JP2005024251A

JP2005024251A - System for monitoring gasifier

Info

Publication number: JP2005024251A
Application number: JP2003186546A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Deguchi; 祥啓出口; Shinsaku Dobashi; 晋作土橋; Tomonori Koyama; 智規小山; Osamu Shinada; 治品田; Kazuhiro Ota; 一広太田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP4131682B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for monitoring a gasifier for constantly grasping the state in gasification gas, exhaust gas, and drainage. <P>SOLUTION: The gasifier has a gasification furnace 102 for supplying fuel 201 and air 201 and obtaining product gases 101, a filter 120 for eliminating fine particles in generated product gases 102; and a gas turbine 111 having a combustor that is a fuel utilization facility for utilizing the product gases. The also gasifier has a measuring apparatus 100 for measuring the gas constituents, amount of dust, amount of vapor, and amount of hydrocarbon (HC) in the product gases. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば石炭ガス化システムにおいて、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握することができるガス化装置の監視システムに関する。
【０００２】
【背景の技術及び発明が解決しようとする課題】
石炭ガスを使用した火力発電では、石炭ガス化炉にて生成される生成ガスを燃料として、ガスタービン等の発電設備に導いて使用している。発電設備では、目標とする発電量が設定されており、それに応じて生成ガスの発熱量を制御することが重要である。そして、それに対応して、ガス化炉において生成ガスの発熱量（組成）が許容範囲に入るように制御することが、非常に重要である。
発電所の発電目標設定値は、常に一定ではなく、電力の使用量の変化や、時間帯等により短時間で変更されることも多い。従って、それに応じて、ガス化炉において生成される生成ガスの発熱量も迅速に制御される必要がある。
【０００３】
従来の生成ガス発熱量の制御では、発熱量は生成ガスを分析し、その分析結果を解析することで制御を行っていた。
図１３を参照して、ガス化炉１における発熱量制御について説明する。ガス化炉０１、生成ガス０２、サンプリング管０３、前処理部０４、ガスクロマトグラフ０５、計算部０６、制御部０７、燃料供給弁０８、空気供給弁０９、配管０１０、ガスタービン０１１からなる。ガス化炉０１は、燃料（石炭）供給弁０８及び空気供給弁０９を経由して石炭及び空気の供給を受け、ガスタービン０１１用の高温・高圧（例えば４００℃、３０気圧）の生成ガス０２を生成する。生成ガス０２は、ガスタービン０１１に送られる配管０１０の途中で、その一部が、サンプリング管０３によりサンプリングされ、発熱量を測定する測定系へ流入する。サンプリングガスは、前処理部０４において、降圧、冷却、除塵、除湿等の前処理を行い、常圧・常温で乾燥し、かつ塵を含まない状態にする。
その後、サンプリングガスをガスクロマトグラフ０５へ送る。ガスクロマトグラフ０５では、サンプリングガスである生成ガス０２が分析され、ガスの組成が測定される。
【０００４】
ここで通常、石炭ガス化生成ガスの場合は、およそ一酸化炭素（ＣＯ）１０〜３０％、水素（Ｈ_２）４〜１０％、メタン（ＣＨ_４）０．１〜１％、二酸化炭素（ＣＯ_２）５〜１０％、窒素（Ｎ_２）５５〜７０％の範囲の体積分率を有する。そして、前記分析結果に基づいて、計算部０６において、単位体積当たりの発熱量Ｑ（ｋｃａｌ／Ｎｍ^３）が計算される。生成ガス０２の発熱量Ｑの計算結果は、制御部０７へ出力される。そして、この結果とその時点での発熱量目標値との相違に基づいて、ガス化炉０１内へ投入される石炭量、空気量が設定される。設定に基づき、それぞれ燃料供給弁０８及び空気供給弁０９により石炭及び空気の供給量が制御され、生成ガス０２の発熱量が常に許容範囲に入るように制御される。
【０００５】
このように従来の石炭ガス化による発電においては、ガス化炉０１による生成ガス０２の発熱量をガスクロマトグラフ０５で測定し、その値によってガス化炉０１を制御していた。しかし、ガスクロマトグラフ０５では、分析に要する時間が５分程度以上必要とされるため速やかな制御が出来なかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７３９８９号公報
【０００７】
これに対し、近年の火力発電では、昼間と夜間との使用電力が大幅に違うため、従来に比べて負荷（発電量）の時間的変動が大きくなっており、これに対処するため最大負荷を１００％とすると、少なくとも１分間当たり３％程度の負荷を増減できる制御速度が要求されている。従って、この速度に対応できるガス化炉が必要であり、これに組み合わせるガス発熱量測定装置が要求されている。また、前処理部０４において、降圧、冷却、除塵、除湿時にトラブルが起きる場合があり、メインテナンスに労力を要していた。
【０００８】
また、前処理部０４において、除湿しているので、熱交換器等の漏洩があった場合に、迅速に水蒸気の測定をすることができない、という問題がある。
【０００９】
また、ガス中のダスト濃度を計測する場合には、図１４に示すように、レーザ光などの一定波長の光を照射可能な光源装置０２０からの光０２１を光検出器０２２で検出し、光吸収法によりそのダスト量を計測していた。
【００１０】
また、生成ガス中には炭化水素が含まれており、これが冷却された場合に、下流側の装置（例えば脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等）の配管内部にタール分として付着し、配管の劣化を加速するという問題がある。
よって、適正なガス化条件の確認のために炭化水素量を迅速に計測したいという要望がある。
【００１１】
また、ガス化システムのプラントの制御性の向上及び健全性を維持するには、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握する必要があり、さらに迅速性が要望されているが、未だ実現されていないのが現状である。
【００１２】
本発明は、上記述べた事情に鑑み、ガス化システムのプラントの制御性の向上及び健全性を維持することができ、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握することができるガス化装置の監視システムを提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置の発明において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測する計測装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、ガス化装置に生成ガスを脱硫する脱硫装置を具備してなり、脱硫装置の前流側に設けられ、ガス中のＨ_２Ｓ、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏを計測する半導体レーザ装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、ガス化装置からの脱硫された生成ガスを燃料とし、ガスタービンで膨張させる燃焼ガスを生成する燃焼器と、ガスタービンの排熱を回収する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で発電する蒸気タービンとを具備してなり、排ガス又は排水中のアルカリ成分及び重金属類を計測するレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、システム全体のガス漏洩を計測する半導体レーザ装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明において、前記レーザ装置が、計測場内の被測定ガスにレーザー光などの一定波長の光を照射可能な光源手段と、前記光の照射により前記ガスから生じるラマン散乱光により波長毎の強度の計測を行う分光器と、前記光の照射により前記ガス中のダストから生じるミー散乱光の計測を行う第１の光検出器と、前記光の照射により前記ガス中の炭化水素から生じる蛍光の計測を行う第２の光検出器と、前記計測の結果から前記ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部と、を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１８】
第６の発明は、第２の発明において、前記半導体レーザ装置が、ガスの供給・排出ラインを備えたセルと、該セル内に供給されたガスにレーザ光を照射するレーザ照射手段と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ_２Ｓ、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏの各濃度を求める検出手段とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１９】
第７の発明は、第３の発明において、前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置が、ガスにレーザを照射してプラズマ化させるレーザ装置と、該プラズマから発生するプラズマ光を計測する分光器とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるガス化装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例においては、発電用ガスタービンに用いられるガス化装置を例に示して説明するが、他の用途に用いられるガス化装置においても、適用可能である。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態にかかるガス化装置の概略図である。
図１に示すように、燃料２０１及び空気２０１を供給し生成ガス１０１を得るガス化炉１０２と、生成した生成ガス１０２中の微粒子を除去するフィルタ１２０と、生成ガスを利用する燃料利用設備である燃焼器を備えたガスタービン１１１とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素（ＨＣ）量を計測するレーザ計測装置１００とを具備するものである。
