チャー回収装置
【課題】チャー回収装置において、設備コストやランニングコストの増加を抑制可能とする。
【解決手段】石炭ガス化炉１２から可燃性ガスを排出するガス生成ライン３８に第１サイクロン４１を連結し、この第１サイクロン４１における第１ガス排出ライン４６に第２サイクロン４２を連結する一方、第１サイクロン４１における第１チャー排出ライン４７及び第２サイクロン４２における第２チャー排出ライン４９にビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂを連結し、第２チャー排出ライン４９に第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを貯留可能であると共に貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能なチャー貯留排出部４３を設ける。
【解決手段】石炭ガス化炉１２から可燃性ガスを排出するガス生成ライン３８に第１サイクロン４１を連結し、この第１サイクロン４１における第１ガス排出ライン４６に第２サイクロン４２を連結する一方、第１サイクロン４１における第１チャー排出ライン４７及び第２サイクロン４２における第２チャー排出ライン４９にビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂを連結し、第２チャー排出ライン４９に第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを貯留可能であると共に貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能なチャー貯留排出部４３を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電設備に用いられるチャー回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【０００３】
従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、石炭ガス化炉、チャー回収装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置を有している。従って、石炭ガス化炉に対して、給炭装置により石炭（微粉炭）が供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスは、チャー回収装置にて、石炭の未燃分（チャー）が除去されてからガス精製され、ガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。
【０００４】
上述した石炭ガス化複合発電設備におけるチャー回収装置は、石炭ガス化炉から排出された生成ガスに含まれるチャーを回収し、リサイクル装置を用いて石炭ガス化炉に戻している。このチャー回収装置は、従来、サイクロンとフィルタを組み合わせた精密集塵装置により構成され、直径がミクロン単位の微粒チャーまで回収し、回収したチャーは、ビンを介してホッパに集められ、配管を通して石炭ガス化炉に戻される。このような従来のチャー回収装置は、例えば、下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０６３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のチャー回収装置は、上述したように、サイクロンとフィルタを組み合わせた精密集塵装置により構成されており、フィルタにより微粒チャーを回収可能としている。ところが、フィルタは、設備コストが高く、目詰まりを防止するために定期的なメンテナンス（逆洗処理など）が必要となり、ランニングコストが増加してしまうという問題がある。また、ビンからフィルタ側へのガスの逆流を防止するために、フィルタの下部にロータリバルブを設ける必要があり、この点でもコスト高を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、設備コストやランニングコストの増加を抑制可能とするチャー回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明のチャー回収装置は、石炭をガス化して生成された生成ガスから石炭の未燃分を回収するチャー回収装置であって、生成ガスの生成ラインに連結される第１サイクロンと、該第１サイクロンにおける第１ガス排出ラインに連結される第２サイクロンと、前記第１サイクロンにおける第１未燃分排出ライン及び前記第２サイクロンにおける第２未燃分排出ラインに連結される未燃分貯留部と、前記第２未燃分排出ラインに設けられて前記第２サイクロンで分離された未燃分を貯留可能であると共に貯留した未燃分を所定量だけ前記未燃分貯留部へ排出可能な未燃分貯留排出手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、生成ガスを第１サイクロン及び第２サイクロンにより処理して石炭の未燃分を回収することで、フィルタを不要として設備コストやランニングコストの増加を抑制することが可能となる。また、第２未燃分排出ラインに未燃分貯留排出手段を設けることで、第２サイクロンで分離された未燃分を貯留し、この貯留した未燃分を所定量だけ未燃分貯留部へ排出することで、未燃分貯留部から第２サイクロン側への未燃分の逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
【００１０】
本発明のチャー回収装置では、前記未燃分貯留排出手段は、前記第２未燃分排出ライン上に直列に接続された第１ホッパ及び第２ホッパと、前記第２未燃分排出ライン上で下流側に位置する第２ホッパの入口部及び出口部に設けられる入口開閉弁及び出口開閉弁とを有することを特徴としている。
【００１１】
従って、未燃分貯留排出手段を２つのホッパと入口開閉弁及び出口開閉弁により構成することで、装置を簡素化することができると共に、入口開閉弁と出口開閉弁の開閉動作により第２サイクロンで分離された未燃分を貯留し、所定量の未燃分を未燃分貯留部へ排出することができ、未燃分貯留部から第２サイクロン側への未燃分の逆流を適正に防止することができる。
【００１２】
本発明のチャー回収装置では、前記未燃分貯留排出手段は、前記第２ホッパに堆積した未燃分の堆積量を検出する未燃分堆積量検出部と、該未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量に応じて前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁を開閉制御する制御部とを有することを特徴としている。
【００１３】
従って、制御部が入口開閉弁を開放すると共に出口開閉弁を閉止すると、第２サイクロンで分離された未燃分が第１ホッパを通って第２ホッパに堆積し、制御部は、第２ホッパに堆積した未燃分の堆積量が所定量となったら、入口開閉弁を閉止すると共に出口開閉弁を開放し、第２サイクロンで分離された未燃分を第１ホッパに堆積し、第２ホッパに堆積した未燃分を払い出すこととなり、未燃分を常時未燃分貯留部へ適正に排出することができる。
【００１４】
本発明のチャー回収装置では、前記第１ガス排出ラインと前記未燃分貯留部との間で圧力を均一化させる均圧ラインと、該均圧ラインでガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段とが設けられることを特徴としている。
【００１５】
従って、均圧ラインにより第１ガス排出ラインと未燃分貯留部との間で圧力が均一化されることで、第１サイクロンで分離された粗粒の未燃分が第１チャー排出ラインで適切に整流されて未燃分貯留部に払い出されることとなり、ここでの未燃分を含むガスの逆流が防止され、第１サイクロンにおける集塵効率を向上することができる。また、この均圧ラインでは、未燃分貯留部から第１ガス排出ラインへの未燃分を含むガスの逆流が発生しやすいが、凝集手段によりガス流れに随伴する未燃分の粒子が凝集されることとなり、ここで凝集した未燃分を第２集塵装置により捕集し、未燃分貯留部に沈降させることができ、装置全体での集塵効率を向上することができる。
【００１６】
本発明のチャー回収装置では、前記凝集手段は、前記均圧ラインにて、ガス流れに向けてガスを噴射するエジェクタを有することを特徴としている。
【００１７】
従って、凝集手段としてエジェクタを設けることで、装置を簡素化することができると共に、エジェクタから噴射されるガスによりガス流れに随伴する未燃分の粒子に対して、乱流や摩擦力による静電気を発生させることで、この未燃分の粒子を容易に凝集させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のチャー回収装置によれば、生成ガスを第１サイクロン及び第２サイクロンにより処理して石炭の未燃分を回収することで、フィルタを不要として設備コストやランニングコストの増加を抑制することが可能となり、また、第２サイクロンで分離された未燃分を貯留可能であると共に貯留した未燃分を所定量だけ前記未燃分貯留部へ排出可能な未燃分貯留排出手段を設けることで、第２サイクロン側への未燃分の逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施例２に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図３】図３は、実施例２のチャー回収装置におけるガスエジェクタを表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るチャー回収装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【００２２】
実施例１の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。
【００２３】
実施例１の石炭ガス化複合発電設備は、図１に示すように、給炭装置１１、石炭ガス化炉１２、チャー回収装置１３、ガス精製装置１４、ガスタービン設備１５、蒸気タービン設備１６、発電機１７、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１８、ガス浄化装置１９を有している。
【００２４】
給炭装置１１は、流動層乾燥装置２１と、石炭粉砕機（ミル）２２とを有している。流動層乾燥装置２１は、投入される石炭に対して乾燥用ガスを供給することで、石炭を加熱し、含有する水分を除去するものである。石炭粉砕機２２は、流動層乾燥装置２１により乾燥された石炭を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。この場合、流動層乾燥装置２１で用いる乾燥用ガスとして、ガスタービン設備１５や排熱回収ボイラ１８、または、大気中に放出する排ガスの一部を利用するとよい。また、石炭粉砕機２２の下流側に、サイクロンを設けて乾燥用ガス等のガス成分と、微粉炭（粒子成分）とに分離し、粒子成分の微粉炭を重力により落下させてホッパに回収する一方、ガス成分を排気するとよい。
【００２５】
石炭ガス化炉１２は、給炭装置１１から給炭ライン３１が接続されており、この給炭装置１１で処理された微粉炭が供給可能となっている。また、石炭ガス化炉１２は、チャー回収装置１３からチャー戻しライン３２が接続されており、このチャー回収装置１３で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。
【００２６】
更に、石炭ガス化炉１２は、ガスタービン設備１５（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン３３が接続されており、このガスタービン設備１５で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置３４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３５が給炭ライン３１に接続されると共に、第２窒素供給ライン３６がチャー戻しライン３２に接続され、酸素供給ライン３７が圧縮空気供給ライン３３に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
【００２７】
