JP2018162357A - ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化物の堆積層の上面の位置を、簡単な構成で取得できるようにする。【解決手段】ガス化装置は、ガス化炉２と、第１温度センサＴ１と、第２温度センサＴ２と、制御装置９とを備える。ガス化炉２は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。第２温度センサＴ２は、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１よりも下方に配置される。制御装置９は、第１温度センサＴ１及び第２温度センサＴ２の検出値の差が閾値以上である場合に、炭化物の堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間に位置すると判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、原料を熱分解してガスを発生させるガス化炉を備えるガス化装置に関する。

従来から、原料（典型的には、バイオマス）をガス化するガス化装置が知られている。このようなガス化装置としては、例えば、炉構造が簡単で、一般的にタールの発生が少ないと言われている固定床ダウンドラフト式ガス化装置がある。

一般的な固定床ダウンドラフト式ガス化装置において、ガス化炉に投入された原料としてのバイオマスは、熱分解、酸化、還元の順に反応し、その過程でガスが発生する。これらの反応の過程で生成される炭化物（チャー）はガス化炉の下部に堆積するが、ある程度の時間が経過すると、堆積しているチャーは排出装置によってガス化炉の外部に排出される。

上記のようなガス化装置において、近年、チャーがガス化炉に滞留する時間が長過ぎると不要な物質が生成されてしまうおそれがあることが問題視されている。その反面、ガスの発生にチャーも寄与していることから、チャーがガス化炉のチャー堆積領域に滞留する時間が短過ぎると、ガス化効率が低下してしまうことが懸念される。従って、チャーがガス化炉のチャー堆積領域に滞留する時間は適正な長さに調整されることが望ましく、そのためには、ガス化炉内のチャー堆積領域の上面（即ち、チャーの堆積層の上面）の位置を所定の範囲に保つことが必要と考えられる。

しかしながら、ガス化炉内のチャーの堆積層の上面の高さを取得することは、従来は容易ではなかった。

ガス化炉内のチャーの堆積層の上面が所定の高さにあるか否かを確かめるための手段として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載のように、ガス化炉の炉高方向に複数の温度センサを設けることが考えられる。しかしながら、チャーの堆積層の上面の絶対温度は、ガス化装置の運転状態（例えば、定常運転状態にあるか、或いは始動運転状態にあるか）等によって大きく変動するため、単に特許文献１及び特許文献２に記載のように複数の温度センサをガス化炉に対して設けただけでは、ガス化炉内のチャーの堆積層の上面の位置を確かめることは困難であった。

ガス化炉内のチャーの堆積層の上面が所定の高さにあるか否かを確かめるための別の手段として、レベルセンサを設けることも考え得る。しかしながら、例えば特許文献３に記載のようなレベルセンサを適用することを考えた場合、このレベルセンサは検出対象物の上面に錘を降ろすことによりレベル（炉高方向の位置）を検出するものであるため、ガス化炉内が非常に高温（例えば、１０００℃以上）になる場合には、錘が溶解するおそれがあり、改善の余地があった。

特開２００５−１８８８７７号公報 特開２００７−２５４６０４号公報 特開２０１２−２４１０３１号公報

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、炭化物の堆積層の上面の位置を、簡単な構成で取得できるようにすることにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成のガス化装置が提供される。即ち、このガス化装置は、ガス化炉と、第１温度センサと、第２温度センサと、制御装置と、を備える。前記ガス化炉は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。前記第２温度センサは、前記ガス化炉の炉高方向において前記第１温度センサよりも下方に配置される。前記制御装置は、前記第１温度センサの検出値と前記第２温度センサの検出値との差が閾値以上である場合に、前記炭化物の堆積層の上面が、前記ガス化炉の前記炉高方向において前記第１温度センサと前記第２温度センサとの間に位置すると判定する。

この構成で、ガス化炉に原料を投入して、熱分解、酸化、還元によってガスを発生させるとき、ガス化炉の炉高方向の温度センサに対応する位置が堆積した炭化物で埋もれている場合は、炭化物で埋もれていない場合よりも、相当に低い温度が検出されるはずである。このため、第１温度センサの検出値と第２温度センサの検出値との差が閾値以上である場合、炭化物の堆積層の上面が炉高方向において第１温度センサと第２温度センサの間の位置にあることが推定される。これにより、炭化物の堆積層の上面が所定の範囲にあるか否かを、温度センサを用いた簡単な構成で取得することができる。

前記のガス化装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このガス化装置は、前記ガス化炉の前記炉高方向において、前記第１温度センサよりも上方、又は前記第２温度センサよりも下方の少なくとも何れかに１つ以上配置される温度センサを更に備える。前記制御装置は、前記ガス化炉の前記炉高方向において隣り合う２つの温度センサの検出値の差が何れも閾値未満である場合に、以下のように判定する。即ち、前記炉高方向で最も上から２つの温度センサにおいて直前に取得された検出値の差が閾値以上であれば、前記制御装置は、前記炭化物の堆積層の上面が、前記ガス化炉の前記炉高方向における最も上の温度センサよりも上方の位置にあると判定する。一方、前記炉高方向で最も下から２つの温度センサにおいて直前に取得された検出値の差が閾値以上であれば、前記制御装置は、前記炭化物の堆積層の上面が、前記ガス化炉の前記炉高方向における最も下の温度センサよりも下方の位置にあると判定する。

