(57)【要約】  【課題】石炭ガス化設備において、高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給することで、圧力測定部（圧力計）の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができるスラグ監視装置を提供する。  【解決手段】本発明のスラグ監視装置は、スラグが堆積可能なスラグ貯留部の低圧側の圧力を測定する低圧側圧力測定部と、前記スラグ貯留部の高圧側の圧力を測定する高圧側圧力測定部と、前記高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給する液体供給部と、前記液体供給部が液体を供給して測定される前記高圧側の圧力と前記低圧側の圧力との圧力差に基づいて、前記スラグの堆積状態を検出する検出部とを備える。【選択図】  図１
2014198803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグが堆積可能なスラグ貯留部の低圧側の圧力を測定する低圧側圧力測定部と、
前記スラグ貯留部の高圧側の圧力を測定する高圧側圧力測定部と、
前記高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部が液体を供給して測定される前記高圧側の圧力と前記低圧側の圧力との圧力差に基づいて、前記スラグの堆積状態を検出する検出部と
を備えることを特徴とするスラグ監視装置。
【請求項２】
前記高圧側圧力測定部は、前記スラグ貯留部側に設けられたノズルを備え、
前記液体供給部は、前記ノズルの内部に液体を供給することを特徴とする請求項１に記載のスラグ監視装置。
【請求項３】
前記高圧側圧力測定部は、前記スラグのスラグ粉体圧を測定する隔膜式圧力計であって、前記スラグの径よりも大きい面積を有する受圧部を備え、
前記液体供給部は、前記受圧部の近傍に液体を供給することを特徴とする請求項１に記載のスラグ監視装置。
【請求項４】
前記スラグ貯留部の下方に設けられ、前記スラグを排出側で貯留するスラグロックホッパと、
前記スラグ貯留部と前記スラグロックホッパとを接続する配管と、
前記配管に設けられ、前記スラグ貯留部から前記スラグロックホッパへ前記スラグを移送する排出弁とを備え、
前記高圧側圧力測定部は、前記弁よりも上方で前記配管に設けられることを特徴とする請求項１乃至３の何れか1つに記載のスラグ監視装置。
【請求項５】
石炭をガスに変換し、前記石炭の灰分を前記スラグに変換するガス化炉を備え、
前記検出部は、前記ガス化炉の運用状況と前記石炭の性状とに基づいて、前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されるまでの排出時間及び前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されたときの前記圧力差を推定し、前記排出時間が経過した後に、前記圧力差が前記推定された圧力差より大きい場合、警報信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れか1つに記載のスラグ監視装置。
【請求項６】
石炭をガスに変換し、前記石炭の灰分を前記スラグに変換するガス化炉を備え、
前記検出部は、前記ガス化炉の運用状況と前記石炭の性状とに基づいて、前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されるまでの排出時間及び前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されたときの前記スラグロックホッパの重量を推定し、前記排出時間が経過した後に、前記スラグロックホッパの重量が前記推定された重量より小さい場合、警報信号を出力することを特徴とする請求項４に記載のスラグ監視装置。
【請求項７】
前記スラグ貯留部は、前記警報信号が出力された場合に液体を前記スラグ貯留部の内部に噴射する液体噴射ノズルを備えることを特徴とする請求項５に記載のスラグ監視装置。
【請求項８】
スラグが堆積可能なスラグ貯留部の低圧側の圧力を測定し、
前記スラグ貯留部の高圧側の圧力を測定し、
前記高圧側の圧力を測定する部分の近傍に液体を供給し、
前記液体を供給して測定される前記高圧側の圧力と前記低圧側の圧力との圧力差に基づいて、前記スラグの堆積状態を検出することを特徴とするスラグ監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグ監視装置及びスラグ監視方法に関し、特に、石炭ガス化設備で生じるスラグの堆積を監視するスラグ監視装置及びスラグ監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスラグ排出装置は、ガス化炉によって溶融したスラグをクエンチ水へ落下させて冷却・破砕してできた水砕スラグを排出するスラグ排出装置において、第１の冷却水排出口を有する冷却水プールと、同冷却水プールの下方に連絡装置を介して設けられ第２の冷却水排出口を有するスラグホッパと、第１、第２の冷却水排出口の間に配設されその差圧を検出する差圧計とを設けていた（例えば、特許文献１）。