(57)【要約】【課題】ガス化炉内の炭化物の堆積層の上面を目標の高さ付近に良好に保つ制御を実現する。【解決手段】ガス化装置は、ガス化炉２と、チャー排出装置４と、第１〜６温度センサ（検出部）Ｔ１，Ｔ２，・・・と、制御装置と、を備える。ガス化炉２は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。チャー排出装置４は、堆積した炭化物をガス化炉２の外部に排出する。検出部は、炭化物の堆積層の上面の高さを検出する。制御装置は、検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、予め定められた目標堆積高さと、の差に基づいてチャー排出装置４の排出速度を現在の排出速度から変更する制御を反復して行う。【選択図】図２
2018162356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積するガス化炉と、
堆積した前記炭化物を前記ガス化炉の外部に排出する排出装置と、
前記炭化物の堆積層の上面の高さを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、予め定められた炭化物の堆積層の上面の目標高さである目標堆積高さと、の差に基づいて前記排出装置の排出速度を現在の排出速度から変更する制御を反復して行う制御装置と、
を備えることを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化装置であって、
前記制御装置は、前記検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、前記目標堆積高さと、の差に応じた上げ幅又は下げ幅で、前記排出速度を変更することを特徴とするガス化装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガス化装置であって、
前記排出装置の排出速度を変更するための補正値を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部は、前記検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、前記目標堆積高さと、の乖離の程度に応じて選択される複数の異なる補正値を記憶することを特徴とするガス化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料を熱分解してガスを発生させるガス化炉を備えるガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原料（典型的には、バイオマス）をガス化するガス化装置が知られている。このようなガス化装置としては、例えば、炉構造が簡単で、一般的にタールの発生が少ないと言われている固定床ダウンドラフト式ガス化装置がある。
【０００３】
一般的な固定床ダウンドラフト式ガス化装置において、ガス化炉に投入された原料としてのバイオマスは、熱分解、酸化、還元の順に反応し、その過程でガスが発生する。これらの反応の過程で生成される炭化物（チャー）はガス化炉の下部に堆積するが、ある程度の時間が経過すると、堆積しているチャーは排出装置によってガス化炉の外部に排出される。
【０００４】
上記のようなガス化装置において、近年、チャーがガス化炉に滞留する時間が長過ぎると不要な物質が生成されてしまうおそれがあることが問題視されている。その反面、ガスの発生にチャーも寄与していることから、チャーがガス化炉のチャー堆積領域に滞留する時間が短過ぎると、ガス化効率が低下してしまうことが懸念される。従って、チャーがガス化炉のチャー堆積領域に滞留する時間は適正な長さに調整されることが望ましく、そのためには、ガス化炉内のチャー堆積領域の上面（即ち、チャーの堆積層の上面）の位置を目標の高さ付近に保つことが必要と考えられる。
【０００５】
しかしながら、ガス化炉内のチャーの堆積層の上面を目標の高さ付近に保つための制御は、従来は容易ではなかった。
【０００６】
ガス化炉内のチャーの堆積層の上面を目標の高さ付近に保つための手段として、例えば、特許文献１に記載のように、ガス化炉への原料の投入量を調整することが考えられる。しかしながら、原料の投入量を適宜に調整しても、ガス化炉内での原料の熱分解及び部分燃焼の進み具合によって、チャー堆積領域に堆積するチャーの量は大きく変動するので、これだけではチャーの堆積層の上面の高さを充分にコントロールすることは困難であった。
【０００７】
ガス化炉内のチャーの堆積層の上面を目標の高さ付近に保つための別の手段として、例えば、特許文献２に記載のように、排出装置（回転式抜き出し機）の駆動状態（モータの回転数）を制御することが考えられる。しかしながら、特許文献２は、主として移動床式のガス化炉でガス化効率を向上するために監視することが必要となる燃焼帯の温度（ピーク温度）を継続的に取得することを目的として、燃焼帯の位置を温度センサ群が設けられた炉高方向の範囲で敢えて絶えず上下に変動させるために、チャーの抜き出しを適宜に停止・開始する制御を開示しているに過ぎない。即ち、特許文献２に開示される制御を参考にしても、ガス化炉内のチャーの堆積層の上面を目標の高さ付近に保つことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１３９５２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３９３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ガス化炉内の炭化物の堆積層の上面を目標の高さ付近に良好に保つ制御を実現することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の観点によれば、以下の構成のガス化装置が提供される。即ち、このガス化装置は、ガス化炉と、排出装置と、検出部と、制御装置と、を備える。前記ガス化炉は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。前記排出装置は、堆積した前記炭化物を前記ガス化炉の外部に排出する。前記検出部は、前記炭化物の堆積層の上面の高さを検出する。前記制御装置は、前記検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、予め定められた炭化物の堆積層の上面の目標高さである目標堆積高さと、の差に基づいて前記排出装置の排出速度を現在の排出速度から変更する制御を反復して行う。
