(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内のガス化炉で炭素含有燃料を部分酸化してガス化した生成ガスを、該生成ガスの出口側で冷却するガス冷却器であって、
該ガス冷却器内に設けられる熱交換器の管群を構成する管と管との前記生成ガスのガス流れ方向の管同士の距離（ＳＬ）と、管の外径（ｄ）との比率（ＳＬ／ｄ）が、１より大きく１．４以下であることを特徴とするガス冷却器。
【請求項３】
請求項１において、
前記ガス冷却器内の生成ガス温度が灰融点以下であると共に、ダスト濃度が５０〜２０，０００ｇ／ｍ３の範囲であることを特徴とするガス冷却器。
【請求項４】
請求項１又は３において、
前記圧力容器内の圧力が０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａであることを特徴とするガス冷却器。
【請求項５】
請求項１、３又は４のいずれか一つのガス冷却器を備えたことを特徴とするガス化炉。
【請求項６】
請求項１、３又は４のいずれか一つのガス冷却器を備えたガス化炉と、
該ガス化炉で得られた生成ガスを燃料として供給されるガスタービン設備と、
該ガスタービン設備からの排ガスから排熱回収を行う排熱回収ボイラとを含むことを特徴とする炭素含有燃料ガス化複合発電装置。
【請求項７】
請求項６において、
さらに、得られた蒸気が供給される蒸気タービン設備を含むことを特徴とする炭素含有燃料ガス化複合発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素含有燃料ガス化炉のガス冷却器、ガス化炉及び炭素含有燃料ガス化複合発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、石炭火力プラントの発電効率を向上させるため、石炭ガス化複合発電装置（ＩＧＣＣ；Integrated
Gasification Combined Cycle）が、開発・実用化されている。
この石炭ガス化複合発電装置は、埋蔵量が豊富な石炭資源を利用している点、従来の微粉炭火力発電よりも熱効率が高く、二酸化炭素などの大気汚染物質の排出量が少ない点、石炭の灰がガラス質の溶融スラグとして排出され、体積が小さくなる点、などの利点を有している。そのため、石炭ガス化複合発電設備は、今後の石炭火力発電の主力となる技術として開発が進められている。
ここで、石炭ガス化複合発電装置は、石炭をガス化して得られる石炭ガスを燃料として運転するガスタービンと、ガスタービンの排熱を回収して得られる蒸気により運転する蒸気タービンとを備えた構成とされている（特許文献１）。【０００３】
ところで、近年、石炭火力プラントの発電効率向上のため、加圧型の石炭ガス化炉を用いた石炭ガス化複合発電装置の開発が進められている（特許文献２）。【０００４】
この加圧型の石炭ガス化炉は、従来の燃焼ボイラと異なり、ガス化炉及びガス冷却器が圧力容器内に設けられ、その圧力容器の圧力は例えば３ＭＰａとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８５５６４号公報
【特許文献２】特開２００６−２１４７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧力容器内の石炭ガス化炉出口に設置されるガス冷却器では、ガス化した生成ガス中の粒子（例えば石炭中の灰、未燃分）が高濃度であるため、ガス冷却器を構成する熱交換器内の多数の管群は粒子の堆積により伝熱効率が低下する、という問題がある。【０００７】
一般的には、伝熱効率を向上させるため、管同士の間隔をガス冷却器の高さ方向（生成ガスのガス流れ方向）にある程度間隔をとって配置しているが、ガス化炉出口のガス冷却器など、高濃度粒子雰囲気の熱交換器では、粒子が直ちに堆積し、短時間で伝熱効率が低下する。【０００８】
このため、管の伝熱面に堆積した粒子を除去する除塵装置である例えばスートブロアを設置し、高速の蒸気を吹き付けて、堆積粒子を除去することで、伝熱効率低下を抑制するが、高濃度粒子雰囲気では、除塵頻度が多くなり、除塵装置の作動信頼性を高めることが必要となる。【０００９】
