原料投入装置
【課題】簡易な構成で、粉末の固体原料の付着を防止する原料投入装置を提供する。
【解決手段】原料投入装置２００は、本体部（第２投入シュート２１４）と、本体部に設けられ、原料貯蔵部から供給された粉粒体状の固体原料群Ａを反応装置（ガス化炉１１４）側に導く投入口（下部開口２１４ｂ）と、投入口に向かって流体を噴射する噴射ノズル２１８と、本体部の内周面の一部および投入口の内周面を覆い、固体原料群Ａおよび噴射ノズル２１８から噴射される流体を流通可能な管状のスロート部材２２０と、を備え、スロート部材２２０は、噴射ノズル２１８から噴射される流体によって振動可能に設けられている。
【解決手段】原料投入装置２００は、本体部（第２投入シュート２１４）と、本体部に設けられ、原料貯蔵部から供給された粉粒体状の固体原料群Ａを反応装置（ガス化炉１１４）側に導く投入口（下部開口２１４ｂ）と、投入口に向かって流体を噴射する噴射ノズル２１８と、本体部の内周面の一部および投入口の内周面を覆い、固体原料群Ａおよび噴射ノズル２１８から噴射される流体を流通可能な管状のスロート部材２２０と、を備え、スロート部材２２０は、噴射ノズル２１８から噴射される流体によって振動可能に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉等の反応装置に原料を投入する原料投入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップ等の固体原料をガス化してガス化ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、発電システムや、水素の製造、合成燃料（合成石油）の製造、化学肥料（尿素）等の化学製品の製造等に利用されている。ガス化ガスの原料となる固体原料のうち、特に石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。
【０００３】
石炭をガス化する技術として、５００℃程度の水蒸気によって流動媒体が流動層を形成しているガス化炉内で、石炭をガス化する技術（水蒸気ガス化）が開発されている。
【０００４】
また、石炭等の固体原料をガス化炉に投入する技術として、ガス化炉の鉛直上方に原料貯蔵装置を設けておき、原料貯蔵装置の下方位置に配される切出装置で固体原料を粉粒体に切り出し、配管を通じて、粉粒体の固体原料群をガス化炉に落下させることで、固体原料をガス化炉に投入する原料投入装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された原料投入装置を利用して、水蒸気ガス化を行うガス化炉に固体原料群を投入すると、原料投入装置とガス化炉とを接続する配管（接続管）が閉塞してしまうことがある。具体的に説明すると、原料投入装置の切出装置によって切り出された固体原料群は、粒体のみならず微細な粉末が含まれている。原料投入装置や接続管は、ガス化炉内の温度（５００℃程度）と比較して低い温度（例えば、室温）下に置かれているため、原料投入装置や接続管において、ガス化炉から逆流した水蒸気が凝縮してしまい、固体原料の粉末が接続管に付着して固着するおそれがある。
【０００６】
そこで、配管を通過する流体の配管への付着を防止するための技術として、配管の外周面に沿って切り欠きを形成するとともに、切り欠き内に、リング形状の振動子と、振動子を鉛直上方向に付勢することで振動子を切り欠きの上面に当接させるバネと、を設けておき、切り欠きの上面と振動子との間に圧縮空気を吹き付ける技術が開示されている（例えば、特許文献２）。この技術では、切り欠きの上面と振動子との間に圧縮空気を吹き付けることで、振動子を上下方向に振動させて、振動子と切り欠きの上面（配管）との衝突を繰り返し、配管を振動させることで、流体の配管への付着を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５４７２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９８９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した特許文献２の技術では、配管の外周方向にわざわざ切り欠きを形成しなければならず、配管における切り欠き部分の板厚が、切り欠きの無い部分の板厚よりも薄くなってしまい、切り欠き部分の剛性が低下してしまうおそれがある。
【０００９】
また、振動子の振動に特化した、圧縮空気を吹き付ける専用装置を別途用意する必要がありコスト高になっていた。
【００１０】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、粉末の固体原料の付着を防止することが可能な原料投入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の原料投入装置は、固体原料を貯蔵する原料貯蔵部と、固体原料を反応させる反応装置との間に配される原料投入装置であって、本体部と、本体部に設けられ、原料貯蔵部から供給された粉粒体状の固体原料群を反応装置側に導く投入口と、投入口に向かって流体を噴射する噴射ノズルと、本体部の内周面の一部および投入口の内周面を覆い、固体原料群および噴射ノズルから噴射される流体を流通可能な管状のスロート部材と、を備え、スロート部材は、噴射ノズルから噴射される流体によって振動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記原料投入装置は、投入口と反応装置とを接続する接続管部を備え、スロート部材は、投入口よりも噴射ノズルによる流体の噴射方向の上流側に位置する本体部の内周面を覆う本体側覆設部と、本体側覆設部に連続するとともに、投入口よりも噴射方向の下流側に位置する接続管部の内周面を覆う接続管側覆設部とを含んで構成され、本体側覆設部は、噴射方向の上流側から下流側に向かうにつれて、本体側覆設部内の空間が徐々に狭くなる形状に構成されていてもよい。
【００１３】
上記接続管側覆設部は、当該接続管側覆設部の外周面と、接続管部の内周面との間のクリアランスが、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍになる寸法関係に形成されてもよい。
【００１４】
上記本体部は、接続管部よりも鉛直上方に設けられ、噴射ノズルは、鉛直上方から鉛直下方に向かって流体を噴射し、本体側覆設部の外径は、投入口の口径よりも大きく形成されており、本体側覆設部が本体部に掛止されてもよい。
【００１５】
上記スロート部材の外周面には、凹んで切欠している凹欠部が形成されており、凹欠部によって、スロート部材の外周面と、本体部および接続管部の少なくともいずれかの内周面との間に断熱空間が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成で、粉末の固体原料の付着を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ガス化システムを説明するための説明図である。
【図２】原料投入装置の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図３】スロート部材の設置の態様を説明するための説明図である。
【図４】スロート部材を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
（ガス化システム１００）
図１は、ガス化システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、ガス化システム１００は、原料貯蔵部１１０と、原料切出部１１２と、原料投入装置２００と、ガス化炉（反応装置）１１４と、ボイラ１３０と、ヒータ１３２とを含んで構成される。
【００２０】