本実施の形態では燃料利用設備としてガスタービンを例示するが本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
図２は、本実施の形態にかかる計測装置１００の概略図である。
図２に示すように、本実施の形態にかかる計測装置１００は、計測場１０内の被測定ガス１１にレーザ光などの一定波長の光１２を照射可能な光源手段１３と、前記光１２の照射により前記ガス１１から生じるラマン散乱光１４により波長毎の強度の計測を行う分光器１５と、前記光１２の照射により前記ガス１１中のダストから生じるミー散乱光１６の計測を行う第１の光検出器１７と、前記光１２の照射により前記ガス１１中の炭化水素から生じる蛍光１８の計測を行う第２の光検出器１９と、前記計測の結果から前記ガス１１の発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部であるデータ処理手段２０とを具備するものである。
【００２３】
また、図２に示すように、計測装置１００は、レーザ光などの一定波長の光１２を照射可能な光源手段１３からの光１２をミラー２１を介して反射させて、集光手段２２により集光し、次いで計測窓２３ａ，２３ｂを透過した後、計測場１０内に入射させ、被測定ガス１１へ照射する機能を有する。
計測場１０は被測定ガス１１を内部に保持又は流通させる機能を有する。
本実施の形態では、ガス火炉からの生成ガスをタービンへ送給する送給管の一部を計測場としているが、送給管から分枝するようにしてもよい。
【００２４】
また、分光器１５はＩＣＣＤ（ＩｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラ２４を具備し、被測定ガス１１からのラマン散乱光１４を分光し、測定データとして取り出す機能を有する。
【００２５】
また、第１の光検出器１７は、被測定ガス１１中の固体成分であるダストからのミー散乱光１４をミラー２５を介して反射させた後に分光し、測定データ（例えば図３参照）として取り出す機能を有する。
【００２６】
また、第２の光検出器１９は、被測定ガス１１中の炭化水素からの蛍光１８をミラー２６を介して反射させた後に分光し、測定データ（例えば図３参照）として取り出す機能を有する。
【００２７】
データ処理手段２０は、測定データに基づいて、測定ガスの発熱量及びダスト濃度及び炭化水素量を計算する機能を有する。
よって、レーザ光などの一定波長の光１２を用いた本計測装置１００により、短時間に正確にガスの発熱量を計算することが可能である。これと同時に、ダスト量を計測することができる。さらに、ガス中の炭化水素濃度を計測することができる。
【００２８】
また、ラマン散乱光１４からの測定データ中の水分量を計測することで、図４に示すように、ガス火炉側に設けた熱交換器等の熱交換手段からの水蒸気の漏洩（チューブリーク）を同時に計測することができる。
【００２９】
以下、ガス化装置の概要について説明する。
本実施の形態においては、燃料２０１及び空気２０２をガス化炉１０１へ供給し、生成した生成ガス１０２は、配管１１０を通り、該配管１１０に介装されるポーラスフィルタ１２０、脱硫手段１２１を通過し、ガスタービン１１１へ供給される。その際、ガスタービン１１１に供給する生成ガス１０２の発熱量を正確に制御する必要がある。その制御は、図２に示す計測装置１００を使用して行う。そして、配管１１０の途中において、該配管１１０内を流れる生成ガス１０２のラマン散乱光及びミー散乱光の測定を行う。その測定結果に基づき、データ処理手段２９にて生成ガス１０２の組成を計算する。計算から計算結果が出るまでの時間は非常に短時間である。そして、その計算値に基づいて、制御部１０７で、ガス化炉１０１に供給する燃料および空気を制御する。このようにして、本発明により、ガス化炉１０１において生成される生成ガス１０２の発熱量が正確に制御される。
【００３０】
よって、計測装置１００を用いることで、配管１１０の途中において、該配管１１０内を流れる生成ガス１０２のラマン散乱光及びミー散乱光の測定を行うことができる。その測定結果に基づき、データ処理手段２９にて生成ガス１０２の組成を計算することができる。そして、その計算値に基づいて、制御部１０７で、ガス化炉１０１に供給する燃料および空気を制御する。このようにして、本発明により、ガス化炉１０１において生成される生成ガス１０２の発熱量が正確に制御される。
【００３１】
また、蛍光の計測により、ガス中の炭化水素の量を計測することができ、ガス化条件の確認を迅速に行うことができる。
図５及び表１は実際のガス化ガスでの計測結果を示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
本発明であるガス化装置の構成について、詳細に説明する。
ガス化炉１０１は、燃料及び空気の供給を受け、燃料及び空気を理論空燃比を小さくして不完全燃焼させ、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ_２）、メタン（ＣＨ_４）等を生成させ、燃料ガスとして取り出すものである。本実施例では、燃料と
して石炭を用いている。
【００３４】
生成ガス１０２は、ガス化炉１０１により生成したガスである。石炭ガス化の場合、生成ガス１０２は、およそ一酸化炭素（ＣＯ）１０〜３０％、水素（Ｈ_２）４〜１０％、メタン（ＣＨ_４）０．１〜１％、二酸化炭素（ＣＯ_２）５〜１０
％、窒素（Ｎ_２）５５〜７０％の範囲の体積分率を有する。
【００３５】
配管１１０は、ガス化炉１０１とガスタービン１１１を結ぶ配管であり、ガス化炉１０１で生成した生成ガス１０２のガスタービン１１１への流路である。
【００３６】
ガスタービン１１１は、火力発電において、発電用に用いられるタービンである。生成ガス１０２の供給により運転している。
【００３７】
制御部１０７は、データ処理手段２０において計算された発熱量と、その時点で必要とされる発熱量（外部から入力）とを比較し、その差を計算する。そして、その結果に基づいて、生成ガス１０２の発熱量が必要とされる発熱量になるように、燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９の制御で燃料及び空気の増減を行う。燃料及び空気の増減量は、例えば、燃料及び空気の組成から生成ガスの組成を求め、発熱量を計算する方法において、燃料及び空気の組成を逐次代入する方法や、逆計算を行なう方法で計算できる。なお、制御部１０７の機能をデータ処理手段２９に行わせることも可能である。
【００３８】
燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９は、それぞれ燃料及び空気をガス化炉１０１へ供給するための弁であり、制御部１０７により制御される。
【００３９】
前記計測装置１００により算出された生成ガス１０２の発熱量は、制御部１０７へ送られる。そして、そこで、算出された発熱量と必要とされる発熱量とを比較する。そして、その結果に基づいて、所望の発熱量になるように、運転条件を変化させる。運転条件として、ここでは、燃料及び空気を増減させる。増減方法は、制御部１０７が前述の算出結果に基づいて計算した所望の供給量になるように、燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９の制御を行う。
なお、他の運転条件（ガス化炉１０１の運転温度、運転圧力等）の制御により、生成ガス１０２の成分を制御することも可能である。
【００４０】
カラムを用いたガスクロマトグラフとは異なり、レーザ光などの一定波長の光を利用しているので、前処理の必要が無く、測定が迅速で応答性が非常に良い。また、配管１１０の生成ガス１０２を直接分析しているので、分析結果が非常に正確である。従って、正確な制御が必要なガスタービン１１１の生成ガス１０２の発熱量を、常に最適に制御することが可能となる。
【００４１】
また、図４に示すように水蒸気の量を計測することで、ガス火炉１０１内の熱交換器からのヒビ割れ等による水蒸気の漏れを確認することができる。
【００４２】
図６はポーラスフィルタ１２０の概略構成図である。
図６（ａ）は通常運転状態を示す。図６（ｂ）はリーク時の運転状態を示す。
図１７中、符号１２５はフィルタブロック、１２６は各フィルタブロックの各配管を開閉する遮断手段（バルブ）である。本実施の形態では、４本のフィルタブロック１２５ａ〜ｄとそれに対応するバルブ１２６ａ〜１２６ｄである。ポーラスフィルタ１２０の後流側には、煤塵計１２７が設けられている。
【００４３】
生成ガス１０２はダストを含むので複数のフィルタブロック１２５ａ〜１２５ｎにより除塵される。そして、各運転ブロックは出口側に遮断バルブ１２６ａ〜１２６ｎが設けられている。
【００４４】
そして、ダストの量が規定値以上となったときに、各ブロック１２５ａ〜１２５ｎを順次遮断し、煤塵濃度計１２７により煤塵の漏洩がどのブロックからかを特定し、例えばフィルタブロック１２５ｃの場合に漏れがあった場合には、バルブ１２６ｃでそのブロックを遮断する。
これにより、漏洩のあったフィルタブロックを迅速に特定でき、当該漏れがあるブロックの交換を迅速に行うことができる。
【００４５】
また、ガス化ガスの圧力及びＮ_２、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｈ_２Ｏ等のラマン散乱光の光量から窓汚れ効果を推定し、ダスト量を校正するようにしてもよい。
【００４６】
また、ダスト量の変動より、ガス化システムのメンテナンス時期を推定するようにしてもよい。
【００４７】
よって、本レーザ計測装置をガス化システムに適用することで、連続して安定したガス化システムを構築することができる。
【００４８】
また、生成ガス中には含まれる炭化水素がある場合、これが冷却された場合に、下流側の装置（例えば脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等）の配管内部にタール分として付着し、配管の劣化を加速するという問題があるが、本発明により、生成ガス中の炭化水素の量を迅速に計測することで、適正なガス化条件とすることができる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、脱硫装置１２１の前流側に半導体レーザ装置１５０を設け、脱硫装置に供給される生成ガスのＨ_２Ｓ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏの計測を行うようにしている。
【００５０】
図７は半導体レーザ装置の概略図である。
図７に示すように、前記半導体レーザ装置１５０は、ガスの供給・排出ライン５１を備えたセル５２と、該セル５２内に供給された生成ガス１０２にレーザ光５３を照射するレーザ照射手段５４と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ_２Ｓ、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏの各濃度を求める検出手段５５とを具備するものである。
【００５１】