石炭ガス化炉１２は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１２は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１２は、チャー回収装置１３に向けて可燃性ガスのガス生成ライン３８が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン３８にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１３に供給するとよい。
【００２８】
チャー回収装置１３は、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、未燃分貯留排出手段として構成されるチャー貯留排出部４３と、未燃分貯留部として構成されるビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂとを有している。第１サイクロン４１は、石炭ガス化炉１２で生成された可燃性ガスに含有する粗粒のチャーを分離するものであり、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第１ガス排出ライン４６が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第１チャー排出ライン（第１未燃分排出ライン）４７が接続されている。第２サイクロン４２は、第１サイクロン４１により粗粒チャーが分離された可燃性ガスに含有する微粒のチャーを分離するものであり、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第２ガス排出ライン４８が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第２チャー排出ライン（第２未燃分排出ライン）４９が接続されている。
【００２９】
チャー貯留排出部４３は、第２チャー排出ライン４９に設けられて第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを一時的に貯留可能であると共に、この貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能となっている。このチャー貯留排出部４３は、第２チャー排出ライン４９上に直列に接続された第１ホッパ５４及び第２ホッパ５５と、第２チャー排出ライン４９上で下流側に位置する第２ホッパ５５の入口部、つまり、第１ホッパ５４と第２ホッパ５５の間に設けられる入口開閉弁５６と、第２ホッパ５５の出口部、つまり、第２ホッパ５５の下流側に設けられる出口開閉弁５７とを有している。
【００３０】
また、チャー貯留排出部４３は、第２ホッパ５５に堆積したチャーの堆積量を検出する未燃分堆積量検出部としての第２ホッパ５５に設けられた粉体レベルセンサ５８と、この粉体レベルセンサ５８が検出したチャーの堆積量に基づいて入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７を開閉制御する制御装置（制御部）５９とを有している。即ち、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が予め設定された基準堆積量より多くなったら、入口開閉弁５６を閉止すると共に、出口開閉弁５７を開放する。そして、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量がなくなったら、入口開閉弁５６を開放すると共に、出口開閉弁５７を閉止する。
【００３１】
従って、制御装置５９が入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。そして、第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が予め設定された基準堆積量を超えたら、制御装置５９は、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４に堆積される一方、第２ホッパ５５に堆積しているチャーがビン４４側へ排出される。そして、第２ホッパ５５に堆積しているチャーが全て排出されると、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、再び、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。
【００３２】
この場合、第２ホッパ５５は、内部の圧力を調整可能な圧力調整機構を有しており、内部を加圧することで、堆積したチャーをビン４４側の第２チャー排出ライン４９に排出することができる。なお、粉体レベルセンサ５８は、静電容量式、振動式、モータトルク式など、どの形式のものを適用してもよい。また、第２ホッパ５５だけでなく、第１ホッパ５４にも未燃分堆積量検出部としての粉体レベルセンサを設け、第１ホッパ５４に堆積したチャー堆積量に基づいて入口開閉弁５６や出口開閉弁５７開閉制御してもよい。
【００３３】
そして、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間には、両者の圧力を均一化させる第１均圧ライン５０が設けられている。
【００３４】
ビン４４は、第１チャー排出ライン４７及び第２チャー排出ライン４９の下流端部が接続されており、第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離された粗粒チャーや微粒チャーを貯留するものである。各ホッパ４５ａ，４５ｂは、ビン４４と切替ライン５１ａ，５１ｂを介して接続され、この切替ライン５１ａ，５１ｂは、ホッパ４５ａ，４５ｂの上流側に第１切替弁５２ａ，５２ｂが装着され、下流側に第２切替弁５３ａ，５３ｂが装着されている。即ち、各切替弁５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにより使用する切替ライン５１ａ，５１ｂを切り替えることで、ホッパ４５ａ，４５ｂを交互に使用して連続運転を可能としている。そして、各切替ライン５１ａ，５１ｂは、ホッパ４５ａ，４５ｂの下流側で合流し、チャー戻しライン３２に接続されている。この場合、本実施例では、２つの切替ライン５１ａ，５１ｂ（２つのホッパ４５ａ，４５ｂ）のために、その上流側にビン４４を配置しており、チャーを一時的に貯留するビン４４を未燃分貯留部として構成したが、ビン４４を配置しない構成でもよい。
【００３５】
ガス精製装置１４は、チャー回収装置１３によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、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、ガス精製装置１４は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１５に供給する。
【００３６】
ガスタービン設備１５は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１４から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１５は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１２に延びる圧縮空気供給ライン３３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とガス精製装置１４から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１７を駆動することができる。
【００３７】
蒸気タービン設備１６は、ガスタービン設備１５における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１７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１８は、ガスタービン設備１５（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温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。そのため、排熱回収ボイラ１８は、蒸気タービン設備１６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、蒸気供給ライン７１に復水器７３が設けられている。従って、ガスタービン設備１５では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１７を駆動することができる。
【００３８】
ガス浄化装置１９は、排熱回収ボイラ１８で熱が回収された排ガスから、有害物質を除去するものであり、浄化された排ガスは、煙突７４から大気へ放出される。
【００３９】
ここで、実施例１の石炭ガス化複合発電設備の作動について説明する。
【００４０】
実施例１の石炭ガス化複合発電設備において、給炭装置１１にて、石炭は、流動層乾燥装置２１により乾燥され、石炭粉砕機２２により粉砕されて微粉炭が製造される。この微粉炭は、空気分離装置３４から供給される窒素により給炭ライン３１を通して石炭ガス化炉１２に供給される。また、後述するチャー回収装置１３で回収されたチャーが、空気分離装置３４から供給される窒素によりチャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に供給される。更に、後述するガスタービン設備１５から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置３４から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン３３を通して石炭ガス化炉１２に供給される。
【００４１】
石炭ガス化炉１２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、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１２からガス生成ライン３８を通して排出され、チャー回収装置１３に送られる。
【００４２】
このチャー回収装置１３にて、可燃性ガスは、まず、第１サイクロン４１に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する粗粒チャーが分離される。そして、粗粒チャーが分離された可燃性ガスは、第１ガス排出ライン４６に排出される一方、可燃性ガスから分離した粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出される。
【００４３】
第１サイクロン４１で粗粒チャーが分離されて第１ガス排出ライン４６に排出された可燃性ガスは、次に、第２サイクロン４２に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する微粒チャーが分離される。そして、微粒チャーが分離された可燃性ガスは、第２ガス排出ライン４８に排出される一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、チャー貯留排出部４３を介して第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される。ビン４４は、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出される粗粒チャーと、第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される微粒チャーとが合流するとき、その流れを安定化することができる。
【００４４】
即ち、運転開始当初、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止しておく。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に払い出され、この第２ホッパ５５に堆積する。そして、第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が増加し、このチャー堆積量が基準堆積量を超えたら、制御装置５９は、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４に堆積する一方、第２ホッパ５５に堆積しているチャーは、第２チャー排出ライン４９へ払い出されてビン４４に排出される。そして、第２ホッパ５５に堆積しているチャーが全て排出されると、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、再び、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。
