JP4008312B2 - 石炭ガス化プラント，及び石炭ガス化プラント監視方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，石炭ガス化プラントに関し，特に，石炭ガス化プラントを監視する技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭のガス化を行うために石炭ガス化炉が使用される。石炭のガス化により生成される石炭ガスは，エネルギー源として有効に活用される。
【０００３】
石炭をガス化すると，石炭ガス化炉には燃え滓としてスラグが残る。このようなスラグは，石炭ガス化炉から排出される必要がある。スラグは充分に高温であれば流動性を有するため，スラグは，一般に，石炭ガス化炉の下部に設けられたスラグホールから連続的に排出される。スラグホールの下方には，冷却水を満たしたスラグ排出塔が設けられ，スラグは，冷却水によって冷却されて固化された後，スラグ排出塔から排出される。
【０００４】
石炭ガス化炉の正常運転のためには，スラグの排出状況を監視する必要がある。スラグの固体化によるスラグホールの閉塞及びスラグの流動の不安定化を回避することは，石炭ガス化炉の運転において重要である。
【０００５】
スラグ排出状況を充分に把握するために，水中マイクロホンを使用してスラグの落下音を検出する技術が，特開平６−１７０６１号公報に知られている。更に，冷却水の水面の撮像画像とスラグホールの撮像画像とから，スラグ動態を監視評価する技術が，特開２００１−１９９７５号公報に知られている。
【０００６】
石炭ガス化炉からのスラグの排出状況の監視の信頼性は，一層に向上されることが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，スラグの排出状況の監視の信頼性を，一層に向上するための技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下に，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて，課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は，［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し，付加された番号・符号は，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明による石炭ガス化プラントは，スラグを排出するスラグホール（４）を有する石炭ガス化炉（２）と，前記スラグが落下される冷却水（５）を蓄積するスラグ排出塔（１）と，冷却水（５）の水面（５ａ）を撮像して水面監視画像を生成するカメラ（９）と，スラグが前記冷却水（５）に流下することによって発生する落下音を収集する落下音収集器（１０）と，前記落下音と前記水面監視画像とに基づいて，前記スラグの排出状況を検知する監視装置（１７）とを含む。 前記カメラ（９）は，スラグ排出塔（１）に設けられた水面監視窓（７ｂ）を介して前記水面（５ａ）を撮像し，監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像の輝度とに基づいて，前記水面監視窓（７ｂ）の汚れを検知する。
【００１０】
水面監視画像は，スラグの排出状況について多種多様の情報を提供するが，水面監視画像を取得する光学系は，汚れにより劣化する可能性がある。一方で，音波は，一般に，物質中における伝搬性は良好であるため，水中音を取得する落下音収集器（１０）は相対的に汚れに強い。スラグの落下音による成分が水中音に含まれるか否かをスラグの排出状況の判断に使用することにより，水面監視画像によって得られる情報が信頼できるか否かを判断でき，スラグ排出状況の監視の信頼性が向上する。
【００１２】
前記落下音収集器（１０）は，前記冷却水（５）の水中に設けられたハイドロホンである。
【００１３】
監視装置（１７）は，前記落下音と前記水面監視画像とに基づいて，前記スラグの流動性を検知することが好ましい。スラグの流動性としては，前記スラグが流動しているか否か，またスラグの流動が安定化しているか否かが挙げられる。
【００１４】
当該石炭ガス化プラントは，更に，スラグホール（４）を撮像してスラグホール監視画像を生成する他のカメラ（６）を含み，前記監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグ動態を検知することが好ましい。
【００１５】
前記監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグの流動性を判断することが好ましい。
【００１６】
前記監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグホール（４）の閉塞を検知することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照しながら，本発明による石炭ガス化プラントの実施の一形態を説明する。
【００２０】
本発明による石炭ガス化プラントの実施の一形態では，石炭ガス化炉とともにスラグ排出塔が設けられている。そのスラグ排出塔１は，図１に示されているように，石炭ガス化炉２の下方部に設けている。石炭ガス化炉２の下部には，円錐状のスラグタップ３が設けられている。石炭ガス化炉２の中で石炭がガス化された後に生成されるスラグは，スラグタップ３に設けられた円形のスラグホール４を介して排出される。スラグホール４の縁には，１８０°間隔で対向する位置に，排出されるスラグの流出案内溝（図示せず）が２つ形成される。流出案内溝の断面積は，２条のスラグ流が定常的に流下するように設計されている。
【００２１】
スラグ排出塔１の下方部には，冷却水５が蓄積されている。スラグホール４から排出されたスラグは，冷却水５に流下する。
【００２２】
第１ＴＶカメラ６が，スラグ排出塔１の側壁の外側に設けられている。第１ＴＶカメラ６は，スラグ排出塔１の側壁に設けられているスラグホール監視窓７ａを介してスラグホール４及びスラグホール４の周辺を撮像し，スラグホール監視画像を生成する。
【００２３】
分光計８が，第１ＴＶカメラ６と複合してスラグホール４の中心部（微少域）を視野にして，スラグ排出塔１の側壁の外側に設けられている。分光計８は，スラグホール観察窓７を通して，スラグホール４の中心部の温度を測定することができる。
【００２４】
第２ＴＶカメラ９が，スラグ排出塔１の側壁の外側に設けられている。第２ＴＶカメラ９は，スラグ排出塔１の側壁に設けられている水面監視窓７ｂを介して冷却水５の水面５ａを撮像し，水面監視画像を生成する。
