JP2006070056A - Monitoring device of molten slag discharge situation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融スラグ排出状況監視装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、石炭ガス化炉などから排出される溶融スラグの炉内における状況を評価するための技術の改良に関する。 The present invention relates to a molten slag discharge status monitoring device. More specifically, the present invention relates to an improvement in technology for evaluating the state of molten slag discharged from a coal gasification furnace or the like in the furnace.
石炭ガス化炉に投入された石炭中の灰分は高温の炉内において加熱されて溶融し、炉底部に設けられたスラグ排出口より溶融スラグとして炉外に排出される。この際、石炭ガス化炉を安定かつ連続的に運転する上で、この溶融スラグを安定して排出することは重要な課題となっている。 The ash content in the coal charged into the coal gasification furnace is heated and melted in a high-temperature furnace, and is discharged out of the furnace as molten slag from a slag discharge port provided at the bottom of the furnace. At this time, in order to operate the coal gasification furnace stably and continuously, it is an important issue to stably discharge the molten slag.
このように溶融スラグを安定して排出するためには、その温度を灰溶融温度以上に保って流動状態を維持する必要がある。一方、石炭ガス化炉の性能面として冷ガス効率を考えた場合、この冷ガス効率を向上させるためには空気比を低く設定することが望ましい。しかし、空気比を低く設定するとガス化炉内の温度が低下し、溶融スラグの安定排出に必要な熱量が不足することが懸念される。そこで、溶融スラグの安定排出を確保しつつ最適な空気比を設定するために、溶融スラグの排出状況をより正確に検知し評価する手法を確立することが望まれている。 Thus, in order to discharge | emit molten slag stably, it is necessary to maintain the fluid state by keeping the temperature more than ash melting temperature. On the other hand, when considering cold gas efficiency as a performance aspect of a coal gasifier, it is desirable to set the air ratio low in order to improve the cold gas efficiency. However, if the air ratio is set low, there is a concern that the temperature in the gasification furnace decreases and the amount of heat necessary for stable discharge of molten slag is insufficient. Therefore, in order to set an optimal air ratio while ensuring stable discharge of molten slag, it is desired to establish a method for more accurately detecting and evaluating the discharge state of molten slag.
このように排出状況の変化を正確に、しかもいち早く検知するという観点からすれば、溶融スラグ排出状況をより正確に監視するための技術が重要である。従来、このような監視技術としては、スラグ排出口から流下する溶融スラグを検出腕の動きを利用して検出するもの（例えば特許文献１参照）、溶融スラグが冷却水に落下する際の音を利用して検出するもの（例えば特許文献２参照）などが提案されている。これらはいずれも炉外へ排出された後の溶融スラグを監視する技術であるということができる。 Thus, from the viewpoint of accurately and promptly detecting the change in the discharge state, a technique for more accurately monitoring the molten slag discharge state is important. Conventionally, as such a monitoring technique, the detection of the molten slag flowing down from the slag discharge port using the movement of the detection arm (see, for example, Patent Document 1), the sound when the molten slag falls into the cooling water is used. What is detected by use (see, for example, Patent Document 2) has been proposed. These can be said to be techniques for monitoring the molten slag after being discharged out of the furnace.
しかしながら、上述したような溶融スラグ排出状況の監視技術によって炉内における溶融スラグ排出状況の変化を早期に検知することは難しいという問題がある。しかも、スラグ排出口の閉塞が急速に進行したような場合、スラグ溶融バーナを使うといったような溶融スラグ排出状況を改善するための対策が間に合わないことさえあるという問題もある。 However, there is a problem that it is difficult to detect a change in the molten slag discharge situation in the furnace at an early stage by the monitoring technique of the molten slag discharge situation as described above. In addition, when the blockage of the slag discharge port proceeds rapidly, there is a problem that measures for improving the molten slag discharge state such as using a slag melting burner may not be in time.
そうすると、石炭ガス化炉などにおいて溶融スラグの安定排出に対する十分な対策と検討を講ずるためには、溶融スラグ排出状況の変化を早期に検知して排出前の炉内における溶融スラグ流動状況をより正確に把握することが望ましいことは明らかである。ところが、炉内は高温高圧であることに加え、気体中には微粉炭や灰粒子が存在するということもあって、炉内に機器を設置する等して溶融スラグ流動状況を直接観察するといったことはまず不可能だというのが現状である。 Then, in order to take sufficient measures and examinations for stable discharge of molten slag in coal gasification furnaces, etc., it is possible to detect changes in the molten slag discharge status at an early stage and more accurately determine the molten slag flow status in the furnace before discharge. Clearly it is desirable to grasp. However, in addition to high-temperature and high-pressure inside the furnace, there are also pulverized coal and ash particles in the gas, so it is possible to directly observe the molten slag flow situation by installing equipment in the furnace etc. The current situation is that it is impossible.
