(57)【要約】【課題】例えば石炭等の固体燃料の燃料比計測方法を提供する。【解決手段】プレパラート１１の上に固体燃料粉砕物である微粉炭１０を置き、レーザラマン顕微鏡の対物レンズ１２からレーザ光１３を照射し、微粉炭で発生したラマン散乱光１４を計測し、ラマン散乱光を固定炭素に起因したシグナルとして検出し、蛍光を揮発分（例えば芳香族化合物）に由来したシグナルとして検出し、それぞれの光強度を測定し、その光強度比を求めて、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」により燃料比を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料粉砕物を試料として準備し、
前記固体燃料粉砕物に対して、レーザ光を照射しつつラマン散乱光を計測するレーザラマン顕微鏡装置を用い、
前記固体燃料粉砕物の複数点の箇所からのラマン散乱光を計測し、
この得られたラマン散乱光の計測結果より、固定炭素（Ｃ）及び揮発分の割合を求め、
これらの固定炭素（Ｃ）及び揮発分の割合から固体燃料粉砕物の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法。
【請求項２】
請求項１において、
得られたラマン散乱光の計測結果より、固定炭素（Ｃ）の割合が高い検体の計測結果を抽出し、抽出した複数の計測結果から「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法。
【請求項３】
請求項１において、
得られたラマン散乱光の計測結果の平均より、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法。
【請求項４】
請求項１において、
得られたラマン散乱光の計測結果よりヒストグラムを求め、そのヒストグラムの内の一番高い計測結果より、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば石炭等の固体燃料の燃料比計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭、石油その他のハイドロカーボン系の燃料は取り扱いが比較的容易であるため、これを用いて発電するプラントが従来から多数稼動している。特に石炭はその埋蔵量が莫大であることから、将来にわたって安定した供給が可能であるので、有望な燃料の一つとして注目されている。しかしながら、他のハイドロカーボン系の燃料と比較して燃料中に含まれる炭素（Ｃ）分を多く含むため、単位熱量当たりのＣＯ２排出量が多いという問題がある。特に、近年においては地球環境保全の観点から、ＣＯ２の排出量を低減することは早急に達成すべき重要な課題となっている。ここで、発電プラントの効率が向上すれば、同じ電力を発生させるために必要な燃料の量を低減できるので、ＣＯ２の排出量を低減できる。このため、従来の石炭焚発電プラントにおいては、プラントの効率を向上させてＣＯ２の排出量を抑制する対策がとられていた。
【０００３】
このようなプラント効率を向上させる技術としては、石炭ガス化複合発電（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏａｌ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ：ＩＧＣＣ）という技術が知られている。この技術は、石炭をそのまま燃焼させるのではなく、一旦ガス化してから発電用の燃料として供給するものである。石炭ガス化複合発電においては、ガスタービン及び蒸気タービンと組み合わせることによって、従来４０％程度であった石炭焚発電プラントの効率を約４６％まで向上させることができる。このプラント効率の向上によって、ＣＯ２の排出量は従来の石炭焚ボイラに対して約１３％削減できる（特許文献１及び２、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５１６６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６５１４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１（１９９９−１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
乾式給炭方式を採用するＩＧＣＣでは、従来の石炭に加えて褐炭や亜瀝青炭などの低品位炭を用いた多品種の燃料源を用いることができるが、この燃料ごとに燃料比（固定炭素（Ｃ）／揮発分）を求めることが求められている。
【０００７】
従来においては、ＪＩＳ Ｍ ８８１２準拠による分析室での個別分析であるので、時間を要していた。また、ボイラ火炉収熱比を測定することで、燃料比を類推することもできるものの、ボイラバーナの汚れ等により、収熱量に影響があるので、プラントごとに特有の補正を行って燃料比を類推しているのが現状である。
【０００８】
そこで、固体燃料の燃料比を迅速に計測する方法の出現が切望されている。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑み、例えば石炭等の固体燃料の燃料比計測方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、固体燃料粉砕物を試料として準備し、前記固体燃料粉砕物に対して、レーザ光を照射しつつラマン散乱光を計測するレーザラマン顕微鏡装置を用い、前記固体燃料粉砕物の複数点の箇所からのラマン散乱光を計測し、この得られたラマン散乱光の計測結果より、固定炭素（Ｃ）及び揮発分の割合を求め、これらの固定炭素（Ｃ）及び揮発分の割合から固体燃料粉砕物の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法にある。
【００１１】
