JPH04230809A

JPH04230809A - ２つの密度測定手段を組み合わせて使用して、気力搬送固体の密度を迅速かつ正確に測定する方法および装置

Info

Publication number: JPH04230809A
Application number: JP3116533A
Authority: JP
Inventors: Ronald M Bass; ロナルド・マーシヤル・バス
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1992-08-19
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: DE69117210D1; EP0454230B1; JP3023516B2; US5132917A; DE69117210T2; CA2040944A1; ES2084087T3; EP0454230A2; CA2040944C; EP0454230A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気力搬送される固体の
質量流量の測定、制御方法および装置に関するものであ
る。本発明は特に、第２の測定値の校正のために或測定
手段を用い、これによって、迅速かつ正確な測定を行う
前記方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、石炭焚きボイラのごとき種々の
炉に燃料として供給される粉炭のごとき粉状材料の質量
流量を制御する慣用装置には、ロードセルを利用した重
量レート測定手段が配置される。この型の装置は米国特
許第４，４９０，０７７号明細書に記載されている。ま
た、米国特許第４，８３８，７３８号明細書には、質量
流量の迅速測定手段すなわち応答の速い測定手段を、全
流体の変化を長期間にわたって正確に測定するウエイセ
ル（ｗｅｉｇｈ　　ｃｅｌｌｓ）と組み合わせることに
よって、重量減少に関する測定を従来の測定装置の場合
よりも一層迅速にかつ一層正確に測定できることが開示
されている。

【０００３】米国特許第３，６３５，０８２号明細書に
は、石炭およびガスからなる流体の速度および密度を測
定することによって該流体の質量流量を測定する装置に
おいて、石炭の貯蔵容器と炉との間の供給管の中に２個
のキャパシタンス型トランスデューサを、既知の距離を
へだてて配置して使用することを特徴とする測定装置が
開示されている。該米国特許明細書に記載の測定装置で
は、測定値を示す信号値の大なる変化すなわち流体密度
の大なる変化を生じさせる操作を行い、たとえば、前記
供給管に圧縮ガスを急激に圧入することによって流体の
密度を変化させる操作を行い、これによって、工程の実
施中に間隙標識を形成させ、そしてガス流中の石炭のス
ラグを観察するのである。上記の公知技術は、石炭のガ
ス化操作の場合には利用できない。なぜならば、石炭の
ガス化操作の場合には、ガス化反応器に供給される石炭
の質量流量を一定に保つために、約５秒毎に流量を測定
しなければならないからである。

【０００４】別の慣用方法によれば、炉に接続された導
管内の石炭の濃度を光学的に測定することによって、石
炭の質量流量を間接的に測定する操作が行われる。赤外
線、紫外線または可視光線のごとき照射線の吸光率の測
定のごとき光学的測定操作を行うことによって質量流量
を正確に測定し、制御する方法は、低密度の石炭含有サ
スペンジョン（たとえば密度が１０ｋｇ／ｍ３　より低
い該サスペンジョン）の場合しか利用できない。なぜな
らば、導管中に存在する石炭含有混合物中を光線が透過
することが必須条件であるからである。さらにまた、粒
度分布に関する知見も必要である。米国特許第４，０４
９，３９４号明細書には、微粒状燃料とガス化剤とを別
々に反応器に供給するにあたり、該燃料と該ガス化剤と
を所定の比率（容量比）に保つ方法が開示されている。該方法は燃料による電磁照射線の吸収量の測定を包含す
るものである。最初に、石炭を搬送ガスに担持させ、貯
蔵容器から導管内を通じて搬送する。この搬送の際に、
石炭を貯蔵容器から導管内を通じてガス化器に円滑に搬
送するための補助手段としてキャリヤーガスを使用する
。前記のガス流が導管内の全部のガス流であり、さらに
また、質量流量を規制する別の条件もあるから、該米国
特許明細書に記載の方法では、石炭の粒度が種々変化し
、サスペンジョンの密度が１００−８００ｋｇ／ｍ３　
にわたって種々変化するような場合には、ガス化器に送
給される石炭の質量流量を±２％程度という所望正確度
で制御することは実質的に困難である。一般に、照射線
を利用する密度測定方法は正確であるけれども、測定の
ために長い時間を要し、すなわちこれは遅い測定方法で
あるから、短時間周期の時間にわたって質量流量を確実
に一定に維持することが必要な送給操作には利用できな
い。米国特許第４，２７０，５５８号明細書には、搬送
ガスの影響を考慮して補償することを包含する照射線に
よる密度測定方法が開示されている。しかしながら該米
国特許明細書には、操作条件の変化に対応するために数
秒以内に質量流量制御装置のオンライン型再校正を手動
または自動的手段によって迅速に行う技術は開示されて
いない。実は、このような技術が本発明の場合には必要
である。すなわち、従来の技術の場合にみられた上記の
問題の解決のために本発明が完成されたのである。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的の１つは、反応器に送給さ
れる固体とガスとの混合物の質量流量を迅速に測定、制
御する方法および装置を提供することである。本発明に
おける別の目的は、高圧のガス化器に送給される粉炭と
ガスとの混合物の質流流量を測定、制御する方法および
装置を提供することである。

