(57)【要約】【課題】効率的に石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価することができる評価方法、及び石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価することができる簡便な構成の溶融スラグの荷重測定装置を提供する。【解決手段】石炭ガス化炉に適用可能な性状を有する設計炭から得たスラグを容器１０内で溶融させて溶融スラグ７０とし、基準温度において溶融スラグ７０に沈めたセラミックチューブ２０引き上げるときの第１基準荷重を荷重計４０で測定し、基準温度以外の温度における荷重の第１基準荷重に対する比を第１荷重比とし、石炭ガス化炉に適用しようとする石炭から得たスラグを容器１０内で溶融させて溶融スラグ７０とし、基準温度において溶融スラグ７０に沈めたセラミックチューブ２０を引き上げるときの第２基準荷重を荷重計４０で測定し、基準温度以外の温度における荷重の第２基準荷重に対する比を第２荷重比とし、第１荷重比と第２荷重比とを比較して、石炭が石炭ガス化炉に適用可能であるかを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭ガス化炉に適用可能な性状を有する設計炭から得たスラグ、石炭灰又は当該設計炭の灰組成に合わせた混合試薬を溶融させた模擬スラグを容器内で溶融させて溶融スラグとし、基準温度において当該溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの第１基準荷重を測定し、当該基準温度以外の温度において前記溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの荷重を測定し、前記第１基準荷重に対する当該荷重の比を第１荷重比とし、
評価対象の石炭から得たスラグを前記容器内で溶融させて溶融スラグとし、前記基準温度において当該溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの第２基準荷重を測定し、当該基準温度以外の温度において前記溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの荷重を測定し、前記第２基準荷重に対する当該荷重の比を第２荷重比とし、
前記第１荷重比と前記第２荷重比とを比較して、前記石炭が前記石炭ガス化炉に適用可能であるかを判定する
ことを特徴とする石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載する石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法において、
前記第２荷重比が前記第１荷重比以下であるならば、前記石炭が前記石炭ガス化炉に適用可能であると判定する
ことを特徴とする石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法。
【請求項３】
請求項２に記載する石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法において、
前記溶融スラグに沈めた錘を引き上げる荷重を測定するときの温度を、前記設計炭を用いた場合の前記石炭ガス化炉のスラグ排出部における温度であって基準運転条件で想定される温度以下とする
ことを特徴とする石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法。
【請求項４】
スラグを収容する容器と、
前記容器内のスラグを溶融させる加熱手段と、
前記容器内の溶融スラグに投入される錘と、
前記錘を引き上げる荷重を測定可能な荷重計とを備える
ことを特徴とする溶融スラグの荷重測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載する溶融スラグの荷重測定装置において、
前記錘は筒状に形成されている
ことを特徴とする溶融スラグの荷重測定装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載する溶融スラグの荷重測定装置において、
前記錘の前記溶融スラグに触れない上部と前記荷重計とを接続する耐熱線を備える
ことを特徴とする溶融スラグの荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法及び溶融スラグの荷重測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭をガス燃料に転換し、このガス燃料を燃焼して発電を行う石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ）の設計時には、適用可能な性状の石炭（設計炭と称する）を設定している。石炭をガス化炉で燃焼すると、石炭灰などからなる溶融したスラグ（以下、溶融スラグ）が生じる。この溶融スラグはガス化炉から排出され、冷却破砕される（以下、溶融スラグが冷却破砕されたものをスラグと称する）。
【０００３】