ここで、Ｈ_２Ｓの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１５００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＨ_２Ｓ濃度を求めるようにしている。
ＣＯの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１５００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＣＯ濃度を求めるようにしている。
ＣＯ_２の場合には、吸収スペクトルを測定する際、１４００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＣＯ_２濃度を求めるようにしている。
Ｈ_２Ｏの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１３００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＨ_２Ｏ濃度を求めるようにしている。
【００５２】
この計測結果より、脱硫装置の運転の調整を行うことができる。例えば脱硫液相と気相との比率の調整や、Ｈ_２Ｓの吸着再生塔の調整（温度等）である。
これにより、効率的な脱硫を連続して行うことができる。
【００５３】
［第３の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、排熱回収ボイラ１２３の前流側又は後流側又は両方にレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置１６０を設け、排ガス中の重金属類及びアルカリ類の計測を行うようにしている。
また、上記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置１６０を脱硫装置１２１からの排水１２４中の重金属類及びアルカリ類の計測も行うようにしている。
【００５４】
図８はレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置の概略図である。
前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置は、生成ガス１０２にレーザ光１６１を照射してプラズマ１６２を発生させるレーザ装置１６３と、該プラズマ１６３から発生するプラズマ光を計測する分光器１６５とを具備するものである。分光器１６５はＩＣＣＤ（ＩｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラ１６６を具備し、プラズマ光１６４を分光し、測定データとして取り出している。
【００５５】
排ガス中のアルカリ濃度が高い場合には、ガスタービンの点検周期の見直しを調整する。特に、アルカリ濃度が高濃度の場合には、早期に点検する必要がある。なお、排水中のアルカリ濃度が高い場合には、排水処理の条件を調整する。
【００５６】
また、排ガス又は排水中の重金属濃度が所定値異常の場合には、冷却塔や排水処理手段の温度を低くして処理効率を向上させるようにする。
【００５７】
［第４の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、システム全体を監視するためのガス漏洩監視装置１７０を設けて有害ガスの監視を行うようにしている。
【００５８】
図９はガス漏洩監視装置１７０の概略図である。
図９に示すように、ガス漏洩監視装置１７０は、半導体レーザ装置を用いている。
本実施の形態では、ガス化プラント２００に対し、第１の半導体レーザ装置のレーザ照射手段１５２Ａと第２の半導体レーザ装置のレーザ照射手段１５２Ｂとを設け、複数の検出手段１５５Ａ〜１５５Ｅを設け、計測ユニット１５６で計測するようにしている。図９中、符号１５７は光ファイバ及び１５８は信号線を図示する。
これにより、ガス化プラント２００のＸ−Ｙ平面でのガスの漏洩を検知することができる。
また、レーザ装置をＺ方向に移動することでシステム全体についてもガスの漏洩を検知することができる。
【００５９】
図１０はガス漏洩監視装置の他の実施の形態概略を示す。
図１０に示すように、レーザ照射手段１５２Ａとレーザ照射手段１５２Ｂとは同じ照射面に照射し、２台の第１の検出器１５５Ａ，１５５Ｂを用いて、レーザ波長を分子線吸収線に同調しない画像計測を第１の検出器１５５Ａで行うと共に、レーザ波長を分子線吸収線に同調した画像計測を第２の検出器１５５Ａで行う。
【００６０】
そして、図１１（ａ）に示すように、分子線吸収線に同調しない画像計測では、プラント全体が鮮明に見ることができ、図１１（ｂ）に示すように、分子線吸収線に同調した画像計測では、ガスがある部分に影ができる。
そして、図１１（ｃ）に示すように、漏洩ガスの濃度を画像として求めることができる。
【００６１】
この際、図１２に示す画像計測タイミングとしている。
図１２（ａ）はレーザ波長と時間との関係図であり、図１２（ｂ）はレーザ光強度と時間との関係図であり、図１２（ｃ）は透過レーザ光強度と時間との関係図であり、図１２（ｄ）は検出手段であるカメラのシャッタ時間と透過レーザ光強度とを合成した図である。
図１２（ｄ）に示すように、本実施の形態では、カメラ１とカメラ２とのシャッタ開放時間を異なるようにし、さらに、カメラ１でカメラ２とを挟むように、シャッタを同調してシャッタを切ることで、積算して引き算すれば、外乱光の影響を解消することができる。
【００６２】
このガス漏洩監視装置により、漏洩部分を迅速に特定することができる。この結果、プラントの作業及び保守における安全性が向上する。
また、所定値異常のガスの漏洩の場合には、即時にプラントを停止し、迅速な対応を図ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明により、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測するレーザ計測装置とを具備するので、例えばガス火炉からの生成ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を高速、正確に分析することが可能となる。
【００６４】
また、本発明により、複合型発電設備を備えた石炭ガス化システムにおいて、プラントの作業及び保守における安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるガス化装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるレーザ計測装置の概略構成図である。
【図３】ラマン散乱光及びミー散乱光及び蛍光の測定例を示す図である。
【図４】ラマン散乱光による水蒸気の漏洩の測定例を示す図である。
【図５】計測対称ガスからの蛍光強度と波長との関係図である。
【図６】ガス化装置のフィルタの概略構成図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる半導体レーザ計測装置の概略図である。
【図８】第３の実施の形態にかかるＬＩＢＳ計測装置の概略図である。
【図９】ガス漏洩監視装置の概略図である。
【図１０】ガス化プラントの概略図である。
【図１１】測定画像の概念図である。
【図１２】画像計測のタイミング図である。
【図１３】従来のガス化装置の形態を示す構成図である。
【図１４】レーザによるダスト計測の概略図である。
【符号の説明】
１００計測装置
１０１生成ガス
１０２ガス化炉
１１１ガスタービン
１２０フィルタ
２０２燃料
２０２空気
１５０レーザ計測装置
１６０レーザ計測装置
１７０レーザ計測装置
１０計測場
１１被測定ガス
１２光
１３光源手段
１４ラマン散乱光
１５分光器
１６ミー散乱光
１７第１の光検出器
１８蛍光
１９第２の光検出器
２０データ処理手段
３１ミラー
３２ａ，３２ｂ計測窓
３３集光手段
３４ＩＣＣＤカメラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a monitoring system for a gasifier capable of constantly grasping gasified gas, exhaust gas, and state of waste water in a coal gasification system, for example.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
In thermal power generation using coal gas, the generated gas generated in the coal gasification furnace is used as a fuel and led to power generation equipment such as a gas turbine. In the power generation facility, a target power generation amount is set, and it is important to control the heat generation amount of the generated gas accordingly. Correspondingly, it is very important to control the heat generation amount (composition) of the product gas within an allowable range in the gasification furnace.
The power generation target set value of the power plant is not always constant and is often changed in a short time due to a change in the amount of electric power used or a time zone. Accordingly, the heat generation amount of the product gas generated in the gasification furnace needs to be quickly controlled accordingly.
[0003]
In conventional control of the heat generation amount of the generated gas, the heat generation amount is controlled by analyzing the generated gas and analyzing the analysis result.