【０００６】

【発明の構成】本発明は、導管内をガス状搬送媒質に担
持されて搬送される固体の質量流量を測定する装置にお
いて、（ａ）前記の固体および前記の搬送媒質を合わせ
た全体の密度（ｔｏｔａｌ　　ｍａｓｓ　　ｄｅｎｓｉ
ｔｙ）を測定する第１のガンマ線密度計、（ｂ）前記の
固体および前記の搬送媒質を合わせた全体の密度を直接
または間接的に一層迅速に測定するための第２の測定手
段、（ｃ）前記の搬送媒質の圧力および温度を測定する
ための圧力、温度センサ、（ｄ）前記の圧力および温度
の測定値を使用して前記の搬送媒質の密度を算出する手
段、（ｅ）前記の搬送媒質の密度に対する補償を行って
前記固体の密度を演算することによって、補償された密
度測定値を算出する総合演算コンピュータ（ｉｎｔｅｇ
ｒａｔｉｎｇ　　ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、（ｆ）前記の第
２密度計の指示値を前記の補償された密度測定値で周期
的に校正することによって、校正された密度測定値を算
出する手段、（ｇ）前記の固体の流れの速度を測定する
手段、および（ｈ）前記の速度の測定値および前記の校
正された密度測定値から前記の固体の質量流量を算出す
るコピュータを有することを特徴とする固体の質量流量
の測定装置に関するものである。

【０００７】また本発明は、ガス化器に通じる導管内を
、ガス状媒質によって該ガス化器に気力搬送される固体
の質量流量を制御する方法において、（ａ）前記の固体
と前記のガス状媒質とを合わせた全体のガンマ線密度を
第１密度計で測定し、（ｂ）前記のガス状媒質の圧力お
よび温度を測定し、（ｃ）前記のガス状媒質の密度を算
出し、（ｄ）前記の全体のガンマ線密度測定値からガス
の密度値を差し引くことによって、補償されたガンマ線
密度測定値を算出し、（ｅ）石炭の体積分率ｆｃｏａｌ
を算出し、（ｆ）第２密度計を用いて石炭の密度ｒｃｏ
ａｌを測定し、

【０００８】（ｇ）（ｉ）前記の第１のガンマ線密度測
定に関して最後の平均化期間における前記の第２密度計
の測定値の平均値を算出し、そして該値をｆｃｏａｌｒ
ｃｏａｌに等しくなるように校正し、（ｉｉ）前記の第
２密度計の指示値が次の補正されたガンマ線密度計の指
示値によって更新されるまで、前記の第２密度計の指示
値を、前記の校正された測定値の考慮下に調整（ｓｃａ
ｌｉｎｇ）することによって、補正された質量流量の測
定値を得ることからなる操作によって前記の第２密度計
を校正し、（ｈ）前記の補正された質量流量の測定値を
利用して前記のガス化器の作動条件を調節することによ
って、前記のガス化器に送られる前記固体の質量流量を
制御することを特徴とする固体の質量流量の制御方法に
も関する。

【０００９】本発明においては、気力搬送される固体た
とえば石炭の流れにおいて、ガスの影響に対して補償さ
れた石炭の密度値を迅速かつ正確に測定するために２種
の密度測定操作を行い、その結果を組み合わせて正確な
密度値を算出する。ガンマ線照射による密度測定は、直
立管の直線部を直径の方向に横切るようにガンマ線を照
射することによって実施できる。この測定では行路長が
大きく制限され、したがって、充分な正確度で測定する
ために多分１０秒程度の時間を要する。この欠点の改善
のために、本発明ではさらに第２の密度測定手段を用い
る。第２の密度測定手段は応答の速い、ただし正確性は
多少劣る測定手段であるから、その測定値を、測定速度
の一層遅い、ただし一層正確な照射線密度測定手段の測
定値によって１分毎またはそれより一層頻繁に校正する
のである。この第２測定値は、当該流動系の質量流量の
制御のために利用される。第２測定値の変動はかなり遅
いので、前記の照射線による測定の際の測定条件を充分
みたす程度の時間間隔で再校正を行うことによって、高
い正確度が維持できる。かように、本発明によれば、密
度測定の際の搬送ガスの影響に対する補正を行うことを
包含する密度、速度測定の結果から質量流量が算出され
る。速度は、キャパシタンスセンサの信号のクロスコレ
レーションによって算出される。搬送ガスと固体とを合
わせた全体の密度は、ガンマ線密度計と、応答の速い第
２密度測定手段との両者によって測定される。

【００１０】第２の密度測定操作の具体例を示す。搬送
される物質中の比較的長い行路を、照射線を通過させる
ことができるような比較的大きい半径の曲線部またはジ
グザグ状の区域（“Ｚ”ｓｅｃｔｉｏｎ）において測定
を行うことによって、照射線密度測定が実施でき、しか
して該測定方法によれば迅速に測定できるが多少不正確
である。本発明方法では、約１秒の応答時間で測定でき
るように、複数の分節部からなる曲線部が利用される。この幾何学的形状の曲線部における測定の場合は、その
校正の態様は種々変化するであろう。なぜならば、該曲
線部またはジグザグ状の区域において粒子の速度または
粒度分布が種々変化し、すなわち粒子自体がそこで空間
内に再分布する（ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ）からであ
る。その結果として、迅速に測定できるが測定値は多少
不正確になる。密度の迅速測定はまた、管内に存在する
差圧（圧力差）を利用して実施できる。この場合には、
石炭のサスペンジョンの密度ｒｃは次式によって算出で
きる。垂直流動の場合：

