＡは、受波センサ１４Ｒが出力する電気信号を増幅する。増幅器１４ＲＡの出力は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４ＲＦに入力される。ＢＰＦ１４ＲＦは、増幅器１４ＲＡの出力のうち、不要な周波数帯域を除去して出力する。ＢＰＦ１４ＲＦの出力は、Ａ／Ｄ変換器１４ＲＣに入力される。Ａ／Ｄ変換器１４ＲＣは、ＢＰＦ１４ＲＦが出力するアナログ信号をディジタル化して、処理装置２０へ入力する。このディジタルデータを、以下、固化スラグ監視データという。
【００３２】
画像処理ボード１１Ｂ、専用ＩＦボード１０Ｂ、画像処理ボード１２Ｂ、及びＡ／Ｄ変換器１３Ｃは、処理装置２０に接続される。処理装置２０は、少なくともスラグホール輝度分布データ、水面輝度分布データ、及び水中音監視データからスラグの排出状態を監視し、診断する。このとき、処理装置２０は、必要に応じて温度データも用いる。処理装置２０は、監視、診断の結果、必要があると判断したときには、スラグ溶融バーナ点火指令を出力してスラグホール３の周囲に設けられるスラグ溶融バーナ６（制御対象機器ＣＡに相当する）を点火して作動させ、また、ディスプレイ２１やスピーカ２２を用いて、各種の警報出力を出力する。
【００３３】
図２は、スラグホールカメラ及び水面カメラによって得られた画像の一例を示す模式図である。図３は、スラグホールカメラ及び水面カメラによって得られた画像において着目する領域と評価パラメータとの対応を示す説明図である。図２には、スラグホールカメラ１１によって取得されたスラグホール監視画像９Ｈと、水面カメラ１２によって取得された水面監視画像９Ｗとが示されている。
【００３４】
スラグホール監視画像９Ｈには、スラグホール３とその周辺とが含まれており、水面監視画像９Ｗには、水面５Ｈが含まれている。スラグホール監視画像９Ｈ及び水面監視画像９Ｗには、スラグの流動状況を監視するにあたって、着目する領域ＲＯＩ（１）〜ＲＯＩ（５）が設定される（ＲＯＩ：Region Of Interest）。また、スラグの流動状況を監視する場合、スラグホール３から流下するスラグの筋（スラグ筋）８Ａ、８Ｂを検出し、これに着目する。スラグ筋８Ａ、８Ｂを検出する場合、処理装置２０は、スラグホール監視画像９Ｈ及び水面監視画像９Ｗの所定位置に配置したスラグ筋検出位置ＳＬにおいて、それぞれの画像における輝度に基づきスラグ筋８Ａ、８Ｂの有無や位置を検出する。
【００３５】
ＲＯＩ（１）には、スラグが流れ出るスラグホール３と、流れ出たスラグ筋８Ａ、８Ｂとが写される。したがって、ＲＯＩ（１）には、スラグホール３と、スラグホール３の直下のスラグ流との状態とが現れる。ＲＯＩ（２）は、スラグホール３に概ね重なる矩形状領域である。ＲＯＩ（２）には、スラグホール３の状態が写される。したがって、ＲＯＩ（２）には、スラグホール３の状態が現れる。なお、スラグホール監視画像９Ｈを生成するスラグホールカメラ１１は、スラグホール３を斜めから撮像するので、スラグホール３は、スラグホール監視画像９Ｈにおいては楕円形に写される。
【００３６】
ＲＯＩ（３）は、矩形状領域であって、水面５Ｈにスラグが落下する領域である。ＲＯＩ（３）には、２本のスラグ筋８Ａ、８Ｂが写される。したがって、ＲＯＩ（３）には、水面５Ｈに落下するスラグ流の状態が現れる。なお、スラグ筋の本数は、スラグホール３の縁に形成される、上述した流出案内溝の本数による。本実施形態では、２本の流出案内溝を備えるので、異常がない場合、２本のスラグ筋８Ａ、８Ｂがスラグホール３から流下する。
【００３７】
ＲＯＩ（４）は、矩形状の領域であって、スラグホール３から流下するスラグ筋８Ａ、８Ｂのうち、一方のスラグ筋８Ａが水面５Ｈに落下する領域である。したがって、ＲＯＩ（４）には、水面５Ｈに落下する一方のスラグ流の状態が現れる。また、ＲＯＩ（５）は、矩形状の領域であって、スラグホール３から流下するスラグ筋８Ａ、８Ｂのうち、もう一方のスラグ筋８Ｂが水面５Ｈに落下する領域である。したがって、ＲＯＩ（５）には、水面５Ｈに落下するもう一方のスラグ流の状態が現れる。
【００３８】
スラグホール３側の画像、すなわち、スラグホール監視画像９Ｈでは、ＲＯＩ（１）、ＲＯＩ（２）及びスラグ筋検出位置ＳＬにおいて、それぞれの評価パラメータを用いてスラグの流動状況が監視される。ＲＯＩ（１）において、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、高輝度面積及び低輝度面積である。ＲＯＩ（１）の高輝度面積とは、スラグ監視画像に規定されたＲＯＩ（１）において、所定値よりも輝度が高い領域の面積である。また、ＲＯＩ（１）の低輝度面積とは、スラグ監視画像に規定されたＲＯＩ（１）において、所定値よりも輝度が低い領域の面積である。