With reference to FIG. 13, the calorific value control in the gasification furnace 1 is demonstrated. It consists of a gasification furnace 01, a product gas 02, a sampling pipe 03, a pretreatment unit 04, a gas chromatograph 05, a calculation unit 06, a control unit 07, a fuel supply valve 08, an air supply valve 09, a pipe 010, and a gas turbine 011. The gasification furnace 01 receives supply of coal and air via a fuel (coal) supply valve 08 and an air supply valve 09, and generates a high-temperature / high-pressure (for example, 400 ° C., 30 atm) product gas 02 for the gas turbine 011. Is generated. A part of the product gas 02 is sampled by the sampling pipe 03 in the middle of the pipe 010 sent to the gas turbine 011 and flows into the measurement system for measuring the calorific value. The sampling gas is subjected to pretreatment such as pressure reduction, cooling, dust removal, and dehumidification in the pretreatment unit 04, and is dried at normal pressure and room temperature and does not contain dust.
Thereafter, the sampling gas is sent to the gas chromatograph 05. In the gas chromatograph 05, the generated gas 02 which is a sampling gas is analyzed, and the composition of the gas is measured.
[0004]
Here, normally, in the case of coal gasification product gas, approximately 10 to 30% carbon monoxide (CO), hydrogen (H ₂ ) 4-10%, methane (CH ₄ ) 0.1-1%, carbon dioxide (CO ₂ ) 5-10%, nitrogen (N ₂ ) Volume fraction in the range of 55-70%. Based on the analysis result, the calculation unit 06 generates a calorific value Q (kcal / Nm per unit volume). ³ ) Is calculated. The calculation result of the calorific value Q of the generated gas 02 is output to the control unit 07. Based on the difference between this result and the heat generation amount target value at that time, the amount of coal and the amount of air to be input into the gasification furnace 01 are set. Based on the settings, the fuel supply valve 08 and the air supply valve 09 control the supply amounts of coal and air, respectively, so that the heat generation amount of the generated gas 02 is always within the allowable range.
[0005]
As described above, in the conventional power generation by coal gasification, the calorific value of the product gas 02 in the gasification furnace 01 is measured by the gas chromatograph 05, and the gasification furnace 01 is controlled by the value. However, in the gas chromatograph 05, the time required for the analysis is required for about 5 minutes or more, and thus quick control cannot be performed.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-173989
[0007]
On the other hand, in recent thermal power generation, the power consumption during daytime and nighttime is significantly different, so the time fluctuation of load (power generation amount) is larger than before, and the maximum load is to cope with this. If 100%, a control speed capable of increasing or decreasing a load of about 3% per minute is required. Therefore, there is a need for a gasification furnace that can cope with this speed, and a gas calorific value measuring device combined therewith is required. Further, in the pretreatment unit 04, troubles may occur at the time of pressure reduction, cooling, dust removal, and dehumidification, and labor is required for maintenance.
[0008]
In addition, since the pretreatment unit 04 is dehumidified, there is a problem that when the heat exchanger or the like is leaked, the water vapor cannot be measured quickly.
[0009]
Further, when measuring the dust concentration in the gas, as shown in FIG. 14, the light 021 from the light source device 020 that can irradiate light of a certain wavelength such as laser light is detected by the light detector 022, and the light The amount of dust was measured by the absorption method.
[0010]
In addition, hydrocarbons are contained in the product gas, and when this is cooled, it adheres to the inside of the piping of downstream devices (for example, a denitration device, a desulfurization device, a dedusting device, etc.) as a tar component. There is a problem of accelerating the deterioration of.
Therefore, there is a desire to quickly measure the amount of hydrocarbons for confirmation of appropriate gasification conditions.
[0011]
Moreover, in order to maintain the controllability and soundness of the plant of the gasification system, it is necessary to always grasp the state of the gasification gas, exhaust gas and waste water, and further quickness is required, but The current situation has not been realized.
[0012]
In view of the above-described circumstances, the present invention can improve the controllability and soundness of a gasification system plant, and can always grasp the state of gasification gas, exhaust gas, and waste water. It is an object of the present invention to provide an apparatus monitoring system.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A first invention of the present invention that solves the above-mentioned problems is a gasification furnace that supplies a fuel and air to obtain a product gas, a filter that removes particulates in the generated product gas, and a fuel utilization facility that uses the product gas In the invention of a gasifier comprising: a gasifier monitoring system comprising a measuring device for measuring a gas component, a dust amount, a water vapor amount and a hydrocarbon amount in a product gas.