原料貯蔵部１１０は、ホッパ等で構成され、例えば、１０〜５０ｍｍ程度の粉粒体に粉砕された、褐炭等の石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料を貯蔵する。原料切出部１１２は、原料貯蔵部１１０に貯蔵された粉粒体状の固体原料を切り出す。
【００２１】
原料投入装置２００は、原料切出部１１２が切り出した粉粒体状の固体原料群（粉粒体状の固体原料がある程度集合した群）を分散させて、接続管部２０２を通じてガス化炉１１４に投入する。原料投入装置２００の具体的な構成については後に詳述する。
【００２２】
ガス化炉１１４には、加熱された流動媒体が導入されるとともに、ボイラ１３０からヒータ１３２を通じて５００℃程度の水蒸気が導入され、この水蒸気によって流動媒体の流動層が形成される。ガス化炉１１４は、原料投入装置２００から投入された粉粒体状の固体原料を、流動層において７００℃〜９００℃でガス化（水蒸気ガス化）を遂行し、ガス化ガスと残渣を生成する。
【００２３】
以上説明したように、原料切出部１１２で切り出された粉粒体状の固体原料群は、原料投入装置２００によってガス化炉１１４に投入されてガス化される。ここで、原料投入装置からガス化炉に固体原料群を投入する際に、接続管部２０２が、投入された固体原料で閉塞するおそれがある。また、原料切出部１１２で切り出された固体原料には、粒体に微細な粉末が含まれる。したがって、一旦接続管部２０２に投入された固体原料の粉末が、ガス化炉１１４からの水蒸気とともに逆流するおそれがある。そうすると、水蒸気の凝縮とともに、接続管部２０２内や原料投入装置２００内に固体原料の粉末が付着してしまうこともある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、簡易な構成で、固体原料を効率よく分散させて接続管部２０２に投入するとともに、接続管部２０２からの逆流を防止し、かつ、固体原料の粉末の付着を防止することが可能な原料投入装置２００を提供することを目的とする。以下、原料投入装置２００の具体的な構成について説明する。
【００２５】
（原料投入装置２００）
図２は、原料投入装置２００の具体的な構成を説明するための説明図である。図２に示すように、原料投入装置２００は、ロータリバルブ２１０と、第１投入シュート２１２と、第２投入シュート２１４と、気体導入部２１６と、噴射ノズル２１８と、スロート部材２２０と、内圧監視部２３２と、調整制御部２３４と、加温部２３６とを含んで構成される。
【００２６】
ロータリバルブ（落下部）２１０は、原料貯蔵部１１０の雰囲気と第１投入シュート２１２の雰囲気とを隔てる境界の役割を果たすとともに、原料貯蔵部１１０から供給された粉粒体状の固体原料群Ａ（図２中、グレーの塗りつぶしで示す）を、第１投入シュート２１２に間欠的に落下させる。図２に示す例では、ロータリバルブ２１０は、時計回り（図２中破線の矢印で示す）に回転して、固体原料群Ａを第１投入シュート２１２に落下させる。
【００２７】
第１投入シュート２１２は、鉛直上方から鉛直下方に向かうにつれて、水平断面の内径面積が小さくなる形状、いわゆる漏斗形状であり、ステンレス鋼で構成される。図２に示すように、原料投入装置２００において、第１投入シュート２１２は、その口径が大きい方の開口（上部開口）２１２ａが鉛直上方に、口径が小さい方の開口（下部開口）２１２ｂが鉛直下方に位置するように、かつ、第１投入シュート２１２の内周における傾斜面（傾斜面部）２５０がロータリバルブ２１０の鉛直下方に位置するように配される。すなわち、ロータリバルブ２１０における固体原料群Ａの落下方向（図２中Ｙ軸方向）の中心軸Ｒと、第１投入シュート２１２の鉛直方向（図２中Ｙ軸方向）の中心軸Ｓとが、水平方向（図２中Ｘ軸方向）にずれるように配置される。なお、第１投入シュート２１２における傾斜面２５０の角度は、水平面から７０度程度である。
【００２８】
また傾斜面２５０には、落下した固体原料群Ａが衝突して分散する衝突面部２５２が設けられる。つまり、ロータリバルブ２１０から落下した固体原料群Ａは、傾斜面２５０の衝突面部２５２に衝突することによって、固体原料群Ａの流下方向および水平方向に分散される（広がる）。そして、衝突面部２５２で分散された固体原料群Ａは、傾斜面２５０に沿って、自重で流下し下部開口２１２ｂ（落下部）に到達し、下部開口２１２ｂから第２投入シュート２１４に落下する。
【００２９】
第２投入シュート（本体部）２１４は、鉛直上方から鉛直下方に向かうにつれて水平断面の内径面積が小さくなる形状、いわゆる漏斗形状であり、ステンレス鋼で構成される。図２に示すように、原料投入装置２００において、第２投入シュート２１４は、その口径が大きい方の上部開口２１４ａが鉛直上方に、口径が小さい方の下部開口（投入口）２１４ｂが鉛直下方に位置するように、かつ、第２投入シュート２１４の内周における傾斜面（傾斜面部）２６０が第１投入シュート２１２の下部開口２１２ｂの鉛直下方に位置するように配される。すなわち、第１投入シュート２１２の中心軸Ｓと、第２投入シュート２１４の鉛直方向（図２中Ｙ軸方向）の中心軸Ｔとが、水平方向（図２中Ｘ軸方向）にずれるように配置される。なお、第２投入シュート２１４における傾斜面２６０の角度は、水平面から７０度程度である。
【００３０】
また傾斜面２６０には、第１投入シュート２１２から落下した固体原料群Ａが衝突して分散する衝突面部２６２が設けられる。つまり、第１投入シュート２１２における衝突面部２５２による固体原料群Ａの分散と同様に、第１投入シュート２１２から落下した固体原料群Ａは、傾斜面２６０の衝突面部２６２に衝突することによって、固体原料群Ａの流下方向および水平方向にさらに分散される。そして、衝突面部２６２で分散された固体原料群Ａは、傾斜面２６０に沿って、自重で流下し下部開口２１４ｂに到達し、下部開口２１４ｂから接続管部２０２を介してガス化炉１１４に投入される。換言すれば、下部開口２１４ｂは、衝突面部２６２から当該傾斜面２６０に沿って自重で流下した固体原料群Ａをガス化炉１１４側に導くことになる。
【００３１】
このように、傾斜面２５０、２６０に向けて固体原料群Ａを落下させ、固体原料群Ａが衝突面部２５２、２６２に衝突することで、固体原料群Ａを容易に分散させることが可能となる。
【００３２】
気体導入部２１６は、後述する調整制御部２３４による制御指令に応じて、第１投入シュート２１２の上部２１２ｃおよび第２投入シュート２１４の上部２１４ｃから当該両シュート２１２、２１４内に気体を導入する。ここで、気体導入部２１６が導入する気体は、ガス化炉１１４の雰囲気ガス（ここでは水蒸気）、または不活性ガス（窒素、アルゴン等）である。
【００３３】
気体導入部２１６が気体を導入することによって、原料投入装置２００からガス化炉１１４への気体の流れを作ることができる。これにより、粉末の固体原料の逆流を防止するとともに、固体原料群Ａをスムーズに接続管部２０２に投入することが可能となる。
【００３４】
噴射ノズル２１８は、調整制御部２３４による制御指令に応じた噴射量で、後述するスロート部材２２０に向かって、音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）程度の速度で流体を噴射する。ここで、噴射ノズル２１８が噴射する流体は、ガス化炉１１４の雰囲気ガス、または不活性ガスである。
【００３５】
このように、音速程度の速度で下部開口２１４ｂに向かって流体を噴射することにより、固体原料群Ａを接続管部２０２に確実に押し込む（投入する）ことができ、接続管部２０２における固体原料群Ａによる閉塞を防止することができる。また、粉末の固体原料や接続管部２０２からの水蒸気の逆流を抑制することができるため、逆流によって水蒸気および粉末の固体原料が第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の内周に付着する事態を低減することが可能となる。
【００３６】