そこで、本発明は、ガス化炉の炉底部における溶融スラグの状況を直接的に把握することによってスラグ排出状況の変化を早期かつ正確に検知できるようにした溶融スラグ排出状況監視装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a molten slag discharge status monitoring device which can detect changes in the slag discharge status early and accurately by directly grasping the status of the molten slag at the bottom of the gasification furnace. With the goal.
かかる目的を達成するため、本発明者は種々の検討を重ねた。スラグ排出状況を評価するための手法が完全には確立していないという現状においては、ガス化炉運転中に排出される溶融スラグ自体あるいは灰融点等の分析値から炉内における溶融スラグの状況を経験的に判断しているにすぎない。このため、炉内温度の低下等によって溶融スラグの流動性が悪化したとしても、排出状況が変化していること、あるいはそのおそれがあることを即座に検知することまでは困難である。 In order to achieve this object, the present inventor has made various studies. In the present situation that the method for evaluating the slag discharge status has not been fully established, the status of the molten slag in the furnace can be determined from the analysis value of the molten slag itself or the ash melting point discharged during the gasifier operation. Judgment is based on experience. For this reason, even if the fluidity of the molten slag deteriorates due to a decrease in the furnace temperature or the like, it is difficult to immediately detect that the discharge state has changed or that there is a risk of such change.
これについてもう少し詳しく説明すると、通常、炉底部およびスラグ排出口は冷却構造を有しており、冷却面と溶融スラグ層との間には凝固層が形成されるが、ここで炉内温度が低下してスラグ溶融状態を維持するために必要な熱量が十分に得られなくなると、溶融スラグ層の温度が低下して凝固層厚さが増加するとともに溶融スラグの粘度が低下することになる。溶融スラグ粘度が低下すると溶融スラグの流動性が悪化するため、溶融スラグ層厚さが増加し、ついにはスラグ排出口の閉塞に至るおそれさえあると考えられた。 To explain this in more detail, the furnace bottom and the slag discharge port usually have a cooling structure, and a solidified layer is formed between the cooling surface and the molten slag layer. If the amount of heat necessary to maintain the slag molten state is not sufficiently obtained, the temperature of the molten slag layer decreases, the solidified layer thickness increases, and the viscosity of the molten slag decreases. When the molten slag viscosity is lowered, the fluidity of the molten slag is deteriorated, so that the thickness of the molten slag layer is increased, and it is thought that there is a possibility that the slag discharge port may be finally closed.
そうすると、このような状況に陥るのを避けるためには石炭ガス化炉運転時におけるスラグ排出状況を監視しなければならないし、監視中に状況変化を検知した場合にはスラグ溶融バーナを使って溶融スラグ層温度を維持するといった排出状況改善のための対策を講じなければならない。以上のようなことを鑑みると、単に溶融スラグが炉底から排出されるのを監視するのでは足りず、炉内における溶融スラグの凝固厚さに関するデータを得てこれを基に炉内における溶融スラグの流動状況を把握することが課題を解決することに結び付くと考えられた。 In order to avoid this situation, the slag discharge status during operation of the coal gasifier must be monitored, and if a change in status is detected during monitoring, the slag melting burner is used for melting. Measures must be taken to improve the discharge situation, such as maintaining the slag layer temperature. In view of the above, it is not sufficient to simply monitor the discharge of molten slag from the bottom of the furnace, and data on the solidification thickness of the molten slag in the furnace is obtained, and the melting in the furnace is based on this. It was thought that grasping the slag flow situation would lead to solving the problem.
本願の請求項１に記載の発明はかかる検討の結果想到したものであり、ガス化炉の炉底部を流動しスラグ排出口より炉外へ排出される溶融スラグの当該スラグ排出口からの排出状況を監視する溶融スラグ排出状況監視装置において、炉底部の裏面に設置されて当該炉底部から炉内に向けて超音波を照射し反射波を検出する超音波探触子と、該超音波探触子が検出した信号に基づき排出前における溶融スラグの炉内における厚さを計測する超音波厚さ計とを備え、超音波厚さ計による計測値に基づいて溶融スラグ排出状況の変化を検知するというものである。 The invention according to claim 1 of the present application has been conceived as a result of such investigation, and the discharge state of molten slag flowing from the slag discharge port and flowing out of the furnace through the slag discharge port from the slag discharge port. In the molten slag discharge status monitoring device that monitors the ultrasonic slag, an ultrasonic probe that is installed on the back surface of the furnace bottom and radiates ultrasonic waves from the furnace bottom to the inside of the furnace to detect reflected waves, and the ultrasonic probe An ultrasonic thickness gauge that measures the thickness of the molten slag in the furnace before discharge based on the signal detected by the child, and detects changes in the molten slag discharge status based on the measured value by the ultrasonic thickness gauge That's it.