【００１１】　　ｄｐ＝ｆ［（ｒｇ　　×　ｖｇ　２　）＋（ｒｃ　
×　ｖｃ　２　）］　＋　（ｒｇ　　×　ｇ）＋（ｒｃ
　×　ｇ）　水平流動の場合：ｄｐ＝ｆ［（ｒｇ　　×　ｖｇ　２　）＋（ｒｃ　×　
ｖｃ　２　）］ここに、ｄｐ＝差圧ｆ＝摩擦係数ｒｇ＝ガスの密度ｖｇ＝ガスの速度ｒｃ＝石炭のサスペンジョンの密度ｖｃ＝石炭の速度ｇ＝重力加速度

【００１２】固体の密度ｒｃ以外のすべての前記パラメ
ータは直接測定によって得られ、または平均化データか
らの推定によって決定できる。この方法においては、粒
度分布の変化または物理的変改（ｐｈｙｓｉｃａｌ　　
ｍａｋｅ　　ｕｐ）のために摩擦係数が変化することが
あり得るから、継続的に再校正を行うことが必要である
。前記の式に使用される差圧および他のパラメータの測
定に要する時間は１秒以内である。非電導性物質の場合
には、第２の密度測定操作のためにキャパシタンス密度
計が使用できる。キャパシタンス密度測定は非常に速く
実施できるが、サスペンジョンの誘電率および温度の変
化に敏感であり、特に、水分の存在下ではその影響が大
きい。たとえば石炭はキャパシタンスセンサの内側のラ
イニングに付着してそこを覆い、かつ石炭はかなり高い
電導性を有するから、電界線はサスペンジョン中の石炭
の周囲においてそれてしまい、そのために、流動中の石
炭の密度が正確に測定できない。

【００１３】好ましくは、本発明の装置は下記の機器を
備えてなるものである。（１）固体および搬送ガス全体
の密度を正確に測定し得るガンマ線密度計、（２）前記
固体の密度を速く測定できる第２の密度測定手段、（３
）前記の搬送ガスの密度測定のために、該搬送ガスの圧
力および温度を測定するセンサ、（４）前記固体の密度
（前記搬送ガスに対する補償を行った値）を算出し、そ
して前記の（１）の測定値の補正値を算出するための総
合演算用コンピュータ、および（５）前記の（２）の第
２密度測定値の校正を、前記の（４）の補正されたガン
マ線密度測定値の考慮下に行う手段、速い測定手段で測
定されそしてガスの影響に対する補償を行った密度測定
値は、次いで慣用の質量流量計に入力できる。該流量計
はクロスコレレーションによって速度を測定し、そして
ガス化器の制御のために必要な質量流量を算出するであ
ろう。

【００１４】好ましくは、反応器に送給される固体の質
量流量の制御のための本発明の制御方法は、（１）全体
のガンマ線密度を正確に測定し、ガス含量を考慮して前
記の測定値を補正し、ガス含量は、前記の正確な測定に
要する測定時間全体にわたって平均化された圧力および
温度の測定値から得られたガスの密度から算出された値
であり、これによって、補正されたガンマ線密度測定値
を算出し、（２）石炭の体積分率を算出し、（３）第２
の密度測定を行い、（４）（ａ）ガンマ線密度計による
最後の平均化期間にわたって第２密度計の測定値の平均
値を算出し、この値を、ｆｃｏａｌｒｃｏａｌに等しく
なるように校正し、（ここに、ｆｃｏａｌ＝管の中の石
炭の体積分率、ｒｃｏａｌ＝石炭の密度である）（ｂ）
これに伴って第２の密度計の目盛りを調整し、そして調
整された目盛りは、その次の前記（１）からの補正され
たガンマ線密度測定値によって更新されるまで維持する
という校正方法によって第２の密度測定値を校正し、（
５）前記の工程（４）で得られた校正されたガンマ線密
度測定値を用いてガス化器の作動条件を調節することに
よって質量流量を制御することからなるものである。

【００１５】本発明を一層詳細かつ具体的に例示するた
めに、本発明の若干の実施態様を添付図面の参照下に説
明する。合成ガスは、石炭のごとき炭素質燃料または有
機燃料をガス化器内で８００−２０００℃の範囲内の比
較的高い温度において約１−２００バールの圧力下に、
酸素または酸素含有ガスの存在下に部分燃焼することに
よって製造できる。酸素含有ガスの例には空気、酸素富
化空気、があげられ、さらにまた、任意的に水蒸気、二
酸化炭素および／または窒素によって希釈された酸素が
あげられる。本発明によれば、燃料とガスとの混合物が
原料貯蔵容器から排出され、該貯蔵容器は好ましくは複
数の出口を有し、各出口はガス化器に付属する１以上の
バーナに通じている。一般にガス化器は、直径方向に対
向する４基のバーナを有する。バーナの末端噴出部は一
般にガス化器の方に向いており、火炎および燃料用助剤
をガス化器内に噴出する。

