JP4131682B2 - ガス化装置の監視システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば石炭ガス化システムにおいて、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握することができるガス化装置の監視システムに関する。
【０００２】
【背景の技術及び発明が解決しようとする課題】
石炭ガスを使用した火力発電では、石炭ガス化炉にて生成される生成ガスを燃料として、ガスタービン等の発電設備に導いて使用している。発電設備では、目標とする発電量が設定されており、それに応じて生成ガスの発熱量を制御することが重要である。そして、それに対応して、ガス化炉において生成ガスの発熱量（組成）が許容範囲に入るように制御することが、非常に重要である。
発電所の発電目標設定値は、常に一定ではなく、電力の使用量の変化や、時間帯等により短時間で変更されることも多い。従って、それに応じて、ガス化炉において生成される生成ガスの発熱量も迅速に制御される必要がある。
【０００３】
従来の生成ガス発熱量の制御では、発熱量は生成ガスを分析し、その分析結果を解析することで制御を行っていた。
図１３を参照して、ガス化炉１における発熱量制御について説明する。ガス化炉０１、生成ガス０２、サンプリング管０３、前処理部０４、ガスクロマトグラフ０５、計算部０６、制御部０７、燃料供給弁０８、空気供給弁０９、配管０１０、ガスタービン０１１からなる。ガス化炉０１は、燃料（石炭）供給弁０８及び空気供給弁０９を経由して石炭及び空気の供給を受け、ガスタービン０１１用の高温・高圧（例えば４００℃、３０気圧）の生成ガス０２を生成する。生成ガス０２は、ガスタービン０１１に送られる配管０１０の途中で、その一部が、サンプリング管０３によりサンプリングされ、発熱量を測定する測定系へ流入する。サンプリングガスは、前処理部０４において、降圧、冷却、除塵、除湿等の前処理を行い、常圧・常温で乾燥し、かつ塵を含まない状態にする。
その後、サンプリングガスをガスクロマトグラフ０５へ送る。ガスクロマトグラフ０５では、サンプリングガスである生成ガス０２が分析され、ガスの組成が測定される。
【０００４】
ここで通常、石炭ガス化生成ガスの場合は、およそ一酸化炭素（ＣＯ）１０〜３０％、水素（Ｈ2）４〜１０％、メタン（ＣＨ4）０．１〜１％、二酸化炭素（ＣＯ2）５〜１０％、窒素（Ｎ2）５５〜７０％の範囲の体積分率を有する。そして、前記分析結果に基づいて、計算部０６において、単位体積当たりの発熱量Ｑ（ｋｃａｌ／Ｎｍ3）が計算される。生成ガス０２の発熱量Ｑの計算結果は、制御部０７へ出力される。そして、この結果とその時点での発熱量目標値との相違に基づいて、ガス化炉０１内へ投入される石炭量、空気量が設定される。設定に基づき、それぞれ燃料供給弁０８及び空気供給弁０９により石炭及び空気の供給量が制御され、生成ガス０２の発熱量が常に許容範囲に入るように制御される。
【０００５】
このように従来の石炭ガス化による発電においては、ガス化炉０１による生成ガス０２の発熱量をガスクロマトグラフ０５で測定し、その値によってガス化炉０１を制御していた。しかし、ガスクロマトグラフ０５では、分析に要する時間が５分程度以上必要とされるため速やかな制御が出来なかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７３９８９号公報
【０００７】
これに対し、近年の火力発電では、昼間と夜間との使用電力が大幅に違うため、従来に比べて負荷（発電量）の時間的変動が大きくなっており、これに対処するため最大負荷を１００％とすると、少なくとも１分間当たり３％程度の負荷を増減できる制御速度が要求されている。従って、この速度に対応できるガス化炉が必要であり、これに組み合わせるガス発熱量測定装置が要求されている。また、前処理部０４において、降圧、冷却、除塵、除湿時にトラブルが起きる場合があり、メインテナンスに労力を要していた。
【０００８】
また、前処理部０４において、除湿しているので、熱交換器等の漏洩があった場合に、迅速に水蒸気の測定をすることができない、という問題がある。
【０００９】
また、ガス中のダスト濃度を計測する場合には、図１４に示すように、レーザ光などの一定波長の光を照射可能な光源装置０２０からの光０２１を光検出器０２２で検出し、光吸収法によりそのダスト量を計測していた。
【００１０】
また、生成ガス中には炭化水素が含まれており、これが冷却された場合に、下流側の装置（例えば脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等）の配管内部にタール分として付着し、配管の劣化を加速するという問題がある。
よって、適正なガス化条件の確認のために炭化水素量を迅速に計測したいという要望がある。
【００１１】
また、ガス化システムのプラントの制御性の向上及び健全性を維持するには、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握する必要があり、さらに迅速性が要望されているが、未だ実現されていないのが現状である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測する計測装置を具備するガス化装置の監視システムにおいて、前記フィルタは並列に接続される複数のフィルタブロックからなり、該フィルタブロックは煤塵の漏洩があったときに順次遮断されることを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置の発明において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測する計測装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、ガス化装置に生成ガスを脱硫する脱硫装置を具備してなり、脱硫装置の前流側に設けられ、ガス中のＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏを計測する半導体レーザ装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、ガス化装置からの脱硫された生成ガスを燃料とし、ガスタービンで膨張させる燃焼ガスを生成する燃焼器と、ガスタービンの排熱を回収する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で発電する蒸気タービンとを具備してなり、排ガス又は排水中のアルカリ成分及び重金属類を計測するレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、システム全体のガス漏洩を計測する半導体レーザ装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明において、前記計測装置が、計測場内の被測定ガスにレーザー光などの一定波長の光を照射可能な光源手段と、前記光の照射により前記ガスから生じるラマン散乱光により波長毎の強度の計測を行う分光器と、前記光の照射により前記ガス中のダストから生じるミー散乱光の計測を行う第１の光検出器と、前記光の照射により前記ガス中の炭化水素から生じる蛍光の計測を行う第２の光検出器と、前記計測の結果から前記ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部と、を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１８】
