JP2011133450A

JP2011133450A - 水分計測装置および乾燥装置

Info

Publication number: JP2011133450A
Application number: JP2010027735A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Deguchi; 祥啓出口; Junichiro Hori; 順一郎堀; Kenichi Arima; 謙一有馬; Isao Torii; 鳥居　　功
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】常時、石炭に含まれる水分量を正確に測定することができる水分計測装置および乾燥装置を提供する。
【解決手段】固体燃料に含まれる水分量を計測する水分計測装置１であって、固体燃料に測定光を照射してラマン散乱光を計測するラマン散乱光測定部４と、固体燃料の誘電率に基づいて固体燃料に含まれる水分量を測定する誘電率測定部２、および、固体燃料にマイクロ波を照射して固体燃料を透過するマイクロ波を測定することにより固体燃料に含まれる水分量を測定するマイクロ波測定部３の少なくとも一方と、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３の少なくとも一方により測定された固体燃料に含まれる水分量を、ラマン散乱光測定部４の測定結果を用いて補正する補正部５と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に亜瀝青炭や褐炭などの高水分石炭の取り扱いに用いて好適な水分計測装置および乾燥装置に関する。

石炭を燃料として発電を行う石炭火力発電は、世界中で消費されている電力の約４割を供給していることが知られている。さらには消費される電力の半分以上、極端な場合には約８割を石炭火力発電によって供給している国も存在している。

地球に埋蔵されている石炭資源の約半分は亜瀝青炭や褐炭などの低品位炭であると推測されている。このような低品位炭は大量に存在し、かつ、価格が安いため、石炭火力発電等に利用されている、または、利用が検討されているが、高品位石炭と比較して、以下の問題点により石炭火力発電等への利用に対して不向きであると考えられている。

つまり、亜瀝青炭や褐炭などは水分の含有率が高い石炭であるため、燃焼時に発生する熱エネルギが、石炭に含まれる水分の加熱に用いられることとなり、発電効率が低くなるという問題があった。

その一方で、高水分石炭を搬送する場合、低水分石炭と比較して、同じ重量であっても発熱に寄与する炭素分などの割合が低く、逆に水分の割合が高いため、搬送効率が悪いという問題があった。

さらに高水分石炭は、含まれる水分によって搬送時に石炭同士がくっついてしまうという問題があった。言い換えると石炭のハンドリングが悪いという問題があった。

その一方で、石炭を粉砕する石炭ミルにおけるミルヒートバランスから石炭に含まれる水分量を推定し、推定された水分量に適した制御を石炭ミルに対して行い、石炭に含まれる水分量を制御する方法が提案されている。

さらに、レーザ誘起ブレークダウン法や、石炭の誘電率を測定する方法や、マイクロ波を用いる方法などにより、石炭に含まれる水分量を測定し、燃焼炉などに供給される石炭に含まれる水分量を調節する方法も提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特開２００５−０２４２５１号公報特開２００３−２４６９８７号公報

上述したミルヒートバランスを用いて制御を行う方法では、水分の含有率が低い石炭に対しては有効であるが、亜瀝青炭や褐炭などの高水分石炭に対しては活用が困難であるという問題があった。

また、誘電率を測定する方法や、マイクロ波を用いて石炭に含まれる水分量を測定する方法では、石炭の性状が変化すると測定値が変動しやすいため、正確な水分量を測定することが困難であるという問題があった。
ここで、石炭の性状とは、石炭やスラッジの組成（鉄分の割合など）、かさ密度等のことである。上述の測定に用いられる誘電率や、マイクロ波の吸収量は上述の組成の変化や、かさ密度の変化の影響を受けることから、石炭に含まれる水分量の測定に誤差が生じ、正確な水分量を測定することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、常時、石炭に含まれる水分量を正確に測定することができる水分計測装置および乾燥装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の水分計測装置は、固体燃料に含まれる水分量を計測する水分計測装置であって、前記固体燃料に測定光を照射してラマン散乱光を計測するラマン散乱光測定部と、前記固体燃料の誘電率に基づいて前記固体燃料に含まれる水分量を測定する誘電率測定部、および、前記固体燃料にマイクロ波を照射して前記固体燃料を透過する前記マイクロ波を測定することにより前記固体燃料に含まれる水分量を測定するマイクロ波測定部の少なくとも一方と、前記誘電率測定部および前記マイクロ波測定部の少なくとも一方により測定された前記固体燃料に含まれる水分量を、前記ラマン散乱光測定部の測定結果を用いて補正する補正部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ラマン散乱光測定部により固体燃料表面に含まれる水分量が測定されるとともに、シリコンやアルミニウムやカルシウムや鉄などの共存物質の含有比率が測定される。この共存物質は、誘電率測定部やマイクロ波測定部による水分量測定に影響を与えるものである。
その一方で、誘電率測定部やマイクロ波測定部は、固体燃料の全体に含まれる水分量を測定することができるが、その値は共存物質の影響を受けた不正確な値である。

