JP2013057048A - チャー回収装置及びチャー供給ホッパ - Google Patents

Abstract

【課題】チャーの計測を簡易に行うことができるチャー回収装置及びチャー供給ホッパを提供する。
【解決手段】分離されたチャー５５をガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体５３ａと、前記チャー供給ホッパ本体５３ａの底部で連通し、鉛直軸方向に設けたチャー連通管１１１と、チャー供給ホッパ本体５３ａの底部側に設けられ、内部に流動ガス１１２を供給する流動ガス供給手段と、前記流動ガス１１２の供給によりチャー供給ホッパ５３内のチャーのレベルＨ₁と、同一レベルＨ₂になったチャー連通管１１１内に、γ線を照射する線源部１０１と、チャー連通管１１１の鉛直軸方向に沿って設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器１０２とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭素質原料のガス化設備のチャー回収装置及びチャー供給ホッパに関するものである。

炭素質原料のガス化設備は、炭素質原料を酸素又は水蒸気などを含むガス化剤によりＣＯ，Ｈ₂等を主成分とするガスに転換する設備である。

従来の炭素質原料のガス化設備は、一般的に、炭素質原料供給装置、ガス化炉、チャー回収装置で構成されている。炭素質原料は窒素などの搬送ガスにより、ガス化炉に供給されると共に、ガス化剤（空気、酸素富化空気、酸素、水蒸気など）が供給され、ガス化炉で炭素質原料が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスは、チャー回収装置にて、炭素含質原料の未反応分（チャー）が除去される。

上述した炭素質原料のガス化設備におけるチャー回収装置は、ガス化炉で生成された生成ガスから、複数段の集塵装置を用いて含有するチャーを除去している。そして、回収したチャーは、チャー供給装置により、所定量ずつガス化炉に戻している。即ち、ここにビンシステムが適用されている。一般的なビンシステムは、１つ（もしくは複数個）のビンと、各集塵装置で回収したチャーをこのビンに排出する複数のチャー排出ラインと、ビンに回収したチャーを複数（または１つ）のホッパに供給する複数のチャー供給ラインとを有している。
なお、従来のチャー回収装置としては、下記特許文献１〜３に記載されたものがある。

ところで、チャー回収装置は、プラント容量増加による通気ガス量の増大に対応する為、複数基の構成が必要となる。また、チャー供給ホッパについても、容量の増加によるチャー流量の増大に対応するため、複数基のホッパを設置する必要がある。
さらに、各機器の信頼性確保を考えた場合、チャー供給ホッパの場合、最小構成基数２つのホッパ構成から３つのホッパ構成及び４つのホッパ構成・・・等と増大する必要がある。

上記ホッパ構成を実現するためには、チャー回収装置と、チャー分離手段からのチャーを貯めるチャービンとを払出管で接続する必要がある。
ここで、チャー回収装置とチャービンの間にはバルブを設置する場合もある。この場合、チャービン出口に仕切弁を、供給ホッパ入口に気密弁を接続する必要がある。また、同ホッパ間の熱伸びを吸収するために伸縮継ぎ手(エクスパンションジョイント)を設置している。

ここで、チャー回収装置で回収したチャーは、チャー供給ホッパに受け入れた後、同ホッパ圧力をガス化炉圧力より規定圧力加圧し、ガス化炉へ再投入させている。
この回収チャーをガス化炉へ再投入にするに当たり、チャーの回収量とチャーの供給量とを略バランスするように運転制御するため、全てのチャー供給ホッパにロードセルを設置しチャー重量を計測していた。

特許第３０５４７８８号公報 特許第３６５２８４８号公報 特開２００６−０６３０９８号公報 特開２００２―０１３９７３号公報

しかし、チャー供給ホッパ自体の重量に較べて、計測対象のチャーの重量は僅かであるので、高い計測精度を要していた。
この重量計測のため、チャービンとチャー供給ホッパの接続管には伸縮継手を設置していた。
さらに、計測精度を向上させるために、ホッパ圧力による反力や、ホッパ間伸び差による荷重他を吸収したり、補正、計測するための圧力均衡型伸縮継手等の機器・制御を適用している（特許文献４）。

ここで、例えばチャーの受け入れを５０ｔ／ｈとする場合、圧力容器とする必要があるので、厚さ１０ｃｍ、直径５．５ｍ、高さが約８ｍの約１６０ｔの重さのチャー供給ホッパが必要になると共に、それにかかる継ぎ手の外力が８０ｔにもなるが、計測するチャーは１．３ｋｇ／０．１秒（１３ｋｇ／秒）という僅かな値であり、これを正確に測定する必要がある。