これにより、炭化物の堆積層の上面の炉高方向の位置が、当該炉高方向に並べて配置される最も上の温度センサから最も下の温度センサまでの範囲から外れた場合にも、少なくとも、炭化物の堆積層の上面が通常よりも高くなっているのか低くなっているのかを推定することができる。これにより、炭化物の堆積層の上面の位置を調整するための適切な対応を行うことが可能となる。

前記のガス化装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサは、前記ガス化炉の前記炉高方向に３つ以上並べて配置される温度センサの一部である。前記制御装置は、前記ガス化炉の前記炉高方向において隣り合う２つの前記温度センサの検出値の差のそれぞれを比較することにより、前記炭化物の堆積層の上面の位置を判定する。

これにより、炭化物の堆積層の上面の位置を、複数段階で精度よく判定することができる。

前記のガス化装置においては、前記第１温度センサの検出値と前記第２温度センサの検出値との差が前記閾値未満であり、直前に取得された前記第１温度センサの検出値と前記第２温度センサの検出値との差が前記閾値以上である場合に、前記制御装置は、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサのうち少なくとも何れかが直前に検出した検出値に基づいて、前記炭化物の堆積層の上面が前記第１温度センサよりも上方の位置にあるか、前記第２温度センサよりも下方の位置にあるか、を判定することが好ましい。

これにより、炭化物の堆積層の上面の炉高方向の位置が、当該炉高方向に並べて配置される第１温度センサから第２温度センサまでの範囲から外れた場合に、炭化物の堆積層の上面が第１温度センサよりも上方なのか、第２温度センサよりも下方なのかを判別することができる。

前記のガス化装置においては、前記制御装置は、過去に取得した前記第１温度センサの検出値、過去に取得した前記第２温度センサの検出値、及び、これらの検出値の差のうち少なくとも何れかに基づいて、前記炭化物の堆積層の上面の上下方向の変化を取得することが好ましい。

これにより、炭化物の堆積層の上面の現在の位置だけでなく、その上下方向の変化を考慮して、炭化物の堆積層の上面の位置を調整するためのきめ細かい対応を行うことが可能となる。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成のガス化装置が提供される。即ち、このガス化装置は、ガス化炉と、酸化剤供給口と、第１温度センサと、第２温度センサと、を備える。前記ガス化炉は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。前記酸化剤供給口は、前記ガス化炉の炉高方向において前記原料の部分燃焼が行われる領域に対応する位置に、当該領域内に酸化剤を供給するために設けられる。前記第１温度センサは、前記ガス化炉の前記炉高方向において前記酸化剤供給口の近傍に配置される。前記第２温度センサは、前記ガス化炉の前記炉高方向において前記第１温度センサよりも下方に配置される。

この構成で、ガス化炉に原料を投入して、熱分解、酸化、還元によってガスを発生させるとき、ガス化炉の炉高方向の第１温度センサに対応する位置は、近傍の酸化剤供給口から酸化剤が取り込まれて直接的に部分燃焼が行われる領域に対応しているため、当該第１温度センサは高い温度（部分燃焼が行われる付近の高い温度）を検出するはずである。これに対し、第２温度センサは、仮にガス化炉の炉高方向の第２温度センサに対応する位置が堆積した炭化物で埋もれていたとしたら、第１温度センサの検出値よりも相当に低い温度を検出するはずである。炭化物で埋もれている領域では、炭化物による還元反応が主として行われており、この還元反応は上記の部分燃焼の温度よりも低い温度で進行するからである。これにより、第１温度センサの検出値と第２温度センサの検出値との間に所定以上の差がある場合には、炭化物の堆積層の上面が炉高方向において第１温度センサと第２温度センサの間の位置にあると推定することができる。よって、炭化物の堆積層の上面が所定の範囲にあるか否かを、温度センサを用いた簡単な構成で取得することができる。

本発明の一実施形態に係るガス化装置の全体的な構成を示す模式図。 ガス化装置に備えられるガス化炉及びそれに関連する構成を説明する模式図。 チャー堆積層の上面が所定の高さ範囲にあるか否かを確かめるために制御装置により行われる処理を示すフローチャート。 チャー堆積層の上面が通常よりも高くなっているのか低くなっているのかを推定するために制御装置により行われる処理を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス化装置１の全体的な構成を示す模式図である。図２は、ガス化装置１に備えられるガス化炉２及びそれに関連する構成を説明する模式図である。

初めに、本実施形態に係るガス化装置１の全体的な構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態のガス化装置１は、例えば籾殻や木質系廃材等の生物由来の有機性資源（厳密には、化石資源を除いた有機性資源であり、「バイオマス」と称される場合もある。）を燃料（原料、ガス化対象物）としてガスを発生させて、当該ガスを用いて発電する、いわゆるバイオマス発電プラントの一部である。図１に示すように、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２、燃料供給装置３、チャー排出装置４、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、誘引ブロワ８、制御装置９、コージェネレーションシステム１０、及び余剰ガス燃焼装置１１等を備える。