第６の発明は、第２の発明において、前記半導体レーザ装置が、ガスの供給・排出ラインを備えたセルと、該セル内に供給されたガスにレーザ光を照射するレーザ照射手段と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの各濃度を求める検出手段とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１９】
第７の発明は、第３の発明において、前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置が、ガスにレーザを照射してプラズマ化させるレーザ装置と、該プラズマから発生するプラズマ光を計測する分光器とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるガス化装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例においては、発電用ガスタービンに用いられるガス化装置を例に示して説明するが、他の用途に用いられるガス化装置においても、適用可能である。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態にかかるガス化装置の概略図である。
図１に示すように、燃料２０１及び空気２０１を供給し生成ガス１０１を得るガス化炉１０２と、生成した生成ガス１０２中の微粒子を除去するフィルタ１２０と、生成ガスを利用する燃料利用設備である燃焼器を備えたガスタービン１１１とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素（ＨＣ）量を計測するレーザ計測装置１００とを具備するものである。
本実施の形態では燃料利用設備としてガスタービンを例示するが本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
図２は、本実施の形態にかかる計測装置１００の概略図である。
図２に示すように、本実施の形態にかかる計測装置１００は、計測場１０内の被測定ガス１１にレーザ光などの一定波長の光１２を照射可能な光源手段１３と、前記光１２の照射により前記ガス１１から生じるラマン散乱光１４により波長毎の強度の計測を行う分光器１５と、前記光１２の照射により前記ガス１１中のダストから生じるミー散乱光１６の計測を行う第１の光検出器１７と、前記光１２の照射により前記ガス１１中の炭化水素から生じる蛍光１８の計測を行う第２の光検出器１９と、前記計測の結果から前記ガス１１の発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部であるデータ処理手段２０とを具備するものである。
【００２３】
また、図２に示すように、計測装置１００は、レーザ光などの一定波長の光１２を照射可能な光源手段１３からの光１２をミラー２１を介して反射させて、集光手段２２により集光し、次いで計測窓２３ａ，２３ｂを透過した後、計測場１０内に入射させ、被測定ガス１１へ照射する機能を有する。
計測場１０は被測定ガス１１を内部に保持又は流通させる機能を有する。
本実施の形態では、ガス火炉からの生成ガスをタービンへ送給する送給管の一部を計測場としているが、送給管から分枝するようにしてもよい。
【００２４】
また、分光器１５はＩＣＣＤ（Intensified Charge Coupled Device）カメラ２４を具備し、被測定ガス１１からのラマン散乱光１４を分光し、測定データとして取り出す機能を有する。
【００２５】
また、第１の光検出器１７は、被測定ガス１１中の固体成分であるダストからのミー散乱光１４をミラー２５を介して反射させた後に分光し、測定データ（例えば図３参照）として取り出す機能を有する。
【００２６】
また、第２の光検出器１９は、被測定ガス１１中の炭化水素からの蛍光１８をミラー２６を介して反射させた後に分光し、測定データ（例えば図３参照）として取り出す機能を有する。
【００２７】
データ処理手段２０は、測定データに基づいて、測定ガスの発熱量及びダスト濃度及び炭化水素量を計算する機能を有する。
よって、レーザ光などの一定波長の光１２を用いた本計測装置１００により、短時間に正確にガスの発熱量を計算することが可能である。これと同時に、ダスト量を計測することができる。さらに、ガス中の炭化水素濃度を計測することができる。
【００２８】
また、ラマン散乱光１４からの測定データ中の水分量を計測することで、図４に示すように、ガス火炉側に設けた熱交換器等の熱交換手段からの水蒸気の漏洩（チューブリーク）を同時に計測することができる。
【００２９】
以下、ガス化装置の概要について説明する。
本実施の形態においては、燃料２０１及び空気２０２をガス化炉１０１へ供給し、生成した生成ガス１０２は、配管１１０を通り、該配管１１０に介装されるポーラスフィルタ１２０、脱硫手段１２１を通過し、ガスタービン１１１へ供給される。その際、ガスタービン１１１に供給する生成ガス１０２の発熱量を正確に制御する必要がある。その制御は、図２に示す計測装置１００を使用して行う。そして、配管１１０の途中において、該配管１１０内を流れる生成ガス１０２のラマン散乱光及びミー散乱光の測定を行う。その測定結果に基づき、データ処理手段２９にて生成ガス１０２の組成を計算する。計算から計算結果が出るまでの時間は非常に短時間である。そして、その計算値に基づいて、制御部１０７で、ガス化炉１０１に供給する燃料および空気を制御する。このようにして、本発明により、ガス化炉１０１において生成される生成ガス１０２の発熱量が正確に制御される。
【００３０】
よって、計測装置１００を用いることで、配管１１０の途中において、該配管１１０内を流れる生成ガス１０２のラマン散乱光及びミー散乱光の測定を行うことができる。その測定結果に基づき、データ処理手段２９にて生成ガス１０２の組成を計算することができる。そして、その計算値に基づいて、制御部１０７で、ガス化炉１０１に供給する燃料および空気を制御する。このようにして、本発明により、ガス化炉１０１において生成される生成ガス１０２の発熱量が正確に制御される。
【００３１】
また、蛍光の計測により、ガス中の炭化水素の量を計測することができ、ガス化条件の確認を迅速に行うことができる。
図５及び表１は実際のガス化ガスでの計測結果を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
本発明であるガス化装置の構成について、詳細に説明する。
ガス化炉１０１は、燃料及び空気の供給を受け、燃料及び空気を理論空燃比を小さくして不完全燃焼させ、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）等を生成させ、燃料ガスとして取り出すものである。本実施例では、燃料と
して石炭を用いている。
【００３４】
生成ガス１０２は、ガス化炉１０１により生成したガスである。石炭ガス化の場合、生成ガス１０２は、およそ一酸化炭素（ＣＯ）１０〜３０％、水素（Ｈ2）４〜１０％、メタン（ＣＨ4）０．１〜１％、二酸化炭素（ＣＯ2）５〜１０％、窒素（Ｎ2）５５〜７０％の範囲の体積分率を有する。
【００３５】