【００３９】
ＲＯＩ（２）において、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、開口部高輝度面積である。ＲＯＩ（２）の開口部高輝度面積とは、スラグホール監視画像９Ｈに規定された、スラグホール３の開口部を示すＲＯＩ（２）において、所定値よりも輝度が高い領域の面積である。スラグ筋検出位置ＳＬにおいて、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、スラグホール３から流下するスラグ筋の本数である。
【００４０】
水面５Ｈ側の画像、すなわち、水面監視画像９Ｗでは、ＲＯＩ（３）、ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）及びスラグ筋検出位置ＳＬにおいて、それぞれの評価パラメータを用いてスラグの流動状況が監視される。ＲＯＩ（３）において、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、輝度変動率及び低輝度面積である。ＲＯＩ（３）の輝度変動率とは、水面監視画像に規定されたＲＯＩ（３）において、処理周期毎の輝度の変動量である。また、ＲＯＩ（３）の低輝度面積とは、水面監視画像に規定されたＲＯＩ（３）において、所定値よりも輝度が低い領域の面積である。
【００４１】
ＲＯＩ（４）及びＲＯＩ（５）において、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、高輝度面積である。ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）の高輝度面積とは、水面監視画像９Ｗに規定された、スラグ筋８Ａ、８Ｂが水面５Ｈへ落下する領域を示すＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）において、所定値よりも輝度が高い領域の面積である。スラグ筋検出位置ＳＬにおいて、スラグの流動状況を監視する際に用いられる評価パラメータは、スラグホール３から流下するスラグ筋の本数である。
【００４２】
図４は、本実施形態において落下音を判定する方法の説明図である。本実施形態において、処理装置２０は、落下音センサ１３により検出される落下音から、スラグホール３からスラグが連続して落下しているか、断続的に落下しているか、あるいは落下していないかを判定する。本実施形態では、落下音センサ１３により検出される落下音の周波数ｆがバンドＡ又はバンドＢに入っている場合に、前記落下音の音圧に基づいて、スラグの落下状況が判定される。ここで、バンドＡの周波数帯域はｆ１以上ｆ２以下であり、バンドＢの周波数帯域は、ｆ３以上ｆ４以下である（ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４）。
【００４３】
処理装置２０は、落下音センサ１３により取得された落下音の周波数ｆを取得し、この周波数ｆがバンドＡ又はバンドＢに入っており、かつ前記落下音の音圧が第１閾値ｈ１よりも小さい場合には、スラグは未落下であると判定する。また、処理装置２０は、落下音の周波数ｆがバンドＡ又はバンドＢに入っており、かつ前記落下音の音圧が第１閾値ｈ１以上で第２閾値ｈ２よりも小さい場合には、スラグは連続落下であると判定する。また、処理装置２０は、落下音の周波数ｆがバンドＡ又はバンドＢに入っており、かつ前記落下音の音圧が第２閾値ｈ２よりも大きい場合には、スラグは断続落下であると判定する。ここで、本実施形態において、第１閾値ｈ１及び第２閾値ｈ２は、周波数の増加とともに大きくなる。
【００４４】
図５は、本実施形態において、スラグの流動状況を監視する際の評価ロジックの一例を示す図である。本実施形態において、次の（１）〜（４）のＡＮＤがＮ回繰り返された場合、処理装置２０は、スラグ流動が安定していると判定する（Ｊ１）。
（１）スラグホールカメラ１１が正常であること。
（２）水面カメラ１２が正常であること。
（３）落下音センサ１３が正常であること。
（４）条件（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のうち、少なくとも一つが成立すること。
【００４５】
ここで、条件（ａ）は、スラグホール３側においてスラグ筋が１よりも多く、かつＲＯＩ（１）の高輝度面積が設定値よりも大きいことであり、条件（ｂ）は、落下音が連続又は断続であることであり、条件（ｃ）は、水面５Ｈ側においてスラグ筋が１よりも多いこと、あるいはＲＯＩ（３）の輝度変動量が設定値よりも大きいことのうち少なくとも一方が成立することである。