【００１２】
ここで、排出装置の排出速度に関し、炭化物の堆積層の上面の高さが適正となるような最適値は、ガス化炉の大きさや、原料の種類・状態等に応じて異なる。そのため、仮に最適な排出速度を予め定めて排出装置を制御しようとすると、想定される様々な条件に応じて最適な排出速度を決定するために個別に検討を行う必要があり、現実的でない。この点、本構成では、現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の差に基づいて排出装置の現在の排出速度を変更する処理を反復することにより、炭化物の堆積層の上面の高さが適正な状態に近づくように制御することができる。この結果、炭化物の堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけるための制御を柔軟に実現することができる。
【００１３】
前記のガス化装置においては、前記制御装置は、前記検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、前記目標堆積高さと、の差に応じて設定した上げ幅又は下げ幅で、前記排出速度を変更することが好ましい。
【００１４】
これにより、現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の差に応じて、排出装置の排出速度を変更するときの上げ幅又は下げ幅を異ならせることができる。よって、炭化物の堆積層の上面の高さをきめ細かく制御することができる。
【００１５】
前記のガス化装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このガス化装置は、前記排出装置の排出速度を変更するための補正値を記憶する記憶部を備える。前記記憶部は、前記検出部の検出結果により得られた現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、前記目標堆積高さと、の乖離の程度に応じて選択される複数の異なる補正値を記憶する。
【００１６】
これにより、現在の炭化物の堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の乖離の程度に応じた補正値を適用して、排出装置の排出速度を変更することができる。この結果、炭化物の堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけるための制御を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス化装置の全体的な構成を示す模式図。
【図２】ガス化装置に備えられるガス化炉及びそれに関連する構成を説明する模式図。
【図３】（ａ）ガス化炉における温度センサとチャーの目標堆積高さとの位置関係を説明する概念図。（ｂ）チャー排出装置のモータ周波数制御に関し、記憶部に記憶される複数の補正値の例を示す図。
【図４】チャーの堆積層の上面の高さをより適正な状態に近づけるために、制御装置により行われる処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス化装置１の全体的な構成を示す模式図である。図２は、ガス化装置１に備えられるガス化炉２及びそれに関連する構成を説明する模式図である。図３（ａ）は、ガス化炉２における温度センサとチャーの目標堆積高さとの位置関係を説明する概念図である。図３（ｂ）は、チャー排出装置４のモータ周波数制御に関し、記憶部に記憶される複数の補正値の例を示す図である。
【００１９】
初めに、本実施形態に係るガス化装置１の全体的な構成について、図１を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態のガス化装置１は、例えば籾殻や木質系廃材等の生物由来の有機性資源（厳密には、化石資源を除いた有機性資源であり、「バイオマス」と称される場合もある。）を燃料（原料、ガス化対象物）としてガスを発生させて、当該ガスを用いて発電する、いわゆるバイオマス発電プラントの一部である。図１に示すように、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２、燃料供給装置３、チャー排出装置４、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、誘引ブロワ８、制御装置９、コージェネレーションシステム１０、及び余剰ガス燃焼装置１１等を備える。
【００２１】
図２に示すガス化炉２は、原料のガス化の主要な反応が行われる炉である。本実施形態のガス化炉２は、いわゆる固定床式炉である。図２に示すように、ガス化炉２の上下方向中途部には、ガス化炉２の内部に酸化剤としての空気又は酸素を供給するための酸化剤供給口１３が設けられる。
【００２２】
図２に模式的に示すように、ガス化炉２の内部には、原料の熱分解及び酸化（部分燃焼）が行われる領域が形成されている。また、ガス化炉２の内部の、部分燃焼が行われる領域よりも下方には、熱分解及び部分燃焼の後に残ったチャーが堆積するチャー堆積領域が形成される。酸化剤供給口１３は、ガス化炉２の炉高方向の上記部分燃焼が行われる領域に対応する位置に、当該ガス化炉２の内部と外部を連通するように孔状に設けられる。
【００２３】
燃料供給装置３は、ガス化炉２の上端部から内部に原料を供給するものである。本実施形態の燃料供給装置３は、ホッパ３１、スクリュー３２、及びモータ等を備えている。ホッパ３１は、原料を投入する容器である。スクリュー３２は、このホッパ３１の底部に回転可能に取り付けられる。モータは、例えば交流モータとして構成されており、スクリュー３２を回転駆動する。本実施形態では、このモータに一定の周波数の交流電流が流れることにより、スクリュー３２が一定の速度で回転駆動される。この結果、原料がスクリュー３２の回転数に応じた量でガス化炉２内に投入されるようになっている。ただし、前記モータは交流モータに特に限定されるものではない。