【００１６】合成ガスの製造の際に特に重要なことは、
粉末状燃料をガス化器内のバーナに供給するにあたり、
供給を一定不変状態で行うことであり、すなわち、燃料
を一定不変の質量流量で供給することが非常に重要であ
る。前記のガス化器すなわち石炭のガス化反応器内のバ
ーナへの石炭の質量流量の変動はガス化器の作動に悪影
響を与える。たとえば、石炭の質量流量の変動によって
ガス化器内の燃料の燃焼が不満足な状態で行われ、ガス
化器内の或区域が過熱状態になりそしてその隣の区域が
加熱不足状態になることがあり得る。その結果として、
加熱不足区域では燃料のガス化が所望通りに行われず、
一方、過熱区域では燃料が低価値の生成物すなわち二酸
化炭素および水蒸気に完全に変換されてしまう。さらに
また、バーナ面において熱流束がそこなわれ、そのため
に熱応力が生じ、その結果としてバーナの寿命が短くな
ることがある。さらにまた、ガス化器内に局部的に高温
部が生じると、一般にガス化器の壁部の内面に内張りさ
れている耐火材が損傷することがあり得る。

【００１７】前記の理由によって、ガス化器を効果的に
作動させるために、ガス化器に送給される石炭とガスと
の混合物の質量流量を定常的に保つことが非常に重要で
ある。ガス化器内の石炭の滞留時間は一般に５秒間また
はそれ以下であるから、前記の各局部の状態を一定に保
つために、石炭の質量流量を上記の程度の時間にわたっ
て、さらにまた、それより長い時間にわたって一定に保
つべきである。既述のごとく、ウエイセルまたは１個の
照射線密度計の使用を包含する慣用手段を用いて、ガス
化器のバーナに供給される石炭の質量流量の測定、自動
的オンライン制御および再校正を行う場合には、非常に
長い時間がかかり（または作動が不正確であり）、前記
の時間にわたってガス化器のバーナへの石炭の質量流量
を確実に一定に保つことは不可能である。一方、炉に通
じる導管の中で石炭の濃度を光学的に測定するという間
接的手段によって質量流量を測定し、該流量を制御する
ことからなる公知方法は、その利用範囲が低密度の石炭
サスペンジョンのみに限られている。これに対し、本発
明に係る石炭の質量速度の測定方法および装置を使用し
た場合には、種々の密度のサスペンジョン、たとえば１
００−８００ｋｇ／ｍ３　またはそれ以上の密度のサス
ペンジョンについて測定でき、また、含水量の異なる種
々の石炭（含水量は石炭の種類に応じて種々変わる）に
ついて測定でき、すなわち本発明方法は操作条件に関し
て大なる融通性を有する。

【００１８】石炭のガス化方法の実施の際には、石炭は
窒素または合成ガスのごとき適当なガスによって小直径
（たとえば１５ｍｍ）の導管の中を気力搬送される。ガ
ス化器の作動の制御のために、石炭の質量流量を測定す
ることが必要であって、従来はたとえば下記の方法によ
って測定されていた。（１）狭い間隔をおいて配置され
た２個の速度センサからの信号のクロスコレレーション
によって速度を測定し、（２）１個の照射線密度測定手
段によって流体の密度（ポンド（石炭）／管の単位容積
）を測定し、（３）石炭の流れの密度、前記の速度およ
び管の断面積を乗算することによって質量流量を算出す
る。

【００１９】上記の公知測定方法は既述の理由によって
不適当であると考えられ、したがってその改良が必要で
ある。照射線密度測定の場合には、ガンマ線のビームを
管の中に照射する。ビームは管から出て照射線検出器に
当たるから、これによってビームの減衰度が測定できる
。管の中の石炭の量が多ければ多い程、ビームの減衰度
がますます大きくなる。この測定技術は管の中に存在す
るすべての物質に対して敏感であるから、正味の石炭密
度値を得るために、搬送ガスに対する補正操作を行わな
ければならない。正確な照射線密度測定を行うための所
要時間について述べれば、被測定物質内を通る行路長が
長くなるほど所要時間は短くなる。応答に関する所望正
確度は、１秒間測定の場合に約０．５％である。小直径
の管の中で十分に長い行路を確保するために、垂直搬送
路（底部からガス化器のバーナの存在する高さの位置ま
での搬送路）から、バーナへの水平搬送路までの途中の
導管内の区域に、４５度曲がった部分を２個所設けるこ
とができる。実際には、導管の過度の侵食を避けるため
に、前記の曲がった部分は漸移的曲線すなわち円滑な曲
線の形に形成し、該曲線部を照射線密度測定手段の必須
構成要素の一部として使用する。この照射線密度測定方
法は速度および粒子径に敏感である。なぜならば、測定
に使用される前記曲線部において、該曲線部自体がその
原因となって固体の空間的分布が変わり、すなわち再分
布するからである。