その上で、誘電率測定部やマイクロ波測定部により測定された固体燃料全体に含まれる水分量の値を、ラマン散乱光測定部により測定された共存物質の含有比率を用いて補正することにより、共存物質の影響が取り除かれた固体燃料全体に含まれる水分量を算出することができる。

さらに、ラマン散乱光測定部、誘電率測定部、および、マイクロ波測定部は、次々と搬送される固体燃料に含まれる水分等を常時測定することができるため、本発明の水分計測装置も固体燃料に含まれる水分量を常時測定（オンライン測定）することができる。

上記本発明は、前記ラマン散乱光測定部における前記測定光が出射される領域、および、前記ラマン散乱光が入射する領域を保護する保護気体を流す保護部と、前記ラマン散乱光測定部により測定された前記保護気体のラマン散乱光と、前記保護気体とは所定波長におけるラマン散乱強度が異なる較正用気体を前記保護部に供給して前記ラマン散乱光測定部により測定された前記較正用気体のラマン散乱光と、の間の所定波長におけるラマン散乱強度の差を取得し、該ラマン散乱強度の差を用いて前記ラマン散乱光測定部の測定結果を較正する較正部と、が更に設けられ、前記補正部は、前記較正部により構成された前記測定結果を用いて、前記誘電率測定部および前記マイクロ波測定部の少なくとも一方により測定された前記固体燃料に含まれる水分量を補正することが望ましい。

本発明によれば、本発明の水分計測装置の測定領域に存在する固体燃料の量を把握することができ、固体燃料に含まれる水分量（固体燃料の含水率）を正確に測定することができる。
一般に、誘電率測定部およびマイクロ波測定部により測定されるのは、水分計測装置の測定領域（誘電率測定部およびマイクロ波測定部の測定領域）に存在する水分量であり、測定領域に存在する固体燃料の量は測定されない。そのため、誘電率測定部およびマイクロ波測定部の測定結果に基づいて、固体燃料に含まれる水分量、言い換えると含水率を得ることはできない。
その一方で、ラマン散乱光測定部は、上述の測定領域に存在する固体燃料の量を測定することができる。そのため、誘電率測定部およびマイクロ波測定部により測定された測定領域に存在する水分量と、ラマン散乱光測定部により測定された固体燃料の量と、に基づいて固体燃料の含水率を求めることができる。

さらに、保護気体および較正用気体から発生し、ラマン散乱光測定部に測定されたラマン散乱光の所定波長における強度差を用いて、固体燃料から発生し、ラマン散乱光測定部に測定されたラマン散乱光の強度を較正することにより、上述の測定領域に存在する固体燃料の量をより正確に求めることができる。
つまり、ラマン散乱光測定部における測定光が照射する領域、および、ラマン散乱光が入射する領域の少なくとも一方の光透過率が変化すると、ラマン散乱光測定部により測定された固体燃料に係るラマン散乱光の強度も変化するため、上述の測定領域に存在する固体燃料の量を正確に求めることができない。
そこで、ラマン散乱光測定部で測定された保護気体および較正用気体から発生したラマン散乱光の所定波長における強度差を求め、当該強度差を用いて測定された固体燃料に係るラマン散乱光の強度を較正することにより、測定光が照射する領域や、ラマン散乱光が入射する領域における光透過率が変化しても、上述の測定領域に存在する固体燃料の量を正確に求めることができる。

その他に、保護部から測定光が出射される領域およびラマン散乱光が入射する領域を保護する保護気体が流されるため、これら領域への固体燃料の付着が阻害される。あるいは、これら領域に付着した固定燃料が吹き飛ばされる。そのため、保護気体が流されない場合と比較して、保護部から測定光が出射される領域およびラマン散乱光が入射する領域における光透過率低下が抑制される。

本発明の乾燥装置は、上記本発明に記載の水分計測装置と、前記固体燃料に含まれる水分を取り除く乾燥部と、が設けられ、前記水分計測装置は、前記乾燥部に搬入される固体燃料、および、搬出された固体燃料に含まれる水分量を計測し、前記乾燥部は、前記搬送される固体燃料、および、前記搬出された固体燃料に含まれる水分量に基づいて制御されることを特徴とする。

本発明によれば、上記発明に係る水分計測装置が設けられているため、乾燥前の固体燃料と、乾燥後の固体燃料とに含まれる水分量をオンライン計測することができる。
さらに、オンライン計測したこれら固体燃料に含まれる水分量に基づいて乾燥部を制御するため、乾燥後の固体燃料に含まれる水分量の制御が容易になる。
その結果、乾燥後の固体燃料を搬送する際に、固体燃料同士が粘着することを防止することができ、固体燃料のハンドリング特性を向上させることができる。