【００２４】
チャー排出装置４は、ガス化炉２内のチャー堆積領域の底部から、ガス化（還元）後に残ったチャーを排出する（抜き出す）ものである。具体的には、チャー排出装置４は、例えばロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２等により構成される。ロータリバルブ４１は、回転駆動されることにより、ガス化炉２の底部に設けられた抜出孔から抜き出されたチャーを下方のスクリューコンベア４２へと供給する。スクリューコンベア４２は、回転駆動されることにより、抜き出されたチャーをガス化炉２の外部の所定の場所へと搬送する。
【００２５】
本実施形態において、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２には、それぞれモータの出力軸が連結されている。このモータは、直流モータであってもよいし、交流モータであってもよい。交流モータである場合、当該モータは、供給される交流電流の周波数に応じた速度で回転し、これに伴って、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２が排出動作（具体的には、回転）を行う。従って、交流モータに供給される交流電流の周波数がインバータによって適宜に変更されることにより、単位時間あたりのチャーの実質的な抜出し量（排出速度）を増減することができる。これにより、ガス化炉２内におけるチャーが堆積されるレベル（堆積量）を、概ね一定となるように調整することができる。
【００２６】
ガス化炉２内のチャー堆積領域よりも上方の領域では、燃料供給装置３から供給された原料が乾燥される。乾燥された原料は、その後、酸素欠乏状態で燃焼することで熱分解される。これにより、原料の約５０〜９０％がガス（ＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）及びタール等のガス状物質に、残りの約１０〜５０％がチャーと呼ばれる固定炭素に転換される。なお、転換の割合は、炉内での加熱速度、原料の種類・粒径等の影響を受けて変動する。熱分解で生成した熱分解生成物質は、酸化剤供給口１３から供給された空気又は酸素によって、酸化（部分燃焼）される。この部分燃焼により発生する熱は、上記の熱分解での熱源として利用される。部分燃焼の後に残ったチャーは、部分燃焼が行われる領域よりも下方のチャー堆積領域に堆積される。
【００２７】
ガス化炉２内のチャー堆積領域では、部分燃焼のときよりも概ね低い温度においてチャーによる還元反応が行われ、これによりチャーが蒸し焼き状態とされてガス化が行われる。このチャー堆積領域でのチャーによるガス化（還元）では、ＣＯとＨ2が生成する。
【００２８】
ガス化炉２で生成されたガスは、図１に示すように、配管等により構成されるガス経路を通ってコージェネレーションシステム１０及び余剰ガス燃焼装置１１に供給される。このガス経路のガス化炉２とコージェネレーションシステム１０（余剰ガス燃焼装置１１）との間の中途部には、上流側から下流側に向かって、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、及び誘引ブロワ８がこの順に配置されている。
【００２９】
バグフィルタ５は、ガス化炉２から流れて来たガスに含まれる煤等の炭素の微粒子や、塵等を除去するものである。バグフィルタ５は、例えば捕捉・吸着等の手法を用いて、ガスをバグフィルタ５のフィルタに通し、煤や塵等をこのフィルタで取り除く。
【００３０】
ガス冷却装置６は、バグフィルタ５を通過した後に流れてきたガスを冷却し、当該ガスの密度を高めるものである。ガス冷却装置６は、例えば熱交換等の手法を用いて、ガスを冷却する。具体的には、ガス冷却装置６は、例えば冷却水が供給される熱交換器と、当該熱交換器の間に配管されるガス経路と、を備えている。熱交換器には冷却水として貯水槽からの水が供給され、冷却水とガスとの間で熱交換が行われる。
【００３１】
洗浄装置７は、ガス冷却装置６で冷却された後に流れてきたガスを洗浄してタール等を除去するものである。洗浄装置７は、例えば、ガス状のタールを凝縮する工程と、ガス・液体混合物を分離する工程と、液滴濾過を行う工程と、を含む物理的プロセスを行うことにより、タールを除去する。
【００３２】
誘引ブロワ８は、負圧を発生させることにより、ガス化炉２からのガスをコージェネレーションシステム１０側に誘引するものである。誘引ブロワ８は、例えば誘引通風式の送風機により構成される。誘引ブロワ８の作用により、誘引ブロワ８よりも上流側のガス経路及びガス化炉２内では、負圧が生じている。
【００３３】
コージェネレーションシステム１０は、ガスエンジン及び発電機等により構成されるものである。ガス化炉２で生成されたガスが、煤やタール等が除去されて密度が高められた後にガスエンジンに供給されて、当該ガスの熱エネルギーがガスエンジンにより回転運動に変換される。この回転運動が発電機に伝達されて、電気が発生する。またガスの熱エネルギーのうちの一部は、給湯等に用いられる。
【００３４】
誘引ブロワ８を通過した後のガスのうち、コージェネレーションシステム１０に供給されなかった余剰のガスは、余剰ガス燃焼装置１１に供給される。余剰ガス燃焼装置１１は、余剰のガスを焼却処理し、一酸化炭素を二酸化炭素に変換して無害化する。
【００３５】
制御装置９は、ガス化炉２、燃料供給装置３、チャー排出装置４、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、誘引ブロワ８、コージェネレーションシステム１０、及び余剰ガス燃焼装置１１等を制御するコントローラである。制御装置９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータとして構成されており、ＣＰＵは各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。また、前記ＲＯＭには、ガス化装置１に適切に原料のガス化を行わせるための適宜のプログラムが記憶されている。そして、上記したソフトウェアとハードウェアの協働により、ガス化装置１に適宜に原料のガス化を行わせ、ガス中の煤やタールの除去、ガスの濃縮、コージェネレーションシステム１０及び余剰ガス燃焼装置１１へのガスの供給等を行わせることができる。