配管１１０は、ガス化炉１０１とガスタービン１１１を結ぶ配管であり、ガス化炉１０１で生成した生成ガス１０２のガスタービン１１１への流路である。
【００３６】
ガスタービン１１１は、火力発電において、発電用に用いられるタービンである。生成ガス１０２の供給により運転している。
【００３７】
制御部１０７は、データ処理手段２０において計算された発熱量と、その時点で必要とされる発熱量（外部から入力）とを比較し、その差を計算する。そして、その結果に基づいて、生成ガス１０２の発熱量が必要とされる発熱量になるように、燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９の制御で燃料及び空気の増減を行う。燃料及び空気の増減量は、例えば、燃料及び空気の組成から生成ガスの組成を求め、発熱量を計算する方法において、燃料及び空気の組成を逐次代入する方法や、逆計算を行なう方法で計算できる。なお、制御部１０７の機能をデータ処理手段２９に行わせることも可能である。
【００３８】
燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９は、それぞれ燃料及び空気をガス化炉１０１へ供給するための弁であり、制御部１０７により制御される。
【００３９】
前記計測装置１００により算出された生成ガス１０２の発熱量は、制御部１０７へ送られる。そして、そこで、算出された発熱量と必要とされる発熱量とを比較する。そして、その結果に基づいて、所望の発熱量になるように、運転条件を変化させる。運転条件として、ここでは、燃料及び空気を増減させる。増減方法は、制御部１０７が前述の算出結果に基づいて計算した所望の供給量になるように、燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９の制御を行う。
なお、他の運転条件（ガス化炉１０１の運転温度、運転圧力等）の制御により、生成ガス１０２の成分を制御することも可能である。
【００４０】
カラムを用いたガスクロマトグラフとは異なり、レーザ光などの一定波長の光を利用しているので、前処理の必要が無く、測定が迅速で応答性が非常に良い。また、配管１１０の生成ガス１０２を直接分析しているので、分析結果が非常に正確である。従って、正確な制御が必要なガスタービン１１１の生成ガス１０２の発熱量を、常に最適に制御することが可能となる。
【００４１】
また、図４に示すように水蒸気の量を計測することで、ガス火炉１０１内の熱交換器からのヒビ割れ等による水蒸気の漏れを確認することができる。
【００４２】
図６はポーラスフィルタ１２０の概略構成図である。図６（ａ）は通常運転状態を示す。 図６（ｂ）はリーク時の運転状態を示す。図６中、符号１２５はフィルタブロック、１２６は各フィルタブロックの各配管を開閉する遮断手段（バルブ）である。本実施の形態では、４本のフィルタブロック１２５ａ〜ｄとそれに対応するバルブ１２６ａ〜１２６ｄである。ポーラスフィルタ１２０の後流側には、煤塵計１２７が設けられている。
【００４３】
生成ガス１０２はダストを含むので複数のフィルタブロック１２５ａ〜１２５ｎにより除塵される。そして、各運転ブロックは出口側に遮断バルブ１２６ａ〜１２６ｎが設けられている。
【００４４】
そして、ダストの量が規定値以上となったときに、各ブロック１２５ａ〜１２５ｎを順次遮断し、煤塵濃度計１２７により煤塵の漏洩がどのブロックからかを特定し、例えばフィルタブロック１２５ｃの場合に漏れがあった場合には、バルブ１２６ｃでそのブロックを遮断する。
これにより、漏洩のあったフィルタブロックを迅速に特定でき、当該漏れがあるブロックの交換を迅速に行うことができる。
【００４５】
また、ガス化ガスの圧力及びＮ2、ＣＯ2、ＣＨ4、Ｈ2Ｏ等のラマン散乱光の光量から窓汚れ効果を推定し、ダスト量を校正するようにしてもよい。
【００４６】
また、ダスト量の変動より、ガス化システムのメンテナンス時期を推定するようにしてもよい。
【００４７】
よって、本レーザ計測装置をガス化システムに適用することで、連続して安定したガス化システムを構築することができる。
【００４８】
また、生成ガス中には含まれる炭化水素がある場合、これが冷却された場合に、下流側の装置（例えば脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等）の配管内部にタール分として付着し、配管の劣化を加速するという問題があるが、本発明により、生成ガス中の炭化水素の量を迅速に計測することで、適正なガス化条件とすることができる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、脱硫装置１２１の前流側に半導体レーザ装置１５０を設け、脱硫装置に供給される生成ガスのＨ2Ｓ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの計測を行うようにしている。
【００５０】
図７は半導体レーザ装置の概略図である。
図７に示すように、前記半導体レーザ装置１５０は、ガスの供給・排出ライン５１を備えたセル５２と、該セル５２内に供給された生成ガス１０２にレーザ光５３を照射するレーザ照射手段５４と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの各濃度を求める検出手段５５とを具備するものである。
【００５１】
ここで、Ｈ2Ｓの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１５００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＨ2Ｓ濃度を求めるようにしている。
ＣＯの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１５００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＣＯ濃度を求めるようにしている。
ＣＯ2の場合には、吸収スペクトルを測定する際、１４００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＣＯ2濃度を求めるようにしている。
Ｈ2Ｏの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１３００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＨ2Ｏ濃度を求めるようにしている。
【００５２】
この計測結果より、脱硫装置の運転の調整を行うことができる。例えば脱硫液相と気相との比率の調整や、Ｈ2Ｓの吸着再生塔の調整（温度等）である。
これにより、効率的な脱硫を連続して行うことができる。
【００５３】
［第３の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、排熱回収ボイラ１２３の前流側又は後流側又は両方にレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置１６０を設け、排ガス中の重金属類及びアルカリ類の計測を行うようにしている。
また、上記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置１６０を脱硫装置１２１からの排水１２４中の重金属類及びアルカリ類の計測も行うようにしている。