【００２０】導管の曲線部に設けられたガンマ線密度計
は、同様な管の直線部に設けられた同様な照射線密度計
に比較して、行路が一層長く、したがって、或一定の正
確度で測定を行う際の応答時間が一層短い。既述のごと
く、管の曲線部では固体の分布が不均一になることがあ
り、すなわち固体の分布状態が、粒子の速度および粒子
径分布に左右されて種々変化することがあり得る。この
ような変化が起こった場合には、ガンマ線密度計は固体
の分布状態の変化に敏感であり、したがって不正確にな
ることがあり得る。さらに、かなりの侵食が管の曲線部
で起こることがあり、該侵食が密度計の校正の際に負の
偏差（ｎｅｇａｔｉｖｅ　　ｏｆｆｓｅｔ）の原因とな
ることがある。或一定の種類の石炭の場合には、その粒
度分布は一般に安定している。密度計の校正の際の速度
および密度の影響は、種々の速度および密度の試料を用
いて密度計で測定する試験を行うことによって容易に知
ることができる。この試験では、真の質量流量の測定の
ためにウエイセルを使用し、速度の測定はキャパシタン
スクロスレレータを用いて行う。これらの測定結果から
サスペンジョンの密度が容易に算出でき、さらにまた、
ガンマ線密度計の密度指示値に対する補正係数も算出で
きる。

【００２１】ラジアルガンマ線密度計は行路が短く、し
たがって、導管の曲線部に設けられた密度計の場合と同
程度の正確度で測定を行うために、かなり長いインテグ
レーション時間を要する。正確な測定を行うためにラジ
アルガンマ線密度計は非常に長い時間を要するので、こ
れは、理想的な制御を行うための機器としては不適当で
ある。したがって、速い応答のために第２の密度計（す
なわち曲線部に設けられた密度計）を使用し、そして、
頻繁な再校正（たとえば１０秒間毎の再校正）のために
ラジアルガンマ線密度計を利用するのである。このよう
にして校正された第２信号値を利用してガス化器の作動
を制御し、すなわち質量流量を定常的に保つように制御
する。本発明の効果の１つは、燃料の滞留時間が５秒ま
たはそれ以下であるガス化器に送給される石炭とガスと
の混合物の質量流量が正確に制御でき、そしてこれによ
って、該反応器内において加熱不足区域や過熱区域が生
じるのを防止できることである。

【００２２】本発明の別の効果は、前記の加熱不足区域
や過熱区域の形成を防止することによって、バーナおよ
びガス化器内の耐火材の内張りの損傷を防止できること
である。本発明のさらに別の効果は、合成ガスの製造の
際の固体燃料の変換反応が一層効果的に行われることで
ある。本発明のさらに別の効果は、石炭の質量速度が直
接に測定でき、測定条件の融通性が大きく、高密度サス
ペンジョンの密度値も測定でき、たとえば密度１００−
８００ｋｇ／ｍ３　のサスペンジョンについて測定が実
施でき、さらにまた、種々の含水量の石炭について測定
が可能であることである（石炭の含水量は、個々の種類
の石炭の特性値である）。本発明に関する前記の説明は
主として粉炭について述べたものであるが、本発明方法
および装置はまた、部分燃焼し得る触媒および他の反応
性粉状固体の場合にも利用でき、このような固体の例に
は、亜炭、無煙炭、れき青炭、褐炭、煤、石油コークス
、頁岩、タールサンド等があげられる。好ましくは固体
炭素質燃料の粒度は、該燃料の９０重量％が１００メッ
シュ（ＡＳＴＭ）より小さい粒子径のものであるような
粒度である。

【００２３】本発明方法および装置ならびにその種々の
効果について一般的な説明を行ったが、次に、添付図面
の参照下に一層詳細に説明する。添付図面は略図であっ
て、ポンプ、コンプレッサー、清浄化手段等の補助手段
の記載は省略した。記載された数値は全部、単なる例示
値である。一般に高圧下たとえば約２００バールまでの
圧力下に操作されるガス化器（９）に送られる固体とガ
スとの混合物の質量流量を制御する方法および装置の一
例を第１図に示す。該混合物を、バンカーまたはサイロ
のごとき貯蔵容器（図示せず）から供給管（１０）を経
て高圧容器に供給する。高圧容器の例には、一般に３−
２１０バールの圧力下に使用される原料ホッパ（１１）
があげられる。ホッパ（１１）とガス化器（９）との間
に２−１０バールの圧力差を保つ。この圧力差は、たと
えば高圧ガス給源（１４）からガスをホッパ（１１）の
上部に注入することによって維持できる。該圧力差を維
持することによって、ホッパ（１１）への合成ガスのフ
ラッシュバックまたは進入が防止できる。該圧力差は圧
力計（図示せず）で監視でき、そして制御器および／ま
たは制御弁（図示せず）によって維持、制御できる。石
炭を、導管（１２）を通じてガス化器（９）のバーナ（
１９）へと流動させるために、窒素または合成ガスのご
とき搬送ガスをその給源（１９）から供給する。搬送ガ
スの供給量は流量計（１６）に示される。バーナ（１８
）の近傍に、本発明に従って使用される測定、制御手段
（２０）を配置する。