[0014]
According to a second invention, in the first invention, the gasifier is provided with a desulfurization device for desulfurizing the generated gas, and is provided on the upstream side of the desulfurization device. ₂ S, CO, CO ₂ , H ₂ A gasification apparatus monitoring system is provided with a semiconductor laser device for measuring O.
[0015]
According to a third invention, in the second invention, a combustor that generates a combustion gas that is expanded by a gas turbine using the desulfurized product gas from the gasifier as fuel, and exhaust heat that recovers exhaust heat of the gas turbine It has a recovery boiler and a steam turbine that generates electricity with steam generated in the exhaust heat recovery boiler, and has a laser-induced breakdown (LIBS) device that measures alkali components and heavy metals in exhaust gas or wastewater. It is in the monitoring system of the gasifier.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a gasification apparatus monitoring system according to any one of the first to third aspects, further comprising a semiconductor laser device that measures gas leakage of the entire system.
[0017]
According to a fifth invention, in the first invention, the laser device comprises a light source means capable of irradiating a gas to be measured in a measurement field with light of a certain wavelength such as a laser beam, and a Raman generated from the gas by the light irradiation. A spectroscope that measures the intensity for each wavelength with scattered light, a first photodetector that measures Mie scattered light generated from dust in the gas by irradiation with the light, and in the gas by irradiation with the light And a calculation unit for calculating the calorific value, dust amount, and hydrocarbon amount of the gas from the measurement result. In the monitoring system of the gasifier.
[0018]
According to a sixth invention, in the second invention, the semiconductor laser device includes a cell having a gas supply / discharge line, laser irradiation means for irradiating the gas supplied into the cell with laser light, and From the absorption spectrum by laser light irradiation, H ₂ S, CO, CO ₂ , H ₂ The gasification device monitoring system further comprises a detecting means for determining each concentration of O.
[0019]
According to a seventh invention, in the third invention, the laser-induced breakdown (LIBS) device irradiates a gas with a laser to turn it into a plasma, and a spectrometer that measures plasma light generated from the plasma, It is in the monitoring system of the gasifier characterized by comprising.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a gasifier according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the present embodiment, a gasifier used for a power generation gas turbine will be described as an example, but the present invention can also be applied to a gasifier used for other purposes.
[0021]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view of a gasifier according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, a gasification furnace 102 that supplies fuel 201 and air 201 to obtain a product gas 101, a filter 120 that removes particulates in the generated product gas 102, and a fuel utilization facility that uses the product gas. A gasification apparatus including a gas turbine 111 including a combustor includes a laser measurement apparatus 100 that measures a gas component, a dust amount, a water vapor amount, and a hydrocarbon (HC) amount in a generated gas. is there.
In the present embodiment, a gas turbine is exemplified as the fuel utilization facility, but the present invention is not limited to this.
[0022]
FIG. 2 is a schematic diagram of the measuring apparatus 100 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the measurement apparatus 100 according to the present embodiment includes a light source means 13 that can irradiate a gas under measurement 11 in a measurement field 10 with light 12 having a predetermined wavelength such as laser light, and the light 12. A spectroscope 15 that measures the intensity for each wavelength by Raman scattered light 14 generated from the gas 11 by irradiation, and a first that measures Mie scattered light 16 generated from dust in the gas 11 by irradiation of the light 12. A photodetector 17, a second photodetector 19 that measures fluorescence 18 generated from hydrocarbons in the gas 11 by irradiation of the light 12, and a calorific value and dust amount of the gas 11 based on the measurement results And data processing means 20 which is a calculation unit for calculating the amount of hydrocarbons.
[0023]
As shown in FIG. 2, the measuring apparatus 100 reflects the light 12 from the light source means 13 that can irradiate light 12 having a certain wavelength such as laser light through a mirror 21 and collects it by the light collecting means 22. Then, after passing through the