【００４５】
制御装置５９は、入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７を繰り返し開閉制御することで、第２サイクロン４２で分離されたチャーを第１、第２ホッパ５４，５５に貯留し、定期的にビン４４側に払い出すことが可能となる。即ち、第２サイクロン４２とビン４４との間で、入口開閉弁５６と出口開閉弁５７のいずれか一方が閉止していることから、第２サイクロン４２により分離された微粒チャーは、第２チャー排出ライン４９で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第２サイクロン４２における集塵効率が向上する。このチャー貯留排出部４３がないと、微粒チャーの体積と置換されるガスが第２チャー排出ライン４９を逆流することとなり、微粒チャーの排出量が増加すると、第２サイクロン４２の排出部（スロート部）で微粒チャーが吹き上がるフラッディング（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）現象が発生し、第２サイクロン４２における集塵効率が低下してしまう。
【００４６】
また、ガス生成ライン３８の圧力Ｐ１、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２、第２ガス排出ライン４８の圧力Ｐ３とすると、その圧力関係は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となっている。また、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に、第１均圧ライン５０が設けられていることで、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２とビン４４の圧力Ｐ４がほぼ同圧となり、その圧力関係は、Ｐ１＞Ｐ２＝Ｐ４＞Ｐ３となっている。そのため、第１サイクロン４１により分離された粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第１チャー排出ライン４７における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第１サイクロン４１における集塵効率が向上する。この第１均圧ライン５０がないと、粗粒チャーの体積と置換されるガスが第１チャー排出ライン４７を逆流することとなり、粗粒チャーの排出量が増加すると、第１サイクロン４１の排出部（スロート部）で粗粒チャーが吹き上がるフラッディング現象が発生し、第１サイクロン４１における集塵効率が低下してしまう。
【００４７】
なお、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２とビン４４の圧力Ｐ４とは、第１均圧ライン５０によりほぼ同圧に調整されるものの、各サイクロン４１，４２からチャーが各チャー排出ライン４７，４８を通してビン４４に払い出されることから、ビン４４にあるチャーを含むガスが第１均圧ライン５０を通して第１ガス排出ライン４６に逆流するおそれがある。しかし、第１均圧ライン５０を逆流するガスは、第２サイクロン４２に供給されることで、ここで可燃性ガスからチャーが分離される。この場合、微粒チャーを含むガスがビン４４、第１均圧ライン５０、第１ガス排出ライン４６、第２サイクロン４２、チャー貯留排出部４３、第２チャー排出ライン４９、ビン４４を循環することで、微粒チャーが凝集して粗粒チャーとなり、ビン４４に沈降して貯留するため、チャーの回収効率が向上する。
【００４８】
そして、ビン４４に貯留されたチャーは、第１切替弁５２ａ，５３ａと第２切替弁５２ｂ，５３ｂを交互に開閉することで、切替ライン５１ａ及びホッパ４５ａと、切替ライン５１ｂ及びホッパ４５ｂを交互に使用するようにしている。例えば、切替弁５２ａ，５３ａを開放して切替弁５２ｂ，５３ｂを閉止することで、ビン４４のチャーを切替ライン５１ａによりホッパ４５ａに貯留する。そしてこのホッパ４５ａが一杯になったら、切替弁５２ａ，５３ａを閉止して切替弁５２ｂ，５３ｂを開放することで、ビン４４のチャーを切替ライン５１ｂによりホッパ４５ｂに貯留する。これによりチャーの貯留作業を連続して行うことができ、チャー回収装置１３の連続運転が可能となる。その後、ホッパ４５ａ，４５ｂに貯留されているチャーは、チャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に戻されてリサイクルされる。
【００４９】
チャー回収装置１３によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１４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。そして、ガスタービン設備１５では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１４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し、この燃焼ガスによりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１７を駆動し、発電を行うことができる。
【００５０】
そして、ガスタービン設備１５におけるタービン６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１８にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１６に供給する。蒸気タービン設備１６では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１７を駆動し、発電を行うことができる。
【００５１】
そして、ガス浄化装置１９では排熱回収ボイラ１８から排出された排気ガスは、ガス浄化装置１９により有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７４から大気へ放出される。
【００５２】
このように実施例１のチャー回収装置にあっては、石炭ガス化炉１２から可燃性ガスを排出するガス生成ライン３８に第１サイクロン４１を連結し、この第１サイクロン４１における第１ガス排出ライン４６に第２サイクロン４２を連結する一方、第１サイクロン４１における第１チャー排出ライン４７及び第２サイクロン４２における第２チャー排出ライン４９にビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂを連結し、第２チャー排出ラインに第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを貯留可能であると共に貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能なチャー貯留排出部４３を設けている。
【００５３】
従って、可燃性ガスを第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２により処理してチャーを回収することで、フィルタやロータリバルブなどを不要とすることができる。そのため、設備コストの増加を抑制することができると共に、フィルタの逆洗処理などを不要としてランニングコストの増加を抑制することができる。また、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３を設けることで、第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを貯留し、この貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出することで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーの逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
【００５４】
また、実施例１のチャー回収装置では、チャー貯留排出部４３として、第２チャー排出ライン４９上に直列に接続された第１ホッパ５４及び第２ホッパ５５と、第２チャー排出ライン４９上で下流側に位置する第２ホッパ５５の入口部及び出口部に位置する入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７とを設けている。従って、チャー貯留排出部４３を２つのホッパ５４，５５と２つの開閉弁５６，５７により構成することで、装置を簡素化することができると共に、入口開閉弁５６と出口開閉弁５７の開閉動作により第２サイクロン４２で分離されたチャーを貯留し、所定量のチャーをビン４４へ排出することができ、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーの逆流を適正に防止することができる。
【００５５】
また、実施例１のチャー回収装置では、チャー貯留排出部４３として、第２ホッパ５５に堆積した未燃分の堆積量を検出する粉体レベルセンサ５８と、粉体レベルセンサ５８が検出したチャーの堆積量に応じて入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７を開閉制御する制御装置５９とを設けている。従って、制御装置５９が入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４を通って第２ホッパ５５に堆積し、制御装置５９は、第２ホッパ５５に堆積したチャーの堆積量が所定量となったら、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放し、第２サイクロン４２で分離されたチャーを第１ホッパ５４に堆積し、第２ホッパ５５に堆積したチャーを払い出すこととなり、チャーを常時ビン４４へ適正に排出することができる。
【００５６】
なお、この実施例１にて、第１均圧ライン５０などは、必ず設けなければならない構成ではなく、省略してもよく、この場合であっても、チャー貯留排出部４３により集塵効率の低下を防止することができる。
【実施例２】
【００５７】
図２は、本発明の実施例２に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図、図３は、実施例２のチャー回収装置におけるガスエジェクタを表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
実施例２の石炭ガス化複合発電設備におけるチャー回収装置１３は、図２に示すように、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、チャー貯留排出部４３と、ビン４４と、ホッパ４５ａ，４５ｂとを有し、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に第１均圧ライン５０が設けられると共に、第２ガス排出ライン４８と第１ホッパ５４との間に第２均圧ライン８１が設けられている。
【００５９】
第１サイクロン４１は、側部にガス生成ライン３８が接続され、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第１ガス排出ライン４６が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第１チャー排出ライン４７が接続されている。第２サイクロン４２は、側部に第１ガス排出ライン４６が接続され、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第２ガス排出ライン４８が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第２チャー排出ライン４９が接続されている。そして、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３が設けられている。
【００６０】
このチャー貯留排出部４３は、第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを一時的に貯留可能であると共に、この貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能である。このチャー貯留排出部４３は、第１ホッパ５４、第２ホッパ５５、入口開閉弁５６、出口開閉弁５７、粉体レベルセンサ５８、制御装置５９を有している。そして、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が基準堆積量より多くなったら、入口開閉弁５６を閉止すると共に、出口開閉弁５７を開放する。また、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量がなくなったら、入口開閉弁５６を開放すると共に、出口開閉弁５７を閉止する。