また、従来の噴流層ガス化装置は、石炭をガス化し一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガスを発生させるガス化反応器と、ガス化反応器の下方にバルブを介して設けられ、ガス化の際発生する溶融スラグをガス化反応器下部のクエンチ水へ落下させて冷却・破砕した水砕スラグにして一時貯蔵するホッパとを有する噴流層ガス化装置において、ガス化反応器とホッパとの間にスラグが落下堆積する流動水槽と、流動水槽内に水の上昇流れを形成する流路と、流動水槽内の底部を含め高さの異なる三箇所の位置の間の差圧を測定する差圧測定装置と、差圧測定装置の測定結果に基づいてバルブを開いて流動水槽内のスラグをホッパに移動させる装置とを有する（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６００３２９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１２７３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスラグ排出装置（特許文献１）では、冷却水プールとスラグホッパにそれぞれ設けられた冷却水排水口間の差圧計により冷却水プールの下方のスラグの閉塞を検出する。しかしながら、冷却水プール及びスラグホッパの冷却水排水口に差圧計の検出端が取り付けられているので、冷却水排水口にスラグが進入し、差圧計の検出端にスラグが詰まり、スラグの閉塞の検出を阻害するとともにスラグの安定排出を阻害するおそれがある。また、従来の噴流層ガス化装置（特許文献２）では、差圧測定装置の検出端にスラグが詰まり、スラグの堆積重量を正確に判断することができないために、スラグ排出の定量評価ができないおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、石炭ガス化設備において、圧力測定部である圧力計の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出するスラグ監視装置を提供することである。スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することにより、スラグを安定的に排出することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスラグ監視装置は、スラグが堆積可能なスラグ貯留部の低圧側の圧力を測定する低圧側圧力測定部と、前記スラグ貯留部の高圧側の圧力を測定する高圧側圧力測定部と、前記高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給する液体供給部と、前記液体供給部が液体を供給して測定される前記高圧側の圧力と前記低圧側の圧力との圧力差に基づいて、前記スラグの堆積状態を検出する検出部とを備える。
【０００７】
この構成によれば、石炭ガス化設備において、高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給することで、圧力測定部である圧力計の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することにより、スラグを安定的に排出することができる。また、液体供給部から液体を供給することにより、高圧側圧力測定部の近傍の圧力が上昇するので、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差が大きくなり、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【０００８】
本発明のスラグ監視装置では、前記高圧側圧力測定部は、前記スラグ貯留部側に設けられたノズルを備え、前記液体供給部は、前記ノズルの内部に液体を供給する。
【０００９】
この構成によれば、ノズルの内部に液体を供給することで、ノズルの内部をパージし、圧力測定部である圧力計の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグ貯留部におけるスラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００１０】
本発明のスラグ監視装置では、前記高圧側圧力測定部は、前記スラグのスラグ粉体圧を測定する隔膜式圧力計であって、前記スラグの径よりも大きい面積を有する受圧部を備え、前記液体供給部は、前記受圧部の近傍に液体を供給する。
【００１１】
この構成によれば、受圧部がスラグの径よりも大きい面積を有することで、スラグ粉体圧を適切に測定することができ、液体供給部が液体を供給することで、高圧側圧力測定部の近傍の圧力が上昇するので、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差が大きくなり、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００１２】
本発明のスラグ監視装置は、前記スラグ貯留部の下方に設けられ、前記スラグを排出側で一時貯留するスラグロックホッパと、前記スラグ貯留部と前記スラグロックホッパとを接続する配管と、前記配管に設けられ、前記スラグ貯留部から前記スラグロックホッパへ移動するスラグ量を調整する弁とを備え、前記高圧側圧力測定部は、前記弁よりも上方で前記配管に設けられる。
【００１３】
この構成によれば、スラグ貯留部とスラグロックホッパとを接続する配管でスラグの密度が高く、スラグの流速が最も速くなる場所であるので、この場所に高圧側圧力測定部が設けられることにより、差圧の上昇が顕著に現れ、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００１４】
本発明のスラグ監視装置は、石炭を一酸化炭素と水素を主成分とするガスに変換し、前記石炭の灰分を前記スラグに変換するガス化炉を備え、前記検出部は、前記ガス化炉の運用状況と前記石炭の性状とに基づいて、前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されるまでの排出時間及び前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されたときの前記圧力差を推定し、前記排出時間が経過した後に、前記圧力差が前記推定された圧力差より大きい場合、警報信号を出力する。
【００１５】