【００３６】
記憶部１２は、制御装置９が行う様々な制御に用いられる数値や、パラメータ等を記憶するメモリである。具体的には、記憶部１２は、後述する目標堆積高さの値や、補正値等を記憶する。
【００３７】
上記のような構成のガス化装置１では、典型的にはバイオマスである原料を燃料としてガス化炉２でガスが生成され、このガスに含まれる煤やタールがガス経路の途中で取り除かれて、濃縮された後に、当該ガスがコージェネレーションシステム１０に供給される。このガスの熱エネルギーにより電力を得ることができる。即ち、典型的にはバイオマスである原料を資源としたエネルギーが電力に変換されて取り出される。これにより、再生可能なエネルギー源としての原料を有効に利用することができる。
【００３８】
ところで、チャーがチャー堆積領域に滞留する時間が長過ぎると不要な物質が生成されてしまうことが、近年問題視されている。その反面、チャーがチャー堆積領域に滞留する時間が短過ぎると、チャーの充分なガス化（酸化）が行われず、ガス化効率が低下してしまうことも懸念される。従って、チャーがチャー堆積領域に適切な時間だけ滞留してから排出されることが望まれており、そのためには、ガス化炉２内のチャーの堆積領域の上面の位置（即ち、チャーの堆積レベル）を目標の高さ付近に保つことが必要と考えられる。
【００３９】
そこで、本実施形態のガス化装置１では、チャーの堆積層（堆積している物質のうち、大部分がチャーで占められている層。以下、単に「チャー堆積層」と称する場合がある。）の上面の高さが、チャー堆積層の上面の目標の高さ（言い換えれば、理想的な高さ。）である目標堆積高さの近傍に保持されるように制御するようにしている。
【００４０】
なお、上記目標堆積高さは、チャー堆積層でのチャーの滞留時間が長過ぎることもなく短過ぎることもない適宜の時間となるような理想的なチャーの堆積層の高さとして、予め種々の検討が行われることにより定められる。この目標堆積高さは、記憶部１２に記憶される。
【００４１】
また、本実施形態のガス化装置１は、チャー堆積層の上面の高さを検出するための検出部を備えている。検出部は、例えば、ガス化炉２の炉高方向に並ぶ複数の温度センサである。具体的には、本施形態のガス化装置１は、検出部として、第１温度センサＴ１、第２温度センサＴ２、第３温度センサＴ３、第４温度センサＴ４、第５温度センサＴ５、及び第６温度センサＴ６を備える。これらの温度センサＴ１，Ｔ２・・・は、炉高方向に等しい間隔で配置されていてもよいし、不等の間隔で配置されていてもよい。これらの温度センサＴ１，Ｔ２・・・は何れも、制御装置９に電気的に接続されている。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、第１温度センサＴ１は、目標堆積高さに対してガス化炉２の炉高方向で第１距離Ｌ１だけ上方の位置に設けられる。本実施形態の第１温度センサＴ１は、ガス化炉２の炉高方向において酸化剤供給口１３の近傍に配置される。
【００４３】
第２温度センサＴ２は、目標堆積高さに対してガス化炉２の炉高方向で、第１距離Ｌ１より短い第２距離Ｌ２だけ上方の位置に設けられる。
【００４４】
第３温度センサＴ３は、目標堆積高さに相当する位置に設けられる。即ち、本実施形態では、ガス化炉２の炉高方向における第３温度センサＴ３と目標堆積高さとの間の第３距離Ｌ３（図示略）は０である。ただし、第３距離Ｌ３は、０よりも大きく第２距離Ｌ２よりも小さい距離であってもよい。
【００４５】
第４温度センサＴ４は、目標堆積高さに対してガス化炉２の炉高方向で第４距離Ｌ４だけ下方の位置に設けられる。第４距離Ｌ４は、例えば、前記の第２距離Ｌ２と等しい距離とすることができるが、これに限定されない。
【００４６】
第５温度センサＴ５は、目標堆積高さに対してガス化炉２の炉高方向で第５距離Ｌ５だけ下方の位置に設けられる。第５距離Ｌ５は、例えば、前記の第１距離Ｌ１と等しい距離とすることができるが、これに限定されない。
【００４７】
第６温度センサＴ６は、目標堆積高さに対してガス化炉２の炉高方向で、前記の第５距離Ｌ５より長い第６距離Ｌ６だけ下方の位置に設けられる。第６温度センサＴ６は、例えば、これよりもチャー堆積層の上面の高さが低くなるとチャーによる還元が充分に行われなくなると判断されるような、限界の高さに相当する位置に設けられる。
【００４８】
６つの距離Ｌ１，Ｌ２，・・・の具体的な値は、ガス化炉２の大きさにもよるが、例えば数十センチメートルとすることが考えられる。第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・は、それぞれ、当該温度センサが設けられた高さにおけるガス化炉２内の温度を検出可能である。
【００４９】
図示はしていないが、第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・は、例えば複数ずつ設けられている。複数ずつの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・は、何れも、ガス化炉２の周方向に沿って配置される。これらの周方向に配置される複数の温度センサの検出値の平均値が、第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・のそれぞれの検出値として採用され、以降で説明するチャー堆積層の上面の高さを取得するための判断に用いられる。ただし、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の各検出値として採用する値は平均値に限定されるものではなく、例えば、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の各中央値等を検出値として採用することもできる。
【００５０】