よって、チャーの計測を重量計測で行うには、多大な装置構成及び精度の高い計測が必要となるので、将来のガス化炉の大型化に備えて、チャー供給ホッパへのチャーの計量を、重力計測以外の方法で行うことが切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、チャーの計量を簡易に行うことができるチャー回収装置及びチャー供給ホッパを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、炭素質原料をガス化炉でガス化して生成された生成ガスから炭素質原料の未反応分のチャーを回収するチャー回収装置であって、生成ガスからチャーを分離する分離手段と、分離されたチャーを回収するチャービンと、回収されたチャーを少なくとも一つのチャー供給ホッパに供給するチャー排出ラインと、前記チャー供給ホッパよりチャーをガス化炉側へ搬送するチャー搬送ラインとを有し、前記チャー供給ホッパ内のチャー変化量（供給量／排出量）の計測を、空間内堆積量を測定する容積計測により行うことを特徴とするチャー回収装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、チャーの容積を、放射線を用いた非接触式のレベル計で計測することを特徴とするチャー回収装置にある。

第３の発明は、第２の発明において、非接触式のレベル計が、γ線を照射する線源部と、照射されたγ線を検出するγ線検出器とを有することを特徴とするチャー回収装置にある。

第４の発明は、第２又は３の発明において、非接触式のレベル計による計測の際、チャーの流動化状態又は炭素質原料の種類により、チャー量の校正をする基準レベル計を有することを特徴とするチャー回収装置にある。

第５の発明は、分離されたチャーをガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体と、前記チャー供給ホッパ本体の底部で連通し、鉛直軸方向に設けた連通管と、チャー供給ホッパ本体の底部側に設けられ、内部に流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、前記流動ガスの供給によりチャー供給ホッパ本体内のチャーのレベルと、同一レベルになったチャー連通管内にγ線を照射する線源部と、チャー連通管の鉛直軸方向に沿って設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器とを有することを特徴とするチャー供給ホッパにある。

第６の発明は、分離されたチャーをガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体と、チャー供給ホッパ本体の側壁から挿入される第１の鞘管と、前記第１の鞘管内に設けられ、チャー供給ホッパ本体内部にγ線を照射する線源部と、前記第１の鞘管の鉛直軸方向の上下方向の少なくとも一方に設けられ、チャー供給ホッパ本体の側壁から挿入される第２の鞘管と、前記第２の鞘管内に設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器とを有することを特徴とするチャー供給ホッパにある。

第７の発明は、第６の発明において、第１の鞘管及び第２の鞘管に冷却手段を有することを特徴とするチャー供給ホッパにある。

第８の発明は、第５の発明において、前記チャー連通管に一対のγ線線源部とγ線検出部とを鉛直方向に、複数設置し、流動ガスの導入側の一対のγ線線源部とγ線検出部とからなるレベル計を基準計測レベル計とし、この基準計測レベル計のチャー計測領域に常にチャーが充填されていることを特徴とするチャー供給ホッパにある。

第９の発明は、第６又は７の発明において、前記チャー供給ホッパ本体内の下部に、一対のγ線線源部とγ線検出部とからなる基準計測レベル計を設けると共に、γ線線源部とγ線検出部とのチャー計測領域に常にチャーが充填されていることを特徴とするチャー供給ホッパにある。

本発明によれば、チャー回収装置のチャー供給ホッパの重量をロードセルにより計測することなく、容積（レベル）を計測することで、簡易なチャー供給装置構成により、チャー系システム内のチャー総体積を一定とするようにチャーをガス化炉に再投入することが可能となる。

図１は、チャー回収装置を有する石炭ガス化複合発電設備の概略図である。 図２は、実施例２に係るチャー供給ホッパの概略図である。 図３は、γ線の計測の一例を示す概略図である。 図４は、実施例３に係るチャー供給ホッパの概略図である。 図５は、線源部を有する第１の鞘管の概略図である。 図６は、γ線検出器を有する第２の鞘管の概略図である。 図７は、γ線検出器を有する第２の鞘管の他の概略図である。 図８は、γ線を用いた計測のγ線信号と、レベルとの関係を示す図である。 図９は、複数(３台)のチャー供給ホッパを用いたチャー回収装置の概略図である。 図１０は、３台のチャーの供給・保管・払出状態を示す概略図である。 図１１は、ホッパ内重量（ｔ）とホッパ内レベル（ｍ）との関係について、チャーの流動化無しの状態と、流動化有りの状態とにおける関係図である。 図１２は、一台のチャー供給ホッパの供給給・保管・払出状態を、流動化状態を考慮した変化を示す概略図である。 図１３は、実施例４に係るチャー供給ホッパの概略図である。 図１４は、チャーの流動化無しの状態と、流動化有りの状態とにおけるγ線信号と、レベルとの関係を示す図である。 図１５は、実施例４に係る他のチャー供給ホッパの概略図である。 図１６は、実施例４に係る他のチャー供給ホッパの概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係るチャー回収装置を有する石炭ガス化複合発電設備について、図面を参照して説明する。図１は、チャー回収装置を有する石炭ガス化複合発電設備の概略図である。

