(57)【要約】【課題】石炭ガス化炉内の高圧ガスをガスクロマトグラフへと導くガス抽出管内に堆積物が付着することを防止する。【解決手段】熱分解ガスを発生する石炭ガス化炉１から離れて位置するとともに、該石炭ガス化炉１内のガス検出を行うガスクロマトグラフ３０と、石炭ガス化炉１からガスを抽出してガスクロマトグラフ３０へと導くガス抽出管３２とを備えたガス検出装置において、ガス抽出管３２は、石炭ガス化炉１側に減圧弁４６を備えていることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスを収容する高圧容器から離れて位置するとともに、該高圧容器内のガス検出を行うガス検出器と、
前記高圧容器からガスを抽出して前記ガス検出器へと導くガス抽出管と、を備えたガス検出装置において、
前記ガス抽出管は、前記高圧容器側に減圧手段を備えていることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記減圧手段の下流側には、加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
高圧ガスを収容する高圧容器と、請求項１又は２に記載のガス検出装置と、を備えていることを特徴とする高圧ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス検出装置、特に石炭ガス化炉に用いられて好適なガス検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、石炭ガス化炉は、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏａｌ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ）において、ガスタービン発電プラントに用いられる燃料ガスを製造する設備として知られている。この石炭ガス化炉から発生する可燃ガスの成分および生成量は、発熱量を算出する基礎データとなるものであるから、この可燃ガスを燃料とするガスタービンの運転を安定的に行う上で重要である。このため、石炭ガス化炉内のガス成分を連続的に分析するガス検出器が設けられている。
一方、石炭ガス化炉から発生するガスは、石炭を熱分解したものであるため、Ｈ２，ＣＯ，ＣＯ２，炭化水素のほかに、チャー、タール、ダストおよび水分をも含んでいる。したがって、石炭ガス化炉から発生ガスをサンプリングしてガス検出器へと導くサンプリング管にも同様な成分が持ち込まれることになり、サンプリング管内に不純物が付着・堆積して、場合によっては閉塞してしまうという問題がある。
このような不純物の付着・堆積を防止するために、ダストを除去する脱塵フィルタ、ガス中の水分を除去する水分除湿器、炭酸水素アンモニアを除去するスクラバ等の機器をサンプリング管の途中に配置したものが報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、石炭ガス化炉からの可燃ガスを燃料とするガスタービンを安定的に運転するためには、石炭ガス化炉内の発生ガスの成分等をできるだけ高い応答性で計測する必要がある。これを実現するために、サンプリング管の途中にガス放出用のバルブを設け、高圧ガスをサンプリング管から放出することによって、ガス流速を上げる方法がある（例えば、特許文献１の段落［００３７］参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２２２２８号公報（段落［００２５］〜［００４８］、及び図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１では、応答性を上げるためにサンプリング管路の途中でサンプリングガスを放出し管内のガス流速を上げているが、放出ガスの処理と無駄が発生するものの、サンプリング管内の圧力は依然として高圧のままである。（このことは、特許文献１の段落［００５４］に「水分除湿器以降の配管及びバルブ、精密フィルタ１２は高圧仕様のみで構成されて」とあることから明らかである。）