図２に示すガス化炉２は、原料のガス化の主要な反応が行われる炉である。本実施形態のガス化炉２は、いわゆる固定床式炉である。図２に示すように、ガス化炉２の上下方向中途部には、ガス化炉２の内部に酸化剤としての空気又は酸素を供給するための酸化剤供給口１３が設けられる。

図２に模式的に示すように、ガス化炉２の内部には、原料の熱分解及び酸化（部分燃焼）が行われる領域が形成されている。また、ガス化炉２の内部の、部分燃焼が行われる領域よりも下方には、熱分解及び部分燃焼の後に残ったチャーが堆積するチャー堆積領域が形成される。酸化剤供給口１３は、ガス化炉２の炉高方向の上記部分燃焼が行われる領域に対応する位置に、当該ガス化炉２の内部と外部とを連通するように孔状に設けられる。

燃料供給装置３は、ガス化炉２の上端部から内部に原料を供給するものである。本実施形態の燃料供給装置３は、ホッパ３１、スクリュー３２、及びモータ等を備えている。ホッパ３１は、原料を投入する容器である。スクリュー３２は、このホッパ３１の底部に回転可能に取り付けられる。モータは、スクリュー３２を回転駆動する。本実施形態では、スクリュー３２が一定の速度で回転駆動されることにより、原料がスクリュー３２の回転数に応じた量でガス化炉２内に投入されるようになっている。

チャー排出装置４は、ガス化炉２内のチャー堆積領域の底部から、ガス化（還元）後に残ったチャーを排出する（抜き出す）ものである。具体的には、チャー排出装置４は、例えばロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２等により構成される。ロータリバルブ４１は、回転することにより、ガス化炉２の底部に設けられた抜出孔から抜き出されたチャーを下方のスクリューコンベア４２へと供給する。スクリューコンベア４２は、抜き出されたチャーをガス化炉２の外部の所定の場所へと搬送する。ロータリバルブ４１及びスクリューコンベア４２の駆動速度を調整することにより、チャーの抜出し量を増減できるようになっている。

ガス化炉２内のチャー堆積領域よりも上方の領域では、燃料供給装置３から供給された原料が乾燥される。乾燥された原料は、その後、酸素素欠乏状態において熱分解される。これにより、原料の約５０〜９０％がガス（ＣＯ、Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ）及びタール等のガス状物質に、残りの約１０〜５０％がチャーと呼ばれる固定炭素に転換される。なお、転換の割合は、炉内での加熱速度、原料の種類・粒径等の影響を受けて変動する。熱分解で生成した熱分解生成物質は、酸化剤供給口１３から供給された空気又は酸素によって、酸化（部分燃焼）される。この部分燃焼により発生する熱は、上記の熱分解での熱源として利用される。部分燃焼の後に残ったチャーは、部分燃焼が行われる領域よりも下方のチャー堆積領域に堆積される。

ガス化炉２内のチャー堆積領域では、部分燃焼のときよりも概ね低い温度においてチャーによる還元反応が行われ、これによりチャーが蒸し焼き状態とされてガス化が行われる。このチャー堆積領域でのチャーによるガス化（還元）では、主としてＣＯとＨ₂が生成する。

ガス化炉２で生成されたガスは、図１に示すように、配管等により構成されるガス経路を通ってコージェネレーションシステム１０及び余剰ガス燃焼装置１１に供給される。このガス経路のガス化炉２とコージェネレーションシステム１０（余剰ガス燃焼装置１１）との間の中途部には、上流側から下流側に向かって、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、及び誘引ブロワ８がこの順に配置されている。

バグフィルタ５は、ガス化炉２から流れて来たガスに含まれる煤等の炭素の微粒子や、塵等を除去するものである。バグフィルタ５は、例えば捕捉・吸着等の手法を用いて、ガスをバグフィルタ５のフィルタに通し、煤や塵等をこのフィルタで取り除く。

ガス冷却装置６は、バグフィルタ５を通過した後に流れてきたガスを冷却し、当該ガスの密度を高めるものである。ガス冷却装置６は、例えば熱交換等の手法を用いて、ガスを冷却する。具体的には、ガス冷却装置６は、例えば冷却水が供給される熱交換器と、当該熱交換器の間に配管されるガス経路と、を備えている。熱交換器には冷却水として貯水槽からの水が供給され、冷却水とガスとの間で熱交換が行われる。

洗浄装置７は、ガス冷却装置６で冷却された後に流れてきたガスを洗浄してタール等を除去するものである。洗浄装置７は、例えば、ガス状のタールを凝縮する工程と、ガス・液体混合物を分離する工程と、液滴濾過を行う工程と、を含む物理的プロセスを行うことにより、タールを除去する。

誘引ブロワ８は、負圧を発生させることにより、ガス化炉２からのガスをコージェネレーションシステム１０側に誘引するものである。誘引ブロワ８は、例えば誘引通風式の送風機により構成される。誘引ブロワ８の作用により、誘引ブロワ８よりも上流側のガス経路及びガス化炉２内では、負圧が生じている。

コージェネレーションシステム１０は、ガスエンジン及び発電機等により構成されるものである。ガス化炉２で生成されたガスが、煤やタール等が除去されて密度が高められた後にガスエンジンに供給されて、当該ガスの熱エネルギーがガスエンジンにより回転運動に変換される。この回転運動が発電機に伝達されて、電気が発生する。またガスの熱エネルギーのうちの一部は、給湯等に用いられる。

