ガス化炉、ガス化複合発電設備及びガス化炉の未燃分回収方法
【課題】安価で簡略化した構成の未燃分回収設備を備えたガス化炉を提供する。
【解決手段】粉砕装置部２０で粉砕した微粉炭を炉内で加熱して熱分解させることにより石炭ガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部３０を備えている石炭ガス化炉１０であって、未燃分回収設備部３０は、石炭ガス中から未燃分を分離させて回収するサイクロン３１等の未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器３５と、減圧後の未燃分を貯蔵して粉砕装置部２０に所定量を供給するチャーバンカ２８と、未燃分分離回収部から粉砕装置部２０へ未燃分を搬送する未燃分移送ライン３４と、を備えている。
【解決手段】粉砕装置部２０で粉砕した微粉炭を炉内で加熱して熱分解させることにより石炭ガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部３０を備えている石炭ガス化炉１０であって、未燃分回収設備部３０は、石炭ガス中から未燃分を分離させて回収するサイクロン３１等の未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器３５と、減圧後の未燃分を貯蔵して粉砕装置部２０に所定量を供給するチャーバンカ２８と、未燃分分離回収部から粉砕装置部２０へ未燃分を搬送する未燃分移送ライン３４と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭等の炭素質固体をガス化するガス化炉及びガス化複合発電設備に係り、特に、空気吹きの石炭ガス化炉等に好適な未燃分回収技術に関する。
また、本発明は、炭素質固体をガス化するガス化炉の未燃分回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば石炭ガス化炉のようなガス化炉は、微粉炭やその他の炭素質固体を加熱して、熱分解によりガス化させる装置である。このような石炭ガス化炉等のガス化炉には、酸素吹き及び空気吹きの方式が存在する。
また、ガス化複合発電設備は、たとえば石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉で生成したガスを燃料にしてガスタービンを駆動させるとともに、ガス化炉内の熱やガスタービン排ガスより発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動させてコンバインドサイクルの発電を行うものである。
【０００３】
すなわち、石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉から供給されるガスを燃料にして運転されるガスタービンが発電機を駆動して発電し、さらに、ガスタービンから排出される燃焼排ガス中の排熱を回収して蒸気を発生させ、この蒸気により運転される蒸気タービンが発電機を駆動して発電する。従って、石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉で生成したガスが保有する熱エネルギーを有効利用し、ガスタービン及び蒸気タービンにより発電機を駆動して複合的に発電する高効率の発電設備となる。
【０００４】
上述した石炭ガス化炉においては、生成ガス中に粉体・粒子状の炭素含有物質である未燃分（以下、「チャー」と呼ぶ）が含まれており、生成ガスからチャーを回収することが必要になるため、チャーを含有する生成ガスから粉体のチャーを回収するチャー回収設備（未燃分回収設備）を備えている。
酸素吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、チャーの混じった生成ガスを水に通すことにより、チャーを除去する場合がある。
【０００５】
これに対し、空気吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、たとえば下記の特許文献１及び２に示すように、サイクロンやフィルタで生成ガス中から分離したチャーを直接ガス化炉に戻すなどして、リサイクルするように構成されている。すなわち、空気吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、熱分解により生じる未燃焼のチャーを回収し、このチャーを石炭ガス化炉で燃焼させて高温還元ガス源として再利用するものである。
この場合、高圧状態にあるガス化炉へチャーを投入するためには、チャー供給ホッパで加圧することが必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０６７６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１２０１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、酸素吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、チャー回収により大量のチャーを含む排水が発生するため、その処理には膨大な手間とコストを要している。
一方、空気吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、排水処理が不要の設備である。しかし、チャーを高圧のガス化炉内へ投入するためには、チャー供給側を高圧にする必要がある。このため、従来のチャー回収設備は、高温での耐腐食性を備えたチャー供給ホッパと呼ばれる高価な圧力容器を必要とし、しかも、チャーをガス化炉内へ直接投入する場合には、設備構成を複雑にするチャーバーナ及び付属の配管設備も必要になる。
【０００８】
このような背景から、空気吹き石炭ガス化炉のようなガス化炉においては、高価で複雑な構成の未燃分回収設備（チャー回収設備）を改良して簡素化することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価で簡略化した構成の未燃分回収設備を備えた石炭ガス化炉等のガス化炉、ガス化複合発電設備及びガス化炉の未燃分回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガス化炉は、粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉であって、前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器と、搬送中の未燃分を減圧する減圧装置と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵部と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような本発明のガス化炉によれば、未燃分回収設備部が、生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器と、搬送中の未燃分を減圧する減圧装置と、減圧後の未燃分を貯蔵して粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵部と、未燃分分離回収部から粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインと、を備えているので、未燃分貯蔵部は、冷却及び減圧後の未燃分を貯蔵して大気圧の粉砕装置部へ供給することとなる。従って、従来の未燃分回収設備においては、未燃分を高圧のガス化炉内へ投入するために必要だったチャー供給ホッパと呼ばれる高価な圧力容器が不要となる。