実施例１において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、原料炭である石炭等が微粉化された微粉炭３１を供給する微粉炭供給設備３０と、微粉炭３１を供給してガス化し生成ガス（可燃性ガス）１１Ａを生成する石炭ガス化炉１４と、ガス化ガスである生成ガス１１Ａ中のチャー５５を回収するチャー回収装置５０と、チャー５５が分離された生成ガス１１Ｂを精製するガス精製装置１６と、精製された燃料ガス１１Ｃを燃焼させてタービンを駆動するガスタービン設備１７と、前記ガスタービン設備１７からのタービン排ガス８０を導入する排熱回収ボイラ（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）２０で生成した蒸気８１により運転される蒸気タービン（ＳＴ）設備１８と、前記ガスタービン設備１７及び／又は前記蒸気タービン設備１８と連結された発電機（Ｇ）１９とを具備している。

本実施例に係る微粉炭供給設備３０は、図示しない原炭バンカからの原炭（例えば石炭、褐炭等）を粉砕し、微粉炭３１とされたものを石炭ガス化炉１４に微粉炭バンカ３２より供給している。

石炭ガス化炉１４は、微粉炭バンカ３２から供給される微粉炭３１が供給可能である。

即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気３７が供給可能となっている。空気分離装置４２は、大気中の空気４０から窒素（Ｎ₂）と酸素（Ｏ₂）を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５に、チャー回収装置５０から回収されたチャー５５をチャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂから戻すチャー排出ライン５６Ａ、５６Ｂが接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素（Ｎ₂）は、微粉炭３１やチャー５５の搬送用ガスとして利用され、酸素（Ｏ₂）は、酸化剤として利用される。

ここで、本実施例では、チャー５５を石炭ガス化炉１４に供給しているが、チャー回収装置５０で回収されたチャー５５を微粉炭３１に混合して石炭ガス化炉１４内に供給するようにしてもよい。

石炭ガス化炉１４は、例えば噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された微粉炭３１、チャー５５、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、一酸化炭素を主成分とする生成ガス１１Ａを発生させ、この生成ガス１１Ａをガス化剤としてガス化反応を生じさせている。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭３１の混入した溶融スラグ等の異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。
本例では、石炭ガス化炉１４として噴流床ガス化炉を例示しているが、本発明は、これに限定されず、例えば流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置５０に向けて生成ガス１１Ａのガス生成ライン４９が設けられており、チャー５５を含む生成ガス１１Ａが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を別途設けることで、生成ガス１１Ａを所定温度まで冷却してからチャー回収装置５０に供給するようにしてもよい。

チャー回収装置５０は、生成ガス１１Ａ中の微粉炭３１の未反応分のチャー５５を分離する分離手段５１と、分離されたチャー５５を回収するチャービン５２と、回収されたチャー５５を本実施例では２つのチャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂに供給するチャー排出ライン５４Ａ、５４Ｂと、前記チャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂよりチャー５５をガス化炉側へ搬送するチャー排出ライン５６Ａ、５６Ｂとを有する。

本実施例では、前記チャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂ内へのチャー５５チャー変化量（供給量／排出量）の計測を、空間内堆積量を測定する容積計測により行うようにしている。

すなわち、チャー回収装置５０のチャー量を、従来のようなチャー供給ホッパの重量を計測するのではなく、容積（レベル）計測とすることにより、本来計測しようとする粉体の重量に対して、非常に重いホッパ重量を含んだ重量計測をする必要が無くなることとなる。

本例では、チャー容積を、チャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂ内のチャーレベルを非接触式のレベル計で計測し、同レベルから容積を計算するようにしている。
ここで、チャーレベルの計測は、静電容量式もしくはγ線を利用したレベル計により計測するのが好ましいが、本願発明はこれらに限定されず、容積を測定する手段であればいずれでもよい。

γ線を用いたレベル計は、γ線を照射する線源部と、照射されたγ線を検出するγ線検出器とから構成される。
例えば高さ８ｍのチャー供給ホッパで、５０ｔ／ｈのチャー供給のレベルを計測する場合、０．２３ｍｍ／０．１秒（２．３ｍｍ／秒）を計測すれば良いので、正確な容量計測が可能となる。

この結果、チャー回収装置５０のチャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂの重量をロードセルにより計測することなく、容積（レベル）を計測することで、チャー系システム内のチャー総体積を一定とするようにチャーをガス化炉に再投入する制御とすることが可能となる。