特に、圧力容器内のガス冷却器の管群に対して、例えばスートブロアを挿入及び抜出を繰り返すような場合、信頼性の高い圧力シール等の付帯設備が必要となり、設備費用が大幅に嵩むという問題がある。【００１０】
また、堆積粒子が灰のように焼結するものである場合、雰囲気温度が焼結温度領域にあれば、除塵頻度の頻度設定を常に適切に保持しなければ、伝熱効率低下のみならず、堆積粒子の焼結付着により、ガス冷却器内のガス流路の閉塞をひきおこす要因となり、問題である。【００１１】
このため、除塵頻度を少なく（例えば８時間ごと）するために、堆積して伝熱効率が低下することを前提とし、熱交換器の配管の設置本数を予め多く設置しているので、熱交換器の容積が増大する、という問題がある。【００１２】
よって、熱交換器を構成する管群に対しての堆積粒子の堆積量が減少すると共に、熱交換効率の変動が少ないガス冷却器の出現が切望されている。【００１３】
本発明は、前記問題に鑑み、堆積粒子の堆積量が減少すると共に、熱交換効率の変動が少ない炭素含有燃料ガス化炉のガス冷却器、ガス化炉及び炭素含有燃料ガス化複合発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、圧力容器内のガス化炉で炭素含有燃料を部分酸化してガス化した生成ガスを、該生成ガスの出口側で冷却するガス冷却器であって、該ガス冷却器内に設けられる熱交換器の管群の管同士の距離が、前記生成ガスのガス流れ方向において当接又は近接していることを特徴とするガス冷却器にある。【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、前記管群を構成する管と管との前記生成ガスのガス流れ方向の管同士の距離（ＳＬ）と、管の外径（ｄ）との比率（ＳＬ／ｄ）が、１より大きく１．４以下であることを特徴とするガス冷却器にある。【００１６】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記ガス冷却器内の生成ガス温度が灰融点以下であると共に、ダスト濃度が５０〜２０，０００ｇ／ｍ3の範囲であることを特徴とするガス冷却器にある。【００１７】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記圧力容器内の圧力が０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａであることを特徴とするガス冷却器にある。【００１８】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つのガス冷却器を備えたことを特徴とするガス化炉にある。【００１９】
第６の発明は、第１乃至４のいずれか一つのガス冷却器を備えたガス化炉と、該ガス化炉で得られた生成ガスを燃料として供給されるガスタービン設備と、該ガスタービン設備からの排ガスから排熱回収を行う排熱回収ボイラとを含むことを特徴とする炭素含有燃料ガス化複合発電装置にある。【００２０】
第７の発明は、第６の発明において、さらに、得られた蒸気が供給される蒸気タービン設備を含むことを特徴とする炭素含有燃料ガス化複合発電装置にある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、管同士を当接又は近接する結果、ガス流れと共に同伴する粒子は、管と管との間の窪み部にしか堆積粒子として堆積しないものとなり、粒子の堆積による熱交換効率の低下を抑制することができる。これにより、高信頼性の除塵装置を必要とせず、さらには伝熱効率低下の余裕を考慮しなくて済むこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本実施例に係る石炭ガス化炉の概略図である。
【図２】図２は、本実施例に係る熱交換器の管の配置図である。
【図３】図３は、従来技術に係る熱交換器の管の配置図である。
【図４】図４は、従来技術に係る熱交換器の管への粒子の堆積状態を示す図である。
【図５】図５は、本実施例に係る熱交換器の管群の配置概略図である。
【図６】図６は、従来技術に係る熱交換器の管群の配置概略図である。