【００５４】
図８はレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置の概略図である。
前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置は、生成ガス１０２にレーザ光１６１を照射してプラズマ１６２を発生させるレーザ装置１６３と、該プラズマ１６３から発生するプラズマ光を計測する分光器１６５とを具備するものである。分光器１６５はＩＣＣＤ（Intensified Charge Coupled Device）カメラ１６６を具備し、プラズマ光１６４を分光し、測定データとして取り出している。
【００５５】
排ガス中のアルカリ濃度が高い場合には、ガスタービンの点検周期の見直しを調整する。特に、アルカリ濃度が高濃度の場合には、早期に点検する必要がある。なお、排水中のアルカリ濃度が高い場合には、排水処理の条件を調整する。
【００５６】
また、排ガス又は排水中の重金属濃度が所定値異常の場合には、冷却塔や排水処理手段の温度を低くして処理効率を向上させるようにする。
【００５７】
［第４の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、システム全体を監視するためのガス漏洩監視装置１７０を設けて有害ガスの監視を行うようにしている。
【００５８】
図９はガス漏洩監視装置１７０の概略図である。
図９に示すように、ガス漏洩監視装置１７０は、半導体レーザ装置を用いている。
本実施の形態では、ガス化プラント２００に対し、第１の半導体レーザ装置のレーザ照射手段１５２Ａと第２の半導体レーザ装置のレーザ照射手段１５２Ｂとを設け、複数の検出手段１５５Ａ〜１５５Ｅを設け、計測ユニット１５６で計測するようにしている。図９中、符号１５７は光ファイバ及び１５８は信号線を図示する。
これにより、ガス化プラント２００のＸ−Ｙ平面でのガスの漏洩を検知することができる。
また、レーザ装置をＺ方向に移動することでシステム全体についてもガスの漏洩を検知することができる。
【００５９】
図１０はガス漏洩監視装置の他の実施の形態概略を示す。
図１０に示すように、レーザ照射手段１５２Ａとレーザ照射手段１５２Ｂとは同じ照射面に照射し、２台の第１の検出器１５５Ａ，１５５Ｂを用いて、レーザ波長を分子線吸収線に同調しない画像計測を第１の検出器１５５Ａで行うと共に、レーザ波長を分子線吸収線に同調した画像計測を第２の検出器１５５Ａで行う。
【００６０】
そして、図１１（ａ）に示すように、分子線吸収線に同調しない画像計測では、プラント全体が鮮明に見ることができ、図１１（ｂ）に示すように、分子線吸収線に同調した画像計測では、ガスがある部分に影ができる。
そして、図１１（ｃ）に示すように、漏洩ガスの濃度を画像として求めることができる。
【００６１】
この際、図１２に示す画像計測タイミングとしている。
図１２（ａ）はレーザ波長と時間との関係図であり、図１２（ｂ）はレーザ光強度と時間との関係図であり、図１２（ｃ）は透過レーザ光強度と時間との関係図であり、図１２（ｄ）は検出手段であるカメラのシャッタ時間と透過レーザ光強度とを合成した図である。
図１２（ｄ）に示すように、本実施の形態では、カメラ１とカメラ２とのシャッタ開放時間を異なるようにし、さらに、カメラ１でカメラ２とを挟むように、シャッタを同調してシャッタを切ることで、積算して引き算すれば、外乱光の影響を解消することができる。
【００６２】
このガス漏洩監視装置により、漏洩部分を迅速に特定することができる。この結果、プラントの作業及び保守における安全性が向上する。
また、所定値異常のガスの漏洩の場合には、即時にプラントを停止し、迅速な対応を図ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明により、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測するレーザ計測装置とを具備するので、例えばガス火炉からの生成ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を高速、正確に分析することが可能となる。
【００６４】
また、本発明により、複合型発電設備を備えた石炭ガス化システムにおいて、プラントの作業及び保守における安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるガス化装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるレーザ計測装置の概略構成図である。
【図３】ラマン散乱光及びミー散乱光及び蛍光の測定例を示す図である。
【図４】ラマン散乱光による水蒸気の漏洩の測定例を示す図である。
【図５】計測対称ガスからの蛍光強度と波長との関係図である。
【図６】ガス化装置のフィルタの概略構成図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる半導体レーザ計測装置の概略図である。
【図８】第３の実施の形態にかかるＬＩＢＳ計測装置の概略図である。
【図９】ガス漏洩監視装置の概略図である。
【図１０】ガス化プラントの概略図である。
【図１１】測定画像の概念図である。
【図１２】画像計測のタイミング図である。
【図１３】従来のガス化装置の形態を示す構成図である。
【図１４】レーザによるダスト計測の概略図である。
【符号の説明】
１００ 計測装置
１０１ 生成ガス
１０２ ガス化炉
１１１ ガスタービン
１２０ フィルタ
２０２ 燃料
２０２ 空気
１５０ レーザ計測装置
１６０ レーザ計測装置
１７０ レーザ計測装置
１０ 計測場
１１ 被測定ガス
１２ 光
１３ 光源手段
１４ ラマン散乱光
１５ 分光器
１６ ミー散乱光
１７ 第１の光検出器
１８ 蛍光
１９ 第２の光検出器
２０ データ処理手段
３１ ミラー
３２ａ，３２ｂ 計測窓
３３ 集光手段
３４ ＩＣＣＤカメラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば石炭ガス化システムにおいて、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握することができるガス化装置の監視システムに関する。
【０００２】
【背景の技術及び発明が解決しようとする課題】
石炭ガスを使用した火力発電では、石炭ガス化炉にて生成される生成ガスを燃料として、ガスタービン等の発電設備に導いて使用している。発電設備では、目標とする発電量が設定されており、それに応じて生成ガスの発熱量を制御することが重要である。そして、それに対応して、ガス化炉において生成ガスの発熱量（組成）が許容範囲に入るように制御することが、非常に重要である。
発電所の発電目標設定値は、常に一定ではなく、電力の使用量の変化や、時間帯等により短時間で変更されることも多い。従って、それに応じて、ガス化炉において生成される生成ガスの発熱量も迅速に制御される必要がある。
【０００３】
従来の生成ガス発熱量の制御では、発熱量は生成ガスを分析し、その分析結果を解析することで制御を行っていた。