【００４６】
また、上述した（１）〜（３）と、次の（５）とのＡＮＤがＮ回繰り返される場合、処理装置２０は、スラグ流動が不安定になる傾向があると判定して、スラグ流動の注意を促す（Ｊ２）。
（５）上述した条件（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が一つも成立しないこと。
【００４７】
スラグホールカメラ１１、水面カメラ１２、落下音センサ１３のうち少なくとも一つが故障した場合、処理装置２０は、正常に動作しているものから得られる情報に基づき、スラグの流動状況の監視を継続する。例えば、処理装置２０は、落下音センサ１３が故障した場合、落下音センサ１３から得られるスラグの落下状態の情報、及び落下音センサが正常か否かの情報は用いないで、スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２から得られる情報のみを用いてスラグの流動状況を監視する。
【００４８】
この場合、図５に示す評価ロジックから、落下音センサ１３から得られる情報を除いて再構築された評価ロジックを用いてスラグの流動状況が監視される。同様に、水面カメラ１２が故障した場合には、図５に示す評価ロジックから、水面カメラ１２から得られる情報を除いて再構築された評価ロジックを用いてスラグの流動状況が監視される。また、水面カメラ１２及び落下音センサ１３の両方が故障した場合、図５に示す評価ロジックから、落下音センサ１３から得られる情報及び水面カメラ１２から得られる情報を除いて再構築された評価ロジックを用いてスラグの流動状況が監視される。
【００４９】
このように、本実施形態では、スラグホールカメラ１１、水面カメラ１２、落下音センサ１３のうち少なくとも一つが故障した場合、正常に動作しているものから得られる情報に基づき、スラグの流動状況の監視を継続する。これにより、監視の精度は多少低下するものの、石炭ガス化炉１の運転を停止しなくてもよい。なお、スラグホールカメラ１１、水面カメラ１２、落下音センサ１３のうち少なくとも一つが故障した場合、正常に動作しているものから得られる情報に基づき、スラグの流動状況の監視を継続することは、以下の例においても同様である。
【００５０】
［固化付着箇所判定］
図６、図７は、スラグが固化して付着し堆積した箇所を判定するための評価ロジックを示す図である。本実施形態において、処理装置２０は、スラグホールカメラ１１により観測されたスラグホール３の開口面積と、水面カメラ１２により観測されたスラグの落下筋及びスラグの落下位置とに基づいて、スラグが固化して付着し堆積した箇所（固化付着箇所）を判定する。より具体的には、次の条件（６）、（７）がすべて成立すること、及び条件（８）〜（１０）のいずれか一つが成立することの両方がＮ回続いた場合（図６参照）、処理装置２０は、スラグホール３にスラグは堆積していないが、スラグホール３の周辺にスラグが固化付着して堆積し、スラグ溶融バーナ６を作動させても堆積したスラグを取り除くことができないと判定する。この場合、処理装置２０は、スラグ溶融バーナ６の点火指令を発信しない（Ｊ３１）。
【００５１】
また、条件（６）、（７）がすべて成立すること、及び条件（８）〜（１０）がすべて成立しないことの両方がＮ回続いた場合（図６参照）、処理装置２０は、スラグホール３にスラグが堆積していると判定し、スラグ溶融バーナ６の点火指令を発信する（Ｊ３２）。
【００５２】
（６）ＲＯＩ（２）の開口部高輝度部面積が、設定値（１）よりも小さいこと。
（７）スラグホールカメラ１１が正常であること。
（８）水面カメラ１２が正常で、かつＲＯＩ（４）の高輝度面積率が設定値よりも大きいこと。
（９）水面カメラ１２が正常で、かつＲＯＩ（５）の高輝度面積率が設定値よりも大きいこと。
（１０）水面カメラ１２が正常で、かつ水面カメラ１２によって得られる、水面５Ｈへ落下するスラグ筋が所定の本数（本実施形態では２本）であること。
【００５３】
ここで、条件（１０）における所定の本数は、スラグホール３の縁に形成される流出案内溝の本数に依存する（以下同様）。監視窓とスラグホール３との中間部にスラグがある場合において、スラグホールの二つの流出案内溝からスラグが流下しているときには、水面への着水点は略定位置（ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）内）であるが、スラグホール３にスラグが堆積すると、スラグの流下位置が変化し、流出案内溝に関係なく流下するため、確率的に水面への落下位置は定位置（ＲＯＩ（４）、ＲＯＩ（５）内）とはならない。このため、上述したように、スラグホール３にスラグが堆積したことと、スラグホール３にスラグは堆積していないが、スラグホール３の周辺にスラグが固化付着して堆積していることとを判定できる。
