(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面がスラグコーティング層で覆われた反応炉の前記スラグコーティング層で区画された空間の温度である炉内温度を推定する炉内温度推定方法であって、
一部が前記反応炉を構成する炉壁の内部に配置された第１の熱電対を用いて、前記炉壁の内部の温度である炉壁内部温度計測値を連続して計測する炉壁内部温度計測工程と、
現在の前記炉壁内部温度計測値から、所定の時間前の前記炉壁内部温度計測値を差し引いた差分である炉壁内部温度変化値を算出する炉壁内部温度変化値算出工程と、
前記炉壁内部温度変化値を前記炉内温度の変化値に換算する補正係数であって、前記補正係数が前記炉壁内部温度計測値に逆比例する関係にあることを用いて、前記炉壁内部温度計測値に基づいて前記補正係数を算出する補正係数算出工程と、
前記炉壁内部温度変化値に前記補正係数を乗じた値の項と、前記炉壁内部温度計測値の項とを含む下記式（１）に基づいて、前記炉内温度推定値を算出する炉内温度推算工程と、
を有する炉内温度推定方法。
Ｔ４＝Ｔ２＋（Ｔ４０−Ｔ２０）＋Ｋ（Ｔ２）×ΔＴ２・・・（１）
ここで、上記式（１）において、Ｔ４は前記炉内温度推定値、Ｔ２は前記炉壁内部温度計測値、Ｋ（Ｔ２）はＴ２に対応する前記補正係数、ΔＴ２は前記炉壁内部温度計測値の変化値、Ｔ４０は当該炉内温度推定方法の開始時に計測される前記炉内温度の計測値である炉内温度初期値、Ｔ２０は当該炉内温度推定方法の開始時に計測される前記炉壁内部温度計測値である炉壁内部温度初期値をそれぞれ示す。
【請求項２】
前記炉壁内部温度計測値の変化値は、前記炉壁内部温度計測値から、前記炉壁内部温度初期値を差し引いた値である、
請求項１に記載の炉内温度推定方法。
【請求項３】
前記補正係数は、前記炉壁内部温度計測値に基づいて、前記炉壁内部温度計測値と前記補正係数との対応関係を予め記憶させた関数発生器により算出される、
請求項２に記載の炉内温度推定方法。
【請求項４】
前記炉壁内部温度計測値に対応した補正係数は、下記式（２）によって算出される、
請求項２に記載の炉内温度推定方法。
Ｋ（Ｔ２）＝（Ｔ４０−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１０）  ・・・（２）
ここで、上記式（２）において、Ｋ（Ｔ２）はＴ２に対応した補正係数、Ｔ４０は当該炉内温度推定方法の開始時に計測される前記炉内温度の計測値、Ｔ２は前記炉壁内部温度計測値、Ｔ１０は当該炉内温度推定方法の開始時に計測される前記炉壁の外面温度の計測値を、それぞれ示す。
【請求項５】
前記炉壁内部温度が所定のサンプル時間間隔毎に計測され、当該炉内温度推定方法が、前記サンプル時間間隔毎に実行される離散値系の計算方法であって、
前記炉壁内部温度計測値の変化値は、現在の前記炉壁内部温度計測値から前記サンプル時間間隔前の前記炉壁内部温度計測値を差し引いた値である、
請求項１に記載の炉内温度推定方法。
【請求項６】
前記炉内温度推定値は、
下記式（３）によって算出される、請求項５に記載の炉内温度推定方法。
Ｔ４ｎ＝Ｔ２ｎ＋(Ｔ４０−Ｔ２０) ＋Ｋ(Ｔ２ｎ)×ΔＴ２ｎ＋Σ（ｉ＝１）（ｎ−１）｛Ｋ(Ｔ２ｉ)×ΔＴ２ｉ｝・・・（３）
ここで、上記式（３）において、ｎは現在の時間を示す整数であり、前記炉内温度推定工程が動作を開始した時間に０の値をとり、以後は前記サンプル時間間隔毎に１ずつ加算される。Ｔ４ｎは時間ｎでの前記炉内温度推定値、Ｔ２ｎは時間ｎでの前記炉壁内部温度計測値、Ｔ４０は前記炉内温度初期値、Ｔ２０は前記炉壁内部温度初期値をそれぞれ示す。Ｋ（Ｔ２ｎ）は前記炉壁内部温度計測値と補正係数との関係を予め記憶させた関数発生器により算出される時間ｎでの前記炉壁内部温度計測値Ｔ２ｎに対応する補正係数を示す。ΔＴ２ｎは時間ｎにおける前記炉壁内部温度計測値から時間（ｎ−１）の前記炉壁内部温度計測値を差し引いた値を示す。ｉは過去の時間を示す整数であり、１から（ｎ−１）の値をとる。Ｔ２ｉは時間ｉでの前記炉壁内部温度計測値を示す。Ｋ（Ｔ２ｉ）は前記炉壁内部温度計測値と補正係数との関係を予め記憶させた関数発生器により算出される時間ｉでの前記炉壁内部温度計測値Ｔ２ｉに対応する補正係数を示す。ΔＴ２ｉは時間ｉにおける前記炉壁内部温度計測値の変化値を示す。
【請求項７】
前記炉内温度推定値を記憶する工程を有し、
前記炉内温度推定値は、
下記式（４）によって算出される、請求項５に記載の炉内温度推定方法。
Ｔ４ｎ＝Ｔ４（ｎ−１）＋ΔＴ２ｎ＋Ｋ（Ｔ２ｎ）×ΔＴ２ｎ  ・・・（４）
ここで、上記式（４）において、ｎは前記炉内温度推定工程が動作を開始した時間に０の値をとり、以後は所定のサンプル時間間隔毎に１ずつ加算される、現在の時間を示す整数である。Ｔ４ｎは時間ｎでの前記炉内温度推定値を示す。Ｔ４（ｎ−１）は時間（ｎ−１）での前記炉内温度推定値を示す。ΔＴ２ｎは時間ｎにおける前記炉壁内部温度計測値から時間（ｎ−１）の前記炉壁内部温度計測値を差し引いた値を示す。Ｔ２ｎは時間ｎでの前記炉壁内部温度計測値Ｔ２を示す。Ｋ（Ｔ２ｎ）は前記炉壁内部温度計測値と補正係数との関係を予め記憶させた関数発生器を用いて求めたＴ２ｎに対応する補正係数を示す。
【請求項８】