この監視装置においては、炉底部の裏面から照射された超音波の一部が炉内の溶融スラグの表面にて反射し、超音波探触子にて検出される。検出されたデータは超音波厚さ計に送信され、これに基づいて炉内のスラグ厚さが計測される。このように、排出前の炉内において溶融スラグの厚さを計測することにより、炉内における溶融スラグの状況を経験的にではなく数値データに基づいてより正確に把握することが可能となる。 In this monitoring device, a part of the ultrasonic wave irradiated from the back surface of the furnace bottom part is reflected by the surface of the molten slag in the furnace and detected by the ultrasonic probe. The detected data is transmitted to the ultrasonic thickness gauge, and the slag thickness in the furnace is measured based on this data. Thus, by measuring the thickness of the molten slag in the furnace before discharge, it is possible to more accurately grasp the state of the molten slag in the furnace based on numerical data rather than empirically.
このような溶融スラグ排出状況監視装置は、請求項２に記載のように超音波探触子を複数備えていることが好ましい。これによれば、一度により多くのポイントにおいて溶融スラグ厚さを計測することができる。例えば、これら複数の超音波探触子を径方向に沿って配置した場合であればスラグ厚さが径方向に沿ってどのようになっているかを短時間で計測し把握することが可能となる。 Such a molten slag discharge state monitoring device preferably includes a plurality of ultrasonic probes as described in claim 2. According to this, the molten slag thickness can be measured at more points at once. For example, if these plural ultrasonic probes are arranged along the radial direction, it is possible to measure and grasp in a short time how the slag thickness is along the radial direction. .
さらに溶融スラグ排出状況監視装置は、溶融スラグを加熱するためのスラグ溶融バーナと、超音波厚さ計による計測値に基づいてこのスラグ溶融バーナの動作を制御するバーナ制御装置とを備えていることが好ましい。 Furthermore, the molten slag discharge status monitoring device includes a slag melting burner for heating the molten slag and a burner control device for controlling the operation of the slag melting burner based on the measurement value by the ultrasonic thickness meter. Is preferred.
請求項１記載の溶融スラグ排出状況監視装置によれば、溶融スラグ層および凝固層厚さの計測結果に基づいて炉内における溶融スラグ流動状況をより正確に把握することが可能となる。このため、溶融スラグ排出状況の変化を早期に検知し、排出口閉塞に至る前に前もって溶融スラグ排出状況を改善するための対策を講ずることも可能となる。つまり、従来技術によれば外から見える現象ないしは情報のみによって炉内の状況を経験的に判断するしかなかった、さらに別の表現をすれば、従来技術は炉外へ排出された後の溶融スラグの状況から炉内の状況を推定するという監視技術でしかなかったのに対し、本発明によれば数値化して得られたスラグ厚さというデータに基づいて炉内状況をより正確に判断し評価することを可能としており、この結果として、スラグ排出状況の変化を早期かつ正確に検知することも可能にしたという従来にはない作用効果を実現している。 According to the molten slag discharge status monitoring device of the first aspect, it is possible to more accurately grasp the molten slag flow status in the furnace based on the measurement results of the molten slag layer and the solidified layer thickness. For this reason, it is also possible to detect changes in the molten slag discharge status at an early stage and take measures to improve the molten slag discharge status in advance before the discharge port is blocked. In other words, according to the prior art, the situation inside the furnace could only be judged empirically from only the phenomenon or information that can be seen from the outside. To put it another way, the prior art uses the molten slag after being discharged outside the furnace. Whereas it was only a monitoring technology to estimate the state of the furnace from the state of the furnace, according to the present invention, the state of the furnace is more accurately judged and evaluated based on the data of the slag thickness obtained by quantification As a result, an unprecedented effect of enabling the change in the slag discharge status to be detected early and accurately is realized.