【００２５】
ハイドロホン１０が，冷却水５の水中に設けられている。ハイドロホン１０は，それに入力される音を電気信号に変換して出力する。
【００２６】
第１ＴＶカメラ６は，画像処理ボード１１に接続されている。画像処理ボード１１は，第１ＴＶカメラ６によって取得されたスラグホール監視画像をデジタルデータ化し，スラグホール輝度分布データ２１を生成する。スラグホール輝度分布データ２１は，スラグホール監視画像に含まれる各画素の輝度を示すデータで構成されている。
【００２７】
分光計８は，専用ＩＦボード１２に接続されている。専用ＩＦボード１２は，分光計８によって測定された，スラグホール４の中心温度を示す温度データ２２を生成する。
【００２８】
第２ＴＶカメラ９は，画像処理ボード１３に接続されている。画像処理ボード１３は，第２ＴＶカメラ９によって取得された水面監視画像をデジタルデータ化し，水面輝度分布データ２３を生成する。水面輝度分布データ２３は，水面監視画像に含まれる各画素の輝度で構成されている。
【００２９】
ハイドロホン１０の出力は，増幅器１４の入力に接続されている。増幅器１４は，ハイドロホン１０が出力する電気信号を増幅する。増幅器１４の出力は，バンドパスフィルター（ＢＰＦ）１５の入力に接続されている。ＢＰＦ１５は，増幅器１４の出力のうち，冷却水５にスラグが流下することによって発生する落下音の帯域の成分を含む所定の監視帯域の信号を通過して出力する。ＢＰＦ１５の出力は，Ａ／Ｄ変換器１６の入力に接続されている。Ａ／Ｄ変換器１６は，ＢＰＦ１５が出力するアナログ信号をデジタル化する。Ａ／Ｄ変換器１６は，ハイドロホン１０が取得する音のうち，スラグが冷却水５に流下することによって発生する音の帯域を含む所定の監視帯域の成分のデジタルデータを出力することになる。該デジタルデータは，以下，水中音監視データ２４と呼ばれる。
【００３０】
画像処理ボード１１，専用ＩＦボード１２，画像処理ボード１３，及びＡ／Ｄ変換器１６は，スラグ流動監視・診断装置１７に接続されている。スラグ流動監視・診断装置１７は，スラグホール輝度分布データ２１，温度データ２２，水面輝度分布データ２３，及び水中音監視データ２４からスラグの排出状態を監視し，診断する。スラグ流動監視・診断装置１７は，監視，診断の結果，必要があると判断したときには，スラグ溶融バーナ点火指令２５を出力して石炭ガス化炉２に設けられているスラグ溶融バーナ（図示されない）を点火し，また，各種の警報出力２６を出力する。
【００３１】
図２は，スラグ流動監視・診断装置１７の機能ブロック図である。スラグ流動監視・診断装置１７は，スラグホール輝度分布データ２１，温度データ２２，水面輝度分布データ２３，及び水中音監視データ２４から，評価パラメータ２７を得る。評価パラメータ２７は，スラグ本数（１）２８，スラグ幅２９，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０，ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数３１，スラグタップ温度３２，水面監視画像の輝度変動量３３，スラグ本数（２）３４，スラグ落下音フラグ３５を含む。
【００３２】
スラグ本数（１）２８とは，スラグホール４の直下におけるスラグ流の本数である。スラグ本数（１）２８は，スラグホール監視画像の各画素の輝度を示すスラグホール輝度分布データ２１を用いて算出される。図３（ａ）に示されているように，スラグホール監視画像のスラグが流下する部分は，輝度が高い筋としてスラグホール監視画像に表れる。スラグ本数（１）２８は，スラグホール監視画像のうちの，スラグホール４の下方に水平方向に規定されている直線５１上で，輝度を微分することによって算出される。図３（ｂ）に示されているように，直線５１上では，スラグ流に対応する２つの領域で輝度が高くなり，図３（ｃ）に示されているように，輝度の微分は４つのピーク（極大位置）を有する。このピークの数から，スラグ本数（１）２８が判断される。
【００３３】
スラグ幅２９は，直線５１で示されている直線状領域におけるスラグ流の幅（太さ）である。スラグ流が複数である場合には，スラグ幅２９は，そのスラグ流の幅の和として定義される。スラグ本数（１）２８と同様に，スラグホール４の下方に定められた直線５１で示されている直線状領域の輝度の微分計算によって算出され，輝度の微分値のピークの位置からスラグ幅２９が算出される。
【００３４】
図４（ａ）を参照して，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０とは，スラグ監視画像に規定された第１有効領域［Region Of Interest：ＲＯＩ（１）］５２のうちの，所定値よりも輝度が高い領域の面積である。ＲＯＩ（１）５２とは，スラグホール４及びその近傍を含み，かつ，スラグホール４から鉛直下方に延びる矩形状領域である。スラグホール監視画像を生成する第１ＴＶカメラ６は，スラグホール４を斜めから撮像するから，スラグホール４は，スラグホール監視画像において楕円形に写されることに注意されたい。ＲＯＩ（１）５２には，スラグが流れ出るスラグホール４と，流れ出たスラグ流とが写されている。したがって，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０には，スラグホール４と，スラグホール４の直下のスラグ流との状態が表れる。
【００３５】
ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数３１とは，スラグ監視画像に規定された第２有効領域［ＲＯＩ（２）］５３に含まれる画素のうち，輝度が所定の基準値Ｂ１以上である画素の数である。ＲＯＩ（２）５３は，スラグホール４に概ね重なる矩形状領域である。ＲＯＩ（２）５３には，スラグホール４の状態が写される。したがって，ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数３１には，スラグホール４の状態が表れる。
【００３６】
スラグタップ温度３２とは，スラグタップ３のうち，温度が最も高くなる部位である中心部の温度であり，分光計８及び専用ＩＦボード１２によって生成されるスラグタップ３の温度データ２２から算出される。
【００３７】
水面監視画像輝度変動量３３とは，水面監視画像の輝度の変動量である。水面監視画像には，Ｘ−Ｙ座標が規定されている。座標（Ｘ，Ｙ）を有する画素の時刻Ｔにおける輝度をＢ（Ｘ，Ｙ），該画素の時刻Ｔ＋ΔＴにおける輝度をＡ（Ｘ，Ｙ），時刻Ｔにおける水面監視画像輝度変動量３３をＶ（Ｔ）と表すと，輝度変動量Ｖ（Ｔ）は，
