JP2017141990A - グランドフレア、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびにグランドフレアの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時におけるバーナ保炎性を確保するとともに低周波騒音を低減することができるグランドフレアを提供する。
【解決手段】煙筒３の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が第１流速とされた少なくとも１つのＡバーナ５ａと、煙筒３の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が第１流速よりも小さい第２流速とされた複数のＢバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃと、Ａバーナ５ａ、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃを制御する制御部とを備え、制御部は、可燃性ガスを発生する石炭ガス化炉の起動時に、Ａバーナ５ａを着火した後に、可燃性ガスの流量の変化情報を得て、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃを着火する。
【選択図】図６

Description

本発明は、可燃性ガスを焼却処理するグランドフレア、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびにグランドフレアの制御方法に関するものである。

可燃性ガスを焼却処理する設備として、グランドフレアが知られている。グランドフレアは、煙筒と、煙筒の下方に設置されたバーナとを備えており、可燃性ガスをバーナにて燃焼し、燃焼排ガスを煙筒より大気へ放出する（特許文献１参照）。

ガス化設備として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭化質燃料ガス化装置（石炭ガス化装置）が知られている。石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle：ガス化複合発電設備）は、石炭等の炭素含有固体燃料を用いてガス化炉を含むガス化設備で生成した生成ガスを、ガス精製装置で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備に供給して、ガスタービンの回転駆動力及びガスタービンの排熱を利用して蒸気タービンの回転駆動で発電を行っている。
また、グランドフレアにより焼却処理される可燃性ガスとしては、たとえばＩＧＣＣの起動時に石炭をガス化して生成された生成ガスが挙げられる。ＩＧＣＣの起動時直後から起動初期には、ガス化炉にて生成ガスが発生するものの、ガスタービン燃焼器に生成ガスを受け入れてガスタービン設備が安定して運転できる準備が整うまでは、生成ガスをグランドフレアで焼却処理する必要がある。

一方、グランドフレアは、運用時に、バーナ燃焼に起因する１００Ｈｚ以下、特に２０Ｈｚ以下とされた低周波騒音が発生するため、グランドフレア本体に風防シートを設置したり、煙筒に開口を設けることで、低周波騒音の抑制や固有周波数上昇を図ることが提案されている（特許文献２）。

特開２０１５−１４３９０号公報 特許第５４０４０３１号公報

しかし、居住地域等との境界地とグランドフレアの距離が近くなる状況が想定される場合には、このような低周波騒音レベルをさらに低減する必要がある。
また、バーナ流速を低減することによって低周波騒音レベルを低減することも考えられるが、バーナ流速を低下させすぎると着火安定性や保炎性が損なわれてしまう。特に、上流側設備（例えば石炭ガス化炉）の起動時直後から起動初期には、可燃性ガスの単位流量当たりの発熱量（以下、単に「発熱量」という。）が小さいため、グランドフレアで焼却するには、着火安定性や保炎性を維持しながらバーナ流速を大きく低下させることが難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、起動時におけるバーナ保炎性を確保するとともに低周波騒音を低減することができるグランドフレア、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびにグランドフレアの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のグランドフレア、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびにグランドフレアの制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるグランドフレアは、煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が第１流速とされた少なくとも１つの第１バーナと、前記煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が前記第１流速よりも小さい第２流速とされた複数の第２バーナと、前記第１バーナ及び前記第２バーナを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記可燃性ガスを発生する上流側設備の起動時に、前記第１バーナを着火した後に、前記可燃性ガスの流量の変化情報を得て、前記第２バーナを着火することを特徴とする。

焼却すべき可燃性ガスを発生する上流側設備（例えばガス化炉）の起動時直後には、可燃性ガスの発熱量が小さいので、可燃性ガスの流速（バーナ流速）が第２流速よりも大きい第１流速とされた第１バーナを着火させて、着火の安定性を図る。また、第１バーナは第２流速よりも流速が大きいが、起動時直後から起動初期なので発熱量が小さいため騒音レベルも比較的小さくて済む。
第１バーナを着火させた後は、時間が経過して可燃性ガスの発熱量が大きくなるので、第１流速よりも小さい第２流速とされた第２バーナであっても安定した着火が可能である。また、第２バーナは、第１バーナよりも流速が小さいので騒音レベルが第１バーナよりも小さい。したがって、全体としての騒音レベルを可及的に小さくすることができる。

さらに、本発明のグランドフレアでは、前記第１バーナの数は、前記第２バーナの数よりも少なく、前記第１バーナが配置された水平面方向の周囲に、前記第２バーナが配置されていることを特徴とする。