本発明の水分計測装置および乾燥装置によれば、誘電率測定部やマイクロ波測定部により測定された固体燃料全体に含まれる水分量の値を、ラマン散乱光測定部により測定された共存物質の含有比率を用いて補正するため、常時、石炭に含まれる水分量を正確に測定することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る水分測定装置が適用されるＩＧＣＣの構成を説明する模式図である。図１の水分測定装置の全体構成について説明する模式図である。図２の測定部光学系の構成を説明する模式図である。図２の測定部光学系につながれる導光部の構成を説明する断面視図である。図２のラマン散乱光測定部により測定されたラマン散乱光を説明するグラフである。水分以外の石炭組成が変化しないとした場合の水分量と比誘電率との関係を示すグラフである。水分量が２０％で一定とした場合の固定炭素量と補正係数との関係を示すグラフである。水分量が６％で一定とした場合の固定炭素量と補正係数との関係を示すグラフである。本発明の第１の実施形態の変形例に係る水分計測装置の全体構成を説明する模式図である。図９の測定部光学系の構成を説明する模式図である。保護部から窒素ガスが供給されている際にラマン散乱光測定部に測定されたラマン散乱光を説明するグラフである。保護部からアルゴンガスが供給されている際にラマン散乱光測定部に測定されたラマン散乱光を説明するグラフである。本発明の第２の実施形態に係る乾燥装置の構成を説明する模式図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る水分測定装置について図１から図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態の水分測定装置が適用される高水分炭乾燥システムの構成を説明する模式図である。
本実施形態では、本発明の水分測定装置１を石炭ガス化複合発電設備であるＩＧＣＣの高水分炭乾燥システム２００に適用して説明する。より具体的には、石炭ミルやクラッシャーなどにより粉砕された石炭であって、搬送部１０によって搬送される石炭に含有される水分量を測定するものである。
なお、本発明の水分測定装置１を適用するものとしては、ＩＧＣＣの他に、石炭焚きボイラを有する火力発電所であってもよく、特に限定するものではない。

高水分炭乾燥システム２００は、高水分炭を乾燥機で乾燥し、ガス化炉に導入するシステムである。
高水分炭乾燥システム２００には、図１に示すように、原炭バンカ２０１と、石炭供給機２０２と、クラッシャー２０３と、乾燥装置２０４と、凝縮機２０５と、乾燥炭シュート２０６と、乾燥炭サイクロン２０７と、乾燥炭バグフィルタ２０８と、乾燥石炭バンカ２０９と、給炭機２１０と、微粉炭機２１１と、微粉炭バグフィルタ２１２と、微粉炭供給ホッパ２１３と、ガス化炉２１４と、蒸気圧縮機２１５と、が主に設けられている。
さらに水分測定装置１は、クラッシャー２０３と乾燥装置２０４との間、乾燥装置２０４と乾燥炭シュート２０６との間、乾燥装置２０４と乾燥炭サイクロン２０７との間に配置されている。

原炭バンカ２０１に供給された高水分炭は、石炭供給機２０２およびクラッシャー２０３を介して乾燥装置２０４に供給される。高水分炭は、乾燥装置２０４において乾燥され、図１中の矢印に従って、ガス化炉２１４に導入される。
このように、高水分炭を乾燥装置２０４で乾燥させることにより、ＩＧＣＣなどのプラント効率を向上させることができると共に、石炭の貯蔵や搬送を容易にすることが可能となる（高水分炭では、微粉炭の凝縮などが起こり、搬送や、貯蔵に問題が生じる。）。
本実施形態の水分測定装置１を用いて、石炭の水分量を管理することにより、微粉炭の凝縮などによるトラブルを防止すると共に、必要以上に水分を除去し、エネルギをロスすることを防止でき、プラントを最適に運転することが可能となる。

図２は、図１の水分測定装置の全体構成について説明する模式図である。
水分計測装置１は、石炭ガス化炉を有するＩＧＣＣにおける石炭（固体燃料）に含まれる水分を測定するものに適用して説明する。より具体的には、クラッシャーや石炭ミルなどにより粉砕された石炭であって、搬送部１０によって搬送される石炭に含有される水分量を測定するものである。

水分計測装置１には、誘電率測定部２と、マイクロ波測定部３と、ラマン散乱光測定部４と、補正部５と、が主に設けられている。

誘電率測定部２は、搬送部１０によって搬送される石炭の全体に含まれる水分量を測定するものである。
具体的には、石炭の比誘電率を測定することにより、当該石炭の全体に含まれる水分量を測定するものである。例えば空気の比誘電率は１であり、水は８０、黒鉛は１３、Ａｌ_２Ｏ_２は８．５、ＳｉＯ_２は３．８、油（Ｃ−Ｈ）は３である。
なお誘電率測定部２としては、公知の構成のものを用いることができ、特に限定するものではない。

マイクロ波測定部３は、誘電率測定部２と同様に、搬送部１０によって搬送される石炭の水分量を測定するものである。
具体的には、石炭に所定強度のマイクロ波を照射し、石炭を透過したマイクロ波の強度を測定することにより、石炭の全体に含まれる水分量を測定するものである。つまり、マイクロ波は他の波長の電磁波と比較して水に吸収されやすい性質を有しているため、水分量が低い石炭にマイクロ波を照射した場合には、マイクロ波の減衰率が低くなり、水分量が高い石炭にマイクロ波を照射した場合には、マイクロ波の減衰率が高くなる。これを利用して石炭の全体に含まれる水分量を測定するものである。
なおマイクロ波測定部３としては公知の構成のものを用いることができ、特に限定するものではない。