この構成によれば、ガス化炉の運用状況と石炭の性状とに基づいて、排出時間及び圧力差を推定し、排出時間が経過した後に、圧力差が推定された圧力差より大きい場合は、警報信号が出力されるので、ガス化炉の運用状況や石炭の性状に対応したスラグ排出の監視を行うことができる。
【００１６】
本発明のスラグ監視装置は、石炭を一酸化炭素と水素を主成分とするガスに変換し、前記石炭の灰分を前記スラグに変換するガス化炉を備え、前記検出部は、前記ガス化炉の運用状況と前記石炭の性状とに基づいて、前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されるまでの排出時間及び前記スラグが前記スラグ貯留部から排出されたときの前記スラグロックホッパの重量を推定し、前記排出時間が経過した後に、前記スラグロックホッパの重量が前記推定された重量より小さい場合、警報信号を出力する。
【００１７】
この構成によれば、ガス化炉の運用状況と石炭の性状とに基づいて、排出時間及びスラグがスラグ貯留部から排出されたときのスラグロックホッパの重量を推定し、排出時間が経過した後に、スラグロックホッパの重量が推定された重量より小さい場合は、警報信号が出力されるので、ガス化炉の運用状況や石炭の性状に対応したスラグ排出の監視を行うことができる。
【００１８】
本発明のスラグ監視装置では、前記スラグ貯留部は、前記警報信号が出力された場合に液体を前記スラグ貯留部の内部に噴射する液体噴射ノズルを備える。
【００１９】
この構成によれば、液体噴射ノズルから噴射される液体により、堆積又は閉塞しているスラグを崩すことでスラグの排出が促進される。
【００２０】
本発明のスラグ監視方法は、スラグが堆積可能なスラグ貯留部の低圧側の圧力を測定し、前記スラグ貯留部の高圧側の圧力を測定し、前記高圧側の圧力を測定する部分の近傍に液体を供給し、前記液体を供給して測定される前記高圧側の圧力と前記低圧側の圧力との圧力差に基づいて、前記スラグの堆積状態を検出する。
【００２１】
この構成によれば、石炭ガス化設備において、高圧側の圧力を測定する部分の近傍に液体を供給することで、圧力測定部である圧力計の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することにより、スラグを安定的に排出することができる。また、高圧側の圧力を測定する部分の近傍に液体を供給することにより、高圧側の圧力を測定する部分の近傍の圧力が上昇するので、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差が大きくなり、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、石炭ガス化設備において、圧力測定部である圧力計の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができ、スラグを安定的に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態のスラグ監視装置を含む石炭ガス化設備の一例を示した図である。
【図２】スラグの堆積状態が検出される操作を示した図である。
【図３】高圧側圧力測定部が隔膜式圧力計であるスラグ監視装置を含む石炭ガス化設備の一例を示した図である。
【図４】高圧側圧力測定部がスラグ排出配管に設けられたスラグ監視装置を含む石炭ガス化設備の一例を示した図である。
【図５】スラグ貯留部にスラグが堆積している状態で、検出部が検出する差圧の変化の一例を示した図である。
【図６】ガス化炉の運用状況や石炭の性状に対応したスラグ排出の監視の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態のスラグ監視装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態のスラグ監視装置を含む石炭ガス化設備の一例を示した図である。図１に示すように、石炭ガス化設備は、ガス化炉１、クエンチ部２、スラグ排出弁４、給水弁７（７−１，７−２，７−３）、スラグタップ８、給水ノズル９、スラグロックホッパ１０、スラグロックホッパ・スラグ排出弁１１、噴射弁１３、噴射ノズル１４、高圧水供給弁１７、排水弁１８、スラグロックホッパ排水弁１９、排水ノズル２１、クラッシャ２２、ノズル式圧力計２３−１（低圧側），２３−２（高圧側）、差圧計２４、及び検出部２５を備える。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態のスラグ監視装置は、スラグが堆積可能なクエンチ部２のスラグ貯留部の低圧側の圧力を測定する低圧側圧力測定部（ノズル式圧力計２３−１）と、クエンチ部２のスラグ貯留部の高圧側の圧力を測定するノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部と、ノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給する液体供給部（給水弁７−３）と、液体供給部（給水弁７−２，７−３）が液体を供給して測定される高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差に基づいて、スラグの堆積状態を検出する検出部２５とを備える。高圧側圧力測定部（ノズル式圧力計２３−２）は、スラグ貯留部（クエンチ部２）側に設けられたノズルを備え、液体供給部の給水弁７−３は、ノズルの内部に液体を供給する。
【００２６】
