以下、本発明に係る高粘結性炭用バーナ及� ��ガス化炉の一実施形態を図面に基づいて説� ��する。
 図2は、石炭ガス化複合発電プラント(IGCC)の 概要を示すブロック図である。このIGCCは、� �炭(固体燃料)をガス化して得られる石炭ガス を燃料として発電する複合発電設備である。 すなわち、IGCCは、石炭等の固体燃料を乾燥� �せて粉砕し、粒子状の固体燃料とする固体� �料乾燥粉砕装置1と、粒子状の固体燃料を搬� ��ガスによる気流搬送をして供給する高圧燃� ��供給装置2と、ガス化炉の内部に気流搬送さ れた固体燃料及びガス化剤の供給を受けるこ とにより、固体燃料をガス化して石炭ガス化 ガスを得るガス化炉設備3と、ガス化炉設備3� ��生成された石炭ガス中に含まれる不純物等� ��除去して精製するガス精製設備4と、ガスタ ービン発電機及び蒸気タービン発電機よりな る複合発電設備5とを主な構成要素としてい� �。

 ガスタービン発電機は、精製された石炭ガ� ��を燃料としてガスタービンを運転し、ガス� ��ービンの軸出力により駆動されて発電を行� ��発電機である。
 蒸気タービン発電機は、ガスタービン発電� ��のガスタービンから排出された高温の燃焼� ��ガスを排熱回収ボイラに導入し、燃焼排ガ� ��から熱回収して得られた蒸気のエネルギを� ��いて運転される蒸気タービンの軸出力によ� ��駆動されて発電を行う発電機である。

<第1の実施形態>
 上述したIGCCのガス化炉設備3には、図1に示� ��ように、圧力容器のガス化炉10が設けられ� �いる。このガス化炉10には、圧力容器を構成 する炉壁である周壁11を貫通して、高粘結性� ��用バーナ(以下、「バーナ」と呼ぶ)12が取り 付けられている。
 バーナ12は、内側に配置した固体燃料流路13 と外側に配置したガス化剤流路14とが同心の� ��重管構造とされる。

 固体燃料流路13は、粒子状に粉砕された高� �結性の固体燃料をガス化炉10内へ供給する燃 料供給流路である。この固体燃料流路13は、� ��料供給配管16を介して高圧燃料供給装置15に 接続されている。
 高圧燃料供給装置15は、粒子状に粉砕され� �固体燃料の供給を受け、所望の固体燃料供� �量を、搬送ガスを用いた気流搬送によって� �ス化炉10へ供給するための装置である。この 高圧燃料供給装置15には、流量制御装置17及� �搬送ガス供給配管19を介して、搬送ガスが供 給されるようになっている。なお、この場合 の気流搬送に使用可能な搬送ガスとしては、 窒素、二酸化炭素及び空気等がある。

 ガス化剤流路14は、ガス化剤供給配管18を介 してガス化剤供給源(不図示)に接続されてい� ��。このガス化剤流路14は、所望の流量に調� �された高温のガス化剤をガス化炉10の内部に 供給する。なお、この場合に使用可能なガス 化剤としては、空気、酸素及び蒸気等がある 。
 このように、バーナ12は、粒子状に粉砕さ� �た高粘結性の固体燃料をガス化するガス化� �10の周壁(炉壁)11を貫通して取り付けられ、� �体燃料を気流搬送によりガス化炉10内へ供給 する固体燃料流路13と、ガス化剤をガス化炉� ��へ供給するガス化剤流路14とが二重管構造� �配設されている。

 そして、上述したバーナ12は、固体燃料� �路13の閉塞状態を検知する閉塞状態検知手段 として設けられた閉塞検知装置20を備えてい� ��。この閉塞検知装置20は、固体燃料流路13の バーナ入口と、バーナ入口より下流側の適所 としてガス化炉10の内圧との間の差圧Paを検� �し、該差圧Paから換算される流量損失係数が 所定値以上まで増加した場合に、固体燃料流 路13の閉塞状態を検出したと判断する。図示� ��例では、固体燃料流路13のバーナ入口側圧� �P1と、ガス化炉10の内圧P2とを検出し、両圧� �P1及びP2から差圧Paを算出する。なお、ここ� �算出する差圧Paについては、ガス化炉10の内� ��P2に代えて、バーナ出口圧力P3を採用しても よい。