よって、本発明のチャー回収装置５０によれば、チャー重量を正確に計測するための例えば架台・配管等の簡素化、ホッパ構成・設置等が容易となる。
具体的には、加重で撓まない強固な架台、複数個のロードセルに均一加重を掛けるための配置構成、圧力反力を吸収・補正するための為の圧力均衡型継ぎ手、熱伸びによる加重を計測するための特殊ロードセル等が全て不要となり、初期設置費用の低廉化を図ることができる。

また、分離手段５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された生成ガス１１Ａに含有するチャー５５を分離することができる。そして、チャー５５が分離された生成ガス１１Ａは、ガス排出ライン５９を通してガス精製装置１６に送られる。チャー供給ホッパ５３Ａ，５３Ｂは、集塵装置５１で生成ガス１１Ａから分離されたチャー５５を貯留するものである。なお、チャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂからのチャー排出ライン５６Ａ、５６Ｂは、第２窒素供給ライン４５に接続されている。

ガス精製装置１６は、チャー回収装置５０によりチャー５５が分離された生成ガス１１Ｂに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１６は、チャー５５が分離された生成ガス１１Ｂを精製して燃料ガス１１Ｃを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャー５５が分離された生成ガス１１Ｂ中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、例えばアミン吸収液等によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気３７とガス精製装置１６から供給された燃料ガス８０とを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガス８０により回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気４０と高温の排ガス８１との間で熱交換を行うことで、蒸気８２を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン６９との間に蒸気８２を供給する蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気８１によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。

そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガス８３は、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガス８３Ａは、煙突７５から大気へ放出される。

ここで、実施例１の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。

実施例１の石炭ガス化複合発電設備１０において、微粉炭バンカ３２に貯留された微粉炭３１は、空気分離装置４２から供給される窒素により乾燥炭供給ライン３５を通して石炭ガス化炉１４に供給される。また、後述するチャー回収装置５０で回収されたチャー５５が、空気分離装置４２から供給される窒素によりチャー戻しライン４６を通して石炭ガス化炉１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７から抽気された圧縮空気３７が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。

石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭３１及びチャー５５が圧縮空気（酸素）３７により燃焼し、微粉炭３１及びチャー５５がガス化することで、二酸化炭素を主成分とする生成ガス１１Ａを生成することができる。そして、この生成ガス１１Ａは、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン４９を通して排出され、チャー回収装置５０に送られる。

このチャー回収装置５０にて、生成ガス１１Ａは、まず、分離手段５１に供給されることで、ここで生成ガス１１Ａに含有するチャー５５が分離される。そして、チャー５５が分離された生成ガス１１Ａは、ガス排出ライン５９を通してガス精製装置１６に送られる。一方、生成ガス１１Ａから分離した微粒のチャー５５は、チャービン５２を介してチャー供給ホッパ５３Ａ、５３Ｂに堆積され、チャー戻しライン４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置５０によりチャー５５が分離された生成ガス１１Ａは、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガス１１Ｃが製造される。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気３７を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気３７と、ガス精製装置１６から供給される燃料ガス１１Ｃとを混合し、燃焼することで燃焼ガス８０を生成し、この燃焼ガス８０によりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備１７におけるタービン６３から排出された排ガス８１は、排熱回収ボイラ２０にて、空気４０と熱交換を行うことで蒸気８２を生成し、この生成した蒸気８２を蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気８２によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排ガス８３の有害物質が除去され、浄化された排ガス８３Ａが煙突７５から大気へ放出される。

本発明による実施例に係るチャー回収装置で用いるチャー供給ホッパについて、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係るチャー供給ホッパの概略図である。図３は、γ線の計測の一例を示す概略図である。

図２に示すように、実施例２に係るチャー供給ホッパ５３は、分離されたチャー５５をガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体５３ａと、前記チャー供給ホッパ本体５３ａの底部で連通し、鉛直軸方向に設けたチャー連通管１１１と、チャー供給ホッパ本体５３ａの底部側に設けられ、内部に流動ガス１１２を供給する流動ガス供給手段（図示せず）と、前記流動ガス１１２の供給によりチャー供給ホッパ５３内のチャー５５のレベルＨ₁と、同一レベルＨ₂になったチャー連通管１１１内に、γ線を照射する線源部１０１と、チャー連通管１１１の鉛直軸方向に沿って設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器１０２とを有するものである。

本実施例では、チャー供給ホッパ本体５３ａの下部からチャー連通管１１１を設けると共に、チャー連通管１１１の下部からチャー供給ホッパ本体５３ａ内のチャー５５の粒子を流動化させるための流動ガス１１２を投入するための流動ガス供給手段を設置している。
この結果、チャー５５の粒子が流動化されるので、チャー供給ホッパ本体５３ａ内のチャー５５と、チャー連通管１１１内のチャー５５との粉体層レベルとが同一（Ｈ₁＝Ｈ₂）となる。