このように高圧が保持されていると、サンプリング管内に固形物が析出しやすい状況になる。特に、サンプリング管が長距離にわたる場合、高圧下でのガスの滞留時間が長くなるため、固形物の析出はより深刻となる。したがって、サンプリング管内の不純物の付着といった問題は依然として解決されていない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、高圧を維持することなくガス検出器の応答性を高めたガス検出装置およびこれを備えた高圧ガス発生装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、高圧容器内の高圧ガスをガス検出器へと導くガス抽出管内に高圧ガス由来の堆積物が付着することを防止したガス検出装置およびこれを備えた高圧ガス発生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
本発明のガス検出装置は、高圧ガスを収容する高圧容器から離れて位置するとともに、該高圧容器内のガス検出を行うガス検出器と、前記高圧容器からガスを抽出して前記ガス検出器へと導くガス抽出管と、を備えたガス検出装置において、前記ガス抽出管は、前記高圧容器側に減圧手段を備えていることを特徴とする。
減圧手段によって、高圧容器から抽出した高圧ガスの圧力が減じられるので、減圧手段よりも下流側の流速が高められることになる。ガスの流速が高められるので、抽出ガスがガス検出器に到達する時間が短くなり、ガス検出器の応答性が向上する。
高圧ガスが凝縮成分を含んでいる場合、減圧手段によって高圧ガスを減圧するので、凝縮成分が凝縮・付着してしまう高圧状態が回避されることになる。したがって、減圧手段よりも下流側のガス抽出管内での凝縮・付着が防止される。また、減圧手段は、高圧容器側に配置されているので、高圧容器から離れて位置するガス検出器までが長距離（例えば３０ｍ〜５０ｍ）であっても、抽出ガスが高圧下で長時間滞留することを回避できるので、凝縮成分の凝縮・付着がより有効に防止される。凝縮成分を含む高圧ガスとしては、例えば、熱分解生成ガスが挙げられる。より具体的には、石炭ガス化炉において石炭の熱分解によって発生する熱分解生成ガスがある。この場合、凝縮成分としては、水蒸気、ミスト状のタール等がある。
高圧容器としては、例えば、上述の石炭ガス化炉のほか、石炭ガス化炉を包囲する圧力容器がある。
なお、「高圧」とは、０．５ＭＰａ以上、より具体的には２ＭＰａ〜３ＭＰａ程度の圧力を意味する。
【０００８】
さらに、本発明のガス検出装置は、減圧手段の下流側に、加熱手段が設けられていることを特徴とする。
減圧手段によって抽出ガスが膨張し、ガス温度が低下する。この温度低下を防ぐために加熱手段を設ける。これにより、抽出ガス中に凝縮点の低い成分が含まれている場合であっても、ガス抽出管内での凝縮・付着が防止されることとなる。加熱手段は、減圧手段の下流側直近に配置されると好適である。また、減圧手段をも加熱するように設けても良い。
【０００９】
本発明の高圧ガス発生装置は、高圧ガスを収容する高圧容器と、本発明によるガス検出装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明によるガス検出器によって応答性良くガス検出ができるので、高圧容器内の状態を高い応答性で把握することができる。
また、本発明によるガス検出器を備えているので、抽出ガス中に凝縮点の低い成分が含まれている場合であっても、ガス抽出管内での凝縮・付着が防止されることとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるガス検出装置および高圧ガス発生装置の実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１には、石炭ガス化炉の断面図が示されている。