ラマン散乱光測定部４は、搬送部１０によって搬送される石炭の表面に含まれる水分量を測定するものであり、石炭に含まれるＳｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｆｅなどの共存物質の含有比率を測定するものでもある。
ラマン散乱光測定部４には、レーザ光源４１と、測定部光学系４２と、光検出器４３と、導光部４４と、が主に設けられている。

レーザ光源４１は、石炭に照射するレーザ光を発生させるとともに、導光部４４を介して測定部光学系４２に向けて出射するものである。レーザ光の波長としては、測定対象である石炭に含まれる水分量の測定に適した波長を用いることが望ましく、例えば、５３２ｎｍの波長を例示することができる。
なおレーザ光源４１の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。

図３は、図２の測定部光学系の構成を説明する模式図である。
測定部光学系４２は、石炭に向かってレーザ光を照射するものであるとともに、ラマン散乱光が入射するものでもある。測定部光学系４２には、図３に示すように、レンズ系４２Ａと、光学窓４２Ｂと、が設けられている。

レンズ系４２Ａは、導光部４４から出射されたレーザ光を石炭Ｃに向けて照射するものであるとともにラマン散乱光を導光部４４に集光し入射させるものである。
光学窓４２Ｂは、導光部４４およびレンズ系４２Ａと、搬送部１０の内部とを仕切るものであるとともに、レーザ光やラマン散乱光を透過するものである。

光検出器４３は、レーザ光の照射を受けた石炭に関するラマン散乱光や、蛍光を検出するものである。光検出器４３には、測定部光学系４２や導光部４４を介してラマン散乱光や蛍光が入射される。
なお、光検出器４３としては公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

図４は、図２の測定部光学系につながれる導光部の構成を説明する断面視図である。
導光部４４は、レーザ光源４１から出射されたレーザ光を測定部光学系４２に導くとともに、ラマン散乱光や蛍光を光検出器４３に導くものである。
導光部４４の中心には、レーザ光を導くレーザ光用ファイバー４４Ａが配置され、レーザ光用ファイバー４４Ａの周囲にラマン散乱光を導くラマン光用ファイバー４４Ｂが配置されている。

補正部５は、図２に示すように、ラマン散乱光測定部４の測定結果を用いて、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３の測定結果を補正するものである。
補正の具体的な方法については後述する。

なお、本実施形態では、水分計測装置１に誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３が設けられた例に適用して説明したが、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３のいずれか一方のみが設けられているものであってもよく、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなる水分計測装置１による石炭に含まれる水分量の測定について説明する。
なお、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３による石炭の全体に含まれる水分量の測定方法については、公知の測定方法と同様であるため、その説明を省略する。

図５は、図２のラマン散乱光測定部により測定されたラマン散乱光を説明するグラフである。
図５に示すグラフの縦軸は、測定されたラマン散乱光の信号強度における相対値を示し、横軸はラマン散乱光の波長（ｎｍ）を示すものである。

ラマン散乱光測定部４により搬送部１０で搬送される石炭に関するラマン散乱光を測定すると、例えば、図５に示すグラフが得られる。図５において領域Ａで示される部分の面積は、炭化水素結合から発せられる蛍光強度を示すものである。
その一方で、Ｐ１で示される複数のピークは、石炭の共存物質に関するラマン散乱光に関するピークを示すものである。具体的には、波長が５４５ｎｍ近傍のピークはＳｉに関するピークであり、５５５ｎｍ近傍のピークはＡｌに関するピークであり、５６５ｎｍ近傍のピークはＣａに関するピークであり、５５９ｎｍ近傍のピークはＦｅに関するピークである。

Ｐ２で示されるピークは、固定炭素に関するラマン散乱光（波長が５７０ｎｍ程度のラマン散乱光）のピークを示すものである。Ｐ３で示されるピークは、Ｃ−Ｈ結合に関するラマン散乱光（波長が６３０ｎｍ程度のラマン散乱光）のピークを示すものである。Ｐ４で示されるピークは、水に関するラマン散乱光（波長が６６０ｎｍ程度のラマン散乱光）のピークを示すものである。

ラマン散乱光測定部４は、このような測定結果に基づき、石炭の表面に含まれる水分量を算出することができる。なお、算出方法としては公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。

さらに、石炭の表面における共存物質の含有比率も算出することができる。ここで、共存物質の場合には、水分の場合と異なり、石炭の表面と内部とで共存物質の含有比率が大きく異なることがないため、石炭の表面における共存物質の含有比率が、ほとんどそのまま石炭の全体における共存物質の含有比率とすることができる。
水分の場合には、石炭の表面において水分の蒸発や吸収が起こる可能性が高く、蒸発や吸収が起きると、石炭の表面と内部との間で水分量が大きく異なる場合がある。

