(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭ガス化炉におけるスラグ監視装置において、スラグホッパ下部のスラグクラッシャー部に超音波送受波器を水平に複数個並設し、該超音波送受波器の受波信号の状態からスラグクラッシャー部の網棚上に堆積するスラグの堆積状況を検知することを特徴とするスラグ監視装置。
【請求項２】
前記超音波の周波数を100kHz≦freq≦１ＭHzに選定したことを特徴とする請求項１記載のスラグ監視装置。
【請求項３】
前記超音波送受波器を網棚上方のスラグクラッシャー部の最上部に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載のスラグ監視装置。
【請求項４】
前記超音波送受波器を網棚上方のスラグクラッシャー部に多段的に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載のスラグ監視装置。
【請求項５】
前記超音波送受波器を、高さ方向に上下する機構を持った治具を介して、上下動可能に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のスラグ監視装置。
【請求項６】
前記スラグによる超音波の減衰の影響を全く受けない超音波送受波器を別途設け、該超音波受波器から送られてきた受波信号の状態から実時間的な水による超音波の減衰の影響を判断することを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のスラグ監視装置。
【請求項７】
前記超音波送受波器の受波信号の状態からスラグの堆積状況を検知し、このスラグの堆積状況に応じて前記スラグクラッシャーの作動制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載のスラグ監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、事業用、産業用の石炭ガス化設備に適用されるスラグ監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭ガス化炉における従来のスラグ監視装置を図１０により説明する。
燃焼炉（石炭ガス化炉）１の下部にはスラグホール２が設けられ、このスラグホール２の下方には冷却水を満たしたスラグホッパ３が設けられる。スラグホッパ３の下部（角管部）には、網棚４上をスライド可能なスラグクラッシャー５が対向配設されている。そして、スラグホール２とスラグホッパ３の上部間の炉壁には、スラグホール２とスラグホッパ３を指向して監視用のテレビカメラ６ａ，６ｂが取り付けられ、その画像信号が炉外のモニタ７へ送られている。
【０００３】
従って、燃焼炉１には微粉炭及びチャーが投入されて燃焼する。燃焼後の灰分が溶融スラグとして燃焼炉１の底部に溜まり、スラグホール２よりスラグホッパ３内へ流れ落ちる。スラグホッパ３内には冷却水が張られており、流れ落ちた溶融スラグは冷却後固化してホッパ下部より系外へ排出される。この際、スラグホール２での溶融スラグの流動性が悪い場合は、ある程度の塊となってスラグホッパ３に落下し網棚４上に大塊スラグを形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような石炭ガス化炉においては、溶融スラグや大塊スラグを迅速かつ確実に炉外に排出することが重要である。従って、監視用のテレビカメラ６ａ，６ｂでスラグホール２下部やスラグホッパ３内の溶融スラグの排出状況が撮影され、モニタ７に送られ表示される。この像を見て、目視によりオペレータが判断してスラグクラッシャー５を作動させ、スラグを破砕していた。または、スラグクラッシャー５を連続的に作動させていた。
【０００５】
ところが、このような従来のスラグ監視装置にあっては、以下に述べる問題点があった。
▲１▼スラグホール下部の雰囲気がかなりダーティになることがあり、テレビカメラの視界が悪く、スラグの落下状況の十分な把握ができない。
▲２▼スラグホッパ水は、スラグ及び未燃分のチャーなどにより混濁するので、光学的手法では減衰が大きく、スラグクラッシャー部における大塊スラグの有無やスラグ堆積状況などを把握することは出来ない。
▲３▼スラグクラッシャーを起動した結果、スラグが除去されたかが把握できない。
▲４▼スラグクラッシャーを定期的に作動させる場合、長期運転では作動回数が増加し油圧シリンダの耐久性の面から限界がある。
【０００６】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、スラグの排出状況を確実に把握することが出来ると共に、スラグクラッシャーを効果的に作動させてスラグクラッシャーの耐久性向上と消費電力の低減が図れるスラグ監視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】
斯かる目的を達成する本発明のスラグ監視装置は、石炭ガス化炉におけるスラグ監視装置において、スラグホッパ下部のスラグクラッシャー部に超音波送受波器を水平に複数個並設し、該超音波送受波器の受波信号の状態からスラグクラッシャー部の網棚上に堆積するスラグの堆積状況を検知することを特徴とする。