請求項２に記載の溶融スラグ排出状況監視装置によれば、例えばこれら複数の超音波探触子を径方向に沿って配置した場合であればスラグ厚さが径方向に沿ってどのようになっているかを短時間で計測し把握することが可能となるなど、一度により多くのポイントにおいて溶融スラグ厚さを計測することができるようになる。 According to the molten slag discharge status monitoring apparatus according to claim 2, for example, if the plurality of ultrasonic probes are arranged along the radial direction, the slag thickness changes along the radial direction. It becomes possible to measure the thickness of the molten slag at more points at once, such as being able to measure and grasp whether it is in a short time.
さらに請求項３に記載の溶融スラグ排出状況監視装置によれば、ガス化炉における溶融スラグの排出状況を良好に維持することが可能となる。すなわち、超音波探触子および超音波厚さ計によれば、炉底部における溶融スラグの厚さや排出状況を即時的に把握することが可能である。したがって、温度低下により溶融スラグの厚さが増したことを検出した場合であればバーナ制御装置を介してスラグ溶融バーナを作動させ、当該溶融スラグを即座に加熱することができ、こうすることにより溶融スラグの流動性を回復させて排出状況を好転させることが可能となる。 Furthermore, according to the molten slag discharge | emission status monitoring apparatus of Claim 3, it becomes possible to maintain the discharge | emission state of the molten slag in a gasification furnace favorably. That is, according to the ultrasonic probe and the ultrasonic thickness meter, it is possible to immediately grasp the thickness and discharge state of the molten slag at the furnace bottom. Therefore, if it is detected that the thickness of the molten slag has increased due to a temperature drop, the molten slag can be immediately heated by operating the slag molten burner via the burner control device. The fluidity of the molten slag can be recovered to improve the discharge situation.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
図１〜図４に本発明の実施形態を示す。本発明にかかる溶融スラグ排出状況監視装置は、ガス化炉の炉底部３を流動しスラグ排出口４より炉外へ排出される溶融スラグ１の当該スラグ排出口４からの排出状況を監視するというものであり、本実施形態においては、超音波探触子５と超音波厚さ計８とを備え、超音波厚さ計８による計測値に基づいて溶融スラグ排出状況の変化を検知する装置として構成されている。 1 to 4 show an embodiment of the present invention. The molten slag discharge status monitoring device according to the present invention monitors the discharge status of the molten slag 1 flowing from the slag discharge port 4 and flowing out of the furnace through the slag discharge port 4 from the slag discharge port 4. In this embodiment, as an apparatus that includes the ultrasonic probe 5 and the ultrasonic thickness meter 8 and detects a change in the molten slag discharge status based on the measurement value by the ultrasonic thickness meter 8. It is configured.
この溶融スラグ排出状況監視装置の設置対象となる炉は、例えば石炭ガス化炉など、炉底部３を流動する溶融スラグ１を当該炉底部３に設置されたスラグ排出口４から排出する構造の炉である。図１にはこのようなガス化炉の例として、炉底部３が中央に向かって傾斜した円筒型であり当該炉底部３の中央にスラグ排出口４が設けられたものを示している。炉内で発生した溶融スラグ１は炉内を流動し、このスラグ排出口４から炉外へと排出される。図１においては、このような溶融スラグ１の一例として、炉壁に接する部分が凝固層７となりその凝固層７の表面に流動可能な溶融スラグ層６が形成されているという２層状のものを図示している。 The furnace to which the molten slag discharge status monitoring device is installed is a furnace having a structure for discharging the molten slag 1 flowing in the furnace bottom 3 from the slag discharge port 4 installed in the furnace bottom 3 such as a coal gasification furnace. It is. As an example of such a gasification furnace, FIG. 1 shows a cylindrical type in which the bottom 3 is inclined toward the center, and a slag discharge port 4 is provided at the center of the bottom 3. The molten slag 1 generated in the furnace flows in the furnace and is discharged from the slag discharge port 4 to the outside of the furnace. In FIG. 1, as an example of such a molten slag 1, a two-layered one in which a portion in contact with the furnace wall becomes a solidified layer 7 and a flowable molten slag layer 6 is formed on the surface of the solidified layer 7. It is shown.
ガス化炉の炉内にあって炉底部３およびスラグ排出口４の付近は冷却構造２となっている（図１参照）。この冷却構造２はガス化炉の炉底部３およびスラグ排出口４を冷却してそれらの健全性を保つために設けられているもので、その内部を冷却水や冷却用蒸気が流れる冷却管によって構成されており、冷却することにより溶融スラグ１との間に凝固層を発生させてこれをコーティング層として利用する。冷却管は複数本で構成されていてもよいし、あるいは１本の渦巻き状の管で構成されていてもよい。 Inside the furnace of the gasification furnace, the vicinity of the furnace bottom 3 and the slag discharge port 4 is a cooling structure 2 (see FIG. 1). This cooling structure 2 is provided to cool the furnace bottom 3 and the slag discharge port 4 of the gasification furnace and maintain their soundness, and a cooling pipe through which cooling water and cooling steam flow is provided. The solidified layer is generated between the molten slag 1 by cooling and used as a coating layer. The cooling tube may be composed of a plurality of tubes, or may be composed of a single spiral tube.
