JP6681768B2 - 炉内観察装置及びこれを備えるガス化炉設備 - Google Patents

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Description

本発明は、炉内観察装置及びこれを備えるガス化炉設備に関するものである。
従来、ガス化炉設備として、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素含有燃料ガス化設備（ガス化炉設備）が知られている。ガス化炉設備は、炉内の状況を観察するための炉内観察装置が設けられている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、カメラを収納する機器収納部内を通過する冷却流体通路と、炉内と機器収納部とを隔てる観測窓を洗浄する洗浄流体通路と、を備える炉内観察装置が開示されている。特許文献１に記載の炉内観察装置は、冷却流体通路に空気を流すことで撮像機器の冷却を行い、洗浄空気または洗浄水を洗浄流体通路先端に配置された噴出孔から観測窓に向けて吹き付けることで観測窓の洗浄を行う。
特許第４０１５３５４号公報
ここで特許文献１に記載されているように洗浄空気を吹き付けて観察測窓を保護する場合、洗浄空気に酸素等の酸化剤が含まれていると、ガス化炉の内部に充満する可燃性ガスと反応して強い光を発光する。このため、炉内観察装置の視野が阻害されてしまうという問題があった。また、洗浄空気が不活性ガスの場合、炉内の固形物が観測窓の周囲で固化し、観察領域の周囲に堆積してしまう。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、炉内の観察が可能な炉内観察装置及びこれを備えるガス化炉設備を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明は、可燃性ガスが流通するガス化炉の内部を観察する炉内観察装置であって、前記ガス化炉内に挿入され、かつ、前記ガス化炉に固定され、内部が空洞のノズルと、筒形状であり、前記ノズルに挿入され、前記ガス化炉の内部側の部分が閉塞された保護管と、前記保護管の前記ガス化炉の内部側に設けられ、光を透過する観測窓と、前記観測窓の前記ガス化炉の内部の面に酸化剤を含むガスを供給するパージ機構と、前記観測窓を介して、前記ガス化炉の内部を撮影する撮像手段と、を備え、前記撮像手段は、前記観測窓を介して炉内を撮像する撮像機器と、ラジカルが発光する光の波長を遮蔽する光学フィルタと、前記光学フィルタを前記撮像機器に取り付けまたは取り外す光学フィルタ切替部と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、撮像機器にラジカル発光波長を透過しない光学フィルタを取り付けることで、ラジカル発光による光を選択的に遮蔽して撮像機器に入射させることを可能にし、ラジカル発光が生じている場合でもガス化炉の内部を観察することができる。
また、前記光学フィルタは、７５９ｎｍ以上９２８ｎｍ以下の範囲の波長のみを透過することが好ましい。
この構成によれば、可燃性ガスが充満した高温の炉内を酸化剤を含む気体でパージする場合でも、Ｏ２ラジカル及びＨ２Ｏラジカルの発光する光が光学フィルタを透過することを防止でき、より鮮明な画像で炉内を観察することができる。
また、前記光学フィルタ切替部と接続された制御手段を備え、前記制御手段は、前記ガス化炉のガス排出温度が予め設定された値を超えた場合または前記ガス化炉に燃料が投入された場合、前記光学フィルタを前記撮像機器に取り付け、前記ガス化炉のガス排出温度が予め設定された値以下であり、かつ、前記ガス化炉に燃料が投入されていない場合、前記光学フィルタを前記撮像機器から取り外すことが好ましい。
この構成によれば、ガス化炉出口ガス温度計が予め設定された値を超えた場合またはバーナ入口遮断弁が開状態となった場合に、制御手段が光学フィルタ切替部を制御することで撮像機器にラジカル発光波長を透過しない光学フィルタを取り付ける。これにより、ラジカル発光による光を選択的に遮蔽して撮像機器に入射させることを可能にし、ラジカル発光が発生している場合でも、ガス化炉の内部を観察することができる。
この構成によれば、ガス化炉出口ガス温度計が予め設定された値以下になり、かつバーナ入口遮断弁が閉状態となった場合に、制御手段が光学フィルタ切替部を制御することで撮像機器から光学フィルタを取り外す。これにより、光学フィルタによって撮像機器に入射する光の輝度が低下することを防ぎ、ガス化炉の起動時または停止時においてガス化炉内の輝度が十分ではない場合にも炉内の観察を行うことができる。
また、前記観測窓を介して炉内を照らす照明機器を備えることが好ましい。
この構成によれば、ガス化炉の内部を照らすことを可能にし、ガス化炉の起動時または停止時においてガス化炉内の輝度が十分ではない場合でも炉内の観察を行うことができる。
また、前記撮像手段は円筒の形状であり、前記保護管に挿入される耐圧管と、前記耐圧管の前記ガス化炉側の端部に設けられ、前記保護管の内部の空間と前記耐圧管の内部の空間とを遮蔽し、光を透過する透明窓と、前記耐圧管に収容されるファイバースコープと、前記観測窓と前記透明窓との間に配置され、前記観測窓から入射する光を反射し、前記透明窓に入射させるミラーと、を有し、前記観測窓は、前記保護管の前記ガス化炉内に挿入された部分の側面に形成され、前記パージ機構は、前記保護管と前記耐圧管との間の空間に酸化剤を含む前記ガスを供給し、前記観測窓から酸化剤を含む前記ガスを吹出させることが好ましい。
この構成によれば、観測窓から入射した光がミラーによってファイバースコープに向けて反射され、ファイバースコープに入射した光がファイバースコープによって撮像機器のレンズまで伝送されことで、ガス化炉の内部を保護管の側壁から撮像することを可能にし、保護管の挿入深さを最小限にすることができ、ガス化炉内部のガス流と保護管との間に生じる流体摩擦を最小限に抑えることができる。また、ガス化炉の内部から観測窓に入射する光をガス化炉から離れた場所まで伝送することを可能にし、撮像機器の配置位置をガス化炉から離すことができ、撮像機器が高温にさらされることを防ぐことができ、撮像機器の耐熱温度を下げることができる。
また、前記ノズルに取り付けられ、前記ガス化炉の内部と外部とを遮蔽するバルブと、前記ノズルに接続され、前記保護管の周囲と外部とを遮蔽する円筒容器と、前記円筒容器に対して前記保護管を移動させる移動機構と、を有することが好ましい。
この構成によれば、ガス化炉設備が運転中に炉内観察装置に不具合が発生してメンテナンスが必要な場合でも、ガス化炉設備を停止することなく炉内観察装置をガス化炉設備に取り付け及び取り外すことができ、ガス化炉設備の稼働率を向上させることができる。
また、上述した課題を解決するための本発明は、ガス化炉設備であって、上記のいずれかに記載の炉内観察装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、粒子を含む可燃性ガスが充満した高温の炉内を酸化剤を含む気体でパージする場合でも、炉内の観察ができる。
図１は、実施形態１に係るガス化炉設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図２は、実施形態１に係るガス化炉設備を表す概略構成図である。 図３は、実施形態１に係る炉内観察装置の横断面図である。 図４は、実施形態２に係る炉内観察装置の横断面図である。 図５は、実施形態２に係る炉内観察装置を拡大して示す拡大図である。 図６は、実施形態３に係る炉内観察装置の横断面図である。
図１は、実施形態１に係るガス化炉設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。図２は、実施形態１に係るガス化炉設備を表す概略構成図である。図３は、実施形態１に係る炉内観察装置２００ａの横断面図である。