内面がスラグコーティング層で覆われた反応炉の前記スラグコーティング層で区画された空間の温度である炉内温度を推定する炉内温度推定装置であって、
前記炉内温度推定装置は、前記炉内温度を計測する炉内温度計測部と、前記反応炉を構成する炉壁の内部温度を計測する炉壁内部温度計測部と、制御装置とを有し、
前記制御装置は、記憶部と、演算部とを有し、
前記炉壁内部温度計測部の熱電対は前記反応炉の一部を構成する炉壁の内部に設置されており、
前記記憶部は、前記炉壁内部温度計測部によって計測する炉壁内部温度計測値と補正係数との対応関係を関数発生器として格納しており、
前記演算部は、前記補正係数を用いた炉内温度推定計算を実行する、
ことを特徴とする炉内温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグコーティング層で内面が覆われた反応炉の炉内温度の推定方法、及び炉内温度の推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭、コークス、バイオマス、産業廃棄物を熱分解して得られた炭化物（乾留物）等の固体炭化水素燃料（以下、単に「燃料」と記載する）を高温（概ね１３００℃〜１６００℃）でガス化するガス化炉、又は燃料を燃焼する燃焼炉等の反応炉においては、反応が適切に進行するよう、反応炉内の温度を計測し、最適に制御する必要がある。このような反応炉のうちの１つとして、石炭ガス化炉がある。
【０００３】
石炭ガス化炉の場合には、燃料中に含まれる灰分は炉内で溶融して壁に沿って流れ落ち、炉壁保護のためのスラグコーティング層を形成する。また、反応炉内で灰分を溶融して生成ガスから分離除去することにより、反応炉の後段に配置された後流のガス精製機器への悪影響を防止している。
【０００４】
ここで、ガス化炉内の温度が適切な範囲に安定して保たれないと、形成されたスラグコーティング層の厚さが増減したり消滅したりして反応炉の炉壁を損傷することがある。また、ガス化炉内の温度が適切な範囲に安定して保たれないと、ガス化炉下部のスラグ排出口に詰まりを生じることがある。従って、スラグ流下を正常に保つためには、炉内温度の管理が非常に重要である。
【０００５】
ここで計測・制御しようとする温度範囲は概ね１３００℃〜１６００℃である。かかる温度の計測手段として、従来、熱電対が最も一般的に用いられている。また、このような高温下で使用する場合、熱電対は、イリジウム合金等で作成された保護管の中に挿入される。
【０００６】
熱電対以外の温度の計測手段としては、例えば、反応場の火炎や高温ガスの放射エネルギーを利用する放射温度計が用いられている。放射温度計は、反応炉に設けられた透明の覗き窓（通常ガラス製）を介して、光の波長および輝度を測定することで温度を計測する。
【０００７】
なお、特許文献１には、高炉の出銑口軸方向の異なる位置に設置した複数の熱電対で測定した温度に基づいて、出銑口のマッド等の熱伝導度を考慮して高炉内溶銑温度を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７８４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した通り、ガス化炉や燃焼炉等の反応炉内の温度は、非常に高温（概ね１３００℃〜１６００℃）である。このため、上記熱電対の保護管を使用すると、使用環境下のガス及び固体燃料特有の溶融灰により腐食し損傷してしまう。
その結果、熱電対の素線まで損傷を受けるので、長時間の使用に耐えられないという問題があった。
【００１０】
一方、放射温度計を用いた場合、反応炉内の溶融灰やダストにより反応炉に設けられた透明の覗き窓が汚れるため、正確な温度を計測できないという問題があった。
放射温度計を用いる場合、透明の覗き窓に付着した付着物を吹き飛ばすガスを流通させるが、長期に渡って常に清浄に保つことは困難である。
すなわち、従来の手法では、長期間、安定的に反応炉内の温度を精度良く計測することが困難であった。
【００１１】
また、石炭ガス化炉のように反応炉の内壁に溶融灰によるスラグコーティング層を形成する場合、反応炉内から熱電対までの間の熱伝導度が変化する。
このため、特許文献１に開示された技術を用いると、反応炉内の温度の推定式に熱伝導度が含まれるため、熱伝導度が変化してしまうと炉内温度推定値の信頼性が低下する恐れがあった。
【００１２】
そこで、本発明は、スラグコーティング層の厚さの変化に依存することなく、安定して長時間、信頼性の高い炉内温度を推定することの可能な炉内温度推定方法、及び炉内温度推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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の一観点によれば、内面がスラグコーティング層で覆われた反応炉の前記スラグコーティング層で区画された空間の温度である炉内温度を推定する炉内温度推定方法であって、一部が前記反応炉を構成する炉壁の内部に配置された第１の熱電対を用いて、前記炉壁の内部の温度である炉壁内部温度計測値を連続して計測する炉壁内部温度計測工程と、現在の前記炉壁内部温度計測値から、所定の時間前の前記炉壁内部温度計測値を差し引いた差分である炉壁内部温度変化値を算出する炉壁内部温度変化値算出工程と、前記炉壁内部温度変化値を前記炉内温度の変化値に換算する補正係数であって、前記補正係数が前記炉壁内部温度計測値に逆比例する関係にあることを用いて、前記炉壁内部温度計測値に基づいて前記補正係数を算出する補正係数算出工程と、前記炉壁内部温度変化値に前記補正係数を乗じた値の項と、前記炉壁内部温度計測値の項とを含む下記式（１）に基づいて、前記炉内温度推定値を算出する炉内温度推算工程と、