【００６１】
第１チャー排出ライン４７及び第２チャー排出ライン４９は、ビン４４に接続され、このビン４４は、切替ライン５１ａ，５１ｂを介してホッパ４５ａ，４５ｂに接続されており、ホッパ４５ａ，４５ｂ（切替ライン５１ａ，５１ｂ）は、チャー戻しライン３２に接続されている。
【００６２】
第１ガス排出ライン４６とビン４４との間には、両者の圧力を均一化させる第１均圧ライン５０が設けられている。また、第２ガス排出ライン４８と第１ホッパ５４との間には、両者の圧力を均一化させる第２均圧ライン８１が設けられている。
【００６３】
そして、第１均圧ライン５０は、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる凝集手段（乱流発生手段）として、ガスエジェクタ８２が設けられている。このガスエジェクタ８２は、図３に詳細に示すように、窒素などの駆動用ガスを噴射可能なガス噴射ノズル８３と、図示しないガス供給源からこのガス噴射ノズル８３に駆動用ガスを供給するガス供給ライン８４とを有している。従って、第１均圧ライン５０におけるガス流れに向けて、つまり、第１ガス排出ライン４６側に向けて駆動用ガスを噴射することで、この第１均圧ライン５０で流動するガスに乱流を発生させ、また、乱流によりチャーの粒子の摩擦力により静電気を発生させ、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる。
【００６４】
従って、石炭ガス化炉１２で生成された可燃性ガスは、まず、第１サイクロン４１により粗粒チャーが分離され第１ガス排出ライン４６に排出され、次に、第２サイクロン４２により微粒チャーが分離されて第２ガス排出ライン４８に排出される。一方、第１サイクロン４１により可燃性ガスから分離された粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出され、第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離された微粒チャーは、チャー貯留排出部４３により第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される。
【００６５】
このチャー貯留排出部４３にて、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に払い出されて堆積する。そして、この第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が基準堆積量を超えたら、制御装置５９は、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４に堆積する一方、第２ホッパ５５に堆積しているチャーは、第２チャー排出ライン４９へ払い出されてビン４４に排出される。そして、第２ホッパ５５に堆積しているチャーが全て排出されると、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、再び、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。
【００６６】
従って、制御装置５９は、第２サイクロン４２とビン４４との間で、入口開閉弁５６と出口開閉弁５７のいずれか一方を閉止することで、所定量のチャーを払い出すことができ、また、ビン４４からのチャーを含むガスの逆流を防止し、第２サイクロン４２における集塵効率を向上できる。
【００６７】
このとき、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に、第１均圧ライン５０が設けられていることで両者がほぼ同圧となり、第１サイクロン４１により分離された粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第１チャー排出ライン４７における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第１サイクロン４１における集塵効率が向上する。また、第２チャー排出ライン４９では、第１ガスエジェクタ５４からビン４４側に向けてガスが噴射されることで、第２サイクロン４２（チャー貯留排出部４３）からビン４４に向けたガス流れが生成されることとなり、第２サイクロン４２により分離された微粒チャーは、第２チャー排出ライン４９で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第２サイクロン４２における集塵効率が向上する。
【００６８】
また、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２とビン４４の圧力Ｐ４とは、第１均圧ライン５０によりほぼ同圧に調整されるものの、各サイクロン４１，４２からチャーが各チャー排出ライン４７，４９を通してビン４４に払い出されることから、ビン４４にあるチャーを含むガスが第１均圧ライン５０を通して第１ガス排出ライン４６に逆流するおそれがある。
【００６９】
そこで、本実施例では、第１均圧ライン５０にて、ガスエジェクタ８２により第１ガス排出ライン４６側に向けてガスが噴射されている。そのため、ガスエジェクタ８２からガスが噴射されると、この噴射ガスにより第１均圧ライン５０を逆流するチャーを含むガス流れに乱流が発生する。すると、ガス中にあるチャーの粒子同士が互いに衝突し合い、且つ、ここで摩擦力が発生することから、静電気により互いに凝集する。即ち、第１均圧ライン５０にて、逆流するガス流れに随伴するチャーの粒子は、ガスエジェクタ８２から噴射されるガスにより凝集される。そして、ここで凝集したチャーは、粗粒チャーとなり、第１均圧ライン５０から第１ガス排出ライン４６を通して第２サイクロン４２に供給され、ここで可燃性ガスからチャーが分離される。なお、第１均圧ライン５０で凝集した粗流のチャーは、第１ガス排出ライン４６に流れ込むとき、第１サイクロン４１から供給される可燃性ガスに含まれる微粒チャーとも凝縮しやすくなり、第２サイクロン４２で処理する微粒チャーの処理量が減少する。この場合、微粒チャーを含むガスがビン４４、第１均圧ライン５０（ガスエジェクタ）、第１ガス排出ライン４６、第２サイクロン４２、チャー貯留排出部４３、第２チャー排出ライン４９、ビン４４を循環することで、微粒チャーが凝集しやすくなり、ビン４４に沈降して貯留するため、チャーの回収効率が向上する。
【００７０】
そして、ビン４４に貯留されたチャーは、切替ライン５１ａ，５１ｂを通してホッパ４５ａ，４５ｂに貯留され、チャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に戻されてリサイクルされる。
【００７１】
このように実施例２のチャー回収装置にあっては、石炭ガス化炉１２から可燃性ガスを排出するガス生成ライン３８に第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２を連結する一方、第１チャー排出ライン４７にビン４４を連結すると共に、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３を介してビン４４を連結し、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間で圧力を均一化させる第１均圧ライン５０に、ガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段としてのガスエジェクタ８２を設けている。
【００７２】
従って、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３を設けることで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーの逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができ、また、第１均圧ライン５０にガスエジェクタ８２を設けることで、ビン４４から第１均圧ライン５０を通って第１ガス排出ライン４６へ逆流するガス中のチャーは、ガスエジェクタ８２からの噴射ガスによりその粒子が凝集されることとなり、ここで凝集したチャーを第２サイクロン４２により捕集し、再びビン４４に沈降させることができ、装置全体での集塵効率を向上することができる。
【００７３】
また、実施例２のチャー回収装置では、凝集手段として、第１均圧ライン５０のガス流れに向けてガスを噴射するガスエジェクタ８２を設けている。従って、第１均圧ライン５０にて、ガスの乱流が発生することとなり、ガス流れに随伴するチャーの粒子を容易に凝集させることができ、また、これをガスエジェクタ８２とすることで、装置を簡素化することができる。
【００７４】
なお、この実施例２にて、凝集手段としてガスエジェクタ８２を適用したが、これに限定されるものではなく、均圧ラインでのガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させることができるものであればよい。例えば、ガスエジェクタ８２を用いた場合、ガスの噴射方向は、第１ガス排出ライン４６側ではなく、ビン４４側でもよく、また、第１均圧ライン５０を構成する配管の内面に向って直交方向や傾斜方向でもよい。更に、凝集手段として乱流発生させるために、抵抗部材、変更部材、旋回翼などを適用してもよい。また、凝集手段として、電気集塵機のように、チャー粒子に対して電荷を付与する装置としてもよい。
【００７５】
また、上述した各実施例にて、チャー貯留排出部４３として２つのホッパ５４，５５を直列に配置したが、ホッパ４５ａ，４５ｂのように、並列に配置してもよく、この場合、並列に配置した各ホッパの入口側と出口側に開閉弁を設ける必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係るチャー回収装置は、複数のサイクロンにより石炭の未燃分を回収可能とすることで、設備コストやランニングコストの増加を抑制可能とするものであり、いずれの種類の石炭ガス化複合発電設備にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１１ 給炭装置
１２ 石炭ガス化炉
１３ チャー回収装置
１４ ガス精製装置
１５ ガスタービン設備
１６ 蒸気タービン設備
１７ 発電機
１８ 排熱回収ボイラ
１９ ガス浄化装置
４１ 第１サイクロン
４２ 第２サイクロン
４３ チャー貯留排出部（未燃分貯留排出手段ガスシール）
４４ ビン（未燃分貯留部）
４５ａ，４５ｂ ホッパ（未燃分貯留部）
４６ 第１ガス排出ライン
４７ 第１チャー排出ライン（第１未燃分排出ライン）
４８ 第２ガス排出ライン
４９ 第２チャー排出ライン（第２未燃分排出ライン）
５０ 第１均圧ライン
５４ 第１ホッパ
５５ 第２ホッパ
５６ 入口開閉弁
５７ 出口開閉弁
５８ 粉体レベルセンサ（未燃分堆積量検出部）
５９ 制御装置（制御部）
８１ 第２均圧ライン
８２ ガスエジェクタ（凝集手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電設備に用いられるチャー回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【０００３】
従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、石炭ガス化炉、チャー回収装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置を有している。従って、石炭ガス化炉に対して、給炭装置により石炭（微粉炭）が供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスは、チャー回収装置にて、石炭の未燃分（チャー）が除去されてからガス精製され、ガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。
【０００４】