超音波探触子５は炉内に向けて超音波を照射し反射波を検出するためのもので、図示するように炉底部３の裏面に設置されている（図１参照）。この場合における超音波探触子５の設置位置は、厚さを計測しようとする溶融スラグ１に対応した位置ということになり、特に位置限定されることはない。ただ、スラグ厚さの影響が大きい箇所という観点から、スラグ排出口４に近い箇所の溶融スラグ１が計測対象になる場合がある（図１参照）。 The ultrasonic probe 5 is for irradiating an ultrasonic wave into the furnace and detecting a reflected wave, and is installed on the back surface of the furnace bottom 3 as shown (see FIG. 1). In this case, the installation position of the ultrasonic probe 5 is a position corresponding to the molten slag 1 whose thickness is to be measured, and the position is not particularly limited. However, from the viewpoint of the location where the influence of the slag thickness is large, the molten slag 1 near the slag discharge port 4 may be a measurement target (see FIG. 1).
また、超音波探触子５は、原則として炉底部３の裏面に対し垂直となるように設置されている（図１、図２参照）。超音波の送信と受信とは別の探触子で行われ（図２においては符号５ａで送信側探触子、５ｂで受信側探触子を示している）、超音波経路は反射点Ｒを頂点とする二等辺三角形となり、その等辺の長さを測り、指示値として三角形高さつまり計測厚さＴを算出する（図２参照）。 Further, the ultrasonic probe 5 is installed so as to be perpendicular to the back surface of the furnace bottom 3 in principle (see FIGS. 1 and 2). The transmission and reception of ultrasonic waves are performed by probes different from each other (in FIG. 2, reference numeral 5a indicates a transmitting probe, 5b indicates a receiving probe), and the ultrasonic path is a reflection point R. An isosceles triangle having a vertex as a vertex, the length of the equilateral side is measured, and a triangle height, that is, a measured thickness T is calculated as an instruction value (see FIG. 2).
上述した例では１個の超音波探触子５が炉底部３に設置されているが、複数箇所におけるスラグ厚さを同時に検出するという観点からすればこの超音波探触子５を複数配列するかあるいはフェイズドアレイ探触子とすることが好ましい。一例を挙げると、図３に示すように３個の超音波探触子５を径方向に沿って配置した場合であれば、炉内におけるスラグ厚さが径方向に沿ってどのようになっているかを同時に計測して径方向の厚さ分布を把握することができ、これによって炉内における溶融スラグ流動状況を高精度に把握することが可能となる。 In the above-described example, one ultrasonic probe 5 is installed on the furnace bottom 3, but a plurality of ultrasonic probes 5 are arranged from the viewpoint of detecting the slag thicknesses at a plurality of locations simultaneously. Alternatively, a phased array probe is preferable. For example, if three ultrasonic probes 5 are arranged along the radial direction as shown in FIG. 3, how the slag thickness in the furnace becomes along the radial direction. The thickness distribution in the radial direction can be grasped at the same time, and this makes it possible to grasp the molten slag flow situation in the furnace with high accuracy.
また、上述のように図１と図３では超音波探触子５が炉底部３に固定された形態を説明したがこれらに限られることはなく、限られた個数の超音波探触子５によって複数箇所におけるスラグ厚さを計測するという観点からすればこれら超音波探触子５を移動可能とすることもできる。特に図示はしていないが、具体例を挙げれば、径方向に移動可能とすれば径方向に沿ってスラグ厚さがどのような状況になっているかを把握することができるし、周方向に移動可能とすれば周方向に沿ったスラグ厚さの状況を把握することができるようになる。 Further, as described above, in FIGS. 1 and 3, the configuration in which the ultrasonic probe 5 is fixed to the furnace bottom 3 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a limited number of ultrasonic probes 5 are used. From the viewpoint of measuring the slag thickness at a plurality of locations, the ultrasonic probe 5 can be made movable. Although not specifically shown, if a specific example is given, if it is possible to move in the radial direction, it is possible to grasp the situation of the slag thickness along the radial direction, and in the circumferential direction If it is possible to move, the situation of the slag thickness along the circumferential direction can be grasped.