Ｖ（Ｔ）＝ΣΣ｜Ａ（Ｘ，Ｙ）−Ｂ（Ｘ，Ｙ）｜，
で定義される。ここでΣΣは，水面監視画像の全ての座標（Ｘ，Ｙ）についての和を示している。
【００３８】
スラグ本数（２）３４とは，水面５ａの直上におけるスラグ流の本数である。スラグ本数（２）３４は，水面監視画像の各画素の輝度を示す水面輝度分布データ２３を用いて算出される。スラグ本数（２）３４は，スラグ本数（１）２８と同様に，水面監視画像のうちの，水平方向に規定されている直線上で，輝度を微分することによって算出される。該直線上における輝度のピークの数からスラグ本数（２）３４が判断される。
【００３９】
スラグ落下音フラグ３５は，スラグが冷却水５に流下することにより発生する落下音の有無を示している。スラグ落下音フラグ３５は，ハイドロホン１０，増幅器１４，ＢＰＦ１５，及びＡ／Ｄ変換器１６によって得られる水中音監視データ２４から生成される。
【００４０】
スラグ流動監視・診断装置１７は，評価パラメータ２７を入力として診断ロジック３６を実行し，スラグの排出状況の診断の診断結果３７を生成する。スラグの排出状況の診断は，スラグホール／水面監視による組み合わせ評価，スラグホール監視による評価，及び水面監視による評価の３つに分類される。これらの評価は，併用されることが可能であり，また，排他的に使用されることが可能である。
【００４１】
図５は，スラグホール／水面監視による組み合わせ評価のロジックを示している。ＲＯＩ（２）Ｂ１輝度レベル以上画素数３１が，規定値以下であり，且つ，０でない状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７としてスラグ溶融バーナ点火３８が得られる。
【００４２】
更に，下記条件：
（１）ＲＯＩ（２）Ｂ１輝度レベル以上画素数３１が“０”
（２）ＲＯＩ（２）に含まれる全画素の輝度が所定の基準値Ｂ２（＜Ｂ１）以下（３）水面監視画像輝度変動量３３が所定の下限値より大きいか，スラグ落下音フラグ３５が落下音ありを示している
の全てを満足する状態が，所定の時間だけ継続されると，スラグホール監視窓７ａが汚れていることを示すスラグホール監視窓汚れ発生３９が，診断結果３７として得られる。水面監視画像輝度変動量３３及びスラグ落下音フラグ３５によって水面５ａへのスラグの流下が検知されているにもかかわらず，ＲＯＩ（２）に含まれる画素の輝度が低い場合には，スラグホール監視窓７ａが汚れていると判断されることになる。スラグホール監視窓７ａの汚れの検出にスラグ落下音フラグ３５を使用することにより，水面監視窓７ｂが汚れている場合でも水面５ａへのスラグの流下が検知されるから，水面監視窓７ｂが汚れている場合でもスラグホール監視窓７ａの汚れを検出することが可能になっている。
【００４３】
更に，水面監視画像輝度変動量３３が所定の下限値以下であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音ありを示している状態が所定の時間だけ継続されると，水面監視窓７ｂが汚れていることを示す水面監視窓汚れ発生４０が，診断結果３７として得られる。スラグ落下音フラグ３５を使用することにより，水面監視窓７ｂの汚れの検出が可能になっている。
【００４４】
更に，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が０本であり，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が０本であり，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，且つ，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示している状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７としてスラグ流動無４１が得られる。
【００４５】
更に，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が０本でなく，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が０本であり，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，且つ，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示している状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７として中間壁閉塞４２が得られる。中間壁閉塞４２とは，図６に示されているように，スラグ排出塔１の内部のスラグホール４と水面５ａとの間にスラグが堆積し，堆積したスラグにより，スラグ流が冷却水５に流下しない状態をいう。
【００４６】
また，図５に示されているように，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示し，且つ，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０が“０”である状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７として，スラグホール４が閉塞されていることを示すスラグホール閉塞４３が得られる。
【００４７】
更に，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０が規定値内であり，スラグタップ温度３２が規定値内であり，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が２本であり，スラグ幅２９が規定値内であり，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が２本であり，水面監視画像輝度変動量３３が規定値内であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音ありを示している場合には，診断結果３７として，スラグの流動が安定であることを示すスラグ流動安定４４が得られ，そうでない場合には，スラグの流動が不安定であることを示すスラグ流動不安定４５が，診断結果３７として得られる。
【００４８】
図７は，スラグホール監視による評価のロジックを示している。スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が０本である状態が所定の時間継続されると，診断結果３７として，スラグ流動無４１が得られる。