 閉塞検知装置20が所定の閉塞状態を検出� �た場合には、固体燃料の温度低減処理が実� �される。この温度低減処理は、気流搬送の� �送ガス量を増加させる制御信号を出力する� �とにより、固体燃料流路13内における固体燃 料及び搬送ガスの滞留時間を低減するもので ある。すなわち、同心二重管構造のバーナ12� ��おいて、固体燃料流路13内を流れる固体燃� �の流速を増すことにより、低温側の固体燃� �と高温側のガス化剤と間で熱交換する時間� �短縮されるため、固体燃料とガス化剤との� �の交換熱量は低減される。この結果、固体� �料が周囲を流れる高温のガス化剤に加熱さ� �、固体燃料の粒子が溶融・膨張する温度ま� �上昇することを防止または抑制できる。

 以下、閉塞検知装置20内で行われる制御例� �ついて、図3のフローチャートに基づいて説� ��する。
 最初のステップS1で制御がスタートした後� �は、次のステップS2に進んで「運転継続か?� �について判断を行う。この結果、ガス化炉10 の運転を継続するYESの場合には、次のステッ プS3に進んで差圧Paを検出する。この場合の� �圧Paは、固体燃料流路13のバーナ入口側圧力P 1及びガス化炉10の内圧P2を検出して得られる� ��のである。なお、ステップS2において、ガ� �化炉10の運転を継続しないNOの場合には、次� ��ステップS8に進んで制御を終了する。

 ステップS3で検出した差圧Paは、次のステ ップS4において流路損失係数λに換算される� �すなわち、固体燃料の粒子を気流搬送する� �合、差圧Paはガス化炉10の内部圧力、固体燃� ��の流量及び搬送ガスの流量によって変化す� ��ので、固体燃料流路の流路閉塞状況を確実� ��判断するためには、差圧Paを換算して得ら� �る流路損失係数λに基づいた判断が望ましい 。この流路損失係数λは、固気二相流の圧力� ��失を求める公知の数式に使用される値であ� ��。すなわち、上述した差圧Paは圧力損失に� �当する値であるから、この圧力損失を求め� �公知の数式及び差圧Paの検出値から、実際の バーナ12における流路損失係数λを算出する� �とができる。

 ステップS4で算出された流路損失係数λは 、次のステップS5において「流路損失係数は� ��定値以上か?」について判断される。この結 果、流路損失係数λが所定値以上に大きいYES� ��場合には、固体燃料流路13を流れる固体燃� �及び搬送ガスの固気二相流において、所定� �以上に大きな圧力損失が生じていると判断� �ることができる。すなわち、固体燃料流路13 の内壁面に固体燃料が付着して流路断面積が 狭められるなど、固気二相流の圧力損失が増 す状況になっていると判断できるので、次の ステップS6に進んで搬送ガス流量の増加指令� ��出力する。なお、ステップS5で流路損失係� �λが所定値より小さいNOの場合には、現状の� ��転に問題がないと判断し、上述したステッ� ��S2に進んで同様の制御フローを繰り返す。

 ステップS6で搬送ガス流量の増加指令が出� �されると、次のステップS7に進んで搬送ガス 流量が増加される。すなわち、流量制御装置 17が増加指令を受けることにより、高圧燃料� ��置17へ供給する搬送ガスの流量を増加する� �作が行われる。
 この結果、固体燃料流路13内を気流搬送す� �搬送ガス量が増加し、固体燃料及び搬送ガ� �が固体燃料流路13内を流れる流速を増すので 、固体燃料が流路内に滞留する時間は低減さ れる。すなわち、固体燃料流路13内を流れる� ��温側の固体燃料は、外周を流れる高温のガ� ��化剤から加熱を受ける時間が短縮されるの� ��、固体燃料の温度上昇を防止または抑制す� ��ことができる。

 こうして搬送ガス量を増す制御が行われた� ��には、再度ステップS2に戻り、同様の制御� �ローを繰り返す。
 このような閉塞検知装置20の制御により、� �体燃料流路13の閉塞状態を検知した場合には 、固体燃料の温度低減処理として搬送ガスの 流量が増加して流速を増すので、固体燃料流 路13の流路閉塞進行状況に応じて流路閉塞の� ��因となる固体燃料温度の上昇を低減するこ� ��ができる。従って、高粘結性固体燃料の粒� ��は、固体燃料の種類により異なる所定温度� ��上の高温になることが防止または抑制され� ��ので、溶融や膨張による壁面付着やアグロ� ��についても防止または抑制される。