また、ガス化炉が酸素を含む雰囲気である場合、接続管における固体原料群による閉塞や逆流を防止するために大量の空気を導入することができるが、本実施形態にかかるガス化炉１１４のように水蒸気雰囲気等の酸素を含まない雰囲気の場合、空気を導入することができない。そこで、大量の水蒸気や不活性ガスを原料投入装置２００から接続管部２０２へ導入することも考えられるが、コスト高となったり、粉末の固体原料が第１投入シュート２１２や第２投入シュート２１４の内周面に付着してしまったりする。
【００３７】
そこで、噴射ノズル２１８が音速といった高速で流体を噴射することで、固体原料群Ａによる閉塞や粉末の固体原料の逆流を、少ない量の流体で抑制することができ、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３８】
（スロート部材２２０）
スロート部材２２０は、第２投入シュート２１４（本体部）における下部開口２１４ｂ（投入口）と連続している部分の内周面、下部開口２１４ｂの内周面、および、接続管部２０２における下部開口２１４ｂと連続している部分の内周面を覆い、固体原料群Ａおよび噴射ノズル２１８から噴射される流体を流通可能な管状の部材であり、噴射ノズル２１８から噴射される流体によって振動可能に設けられている。具体的にスロート部材２２０は、管状のＳＵＳ等のステンレスの部材で構成され、下部開口２１４ｂから落下する固体原料群Ａおよび噴射ノズル２１８から噴射される流体を、下部開口２１４ｂとガス化炉１１４とを接続する接続管部２０２に案内する。
【００３９】
図３は、スロート部材２２０の設置の態様を説明するための説明図であり、図４は、スロート部材２２０を説明するための説明図である。図３に示すように、スロート部材２２０は、第２投入シュート２１４に設置されたときに、第２投入シュート２１４側（下部開口２１４ｂよりも噴射ノズル２１８による流体の噴射方向２１８ａ（図３、図４中、白抜き矢印で示す）の上流側）に配される本体側覆設部２２２と、本体側覆設部２２２と連続するとともに、接続管部２０２側（下部開口２１４ｂよりも噴射方向２１８ａの下流側）に配される接続管側覆設部２２４とを含んで構成される。
【００４０】
また、図４に示すように、本体側覆設部２２２がその外周面２２２ａで、下部開口２１４ｂの内周面と、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄの一部を覆い、接続管側覆設部２２４がその外周面２２４ａで、接続管部２０２の内周面２０２ａを覆う。換言すれば、スロート部材２２０の外周面全体として、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄの一部、下部開口２１４ｂの内周面、および、接続管部２０２の内周面２０２ａの一部を覆うこととなる。
【００４１】
また、本体側覆設部２２２の外径は、下部開口２１４ｂの口径よりも大きく形成されている。具体的に説明すると、本実施形態において、本体側覆設部２２２の上端の外径は、下部開口２１４ｂの口径よりも大きく、また、本体側覆設部２２２の水平（図４中Ｘ軸方向）断面の外径面積は、上端から下端までは漸減するように形成される。
【００４２】
これにより、上方からスロート部材２２０を第２投入シュート２１４に挿入するだけで、その自重で、本体側覆設部２２２が第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄに掛止されることになる。つまり、スロート部材２２０は、第２投入シュート２１４や接続管部２０２に固定されておらず、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄに掛止されているだけである。したがって、噴射ノズル２１８によって噴射された流体が本体側覆設部２２２に衝突すると、この衝突によってスロート部材２２０を振動させることが可能となる。
【００４３】
また、スロート部材２２０において、本体側覆設部２２２は、外周面２２２ａと、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄとが密着するように、すなわち、クリアランスが実質的に０ｍｍになるような寸法関係に形成されている。一方、接続管側覆設部２２４は、外周面２２４ａと、接続管部２０２の内周面２０２ａとの間のクリアランスが、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍになるような寸法関係に形成されている。
【００４４】
したがって、本体側覆設部２２２の内周面２２２ａに噴射された流体が衝突することにより、接続管側覆設部２２４が水平方向（図４中Ｘ軸方向）に振動することとなる。なお、この際の振動は、周波数が、１０Ｈｚ程度の微振動である。
【００４５】
また、図４に示すように、噴射方向２１８ａの上流側から下流側に向かうにつれて、本体側覆設部２２２内の空間は徐々に狭くなり、接続管側覆設部２２４内の空間は本体側覆設部２２２との接続部分から所定距離までは一定であり、所定距離を超えると徐々に広くなる形状に構成されている。換言すれば、スロート部材２２０の内部空間は、漏斗形状に構成されている。
【００４６】
具体的に説明すると、本体側覆設部２２２の水平（図４中Ｘ軸方向）断面の内径面積は、上端から下端までは漸減し、接続管側覆設部２２４の水平（図４中Ｘ方向）方向の断面の内径面積は、上端（本体側覆設部２２２と接続管側覆設部２２４との接続部分、すなわち、本体側覆設部２２２の下端と実質的に等しい）から所定距離までは最も細く一定であり、所定距離から下端になるに連れて漸増するように形成される。このスロート部材２２０における、本体側覆設部２２２と接続管側覆設部２２４との接続部分から所定距離までの領域が、第２投入シュート２１４から接続管部２０２への流通口となる。
【００４７】
このように、本体側覆設部２２２内の空間を、噴射方向２１８ａの上流側から下流側に向かって徐々に狭くする、すなわち、噴射ノズル２１８に向かって広くすることで、噴射ノズル２１８から噴射される流体が、本体側覆設部２２２の内周に衝突する面積を大きくすることができ、流体の衝突によるスロート部材２２０の振動効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
このように、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４や接続管部２０２に固定せず、第２投入シュート２１４に掛止するといった簡易な構成で、固体原料群Ａを押し込むために必要な噴射ノズル２１８による流体の噴射を利用して、スロート部材２２０を確実に振動させることができる。したがって、スロート部材２２０付近における粉末の固体原料の付着を防止することが可能となり、また、固体原料群Ａの流下を促進させることができる。
【００４９】
また、スロート部材２２０は、噴射ノズル２１８によって噴射された流体との衝突によって摩耗することがあるが、本実施形態においてスロート部材２２０は、第２投入シュート２１４に掛止されているだけであるため、スロート部材２２０の交換を容易に行うことができる。
【００５０】
さらに、図４に示すように、スロート部材２２０の外周面（ここでは、本体側覆設部２２２の外周面２２２ａおよび接続管側覆設部２２４の外周面２２４ａ）には、凹んで切欠している凹欠部２２０ａが形成されており、この凹欠部２２０ａによって、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄ、接続管部２０２の内周面２０２ａと、スロート部材２２０の外周面との間に空間Ｂが形成されている。そして、空間Ｂには空気が充填されており、この空気によって断熱空間が形成されることになる。このように形成された断熱空間によって、スロート部材２２０の放冷を回避することができる。これにより、仮に接続管部２０２から水蒸気が逆流したとしても、この水蒸気の凝縮を防止でき、スロート部材２２０付近における粉末の固体原料の付着を防止することが可能となる。