【００４９】
更に，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０が規定値内であり，スラグタップ温度３２が規定値内であり，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が２本であり，スラグ幅２９が規定値内である場合には，診断結果３７として，スラグ流動安定４４が得られ，そうでない場合には，スラグ流動不安定４５が，診断結果３７として得られる。
【００５０】
図８は，水面監視による評価のロジックを示している。水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が０本であり，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示している場合には，診断結果３７として，スラグ流動無４１が得られる。
【００５１】
更に，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が２本である場合には，診断結果３７としてスラグ流動安定４４が得られ，そうでない場合には，診断結果３７として，スラグ流動不安定４５が得られる。
【００５２】
図２に示されているように，診断結果３７としてスラグ溶融バーナ点火３８が得られた場合には，スラグ流動監視・診断装置１７は，スラグ溶融バーナ点火指令２５を出力し，スラグ溶融バーナを点火させる。更に，診断結果３７としてスラグホール監視窓汚れ発生３９，水面監視窓汚れ発生４０，スラグ流動無４１，中間壁閉塞４２，スラグホール閉塞４３，及びスラグ流動不安定４５が得られた場合には，スラグ流動監視・診断装置１７は，その旨を示す警報出力２６を出力する。また，診断結果３７としてスラグ流動安定４４が得られた場合には，スラグ流動監視・診断装置１７は，その旨を出力する。
【００５３】
以上に説明されているように，本実施の形態の石炭ガス化プラントでは，水面５ａを監視する第２ＴＶカメラ９によって撮影される水面撮像画像に加えて，冷却水５中に設けられたハイドロホン１０によって収集される水中音の情報が，スラグの排出状況の判断に使用される。水面撮像画像は，スラグの排出状況について多種多様の情報を提供するが，水面撮像画像を取得する光学系は，汚れにより劣化する可能性がある。例えば，水面監視窓７ｂが汚れると，水面撮像画像を用いた診断の信頼性が落ちる。一方で，音波は，一般に，物質中における伝搬性は良好であるため，水中音を取得するハイドロホン１０は汚れに強い。スラグの落下音による成分が水中音に含まれるか否かをスラグの排出状況の判断に使用することにより，水面撮像画像によって得られる情報が信頼できるか否かを判断でき，スラグ排出状況の監視の信頼性が向上する。更に，水面撮像画像と冷却水５の水中音とを監視することにより，水面撮像画像の取得に使用される水面監視窓７ｂの汚れを検出できる。以上に説明されているように，水面撮像画像に加えて，冷却水５中に設けられたハイドロホン１０によって収集される水中音の情報が，スラグの排出状況の判断に使用されることにより，スラグの排出状況の判断の信頼性が向上されている。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により，スラグの排出状況の監視の信頼性が，一層に向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明による石炭ガス化プラントの実施の第１形態を示す。
【図２】図２は，スラグ流動監視・診断装置１７の機能ブロック図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は，スラグ本数（１）２８とスラグ幅２９の検出方法を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は，第１有効領域［ＲＯＩ（１）］５２の定義を示す図であり，図４（ｂ）は，第２有効領域［ＲＯＩ（２）］５３の定義を示す図である。
【図５】図５は，スラグホール／水面監視による組み合わせ評価のロジックを示している。
【図６】図６は，中間壁閉塞４２を説明する図である。
【図７】図７は，スラグホール監視による評価のロジックを示している。
【図８】図８は，水面監視による評価のロジックを示している。
【符号の説明】
１：スラグ排出塔
２：石炭ガス化炉
３：スラグタップ
４：スラグホール
５：冷却水
６：第１ＴＶカメラ
７ａ：スラグホール監視窓
７ｂ：水面観察窓
８：分光計
９：第２ＴＶカメラ
１０：ハイドロホン
１１：画像処理ボード
１２：専用ＩＦボード
１３：画像処理ボード
１４：増幅器
１５：バンドパスフィルター（ＢＰＦ）
１６：Ａ／Ｄ変換器
１７：スラグ流動監視・診断装置
２１：スラグホール輝度分布データ
２２：温度データ
２３：水面輝度分布データ
２４：水中音監視データ
２５：スラグ溶融バーナ点火指令
２６：警報出力
２７：評価パラメータ
２８：スラグ本数（１）
２９：スラグ幅
３０：ＲＯＩ（１）高輝度部面積
３１：ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数
３２：スラグタップ温度
３３：水面監視画像輝度変動量
３４：スラグ本数（２）
３５：スラグ落下音フラグ
３６：診断ロジック
３７：診断結果
３８：スラグ溶融バーナ点火
３９：スラグホール監視窓汚れ発生
４０：水面監視窓汚れ発生
４１：スラグ流動無
４２：中間壁閉塞
４３：スラグホール閉塞
４４：スラグ流動安定
４５：スラグ流動不安定
５１：直線
５２：第１有効領域［ＲＯＩ（１）］
５３：第２有効領域［ＲＯＩ（２）］
【発明の属する技術分野】
本発明は，石炭ガス化プラントに関し，特に，石炭ガス化プラントを監視する技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭のガス化を行うために石炭ガス化炉が使用される。石炭のガス化により生成される石炭ガスは，エネルギー源として有効に活用される。
【０００３】
石炭をガス化すると，石炭ガス化炉には燃え滓としてスラグが残る。このようなスラグは，石炭ガス化炉から排出される必要がある。スラグは充分に高温であれば流動性を有するため，スラグは，一般に，石炭ガス化炉の下部に設けられたスラグホールから連続的に排出される。スラグホールの下方には，冷却水を満たしたスラグ排出塔が設けられ，スラグは，冷却水によって冷却されて固化された後，スラグ排出塔から排出される。
【０００４】
