JPH08320300A - 炭素含有ガスの発熱量測定方法及び装置 - Google Patents

炭素含有ガスの発熱量測定方法及び装置

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JPH08320300A
JPH08320300A JP12803095A JP12803095A JPH08320300A JP H08320300 A JPH08320300 A JP H08320300A JP 12803095 A JP12803095 A JP 12803095A JP 12803095 A JP12803095 A JP 12803095A JP H08320300 A JPH08320300 A JP H08320300A
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JP
Japan
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carbon
gas
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hydrogen
containing gas
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JP12803095A
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Masahiro Kuroda
雅博 黒田
Shohei Noda
松平 野田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素含有ガスの発熱量の迅速な測定が可能な
方法及び装置を実現する。 【構成】 赤外吸収濃度計8が炭素含有ガス2中に含ま
れる一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンの濃度を測定
し、また、屈折率計9が炭素含有ガス2の屈折率を測定
し、計算機6がそれぞれの計測器8,9の測定結果を入
力して水素の濃度を求めた後、一酸化炭素、メタン及び
水素の濃度に理論発熱量を乗算して炭素発熱量を求める
ものとすることによって、それぞれの計測器8,9によ
る測定及び計算機6による演算は迅速に行われるため、
炭素含有ガス2の発熱量をリアルタイムで測定すること
が可能となり、炭素含有ガス2の発熱量の速やかな制御
が可能となって、発電負荷の急変に対する対応等も可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭ガス化炉の生成ガ
ス等に適用される炭素含有ガスの発熱量測定方法及び装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】石炭ガス化による発電においては、ガス
化炉からの生成ガスをガスタービンのような発電設備に
導き、その燃料として使用する。この場合、目標とする
発電量に応じて生成ガスの発生量を制御すること、およ
び生成ガス発熱量が燃料として許容され得る範囲内に入
っているように常に制御することが非常に重要である。
【0003】従来の生成ガス発熱量の測定においては、
図2に示すようにガスの一部をサンプリングし、冷却,
除塵,除湿等の前処理を行った後、公知のガスクロマト
グラフで組成を分析し、その中の可燃ガスの濃度を求
め、可燃ガスの理論発熱量から計算により生成ガスの発
熱量を求めていた。
【0004】具体的には、図2に示すように、ガス化炉
1からの生成ガス2をサンプリング管3により一部サン
プリングし、前処理装置4にて除塵・冷却・除湿したガ
スをガスクロマトグラフ5へ送る。
【0005】ガスクロマトグラフ5では、生成ガス(通
常、一酸化炭素CO10〜30%、水素H2 4〜10
%、メタンCH4 0.1〜1%、二酸化炭素CO2 5〜
10%、窒素55〜70%の体積濃度を持つ)が分析さ
れ、それぞれのガスの濃度が測定される。上記成分ガス
のうち可燃性ガスである一酸化炭素、水素、メタンの濃
度値が計算機6へ出力され、次式により単位体積当たり
の発熱量Q(Kcal/Nm3)が計算される。
【0006】 Q=CCO・JCO+CH2・JH2+CCH4 ・JCH4 ここで、CCOは一酸化炭素濃度(Vol %)、JCOは一酸
化炭素の理論発熱量(Kcal/Nm3)、CH2,JH2はそれぞ
れ水素濃度及びその理論発熱量、CCH4 ,JCH 4 はそれ
ぞれメタン濃度及びその理論発熱量である。
【0007】この生成ガス発熱量Qが炉の制御装置7へ
出力され、それにより炉内へ投入される石炭量、空気量
が調節され、生成ガス発熱量が許容範囲内に常に入るよ
うに制御されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の石炭ガス化によ
る発電においては、石炭ガス化炉による生成ガスの発熱
量をガスクロマトグラフで測定し、その値でガス化炉を
制御していたが、ガスクロマトグラフを用いた場合、分
析に要する時間が5分程度以上かかるため、速やかな制
御ができなかった。
【0009】近年の火力発電では、運用上少なくとも一
分間当たり3%程度の負荷の増減速度が要求されてお
り、これに組合せるガス化炉では、リアルタイム(少な
くとも30秒程度)のガス発熱量測定が要求されてい
る。本発明は上記の課題を解決しようとするものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明は、炭素含有燃料ガス化炉にて生成された
炭素含有ガスの発熱量測定方法において、赤外吸収濃度