また、未燃分貯蔵部内の未燃分は、従来のようにガス化炉へ直接供給するのではなく、粉砕装置部へ供給することとなるから、ガス化炉内へ未燃分を投入するチャーバーナ及び付属の配管設備も不要になる。
【００１１】
上記発明のガス化炉において、前記未燃分貯蔵部は、保温及び密封された構造とされ、かつ、不活性ガスの注入により内部の可燃性ガスを排出するように構成されていることが好ましく、これにより、未燃分とともに存在する未燃分貯蔵部内の可燃性気体成分は、注入した不活性ガス（パージガス）とともに容器外へ流出するので、未燃分貯蔵部内を安全な雰囲気に保つことができる。この場合、未燃分貯蔵部に対して不活性ガスを少量連続注入することが望ましく、容器外へ流出した可燃性気体成分は、不活性ガスとともに焼却処理すればよい。
【００１２】
本発明に係るガス化複合発電設備は、請求項１または２に記載のガス化炉と、前記ガス化炉から供給される生成ガスを燃料にして運転され発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを導入して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気により運転され発電機を駆動する蒸気タービンと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明のガス化複合発電設備によれば、請求項１または２に記載のガス化炉を備えているので、ガス化炉の未燃分貯蔵部は、冷却及び減圧後の未燃分を貯蔵することになるので、従来必要だった高価な圧力容器のチャー供給ホッパは不要となる。また、未燃分貯蔵部内の未燃分は、ガス化炉へ直接供給するのではなく、粉砕装置部へ供給されるものであるから、チャーバーナ及び付属の配管設備も不要になる。
【００１４】
本発明に係るガス化炉の未燃分回収方法は、粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉の未燃分回収方法であって、前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、前記未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えていることを特徴とするものである。
すなわち、前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程の後工程として、未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、同搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
このような本発明のガス化炉の未燃分回収方法によれば、未燃分回収設備部は、生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程の後工程として、未燃分分離回収部から粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、同搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えているので、冷却及び減圧後の未燃分を貯蔵し、所定量を大気圧の粉砕装置部へ供給することができる。このため、未燃分回収設備は、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、設備構成を複雑にするチャーバーナ及び付属の配管設備が不要になる。
【００１６】
上記発明のガス化炉の未燃分回収方法においては、前記未燃分分離回収工程を実施した後、前記冷却工程、前記減圧工程、前記未燃分貯蔵・分配工程、を順次実施することが好ましい。
上記発明のガス化炉の未燃分回収方法において、前記未燃分貯蔵・分配工程は、保温及び密封された構造の未燃分貯蔵容器内に不活性ガスを注入して内部の可燃性ガスを排出することが好ましく、これにより、未燃分とともに存在する未燃分貯蔵部内の可燃性気体成分が、注入した不活性ガス（パージガス）とともに容器外へ流出するので、未燃分貯蔵部内を安全な雰囲気に保つことができる。この場合、未燃分貯蔵部に対して不活性ガスを少量連続注入することが望ましく、容器外へ流出した可燃性気体成分は、不活性ガスとともに焼却処理すればよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明によれば、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、装置構成を複雑にするチャーバーナを不要にするので、未燃分回収設備が安価になるとともに、簡略化した構成とすることが可能になる。従って、安価で簡略化した構成の未燃分回収設備が構成要素となるガス化炉及びガス化複合発電設備についても、設備費の低減に加えて、装置構成の簡略化によりメンテナンス費を低減することも可能になる。
また、乾燥して比較的温度の高い未燃分を粉砕装置に供給するので、炭素質固体の水分が分散するとともに熱を供給することになるため、炭素質固体を乾燥させる乾燥エネルギーを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るガス化炉の一実施形態として、未燃分回収設備を備えた石炭ガス化炉の装置構成例を示す系統図である。
【図２】従来の未燃分回収設備を備えたガス化炉及びガス化複合発電設備の構成例として、石炭ガス化複合発電設備の装置構成例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るガス化炉、ガス化複合発電設備及びガス化炉の未燃分回収方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、ガス化する炭素質固体を石炭とし、石炭をガス化する石炭ガス化炉及びこの石炭ガス化炉で生成したガスを燃料に用いて発電する石炭ガス化複合発電設備について説明するが、これに限定されることはない。
図２に示す石炭ガス化複合発電設備１は、石炭（炭素質固体）の微粒を炉内で加熱して熱分解によりガス化させる石炭ガス化炉１０と、石炭ガス化炉１０から供給される生成ガス（石炭ガス）を燃料にして運転され発電機Ｇを駆動するガスタービン設備５０と、ガスタービン設備５０から排出される燃焼排ガスを導入して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ７０と、排熱回収ボイラ７０から供給される蒸気により運転され発電機Ｇを駆動する蒸気タービン８０とを備えている。
【００２０】
石炭ガス化炉１０は、粉砕装置部２０で粉砕した石炭の微粒（以下、「微粉炭」と呼ぶ）をガス化炉本体１１の炉内で加熱し、熱分解によりガス化させて生成した石炭ガス中に含まれる未燃分（チャー）を回収して再利用する未燃分回収設備部３０を備えている。本実施形態の石炭ガス化炉１０は空気吹きであり、従って、微粉炭を部分酸化させるためのガス化剤として、酸素ではなく空気が用いられている。
【００２１】
粉砕装置部２０は、燃料となる石炭（原炭）を粉砕（微粒子化）して微粉炭を製造するとともに、製造した微粉炭を気体搬送により石炭ガス化炉１０へ供給する装置である。