第１の発明によれば、レーザラマン顕微鏡装置を用いた計測により、固体燃料粉砕物において、固定炭素に帰属されるラマン散乱光成分と、揮発分に帰属される蛍光成分との波長分離が可能となり、ラマン散乱光及び蛍光が発生する波長域における検出光信号成分（例えば面積）を求めることで「固定炭素成分」／「揮発分」より燃料比を求めることができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、得られたラマン散乱光の計測結果より、固定炭素（Ｃ）の割合が高い検体の計測結果を抽出し、抽出した複数の計測結果から「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法にある。
【００１３】
第２の発明によれば、燃料比を求める際に、不要となる燃料に起因しないデータ（例えば石のみを計測したデータ等）を排除することができ、精度の高い燃料比を求めることができる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、得られたラマン散乱光の計測結果の平均より、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法にある。
第３の発明によれば、全ての測定データの結果を反映した燃料比を求めることとなる。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、得られたラマン散乱光の計測結果よりヒストグラムを求め、そのヒストグラムの内の一番高い計測結果より、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求めることを特徴とする固体燃料の燃料比計測方法にある。
【００１６】
第４の発明によれば、ヒストグラムより得られた一番高い計測結果を代表的な燃料比と定めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、固体燃料粉砕物をレーザラマン顕微鏡装置を用いて、固定炭素に帰属されるラマン散乱光成分と、揮発分に帰属される蛍光成分との波長分離が可能となり、ラマン散乱光及び蛍光が発生する波長域における検出光信号成分を求めることで「固定炭素成分」／「揮発分」より燃料比を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、レーザラマン顕微鏡装置を用いた計測状況の模式図である。
【図２】図２は、レーザラマン顕微鏡装置を用いた計測状況の模式図である。
【図３】図３は、ラマン顕微計測工程のフロー図である。
【図４】図４は、ラマンスペクトルのチャートである。
【図５】図５は、多項式近似による迷光除去の検討結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の燃料比計測と従来法による燃料比計測との対比結果を示す図である。
【図７】図７は、微粉炭の計測試料の調整方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２０】
図１及び図２は、レーザラマン顕微鏡装置を用いた計測状況の模式図である。図１及び図２に示すように、プレパラート１１の上に固体燃料粉砕物である微粉炭１０を試料として置き、レーザラマン顕微鏡の対物レンズ１２からレーザ光１３を照射し、微粉炭１０で発生したラマン散乱光１４を計測している。図２中、符号１５はプレパラート１１を置くステージである。
【００２１】
レーザ光１３は、出力が３０ｍＷ、波長５３２ｎｍであり、発生するラマン散乱光及び蛍光スペクトルを受光器で検出し、スペクトルデータとして出力する。
【００２２】
ここで、ラマン散乱光を固定炭素に起因したシグナルとして検出し、蛍光を揮発分（例えば芳香族化合物）に由来したシグナルとして検出し、それぞれの光強度を測定し、ラマン散乱光及び蛍光が発生する波長域における検出光信号成分（例えば面積）を求めることで「固定炭素成分」／「揮発分」より「燃料比」を求めることができる。
【００２３】
微粉炭は、例えば２００メッシュ通過したものを用いている。
この微粉炭は、燃料となる炭と炭以外の石が存在するので、顕微鏡の倍率及び深度により、ピントがぼやけたり、はっきりしたりする。
よって、深度や倍率を適宜変更し、さらにプレパラート１１をステージ１５により水平方向に前後左右移動させることで、複数点の計測を行うようにする。
【００２４】
また、対物レンズ１２の倍率を例えば１０倍、２０倍、５０倍、１００倍とした場合、レーザスポット径（ｎｍ）は、各々１０倍（７２０ｎｍ）、２０倍（８１０ｎｍ）、５０倍（１４２０ｎｍ）、１００倍（２６００ｎｍ）となる。
【００２５】
そして、各試料に対して、倍率１００倍、５０倍、２０倍、１０倍の順で対物レンズ１２を変更し、同位置でピーク強度が最大となるフォーカス位置で、ラマン散乱計測を行う。このときにレーザ波長は５３２ｎｍ、レーザ出力は０．１７ｍＷ（対物レンズ下）、露光時間は例えば１秒とする。
【００２６】
次に、計測の手順について説明する。
図３は、ラマン顕微計測工程のフロー図である。
１）  固体燃料粉砕物である微粉炭１０を試料として準備する（Ｓ−１）。
２）  レーザラマン顕微鏡装置を用い、微粉炭１０に対して、レーザ光１３を照射しつつラマン散乱光１４を計測する（Ｓ−２）。
３）  得られたラマン散乱光１４の計測結果より、「固定炭素（Ｃ）」及び「揮発分」の割合を求め、これらの「固定炭素（Ｃ）」及び「揮発分」の割合から固体燃料粉砕物の燃料比を求める（Ｓ−３）。
【００２７】
図４はラマンスペクトルのチャートである。
計測炭種は、低品位炭（亜瀝青炭）の一つであるキデコ炭（乾燥後）を計測したものである。ここで、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は検出光強度を示している。
【００２８】
図４に示すように５６０〜５９０ｎｍにかけて固定炭素（Ｃ）に帰属されるラマン散乱光が検出され、６００〜７２５ｎｍにかけて揮発分に帰属される蛍光が検出されている。