<第2の実施形態>
 本発明の第2の実施形態を図4に基づいて説� �する。なお、図4において、上述した実施形� ��と同様の部分には同じ符号を付し、その詳� ��な説明は省略する。
 この実施形態においては、閉塞状態を検知� ��た場合、閉塞検知装置20Aにより行われる温� ��低減処理が異なっている。すなわち、上述� ��た実施形態における搬送ガス量の増量に代� ��て、ガス化剤の温度を低下させる制御信号� ��出力するという温度低減処理を行うもので� ��る。

 以下、ガス化剤の温度を低下させる温度低� ��制御を具体的に説明する。この温度低減制� ��を可能にするため、ガス化剤供給配管18に� �温度制御装置30が設けられている。
 温度制御装置30は、閉塞検知装置20Aから出� �されるガス化剤温度の低下指令を受けて、� �度の異なるガス化剤の混合割合を調整する� �どして、バーナ12のガス化剤流路14へ供給さ� ��る最終的なガス化剤温度を制御する機能を� ��している。

 このような閉塞検知装置20A及び温度制御� ��置30の制御を実施することにより、上述し� �実施形態と同様にして固体燃料流路13の閉塞 状態を検知した場合には、固体燃料の温度低 減処理としてガス化剤の温度が低下する。こ のため、固体燃料流路13の流路閉塞進行状況� ��応じて、流路閉塞の原因となる固体燃料温� ��の上昇を低減することが可能になる。従っ� ��、高粘結性固体燃料の粒子は、固体燃料の� ��類により異なる所定温度以上の高温になる� ��とが防止または抑制されるので、溶融や膨� ��による壁面付着やアグロメについても防止� ��たは抑制される。

<第3の実施形態>
 本発明の第3の実施形態を図5に基づいて説� �する。なお、図5において、上述した実施形� ��と同様の部分には同じ符号を付し、その詳� ��な説明は省略する。
 この実施形態においては、閉塞状態を検知� ��る閉塞状態検知手段が異なっている。すな� ��ち、流路閉塞状態の判断基準として、上述� ��た実施形態における差圧Paを換算した流路� �失係数λに代えて、差圧比に基づいて換算さ れた流路損失係数λ″を採用する。

 具体的に説明すると、本実施形態の閉塞� ��態検知手段である閉塞検知装置20Bは、バー� ��入口の圧力P1とバーナ入口より下流側とな� �ガス化炉10の内圧P2との間で検出した第1の差 圧Paと、固体燃料流路13の上流側に接続され� �燃料供給配管16に設定した任意の区間で計測 される第2の差圧Pbとの差圧比から換算される 流量損失係数λ″が所定値以上に増加した場� ��に閉塞状態を検出したと判断する。図示の� ��では、燃料供給配管16の適所に定めた2箇所� ��固定測定位置で二つの圧力P4,P5を検出し、� �圧力P4,P5間に生じた差圧Pbが第2の差圧となる 。すなわち、第2の差圧Pbは、燃料供給配管16� ��設定した所定の流路長さを流れた固気二相� ��に生じる圧力損失と略一致するものである� ��

 従って、第1の差圧Paと第2の差圧Pbとの差� ��比は、ガス化炉10の圧力、固体燃料の流量� �び搬送ガスの流量による影響を受けない値� �なるので、この差圧比により得られる流量� �失係数λ″を基準にすれば、固体燃料流路13� ��流路閉塞状況を確実に判断することができ� ��。すなわち、流量損失係数λ″が所定値以� �か否かを判断基準とし、この流量損失係数λ ″が所定値以上に大きい場合を所定の閉塞状 態と判断するようにすれば、固体燃料流路13� ��流路閉塞状況をより一層確実に判断するこ� ��ができる。

 図5に示す実施形態では、所定の閉塞状態 を検出した場合の温度低減処理として、搬送 ガスの流量を増す制御が行われるが、図6に� �す変形例のように、所定の閉塞状態を検出� �た場合には、閉塞検知装置20Cの温度低減処� �として、ガス化剤の温度を低下させてもよ� �。

<第4の実施形態>
 本発明の第4の実施形態を図7に基づいて説� �する。なお、図7において、上述した実施形� ��と同様の部分には同じ符号を付し、その詳� ��な説明は省略する。
 この実施形態では、固体燃料流路13の閉塞� �態を検知した場合、閉塞検知装置20Dの温度� �減処理が、気流搬送の搬送ガス量を増加さ� �る制御信号の出力と、ガス化剤の温度を低� �させる制御信号の出力とを併用して実施さ� �る。すなわち、搬送ガスの流量を増加させ� �固体燃料流路13内における固体燃料及び搬送 ガスの滞留時間を低減するとともに、ガス化 剤の温度と固体燃料流路13内を流れる固体燃� ��及び搬送ガスとの温度差を低減することに� ��り、固体燃料と高温のガス化剤との交換熱� ��低減をより一層効率よく実施するものであ� ��。