本実施形態における石炭ガス化炉（高圧容器，高圧ガス発生装置）１は、加圧型噴流床式のガス化炉となっている。この石炭ガス化炉１は、圧力容器（高圧容器）３に収容されている。さらに、この圧力容器３は、建屋５内に設置されている。
【００１１】
石炭ガス化炉１は、側面視して、逆Ｕ字形をしている。図において左方下端が上流側、図において右方下端が下流側となっており、主流は、図において左方下端から上方に向けて流れ、上方で下方に折り返し、そして図において右方下端へと流れる。図において左方下端の下方から上方に向けて、コンバスタ７及びリダクタ９が順に配置されている。
【００１２】
コンバスタ７には、石炭を粉砕して生成した微粉炭を搬送ガスとともにコンバスタ７内に導入する第一微粉炭バーナ１１と、石炭ガス化炉１の下流側で回収したチャーを再びコンバスタ７内に導入するチャーバーナ１３とが設けられている。第一微粉炭バーナ１１とチャーバーナ１３は、ほぼ同じ高さ位置に設けられている。なお、図１では、各バーナ１１，１３が石炭ガス化炉１と圧力容器３との間の空間に向けられているように示されているが、各バーナ１１，１３がコンバスタ７内へと導かれる構成が省略されているだけである。したがって、実際にはコンバスタ７内へと微粉炭およびチャーが導入されるようになっている。
【００１３】
第一微粉炭バーナ１１及びチャーバーナ１３の下方には、石炭ガス化炉１の起動時に用いる起動用軽油バーナ１４が設けられている。
リダクタ９の下部には、第一微粉炭バーナ１１の下流側に位置する第二微粉炭バーナ１５が設けられている。
このように、本実施形態の石炭ガス化炉１は、コンバスタ７及びリダクタ９の二室に第一及び第二バーナ１１，１５の二段のバーナが設けられた、二室二段の形式となっている。
【００１４】
リダクタ９の上方で折り返した後に下方へと向かう煙道１６には、複数の熱交換器が設けられている。熱交換器として、上方から、蒸発器１７，二次過熱器１９，一次過熱器２１，節炭器２３が設けられている。石炭ガス化炉１の水冷壁管で熱水となった缶水は、蒸気ドラム２５にて蒸気と分離されるようになっている。
【００１５】
以上のような石炭ガス化炉１は、以下のように運転される。
起動時は、起動用軽油バーナ１４によってコンバスタ７の下方から燃焼を行い、石炭ガス化炉１全体を予熱する。
その後、第一微粉炭バーナ１１から微粉炭とともに酸化剤となる空気を導入しコンバスタ７内で燃焼を行う。ここで、微粉炭は燃焼して高温ガスとなり、上方（下流側）へと流れる。一方、微粉炭の灰分の一部は、コンバスタ７の壁面に付着し、スラグとなり下方のスラグホッパ２７へと導かれる。
リダクタ９内においては第二微粉炭バーナ１５と上記高温ガスによって、ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等の揮発分やチャーを生成する。
ガス流に乗ってリダクタ９から流出するチャーは、下流側で捕捉され、チャーバーナ１３を介して再びコンバスタ７へと導かれる。
【００１６】
コンバスタ７およびリダクタ９で生成されたＣＯ，Ｈ２を含む可燃ガスは、上方まで到達した後、折り返し、下方へと進行して煙道１６を流れる。この煙道１６を流れる際に、各熱交換器１７，１９，２１，２３が熱を奪い、給水や蒸気を加熱する。各熱交換器１７，１９，２１，２３を通過した可燃ガスは、脱塵装置や脱硫装置を経た後に、ガスタービンの燃焼器へと導かれる（図示せず）。
【００１７】
このような石炭ガス化炉１内は、４５０℃程度の高温、２．６ＭＰａ程度の高圧となっている。また、石炭ガス化炉１を包囲する圧力容器３内も同程度の高圧となっている。
【００１８】
本実施形態におけるガス検出装置は、石炭ガス化炉１の内部Ａのガス検出と、石炭ガス化炉１と圧力容器３との間の空間Ｂのガス検出を行うものである。
石炭ガス化炉１の内部Ａのガス検出は、上述のように、石炭ガス化炉１内で発生するガスの成分および発生量を分析して発熱量を見積もり、ガスタービンの安定性に役立てるものである。