【００５４】
また、図７に示すように、さらに、落下音センサ１３から得られる情報を追加して、スラグの固化付着箇所を判定してもよい。より具体的には、条件（６）、（７）がすべて成立すること、及び条件（８）〜（１１）のいずれか一つが成立することの両方がＮ回続いた場合（図７参照）、処理装置２０は、スラグホール３にスラグは堆積していないが、スラグホール３の周辺にスラグが固化付着して堆積し、スラグ溶融バーナ６を作動させても堆積したスラグを取り除くことができないと判定する。この場合、処理装置２０は、スラグ溶融バーナ６の点火指令を発信しない（Ｊ３１）。また、条件（６）、（７）がすべて成立すること、及び条件（８）〜（１１）がすべて成立しないことの両方がＮ回続いた場合（図７参照）、処理装置２０は、スラグホール３にスラグが堆積していると判定し、スラグ溶融バーナ６の点火指令を発信する（Ｊ３２）。
（１１）落下音センサ１３が正常で、かつ落下音センサ１３によって検出された落下音が連続又は断続であること。
【００５５】
図７に示す判定ロジックは、図６に示す判定ロジックに落下音センサによる判定を追加したものである。これは、スラグの流下を判定する際の信頼性向上を考慮したものである。水面へのスラグの流下が定位置であれば、落下音は応答する。このとき、落下音センサが異常の場合には、自動的に図６に示す判定ロジックを用いて、スラグが固化して付着し堆積した箇所を判定する。
【００５６】
処理装置２０が、スラグホール３にスラグは堆積していないが、スラグホール３の周辺にスラグが固化付着して堆積した場合、処理装置２０は、例えば、ディスプレイ２１にその旨を表示させる。この場合、スラグ溶融バーナ６を作動させても堆積したスラグを取り除くことができない。このため、例えば、スラグホール３の周辺にスラグが堆積しやすい場所を予め調査しておき、その部分にスラグを溶融させる加熱手段を配置して、これを作動させることにより、スラグホール３の周辺に堆積したスラグを取り除く。
【００５７】
このように、本実施形態では、スラグの固化付着箇所が判定できるので、スラグホール３にスラグが堆積した場合にはスラグ溶融バーナ６を作動させ、スラグホール３から離れた箇所にスラグが堆積している場合にはスラグ溶融バーナ６を作動させないように制御できる。これによって、スラグ溶融バーナ６では堆積しているスラグを溶融できない場合、スラグ溶融バーナ６を作動させないので、スラグ溶融バーナ６の無駄な使用を回避して、スラグ溶融バーナ６の耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制できる。
【００５８】
なお、スラグの固化付着箇所を判定する場合、処理装置２０は、通常はスラグホールカメラ１１、水面カメラ１２及び落下音センサ１３を用いて（図７の評価ロジック）、スラグの固化付着箇所を判定し、落下音センサ１３が故障等した場合には、スラグホールカメラ１１及び水面カメラ１２のみを用いて（図６の評価ロジック）、スラグの固化付着箇所を判定してもよい。このようにすれば、落下音センサ１３が正常である場合には、より精度の高い判定が可能になるとともに、落下音センサ１３に異常が発生した場合であってもスラグの固化付着箇所を判定できるので、石炭ガス化炉１を停止しなくてもよい。
【００５９】
図８は、スラグ溶融バーナを作動させるか否かを判定するための評価ロジックを示す図である。図８に示すように、次の（１２）、（１３）の条件がすべて満たされる場合が連続してＮ回発生した場合、処理装置２０は、スラグの固化付着箇所はスラグホール３であると判定し、スラグ溶融バーナ６の点火を促す（図８のＪ４）。
（１２）スラグホールカメラ１１によって取得されるＲＯＩ（２）の開口部高輝度面積が第１の設定値よりも小さいこと。
（１３）スラグホールカメラ１１が正常であること。
スラグホール３の開口部高輝度面積が小さくなっているのは、スラグホール３がスラグの堆積により閉塞していることが原因であると考えられ、前記開口部高輝度面積が第１の設定値よりも小さい場合、処理装置２０は、スラグホール３へのスラグの堆積が許容できないと判定する。この場合、処理装置２０は、ディスプレイ２１やスピーカ２２により、スラグ溶融バーナ６の点火を促す旨を報知する。作業者は、この報知を受けて、スラグ溶融バーナ６を点火して作動させ、スラグホール３に堆積したスラグを取り除く。このように、スラグホール３にスラグが堆積したことを予め報知するので、石炭ガス化炉１を安定して運転できる。なお、上記条件（１２）、（１３）が連続してＮ回満たされた場合、処理装置２０は、自動的にスラグ溶融バーナ６を点火し、作動させてもよい。