この粉砕装置部２０は、石炭を貯蔵しておく石炭バンカ２１と、石炭バンカ２１から供給される石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機（ミル）２２と、微粉炭と気体搬送用の不活性ガスとを分離するバグフィルタ２３と、気体分離後の微粉炭を一時的に貯蔵しておくビン２４と、所定量の微粉炭を石炭ガス化炉１０のガス化炉本体１１へ供給する微粉炭供給ホッパ２５とを備えている。
【００２２】
この場合、微粉炭の気体搬送には、排熱回収ボイラ７０から微粉炭機２２に供給される微粉炭乾燥用の高温気体が使用され、たとえば窒素ガスのような不活性ガスが用いられている。
また、図中の符号２６は微粉炭乾燥ブロワであり、バグフィルタ２３で分離した不活性ガスを吸引して排熱回収ボイラへ送出する機能を有しており、図中の符号２７は空気圧縮機であり、空気吹きの石炭ガス化炉１０に供給する空気を昇圧する機能を有している。この場合、空気圧縮機２７は、後述するガスタービン設備５０の圧縮機５１で外気を圧縮した圧縮空気の一部を導入し、高圧の炉内に供給可能な圧力まで昇圧するブースタとして設けられている。
【００２３】
ガス化炉本体１１は、コンバスタやリダクタ等を具備し、微粉炭を加熱してガス化するための反応炉である。ガス化炉本体１１では、投入した微粉炭が熱分解してチャーを含む石炭ガス及びスラグとなる。一方の石炭ガスは、ガス化炉本体１１の下流側に設けられた未燃分回収設備部３０へ導かれ、残ったスラグは、ガス化炉本体１１の外部に排出して回収される。
ガス化炉本体１１で発生した石炭ガスは、下流側に設けたシンガスクーラー（ＳＧＣ）１２を通過する。このシンガスクーラー１２は、石炭ガスが保有する熱を利用して、蒸気タービン８０を駆動する蒸気の一部を発生させる。
【００２４】
未燃分回収設備部３０は、たとえば図１に示すように、生成ガスである石炭ガス中から未燃分のチャーを分離させて回収する未燃分分離回収部（サイクロン３１、ポーラスフィルタ３２及びチャービン３３）と、この未燃分分離回収部から粉砕装置部２０に設けたチャーバンカ（未燃分貯蔵部）２８までチャーを搬送する未燃分移送ライン３４とを備えている。
シンガスクーラー１２を通過して温度低下した石炭ガスは、最初にサイクロン３１を通過することで、気体の石炭ガスと粒子状のチャーとが分離される。このサイクロン３１で石炭ガスから分離されたチャーは、比較的大きな粒子径を有するものである。こうして分離されたチャーは、チャービン３３に回収される。
【００２５】
一方、サイクロン３１でチャーを除去した石炭ガスは、サイクロン３１の下流側に設置されたポーラスフィルタ３２に導かれる。このポーラスフィルタ３２は、フィルタを用いることにより、サイクロン３１で分離されなかった石炭ガス中の微細チャーを回収する設備である。こうしてポーラスフィルタ３２で分離された微細チャーは、サイクロン３１で分離したチャーと同様に、チャービン３３に回収される。
【００２６】
そして、チャービン３３に回収したチャーは、後述する未燃分移送ライン３４を通って粉砕装置部２０のチャーバンカ（未燃分貯蔵部）２８へ供給される。
一方、ポーラスフィルタ３２で微細チャーを除去された石炭ガスは、下流側に設けたガス精製設備４０に導かれ、ここで脱硫処理された後にガスタービン設備５０の燃料として使用される。
【００２７】
ガスタービン設備５０は、外気を圧縮する圧縮機５１と、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器５２と、燃焼ガスが保有する熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するタービン５３とを備えている。
燃焼器５２では、石炭ガス化炉１０から供給される石炭ガスを燃料とし、圧縮機５１から供給される圧縮空気を用いて燃焼させる。こうして得られた高温の燃焼ガスがタービン５３に供給されると、タービン５３を回転させることにより、圧縮機５１の駆動力やガスタービン設備５０の軸出力が得られる。
【００２８】
ガスタービン設備５０の軸出力は、発電機Ｇの駆動に使用される。この結果、発電機Ｇにより発電した電力を得ることができるので、石炭ガスが保有する熱エネルギーは、その一部が電力に変換されたことになる。
タービン５３を回転させた後の燃焼排ガスは、まだ高温で十分な熱エネルギーを保有しているので、排熱回収ボイラ７０へ導かれて蒸気の発生に使用される。すなわち、排熱回収ボイラ７０では、燃焼排ガスが保有する排熱を回収して蒸気の生成に使用する。
【００２９】
排熱回収ボイラ７０で発生させた蒸気は、蒸気タービン８０に供給されてタービンの駆動に使用される。こうして得られた蒸気タービン８０の軸出力は、発電機Ｇの駆動に使用される。この結果、発電機Ｇにより発電した電力を得ることができるので、石炭ガスが保有する熱エネルギーは、その一部が電力に変換されたことになる。
ところで、図２に示す構成例では、ガスタービン設備５０及び蒸気タービン８０が同じ発電機Ｇを駆動しているが、それぞれ専用の発電機Ｇを駆動して発電してもよい。
【００３０】
また、図２に示す構成例において、図中の符号８１は蒸気タービンを駆動した蒸気の復水器、９０は可燃性気体成分や不活性ガスを焼却処理するフレア設備、９１は排熱回収ボイラ７０で蒸気生成に使用した燃焼排ガスを大気へ放出する煙突である。
また、図２に示す構成例において、図中の符号９２は空気分離設備であり、ここで得られた酸素は石炭ガス化炉１０に投入する空気と混合され、窒素は微粉炭搬送用の不活性ガスとして使用される。
【００３１】
ここで、図１に示す系統図は、未燃分回収設備３０を備えた石炭ガス化炉１０の装置構成例を示すものであり、図２に示した石炭ガス化複合発電設備１の一部を拡大した図である。従って、同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図示した機器数の相違等については、たとえば微粉炭供給ホッパ２５の設置数等の相違については、特に意味があるものではなく、諸条件に応じて適宜変更可能である。
【００３２】
未燃分搬送ライン３４には、搬送中のチャーを冷却する熱交換器３５と、搬送中のチャーを減圧する減圧弁（減圧装置）３６と、減圧後のチャーを貯蔵して粉砕装置部２０に所定量を供給するチャーバンカ２８とが設けられている。
チャーバンカ２８は、回収したチャーを貯蔵しておくとともに、粉砕装置部２０の微粉炭機２２に定量フィーダ等を用いて適量を供給する。すなわち、本実施形態の微粉炭機２２は、石炭バンカ２１から供給される石炭と、チャーバンカ２８から供給されるチャーとを混合して粉砕する。
【００３３】
熱交換器３５は、搬送中のチャーを冷却して荒熱を除去する熱交換器であり、たとえば蒸気等が冷媒として使用される。図示の構成例では、直列に２台の熱交換器３５を設置しているが、特に限定されることはない。
減圧弁３６は、大気圧（常圧）のチャーバンカ２８へチャーを貯蔵するため、窒素ガス等の不活性ガスによる気流搬送中のチャーを減圧するものである。
【００３４】
このように構成された石炭ガス化炉１０は、チャーバンカ２８が冷却及び減圧後のチャーを貯蔵して大気圧の粉砕装置部２０へ供給する。従って、従来の未燃分回収設備において必要だった圧力容器、すなわちチャーを高圧の石炭ガス化炉１０内へ投入するために必要だったチャー供給ホッパと呼ばれる高価な圧力容器が不要となる。さらに、配管反力をキャンセルする特殊なエキスパンションや、ホッパ重量計測のための特殊架構も不要になるので、これによる利点も大きなものとなる。なお、チャーバンカ２８が追加となるが、圧力容器ではないため安価な機器である。