第１バーナの数を第２バーナの数よりも少なくすることで、可燃性ガスの流速が大きい第１バーナを少なくして全体の平均流速を低減することにより、騒音レベルを小さくすることができる。

さらに、本発明のグランドフレアでは、前記第２バーナを消火した後に、前記第１バーナを消火することを特徴とする。

第２バーナよりも後に第１バーナを消火することで、消火時における保炎性を確保することができる。

さらに、本発明のグランドフレアでは、前記第１バーナ及び前記第２バーナは、前記第１バーナおよび前記第２バーナの形状から決定されるフレア固有振動数と、前記第１バーナおよび前記第２バーナの形状とバーナ流速とストローハル数から決定されるカルマン振動数とが一致しないことを特徴とする。
これにより、騒音レベルを小さくすることができる。

本発明のガス化設備は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉から導かれた生成ガスを焼却処理する上記のいずれかに記載のグランドフレアとを備えていることを特徴とする。

上記のグランドフレアを備えているので、低騒音とされたガス化装置を提供することができる。

また、本発明のガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成するガス化炉と、上記のいずれかに記載のグランドフレアと、前記ガス化炉で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、該ガスタービンによって駆動される発電機とを備えていることを特徴とする。

また、本発明のグランドフレアの制御方法は、煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が第１流速とされた少なくとも１つの第１バーナと、前記煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が前記第１流速よりも小さい第２流速とされた複数の第２バーナとを備えたグランドフレアの制御方法であって、前記可燃性ガスを発生する上流側設備の起動時に、前記第１バーナを着火した後に、前記可燃性ガスの流量または前記可燃性ガスの圧力が所定の閾値より増加した場合に、前記第２バーナを着火することを特徴とする。

焼却すべき可燃性ガスを発生する上流側設備（例えばガス化炉）の起動時直後には、可燃性ガスの発熱量が小さいので、流速が第２流速よりも大きい第１流速とされた第１バーナを着火させて、着火の安定性を図る。また、第１バーナは第２流速よりも流速が大きいが、起動時直後から起動初期なので発熱量が小さいため騒音レベルも比較的小さくて済む。
第１バーナを着火させた後は、時間が経過して可燃性ガスの発熱量が大きくなるので、第１流速よりも遅い第２流速とされた第２バーナであっても安定した着火が可能である。また、第２バーナは、第１バーナよりも流速が小さいので騒音レベルが第１バーナよりも小さい。したがって、騒音レベルを可及的に小さくすることができる。

ガス化設備の起動直後には、発熱量が小さい可燃性ガスを流速が大きい第１バーナを着火しバーナ保炎性を確保しつつ、発熱量が小さいため騒音レベルも比較的小さい。所定時間経過後に、発熱量が大きくなる可燃性ガスを第１バーナよりもバーナ流速が小さい第２バーナを着火することとしたので、騒音レベルが第１バーナよりも小さい。したがって、起動時の全体におけるバーナ保炎性を確保するとともに低周波騒音を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るＩＧＣＣを示した概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るグランドフレアを示した概略構成図である。 図２のバーナを示した側面図である。 図３のバーナの平面図である。 図３の切断線Ｖ−Ｖにおける断面図である。 図２の複数のバーナを平面視した平面図である。 各バーナに対する可燃性ガス供給系統を示した概略構成図である。 燃焼の安定性について、可燃性ガスの発熱量とバーナ流速との関係を示したグラフである。 起動時のバーナの着火の順番を示したグラフである。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、ガス化設備を含むガス化複合発電設備の一例として石炭ガス化複合発電設備（以下「ＩＧＣＣ」という。ＩＧＣＣはIntegrated Coal Gasification Combined Cycleの省略形。）１が示されている。ＩＧＣＣ１の石炭ガス化炉（上流側設備、ガス化炉）１０は、図示しないミルによって粉砕された石炭（微粉炭）を石炭ガス化炉内に投入して可燃性ガスを生成する。なお、以下の説明では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉１０を例示する。本発明のガス化炉は、炭素含有固体燃料が好適に用いられるが、石炭以外では例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ等のバイオマス燃料など、他の炭素含有固体燃料をガス化するものにも適用可能である。また、本発明のガス化炉は、ＩＧＣＣとして生成した生成ガスを、ガス精製設備で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備に供給して発電を行っているが、発電用に限らず、所望の化学物質を得る化学プラント用ガス化炉にも適用可能である。