【００６０】
図９は、スラグホールが閉塞するおそれのあることを判定するための評価ロジックを示す図である。図９に示すように、次の（１４）、（１５）の条件がすべて満たされる場合が連続してＮ回発生した場合、処理装置２０は、スラグホール３が閉塞するおそれがあると判定し（図９のＪ５）、その旨を報知する。
（１４）スラグホールカメラ１１によって取得されるＲＯＩ（２）の開口部高輝度面積が第２の設定値よりも小さいこと。
（１５）スラグホールカメラ１１が正常であること。
スラグホール３の開口部高輝度面積が第２の設定値よりも小さい場合、処理装置２０は、スラグホール３が閉塞するおそれがあると判定する。この場合、処理装置２０は、ディスプレイ２１やスピーカ２２により、スラグホール３が閉塞するおそれがあることを報知する。これによって、作業者は、例えば、石炭ガス化炉１の運転条件を変更し、かつスラグ溶融バーナ６を点火してスラグを溶融させることによって、スラグホール３に堆積したスラグを取り除く。このように、スラグホール３が閉塞するおそれがあることを予め報知するので、石炭ガス化炉１を安定して運転できる。
【００６１】
［冷却水中に存在する固化スラグの監視］
図１０、図１１は、スラグ溜め内の固化スラグを監視する方法の説明図である。上述したように、スラグ溜め７の冷却水５中に存在する固化スラグ８Ｒは、水中スラグ観測手段１４により観測される。図１０に示すように、水中スラグ観測手段１４は、複数の送波センサ１４Ｔ１、１４Ｔ２、１４Ｔ３、１４Ｔ４と、複数の受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４とで構成される。処理装置２０は、複数の受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４によって検出される前記検出波の経路の数で、固化スラグ８Ｒの堆積を評価する。ここで、本実施形態において、受波センサ及び送波センサが配列される方向は水平方向であるが、これに限定されず、受波センサ及び送波センサを垂直方向に配列してもよいし、受波センサと送波センサとを互い違いに配列してもよい。
【００６２】
本実施形態では、それぞれの送波センサ１４Ｔ１、１４Ｔ２、１４Ｔ３、１４Ｔ４がスラグ溜め７内の冷却水５に向かって発信した検出波を、それぞれの受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４が受信する。検出波を発信した送波センサと、発信された検出波を受信した受波センサとを結ぶ直線が、検出波が通過した経路となる。スラグ溜め７内に固化スラグ８Ｒが存在する場合、固化スラグ８Ｒを通過する検出波は、固化スラグ８Ｒが存在しない場所を通過する検出波よりも減衰の程度が大きくなる。すなわち、検出波の経路が固化スラグ８Ｒによって遮断されることになる。
【００６３】
したがって、固化スラグ８Ｒを通過した検出波を受信した送波センサは、固化スラグ８Ｒを通過しない検出波を受信した送波センサよりも、低い音圧の検出波を検出することになる。これは、検出された、あるいは遮断された検出波の経路の数によって、固化スラグ８Ｒの存在を検出できることを意味する。処理装置２０は、受波センサが検出した検出波の音圧に基づき、検出波を発信した送波センサ（検出波の経路が検出される）と、他よりも低い音圧の検出波を検出した受波センサ（検出波の経路が検出されない）との間に、固化スラグ８Ｒが存在すると判定できる。また、遮断された検出波の経路により、固化スラグ８Ｒの大きさも推定できる。
【００６４】
図１０に示す例では、送波センサ１４Ｔ１が発信した検出波は、すべての受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４で検出される。したがって、送波センサ１４Ｔ１と、それぞれの受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４との間に検出波の経路が形成される。一方、送波センサ１４Ｔ４が発信した検出波は、受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２では検出されるが、受波センサ１４Ｒ３、１４Ｒ４では検出されない（あるいは音圧レベルが受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２よりも低い）。
【００６５】