上述した石炭ガス化複合発電設備におけるチャー回収装置は、石炭ガス化炉から排出された生成ガスに含まれるチャーを回収し、リサイクル装置を用いて石炭ガス化炉に戻している。このチャー回収装置は、従来、サイクロンとフィルタを組み合わせた精密集塵装置により構成され、直径がミクロン単位の微粒チャーまで回収し、回収したチャーは、ビンを介してホッパに集められ、配管を通して石炭ガス化炉に戻される。このような従来のチャー回収装置は、例えば、下記特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０６３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のチャー回収装置は、上述したように、サイクロンとフィルタを組み合わせた精密集塵装置により構成されており、フィルタにより微粒チャーを回収可能としている。ところが、フィルタは、設備コストが高く、目詰まりを防止するために定期的なメンテナンス（逆洗処理など）が必要となり、ランニングコストが増加してしまうという問題がある。また、ビンからフィルタ側へのガスの逆流を防止するために、フィルタの下部にロータリバルブを設ける必要があり、この点でもコスト高を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、設備コストやランニングコストの増加を抑制可能とするチャー回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明のチャー回収装置は、石炭をガス化して生成された生成ガスから石炭の未燃分を回収するチャー回収装置であって、生成ガスの生成ラインに連結される第１サイクロンと、該第１サイクロンにおける第１ガス排出ラインに連結される第２サイクロンと、前記第１サイクロンにおける第１未燃分排出ライン及び前記第２サイクロンにおける第２未燃分排出ラインに連結される未燃分貯留部と、前記第２未燃分排出ラインに設けられて前記第２サイクロンで分離された未燃分を貯留可能であると共に貯留した未燃分を所定量だけ前記未燃分貯留部へ排出可能な未燃分貯留排出手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、生成ガスを第１サイクロン及び第２サイクロンにより処理して石炭の未燃分を回収することで、フィルタを不要として設備コストやランニングコストの増加を抑制することが可能となる。また、第２未燃分排出ラインに未燃分貯留排出手段を設けることで、第２サイクロンで分離された未燃分を貯留し、この貯留した未燃分を所定量だけ未燃分貯留部へ排出することで、未燃分貯留部から第２サイクロン側への未燃分の逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
【００１０】
本発明のチャー回収装置では、前記未燃分貯留排出手段は、前記第２未燃分排出ライン上に直列に接続された第１ホッパ及び第２ホッパと、前記第２未燃分排出ライン上で下流側に位置する第２ホッパの入口部及び出口部に設けられる入口開閉弁及び出口開閉弁とを有することを特徴としている。
【００１１】
従って、未燃分貯留排出手段を２つのホッパと入口開閉弁及び出口開閉弁により構成することで、装置を簡素化することができると共に、入口開閉弁と出口開閉弁の開閉動作により第２サイクロンで分離された未燃分を貯留し、所定量の未燃分を未燃分貯留部へ排出することができ、未燃分貯留部から第２サイクロン側への未燃分の逆流を適正に防止することができる。
【００１２】
本発明のチャー回収装置では、前記未燃分貯留排出手段は、前記第２ホッパに堆積した未燃分の堆積量を検出する未燃分堆積量検出部と、該未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量に応じて前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁を開閉制御する制御部とを有することを特徴としている。
【００１３】
従って、制御部が入口開閉弁を開放すると共に出口開閉弁を閉止すると、第２サイクロンで分離された未燃分が第１ホッパを通って第２ホッパに堆積し、制御部は、第２ホッパに堆積した未燃分の堆積量が所定量となったら、入口開閉弁を閉止すると共に出口開閉弁を開放し、第２サイクロンで分離された未燃分を第１ホッパに堆積し、第２ホッパに堆積した未燃分を払い出すこととなり、未燃分を常時未燃分貯留部へ適正に排出することができる。
【００１４】
本発明のチャー回収装置では、前記第１ガス排出ラインと前記未燃分貯留部との間で圧力を均一化させる均圧ラインと、該均圧ラインでガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段とが設けられることを特徴としている。
【００１５】
従って、均圧ラインにより第１ガス排出ラインと未燃分貯留部との間で圧力が均一化されることで、第１サイクロンで分離された粗粒の未燃分が第１チャー排出ラインで適切に整流されて未燃分貯留部に払い出されることとなり、ここでの未燃分を含むガスの逆流が防止され、第１サイクロンにおける集塵効率を向上することができる。また、この均圧ラインでは、未燃分貯留部から第１ガス排出ラインへの未燃分を含むガスの逆流が発生しやすいが、凝集手段によりガス流れに随伴する未燃分の粒子が凝集されることとなり、ここで凝集した未燃分を第２集塵装置により捕集し、未燃分貯留部に沈降させることができ、装置全体での集塵効率を向上することができる。
【００１６】
本発明のチャー回収装置では、前記凝集手段は、前記均圧ラインにて、ガス流れに向けてガスを噴射するエジェクタを有することを特徴としている。
【００１７】
従って、凝集手段としてエジェクタを設けることで、装置を簡素化することができると共に、エジェクタから噴射されるガスによりガス流れに随伴する未燃分の粒子に対して、乱流や摩擦力による静電気を発生させることで、この未燃分の粒子を容易に凝集させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のチャー回収装置によれば、生成ガスを第１サイクロン及び第２サイクロンにより処理して石炭の未燃分を回収することで、フィルタを不要として設備コストやランニングコストの増加を抑制することが可能となり、また、第２サイクロンで分離された未燃分を貯留可能であると共に貯留した未燃分を所定量だけ前記未燃分貯留部へ排出可能な未燃分貯留排出手段を設けることで、第２サイクロン側への未燃分の逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施例２に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図３】図３は、実施例２のチャー回収装置におけるガスエジェクタを表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るチャー回収装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【００２２】
実施例１の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。
【００２３】
実施例１の石炭ガス化複合発電設備は、図１に示すように、給炭装置１１、石炭ガス化炉１２、チャー回収装置１３、ガス精製装置１４、ガスタービン設備１５、蒸気タービン設備１６、発電機１７、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１８、ガス浄化装置１９を有している。
【００２４】
給炭装置１１は、流動層乾燥装置２１と、石炭粉砕機（ミル）２２とを有している。流動層乾燥装置２１は、投入される石炭に対して乾燥用ガスを供給することで、石炭を加熱し、含有する水分を除去するものである。石炭粉砕機２２は、流動層乾燥装置２１により乾燥された石炭を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。この場合、流動層乾燥装置２１で用いる乾燥用ガスとして、ガスタービン設備１５や排熱回収ボイラ１８、または、大気中に放出する排ガスの一部を利用するとよい。また、石炭粉砕機２２の下流側に、サイクロンを設けて乾燥用ガス等のガス成分と、微粉炭（粒子成分）とに分離し、粒子成分の微粉炭を重力により落下させてホッパに回収する一方、ガス成分を排気するとよい。
【００２５】
石炭ガス化炉１２は、給炭装置１１から給炭ライン３１が接続されており、この給炭装置１１で処理された微粉炭が供給可能となっている。また、石炭ガス化炉１２は、チャー回収装置１３からチャー戻しライン３２が接続されており、このチャー回収装置１３で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。
【００２６】
更に、石炭ガス化炉１２は、ガスタービン設備１５（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン３３が接続されており、このガスタービン設備１５で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置３４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３５が給炭ライン３１に接続されると共に、第２窒素供給ライン３６がチャー戻しライン３２に接続され、酸素供給ライン３７が圧縮空気供給ライン３３に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
【００２７】
石炭ガス化炉１２は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１２は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１２は、チャー回収装置１３に向けて可燃性ガスのガス生成ライン３８が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン３８にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１３に供給するとよい。
【００２８】
チャー回収装置１３は、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、未燃分貯留排出手段として構成されるチャー貯留排出部４３と、未燃分貯留部として構成されるビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂとを有している。第１サイクロン４１は、石炭ガス化炉１２で生成された可燃性ガスに含有する粗粒のチャーを分離するものであり、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第１ガス排出ライン４６が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第１チャー排出ライン（第１未燃分排出ライン）４７が接続されている。第２サイクロン４２は、第１サイクロン４１により粗粒チャーが分離された可燃性ガスに含有する微粒のチャーを分離するものであり、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第２ガス排出ライン４８が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第２チャー排出ライン（第２未燃分排出ライン）４９が接続されている。
【００２９】
チャー貯留排出部４３は、第２チャー排出ライン４９に設けられて第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを一時的に貯留可能であると共に、この貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能となっている。このチャー貯留排出部４３は、第２チャー排出ライン４９上に直列に接続された第１ホッパ５４及び第２ホッパ５５と、第２チャー排出ライン４９上で下流側に位置する第２ホッパ５５の入口部、つまり、第１ホッパ５４と第２ホッパ５５の間に設けられる入口開閉弁５６と、第２ホッパ５５の出口部、つまり、第２ホッパ５５の下流側に設けられる出口開閉弁５７とを有している。
【００３０】