図１に示すように、ＩＧＣＣ１は、主な構成要素として、燃料である微粉炭を供給する給炭装置２０と、ガス化剤とともに供給された微粉炭をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉１０と、可燃性ガスとともに排出されるチャー（石炭の未反応分と灰分による粉体）を分離して回収して石炭ガス化炉１０に戻されて再利用可能するチャー回収装置３０と、可燃性ガスを精製してガス中から不純物を取り除くガス精製設備４０と、精製された可燃性ガスを燃料として運転されるガスタービン設備５０と、ガスタービン設備５０から排出される高温の燃焼排ガス中の熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）６０と、排熱回収ボイラ６０から供給される蒸気により運転される蒸気タービン７０とを具備して構成される。

石炭ガス化炉１０には、例えば空気吹き二段噴流床ガス化炉と呼ばれる方式の炉が採用されている。この石炭ガス化炉１０は、高温燃焼を得るコンバスタ部と、その高温ガスを有効利用してガス化反応を行うリダクタ部と、による二段構成とされ、酸化剤とともに導入した微粉炭を部分燃焼させることでガス化させて可燃性ガスを含む生成ガスを生成する装置である。そして、石炭ガス化炉１０で生成した生成ガスは可燃性ガスとともに微粒子状態のチャーを含むため、開閉弁１２を備えた可燃性ガス供給系統１１を介して、後述するチャー回収装置３０へと導かれる。
ここで使用する酸化剤としては、空気、酸素富化空気、酸素、水蒸気等を例示でき、例えばガスタービン設備５０から導入した圧縮空気に酸素分離装置（ＡＳＵ）８０から供給される酸素を混合して使用されてもよい。
また、本実施形態の石炭ガス化炉１０は、タワー型でもクロスオーバー型ガス化炉でも、同様に実施が可能である。

酸素分離装置８０と石炭ガス化炉１０のコンバスタ部との間は、イナートガス供給流路８１及び酸素供給流路８３により接続されている。イナートガス供給流路８１は、酸素分離装置８０で得られた窒素ガス（イナートガス）をコンバスタ部へ供給する配管流路であり、流路途中にはイナートガス流量調整弁８２が設けられている。
また、酸素供給流路８３は、酸素分離装置８０で得られた酸素ガスをコンバスタ部へ供給する配管流路であり、流路途中には酸素流量調整弁８４が設けられている。

コンバスタ部には、後述するガスタービン設備５０の圧縮機５２から、酸化剤として抽気した圧縮空気の供給を受ける空気供給流路５５が接続されている。この空気供給流路５５は、流路途中に設けた空気流量調整弁５６を備えている。

石炭ガス化炉１０で生成された生成ガスは、チャーを含んだ状態でチャー回収装置３０へ導かれる。チャー回収装置３０は、集塵装置としてサイクロン３１とポーラスフィルタ３２とが連結管３３を介して直列に接続された構成とされ、上流側に設置されたサイクロン３１で粒子を分離除去させた可燃性ガス成分がポーラスフィルタ３２へ導入される。なお、ポーラスフィルタ３２は、サイクロン３１の後流側に設置されたフィルタであり、可燃性ガスの微細チャーを回収する設備である。
チャー回収装置３０では、集塵して可燃性ガスから分離されたチャーが、図示しない供給ホッパで一時的に貯留される。そして、供給ホッパからイナートガス供給流路８１より供給されるイナートガスによりチャー戻しラインを介してガス化炉に供給される。

チャー回収装置３０でチャーを分離除去された可燃性ガスは、可燃性ガス供給系統３４を介してガス精製設備４０へ導かれる。このガス精製設備４０では、可燃性ガスを精製して硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除き、ガスタービン設備５０の燃料ガスに適した性状の可燃性ガスとする。
ガス精製設備４０で生成された可燃性ガス（燃料ガス）は、可燃性ガス供給系統４１を介してガスタービン設備５０の燃焼器５１に供給され、圧縮機５２から導入した圧縮空気を用いて燃焼させられる。

可燃性ガスが燃焼すると、高温高圧の燃焼ガスが生成されて燃焼器５１からガスタービン５３へ供給される。この結果、高温高圧の燃焼ガスが膨張することで仕事をしてガスタービン５３を回転駆動するとともに、高温の燃焼排ガスが排出される。そして、ガスタービン５３の軸回転出力は、発電機７１や圧縮機５２の回転駆動源として使用される。
なお、圧縮機５２から供給される圧縮空気は、可燃性ガス燃焼用として燃焼器５１へ供給されるだけでなく、一部が抽気されて抽気空気昇圧器５４で昇圧された後、空気供給流路５５を通って石炭ガス化炉１０の酸化剤としても使用される。