本実施形態に係るガス化炉設備１４が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１０は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉設備１４において、燃料から可燃性ガス（生成ガス）を生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化炉設備１４で生成した生成ガスを、ガス精製設備１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン１７に供給して発電を行っている。すなわち、実施形態１の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化炉設備１４に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。
石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１０は、図１に示すように、給炭設備１１と、ガス化炉設備１４と、チャー回収設備１５と、ガス精製設備１６と、ガスタービン１７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）２０とを備えている。
給炭設備１１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭を石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭設備１１で製造された微粉炭は、給炭ライン１１ａ出口で後述する空気分離設備４２から供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備１４へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５％以下に制限されるものではない。
ガス化炉設備１４は、給炭設備１１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備１５で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が戻されて再利用可能に供給されている。
また、ガス化炉設備１４には、ガスタービン１７（圧縮機６１）からの圧縮空気供給ライン４１が接続されており、ガスタービン１７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉設備１４に供給可能となっている。空気分離設備４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３によって空気分離設備４２とガス化炉設備１４とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン４３には、給炭設備１１からの給炭ライン１１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン４３から分岐する第２窒素供給ライン４５もガス化炉設備１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収設備１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、空気分離設備４２は、酸素供給ライン４７によって、圧縮空気供給ライン４１と接続されている。そして、空気分離設備４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン４３及び第２窒素供給ライン４５を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン４７及び圧縮空気供給ライン４１を流通することで、ガス化炉設備１４において酸化剤として利用される。
ガス化炉設備１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１０１（図２参照）を備えている。ガス化炉設備１４は、内部に供給された石炭（微粉炭）およびチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。なお、ガス化炉設備１４は、微粉炭に混入した異物（スラグ）を除去する異物除去設備４８が設けられている。そして、このガス化炉設備１４には、チャー回収設備１５に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、図２に示すように、ガス生成ライン４９にシンガスクーラ１０２（ガス冷却器）を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備１５に供給してもよい。
チャー回収設備１５は、集塵設備５１と供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１は、１つまたは複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備１４で生成された生成ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵設備５１で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵設備５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
ガス精製設備１６は、チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製設備１６は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン１７に供給する。なお、チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製設備１６では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。
ガスタービン１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、圧縮機６１とタービン６３とは、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２には、圧縮機６１からの圧縮空気供給ライン４１が接続されると共に、ガス精製設備１６からの燃料ガス供給ライン６６が接続され、また、タービン６３に向かって延びる燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン１７は、圧縮機６１からガス化炉設備１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備１６から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン６３へ向けて供給する。そして、タービン６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸６４を回転駆動させることで発電機１９を回転駆動させる。
蒸気タービン１８は、ガスタービン１７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、給水とタービン６３の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。また、排熱回収ボイラ２０で生成する蒸気には、ガス化炉１０１のシンガスクーラ１０２で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでもよい。従って、蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９が回転駆動し、回転軸６４を回転させることで発電機１９を回転駆動させる。
