(57)【要約】【課題】  高温循環流動層の粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定できるようにし、炉内の発光性に依存せず比較的低温のガス化炉にも適用可能とする。【解決手段】  流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理し、前記処理により生じた気体と流動粒子とを分離し、分離した流動粒子を処理槽に循環して戻す装置における粒子の速度を測定するに際して、ダウンカマー部８等の流動粒子の循環路中に流動粒子冷却用の冷熱源供給管１５、流動粒子を加熱するため流動粒子中に酸素を吹き込む酸素供給管１６のうち少なくとも片方を配置し、その下流に上流側温度検出用光ファイバー１７と下流側温度検出用光ファイバー１８を配置する。それにより、流動粒子が循環している上流で粒子を加熱或いは冷却し、各光ファイバーで温度変化を検出した時間差と両光ファイバーの距離によって粒子の循環速度を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理し、前記処理により生じた気体と流動粒子とを分離し、分離した流動粒子を処理槽に循環して戻す装置における粒子循環速度測定方法において、
前記流動粒子の循環路中に設けた熱供給源により流動粒子を加熱または冷却し、
前記熱供給源により加熱または冷却された流動粒子を上流側光学繊維プローブによって検出し、
次いで前記上流側光学繊維プローブと所定距離下流側に離れた位置に配置した下流側光学繊維プローブで前記加熱または冷却された流動粒子を検出し、
前記両プローブによる検出時間差を計測して流動粒子の流速を求めることを特徴とする高温循環流動層内粒子循環速度測定方法。
【請求項２】
前記熱供給源及び上流側光学繊維プローブ並びに下流側光学繊維プローブは、前記気体と流動粒子とを分離する分離器から処理槽に至るダウンカマー部の流動粒子速度を検出することを特徴とする請求項１記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定方法。
【請求項３】
流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理する高温循環流動層と、前記高温循環流動層の上部からの前記流動粒子と気体成分とを分離する分離器と、前記分離器から前記高温循環流動層の下部に前記分離器で分離した流動粒子を戻すダウンカマー部とにより流動粒子を循環させる流動粒子の循環路中に、その上流側から順に熱供給源と、上流側光学繊維プローブと、下流側光学繊維プローブとを互いに間隔を有して配置したことを特徴とする高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【請求項４】
前記熱供給源と上流側光学繊維プローブと下流側光学繊維プローブとを前記ダウンカマー部に配置したことを特徴とする請求項３記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【請求項５】
前記熱供給源は、内部に低温ガスを流す冷熱供給管であることを特徴とする請求項３記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【請求項６】
前記低温ガスは低温の窒素ガスであることを特徴とする請求項５記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【請求項７】
前記熱供給源は、高温の粒子に酸素を供給する酸素供給管であることを特徴とする請求項３記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【請求項８】
前記熱供給源は、内部に低温ガスを流す冷熱供給管と、高温の粒子に酸素を供給する酸素供給管とを併設したことを特徴とする請求項３記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【請求項９】
前記熱供給源は、内部に低温流体或いは高温流体を選択して流す流体供給管であることを特徴とする請求項３記載の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を用いた流動層により高温のガスを発生させるガス化装置、或いは流動層を用いた燃焼装置等における、高温循環流動層の粒子移動速度を測定するための高温循環流動層内粒子循環速度測定する方法及びその方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子を流動状態にしてその中に種々の物質を混入させ、その物質の処理を行う流動層利用処理装置が各種の分野で用いられており、特に粒子を高温にしてその中に物質を混入させて高温処理を行うことは石炭燃焼装置、石炭ガス化装置として、或いは廃棄物処理装置として、更には各種物質の乾燥装置として利用されている。
【０００３】
図３には従来の流動層を利用した廃棄物熱分解ガス化炉の一例を模式的に示しており、ガス化炉１内に粒子状の流動媒体２を収容し、下方に配置した空気吹き込みノズル３から空気を流動粒子２内に高圧で供給し、流動粒子２を流動状態にしている。ガス化炉１の側壁からは樹脂材等の廃棄物４が流動状態の流動粒子２内に供給され、最初の着火後はその燃焼反応熱によって流動粒子２等が加熱される。その結果、廃棄物４の一部の燃焼反応が継続し、ガス化炉１内に投入された廃棄物４は炉内を高温の流動粒子２と共に高温循環流動層を形成し、炉内で攪拌混合されながら循環しつつ分解してガス化する。