【図７】図７は、ＳＬ／ｄとチャー堆積量比（％）との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、従来技術に係る石炭ガス化炉の概略図である。
【図９】図９は、本実施例に係る石炭ガス化複合発電装置の概略図である。
【図１０】図１０は、コンベンショナルボイラの上部火炉上部に設置する熱交換器の管の配置図である。
【図１１】図１１は、コンベンショナルボイラの上部火炉上部に設置する他の熱交換器の管の配置図である。
【図１２】図１２は、ＳＬ／ｄとチャー堆積部伝熱効率（％）との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、熱交換器の管への粒子の堆積状態を示す模式図である。
【図１４】図１４は、スートブロア後経過時間と、熱吸収量（％）との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、ＳＬ／ｄと熱吸収量（スートブロア間隔８時間積算）％）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２４】
本発明による実施例に係る石炭ガス化炉のガス冷却器について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例に係る石炭ガス化炉の概略図である。図２は、本実施例に係る熱交換器の管の配置図である。図３は、従来技術に係る熱交換器の管の配置図である。図４は、従来技術に係る熱交換器の管への粒子の堆積状態を示す図である。図５は、本実施例に係る熱交換器の管群の配置概略図である。図６は、従来技術に係る熱交換器の管群の配置概略図である。図７は、ＳＬ／ｄとチャー堆積量比（％）との関係を示すグラフである。図８は、従来技術に係る石炭ガス化炉の概略図である。【００２５】
図１に示すように、本実施例に係る石炭ガス化炉３は、微粉炭を部分酸化ガス化するガス化炉３ａと、ガス冷却器３ｂとから構成されており、これらが例えば３ＭＰａの圧力容器３０内に設けられている。
圧力容器３０内の煙道３１には、部分酸化により生成された高温（例えば約１，１００〜１，２００℃）の生成ガス２のガス流れに沿って、熱交換器３６が設けられている。この熱交換器３６は、この高温ガスを石炭ガス化炉設備の後流に設置されたガス精製設備（不図示）に適した温度である例えば約４５０℃まで冷却すると共に、高温ガスから熱エネルギーを回収する装置である。【００２６】
ここで、熱交換器３６としては、例えば高温の生成ガス２の流路となる煙道３１内に、蒸発器（ＥＶＡ）３２、２次過熱器（２ＳＨ）３３、１次過熱器（１ＳＨ）３４及び節炭器（ＥＣＯ：エコノマイザー）３５が上から順に配置され、煙道３１内を上から下向きに流れる高温の生成ガス２から吸熱して冷却するように構成されている。【００２７】
熱交換器３６は、冷媒を供給する管が多数設けられており、図５に示すような３列×３列の管群５０Ａを構成している。なお、図５は管群の一例であり、実際はガス冷却器の熱交換の伝熱容量に対応して多数の管が配置されている。【００２８】
本実施例では、図２に示すように、この管群を構成する管５１、５１同士を当接して設けるようにしている。なお、図中、符号２ａはガス流れを図示している。【００２９】
管同士を当接する結果、ガス流とともに同伴する粒子は、管と管との間の窪み部５１ａにしか堆積粒子として堆積しないものとなり、粒子の堆積による熱交換効率の低下を抑制することができる。
これにより、高信頼性の除塵装置を必要とせず、さらには伝熱効率低下の余裕を考慮しなくて済むこととなる。【００３０】
すなわち、従来のボイラ設備の熱交換器においては、図３及び図６に示すように、粒子が堆積するのをある程度考慮して、伝熱効率を設定するために、管同士の距離を大きく(例えばＳＬ／ｄ＝２程度)としていた。
図６ではごばん目のように管５１を配置して管群５０Ｂを形成している。【００３１】
これは、従来のボイラ設備の熱交換器においては、管５１に回り込むガスの渦流れによる熱を熱交換するために、所定の間隔をもつようにしており、一般的には、ＳＬ／ｄ＝２のごばん目状の配管としている。これは伝熱のし易さの指数であるヌセルト数を高くするのがＳＬ／ｄ＝２近傍が好ましいことによる（例えば伝熱工学資料  改訂第３版  社団法人  日本機械学会  １９７５  第４０、４１頁参照）。【００３２】