液体供給部の給水弁７−３がノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給することにより、ノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部の検出端にスラグが詰まることを防止し、クエンチ部２におけるスラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。また、スラグの堆積又は閉塞が生じている場合は、液体供給部の給水弁７−３からノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給することにより、ノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部の近傍の圧力が高まり、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差が大きくなるので、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００２７】
ガス化炉１は、ガス化用微粉炭バーナを含み、微粉炭を高温・高圧雰囲気下でガス化し、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）を主成分とする生成ガスに変換し、微粉炭中の灰（灰分）を溶融スラグ２０に変換する。クエンチ部２は、スラグタップ８を介してガス化炉１の下方に接続されており、クエンチ水５を貯留する。ガス化炉１で変換された溶融スラグ２０はガス化炉１の側面を流れ、スラグタップ８から流下してクエンチ部２のクエンチ水５へ落下する。溶融スラグ２０は、クエンチ水５中で急冷（クエンチ）され、融体から個体へ変化し、この時の熱衝撃でスラグが破砕され水砕スラグ３となる。水砕スラグ３は、ガス化炉１の下方のクエンチ部２に貯留され、堆積する。
【００２８】
クエンチ部２の構造は、上方と下方で形状が異なっており、クエンチ部２上方の胴部は円筒状であり、下方は絞られたコーン形状になっている。クエンチ部２の下方には、スラグ排出弁４を介してスラグロックホッパ１０が設置されている。
【００２９】
クエンチ部２は、水（又はリサイクル水）６を供給する給水ノズル９、給水ノズル９からの水の供給量を調整する給水弁７−１、及び水６を排水する排水弁１８を備える。クエンチ部２は、クエンチ水５の液面レベルを水頭などにより検出する液面レベル検出部（図示せず）を備え、給水弁７−１及び排水弁１８の開閉によりクエンチ水５の液面レベル（水位）が一定になるように制御する。石炭ガス化設備の運転時において、クエンチ部２が水砕スラグ３を貯留すると、水砕スラグ３の体積及びクエンチ水５の蒸発によりクエンチ水５の液面レベル（水位）が上下する。クエンチ水５の液面レベル（水位）に応じて、給水弁７−１及び排水弁１８の開閉操作が行なわれ、クエンチ水５の液面レベル（水位）が制御位置に制御される。
【００３０】
クエンチ部２は、クラッシャ２２を備え、クエンチ部２とスラグロックホッパ１０とを接続するスラグ排出配管２７をクエンチ部２の底部に備える。比較的大きな水砕スラグ３は、クラッシャ２２で破砕される。スラグ排出配管２７は、クエンチ部２からスラグロックホッパ１０へ水砕スラグ（スラグ）３を移送するスラグ排出弁４を備える。石炭ガス化設備の運転時において、水砕スラグ３がクエンチ部２に所定量貯留され、水砕スラグ３の貯留量に応じて、予め決められた時間間隔（排出間隔）でスラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３がクエンチ部２からスラグロックホッパ１０へ排出される。スラグロックホッパ１０は、クエンチ部２のスラグ貯留部の下方に設けられ、スラグをクエンチ部２のスラグ貯留部の排出側で一時貯留する。スラグロックホッパ１０は、高圧水１６を供給ライン２６に供給するための高圧水供給弁１７を備え、排水ノズル２１をスラグロックホッパ１０の上方に備える。排水ノズル２１は、スラグロックホッパ排水弁１９を介して高圧水１６又はクエンチ水５を排出する。スラグロックホッパ１０は、スラグロックホッパ１０の底部にスラグロックホッパ・スラグ排出弁１１を備える。スラグロックホッパ・スラグ排出弁１１は、スラグロックホッパ１０から水砕スラグ（スラグ）３を排出する。
【００３１】
次に、クエンチ部２に貯留された水砕スラグ（スラグ）３がスラグロックホッパ１０へ移送される操作について説明する。まず、スラグ排出弁４及びスラグロックホッパ・スラグ排出弁１１が閉じられた状態で、高圧水供給弁１７が開き、スラグロックホッパ１０に高圧水１６が供給されて満たされ、余分なガスが抜けた後にスラグロックホッパ排水弁１９が閉じられる。スラグロックホッパ１０内の圧力がガス化炉１と略同じ圧力まで昇圧されると、高圧水供給弁１７が閉じられ、スラグロックホッパ１０への高圧水１６の供給が終わる。
【００３２】
そして、スラグ排出弁４、給水弁７、スラグロックホッパ排水弁１９の順に弁が開き、クエンチ部２に貯留された水砕スラグ３がクエンチ水５とともにスラグロックホッパ１０へ移送する。クエンチ水５は、排水ノズル２１を通り排出される。水砕スラグ３がスラグロックホッパ１０へ移送される操作においても、クエンチ部２内のクエンチ水５の水位が一定レベルになるように、給水弁７−１、スラグロックホッパ排水弁１９、及び排水弁１８が制御される。給水弁７−２，７−３は、一定流速となるよう弁開度が制御される。給水弁７−２，７−３については、水砕スラグ３の貯留時には微開にして水６を少量流しておき、水砕スラグ３がノズル２３−１，２３−２の中へ入らないようにしておいてもよい。
【００３３】
水砕スラグ３がスラグロックホッパ１０へ移送された後、スラグ排出弁４が閉じられ、スラグロックホッパ１０の圧力が大気圧まで減圧されて、スラグロックホッパ排水弁１９が閉じられる。そして、スラグロックホッパ・スラグ排出弁１１が開き、ガス化炉１の系外へ水砕スラグ３がクエンチ水５とともに排出される。
【００３４】