石炭は、種類や産地などによって性状が様々である。このため、設計炭の性状から離れた性状の石炭をガス化炉で燃焼した場合、高い粘性の溶融スラグが生じ、排出性が低下する虞がある。したがって、石炭ガス化複合発電設備に適用する石炭を選定する際に、ガス化炉における排出性を事前に評価することが重要な課題となっている。
【０００４】
このような課題を解決するために、石炭スラグの排出性評価試験方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この評価試験方法では、耐熱容器で固形のスラグを溶融させ、その後、試験温度にまで冷却した後、耐熱容器に設けた排出口から溶融スラグを排出させる。このときの溶融スラグの流下速度が速いほど排出性がよいと判定する。
【０００５】
しかしながら、上記評価試験方法では、スラグを溶融させるまでの間は排出口を塞ぎ、流下させるときには排出口を開口することができるような、特殊加工の耐熱容器が必要になる。また、加熱から溶融スラグの流下までの一連の試験により、ある特定の温度での流下速度を測定することしかできない。このため、様々な温度での流下速度を測定するためには、上記の一連の試験を温度別に行わなければならない。このような事情から、簡便な構成の装置によって溶融スラグの排出性を効率よく評価できる技術が要望されている。
【０００６】
なお、このような問題は、石炭ガス化複合発電設備のガス化炉に限らず、石炭から溶融スラグが生じ得る石炭ガス化炉全般にも存在する。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−５１９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、効率的に石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価することができる評価方法、及び石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価することができる簡便な構成の溶融スラグの荷重測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための第１の態様は、石炭ガス化炉に適用可能な性状を有する設計炭から得たスラグ、石炭灰又は当該設計炭の灰組成に合わせた混合試薬を溶融させた模擬スラグを容器内で溶融させて溶融スラグとし、基準温度において当該溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの第１基準荷重を測定し、当該基準温度以外の温度において前記溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの荷重を測定し、前記第１基準荷重に対する当該荷重の比を第１荷重比とし、評価対象の石炭から得たスラグを前記容器内で溶融させて溶融スラグとし、前記基準温度において当該溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの第２基準荷重を測定し、当該基準温度以外の温度において前記溶融スラグに沈めた錘を引き上げるときの荷重を測定し、前記第２基準荷重に対する当該荷重の比を第２荷重比とし、前記第１荷重比と前記第２荷重比とを比較して、前記石炭が前記石炭ガス化炉に適用可能であるかを判定することを特徴とする石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法にある。
【００１０】
第１の態様では、設計炭の第１荷重比と、評価対象の石炭の第２荷重比とを比較することで、評価対象の石炭の溶融スラグ粘性が設計炭の溶融スラグ粘性と比較して高い、低い又は同等であるといった評価をすることができる。これにより、評価対象の石炭についての排出性を評価し、石炭ガス化炉に適用可能であるか否かを評価することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法において、前記第２荷重比が前記第１荷重比以下であるならば、前記石炭が前記石炭ガス化炉に適用可能であると判定することを特徴とする石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法にある。
【００１２】
第２の態様では、評価対象の石炭は石炭ガス化炉で用いるにあたり、排出性が良好であると判定することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法において、前記溶融スラグに沈めた錘を引き上げる荷重を測定するときの温度を、前記設計炭を用いた場合の前記石炭ガス化炉のスラグ排出部における温度であって基準運転条件で想定される温度以下とすることを特徴とする石炭ガス化炉に適用可能な石炭の評価方法にある。
【００１４】
第３の態様では、石炭について様々な温度で荷重を計測する際に、その温度の範囲を絞るので、荷重の計測に掛かる作業量を減らすことができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、スラグを収容する容器と、前記容器内のスラグを溶融させる加熱手段と、前記容器内の溶融スラグに投入される錘と、前記錘を引き上げる荷重を測定可能な荷重計とを備えることを特徴とする溶融スラグの荷重測定装置にある。