また、チャー貯留排出部４３は、第２ホッパ５５に堆積したチャーの堆積量を検出する未燃分堆積量検出部としての第２ホッパ５５に設けられた粉体レベルセンサ５８と、この粉体レベルセンサ５８が検出したチャーの堆積量に基づいて入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７を開閉制御する制御装置（制御部）５９とを有している。即ち、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が予め設定された基準堆積量より多くなったら、入口開閉弁５６を閉止すると共に、出口開閉弁５７を開放する。そして、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量がなくなったら、入口開閉弁５６を開放すると共に、出口開閉弁５７を閉止する。
【００３１】
従って、制御装置５９が入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。そして、第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が予め設定された基準堆積量を超えたら、制御装置５９は、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４に堆積される一方、第２ホッパ５５に堆積しているチャーがビン４４側へ排出される。そして、第２ホッパ５５に堆積しているチャーが全て排出されると、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、再び、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。
【００３２】
この場合、第２ホッパ５５は、内部の圧力を調整可能な圧力調整機構を有しており、内部を加圧することで、堆積したチャーをビン４４側の第２チャー排出ライン４９に排出することができる。なお、粉体レベルセンサ５８は、静電容量式、振動式、モータトルク式など、どの形式のものを適用してもよい。また、第２ホッパ５５だけでなく、第１ホッパ５４にも未燃分堆積量検出部としての粉体レベルセンサを設け、第１ホッパ５４に堆積したチャー堆積量に基づいて入口開閉弁５６や出口開閉弁５７開閉制御してもよい。
【００３３】
そして、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間には、両者の圧力を均一化させる第１均圧ライン５０が設けられている。
【００３４】
ビン４４は、第１チャー排出ライン４７及び第２チャー排出ライン４９の下流端部が接続されており、第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離された粗粒チャーや微粒チャーを貯留するものである。各ホッパ４５ａ，４５ｂは、ビン４４と切替ライン５１ａ，５１ｂを介して接続され、この切替ライン５１ａ，５１ｂは、ホッパ４５ａ，４５ｂの上流側に第１切替弁５２ａ，５２ｂが装着され、下流側に第２切替弁５３ａ，５３ｂが装着されている。即ち、各切替弁５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにより使用する切替ライン５１ａ，５１ｂを切り替えることで、ホッパ４５ａ，４５ｂを交互に使用して連続運転を可能としている。そして、各切替ライン５１ａ，５１ｂは、ホッパ４５ａ，４５ｂの下流側で合流し、チャー戻しライン３２に接続されている。この場合、本実施例では、２つの切替ライン５１ａ，５１ｂ（２つのホッパ４５ａ，４５ｂ）のために、その上流側にビン４４を配置しており、チャーを一時的に貯留するビン４４を未燃分貯留部として構成したが、ビン４４を配置しない構成でもよい。
【００３５】
ガス精製装置１４は、チャー回収装置１３によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、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、ガス精製装置１４は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１５に供給する。
【００３６】
ガスタービン設備１５は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１４から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１５は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１２に延びる圧縮空気供給ライン３３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とガス精製装置１４から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１７を駆動することができる。
【００３７】
蒸気タービン設備１６は、ガスタービン設備１５における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１７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１８は、ガスタービン設備１５（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温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。そのため、排熱回収ボイラ１８は、蒸気タービン設備１６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、蒸気供給ライン７１に復水器７３が設けられている。従って、ガスタービン設備１５では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１７を駆動することができる。
【００３８】
ガス浄化装置１９は、排熱回収ボイラ１８で熱が回収された排ガスから、有害物質を除去するものであり、浄化された排ガスは、煙突７４から大気へ放出される。
【００３９】
ここで、実施例１の石炭ガス化複合発電設備の作動について説明する。
【００４０】
実施例１の石炭ガス化複合発電設備において、給炭装置１１にて、石炭は、流動層乾燥装置２１により乾燥され、石炭粉砕機２２により粉砕されて微粉炭が製造される。この微粉炭は、空気分離装置３４から供給される窒素により給炭ライン３１を通して石炭ガス化炉１２に供給される。また、後述するチャー回収装置１３で回収されたチャーが、空気分離装置３４から供給される窒素によりチャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に供給される。更に、後述するガスタービン設備１５から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置３４から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン３３を通して石炭ガス化炉１２に供給される。
【００４１】
石炭ガス化炉１２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、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１２からガス生成ライン３８を通して排出され、チャー回収装置１３に送られる。
【００４２】
このチャー回収装置１３にて、可燃性ガスは、まず、第１サイクロン４１に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する粗粒チャーが分離される。そして、粗粒チャーが分離された可燃性ガスは、第１ガス排出ライン４６に排出される一方、可燃性ガスから分離した粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出される。
【００４３】
第１サイクロン４１で粗粒チャーが分離されて第１ガス排出ライン４６に排出された可燃性ガスは、次に、第２サイクロン４２に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する微粒チャーが分離される。そして、微粒チャーが分離された可燃性ガスは、第２ガス排出ライン４８に排出される一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、チャー貯留排出部４３を介して第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される。ビン４４は、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出される粗粒チャーと、第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される微粒チャーとが合流するとき、その流れを安定化することができる。
【００４４】
即ち、運転開始当初、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止しておく。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に払い出され、この第２ホッパ５５に堆積する。そして、第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が増加し、このチャー堆積量が基準堆積量を超えたら、制御装置５９は、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４に堆積する一方、第２ホッパ５５に堆積しているチャーは、第２チャー排出ライン４９へ払い出されてビン４４に排出される。そして、第２ホッパ５５に堆積しているチャーが全て排出されると、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、再び、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。
【００４５】
制御装置５９は、入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７を繰り返し開閉制御することで、第２サイクロン４２で分離されたチャーを第１、第２ホッパ５４，５５に貯留し、定期的にビン４４側に払い出すことが可能となる。即ち、第２サイクロン４２とビン４４との間で、入口開閉弁５６と出口開閉弁５７のいずれか一方が閉止していることから、第２サイクロン４２により分離された微粒チャーは、第２チャー排出ライン４９で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第２サイクロン４２における集塵効率が向上する。このチャー貯留排出部４３がないと、微粒チャーの体積と置換されるガスが第２チャー排出ライン４９を逆流することとなり、微粒チャーの排出量が増加すると、第２サイクロン４２の排出部（スロート部）で微粒チャーが吹き上がるフラッディング（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）現象が発生し、第２サイクロン４２における集塵効率が低下してしまう。
【００４６】
また、ガス生成ライン３８の圧力Ｐ１、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２、第２ガス排出ライン４８の圧力Ｐ３とすると、その圧力関係は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となっている。また、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に、第１均圧ライン５０が設けられていることで、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２とビン４４の圧力Ｐ４がほぼ同圧となり、その圧力関係は、Ｐ１＞Ｐ２＝Ｐ４＞Ｐ３となっている。そのため、第１サイクロン４１により分離された粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第１チャー排出ライン４７における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第１サイクロン４１における集塵効率が向上する。この第１均圧ライン５０がないと、粗粒チャーの体積と置換されるガスが第１チャー排出ライン４７を逆流することとなり、粗粒チャーの排出量が増加すると、第１サイクロン４１の排出部（スロート部）で粗粒チャーが吹き上がるフラッディング現象が発生し、第１サイクロン４１における集塵効率が低下してしまう。
【００４７】