石炭ガス化炉１と圧力容器３との間の空間Ｂのガス検出は、可燃ガスがこの空間Ｂに流入した場合に爆発を起こさないように、酸素濃度を監視するためのものである。
【００１９】
次に、ガス検出装置について、図２を用いて説明する。
以下、説明の便宜上、石炭ガス化炉１の内部Ａのガス検出に用いられるガス検出装置について説明するが、石炭ガス化炉１と圧力容器３との間の空間Ｂのガス検出についても同様である。
【００２０】
ガス検出装置は、ガス分析を行うガスクロマトグラフ（ガス検出器）３０と、石炭ガス化炉１からガスを抽出してガスクロマトグラフ３０へと導くガス抽出管３２とを備えている。
【００２１】
ガスクロマトグラフ３０は、各化学種に対してキャリブレーションを行う必要がある等の分析方法上の理由から、作業者が立ち会う必要がある。一方、石炭ガス化炉１では、可燃ガスや未燃ガス等の有毒ガスが生成されるため、運転中は作業者が石炭ガス化炉１近辺に立ち入ることはできない。したがって、石炭ガス化炉１とガスクロマトグラフ３０が設置されるサンプリング室との間は、約３０ｍ〜約５０ｍ程度の距離だけ離隔されている。
ガス抽出管３２は、このような約３０ｍ〜約５０ｍといった数十ｍにわたって設けられているものである。
【００２２】
ガス抽出管３２は、石炭ガス化炉１の抽出口３４から蒸気用逆洗弁３６まで上方に傾斜している。蒸気用逆洗弁３６は、三方弁とされており、ガス抽出管３２内を洗浄する際に蒸気を供給できるようになっている。この蒸気は、蒸気用逆洗弁３６に接続された蒸気・窒素切替弁３７を介して供給されるようになっている。この蒸気・窒素切替弁３７は、一方には窒素源に接続されており、この弁３７を切り替えることにより、蒸気または窒素を供給できるようになっている。
【００２３】
抽出口３４と蒸気用逆洗弁３６との間には、抽出ガスの流れ方向に、窒素用逆洗弁３８と粗脱塵ユニット４０とが順に設けられている。
窒素用逆洗弁３８は、三方弁とされており、ガス抽出管３２内を洗浄する際に窒素を供給できるようになっている。
粗脱塵ユニット４０は、内部にアルミナボールが多数充填されており、抽出ガスの脱塵や水分の除去を行うものである。粗脱塵ユニット４０の下方には、ドレン弁４０ａが設けられている。
【００２４】
蒸気用逆洗弁３６から下流は、ドレンチャンバ４２へと分岐する分岐点４４に至るまで、下方に傾斜している。
蒸気用逆洗弁３６と分岐点４４との間には、抽出ガスの流れ方向に、減圧弁４６、加熱手段５２、加熱・保温装置４８を含むガス抽出管３２、冷却装置５０が順に設けられている。
減圧弁４６は、抽出ガスの圧力を減じるものであり、例えば２．６ＭＰａを０．３ＭＰａまで減圧する。この減圧弁４６は、下流側の圧力を検出し、この検出値に基づいて圧力を調節できる調整弁となっている。減圧弁４６及び直近の下流には、加熱手段５２が配置されている。加熱手段５２には、ドレントラップを装備した蒸気等の発熱体が用いられている。
【００２５】
加熱・保温装置４８は、加熱手段５２で加熱したガス抽出管３２の壁温を下げないために、断熱材や加温するための発熱部材が設けられた構成となっている。
【００２６】
上述の減圧弁４６および加熱手段５２までは、石炭ガス化炉１側に設けられている。一方、冷却装置５０以降の下流側は、石炭ガス化炉１から隔離された位置に設けられている。したがって、減圧弁４６から冷却装置５０までは、約３０ｍ〜約５０ｍ程度の距離だけ離れている。
【００２７】
冷却装置５０は、冷媒を含む強制水冷式となっており、管内を流れる抽出ガスの水分を凝縮させるものである。
冷却装置５０で凝縮した水分は、分岐点４４から下方に流れ、ドレン弁５４を通過してドレンチャンバ４２へと滴下する。又、ガス抽出管３２を洗浄する際に、このドレン弁５４から洗浄用の蒸気または窒素が系外に排出されるようになっている。