誘引ブロワ８を通過した後のガスのうち、コージェネレーションシステム１０に供給されなかった余剰のガスは、余剰ガス燃焼装置１１に供給される。余剰ガス燃焼装置１１は、余剰のガスを焼却処理し、一酸化炭素を二酸化炭素に変換して無害化する。

制御装置９は、ガス化炉２、燃料供給装置３、チャー排出装置４、バグフィルタ５、ガス冷却装置６、洗浄装置７、誘引ブロワ８、コージェネレーションシステム１０、及び余剰ガス燃焼装置１１等を制御するコントローラである。制御装置９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータとして構成されており、ＣＰＵは各種プログラム等をＲＯＭから読み出して実行することができる。また、前記ＲＯＭには、ガス化装置１に適切に原料のガス化を行わせるための適宜のプログラムが記憶されている。そして、上記したソフトウェアとハードウェアの協働により、ガス化装置１に適宜に原料のガス化を行わせ、ガス中の煤やタールの除去、ガスの濃縮、コージェネレーションシステム１０及び余剰ガス燃焼装置１１へのガスの供給等を行わせることができる。

上記のような構成のガス化装置１では、典型的にはバイオマスである原料を燃料としてガス化炉２でガスが生成され、このガスに含まれる煤やタールがガス経路の途中で取り除かれて、濃縮された後に、当該ガスがコージェネレーションシステム１０に供給される。このガスの熱エネルギーにより電力を得ることができる。即ち、典型的にはバイオマスである原料を資源としたエネルギーが電力に変換されて取り出される。これにより、再生可能なエネルギー源としての原料を有効に利用することができる。

ところで、チャーがチャー堆積領域に滞留する時間が長過ぎると不要な物質が生成されてしまうことが、近年問題視されている。その反面、チャーがチャー堆積領域に滞留する時間が短過ぎると、チャーの充分なガス化（酸化）が行われず、ガス化効率が低下してしまうことも懸念される。従って、チャーがチャー堆積領域に適切な時間だけ滞留してから排出されることが望まれており、そのためには、ガス化炉２内のチャーの堆積領域の上面の位置（即ち、チャーの堆積レベル）を所定の範囲に保つことが必要と考えられる。

そこで、本実施形態のガス化装置１は、チャーの堆積層の上面が炉高方向において所定の高さ範囲にあるか否かを取得するための構成を備えている。チャー堆積層は、ガス化炉２内に堆積している層であって、当該層を構成する物質の大部分がチャーで占められている層である。以下、当該層を、単に「チャー堆積層」と称する場合がある。具体的には、本実施形態のガス化装置１は、第１温度センサＴ１、第２温度センサＴ２、第３温度センサＴ３、第４温度センサＴ４、及び第５温度センサＴ５を備える。これらの温度センサは何れも、制御装置９に電気的に接続されている。

第１温度センサＴ１は、ガス化炉２の炉高方向において酸化剤供給口１３の近傍に配置される温度センサである。本実施形態では、第１温度センサＴ１は、酸化剤供給口１３の下方に配置されている。第１温度センサＴ１は、当該第１温度センサＴ１が設けられた高さにおけるガス化炉２内の温度を検出可能である。

第１温度センサＴ１よりも下方には、第２温度センサＴ２、第３温度センサＴ３、第４温度センサＴ４、及び第５温度センサＴ５が、ガス化炉２の炉高方向において上からこの順で配置されている。従って、第１温度センサＴ１が最も上のセンサであり、第５温度センサＴ５が最も下のセンサである。５つの温度センサＴ１〜Ｔ５は、炉高方向に等しい間隔で並べて配置されてもよいし、不等の間隔で配置されてもよい。それぞれの温度センサＴ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５は、当該温度センサが設けられた高さにおけるガス化炉２内の温度を検出可能である。

なお、図示はしていないが、第１から第５までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・は、例えば複数ずつ設けられている。複数ずつの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・は、何れも、ガス化炉２の周方向に沿って配置される。これらの周方向に配置される複数の温度センサの検出値の平均値が、第１から第５までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・のそれぞれの検出値として採用され、以降で説明する制御に用いられる。ただし、後述の制御において検出値として採用する値は平均値に限定されるものではなく、例えば、第１から第５までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・の各中央値等を検出値として採用することもできる。

ここで、ガス化炉２の炉高方向の温度センサに対応する位置が堆積したチャーで埋もれている場合は、チャーで埋もれていない場合（とりわけ、部分燃焼が行われる領域に対応している場合）よりも、相当に低い温度が検出されるはずである。これは、ガス化炉２内のチャー堆積層よりも上方では、熱分解生成物の部分燃焼が行われて、例えば１０００℃以上に達するところ、チャー堆積層ではそれよりも低い温度（例えば、７００〜１０００℃）でチャーによる還元反応が行われるためである。本実施形態では、このガス化炉２内の炉高方向の温度分布の特徴に着目して、チャー堆積層の上面が所定の範囲にあるか否かを、図３に示す制御フローを行うことにより監視している。