【０００４】
ガス化炉１内における上記のような燃焼反応による燃焼排気ガス及び分解ガスは流動粒子及び燃焼残滓と共に炉内を上昇し、上部の排出口５からサイクロン式固気分離器６に入り、ここで流動粒子２を主成分とする固形物を分離して落下させ、その下方に配置される貯留室であり、また逆流循環防止室であるループシール室７内に貯留される。このような固気分離器６からその下方の室内に流動粒子が移動する部分はダウンカマー部８と称される。
【０００５】
ループシール室７内の流動粒子２は、流動粒子導入孔９から再びガス化炉１内に導入され、前記作動を繰り返して循環する。また、サイクロン式固気分離器６の上部の排気口１０からは分解ガスを主成分とするガスが排出され、ガスタービンやボイラー用燃焼器の燃料等に用いられ、それにより発電、更には温水供給等によるエネルギーの有効利用が図られる。
【０００６】
このような高温循環流動層による処理に際しては、流動粒子がどのように流動しているかを知ることは、所望の処理制御を行うために極めて重要であり、特に上記のような処理の継続によって、廃棄物の固形成分が次第に流動粒子内に混入し、流動物質が増加する一方、本来の流動粒子は次第に微細化して粉状になり、ガスと共に外部に排出されることにより減少する。これらの状態は廃棄物の種類やガス化炉１内の処理状態によって大きく異なるため、ガス化炉内で所望のガス化処理を行うためには現在流動している流動媒体の量を検出することにより、流動粒子の追加或いは抜き取り、廃棄物投入量の調整、炉内空気供給量の調整等の制御を行うことが重要となる。
【０００７】
上記のように流動粒子の循環量を検出する手段として種々の手法が提案され、用いられており、ガス化炉内の流動粒子を直接検出することもあるが、流動粒子の循環路において最も安定的に流動しているダウンカマー部８において流下する流動粒子の速度を測定することにより、ガス化炉１内において単位時間内に存在する流動粒子の量を検出することも行われている。
【０００８】
ダウンカマー部８における流動粒子の速度を検出するには、例えば光電センサや光電スイッチ、赤外線センサ、レーザセンサなどの光センサを用いることが提案されている。また、ダウンカマー部下方のループシール室内に存在する流動粒子等の重量をロードセルによって計測することも提案されている（特開２００３−１８５１１６号公報）。
【特許文献１】特開２００３−１８５１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高温循環流動層における粒子循環速度を測定する手法として前記のように種々の方法が提案されているが、いずれも高温で信頼性のある実用的な粒子循環量測定方法としては不十分であり、その手法は未だ確立しておらず、より信頼性のある実用的な粒子循環量の測定手法の開発が望まれている。特に光センサを用いる手法においては、燃焼炉では粒子の発光を利用してダウンカマーにおける降下速度が測定できるが、比較的低温で反応処理が行われるガス化炉では発光がそれほど大きくなく、そのままでは利用することができない。また、歪ゲージ等によって重量測定する場合には、センサの温度依存性が高く、補正が難しいという問題がある。
【００１０】
したがって本発明は、高温循環流動層における粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定することができ、特に炉内の発光性に依存せず、比較的低温のガス化炉にも適用することができる高温循環流動層における粒子循環速度測定方法及びその方法を実施する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】
【００１１】
本発明に係る高温循環流動層内粒子循環速度測定方法は、上記課題を解決するため、流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理し、前記処理により生じた気体と流動粒子とを分離し、分離した流動粒子を処理槽に循環して戻す装置における粒子循環速度測定方法において、前記流動粒子の循環路中に設けた熱供給源により流動粒子を加熱または冷却し、前記熱供給源により加熱または冷却された流動粒子を上流側光学繊維プローブによって検出し、次いで前記上流側光学繊維プローブと所定距離下流側に離れた位置に配置した下流側光学繊維プローブで前記加熱または冷却された流動粒子を検出し、前記両プローブによる検出時間差を計測して流動粒子の流速を求めるようにしたものである。
【００１２】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定方法は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定方法において、前記熱供給源及び上流側光学繊維プローブ並びに下流側光学繊維プローブは、前記気体と流動粒子とを分離する分離器から処理槽に至るダウンカマー部の流動粒子速度を検出するようにしたものである。
【００１３】
本発明に係る高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理する高温循環流動層と、前記高温循環流動層の上部からの前記流動粒子と気体成分とを分離する分離器と、前記分離器から前記高温循環流動層の下部に前記分離器で分離した流動粒子を戻すダウンカマー部とにより流動粒子を循環させる流動粒子の循環路中に、その上流側から順に熱供給源と、上流側光学繊維プローブと、下流側光学繊維プローブとを互いに間隔を有して配置したものである。