【００１６】
第４の態様では、溶融スラグを入れ替えることなく、同じ溶融スラグについて様々な温度において錘を引き上げる荷重を得ることができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載する溶融スラグの荷重測定装置において、前記錘は筒状に形成されていることを特徴とする溶融スラグの荷重測定装置にある。
【００１８】
第５の態様では、錘を引き上げる荷重を小さくすることができる。
【００１９】
本発明の第６の態様は、第４又は第５の態様に記載する溶融スラグの荷重測定装置において、前記錘の前記溶融スラグに触れない上部と前記荷重計とを接続する耐熱線を備えることを特徴とする溶融スラグの荷重測定装置にある。
【００２０】
第６の態様では、溶融スラグによる耐熱線の腐食を回避できるので、耐熱線の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、効率的に石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価することができる評価方法、及び石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価することができる簡便な構成の溶融スラグの荷重測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】溶融スラグの荷重測定装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】設計炭と評価対象の石炭についての計測温度と引き上げ荷重比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〈実施形態１〉
図１は本実施形態に係る溶融スラグの荷重測定装置の概略構成を示す断面図である。同図を用いて荷重測定装置について説明する。
【００２４】
荷重測定装置１は、容器１０と、セラミックチューブ２０と、マッフル炉３０と、荷重計４０とを備えている。
【００２５】
容器１０は、固形状のスラグ又は溶融スラグを収容する。形状や材質に特に限定はないが、少なくとも溶融スラグを収容できるだけの耐熱性があればよい。本実施形態では、セラミック製の容器１０を用いている。
【００２６】
セラミックチューブ２０は、請求項に記載する錘の一例であり、筒状に形成されている。セラミックチューブ２０は、溶融スラグに対して耐熱性がある材料からなる。セラミックチューブ２０の外径は、容器１０の内径よりも小さくなっており、容器１０内に収容可能となっている。
【００２７】
マッフル炉３０は、請求項に記載する加熱手段の一例である。マッフル炉３０は、その内部に容器１０及びセラミックチューブ２０を収容可能な程度の処理空間を有している。また、マッフル炉３０は、その処理空間内を所望の温度に設定可能な加熱源（図示せず）が設けられている。
【００２８】
本実施形態では、マッフル炉３０内の底部には、耐火レンガからなる炉床版６０が設置されている。炉床版６０の上には角サヤ６１が設置され、その内部に容器１０が設置されている。この角サヤ６１の上部には、容器１０の周囲を囲うように耐火レンガからなる壁部材６２が設置されている。壁部材６２の上部には、壁部材６２の開口を塞ぐようにしてセラミックなどからなる蓋部材６３が設置されている。蓋部材６３には挿通孔６４が設けられている。この挿通孔６４は、セラミックチューブ２０が挿通できる程度の大きさとなっている。このように配置された角サヤ６１、壁部材６２及び蓋部材６３により、容器１０を覆うことで、容器１０周辺の温度を一定に保ちやすくなっている。
【００２９】
このようなマッフル炉３０の内部には、固形状のスラグを収容した容器１０が設置される。この状態で、炉内を任意の温度に設定することでスラグを溶融させることができる。マッフル炉３０で融点以上に加熱されて溶融したスラグを溶融スラグ７０と称する。
【００３０】
溶融スラグ７０中には、セラミックチューブ２０が沈められた状態である。本実施形態では、セラミックチューブ２０は容器１０の底部に置かれた状態で、上部が溶融スラグ７０から露出している。
【００３１】
セラミックチューブ２０は、鉛直方向の上方に引き上げられるようになっている。具体的には、セラミックチューブ２０の上部に取付孔２１が設けられている。その取付孔２１には耐熱線５０が接続されている。
【００３２】
耐熱線５０は、少なくともマッフル炉３０内で設定される温度に対して耐熱性がある材料からなる。例えば、一般的な熱電対素線などを用いることができる。また、耐熱線５０は、マッフル炉３０の上部に設けられた貫通孔３１に挿通されている。耐熱線５０の一端は荷重計４０に接続され、もう一端はマッフル炉３０内に配置されたセラミックチューブ２０の取付孔２１に接続されている。このような耐熱線５０を荷重計４０が引き上げることで、セラミックチューブ２０を鉛直方向の上方に引き上げることができる。
【００３３】