そして、補正部５において誘電率測定部２や、マイクロ波測定部３で測定された石炭の全体に含まれる水分量が補正されるとともに、石炭の発熱量や、石炭の表面の水分量が算出される。
具体的には、以下の式（１）に基づいて石炭の発熱量Ｑｈが算出され、式（２）に基づいて石炭の表面の水分量Ｗｓが算出され、式（３）に基づいて石炭の全体の水分量Ｗｔが算出される。

ここで、Ｒ（ｉ）は信号光強度であり、Ｃ（ｉ）は濃度換算係数であり、Ｈ（ｉ）は発熱量係数であって、固定炭素、炭化水素、および、Ｃ−Ｈ結合についてのみ値を有するものである。Ｙは測定物の比誘電率であり、Ｙ０は水分量が既知の石炭における比誘電率であり、Ｙ（ｉ）は各物質における比誘電率である。ｉは固定炭素からのラマン散乱光、炭化水素からの蛍光、Ｃ−Ｈ結合からのラマン散乱光、水のラマン散乱光などを表すものである。

さらに、Ｆ１は水以外の石炭組成が変化しないとした場合の水分量と、誘電率の関係（図６参照。）に基づいて定まる比誘電率であり、Ｆ２は、水分量が一定とした場合のｉ物質成分変化に伴う補正係数である（図７および図８参照。）

上記の構成によれば、ラマン散乱光測定部４により石炭表面に含まれる水分量が測定されるとともに、シリコンやアルミニウムやカルシウムや鉄などの共存物質の含有比率が測定される。この共存物質は、誘電率測定部２やマイクロ波測定部３による水分量測定に影響を与えるものである。
その一方で、誘電率測定部２やマイクロ波測定部３は、石炭の全体に含まれる水分量を測定することができるが、その値は共存物質の影響を受けた不正確な値である。

その上で、誘電率測定部２やマイクロ波測定部３により測定された石炭全体に含まれる水分量の値を、ラマン散乱光測定部４により測定された共存物質の含有比率を用いて補正することにより、共存物質の影響が取り除かれた石炭全体に含まれる水分量を正確に算出することができる。

さらに、ラマン散乱光測定部４、誘電率測定部２、および、マイクロ波測定部３は、次々と搬送される石炭に含まれる水分等を常時測定することができるため、本実施形態の水分計測装置１も石炭に含まれる水分量を常時測定（オンライン測定）することができる。

〔第１の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について図９から図１２を参照して説明する。
本変形例の水分計測装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ラマン散乱光測定部による測定結果を較正する点が異なっている。よって、本変形例においては、図９から図１２を用いて測定結果の較正に係る構成のみを説明し、その他の構成等の説明を省略する。
図９は、本変形例に係る水分計測装置の全体構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

水分計測装置１には、図９に示すように、誘電率測定部２と、マイクロ波測定部３と、ラマン散乱光測定部１４０と、補正部５と、較正部１６０と、が主に設けられている。

ラマン散乱光測定部１４０は、搬送部１０によって搬送される石炭の表面に含まれる水分量を測定するものであり、石炭に含まれるＳｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｆｅなどの共存物質の含有比率を測定するものでもある。
ラマン散乱光測定部１４０には、レーザ光源４１と、測定部光学系４２と、光検出器４３と、導光部４４と、保護部１４５と、が主に設けられている。

保護部１４５は、光学窓４２Ｂへの石炭の付着を防止し、光学窓４２Ｂに付着した石炭を取り除くものである。さらに保護部１４５は、ラマン散乱光測定部１４０の測定結果の較正にも用いられるものである。
保護部１４５には、供給部１４５Ａと、誘導部１４５Ｂと、が主に設けられている。

供給部１４５Ａは、窒素ガス（Ｎ２ガス（保護気体））およびアルゴンガス（Ａｒガス（較正用気体））を供給するものである。例えば、光学窓４２Ｂへの石炭の付着を防止する等の場合には、窒素ガスを供給し、ラマン散乱光測定部１４０の測定結果の較正を行う場合には、アルゴンガスを供給するものである。

図１０は、図９の測定部光学系の構成を説明する模式図である。
誘導部１４５Ｂは、図１０に示すように、供給部１４５Ａから供給された窒素ガスまたはアルゴンガスを光学窓４２Ｂまで導くものである。
誘導部１４５Ｂは測定部光学系４２を内部に含む筒状の構成を有し、測定部光学系４２との間に供給部１４５Ａから供給された窒素ガスまたはアルゴンガスが流れる流路を形成するものである。誘導部１４５Ｂにおける光学窓４２Ｂ側の端部には開口が形成されている。さらに、誘導部１４５Ｂにおける開口側の端部は、光学窓４２Ｂよりも石炭Ｃ側（図１０の右側）に突出し、かつ、互いに近づく方向に傾斜した形状に形成されている。

較正部１６０は、ラマン散乱光測定部１４０により測定された石炭Ｃに係るラマン散乱光の強度（測定結果）を較正するものである。
較正部１６０には、光検出器４３から窒素ガスから発生したラマン散乱光の測定値、アルゴンガスから発生したラマン散乱光の測定値、石炭Ｃから発生したラマン散乱光の測定値が入力されている。その一方で、較正部１６０から補正部５に、較正部１６０において較正された石炭Ｃから発生したラマン散乱光の測定値が出力されている。
較正部１６０における較正方法については後述する。