【０００８】
また、前記超音波の周波数を100kHz≦freq≦１ＭHzに選定したことを特徴とする。
【０００９】
また、前記超音波送受波器を網棚上方のスラグクラッシャー部の最上部に取り付けたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記超音波送受波器を網棚上方のスラグクラッシャー部に多段的に取り付けたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記超音波送受波器を、高さ方向に上下する機構を持った治具を介して、上下動可能に設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記スラグによる超音波の減衰の影響を全く受けない超音波送受波器を別途設け、該超音波受波器から送られてきた超音波受波信号の状態から実時間的な水による超音波の減衰の影響を判断することを特徴とする。
【００１３】
また、前記超音波送受波器の受波信号の状態からスラグの堆積状況を検知し、このスラグの堆積状況に応じて前記スラグクラッシャーの作動制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスラグ監視装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施例］
［構成］
図１は本発明の第１実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図、図２は同じく超音波の送波及び回折減衰の特性図である。尚、図１において、図１０と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００１６】
図示のように、燃焼炉１におけるスラグホッパ３の下部（角管部）には、スラグＷが捕獲・堆積される網棚４の上方（スラグクラッシャー５部の高さ方向略中間部）に位置して、スラグクラッシャー５のスライド方向と直角な方向の伝搬経路が水平面上を複数（図示例では四つ）に分割して形成され、これら各伝搬経路に送波器１０ａと受波器１０ｂとからなる超音波送受波器（超音波センサ）１０が割り当て（取り付け）られている。これら超音波送受波器１０は、信号増幅器１１を介して監視計器１２に回路接続されている。
【００１７】
そして、本実施例では、前記超音波は、図２にも示すように、混入チャー、細粒スラグ等による音波の散乱・減衰の影響を受けにくい１ＭHz以下の周波数であり、また伝搬経路上に大塊スラグが存在する場合に十分な回折減衰が得られるように100kHz以上の周波数が選定される。
【００１８】
［作用・効果］
このように構成されるため、スラグホッパ３内を冷却水であるホッパ水で満たしてから超音波送受波器１０により超音波を送受波させる。ここで得た超音波受波信号は信号増幅器１１で増幅された後、監視計器１２に送られる。監視計器１２では、送られてきた超音波受波信号の状態から異物としての大塊スラグの有無や網棚４上におけるスラグ堆積状況が検知される。
【００１９】
例えば、スラグＷの実際の形状がＡ−Ａ’計測断面で示したようなものであると、三つの受波器１０ｂからは受波信号が入らないので、表示画面としては、Ａ−Ａ’断面像のように円形の推定スラグ形状Ｗａで表示され、このような場合は、実際は大塊スラグが『有り』と判断され、スラグクラッシャー５を作動させて、スラグＷを破砕する。
【００２０】
このように本実施例では、減衰が小さい超音波を用いているので、光学的手法では減衰が大きく監視が難しかった従来例と異なり、十分なスラグＷの監視が可能となる。また、前記超音波の周波数を100kHz≦freq≦１ＭHzとしたので、検知誤差が微小になる。
【００２１】
これにより、スラグクラッシャー５を大塊スラグの有無や網棚４上におけるスラグ堆積状況に応じて効果的に作動させられ、この結果、スラグクラッシャー５の作動回数の低減（消費電力低減）、耐久性の向上及びスラグクラッシャー５の効果等が的確に把握できる。
【００２２】
［第２実施例］
［構成］
図３は本発明の第２実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。尚、図３において、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２３】
この実施例は、第１実施例における、送波器１０ａと受波器１０ｂとからなる超音波送受波器１０を網棚４上方のスラグクラッシャー５部の最上部に取り付けた例で、その他の構成は第１実施例と同様である。
【００２４】
［作用・効果］
この実施例によれば、第１実施例と同様の作用・効果の他に、超音波の送受波面をスラグクラッシャー５のスラグ破砕限界である最大寸法付近にすることにより、スラグクラッシャー５の作動回数を最も少なくでき、かつスラグＷの堆積状況が三次元的に把握できる利点がある。
【００２５】
［第３実施例］
［構成］
図４は本発明の第３実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。尚、図４において、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２６】