そして、排熱回収ボイラ２０の出口から煙突７５までには、ガス浄化設備７４を備えている。
ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭設備１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備１１において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭設備１１で製造された微粉炭は、空気分離設備４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化炉設備１４に供給される。また、後述するチャー回収設備１５で回収されたチャーが、空気分離設備４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化炉設備１４に供給される。更に、後述するガスタービン１７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離設備４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化炉設備１４に供給される。
ガス化炉設備１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備１４からガス生成ライン４９を通って排出され、チャー回収設備１５に送られる。
このチャー回収設備１５にて、生成ガスは、まず、集塵設備５１に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備１６に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化炉設備１４に戻されてリサイクルされる。
チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給する。この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製設備１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービン６３を回転駆動することで、回転軸６４を介して圧縮機６１及び発電機１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン１７は発電を行うことができる。
そして、排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７におけるタービン６３から排出された排ガスと給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン１８に供給する。蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。
なお、ガスタービン１７と蒸気タービン１８は同一軸として１つの発電機１９を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
その後、ガス浄化設備７４では排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排気ガスが煙突７５から大気へ放出される。
次に、図１及び図２を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備１０におけるガス化炉設備１４について詳細に説明する。
ガス化炉設備１４は、図２に示すように、ガス化炉１０１と、シンガスクーラ１０２と、制御手段１３０と、炉内観察装置２００ａと、を備えている。制御手段１３０は、炉内観察装置２００ａの制御手段の機能も備える。
ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した可燃性ガス（生成ガス）が鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁１１１とを有している。そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。
圧力容器１１０は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス排出口１２１は、ガス化炉出口ガス温度計１２５が配置されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。そして、ガス化炉壁１１１は、図示しない支持部材により圧力容器１１０内面に連結されている。
ガス化炉壁１１１は、図示しない伝熱管とフィンとが溶接等によって相互に接合されることで形成されている。このガス化炉壁１１１は、その上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、その下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１０の底部に形成されるスラグホッパ１２２には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。
アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間であり、空気分離設備４２で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）とを均圧にしている。
コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２６からなる燃焼装置が配置されている。複数のバーナ１２６は、バーナ入口遮断弁１２９を介して燃料が供給される。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。
リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持され、コンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給して、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと熱分解してガス化することで可燃性ガスを生成する空間となっている。リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２７からなる燃焼装置が配置されている。複数のバーナ１２７は、バーナ入口遮断弁１２８を介して燃料が供給される。
シンガスクーラ１０２は、ガス化炉壁１１１の内部に設けられると共に、リダクタ部１１８のバーナ１２７の鉛直上方側に設けられている。シンガスクーラ１０２は、ガス化炉壁１１１の鉛直下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４が配置されている。これらのシンガスクーラ１０２は、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。なお、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
制御手段１３０は、ガス化炉出口ガス温度計１２５とバーナ入口遮断弁１２８とバーナ入口遮断弁１２９と、後述する炉内観察装置２００ａに接続されている。
炉内観察装置２００ａは、ガス化炉１０１の内部を観察する装置である。炉内観察装置２００ａについては、後述する。