を有する炉内温度推定方法が提供される。
Ｔ４＝Ｔ２＋（Ｔ４０−Ｔ２０）＋Ｋ（Ｔ２）×ΔＴ２・・・（１）
ここで、上記式（１）において、Ｔ４は前記炉内温度推定値、Ｔ２は前記炉壁内部温度計測値、Ｋ（Ｔ２）はＴ２に対応する前記補正係数、ΔＴ２は前記炉壁内部温度計測値の変化値、Ｔ４０は当該炉内温度推定方法の開始時に計測される前記炉内温度の計測値である炉内温度初期値、Ｔ２０は当該炉内温度推定方法の開始時に計測される前記炉壁内部温度計測値である炉壁内部温度初期値をそれぞれ示す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の炉内温度推定方法によれば、低温かつ非腐食環境である炉壁内部の温度を連続的に測定することで炉内温度を推定できるので、高温雰囲気による熱電対の焼損等により計算不能となることがなく、炉内温度を継続して長期間、安定的に推定することができる。
【００１５】
また、本発明の炉内温度推定方法によれば、炉壁内部温度変化値に補正係数を乗じた値を用いることにより炉内温度の変化値を推定しているが、この補正係数を用いる方法により、スラグコーティング層の形成の有無や厚さの変化にかかわらず、炉内温度の変化値を推定することができる。
【００１６】
従って、本発明の方法によれば、内面がスラグコーティング層で覆われた反応炉の炉内温度を、スラグコーティング層の形成の有無や厚さの変化にかかわらず、長期間、安定的に、高信頼に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した一実施形態である炉内温度推定装置の構成を示す図である。
【図２】反応炉の下端を基準としたときのバーナー、炉内温度計測部、炉壁内部温度計側部、及び炉壁外部温度計測部の高さを説明するための断面図である。
【図３】補正係数の求め方を説明するための図である。
【図４】炉壁内部温度と補正係数との関係を表す曲線を示す図である。
【図５】炉内温度推定方法の一例を説明する際に使用する炉壁内部温度及び炉内温度と経過時間との関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る炉内温度推定方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】炉内温度推定方法の他の例を説明する際に使用する炉壁内部温度及び炉内温度と経過時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した一実施形態である炉内温度推定装置の構成について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、実際の炉内温度推定装置の各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
図１は、本発明を適用した一実施形態である炉内温度推定装置の構成を示す図である。図１では、一例として、スラグコーティング層４が最も厚くなった状態を示している。図１において、説明の便宜上、反応炉２及びスラグコーティング層４は、水平方向の断面で図示する。
【００２０】
図２は、反応炉の下端を基準としたときのバーナー５、炉内温度計測部１１、炉壁内部温度計側部１２、及び炉壁外部温度計測部１３の高さを説明するための断面図である。
図２では、説明の便宜上、同一切断面上に存在しないバーナー５、炉内温度計測部１１、炉壁内部温度計側部１２、及び炉壁外部温度計測部１３を同一切断面上に図示する。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
【００２１】
本発明において、反応炉２内に形成されるスラグコーティング層４で区画された空間内の温度を「炉内温度」、反応炉２を構成する炉壁３の内部温度を「炉壁内部温度」、反応炉２を構成する炉壁の外部温度を「炉壁外部温度」という。
本実施の形態では、一例として、炉内温度として、スラグコーティング層４の内面から反応炉中心側に１ｃｍ入った位置の温度を測定し、炉壁内部温度として、炉壁３の厚さ方向の中心位置の温度を測定し、炉壁外部温度として、炉壁３の外面の温度を測定する。
【００２２】
図１及び図２を参照して、一実施形態である炉内温度推定装置１０を含んだ炉内温度推定機能付き反応炉装置１について説明する。
【００２３】
炉内温度推定機能付き反応炉装置１は、反応炉２と、複数のバーナー５と、炉内温度推定装置１０と、を有する。炉内温度推定装置１０は、炉内温度計測部１１と、炉壁内部温度計測部１２と、炉壁外部温度計測部１３と、制御装置１４と、を含む。
【００２４】
反応炉２は、耐火材により形成されている。耐火材として、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を９５％以上含有する耐火材を用いてもよい。