【００２９】
図４に示すように、レーザラマン顕微鏡装置を用いた計測により、微粉炭においても固定炭素に帰属されるラマン散乱光成分と揮発分に帰属される蛍光成分との波長分離は可能であることが確認された。
【００３０】
よって、当該ラマン散乱光及び蛍光が発生する波長域における検出光信号成分（面積）を求めることで燃料比計測に必要な「固定炭素成分」及び「揮発分」のデータ取得が可能となる。
【００３１】
しかしながら、図４に示されるスペクトルにて明らかなように、燃料比計測に必要なラマン散乱光成分と蛍光成分のほかに迷光成分（ノイズ成分）も検出されている。この迷光成分を精度よく除去することが計測信号処理に必要である。
【００３２】
この計測信号処理として、多項式近似による迷光除去を加えた計測信号処理ロジックを用いることとした。
【００３３】
図５は、多項式近似による迷光除去の検討結果を示す図である。図５に示すように、シグナル成分（ラマン散乱光及び蛍光）が検出される波長域以外の波長成分をベースノイズ成分のみが検出されている波長域とした。このベースノイズ成分のみが検出されている波長域において、多項式近似によるフィッティングを行った。この近似式により作成されたベースラインをベースノイズ成分とした。シグナル成分（ラマン散乱光及び蛍光）が検出される波長域からベースラインを差分した信号を、燃料比計測に必要なシグナル成分（ラマン散乱光及び蛍光）とした。
【００３４】
図６は本発明の燃料比計測と従来法による燃料比計測との対比結果を示す図である。
本実施例にて燃料比を算出した結果、顕微ラマンによる燃料比測定誤差は、従来分析による燃料比計測結果に対して、燃料比０．１２（標準偏差）であると評価され、図６に示すように、目標値である燃料比測定誤差０．２を満足する結果が得られたことが確認された。なお、従来分析は、ＪＩＳ Ｍ ８８１２準拠による燃料比測定による。
【００３５】
また、「固定炭素成分」及び「揮発分」のデータ取得の操作として、以下の（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかの操作を単独又は組み合わせて行うようにしてもよい。
【００３６】
操作（Ａ）
同一サンプルで複数点のラマン散乱光の計測結果より、固定炭素（Ｃ）の割合が高い検体（ピーク強度が高いもの）の計測結果を抽出し、抽出した複数の計測結果から「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求める。
【００３７】
この操作を行うことで、燃料比を求める際に、不要となる燃料に起因しないデータ（例えば石のみを計測したデータ等）を排除することができる。この結果、精度の高い燃料比を求めることができる。
【００３８】
操作（Ｂ）
同一サンプルで複数点のラマン散乱光の計測結果の平均より、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求める。
【００３９】
この操作を行うことで、全ての測定データの結果を反映することとなる。
例えばプレパラート１１の微粉炭１０の全域にわたっての平均を求めることができる。
【００４０】
操作（Ｃ）
同一サンプルで複数点のラマン散乱光の計測結果よりヒストグラムを求め、そのヒストグラムの内の一番高い計測結果より、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求める。
【００４１】
この操作を行うことで、ヒストグラムより得られた一番高い計測結果を代表的な燃料比と定めることができる。
【００４２】
操作（Ｄ）
ラマン散乱光を得るためのレーザ照射領域を任意に調整して計測し、固定炭素（Ｃ）の割合が高い検体（ピーク強度が高いもの）の計測結果を抽出し、「固定炭素（Ｃ）／揮発分」の燃料比を求める。
【００４３】
この操作を行うことで、任意のレーザ照射領域における測定データの結果を反映することとなる。
【００４４】
ここで、レーザ照射領域を任意に調整する方法としては、例えば１）対物レンズの倍率による調整や、２）対物レンズとけいそく対象面との距離の調整によるレーザ照射スポット、観察領域のサイズの調整等を挙げることができる。
【００４５】
図７は、微粉炭の計測試料の調整方法を示す図である。図１及び図２においては、プラパラート１１の微粉炭を置いて計測しているが、その他の計測手法として、ガラス容器内に微粉炭１０を充填する方法について説明する。
【００４６】
図７に示すように、ガラス容器２０に内に、微粉炭１０を充填する（図７中、工程Ａ）。
充填した試料のガラス容器２０の上端の縁よりあふれた微粉炭をスライド板２１でスライドさせて、余分な微粉炭を落下炭１１ａとして落下させる（図７中、工程Ｂ）。
この表面が平坦になった微粉炭１０をいれたガラス容器２０をそのままステージ１５に載せて、計測を行う（図７中、工程Ｃ）。
【００４７】
さらに、ガラス容器２０の上端にガラスカバー２２を置き、ガラスカバー２２を被せたガラス容器２０としてもよい（図７中、工程Ｄ）。このガラスカバー２２を被せたガラス容器２０を、ステージ１５に載せて、計測を行う。
【００４８】
また、ガラス容器２０の下部からレーザ光を入射させ、ラマン散乱光を観察するようにしてもよい。これにより、ガラスカバー２２を被せた場合と同様に、平坦な微粉炭の集合に対して、観察することができ、対物レンズとの距離の変化を抑えることができる。
【００４９】
本発明により、石炭、褐炭等の石炭ガス化発電用の燃料の燃料比を迅速に求めることができることとなる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  微粉炭
１１  プレパラート
１２  対物レンズ
１３  レーザ光
１４  ラマン散乱光
１５  ステージ
【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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