そして、チャー連通管１１１の内部の粉体層レベルＨ₂を検知するための検知手段として、γ線を照射する線源部１０１と、チャー連通管１１１の鉛直軸方向に沿って設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器１０２とを設置している。

γ（ガンマ）線は、電磁波であり、放射性同位元素の原子核が変化して出てくるものであり、このγ線をγ線検出器１０２で計測することができる。
γ線検出器１０２は、例えばシンチレーション検出器を用いることができ、シンチレータと光電子倍増管とから構成される。

図３に示すように、シンチレータで入射した放射線を発光させ（発光領域）、光電子倍増管によりこの発光した光を光電陰極により電子に変換し、その電子を高電圧によって電気信号を増幅して計測するようにしている。

チャー連通管１１１を挟んで線源部１０１とγ線検出器１０２とが配置される場合、線源部１０１からγ線検出器１０２に向かったγ線が出射され、γ線がγ線検出器１０２に入ると電気信号となって検出される。
そして、チャー５５が存在するときと存在しないときのγ線の透過による密度差を用いて、チャー５５の粉体層レベルＨ₂を計測することができる。

チャー供給ホッパ本体５３ａの容積により、チャー連通管１１１の長さが長くなるので、線源部１０１とγ線検出器１０２とを複数、必要に応じて鉛直軸方向に設けるようにすればよい。

上述した構成にて、供給ホッパ本体５３ａの下部から流動ガス１１２を投入する。
この流動ガス１１２の供給により、チャー供給ホッパ本体５３ａ内のチャー（粉体）５５が流動化し、その結果粉体があたかも液体のように挙動させることが出来る。
チャー供給ホッパ本体５３ａ内のチャー５５が、液体のように挙動するため、ホッパ内のチャー５５の粉体層レベルＨ₁と下部から連通するチャー連通管１１１内のチャー５５の粉体層レベルＨ₂は同じレベルとなる。

ここで、投入する流動ガス１１２は雰囲気条件により以下の形態を取ることが望ましい。
ａ）チャー５５の流動化開始速度以上で、終末速度以下とする。
ｂ）ガス化雰囲気の場合はアシストガス中の酸素濃度３％以下の不活性ガス（例えば窒素）とする。
ｃ）アシストガスを排気する手段（例えば排気管、減圧ライン等）を設置する。

チャー供給ホッパ本体５３ａの下部からチャー連通管１１１を取り出し、該チャー連通管１１１を設置している下部側からチャー５５を流動化させる流動ガス１１２を供給することにより、下部から取り出したチャー連通管１１１内でチャーレベルを計測可能となる。

チャー供給ホッパ５３では、圧力の上昇、ホッパの大型化により、チャー供給ホッパの容器肉厚が厚くなり、その結果外部からの例えばγ線を用いてのレベル検知が難しくなるが、下部から取り出したチャー連通管１１１径を設置にすることにより配管肉厚を薄く設定でき、レベル検知手段による計測が容易となる。
よって、γ線の線量が小さい簡易な計測装置を用いることが可能となり、計測が容易となる。

この結果、従来のようなロードセルによる重量計測によらず、チャー供給ホッパ５３内のチャーの容積を簡易に計測が出来る。
本実施例では、γ線レベル計を用いたが、静電容量式レベル計を設置するようにしてもよい。

本発明による実施例に係るチャー回収装置で用いるチャー供給ホッパについて、図面を参照して説明する。図４は、実施例３に係るチャー供給ホッパの概略図である。図５は、線源部を有する第１の鞘管の概略図である。図６は、γ線検出器を有する第２の鞘管の概略図である。図７は、γ線検出器を有する第２の鞘管の他の概略図である。

図４に示すように、実施例３に係るチャー供給ホッパ５３は、分離されたチャー５５をガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体５３ａと、チャー供給ホッパ本体５３ａの側壁から挿入される第１の鞘管１２１と、前記第１の鞘管１２１内に設けられ、チャー供給ホッパ本体５３ａの内部にγ線を照射する線源部１０１と、前記第１の鞘管１２１の鉛直軸方向の上下方向に設けられ、チャー供給ホッパ本体５３ａの側壁から挿入される第２の鞘管１２２と、前記第２の鞘管１２２内に設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器１０２とを有するものである。
なお、第１及び第２の鞘管１２１、１２２はチャー供給ホッパ本体５３ａの側壁に設けた管台１２３に各々設置されている。