ここで、上述した実施形態１のガス化炉設備１４の作動について説明する。ガス化炉設備１４のガス化炉１０１では、リダクタ部１１８のバーナ１２７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部１１６のバーナ１２６により微粉炭及びチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの一部燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁１１１へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２２内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１６で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通ってリダクタ部１１８に上昇する。このリダクタ部１１８では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気場において微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと熱分解してガス化反応が行われ、可燃性ガス（生成ガス）が生成される。ガス化した可燃性ガス（生成ガス）は、鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
なお、上記実施形態では、ガス化炉設備１４は石炭ガス化複合発電設備１０に適用されるものとして説明したが、石炭ガス化複合発電設備１０以外のプラント、例えば、ごみ焼却プラントのガス化炉及び化学合成プラントのガス化炉に用いてもよい。
なお、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。
なお、本実施形態はガス化炉１０１として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。
次に図２に加え、図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る炉内観察装置２００ａについて説明する。炉内観察装置２００ａは、保護管２０２ａと、ノズル２１２ａと、観測窓２５０ａと、撮像手段２５２ａと、制御手段１３０と、を備える。
保護管２０２ａは、撮像手段２５２ａを収容する円筒形状の管である。保護管２０２ａは、外筒２０４ａと、流体流路２０６ａと、内筒２０８ａと、開口部２２４ａと、を有する。保護管２０２ａは、図３に示すように、ノズル２１２ａに挿入される。
ノズル２１２ａは、ガス化炉壁１１１、アニュラス部１１５及び圧力容器１１０を貫通して形成されるノズルである。外筒２０４ａは、円筒形状の筒である。外筒２０４ａは、フランジ部２１４ａを備える。フランジ部２１４ａは、ノズル２１２ａに固定される。
流体流路２０６ａは、外筒２０４ａと内筒２０８ａとの間に形成された流体の流路である。流体流路２０６ａは、図３に示すように、炉内側２２２の端部に噴出孔２２６ａが形成されている。流体流路２０６ａは、図３に示すように、炉外側２２８の端部にボス２１６ａが形成される。ボス２１６ａは、空気元弁２１８ａを介して空気供給源２２０ａに接続される。空気供給源２２０ａは、例えば、コンプレッサーである。空気供給源２２０ａは、空気元弁２１８ａ及びボス２１６ａを介して流体流路２０６ａに空気を供給し、噴出孔２２６ａから空気を噴出させてパージを行う。
内筒２０８ａは、炉外側２２８にフランジ部２３０ａを備える。フランジ部２３０ａは、閉止フランジ２３２ａが固定される。内筒２０８ａは、図３に示すように、後述する撮像機器２５４ａを固定する支持部材２６２ａが取り付けられている。なお、固定方法は特に限定されず、溶接で固定してもボルトナット等を用いて締結して固定してもよい。
開口部２２４ａは、図３に示すように、保護管２０２ａの炉内側２２２に対向する面の中心に形成される円形の開口である。
観測窓２５０ａは、光を透過する窓であり、開口部２２４ａを有する。本実施形態の観測窓２５０ａは、光を透過する透明な耐熱部材が配置されている。観測窓２５０ａは、光を透過する透明な耐熱部材で開口部２２４ａを閉塞している。光を透過する透明な耐熱部材とは、例えば、サファイヤガラス及びホウケイ酸ガラスである。観測窓２５０ａは、内筒２０８ａと接する外周部にシールを施され、ガス化炉１０１の内部と保護管２０２ａの内部とを遮蔽する。
撮像手段２５２ａは、撮像機器２５４ａと、光学フィルタ２５６ａと、光学フィルタ切替部２５８ａと、照明機器２５９ａと、を有する。撮像機器２５４ａは、観測窓２５０ａを介して炉内を撮像する機器である。撮像機器２５４ａは、例えば、ＣＣＤカメラ及びＣＭＯＳカメラである。撮像機器２５４ａは、保護管２０２ａの内部に収容される。撮像機器２５４ａは、図示しないレンズを有する。撮像機器２５４ａは、図３に示すように、図示しないレンズの光軸２６０ａと開口部２２４ａ中心とが一致するように支持部材２６２ａに固定される。撮像機器２５４ａは、図示しない出力ケーブルによって撮像した画像を図示しない中央制御室のモニターに出力する。撮像機器２５４ａは、制御手段１３０に接続される。
光学フィルタ２５６ａは、ラジカル発光波長を透過しないフィルタである。ラジカル発光波長とは、具体的には、炭素を含有する燃料を燃焼させた場合にラジカルが発光する光に含まれる波長である。例えば、ＣＨラジカルが発光する光は３８７ｎｍ及び４３１ｎｍ付近にバンドスペクトルを有し、Ｏ２ラジカルが発光する光は７５９ｎｍ付近にバンドスペクトルを有する。光学フィルタ２５６ａは、撮像機器２５４ａのレンズよりも大きい。つまり、光学フィルタ２５６ａは、光学フィルタ２５６ａを撮像機器２５４ａに取り付けた場合に、撮像機器２５４ａのレンズを覆うことができる。光学フィルタ２５６ａは、光学フィルタ切替部２５８ａに固定される。
光学フィルタ切替部２５８ａは、図３に示すように、内筒２０８ａに固定される。光学フィルタ切替部２５８ａは、炉内側２２２から観測窓２５０ａを介して撮像機器２５４ａのレンズを見た場合に、光学フィルタ２５６ａが撮像機器２５４ａのレンズを覆う位置または光学フィルタ２５６ａが撮像機器２５４ａのレンズと重ならない位置に移動させるアクチュエータである。アクチュエータとは、例えば、サーボモータである。光学フィルタ切替部２５８ａは、制御手段１３０に接続される。
照明機器２５９ａは、図３に示すように、撮像機器２５４ａに固定される。照明機器２５９ａは、例えば、ＬＥＤ照明である。照明機器２５９ａは、照射方向が観測窓２５０ａに向けられ、観測窓２５０ａを介して炉内を照らす。
ここで、上述した実施形態１の炉内観察装置２００ａの動作について説明する。本実施形態の炉内観察装置２００ａにおいて、空気供給源２２０ａは、空気元弁２１８ａ及びボス２１６ａを介して流体流路２０６ａに空気を供給し、噴出孔２２６ａから空気を噴出させる。噴出孔２２６ａから噴出される空気は、観測窓２５０ａに付着した粒子及び観測窓の炉内側２２２に充満する粒子を吹き飛ばす。噴出孔２２６ａから噴出された空気は、ガス化炉１０１内に充満する可燃性ガスと反応し、発光する。
制御手段１３０は、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値を超えた場合またはバーナ入口遮断弁１２８、１２９が開状態となった場合に、光学フィルタ切替部２５８ａを作動させることで撮像機器２５４ａに光学フィルタ２５６ａを取り付ける。ここで、予め設定された温度とは、例えば、１０００℃である。光学フィルタ２５６ａは、炉内側２２２から観測窓２５０ａを介して入射する光の内ラジカル発光波長成分を遮蔽する。つまり、光学フィルタ２５６ａは、噴出孔２２６ａから噴出する空気と可燃性ガスとが反応して発生した光のラジカル発光波長成分を遮蔽する。撮像機器２５４ａは、光学フィルタ２５６ａを透過したラジカル発光波長以外の光を撮像する。
