JP5515602B2 - ガス化設備の異常検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化設備の異常検出方法及び装置に関するものである。

近年、石油の枯渇の問題から、石油精製時の残渣である石油コークスや現在有効利用されていない資源であるオイルサンド、ビチューメン、褐炭等の低質炭やその他の化石燃料、バイオマス、タイヤチップ等を原料としてガス化を行い、水素及び炭化水素等を主体とするガス化ガスを得て有効利用することが提案されている。

図６はガス化ガスを生成するガス化設備の概略を示すものであって、ここに図示しているガス化設備は、ガス化炉１と燃焼炉２とにより構成された２塔式のガス化設備となっており、ガス化炉１の下部に水蒸気３を供給して流動媒体４（硅砂、石灰石等）の流動層を形成し、該流動層へ投入される原料５（石炭、バイオマス、廃プラスチック等）のガス化を行い、ここで生成したガス化ガス６がガス精製設備へ供給されるようになっている。

一方、前記ガス化炉１内の流動媒体４は、オーバーフローによりガス化炉１内で生成した未反応のチャー７と一緒に燃焼炉２へ導入され、該燃焼炉２の下部に導入される空気８により吹き上げられるようになっており、この際に前記チャー７が燃焼されて流動媒体４が加熱されるようになっている。

更に、前記燃焼炉２において、流動媒体４と一緒に吹き上げられた燃焼排ガス９は、燃焼炉２の上部からサイクロン１０に導入され、該サイクロン１０で分離された流動媒体４がダウンカマー１１を介し前記ガス化炉１に戻されると共に、前記サイクロン１０上部から燃焼排ガス９が排ガス処理設備に送り出されるようになっている。

尚、図６中における符号の１２，１３は、ガス化炉１と燃焼炉２との間、並びに、ガス化炉１とダウンカマー１１との間で、ガス化ガス６の移動を阻止するためのＵ字ダクトからなるシール部を夫々示している。

また、本発明と関連性が高いガス化設備の先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１、２等がある。

特開２００２−１３０６４７号公報 特開平４−８８０８６号公報

しかしながら、図６に示す如きガス化炉１と燃焼炉２とからなる２塔式のガス化設備においては、ガス化設備内を循環する流動媒体４によりガス化炉１からチャー７が燃焼炉２へ送り出されるようになっているため、ガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量を明確に把握することが難しく、このことが現在のガス化設備の運転状況が正常であるか否かの判定を難しくしていた。

本発明は、上述の実情にみてなしたもので、ガス化炉から燃焼炉へ送り込まれるチャーの送給量を把握してガス化設備の運転状態の異常検出を確実に行い得るようにすることを目的としている。

本発明は、水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の異常検出方法であって、
定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、
現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、
該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出し、燃焼炉に実際に送り込んでいる空気量に対する前記理論空気量の比を推定空気比として算出する一方、燃焼炉の排ガス系統の酸素濃度に基づき実際の空気比を算出し、該実際の空気比と前記推定空気比を比較して両者の偏差が所定値以上となった時に異常を判定することを特徴とするものである。

また、本発明は、水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の異常検出装置であって、
ガス化炉への水蒸気量を検出する水蒸気量検出手段と、
ガス化炉への原料量を検出する原料量検出手段と、
ガス化炉の温度を検出するガス化炉温度検出手段と、
流動媒体の循環量を検出する流動媒体循環流量検出手段と、
燃焼炉への空気量を検出する燃焼炉空気流量検出手段と、
燃焼炉の排ガス系統の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出し、燃焼炉に実際に送り込んでいる空気量に対する前記理論空気量の比を推定空気比として算出する一方、燃焼炉の排ガス系統の酸素度に基づき実際の空気比を算出し、該実際の空気比と前記推定空気比を比較して両者の偏差が所定値以上となった時に異常を判定する判定装置とにより構成したことを特徴とするものである。