なお、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２とビン４４の圧力Ｐ４とは、第１均圧ライン５０によりほぼ同圧に調整されるものの、各サイクロン４１，４２からチャーが各チャー排出ライン４７，４８を通してビン４４に払い出されることから、ビン４４にあるチャーを含むガスが第１均圧ライン５０を通して第１ガス排出ライン４６に逆流するおそれがある。しかし、第１均圧ライン５０を逆流するガスは、第２サイクロン４２に供給されることで、ここで可燃性ガスからチャーが分離される。この場合、微粒チャーを含むガスがビン４４、第１均圧ライン５０、第１ガス排出ライン４６、第２サイクロン４２、チャー貯留排出部４３、第２チャー排出ライン４９、ビン４４を循環することで、微粒チャーが凝集して粗粒チャーとなり、ビン４４に沈降して貯留するため、チャーの回収効率が向上する。
【００４８】
そして、ビン４４に貯留されたチャーは、第１切替弁５２ａ，５３ａと第２切替弁５２ｂ，５３ｂを交互に開閉することで、切替ライン５１ａ及びホッパ４５ａと、切替ライン５１ｂ及びホッパ４５ｂを交互に使用するようにしている。例えば、切替弁５２ａ，５３ａを開放して切替弁５２ｂ，５３ｂを閉止することで、ビン４４のチャーを切替ライン５１ａによりホッパ４５ａに貯留する。そしてこのホッパ４５ａが一杯になったら、切替弁５２ａ，５３ａを閉止して切替弁５２ｂ，５３ｂを開放することで、ビン４４のチャーを切替ライン５１ｂによりホッパ４５ｂに貯留する。これによりチャーの貯留作業を連続して行うことができ、チャー回収装置１３の連続運転が可能となる。その後、ホッパ４５ａ，４５ｂに貯留されているチャーは、チャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に戻されてリサイクルされる。
【００４９】
チャー回収装置１３によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１４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。そして、ガスタービン設備１５では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１４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し、この燃焼ガスによりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１７を駆動し、発電を行うことができる。
【００５０】
そして、ガスタービン設備１５におけるタービン６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１８にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１６に供給する。蒸気タービン設備１６では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１７を駆動し、発電を行うことができる。
【００５１】
そして、ガス浄化装置１９では排熱回収ボイラ１８から排出された排気ガスは、ガス浄化装置１９により有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７４から大気へ放出される。
【００５２】
このように実施例１のチャー回収装置にあっては、石炭ガス化炉１２から可燃性ガスを排出するガス生成ライン３８に第１サイクロン４１を連結し、この第１サイクロン４１における第１ガス排出ライン４６に第２サイクロン４２を連結する一方、第１サイクロン４１における第１チャー排出ライン４７及び第２サイクロン４２における第２チャー排出ライン４９にビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂを連結し、第２チャー排出ラインに第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを貯留可能であると共に貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能なチャー貯留排出部４３を設けている。
【００５３】
従って、可燃性ガスを第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２により処理してチャーを回収することで、フィルタやロータリバルブなどを不要とすることができる。そのため、設備コストの増加を抑制することができると共に、フィルタの逆洗処理などを不要としてランニングコストの増加を抑制することができる。また、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３を設けることで、第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを貯留し、この貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出することで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーの逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
【００５４】
また、実施例１のチャー回収装置では、チャー貯留排出部４３として、第２チャー排出ライン４９上に直列に接続された第１ホッパ５４及び第２ホッパ５５と、第２チャー排出ライン４９上で下流側に位置する第２ホッパ５５の入口部及び出口部に位置する入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７とを設けている。従って、チャー貯留排出部４３を２つのホッパ５４，５５と２つの開閉弁５６，５７により構成することで、装置を簡素化することができると共に、入口開閉弁５６と出口開閉弁５７の開閉動作により第２サイクロン４２で分離されたチャーを貯留し、所定量のチャーをビン４４へ排出することができ、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーの逆流を適正に防止することができる。
【００５５】
また、実施例１のチャー回収装置では、チャー貯留排出部４３として、第２ホッパ５５に堆積した未燃分の堆積量を検出する粉体レベルセンサ５８と、粉体レベルセンサ５８が検出したチャーの堆積量に応じて入口開閉弁５６及び出口開閉弁５７を開閉制御する制御装置５９とを設けている。従って、制御装置５９が入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４を通って第２ホッパ５５に堆積し、制御装置５９は、第２ホッパ５５に堆積したチャーの堆積量が所定量となったら、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放し、第２サイクロン４２で分離されたチャーを第１ホッパ５４に堆積し、第２ホッパ５５に堆積したチャーを払い出すこととなり、チャーを常時ビン４４へ適正に排出することができる。
【００５６】
なお、この実施例１にて、第１均圧ライン５０などは、必ず設けなければならない構成ではなく、省略してもよく、この場合であっても、チャー貯留排出部４３により集塵効率の低下を防止することができる。
【実施例２】
【００５７】
図２は、本発明の実施例２に係るチャー回収装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図、図３は、実施例２のチャー回収装置におけるガスエジェクタを表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
実施例２の石炭ガス化複合発電設備におけるチャー回収装置１３は、図２に示すように、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、チャー貯留排出部４３と、ビン４４と、ホッパ４５ａ，４５ｂとを有し、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に第１均圧ライン５０が設けられると共に、第２ガス排出ライン４８と第１ホッパ５４との間に第２均圧ライン８１が設けられている。
【００５９】
第１サイクロン４１は、側部にガス生成ライン３８が接続され、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第１ガス排出ライン４６が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第１チャー排出ライン４７が接続されている。第２サイクロン４２は、側部に第１ガス排出ライン４６が接続され、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第２ガス排出ライン４８が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第２チャー排出ライン４９が接続されている。そして、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３が設けられている。
【００６０】
このチャー貯留排出部４３は、第２サイクロン４２で分離された微粒チャーを一時的に貯留可能であると共に、この貯留した微粒チャーを所定量だけビン４４へ排出可能である。このチャー貯留排出部４３は、第１ホッパ５４、第２ホッパ５５、入口開閉弁５６、出口開閉弁５７、粉体レベルセンサ５８、制御装置５９を有している。そして、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が基準堆積量より多くなったら、入口開閉弁５６を閉止すると共に、出口開閉弁５７を開放する。また、制御装置５９は、粉体レベルセンサ５８により検出された第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量がなくなったら、入口開閉弁５６を開放すると共に、出口開閉弁５７を閉止する。
【００６１】
第１チャー排出ライン４７及び第２チャー排出ライン４９は、ビン４４に接続され、このビン４４は、切替ライン５１ａ，５１ｂを介してホッパ４５ａ，４５ｂに接続されており、ホッパ４５ａ，４５ｂ（切替ライン５１ａ，５１ｂ）は、チャー戻しライン３２に接続されている。
【００６２】
第１ガス排出ライン４６とビン４４との間には、両者の圧力を均一化させる第１均圧ライン５０が設けられている。また、第２ガス排出ライン４８と第１ホッパ５４との間には、両者の圧力を均一化させる第２均圧ライン８１が設けられている。
【００６３】
そして、第１均圧ライン５０は、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる凝集手段（乱流発生手段）として、ガスエジェクタ８２が設けられている。このガスエジェクタ８２は、図３に詳細に示すように、窒素などの駆動用ガスを噴射可能なガス噴射ノズル８３と、図示しないガス供給源からこのガス噴射ノズル８３に駆動用ガスを供給するガス供給ライン８４とを有している。従って、第１均圧ライン５０におけるガス流れに向けて、つまり、第１ガス排出ライン４６側に向けて駆動用ガスを噴射することで、この第１均圧ライン５０で流動するガスに乱流を発生させ、また、乱流によりチャーの粒子の摩擦力により静電気を発生させ、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる。
【００６４】
従って、石炭ガス化炉１２で生成された可燃性ガスは、まず、第１サイクロン４１により粗粒チャーが分離され第１ガス排出ライン４６に排出され、次に、第２サイクロン４２により微粒チャーが分離されて第２ガス排出ライン４８に排出される。一方、第１サイクロン４１により可燃性ガスから分離された粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出され、第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離された微粒チャーは、チャー貯留排出部４３により第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される。
【００６５】