ドレンチャンバ４２の下方には、封水タンク５６が接続されている。封水タンク５６には、ドレンチャンバ４２からのドレン水のほか、精密フィルタ５８等からの逆洗ガス・ドレン等も流入するようになっている。封水タンク５６内の上方に採取されたガスは、取り出されてガス処理スタックにより処理されるようになっている。封水タンク５６の液面の高低に応じて、封水レベル制御弁６０の開度が調節され、封水タンク５６内の水が排出される。
【００２８】
分岐点４４から圧力調整弁６２までは上り傾斜となっている。この圧力調整弁６２によって圧力が調整され、約０．０５ＭＰａまで減圧されるようになっている。
圧力調整弁６２の下流には、精密フィルタ５８が設けられている。精密フィルタ５８は、焼結体で構成されたフィルタとされており、水分、微粒子ダスト、タール等を除去する。
精密フィルタ５８の下流には、流量調整弁６４が設けられており、ガスクロマトグラフ３０に流入するガスの流量を調節するようになっている。なお、この流量調整弁６４は、ガスクロマトグラフ３０内に設けられている流量調整弁（図示せず）に代用させることとして、省略しても良い。つまり、圧力調整弁６２の上流側で既に減圧弁４６によって減圧されているので、圧力調整弁６２の調整によってガスクロマトグラフ３０内に流入させるのに適した流量を得ることができるからである。
流量調整弁６４の下流には、排出弁６６が設けられている。
排出弁６６の下流には、ガスクロマトグラフ３０が接続されている。
【００２９】
以上の構成を有するガス検出装置のガス検出方法について、説明する。
石炭ガス化炉１から抽出された抽出ガスは、窒素用逆洗弁３８を通過し、粗脱塵ユニット４０へ流れる。この際、窒素用逆洗弁３８の窒素源に接続されたポートは閉じられたままである。
抽出ガスは粗脱塵ユニット４０を通過する際に、比較的粗いダストや水分が取り除かれる。取り除かれた水分は、粗脱塵ユニット４０の下方のドレン弁４０ａから外部に排出される。
【００３０】
粗脱塵ユニット４０にてダストが取り除かれた抽出ガスは、蒸気用逆洗弁３６を通過して、減圧弁４６へと流れる。この際、蒸気用逆洗弁３６の蒸気・窒素切替弁３７に接続されたポートは閉じられたままである。
抽出ガスは、減圧弁４６を通過する際に、約２．６ＭＰａから約０．３ＭＰａまで減圧される。これにより、抽出ガスの流速は上昇する。一方、抽出ガスは膨張により温度が低下するが、加熱手段５２によって加熱されることにより、所定の温度が維持されることになる。これにより、温度低下によって抽出ガス中の水分等の凝縮成分が凝縮するのを防止することができる。
【００３１】
減圧弁４６によって減圧・増速された抽出ガスは、加熱・保温装置４８によって加熱・保温されてドレン水の生成を抑えられながら、冷却装置５０へと流れる。この間の距離は約３０ｍ〜約５０ｍ程度の距離となっている。
抽出ガスは、冷却装置５０を通過する際に冷却され、これにより水分が除去される。除去された水分は、下り勾配の管路を流れ、分岐点４４の下方のドレン弁５４を通りドレンチャンバ４２へと導かれる。
【００３２】
冷却装置５０にて水分が除去された抽出ガスは、分岐点４４を通り、圧力調整弁６２にて圧力調整され、約０．０５ＭＰａまで減圧される。
その後、抽出ガスは、精密フィルタ５８を通り、水分、微粒子ダスト、タール等が取り除かれる。精密フィルタ５８にて捕捉された水分は、逆洗により封水タンク５６へと導かれる。
精密フィルタ５８を通過した抽出ガスは、流量調整弁６４にて、ガスクロマトグラフ３０へ流すのに適した流量に調節された後、排出弁６６を通過してガスクロマトグラフ３０へと導かれる。この際、排出弁６６の系外側に接続されたポートは閉じられたままとなっている。
ガスクロマトグラフ３０へと導かれた抽出ガスは、ガスクロマトグラフ３０にて、ＣＯ，Ｈ２等の化学種が定量され、これに基づいて発熱量が見積もられる。
【００３３】
次に、ガス抽出管３２の洗浄方法について説明する。
（抽出口３４から窒素用逆洗弁３８までの洗浄）
窒素用逆洗弁３８の窒素源側のポートを開き、下流側（粗脱塵ユニット４０側）のポートを閉じる。すると、窒素源から窒素が、窒素用逆洗弁３８を通過して石炭ガス化炉１内へ導かれる。これにより、窒素用逆洗弁３８から抽出口３４までの経路が逆洗される。