図５に示すように、第１の鞘管１２１内には、線源１０１ａを有する線源部１０１が挿入されている。
図６に示すように、第２の鞘管１２２内には、検出部１０２ａを有するγ線検出器１０２が挿入されている。

チャー供給ホッパ本体５３ａ内の鉛直軸方向に、複数個の圧力を遮蔽する第１及び第２の鞘管１２１、１２２を設置し、鞘管１２１、１２２に粉体層レベルを検知するためのγ線を出射する線源１０１ａを有する線源部１０１と、γ線を検出するγ線検出器１０２とを各々設置した。

線源部１０１とγ線検出器１０２とは、チャー５５のレベル範囲（高さ）に応じて、複数設置するようにしてもよい。

すなわち、レベル範囲が小さい場合は、線源部１０１とγ検出器１０２との１組の構成でもよい。
レベル範囲が１組のレベル計の計測範囲を超えた場合、図４に示すように、γ検出器１０２と線源部（上下に放出孔有）１０１とγ線検出器１０２との構成とする。
上下に放出孔を有する線源部１０１は、図５に示すように、線源１０１ａを中心として鉛直軸方向のだけ開口する放射孔１０１ｂを形成してなり、γ線を上下方向に放射するようにしている。

また、レベル範囲が大きい場合図４に示すγ線検出器１０２と線源部（上下に放出孔有）１０１とγ線検出器１０２との構成の上下方向にさらに線源部１０１を設けるようにすればよい。この際、検出器において、図７に示すように、第２の鞘管１２２内に鉛の仕切り壁１２４を設け、上下方向別々に検出可能なγ線検出器１０２を２台設けるような構成とするようにすればよい。

チャー供給ホッパ本体５３ａの容器側面における上下方向に、管台１２３を複数個設置し、この管台１２３に第１及び第２の鞘管１２１、１２２を設け、鞘管内部に設けた線源部１０１とγ線検出器１０２とからなるレベル計を複数個設置することにより、チャー５５のレベルを非接触で計測が可能となる。

圧力の上昇、ホッパの大型化によりチャー供給ホッパの容器肉厚が厚くなり、その結果外部からのレベル検知が難しくなる場合には、チャー供給ホッパ本体５３ａの側壁に鞘管を設け、該鞘管内にγ線の線源部１０１とγ線検出器１０２とを挿入することにより、配管（鞘管）肉厚が薄く設定でき、レベル検知手段による計測が可能となる。
この結果、従来のようなロードセルによらず供給ホッパ内のチャーの量を計測することが出来る。

さらに、実施例３において、第１及び第２の鞘管１２１、１２２に冷却手段を設けるようにしてもよい。
鞘管の冷却は、冷媒（例えばガス冷却、液体冷却）、電子冷却等を用いることができるが、チャー供給ホッパ本体５３ａ内に設置する第１及び第２の鞘管１２１、１２２の表面温度は同容器内露点以上に制御するものが好ましい。

このように、第１及び第２の鞘管１２１、１２２に冷却手段を設けることにより、チャー温度が高温で検知手段の耐熱温度を超える場合でもチャー５５のレベルを計測することが可能となる。

図８は、γ線を用いた計測のγ線信号と、レベルとの関係を示す図である。図９は、複数(３台)のチャー供給ホッパを用いたチャー回収装置の概略図である。図１０は、３台のチャーの供給・保管・払出状態を示す概略図である。図１１は、ホッパ内重量（ｔ）とホッパ内レベル（ｍ）との関係について、チャー５５の流動化無しの状態と、流動化有りの状態とにおける関係図である。図１２は、一台のチャー供給ホッパの供給給・保管・払出状態を、流動化状態を考慮した変化を示す概略図である。
図８に示すように、図４に示すチャー供給ホッパ５３を用いて、γ線計測した一例であり、縦軸はレベル（％）であり、横軸はγ線信号強度である。
図８中、Ｓ₀は線源部１０１の零点の位置であり、チャーが無い場合には、信号強度が一番高い箇所である。
Ｓmaxはγ線検出器１０２のレベル位置であり、チャーが満杯の状態で、チャーの存在によりγ線は減衰するので信号が一番低い箇所である。
なお、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃・・・は、チャー５５が供給される際における各計測箇所におけるレベルとなる（例えばＳ₁＝１５％、Ｓ₂＝３５％、Ｓ₃＝６０％）。
この計測レベルを予め重量に換算させ、例えば１００％のときに、１ｔとすると、Ｓ₁＝１５％＝０．１５ｔ、Ｓ₂＝３５％＝０．３５ｔ、Ｓ₃＝６０％＝０．６０ｔとなり、重量換算が可能となる。

ところで、チャー供給ホッパ５３にチャーを供給する場合には、そのままホッパの内部にチャー５５を連続して供給している。
これに対し、チャー５５をライン４６を介してガス化炉へ払い出す場合には、チャー５５の供給性を良好とするために、流動化させた状態で払い出しを行うようにしている。