石炭ガス化炉の正常運転のためには，スラグの排出状況を監視する必要がある。スラグの固体化によるスラグホールの閉塞及びスラグの流動の不安定化を回避することは，石炭ガス化炉の運転において重要である。
【０００５】
スラグ排出状況を充分に把握するために，水中マイクロホンを使用してスラグの落下音を検出する技術が，特開平６−１７０６１号公報に知られている。更に，冷却水の水面の撮像画像とスラグホールの撮像画像とから，スラグ動態を監視評価する技術が，特開２００１−１９９７５号公報に知られている。
【０００６】
石炭ガス化炉からのスラグの排出状況の監視の信頼性は，一層に向上されることが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，スラグの排出状況の監視の信頼性を，一層に向上するための技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下に，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて，課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は，［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し，付加された番号・符号は，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明による石炭ガス化プラントは，スラグを排出するスラグホール（４）を有する石炭ガス化炉（２）と，前記スラグが落下される冷却水（５）を蓄積するスラグ排出塔（１）と，冷却水（５）の水面（５ａ）を撮像して水面監視画像を生成するカメラ（９）と，スラグが前記冷却水（５）に流下することによって発生する落下音を収集する落下音収集器（１０）と，前記落下音と前記水面監視画像とに基づいて，前記スラグの排出状況を検知する監視装置（１７）とを含む。 前記カメラ（９）は，スラグ排出塔（１）に設けられた水面監視窓（７ｂ）を介して前記水面（５ａ）を撮像し，監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像の輝度とに基づいて，前記水面監視窓（７ｂ）の汚れを検知する。
【００１０】
水面監視画像は，スラグの排出状況について多種多様の情報を提供するが，水面監視画像を取得する光学系は，汚れにより劣化する可能性がある。一方で，音波は，一般に，物質中における伝搬性は良好であるため，水中音を取得する落下音収集器（１０）は相対的に汚れに強い。スラグの落下音による成分が水中音に含まれるか否かをスラグの排出状況の判断に使用することにより，水面監視画像によって得られる情報が信頼できるか否かを判断でき，スラグ排出状況の監視の信頼性が向上する。
【００１２】
前記落下音収集器（１０）は，前記冷却水（５）の水中に設けられたハイドロホンである。
【００１３】
監視装置（１７）は，前記落下音と前記水面監視画像とに基づいて，前記スラグの流動性を検知することが好ましい。スラグの流動性としては，前記スラグが流動しているか否か，またスラグの流動が安定化しているか否かが挙げられる。
【００１４】
当該石炭ガス化プラントは，更に，スラグホール（４）を撮像してスラグホール監視画像を生成する他のカメラ（６）を含み，前記監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグ動態を検知することが好ましい。
【００１５】
前記監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグの流動性を判断することが好ましい。
【００１６】
前記監視装置（１７）は，前記落下音と，前記水面監視画像と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグホール（４）の閉塞を検知することが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照しながら，本発明による石炭ガス化プラントの実施の一形態を説明する。
【００２０】
本発明による石炭ガス化プラントの実施の一形態では，石炭ガス化炉とともにスラグ排出塔が設けられている。そのスラグ排出塔１は，図１に示されているように，石炭ガス化炉２の下方部に設けている。石炭ガス化炉２の下部には，円錐状のスラグタップ３が設けられている。石炭ガス化炉２の中で石炭がガス化された後に生成されるスラグは，スラグタップ３に設けられた円形のスラグホール４を介して排出される。スラグホール４の縁には，１８０°間隔で対向する位置に，排出されるスラグの流出案内溝（図示せず）が２つ形成される。流出案内溝の断面積は，２条のスラグ流が定常的に流下するように設計されている。
【００２１】
スラグ排出塔１の下方部には，冷却水５が蓄積されている。スラグホール４から排出されたスラグは，冷却水５に流下する。
【００２２】
第１ＴＶカメラ６が，スラグ排出塔１の側壁の外側に設けられている。第１ＴＶカメラ６は，スラグ排出塔１の側壁に設けられているスラグホール監視窓７ａを介してスラグホール４及びスラグホール４の周辺を撮像し，スラグホール監視画像を生成する。
【００２３】
分光計８が，第１ＴＶカメラ６と複合してスラグホール４の中心部（微少域）を視野にして，スラグ排出塔１の側壁の外側に設けられている。分光計８は，スラグホール観察窓７を通して，スラグホール４の中心部の温度を測定することができる。
【００２４】
第２ＴＶカメラ９が，スラグ排出塔１の側壁の外側に設けられている。第２ＴＶカメラ９は，スラグ排出塔１の側壁に設けられている水面監視窓７ｂを介して冷却水５の水面５ａを撮像し，水面監視画像を生成する。
【００２５】
ハイドロホン１０が，冷却水５の水中に設けられている。ハイドロホン１０は，それに入力される音を電気信号に変換して出力する。
【００２６】
第１ＴＶカメラ６は，画像処理ボード１１に接続されている。画像処理ボード１１は，第１ＴＶカメラ６によって取得されたスラグホール監視画像をデジタルデータ化し，スラグホール輝度分布データ２１を生成する。スラグホール輝度分布データ２１は，スラグホール監視画像に含まれる各画素の輝度を示すデータで構成されている。
【００２７】
分光計８は，専用ＩＦボード１２に接続されている。専用ＩＦボード１２は，分光計８によって測定された，スラグホール４の中心温度を示す温度データ２２を生成する。
【００２８】
第２ＴＶカメラ９は，画像処理ボード１３に接続されている。画像処理ボード１３は，第２ＴＶカメラ９によって取得された水面監視画像をデジタルデータ化し，水面輝度分布データ２３を生成する。水面輝度分布データ２３は，水面監視画像に含まれる各画素の輝度で構成されている。