【００１４】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源と上流側光学繊維プローブと下流側光学繊維プローブとを前記ダウンカマー部に配置したものである。
【００１５】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源は、内部に低温ガスを流す冷熱供給管としたものである。
【００１６】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記低温ガスを低温の窒素ガスとしたものである。
【００１７】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源を高温の粒子に酸素を供給する酸素供給管としたものである。
【００１８】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源は、内部に低温ガスを流す冷熱供給管と、高温の粒子に酸素を供給する酸素供給管とを併設したものである。
【００１９】
本発明に係る他の高温循環流動層内粒子循環速度測定装置は、前記高温循環流動層内粒子循環速度測定装置において、前記熱供給源を内部に低温流体或いは高温流体を選択して流す流体供給管としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は上記のように構成したので、高温循環流動層における粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定することができる。特に炉内の発光性に依存しないため、比較的低温のガス化炉にも適用可能となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、粒子の循環速度を確実に、且つ容易に測定し、特に炉内の発光性に依存せず比較的低温のガス化炉にも適用可能とするため、流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理し、前記処理により生じた気体と流動粒子とを分離し、分離した流動粒子を処理槽に循環して戻す装置における粒子循環速度測定方法において、前記流動粒子の循環路中に設けた熱供給源により流動粒子を加熱または冷却し、前記熱供給源により加熱または冷却された流動粒子を前記循環路の上流側に配置した上流側光学繊維プローブによって検出し、次いで前記上流側光学繊維プローブと所定距離下流側に離れた位置に配置した下流側光学繊維プローブで前記加熱または冷却された流動粒子を検出し、前記両プローブによる検出時間差を計測して流動粒子の流速を求める、という測定方法によって解決した。
【００２２】
また、流動粒子と処理物質を流動状態で高温処理する高温循環流動層と、前記高温循環流動層の上部からの前記流動粒子と気体成分とを分離する分離器と、前記分離器から前記高温循環流動層の下部に前記分離器で分離した流動粒子を戻すダウンカマー部とにより流動粒子を循環させる流動粒子の循環路中に、その上流側から順に熱供給源と、上流側温度検出用光学繊維プローブと、下流側温度検出用光学繊維プローブとを互いに間隔を有して配置する測定装置を用いることによって解決した。
【実施例１】
【００２３】
図１は前記図２に示したような高温循環流動層を用いる外部循環型流動床ガス化炉における、ダウンカマー部８に本発明の実施例を適用した例を示しており、前記のように固気分離器で分離された固形分、即ち、流動粒子を主成分とする流動媒体が図１（ａ）中上方から下方に流下する部分を示している。
【００２４】
図１に示す例においては、前記ダウンカマー部８の上流側から順に、流動粒子冷却用の冷熱源供給管１５等の冷熱供給源、流動粒子を加熱するため流動粒子中に酸素を吹き込んで酸化させて高温化し、周囲の未燃成分や発生ガスの一部を燃焼させて流動粒子を加熱する酸素供給管１６、前記酸素供給管１６の下方Ｌ１の距離、また前記冷熱源供給管１５からＬ２の距離に配置した上流側温度検出用光ファイバー１７、その上流側温度検出用光ファイバー１７から距離Ｌｖ下流の位置に下流側温度検出用光ファイバー１８とを配置しており、温度検出用に光学繊維プローブとしての光ファイバーを利用している。
【００２５】
冷熱源供給管１５に対してはバルブ１９を解放することにより冷却されている窒素ガスを、或いはバルブ２３を解放することにより冷却用の水を供給可能とし、窒素ガスや水の供給時には冷熱源供給管１５等の冷却によってその周囲を流下する流動粒子を冷却する。また、酸素供給管１６に対してはバルブ２０を開放することにより酸素、或いは空気を供給し、管に形成したノズル孔２１から酸素或いは空気をダウンカマー部８内に噴出し、燃焼等の酸化反応によってこの部分を流下する流動粒子を瞬時に加熱することができる。
【００２６】
上流側温度検出用光ファイバー１７と下流側温度検出用光ファイバー１８は共に、従来より広く用いられている光ファイバー式温度計測装置の光ファイバーをここに配置する。光ファイバー式温度計測装置としては種々のものが使用できるが、例えば特開２０００−５４０１３号公報に示されたような、高温の炉内の温度を測定する光ファイバー式温度測定装置を用いることができるが、比較的低温の物質でもその放射光を検出して温度を測定できるものが好ましい。
【００２７】