計により一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンの濃度を測
定し、炭素含有ガス中での水素及び窒素の濃度の和の値
を求め、また、屈折率計により炭素含有ガスの屈折率を
測定し、測定した同ガスの屈折率と既知である同ガス中
の各気体の屈折率と前記赤外吸収濃度計により測定した
一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンの濃度とからそれぞ
れの屈折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和の値を
求めた後、前記水素及び窒素の濃度の和の値とそれぞれ
の屈折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和の値とか
ら炭素含有ガス中における水素の濃度を求め、一酸化炭
素、メタン及び水素の濃度とそれぞれの理論発熱量とか
ら炭素含有ガスの発熱量を求めることを特徴としてい
る。
【0011】(2)本発明は、炭素含有燃料ガス化炉に
て生成された炭素含有ガスの発熱量測定装置において、
炭素含有ガスの赤外活性ガス濃度を測定する赤外吸収濃
度計と、炭素含有ガスの屈折率を測定する屈折率計と、
前記赤外吸収濃度計と屈折率計の測定結果から炭素含有
ガスの発熱量を算出する計算機を備えたことを特徴とし
ている。
【0012】
【作用】上記発明(1)において、炭素含有燃料ガス化
炉にて生成された炭素含有ガスには、一酸化炭素、二酸
化炭素、メタン、水素及び窒素が含まれており、一酸化
炭素、二酸化炭素及びメタンについては赤外吸収濃度計
により濃度測定が可能なため、これらのガスの濃度を上
記濃度計で測定して1から差引くことにより、炭素含有
ガス中の水素及び窒素の濃度の和の値を求めることがで
きる。
【0013】また、屈折率計により測定される炭素含有
ガスの屈折率は、この炭素含有ガスに含まれるそれぞれ
の生成ガスの濃度と屈折率の積が加算されたもので、そ
れぞれの屈折率は既知であるため、屈折率計により炭素
含有ガスの屈折率を測定することにより、それぞれの屈
折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和の値を求める
ことができる。
【0014】そのため、上記の水素及び窒素の和の値と
それぞれの屈折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和
の値より水素の濃度を求めることができ、一酸化炭素、
メタン及び水素の濃度にそれぞれの理論発熱量を乗算し
て加算することにより、炭素含有ガスの発熱量を求める
ことができる。
【0015】上記赤外吸収濃度計と屈折率計の応答は良
好なため、それぞれ計測器による測定は迅速に行われ、
また、計算機による演算が高速で行われるため、炭素含
有ガスの発熱量はリアルタイムで測定することが可能と
なる。
【0016】上記発明(2)においては、応答性のよい
赤外吸収濃度計が炭素含有ガス中に含まれる一酸化炭
素、二酸化炭素及びメタンの濃度を測定し、これを入力
した計算機が水素及び窒素の濃度の和の値を求める。
【0017】また、応答性のよい屈折率計が炭素含有ガ
スの屈折率を測定し、これを入力した計算機が、予め入
力されているそれぞれの成分ガスの屈折率を用いて、そ
れぞれの屈折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和の
値を求める。
【0018】上記計算機は、更に水素及び窒素の濃度の
和の値とそれぞれの屈折率が乗算された水素及び窒素の
濃度の和の値より水素の濃度を求めた後、一酸化炭素、
メタン及び水素の濃度にそれぞれの理論発熱量を乗算し
て加算し、炭素含有ガスの発熱量を求める。そのため、
上記発明(1)と同様に、炭素含有ガスの発熱量はリア
ルタイムで測定することが可能となる。
【0019】
【実施例】本発明の一実施例に係る炭素含有ガスの発熱
量測定装置について、図1により説明する。
【0020】図1に示す本実施例の装置は、ガス化炉1
が生成した生成ガス2をガスタービン11へ供給する配
管12内に一端が挿入されたサンプリング管3、同サン
プリング管3の他端に前処理装置4を介してそれぞれ接
続された赤外吸収ガス濃度計8とガス屈折率計9、同赤
外吸収ガス濃度計8とガス屈折率計9が電線を介して接
続された計算機6、および同計算機6に接続され石炭供
給弁13と空気供給弁14を制御する制御装置7を備え
ている。
【0021】上記において、ガス化炉1からの生成ガス
2はサンプリング管3によりその一部がサンプリングさ
れ、前処理装置4にて除湿,冷却,除塵等の前処理が行
われる。前処理装置4にて処理されたガスは赤外吸収ガ
ス濃度計8とガス屈折率計9に導かれ、赤外吸収ガス濃
度計8からは一酸化炭素、メタン、二酸化炭素の各濃度
CO,CCH4 ,CCO2 が計算機6に出力され、一方、ガ
ス屈折率計9からは全ガスの屈折率Ntが計算機6に出
力される。
【0022】上記ガス屈折率計9により測定される混合
ガスの屈折率Ntは、それを構成するそれぞれの成分ガ
スの屈折率と濃度の積の和であり、次式(1)により示
される。
【0023】 Nt=CCO・NCO+CH2・NH2+CCO2 ・NCO2 +CCH4 ・NCH4 +CN2・NN2 …………………………………………(1) ここで、CCO,NCOは一酸化炭素の濃度と屈折率、
H2,NH2は水素の濃度と屈折率、CCO2 ,NCO2 は二
酸化炭素の濃度と屈折率、CCH4 ,NCH4 はメタンの濃
度と屈折率、CN2,NN2は窒素の濃度と屈折率である。
【0024】また、一酸化炭素、メタン、及び二酸化炭
素の濃度は、赤外吸収ガス濃度計8により測定されるも