【００２９】
ハイドロホン１０の出力は，増幅器１４の入力に接続されている。増幅器１４は，ハイドロホン１０が出力する電気信号を増幅する。増幅器１４の出力は，バンドパスフィルター（ＢＰＦ）１５の入力に接続されている。ＢＰＦ１５は，増幅器１４の出力のうち，冷却水５にスラグが流下することによって発生する落下音の帯域の成分を含む所定の監視帯域の信号を通過して出力する。ＢＰＦ１５の出力は，Ａ／Ｄ変換器１６の入力に接続されている。Ａ／Ｄ変換器１６は，ＢＰＦ１５が出力するアナログ信号をデジタル化する。Ａ／Ｄ変換器１６は，ハイドロホン１０が取得する音のうち，スラグが冷却水５に流下することによって発生する音の帯域を含む所定の監視帯域の成分のデジタルデータを出力することになる。該デジタルデータは，以下，水中音監視データ２４と呼ばれる。
【００３０】
画像処理ボード１１，専用ＩＦボード１２，画像処理ボード１３，及びＡ／Ｄ変換器１６は，スラグ流動監視・診断装置１７に接続されている。スラグ流動監視・診断装置１７は，スラグホール輝度分布データ２１，温度データ２２，水面輝度分布データ２３，及び水中音監視データ２４からスラグの排出状態を監視し，診断する。スラグ流動監視・診断装置１７は，監視，診断の結果，必要があると判断したときには，スラグ溶融バーナ点火指令２５を出力して石炭ガス化炉２に設けられているスラグ溶融バーナ（図示されない）を点火し，また，各種の警報出力２６を出力する。
【００３１】
図２は，スラグ流動監視・診断装置１７の機能ブロック図である。スラグ流動監視・診断装置１７は，スラグホール輝度分布データ２１，温度データ２２，水面輝度分布データ２３，及び水中音監視データ２４から，評価パラメータ２７を得る。評価パラメータ２７は，スラグ本数（１）２８，スラグ幅２９，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０，ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数３１，スラグタップ温度３２，水面監視画像の輝度変動量３３，スラグ本数（２）３４，スラグ落下音フラグ３５を含む。
【００３２】
スラグ本数（１）２８とは，スラグホール４の直下におけるスラグ流の本数である。スラグ本数（１）２８は，スラグホール監視画像の各画素の輝度を示すスラグホール輝度分布データ２１を用いて算出される。図３（ａ）に示されているように，スラグホール監視画像のスラグが流下する部分は，輝度が高い筋としてスラグホール監視画像に表れる。スラグ本数（１）２８は，スラグホール監視画像のうちの，スラグホール４の下方に水平方向に規定されている直線５１上で，輝度を微分することによって算出される。図３（ｂ）に示されているように，直線５１上では，スラグ流に対応する２つの領域で輝度が高くなり，図３（ｃ）に示されているように，輝度の微分は４つのピーク（極大位置）を有する。このピークの数から，スラグ本数（１）２８が判断される。
【００３３】
スラグ幅２９は，直線５１で示されている直線状領域におけるスラグ流の幅（太さ）である。スラグ流が複数である場合には，スラグ幅２９は，そのスラグ流の幅の和として定義される。スラグ本数（１）２８と同様に，スラグホール４の下方に定められた直線５１で示されている直線状領域の輝度の微分計算によって算出され，輝度の微分値のピークの位置からスラグ幅２９が算出される。
【００３４】
図４（ａ）を参照して，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０とは，スラグ監視画像に規定された第１有効領域［Region Of Interest：ＲＯＩ（１）］５２のうちの，所定値よりも輝度が高い領域の面積である。ＲＯＩ（１）５２とは，スラグホール４及びその近傍を含み，かつ，スラグホール４から鉛直下方に延びる矩形状領域である。スラグホール監視画像を生成する第１ＴＶカメラ６は，スラグホール４を斜めから撮像するから，スラグホール４は，スラグホール監視画像において楕円形に写されることに注意されたい。ＲＯＩ（１）５２には，スラグが流れ出るスラグホール４と，流れ出たスラグ流とが写されている。したがって，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０には，スラグホール４と，スラグホール４の直下のスラグ流との状態が表れる。
【００３５】
ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数３１とは，スラグ監視画像に規定された第２有効領域［ＲＯＩ（２）］５３に含まれる画素のうち，輝度が所定の基準値Ｂ１以上である画素の数である。ＲＯＩ（２）５３は，スラグホール４に概ね重なる矩形状領域である。ＲＯＩ（２）５３には，スラグホール４の状態が写される。したがって，ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数３１には，スラグホール４の状態が表れる。
【００３６】
スラグタップ温度３２とは，スラグタップ３のうち，温度が最も高くなる部位である中心部の温度であり，分光計８及び専用ＩＦボード１２によって生成されるスラグタップ３の温度データ２２から算出される。
【００３７】
水面監視画像輝度変動量３３とは，水面監視画像の輝度の変動量である。水面監視画像には，Ｘ−Ｙ座標が規定されている。座標（Ｘ，Ｙ）を有する画素の時刻Ｔにおける輝度をＢ（Ｘ，Ｙ），該画素の時刻Ｔ＋ΔＴにおける輝度をＡ（Ｘ，Ｙ），時刻Ｔにおける水面監視画像輝度変動量３３をＶ（Ｔ）と表すと，輝度変動量Ｖ（Ｔ）は，
Ｖ（Ｔ）＝ΣΣ｜Ａ（Ｘ，Ｙ）−Ｂ（Ｘ，Ｙ）｜，
で定義される。ここでΣΣは，水面監視画像の全ての座標（Ｘ，Ｙ）についての和を示している。
【００３８】
スラグ本数（２）３４とは，水面５ａの直上におけるスラグ流の本数である。スラグ本数（２）３４は，水面監視画像の各画素の輝度を示す水面輝度分布データ２３を用いて算出される。スラグ本数（２）３４は，スラグ本数（１）２８と同様に，水面監視画像のうちの，水平方向に規定されている直線上で，輝度を微分することによって算出される。該直線上における輝度のピークの数からスラグ本数（２）３４が判断される。
【００３９】
スラグ落下音フラグ３５は，スラグが冷却水５に流下することにより発生する落下音の有無を示している。スラグ落下音フラグ３５は，ハイドロホン１０，増幅器１４，ＢＰＦ１５，及びＡ／Ｄ変換器１６によって得られる水中音監視データ２４から生成される。
【００４０】