ところで、石炭ガス化炉のような圧力容器内におけるガス冷却器において、このようなＳＬ／ｄ＝２の管の配置とすると、図４に示すように、管５１と管５１との間に粒子堆積物５３が直ちに堆積することとなり、伝熱効率が低下することとなる。【００３３】
すなわち、図４に示すように、清浄（クリーン）の場合には、管５１には粒子５２は堆積していないが、生成ガス２中のダスト（チャー）量が大量であるので、時間とともに、管５１のガス流れ上流側にダストの粒子５２が先ず堆積し、それが次第に成長することで、管５１同士の間の空間もすべて粒子が堆積する粒子堆積物５３となる。
この堆積した粒子堆積物５３は見かけ上板のようになり、伝熱効率が大幅に低下する。【００３４】
これに対し、本実施例では、管５１、５１の隙間にさらに管５１を配置させ、結果として管５１、５１同士を当接させることで、伝熱効率の低下を防ぐと共に、粒子堆積量の低減を図るようにしている。【００３５】
すなわち、本実施例では、管５１、５１同士の距離を当接又は近接（ＳＬ／ｄ＝１より大きく１．４以下）させ、粒子堆積物５３の堆積量を少なくすることで、除塵装置の挿抜回数を減らすことができる。
管５１、５１同士の距離は、従来のＳＬ／ｄ＝２未満、好ましくはＳＬ／ｄ＝１．０より大きく１．４以下、より好ましくはＳＬ／ｄ＝１．１より大きく１．４以下の範囲とするのが良い。【００３６】
以上より、本発明で管５１、５１同士が当接するとは、ＳＬ／ｄ＝１．０の場合であり、管５１、５１同士の距離が近接するとは、ガス流れ方向に設置する管５１、５１同士の距離がＳＬ／ｄが１．０より大きく１．４以下の場合をいう。【００３７】
なお、大型プラントにおける実機の製造においては、ＳＬ／ｄ＝１．０を作る場合は、手間とコスト等がかかる。この手間とコスト面等の観点から、１本又は複数条の管を曲げて作る場合には、ＳＬ／ｄが１．１以上とすることが好ましい。【００３８】
これは、図７に示すように、ＳＬ／ｄが１．０に近づくにつれて、隣接する管５１、５１同士の窪み部５１ａ及び隙間部が小さくなり、粒子堆積物５３の堆積量は低減することとなるので、ＳＬ／ｄ＝１に近い数字とするのが好ましい。【００３９】
図１２は、ＳＬ／ｄとチャー堆積部伝熱効率（％）との関係を示すグラフである。図１３は、熱交換器の管への粒子の堆積状態を示す模式図である。
図１２に示すグラフでは、ＳＬ／ｄの値を変化させた場合におけるチャー堆積部伝熱効率の関係を示すものである。ここで、図１３に示す管５１の表面が粒子堆積物５３により、熱交換できない管の一部分５１ｂは、熱抵抗の影響を受ける部分となる。
図１２に示すグラフによれば、ＳＬ／ｄ＞１．４になると伝熱効率があまり変化しなくなるため、これ以上広げても圧力容器の高さが高くなるだけとなる。よって、管５１、５１同士のＳＬ／ｄは１．４以下とすることが好ましいものとなる。【００４０】
図１４は、スートブロア後経過時間（ｈｒ）と、熱吸収量（％）との関係を示すグラフである。
図１４において、０時間は、スートブロアを実施した直後であり、熱吸収量は１００％に近い。スートブロアを実施した後、ＳＬ／ｄを１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、２．０と各々変化させた場合の、８時間経過における熱吸収量（％）を求めた。【００４１】
図１４に示すように、ＳＬ／ｄが２に近い場合には、スートブロア実施直後の初期においては、熱吸収量の値は大きいので好ましいものとなる。
しかし、経時的な低下においては、ＳＬ／ｄが小さいほど、熱吸収量の低下が少ないことが確認された。
また、図１４や図１２の結果から、ＳＬ／ｄが１．４以下とするのが好ましい。特にＳＬ／ｄが１．３以下の場合に、図１４で熱吸収量が６０％以上になり、さらに好ましい。【００４２】
また、図１５は、ＳＬ／ｄと熱吸収量（スートブロア間隔８時間積算）％）との関係を示すグラフである。
スートブロアの運用を実機適用の８時間とした場合である。図１５に示すように、８時間経過した場合、積算した熱吸収量（％）は、ＳＬ／ｄが小さい方が、熱吸収量は大きく好ましいものであるが、ＳＬ／ｄが１．４を超えると、熱吸収量が５００％に近づき、好ましくないものとなる。【００４３】