ガスタービン５３で仕事をした燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ６０へ導かれる。この排熱回収ボイラ６０は、燃焼排ガスが保有する熱を回収して給水から蒸気を生成する設備である。すなわち、排熱回収ボイラ６０では、燃焼排ガスと給水との熱交換により蒸気を生成し、生成された蒸気は蒸気タービン７０へ供給され、蒸気タービン７０が回転駆動し、温度低下した燃焼排ガスは必要な処理を施した後に大気へ放出される。
こうして駆動されたガスタービン５３及び蒸気タービン７０は、例えば同軸の発電機７１を回転駆動して発電する駆動源となる。なお、ガスタービン５３及び蒸気タービン７０は、各々専用の発電機７１を回転駆動するようにしてもよく、特に限定されることはない。

次に、ＩＧＣＣ１について、起動時における石炭ガス化炉１０からの生成ガスの処理について説明する。
ガス精製設備４０の下流側には分岐点Ａが設けられており、可燃性ガス供給系統４１から分岐してグランドフレア９０と接続されるグランドフレア用流路９１が設けられている。グランドフレア用流路９１及び可燃性ガス供給系統４１には、それぞれ、流路切替用の開閉弁９２，１３が設けられている。また、グランドフレア用流路９１には、グランドフレア９０の入口側に入口弁９７が設けられている。

上記のように構成されたＩＧＣＣ１は、起動時には、石炭ガス化炉１０から可燃性ガスが生成されるが、ガスタービン設備５０の運転条件が整っていないため石炭ガス化炉１０からの可燃性ガスを燃焼器５１に受け入れることができない。そこで、起動時には、石炭ガス化炉１０からの可燃性ガスをグランドフレア９０に導いて焼却処理を行う。このとき、開閉弁１３は閉とされ、開閉弁９２及び入口弁９７が開とされる。

起動時から所定時間が経過して石炭ガス化炉１０から生成された可燃性ガスが、ガスタービン設備５０の運転条件を満たす状態に至ると、ガスタービン燃焼器５１入口の可燃性ガス供給系統４１に設置された開閉弁１３は閉から開とされ、グランドフレア用流路９１に設けられた流路切替用の開閉弁９２及び入口弁９７が開から閉とされる。
これにより、ガスタービン燃焼器５１入口上流でのＡ点にて、グランドフレア９０に至るグランドフレア用流路９１へ流通していた生成ガスが、Ａ点からガスタービン燃焼器５１入口へと切り替えられる。

図２には、グランドフレア９０の概略構成が示されている。同図に示されているように、グランドフレア９０は、煙筒３と、煙筒３の下方に設けられた複数のバーナ５と、煙筒３の下部およびバーナ５を覆う風防６とを備えている。

煙筒３は、鉛直上下方向に延びる中心軸線を有する筒体とされている。煙筒３内は、空洞とされており、バーナ５によって焼却処理された可燃性ガスの燃焼排ガスが鉛直上方に向けて流れるようになっている。煙筒３の上端は、開放されており、この上端から燃焼排ガスが大気へと放出される。
煙筒３の鉛直方向下方は開放されており、この位置に複数のバーナ５が配置されている。バーナ５は、石炭ガス化炉１０（図１参照）から導かれた可燃性ガスを焼却処理する。各バーナ５の着火および消火等の制御は、図示しない制御部によって行われる。

図３には、複数のバーナ５のうちの１つが側面視で示されている。同図に示されているように、バーナ５は、設置面Ｆに対して鉛直上方に向けて設けられたスタンドパイプ７と、スタンドパイプ７の上部に接続された複数のバーナベーン８とを備えている。

スタンドパイプ７は、中空状とされた筒体であり、上端７ａは閉じられている。スタンドパイプ７の下部には、可燃性ガスが導かれる導入部７ｂが設けられている。

各バーナベーン８は、図３のように側面視した場合には、下端から上端に向かって広がる三角形状とされている。バーナベーン８は、図４に平面視して示すように、スタンドパイプ７を中心として放射状に設けられている。
バーナベーン８の上端には開口部８ａが形成されており、図５（図３の切断線Ｖ−Ｖの断面図）に示すように、バーナベーン８の対向する壁部間の間隔Ｗを調整することによって、流路断面積を変更し、所望の可燃性ガスの流速（バーナ流速）が得られるようになっている。
バーナベーン８の開口部８ａの鉛直方向上方には、図５に示すように、断面がＶ字形状とされた保炎器９が設けられている。この保炎器９によって、火炎が安定化される。