スラグ流動監視・診断装置１７は，評価パラメータ２７を入力として診断ロジック３６を実行し，スラグの排出状況の診断の診断結果３７を生成する。スラグの排出状況の診断は，スラグホール／水面監視による組み合わせ評価，スラグホール監視による評価，及び水面監視による評価の３つに分類される。これらの評価は，併用されることが可能であり，また，排他的に使用されることが可能である。
【００４１】
図５は，スラグホール／水面監視による組み合わせ評価のロジックを示している。ＲＯＩ（２）Ｂ１輝度レベル以上画素数３１が，規定値以下であり，且つ，０でない状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７としてスラグ溶融バーナ点火３８が得られる。
【００４２】
更に，下記条件：
（１）ＲＯＩ（２）Ｂ１輝度レベル以上画素数３１が“０”
（２）ＲＯＩ（２）に含まれる全画素の輝度が所定の基準値Ｂ２（＜Ｂ１）以下（３）水面監視画像輝度変動量３３が所定の下限値より大きいか，スラグ落下音フラグ３５が落下音ありを示している
の全てを満足する状態が，所定の時間だけ継続されると，スラグホール監視窓７ａが汚れていることを示すスラグホール監視窓汚れ発生３９が，診断結果３７として得られる。水面監視画像輝度変動量３３及びスラグ落下音フラグ３５によって水面５ａへのスラグの流下が検知されているにもかかわらず，ＲＯＩ（２）に含まれる画素の輝度が低い場合には，スラグホール監視窓７ａが汚れていると判断されることになる。スラグホール監視窓７ａの汚れの検出にスラグ落下音フラグ３５を使用することにより，水面監視窓７ｂが汚れている場合でも水面５ａへのスラグの流下が検知されるから，水面監視窓７ｂが汚れている場合でもスラグホール監視窓７ａの汚れを検出することが可能になっている。
【００４３】
更に，水面監視画像輝度変動量３３が所定の下限値以下であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音ありを示している状態が所定の時間だけ継続されると，水面監視窓７ｂが汚れていることを示す水面監視窓汚れ発生４０が，診断結果３７として得られる。スラグ落下音フラグ３５を使用することにより，水面監視窓７ｂの汚れの検出が可能になっている。
【００４４】
更に，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が０本であり，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が０本であり，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，且つ，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示している状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７としてスラグ流動無４１が得られる。
【００４５】
更に，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が０本でなく，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が０本であり，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，且つ，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示している状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７として中間壁閉塞４２が得られる。中間壁閉塞４２とは，図６に示されているように，スラグ排出塔１の内部のスラグホール４と水面５ａとの間にスラグが堆積し，堆積したスラグにより，スラグ流が冷却水５に流下しない状態をいう。
【００４６】
また，図５に示されているように，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示し，且つ，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０が“０”である状態が所定の時間だけ継続されると，診断結果３７として，スラグホール４が閉塞されていることを示すスラグホール閉塞４３が得られる。
【００４７】
更に，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０が規定値内であり，スラグタップ温度３２が規定値内であり，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が２本であり，スラグ幅２９が規定値内であり，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が２本であり，水面監視画像輝度変動量３３が規定値内であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音ありを示している場合には，診断結果３７として，スラグの流動が安定であることを示すスラグ流動安定４４が得られ，そうでない場合には，スラグの流動が不安定であることを示すスラグ流動不安定４５が，診断結果３７として得られる。
【００４８】
図７は，スラグホール監視による評価のロジックを示している。スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が０本である状態が所定の時間継続されると，診断結果３７として，スラグ流動無４１が得られる。
【００４９】
更に，ＲＯＩ（１）高輝度部面積３０が規定値内であり，スラグタップ温度３２が規定値内であり，スラグホール４の直下のスラグ本数（１）２８が２本であり，スラグ幅２９が規定値内である場合には，診断結果３７として，スラグ流動安定４４が得られ，そうでない場合には，スラグ流動不安定４５が，診断結果３７として得られる。
【００５０】
図８は，水面監視による評価のロジックを示している。水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が０本であり，水面監視画像輝度変動量３３が“０”であり，スラグ落下音フラグ３５が落下音なしを示している場合には，診断結果３７として，スラグ流動無４１が得られる。
【００５１】
更に，水面５ａの直上のスラグ本数（２）３４が２本である場合には，診断結果３７としてスラグ流動安定４４が得られ，そうでない場合には，診断結果３７として，スラグ流動不安定４５が得られる。
【００５２】