以下では、図３に示した制御フローについて、具体的に説明する。図３は、チャー堆積層の上面が所定の高さ範囲にあるか否かを確かめるために制御装置９により行われる処理を示すフローチャートである。図３のフローチャートで示される処理は、ガス化炉２の稼動中、繰返し実行される。即ち、当該処理は、ガス化炉２が稼動している間、常時又は定期的に実行される。

初めに、制御装置９は、第１温度センサＴ１から得られる温度の検出値を取得する（ステップＳ１０１）。また、制御装置９は、第２温度センサＴ２から得られる温度の検出値を取得する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理の順序は、特に限定されるものではない。

続いて、制御装置９は、ステップＳ１０１で取得した第１温度センサＴ１の検出値と、ステップＳ１０２で取得した第２温度センサＴ２の検出値と、の差が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３での判断の結果、第１温度センサＴ１の検出値と、第２温度センサＴ２の検出値と、の差が閾値以上である場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、制御装置９は、チャー堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間に位置すると判断する（ステップＳ１０４）。これにより、チャー堆積層の上面が所定の範囲（本実施形態では、第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間の高さ）にあることが確かめられる。

ステップＳ１０３で使用される閾値は、チャー堆積層の予想温度と、チャー堆積層の上方にあるガス層又は部分燃焼が行われる領域の予想温度と、の差を考慮して決定することができる。各予想温度は、例えば、ガス化炉２の試験運転又は解析等で取得してもよい。閾値は、例えば、１００℃〜６００℃、より好ましくは２００℃〜３００℃の範囲から選択して設定することができる。

一方、ステップＳ１０３での判断の結果、第１温度センサＴ１の検出値と、第２温度センサＴ２の検出値と、の差が閾値未満である場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、制御装置９は、チャー堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間には位置していないと判断する（ステップＳ１０５）。これにより、チャー堆積層の上面が所定の範囲（本制御フローでは、第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間の高さ）から外れていることが確かめられる。

その後、本実施形態では、第１温度センサＴ１の検出値の過去からの変化、第２温度センサＴ２の検出値の過去からの変化、及び、２つの検出値の差の過去からの変化のうち少なくとも何れかに基づいて、チャー堆積面の上面の高さの上昇／下降の傾向を判断する（ステップＳ１０６）。例えば、チャー堆積層の上面より上側の温度分布と、下側（チャー堆積層内）の温度分布と、を予め分析等により取得しておき、温度センサの検出値又は検出値の差の変化から、チャー堆積層の上面の高さが上昇しつつあるのか又は下降しつつあるのかを判断するとともに、その上昇／下降の速度を推定することができる。ただし、このステップは省略することも可能である。

図３と同様の制御処理が、炉高方向で隣り合う他の温度センサについても、その検出結果に基づいて行われる。即ち、チャー堆積層の上面が炉高方向において第２温度センサＴ２と第３温度センサＴ３との間にあるか否か、第３温度センサＴ３と第４温度センサＴ４との間にあるか否か、或いは第４温度センサＴ４と第５温度センサＴ５の間にあるか否かも、制御装置９によって確かめられる。これにより、チャー堆積層の上面が所定の範囲にあるか否かを、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・を用いた簡単な構成で監視することができる。

加えて、本実施形態の制御装置９では、チャー堆積層の上面の炉高方向の位置が第１温度センサＴ１から第５温度センサＴ５までが配置される範囲から外れた場合にも、少なくとも、チャー堆積層の上面が通常（第１から第５までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・が配置される想定領域）よりも高くなっているか低くなっているかを推定できるように、図４に示す処理を行っている。

以下では、図４に示した制御フローについて、具体的に説明する。図４は、チャー堆積層の上面が通常よりも高くなっているのか低くなっているのかを推定するために制御装置９により行われる処理を示すフローチャートである。

初めに、制御装置９は、第１から第５までの温度センサＴ１，Ｔ２，・・・から得られる温度の検出値を取得し、炉高方向で隣り合う温度センサの検出値の差をそれぞれ算出する。そして、制御装置９は、炉高方向で隣り合う温度センサの検出値の差が何れも閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

ステップＳ２０１での判断の結果、炉高方向で隣り合う温度センサの検出値の差の中に閾値以上であるものがある場合（ステップＳ２０１、Ｎｏ）、制御装置９は、図３の処理と同様の考え方で、その検出値の差が閾値以上となっている２つの温度センサの間に、チャー堆積層の上面が位置していると判断する（ステップＳ２０２）。

一方、炉高方向で隣り合う温度センサの検出値の差が何れも閾値未満である場合（ステップＳ２０１、Ｙｅｓ）、続いて制御装置９は、直前に取得された第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値以上であったか否かを判断する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３での判断の結果、直前に取得された第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値以上であった場合（ステップＳ２０３、Ｙｅｓ）、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１から第５温度センサＴ５までの高さ範囲から外れる直前には、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間にあった可能性が高いため、制御装置９は、現在はチャー堆積層の上面はガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１よりも上方の位置に至ったものと推定する（ステップＳ２０４）。その場合、制御装置９は、チャー堆積層の上面が正常な高さよりも高くなっている（異常に高くなっている）旨を、報知ランプを点灯する等の方法によりユーザに報知する。これにより、ユーザは、例えば、チャーの抜出し量を増やしたり、酸化剤供給口１３からガス化炉２内への酸化剤の供給量を減らしたり、といった適宜の対応を行うことが可能となる。