【００３５】
さらに、チャーバンカ２８内のチャーは、石炭ガス化炉１０内へ直接供給するのではなく、粉砕装置部２０へ供給されるものであるから、石炭ガス化炉１０内へチャーを投入するチャーバーナ及びチャーバーナに付属する配管設備も不要になる。こうしてチャーバーナが不要になると、石炭ガス化炉１０の周囲構造が簡素化され、圧力容器である石炭ガス化炉１０の貫通部も減少するので、メンテナンス費の低減が可能になる。
【００３６】
また、チャーバンカ２８は、保温及び密封された構造の容器である。そして、チャーバンカ２８は、窒素ガスのような不活性ガスを注入することにより、容器内部に存在する可燃性ガスを容器外へ排出するように構成されている。すなわち、チャーバンカ２８の内部には、チャーとともに可燃性気体成分が存在するので、容器外から不活性ガス（パージガス）を注入することにより、可燃性ガスを不活性ガスとともに容器外へ流出させれば、容器内を自発火等が生じない安全な雰囲気に保つことができる。
【００３７】
この場合の不活性ガス注入は、チャーバンカ２８の容器内に少量の不活性ガスを連続注入することが望ましい。このような不活性ガスの少量連続注入を行うと、不活性ガスの使用量を最小限に抑えて可燃性ガスを流出させ、容器内の雰囲気を常に安全な状態に維持することが可能になる。
また、チャーバンカ２８の容器外へ流出した可燃性気体成分は、不活性ガスとともにフレア設備９０で焼却処理すればよい。
【００３８】
同様に、上述した本実施形態の石炭ガス化炉１０を備えた石炭ガス化複合発電設備１においても、石炭ガス化炉１０のチャーバンカ２８が、冷却及び減圧後のチャーを貯蔵することになるので、従来必要だった高価な圧力容器のチャー供給ホッパは不要となる。
また、チャーバンカ２８内のチャーは、石炭ガス化炉１０へ直接供給するのではなく、粉砕装置部２０へ供給されることになるので、チャーバーナ及び付属の配管設備も不要になって装置構成が簡素化される。
【００３９】
そして、上述した石炭ガス化炉１０においてチャーを回収する場合、すなわち、粉砕装置部２０で石炭を粉砕して得られた微粉炭を石炭ガス化炉１０の炉内で加熱して熱分解によりガス化させ、生成した石炭ガス中に含まれるチャーを回収して再利用する未燃分回収設備部３０を備えている石炭ガス化炉１０の未燃分回収方法は、以下の工程順に実施すればよい。
【００４０】
本実施形態の未燃分を回収する工程は、未燃分回収設備部３０の未燃分分離回収部において、石炭ガス中からチャーを分離させて回収する未燃分分離回収工程の後工程である。
従って、未燃分分離回収工程を実施した後、未燃分分離回収部のチャービン３３から粉砕装置部２０へチャーを搬送する未燃分移送ライン３４のチャー搬送工程中において、熱交換器３５でチャーを冷却する冷却工程と、搬送中のチャーを減圧弁３６で減圧する減圧工程と、減圧後のチャーをチャーバンカ２８に貯蔵して粉砕装置部２０に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程とが順次実施される。
【００４１】
このような未燃分回収方法を採用すれば、冷却及び減圧後のチャーをチャーバンカ２８に貯蔵し、所定量を大気圧の粉砕装置部２０へ供給することができるため、未燃分回収設備３０の未燃分分離回収部には、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、設備構成を複雑にするチャーバーナ及び付属の配管設備が不要になる。
【００４２】
また、上述した未燃分貯蔵・分配工程では、保温及び密封された構造のチャーバンカ２８内に窒素ガス等の不活性ガスを注入して内部の可燃性ガスを排出すると、容器内の可燃性気体成分が不活性ガスとともに容器外へ流出するので、容器内を安全な雰囲気に保つことができる。この場合、不活性ガスをチャーバンカ２８内に少量連続注入するものとし、不活性ガスとともに容器外へ流出した可燃性気体成分は、フレア設備９０に導いて焼却処理される。
【００４３】
このように、上述した本実施形態によれば、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、装置構成を複雑にするチャーバーナが不要になるので、未燃分回収設備３０が安価で簡略化した構成となる。従って、安価で簡略化した構成の未燃分回収設備３０が構成要素となる石炭ガス化炉１０及び石炭ガス化複合発電設備１についても、設備費の低減だけでなく、装置構成の簡略化によりメンテナンスの費用も低減できる。
【００４４】
また、乾燥して比較的温度の高いチャーを粉砕装置部２０に供給するので、チャーにより石炭の水分が分散されるとともに熱を供給することになる。従って、粉砕する石炭を乾燥させる乾燥エネルギーを低減できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 石炭ガス化複合発電設備
１０ 石炭ガス化炉
１１ ガス化炉本体
２０ 粉砕装置部
２１ 石炭バンカ
２２ 微粉炭機
２３ バグフィルタ
２４ ビン
２５ 微粉炭供給ホッパ
２８ チャーバンカ（未燃分貯蔵部）
３０ 未燃分回収設備部
３１ サイクロン（未燃分分離回収部）
３２ ポーラスフィルタ（未燃分分離回収部）
３３ チャービン（未燃分分離回収部）
３４ 未燃分移送ライン
３５ 熱交換器
３６ 減圧弁（減圧装置）
５０ ガスタービン設備
７０ 排熱回収ボイラ
８０ 蒸気タービン
Ｇ 発電機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭等の炭素質固体をガス化するガス化炉及びガス化複合発電設備に係り、特に、空気吹きの石炭ガス化炉等に好適な未燃分回収技術に関する。
また、本発明は、炭素質固体をガス化するガス化炉の未燃分回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば石炭ガス化炉のようなガス化炉は、微粉炭やその他の炭素質固体を加熱して、熱分解によりガス化させる装置である。このような石炭ガス化炉等のガス化炉には、酸素吹き及び空気吹きの方式が存在する。
また、ガス化複合発電設備は、たとえば石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉で生成したガスを燃料にしてガスタービンを駆動させるとともに、ガス化炉内の熱やガスタービン排ガスより発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動させてコンバインドサイクルの発電を行うものである。
【０００３】
すなわち、石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉から供給されるガスを燃料にして運転されるガスタービンが発電機を駆動して発電し、さらに、ガスタービンから排出される燃焼排ガス中の排熱を回収して蒸気を発生させ、この蒸気により運転される蒸気タービンが発電機を駆動して発電する。従って、石炭ガス化複合発電設備は、石炭ガス化炉で生成したガスが保有する熱エネルギーを有効利用し、ガスタービン及び蒸気タービンにより発電機を駆動して複合的に発電する高効率の発電設備となる。
【０００４】
上述した石炭ガス化炉においては、生成ガス中に粉体・粒子状の炭素含有物質である未燃分（以下、「チャー」と呼ぶ）が含まれており、生成ガスからチャーを回収することが必要になるため、チャーを含有する生成ガスから粉体のチャーを回収するチャー回収設備（未燃分回収設備）を備えている。