図６には、平面視したときの各バーナ５の配置が示されている。全てのバーナ５は、平面視した場合に、煙筒３の内周側に位置している。
図６に示すように、本実施形態では煙筒３の中心位置には、１つのＡバーナ（第１バーナ）５ａが配置されている。
Ａバーナ５ａの周囲には、Ａバーナ５ａに隣接して、６つのＢバーナ（第２バーナ）５ｂが設けられている。これらＢバーナ５ｂの中心は、Ａバーナ５ａの中心から略同一の半径とされた位置に略等角度間隔で配置されている。
さらに、Ｂバーナ５ｂの周囲には、Ｂバーナ５ｂに隣接して、６つのＣバーナ（第３バーナ）５ｃが設けられている。これらＣバーナ５ｃの中心は、中央のＡバーナ５ａの中心から略同一の半径とされ、かつＡバーナ５ａからＢバーナ５ｂよりも遠い半径位置にて略等角度間隔で配置されている。各バーナ５ａ，５ｂ，５ｃ間は、火移りが可能な程度に隣接している。
このように、Ａバーナ５ａ、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃは、Ａバーナ５ａを中心として同心円状に設けられている。なお、Ａバーナ５ａ、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃのそれぞれの数は、本実施形態の数に限定されるものではなく、任意である。
また、図６のＣバーナ５ｃのように、煙筒３の中心側ではなく外周側に位置するものは、煙筒３の中心に対する半径を大きくすれば、Ｃバーナ５ｃの設置数量を増加することが可能となる。例えば、図６では、Ｃバーナ５ｃは６台設置されているが、１２台を設置することが可能となり、煙筒３の径をもう少し大きなものに変更しＣバーナ５ｃの煙筒３の中心半径を大きくする。もしくは、煙筒３の径を現状のままとして、Ｃバーナ５ｃの煙筒３の中心半径を現状のものと、現状より少し大きなものとして隣接するＣバーナ５ｃが互い違いに２種類の半径に並ぶことで密に配置されるようにしても良い。

Ａバーナ５ａを流れる可燃性ガスの流速（バーナ流速）は、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃよりも大きくなるように設定されている。また、Ｂバーナ５ｂのバーナ流速は、Ｃバーナ５ｃよりも大きくなるように設定されている。これらのバーナ流速の設定は、例えば可燃性ガスの流路断面積の変更により行われ、具体的には図５に示した間隔Ｗを変更することで行われる。例えば、バーナ流速を大きくする場合には間隔Ｗを小さく設定し（流路断面積小）、バーナ流速を小さくする場合には間隔Ｗを大きく設定する（流路断面積大）。
したがって、バーナ流速の関係は以下の通りである。
（１）バーナ流速の関係：Ａバーナ５ａ ＞ Ｂバーナ５ｂ ＞ Ｃバーナ５ｃ
一方、バーナの燃焼による騒音レベルは、バーナ流速とは正の関係になることが発明者らの試験結果の知見として得られている。この知見が、本実施形態の作用効果を得るに重要な内容となる。各バーナの流速の関係（１）から、各バーナの騒音レベルの関係（２）は以下の通りである。
（２）バーナ騒音レベルの関係：Ａバーナ５ａ ＞ Ｂバーナ５ｂ ＞ Ｃバーナ５ｃ
また、騒音レベルは、騒音計で測定された音圧レベルを、デシベル（ｄＢ）で示したもので、その値は、基準音圧値Ｐ_０（２０μＰａ)に対する音圧Ｐ（μＰａ)の比を対数で表したものである。

図７には、各バーナ５に対する可燃性ガスの供給系統が示されている。なお、同図では、図を簡略化するため、Ｃバーナ５ｃについては省略している。
同図に示されているように、各バーナ５ａ，５ｂに対して、それぞれ可燃性ガス供給枝管９３が設けられている。各可燃性ガス供給枝管９３は、可燃性ガスをガス精製設備４０から供給するグランドフレア用流路９１（図１参照）から分岐されている。グランドフレア用流路９１には、各可燃性ガス供給枝管９３に分岐する前の上流側に、圧力センサＰＴが設けられている。圧力センサＰＴにて計測された圧力値は、図示しない制御部に送られるようになっていて、可燃性ガスの流量が変化することの変化情報を出すものとなる。