反応炉２が発電用のガス化炉である場合、反応炉２の外周部は、水冷壁で構成するとよい。炉壁３には、バーナー５、炉内温度計測部１１、及び炉壁内部温度計側部１２を挿入するための穴が設けられている。
【００２５】
複数のバーナー５は、旋回流を形成可能なように、反応炉２の外から反応炉２の炉壁３を貫通するように配置されている。バーナー５の先端部は、スラグコーティング層４に被覆されないように、スラグコーティング層４で区画された空間に突き出ていることが好ましい。
【００２６】
バーナー５は、反応炉２の炉壁３に複数装着されている。複数のバーナー５の先端から、反応炉２の内部の周方向に、燃料及び酸化剤（図中省略）を噴射する。
このように、燃料及び酸化剤を周方向に噴射することにより、反応炉２内に旋回流を発生することが可能となるので、溶融した燃料中の灰分を炉壁側に移動させることができる。なお、少なくとも２本以上のバーナー５があれば、旋回流を発生させることができる。
【００２７】
反応炉２の内部に供給された燃料と酸化剤とが反応すると、バーナー５の先端に高温（例えば、１３００℃〜１６００℃の温度範囲）の火炎６が形成される。燃料中に灰分が含まれる場合、灰分は溶融して炉壁３の内面に付着し、スラグコーティング層４を形成する。ガス化炉の場合は、炉壁３を保護するためスラグコーティング層４を適正に形成するように、運転状態を管理する。
【００２８】
スラグコーティング層４の厚さは、燃料や酸化剤の流量の変化による反応温度の変化の影響を受けて変化する。発明者らが試験を実施してきた石炭ガス化炉（以下、「ガス化試験炉」という）の実績では、スラグコーティング層４の厚さは、例えば、０〜１ｃｍの範囲で変化する。
バーナー５の先端、及び炉内温度計測部１１の先端は、スラグコーティング層４で区画された空間内に突き出しており、通常は、スラグコーティング層４に覆われることはない。
【００２９】
図２において、反応炉２の上部にはガス出口７があり、反応炉２の底部にはスラグ排出口８がある。反応後のガスは上部のガス出口７から後流のガス精製機器等へ導出される。溶融したスラグは、反応炉２の下部に流下し、スラグ排出口８から炉外へ排出される。
【００３０】
炉内温度計測部１１の設置位置については、例えば、スラグ排出口８を基準とする反応炉２の高さ方向において、バーナー５と同じ高さ及び／又はバーナー５の高さよりも上方に設置する。
バーナー５の先端に形成される火炎６は、水平方向又は若干上方に伸びるように形成される。火炎６は、バーナー５の高さと同一か、その上側に高温のゾーンを含み、灰は、溶融してスラグ化する。従って、この位置の温度を推定して管理することが、炉壁保護の点から重要となる。
【００３１】
反応炉２の周方向における炉内温度計測部１１の設置位置については、例えば、バーナー５の近傍や、バーナー５の火炎６が炉壁３に接近する位置などの、溶融スラグが付着しやすい位置に設置することが望ましい。
また、炉内温度計測部１１の熱電対設置位置がスラグコーティング層４に埋没しないように、炉内の空間に突き出して設置することが望ましい。
【００３２】
バーナー５の設置位置は、一例として、スラグ排出口８を基準とする反応炉２の高さを１．００とすると、バーナー５はスラグ排出口８から０．１１の高さに設置することができる。
この場合、炉内温度計測部１１の設置位置は、例えば、スラグ排出口８から０．１１から０．１５の範囲の高さに設置することができる。この場合、炉壁内部温度計側部１２、及び炉壁外部温度計測部１３は、例えば、スラグ排出口８から０．１１から０．１５の範囲の高さに設置することができる。
【００３３】
反応炉２の炉内温度は、例えば、１３００℃〜１６００℃となる。この温度では、燃料中の灰分が溶融する。そのため、ガス化炉内は強還元性の腐食雰囲気となる。また、反応炉２が燃焼炉の場合、ガス化炉と比較して酸化雰囲気となるが、燃料中に硫黄分等を含む場合は腐食雰囲気となる。
【００３４】
炉内温度計測部１１の温度計測素子としては、例えば、熱電対を例示することができる。１３００℃〜１６００℃の温度範囲のガスを計測可能な熱電対としては、例えば、特殊Ｂ種シース熱電対を例示することができる。特殊Ｂ種シース熱電対としては、例えば、電極の材料として白金ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ４０/Ｐｔ−Ｒｈ２０）を用い、保護管の材料としてイリジウム合金を用いた熱電対を使用できる。
ガス化試験炉の実績では、保護管にイリジウム合金を用いた特殊Ｂ種シース熱電対の寿命は２４時間から５００時間程度と短い。灰融点温度が高い石炭を使用して炉内温度が高くなったときには、２４時間未満で熱電対が断線している。
【００３５】
炉壁内部温度を計測する炉壁内部温度計測部１２の温度計測素子としては、例えば、熱電対を例示することができる。炉壁内部温度計測部１２として熱電対を用いる場合、炉壁内部温度計測部１２の設置位置での温度は、例えば、３００℃〜１０００℃の範囲にある。
この場合、炉壁内部温度計測部１２となる熱電対としては、例えば、Ｋ種熱電対（電極：ＮＣＦ６００（Ｎｉ−Ｃｒ系/Ｎｉ系））を例示することができる。また、炉壁内部温度計測部１２の設置位置にはガスの侵入がなく低腐食雰囲気であるので、炉壁内部温度計側部１２を構成する保護管の材質はＳＵＳ３１０を用いることが一般的である。