次に、本変形例の特徴であるラマン散乱光測定部１４０の測定結果の較正方法について説明する。
本変形例において石炭Ｃのラマン散乱光を測定する場合、図９および図１０に示すように、保護部１４５の供給部１４５Ａから窒素ガスが供給され、誘導部１４５Ｂによって光学窓４２Ｂの周囲に窒素ガスが導かれる。これにより、光学窓４２Ｂへの石炭Ｃの付着が抑制される。さらに、光学窓４２Ｂに付着した石炭Ｃが窒素ガスにより吹き飛ばされる。

その一方で、光学窓４２Ｂから石炭Ｃに向けて出射されたレーザ光は、誘導部１４５Ｂから噴出した窒素ガスにも照射される。そのため、石炭Ｃおよび窒素ガスのそれぞれからラマン散乱光が発生する。
なお、本変形例では波長が５３２ｎｍのレーザ光が出射される例に適用して説明する。

図１１は、保護部から窒素ガスが供給されている際にラマン散乱光測定部に測定されたラマン散乱光を説明するグラフである。図１１に示すグラフの縦軸は、測定されたラマン散乱光の信号強度における相対値を示し、横軸はラマン散乱光の波長（ｎｍ）を示すものである。

石炭Ｃおよび窒素ガスから発生したラマン散乱光を、第１の実施形態と同様に測定すると、図１１に示すグラフが得られる。第１の実施形態と比較して異なるのは、波長が６０７ｎｍ近傍（所定波長）に窒素ガスから発生したラマン散乱光のピークＰＮが存在することである。

ここで、ピークＰＮの強度（高さ）は、測定領域に存在する窒素ガスの濃度に依存するものであり、窒素ガスの濃度は保護部１４５から供給される窒素ガスの濃度や流量により定まるものである。
さらに、窒素ガスは上述のように光学窓４２Ｂの汚れ防止の他に、測定部光学系４２などの冷却を行うものでもある。

ラマン散乱光測定部１４０の測定結果を較正する場合、供給部１４５Ａから供給されるガスが窒素ガスからアルゴンガスに切り替えられる。そのため、誘導部１４５Ｂから噴出されるガスもアルゴンガスに切り替えられ、測定領域に存在する窒素ガスもアルゴンガスに置き換えられる。

図１２は、保護部からアルゴンガスが供給されている際にラマン散乱光測定部に測定されたラマン散乱光を説明するグラフである。
アルゴンガスは窒素ガスとことなりレーザ光が照射されてもラマン散乱光を発生しない。そのため、供給部１４５Ａからアルゴンガスが供給された際に発生するラマン散乱光を測定すると、図１２に示すグラフが得られる。図１１に示すグラフと比較して異なるのは、窒素ガスから発生されたラマン散乱光のピークＰＮが消えていることである。

供給部１４５Ａから窒素ガスが供給されている場合と、アルゴンガスが供給されている場合のラマン散乱光を測定した結果は較正部１６０に入力される。較正部１６０では、窒素ガスに係るピークＰＮの波長におけるラマン散乱光の強度差が算出され、取得される。

ここで、当該ラマン散乱光の強度差は、測定領域における窒素ガスの濃度によって値が変化するものであり、窒素ガスの濃度は供給部１４５Ａから供給される窒素ガスの濃度および流量により制御できるものである。つまり、窒素ガスの濃度を一定に保っている状態で、当該ラマン散乱光の強度差の値が変化している場合には、光学窓４２Ｂの汚れ等により光学窓４２Ｂおける光透過率が変化している等の原因が考えられる。

ピークＰＮの波長におけるラマン散乱光の強度差が取得されると、較正部１６０では、石炭Ｃから発生したラマン散乱光の測定結果の較正を行う。具体的には、図１１のグラフに示すラマン散乱光の測定結果（ラマン散乱強度の分布）を上述のラマン散乱光の強度差によって除算することにより較正を行う。言い換えると、ラマン散乱光の測定結果、特にラマン散乱強度を、測定領域に存在する石炭Ｃの量に比例したものに較正する。

その後、較正後のラマン散乱光の測定結果（石炭Ｃから発生したラマン散乱光の測定結果）は、較正部１６０から補正部５に出力される。補正部５では、較正後のラマン散乱光の測定結果を用いて、第１の実施形態と同様に、石炭Ｃに含まれる水分量の補正が行われる。