【００５１】
内圧監視部２３２は、第２投入シュート２１４の内圧を監視する。調整制御部２３４は、監視された内圧が所定範囲（例えば、ガス化炉１１４の圧力から０〜１０ｋＰａ程度低い圧力範囲）内に収まるように気体導入部２１６が投入シュートに導入する気体の量または噴射ノズル２１８が噴射する流体の量を調整する。具体的に調整制御部２３４は、監視された内圧が所定範囲を下回りそうになると、気体導入部２１６による気体の導入量を増加させたり、噴射ノズル２１８による流体の噴射量を低減させたりする。
【００５２】
調整制御部２３４が第２投入シュート２１４の内圧（および第１投入シュート２１２の内圧）に基づいて、気体導入部２１６および噴射ノズル２１８を制御して、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の内圧を所定範囲内に収めることで、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４が負圧になりすぎてしまう事態を回避することができる。これにより、外部（大気）から第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４内へ空気が入り込んでしまう事態を回避することができる。また、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の耐圧性を上げる必要がなくなるため、低コスト化を図ることが可能となる。
【００５３】
加温部２３６は、スチームトレース等で構成され、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の外周面に接触するように巻き回して設置される。本実施形態において、加温部２３６には、ボイラ１３０から１７０℃程度の水蒸気が導入される。加温部２３６が第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４を加温することにより、仮に接続管部２０２から水蒸気が逆流したとしても、この水蒸気の凝縮を防止できる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態にかかる原料投入装置２００によれば、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４に掛止するとともに、噴射ノズル２１８が噴射した流体をスロート部材２２０に衝突させるだけといった簡易な構成で、スロート部材２２０を確実に振動させることができる。つまり、スロート部材２２０の振動に、固体原料群Ａを押し込むために必要な噴射ノズル２１８を利用しているため、スロート部材２２０を振動させるための専用の振動装置を別途設ける必要がない。したがって、簡易な構成で、コストの上昇を伴うことなく、固体原料の粉末がスロート部材２２０の内周に付着する事態を回避することが可能となる。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、上述したスロート部材２２０において、凹欠部２２０ａが、本体側覆設部２２２の外周面２２２ａおよび接続管側覆設部２２４の外周面２２４ａ双方に形成される構成を例に挙げて説明した。しかし、凹欠部２２０ａは、本体側覆設部２２２の外周面２２２ａおよび接続管側覆設部２２４の外周面２２４ａのいずれかに形成されてもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態において、凹欠部２２０ａによって形成される空間Ｂに空気が充填され、この空気によって断熱空間が形成される例について説明した。しかし、空気以外の流体や、固体を、空間Ｂに充填することで断熱空間が形成されてもよい。
【００５８】
さらに、上述した実施形態では、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４と別体で構成する例について説明したが、噴射ノズル２１８が噴射する流体によって振動できる構造であれば、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４と一体的に構成してもよい。例えば、スロート部材２２０の一部が第２投入シュート２１４に接続されているような構成であってもよい。
【００５９】
また、原料投入装置２００では、投入シュートを鉛直方向に２つ備えるため、ロータリバルブ２１０が落下させた固体原料群Ａは、衝突面部２５２、２６２に衝突するが、固体原料群Ａを十分に分散できれば、少なくとも１回衝突面部に衝突すればよい。
【００６０】
さらに、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の内面を研磨することで、粉末の固体原料の付着をさらに防止することもできる。
【００６１】
また、上述した実施形態では、原料投入装置２００が流動層式のガス化炉１１４に固体原料を投入する構成を例に挙げて説明したが、移動層式のガス化炉であってもよい。またガス化炉以外でも、固体原料を反応させる反応装置であれば、燃焼炉、焼却炉等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ガス化炉等の反応装置に原料を投入する原料投入装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ …固体原料群
１１０ …原料貯蔵部
１１４ …ガス化炉（反応装置）
２００ …原料投入装置
２０２ …接続管部
２１４ …第２投入シュート（本体部）
２１４ｂ …下部開口（投入口）
２１８ …噴射ノズル
２２０ …スロート部材
２２２ …本体側覆設部
２２４ …接続管側覆設部
２２０ａ …凹欠部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉等の反応装置に原料を投入する原料投入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油に代えて、石炭やバイオマス、タイヤチップ等の固体原料をガス化してガス化ガスを生成する技術が開発されている。このようにして生成されたガス化ガスは、発電システムや、水素の製造、合成燃料（合成石油）の製造、化学肥料（尿素）等の化学製品の製造等に利用されている。ガス化ガスの原料となる固体原料のうち、特に石炭は、可採年数が１５０年程度と、石油の可採年数の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していないため、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。
【０００３】
石炭をガス化する技術として、５００℃程度の水蒸気によって流動媒体が流動層を形成しているガス化炉内で、石炭をガス化する技術（水蒸気ガス化）が開発されている。
【０００４】
また、石炭等の固体原料をガス化炉に投入する技術として、ガス化炉の鉛直上方に原料貯蔵装置を設けておき、原料貯蔵装置の下方位置に配される切出装置で固体原料を粉粒体に切り出し、配管を通じて、粉粒体の固体原料群をガス化炉に落下させることで、固体原料をガス化炉に投入する原料投入装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された原料投入装置を利用して、水蒸気ガス化を行うガス化炉に固体原料群を投入すると、原料投入装置とガス化炉とを接続する配管（接続管）が閉塞してしまうことがある。具体的に説明すると、原料投入装置の切出装置によって切り出された固体原料群は、粒体のみならず微細な粉末が含まれている。原料投入装置や接続管は、ガス化炉内の温度（５００℃程度）と比較して低い温度（例えば、室温）下に置かれているため、原料投入装置や接続管において、ガス化炉から逆流した水蒸気が凝縮してしまい、固体原料の粉末が接続管に付着して固着するおそれがある。