【００２４】測定、制御手段（２０）の構成を例示した
略図を第２図に示す。粉炭（密度は既知）を高圧原料ホ
ッパ（１１）から排出し、窒素等の搬送ガス（１９）に
担持させ、導管（１２）を通じてガス化器（９）のバー
ナ（１８）に搬送する。粉炭は、バーナ（１８）に入る
前に速度センサ（２１）、測定速度は遅いが正確な密度
計（２３）、および、測定速度は速いがあまり正確では
ないガンマ線密度計（２２）を通過する。さらに、圧力
トランスデューサ（２４）および温度トランスデューサ
（２５）を配置して使用するが、これらの計器のすべて
について後で詳細に説明する。測定値の信号はすべてコ
ンピュータ（２６）に送る。測定速度の遅い密度計（２
３）は、ラジアルガンマ線密度計であってよい。

【００２５】本発明の一具体例について説明する。この
具体例では、照射線を使用して密度測定を迅速に行うた
めに導管（１２）の曲線部を利用し、該曲線部において
ガンマ線密度計（２２）によって測定を行う。該導管の
直線部では、測定速度は遅いが一層正確なラジアルガン
マ線密度計（２３）を用いて測定を行う。第３図は導管
（１２）の曲線部の拡大図であって、該曲線部において
粉体はガンマ線密度計（２２）を通り、ガス化器（９）
の方に向かって流動する。ガンマ線の線源（１３）は、
そこから発したガンマ線が導管（１２）の中心を通り、
次いでガンマ線検出用の照射線検出器（１５）に到達し
得るような位置に配置される。この測定は、絶対密度（
標準）の測定である。

【００２６】線源（１３）から発せられ検出器（１５）
で検出される前記照射線は、導管（１２）およびその中
を流動する粉体（およびガス）のために減衰する。導管
（１２）の曲線部であるために、そこを通る粉体は一般
に二相流動（ｔｗｏ−ρｈａｓｅ　　ｆｌｏｗ）の形で
流動する。その各々の相の密度をそれぞれρ１　および
ρ２　（ここにρ１　はρ２　よりも大である）とすれ
ば、非常に低密度または非常に高密度の場合には、ρ１
　は大体ρ２　に等しく、すなわち、ほぼ単相流動に等
しくなる。中間の密度にするために、過剰量の搬送ガス
が導入され（そしてこれによって、熱量を有する合成ガ
スが希釈される）、ガンマ線濃度計（２２）の正確度が
低下し、したがって、高い正確度で測定し得る方法およ
び装置が必要である。小直径（たとえば１５ｍｍ）の導
管（１２）の場合には、線源（１３）は１００ｍＣｉ程
度のものであってよい。ラジアル密度計（２３）の場合
のように導管（１２）の直線部において密度計を使用す
る場合には、線源（１３）および検出器（１５）を導管
の直径方向に相互に対向して配置できる。

【００２７】第４図について説明する。ラジアル照射線
密度計（２３）における測定は充分に正確であるが応答
時間が遅いので、応答時間の速い密度測定を行うために
第２密度計（２２）を使用する。既述のごとく密度計（
２２）はガンマ線密度計であってよく、あるいは、他の
短時間測定型の直接または間接測定型密度計であっても
よい。密度の測定値は時間と共に変わるから、迅速測定
用の第２密度計（２２）によって行われた測定の結果を
継続的に約１０秒毎に再校正するために、ラジアルガン
マ線密度計（２３）によって、正確な、かつ時間平均値
としての照射線による密度測定を行うことができるが、
その詳細は後で述べる。迅速密度測定計（２２）の測定
値の校正値を示す信号は導線（４０）を経て質量流量演
算回路（３７）に送られ、そこで石炭の速度値を示す信
号（３３）と組み合わされて質量流量（３２）が算出さ
れ、該質量流量の算出値（３２）はガス化器（９）の作
動条件の制御のために利用される。石炭の速度（３３）
は、キャパシタンスセンサ（２７）、（２８）および信
号調節器（２９）、ならびに速度値クロスコレレータ（
２１）を用いて測定できる。必要なセンサ間隔距離（ｓ
ρａｃｉｎｇ）は、流れの性状に応じて種々変わるであ
ろう。圧力および温度は、適当な圧力センサ（２４）お
よび温度センサ（２５）によってそれぞれ測定できる。速度、密度、圧力および温度の各々の測定値を示す信号
を入力して演算するために総合演算用コンピュータ（２
６）が使用でき、これによって、搬送ガスの影響の考慮
下に補正された全質量流量が得られ、さらにまた、石炭
単独の体積分率ｆｃｏａｌが算出される。

【００２８】すなわち本発明において、ｒｃｏａｌ　　
　　＝　　石炭の密度ｒｇａｓ　　　　　＝　　搬送ガスの密度（圧力および
温度の測定値から常法に従って算出される）ｒｇａｍｍａ　　　＝　　ガンマ線密度計によって測定
された全流体密度（未補償値）ｆｃｏａｌ　　　　＝　　管の中の石炭の体積分率ｆｇ
ａｓ　　　　　＝　　管の中のガスの体積分率＝　　１
　　−　　ｆｃｏａｌＡ　　　　　　　　＝　　管の断面積ｖｃｏａｌ　　　　＝　　キャパシタンスクロスコレレ
ーション操作によって算出された管の中の平均石炭速度
とすれば、次式が得られる。