具体的には、図９に示すように、チャー供給ホッパ５３が３台（第１ホッパ５３Ａ、第２ホッパ５３Ｂ、第３ホッパ５３Ｃ）設けている場合、図１０に示すように、各ホッパで供給、保管、払い出しという工程が交互に繰り返される。
例えば図１０において、第１ホッパ５３Ａではチャー５５の供給が完了され、保管状態であり、第２ホッパＢではチャー５５が供給されている状態であり、第３ホッパ５３Ｃではチャー５５が払い出されている状態であり、これらが交互に供給、保管、払い出しが繰り返される。
そして、第３ホッパ５３Ｃでチャー５５が払い出された分だけ、第２ホッパ５３Ｂ内部にチャーを供給し、払い出し量と供給量との両者の量を常に一定にしてバランスをとっている。

ここで、払い出しの際に、チャー５５の流動性を良好とするために、流動ガス１１２を第１ホッパＡ内に供給している。この流動化の結果、保管されていたチャー５５の内部にガスが供給される結果、図１１に示すように、チャー嵩が増え、ホッパ内のレベルが増大することとなる。

具体的には、図１２に示すように、第１ホッパ５３Ａに注目すると、ホッパ内のレベルは、静置状態では、一定であるが、流動ガス１１２を供給して、流動化が開始されると、そのレベルが上昇し、単にレベルの値を計測するだけでは、実際の払い出し量（重さ）を確認することができなくなる。
そこで、流動化状態における検量線を予め求めおき、現在の実際のチャーの量（重さ）を確認しつつ、払い出し量を確認しつつ、第２ホッパ５３Ｂ内にチャーの供給を行うようにしている。

この嵩変動は、チャーを流動化させる流動ガスの流速、微粉炭原料の組成の変化により変動するので、予め複数の流動化状態に対応させた検量線を求めておき、微調整することが望ましい。

本発明による実施例に係るチャー回収装置で用いるチャー供給ホッパについて、図面を参照して説明する。図１３は、実施例４に係るチャー供給ホッパの概略図である。図１４は、チャーの流動化無しの状態と、流動化有りの状態とにおけるγ線信号と、レベルとの関係を示す図である。
図１５及び図１６は、実施例４に係る他のチャー供給ホッパの概略図である。
図１３に示すチャー回収装置では、チャー供給ホッパ５３の下部側において、一対のγ線線源部２０１とγ線検出部２０２とからなる基準計測レベル計を設けると共に、γ線線源部２０１とγ線検出部２０２とのチャー計測領域に常にチャー５５が充填されているようにしている。

そして、チャーの流動化が開始された際に、一対のγ線線源部２０１とγ線検出部２０２との基準信号を求めて、図１４に示すような流動化開始前と流動化開始後との基準信号曲線Ａと流動状態信号曲線Ｂとを求める。
チャーの流動化がなされると嵩高となり、γ線の信号減衰量が流動化していない状態よりも低くなる。

そして、図１４において、流動状態信号曲線Ｂのレベル最大（Ｌ_Bmax）が、基準信号曲線Ａにおけるレベル７５％相当であると換算し、流動化状態でのγ線信号Ｓ_Bmax減衰量より流動化状態の新の重さを校正する。
これは、一対のγ線線源部２０１とγ線検出部２０２との距離が既知であるため、この間にチャー粒子がいる場合の信号を基準として、他の検出器における信号を補正可能としている。
この結果、より精度の高いレベル（ホッパ内堆積）の計測が可能となり、運転状態によるホッパ内レベル変化（重量変化は変わらない）を補正し、運転制御を安定、円滑にすることができる。

図１４では、流動化して嵩高となると、レベルが７５％となるので、例えば１００％のときに、１ｔとすると、Ｓ_max＝７５％＝０．７５ｔとなり、真の重量換算が可能となる。
このように、基準計測レベル計を設置することで、チャーを流動化させる流動ガスの流速、微粉炭原料の組成の変化により変動した場合に、迅速に対応することができる。

図１３は、チャー供給ホッパ５３の下部側において、一対のγ線線源部２０１とγ線検出部２０２とからなる基準計測レベル計は、γ線線源部２０１とγ線検出部２０２とのチャー計測領域には常にチャー５５が充填されているようにしている。

図１３の基準計測レベル計は、一対のγ線線源部２０１とγ線検出部２０２とが上下方向に設置しているが、図１５の基準計測レベル計は、水平方向に設置している。
図１５に示すように、基準レベル計は、一対の基準γ線線源部２０１と基準γ線検出部２０２とが鉛直方向に直交する方向に設置しているので、チャー５５が充填される位置を下げることができる。
この結果、ホッパの有効容量をさらに増大させることができる。