一方、ステップＳ２０３での判断の結果、直前に取得された第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値未満であった場合（ステップＳ２０３、Ｎｏ）、続いて制御装置９は、ステップＳ２０１の判断結果を得る直前に取得された第４温度センサＴ４の検出値と第５温度センサＴ５の検出値との差が閾値以上であったか否かを判断する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５での判断の結果、直前に取得された第４温度センサＴ４の検出値と第５温度センサＴ５の検出値との差が閾値以上であった場合（ステップＳ２０５、Ｙｅｓ）、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１から第５温度センサＴ５までの高さ範囲から外れる直前には、チャー堆積層の上面が第４温度センサＴ４と第５温度センサＴ５との間にあった可能性が高いため、制御装置９は、現在はチャー堆積層の上面はガス化炉２の炉高方向において第５温度センサＴ５よりも下方の位置に至ったものと推定する（ステップＳ２０６）。その場合、制御装置９は、チャー堆積層の上面が正常な高さよりも低くなっている（異常に低くなっている）旨を、報知ランプを点灯する等の方法によりユーザに報知する。これにより、ユーザは、例えば、チャーの抜出し量を減らしたり、酸化剤供給口１３からガス化炉２内への酸化剤の供給量を増やしたり、といった適宜の対応を行うことが可能となる。

一方、ステップＳ２０５での判断の結果、直前に取得された第４温度センサＴ４の検出値と第５温度センサＴ５の検出値との差が閾値未満であった場合（ステップＳ２０５、Ｎｏ）、過去に算出した隣り合う温度センサの検出値の差を参照しても、現在のチャー堆積層の上面の位置を推定できない。このため、制御装置９は、チャー堆積層の上面の位置が検出不能であると判断し（ステップＳ２０７）、その旨を、報知ランプを点灯する等の適宜の方法によりユーザに報知する。これにより、ユーザは、例えば、ガス化炉２の運転を緊急停止する等の適宜の対応を行うことが可能となる。

以上のような処理が行われることにより、チャー堆積層の上面の位置が第１温度センサＴ１から第５温度センサＴ５までが配置されている高さ範囲から外れた場合にも、少なくとも、チャー堆積層の上面が当該範囲から上側に外れているのか、或いは下側に外れているのかを推定することができる。

以上に説明したように、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２と、第１温度センサＴ１と、第２温度センサＴ２と、制御装置９と、を備える。ガス化炉２は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成されるチャーが堆積する。第２温度センサＴ２は、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１よりも下方に配置される。制御装置９は、第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値以上である場合に、チャー堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間に位置すると判定する（図３のステップＳ１０４を参照）。

この構成で、ガス化炉２において原料の熱分解、酸化及び還元によってガスを発生させるとき、ガス化炉２の炉高方向の温度センサに対応する位置が堆積したチャーで埋もれている場合は、チャーで埋もれていない場合よりも、相当に低い温度が検出されるはずである。このため、第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値以上である場合、チャー堆積層の上面が炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の間の位置にあることが推定される。これにより、チャー堆積層の上面が所定の範囲にあるか否かを、温度センサＴ１，Ｔ２を用いた簡単な構成で取得することができる。このように、本実施形態では、錘（分銅）等を利用したレベルセンサを用いるのではなく、温度センサＴ１，Ｔ２を用いてチャー堆積層の上面の位置を取得するので、高温環境下での計測が実現できる。

また、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２の炉高方向において第２温度センサＴ２よりも下方に配置される第３温度センサＴ３、第４温度センサＴ４、及び第５温度センサＴ５を更に備える。第３温度センサＴ３、第４温度センサＴ４、及び第５温度センサＴ５は、ガス化炉２の炉高方向において上から順にこの順で配置される。ガス化炉２の炉高方向で隣り合う温度センサ同士の検出値の差が何れも閾値未満である場合に、直前に取得された第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値以上であれば、制御装置９は、チャー堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１よりも上方の位置にあると判定する（図４のステップＳ２０４を参照）。一方、ガス化炉２の炉高方向で隣り合う温度センサ同士の検出値の差が何れも閾値未満である場合に、直前に取得された第４温度センサＴ４の検出値と第５温度センサＴ５の検出値との差が閾値以上であれば、制御装置９は、チャー堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第５温度センサＴ５よりも下方の位置にあると判定する（図４のステップＳ２０６を参照）。

これにより、チャー堆積層の上面の炉高方向の位置が、第１温度センサＴ１から第５温度センサＴ５までが配置される範囲（想定領域）から外れた場合にも、少なくとも、チャー堆積層の上面が通常よりも高くなっているのか低くなっているのかを推定することができる。これにより、例えば、堆積したチャーをガス化炉２の外部に排出する量（抜出し量）を増減したり、酸化剤の投入量を増減したり、といった、チャー堆積層の上面の位置を調整するための適切な対応を行うことが可能となる。

また、本実施形態のガス化装置において、過去に取得した第１温度センサＴ１の検出値、過去に取得した第２温度センサＴ２の検出値、これらの過去の検出値の差等を考慮することにより、チャー堆積層の上面の上下方向の変化を取得する（図３のステップＳ１０６を参照）。