制御手段１３０は、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値以下になり、かつバーナ入口遮断弁１２８、１２９が閉状態となった場合に、光学フィルタ切替部２５８ａを作動させることで撮像機器２５４ａから光学フィルタ２５６ａを取り外す。ここで、予め設定された温度とは、例えば、１０００℃である。
第１実施形態に係る炉内観察装置２００ａは、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値を超えた場合またはバーナ入口遮断弁１２８、１２９が開状態となった場合に、制御手段１３０が光学フィルタ切替部２５８ａを制御することで撮像機器２５４ａにラジカル発光波長を透過しない光学フィルタ２５６ａを取り付ける。これにより、ラジカル発光による光を選択的に遮蔽して撮像機器２５４ａに入射させることを可能にし、ラジカル発光が発生している場合でも、ガス化炉１０１の内部を観察することができる。
第１実施形態に係る炉内観察装置２００ａは、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値以下になり、かつバーナ入口遮断弁１２８、１２９が閉状態となった場合に、制御手段１３０が光学フィルタ切替部２５８ａを制御することで撮像機器２５４ａから光学フィルタ２５６ａを取り外す。これにより、光学フィルタ２５６ａによって撮像機器２５４ａに入射する光の輝度が低下することを防ぎ、ガス化炉の起動時または停止時においてガス化炉１０１内の輝度が十分ではない場合にも炉内の観察を行うことができる。
第１実施形態に係る炉内観察装置２００ａは、照明機器２５９ａを備える。これにより、ガス化炉１０１の内部を照らすことを可能にし、ガス化炉の起動時または停止時においてガス化炉１０１内の輝度が十分ではない場合でも炉内の観察を行うことができる。
光学フィルタ２５６ａは、８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長を有する光を透過する光学フィルタであることが好ましく、７５９ｎｍ以上９２７ｎｍ以下の波長を有する光を透過する光学フィルタであることがより好ましい。そうすることで、可燃性ガスが充満した高温の炉内を酸化剤を含む気体でパージする場合でも、Ｏ２ラジカル及びＨ２Ｏラジカルの発光する光が光学フィルタ２５６ａを透過することを防止でき、ラジカル発光により撮像機器２５４ａの視野が阻害されることを防ぐことができ、より鮮明な画像で炉内を観察することができる。
光学フィルタ２５６ａは、ラジカル発光波長を透過しないフィルタとしたが、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長の光のみを透過する光学フィルタでもよい。ここで、選択した波長域のみを透過するとは、選択した波長域以外の波長を実質的に遮蔽する特性であればよく、完全に遮断できず一部は透過してもよい。光学フィルタ２５６ａをラジカル発光波長を透過しないフィルタとすることで、可燃性ガスが充満した高温の炉内を酸化剤を含む気体でパージする場合でも、ラジカル発光による光が多く含まれる７００ｎｍ以下の光が光学フィルタ２５６ａを透過することを防止でき、ラジカル発光により撮像機器２５４ａの視野が阻害されることを防ぎ、鮮明な画像で炉内を観察することができる。また、観察対象物であるガス化炉壁１１１及び粒子流が発する光が多く含まれる７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の光を選択的に透過することを可能にし、ラジカル発光による光を遮蔽しつつ撮像機器２５４ａが観察対象物を撮像するために必要な輝度を得ることができる。
なお、本実施形態において炉内観察装置２００ａは、空気供給源２２０ａが空気を供給するとしたが、これに限定されない。空気供給源２２０ａが供給する流体は、酸化剤を含有するガスであればよい。
なお、本実施形態において炉内観察装置２００ａは、制御手段１３０が光学フィルタ切替部２５８ａを制御することで光学フィルタ２５６ａを撮像機器２５４ａに取り付けまたは取り外すとしたが、これに限定されない。例えば、光学フィルタ切替部２５８ａは、オペレータの操作により光学フィルタ２５６ａの取り付け及び取り外しを行う構成としてもよい。
なお、本実施形態において炉内観察装置２００ａは、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値を超えた場合またはバーナ入口遮断弁１２８、１２９が開状態となった場合に撮像機器２５４ａに光学フィルタ２５６ａを取り付けるとしたが、これに限定されない。光学フィルタ２５６ａを取り付ける条件は、光学フィルタ２５６ａを撮像機器２５４ａに取り付けた場合において、ガス化炉１０１の内部が撮像に十分な輝度を有していればよく、例えば、給炭設備１１の出口弁が開状態となった場合を条件としてもよい。
なお、本実施形態において炉内観察装置２００ａは、石炭ガス化複合発電設備１０のガス化炉設備１４に設けられるとしたが、これに限定されない。炉内観察装置２００ａは、粒子を含む可燃性ガスが流通するガス化炉設備であれば適用ができる。粒子を含む可燃性ガスが流通するガス化炉設備とは、例えば、ごみ焼却プラント及び化学合成プラントに適用されるガス化炉設備である。
次に、図４及び図５を用いて、第２実施形態の炉内観察装置２００ｂについて説明する。図４は、実施形態２に係る炉内観察装置の横断面図である。図５は、実施形態２に係る炉内観察装置を拡大して示す拡大図である。なお、第２の実施形態の炉内観察装置２００ｂは、上述した第１の実施形態の炉内観察装置２００ａに代えてガス化炉設備１４に適用することができる。つまり、第２実施形態のガス化炉設備は、炉内観察装置２００ｂ以外は、ガス化炉設備１４と同様の構成である。
図４及び図５に示す炉内観察装置２００ｂは、保護管２０２ｂと、ファイバー耐圧管２４２ｂと、ファイバースコープ２４６ｂと、観測窓２５０ｂと、撮像手段２５２ｂと、ミラー２６４ｂと、キャップ２６８ｂと、を備える。
保護管２０２ｂは、円筒形状の管である。保護管２０２ｂは、外筒２０４ｂと、流体流路２０６ｂと、内筒２０８ｂと、を有する。保護管２０２ｂは、図４に示すように、ノズル２１２ｂに挿入される。ノズル２１２ｂは、ガス化炉壁１１１、アニュラス部１１５及び圧力容器１１０を貫通して形成されるノズルである。外筒２０４ｂは、円筒形状の筒である。外筒２０４ｂは、フランジ部２１４ｂを備える。フランジ部２１４ｂは、ノズル２１２ｂに固定される。
流体流路２０６ｂは、外筒２０４ｂと内筒２０８ｂとの間に形成された冷却水が流通する流路である。流体流路２０６ｂは、一端にボス２３４ｂが接続され、他端にボス２３６ｂが接続される。ボス２３４ｂは、冷却水供給系統２３８ｂと接続される。冷却水供給系統２３８ｂは、図示しない冷却水冷却装置と接続されており、冷却された冷却水を供給する系統である。ここで、冷却水冷却装置とは、例えば、冷却水と大気とを気液接触させて冷却水の冷却を行う冷却塔（クーリングタワー）である。ボス２３６ｂは、冷却水回収系統２４０ｂと接続される。冷却水回収系統２４０ｂは、図示しない冷却水冷却装置と接続されており、図示しない冷却水冷却装置に冷却水を送る系統である。
内筒２０８ｂは、円筒形状の筒である。内筒２０８ｂは、図４に示すように、ボス２１６ｂが形成される。ボス２１６ｂは、図４に示すように、後述するファイバー耐圧管２４２ｂと、透明窓２４８ｂと、内筒２０８ｂとに囲まれた空間とつながっている。ボス２１６ｂは、空気元弁２１８ｂを介して空気供給源２２０ｂに接続される。空気供給源２２０ｂは、例えば、コンプレッサーである。空気供給源２２０ｂは、空気元弁２１８ｂ及びボス２１６ｂを介して後述するファイバー耐圧管２４２ｂと内筒２０８ｂとに囲まれた空間に空気を供給し、後述する観測窓２５０ｂからガス化炉１０１の内部へ空気を噴出させる。