【０００６】
そこで、配管を通過する流体の配管への付着を防止するための技術として、配管の外周面に沿って切り欠きを形成するとともに、切り欠き内に、リング形状の振動子と、振動子を鉛直上方向に付勢することで振動子を切り欠きの上面に当接させるバネと、を設けておき、切り欠きの上面と振動子との間に圧縮空気を吹き付ける技術が開示されている（例えば、特許文献２）。この技術では、切り欠きの上面と振動子との間に圧縮空気を吹き付けることで、振動子を上下方向に振動させて、振動子と切り欠きの上面（配管）との衝突を繰り返し、配管を振動させることで、流体の配管への付着を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５４７２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１９８９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した特許文献２の技術では、配管の外周方向にわざわざ切り欠きを形成しなければならず、配管における切り欠き部分の板厚が、切り欠きの無い部分の板厚よりも薄くなってしまい、切り欠き部分の剛性が低下してしまうおそれがある。
【０００９】
また、振動子の振動に特化した、圧縮空気を吹き付ける専用装置を別途用意する必要がありコスト高になっていた。
【００１０】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、粉末の固体原料の付着を防止することが可能な原料投入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の原料投入装置は、固体原料を貯蔵する原料貯蔵部と、固体原料を反応させる反応装置との間に配される原料投入装置であって、本体部と、本体部に設けられ、原料貯蔵部から供給された粉粒体状の固体原料群を反応装置側に導く投入口と、投入口に向かって流体を噴射する噴射ノズルと、本体部の内周面の一部および投入口の内周面を覆い、固体原料群および噴射ノズルから噴射される流体を流通可能な管状のスロート部材と、を備え、スロート部材は、噴射ノズルから噴射される流体によって振動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記原料投入装置は、投入口と反応装置とを接続する接続管部を備え、スロート部材は、投入口よりも噴射ノズルによる流体の噴射方向の上流側に位置する本体部の内周面を覆う本体側覆設部と、本体側覆設部に連続するとともに、投入口よりも噴射方向の下流側に位置する接続管部の内周面を覆う接続管側覆設部とを含んで構成され、本体側覆設部は、噴射方向の上流側から下流側に向かうにつれて、本体側覆設部内の空間が徐々に狭くなる形状に構成されていてもよい。
【００１３】
上記接続管側覆設部は、当該接続管側覆設部の外周面と、接続管部の内周面との間のクリアランスが、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍになる寸法関係に形成されてもよい。
【００１４】
上記本体部は、接続管部よりも鉛直上方に設けられ、噴射ノズルは、鉛直上方から鉛直下方に向かって流体を噴射し、本体側覆設部の外径は、投入口の口径よりも大きく形成されており、本体側覆設部が本体部に掛止されてもよい。
【００１５】
上記スロート部材の外周面には、凹んで切欠している凹欠部が形成されており、凹欠部によって、スロート部材の外周面と、本体部および接続管部の少なくともいずれかの内周面との間に断熱空間が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成で、粉末の固体原料の付着を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ガス化システムを説明するための説明図である。
【図２】原料投入装置の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図３】スロート部材の設置の態様を説明するための説明図である。
【図４】スロート部材を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
（ガス化システム１００）
図１は、ガス化システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、ガス化システム１００は、原料貯蔵部１１０と、原料切出部１１２と、原料投入装置２００と、ガス化炉（反応装置）１１４と、ボイラ１３０と、ヒータ１３２とを含んで構成される。
【００２０】
原料貯蔵部１１０は、ホッパ等で構成され、例えば、１０〜５０ｍｍ程度の粉粒体に粉砕された、褐炭等の石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料を貯蔵する。原料切出部１１２は、原料貯蔵部１１０に貯蔵された粉粒体状の固体原料を切り出す。
【００２１】
原料投入装置２００は、原料切出部１１２が切り出した粉粒体状の固体原料群（粉粒体状の固体原料がある程度集合した群）を分散させて、接続管部２０２を通じてガス化炉１１４に投入する。原料投入装置２００の具体的な構成については後に詳述する。
【００２２】
ガス化炉１１４には、加熱された流動媒体が導入されるとともに、ボイラ１３０からヒータ１３２を通じて５００℃程度の水蒸気が導入され、この水蒸気によって流動媒体の流動層が形成される。ガス化炉１１４は、原料投入装置２００から投入された粉粒体状の固体原料を、流動層において７００℃〜９００℃でガス化（水蒸気ガス化）を遂行し、ガス化ガスと残渣を生成する。
【００２３】
以上説明したように、原料切出部１１２で切り出された粉粒体状の固体原料群は、原料投入装置２００によってガス化炉１１４に投入されてガス化される。ここで、原料投入装置からガス化炉に固体原料群を投入する際に、接続管部２０２が、投入された固体原料で閉塞するおそれがある。また、原料切出部１１２で切り出された固体原料には、粒体に微細な粉末が含まれる。したがって、一旦接続管部２０２に投入された固体原料の粉末が、ガス化炉１１４からの水蒸気とともに逆流するおそれがある。そうすると、水蒸気の凝縮とともに、接続管部２０２内や原料投入装置２００内に固体原料の粉末が付着してしまうこともある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、簡易な構成で、固体原料を効率よく分散させて接続管部２０２に投入するとともに、接続管部２０２からの逆流を防止し、かつ、固体原料の粉末の付着を防止することが可能な原料投入装置２００を提供することを目的とする。以下、原料投入装置２００の具体的な構成について説明する。
【００２５】
（原料投入装置２００）
図２は、原料投入装置２００の具体的な構成を説明するための説明図である。図２に示すように、原料投入装置２００は、ロータリバルブ２１０と、第１投入シュート２１２と、第２投入シュート２１４と、気体導入部２１６と、噴射ノズル２１８と、スロート部材２２０と、内圧監視部２３２と、調整制御部２３４と、加温部２３６とを含んで構成される。
【００２６】
ロータリバルブ（落下部）２１０は、原料貯蔵部１１０の雰囲気と第１投入シュート２１２の雰囲気とを隔てる境界の役割を果たすとともに、原料貯蔵部１１０から供給された粉粒体状の固体原料群Ａ（図２中、グレーの塗りつぶしで示す）を、第１投入シュート２１２に間欠的に落下させる。図２に示す例では、ロータリバルブ２１０は、時計回り（図２中破線の矢印で示す）に回転して、固体原料群Ａを第１投入シュート２１２に落下させる。
【００２７】