起動時直後から時間が経過するに従い、石炭ガス化炉１０の負荷（投入する微粉炭量）が上昇してゆき、可燃性ガスの発熱量が増大するとともに可燃性ガス流量も増大する。この発熱量と流量の増大とグランドフレア用流路９１の圧力値との関係は、事前試験やシミュレーションで状況を把握しておいてもよい。そうすることで、Ａバーナ５ａの着火後、圧力センサＰＴにて計測された圧力値が所定の閾値を超えた変化情報から、可燃性ガスの発熱量と可燃性ガス流量が増大したと判断して、制御部（図示なし）の指令により、Ｂバーナ５ｂの着火、さらにその後のＣバーナ５ｃの着火が行われてもよい。
各可燃性ガス供給枝管９３には、それぞれ、枝管用制御弁９４が設けられている。枝管用制御弁９４の開度は、圧力センサＰＴの圧力値に基づいて、図示しない制御部によって制御されるようになっている。
また、グランドフレア用流路９１の圧力センサＰＴが設けられた付近に可燃性ガスのガス流量計ＦＩを設けても良い。Ａバーナ５ａの着火後、ガス流量計ＦＩの計測値が所定の閾値を超えた変化情報から、可燃性ガスの発熱量と可燃性ガス流量が増大したと判断して、制御部（図示せず）の指令により、Ｂバーナ５ｂの着火、さらにその後のＣバーナ５ｃの着火が行われてもよい。
なお、図７において、Ａバーナ５ａの流速を大きくして、保炎特性を安定化させるようにするために、Ａバーナ５ａには２本の可燃性ガス供給枝管９３が接続されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、１本であっても良いし、３本以上であっても良く、各バーナ５に接続される可燃性ガス供給枝管９３の本数は任意であり、グランドフレア用流路９１から分岐された配管が接続されていれば良い。また、図示を省略したＣバーナ５ｃのそれぞれに対しても、図７に示したように枝管用制御弁９４が設けられた可燃性ガス供給枝管９３が接続される。

各バーナ５は、グランドフレア９０の煙筒３の形状等から決まるフレア固有振動数（卓越周波数）とカルマン振動数が共振しないようにバーナ流速または保炎器の代表長さを決定されている。カルマン振動数の算出式は以下のとおりである。
ｆ＝Ｓｔ×Ｖ／Ｌ
ここで、ｆ：カルマン振動数、Ｓｔ：ストローハル数、Ｖ：バーナ流速（ｍ／ｓ）、Ｌ：保炎器９の代表長さである。
Ｌとしては、具体的には、保炎器９の幅Ｗｓ（図５参照）が用いられる。

バーナ５の動作等を制御する図示しない制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、上記構成のグランドフレア９０の動作について説明する。
ＩＧＣＣ１（図１参照）の起動時直後から起動初期には、石炭ガス化炉１０にて可燃性ガスが生成されるが、通常運転に到るまでは石炭のガス化が十分に行われないため、石炭ガス化炉１０から供給される可燃性ガスの発熱量が小さい。発熱量が小さい可燃性ガスをグランドフレア９０のバーナ５での保炎を安定的に燃焼させるのは困難を伴う。図８には、燃焼の安定性について、可燃性ガスの発熱量とバーナ流速との関係が示されている。同図から分かるように、可燃性ガスの発熱量が大きいほど、またバーナ流速が大きいほど、着火と保炎が安定的に行われて燃焼の安定性は良い。一方、可燃性ガスの発熱量が小さいほど、またバーナ流速が小さいほど不着火となり燃焼の安定性が悪くなる。したがって、図８の紙面の右側（可燃性ガスの発熱量が大きい領域）では安定着火の領域となり、図８の紙面の左下側（可燃性ガスの発熱量が小さい領域）では不着火の領域となる。そして、安定着火の領域と不着火の領域との間に挟まれた領域が遷移域となる。そして、図８に「通常時」として示した領域のように、ＩＧＣＣ１の起動が終わり通常運転に入ると、石炭ガス化炉１０から導かれる可燃性ガスの発熱量は大きくなるので、バーナ流速を小さくして安定着火を行うことができる。しかし、図８に「起動時」として示した領域のように、ＩＧＣＣ１の起動時には、可燃性ガスの発熱量が比較的小さいため、安定着火の領域から外れてしまい、バーナ流速を大きくして遷移域での燃焼を行わざるを得ないことがある。
本実施形態のグランドフレア９０は、ＩＧＣＣ１の起動時直後から起動初期の場合のように、安定着火を行うことができない程度に可燃性ガスの発熱量が小さい場合にでも、安定的にバーナ燃焼を行うことができるものである。