この実施例は、第１実施例における、送波器１０ａと受波器１０ｂとからなる超音波送受波器１０を網棚４上方に多段的に（高さ方向に複数個）取り付けた例で、その他の構成は第１実施例と同様である。
【００２７】
［作用・効果］
この実施例によれば、第１実施例と同様の作用・効果の他に、高さ方向へ複数個の超音波送受波器１０を取り付けることで、三次元でのスラグＷの概略形状把握（図中推定スラグ形状Ｗａ参照）ができる利点がある。
【００２８】
［第４実施例］
［構成］
図５は本発明の第４実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。尚、図５において、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２９】
この実施例は、第１実施例における、送波器１０ａと受波器１０ｂとからなる超音波送受波器１０を、高さ方向に上下する機構を持った図示しない治具を介して、送波器１０ａと受波器１０ｂとを完全に同期させて上下動可能に設けた例で、その他の構成は第１実施例と同様である。
【００３０】
［作用・効果］
この実施例によれば、第１実施例と同様の作用・効果の他に、任意の高さでの水平断面像が得られる。また、複数回高さを変化させて超音波を送受波させることによって、必要最小限のセンサ数で、三次元でのスラグ形状認識ができる利点がある（図中推定スラグ形状Ｗａ参照）。
【００３１】
［第５実施例］
［構成］
図６は本発明の第５実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成平面図、図７は同じく概略構成側面図である。尚、図６及び図７において、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３２】
この実施例は、第１実施例における、送波器１０ａと受波器１０ｂとからなる超音波送受波器１０とは別に、スラグによる超音波の減衰の影響を全く受けないスラグクラッシャー５部の伝搬経路と同じ距離を持つ伝搬経路（図示例では、スラグホッパ３下部の圧力容器１５の内部）に送波器２０ａと受波器２０ｂとからなる超音波送受波器２０を別途割り当てた例である。
【００３３】
そして、監視計器１２では、超音波送受波器２０から送られてきた超音波受波信号の状態から実時間的な水による音波の減衰の影響を判断し、大塊スラグの有無を判断する受波信号の基準電圧を決定し（換言すれば、大塊スラグの有無を判定する受波信号のしきい値を水の減衰特性に応じて変更し）、この基準信号を基に超音波送受波器１０から送られてきた超音波受波信号と比較を行い、大塊スラグの有無を検知するようになっている。その他の構成は第１実施例と同様である。
【００３４】
［作用・効果］
この実施例によれば、第１実施例と同様の作用・効果の他に、水による超音波の減衰の影響が考慮できるようになり、超音波の減衰による誤動作を小さくすることができると共にスラグ検知の精度を向上させることができる利点がある。
【００３５】
［第６実施例］
［構成］
図８は本発明の第６実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図、図９は同じくガス化炉制御装置の大塊スラグ検知・除去動作のフローチャートである。尚、図８において、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３６】
この実施例は、第１実施例における超音波送受波器１０を、監視計器１２に代えて、信号増幅器１１を介してガス化炉制御装置１３に回路接続した例である。ガス化炉制御装置１３では、送られてきた超音波受波信号に基づいて、図９の大塊スラグ検知・除去動作のフローチャートに従って、スラグクラッシャー５の作動制御を行うようになっている。
【００３７】
即ち、ステップＰ１で、例えば一段から成る複数個（図示例では４個）の超音波送受波器１０の中の４分の３（図示例では３個）の受波器１０ｂからの信号が受信されないで、表示画面の略４分の３が推定スラグ形状Ｗａで埋まった場合に（図１参照）、大塊スラグが『有り』と検知し、次いでステップＰ２で、スラグクラッシャー５を作動させてこれを除去するのである。この後、ステップＰ３で、再度大塊スラグの検知を行い、大塊スラグが検知されなくなるまで検知と除去を繰り返す。大塊スラグが完全に除去されたら、ステップＰ４で、除去を停止し、次に大塊スラグが検知されるまで待機する。ただし、検知作業は連続的に行われる。
【００３８】
［作用・効果］
この実施例によれば、大塊スラグの迅速かつ確実な検知・除去が可能となり、第１実施例と同様の作用・効果の他に、スラグ除去の自動化により監視員の労力を低減することができる利点がある。