measurement windows

23a and 23b, it is incident on the measurement field 10 and irradiates the gas 11 to be measured.
The measurement field 10 has a function of holding or circulating the gas 11 to be measured.
In the present embodiment, a part of the feed pipe that feeds the generated gas from the gas furnace to the turbine is used as the measurement field, but it may be branched from the feed pipe.
[0024]
Further, the spectroscope 15 includes an ICCD (Intensified Charge Coupled Device) camera 24 and has a function of dispersing the Raman scattered light 14 from the gas 11 to be measured and extracting it as measurement data.
[0025]
The first light detector 17 reflects the Mie scattered light 14 from the dust, which is a solid component in the gas 11 to be measured, through the mirror 25 and then separates it to obtain measurement data (for example, see FIG. 3). Has the function of taking out.
[0026]
The second photodetector 19 has a function of spectroscopically reflecting the fluorescence 18 from the hydrocarbon in the gas 11 to be measured through the mirror 26 and extracting the fluorescence as measurement data (see, for example, FIG. 3).
[0027]
The data processing means 20 has a function of calculating the calorific value, dust concentration, and hydrocarbon amount of the measurement gas based on the measurement data.
Therefore, it is possible to accurately calculate the calorific value of the gas in a short time by the measurement apparatus 100 using the light 12 having a constant wavelength such as laser light. At the same time, the amount of dust can be measured. Furthermore, the hydrocarbon concentration in the gas can be measured.
[0028]
Further, by measuring the amount of water in the measurement data from the Raman scattered light 14, as shown in FIG. 4, leakage of water vapor (tube leak) from heat exchange means such as a heat exchanger provided on the gas furnace side Can be measured simultaneously.
[0029]
Hereinafter, an outline of the gasifier will be described.
In the present embodiment, the fuel 201 and the air 202 are supplied to the gasification furnace 101, and the generated product gas 102 passes through the piping 110 and passes through the porous filter 120 and the desulfurization means 121 interposed in the piping 110. And supplied to the gas turbine 111. At that time, it is necessary to accurately control the heat generation amount of the product gas 102 supplied to the gas turbine 111. The control is performed using the measuring apparatus 100 shown in FIG. Then, in the middle of the pipe 110, the Raman scattered light and Mie scattered light of the product gas 102 flowing in the pipe 110 are measured. Based on the measurement result, the composition of the product gas 102 is calculated by the data processing means 29. The time from calculation to calculation result is very short. Based on the calculated value, the control unit 107 controls the fuel and air supplied to the gasifier 101. Thus, according to the present invention, the calorific value of the product gas 102 generated in the gasification furnace 101 is accurately controlled.
[0030]
Therefore, by using the measuring device 100, the Raman scattered light and Mie scattered light of the product gas 102 flowing in the pipe 110 can be measured in the middle of the pipe 110. Based on the measurement result, the composition of the product gas 102 can be calculated by the data processing means 29. Based on the calculated value, the control unit 107 controls the fuel and air supplied to the gasifier 101. Thus, according to the present invention, the calorific value of the product gas 102 generated in the gasification furnace 101 is accurately controlled.
[0031]
Moreover, the amount of hydrocarbons in the gas can be measured by measuring fluorescence, and the gasification conditions can be quickly confirmed.
FIG. 5 and Table 1 show the measurement results with actual gasification gas.
[0032]
[Table 1]