ＩＧＣＣ１の起動時直後には、制御部の指令により、先ず、焼却処理する可燃性ガスをＡバーナ５ａに投入して、Ａバーナ５ａのみを着火する（図９のＩ参照）。このとき、可燃性ガスの発熱量は小さく、また可燃性ガスのガス流量も少ないので、Ａバーナ５ａのみを起動して、可燃性ガスを焼却することができる。Ａバーナ５ａは、バーナ流速が他のバーナ５ｂ，５ｃよりも大きくされているので、可燃性ガスを安定的に着火して燃焼することができる。一方で、バーナ流速が大きいので騒音レベルが大きくなるおそれがあるが、可燃性ガス流量が小さくかつ発熱量も小さいので、騒音レベルはそれほど大きくならない。

さらに時間が経過すると、可燃性ガスの発熱量が増大するとともにガス流量も増大する。したがって、圧力センサＰＴにて計測するグランドフレア９０の入口圧力が徐々に増大する。そして、所定の閾値を超えると、制御部の指令により、Ｂバーナ５ｂの着火が行われる（図９のII参照）。このとき、Ａバーナ５ａは燃焼を継続している。Ｂバーナ５ｂの着火により、より多くの可燃性ガスが焼却処理されることになるので、グランドフレア９０の入口圧力は下がる。各Ｂバーナ５ｂは、Ａバーナ５ａよりもバーナ流速が小さくされているので、騒音レベルはＡバーナ５ａよりも小さい。一方、Ｂバーナ５ｂはＡバーナ５ａよりもバーナ流速が小さいので燃焼安定性が懸念されるが、可燃性ガスの発熱量が増大しているので、安定的に燃焼を行うことができる。
時間が経過すると、可燃性ガスの発熱量が増大するとともにガス流量も増大することは、事前試験やシミュレーションで状況を把握しておいてもよい。このとき、可燃性ガスのガス流量の計測値もしくは圧力センサＰＴの計測値が所定の閾値を超えた変化情報から、制御部の指令により、Ｂバーナ５ｂの着火（図９のII参照）が行われてもよい。

そしてさらに時間が継続すると、可燃性ガスの発熱量が増大するとともにガス流量も増大する。したがって、圧力センサＰＴにて計測するグランドフレア９０の入口圧力が徐々に増大する。そして、所定の閾値を超えると、制御部の指令により、Ｃバーナ５ｃの着火が行われる（図９のIII参照）。このとき、Ａバーナ５ａ及びＢバーナ５ｂは燃焼を継続している。Ｃバーナ５ｃの着火により、より多くの可燃性ガスが焼却処理されることになるので、グランドフレア９０の入口圧力は下がる。各Ｃバーナ５ｃは、Ａバーナ５ａ及びＢバーナ５ｂよりもバーナ流速が小さくされているので、騒音レベルはＡバーナ５ａ及びＢバーナ５ｂよりも小さい。一方、Ｃバーナ５ｃはＡバーナ５ａ及びＢバーナ５ｂよりもバーナ流速が小さいので燃焼安定性が懸念されるが、可燃性ガスの発熱量が増大しているので、安定的に燃焼を行うことができる。

また、消火の際には、図９には示されていないが、Ｃバーナ５ｃ、Ｂバーナ５ｂ、Ａバーナ５ａの順に消していく。これにより、消火時においても保炎性を確保することができる。

以上により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ＩＧＣＣ１の起動時には、可燃性ガスの発熱量が小さいので、バーナ流速が大きいＡバーナ５ａのみを先に着火させて、着火の安定性を図ることができる。
Ａバーナ５ａを着火させた後は、時間が経過して可燃性ガスの発熱量が大きくなるので、Ａバーナ５ａよりもバーナ流速が小さいＢバーナ５ｂやＣバーナ５ｃであっても安定した着火が可能である。また、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃは、Ａバーナ５ａよりも流速が小さいので騒音レベルが小さい。Ａバーナ５ａは、バーナ流速が大きいが、流量が少なく発熱量も小さいので、騒音レベルはそれほど大きくならない。
したがって、全体としての騒音レベルを可及的に小さくすることができる。

また、Ａバーナ５ａの数をＢバーナ５ｂやＣバーナ５ｃの数よりも少なくすることで、可燃性ガスの流速が大きいＡバーナ５ａを少なくして全体の平均流速を低減することにより、騒音レベルを小さくすることができる。