上記の構成によれば、水分計測装置１の測定領域に存在する石炭Ｃの量を把握することができ、石炭Ｃ料に含まれる水分量（石炭Ｃの含水率）を正確に測定することができる。
一般に、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３により測定されるのは、水分計測装置の測定領域（誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３の測定領域）に存在する水分量であり、測定領域に存在する石炭Ｃの量は測定されない。そのため、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３の測定結果に基づいて、石炭Ｃに含まれる水分量、言い換えると含水率を得ることはできない。
その一方で、ラマン散乱光測定部１４０は、上述の測定領域に存在する石炭Ｃの量を測定することができる。そのため、誘電率測定部２およびマイクロ波測定部３により測定された測定領域に存在する水分量と、ラマン散乱光測定部１４０により測定された石炭Ｃの量と、に基づいて石炭Ｃの含水率を求めることができる。

さらに、窒素ガスおよびアルゴンガスから発生し、ラマン散乱光測定部１４０に測定されたラマン散乱光におけるピークＰＮの波長における強度差を用いて、石炭Ｃから発生し、ラマン散乱光測定部１４０に測定されたラマン散乱光の強度を較正することにより、上述の測定領域に存在する石炭Ｃの量をより正確に求めることができる。
つまり、ラマン散乱光測定部１４０における光学窓４２Ｂの光透過率が変化すると、ラマン散乱光測定部１４０により測定された石炭Ｃに係るラマン散乱光の強度も変化するため、上述の測定領域に存在する石炭Ｃの量を正確に求めることができない。
そこで、ラマン散乱光測定部１４０で測定された窒素ガスおよびアルゴンガスから発生したラマン散乱光におけるピークＰＮの波長における強度差を求め、当該強度差を用いて測定された石炭Ｃに係るラマン散乱光の強度を較正することにより、光学窓４２Ｂにおける光透過率が変化しても、上述の測定領域に存在する石炭Ｃの量を正確に求めることができる。

その他に、保護部１４５から光学窓４２Ｂを保護する窒素ガスが流されるため、光学窓４２Ｂへの石炭Ｃの付着が阻害される。あるいは、光学窓４２Ｂに付着した石炭Ｃが吹き飛ばされる。そのため、窒素ガスが流されない場合と比較して、光学窓４２Ｂにおける光透過率低下を抑制することができる。

なお、上述の実施形態のように保護部１４５から供給されるガスは、窒素ガスおよびアルゴンガスの組み合わせであってもよいし、所定波長におけるラマン散乱強度が異なるガスの組み合わせを用いてもよく、特に限定するものではない。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る乾燥装置ついて図１３を参照して説明する。
図１３は、本実施形態に係る乾燥装置の構成を説明する模式図である。

本実施形態では本発明の乾燥装置１００を、例えば石炭焚きボイラを有する火力発電所や、石炭ガス化炉を有する石炭ガス化複合発電設備における石炭（固体燃料）を乾燥させるものに適用して説明する。
乾燥装置１００には、クラッシャー１１０と、水分測定装置１と、乾燥部１２０と、が主に設けられている。

クラッシャー１１０が外部から供給された石炭を所定の大きさに粉砕するものであり、粉砕した石炭を石炭だきボイラや、石炭ガス化炉などに供給するものである。なおクラッシャー１１０としては公知の構成のものを用いることができ、特に限定するものではない。さらに、石炭を粉砕するものであればよく、例えばクラッシャー１１０の代わりに石炭ミルを用いてもよく、特に限定するものではない。

乾燥部１２０は、クラッシャー１１０により粉砕された石炭に含まれる水分の一部を取り除き、石炭に含まれる水分量を所定範囲に調節するものである。
乾燥部１２０には、流動槽１２１と、蒸気配管１２２と、蒸気供給部１２３と、が主に設けられている。

流動槽１２１は内部を粉砕された石炭が流動する容器であり、さらに高温の蒸気が流れる蒸気配管１２２が内部に配置された容器である。流動槽１２１の下部にはクラッシャー１１０とつながり、流動槽１２１に粉砕された石炭を供給する搬送配管が接続されている。さらに流動槽１２１の上部には流動槽１２１の内部を流動した石炭が流動槽１２１から流出する搬送配管が接続されている。

蒸気配管１２２は内部に高温の蒸気が流れる配管であって、流動槽１２１の内部に配置された配管である。さらに蒸気配管１２２は流動槽１２１内部を流動する石炭に熱を伝え、石炭に含まれる水分を気化させるものでもある。
蒸気配管１２２には、高温の蒸気を供給する蒸気供給部１２３が接続されている。

蒸気供給部１２３は、蒸気配管１２２に例えば１５０℃の高温蒸気を供給するものである。
蒸気供給部１２３から供給される蒸気の温度および流量は、流動槽１２１の上流側に配置された水分計測装置１、および、下流側に配置された水分計測装置１の計測結果に基づいて制御されるものである。

石炭の流れにおける流動槽１２１の上流側、言い換えると、流動槽１２１とクラッシャー１１０との間に配置された水分計測装置１は、乾燥部１２０により乾燥される前の石炭に含まれる水分量を計測するものである。
その一方で、石炭の流れにおける流動槽１２１の下流側に配置された水分計測装置１は、乾燥部１２０により乾燥された後の石炭に含まれる水分量を計測するものである。