ファイバー耐圧管２４２ｂは、円筒形状の管である。ファイバー耐圧管２４２ｂは、フランジ部２４４ｂと、透明窓２４８ｂと、を有する。フランジ部２４４ｂは、図４に示すように、ファイバー耐圧管２４２ｂの炉外側２２８に設けられる。フランジ部２４４ｂは、内筒２０８ｂのフランジ部２３０ｂに固定される。
透明窓２４８ｂは、光を透過する透明な耐熱部材から成る窓である。光を透過する透明な耐熱部材とは、例えば、サファイヤガラス及びホウケイ酸ガラスである。透明窓２４８ｂは、ファイバー耐圧管２４２ｂの炉内側２２２の端部に取り付けられる。透明窓２４８ｂは、ファイバー耐圧管２４２ｂと接する面の外周がシールされている。
ファイバースコープ２４６ｂは、画像を伝送する工業用内視鏡である。ファイバースコープ２４６ｂは、図４に示すように、ファイバー耐圧管２４２ｂに収容される。ファイバースコープ２４６ｂは、透明窓２４８ｂから入射する光をファイバー耐圧管２４２ｂの炉外側２２８の端部まで伝送する。
観測窓２５０ｂは、図４に示すように、保護管２０２ｂの側面のうち、ガス化炉１０１の内部に挿入された部分に形成された開口である。
ミラー２６４ｂは、図５に示すように、観測窓２５０ｂから入射する光がファイバースコープ２４６ｂに反射する向きに支持部材２６６ｂによって固定される。
キャップ２６８ｂは、保護管２０２ｂの炉内側２２２の端部に取り付けられるキャップである。キャップ２６８ｂは、保護管２０２ｂに固定される。キャップ２６８ｂは、内部に冷却水が流通する流体通路２７０ｂが形成されている。流体通路２７０ｂの両端部は、図５に示すように、保護管２０２ｂとキャップ２６８ｂとを締結した場合に、流体流路２０６ｂの両端部と繋がり、連通した冷却水の流路を形成する。
撮像手段２５２ｂは、撮像機器２５４ｂと、光学フィルタ２５６ｂと、光学フィルタ切替部２５８ｂと、照明機器２５９ｂと、赤外温度計２７２ｂと、を有する。撮像機器２５４ｂは、炉内を撮像する機器である。撮像機器２５４ｂは、例えば、ＣＣＤカメラ及びＣＭＯＳカメラである。撮像機器２５４ｂは、図４に示すように、ファイバースコープ２４６ｂの炉外側２２８の端部と撮像機器２５４ｂの図示しないレンズとが対向する位置に配置される。撮像機器２５４ｂは、録画機能を有する。撮像機器２５４ｂは、図示しない出力ケーブルによって撮像した画像を中央制御室のモニターに出力する。撮像機器２５４ｂは、制御手段１３０に接続される。
光学フィルタ２５６ｂは、ラジカル発光波長を透過しない光学フィルタである。ラジカル発光波長とは、具体的には、炭素を含有する燃料を燃焼させた場合にラジカルが発光する光に含まれる波長である。例えば、ＣＨラジカルが発光する光は３８７ｎｍ及び４３１ｎｍ付近にバンドスペクトルを有し、Ｏ２ラジカルが発光する光は７５９ｎｍ付近にバンドスペクトルを有する。光学フィルタ２５６ｂは、撮像機器２５４ｂのレンズよりも大きい。つまり、光学フィルタ２５６ｂは、光学フィルタ２５６ｂを撮像機器２５４ｂに取り付けた場合に、撮像機器２５４ｂのレンズを覆うことができる。光学フィルタ２５６ｂは、光学フィルタ切替部２５８ｂに固定される。
光学フィルタ切替部２５８ｂは、図４に示すように、ファイバー耐圧管２４２ｂのフランジ部２４４ｂの炉外側２２８に固定される。光学フィルタ切替部２５８ｂは、ファイバースコープ２４６ｂの炉外側２２８の端部から撮像機器２５４ｂを見た場合に、光学フィルタ２５６ａが撮像機器２５４ａのレンズを覆う位置または光学フィルタ２５６ａが撮像機器２５４ａのレンズと重ならない位置に移動させるアクチュエータである。アクチュエータとは、例えば、サーボモータである。光学フィルタ切替部２５８ａは、制御手段１３０に接続される。
照明機器２５９ｂは、撮像機器２５４ｂに併設される。照明機器２５９ａは、例えば、ＬＥＤ照明である。照明機器２５９ｂは、ファイバースコープ２４６ｂを介して炉内を照らす。なお、照明機器２５９ｂは、撮像機器２５４ｂに併設されるとしたが、ファイバースコープ２４６ｂの炉内側２２２の端部に併設してもよい。
赤外温度計２７２ｂは、撮像機器２５４ｂに併設される。赤外温度計２７２ｂは、ファイバースコープ２４６ｂを介して炉内の温度を計測する。
ここで、上述した実施形態２の炉内観察装置２００ｂの動作について説明する。本実施形態の炉内観察装置２００ｂにおいて、空気供給源２２０ａは、空気元弁２１８ｂとボス２１６ｂとを介して保護管２０２ｂ及びファイバー耐圧管２４２ｂに囲まれる空間に空気を供給し、観測窓２５０ｂから空気を噴出させる。観測窓２５０ｂから噴出される空気は、観測窓２５０ｂの炉内側２２２に充満する粒子を吹き飛ばす。観測窓２５０ｂから噴出された空気は、ガス化炉１０１の内部に充満する可燃性ガスと反応し、発光する。
観測窓２５０ｂから入射した光は、ミラー２６４ｂによってファイバースコープ２４６ｂに向けて反射される。ファイバースコープ２４６ｂに入射した光は、ファイバースコープ２４６ｂによって撮像機器２５４ｂのレンズまで伝送される。
制御手段１３０は、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値を超えた場合またはバーナ入口遮断弁１２８、１２９が開状態となった場合に、光学フィルタ切替部２５８ｂを作動させることで撮像機器２５４ｂに光学フィルタ２５６ｂを取り付ける。ここで、予め設定された温度とは、例えば、１０００℃である。光学フィルタ２５６ｂは、炉内側２２２から観測窓２５０ｂを介して入射する光の内ラジカル発光波長成分を遮蔽する。つまり、光学フィルタ２５６ｂは、観測窓２５０ｂから噴出する空気と可燃性ガスとが反応して発する光が含むラジカル発光波長成分を遮蔽する。撮像機器２５４ｂは、光学フィルタ２５６ｂを透過したラジカル発光波長以外の光を撮像する。
制御手段１３０は、ガス化炉出口ガス温度計１２５が予め設定された値以下になり、かつバーナ入口遮断弁１２８、１２９が閉状態となった場合に、光学フィルタ切替部２５８ｂを作動させることで撮像機器２５４ｂから光学フィルタ２５６ｂを取り外す。ここで、予め設定された温度とは、例えば、１０００℃である。
第２実施形態に係る炉内観察装置２００ｂは、観測窓２５０ｂから入射した光がミラー２６４ｂによってファイバースコープ２４６ｂに向けて反射され、ファイバースコープに入射した光がファイバースコープ２４６ｂによって撮像機器２５４ｂのレンズまで伝送される。これにより、ガス化炉１０１の内部を保護管２０２ｂの側壁から撮像することを可能にし、保護管２０２ｂの挿入深さを最小限にすることができ、ガス化炉１０１内部のガス流と保護管２０２ｂとの間に生じる流体摩擦を最小限に抑えることができる。また、ガス化炉１０１の内部から観測窓２５０ｂに入射する光をガス化炉１０１から離れた場所まで伝送することを可能にし、撮像機器２５４ｂの配置位置をガス化炉１０１から離すことができ、撮像機器２５４ｂが高温にさらされることを防ぐことができ、撮像機器２５４ｂの耐熱温度を下げることができる。
第２実施形態に係る炉内観察装置２００ｂは、赤外温度計２７２ｂを備える。これにより、ガス化炉壁１１１の温度を計測することを可能にし、ガス化炉壁１１１をスラグで覆い高い熱負荷から保護するタイプのガス化炉において、ガス化炉壁１１１のメタル温度の変化を検知することができ、ガス化炉壁１１１に付着するスラグの厚みの変化を検知でき、ガス化炉壁１１１の熱疲労蓄積速度を予想でき、ガス化炉１０１の点検時期を決定することができる。