ガス化試験炉の実績では、炉壁内部温度計測部１２としてＳＵＳ３１０を保護管に用いたＫ種熱電対を使用したが、熱電対が損傷したことはない。
【００３６】
反応炉２の高さ方向における炉壁内部温度計測部１２の設置位置、及び反応炉２の周方向における炉壁内部温度計測部１２の設置位置については、炉内温度計測部１１の設置位置と同様に設定することが好ましい。
反応炉２内から反応炉２外へ向かう熱流束方向に沿って炉内温度計測部１１と炉壁内部温度計測部１２を配置することにより、反応炉２内の温度の推定精度を向上することができるからである。
【００３７】
炉壁外部温度計測部１３は、反応炉２を構成する炉壁の外面の温度を計測する。当該温度は、通常は大気温度若しくは炉壁を覆う水冷壁の温度であるので、温度計測値の変化は少ない。そのため、計測を省略し、例えば、水冷壁を流れる飽和水の飽和温度のような固定値とすることも可能である。
【００３８】
また、反応炉２の周方向に数多くの炉壁内部温度計測部１２を設置し、各炉壁内部温度計測値に基づく炉内温度推定値を算出することができる。各炉壁内部温度計測値から炉内温度を推定し、その推定温度の平均値を算出することにより、炉内温度の推定精度向上を図ることができる。炉壁内部温度計測部１２が設置されている位置の雰囲気は、上述の通り３００℃〜１０００℃と比較的低温で、かつ低腐食環境であるので、保護管及び熱電対は低グレードで、かつ廉価なものを使用することができる。その結果、炉壁内部温度計側部１２を数多く設置しても大きなコスト増とはならない。
【００３９】
上述のように、複数の炉壁内部温度計測部１２を用いて炉内温度を推定する構成とすることにより、一箇所だけの温度計測の場合と比較して、一部の温度計が異常な場合に生じる推定誤差を低減するという作用が生じる。例えば、最大値、最小値を除いて平均をとるというような処理が可能となる。このことにより、炉内温度を精度よく推定できるという効果を奏する。
【００４０】
制御装置１４では、炉内温度推定のための各工程を実行する。制御装置１４は、記憶部１４１と、演算部１４２と、を有する。
【００４１】
記憶部１４１には、プログラムや各種温度計測値が格納されている。プログラムとしては、例えば、炉壁内部温度変化値の算出、補正係数の算出、炉内温度推定値の算出等の炉内温度推定方法を実行するためのプログラムがある。各種温度計測値としては、炉内温度計測値、炉壁内部温度計測値、及び炉壁外部温度計測値、並びに炉内温度初期値、炉壁内部温度初期値、及び炉壁外部温度初期値がある。また、記憶部１４１には、炉壁内部温度計測値と補正係数との対応関係が関数発生器として格納される。
【００４２】
演算部１４２では、炉壁内部温度計測値の変化値の算出、炉壁内部温度に対応した補正係数の算出、炉内温度推定値の算出等を行う。
【００４３】
図３は、補正係数の求め方を説明するための図である。
ここで、図３を参照して、補正係数の算出方法及び炉内温度推定値の算出式について説明する。
図３において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図３における各記号の意味は下記の通りである。
Ｓ  ：熱の通過する断面積＝単位面積（１ｍ２）
Ｑ  ：単位面積当たりの熱流量（Ｗ／ｍ２）
λｃ：炉壁の熱伝導度（Ｗ／ｍ・℃）
λｓ：スラグコーティング層４の熱伝導度（Ｗ／ｍ・℃）
Ｌ１：炉壁３の外面から炉壁内部温度計までの距離（ｍ）
Ｌ２：炉壁内部温度計から炉壁３の内面までの距離（ｍ）
Ｌ３：スラグコーティング層４の厚さ（ｍ）
Ｔ１：反応炉２を形成する炉壁３の外面の温度である炉壁外部温度（℃）
Ｔ２：反応炉２を形成する炉壁３の内部の温度である炉壁内部温度（℃）
Ｔ３：反応炉２を形成する炉壁３の内面の温度である炉壁内面の温度（℃）
Ｔ４：炉内温度（℃）
Ｔｂ：炉内温度Ｔ４から炉壁内部温度Ｔ２を引いた差分である温度バイアス値（℃）
【００４４】
図３において、炉内温度Ｔ４は炉壁外部温度Ｔ１よりも高温であるので、熱は炉内から炉外に向けて伝導する。炉壁３及びスラグコーティング層４は伝熱抵抗を有する。この伝熱抵抗により温度降下が生じるため、炉壁内部温度Ｔ２は、炉内温度Ｔ４よりも低い値となる。従って、炉壁内部温度Ｔ２に一定の温度バイアス値Ｔｂ、即ち、（Ｔ４−Ｔ２）を加えることで炉内温度を算出することができる。
【００４５】
また、炉内温度Ｔ４が変化した時は、炉壁内部温度Ｔ２が変化するが、炉壁内部温度Ｔ２の変化値は上記の炉壁３及びスラグコーティング層４の伝熱抵抗により炉内温度Ｔ４の変化値よりも小さくなる。従って、炉壁内部温度Ｔ２の変化値ΔＴ２に所定の比率（補正係数：Ｋ）を乗じた値Ｋ×ΔＴ２を、炉内温度Ｔ４の変化値の推定値とすることができる。
【００４６】
まとめると、炉壁内部温度Ｔ２に、温度バイアス値Ｔｂ、及び炉内温度Ｔ４の変化値の推定値Ｋ×ΔＴ２を加えることで炉内温度Ｔ４を推定することができる。この関係を式で示すと下記式（２）の通りとなる。
Ｔ４＝Ｔ２＋Ｔｂ＋Ｋ×ΔＴ２・・・（２）
【００４７】