【００３４】
（粗脱塵ユニット４０から排出弁６６までの洗浄）
蒸気・窒素切替弁３７を蒸気側に切換える。そして、蒸気用逆洗弁３６の蒸気・窒素切替弁３７側のポートを開く。すると、蒸気が蒸気用逆洗弁３６から粗脱塵ユニット４０へと流れ、ダストとともに蒸気が粗脱塵ユニット４０のドレン弁４０ａから排出される。その後、蒸気・窒素切替弁３７を窒素側に切換え一定時間、窒素ガスでドレン排出と乾燥を行う。
更に蒸気を蒸気用逆洗弁３６から、減圧弁４６、冷却装置５０、分岐点４４、分岐点４４の下方のドレン弁５４、ドレンチャンバ４２を経由して封水タンク５６へと導く。その後蒸気・窒素切替弁３７を窒素側に切換え一定時間、窒素ガスでガス抽出管３２内のドレン排出と乾燥を行う。
このように、蒸気によって逆洗されることで、ガス抽出管３２内に付着・堆積したダストや固形析出物が蒸気ドレンで溶融されて、排出される。また、蒸気が凝縮することによる凝縮潜熱によって、ガス抽出管３２が加熱され、管内乾燥が進むことになる。
上述の蒸気による逆洗が終了すると、次に窒素による洗浄および乾燥が行われる。
つまり、蒸気・窒素切替弁３７を窒素源側に切り替えることによって、窒素をガス抽出管３２内に導く。これにより、ガス抽出管３２内が洗浄されるとともに、乾燥されることになる。
【００３５】
以上説明した本実施形態にかかるガス検出装置によれば、以下のような作用効果を奏する。
減圧弁４６によって、石炭ガス化炉１から抽出したガスの圧力が減じられるので、減圧弁４６よりも下流側の流速が高められることになる。ガスの流速が高められるので、抽出ガスがガスクロマトグラフ３０に到達する時間が短縮されることになり、応答性が向上する。したがって、石炭ガス化炉１内の状態をリアルタイムで把握することができる。
【００３６】
石炭ガス化炉１からの抽出ガス中には、高圧が維持された場合に析出してしまう成分が含まれているので、減圧弁４６により減圧することで、減圧弁４６よりも下流側のガス抽出管３２内における不純物の析出・付着を防止することができる。特に、ガス抽出管３２の距離が長い場合であっても、抽出ガスが高圧で長時間滞留することを回避できるので、より有効に不純物の析出・付着を防止することができる。
【００３７】
減圧弁４６近傍の下流側には、加熱手段５２が設けられているので、減圧弁４６によって抽出ガスが断熱膨張して温度が低下しても、抽出ガス中の凝縮成分ガスが凝縮することなく、ガス抽出管３２内での凝縮や付着が防止される。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のガス検出装置は、減圧手段によって抽出ガスの流速を高めることとしたので、ガス検出器の応答性を向上させることができる。
また、高圧ガスが凝縮成分を含んでいる場合、減圧手段によって高圧ガスを減圧するので、減圧手段よりも下流側のガス抽出管内での凝縮・付着を防止することができる。
【００３９】
さらに、本発明のガス検出装置は、減圧手段の下流側に加熱手段を設けることとしたので、減圧手段によって抽出ガスが膨張してガス温度が低下してしまうことを防止することができる。これにより、抽出ガス中に凝縮点の低い成分が含まれている場合であっても、ガス抽出管内での凝縮・付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】建屋内に配置された石炭ガス化炉（高圧容器）を示した断面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態のガス検出装置を示した図である。
【符号の説明】
１  石炭ガス化炉（高圧容器）
３  圧力容器（高圧容器）
３０  ガスクロマトグラフ（ガス検出器）
３２  ガス抽出管
４６  減圧弁（減圧手段）
５２  加熱手段
【図１】
2005037136.tif 000003
【図２】
2005037136.tif 000004