図１３を参照して、ガス化炉１における発熱量制御について説明する。ガス化炉０１、生成ガス０２、サンプリング管０３、前処理部０４、ガスクロマトグラフ０５、計算部０６、制御部０７、燃料供給弁０８、空気供給弁０９、配管０１０、ガスタービン０１１からなる。ガス化炉０１は、燃料（石炭）供給弁０８及び空気供給弁０９を経由して石炭及び空気の供給を受け、ガスタービン０１１用の高温・高圧（例えば４００℃、３０気圧）の生成ガス０２を生成する。生成ガス０２は、ガスタービン０１１に送られる配管０１０の途中で、その一部が、サンプリング管０３によりサンプリングされ、発熱量を測定する測定系へ流入する。サンプリングガスは、前処理部０４において、降圧、冷却、除塵、除湿等の前処理を行い、常圧・常温で乾燥し、かつ塵を含まない状態にする。
その後、サンプリングガスをガスクロマトグラフ０５へ送る。ガスクロマトグラフ０５では、サンプリングガスである生成ガス０２が分析され、ガスの組成が測定される。
【０００４】
ここで通常、石炭ガス化生成ガスの場合は、およそ一酸化炭素（ＣＯ）１０〜３０％、水素（Ｈ2）４〜１０％、メタン（ＣＨ4）０．１〜１％、二酸化炭素（ＣＯ2）５〜１０％、窒素（Ｎ2）５５〜７０％の範囲の体積分率を有する。そして、前記分析結果に基づいて、計算部０６において、単位体積当たりの発熱量Ｑ（ｋｃａｌ／Ｎｍ3）が計算される。生成ガス０２の発熱量Ｑの計算結果は、制御部０７へ出力される。そして、この結果とその時点での発熱量目標値との相違に基づいて、ガス化炉０１内へ投入される石炭量、空気量が設定される。設定に基づき、それぞれ燃料供給弁０８及び空気供給弁０９により石炭及び空気の供給量が制御され、生成ガス０２の発熱量が常に許容範囲に入るように制御される。
【０００５】
このように従来の石炭ガス化による発電においては、ガス化炉０１による生成ガス０２の発熱量をガスクロマトグラフ０５で測定し、その値によってガス化炉０１を制御していた。しかし、ガスクロマトグラフ０５では、分析に要する時間が５分程度以上必要とされるため速やかな制御が出来なかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７３９８９号公報
【０００７】
これに対し、近年の火力発電では、昼間と夜間との使用電力が大幅に違うため、従来に比べて負荷（発電量）の時間的変動が大きくなっており、これに対処するため最大負荷を１００％とすると、少なくとも１分間当たり３％程度の負荷を増減できる制御速度が要求されている。従って、この速度に対応できるガス化炉が必要であり、これに組み合わせるガス発熱量測定装置が要求されている。また、前処理部０４において、降圧、冷却、除塵、除湿時にトラブルが起きる場合があり、メインテナンスに労力を要していた。
【０００８】
また、前処理部０４において、除湿しているので、熱交換器等の漏洩があった場合に、迅速に水蒸気の測定をすることができない、という問題がある。
【０００９】
また、ガス中のダスト濃度を計測する場合には、図１４に示すように、レーザ光などの一定波長の光を照射可能な光源装置０２０からの光０２１を光検出器０２２で検出し、光吸収法によりそのダスト量を計測していた。
【００１０】
また、生成ガス中には炭化水素が含まれており、これが冷却された場合に、下流側の装置（例えば脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等）の配管内部にタール分として付着し、配管の劣化を加速するという問題がある。
よって、適正なガス化条件の確認のために炭化水素量を迅速に計測したいという要望がある。
【００１１】
また、ガス化システムのプラントの制御性の向上及び健全性を維持するには、ガス化ガス及び排ガス及び排水中の状態を常に把握する必要があり、さらに迅速性が要望されているが、未だ実現されていないのが現状である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測する計測装置を具備するガス化装置の監視システムにおいて、前記フィルタは並列に接続される複数のフィルタブロックからなり、該フィルタブロックは煤塵の漏洩があったときに順次遮断されることを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置の発明において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測する計測装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、ガス化装置に生成ガスを脱硫する脱硫装置を具備してなり、脱硫装置の前流側に設けられ、ガス中のＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏを計測する半導体レーザ装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、ガス化装置からの脱硫された生成ガスを燃料とし、ガスタービンで膨張させる燃焼ガスを生成する燃焼器と、ガスタービンの排熱を回収する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で発電する蒸気タービンとを具備してなり、排ガス又は排水中のアルカリ成分及び重金属類を計測するレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一の発明において、システム全体のガス漏洩を計測する半導体レーザ装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明において、前記計測装置が、計測場内の被測定ガスにレーザー光などの一定波長の光を照射可能な光源手段と、前記光の照射により前記ガスから生じるラマン散乱光により波長毎の強度の計測を行う分光器と、前記光の照射により前記ガス中のダストから生じるミー散乱光の計測を行う第１の光検出器と、前記光の照射により前記ガス中の炭化水素から生じる蛍光の計測を行う第２の光検出器と、前記計測の結果から前記ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部と、を具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１８】
第６の発明は、第２の発明において、前記半導体レーザ装置が、ガスの供給・排出ラインを備えたセルと、該セル内に供給されたガスにレーザ光を照射するレーザ照射手段と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの各濃度を求める検出手段とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００１９】
第７の発明は、第３の発明において、前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置が、ガスにレーザを照射してプラズマ化させるレーザ装置と、該プラズマから発生するプラズマ光を計測する分光器とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システムにある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるガス化装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例においては、発電用ガスタービンに用いられるガス化装置を例に示して説明するが、他の用途に用いられるガス化装置においても、適用可能である。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態にかかるガス化装置の概略図である。