スラグロックホッパ１０内の水砕スラグ３が全て排出され、スラグロックホッパ・スラグ排出弁１１から水砕スラグ３が排出されなくなった後、スラグロックホッパ・スラグ排出弁１１が閉じられる。そして、高圧水供給弁１７が開き、高圧水１６がスラグロックホッパ１０に供給され、スラグロックホッパ１０内が水で満たされ、クエンチ部２に貯留された水砕スラグ３を受け入れる準備が再び始まる。このように、クエンチ部２に貯留された水砕スラグ３は、バッチ処理により石炭ガス化設備の系外に排出される。
【００３５】
水砕スラグ３がスラグロックホッパ１０へ移送される操作において、石炭ガス化設備の安定運用のためには、検出部２５が、クエンチ部２に貯留・堆積した水砕スラグ（スラグ）３が排出されたか又は閉塞して堆積した状態であるのかなどを検出する。
【００３６】
もし水砕スラグ３が閉塞してクエンチ部２から排出されなければ、石炭ガス化設備だけではなく石炭ガス化設備を含むシステム全体の運転が停止する。したがって、クエンチ部２に堆積した水砕スラグ３が安定的に排出されているか、又は排出されずに堆積して閉塞状態となっているかを、検出部２５は石炭ガス化設備の運転中に検出する。この結果、スラグ閉塞による異常時の対策が直ぐに実施されることにより、システム全体の運転停止を防ぐことができる。
【００３７】
従来技術では、排水口の差圧又は差圧に基づくスラグの重量を計測して、スラグが安定的に排出されているかを判断しているが、水砕スラグが差圧計の検出端に詰まると、差圧を正確に測定できず、スラグの閉塞の検出を阻害する。また、差圧を正確に測定できなければ、差圧に基づくスラグの重量を計測できず、スラグ排出の定量評価が阻害される。
【００３８】
また、スラグは石炭中の灰からできており、灰の成分は炭種（石炭の性状）によって異なる。したがって、スラグが安定に排出されるためには、ガス化炉の運用状況や石炭の性状（炭種ごとの灰組成又は炭種ごとのスラグの密度など）を考慮する必要がある。しかしながら、従来技術では、ガス化炉の運用状況や石炭の性状を考慮したスラグの排出については対応していなかった。
【００３９】
本実施の形態では、液体供給部の給水弁７−３から液体を供給して測定される高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差に基づいて、検出部２５が水砕スラグ（スラグ）３の堆積状態を検出するので、液体供給部の給水弁７−３が高圧側圧力測定部（ノズル式圧力計２３−２）の近傍に液体を供給することにより、高圧側圧力測定部（ノズル式圧力計２３−２）の検出端にスラグが詰まることを防止し、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、検出部２５が、ガス化炉１の運用状況と石炭の性状とに基づいて、水砕スラグ（スラグ）３がクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されるまでの排出時間及び水砕スラグ（スラグ）３がクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されたときの圧力差又はスラグロックホッパ１０の重量を推定し、排出時間が経過した後に、圧力差が推定された圧力差より大きい場合又はスラグロックホッパ１０の重量が推定された重量より小さい場合は、警報信号が出力されるので、ガス化炉の運用状況や石炭の性状に対応したスラグ排出の監視を行うことができる。
【００４１】
次に、検出部２５が圧力差に基づいてスラグの堆積状態を検出する操作について説明する。図２は、スラグの堆積状態が検出される操作を示した図である。
【００４２】
図１及び図２に示すように、クエンチ部２は、差圧計２４を備える。低圧側圧力測定部であるノズル式圧力計２３−１の検出端は、水砕スラグ３の堆積の影響がない状態で圧力を計測できるように、堆積した水砕スラグ３よりも上方（図１では、クラッシャ２２の上方）に設置される。高圧側圧力測定部であるノズル式圧力計２３−２の検出端がクエンチ部２のコーン形状の部分に設置されている。図１では、低圧側及び高圧側の圧力測定部２３の近傍に液体（例えば、水）が供給される。あるいは、低圧側及び高圧側の圧力測定部２３のうち、少なくとも高圧側圧力測定部であるノズル式圧力計２３−２に、液体が供給される。
【００４３】
図１及び図２に示すように、低圧側及び高圧側の圧力測定部２３の検出端に液体（水６）を供給する液体供給部（給水弁７−２，７−３）がそれぞれ設けられ、ノズル式圧力計２３−１，２３−２のノズルの内部に液体を供給する。
【００４４】
図２（ａ）は、高圧側圧力測定部（ノズル式圧力計２３−２）のノズルの内部に液体が供給されていない状態を示した図である。クエンチ部２に貯留された水砕スラグ（スラグ）３がスラグロックホッパ１０へ移送される操作により、クエンチ水５とともに水砕スラグ３がスラグロックホッパ１０へ移送される。この場合、ノズル式圧力計２３−２の検出端での循環流によって小さなスラグが同伴され、検出端へ進入し、検出端にスラグが詰まるおそれがある。
【００４５】
図２（ｂ）は、高圧側圧力測定部であるノズル式圧力計２３−２のノズルの内部に液体が供給されている状態を示した図である。液体供給部（給水弁７−３）がノズル式圧力計２３−２の近傍（ノズル）に液体を供給することにより、ノズル式圧力計２３−２の検出端にスラグが詰まることを防止する。また、図２（ｂ）に示すように、クエンチ部２のスラグ貯留部にスラグが堆積している場合（例えば、スラグの閉塞が生じている場合又はスラグがスラグロックホッパ１０へ排出されている場合）、液体供給部である給水弁７−３から給水される液体（水６）の流れが水砕スラグ３に阻害され、高圧側圧力測定部であるノズル式圧力計２３−２の近傍の圧力が上昇するので、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差がさらに大きくなり、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。一方、図２（ｃ）に示すように、クエンチ部２のスラグ貯留部にスラグが堆積していない状態では、液体供給部（給水弁７−３）から給水される液体（水）の流れが水砕スラグ３に阻害されないので、スラグが堆積している場合に比べて圧力が上昇しない。したがって、クエンチ部２のスラグ貯留部にスラグが堆積している場合と堆積していない場合とで、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差の変化が大きくなり、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００４６】