【００３９】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能である。例えば、第２乃至第５実施例においても第６実施例と同様の検知システム及び手順でスラグ除去を行うようにしても良い。この際、第３実施例のように、超音波送受波器１０が多段的に取り付けられた場合は、表示画面における最上段の略４分の３が推定スラグ形状Ｗａで埋まった場合に、大塊スラグが『有り』と検知すれば良い。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１に係るスラグ監視装置は、石炭ガス化炉におけるスラグ監視装置において、スラグホッパ下部のスラグクラッシャー部に超音波送受波器を水平に複数個並設し、該超音波送受波器の受波信号の状態からスラグクラッシャー部の網棚上に堆積するスラグの堆積状況を検知することを特徴とするので、減衰が小さい超音波を用いることにより、光学的手法では減衰が大きく監視が難しかった従来例と異なり、十分なスラグの監視が可能となる。これにより、スラグクラッシャーを大塊スラグの有無やスラグ堆積状況に応じて効果的に作動させられ、この結果、スラグクラッシャーの作動回数の低減（消費電力低減）、耐久性の向上及びスラグクラッシャーの効果等が的確に把握できる。
【００４１】
本発明の請求項２に係るスラグ監視装置は、前記超音波の周波数を100kHz≦freq≦１ＭHzに選定したことを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効果の他に、細粒スラグによる音波の散乱・減衰の影響を受けにくく、かつ伝搬経路上に大塊スラグが存在する場合に十分な回折減衰が得られ、検知誤差が微小になるという利点がある。
【００４２】
本発明の請求項３に係るスラグ監視装置は、前記超音波送受波器を網棚上方のスラグクラッシャー部の最上部に取り付けたことを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効果の他に、超音波の送受波面をスラグクラッシャーのスラグ破砕限界である最大寸法付近にすることにより、スラグクラッシャーの作動回数を最も少なくでき、かつスラグの堆積状況が三次元的に概略把握できる利点がある。
【００４３】
本発明の請求項４に係るスラグ監視装置は、前記超音波送受波器を網棚上方のスラグクラッシャー部に多段的に取り付けたことを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効果の他に、高さ方向へ複数個の超音波送受波器を取り付けることで、三次元でのスラグの形状把握ができる利点がある。
【００４４】
本発明の請求項５に係るスラグ監視装置は、前記超音波送受波器を、高さ方向に上下する機構を持った治具を介して、上下動可能に設けたことを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効果の他に、任意の高さでの水平断面像が得られると共に、複数回高さを変化させて超音波を送受波させることによって、必要最小限のセンサ数で、三次元でのスラグ形状把握ができる利点がある。
【００４５】
本発明の請求項６に係るスラグ監視装置は、前記スラグによる超音波の減衰の影響を全く受けない超音波送受波器を別途設け、該超音波受波器から送られてきた超音波受波信号の状態から実時間的な水による超音波の減衰の影響を判断することを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効果の他に、水による超音波の減衰の影響が考慮できるようになり、超音波の減衰による誤動作を小さくすることができると共にスラグ検知の精度を向上させることができる利点がある。
【００４６】
本発明の請求項７に係るスラグ監視装置は、前記超音波送受波器の受波信号の状態からスラグの堆積状況を検知し、このスラグの堆積状況に応じて前記スラグクラッシャーの作動制御を行う制御手段を設けたことを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効果の他に、スラグ除去の自動化により監視員の労力を低減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。
【図２】同じく超音波の送波及び回折減衰の特性図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成平面図である。
【図７】同じく概略構成側面図である。
【図８】本発明の第６実施例を示す、スラグ監視装置の概略構成図である。
【図９】同じくガス化炉制御装置の大塊スラグ検知・除去動作のフローチャートである。
【図１０】従来のスラグ監視装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  燃焼炉
２  スラグホール
３  スラグホッパ
４  網棚
５  スラグクラッシャー
１０  超音波送受波器（超音波センサ）
１０ａ  送波器
１０ｂ  受波器
１１  信号増幅器
１２  監視計器
１３  ガス化炉制御装置
２０  超音波送受波器（超音波センサ）
２０ａ  送波器
２０ｂ  受波器
Ｗ  スラグ
Ｗａ  推定スラグ形状
【図１】
0003868153.tif 000002
【図２】
0003868153.tif 000003
【図３】
0003868153.tif 000004
【図４】
0003868153.tif 000005
【図５】
0003868153.tif 000006
【図６】
0003868153.tif 000007
【図７】
0003868153.tif 000008
【図８】
0003868153.tif 000009
【図９】
0003868153.tif 000010
【図１０】
0003868153.tif 000011