図１に示すように、燃料２０１及び空気２０１を供給し生成ガス１０１を得るガス化炉１０２と、生成した生成ガス１０２中の微粒子を除去するフィルタ１２０と、生成ガスを利用する燃料利用設備である燃焼器を備えたガスタービン１１１とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素（ＨＣ）量を計測するレーザ計測装置１００とを具備するものである。
本実施の形態では燃料利用設備としてガスタービンを例示するが本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
図２は、本実施の形態にかかる計測装置１００の概略図である。
図２に示すように、本実施の形態にかかる計測装置１００は、計測場１０内の被測定ガス１１にレーザ光などの一定波長の光１２を照射可能な光源手段１３と、前記光１２の照射により前記ガス１１から生じるラマン散乱光１４により波長毎の強度の計測を行う分光器１５と、前記光１２の照射により前記ガス１１中のダストから生じるミー散乱光１６の計測を行う第１の光検出器１７と、前記光１２の照射により前記ガス１１中の炭化水素から生じる蛍光１８の計測を行う第２の光検出器１９と、前記計測の結果から前記ガス１１の発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部であるデータ処理手段２０とを具備するものである。
【００２３】
また、図２に示すように、計測装置１００は、レーザ光などの一定波長の光１２を照射可能な光源手段１３からの光１２をミラー２１を介して反射させて、集光手段２２により集光し、次いで計測窓２３ａ，２３ｂを透過した後、計測場１０内に入射させ、被測定ガス１１へ照射する機能を有する。
計測場１０は被測定ガス１１を内部に保持又は流通させる機能を有する。
本実施の形態では、ガス火炉からの生成ガスをタービンへ送給する送給管の一部を計測場としているが、送給管から分枝するようにしてもよい。
【００２４】
また、分光器１５はＩＣＣＤ（Intensified Charge Coupled Device）カメラ２４を具備し、被測定ガス１１からのラマン散乱光１４を分光し、測定データとして取り出す機能を有する。
【００２５】
また、第１の光検出器１７は、被測定ガス１１中の固体成分であるダストからのミー散乱光１４をミラー２５を介して反射させた後に分光し、測定データ（例えば図３参照）として取り出す機能を有する。
【００２６】
また、第２の光検出器１９は、被測定ガス１１中の炭化水素からの蛍光１８をミラー２６を介して反射させた後に分光し、測定データ（例えば図３参照）として取り出す機能を有する。
【００２７】
データ処理手段２０は、測定データに基づいて、測定ガスの発熱量及びダスト濃度及び炭化水素量を計算する機能を有する。
よって、レーザ光などの一定波長の光１２を用いた本計測装置１００により、短時間に正確にガスの発熱量を計算することが可能である。これと同時に、ダスト量を計測することができる。さらに、ガス中の炭化水素濃度を計測することができる。
【００２８】
また、ラマン散乱光１４からの測定データ中の水分量を計測することで、図４に示すように、ガス火炉側に設けた熱交換器等の熱交換手段からの水蒸気の漏洩（チューブリーク）を同時に計測することができる。
【００２９】
以下、ガス化装置の概要について説明する。
本実施の形態においては、燃料２０１及び空気２０２をガス化炉１０１へ供給し、生成した生成ガス１０２は、配管１１０を通り、該配管１１０に介装されるポーラスフィルタ１２０、脱硫手段１２１を通過し、ガスタービン１１１へ供給される。その際、ガスタービン１１１に供給する生成ガス１０２の発熱量を正確に制御する必要がある。その制御は、図２に示す計測装置１００を使用して行う。そして、配管１１０の途中において、該配管１１０内を流れる生成ガス１０２のラマン散乱光及びミー散乱光の測定を行う。その測定結果に基づき、データ処理手段２９にて生成ガス１０２の組成を計算する。計算から計算結果が出るまでの時間は非常に短時間である。そして、その計算値に基づいて、制御部１０７で、ガス化炉１０１に供給する燃料および空気を制御する。このようにして、本発明により、ガス化炉１０１において生成される生成ガス１０２の発熱量が正確に制御される。
【００３０】
よって、計測装置１００を用いることで、配管１１０の途中において、該配管１１０内を流れる生成ガス１０２のラマン散乱光及びミー散乱光の測定を行うことができる。その測定結果に基づき、データ処理手段２９にて生成ガス１０２の組成を計算することができる。そして、その計算値に基づいて、制御部１０７で、ガス化炉１０１に供給する燃料および空気を制御する。このようにして、本発明により、ガス化炉１０１において生成される生成ガス１０２の発熱量が正確に制御される。
【００３１】
また、蛍光の計測により、ガス中の炭化水素の量を計測することができ、ガス化条件の確認を迅速に行うことができる。
図５及び表１は実際のガス化ガスでの計測結果を示す。
【００３２】
【表１】
本発明であるガス化装置の構成について、詳細に説明する。
ガス化炉１０１は、燃料及び空気の供給を受け、燃料及び空気を理論空燃比を小さくして不完全燃焼させ、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）等を生成させ、燃料ガスとして取り出すものである。本実施例では、燃料と
して石炭を用いている。
【００３４】
生成ガス１０２は、ガス化炉１０１により生成したガスである。石炭ガス化の場合、生成ガス１０２は、およそ一酸化炭素（ＣＯ）１０〜３０％、水素（Ｈ2）４〜１０％、メタン（ＣＨ4）０．１〜１％、二酸化炭素（ＣＯ2）５〜１０％、窒素（Ｎ2）５５〜７０％の範囲の体積分率を有する。
【００３５】
配管１１０は、ガス化炉１０１とガスタービン１１１を結ぶ配管であり、ガス化炉１０１で生成した生成ガス１０２のガスタービン１１１への流路である。
【００３６】
ガスタービン１１１は、火力発電において、発電用に用いられるタービンである。生成ガス１０２の供給により運転している。
【００３７】
制御部１０７は、データ処理手段２０において計算された発熱量と、その時点で必要とされる発熱量（外部から入力）とを比較し、その差を計算する。そして、その結果に基づいて、生成ガス１０２の発熱量が必要とされる発熱量になるように、燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９の制御で燃料及び空気の増減を行う。燃料及び空気の増減量は、例えば、燃料及び空気の組成から生成ガスの組成を求め、発熱量を計算する方法において、燃料及び空気の組成を逐次代入する方法や、逆計算を行なう方法で計算できる。なお、制御部１０７の機能をデータ処理手段２９に行わせることも可能である。
【００３８】
燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９は、それぞれ燃料及び空気をガス化炉１０１へ供給するための弁であり、制御部１０７により制御される。
【００３９】