酸素吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、チャーの混じった生成ガスを水に通すことにより、チャーを除去する場合がある。
【０００５】
これに対し、空気吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、たとえば下記の特許文献１及び２に示すように、サイクロンやフィルタで生成ガス中から分離したチャーを直接ガス化炉に戻すなどして、リサイクルするように構成されている。すなわち、空気吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、熱分解により生じる未燃焼のチャーを回収し、このチャーを石炭ガス化炉で燃焼させて高温還元ガス源として再利用するものである。
この場合、高圧状態にあるガス化炉へチャーを投入するためには、チャー供給ホッパで加圧することが必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０６７６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１２０１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、酸素吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、チャー回収により大量のチャーを含む排水が発生するため、その処理には膨大な手間とコストを要している。
一方、空気吹き石炭ガス化炉のチャー回収設備は、排水処理が不要の設備である。しかし、チャーを高圧のガス化炉内へ投入するためには、チャー供給側を高圧にする必要がある。このため、従来のチャー回収設備は、高温での耐腐食性を備えたチャー供給ホッパと呼ばれる高価な圧力容器を必要とし、しかも、チャーをガス化炉内へ直接投入する場合には、設備構成を複雑にするチャーバーナ及び付属の配管設備も必要になる。
【０００８】
このような背景から、空気吹き石炭ガス化炉のようなガス化炉においては、高価で複雑な構成の未燃分回収設備（チャー回収設備）を改良して簡素化することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価で簡略化した構成の未燃分回収設備を備えた石炭ガス化炉等のガス化炉、ガス化複合発電設備及びガス化炉の未燃分回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガス化炉は、粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉であって、前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器と、搬送中の未燃分を減圧する減圧装置と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵部と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような本発明のガス化炉によれば、未燃分回収設備部が、生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器と、搬送中の未燃分を減圧する減圧装置と、減圧後の未燃分を貯蔵して粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵部と、未燃分分離回収部から粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインと、を備えているので、未燃分貯蔵部は、冷却及び減圧後の未燃分を貯蔵して大気圧の粉砕装置部へ供給することとなる。従って、従来の未燃分回収設備においては、未燃分を高圧のガス化炉内へ投入するために必要だったチャー供給ホッパと呼ばれる高価な圧力容器が不要となる。
また、未燃分貯蔵部内の未燃分は、従来のようにガス化炉へ直接供給するのではなく、粉砕装置部へ供給することとなるから、ガス化炉内へ未燃分を投入するチャーバーナ及び付属の配管設備も不要になる。
【００１１】
上記発明のガス化炉において、前記未燃分貯蔵部は、保温及び密封された構造とされ、かつ、不活性ガスの注入により内部の可燃性ガスを排出するように構成されていることが好ましく、これにより、未燃分とともに存在する未燃分貯蔵部内の可燃性気体成分は、注入した不活性ガス（パージガス）とともに容器外へ流出するので、未燃分貯蔵部内を安全な雰囲気に保つことができる。この場合、未燃分貯蔵部に対して不活性ガスを少量連続注入することが望ましく、容器外へ流出した可燃性気体成分は、不活性ガスとともに焼却処理すればよい。
【００１２】
本発明に係るガス化複合発電設備は、請求項１または２に記載のガス化炉と、前記ガス化炉から供給される生成ガスを燃料にして運転され発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを導入して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気により運転され発電機を駆動する蒸気タービンと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明のガス化複合発電設備によれば、請求項１または２に記載のガス化炉を備えているので、ガス化炉の未燃分貯蔵部は、冷却及び減圧後の未燃分を貯蔵することになるので、従来必要だった高価な圧力容器のチャー供給ホッパは不要となる。また、未燃分貯蔵部内の未燃分は、ガス化炉へ直接供給するのではなく、粉砕装置部へ供給されるものであるから、チャーバーナ及び付属の配管設備も不要になる。
【００１４】
本発明に係るガス化炉の未燃分回収方法は、粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉の未燃分回収方法であって、前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、前記未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えていることを特徴とするものである。
すなわち、前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程の後工程として、未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、同搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
このような本発明のガス化炉の未燃分回収方法によれば、未燃分回収設備部は、生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程の後工程として、未燃分分離回収部から粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、同搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えているので、冷却及び減圧後の未燃分を貯蔵し、所定量を大気圧の粉砕装置部へ供給することができる。このため、未燃分回収設備は、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、設備構成を複雑にするチャーバーナ及び付属の配管設備が不要になる。