第１投入シュート２１２は、鉛直上方から鉛直下方に向かうにつれて、水平断面の内径面積が小さくなる形状、いわゆる漏斗形状であり、ステンレス鋼で構成される。図２に示すように、原料投入装置２００において、第１投入シュート２１２は、その口径が大きい方の開口（上部開口）２１２ａが鉛直上方に、口径が小さい方の開口（下部開口）２１２ｂが鉛直下方に位置するように、かつ、第１投入シュート２１２の内周における傾斜面（傾斜面部）２５０がロータリバルブ２１０の鉛直下方に位置するように配される。すなわち、ロータリバルブ２１０における固体原料群Ａの落下方向（図２中Ｙ軸方向）の中心軸Ｒと、第１投入シュート２１２の鉛直方向（図２中Ｙ軸方向）の中心軸Ｓとが、水平方向（図２中Ｘ軸方向）にずれるように配置される。なお、第１投入シュート２１２における傾斜面２５０の角度は、水平面から７０度程度である。
【００２８】
また傾斜面２５０には、落下した固体原料群Ａが衝突して分散する衝突面部２５２が設けられる。つまり、ロータリバルブ２１０から落下した固体原料群Ａは、傾斜面２５０の衝突面部２５２に衝突することによって、固体原料群Ａの流下方向および水平方向に分散される（広がる）。そして、衝突面部２５２で分散された固体原料群Ａは、傾斜面２５０に沿って、自重で流下し下部開口２１２ｂ（落下部）に到達し、下部開口２１２ｂから第２投入シュート２１４に落下する。
【００２９】
第２投入シュート（本体部）２１４は、鉛直上方から鉛直下方に向かうにつれて水平断面の内径面積が小さくなる形状、いわゆる漏斗形状であり、ステンレス鋼で構成される。図２に示すように、原料投入装置２００において、第２投入シュート２１４は、その口径が大きい方の上部開口２１４ａが鉛直上方に、口径が小さい方の下部開口（投入口）２１４ｂが鉛直下方に位置するように、かつ、第２投入シュート２１４の内周における傾斜面（傾斜面部）２６０が第１投入シュート２１２の下部開口２１２ｂの鉛直下方に位置するように配される。すなわち、第１投入シュート２１２の中心軸Ｓと、第２投入シュート２１４の鉛直方向（図２中Ｙ軸方向）の中心軸Ｔとが、水平方向（図２中Ｘ軸方向）にずれるように配置される。なお、第２投入シュート２１４における傾斜面２６０の角度は、水平面から７０度程度である。
【００３０】
また傾斜面２６０には、第１投入シュート２１２から落下した固体原料群Ａが衝突して分散する衝突面部２６２が設けられる。つまり、第１投入シュート２１２における衝突面部２５２による固体原料群Ａの分散と同様に、第１投入シュート２１２から落下した固体原料群Ａは、傾斜面２６０の衝突面部２６２に衝突することによって、固体原料群Ａの流下方向および水平方向にさらに分散される。そして、衝突面部２６２で分散された固体原料群Ａは、傾斜面２６０に沿って、自重で流下し下部開口２１４ｂに到達し、下部開口２１４ｂから接続管部２０２を介してガス化炉１１４に投入される。換言すれば、下部開口２１４ｂは、衝突面部２６２から当該傾斜面２６０に沿って自重で流下した固体原料群Ａをガス化炉１１４側に導くことになる。
【００３１】
このように、傾斜面２５０、２６０に向けて固体原料群Ａを落下させ、固体原料群Ａが衝突面部２５２、２６２に衝突することで、固体原料群Ａを容易に分散させることが可能となる。
【００３２】
気体導入部２１６は、後述する調整制御部２３４による制御指令に応じて、第１投入シュート２１２の上部２１２ｃおよび第２投入シュート２１４の上部２１４ｃから当該両シュート２１２、２１４内に気体を導入する。ここで、気体導入部２１６が導入する気体は、ガス化炉１１４の雰囲気ガス（ここでは水蒸気）、または不活性ガス（窒素、アルゴン等）である。
【００３３】
気体導入部２１６が気体を導入することによって、原料投入装置２００からガス化炉１１４への気体の流れを作ることができる。これにより、粉末の固体原料の逆流を防止するとともに、固体原料群Ａをスムーズに接続管部２０２に投入することが可能となる。
【００３４】
噴射ノズル２１８は、調整制御部２３４による制御指令に応じた噴射量で、後述するスロート部材２２０に向かって、音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）程度の速度で流体を噴射する。ここで、噴射ノズル２１８が噴射する流体は、ガス化炉１１４の雰囲気ガス、または不活性ガスである。
【００３５】
このように、音速程度の速度で下部開口２１４ｂに向かって流体を噴射することにより、固体原料群Ａを接続管部２０２に確実に押し込む（投入する）ことができ、接続管部２０２における固体原料群Ａによる閉塞を防止することができる。また、粉末の固体原料や接続管部２０２からの水蒸気の逆流を抑制することができるため、逆流によって水蒸気および粉末の固体原料が第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の内周に付着する事態を低減することが可能となる。
【００３６】
また、ガス化炉が酸素を含む雰囲気である場合、接続管における固体原料群による閉塞や逆流を防止するために大量の空気を導入することができるが、本実施形態にかかるガス化炉１１４のように水蒸気雰囲気等の酸素を含まない雰囲気の場合、空気を導入することができない。そこで、大量の水蒸気や不活性ガスを原料投入装置２００から接続管部２０２へ導入することも考えられるが、コスト高となったり、粉末の固体原料が第１投入シュート２１２や第２投入シュート２１４の内周面に付着してしまったりする。
【００３７】
そこで、噴射ノズル２１８が音速といった高速で流体を噴射することで、固体原料群Ａによる閉塞や粉末の固体原料の逆流を、少ない量の流体で抑制することができ、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３８】
（スロート部材２２０）
スロート部材２２０は、第２投入シュート２１４（本体部）における下部開口２１４ｂ（投入口）と連続している部分の内周面、下部開口２１４ｂの内周面、および、接続管部２０２における下部開口２１４ｂと連続している部分の内周面を覆い、固体原料群Ａおよび噴射ノズル２１８から噴射される流体を流通可能な管状の部材であり、噴射ノズル２１８から噴射される流体によって振動可能に設けられている。具体的にスロート部材２２０は、管状のＳＵＳ等のステンレスの部材で構成され、下部開口２１４ｂから落下する固体原料群Ａおよび噴射ノズル２１８から噴射される流体を、下部開口２１４ｂとガス化炉１１４とを接続する接続管部２０２に案内する。
【００３９】
図３は、スロート部材２２０の設置の態様を説明するための説明図であり、図４は、スロート部材２２０を説明するための説明図である。図３に示すように、スロート部材２２０は、第２投入シュート２１４に設置されたときに、第２投入シュート２１４側（下部開口２１４ｂよりも噴射ノズル２１８による流体の噴射方向２１８ａ（図３、図４中、白抜き矢印で示す）の上流側）に配される本体側覆設部２２２と、本体側覆設部２２２と連続するとともに、接続管部２０２側（下部開口２１４ｂよりも噴射方向２１８ａの下流側）に配される接続管側覆設部２２４とを含んで構成される。
【００４０】
また、図４に示すように、本体側覆設部２２２がその外周面２２２ａで、下部開口２１４ｂの内周面と、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄの一部を覆い、接続管側覆設部２２４がその外周面２２４ａで、接続管部２０２の内周面２０２ａを覆う。換言すれば、スロート部材２２０の外周面全体として、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄの一部、下部開口２１４ｂの内周面、および、接続管部２０２の内周面２０２ａの一部を覆うこととなる。
【００４１】
また、本体側覆設部２２２の外径は、下部開口２１４ｂの口径よりも大きく形成されている。具体的に説明すると、本実施形態において、本体側覆設部２２２の上端の外径は、下部開口２１４ｂの口径よりも大きく、また、本体側覆設部２２２の水平（図４中Ｘ軸方向）断面の外径面積は、上端から下端までは漸減するように形成される。
【００４２】