上記のような装置において、その使用に際しては、流動粒子を冷却するときには、バルブを開放して冷熱源供給管内に冷却された窒素ガスや水を供給する。それにより冷熱源供給管１５等は直ちに冷却され、周囲の流動粒子を主成分とする流動媒体を冷却する。このように冷却された流動媒体は降下し、上流側温度検出用光ファイバー１７の周囲に到達するとき、上流側温度検出用光ファイバー１７は周囲の流動媒体の急激な温度低下を検出する。更に、前記冷却された流動媒体が降下して下流側温度検出用光ファイバー１８の周囲に到達すると、ここでも周囲の流動媒体の輝度変化から急激な温度低下を検出する。流動粒子はステファンボルツマン則により数百℃でも輻射によってかなりの光が放出されており、温度差によって輻射光の波長分布が異なるので、上記のような温度低下を容易に検出することができる。
【００２８】
上流側温度検出用光ファイバー１７と下流側温度検出用光ファイバー１８との距離Ｌｖは予め正確に計測しているので、上流側温度検出用光ファイバー１７で温度低下を検出してから下流側温度検出用光ファイバー１８で温度低下を検出するまでの時間差を測定することにより、ダウンカマー部８を流下する流動粒子の速度を検出することができる。また、このような流動粒子の速度の検出により、単位時間に循環流動している流動粒子等の流動媒体の量を知ることができ、それにより流動粒子の追加供給、或いは抜き出しの調整を行い、必要に応じてガス化炉内に投入する処理用廃棄物の量の制御も行うことができる。
【００２９】
一方、ダウンカマー部を流下する流動粒子の速度を検出するに際し、前記のような冷熱供給源を用いないときには、バルブ２０を開いて酸素供給管１６に爆発下限界以下の酸素、或いは空気を供給し、ノズル孔２１からダウンカマー部８内に噴出させる。それによりノズル孔２１周囲のガスが着火燃焼し、あるいは流動粒子等がその温度によって局所的に急激に酸化して流動粒子等は直ちに加熱されて高温になる。
【００３０】
このようにして高温になった流動粒子等の流動媒体は降下し、前記と同様に上流側温度検出用光ファイバー１７の周囲に到達するとき、上流側温度検出用光ファイバー１７は周囲の流動媒体の輝度変化から急激な温度上昇を検出する。更に、前記加熱された流動媒体が降下して下流側温度検出用光ファイバー１８の周囲に到達すると、ここでも周囲の流動媒体の急激な温度上昇をその輝度変化によって検出する。それにより、上流側温度検出用光ファイバー１７と下流側温度検出用光ファイバー１８との距離Ｌｖを通るのに要する流動粒子の時間を測定することにより、ダウンカマー部８を流下する流動粒子の速度を検出することができ、前記と同様の各種制御にこれを用いることができる。
【００３１】
図１に示すように、冷熱供給源としての冷熱供給管１５等と、温熱供給源としての酸素供給管１６を両方配置して、必要に応じていずれかを選択して使用する場合には、冷熱供給管を上流に配置し、酸素供給管１６の使用時に高温に晒されないようにする。また、図１に示す例においては冷熱供給管１５等の冷熱供給源と酸素供給管１６の両方を予め設けた例を示したが、いずれか片方を選択して配置し、それのみを用いて測定しても良いことは当然である。
【００３２】
冷熱供給管への窒素の供給等の冷熱供給、及び酸素供給管１６への酸素の供給は、前記のような温度計測を行うために必要な短時間のみで充分であり、したがって各管のバルブはパルス作動的な短時間の開放のみで前記速度検出を行うことができる。
【００３３】
また、冷熱供給源及び温熱供給源としては種々の熱源及び各種の熱源供給手段を採用することができ、例えば図２に示すようにダウンカマー部８の上流側に熱源流体供給管２２を配置して、バルブ２３を開放することにより低温流体或いは高温流体を供給するように構成することもできる。ここで熱源流体供給管２２に低温流体を供給するときには、前記図１に示す実施例において冷熱源供給管１５に低温の窒素を流したとき等と同様に作用する。また、熱源供給管２２に高温流体を供給するときには、前記実施例において酸素供給管１６に酸素を供給したときと同様に作用するので、前記と同様に上流側温度検出用光ファイバー１６と下流側温度検出用光ファイバー１７との温度変化検出時間差から、内部を流下する流動粒子速度を検出する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、高温の流動層の中に処理物質を入れて処理を行う、例えば石炭燃焼装置、石炭ガス化装置、廃棄物処理装置、乾燥装置等の広範囲の分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例の説明図であり、（ａ）は主要部の模式図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ部分の断面図、（ｄ）は同Ｄ−Ｄ部分の断面図、（ｅ）は同Ｅ−Ｅ部分の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の模式図である。
【図３】本発明が適用される高温循環流動層を用いたガス化装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
８  ダウンカマー部
１５  冷熱源供給管
１６  酸素供給管
１７  上流側温度検出用光ファイバー
１８  下流側温度検出用光ファイバー
１９  バルブ
２０  バルブ
２１  ノズル孔    
【図１】
2005233460.tif 000003
【図２】
2005233460.tif 000004
【図３】
2005233460.tif 000005