【００１６】
上記発明のガス化炉の未燃分回収方法においては、前記未燃分分離回収工程を実施した後、前記冷却工程、前記減圧工程、前記未燃分貯蔵・分配工程、を順次実施することが好ましい。
上記発明のガス化炉の未燃分回収方法において、前記未燃分貯蔵・分配工程は、保温及び密封された構造の未燃分貯蔵容器内に不活性ガスを注入して内部の可燃性ガスを排出することが好ましく、これにより、未燃分とともに存在する未燃分貯蔵部内の可燃性気体成分が、注入した不活性ガス（パージガス）とともに容器外へ流出するので、未燃分貯蔵部内を安全な雰囲気に保つことができる。この場合、未燃分貯蔵部に対して不活性ガスを少量連続注入することが望ましく、容器外へ流出した可燃性気体成分は、不活性ガスとともに焼却処理すればよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明によれば、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、装置構成を複雑にするチャーバーナを不要にするので、未燃分回収設備が安価になるとともに、簡略化した構成とすることが可能になる。従って、安価で簡略化した構成の未燃分回収設備が構成要素となるガス化炉及びガス化複合発電設備についても、設備費の低減に加えて、装置構成の簡略化によりメンテナンス費を低減することも可能になる。
また、乾燥して比較的温度の高い未燃分を粉砕装置に供給するので、炭素質固体の水分が分散するとともに熱を供給することになるため、炭素質固体を乾燥させる乾燥エネルギーを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るガス化炉の一実施形態として、未燃分回収設備を備えた石炭ガス化炉の装置構成例を示す系統図である。
【図２】従来の未燃分回収設備を備えたガス化炉及びガス化複合発電設備の構成例として、石炭ガス化複合発電設備の装置構成例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るガス化炉、ガス化複合発電設備及びガス化炉の未燃分回収方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、ガス化する炭素質固体を石炭とし、石炭をガス化する石炭ガス化炉及びこの石炭ガス化炉で生成したガスを燃料に用いて発電する石炭ガス化複合発電設備について説明するが、これに限定されることはない。
図２に示す石炭ガス化複合発電設備１は、石炭（炭素質固体）の微粒を炉内で加熱して熱分解によりガス化させる石炭ガス化炉１０と、石炭ガス化炉１０から供給される生成ガス（石炭ガス）を燃料にして運転され発電機Ｇを駆動するガスタービン設備５０と、ガスタービン設備５０から排出される燃焼排ガスを導入して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ７０と、排熱回収ボイラ７０から供給される蒸気により運転され発電機Ｇを駆動する蒸気タービン８０とを備えている。
【００２０】
石炭ガス化炉１０は、粉砕装置部２０で粉砕した石炭の微粒（以下、「微粉炭」と呼ぶ）をガス化炉本体１１の炉内で加熱し、熱分解によりガス化させて生成した石炭ガス中に含まれる未燃分（チャー）を回収して再利用する未燃分回収設備部３０を備えている。本実施形態の石炭ガス化炉１０は空気吹きであり、従って、微粉炭を部分酸化させるためのガス化剤として、酸素ではなく空気が用いられている。
【００２１】
粉砕装置部２０は、燃料となる石炭（原炭）を粉砕（微粒子化）して微粉炭を製造するとともに、製造した微粉炭を気体搬送により石炭ガス化炉１０へ供給する装置である。
この粉砕装置部２０は、石炭を貯蔵しておく石炭バンカ２１と、石炭バンカ２１から供給される石炭を粉砕して微粉炭を製造する微粉炭機（ミル）２２と、微粉炭と気体搬送用の不活性ガスとを分離するバグフィルタ２３と、気体分離後の微粉炭を一時的に貯蔵しておくビン２４と、所定量の微粉炭を石炭ガス化炉１０のガス化炉本体１１へ供給する微粉炭供給ホッパ２５とを備えている。
【００２２】
この場合、微粉炭の気体搬送には、排熱回収ボイラ７０から微粉炭機２２に供給される微粉炭乾燥用の高温気体が使用され、たとえば窒素ガスのような不活性ガスが用いられている。
また、図中の符号２６は微粉炭乾燥ブロワであり、バグフィルタ２３で分離した不活性ガスを吸引して排熱回収ボイラへ送出する機能を有しており、図中の符号２７は空気圧縮機であり、空気吹きの石炭ガス化炉１０に供給する空気を昇圧する機能を有している。この場合、空気圧縮機２７は、後述するガスタービン設備５０の圧縮機５１で外気を圧縮した圧縮空気の一部を導入し、高圧の炉内に供給可能な圧力まで昇圧するブースタとして設けられている。
【００２３】
ガス化炉本体１１は、コンバスタやリダクタ等を具備し、微粉炭を加熱してガス化するための反応炉である。ガス化炉本体１１では、投入した微粉炭が熱分解してチャーを含む石炭ガス及びスラグとなる。一方の石炭ガスは、ガス化炉本体１１の下流側に設けられた未燃分回収設備部３０へ導かれ、残ったスラグは、ガス化炉本体１１の外部に排出して回収される。
ガス化炉本体１１で発生した石炭ガスは、下流側に設けたシンガスクーラー（ＳＧＣ）１２を通過する。このシンガスクーラー１２は、石炭ガスが保有する熱を利用して、蒸気タービン８０を駆動する蒸気の一部を発生させる。
【００２４】
未燃分回収設備部３０は、たとえば図１に示すように、生成ガスである石炭ガス中から未燃分のチャーを分離させて回収する未燃分分離回収部（サイクロン３１、ポーラスフィルタ３２及びチャービン３３）と、この未燃分分離回収部から粉砕装置部２０に設けたチャーバンカ（未燃分貯蔵部）２８までチャーを搬送する未燃分移送ライン３４とを備えている。
シンガスクーラー１２を通過して温度低下した石炭ガスは、最初にサイクロン３１を通過することで、気体の石炭ガスと粒子状のチャーとが分離される。このサイクロン３１で石炭ガスから分離されたチャーは、比較的大きな粒子径を有するものである。こうして分離されたチャーは、チャービン３３に回収される。
【００２５】
一方、サイクロン３１でチャーを除去した石炭ガスは、サイクロン３１の下流側に設置されたポーラスフィルタ３２に導かれる。このポーラスフィルタ３２は、フィルタを用いることにより、サイクロン３１で分離されなかった石炭ガス中の微細チャーを回収する設備である。こうしてポーラスフィルタ３２で分離された微細チャーは、サイクロン３１で分離したチャーと同様に、チャービン３３に回収される。
【００２６】
そして、チャービン３３に回収したチャーは、後述する未燃分移送ライン３４を通って粉砕装置部２０のチャーバンカ（未燃分貯蔵部）２８へ供給される。
一方、ポーラスフィルタ３２で微細チャーを除去された石炭ガスは、下流側に設けたガス精製設備４０に導かれ、ここで脱硫処理された後にガスタービン設備５０の燃料として使用される。
【００２７】
ガスタービン設備５０は、外気を圧縮する圧縮機５１と、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器５２と、燃焼ガスが保有する熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するタービン５３とを備えている。