前記計測装置１００により算出された生成ガス１０２の発熱量は、制御部１０７へ送られる。そして、そこで、算出された発熱量と必要とされる発熱量とを比較する。そして、その結果に基づいて、所望の発熱量になるように、運転条件を変化させる。運転条件として、ここでは、燃料及び空気を増減させる。増減方法は、制御部１０７が前述の算出結果に基づいて計算した所望の供給量になるように、燃料供給弁１０８及び空気供給弁１０９の制御を行う。
なお、他の運転条件（ガス化炉１０１の運転温度、運転圧力等）の制御により、生成ガス１０２の成分を制御することも可能である。
【００４０】
カラムを用いたガスクロマトグラフとは異なり、レーザ光などの一定波長の光を利用しているので、前処理の必要が無く、測定が迅速で応答性が非常に良い。また、配管１１０の生成ガス１０２を直接分析しているので、分析結果が非常に正確である。従って、正確な制御が必要なガスタービン１１１の生成ガス１０２の発熱量を、常に最適に制御することが可能となる。
【００４１】
また、図４に示すように水蒸気の量を計測することで、ガス火炉１０１内の熱交換器からのヒビ割れ等による水蒸気の漏れを確認することができる。
【００４２】
図６はポーラスフィルタ１２０の概略構成図である。図６（ａ）は通常運転状態を示す。 図６（ｂ）はリーク時の運転状態を示す。図６中、符号１２５はフィルタブロック、１２６は各フィルタブロックの各配管を開閉する遮断手段（バルブ）である。本実施の形態では、４本のフィルタブロック１２５ａ〜ｄとそれに対応するバルブ１２６ａ〜１２６ｄである。ポーラスフィルタ１２０の後流側には、煤塵計１２７が設けられている。
【００４３】
生成ガス１０２はダストを含むので複数のフィルタブロック１２５ａ〜１２５ｎにより除塵される。そして、各運転ブロックは出口側に遮断バルブ１２６ａ〜１２６ｎが設けられている。
【００４４】
そして、ダストの量が規定値以上となったときに、各ブロック１２５ａ〜１２５ｎを順次遮断し、煤塵濃度計１２７により煤塵の漏洩がどのブロックからかを特定し、例えばフィルタブロック１２５ｃの場合に漏れがあった場合には、バルブ１２６ｃでそのブロックを遮断する。
これにより、漏洩のあったフィルタブロックを迅速に特定でき、当該漏れがあるブロックの交換を迅速に行うことができる。
【００４５】
また、ガス化ガスの圧力及びＮ2、ＣＯ2、ＣＨ4、Ｈ2Ｏ等のラマン散乱光の光量から窓汚れ効果を推定し、ダスト量を校正するようにしてもよい。
【００４６】
また、ダスト量の変動より、ガス化システムのメンテナンス時期を推定するようにしてもよい。
【００４７】
よって、本レーザ計測装置をガス化システムに適用することで、連続して安定したガス化システムを構築することができる。
【００４８】
また、生成ガス中には含まれる炭化水素がある場合、これが冷却された場合に、下流側の装置（例えば脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等）の配管内部にタール分として付着し、配管の劣化を加速するという問題があるが、本発明により、生成ガス中の炭化水素の量を迅速に計測することで、適正なガス化条件とすることができる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、脱硫装置１２１の前流側に半導体レーザ装置１５０を設け、脱硫装置に供給される生成ガスのＨ2Ｓ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの計測を行うようにしている。
【００５０】
図７は半導体レーザ装置の概略図である。
図７に示すように、前記半導体レーザ装置１５０は、ガスの供給・排出ライン５１を備えたセル５２と、該セル５２内に供給された生成ガス１０２にレーザ光５３を照射するレーザ照射手段５４と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの各濃度を求める検出手段５５とを具備するものである。
【００５１】
ここで、Ｈ2Ｓの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１５００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＨ2Ｓ濃度を求めるようにしている。
ＣＯの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１５００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＣＯ濃度を求めるようにしている。
ＣＯ2の場合には、吸収スペクトルを測定する際、１４００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＣＯ2濃度を求めるようにしている。
Ｈ2Ｏの場合には、吸収スペクトルを測定する際、１３００〜１７００ｎｍの波長域で吸収スペクトルを求め、該吸収スペクトルからＨ2Ｏ濃度を求めるようにしている。
【００５２】
この計測結果より、脱硫装置の運転の調整を行うことができる。例えば脱硫液相と気相との比率の調整や、Ｈ2Ｓの吸着再生塔の調整（温度等）である。
これにより、効率的な脱硫を連続して行うことができる。
【００５３】
［第３の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、排熱回収ボイラ１２３の前流側又は後流側又は両方にレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置１６０を設け、排ガス中の重金属類及びアルカリ類の計測を行うようにしている。
また、上記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置１６０を脱硫装置１２１からの排水１２４中の重金属類及びアルカリ類の計測も行うようにしている。
【００５４】
図８はレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置の概略図である。
前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置は、生成ガス１０２にレーザ光１６１を照射してプラズマ１６２を発生させるレーザ装置１６３と、該プラズマ１６３から発生するプラズマ光を計測する分光器１６５とを具備するものである。分光器１６５はＩＣＣＤ（Intensified Charge Coupled Device）カメラ１６６を具備し、プラズマ光１６４を分光し、測定データとして取り出している。
【００５５】
排ガス中のアルカリ濃度が高い場合には、ガスタービンの点検周期の見直しを調整する。特に、アルカリ濃度が高濃度の場合には、早期に点検する必要がある。なお、排水中のアルカリ濃度が高い場合には、排水処理の条件を調整する。
【００５６】
また、排ガス又は排水中の重金属濃度が所定値異常の場合には、冷却塔や排水処理手段の温度を低くして処理効率を向上させるようにする。
【００５７】
［第４の実施の形態］
図１のガス化システムにおいて、システム全体を監視するためのガス漏洩監視装置１７０を設けて有害ガスの監視を行うようにしている。
【００５８】
図９はガス漏洩監視装置１７０の概略図である。
図９に示すように、ガス漏洩監視装置１７０は、半導体レーザ装置を用いている。
本実施の形態では、ガス化プラント２００に対し、第１の半導体レーザ装置のレーザ照射手段１５２Ａと第２の半導体レーザ装置のレーザ照射手段１５２Ｂとを設け、複数の検出手段１５５Ａ〜１５５Ｅを設け、計測ユニット１５６で計測するようにしている。図９中、符号１５７は光ファイバ及び１５８は信号線を図示する。