スラグコーティング層４の厚さが厚いと伝熱抵抗が大きくなるので、炉内温度Ｔ４の変化に対して炉壁内部温度Ｔ２の変化は小さくなる。従って、炉壁内部温度Ｔ２の変化値に対する炉内温度Ｔ４の変化値の比率、すなわち補正係数Ｋは、スラグコーティング層４の厚さが厚いほど大きくなる。スラグコーティング層４が厚いと、炉壁内部温度Ｔ２は低下する。従って、炉壁内部温度Ｔ２が低いほど、炉壁内部温度変化値ΔＴ２に対する炉内温度Ｔ４の変化値の比率である補正係数Ｋは大きくなる。
【００４８】
すなわち、炉壁内部温度Ｔ２が低い時は、補正係数Ｋは大きく、逆に、炉壁内部温度Ｔ２が高い時は、補正係数Ｋは小さくなる。従って、炉壁内部温度変化値ΔＴ２に対する炉内温度変化値の比率である補正係数Ｋは、炉壁内部温度Ｔ２に逆比例する関係にある。
【００４９】
図４に、炉壁内部温度Ｔ２に対応する補正係数Ｋの変化を示す。炉壁内部温度Ｔ２が低温域へ行くに従い補正係数Ｋは次第に大きくなり、反対に高温域へ行くに従い、補正係数Ｋは次第に小さくなる。
【００５０】
補正係数Ｋを用いることにより、炉内温度Ｔ４は炉壁内部温度Ｔ２と炉壁内部温度の変化値ΔＴ２だけから求めることができる。従って、上記式（２）によれば、スラグコーティング層４の熱伝導度の影響を受けずに炉内温度を推定することができる。
【００５１】
図５は、炉内温度推定方法の一例を説明する際に使用する炉壁内部温度及び炉内温度と経過時間との関係を示す図である。
図５を参照して、炉内温度推定値の算出方法を説明する。
【００５２】
図５では、現在の時間をｎとしている。炉内温度推定方法を開始した時間を０として、時間０における炉内温度を炉内温度初期値Ｔ４０、時間０における炉壁内部温度を炉壁内部温度初期値Ｔ２０、Ｔ４０からＴ２０を差し引いた値を温度バイアス値の初期値Ｔｂ０とする。現在の時間ｎで測定したＴ２ｎから炉壁内部温度初期値Ｔ２０を差し引いた差分を炉壁内部温度変化値ΔＴ２ｎとする。
【００５３】
更に、現在の炉壁内部温度Ｔ２ｎに対応する補正係数Ｋ（Ｔ２ｎ）を求める。そして、現在時間で測定したＴ２ｎにＴｂ０を加え、上記のΔＴ２ｎにＫ（Ｔ２ｎ）を乗じた値を加えて、炉内温度Ｔ４の推定値を求めることができる。
【００５４】
炉壁内部温度Ｔ２と補正係数Ｋとの関係は、ガス化試験炉の運転実績から求めることができる。この炉壁内部温度Ｔ２と補正係数Ｋとの関係を、あらかじめ記憶部１４１に関数発生器として格納しておけば、炉壁内部温度計測値Ｔ２を求め、その値に対応する補正係数Ｋ（Ｔ２）を求めることができる。新規に反応炉を建設した場合は、試運転中に試験を実施して、この炉壁内部温度Ｔ２と補正係数Ｋとの関係を求めることができる。
【００５５】
炉壁内部温度Ｔ２と補正係数Ｋとの関係は、炉内から炉外に向けた熱流れに関する伝熱計算から求めることもできる。
【００５６】
再び図３を参照して、伝熱計算による補正係数の求め方及び炉内温度推定方法について説明する。
【００５７】
図３において、単位面積当たりの熱流量Ｑは下式により表される。
Ｑ＝（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｌ１／λｃ）
Ｑ＝（Ｔ４−Ｔ２）／（Ｌ２／λｃ＋ Ｌ３／λｓ）
上の関係式から、Ｔ４とＴ２との関係は下記式（３）により表される。
Ｔ4＝Ｔ2＋（Ｌ2／λc＋Ｌ3／λs）×（Ｔ2−Ｔ1）/（Ｌ1／λc） ・・・ （３）
【００５８】
上記（３）式から、Ｔ４ とＴ２ の差分である温度バイアス値Ｔｂは、下記（４）式により求まる。
Ｔｂ＝Ｔ４−Ｔ２＝（Ｌ２／λｃ＋Ｌ３／λｓ）×（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｌ１／λｃ）
・・・ （４）
炉壁内部温度の初期値Ｔ２０ と炉内温度の初期値Ｔ４０ を計測し、その差分を温度バイアス値の初期値Ｔｂ０ とすると、Ｔｂ０は下記（５）式により求まる。
Ｔｂ０＝Ｔ４０−Ｔ２０
＝（Ｌ２／λｃ＋Ｌ３／λｓ）×（Ｔ２０−Ｔ１）／（Ｌ１／λｃ） ・・・ （５）
これをＴ1  について整理する。
Ｔ１＝Ｔ２０−Ｔｂ０×（Ｌ１／λｃ）／（Ｌ２／λｃ＋Ｌ３／λｓ） ・・・ （６）
上記（３）式に上記（６）式を代入し、整理すると、下記（７）式が求まる。
Ｔ４＝
Ｔ２＋Ｔｂ０＋（Ｌ２／λｃ＋Ｌ３／λｓ）/（Ｌ１／λｃ）×（Ｔ２−Ｔ２０）・・・ （７）
一方、上記（３）式より下記の関係が求まる。
Ｌ２／λｃ＋Ｌ３／λｓ）／（Ｌ１／λｃ）＝（Ｔ４−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）・・・（８）
上記（８）式を上記（７）式に代入すると下記（９）式が求まる。
Ｔ４＝Ｔ２＋Ｔｂ０＋（Ｔ４−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）×（Ｔ２−Ｔ２０）  ・・・（９）
【００５９】
上記（９）式を上記（２）式と対応させると、炉壁内部温度Ｔ２に対応する補正係数Ｋ、及び炉壁内部温度変化値ΔＴ２は下記（１０）式及び下記（１１）式により求まることが分かる。
Ｋ＝（Ｔ４−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）  ・・・（１０）
ΔＴ2＝Ｔ２−Ｔ２０  ・・・（１１）
【００６０】
上記式（９）〜（１１）の推定式によれば、炉内温度Ｔ４は、炉壁内部温度Ｔ２と炉壁外部温度Ｔ１と炉壁内部温度変化値ΔＴ２だけで推定することができる。従って、スラグコーティング層４の熱伝導度によらずに炉内温度を推定できる。