【００２９】

【数１】　　　　石炭の質量流量　　＝　　ｒｃｏａｌｖｃｏａ
ｌＡｆｃｏａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　（１
）また、式（２）、（３）から式（４）が得られる。

【数２】　　　　ｒｇａｍｍａ　　　＝　　ｆｃｏａｌｒｃｏａ
ｌ　　＋　　ｆｇａｓ　ｒｇａｓ　　　　　　　　　　
　　　（２）　　　　　　　　　　　　　　＝　　ｆｃ
ｏａｌｒｃｏａｌ　　＋　　（１−ｆｃｏａｌ）ｒｇａ
ｓ　　　　　（３）

【数３】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　ｒｇａｍｍａ　−　　ｒｇａｓ
　　　石炭の体積分率　　＝　　ｆｃｏａｌ　　＝　　
───────────　　　　（４）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ｒｃｏａｌ　　−　　ｒｇａｓ　式（４）は、
ガスの密度を考慮して補正された値を表わす。

【００３０】第４図はコンピュータ（２６）を組み込ん
だ測定、制御手段（２０）の略図である。粉炭は導管（
１２）の中をガス化器（９）に向かって流動し、そして
次の測定値が得られる。すなわち、温度は温度センサ（
２５）によって測定され、圧力は圧力センサ（２４）に
よって測定され、遅い密度測定はラジアルガンマ線密度
計（２３）を用いて行われ（この測定は石炭および搬送
ガスの両者を包含する）、迅速密度測定は、曲線部に配
置されたガンマ線密度計（２２）を用いて行われ、速度
は、速度センサ（２７）、（２８）、信号調節器（２９
）および速度値クロスコレレータ（２１）を用いて測定
される。

【００３１】これらの５種の測定値信号は全部、コンピ
ュータ（２６）に入力される。圧力の測定値（２４）お
よび温度の測定値（２５）を組み合わせて、ｒｇａｓ　
演算回路（３４）において演算して搬送ガスの密度ｒｇ
ａｓを算出する。搬送ガスの密度ｒｇａｓ　をラジアル
ガンマ線密度計（２３）の測定値（ｒｇａｍｍａ　）と
組み合わせて、ガスコンペンセーション回路（２３）に
おいて演算して、補償されたガンマ線密度測定値（すな
わち、ｆｃｏａｌｒｃｏａｌ）を算出する。後者の値は
コンピュータ（２６）の出力値（３０）として得られる
。速度値クロスコレレータ（２１）は２つのキャパシタ
ンス型速度センサ（２７）、（２８）から信号調節器（
２９）を通じて信号を受信し、導管（１２）内の平均石
炭速度ｖｃｏａｌ（３３）を算出する。作動中は、曲線
部のガンマ線密度計（２２）で迅速に得られた多少不正
確な密度測定値を、導線（４０）を通じて、速度測定値
ｖｃｏａｌ（３３）と組み合わせて演算することによっ
て質量流量（迅速に得られる多少不正確な値）が算出さ
れ、その値はコンピュータ（２６）の端子（３２）にお
いて得られる。端子（３２）の出力値は、質量流量を一
定の値に保つようにガス化器の作動を制御するために使
用される。迅速密度計（２２）からの信号は、校正／ス
イッチ回路（３６）において、導線（３０′）を通じて
送られた補償された密度値信号（３０）によって周期的
に（たとえば１０秒毎に）補正され、その結果として、
補正された密度測定値が導線（４０）上に得られ、すな
わち、搬送ガスの密度を考慮して補償された正確な迅速
測定値が得られる。実際には、搬送ガスは当該サスペン
ジョン（特に高い密度のサスペンジョン）の密度の約５
％またはそれ以下を占めるにすぎない。したがって、第
２密度計からの信号（２２）の校正を、補償されていな
いガンマ線密度ｒｇａｍｍａ　の信号（２３）によって
直接に行うことも可能であり（点線（２３′）参照）、
これによって、校正されたが補償されていない迅速密度
測定値が導線（４０）上に得られる。この測定値信号を
速度測定値ｖｃｏａｌの信号と組み合わせて演算するこ
とによって、誤差が比較的少ない質量流量測定値を示す
信号が端子（３２）上に得られる。導線（４０）上の校
正された密度測定値は、次の方法によって得られる。す
なわち、

【００３２】 ρＳ　　　＝　　補償された密度値（３０）（または遅
い速度で測定された密度値（２３））外１　　＝　　遅い密度測定の際の平均時間（たとえば
３０秒） ρＦ　　　＝　　迅速密度測定値（２２）外２　　＝　
　迅速密度測定の際の平均時間