この場合、送波センサ１４Ｔ４と、それぞれの受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２との間には検出波の経路が形成されるが、送波センサ１４Ｔ４と、それぞれの受波センサ１４Ｒ３、１４Ｒ４との間には検出波の経路が形成されない。したがって、処理装置２０は、この結果から、送波センサ１４Ｔ４と、それぞれの受波センサ１４Ｒ３、１４Ｒ４との間に固化スラグ８Ｒが存在すると判定し、固化スラグ８Ｒの高さ（鉛直方向における寸法）は、送波センサ１４Ｔ４と受波センサ１４Ｒ３との間に形成される検出波の経路よりも小さいと推定する。
【００６６】
通常、送波センサは、検出波を発信できるとともに、検出波を受信できる機能を有する。同様に、受波センサは、検出波を受信できるとともに、検出波を発信できる機能を有する。したがって、図１０に示す例においては、検出波を送受信できる第１の送受波センサとして送波センサ１４Ｔ１、１４Ｔ２、１４Ｔ３、１４Ｔ４を用い、検出波を送受信できる第２の送受波センサとして受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４を用いて水中スラグ観測手段１４を構成してもよい。この場合、処理装置２０は、第１の送受波センサと第２の送受波センサとの間で送信と受信との関係を切り替え、それぞれの関係において検出された検出波の経路の数に基づいて、冷却水５の中に存在する固化スラグ８Ｒの堆積を評価する。
【００６７】
送波センサと受波センサとの間における送信と受信との関係は固定されるので、固化スラグ８Ｒが、送波センサ側、あるいは受波センサ側に偏在している場合、固化スラグ８Ｒの大きさや場所の検出精度が低下する場合がある。この場合、上述したように第１の送受波センサと第２の送受波センサとの間で送信と受信との関係を切り替えることによって検出された検出波の経路を用いることにより、固化スラグ８Ｒの大きさや場所の検出精度の低下を抑制できる。
【００６８】
図１１に示す水中スラグ観測手段１４ａは、一つの送波センサ１４Ｔ１と、複数の受波センサ１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４とを用い、送波センサ１４Ｔ１の位置を鉛直方向と平行な方向（図１１の矢印Ｍ方向）へ移動させ、所定の場所で送波センサ１４Ｔに検出波を発信させることにより、冷却水５の中に存在する固化スラグ８Ｒの堆積を評価する。例えば、図１０に示す送波センサ１４Ｔ１、１４Ｔ２、１４Ｔ３、１４Ｔ４のそれぞれの位置に送波センサ１４Ｔ１を移動させ、それぞれの位置で検出波を発信させれば、図１０に示す水中スラグ観測手段１４ａと同様の効果が得られる。図１１に示す水中スラグ観測手段１４ａは、送波センサが１個で済むので、水中スラグ観測手段１４ａの製造コストを低減できる。
【００６９】
図１２は、スラグ溜め内の固化スラグを監視するための評価ロジックを示す図である。図１２に示すように、次の（１６）、（１７）の条件がすべて満たされる場合、処理装置２０は、スラグ溜め７内の固化スラグ８Ｒを破砕する時期であると判定し、スラグクラッシャを作動させる旨、報知する（図１２のＪ６）。作業者は、この報知を受けて、スラグクラッシャを作動させ、スラグ溜め７内の固化スラグ８Ｒを破砕させて、スラグ溜め７から排出させる。
（１６）水中スラグ観測手段１４等により検出された検知経路率（所定強度の検出波を検出した受波センサ１４Ｒの数／全受波センサ１４Ｒの数）が設定値よりも大きく、所定の大きさを超える固化スラグ８Ｒがスラグ溜め７に存在すると判定できること。
（１７）水中スラグ観測手段１４等が正常であること。
【００７０】
また、図１２に示すように、次の（１８）、（１９）の条件がすべて満たされる場合がＮ回連続で発生すると、処理装置２０は、スラグ溜め７内にスラグブリッジが存在すると判定し、その旨、報知する（図１２のＪ７）。
（１８）水面カメラ１２が正常であること。
（１９）水面カメラ１２によって取得されたＲＯＩ（４）の高輝度面積が設定値よりも大きいか、水面カメラ１２によって取得されたＲＯＩ（５）の高輝度面積が設定値よりも大きいかのうち、少なくとも一方が成立すること。
【００７１】
また、図１２に示すように、次の（２０）、（２１）の条件がすべて満たされる場合、処理装置２０は、スラグ溜め７内の固化スラグ８Ｒを検出する機器が故障したと判定する（図１２のＪ８）。この場合、作業者は、故障した機器を修理あるいは交換する。
（２０）水中スラグ観測手段１４等が正常でない、すなわち異常であること。
（２１）水面カメラ１２が正常でない、すなわち異常であること。
【００７２】