【００６１】
ここで、上記（１０）式のＫは炉内温度の推定計算結果Ｔ４を含むので、算出方法に工夫が必要となる。
【００６２】
Ｔ４の算出方法の一つとしては、繰り返し計算による方法がある。まず上記（１０）式のＴ４を炉内温度初期値Ｔ４０として上記（９）式によりＴ４を算出し、その算出結果Ｔ４を再度上記（１０）式に代入する。ここで求まる補正係数を上記（９）式に代入してＴ４を算出する。このようにＴ４の算出結果を再度上記（１０）式に代入して求まる補正係数を上記（９）式に代入してＴ４を算出するという、繰り返し計算を行うことによりＴ４を求めることができる。
【００６３】
また、上記（１０）式において、Ｔ４を炉内温度初期値Ｔ４０と仮定して炉内温度を推定することができる。また、炉外温度Ｔ１は通常一定であるので、Ｔ１を一定の値Ｔ１０と仮定できる。以上の仮定を置くと、Ｔ４は下記式（１２）及び（１３）によって算出することができる。
Ｋ＝（Ｔ４０−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１０）  ・・・（１２）
Ｔ４＝Ｔ２＋（Ｔ４０−Ｔ２０）＋Ｋ×ΔＴ２    ・・・（１３）
【００６４】
上記式（１２）及び（１３）の推定式によれば、炉内温度Ｔ４は炉壁内部温度Ｔ２と炉壁内部温度変化値ΔＴ２だけで推定することができる。従って、スラグコーティング層の熱伝導度によらずに炉内温度を推定できる。
【００６５】
次に、一実施形態である炉内温度推定方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００６６】
図６は、本発明を適用した一実施形態である炉内温度推定方法のフローチャートを示す図である。
【００６７】
図１、図２及び図６を参照して、一実施形態である炉内温度推定方法について説明する。
【００６８】
図６に示す処理工程が開始されると、最初にＳＴＥＰ１０の炉内温度計測工程が行われる。炉内温度計測工程では、炉内温度計測部１１の炉内温度の計測値をＡＤ変換する。次のＳＴＥＰ１１の炉内温度初期値設定工程では、ＡＤ変換した現在の炉内温度計測値を炉内温度初期値として記憶部１４１に格納する。
【００６９】
次のＳＴＥＰ１２の炉壁外部温度計測工程では、炉壁外部温度計測部１３の炉壁外部温度の計測値をＡＤ変換する。次のＳＴＥＰ１３の炉壁外部温度初期値設定工程では、ＡＤ変換した現在の炉壁外部温度計測値を炉壁外部温度初期値として記憶部１４１に格納する。続いてＳＴＥＰ１４の炉壁内部温度計測工程に進む。炉壁内部温度計測工程では炉壁内部温度計測部１２の炉壁内部温度の計測値をＡＤ変換する。次のＳＴＥＰ１５の炉壁内部温度初期値設定工程では、ＡＤ変換した現在の炉壁内部温度計測値を、炉壁内部温度初期値として記憶部１４１に格納する。
【００７０】
続いて、ＳＴＥＰ２０の炉壁内部温度計測工程に進む。炉壁内部温度計測工程では、炉壁内部温度計測部１２の炉壁内部温度の計測値をＡＤ変換し、現在の炉壁内部温度計測値として記憶部１４１に格納する。次に、ＳＴＥＰ２１の炉壁内部温度変化値算出工程では、記憶部１４１に格納されている現在の炉壁内部温度計測値から、記憶部１４１に格納されている所定時間前の炉壁内部温度計測値を差し引いた値を、炉壁内部温度変化値として算出する。
【００７１】
続くＳＴＥＰ２２の補正係数算出工程では、炉壁内部温度計測値の現在値を基に、記憶部１４１に格納された関数発生器を用いて補正係数を算出する。続くＳＴＥＰ２３の炉内温度推算工程では、炉壁内部温度変化値に補正係数を乗じた値と、炉壁内部温度の現在値とを用いて、上記（２）式により炉内温度推定値を算出する。
【００７２】
ここで、ＳＴＥＰ２２の補正係数算出工程では、補正係数Ｋを上記（１２）式により算出することもできる。補正係数Ｋを上記（１２）式により算出した場合は、続くＳＴＥＰ２３の炉内温度推算工程では、上記（１３）式により炉内温度推定値を算出する。
【００７３】
また、ＳＴＥＰ２２の補正係数算出工程では、補正係数Ｋを上記（１０）式により算出することもできる。補正係数Ｋを上記（１０）式により算出した場合は、続くＳＴＥＰ２３の炉内温度推算工程では、上記（９）式により炉内温度Ｔ４の推定値を算出する。次にＳＴＥＰ２２の補正係数算出工程に戻り、ＳＴＥＰ２３で求めた炉内温度Ｔ４の推定値を基に上記（１０）式により補正係数Ｋを算出する。次にＳＴＥＰ２３の炉内温度推算工程で、先のＳＴＥＰ２２の補正係数算出工程で求めた補正係数Ｋを基に、上記（９）式により炉内温度Ｔ４の推定値を算出する。
ここで求めた炉内温度Ｔ４の推定値と前回求めた炉内温度Ｔ４の推定値との差が所定の閾値内に収束するまでＳＴＥＰ２２とＳＴＥＰ２３との間で繰り返し計算を行い、炉内温度推定値を算出する。
所定の閾値としては、例えば、１０℃の値をとることができ。
【００７４】
上述のように、上記（１０）式と（９）式との間で繰り返し計算を行う構成とすることにより、伝熱に関する理論値に近い算出結果を得るという作用を乗じる。これにより、炉内温度の推定計算の精度を向上できるという効果を生ずる。
【００７５】
次のＳＴＥＰ２４では処理工程を終了するか否かを判定する。処理工程を終了しない場合は、ＳＴＥＰ２０の炉壁内部温度計測工程に戻る。処理工程を終了する場合は、処理を終了する。