のであり、水素と窒素の濃度の和は次式(2)により示
される。
【0025】 CH2+CN2=100−(CCO+CCO2 +CCH4 )…………(2) 上記のそれぞれの屈折率NCO,NH2,NCO2 ,NCH4
N2は全て既知のため、上記式(1),(2)の連立方
程式を解くことによりCH2とCN2を求めることができ
る。
【0026】そのため、上記一酸化炭素、メタン、二酸
化炭素の濃度CCO,CCH4 ,CCO2と全ガスの屈折率N
tを入力した計算機6は、予め入力されている各成分ガ
スの屈折率NCO,NH2,NCO2 ,NCH4 ,NN2を用いて
上記(1),(2)式により水素濃度CH2を求めた後、
次式(3)により生成ガスの発熱量Qを求めることがで
きる。
【0027】 Q=CCO・JCO+CH2・JH2+CCH4 ・JCH4 ……………(3) ここで、JCO,JH2,JCH4 は、それぞれ一酸化炭素、
水素及びメタンの理論発熱量である。
【0028】上記計算機6により求められた発熱量Qは
制御装置7に入力され、制御装置7はガス化炉1内へ投
入される石炭量、空気量を調節し、生成ガスの発熱量を
制御する。
【0029】上記ガスの測定に用いられるガス屈折率
計、及び赤外吸収ガス濃度計は、共に応答性が良好であ
るため(10秒以内)、要求のリアルタイム計測が可能
であり、また、計算機は高速演算を行うため、負荷変動
に対応した迅速な制御が可能となった。
【0030】
【発明の効果】本発明の炭素含有ガスの発熱量測定方法
及び装置においては、赤外吸収濃度計が炭素含有ガス中
に含まれる一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンの濃度を
測定し、また、屈折率計が炭素含有ガスの屈折率を測定
し、計算機がそれぞれの計測器の測定結果を入力して水
素の濃度を求めた後、一酸化炭素、メタン及び水素の濃
度に理論発熱量を乗算して炭素発熱量を求めるものとす
ることによって、それぞれの計測器による測定及び計算
機による演算は迅速に行われるため、炭素含有ガスの発
熱量をリアルタイムで測定することが可能となり、炭素
含有ガスの発熱量の速やかな制御が可能となって、発電
負荷の急変に対する対応等も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る装置の説明図である。
【図2】従来の装置の説明図である。
【符号の説明】
1 ガス化炉 2 生成ガス 3 サンプリング管 4 前処理装置 6 計算機 7 制御装置 8 赤外吸収ガス濃度計 9 ガス屈折率計

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素含有燃料ガス化炉にて生成された炭
    素含有ガスの発熱量測定方法において、赤外吸収濃度計
    により一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンの濃度を測定
    し、炭素含有ガス中での水素及び窒素の濃度の和の値を
    求め、また、屈折率計により炭素含有ガスの屈折率を測
    定し、測定した同ガスの屈折率と既知である同ガス中の
    各気体の屈折率と前記赤外吸収濃度計により測定した一
    酸化炭素、二酸化炭素及びメタンの濃度とからそれぞれ
    の屈折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和の値を求
    めた後、前記水素及び窒素の濃度の和の値とそれぞれの
    屈折率が乗算された水素及び窒素の濃度の和の値とから
    炭素含有ガス中における水素の濃度を求め、一酸化炭
    素、メタン及び水素の濃度とそれぞれの理論発熱量とか
    ら炭素含有ガスの発熱量を求めることを特徴とする炭素
    含有ガスの発熱量測定方法。
  2. 【請求項2】 炭素含有燃料ガス化炉にて生成された炭
    素含有ガスの発熱量測定装置において、炭素含有ガスの
    赤外活性ガス濃度を測定する赤外吸収濃度計と、炭素含
    有ガスの屈折率を測定する屈折率計と、前記赤外吸収濃
    度計と屈折率計の測定結果から炭素含有ガスの発熱量を
    算出する計算機を備えたことを特徴とする炭素含有ガス
    の発熱量測定装置。
JP12803095A 1995-05-26 1995-05-26 炭素含有ガスの発熱量測定方法及び装置 Withdrawn JPH08320300A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0838636A3 (de) * 1996-10-24 1999-11-03 FEV Motorentechnik GmbH Verfahren zur Regelung einer mit Brenngas wechselnder Zusammensetzung betriebener Wärmeenergieeinrichtung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP2010175261A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Riken Keiki Co Ltd 熱量測定方法および熱量測定装置
WO2013091399A1 (zh) * 2011-12-22 2013-06-27 武汉四方光电科技有限公司 一种用于测量煤气成分和热值的方法
JP2019045434A (ja) * 2017-09-07 2019-03-22 理研計器株式会社 ガス分析方法およびガス分析装置

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