本発明のガス化設備の異常検出方法及び装置によれば、ガス化炉から燃焼炉へのチャーの送給量を明確に把握することができ、この把握されたチャーの送給量に基づいて算出した推定空気比と、燃焼炉の排ガス系統の酸素濃度に基づいて算出した実際の空気比とを比較することによって、ガス化設備に生じた異常を確実に検出することができるので、ガス化設備の健全性を従来より大幅に向上することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の判定装置に備えられた第一のマップの一例を示す図である。 図１の判定装置に備えられた第二のマップの一例を示す図である。 図１の判定装置における異常判定の手順を示すフローチャートである。 図１の判定装置に備えられた第三のマップの一例を示す図である。 従来例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の一例であって、図中で図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は既に図６の概略図で説明した通りであるが、本形態例においては、ガス化炉１への水蒸気３の流量（水蒸気量）を検出する水蒸気流量計１４（水蒸気量検出手段）と、ガス化炉１へ原料５を原料ゲートバルブ１５を介して供給するスクリューコンベア１６の回転数を原料５の投入量（原料量）の代用値として検出する回転センサ１７（原料量検出手段）と、ガス化炉１の温度を検出するガス化炉温度計１８（ガス化炉温度検出手段）と、ダウンカマー１１の途中に装備されて流動媒体４の循環量を検出する流動媒体循環流量計１９（流動媒体循環流量検出手段）と、燃焼炉２への空気８の流量（空気量）を検出する燃焼炉空気流量計２０（燃焼炉空気流量検出手段）と、燃焼炉１の排ガス系統の酸素濃度を検出する酸素濃度計２１（酸素濃度検出手段）と、これら各検出手段からの検出信号を入力してガス化設備に異常が生じた際に該異常を判定する判定装置２２とが備えられている。尚、図１中における符号の２３は水蒸気流調弁、２４は送風機、２５は空気流調弁、２６は原料バンカを夫々示している。

ここで、前記判定装置２２においては、図２に示す如く、ある定格点（例えばガス化炉温度800℃で流動媒体循環量40000kg/hの運転状態）でのガス化炉１への水蒸気量と原料量に基づいてガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量を規定する第一のマップが備えられている。

この第一のマップにおけるチャー７の送給量は、加重平均により求められるようになっており、例えば、水蒸気量150kg/hで原料量125kg/hの場合、チャー７の送給量は、第一のマップに照らして下記の式（１）により11.875kg/hと求めることができる。
［数１］
チャー送給量＝10×1/2×3/4＋9×1/2×3/4＋20×1/2×1/4＋18×1/2×1/4
＝11.875［kg/h］…（１）

また、前記判定装置２２には、図３に示す如く、前述の第一のマップで定格点とした運転状態（例えばガス化炉温度800℃で流動媒体循環量40000kg/h）を「１」とし、ガス化炉１の温度と流動媒体４の循環量が前記チャー７の送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップが備えられており、ガス化炉温度が定格点より上がれば影響係数が減少し、流動媒体循環量が増えれば影響係数が増加する傾向を呈するようになっている。

そして、前記判定装置２２における異常判定の具体的な手順は、図４にフローチャートで示す通りであり、先ずステップＳ１において、現在のガス化炉１への水蒸気３の流量（水蒸気流量計１４で検出されるもの）と原料５の流量（回転センサ１７の検出に基づいて算出されるもの）を第一のマップに照らして定格点でのチャー７の送給量が読み出される一方、ステップＳ２において、現在のガス化炉１の温度（ガス化炉温度計１８で検出されるもの）と流動媒体４の循環流量（流動媒体循環流量計１９で検出されるもの）を第二のマップに照らして係数が読み出され、ステップＳ３において、前記ステップＳ１で第一のマップから読み出された定格点でのチャー７の送給量に対し、前記ステップＳ２で第二のマップから読み出された影響係数が乗算されて実際のチャー７の送給量が算出されるようになっている。

更に、ステップＳ４では、チャー７の送給量とその完全燃焼に必要な理論空気量との関係を規定する図５に示す如き第三のマップに照らして、ステップＳ３で算出された実際のチャー７の送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量が算出されるようになっており、次のステップＳ５において、燃焼炉２に実際に送り込んでいる空気８の流量（燃焼炉空気流量計２０で検出されるもの）に対する前記理論空気量の比が推定空気比として算出されるようになっている。

一方、ステップＳ６においては、燃焼炉１の排ガス系統の酸素濃度（酸素濃度計２１で検出されるもの）に基づき下記の式（２）により実際の空気比が算出されるようになっており（21は通常空気中の酸素濃度）、この実際の空気比がステップＳ７にて先のステップＳ５からの推定空気比と比較され、両者の偏差が所定値以上となった時に異常が判定されて図示しない報知器等へ出力されるようになっている。ここで、両者の偏差の所定値は、運転条件によって変わるが、空気比で概ね０．２以上の偏差が出た場合に異常と判定する。
［数２］
空気比＝21/(21-酸素濃度)…（２）

尚、前述した異常判定の具体的な手順における第一〜第三のマップは、予め運転データ及び実験データに基づいて作成されたものであり、判定装置２２のソフトウェア上に実装されるようになっている。