[0033]
The structure of the gasifier which is this invention is demonstrated in detail.
The gasification furnace 101 receives supply of fuel and air, burns fuel and air incompletely with a reduced theoretical air-fuel ratio, and produces carbon monoxide (CO), hydrogen (H ₂ ), Methane (CH ₄ ) Etc., and is taken out as fuel gas. In this example, fuel and
Coal is used.
[0034]
The generated gas 102 is a gas generated by the gasification furnace 101. In the case of coal gasification, the product gas 102 is approximately 10 to 30% carbon monoxide (CO), hydrogen (H ₂ ) 4-10%, methane (CH ₄ ) 0.1-1%, carbon dioxide (CO ₂ 5-10
%, Nitrogen (N ₂ ) Volume fraction in the range of 55-70%.
[0035]
The pipe 110 is a pipe connecting the gasification furnace 101 and the gas turbine 111, and is a flow path to the gas turbine 111 of the generated gas 102 generated in the gasification furnace 101.
[0036]
The gas turbine 111 is a turbine used for power generation in thermal power generation. The operation is performed by supplying the product gas 102.
[0037]
The control unit 107 compares the calorific value calculated by the data processing means 20 with the calorific value required at that time (input from the outside), and calculates the difference. Based on the result, the fuel and air are increased or decreased by controlling the fuel supply valve 108 and the air supply valve 109 so that the heat generation amount of the generated gas 102 becomes the required heat generation amount. The amount of increase / decrease in fuel and air is calculated, for example, by determining the composition of the product gas from the fuel and air composition and calculating the calorific value, by substituting the fuel and air composition sequentially, or by performing a reverse calculation. it can. Note that the function of the control unit 107 can be performed by the data processing unit 29.
[0038]
The fuel supply valve 108 and the air supply valve 109 are valves for supplying fuel and air to the gasification furnace 101, respectively, and are controlled by the control unit 107.
[0039]
The calorific value of the product gas 102 calculated by the measuring device 100 is sent to the control unit 107. Then, the calculated calorific value is compared with the required calorific value. And based on the result, an operating condition is changed so that it may become a desired calorific value. Here, as operating conditions, fuel and air are increased or decreased. In the increase / decrease method, the fuel supply valve 108 and the air supply valve 109 are controlled so that the desired supply amount calculated by the control unit 107 based on the above-described calculation result is obtained.
It should be noted that the components of the product gas 102 can be controlled by controlling other operating conditions (such as the operating temperature and operating pressure of the gasification furnace 101).
[0040]
Unlike a gas chromatograph using a column, since light of a certain wavelength such as laser light is used, there is no need for pretreatment, the measurement is quick, and the responsiveness is very good. In addition, since the product gas 102 in the pipe 110 is directly analyzed, the analysis result is very accurate. Therefore, it is possible to always optimally control the heat generation amount of the product gas 102 of the gas turbine 111 that requires accurate control.
[0041]
Further, by measuring the amount of water vapor as shown in FIG. 4, it is possible to confirm the leakage of water vapor due to cracks or the like from the heat exchanger in the gas furnace 101.
[0042]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the porous filter 120.
FIG. 6A shows a normal operation state. FIG. 6B shows the operating state at the time of a leak.
In FIG. 17, reference numeral 125 denotes a filter block, and 126 denotes a blocking means (valve) that opens and closes each pipe of each filter block. In the present embodiment, there are four filter blocks 125a to 125d and valves 126a to 126d corresponding thereto. A dust meter 127 is provided on the downstream side of the porous filter 120.
[0043]
Since the generated gas 102 contains dust, it is removed by the plurality of filter blocks 125a to 125n. Each operation block is provided with shutoff valves 126a to 126n on the outlet side.
[0044]
Then, when the amount of dust exceeds a specified value, the blocks 125a to 125n are sequentially cut off, and the dust concentration meter 127 identifies from which block the dust leakage is, for example, in the case of the filter block 125c. If there is, the block is blocked by the valve 126c.
As a result, the leaky filter block can be quickly identified, and the leaky block can be quickly replaced.
[0045]
The gasification gas pressure and N ₂ , CO ₂ , CH ₄ , H ₂ The window dirt effect may be estimated from the amount of Raman scattered light such as O, and the dust amount may be calibrated.
[0046]
Further, the maintenance time of the gasification system may be estimated from the fluctuation of the dust amount.
[0047]
Therefore, a continuous and stable gasification system can be constructed by applying this laser measuring device to the gasification system.
[0048]
In addition, if there is a hydrocarbon contained in the product gas, when it is cooled, it adheres to the inside of the piping of downstream devices (for example, a denitration device, a desulfurization device, a dedusting device, etc.) as a tar component, and the piping However, according to the present invention, appropriate gasification conditions can be obtained by quickly measuring the amount of hydrocarbons in the product gas.
[0049]
[Second Embodiment]
In the gasification system of FIG. 1, a semiconductor laser device 150 is provided on the upstream side of the desulfurization device 121, and H of the generated gas supplied to the desulfurization device ₂ S, CO ₂ , H ₂ O is measured.
[0050]
FIG. 7 is a schematic view of a semiconductor laser device.
As shown in FIG. 7, the semiconductor laser device 150 includes a cell 52 having a gas supply / discharge line 51 and a laser irradiation means 54 for irradiating a generated gas 102 supplied into the cell 52 with a laser beam 53. And H from the absorption spectrum by the laser light irradiation. ₂ S, CO, CO ₂ , H ₂ And a detecting means 55 for determining each concentration of O.
[0051]
Where H ₂ In the case of S, when measuring an absorption spectrum, an absorption spectrum is obtained in a wavelength region of 1500 to 1700 nm, and H is calculated from the absorption spectrum. ₂ The S concentration is obtained.
In the case of CO, when measuring an absorption spectrum, an absorption spectrum is obtained in a wavelength range of 1500 to 1700 nm, and a CO concentration is obtained from the absorption spectrum.
CO ₂ In the case of measuring the absorption spectrum, the absorption spectrum is obtained in the wavelength range of 1400 to 1700 nm, and CO is obtained from the absorption spectrum. ₂ The concentration is calculated.
H ₂ In the case of O, when measuring an absorption spectrum, an absorption spectrum is obtained in a wavelength range of 1300 to 1700 nm, and H is calculated from the absorption spectrum. ₂ The O concentration is obtained.
[0052]
From this measurement result, the operation of the desulfurization apparatus can be adjusted. For example, adjusting the ratio between the desulfurization liquid phase and the gas phase, ₂ It is adjustment (temperature etc.) of the adsorption / regeneration tower of S.
Thereby, efficient desulfurization can be performed continuously.
[0053]
[Third Embodiment]
In the gasification system of FIG. 1, a laser induced breakdown (LIBS) device 160 is provided on the upstream side, the downstream side, or both of the exhaust heat recovery boiler 123 to measure heavy metals and alkalis in the exhaust gas. ing.
The laser induced breakdown (LIBS) device 160 also measures heavy metals and alkalis in the waste water 124 from the desulfurization device 121.
[0054]
FIG. 8 is a schematic diagram of a laser induced breakdown (LIBS) apparatus.
The laser-induced breakdown (LIBS) device includes a laser device 163 that generates a plasma 162 by irradiating the generated gas 102 with a laser beam 161, and a spectrometer 165 that measures the plasma light generated from the plasma 163. Is. The spectroscope 165 includes an ICCD (Intensified Charge Coupled Device) camera 166, which splits the plasma light 164 and extracts it as measurement data.
[0055]
If the alkali concentration in the exhaust gas is high, adjust the review of the inspection cycle of the gas turbine. In particular, when the alkali concentration is high, it is necessary to check at an early stage. In addition, when the alkali concentration in waste water is high, the conditions of waste water treatment are adjusted.
[0056]
Further, when the heavy metal concentration in the exhaust gas or the waste water is abnormal, the temperature of the cooling tower or waste water treatment means is lowered to improve the treatment efficiency.
[0057]
[Fourth Embodiment]
In the gasification system of FIG. 1, a gas leakage monitoring device 170 for monitoring the entire system is provided to monitor harmful gases.
[0058]
FIG. 9 is a schematic diagram of the gas leakage monitoring apparatus 170.
As shown in FIG. 9, the gas leakage monitoring device 170 uses a semiconductor laser device.
In the present embodiment, the gasification plant 200 is provided with a laser irradiation unit 152A of the first semiconductor laser device and a laser irradiation unit 152B of the second semiconductor laser device, and a plurality of detection units 155A to 155E. Measurement is performed by the measurement unit 156. In FIG. 9, reference numeral 157 denotes an optical fiber, and 158 denotes a signal line.
Thereby, the leakage of the gas in the XY plane of the gasification plant 200 can be detected.
Further, gas leakage can be detected for the entire system by moving the laser device in the Z direction.
[0059]
FIG. 10 shows an outline of another embodiment of the gas leakage monitoring apparatus.
As shown in FIG. 10, the laser irradiation unit 152A and the laser irradiation unit 152B irradiate the same irradiation surface, and the two