 また、図8に示す変形例の閉塞検知装置20E は、固体燃料流路13の閉塞状態を検知する判� ��基準として、差圧Paを換算した流路損失係� �λに代えて、差圧比に基づいて換算された流 路損失係数λ″を採用している。従って、搬� ��ガスの流量増加による固体燃料流路13内に� �ける固体燃料及び搬送ガスの滞留時間低減� �、ガス化剤の温度と固体燃料流路13内を流れ る固体燃料及び搬送ガスとの温度差低減との 併用により、固体燃料と高温のガス化剤との 交換熱量低減をより一層効率よく実施すると ともに、流量損失係数λ″が所定値以上か否� ��を判断基準にして、固体燃料流路13の流路� �塞状況をより一層確実に判断することがで� �る。

<第5の実施形態>
 本発明の第5の実施形態を図9に基づいて説� �する。なお、図9において、上述した実施形� ��と同様の部分には同じ符号を付し、その詳� ��な説明は省略する。
 この実施形態の閉塞検知装置20Fは、温度低� ��処理を行う際、固体燃料流路13の内壁面温� �Tを検出し、内壁面温度Tが固体燃料の粘結性 に応じて定まる設定温度以上とならないよう に監視する上限監視手段となる温度センサ40� ��備えている。この温度センサ40は、最も温� �が高くなる出口付近に設置して固体燃料流� �13の内壁面温度を検出することが望ましく、 このセンサ40で検出した内壁面温度Tは閉塞検 知装置20Fに入力される。

 一方、閉塞検知装置20Fには、使用する固体� ��料の粘結性を表す溶融温度、流動温度及び� ��化温度等について、予め測定した値が入力� ��れている。そして、閉塞検知装置20Fでは、� ��れらの入力値に基づいて、実際に使用する� ��体燃料の粘結性に応じて定まる上限の設定� ��度が決められる。
 従って、実際の内壁面温度Tが上限の設定温 度以上とならないように、搬送ガス量の増加 、ガス化剤の温度低下、あるいは、搬送ガス 量の増加及びガス化剤の温度低下を併用した 温度低減処理を行えば、流路閉塞の問題が生 じない最も高い温度で効率のよい運転が可能 になる。すなわち、固体燃料をガス化する際 、内壁面温度Tが上限の設定温度以上となら� �いように監視しながら運転することにより� �固体燃料の溶融・膨張によるバーナ12の閉塞 防止と良好な運転効率とを両立させることが できる。

 また、差圧Pa,Pbの差圧比や差圧Paを用いた 温度低減処理と併用すれば、固体燃料の粘結 性にばらつきがある場合においても、設定温 度が低すぎてガス化炉10の運転効率を低下さ� ��るといったリスクや、設定温度が高すぎて� ��ーナ閉塞を生じるといったリスクを回避す� ��ことができる。

 このように、本発明の高粘結性炭用バー� ��12及びガス化炉10によれば、粘結性の高い固 体燃料をガス化するガス化炉10に用いられる� ��粘結性炭用バーナ12は、固体燃料流路13及び ガス化剤流路14を同心二重配管構造としたバ� ��ナ内の熱伝達により固体燃料粒子の温度上� ��し、個体燃料粒子が溶融・膨張することを� ��止または抑制できるようになる。従って、� ��粘結性の固体燃料が温度上昇し、溶融・膨� ��した隣接粒子どうしがアグロメして燃焼不� ��の原因になること、あるいは、固体燃料流� ��13の内壁面に付着してバーナ閉塞になるこ� �を防止できるので、高粘結性炭用バーナ12及 びガス化炉10の安定した運転が可能になる。� ��た、高粘結性炭用バーナ12及びガス化炉10に 使用できる粘結性の高い固体燃料についても 、その適用範囲を拡大することができる。

 また、上述した実施形態では、高粘結性の� ��体燃料を石炭として説明したが、高粘結性� ��固体燃料は、微粉炭や石油コークス等に限� ��されることはなく、たとえば油残渣及びプ� ��スチック等のように粘結性の高い他の固体� ��料を使用するガス化炉のバーナについても� ��様に適用可能である。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定さ� ��るものではなく、本発明の要旨を逸脱しな� ��範囲内において適宜変更することができる� ��