荷重計４０は、セラミックチューブ２０を耐熱線５０を介して鉛直方向の上方に引き上げる際に掛かる荷重を測定可能な装置である。セラミックチューブ２０は、容器１０の底部に置かれた状態から引き上げられるが、このような引き上げ方に限定されない。例えば、セラミックチューブ２０が底部から離れ、溶融スラグ７０中に一部が沈んだ状態から引き上げられてもよい。また、セラミックチューブ２０の全体が溶融スラグ７０に沈んだ状態から引き上げられてもよい。
【００３４】
上述したような構成の荷重測定装置１では、マッフル炉３０内の温度を変更し、容器１０内の溶融スラグの温度を所望の温度に変更することができる。そして、温度を変える際には、容器１０内から溶融スラグを排出する必要はない。したがって、溶融スラグを入れ替えることなく、同じ溶融スラグについて様々な温度においてセラミックチューブ２０を引き上げる荷重を得ることができる。
【００３５】
なお、従来では、溶融スラグをある温度に設定した後、耐熱容器から流出させていたので、測定する温度ごとにスラグを耐熱容器に入れて溶融スラグとし、溶融スラグを流出させる作業を繰り返す必要があった。
【００３６】
また、本実施形態の荷重測定装置１では、溶融スラグ７０から引き上げる錘として筒状のセラミックチューブ２０を用いている。このようなセラミックチューブ２０を用いることで、引き上げる荷重を小さくすることができる。例えば、錘として球体を用いる場合、セラミックチューブ２０は球体を引き上げる荷重よりも小さくすることができる。なお、球体を錘として用いることも可能である。
【００３７】
また、本実施形態の荷重測定装置１では、セラミックチューブ２０の溶融スラグ７０に接触しない上部に耐熱線５０が取り付けられている。このような構成により、溶融スラグ７０による耐熱線５０の腐食を回避できるので、耐熱線５０の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
次に、上述した荷重測定装置１を用いて、石炭ガス化炉に適用可能な石炭を評価する評価方法について説明する。
【００３９】
石炭ガス化炉は、石炭ガス化複合発電設備で用いられる石炭ガス化炉であり、固定床、流動床、噴流床などの方式に特に限定はない。石炭ガス化炉に適用可能な石炭とは、設計炭と同条件において石炭ガス化炉でガス化した際に、当該石炭から生じたスラグが溶融して炉外に排出できる石炭である。
【００４０】
まず、石炭が石炭ガス化炉に適用可能であるかを評価するために、設計炭からスラグを作製する。または、設計炭から得られた石炭灰を用いてスラグを作製してもよい。スラグは、実際の石炭ガス化炉や試験用の石炭ガス化炉などに設計炭やその石炭灰を投入することで作製する。また、このようなスラグとして、設計炭の灰組成に合わせた混合試薬を溶融させた模擬スラグを用いてもよい。
【００４１】
スラグを容器１０に入れ、その容器１０をマッフル炉３０内に設置する。そして、マッフル炉３０内の温度をスラグの溶融点以上に設定し、スラグを溶融させて溶融スラグとする。
【００４２】
次に、（１）マッフル炉３０内の温度を計測温度に設定し、一定時間保持する。これにより溶融スラグの均熱を図る。そして、（２）容器１０の底部にセラミックチューブ２０を沈めた状態から荷重計４０で耐熱線５０を所定距離だけ引き上げ、その際の荷重を計測する。以降、計測温度を変更して、上述した（１）（２）の工程を実施して、設計炭についての計測温度ごとの荷重を計測する。
【００４３】
ここで、計測温度の一つを基準温度Ｔ０とする。基準温度Ｔ０は、おおよそ全ての灰が溶融する温度であり、一例としては１５００℃である。基準温度Ｔ０において、設計炭から得られた溶融スラグに沈めたセラミックチューブ２０を引き上げる荷重を第１基準荷重とする。また、基準温度Ｔ０以外の様々な温度において、設計炭から得られた溶融スラグに沈めたセラミックチューブ２０を引き上げる荷重の第１基準荷重に対する比を第１荷重比とする。
【００４４】
次に、石炭ガス化炉に適用可能か否かを評価する対象の石炭についても、設計炭と同様に、スラグを作製し、様々な計測温度にて（１）（２）の工程を実施して、計測温度ごとの荷重を計測する。ここでは、評価対象の石炭を石炭Ａ、石炭Ｂとする。
【００４５】
さらに石炭Ａ、石炭Ｂについて得られた荷重から荷重比を計算する。具体的には、基準温度Ｔ０において、石炭Ａ、石炭Ｂから得られた溶融スラグに沈めたセラミックチューブ２０を引き上げる荷重を第２基準荷重とする。また、基準温度Ｔ０以外の様々な温度において、石炭Ａ、石炭Ｂから得られた溶融スラグに沈めたセラミックチューブ２０を引き上げる荷重の第２基準荷重に対する比を第２荷重比とする。
【００４６】
図２は、設計炭、石炭Ａ及び石炭Ｂについての計測温度と引き上げ荷重比との関係を示すグラフである。同図には、荷重比が炭種ごと、計測温度ごとに示されている。また、温度Ｔ１は、評価対象とする石炭ガス化炉の基準運転条件で想定される溶融スラグ排出部近傍の温度である。
【００４７】
設計炭及び評価対象の石炭Ａ、石炭Ｂから得られた荷重比を比較することで、評価対象の石炭が石炭ガス化炉に適用可能であるかを評価する。具体的には以下のように行う。一般に溶融スラグの荷重比は、計測温度が低いほど大きくなる。
【００４８】