これにより、チャー堆積層の上面の現在の位置だけでなく、その上下方向の変化を考慮して、チャー堆積層の上面の位置を調整するためのきめ細かい対応を行うことが可能となる。

また、本実施形態のガス化装置１は、ガス化炉２と、酸化剤供給口１３と、第１温度センサＴ１と、第２温度センサＴ２と、を備える。ガス化炉２は、原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積する。酸化剤供給口１３は、ガス化炉２の炉高方向において原料の部分燃焼が行われる領域に対応する位置に、当該領域内に酸化剤を供給するために設けられる。第１温度センサＴ１は、ガス化炉２の炉高方向において酸化剤供給口１３の近傍に配置される。第２温度センサＴ２は、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１よりも下方に配置される。

ここで、ガス化炉２の炉高方向の第１温度センサＴ１に対応する位置は、近傍の酸化剤供給口１３から酸化剤が取り込まれて直接的に部分燃焼が行われる領域に対応しているため、第１温度センサＴ１は高い温度（部分燃焼が行われる付近の高い温度）を検出するはずである。これに対し、第２温度センサＴ２は、仮にガス化炉２の炉高方向の第２温度センサＴ２に対応する位置が堆積したチャーで埋もれていたとしたら、第１温度センサＴ１の検出値よりも相当に低い温度を検出するはずである。チャーで埋もれている領域では、チャーによる還元反応が主として行われており、この還元反応は上記の部分燃焼の温度よりも低い温度で進行するからである。これにより、第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との間に所定以上の差がある場合には、チャー堆積層の上面が炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の間の位置にあると推定することができる。よって、チャー堆積層の上面が所定の範囲にあるか否かを、温度センサＴ１，Ｔ２を用いた簡単な構成で取得することができる。

＜第１変形例＞
次に、上記の実施形態の変形例を説明する。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

上記の実施形態ではガス化炉２の炉高方向で隣り合う温度センサのそれぞれについて、検出値の差が閾値以上になっているかを判断することにより（図３のステップＳ１０３を参照）、チャー堆積層の上面の位置を推定することとした。これに代えて、本変形例では、ガス化炉２の炉高方向で隣り合う温度センサのそれぞれについて、検出値の差を算出し、これらを比較することにより、チャー堆積層の上面の位置を推定する。

具体的には、制御装置９は、第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値の差、第２温度センサＴ２の検出値と第３温度センサＴ３の検出値の差、第３温度センサＴ３の検出値と第４温度センサＴ４の検出値の差、及び、第４温度センサＴ４の検出値と第５温度センサＴ５の検出値の差、を比較して、最も大きい差が検出された２つの温度センサを特定する。そして、制御装置９は、差の最大値が所定の閾値以上である場合に、この最も大きい差が検出された隣り合う２つの温度センサの間に、チャー堆積層の上面が位置すると判断する。

以上に説明したように、本変形例に係るガス化装置１においては、第１温度センサＴ１及び第２温度センサＴ２は、ガス化炉２の炉高方向に５つ並べて配置される温度センサの一部である。制御装置９は、ガス化炉２の炉高方向において隣り合う２つの温度センサの差のそれぞれを比較することにより、チャー堆積層の上面の位置を判定する。

これにより、チャー堆積層の上面の位置を、複数段階で精度よく判定することができる。

＜第２変形例＞
次に、別の変形例を説明する。本変形例は、第３温度センサＴ３、第４温度センサＴ４、及び第５温度センサＴ５を省略し、第１温度センサＴ１及び第２温度センサＴ２の検出値を用いて、チャー堆積層の上面の位置を３段階で求めるものである。

具体的には、本変形例では、第１温度センサＴ１の検出値と、第２温度センサＴ２の検出値と、の差が閾値以上である場合は、上記と同様に、チャー堆積層の上面が、ガス化炉２の炉高方向において第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２との間に位置すると判断する。

一方、第１温度センサＴ１の検出値と、第２温度センサＴ２の検出値と、の差が閾値以下となっているときは、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１よりも上方の位置にある場合、第２温度センサＴ２よりも下方の位置にある場合、のうち何れかであると考えられる。これを判別するために、制御装置９は、直前に検出値の差が閾値以上であった状態から、それぞれの温度センサＴ１，Ｔ２の検出値の変化を調べる。そして、第１温度センサＴ１の検出値が直前から低下している場合は、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１よりも上方の位置にあると判定し、第２温度センサＴ２の検出値が直前から上昇している場合は、チャー堆積層の上面が第２温度センサＴ２よりも下方の位置にあると判定する。これにより、温度センサの数が少ない場合でも、チャー堆積層の上面の位置を適切に取得することができる。

ただし、第１温度センサＴ１及び第２温度センサＴ２のうち一方だけの検出値の変化によっても、チャー堆積層の上面の位置を得ることができる。代表して第１温度センサＴ１を用いる場合について説明すると、例えば、第１温度センサＴ１の検出値が直前から低下している場合は、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１よりも上方の位置にあると判定し、そうでない場合は、チャー堆積層の上面が第２温度センサＴ２よりも下方の位置にあると判定するように構成することができる。