超音波厚さ計８は、超音波探触子５が検出した信号に基づき排出前における溶融スラグ１の炉内における厚さを計測ないしは算出するために設けられている装置である（図１参照）。この場合、厚さ計測は連続的に行われるものであることが好ましい。例えば数分おきに厚さ計測しても厚さ状況を把握することは可能だが、溶融スラグ１の流動状況が急激に変化する場合があることからするとできるだけ時間的に連続して厚さ計測することが好ましい。また、超音波信号に基づき時間的に連続して厚さ計測した場合、隙間のない連続データが得られることに加え、例えば表示された目視可能なデータから変化の内容や特性を見出すことも出来るようになるという利点がある。ここでは特に図示していないが、この超音波厚さ計８による計測結果はディスプレイやプリンタなどの出力手段を通じて出力されるようになっている。 The ultrasonic thickness meter 8 is an apparatus provided for measuring or calculating the thickness of the molten slag 1 in the furnace before discharge based on a signal detected by the ultrasonic probe 5 (see FIG. 1). ). In this case, the thickness measurement is preferably performed continuously. For example, although it is possible to grasp the thickness situation even if the thickness is measured every few minutes, the thickness situation is continuously measured as long as possible because the flow state of the molten slag 1 may change rapidly. It is preferable. In addition, when measuring thickness continuously based on ultrasonic signals, continuous data without gaps can be obtained, and for example, the contents and characteristics of changes can be found from displayed visual data. There is an advantage of becoming. Although not particularly shown here, the measurement result by the ultrasonic thickness gauge 8 is output through an output means such as a display or a printer.
次にこの溶融スラグ排出状況監視装置による動作について簡単に説明すると、炉内の溶融スラグ１はいわば溶融したガラス状になっており、その表面には音響インピーダンスが大きく異なる炉内の気体層が接した状態となっている（図１参照）。このような状態となっている炉内に向けて超音波探触子５から例えばパルス状の超音波が照射されると、当該超音波は炉底部３および溶融スラグ１を伝播し、そのうちの一部が音響インピーダンスの大きく異なる当該溶融スラグ１の溶融スラグ層６とそこに接する気体の層との境界面で反射して超音波探触子５に戻る。超音波探触子５は当該反射波を検出し、データを超音波厚さ計８に送信する。超音波厚さ計８は受信したこのデータに基づいて炉内のスラグ厚さを計測する。つまり、反射波の時間間隔は、測定物の材質に固有である音速に応じて変わってくるため、この時間間隔を一定周波数のクロックパルスの数をカウンタで計数し、その値に音速補正係数をかけて、当該時間値を厚さ値に換算してスラグ厚さを求める。このようなスラグ厚さの計測値からは、スラグ排出口４からの溶融スラグ１の排出状況の変化もより正確に検知することが可能となる。つまり、通常、ガス化炉が定常運転している場合であれば炉内におけるスラグ厚さはほとんど変化しないということができるため、例えば計測したスラグ厚さに大きな変化がなければ溶融スラグ１が安定して排出されていると判断することができるし、スラグ厚さに変化が生じたのであればスラグ排出状況に変化が生じていると判断したり、あるいはこれから変化が生じると予測したりすることが可能となる。このように、本実施形態の溶融スラグ排出状況監視装置によればスラグ排出口４から排出される溶融スラグ１自体を計測する必要はなく、スラグ厚さを媒介としてスラグ排出状況を即時的に把握し、尚かつ状況変化を見極めることが可能となる。また、ガス化炉の運転員や作業員にとっては、スラグ厚さの計測値に基づいて溶融スラグの排出状況の変化を早期に察知し、改善のための対策を講ずることが可能となる。 Next, the operation of the molten slag discharge status monitoring device will be briefly described. The molten slag 1 in the furnace is in a so-called molten glass state, and a gas layer in the furnace having greatly different acoustic impedance is in contact with the surface. (See FIG. 1). When, for example, pulsed ultrasonic waves are irradiated from the ultrasonic probe 5 toward the inside of the furnace in such a state, the ultrasonic waves propagate through the furnace bottom 3 and the molten slag 1, one of them. Reflected at the boundary surface between the molten slag layer 6 of the molten slag 1 and the gas layer in contact with the molten slag 1 having greatly different acoustic impedances, returns to the ultrasonic probe 5. The ultrasonic probe 5 detects the reflected wave and transmits data to the ultrasonic thickness meter 8. The ultrasonic thickness meter 8 measures the slag thickness in the furnace based on the received data. In other words, the time interval of the reflected wave varies depending on the sound speed that is specific to the material of the object to be measured. The slag thickness is obtained by converting the time value into a thickness value. From such a measured value of the slag thickness, it is possible to more accurately detect a change in the discharge state of the molten slag 1 from the slag discharge port 4. That is, normally, if the gasification furnace is in a steady operation, the slag thickness in the furnace hardly changes. For example, if there is no significant change in the measured slag thickness, the molten slag 1 is stable. If the slag thickness has changed, it can be determined that the slag discharge status has changed, or a change will be predicted in the future. Is possible. Thus, according to the molten slag discharge status monitoring device of the present embodiment, it is not necessary to measure the molten slag 1 itself discharged from the slag discharge port 4, and the slag discharge status can be immediately grasped using the slag thickness as a medium. However, it is possible to determine the change in the situation. In addition, it is possible for gasification furnace operators and workers to quickly detect changes in the state of discharge of molten slag based on the measured value of slag thickness and take measures for improvement.