しかし、荷重比は石炭種によって異なる。例えば、温度Ｔ１における設計炭の第１荷重比よりも同じ温度Ｔ１における石炭Ａの第２荷重比の方が小さい場合を考える。
【００４９】
溶融スラグからセラミックチューブ２０を引き上げる荷重は、溶融スラグの粘性に相関がある。すなわち、溶融スラグの粘性が高いほど、セラミックチューブ２０を引き上げる荷重は大きくなる。したがって、荷重測定装置１を用いて溶融スラグからセラミックチューブ２０を引き上げるときの荷重を測定することで、間接的に溶融スラグの粘性を推定することができる。
【００５０】
従ってこの場合、石炭Ａの溶融スラグの第２荷重比が設計炭の第１荷重比より小さいことから、当該石炭ガス化炉に石炭Ａを供試した場合の溶融スラグは設計炭の溶融スラグよりも粘性が低いと推定できる。
【００５１】
ここで、設計炭は、当該石炭ガス化炉に適用した際に排出性が良好なスラグを生成する石炭である。したがって、石炭Ａは当該石炭ガス化炉の通常の運転条件において、設計炭からの溶融スラグよりも粘性が低くて排出性のよい溶融スラグを生じるような石炭であると評価することができる。
【００５２】
同様に、石炭Ｂの第２荷重比が、温度Ｔ１における設計炭の第１荷重比よりも大きい場合には、石炭Ｂを当該石炭ガス化炉の通常の運転条件において供試した場合に生成する溶融スラグは、設計炭の溶融スラグよりも粘性が高い溶融スラグを生じると推定できる。したがって、石炭Ｂは設計炭からの溶融スラグよりも粘性が高くて排出性の悪い溶融スラグを生じるような石炭であると評価することができる。
【００５３】
このように本実施形態の評価方法によれば、荷重測定装置１を用い、設計炭の第１荷重比と、評価対象の石炭Ａ及び石炭Ｂの第２荷重比とを比較する。これにより評価対象の石炭Ａ及び石炭Ｂの粘性が設計炭の粘性と比較して高い、低い又は同等であるといった評価をすることができる。
【００５４】
石炭Ａについては、設計炭よりも排出性がよいので、実際に使用する前に、そのままでも石炭ガス化炉に適用可能であると評価することができる。石炭Ｂについては、設計炭よりも排出性がよくないと評価することができる。このような石炭Ｂについては、使用しない、石炭Ｂが適用できるように石炭ガス化炉の運転条件を調整する、石炭Ｂの性状が設計炭に近づくように石炭Ｂに添加物を加えるなど、様々な対策をとることができる。
【００５５】
なお、比較の方法としては、上述した方法に限定されない。例えば、評価対象の石炭Ａ、石炭Ｂについての第２荷重比と設計炭の第１荷重比から石炭をランク分けしてもよい。石炭Ａや石炭Ｂの第２荷重比が設計炭の第１荷重比の−Ｘ％以下であれば排出性が極めて良好、−Ｙ〜Ｘ％（Ｙ＞Ｘ）であれば良好などと石炭をランク分けすることができる。
【００５６】
上述した例では、任意の計測温度で荷重を計測したが、その範囲を限定してもよい。例えば、上述した温度Ｔ１以下で荷重を計測してもよい。通常、運転温度を上げれば粘性が低下する。このことから、比較的低い温度における粘性が十分に低いものであるならば、それより高い温度での粘性はさらに低くなり、排出性が良好と考えられる。
【００５７】
したがって、石炭について様々な計測温度で荷重を計測する際に、その計測温度の範囲を温度Ｔ１以下に絞ることができるので、荷重の計測に掛かる作業量を減らすことができる。
【００５８】
上述した評価方法においては、荷重測定装置１を用いて設計炭等の荷重を計測した。荷重測定装置１は、スラグを一度溶融させたら、その後は溶融スラグを入れ替えることなく、様々な計測温度に変更して荷重を計測することができる。したがって、このような荷重測定装置１を用いた評価方法は、図２に示したような各計測温度における荷重を効率的に得ることができる。
【００５９】
また、荷重測定装置１は、溶融スラグの粘性を直接的に測定する粘度測定装置と比較して小型である。したがって、荷重測定装置１を用いた石炭の評価方法は、石炭の採掘地近辺で実施しやすい簡便な方法である。このような評価方法によれば、石炭を採掘地から搬送する前に、石炭の性状を評価することができる。
【００６０】
なお、上述した評価方法では、荷重測定装置１を用いて溶融スラグからセラミックチューブ２０を引き抜く荷重を計測したが、そのような荷重測定装置１を用いることに限定されない。また、上述した荷重測定装置１は、加熱手段としてマッフル炉３０を用いたがこれに限定されない。加熱手段として、スラグを溶融して溶融スラグとし、セラミックチューブ２０を内部に配置し、そのセラミックチューブ２０を外部の荷重計４０から引き上げることが可能な装置であればよい。
【００６１】
さらに、セラミックチューブ２０を引き上げるために耐熱線５０を用いたがこのような態様に限定されない。例えば、セラミックチューブ２０の長さを十分にとり、マッフル炉３０の外において、荷重計４０とセラミックチューブ２０とを適切な線部材で結んでもよい。このような線部材は、耐熱線５０のような耐熱性は必要ない。
【符号の説明】
【００６２】
１…荷重測定装置、１０…容器、２０…セラミックチューブ（錘）、３０…マッフル炉（加熱手段）、４０…荷重計、５０…耐熱線
【図１】
2018031750.tif 000003
【図２】
2018031750.tif 000004