これにより、ガス化プラント２００のＸ−Ｙ平面でのガスの漏洩を検知することができる。
また、レーザ装置をＺ方向に移動することでシステム全体についてもガスの漏洩を検知することができる。
【００５９】
図１０はガス漏洩監視装置の他の実施の形態概略を示す。
図１０に示すように、レーザ照射手段１５２Ａとレーザ照射手段１５２Ｂとは同じ照射面に照射し、２台の第１の検出器１５５Ａ，１５５Ｂを用いて、レーザ波長を分子線吸収線に同調しない画像計測を第１の検出器１５５Ａで行うと共に、レーザ波長を分子線吸収線に同調した画像計測を第２の検出器１５５Ａで行う。
【００６０】
そして、図１１（ａ）に示すように、分子線吸収線に同調しない画像計測では、プラント全体が鮮明に見ることができ、図１１（ｂ）に示すように、分子線吸収線に同調した画像計測では、ガスがある部分に影ができる。
そして、図１１（ｃ）に示すように、漏洩ガスの濃度を画像として求めることができる。
【００６１】
この際、図１２に示す画像計測タイミングとしている。
図１２（ａ）はレーザ波長と時間との関係図であり、図１２（ｂ）はレーザ光強度と時間との関係図であり、図１２（ｃ）は透過レーザ光強度と時間との関係図であり、図１２（ｄ）は検出手段であるカメラのシャッタ時間と透過レーザ光強度とを合成した図である。
図１２（ｄ）に示すように、本実施の形態では、カメラ１とカメラ２とのシャッタ開放時間を異なるようにし、さらに、カメラ１でカメラ２とを挟むように、シャッタを同調してシャッタを切ることで、積算して引き算すれば、外乱光の影響を解消することができる。
【００６２】
このガス漏洩監視装置により、漏洩部分を迅速に特定することができる。この結果、プラントの作業及び保守における安全性が向上する。
また、所定値異常のガスの漏洩の場合には、即時にプラントを停止し、迅速な対応を図ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明により、燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測するレーザ計測装置とを具備するので、例えばガス火炉からの生成ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を高速、正確に分析することが可能となる。
【００６４】
また、本発明により、複合型発電設備を備えた石炭ガス化システムにおいて、プラントの作業及び保守における安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるガス化装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるレーザ計測装置の概略構成図である。
【図３】ラマン散乱光及びミー散乱光及び蛍光の測定例を示す図である。
【図４】ラマン散乱光による水蒸気の漏洩の測定例を示す図である。
【図５】計測対称ガスからの蛍光強度と波長との関係図である。
【図６】ガス化装置のフィルタの概略構成図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる半導体レーザ計測装置の概略図である。
【図８】第３の実施の形態にかかるＬＩＢＳ計測装置の概略図である。
【図９】ガス漏洩監視装置の概略図である。
【図１０】ガス化プラントの概略図である。
【図１１】測定画像の概念図である。
【図１２】画像計測のタイミング図である。
【図１３】従来のガス化装置の形態を示す構成図である。
【図１４】レーザによるダスト計測の概略図である。
【符号の説明】
１００ 計測装置
１０１ 生成ガス
１０２ ガス化炉
１１１ ガスタービン
１２０ フィルタ
２０２ 燃料
２０２ 空気
１５０ レーザ計測装置
１６０ レーザ計測装置
１７０ レーザ計測装置
１０ 計測場
１１ 被測定ガス
１２ 光
１３ 光源手段
１４ ラマン散乱光
１５ 分光器
１６ ミー散乱光
１７ 第１の光検出器
１８ 蛍光
１９ 第２の光検出器
２０ データ処理手段
３１ ミラー
３２ａ，３２ｂ 計測窓
３３ 集光手段
３４ ＩＣＣＤカメラ
Claims (7)
- 燃料及び空気を供給し生成ガスを得るガス化炉と、生成した生成ガス中の微粒子を除去するフィルタと、生成ガスを利用する燃料利用設備とを具備するガス化装置において、生成ガス中のガス成分及びダスト量及び水蒸気量及び炭化水素量を計測する計測装置を具備するガス化装置の監視システムにおいて、前記フィルタは並列に接続される複数のフィルタブロックからなり、該フィルタブロックは煤塵の漏洩があったときに順次遮断されることを特徴とするガス化装置の監視システム。
- 請求項１において、ガス化装置に生成ガスを脱硫する脱硫装置を具備してなり、脱硫装置の前流側に設けられ、ガス中のＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏを計測する半導体レーザ装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システム。
- 請求項２において、ガス化装置からの脱硫された生成ガスを燃料とし、ガスタービンで膨張させる燃焼ガスを生成する燃焼器と、ガスタービンの排熱を回収する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気で発電する蒸気タービンとを具備してなり、排ガス又は排水中のアルカリ成分及び重金属類を計測するレーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置を設けたことを特徴とするガス化装置の監視システム。
- 請求項１乃至３のいずれか一において、システム全体のガス漏洩を計測する半導体レーザ装置を具備することを特徴とするガス化装置の監視システム。
- 請求項１において、前記計測装置が、計測場内の被測定ガスにレーザー光などの一定波長の光を照射可能な光源手段と、前記光の照射により前記ガスから生じるラマン散乱光により波長毎の強度の計測を行う分光器と、前記光の照射により前記ガス中のダストから生じるミー散乱光の計測を行う第１の光検出器と、前記光の照射により前記ガス中の炭化水素から生じる蛍光の計測を行う第２の光検出器と、前記計測の結果から前記ガスの発熱量及びダスト量及び炭化水素量を算出する計算部と、を具備することを特徴とするガス化装置の監視システム。
- 請求項２において、前記半導体レーザ装置が、ガスの供給・排出ラインを備えたセルと、該セル内に供給されたガスにレーザ光を照射するレーザ照射手段と、上記レーザ光照射による吸収スペクトルからＨ2Ｓ、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏの各濃度を求める検出手段とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システム。
- 請求項３において、前記レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）装置が、ガスにレーザを照射してプラズマ化させるレーザ装置と、該プラズマから発生するプラズマ光を計測する分光器とを具備することを特徴とするガス化装置の監視システム。
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