ちなみに、ここまで説明したように本発明にかかる装置は名称こそ「監視装置」ではあるが、スラグ厚さの計測結果に基づいてガス化炉内における溶融スラグの凝固状況といった様子を把握することを可能としたことからすれば、スラグ排出状況を単に監視するにすぎなかった従来のような「監視装置」よりも、むしろスラグ排出状況を判断するための材料を駆使して正確な判断を下すという判断装置、検出装置といったものに近いものであるということができる。 By the way, as explained so far, although the device according to the present invention is the name "monitoring device", it is necessary to grasp the state of the solidification state of the molten slag in the gasification furnace based on the measurement result of the slag thickness. If it was made possible, rather than using the conventional “monitoring device” that merely monitored the slag discharge status, it would make accurate judgments using materials for determining the slag discharge status. It can be said that it is close to a determination device, a detection device, and the like.
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、ここまで説明した溶融スラグ排出状況監視装置１に対しさらにバーナ制御装置９およびスラグ溶融バーナ１０を設置することもできる（図４参照）。バーナ制御装置９は超音波厚さ計８と接続され、超音波厚さ計８による厚さ計測結果（計測値）に基づいてスラグ溶融バーナ１０を制御する装置で、スラグ溶融バーナ１０を点火したり、熱量を調整したりする。制御の一例としては、スラグ厚さの計測値にあらかじめ上限値を設けておき、バーナ制御装置９による計測結果を入力したときにこの上限値と比較してその結果に基づきスラグ溶融バーナ１０を自動的に作動させあるいは停止させるといったものが挙げられる。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, a burner control device 9 and a slag melting burner 10 can be further installed on the molten slag discharge status monitoring device 1 described so far (see FIG. 4). The burner control device 9 is connected to the ultrasonic thickness meter 8 and controls the slag melting burner 10 based on the thickness measurement result (measured value) by the ultrasonic thickness meter 8, and ignites the slag melting burner 10. Or adjust the amount of heat. As an example of the control, an upper limit value is set in advance for the measured value of the slag thickness, and when the measurement result by the burner control device 9 is input, it is compared with this upper limit value and the slag melting burner 10 is automatically set based on the result. For example, it is activated or stopped.
また、本実施形態では石炭ガス化炉を例に挙げて溶融スラグ排出状況監視装置の形態を説明したが、対象となる炉が石炭ガス化炉に限られるというわけではなく、石炭以外のガス化炉（例えば、燃料中の灰分を溶融して排出する方式のバイオマスガス化炉や廃棄物溶融ガス化炉）や焼却灰溶融炉などにおいてももちろん適用可能である。 Further, in the present embodiment, the form of the molten slag discharge status monitoring device has been described by taking a coal gasification furnace as an example, but the target furnace is not limited to the coal gasification furnace, and gasification other than coal is performed. Of course, the present invention can also be applied to a furnace (for example, a biomass gasification furnace or a waste melting gasification furnace that melts and discharges ash in fuel) or an incineration ash melting furnace.