燃焼器５２では、石炭ガス化炉１０から供給される石炭ガスを燃料とし、圧縮機５１から供給される圧縮空気を用いて燃焼させる。こうして得られた高温の燃焼ガスがタービン５３に供給されると、タービン５３を回転させることにより、圧縮機５１の駆動力やガスタービン設備５０の軸出力が得られる。
【００２８】
ガスタービン設備５０の軸出力は、発電機Ｇの駆動に使用される。この結果、発電機Ｇにより発電した電力を得ることができるので、石炭ガスが保有する熱エネルギーは、その一部が電力に変換されたことになる。
タービン５３を回転させた後の燃焼排ガスは、まだ高温で十分な熱エネルギーを保有しているので、排熱回収ボイラ７０へ導かれて蒸気の発生に使用される。すなわち、排熱回収ボイラ７０では、燃焼排ガスが保有する排熱を回収して蒸気の生成に使用する。
【００２９】
排熱回収ボイラ７０で発生させた蒸気は、蒸気タービン８０に供給されてタービンの駆動に使用される。こうして得られた蒸気タービン８０の軸出力は、発電機Ｇの駆動に使用される。この結果、発電機Ｇにより発電した電力を得ることができるので、石炭ガスが保有する熱エネルギーは、その一部が電力に変換されたことになる。
ところで、図２に示す構成例では、ガスタービン設備５０及び蒸気タービン８０が同じ発電機Ｇを駆動しているが、それぞれ専用の発電機Ｇを駆動して発電してもよい。
【００３０】
また、図２に示す構成例において、図中の符号８１は蒸気タービンを駆動した蒸気の復水器、９０は可燃性気体成分や不活性ガスを焼却処理するフレア設備、９１は排熱回収ボイラ７０で蒸気生成に使用した燃焼排ガスを大気へ放出する煙突である。
また、図２に示す構成例において、図中の符号９２は空気分離設備であり、ここで得られた酸素は石炭ガス化炉１０に投入する空気と混合され、窒素は微粉炭搬送用の不活性ガスとして使用される。
【００３１】
ここで、図１に示す系統図は、未燃分回収設備３０を備えた石炭ガス化炉１０の装置構成例を示すものであり、図２に示した石炭ガス化複合発電設備１の一部を拡大した図である。従って、同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図示した機器数の相違等については、たとえば微粉炭供給ホッパ２５の設置数等の相違については、特に意味があるものではなく、諸条件に応じて適宜変更可能である。
【００３２】
未燃分搬送ライン３４には、搬送中のチャーを冷却する熱交換器３５と、搬送中のチャーを減圧する減圧弁（減圧装置）３６と、減圧後のチャーを貯蔵して粉砕装置部２０に所定量を供給するチャーバンカ２８とが設けられている。
チャーバンカ２８は、回収したチャーを貯蔵しておくとともに、粉砕装置部２０の微粉炭機２２に定量フィーダ等を用いて適量を供給する。すなわち、本実施形態の微粉炭機２２は、石炭バンカ２１から供給される石炭と、チャーバンカ２８から供給されるチャーとを混合して粉砕する。
【００３３】
熱交換器３５は、搬送中のチャーを冷却して荒熱を除去する熱交換器であり、たとえば蒸気等が冷媒として使用される。図示の構成例では、直列に２台の熱交換器３５を設置しているが、特に限定されることはない。
減圧弁３６は、大気圧（常圧）のチャーバンカ２８へチャーを貯蔵するため、窒素ガス等の不活性ガスによる気流搬送中のチャーを減圧するものである。
【００３４】
このように構成された石炭ガス化炉１０は、チャーバンカ２８が冷却及び減圧後のチャーを貯蔵して大気圧の粉砕装置部２０へ供給する。従って、従来の未燃分回収設備において必要だった圧力容器、すなわちチャーを高圧の石炭ガス化炉１０内へ投入するために必要だったチャー供給ホッパと呼ばれる高価な圧力容器が不要となる。さらに、配管反力をキャンセルする特殊なエキスパンションや、ホッパ重量計測のための特殊架構も不要になるので、これによる利点も大きなものとなる。なお、チャーバンカ２８が追加となるが、圧力容器ではないため安価な機器である。
【００３５】
さらに、チャーバンカ２８内のチャーは、石炭ガス化炉１０内へ直接供給するのではなく、粉砕装置部２０へ供給されるものであるから、石炭ガス化炉１０内へチャーを投入するチャーバーナ及びチャーバーナに付属する配管設備も不要になる。こうしてチャーバーナが不要になると、石炭ガス化炉１０の周囲構造が簡素化され、圧力容器である石炭ガス化炉１０の貫通部も減少するので、メンテナンス費の低減が可能になる。
【００３６】
また、チャーバンカ２８は、保温及び密封された構造の容器である。そして、チャーバンカ２８は、窒素ガスのような不活性ガスを注入することにより、容器内部に存在する可燃性ガスを容器外へ排出するように構成されている。すなわち、チャーバンカ２８の内部には、チャーとともに可燃性気体成分が存在するので、容器外から不活性ガス（パージガス）を注入することにより、可燃性ガスを不活性ガスとともに容器外へ流出させれば、容器内を自発火等が生じない安全な雰囲気に保つことができる。
【００３７】
この場合の不活性ガス注入は、チャーバンカ２８の容器内に少量の不活性ガスを連続注入することが望ましい。このような不活性ガスの少量連続注入を行うと、不活性ガスの使用量を最小限に抑えて可燃性ガスを流出させ、容器内の雰囲気を常に安全な状態に維持することが可能になる。
また、チャーバンカ２８の容器外へ流出した可燃性気体成分は、不活性ガスとともにフレア設備９０で焼却処理すればよい。
【００３８】
同様に、上述した本実施形態の石炭ガス化炉１０を備えた石炭ガス化複合発電設備１においても、石炭ガス化炉１０のチャーバンカ２８が、冷却及び減圧後のチャーを貯蔵することになるので、従来必要だった高価な圧力容器のチャー供給ホッパは不要となる。
また、チャーバンカ２８内のチャーは、石炭ガス化炉１０へ直接供給するのではなく、粉砕装置部２０へ供給されることになるので、チャーバーナ及び付属の配管設備も不要になって装置構成が簡素化される。
【００３９】
そして、上述した石炭ガス化炉１０においてチャーを回収する場合、すなわち、粉砕装置部２０で石炭を粉砕して得られた微粉炭を石炭ガス化炉１０の炉内で加熱して熱分解によりガス化させ、生成した石炭ガス中に含まれるチャーを回収して再利用する未燃分回収設備部３０を備えている石炭ガス化炉１０の未燃分回収方法は、以下の工程順に実施すればよい。
【００４０】
本実施形態の未燃分を回収する工程は、未燃分回収設備部３０の未燃分分離回収部において、石炭ガス中からチャーを分離させて回収する未燃分分離回収工程の後工程である。
従って、未燃分分離回収工程を実施した後、未燃分分離回収部のチャービン３３から粉砕装置部２０へチャーを搬送する未燃分移送ライン３４のチャー搬送工程中において、熱交換器３５でチャーを冷却する冷却工程と、搬送中のチャーを減圧弁３６で減圧する減圧工程と、減圧後のチャーをチャーバンカ２８に貯蔵して粉砕装置部２０に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程とが順次実施される。
【００４１】
このような未燃分回収方法を採用すれば、冷却及び減圧後のチャーをチャーバンカ２８に貯蔵し、所定量を大気圧の粉砕装置部２０へ供給することができるため、未燃分回収設備３０の未燃分分離回収部には、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、設備構成を複雑にするチャーバーナ及び付属の配管設備が不要になる。
【００４２】