また、図１６の基準計測レベル計のように、基準レベル計として一対の基準γ線線源部２０１と基準γ線検出部２０２とが鉛直方向に直交する方向に設置していると共に、計測用の線源部１０１と、計測用のγ線検出器１０２を設置し、レベル計測と流動化時の構成用の計測とを別々とするようにしている。
これにより、校正用のγ線の計測を独立として、レベル用の信号計測と校正用のレベル計測とを別々にすることができる。

また、図２に示すチャー連通管１１１の計測においても、同様にすることができる。
例えば、チャー供給時の流動化量と、チャー払い出しの流動化量に差があるような場合には、チャー連通管に一対のγ線線源部１０１とγ線検出部１０２とを鉛直方向に、複数設置し、流動ガス１１２の導入側の一対のγ線線源部１０１とγ線検出部１０２とからなるレベル計を基準計測レベル計２００とし、この基準計測レベル計２００のチャー計測領域に常にチャー５５が充填されているようにすることで、流動状態の変化に応じて、チャーのレベルを校正し、真のチャー重量を求めるようにしてもよい。

１０ 石炭ガス化複合発電設備
１４ 石炭ガス化炉
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
５０ チャー回収装置
５３、５３Ａ、５３Ｂ チャー供給ホッパ
５３ａ チャー供給ホッパ本体
５５ チャー
１０１ 線源部
１０１ａ 線源
１０２γ線検出器
１１１ チャー連通管
１１２ 流動ガス
１２１ 第１の鞘管
１２２ 第２の鞘管

Claims (9)

1. 炭素質原料をガス化炉でガス化して生成された生成ガスから炭素質原料の未反応分のチャーを回収するチャー回収装置であって、
   生成ガスからチャーを分離する分離手段と、
   分離されたチャーを回収するチャービンと、
   回収されたチャーを少なくとも一つのチャー供給ホッパに供給するチャー排出ラインと、
   前記チャー供給ホッパよりチャーをガス化炉側へ搬送するチャー搬送ラインとを有し、
   前記チャー供給ホッパ内のチャー量（供給量／排出量）計測を、空間内堆積量を測定する容積計測により行うことを特徴とするチャー回収装置。
2. 請求項１において、
   チャーの容積を、放射線を用いたレベル計で計測することを特徴とするチャー回収装置。
3. 請求項２において、
   レベル計が、γ線を照射する線源部と、
   照射されたγ線を検出するγ線検出器とを有することを特徴とするチャー回収装置。
4. 請求項２又は３において、
   レベル計による計測の際、チャーの流動化状態又は炭素質原料の種類により、チャー量の校正をする基準レベル計を有することを特徴とするチャー回収装置。
5. 分離されたチャーをガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体と、
   前記チャー供給ホッパ本体の底部で連通し、鉛直軸方向に設けた連通管と、
   チャー供給ホッパ本体の底部側に設けられ、内部に流動ガスを供給する流動ガス供給手段と、
   前記流動ガスの供給によりチャー供給ホッパ本体内のチャーのレベルと、同一レベルになったチャー連通管内にγ線を照射する線源部と、
   チャー連通管の鉛直軸方向に沿って設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器とを有することを特徴とするチャー供給ホッパ。
6. 分離されたチャーをガス化炉側へ供給するチャー供給ホッパ本体と、
   チャー供給ホッパ本体の側壁から挿入される第１の鞘管と、
   前記第１の鞘管内に設けられ、チャー供給ホッパ本体内部にγ線を照射する線源部と、
   前記第１の鞘管の鉛直軸方向の上下方向の少なくとも一方に設けられ、チャー供給ホッパ本体の側壁から挿入される第２の鞘管と、
   前記第２の鞘管内に設けられ、照射されたγ線を検出するγ線検出器とを有することを特徴とするチャー供給ホッパ。
7. 請求項６において、
   第１の鞘管及び第２の鞘管に冷却手段を有することを特徴とするチャー供給ホッパ。
8. 請求項５において、
   前記チャー連通管に一対のγ線線源部とγ線検出部とを鉛直方向に、複数設置し、流動ガスの導入側の一対のγ線線源部とγ線検出部とからなるレベル計を基準計測レベル計とし、この基準計測レベル計のチャー計測領域に常にチャーが充填されていることを特徴とするチャー供給ホッパ。
9. 請求項６又は７において、
   前記チャー供給ホッパ本体内の下部に、一対のγ線線源部とγ線検出部とからなる基準計測レベル計を設けると共に、γ線線源部とγ線検出部とのチャー計測領域に常にチャーが充填されていることを特徴とするチャー供給ホッパ。

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