【００７６】
以上の一実施形態においては、低温かつ非腐食雰囲気である炉壁内部温度だけを連続測定することにより、炉内温度の推定計算を行っている。このことにより、温度計測子である熱電対の損傷が生じにくくなる。その結果、長時間、安定して炉内温度を推定することができるという効果を奏する。
また、炉壁内部温度だけの関数である補正係数を用いるという構成により、炉内温度の推定式において炉内から炉壁内部温度計までの熱伝導度を考慮しないという作用を生じる。その結果、スラグコーティング層の有無及び厚さが増減しても精度よく炉内温度を推定できるという効果を生じる。
【００７７】
次に、他の実施形態である炉内温度推定方法について説明する。
【００７８】
他の実施形態では、炉内温度推定工程は図６に示すフローチャートと変わらない。他の実施形態では、離散値系での推定方法となる。そのため、ＳＴＥＰ２１の炉壁内部温度変化値算出工程における炉壁内部温度計測値の変化値の算出方法と、ＳＴＥＰ２３の炉内温度推算工程における炉内温度推定計算式が異なる。
【００７９】
他の実施形態では、所定のサンプル時間間隔毎に炉壁内部温度を計測し、そのサンプル時間間隔毎に炉内温度推定方法を実行する。
【００８０】
他の実施形態では、炉壁内部温度計測値の変化値を、現在の炉壁内部温度測定値から一サンプル時間間隔前の炉壁内部温度測定値を差し引いた値とする。
【００８１】
この場合の炉内温度推定値は、下記式（１４）によって算出される。補正係数Ｋは、関数発生器により設定する。
Ｔ４ｎ＝Ｔ２ｎ＋（Ｔ４０−Ｔ２０）＋Σ（ｉ＝１）（ｎ−１）｛Ｋ（Ｔ２ｉ）×ΔＴ２ｉ｝＋Ｋ（Ｔ２ｎ）×ΔＴ２ｎ・・・（１４）
【００８２】
上記式（１４）において、ｎは現在の時間を示す整数である。ｎは前記炉内温度推定工程が動作を開始した時間に０の値をとり、以後は所定のサンプル時間間隔毎に１ずつ加算される。
Ｔ４ｎは時間ｎでの炉内温度推定値Ｔ４を示す。同様にして、Ｔ２ｎは時間ｎでのＴ２を示す。即ち、添え字ｎにより各値が現在の時間のものであることを示している。
Ｔ４０は時間０でのＴ４、即ち、炉内温度初期値を示す。同様に、Ｔ２０はＴ２の初期値を示す。
Ｋ（Ｔ２ｎ）は、炉壁内部温度計測値と補正係数との関係を予め記憶させた関数発生器を用いて、Ｔ２ｎに対応する補正係数を算出したものである。ΔＴ２ｎは時間ｎにおけるＴ２の変化値である。具体的にはＴ２ｎからＴ２（ｎ−１）を差し引いた値である。
【００８３】
ｉは過去の時間を示す整数である。ｉは１から（ｎ−１）の範囲の値をとる。添え字ｉにより、各値が過去の時間ｉでの値であることを表示している。即ち、Ｔ２ｉは時間ｉでのＴ２、Ｋ（Ｔ２ｉ）は時間ｉでのＴ２に対応する補正係数、ΔＴ２ｉは時間ｉにおけるＴ２の変化値をそれぞれ示す。
【００８４】
この他の実施形態における炉内温度推定値の算出方法を、炉内温度と経過時間との関係を表した図７を用いて説明する。
【００８５】
現在時間ｎで測定した炉壁内部温度計測値Ｔ２ｎから１サンプル時間間隔前の炉壁内部温度計測値Ｔ２(n-1)を差し引いた差分を炉壁内部温度変化値ΔＴ２ｎとする。この炉壁内部温度変化値ΔＴ２ｎに補正係数Ｋ（Ｔ２ｎ）を乗じた値を炉内温度変化値とする。そして、現在時間ｎで測定したＴ２ｎに、温度バイアス値Ｔｂ０を加え、更に、時間（ｎ−１）までの炉内温度変化値の推定値の合計値Σ（ｉ＝１）（ｎ−１）｛Ｋ（Ｔ２ｉ）×ΔＴ２ｉ｝と、上記のΔＴ２ｎにＫ（Ｔ２ｎ）を乗じた値を加えて、炉内温度Ｔ４の推定値とする。
【００８６】
また、図７を参照すると、Ｔ４ｎからＴ４（ｎ−１）を差し引いた値は、ΔＴ２とＫ（Ｔ２ｎ）×ΔＴ２ｎとを加算した値であることが分かる。従って、上記（１４）式を変形すると、下記（１５）式で炉内温度を推定することができる。
Ｔ４ｎ＝Ｔ４（ｎ−１）＋ΔＴ２ｎ＋Ｋ（Ｔ２ｎ）×ΔＴ２ｎ  ・・・（１５）
【００８７】
上記式（１４）では、１サンプル時間前の炉内温度推定値Ｔ４（ｎ−１）だけが過去の値であるため、記憶すべき値が少なくなるという効果がある。
【００８８】
以上の他の実施形態においては、離散値系での処理を行うという構成により、デジタル計算機によるデジタル処理を容易にするという作用を生じる。これにより、デジタル処理で使用する種々のフィルタ演算や平均化処理等のプログラムモジュールを容易に利用可能にするという効果を奏する。ひいては、炉内温度の推定計算の精度向上を図ることができる。
【００８９】
なお、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１…炉内温度推定装置付き反応炉装置、２…反応炉、３…炉壁、４…スラグコーティング層、５…バーナー、６…火炎、７…ガス出口、８…スラグ排出口、１０…炉内温度推定装置、１１…炉内温度計測部、１２…炉壁内部温度計測部、１３…炉壁外部温度計測部、１４…制御装置、１４１…記憶部、１４２…演算部
【図１】
0006655316.tif 000002
【図２】
0006655316.tif 000003
【図３】
0006655316.tif 000004
【図４】
0006655316.tif 000005
【図５】
0006655316.tif 000006
【図６】
0006655316.tif 000007
【図７】
0006655316.tif 000008