ここで、本実施形態の検出部がチャー堆積層の上面の高さを取得する原理について、簡単に説明する。
【００５１】
ガス化炉２の炉高方向の温度センサに対応する位置が堆積したチャーで埋もれている場合は、チャーで埋もれていない場合（とりわけ、部分燃焼が行われる領域に対応している場合）よりも、相当に低い温度が検出されるはずである。これは、ガス化炉２のチャー堆積層よりも上方では、熱分解生成物の部分燃焼が行われて、例えば１０００℃以上に達するところ、チャー堆積層ではそれよりも低い温度（例えば、７００〜１０００℃）でチャーによる還元反応が行われるためである。本実施形態の検出部は、このガス化炉２内の炉高方向の温度分布の特徴に着目して、チャーの堆積層の上面のおよその高さを取得している。
【００５２】
具体的には、ガス化炉２の炉高方向に隣り合う温度センサで取得された検出値（絶対温度）の差を、それぞれ算出し、この差が閾値以上となっている温度センサを特定する。これにより、チャー堆積層の上面が、閾値以上の温度差が検出された炉高方向に隣り合う温度センサの間の位置にあると把握することができる。例えば、第２温度センサＴ２の検出値と第３温度センサＴ３の検出値との差が閾値以上であった場合、チャー堆積層の上面が第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３との間の位置にあると判断することができる。
【００５３】
ガス化炉２の炉高方向に隣り合う温度センサのうち、その検出値の差が閾値以上である温度センサが複数対存在する場合は、検出値の差が最大である温度センサの対を特定すればよい。即ち、ガス化炉２の炉高方向に隣り合う温度センサのうち、検出値の差が閾値以上かつ最大の温度センサの間に、チャー堆積層の上面が位置すると判断する。
【００５４】
チャー堆積層の上面の高さを取得する際に使用する前記の閾値は、チャー堆積層の予想温度と、チャー堆積層の上方にあるガス層の予想温度との差を考慮して決定することができる。各予想温度は、例えば、ガス化炉２の試験運転又は解析等で予め取得してもよい。閾値は、例えば、１００〜６００℃、より好ましくは２００〜３００℃の範囲から選択して設定することができる。
【００５５】
なお、チャー堆積層の上面の位置をコントロールするためには、チャー堆積層の上面の炉高方向の位置が第１温度センサＴ１から第６温度センサＴ６までが配置される範囲から外れた場合にも、少なくとも、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１よりも上方の位置にあるのか、それとも第６温度センサＴ６よりも低い位置にあるのかを知る必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、炉高方向に隣り合う温度センサの何れにおいても閾値以上の温度差が見られなかった場合には、直前に閾値以上の温度差が検出されたのが第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の間であったか、それとも第５温度センサＴ５と第６温度センサＴ６との間であったかを、過去に取得された温度差を参照することにより調べる。
【００５７】
直前に閾値以上の温度差が検出されたのが第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の間であった場合、チャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第１温度センサＴ１から第６温度センサＴ６までが配置される範囲から外れる直前には、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の間の高さにあったと推定される。従って、現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置は、第１温度センサＴ１よりも上方にあると把握することができる。
【００５８】
一方、直前に閾値以上の温度差が検出されたのが第５温度センサＴ５と第６温度センサＴ６の間であった場合、チャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第１温度センサＴ１から第６温度センサＴ６までが配置される範囲から外れる直前には、チャー堆積層の上面が第５温度センサＴ５と第６温度センサＴ６の間の高さにあったと推定される。従って、現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置は、第６温度センサＴ６よりも下方にあると把握することができる。
【００５９】
以上のような判断を行うことにより、本実施形態の制御装置９は、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の検出値に基づいて、ガス化炉２内における現在のチャー堆積層の上面のおよその高さを取得している。
【００６０】
次に、チャー堆積層の上面の高さを目標堆積高さの近傍に維持するために、ガス化装置１で行われている制御フローについて、主として図４を参照して詳細に説明する。図４は、チャー堆積層の上面の高さをより適正な状態に近づけるために、制御装置９により行われる処理を示すフローチャートである。
【００６１】
初めに、制御装置９は、第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・から温度の検出値をそれぞれ取得する（ステップＳ１０１）。
【００６２】
続いて、制御装置９は、ステップＳ１０１で取得された温度の検出値を用いて、上述した原理によって、ガス化炉２内における現在のチャー堆積層の上面のおよその高さを取得する。制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の差ΔＨの程度を取得する（ステップＳ１０２）。この説明では、差ΔＨが正の値であるときは、チャー堆積層の上面の高さが目標堆積高さと比較して上方にあることを意味し、負の値であるときは、下方であることを意味する。
【００６３】