以上に説明したように、本変形例に係るガス化装置１においては、第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値未満であり、直前に取得された第１温度センサＴ１の検出値と第２温度センサＴ２の検出値との差が閾値以上である場合に、制御装置９は、第１温度センサＴ１及び第２温度センサＴ２が直前に検出した検出値に基づいて、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１よりも上方の位置にあるか、第２温度センサＴ２よりも下方の位置にあるか、を判定する。

これにより、チャー堆積層の上面の炉高方向の位置が、当該炉高方向に並べて配置される第１温度センサＴ１から第２温度センサＴ２までの範囲から外れた場合に、チャー堆積層の上面が第１温度センサＴ１よりも上方なのか、第２温度センサＴ２よりも下方なのかを判別することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・はガス化炉２の炉高方向に５つ並べて配置されるものとしたが、これに限るものではなく、炉高方向に配置される温度センサの数はこれよりも多くても少なくてもよい。

上記の実施形態では、原料は、燃料供給装置３によって一定量ずつガス化炉２に投入されるものとしたが、これに限るものではなく、原料の投入量を可変としてもよい。その場合、上述した制御フローが行われることにより知得されたチャー堆積層の上面の位置に応じて、原料の投入量を増減することとしてもよい。

上記の実施形態では、上述した制御フローが行われることにより知得されたチャー堆積層の上面の位置に応じて、ユーザが手動で、例えばチャーの抜出し量を増減する等の何らかの対応を行うものとしたが、これに限るものではなく、例えば制御装置９がチャー排出装置４を制御することにより、自動でチャー堆積層の上面の位置を適正な状態に保つための何らかの処理が行われるものとしてもよい。

上記の実施形態では、ガス化炉２で発生されたガスはコージェネレーションシステム１０に供給されるものとしたが、これに限るものではなく、例えばこれに代えて、ガスタービン等のエネルギー変換装置に供給されるものとしてもよい。

上記の実施形態では、ガス化炉２内で原料が乾燥されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばこれに代えて、燃料供給装置３に供給される前に予め原料が乾燥されるものとしてもよい。

本発明は、部分燃焼が行われる領域よりも下方にチャーが堆積されて、このチャーが堆積される領域で、部分燃焼のときよりも低い温度で当該チャーによる還元が行われるガス化炉２を備えるガス化装置１に広く適用可能である。即ち、ガス化炉２の形式は特に固定床式に限るものではない。

１ ガス化装置
２ ガス化炉
９ 制御装置
Ｔ１ 第１温度センサ
Ｔ２ 第２温度センサ
Ｔ３ 第３温度センサ

Claims (5)

1. 原料を熱分解してガスを発生させ、その過程で生成される炭化物が堆積するガス化炉と、
   第１温度センサと、
   前記ガス化炉の炉高方向において前記第１温度センサよりも下方に配置される第２温度センサと、
   前記第１温度センサの検出値と前記第２温度センサの検出値との差が閾値以上である場合に、前記炭化物の堆積層の上面が、前記ガス化炉の前記炉高方向において前記第１温度センサと前記第２温度センサとの間に位置すると判定する制御装置と、
   を備えることを特徴とするガス化装置。
2. 請求項１に記載のガス化装置であって、
   前記ガス化炉の前記炉高方向において、前記第１温度センサよりも上方、又は前記第２温度センサよりも下方の少なくとも何れかに１つ以上配置される温度センサを更に備え、
   前記制御装置は、
   前記ガス化炉の前記炉高方向において隣り合う２つの温度センサの検出値の差が何れも閾値未満である場合に、
   前記炉高方向で最も上から２つの温度センサにおいて直前に取得された検出値の差が閾値以上であれば、前記炭化物の堆積層の上面が、前記ガス化炉の前記炉高方向における最も上の温度センサよりも上方の位置にあると判定する一方、
   前記炉高方向で最も下から２つの温度センサにおいて直前に取得された検出値の差が閾値以上であれば、前記炭化物の堆積層の上面が、前記ガス化炉の前記炉高方向における最も下の温度センサよりも下方の位置にあると判定することを特徴とするガス化装置。
3. 請求項１又は２に記載のガス化装置であって、
   前記第１温度センサ及び前記第２温度センサは、前記ガス化炉の前記炉高方向に３つ以上並べて配置される温度センサの一部であり、
   前記制御装置は、前記ガス化炉の前記炉高方向において隣り合う２つの前記温度センサの検出値の差のそれぞれを比較することにより、前記炭化物の堆積層の上面の位置を判定することを特徴とするガス化装置。
4. 請求項１に記載のガス化装置であって、
   前記第１温度センサの検出値と前記第２温度センサの検出値との差が前記閾値未満であり、直前に取得された前記第１温度センサの検出値と前記第２温度センサの検出値との差が前記閾値以上である場合に、前記制御装置は、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサのうち少なくとも何れかが直前に検出した検出値に基づいて、前記炭化物の堆積層の上面が前記第１温度センサよりも上方の位置にあるか、前記第２温度センサよりも下方の位置にあるか、を判定することを特徴とするガス化装置。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載のガス化装置であって、
   前記制御装置は、過去に取得した前記第１温度センサの検出値、過去に取得した前記第２温度センサの検出値、及び、これらの検出値の差のうち少なくとも何れかに基づいて、前記炭化物の堆積層の上面の上下方向の変化を取得することを特徴とするガス化装置。

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