first detectors

155A and 155B are not used to tune the laser wavelength to the molecular beam absorption line. Image measurement is performed by the first detector 155A, and image measurement in which the laser wavelength is synchronized with the molecular beam absorption line is performed by the second detector 155A.
[0060]
Then, as shown in FIG. 11 (a), in the image measurement that does not synchronize with the molecular beam absorption line, the whole plant can be clearly seen, and as shown in FIG. 11 (b), it synchronizes with the molecular beam absorption line. In the image measurement, a shadow is formed on the part where the gas is present.
And as shown in FIG.11 (c), the density | concentration of leaking gas can be calculated | required as an image.
[0061]
At this time, the image measurement timing shown in FIG. 12 is used.
12A is a relationship diagram between the laser wavelength and time, FIG. 12B is a relationship diagram between the laser beam intensity and time, and FIG. 12C is a relationship between the transmitted laser beam intensity and time. FIG. 12D is a diagram in which the shutter time of the camera as the detection means and the transmitted laser light intensity are combined.
As shown in FIG. 12D, in this embodiment, the shutters are synchronized with each other so that the shutter opening times of the camera 1 and the camera 2 are different and the camera 1 is sandwiched between the camera 1 and the shutter. By integrating and subtracting, the influence of ambient light can be eliminated.
[0062]
With this gas leakage monitoring device, it is possible to quickly identify the leakage portion. As a result, safety in plant operation and maintenance is improved.
In addition, in the case of gas leakage with a predetermined value abnormality, the plant can be stopped immediately and a quick response can be achieved.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a gasification apparatus comprising a gasification furnace that supplies fuel and air to obtain a product gas, a filter that removes particulates in the produced product gas, and a fuel utilization facility that uses the produced gas. It is equipped with a laser measuring device that measures the gas component, dust amount, water vapor amount, and hydrocarbon amount in the gas. For example, the generated gas heat generation, dust amount, and hydrocarbon amount from the gas furnace can be analyzed quickly and accurately. It becomes possible to do.
[0064]
Further, according to the present invention, in the coal gasification system provided with the combined power generation facility, the safety in the work and maintenance of the plant is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gasifier according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a laser measurement apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating measurement examples of Raman scattered light, Mie scattered light, and fluorescence.
FIG. 4 is a diagram showing a measurement example of leakage of water vapor due to Raman scattered light.
FIG. 5 is a relationship diagram of fluorescence intensity and wavelength from a measurement symmetric gas.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a filter of a gasifier.
FIG. 7 is a schematic diagram of a semiconductor laser measurement device according to a second embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram of a LIBS measuring apparatus according to a third embodiment.
FIG. 9 is a schematic view of a gas leakage monitoring apparatus.
FIG. 10 is a schematic view of a gasification plant.
FIG. 11 is a conceptual diagram of a measurement image.
FIG. 12 is a timing chart of image measurement.
FIG. 13 is a configuration diagram showing a form of a conventional gasifier.
FIG. 14 is a schematic diagram of dust measurement by a laser.
[Explanation of symbols]
100 Measuring device
101 Product gas
102 Gasification furnace
111 gas turbine
120 filters
202 Fuel
202 air
150 Laser measuring device
160 Laser measuring device
170 Laser measuring device
10 Measuring field
11 Gas to be measured
12 light
13 Light source means
14 Raman scattered light
15 Spectrometer
16 Mie scattered light
17 First photodetector
18 Fluorescence
19 Second photodetector
20 Data processing means
31 mirror
32a, 32b Measuring window
33 Condensing means
34 ICCD camera

Claims

A gasification furnace that supplies fuel and air to obtain product gas;
A filter that removes particulates in the generated product gas;
In a gasifier comprising a fuel utilization facility that uses product gas,
A gasifier monitoring system comprising a measuring device for measuring a gas component, a dust amount, a water vapor amount, and a hydrocarbon amount in a product gas.

In claim 1,
The gasifier is equipped with a desulfurization device that desulfurizes the product gas,
A gasifier monitoring system, comprising a semiconductor laser device provided on the upstream side of a desulfurizer and measuring H ₂ S, CO, CO ₂ , and H ₂ O in a gas.

In claim 2,
A combustor that uses the desulfurized product gas from the gasifier as fuel and generates combustion gas that is expanded by a gas turbine;
An exhaust heat recovery boiler that recovers exhaust heat of the gas turbine;
A steam turbine that generates electricity with steam generated in the exhaust heat recovery boiler,
A gasification device monitoring system comprising a laser induced breakdown (LIBS) device for measuring alkali components and heavy metals in exhaust gas or waste water.

In any one of Claims 1 thru | or 3,
A gasifier monitoring system comprising a semiconductor laser device for measuring gas leakage in the entire system.

In claim 1,
The laser device is a light source means capable of irradiating light of a certain wavelength such as laser light to a gas to be measured in a measurement field;
A spectroscope that measures the intensity of each wavelength by Raman scattered light generated from the gas by irradiation of the light;
A first photodetector for measuring Mie scattered light generated from dust in the gas by the light irradiation;
A second photodetector for measuring fluorescence generated from hydrocarbons in the gas by irradiation with the light;
A calculation unit for calculating a calorific value, a dust amount, and a hydrocarbon amount of the gas from the measurement result;
A gasification apparatus monitoring system comprising:

In claim 2,
The semiconductor laser device includes a cell having a gas supply / discharge line;
Laser irradiation means for irradiating the gas supplied into the cell with laser light;
A gasification apparatus monitoring system comprising: a detecting unit that obtains concentrations of H ₂ S, CO, CO ₂ , and H ₂ O from the absorption spectrum generated by the laser light irradiation.

In claim 3,
A gasification device, wherein the laser-induced breakdown (LIBS) device comprises a laser device that irradiates a gas with a laser to form plasma, and a spectrometer that measures plasma light generated from the plasma. Monitoring system.