これにより、上方からスロート部材２２０を第２投入シュート２１４に挿入するだけで、その自重で、本体側覆設部２２２が第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄに掛止されることになる。つまり、スロート部材２２０は、第２投入シュート２１４や接続管部２０２に固定されておらず、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄに掛止されているだけである。したがって、噴射ノズル２１８によって噴射された流体が本体側覆設部２２２に衝突すると、この衝突によってスロート部材２２０を振動させることが可能となる。
【００４３】
また、スロート部材２２０において、本体側覆設部２２２は、外周面２２２ａと、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄとが密着するように、すなわち、クリアランスが実質的に０ｍｍになるような寸法関係に形成されている。一方、接続管側覆設部２２４は、外周面２２４ａと、接続管部２０２の内周面２０２ａとの間のクリアランスが、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍになるような寸法関係に形成されている。
【００４４】
したがって、本体側覆設部２２２の内周面２２２ａに噴射された流体が衝突することにより、接続管側覆設部２２４が水平方向（図４中Ｘ軸方向）に振動することとなる。なお、この際の振動は、周波数が、１０Ｈｚ程度の微振動である。
【００４５】
また、図４に示すように、噴射方向２１８ａの上流側から下流側に向かうにつれて、本体側覆設部２２２内の空間は徐々に狭くなり、接続管側覆設部２２４内の空間は本体側覆設部２２２との接続部分から所定距離までは一定であり、所定距離を超えると徐々に広くなる形状に構成されている。換言すれば、スロート部材２２０の内部空間は、漏斗形状に構成されている。
【００４６】
具体的に説明すると、本体側覆設部２２２の水平（図４中Ｘ軸方向）断面の内径面積は、上端から下端までは漸減し、接続管側覆設部２２４の水平（図４中Ｘ方向）方向の断面の内径面積は、上端（本体側覆設部２２２と接続管側覆設部２２４との接続部分、すなわち、本体側覆設部２２２の下端と実質的に等しい）から所定距離までは最も細く一定であり、所定距離から下端になるに連れて漸増するように形成される。このスロート部材２２０における、本体側覆設部２２２と接続管側覆設部２２４との接続部分から所定距離までの領域が、第２投入シュート２１４から接続管部２０２への流通口となる。
【００４７】
このように、本体側覆設部２２２内の空間を、噴射方向２１８ａの上流側から下流側に向かって徐々に狭くする、すなわち、噴射ノズル２１８に向かって広くすることで、噴射ノズル２１８から噴射される流体が、本体側覆設部２２２の内周に衝突する面積を大きくすることができ、流体の衝突によるスロート部材２２０の振動効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
このように、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４や接続管部２０２に固定せず、第２投入シュート２１４に掛止するといった簡易な構成で、固体原料群Ａを押し込むために必要な噴射ノズル２１８による流体の噴射を利用して、スロート部材２２０を確実に振動させることができる。したがって、スロート部材２２０付近における粉末の固体原料の付着を防止することが可能となり、また、固体原料群Ａの流下を促進させることができる。
【００４９】
また、スロート部材２２０は、噴射ノズル２１８によって噴射された流体との衝突によって摩耗することがあるが、本実施形態においてスロート部材２２０は、第２投入シュート２１４に掛止されているだけであるため、スロート部材２２０の交換を容易に行うことができる。
【００５０】
さらに、図４に示すように、スロート部材２２０の外周面（ここでは、本体側覆設部２２２の外周面２２２ａおよび接続管側覆設部２２４の外周面２２４ａ）には、凹んで切欠している凹欠部２２０ａが形成されており、この凹欠部２２０ａによって、第２投入シュート２１４の内周面２１４ｄ、接続管部２０２の内周面２０２ａと、スロート部材２２０の外周面との間に空間Ｂが形成されている。そして、空間Ｂには空気が充填されており、この空気によって断熱空間が形成されることになる。このように形成された断熱空間によって、スロート部材２２０の放冷を回避することができる。これにより、仮に接続管部２０２から水蒸気が逆流したとしても、この水蒸気の凝縮を防止でき、スロート部材２２０付近における粉末の固体原料の付着を防止することが可能となる。
【００５１】
内圧監視部２３２は、第２投入シュート２１４の内圧を監視する。調整制御部２３４は、監視された内圧が所定範囲（例えば、ガス化炉１１４の圧力から０〜１０ｋＰａ程度低い圧力範囲）内に収まるように気体導入部２１６が投入シュートに導入する気体の量または噴射ノズル２１８が噴射する流体の量を調整する。具体的に調整制御部２３４は、監視された内圧が所定範囲を下回りそうになると、気体導入部２１６による気体の導入量を増加させたり、噴射ノズル２１８による流体の噴射量を低減させたりする。
【００５２】
調整制御部２３４が第２投入シュート２１４の内圧（および第１投入シュート２１２の内圧）に基づいて、気体導入部２１６および噴射ノズル２１８を制御して、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の内圧を所定範囲内に収めることで、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４が負圧になりすぎてしまう事態を回避することができる。これにより、外部（大気）から第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４内へ空気が入り込んでしまう事態を回避することができる。また、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の耐圧性を上げる必要がなくなるため、低コスト化を図ることが可能となる。
【００５３】
加温部２３６は、スチームトレース等で構成され、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の外周面に接触するように巻き回して設置される。本実施形態において、加温部２３６には、ボイラ１３０から１７０℃程度の水蒸気が導入される。加温部２３６が第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４を加温することにより、仮に接続管部２０２から水蒸気が逆流したとしても、この水蒸気の凝縮を防止できる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態にかかる原料投入装置２００によれば、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４に掛止するとともに、噴射ノズル２１８が噴射した流体をスロート部材２２０に衝突させるだけといった簡易な構成で、スロート部材２２０を確実に振動させることができる。つまり、スロート部材２２０の振動に、固体原料群Ａを押し込むために必要な噴射ノズル２１８を利用しているため、スロート部材２２０を振動させるための専用の振動装置を別途設ける必要がない。したがって、簡易な構成で、コストの上昇を伴うことなく、固体原料の粉末がスロート部材２２０の内周に付着する事態を回避することが可能となる。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、上述したスロート部材２２０において、凹欠部２２０ａが、本体側覆設部２２２の外周面２２２ａおよび接続管側覆設部２２４の外周面２２４ａ双方に形成される構成を例に挙げて説明した。しかし、凹欠部２２０ａは、本体側覆設部２２２の外周面２２２ａおよび接続管側覆設部２２４の外周面２２４ａのいずれかに形成されてもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態において、凹欠部２２０ａによって形成される空間Ｂに空気が充填され、この空気によって断熱空間が形成される例について説明した。しかし、空気以外の流体や、固体を、空間Ｂに充填することで断熱空間が形成されてもよい。