このチャー貯留排出部４３にて、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に払い出されて堆積する。そして、この第２ホッパ５５におけるチャーの堆積量が基準堆積量を超えたら、制御装置５９は、入口開閉弁５６を閉止すると共に出口開閉弁５７を開放する。すると、第２サイクロン４２で分離されたチャーは、第１ホッパ５４に堆積する一方、第２ホッパ５５に堆積しているチャーは、第２チャー排出ライン４９へ払い出されてビン４４に排出される。そして、第２ホッパ５５に堆積しているチャーが全て排出されると、制御装置５９は、入口開閉弁５６を開放すると共に出口開閉弁５７を閉止する。すると、再び、第２サイクロン４２で分離されたチャーが第１ホッパ５４及び入口開閉弁５６を通って第２ホッパ５５に堆積される。
【００６６】
従って、制御装置５９は、第２サイクロン４２とビン４４との間で、入口開閉弁５６と出口開閉弁５７のいずれか一方を閉止することで、所定量のチャーを払い出すことができ、また、ビン４４からのチャーを含むガスの逆流を防止し、第２サイクロン４２における集塵効率を向上できる。
【００６７】
このとき、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に、第１均圧ライン５０が設けられていることで両者がほぼ同圧となり、第１サイクロン４１により分離された粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第１チャー排出ライン４７における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第１サイクロン４１における集塵効率が向上する。また、第２チャー排出ライン４９では、第１ガスエジェクタ５４からビン４４側に向けてガスが噴射されることで、第２サイクロン４２（チャー貯留排出部４３）からビン４４に向けたガス流れが生成されることとなり、第２サイクロン４２により分離された微粒チャーは、第２チャー排出ライン４９で適切に整流されてビン４４に払い出されることとなり、第２サイクロン４２における集塵効率が向上する。
【００６８】
また、第１ガス排出ライン４６の圧力Ｐ２とビン４４の圧力Ｐ４とは、第１均圧ライン５０によりほぼ同圧に調整されるものの、各サイクロン４１，４２からチャーが各チャー排出ライン４７，４９を通してビン４４に払い出されることから、ビン４４にあるチャーを含むガスが第１均圧ライン５０を通して第１ガス排出ライン４６に逆流するおそれがある。
【００６９】
そこで、本実施例では、第１均圧ライン５０にて、ガスエジェクタ８２により第１ガス排出ライン４６側に向けてガスが噴射されている。そのため、ガスエジェクタ８２からガスが噴射されると、この噴射ガスにより第１均圧ライン５０を逆流するチャーを含むガス流れに乱流が発生する。すると、ガス中にあるチャーの粒子同士が互いに衝突し合い、且つ、ここで摩擦力が発生することから、静電気により互いに凝集する。即ち、第１均圧ライン５０にて、逆流するガス流れに随伴するチャーの粒子は、ガスエジェクタ８２から噴射されるガスにより凝集される。そして、ここで凝集したチャーは、粗粒チャーとなり、第１均圧ライン５０から第１ガス排出ライン４６を通して第２サイクロン４２に供給され、ここで可燃性ガスからチャーが分離される。なお、第１均圧ライン５０で凝集した粗流のチャーは、第１ガス排出ライン４６に流れ込むとき、第１サイクロン４１から供給される可燃性ガスに含まれる微粒チャーとも凝縮しやすくなり、第２サイクロン４２で処理する微粒チャーの処理量が減少する。この場合、微粒チャーを含むガスがビン４４、第１均圧ライン５０（ガスエジェクタ）、第１ガス排出ライン４６、第２サイクロン４２、チャー貯留排出部４３、第２チャー排出ライン４９、ビン４４を循環することで、微粒チャーが凝集しやすくなり、ビン４４に沈降して貯留するため、チャーの回収効率が向上する。
【００７０】
そして、ビン４４に貯留されたチャーは、切替ライン５１ａ，５１ｂを通してホッパ４５ａ，４５ｂに貯留され、チャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に戻されてリサイクルされる。
【００７１】
このように実施例２のチャー回収装置にあっては、石炭ガス化炉１２から可燃性ガスを排出するガス生成ライン３８に第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２を連結する一方、第１チャー排出ライン４７にビン４４を連結すると共に、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３を介してビン４４を連結し、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間で圧力を均一化させる第１均圧ライン５０に、ガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段としてのガスエジェクタ８２を設けている。
【００７２】
従って、第２チャー排出ライン４９にチャー貯留排出部４３を設けることで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーの逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができ、また、第１均圧ライン５０にガスエジェクタ８２を設けることで、ビン４４から第１均圧ライン５０を通って第１ガス排出ライン４６へ逆流するガス中のチャーは、ガスエジェクタ８２からの噴射ガスによりその粒子が凝集されることとなり、ここで凝集したチャーを第２サイクロン４２により捕集し、再びビン４４に沈降させることができ、装置全体での集塵効率を向上することができる。
【００７３】
また、実施例２のチャー回収装置では、凝集手段として、第１均圧ライン５０のガス流れに向けてガスを噴射するガスエジェクタ８２を設けている。従って、第１均圧ライン５０にて、ガスの乱流が発生することとなり、ガス流れに随伴するチャーの粒子を容易に凝集させることができ、また、これをガスエジェクタ８２とすることで、装置を簡素化することができる。
【００７４】
なお、この実施例２にて、凝集手段としてガスエジェクタ８２を適用したが、これに限定されるものではなく、均圧ラインでのガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させることができるものであればよい。例えば、ガスエジェクタ８２を用いた場合、ガスの噴射方向は、第１ガス排出ライン４６側ではなく、ビン４４側でもよく、また、第１均圧ライン５０を構成する配管の内面に向って直交方向や傾斜方向でもよい。更に、凝集手段として乱流発生させるために、抵抗部材、変更部材、旋回翼などを適用してもよい。また、凝集手段として、電気集塵機のように、チャー粒子に対して電荷を付与する装置としてもよい。
【００７５】
また、上述した各実施例にて、チャー貯留排出部４３として２つのホッパ５４，５５を直列に配置したが、ホッパ４５ａ，４５ｂのように、並列に配置してもよく、この場合、並列に配置した各ホッパの入口側と出口側に開閉弁を設ける必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係るチャー回収装置は、複数のサイクロンにより石炭の未燃分を回収可能とすることで、設備コストやランニングコストの増加を抑制可能とするものであり、いずれの種類の石炭ガス化複合発電設備にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１１ 給炭装置
１２ 石炭ガス化炉
１３ チャー回収装置
１４ ガス精製装置
１５ ガスタービン設備
１６ 蒸気タービン設備
１７ 発電機
１８ 排熱回収ボイラ
１９ ガス浄化装置
４１ 第１サイクロン
４２ 第２サイクロン
４３ チャー貯留排出部（未燃分貯留排出手段ガスシール）
４４ ビン（未燃分貯留部）
４５ａ，４５ｂ ホッパ（未燃分貯留部）
４６ 第１ガス排出ライン
４７ 第１チャー排出ライン（第１未燃分排出ライン）
４８ 第２ガス排出ライン
４９ 第２チャー排出ライン（第２未燃分排出ライン）
５０ 第１均圧ライン
５４ 第１ホッパ
５５ 第２ホッパ
５６ 入口開閉弁
５７ 出口開閉弁
５８ 粉体レベルセンサ（未燃分堆積量検出部）
５９ 制御装置（制御部）
８１ 第２均圧ライン
８２ ガスエジェクタ（凝集手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭をガス化して生成された生成ガスから石炭の未燃分を回収するチャー回収装置であって、
生成ガスの生成ラインに連結される第１サイクロンと、
該第１サイクロンにおける第１ガス排出ラインに連結される第２サイクロンと、
前記第１サイクロンにおける第１未燃分排出ライン及び前記第２サイクロンにおける第２未燃分排出ラインに連結される未燃分貯留部と、
前記第２未燃分排出ラインに設けられて前記第２サイクロンで分離された未燃分を貯留可能であると共に貯留した未燃分を所定量だけ前記未燃分貯留部へ排出可能な未燃分貯留排出手段と、
を備えることを特徴とするチャー回収装置。
【請求項２】
前記未燃分貯留排出手段は、前記第２未燃分排出ライン上に直列に接続された第１ホッパ及び第２ホッパと、前記第２未燃分排出ライン上で下流側に位置する第２ホッパの入口部及び出口部に設けられる入口開閉弁及び出口開閉弁とを有することを特徴とする請求項１に記載のチャー回収装置。
【請求項３】
前記未燃分貯留排出手段は、前記第２ホッパに堆積した未燃分の堆積量を検出する未燃分堆積量検出部と、該未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量に応じて前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁を開閉制御する制御部とを有することを特徴とする請求項２に記載のチャー回収装置。
【請求項４】
前記第１ガス排出ラインと前記未燃分貯留部との間で圧力を均一化させる均圧ラインと、該均圧ラインでガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段とが設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のチャー回収装置。
【請求項５】
前記凝集手段は、前記均圧ラインにて、ガス流れに向けてガスを噴射するエジェクタを有することを特徴とする請求項４に記載のチャー回収装置。
【請求項１】
石炭をガス化して生成された生成ガスから石炭の未燃分を回収するチャー回収装置であって、
生成ガスの生成ラインに連結される第１サイクロンと、
該第１サイクロンにおける第１ガス排出ラインに連結される第２サイクロンと、
前記第１サイクロンにおける第１未燃分排出ライン及び前記第２サイクロンにおける第２未燃分排出ラインに連結される未燃分貯留部と、
前記第２未燃分排出ラインに設けられて前記第２サイクロンで分離された未燃分を貯留可能であると共に貯留した未燃分を所定量だけ前記未燃分貯留部へ排出可能な未燃分貯留排出手段と、
を備えることを特徴とするチャー回収装置。
【請求項２】
前記未燃分貯留排出手段は、前記第２未燃分排出ライン上に直列に接続された第１ホッパ及び第２ホッパと、前記第２未燃分排出ライン上で下流側に位置する第２ホッパの入口部及び出口部に設けられる入口開閉弁及び出口開閉弁とを有することを特徴とする請求項１に記載のチャー回収装置。
【請求項３】
前記未燃分貯留排出手段は、前記第２ホッパに堆積した未燃分の堆積量を検出する未燃分堆積量検出部と、該未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量に応じて前記入口開閉弁及び前記出口開閉弁を開閉制御する制御部とを有することを特徴とする請求項２に記載のチャー回収装置。
【請求項４】
前記第１ガス排出ラインと前記未燃分貯留部との間で圧力を均一化させる均圧ラインと、該均圧ラインでガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段とが設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のチャー回収装置。
【請求項５】
前記凝集手段は、前記均圧ラインにて、ガス流れに向けてガスを噴射するエジェクタを有することを特徴とする請求項４に記載のチャー回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４６５７１（Ｐ２０１２−４６５７１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７６５１（Ｐ２０１０−１８７６５１）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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