而して、このようにすれば、現在のガス化炉１への水蒸気３の流量と原料５の流量を第一のマップに照らして定格点でのチャー７の送給量を読み出し、現在のガス化炉１の温度と流動媒体４の循環流量を第二のマップに照らして読み出した係数を、前記定格点でのチャー７の送給量に乗算することにより、これまで明確に把握することが困難であったガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量を算出することが可能となり、更には、この算出されたチャー７の送給量に基づいて、その完全燃焼に必要な理論空気量を求め、燃焼炉２に実際に送り込んでいる空気８の流量に対する前記理論空気量の比を推定空気比として算出する一方、燃焼炉１の排ガス系統の酸素濃度に基づき実際の空気比を算出し、この実際の空気比と前記推定空気比との偏差が所定値以上となった時に異常を判定することが可能となる。

即ち、ガス化設備に何ら異常が生じていないならば、燃焼炉２に実際に送り込んでいる空気８の流量と、ガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量に基づいて求めた理論空気量との比である推定空気比は、燃焼炉１の排ガス系統の酸素濃度に基づき空気比を算定する式から算出した実際の空気比と大きく相違することなく概ね一致するはずであり、両者の偏差が所定値以上に大きく相違しているということは、ガス化炉１から燃焼炉２への流路に詰まりが生じているとか、各種の検出手段の何れかに故障が生じている等といった何らかの異常が生じているものと推定される。

以上に述べた通り、本形態例によれば、ガス化炉１から燃焼炉２へのチャー７の送給量を明確に把握することができ、この把握されたチャー７の送給量に基づいて算出した推定空気比と、燃焼炉１の排ガス系統の酸素濃度に基づいて算出した実際の空気比とを比較することによって、ガス化設備に生じた異常を確実に検出することができるので、ガス化設備の健全性を従来より大幅に向上することができる。

尚、本発明のガス化設備の異常検出方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、ガス組成やガス化炉に投入する原料の組成等に応じて異なるマップを使い分けるようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ガス化炉
２ 燃焼炉
３ 水蒸気
４ 流動媒体
５ 原料
６ ガス化ガス
７ チャー
８ 空気
９ 燃焼排ガス
１４ 水蒸気流量計（水蒸気量検出手段）
１７ 回転センサ（原料量検出手段）
１８ ガス化炉温度計（ガス化炉温度検出手段）
１９ 流動媒体循環流量計（流動媒体循環流量検出手段）
２０ 燃焼炉空気流量計（燃焼炉空気流量検出手段）
２１ 酸素濃度計（酸素濃度検出手段）
２２ 判定装置

Claims (2)

1. 水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の異常検出方法であって、
   定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、
   現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、
   該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出し、燃焼炉に実際に送り込んでいる空気量に対する前記理論空気量の比を推定空気比として算出する一方、燃焼炉の排ガス系統の酸素濃度に基づき実際の空気比を算出し、該実際の空気比と前記推定空気比を比較して両者の偏差が所定値以上となった時に異常を判定することを特徴とするガス化設備の異常検出方法。
2. 水蒸気の導入により流動媒体の流動層を形成して原料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉内の流動媒体を未反応のチャーと一緒に導いて空気により吹き上げながら前記チャーを燃焼させて流動媒体を加熱する燃焼炉とを備え、該燃焼炉で加熱された流動媒体を燃焼排ガスから分離して前記ガス化炉に戻すようにしたガス化設備の異常検出装置であって、
   ガス化炉への水蒸気量を検出する水蒸気量検出手段と、
   ガス化炉への原料量を検出する原料量検出手段と、
   ガス化炉の温度を検出するガス化炉温度検出手段と、
   流動媒体の循環量を検出する流動媒体循環流量検出手段と、
   燃焼炉への空気量を検出する燃焼炉空気流量検出手段と、
   燃焼炉の排ガス系統の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
   定格点でのガス化炉への水蒸気量と原料量に基づきガス化炉から燃焼炉へのチャー送給量を規定する第一のマップと、ガス化炉の温度と流動媒体の循環量が前記チャー送給量に与える影響を係数で規定する第二のマップとを備え、現在のガス化炉への水蒸気量と原料量を第一のマップに照らして定格点でのチャー送給量を読み出すと共に、現在のガス化炉の温度と流動媒体の循環量を第二のマップに照らして係数を読み出し、該係数を前記定格点でのチャー送給量に乗算して実際のチャー送給量を算出し、該チャー送給量に対しその完全燃焼に必要な理論空気量を算出し、燃焼炉に実際に送り込んでいる空気量に対する前記理論空気量の比を推定空気比として算出する一方、燃焼炉の排ガス系統の酸素度に基づき実際の空気比を算出し、該実際の空気比と前記推定空気比を比較して両者の偏差が所定値以上となった時に異常を判定する判定装置とにより構成したことを特徴とするガス化設備の異常検出装置。

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