具体的に説明すると、現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第１温度センサＴ１よりも上方にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第１距離Ｌ１を上回る距離だけ上方に乖離していると判断する（ΔＨ＞Ｌ１）。
【００６４】
現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第２距離Ｌ２を上回りかつ第１距離Ｌ１以下の距離だけ上方に乖離していると判断する（Ｌ１≧ΔＨ＞Ｌ２）。
【００６５】
現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３との間にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第２距離Ｌ２以下の距離だけ上方に乖離していると判断する（Ｌ２≧ΔＨ＞０）。
【００６６】
本実施形態では、炉高方向における第３温度センサＴ３の位置が目標堆積高さと一致しているため（第３距離Ｌ３＝０）、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面が第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３との間に位置する場合、Ｌ２≧ΔＨ＞０であると判断する。第３温度センサＴ３が目標堆積高さよりも上方又は下方に配置されている場合（第３距離Ｌ３≠０）、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面が第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３との間に位置するとき、Ｌ２≧ΔＨ＞Ｌ３、又はＬ２≧ΔＨ＞−Ｌ３であると判断する。
【００６７】
現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第３温度センサＴ３と第４温度センサＴ４との間にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第４距離Ｌ４以下の距離だけ下方に乖離していると判断する（０≧ΔＨ＞−Ｌ４）。
【００６８】
現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第４温度センサＴ４と第５温度センサＴ５との間にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第４距離Ｌ４を上回りかつ第５距離Ｌ５以下の距離だけ下方に乖離していると判断する（−Ｌ４＞ΔＨ≧−Ｌ５）。
【００６９】
現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第５温度センサＴ５と第６温度センサＴ６との間にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第５距離Ｌ５を上回りかつ第６距離Ｌ６以下の距離だけ下方に乖離していると判断する（−Ｌ５＞ΔＨ≧−Ｌ６）。
【００７０】
現在のチャー堆積層の上面の炉高方向における位置が第６温度センサＴ６よりも下方にあると判断された場合、制御装置９は、現在のチャー堆積層の上面の高さは、目標堆積高さに対して第６距離Ｌ６を上回る距離だけ下方に乖離していると判断する（−Ｌ６＞ΔＨ）。
【００７１】
以上のようにして、本実施形態の制御装置９は、ステップＳ１０２において、現在のチャー堆積層の上面の高さの目標堆積高さからの乖離の程度を、複数の段階の何れに当てはまるかを判断することにより取得する。
【００７２】
記憶部１２は、チャー排出装置４が備える前述の交流モータに供給する交流電流の周波数の複数の補正値を、ステップＳ１０２で取得される、現在のチャー堆積層の上面の高さの目標堆積高さからの乖離の程度に対応付けて記憶している。本実施形態では、複数のΔＨの範囲（ΔＨ＞Ｌ１、Ｌ１≧ΔＨ＞Ｌ２、Ｌ２≧ΔＨ＞０、０≧ΔＨ＞−Ｌ４、−Ｌ４＞ΔＨ≧−Ｌ５、−Ｌ５＞ΔＨ≧−Ｌ６、−Ｌ６＞ΔＨ）に対応して、複数の補正値（＋１５、＋１０、＋５、０、−５、−１０、及び−１５［Ｈｚ］）が予め記憶部１２に記憶されている。
【００７３】
ステップＳ１０２の後、制御装置９は、交流電流の周波数に関して記憶部１２に予め記憶されている複数の補正値の中から、ステップＳ１０２で取得した現在の堆積高さの目標堆積高さからの乖離の程度に応じた補正値を選択する（ステップＳ１０３）。なお、これらの補正値は、例えば、チャーの堆積レベルの目標レベルからの乖離の程度と、モータの周波数を変更すべき程度と、の相対関係を例えば実験や解析を行うこと等により検討し、求めることができる。
【００７４】
本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、現在のチャーの堆積レベルの目標レベルからの乖離の程度に応じて、補正値が択一的に選択されるようになっている。例えば、目標堆積高さと現在のチャー堆積層の上面の位置との差ΔＨがＬ１よりも大きい（ΔＨ＞Ｌ１）場合には、＋１５［Ｈｚ］が補正値として選択される。また、チャー堆積層の上面の位置が目標堆積高さと同じかそれよりも低く、その差ΔＨがＬ４よりも小さい（０≧ΔＨ＞−Ｌ４）場合には、チャー堆積層の上面の高さが現時点で適正であると考えられるので、０［Ｈｚ］が補正値として選択される。
【００７５】
続いて、制御装置９は、チャー排出装置４の交流モータに現在与えている交流電流の周波数に対して、ステップＳ１０３で選択した補正値を加算することにより、新しい周波数を算出する（ステップＳ１０４）。
【００７６】
周波数が補正により増加した場合、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２が現在と比較して高速で回転するため、ガス化炉２からのチャーの抜出し量が増加し、チャー堆積層の上面の高さが下降し易くなる。周波数が補正により減少した場合、前記とは逆に、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２が現在と比較して低速で回転するため、ガス化炉２からのチャーの抜出し量が減少し、チャー堆積層の上面の高さが上昇し易くなる。