スラグ排出弁４が開くと、クエンチ部２のスラグ貯留部に堆積する水砕スラグ３がスラグロックホッパ１０へ排出される。この場合、給水弁７−２，７−３が開き、圧力測定部２３の近傍（ノズル）へ水６を供給する。水砕スラグ３が排出されているとき、検出部２５が、差圧計２４で測定される差圧（高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差）を監視し、この差圧に基づいて水砕スラグ（スラグ）３の堆積状態を検出する。圧力を測定しているときだけでなく、給水弁７−２，７−３は、弁の開度を微開にして、少量の水を常時供給してもよい。常時水を供給することで、圧力測定部２３の検出端にスラグが詰まることを確実に防止することができる。
【００４７】
水砕スラグ３が排出されずに堆積して閉塞状態となっていることを検出部２５が検出すると、異常の警報信号を出力する。クエンチ部２のスラグ貯留部は、液体噴射ノズル（噴射ノズル１４）を備える。液体噴射ノズル（噴射ノズル１４）は、噴射媒体１２の噴射量を調整する噴射弁１３を備え、警報信号が出力された場合に液体をスラグ貯留部（クエンチ部２）の内部に噴射する。この結果、液体噴射ノズル（噴射ノズル１４）から噴射される噴射媒体１２により、堆積又は閉塞している水砕スラグ３の排出が促進される。
【００４８】
以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。
【００４９】
例えば、図３に示すように、圧力測定部（低圧側圧力測定部及び高圧側圧力測定部）２３は、ノズル式圧力計２３−２の代わりに、水砕スラグ（スラグ）３のスラグ粉体圧を測定する隔膜式圧力計２３−２’を用いてもよく、スラグの径よりも大きい面積を有する受圧部を備えてもよい。この場合、液体供給部（給水弁７−３）は、受圧部の近傍に液体（水６）を供給する。図３では、液体供給部（給水弁７−３）は、受圧部の上方に液体（水６）を供給する。
【００５０】
隔膜式圧力計２３−２’の検出端の受圧部の大きさは、数ｍｍの水砕スラグ３に対して数十倍大きい。例えば、水砕スラグ３の平均径を５ｍｍとすると、隔膜式圧力計２３−２’の検出端の受圧部の大きさが５０ｍｍ以上となる。隔膜式圧力計２３−２’の検出端の受圧部は平板形状であり、スラグ粉体圧も測定できるようになっている。スラグ粉体圧を正確に測定するために、液体供給部である給水弁７−３は、受圧部２３−２’に直接給水するのではなく、受圧部２３−２’の近傍に設けられた給水ノズル９’から給水する。受圧部の近傍の給水ノズル９’から水６が給水されることで、上記のように、液体供給部の給水弁７−３から給水される液体（水６）の流れが水砕スラグ３に阻害され、ノズル式圧力計２３−２の高圧側圧力測定部の近傍の圧力が上昇するので、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。また、クエンチ部２のスラグ貯留部にスラグが堆積している場合と堆積していない場合とで、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差の変化が大きくなり、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。なお、水６が給水される給水ノズル９’の位置は、隔膜式圧力計２３−２’と同じ水平位置であってもよい。
【００５１】
また、図４に示すように、スラグ監視装置は、クエンチ部２のスラグ貯留部の下方に設けられ、スラグを排出側で一時貯留するスラグロックホッパ１０と、クエンチ部２のスラグ貯留部とスラグロックホッパ１０とを接続する配管であるスラグ排出配管２７と、スラグ排出配管２７に設けられ、クエンチ部２のスラグ貯留部からスラグロックホッパ１０へ水砕スラグ（スラグ）３を移送するスラグ排出弁４とを備え、高圧側圧力測定部は、弁（スラグ排出弁４）よりも上方でスラグ排出配管２７に設けられてもよい。
【００５２】
クエンチ部２ではスラグ排出弁４が接続されているスラグ排出配管２７の径が最も小さい。したがって、スラグ排出配管２７では、クエンチ水５中の水砕スラグ３の密度が高く、水砕スラグ３の流速が最も速くなる場所である。この場所に高圧側圧力測定部であるノズル式圧力計２３−２が設けられ、ノズルに水６が給水されることにより、液体供給部の給水弁７−３から給水される液体（水６）の流れが高密度及び高流速の水砕スラグ３に阻害され、差圧の上昇が顕著に現れる。したがって、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差が顕著に現れ、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００５３】
また、検出部２５は、ガス化炉１の運用状況と石炭の性状とに基づいて、クエンチ部２のスラグがスラグ貯留部から排出されるまでの排出時間及びスラグがクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されたときの圧力差を推定し、排出時間が経過した後に、圧力差が推定された圧力差より大きい場合、警報信号を出力してもよい。
【００５４】