なお、処理装置２０は、落下音センサ１３に異常が発生した場合、水中スラグ観測手段１４又は１４ａで、スラグが水面５Ｈに落下した音を観測してもよい。例えば、水中スラグ観測手段１４は、複数の送波センサと受波センサとを備えているので、例えば、これらの送波、受波センサの一つをスラグ落下音検出手段に利用して、スラグが水面５Ｈに落下する音を検出する。また、水中スラグ観測手段１４ａは、送波センサが１個であるが、１個の送波センサを、時分割によりスラグ落下音検出手段及び水中スラグ観測手段１４ａとして共用してもよい。これによって、落下音センサ１３に異常が発生した場合であっても、スラグの流動状況の監視を継続できるので、石炭ガス化炉１の運転を停止するおそれが低減できる。
【００７３】
［カメラのゲイン及びシャッター速度の切り替え］
図１３は、スラグホールカメラのゲイン及びシャッター速度を切り替える時期を説明するための図である。本実施形態においては、スラグホール観測手段であるスラグホールカメラ１１のゲイン及びシャッター速度が、条件に応じて次のように切り替えられる。処理装置２０は、石炭ガス化炉１の起動バーナが点火している最中（図１３のｔ１〜ｔ３の間）には、スラグホールカメラ１１のゲインを自動調整モードとし、かつスラグホールカメラ１１シャッター速度を最大又は任意とする。
【００７４】
そして、石炭ガス化炉１に石炭が投入されている最中（図１３のｔ２以降）には、スラグホールカメラ１１のゲインとシャッター速度とを一定の値とする。より具体的には、起動バーナが消火して（ｔ＝ｔ３）から所定の時間が経過した時点（ｔ＝ｔ４）で、スラグホールカメラ１１のゲインとシャッター速度とが一定の値へ切り替えられる。このように、所定の時間を設けるのは、コンバスタ１Ｃ内における石炭の燃焼が安定するのを待つためである。
【００７５】
図１３に示す例では、石炭の投入が開始され、かつ起動バーナが消火した場合に、スラグホールカメラ１１のゲインとシャッター速度とが一定の値へ切り替えられる。起動バーナが消火してから石炭が投入される場合には、石炭の投入が開始されてからスラグホールカメラ１１のゲインとシャッター速度とが一定の値へ切り替えられるようにしてもよい。
【００７６】
石炭の投入が開始されると、石炭ガス化炉１が石炭ガスを生成し始めるので、スラグが生成される。したがって、スラグの流動状況を監視する必要がある。この場合、スラグホール３を観測するスラグホールカメラのゲインやシャッター速度が自動に変更されると、輝度の変化を評価できなくなるので、スラグの流動状況を監視する場合には、スラグホールカメラ１１のゲイン及びシャッター速度を一定の値に切り替える。これによって、スラグの流動状況を確実に、かつ精度よく監視できる。なお、水面カメラ１２についても、スラグホールカメラ１１と同様にゲイン及びシャッター速度を変更してもよい。
【００７７】
［洗浄］
図１４は、スラグホールカメラや水面カメラがスラグ排出筒内を監視する際の構造を示す概略図である。図１４に示すように、スラグ排出筒４の壁面４Ｗから、スラグホール３や水面５Ｈを監視するための保護筒３０が突出している。保護筒３０のスラグ排出筒４の内部側には、スラグホールカメラ１１や水面カメラ１２、あるいは分光計１０の入光部である監視窓３１が取り付けられており、その内側（保護筒３０側）には、光ファイバ３３が配置される。光ファイバ３３は、スラグホールカメラ１１や水面カメラ１２、あるいは分光計１０の受光部まで引き回されている。このように、スラグホールカメラ１１や水面カメラ１２、あるいは分光計１０は、監視窓３１及び光ファイバ３３を介して、スラグ排出筒４の内部を監視する。
【００７８】
スラグ排出筒４の内部に配置される監視窓３１の表面３２は、スラグや塵等で汚れやすい。このため、定期的に洗浄ノズル３４から洗浄液（例えば水）を監視窓３１へ吹き付けて、監視窓３１の表面３２を洗浄する。これによって、スラグホールカメラ１１や水面カメラ１２、あるいは分光計１０により、スラグ排出筒４の内部におけるスラグの流動状況を確実にかつ安定して監視できる。本実施形態において、後述するように、処理装置２０は、スラグホールカメラ１１あるいは水面カメラから得られる画像の輝度に基づいて、コンバスタ１Ｃ内におけるスラグホールカメラ１１や水面カメラ１２、あるいは分光計１０の入光部の汚れを判定する。ここで、洗浄ノズル３４は、監視窓３１を取り付けた保護筒３０に一体化した構造でもよい。好ましくは、監視窓３１の表面３２に常温シール用ガスを投入し、表面３２の汚れを検出した場合、洗浄ノズル３４から洗浄液を吹き出して洗浄する。さらに、洗浄後、洗浄ノズル３４の内部や監視窓３１の表面３２の残留液を除去するためのパージガスを噴出させることが効果的である。なお、パージガスは、シール用ガスノズルと共用してもよい。
【００７９】