【００７７】
続いて、制御装置９は、ステップＳ１０４で算出した補正後の周波数の交流電流がチャー排出装置４の交流モータに供給されるように、図示しないインバータに対して適宜の制御信号を出力する（ステップＳ１０５）。これにより、チャー堆積層の上面の位置が目標堆積高さに近づくようにロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２の回転速度が制御される。この結果、チャーの堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけることができる。
【００７８】
その後、ステップＳ１０１に戻り、制御装置９はステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を反復する。
【００７９】
以上の制御により、例えば、ΔＨがゼロより大きい状況が長時間継続する場合は、現在よりも交流電流の周波数を増加する補正（変更）が繰り返して行われるので、チャー排出装置４の排出動作の速度は増加し続けることになり、やがてΔＨがゼロに近づく。このようにして、チャー排出装置４の排出動作の速度が適切に調整される。
【００８０】
また、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の周波数の補正値は、チャーの堆積層の上面の高さが目標堆積高さから大きく乖離する程、その絶対値が大きくなるように定められる。従って、チャー堆積層の上面の高さと目標堆積高さとのズレ量が大きい場合に、チャー排出装置４の排出動作の速度を鋭敏に変更することができるので、良好な応答性を実現することができる。
【００８１】
以上に説明したように、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２と、チャー排出装置（排出装置）４と、第１から第６までの温度センサ（検出部）Ｔ１，Ｔ２，・・・と、制御装置９と、を備える。ガス化炉２は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成されるチャーが堆積する。チャー排出装置４は、堆積したチャーをガス化炉２の外部に排出する。第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・は、チャー堆積層の上面の高さを検出する。制御装置９は、第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の検出結果により得られた現在のチャー堆積層の上面の高さと、予め定められたチャー堆積層の上面の目標高さである目標堆積高さと、の差に基づいて、チャー排出装置４の排出動作の速度を現在の速度から変更する制御を反復して行う。
【００８２】
ここで、チャー排出装置４の排出動作の速度に関し、チャー堆積層の上面の高さが適正となるような最適値は、ガス化炉２の大きさや、原料の種類・状態等に応じて異なる。そのため、仮に最適な動作速度を予め定めてチャー排出装置４を制御しようとすると、想定される様々な条件に応じて最適な動作速度を決定するために個別に検討を行う必要があり、現実的でない。この点、本実施形態では、現在のチャー堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の差に基づいて、チャー排出装置４の現在の動作速度を変更する処理を反復することにより、チャー堆積層の上面の高さが適正な状態に近づくように制御することができる。即ち、チャー排出装置４の動作速度を固定的に決めることなく、チャー堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけるための制御を柔軟に実現することが可能となる。
【００８３】
また、本実施形態のガス化装置１においては、制御装置９は、第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の検出結果により得られた現在のチャー堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の差（乖離の程度）に応じて、排出動作の速度を各々の差に応じて設定した上げ幅又は下げ幅で変更する。
【００８４】
これにより、現在のチャー堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の差に応じて、排出動作の速度を変更するときの上げ幅又は下げ幅を異ならせることができる。よって、チャーの堆積層の上面の高さをきめ細かく制御することができる。
【００８５】
また、本実施形態のガス化装置１は、チャー排出装置４の排出動作の速度を変更するための補正値を記憶する記憶部１２を備える。記憶部１２は、第１から第６までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の検出結果により得られた現在のチャー堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の乖離の程度に応じて選択して選択される複数の異なる補正値（本実施形態では、図３（ｂ）に示した７つの補正値）を記憶する。
【００８６】
これにより、現在のチャー堆積層の上面の高さと、目標堆積高さと、の乖離の程度に応じた補正値（本実施形態では、＋１５、＋１０、＋５、０、−５、−１０、又は−１５）を適用して、チャー排出装置４の動作速度を変更することができる。この結果、チャー堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけるための制御を容易に実現することができる。
【００８７】
また、本実施形態のガス化装置１において、前記検出部は、ガス化炉２の炉高方向に並べて設けられる複数の温度センサＴ１，Ｔ２，・・・を有して構成される。制御装置９は、炉高方向で隣り合う２つの温度センサ（例えば、第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３）の検出値の差（温度差）が閾値以上である場合に、炉高方向においてこの２つの温度センサ（第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３）の間の位置に、チャー堆積層の上面が配置されると判断する。