【００５８】
さらに、上述した実施形態では、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４と別体で構成する例について説明したが、噴射ノズル２１８が噴射する流体によって振動できる構造であれば、スロート部材２２０を第２投入シュート２１４と一体的に構成してもよい。例えば、スロート部材２２０の一部が第２投入シュート２１４に接続されているような構成であってもよい。
【００５９】
また、原料投入装置２００では、投入シュートを鉛直方向に２つ備えるため、ロータリバルブ２１０が落下させた固体原料群Ａは、衝突面部２５２、２６２に衝突するが、固体原料群Ａを十分に分散できれば、少なくとも１回衝突面部に衝突すればよい。
【００６０】
さらに、第１投入シュート２１２および第２投入シュート２１４の内面を研磨することで、粉末の固体原料の付着をさらに防止することもできる。
【００６１】
また、上述した実施形態では、原料投入装置２００が流動層式のガス化炉１１４に固体原料を投入する構成を例に挙げて説明したが、移動層式のガス化炉であってもよい。またガス化炉以外でも、固体原料を反応させる反応装置であれば、燃焼炉、焼却炉等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ガス化炉等の反応装置に原料を投入する原料投入装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ …固体原料群
１１０ …原料貯蔵部
１１４ …ガス化炉（反応装置）
２００ …原料投入装置
２０２ …接続管部
２１４ …第２投入シュート（本体部）
２１４ｂ …下部開口（投入口）
２１８ …噴射ノズル
２２０ …スロート部材
２２２ …本体側覆設部
２２４ …接続管側覆設部
２２０ａ …凹欠部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体原料を貯蔵する原料貯蔵部と、該固体原料を反応させる反応装置との間に配される原料投入装置であって、
本体部と、
前記本体部に設けられ、前記原料貯蔵部から供給された粉粒体状の固体原料群を前記反応装置側に導く投入口と、
前記投入口に向かって流体を噴射する噴射ノズルと、
前記本体部の内周面の一部および前記投入口の内周面を覆い、前記固体原料群および前記噴射ノズルから噴射される流体を流通可能な管状のスロート部材と、
を備え、
前記スロート部材は、前記噴射ノズルから噴射される流体によって振動可能に設けられていることを特徴とする原料投入装置。
【請求項２】
前記投入口と前記反応装置とを接続する接続管部を備え、
前記スロート部材は、
前記投入口よりも前記噴射ノズルによる流体の噴射方向の上流側に位置する前記本体部の内周面を覆う本体側覆設部と、
前記本体側覆設部に連続するとともに、前記投入口よりも前記噴射方向の下流側に位置する前記接続管部の内周面を覆う接続管側覆設部とを含んで構成され、
前記本体側覆設部は、前記噴射方向の上流側から下流側に向かうにつれて、前記本体側覆設部内の空間が徐々に狭くなる形状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の原料投入装置。
【請求項３】
前記接続管側覆設部は、当該接続管側覆設部の外周面と、前記接続管部の内周面との間のクリアランスが、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍになる寸法関係に形成されることを特徴とする請求項２に記載の原料投入装置。
【請求項４】
前記本体部は、前記接続管部よりも鉛直上方に設けられ、
前記噴射ノズルは、鉛直上方から鉛直下方に向かって流体を噴射し、
前記本体側覆設部の外径は、前記投入口の口径よりも大きく形成されており、該本体側覆設部が前記本体部に掛止されることを特徴とする請求項２または３に記載の原料投入装置。
【請求項５】
前記スロート部材の外周面には、凹んで切欠している凹欠部が形成されており、前記凹欠部によって、前記スロート部材の外周面と、前記本体部および前記接続管部の少なくともいずれかの内周面との間に断熱空間が形成されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の原料投入装置。
【請求項１】
固体原料を貯蔵する原料貯蔵部と、該固体原料を反応させる反応装置との間に配される原料投入装置であって、
本体部と、
前記本体部に設けられ、前記原料貯蔵部から供給された粉粒体状の固体原料群を前記反応装置側に導く投入口と、
前記投入口に向かって流体を噴射する噴射ノズルと、
前記本体部の内周面の一部および前記投入口の内周面を覆い、前記固体原料群および前記噴射ノズルから噴射される流体を流通可能な管状のスロート部材と、
を備え、
前記スロート部材は、前記噴射ノズルから噴射される流体によって振動可能に設けられていることを特徴とする原料投入装置。
【請求項２】
前記投入口と前記反応装置とを接続する接続管部を備え、
前記スロート部材は、
前記投入口よりも前記噴射ノズルによる流体の噴射方向の上流側に位置する前記本体部の内周面を覆う本体側覆設部と、
前記本体側覆設部に連続するとともに、前記投入口よりも前記噴射方向の下流側に位置する前記接続管部の内周面を覆う接続管側覆設部とを含んで構成され、
前記本体側覆設部は、前記噴射方向の上流側から下流側に向かうにつれて、前記本体側覆設部内の空間が徐々に狭くなる形状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の原料投入装置。
【請求項３】
前記接続管側覆設部は、当該接続管側覆設部の外周面と、前記接続管部の内周面との間のクリアランスが、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍになる寸法関係に形成されることを特徴とする請求項２に記載の原料投入装置。
【請求項４】
前記本体部は、前記接続管部よりも鉛直上方に設けられ、
前記噴射ノズルは、鉛直上方から鉛直下方に向かって流体を噴射し、
前記本体側覆設部の外径は、前記投入口の口径よりも大きく形成されており、該本体側覆設部が前記本体部に掛止されることを特徴とする請求項２または３に記載の原料投入装置。
【請求項５】
前記スロート部材の外周面には、凹んで切欠している凹欠部が形成されており、前記凹欠部によって、前記スロート部材の外周面と、前記本体部および前記接続管部の少なくともいずれかの内周面との間に断熱空間が形成されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の原料投入装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−８７１６９（Ｐ２０１３−８７１６９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７６５９（Ｐ２０１１−２２７６５９）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１８０４３８）四電エンジニアリング株式会社 (14)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１８０４３８）四電エンジニアリング株式会社 (14)
[ Back to top ]