【外１】

【外２】

【００３３】とすれば、補正された迅速密度測定値は次
式で示される。

【数４】

【００３４】ここに外３は、導線（４０）上に出された
補正された密度測定値である。導線（４０）上に出され
た校正された（さらにまた、必要に応じて補償された）
密度測定値は、速度測定値ｖｃｏａｌ（３３）と組み合
わされ、これによって、補正された質量流量測定値が端
子（３２）において得られ、該測定値は、たとえば、長
時間にわたって所望質量流量を実質的に一定に保つこと
ができるようにホッパ（１１）から出た粉炭の流動を制
御するために使用できる。

【外３】

【００３５】前記の操作は種々の態様変化が可能であり
、たとえば、迅速密度測定値の変動の傾向を予測するた
めに多数のガンマ線密度平均値を使用することも可能で
ある。前記の説明は単に本発明の若干の具体例に関する
ものにすぎず、本発明の方法および装置は、特許請求の
範囲内で、本発明の要旨を逸脱することなく種々の態様
変化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の好ましい具体例を示す説明図であ
る。

【図２】　　本発明に使用される測定、制動用手段とコ
ンピュータのインタフェイスの配置態様を示すブロック
図である。

【図３】　　迅速ガンマ線密度計を用いる測定の際に必
要な器具の配置態様を示す拡大説明図である。

【図４】　　コンピュータと一体化して配置された機器
の配置態様を示す説明図である。

【符号の説明】

９・・・・ガス化器１０・・・供給管１１・・・原料ホッパ１３・・・照射線の線源１４・・・高圧ガス給源１５・・・照射線検出器１６・・・ガス流量計１８・・・バーナ１９・・・搬送ガスの給源２０・・・測定、制御用器具２１・・・速度値クロスコレレータ２２・・・迅速ガンマ線密度計２３・・・測定速度の遅い、しかし正確な密度計２４・
・・圧力センサ２５・・・温度センサ２６・・・コンピュータ２７・・・速度センサ２８・・・速度センサ２９・・・信号調節器３０・・・補償された密度値を示す信号３２・・・質量
流量を示す信号３３・・・石炭の速度を示す信号３５・・・ガスコンペンセーション回路３６・・・校正
／スイッチング回路３７・・・質量流量演算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　導管内をガス状搬送媒質に担持されて
搬送される固体の質量流量を測定する装置において、（
ａ）前記の固体および前記の搬送媒質を合わせた全体の
密度を測定する第１のガンマ線密度計、（ｂ）前記の固
体および前記の搬送媒質を合わせた全体の密度を直接ま
たは間接的に一層迅速に測定するための第２の測定手段
、（ｃ）前記の搬送媒質の圧力および温度を測定するた
めの圧力、温度センサ、（ｄ）前記の圧力および温度の
測定値を使用して前記の搬送媒質の密度を算出する手段
、（ｅ）前記の搬送媒質の密度に対する補償を行って前
記固体の密度を演算することによって、補償された密度
測定値を算出する総合演算コンピュータ、（ｆ）前記の
第２密度計の指示値を前記の補償された密度測定値で周
期的に校正することによって、校正された密度測定値を
算出する手段、（ｇ）前記の固体の流れの速度を測定す
る手段、および（ｈ）前記の速度の測定値および前記の
校正された密度測定値から前記の固体の質量流量を算出
するコンピュータを有することを特徴とする固体の質量
流量の測定装置。
【請求項２】　　前記の第２密度計が、前記導管の曲線
部に配置されたガンマ線密度計である請求項１に記載の
測定装置。
【請求項３】　　前記の第１密度計が、ラジアルガンマ
線密度計である請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】　　ガス化器に通じる導管内を、ガス状媒
質によって該ガス化器に気力搬送される固体の質量流量
を制御する方法において、（ａ）前記の固体と前記のガ
ス状媒質とを合わせた全体のガンマ線密度を第１密度計
で測定し、（ｂ）前記のガス状媒質の圧力および温度を
測定し、（ｃ）前記のガス状媒質の密度を算出し、（ｄ
）前記の全体のガンマ線密度測定値からガスの密度値を
差し引くことによって、補償されたガンマ線密度測定値
を算出し、（ｅ）石炭の体積分率ｆｃｏａｌを算出し、
（ｆ）第２密度計を用いて石炭の密度ｒｃｏａｌを測定
し、（ｇ）（ｉ）前記の第１ガンマ線密度測定に関して
最後の平均化期間における前記の第２密度計の測定値の
平均値を算出し、そして該値をｆｃｏａｌｒｃｏａｌに
等しくなるように校正し、（ｉｉ）前記の第２密度計の
指示値が次の補正されたガンマ線密度計の指示値によっ
て更新されるまで、前記の第２密度計の指示値を、前記
の校正された測定値の考慮下に調整することによって、
補正された質量流量の測定値を得ることからなる操作に
よって前記の第２密度計を校正し、（ｈ）前記の補正さ
れた質量流量の測定値を利用して前記のガス化器の作動
条件を調節することによって、前記のガス化器に送られ
る前記固体の質量流量を制御することを特徴とする固体
の質量流量の制御方法。
【請求項５】　　前記導管の曲線部を通過するガンマ線
を測定することによって、前記の第２密度計の測定値を
得る請求項４に記載の方法。