【００８８】
これにより、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・を用いた簡素な構成で、ガス化炉２の炉高方向におけるチャー堆積層の上面の位置を推定することができる。よって、現在のチャー堆積層の高さを容易に把握して、チャー堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけるための制御に用いることができる。
【００８９】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００９０】
上記の実施形態では、検出部は、ガス化炉２の炉高方向に並べて配置された６つの温度センサを有するものとしたが、温度センサの数は上記より多くても少なくてもよい。また、温度センサに代えて、超音波センサ等のその他のセンサによって、チャー堆積層の上面の高さを検出するように構成してもよい。
【００９１】
上記の実施形態では、ガス化炉２内における現在のチャー堆積層の高さの、目標堆積高さからの乖離の程度に応じて、７つの異なる補正値の中から１つの補正値が選択されて、補正後の動作周波数を算出するのに用いられるものとした。しかしながら、補正値の数はこれに限るものではなく、これよりも多くても少なくてもよい。
【００９２】
上記の実施形態で示した各補正値の大きさ（絶対値）は、動作周波数を補正するときの上げ幅又は下げ幅を表しているものと把握することができるが、上げ幅及び下げ幅は上記の実施形態に示したものに限るものではなく、自由に定めることができる。即ち、ガス化炉２内における現在のチャー堆積層の高さの、目標堆積高さからの乖離の程度に応じて、上げ幅又は下げ幅が一定の幅又は変則的な幅で段階的に増減するものとしてもよいし、或いは指数関数的に上げ幅又は下げ幅が増減するものとしてもよい。
【００９３】
また、現在のチャー堆積層の高さの、目標堆積高さからの乖離が大きい場合に、乖離が小さい場合よりも、動作周波数を補正する上げ幅又は下げ幅が小さくなってもよい。例えば、以下のように制御することが考えられる。即ち、現在のチャー堆積層の高さが目標高さよりも大きく低下しているときであっても、排出動作の速度の低下は少しずつとして、チャー堆積層の高さをゆっくり上昇させる。そして、現在のチャー堆積層の高さが上昇して目標高さに近づいてくると、排出動作の速度の低下をやや鋭くして、チャー堆積層の高さの上昇速度を速める。そして、現在のチャー堆積層の高さが目標高さを少しでも上回ると、排出動作を急速に増大させて、チャーを積極的に排出し、チャー堆積層の高さを急激に低下させる。
【００９４】
上記の実施形態では、ガス化炉２に堆積したチャーを、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２を有するチャー排出装置４によって当該ガス化炉２の外部に排出する構成とし、ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２の回転速度（言い換えれば、排出動作の速度）を変更することにより、排出装置の排出速度が変更されている。しかしながら、排出装置の排出速度を変更する方法は、これに限るものではない。例えば、排出装置を、油圧シリンダ等のアクチュエータにより駆動される押出し部材が押出し動作（排出動作）を間欠的に繰り返すことによってチャーを排出するように構成してもよい。その場合、制御装置９は、当該押出し部材の押出し動作の単位時間あたりの頻度を変更するように制御することで、排出速度を変更することができる。或いは、ガス化炉２の底部に設けられた抜出孔（排出孔）の開口面積を変更可能に構成し、この開口面積を増減する制御を制御装置９が行うことで、排出装置の排出速度を変更するように構成することもできる。
【００９５】
ガス化炉２に投入する原料の種類・状態（粒径・乾燥状態等）を予め制御装置９に入力できるようにし、入力内容に応じて異なる補正値が適用されることとしてもよい。
【００９６】
上記の実施形態では、原料は、燃料供給装置３によって一定量ずつガス化炉２に投入されるものとしたが、これに限るものではなく、原料の投入量を可変としてもよい。
【００９７】
上記の実施形態では、ガス化炉２で発生されたガスはコージェネレーションシステム１０に供給されるものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれに代えて、ガスタービン等のエネルギー変換装置に供給されるものとしてもよい。
【００９８】
上記の実施形態では、ガス化炉２内で原料が乾燥されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、燃料供給装置３に供給される前に予め原料が乾燥されるものとしてもよい。
【００９９】
上記の実施形態では、排出装置の動作周波数を補正してガス化炉２内におけるチャー堆積層の上面の高さを適正な状態に近づけるための制御は、ガス化装置１全体を制御する制御装置９により行われるものとした。しかしながら、これに限るものではなく、上記の制御がガス化炉２専用の制御装置によって行われるものとしてもよい。
【０１００】
本発明は、部分燃焼が行われる領域よりも下方にチャーが堆積されて、このチャーが堆積される領域で、部分燃焼のときよりも低い温度で当該チャーによる還元が行われるガス化炉２を備えるガス化装置１に広く適用可能である。即ち、ガス化炉２の形式は特に固定床式に限るものではない。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ガス化装置
２  ガス化炉
４  チャー排出装置（排出装置）
９  制御装置
１２  記憶部
４２  スクリューコンベア
Ｔ１〜Ｔ６  第１〜第６温度センサ（検出部）
【図１】
2018162356.tif 000003
【図２】
2018162356.tif 000004
【図３】
2018162356.tif 000005
【図４】
2018162356.tif 000006