また、上述したとおり超音波探触子５を複数配置することが好ましいが、単一の超音波探触子５のみによりいわばピンポイントでスラグ厚さを計測することももちろん可能である。ただし、このように超音波探触子５を単一（単独）とする場合は、スラグ排出口４の形状や形態等に応じて望ましい配置とすべきであり、例えば図５に示すように円形のスラグ排出口４において対向する２個一組の湯口４ａが設けられている場合であれば、超音波探触子５は図中矢印で示す破線区域のような湯口４ａからできるだけ離れた箇所に配置されていることが好ましい。すなわち、加熱面温度の低下に伴いスラグ厚さが増加しさらに凝固層の発生により当該厚さが急激に増加することが本発明者によって確認され、これに伴う不安定な状況を回避するには湯口４ａから離れた箇所でスラグ厚さを計測するのが望ましいと考えられたためである。例を挙げて説明すると、例えば図５における溶融スラグ１が粘度の高いＭ炭（Ｔ炭、Ｄ炭、Ｍ炭といった炭種の一種）だとすると、当該溶融スラグ１の表面は湯口４ａからもっとも離れた９０°ずれた位置においてスラグタップ堰高さに達し、加熱面温度がさらに低下した場合、湯口４ａ以外からの流出（つまりオーバーフロー）によって溶融スラグ排出状況が不安定となることが懸念される。これに対し、上述したように湯口４ａからできるだけ離れた箇所（例えば１８０°離れて２個の湯口４ａが対向している図５の場合であれば９０°ずれた位置）で常にスラグ厚さを計測しておけば、当該箇所におけるスラグ厚さの変化をいち早く検知してオーバーフローが生じないように対処することが可能となる。付け加えると、以上のことは超音波探触子５が単一の場合に限ったことではない。例えば複数の超音波探触子５を径方向に並べる場合に、当該探触子列を上述したのと同じく湯口４ａから９０°ずれた位置に並べるようにしてもよい。また図５のように２個の湯口４ａが対向している場合であれば、図中に示した破線区域の両方に探触子列を並べることによって両区域におけるスラグ厚さの変化をいち早く検知することが可能となる。 Further, as described above, it is preferable to arrange a plurality of ultrasonic probes 5, but it is of course possible to measure the slag thickness with a single ultrasonic probe 5 in a pinpoint manner. However, when the ultrasonic probe 5 is single (single) in this way, it should be arranged in accordance with the shape, form, etc. of the slag discharge port 4, for example, as shown in FIG. In the case where a pair of opposing gates 4a is provided at the slag discharge port 4, the ultrasonic probe 5 is located as far as possible from the gate 4a as shown by the broken line area indicated by the arrow in the figure. It is preferable that they are arranged. That is, the present inventors have confirmed that the slag thickness increases as the heating surface temperature decreases and that the thickness rapidly increases due to the generation of the solidified layer, and in order to avoid the unstable situation associated therewith. This is because it was considered desirable to measure the slag thickness at a location away from the gate 4a. For example, if the molten slag 1 in FIG. 5 is M coal with high viscosity (a kind of coal types such as T charcoal, D charcoal, and M charcoal), the surface of the molten slag 1 is farthest from the gate 4a. When the slag tap weir height is reached at a position shifted by 90 ° and the heating surface temperature further decreases, there is a concern that the molten slag discharge state becomes unstable due to outflow (that is, overflow) from other than the gate 4a. On the other hand, as described above, the slag thickness is always set at a position as far as possible from the gate 4a (for example, a position shifted by 90 ° in the case of FIG. 5 where two gates 4a are opposed to each other by 180 °). If it is measured, it becomes possible to quickly detect a change in the slag thickness at the location and take measures to prevent overflow. In addition, the above is not limited to the case where the ultrasonic probe 5 is single. For example, when a plurality of ultrasonic probes 5 are arranged in the radial direction, the probe row may be arranged at a position shifted by 90 ° from the gate 4a as described above. In addition, when the two gates 4a are facing each other as shown in FIG. 5, the change in the slag thickness in both areas can be quickly detected by arranging the probe rows in both the broken line areas shown in the figure. It becomes possible to do.
１ 溶融スラグ
３ 炉底部
４ スラグ排出口
５ 超音波探触子
８ 超音波厚さ計
９ バーナ制御装置
１０ スラグ溶融バーナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Melting slag 3 Furnace bottom part 4 Slag discharge port 5 Ultrasonic probe 8 Ultrasonic thickness meter 9 Burner control apparatus 10 Slag melting burner
Claims (3)
2. A slag melting burner for heating the molten slag, and a burner control device for controlling the operation of the slag melting burner based on a measurement value obtained by the ultrasonic thickness meter. Or the molten slag discharge | emission status monitoring apparatus of 2.
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| JP2004251335A JP2006070056A (en) | 2004-08-31 | 2004-08-31 | Monitoring device of molten slag discharge situation |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101019742B1 (en) | 2010-12-13 | 2011-03-09 | (유)중앙엔지니어링 | Ash treating apparatus in combustion chamber |
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2004
- 2004-08-31 JP JP2004251335A patent/JP2006070056A/en active Pending
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