また、上述した未燃分貯蔵・分配工程では、保温及び密封された構造のチャーバンカ２８内に窒素ガス等の不活性ガスを注入して内部の可燃性ガスを排出すると、容器内の可燃性気体成分が不活性ガスとともに容器外へ流出するので、容器内を安全な雰囲気に保つことができる。この場合、不活性ガスをチャーバンカ２８内に少量連続注入するものとし、不活性ガスとともに容器外へ流出した可燃性気体成分は、フレア設備９０に導いて焼却処理される。
【００４３】
このように、上述した本実施形態によれば、チャー供給ホッパのように高価な圧力容器や、装置構成を複雑にするチャーバーナが不要になるので、未燃分回収設備３０が安価で簡略化した構成となる。従って、安価で簡略化した構成の未燃分回収設備３０が構成要素となる石炭ガス化炉１０及び石炭ガス化複合発電設備１についても、設備費の低減だけでなく、装置構成の簡略化によりメンテナンスの費用も低減できる。
【００４４】
また、乾燥して比較的温度の高いチャーを粉砕装置部２０に供給するので、チャーにより石炭の水分が分散されるとともに熱を供給することになる。従って、粉砕する石炭を乾燥させる乾燥エネルギーを低減できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 石炭ガス化複合発電設備
１０ 石炭ガス化炉
１１ ガス化炉本体
２０ 粉砕装置部
２１ 石炭バンカ
２２ 微粉炭機
２３ バグフィルタ
２４ ビン
２５ 微粉炭供給ホッパ
２８ チャーバンカ（未燃分貯蔵部）
３０ 未燃分回収設備部
３１ サイクロン（未燃分分離回収部）
３２ ポーラスフィルタ（未燃分分離回収部）
３３ チャービン（未燃分分離回収部）
３４ 未燃分移送ライン
３５ 熱交換器
３６ 減圧弁（減圧装置）
５０ ガスタービン設備
７０ 排熱回収ボイラ
８０ 蒸気タービン
Ｇ 発電機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉であって、
前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器と、搬送中の未燃分を減圧する減圧装置と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵部と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインと、を備えていることを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
前記未燃分貯蔵部は、保温及び密封された構造とされ、かつ、不活性ガスの注入により内部の可燃性ガスを排出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス化炉と、前記ガス化炉から供給される生成ガスを燃料にして運転され発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを導入して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気により運転され発電機を駆動する蒸気タービンと、を備えていることを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項４】
粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉の未燃分回収方法であって、
前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、前記未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えていることを特徴とするガス化炉の未燃分回収方法。
【請求項５】
前記未燃分分離回収工程を実施した後、前記冷却工程、前記減圧工程、前記未燃分貯蔵・分配工程、を順次実施することを特徴とする請求項４に記載のガス化炉の未燃分回収方法。
【請求項６】
前記未燃分貯蔵・分配工程は、保温及び密封された構造の未燃分貯蔵容器内に不活性ガスを注入して内部の可燃性ガスを排出することを特徴とする請求項４に記載のガス化炉の未燃分回収方法。
【請求項１】
粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉であって、
前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収部と、搬送中の未燃分を冷却する熱交換器と、搬送中の未燃分を減圧する減圧装置と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵部と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインと、を備えていることを特徴とするガス化炉。
【請求項２】
前記未燃分貯蔵部は、保温及び密封された構造とされ、かつ、不活性ガスの注入により内部の可燃性ガスを排出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス化炉。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス化炉と、前記ガス化炉から供給される生成ガスを燃料にして運転され発電機を駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排出される燃焼排ガスを導入して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから供給される蒸気により運転され発電機を駆動する蒸気タービンと、を備えていることを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項４】
粉砕装置部で粉砕した炭素質固体の微粒を、炉内で加熱して熱分解させることによりガスを生成し、該生成ガス中の未燃分を回収して再利用する未燃分回収設備部を備えているガス化炉の未燃分回収方法であって、
前記未燃分回収設備部は、前記生成ガス中から未燃分を分離させて回収する未燃分分離回収工程と、前記未燃分分離回収部から前記粉砕装置部へ未燃分を搬送する未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を冷却する冷却工程と、前記未燃分移送ラインの搬送工程中の未燃分を減圧する減圧工程と、減圧後の未燃分を貯蔵して前記粉砕装置部に所定量を供給する未燃分貯蔵・分配工程と、を備えていることを特徴とするガス化炉の未燃分回収方法。
【請求項５】
前記未燃分分離回収工程を実施した後、前記冷却工程、前記減圧工程、前記未燃分貯蔵・分配工程、を順次実施することを特徴とする請求項４に記載のガス化炉の未燃分回収方法。
【請求項６】
前記未燃分貯蔵・分配工程は、保温及び密封された構造の未燃分貯蔵容器内に不活性ガスを注入して内部の可燃性ガスを排出することを特徴とする請求項４に記載のガス化炉の未燃分回収方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１８０４３０（Ｐ２０１２−１８０４３０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３２９６（Ｐ２０１１−４３２９６）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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