第２実施形態に係る炉内観察装置２００ｂは、撮像機器２５４ｂが録画機能を有する。これにより、過去の炉内状況を確認することを可能にし、現在の炉内状況と過去の炉内状況とを比較することができ、ガス化炉壁１１１をスラグで覆い高い熱負荷から保護するタイプのガス化炉において、スラグの付着状況の変化を監視でき、ガス化炉壁１１１の異常を発見することができる。
第２実施形態に係る炉内観察装置２００ｂは、流体流路２０６ｂが外筒２０４ｂと内筒２０８ｂとの間に形成され、流体流路２０６ｂに冷却水を流通させる。これにより、保護管２０２ｂの内部を冷却することを可能にし、撮像機器２５４ｂが高温になることを防ぐことができ、ガス化炉設備１４の高熱負荷から炉内観察装置２００ｂを保護することができる。
空気供給源２２０ｂが供給するパージガスは、１００℃以下であることが好ましく、５０℃以下であることがより好ましい。そうすることで、ファイバースコープ２４６ｂ及び撮像手段２５２ｂをより効果的に冷却することができる。
空気供給源２２０ｂが供給する空気は、観測窓２５０ｂから噴出される場合の噴出動圧が１００Ｐａ以上であることが好ましい。そうすることで、ガス化炉１０１内に充満する粒子を効果的に吹き飛ばすことを可能にし、撮像機器２５４ｂの視界を確保することができる。また、炉内が高い粒子濃度雰囲気の場合でも粒子が保護管２０２ｂの内部に侵入することを防ぐことができる。
次に、図６を用いて、第３実施形態の炉内観察装置２００ｃについて説明する。図６は、実施形態３に係る炉内観察装置の横断面図である。なお、第３実施形態の炉内観察装置２００ｃは、上述した第１実施形態の炉内観察装置２００ａに代えてガス化炉設備１４に適用することができる。つまり、第３実施形態のガス化炉設備は、炉内観察装置２００ｃ以外は、ガス化炉設備１４と同様の構成である。また、第３実施形態の炉内観察装置２００ｃは、抜き差し装置３００ｃを備えていること以外は、第２実施形態の炉内観察装置２００ｂと同じである。
抜き差し装置（移動機構）３００ｃは、バルブ３０２ｃと、第１の配管３０４ｃと、第２の配管３０６ｃと、円筒容器３０８ｃと、操作盤３１０ｃと、第１のボールスクリュー機構３２０ｃと、第２のボールスクリュー機構３３０ｃと、電動機３５０ｃとを備える。
バルブ３０２ｃは、図６に示すように、ノズル２１２ｃと第１の配管３０４ｃとの間に図示しないボルト及びナットを用いて固定される。バルブ３０２ｃは、図示しないモータが内蔵されている電動弁である。バルブ３０２ｃは、操作盤３１０ｃと接続されている。バルブ３０２ｃは、操作盤３１０ｃから閉動作の入力があった場合に、図示しないモータを駆動することでガス化炉１０１内の空間と第１の配管３０４ｃの内部の空間とを遮蔽する。バルブ３０２ｃは、操作盤３１０ｃから開動作の入力があった場合に、図示しないモータを駆動することでガス化炉１０１内の空間と第１の配管３０４ｃの内部の空間とを連通させる。なお、バルブ３０２ｃは電動弁としたが、これに限定されない。例えば、電磁弁及び手動弁でもよい。
第１の配管３０４ｃは、図６に示すように、バルブ３０２ｃと第２の配管３０６ｃとの間に図示しないボルト及びナットを用いて固定されている。第１の配管３０４ｃは、脱圧ノズル３１２ｃと、圧力計３１４ｃと、を備える。脱圧ノズル３１２ｃは、図６に示すように、第１の配管３０４ｃの側面に形成される。脱圧ノズル３１２ｃは、バルブ３１６ｃに接続される。脱圧ノズル３１２ｃは、バルブ３１６ｃを開くことで第１の配管３０４ｃ内の空気が流通し、第１の配管３０４ｃ内の圧力を脱圧する。圧力計３１４ｃは、図６に示すように、第１の配管３０４ｃの側面に取り付けられる。圧力計３１４ｃは、例えば、ブルドン管圧力計である。圧力計３１４ｃは、第１の配管３０４ｃの内部の圧力を計測する。
第２の配管３０６ｃは、図６に示すように、第１の配管３０４ｃと円筒容器３０８ｃとの間に図示しないボルト及びナットを用いて固定される。第２の配管３０６ｃは、内部にシール部材３１８ｃが設けられている。シール部材３１８ｃは、中空の円柱形状を有する部材である。シール部材３１８ｃの中空部分は、図６に示すように、保護管２０２ｃが挿入される。シール部材３１８ｃは、中空部分に保護管２０２ｃが挿入された場合に、第１の配管３０４ｃ内の空間と円筒容器３０８ｃ内の空間とを遮蔽する。
円筒容器３０８ｃは、図６に示すように、第２の配管３０６ｃに図示しないボルト及びナットを用いて固定される。
第１のボールスクリュー機構３２０ｃは、第１のねじ軸３２２ｃと、第１のナット３２４ｃと、第１の歯車３２６ｃと、第１の支持部材３２８ｃと、を有する。
第１のねじ軸３２２ｃは、図６に示すように、一端が円筒容器３０８ｃの炉内側２２２の側面に回転可能に支持され、他端が円筒容器３０８ｃの炉外側２２８の側面に貫通した状態で回転可能に支持される。第１のナット３２４ｃは、第１のねじ軸３２２ｃに回転可能に取り付けられる。第１の歯車３２６ｃは、第１のねじ軸３２２ｃの炉外側２２８の端部に固定される。第１の支持部材３２８ｃは、図６に示すように、一端が第１のナット３２４ｃに固定され、他端が保護管２０２ｃに固定される。
第２のボールスクリュー機構３３０ｃは、第２のねじ軸３３２ｃと、第２のナット３３４ｃと、第２の歯車３３６ｃと、第２の支持部材３３８ｃと、を有する。
第２のねじ軸３３２ｃは、図６に示すように、一端が円筒容器３０８ｃの炉内側２２２の側面に回転可能に支持され、他端が円筒容器３０８ｃの炉外側２２８の側面に貫通した状態で回転可能に支持される。第２のナット３３４ｃは、第２のねじ軸３３２ｃに回転可能に取り付けられる。第２の歯車３３６ｃは、第２のねじ軸３３２ｃの炉外側２２８の端部に固定される。第２の支持部材３３８ｃは、図６に示すように、一端が第２のナット３３４ｃに固定され、他端が保護管２０２ｃに固定される。
電動機３５０ｃは、シャフト３５２ｃが接続される。シャフト３５２ｃは、図６に示すように、円筒容器３０８ｃの炉外側２２８の側面に回転可能に固定されている。シャフト３５２ｃは、先端に第３の歯車３５４ｃが取り付けられている。第３の歯車３５４ｃは、図６に示すように、第１の歯車３２６ｃと第２の歯車３３６ｃとの間にそれぞれの歯車がかみ合うように配置されている。電動機３５０ｃは、操作盤３１０ｃに接続されている。電動機３５０ｃは、操作盤３１０ｃから保護管２０２ｃの差し込み動作の入力があった場合に、保護管２０２ｃが炉内側２２２へ移動する方向に回転する。電動機３５０ｃは、操作盤３１０ｃから保護管２０２ｃの抜き出し動作の入力があった場合に、保護管２０２ｃが炉外側２２８へ移動する方向に回転する。
ここで、上述した実施形態３の炉内観察装置２００ｃの保護管２０２ｃをガス化炉１０１から抜き出す場合の動作を説明する。まず、オペレータは、操作盤３１０ｃを操作することで電動機３５０ｃを回転させて、保護管２０２ｃを炉外側２２８へ移動する。
次に、オペレータは、操作盤３１０ｃを操作することで、バルブ３０２ｃを閉止する。次に、オペレータは、バルブ３１６ｃを開くことで、第１の配管３０４ｃの内部の圧力を脱圧ノズル３１２ｃから逃がして脱圧を行う。次に、オペレータは、圧力計３１４ｃの圧力が大気圧となっていることを確認する。次に、オペレータは、円筒容器３０８ｃに形成された図示しないマンホールを開放し、保護管２０２ｃを冷却する。オペレータは、保護管２０２ｃが十分に冷却されたことを確認した後に、円筒容器３０８ｃから保護管２０２ｃを取り出す。
次に、上述した実施形態３の炉内観察装置２００ｃの保護管２０２ｃをガス化炉１０１に差し込む場合の動作を説明する。まず、オペレータは、円筒容器３０８ｃに形成された図示しないマンホールを開放する。次に、オペレータは、円筒容器３０８ｃの内部に保護管２０２ｃを取り付ける。次に、オペレータは、円筒容器３０８ｃに形成された図示しないマンホールを閉じる。次に、オペレータは、操作盤３１０ｃを操作することで、電動機３５０ｃを回転させて、保護管２０２ｃを炉内側２２２へ移動し、保護管２０２ｃをバルブ３０２ｃの手前まで差し込む。次に、オペレータは、操作盤３１０ｃを操作することでバルブ３０２ｃを開状態とする。次に、オペレータは、操作盤３１０ｃを操作することで、電動機３５０ｃを回転させて、保護管２０２ｃを炉内側２２２へ移動し、保護管２０２ｃを所定の位置まで差し込む。