上記の構成からなる乾燥装置１００による石炭の乾燥方法について説明する。
乾燥装置１００に石炭が供給されると、石炭はクラッシャー１１０により所定の大きさに粉砕される。粉砕された石炭は乾燥部１２０に向かって搬送され、その途中で、水分計測装置１により乾燥前の石炭に含まれる水分量が計測される。

その後、石炭は乾燥部１２０の流動槽１２１に流入する。流動槽１２１の内部で石炭は蒸気配管１２２の内部を流れる高温蒸気から熱を受け取り、石炭に含まれる水分は蒸発し気化する。言い換えると石炭は乾燥される。
乾燥された石炭は流動槽１２１から流出し、下流側に配置された水分計測装置１により乾燥後の水分量が計測される。

蒸気供給部１２３には、流動槽１２１の上流側および下流側に配置された水分計測装置１により計測された石炭の水分量に基づいて、上記の温度や流量を制御する制御信号が入力される。さらに、流動槽１２１には、石炭が内部に滞留する時間を制御する制御信号が入力される。

具体的には、乾燥前の石炭に含まれる水分量が多いため、乾燥部１２０で多くの水分を蒸発させる必要がある場合には、蒸気供給部１２３に、蒸気温度を高くしたり、蒸気流量を増やしたりする制御信号が入力される。また、流動槽１２１には石炭の滞留時間を長くする制御信号が入力される。

その一方で、乾燥前の石炭に含まれる水分量が少なく、乾燥部１２０で蒸発させる水分量を抑制する必要がある場合には、蒸気供給部１２３に、蒸気温度を低くしたり、蒸気流量を減らしたりする制御信号が入力される。また、流動槽１２１には石炭の滞留時間を短くする制御信号が入力される。

上記の構成によれば、第１の実施形態に係る水分計測装置１が設けられているため、乾燥前の石炭と、乾燥後の石炭とに含まれる水分量をオンライン計測することができる。
さらに、オンライン計測したこれら石炭に含まれる水分量に基づいて乾燥部１２０を制御するため、乾燥後の石炭に含まれる水分量の制御が容易になる。
その結果、乾燥後の石炭を搬送する際に、石炭同士が粘着することを防止することができ、石炭のハンドリング特性を向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、本発明の水分計測装置１を石炭の水分量を計測する例に適用して説明したが、水分量を測定する対象としは、石炭の他に、スラッジ（汚泥）であってもよく、特に限定するものではない。
スラッジの場合、乾燥後のスラッジに水分が多く含まれていると、当該スラッジが凝縮して、正常な搬送が阻害されるという問題があります。つまり、スラッジを搬送する機器であるハンドリング機器の正常な動作を確保できなくなり、スラッジに関するプラント全体が停止（トリップ）するなどのトラブルが発生するという問題があります。
上述のように本発明の水分計測装置１を用いてスラッジの水分量を計測することにより、上述の問題発生を防止できる。

１水分計測装置
２誘電率測定部
３マイクロ波測定部
４，１４０ラマン散乱光測定部
５補正部
１００乾燥装置
１２０乾燥部
１６０較正部
１４５保護部

Claims

固体燃料に含まれる水分量を計測する水分計測装置であって、
前記固体燃料に測定光を照射してラマン散乱光を計測するラマン散乱光測定部と、
前記固体燃料の誘電率に基づいて前記固体燃料に含まれる水分量を測定する誘電率測定部、および、前記固体燃料にマイクロ波を照射して前記固体燃料を透過する前記マイクロ波を測定することにより前記固体燃料に含まれる水分量を測定するマイクロ波測定部の少なくとも一方と、
前記誘電率測定部および前記マイクロ波測定部の少なくとも一方により測定された前記固体燃料に含まれる水分量を、前記ラマン散乱光測定部の測定結果を用いて補正する補正部と、
が設けられていることを特徴とする水分計測装置。
前記ラマン散乱光測定部における前記測定光が出射される領域、および、前記ラマン散乱光が入射する領域を保護する保護気体を流す保護部と、
前記ラマン散乱光測定部により測定された前記保護気体のラマン散乱光と、前記保護気体とは所定波長におけるラマン散乱強度が異なる較正用気体を前記保護部に供給して前記ラマン散乱光測定部により測定された前記較正用気体のラマン散乱光と、の間の所定波長におけるラマン散乱強度の差を取得し、該ラマン散乱強度の差を用いて前記ラマン散乱光測定部の測定結果を較正する較正部と、
が更に設けられ、
前記補正部は、前記較正部により構成された前記測定結果を用いて、前記誘電率測定部および前記マイクロ波測定部の少なくとも一方により測定された前記固体燃料に含まれる水分量を補正することを特徴とする請求項１記載の水分計測装置。
請求項１または２に記載の水分計測装置と、
前記固体燃料に含まれる水分を取り除く乾燥部と、
が設けられ、
前記水分計測装置は、前記乾燥部に搬入される固体燃料、および、搬出された固体燃料に含まれる水分量を計測し、
前記乾燥部は、前記搬送される固体燃料、および、前記搬出された固体燃料に含まれる水分量に基づいて制御されることを特徴とする乾燥装置。