図２に示されているように，診断結果３７としてスラグ溶融バーナ点火３８が得られた場合には，スラグ流動監視・診断装置１７は，スラグ溶融バーナ点火指令２５を出力し，スラグ溶融バーナを点火させる。更に，診断結果３７としてスラグホール監視窓汚れ発生３９，水面監視窓汚れ発生４０，スラグ流動無４１，中間壁閉塞４２，スラグホール閉塞４３，及びスラグ流動不安定４５が得られた場合には，スラグ流動監視・診断装置１７は，その旨を示す警報出力２６を出力する。また，診断結果３７としてスラグ流動安定４４が得られた場合には，スラグ流動監視・診断装置１７は，その旨を出力する。
【００５３】
以上に説明されているように，本実施の形態の石炭ガス化プラントでは，水面５ａを監視する第２ＴＶカメラ９によって撮影される水面撮像画像に加えて，冷却水５中に設けられたハイドロホン１０によって収集される水中音の情報が，スラグの排出状況の判断に使用される。水面撮像画像は，スラグの排出状況について多種多様の情報を提供するが，水面撮像画像を取得する光学系は，汚れにより劣化する可能性がある。例えば，水面監視窓７ｂが汚れると，水面撮像画像を用いた診断の信頼性が落ちる。一方で，音波は，一般に，物質中における伝搬性は良好であるため，水中音を取得するハイドロホン１０は汚れに強い。スラグの落下音による成分が水中音に含まれるか否かをスラグの排出状況の判断に使用することにより，水面撮像画像によって得られる情報が信頼できるか否かを判断でき，スラグ排出状況の監視の信頼性が向上する。更に，水面撮像画像と冷却水５の水中音とを監視することにより，水面撮像画像の取得に使用される水面監視窓７ｂの汚れを検出できる。以上に説明されているように，水面撮像画像に加えて，冷却水５中に設けられたハイドロホン１０によって収集される水中音の情報が，スラグの排出状況の判断に使用されることにより，スラグの排出状況の判断の信頼性が向上されている。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により，スラグの排出状況の監視の信頼性が，一層に向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明による石炭ガス化プラントの実施の第１形態を示す。
【図２】図２は，スラグ流動監視・診断装置１７の機能ブロック図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は，スラグ本数（１）２８とスラグ幅２９の検出方法を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は，第１有効領域［ＲＯＩ（１）］５２の定義を示す図であり，図４（ｂ）は，第２有効領域［ＲＯＩ（２）］５３の定義を示す図である。
【図５】図５は，スラグホール／水面監視による組み合わせ評価のロジックを示している。
【図６】図６は，中間壁閉塞４２を説明する図である。
【図７】図７は，スラグホール監視による評価のロジックを示している。
【図８】図８は，水面監視による評価のロジックを示している。
【符号の説明】
１：スラグ排出塔
２：石炭ガス化炉
３：スラグタップ
４：スラグホール
５：冷却水
６：第１ＴＶカメラ
７ａ：スラグホール監視窓
７ｂ：水面観察窓
８：分光計
９：第２ＴＶカメラ
１０：ハイドロホン
１１：画像処理ボード
１２：専用ＩＦボード
１３：画像処理ボード
１４：増幅器
１５：バンドパスフィルター（ＢＰＦ）
１６：Ａ／Ｄ変換器
１７：スラグ流動監視・診断装置
２１：スラグホール輝度分布データ
２２：温度データ
２３：水面輝度分布データ
２４：水中音監視データ
２５：スラグ溶融バーナ点火指令
２６：警報出力
２７：評価パラメータ
２８：スラグ本数（１）
２９：スラグ幅
３０：ＲＯＩ（１）高輝度部面積
３１：ＲＯＩ（２）輝度レベルＢ１以上画素数
３２：スラグタップ温度
３３：水面監視画像輝度変動量
３４：スラグ本数（２）
３５：スラグ落下音フラグ
３６：診断ロジック
３７：診断結果
３８：スラグ溶融バーナ点火
３９：スラグホール監視窓汚れ発生
４０：水面監視窓汚れ発生
４１：スラグ流動無
４２：中間壁閉塞
４３：スラグホール閉塞
４４：スラグ流動安定
４５：スラグ流動不安定
５１：直線
５２：第１有効領域［ＲＯＩ（１）］
５３：第２有効領域［ＲＯＩ（２）］
Claims (4)
- スラグを排出するスラグホールを有する石炭ガス化炉と，
前記スラグが落下される冷却水を蓄積するスラグ排出塔と，
前記スラグ排出塔に設けられた水面監視窓を介して前記冷却水の水面を撮像して水面監視画像を生成するカメラと，
前記冷却水の水中に設けられて前記スラグが前記冷却水に流下することによって発生する落下音を収集するハイドロホンと，
少なくとも前記落下音と，前記水面監視画像とに基づいて，前記スラグの排出状況を検知する監視装置とを含む石炭ガス化プラントにおいて，
前記監視装置は，前記落下音と，前記水面監視画像の輝度とに基づいて，前記水面監視窓の汚れを検知することを特徴とする
石炭ガス化プラント。 - 請求項１に記載の石炭ガス化プラントにおいて，
前記監視装置は，前記水面監視画像の輝度変動量が所定の下限値以下であり，前記落下音に基づいて生成されるスラグ落下音フラグが落下音有りを示している状態が所定の時間継続されると，水面監視窓汚れ発生と診断する
石炭ガス化プラント。 - スラグを排出するスラグホールを有する石炭ガス化炉と，
前記スラグが落下される冷却水を蓄積するスラグ排出塔と，
前記スラグ排出塔に設けられたスラグホール監視窓を介して前記スラグホールを撮像してスラグホール監視画像を生成するカメラと，
前記冷却水の水中に設けられて前記スラグが前記冷却水に流下することによって発生する落下音を収集するハイドロホンと，
少なくとも前記落下音と，前記スラグホール監視画像とに基づいて，前記スラグの排出状況を検知する監視装置とを含む石炭ガス化プラントにおいて，
前記監視装置は，前記落下音と，前記スラグホール監視画像の輝度とに基づいて，前記スラグホール監視窓の汚れを検知することを特徴とする
石炭ガス化プラント。 - 請求項３に記載の石炭ガス化プラントにおいて，
前記監視装置は，下記条件（１）〜（３）：
（１）前記スラグホール監視画像のスラグホールに概ね重なる領域において所定基準値以上の輝度の画素が０である
（２）前記スラグホール監視画像のスラグホールに概ね重なる領域に含まれる全画素の輝度が所定の基準値以下である
（３）前記落下音に基づいて生成されるスラグ落下音フラグが落下音ありを示している
の全てを満足する状態が，所定の時間だけ継続されると，スラグホール監視窓が汚れていると診断する
石炭ガス化プラント。
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