第３実施形態に係る炉内観察装置２００ｃは、抜き差し装置３００ｃを備える。これにより、ガス化炉設備１４が運転中に炉内観察装置２００ｃに不具合が発生してメンテナンスが必要な場合でも、ガス化炉設備１４を停止することなく炉内観察装置２００ｃをガス化炉設備１４に取り付け及び取り外すことができ、ガス化炉設備１４の稼働率を向上させることができる。
なお、実施形態３における炉内観察装置２００ｃは、第１のボールスクリュー機構３２０ｃ及び第２のボールスクリュー機構３３０ｃを有する構成としたが、これに限定されない。例えば、ボールスクリュー機構の数は、１つまたは３つ以上でもよい。
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、複数の上記実施形態を組み合わせてもよい。
例えば、抜き差し装置３００ｃを炉内観察装置２００ａに適用してもよい。
１０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
１１ 給炭設備
１１ａ 給炭ライン
１４ ガス化炉設備
１５ チャー回収設備
１６ ガス精製設備
１７ ガスタービン
１８ 蒸気タービン
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
４１ 圧縮空気供給ライン
４２ 空気分離設備
４３ 第１窒素供給ライン
４５ 第２窒素供給ライン
４６ チャー戻しライン
４７ 酸素供給ライン
４８ 異物除去設備
４９ ガス生成ライン
５１ 集塵設備
５２ 供給ホッパ
５３ ガス排出ライン
６１ 圧縮機
６２ 燃焼器
６３ タービン
６４ 回転軸
６５ 圧縮空気供給ライン
６６ 燃料ガス供給ライン
６７ 燃焼ガス供給ライン
６８ 昇圧機
６９ タービン
７０ 排ガスライン
７１ 蒸気供給ライン
７２ 蒸気回収ライン
７３ 復水器
７４ ガス浄化設備
７５ 煙突
１０１ ガス化炉
１０２ シンガスクーラ
１１０ 圧力容器
１１１ ガス化炉壁
１１５ アニュラス部
１１６ コンバスタ部
１１７ ディフューザ部
１１８ リダクタ部
１２１ ガス排出口
１２２ スラグホッパ
１２５ ガス化炉出口ガス温度計
１２６、１２７ バーナ
１２８、１２９ バーナ入口遮断弁
１３０ 制御手段
１３１ 熱交換器（蒸発器）
１３２ 熱交換器（過熱器）
１３４ 熱交換器（節炭器）
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ 炉内観察装置
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ 保護管
２０４ａ、２０４ｂ 外筒
２０６ａ、２０６ｂ 流体通路
２０８ａ、２０８ｂ 内筒
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ ノズル
２１４ａ、２１４ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、２４４ｂ フランジ部
２１６ａ、２１６ｂ、２３４ｂ、２３６ｂ ボス
２１８ａ 空気元弁
２２０ａ、２２０ｂ 空気供給源
２２２ 炉内側
２２４ａ 開口部
２２６ａ 噴出孔
２２８ 炉外側
２３２ａ 閉止フランジ
２３８ｂ 冷却水供給系統
２４０ｂ 冷却水回収系統
２４２ｂ ファイバー耐圧管
２４６ｂ ファイバースコープ
２４８ｂ 透明窓
２５０ａ 観測窓
２５２ａ 撮像手段
２５４ａ 撮像機器
２５６ａ 光学フィルタ
２５８ａ 光学フィルタ切替部
２５９ａ 照明機器
２６０ａ 光軸
２６２ａ、２６６ｂ 支持部材
２６４ｂ ミラー
２６８ｂ キャップ
２７０ｂ 流体通路
２７２ｂ 赤外温度計
３００ｃ 抜き差し装置
３０２ｃ バルブ
３０４ｃ 第１の配管
３０６ｃ 第２の配管
３０８ｃ 円筒容器
３１０ｃ 操作盤
３１２ｃ 脱圧ノズル
３１４ｃ 圧力計
３１６ｃ バルブ
３１８ｃ シール部材
３２０ｃ 第１のボールスクリュー機構
３２２ｃ 第１のねじ軸
３２４ｃ 第１のナット
３２６ｃ 第１の歯車
３２８ｃ 第１の支持部材
３３０ｃ 第２のボールスクリュー機構
３３２ｃ 第２のねじ軸
３３４ｃ 第２のナット
３３６ｃ 第２の歯車
３３８ｃ 第２の支持部材
３５０ｃ 電動機
３５２ｃ シャフト
３５４ｃ 第３の歯車

Claims (6)

  1. 可燃性ガスが流通するガス化炉の内部を観察する炉内観察装置であって、
    前記ガス化炉内に挿入され、かつ、前記ガス化炉に固定され、内部が空洞のノズルと、
    筒形状であり、前記ノズルに挿入され、前記ガス化炉の内部側の部分が閉塞された保護管と、
    前記保護管の前記ガス化炉の内部側に設けられ、光を透過する観測窓と、
    前記観測窓の前記ガス化炉の内部の面に酸化剤を含むガスを供給するパージ機構と、
    前記観測窓を介して、前記ガス化炉の内部を撮影する撮像手段と、を備え、
    前記撮像手段は、前記観測窓を介して炉内を撮像する撮像機器と、ラジカルが発光する光の波長を遮蔽する光学フィルタと、前記光学フィルタを前記撮像機器に取り付けまたは取り外す光学フィルタ切替部と、を有し、
    前記光学フィルタは、７５９ｎｍ以上９２８ｎｍ以下の範囲の波長のみを透過することを特徴とする炉内観察装置。
  2. 前記光学フィルタ切替部と接続された制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記ガス化炉のガス排出温度が予め設定された値を超えた場合または前記ガス化炉に燃料が投入された場合、前記光学フィルタを前記撮像機器に取り付け、
    前記ガス化炉のガス排出温度が予め設定された値以下であり、かつ、前記ガス化炉に燃料が投入されていない場合、前記光学フィルタを前記撮像機器から取り外すことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察装置。
  3. 前記観測窓を介して炉内を照らす照明機器を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の炉内観察装置。
  4. 前記撮像手段は円筒の形状であり、前記保護管に挿入される耐圧管と、
    前記耐圧管の前記ガス化炉側の端部に設けられ、前記保護管の内部の空間と前記耐圧管の内部の空間とを遮蔽し、光を透過する透明窓と、
    前記耐圧管に収容されるファイバースコープと、
    前記観測窓と前記透明窓との間に配置され、前記観測窓から入射する光を反射し、前記透明窓に入射させるミラーと、を有し、
    前記観測窓は、前記保護管の前記ガス化炉内に挿入された部分の側面に形成され、
    前記パージ機構は、前記保護管と前記耐圧管との間の空間に酸化剤を含む前記ガスを供給し、前記観測窓から酸化剤を含む前記ガスを吹出させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の炉内観察装置。
  5. 前記ノズルに取り付けられ、前記ガス化炉の内部と外部とを遮蔽するバルブと、
    前記ノズルに接続され、前記保護管の周囲と外部とを遮蔽する円筒容器と、
    前記円筒容器に対して前記保護管を移動させる移動機構と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の炉内観察装置。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の炉内観察装置を備えるガス化炉設備。
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