図５は、クエンチ部２のスラグ貯留部にスラグが堆積している状態で、検出部２５が検出する差圧の変化の一例を示した図である。図５に示すように、高圧側圧力測定部がノズル式圧力計２３−２であって、給水弁７−３からの給水がない場合の差圧の変化が比較例として線Ａ（一点鎖線）で表され、図１に示す高圧側圧力測定部がノズル式圧力計２３−２であって、給水弁７−３からの給水がある場合の差圧の変化が線Ｂ（破線）で表され、図３に示す高圧側圧力測定部が隔膜式圧力計２３−２’であって、給水弁７−３からの給水がある場合の差圧の変化が線Ｃ（実線）で表されている。図５では、給水の効果を分かりやすくするため、時間０に給水弁７−３からの給水がない状態の差圧を基準（差圧０）として、線Ａ，Ｂ，Ｃは基準との差で表されている。
【００５５】
図５に示すように、クエンチ部２に水砕スラグ３が堆積している状態で、線Ａは給水弁７−３からの給水がない場合であるため、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差は一定であり変化しない。線Ｂにおいて、給水弁７−３から給水される前は、線Ａと同じ状態であるため、高圧側の圧力と低圧側の圧力との圧力差（差圧）は一定であり、０である。線Ｃにおいて、給水弁７−３から給水される前は、クエンチ部２に堆積している水砕スラグ３によって、隔膜式圧力計２３−２’の受圧部が水砕スラグ３のスラグ粉体圧を計測するので、スラグ紛体圧Ｐ０が現れる。
【００５６】
時間Ｔ１において給水弁７−３が開き、水６の供給が開始されると、水６の流れが水砕スラグ３に阻害され、高圧側圧力測定部のノズル式圧力計２３−２又は隔膜式圧力計２３−２’の近傍の圧力が上昇するので、線Ｂ，Ｃにおいて差圧がそれぞれＰ１，Ｐ１’に上昇する。
【００５７】
時間Ｔ２において給水弁７−３が閉じられ、水６の供給が停止すると、給水弁７−３から給水される前の状態に戻り、線Ｂでは差圧は０に戻り、線Ｃでは差圧はスラグ紛体圧Ｐ０に戻る。なお、図５では、クエンチ部２に水砕スラグ３が堆積している状態の差圧変化を示したが、水砕スラグ３がスラグロックホッパ１０に全て排出された場合は、線Ｃにおいてスラグ粉体圧Ｐ０が計測されなくなるので、線Ｂと同様、給水弁７−３からの給水停止後、差圧は０となる。
【００５８】
このように、液体供給部である給水弁７−３がノズル式圧力計２３−２である高圧側圧力測定部の近傍に液体を供給することにより、ノズル式圧力計２３−２である高圧側圧力測定部の検出端にスラグが詰まることを防止し、差圧の上昇によりスラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができる。
【００５９】
主流（例えば、クエンチ部２）と小径配管（例えば、ノズル）との接続部では、循環流（渦）が発生し、循環流に小さな水砕スラグ３が同伴することにより、圧力測定部２３の検出端に水砕スラグ３が詰まるおそれがある。そこで、圧力測定部２３の近傍に水６を供給することで、圧力測定部２３からクエンチ部２への流れを作り出し、水砕スラグ３が圧力測定部２３へ進入することを防止し、水砕スラグ３が圧力測定部２３に閉塞することも防止することができる。また、給水弁７−３から水６を供給することで水砕スラグ３の存在に起因して差圧が変化することから、差圧を経時的に測定することによりクエンチ部２の水砕スラグ３の影響を確認することができる。また、クエンチ部２に堆積した水砕スラグ３が安定的に排出されているか、又は排出されずに堆積して閉塞による異常な状態（閉塞状態）となっているかを、検出部２５が検出するので、閉塞による異常時の対策を直ぐに講じることができる。
【００６０】
図６は、ガス化炉の運用状況や石炭の性状に対応したスラグ排出の監視の一例を示した図である。図６に示すように、スラグ排出におけるクエンチ部２の高圧側と低圧側との差圧の径時変化（上段）とスラグロックホッパ１０の重量の経時変化（下段）が表されている。クエンチ部２からスラグロックホッパ１０へ水砕スラグ３が安定的に排出されているときの経時変化が線Ｄ（実線）で表され、水砕スラグ３の堆積又は閉塞により水砕スラグ３の排出が遅れているときの経時変化が破線Ｅ（破線）で表されている。
【００６１】
時間０において、クエンチ部２には一定量の水砕スラグ３が堆積しているため、差圧Ｐ３が計測される（図６上段）。スラグロックホッパ１０へは水砕スラグ３がまだ排出されていないので、スラグロックホッパ１０内の水の重量Ｗ１が計測される。時間Ｔ３においてスラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３の排出が開始される。水砕スラグ３が安定的に排出されている状態では、線Ｄに示すように、差圧は水砕スラグ３の堆積高さに応じて徐々に減少する（図６上段）。このとき、スラグロックホッパ１０の重量は水砕スラグ３の排出量に応じて徐々に増加する（図６下段）。
【００６２】
水砕スラグ３が全量排出されると、線Ｄにおける差圧が、クエンチ水５のみ流れているときの差圧ｐｃとなる（図６上段）。水砕スラグ３の排出開始から水砕スラグ３が全量排出されるまでの時間がｔｃであるとすると、排出時間ｔｃと差圧（圧力差）ｐｃが安定排出基準（安定排出基準時間ｔｃ及び安定排出基準差圧ｐｃ）となる。このように、検出部２５が、ガス化炉１の運用状況と石炭の性状とに基づいて、水砕スラグ３がクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されるまでの排出時間ｔｃ及び水砕スラグ３がクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されたときの圧力差ｐｃを推定し、安定排出基準（安定排出基準時間ｔｃ及び安定排出基準差圧ｐｃ）として設定する。
【００６３】
ガス化設備（又はガス化炉１）の運用条件と石炭の性状に基づいて、クエンチ部２へ貯留する水砕スラグ３の量Ｗ２が推算され、推算された量の水砕スラグ３の安定排出基準時間ｔｃがクエンチ部２の容量やスラグ排出弁４の排出量及び排出間隔などから予め設定され、安定排出基準差圧ｐｃが予め設定される。
【００６４】