なお、上述した実施形態では、ＩＧＣＣ１の石炭ガス化炉１０からの可燃性ガスを焼却処理するグランドフレア９０を例として説明したが、上述したように他の形式のガス化炉からの可燃性ガスを焼却することも可能であり、またガス化炉からの可燃性ガスに限らず、可燃性ガスを排出する設備であれば本発明を適用することができる。

また、Ａバーナ５ａ、Ｂバーナ５ｂ、Ｃバーナ５ｃのそれぞれでバーナ流速を３つに異ならせる構成として組合せとしたが、２つに異ならせたバーナ流速としても良い。例えば、Ａバーナ５ａよりも小さい流速のＢバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃを同じ流速として、２つの異なる流速としても良い。

また、最外周側のＣバーナ５ｃを省略してＡバーナ５ａ及びＢバーナ５ｂの組合せとしても良いし、中央のＡバーナ５ａを省略して、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃの組合せとしても良い。

また、流速の大きいＡバーナ５ａを中央に位置させることとしたが、この位置に限定されるものではなく、中央から離れた他の位置でも良い。この場合には、Ａバーナ５ａの次に着火するＢバーナ５ｂはＡバーナ５ａに隣接する位置に設けられていることが好ましい。Ｂバーナ５ｂの着火と保炎が、Ａバーナ５ａから補助されて安定な燃焼を得る。

また、Ａバーナ５ａ、Ｂバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃは、Ａバーナ５ａを中心として同心円状に配置することとしたが、これに限定されず、千鳥状といった他の形態で配置しても良い。各バーナが密集することで着火と保炎が、Ａバーナ５ａからＢバーナ５ｂ及びＣバーナ５ｃへと補助されて、安定な燃焼を得る。

また、各バーナ５ａ，５ｂ，５ｃの流速は、グランドフレアへの入熱量によって適宜調整されるものであり、例えば、低い入熱量が計画される場合には、それに応じてバーナ流速を大きくすることが好ましい。

１ ＩＧＣＣ（ガス化設備、ガス化複合発電設備、石炭ガス化複合発電設備）
３ 煙筒
５ バーナ
５ａ Ａバーナ（第１バーナ）
５ｂ Ｂバーナ（第２バーナ）
５ｃ Ｃバーナ（第２バーナ）
６ 風防
７ スタンドパイプ
７ａ 上端
７ｂ 導入部
８ バーナベーン
８ａ 開口部
９ 保炎器
１０ 石炭ガス化炉（上流側設備、ガス化炉）
９０ グランドフレア
９１ グランドフレア用流路
９３ 可燃性ガス供給枝管
９４ 枝管用制御弁

Claims (7)

1. 煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が第１流速とされた少なくとも１つの第１バーナと、
   前記煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が前記第１流速よりも小さい第２流速とされた複数の第２バーナと、
   前記第１バーナ及び前記第２バーナを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記可燃性ガスを発生する上流側設備の起動時に、前記第１バーナを着火した後に、前記可燃性ガスの流量の変化情報を得て、前記第２バーナを着火することを特徴とするグランドフレア。
2. 前記第１バーナの数は、前記第２バーナの数よりも少なく、
   前記第１バーナが配置された水平面方向の周囲に、前記第２バーナが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のグランドフレア。
3. 前記第２バーナを消火した後に、前記第１バーナを消火することを特徴とする請求項１又は２に記載のグランドフレア。
4. 前記第１バーナ及び前記第２バーナは、
   前記第１バーナおよび前記第２バーナの形状から決定されるフレア固有振動数と、
   前記第１バーナおよび前記第２バーナの形状とバーナ流速とストローハル数から決定されるカルマン振動数と、
   が一致しないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のグランドフレア。
5. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、
   該ガス化炉から導かれた生成ガスを焼却処理する請求項１から４のいずれかに記載のグランドフレアと、
   を備えていることを特徴とするガス化設備。
6. 炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成するガス化炉と、
   請求項１から４のいずれかに記載のグランドフレアと、
   前記ガス化炉で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、
   該ガスタービンによって駆動される発電機と、
   を備えていることを特徴とするガス化複合発電設備。
7. 煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が第１流速とされた少なくとも１つの第１バーナと、
   前記煙筒の鉛直方向下方に設けられ、焼却する可燃性ガスの流速が前記第１流速よりも小さい第２流速とされた複数の第２バーナと、
   を備えたグランドフレアの制御方法であって、
   前記可燃性ガスを発生する上流側設備の起動時に、前記第１バーナを着火した後に、前記可燃性ガスの流量または前記可燃性ガスの圧力が所定の閾値より増加した場合に、前記第２バーナを着火することを特徴とするグランドフレアの制御方法。

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