図１５、図１６は、監視窓を洗浄することを判定するための評価ロジックを示す図である。図１５に示すように、次の（２２）〜（２６）の条件がすべて満たされる状態がＮ回連続して発生すると、処理装置２０は、スラグホールカメラ１１の監視窓を洗浄する時期であると判定し、ディスプレイ２１やスピーカ２２でその旨を報知する（図１５のＪ９）。この場合、作業者は、スラグホールカメラ１１の監視窓を洗浄する洗浄ノズルを作動させて、前記監視窓を洗浄する。なお、処理装置２０が、スラグホールカメラ１１の監視窓を洗浄する時期であると判定したら、処理装置２０がスラグホールカメラ１１の監視窓を洗浄する洗浄ノズルを作動させて、前記監視窓を洗浄させるようにしてもよい。
【００８０】
（２２）スラグホールカメラ１１により取得されるＲＯＩ（２）において、輝度が所定の値以下である領域の面積が、設定値よりも大きいこと。
（２３）スラグホールカメラ１１が正常であること。
（２４）次の条件（ｄ）と（ｅ）との少なくとも一方が成立すること。ここで条件（ｄ）は、スラグホールカメラ１１によって検出されるスラグ筋の数が１よりも大きいことと、水面カメラにより取得されるＲＯＩ（３）の輝度変動量が設定値よりも大きいこととのうち、少なくとも一方が成立することであり、条件（ｅ）は、落下音センサ１３により検出されるスラグの落下音が連続又は断続であることである。
（２５）水面カメラ１２が正常であること。
（２６）落下音センサ１３が正常であること。
【００８１】
また、図１６に示すように、次の（２７）〜（３１）の条件がすべて満たされる状態がＮ回連続して発生すると、処理装置２０は、水面カメラ１２の監視窓を洗浄する時期であると判定し、ディスプレイ２１やスピーカ２２でその旨を報知する（図１６のＪ１０）。この場合、作業者は、水面カメラ１２の監視窓を洗浄する洗浄ノズルを作動させて、前記監視窓を洗浄する。なお、処理装置２０が、水面カメラ１２の監視窓を洗浄する時期であると判定したら、処理装置２０が水面カメラ１２の監視窓を洗浄する洗浄ノズルを作動させて、前記監視窓を洗浄させるようにしてもよい。
【００８２】
（２７）水面カメラ１２により取得されるＲＯＩ（３）において、輝度が所定の値以下である領域の面積が、設定値よりも大きいこと。
（２８）水面カメラ１２が正常であること。
（２９）スラグホールカメラ１１によって検出されるスラグ筋の数が１よりも大きいこと、落下音センサ１３により検出されるスラグの落下音が連続又は断続であることのうち、少なくとも一つが成立すること。
（３０）スラグホールカメラ１１が正常であること。
（３１）落下音センサ１３が正常であること。
【００８３】
以上、本実施形態では、スラグホール観測手段により観測されたスラグホールの開口面積と、水面観測手段により観測されたスラグの落下筋及びスラグの落下位置とに基づいて、スラグの固化付着箇所を判定する。これによって、スラグ溶融バーナを用いてもスラグを取り除けない箇所にスラグが固化付着している場合には、スラグ溶融バーナの無用な使用を回避できる。その結果、石炭ガス化炉において、スラグ溶融バーナの耐久性低下及び燃料消費の増加を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係る石炭ガス化炉のスラグ監視装置及び石炭ガス化炉は、石炭ガス化炉のコンバスタから排出されるスラグの排出状況を監視することに有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１  石炭ガス化炉
１Ｃ  コンバスタ
１Ｒ  リダクタ
２  スラグタップ
３  スラグホール
４  スラグ排出筒
４Ｗ  壁面
５  冷却水
５Ｈ  水面
６  スラグ溶融バーナ
８Ａ、８Ｂ  スラグ筋
８Ｒ  固化スラグ
１０  分光計
１０Ｂ  専用Ｉ／Ｆボード
１１  スラグホールカメラ（第１カメラ）
１１Ｂ、１２Ｂ  画像処理ボード
１２  水面カメラ（第２カメラ）
１３  落下音センサ
１３Ａ  増幅器
１３Ｃ、１４ＲＣ  Ａ／Ｄ変換器
１４、１４ａ  水中スラグ観測手段
１４Ｒ、１４Ｒ１、１４Ｒ２、１４Ｒ３、１４Ｒ４  受波センサ
１４Ｔ、１４Ｔ１、１４Ｔ２、１４Ｔ３、１４Ｔ４  送波センサ
１４ＲＡ、１４ＴＡ  増幅器
１４ＴＣ  Ｄ／Ａ変換器
２０  処理装置
２１  ディスプレイ
２２  スピーカ
３０  保護筒
３１  監視窓
３２  表面
３３  光ファイバ
３４  洗浄ノズル
１００  スラグ監視装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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