水砕スラグ３の堆積又は閉塞により水砕スラグ３の排出が遅れている場合は、破線Ｅに示すように、時間Ｔ３においてスラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３の排出が開始された後、水砕スラグ３の排出時間ｔが安定排出基準時間ｔｃを過ぎても（時間Ｔ５）、差圧が安定排出基準差圧ｐｃまで減少しない。この場合、検出部２５は、水砕スラグ３が堆積又は閉塞していると判断し、水砕スラグ３の排出不良として警報信号を出力する。
【００６５】
また、水砕スラグ３の堆積又は閉塞により水砕スラグ３の排出が遅れている場合は、破線Ｅに示すように、時間Ｔ３においてスラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３の排出が開始され、水砕スラグ３の排出時間ｔが安定排出基準時間ｔｃを過ぎた後（時間Ｔ５）、単位時間当たりの水砕スラグ３の排出量が減少し、水砕スラグ３が安定的に排出されている状態の線Ｄと比べて単位時間当たりの排出量が小さくなる（図６上段）。よって、検出部２５は、単位時間当たりの排出量の閾値を予め設定し、水砕スラグ３の排出時間ｔが安定排出基準時間ｔｃを過ぎた後（時間Ｔ４〜Ｔ５）の排出量ΔＰの単位時間当たりの排出量“ΔＰ／（ｔ−ｔｃ）”が閾値以下である場合に、検出部２５が水砕スラグ３が堆積又は閉塞していると判断し、水砕スラグ３の排出不良として警報信号を出力してもよい。
【００６６】
このように、検出部２５は、ガス化炉１の運用状況と石炭の性状とに基づいて、スラグがクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されるまでの排出時間（安定排出基準時間）ｔｃ及びスラグがクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されたときの圧力差（安定排出基準差圧）ｐｃを推定し、安定排出基準時間ｔｃが経過した後に、安定排出基準圧力差ｐｃより大きい場合、警報信号を出力する。
【００６７】
また、破線Ｅに示すように、時間Ｔ３においてスラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３の排出が開始され、水砕スラグ３の排出時間ｔが安定排出基準時間ｔｃを過ぎた後、例えば時間Ｔ５における、スラグロックホッパ１０の重量が推算された水砕スラグ３の重量Ｗ２を加えた重量Ｗ３に達しない場合に、検出部２５が水砕スラグ３が堆積又は閉塞していると判断し、水砕スラグ３の排出不良として警報信号を出力してもよい。
【００６８】
また、破線Ｅに示すように、時間Ｔ３においてスラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３の排出が開始され、水砕スラグ３の排出時間ｔが安定排出基準時間ｔｃを過ぎた後（時間Ｔ５）、重量Ｗ３までの重量差ΔＷが予め設定された閾値以上である場合に、検出部２５は、水砕スラグ３が堆積又は閉塞していると判断し、水砕スラグ３の排出不良として警報信号を出力してもよい。また、時間Ｔ３経過後、スラグ排出弁４が開き、水砕スラグ３の排出が開始され、スラグ排出中のΔＰ／Δｔ≒０あるいはΔＷ／Δｔ≒０の場合に、検出部２５は、水砕スラグ３が閉塞していると判断し、水砕スラグ３の排出不良として警報信号を出力してもよい。
【００６９】
このように、検出部２５は、ガス化炉１の運用状況と石炭の性状とに基づいて、スラグがクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されるまでの排出時間（安定排出基準時間）ｔｃ及びスラグがクエンチ部２のスラグ貯留部から排出されたときのスラグロックホッパ１０の重量Ｗ３を推定し、排出時間（安定排出基準差圧）ｔｃが経過した後に、スラグロックホッパ１０の重量が推定された重量Ｗ３より小さい場合、警報信号を出力する。
【００７０】
また、液体噴射ノズル（噴射ノズル１４）は、水砕スラグ３の排出時間ｔが安定排出基準時間ｔｃを過ぎた後、警報信号が出力された場合に、噴射媒体である液体をクエンチ部２のスラグ貯留部の内部に一定時間噴射して堆積した水砕スラグ３の架橋を破壊する。なお、クエンチ部２のスラグ排出配管２７に噴射媒体を噴射して、水砕スラグ３の架橋を破壊してもよい。この結果、図６に示すように、液体噴射ノズル（噴射ノズル１４）から噴射される噴射媒体１２により、堆積又は閉塞している水砕スラグ３を崩壊することで水砕スラグ３の排出が促進される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係るスラグ監視装置及びスラグ監視方法は、石炭ガス化設備において、圧力測定部（圧力計）の検出端にスラグが詰まることを防止して、スラグの堆積又は閉塞を適切に検出することができ、石炭ガス化設備で生じるスラグの堆積を監視するスラグ監視装置及びスラグ監視方法として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１  ガス化炉
２  クエンチ部
３  水砕スラグ
４  スラグ排出弁
５  クエンチ水
７  給水弁
９  給水ノズル
１０  スラグロックホッパ
１１  スラグロックホッパ・スラグ排出弁
１２  噴射媒体
１３  噴射弁
１４  噴射ノズル
１６  高圧水
１７  高圧水供給弁
１８  排水弁
１９  スラグロックホッパ排水弁
２０  溶融スラグ
２１  排水ノズル
２２  クラッシャ
２３  圧力測定部
２３−１  低圧側圧力測定部
２３−２  高圧側圧力測定部
２４  差圧計
２５  検出部
２６  供給ライン
２７  スラグ排出配管
【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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