また、本発明によれば、管同士の距離を当接又は近接させているので、管群全体としてコンパクトとなり、圧力容器内のガス冷却器の容積を小さくすることができることとなる。
例えば、３列×３列の管群５０ＢにおいてＳＬ／ｄ＝２とした場合、管群高さは５ｄとなる。
これに対し、管群５０ＡにおいてＳＬ／ｄ＝１とした場合、管群高さは３ｄとなり、高さは約４０％低減される。
高さ方向の管本数をＮとすると、管群５０Ｂと管群５０Ａの高さの違いは、Ｎｄ/（２Ｎ−１）ｄとなり、Ｎが増加（約５０本以上）すると、高さ低減率は約５０％となり、大幅な減少となる。【００４４】
ここで、管５１の外径を例えば５０ｍｍとした場合、粒子（チャー）堆積量について検討すると、図７に示すように、ＳＬ＝２を基準（１００％）とした場合において、ＳＬ／ｄ＝１．０の場合は１８％となり、大幅な粒子堆積量の低減化を図ることができる。【００４５】
また、図７において、チャー堆積量比（％）としては、ＳＬ／ｄが１．１の場合２６％であり、ＳＬ／ｄが１．２の場合３４％であり、ＳＬ／ｄが１．３の場合４２％であり、ＳＬ／ｄが１．４の場合５０％である。ＳＬ／ｄが１．４を超えると５０％以上となり、堆積量が多くなり、好ましくないものとなる。【００４６】
従来のようなＳＬ／ｄ＝２として熱交換器を設置した場合には、図８に示す石炭ガス化炉３のガス冷却器３ｂとなり、ほぼ石炭ガス化部３ａの高さと同じである。
これに対し、本実施例のような管同士を当接又は近接した熱交換器とする場合には、図１に示すようにガス冷却器３ｂの熱交換器の高さＨ1は、従来の図８に示す熱交換器の高さＨ２の約半分となり、装置の大幅なコンパクト化を図ることができる。【００４７】
ここで、従来の通常のボイラ設備の熱交換器と、石炭ガス化炉の熱交換器とをその粒子堆積量の相違について説明する。
表１は、コンベンショナルボイラとガス化炉との炉内圧力、空気比、粒子量との相違からガス化炉の粒子濃度を求めたものである。【００４８】
【表１】
0005602308.tif 000002
【００４９】
表１に示すように、炉内圧力は、コンベンショナルボイラでは、常圧の１ａｔｍであるのに対し、ガス化炉は加圧式であるので３０ａｔｍであり、その比率は３０倍となる。
空気比は、コンベンショナルボイラでは、１．２０程度であるのに対し、ガス化炉は部分酸化ガス化反応であるので０．４程度であり、その比率は約３倍となる。
燃料中の未反応残留粒子量は、コンベンショナルボイラでは、１０ｗｔ％であるのに対し、ガス化炉は部分酸化反応であるので、未反応分が多く５０ｗｔ％であり、その比率は５倍となる。
これらを掛け合わせると、４５０倍の粒子濃度が存在することとなる。【００５０】
従来の実操業のプラントにおいては、コンベンショナルボイラの熱交換器では、凡そ８時間に１度の頻度で除塵装置（例えばスートブロア等）により粒子の除去作業を実施している。
石炭ガス化炉の熱交換器においても、同様の構成で同様の方法で粒子の除去作業を実施すると仮定すると、粒子濃度は４５０倍と大幅に増加するので、凡そ毎分１回の頻度で除塵作業を実施する計算となり、工業的には実施不可能となる。【００５１】
よって、このように堆積することを想定して伝熱面を大きくするために、熱交換器において必要以上の管群構成とする必要がある。【００５２】
そこで、本発明のように、圧力容器３０内のガス冷却器３ｂの熱交換器の管群を構成する場合、管５１、５１同士を生成ガス２のガス流れ方向（図５中上下方向）に当接又は近接させて管群５０Ａを構成することで、伝熱面を従来と同等としつつ、ガス冷却器の高さをコンパクト化させ、ガス化炉の圧力容器のコンパクト化を図るようにしている。
この結果、圧力容器の容積もコンパクトとなるので、石炭ガス化炉のガス冷却器３ｂ部分の総重量が軽くなり、それを支える鉄骨部材の強度もそれに応じて緩和することができ、設備の設置費用の大幅なコストダウンを図ることができる。【００５３】
さらに、従来のごばん目状の配置の管群とする場合に発生する粒子堆積物５３の堆積量も大幅に低減できるので、除塵装置（例えばスートブロア等）頻度の低減を図ると共に、冷却装置の補修等において堆積物を清掃する際、清掃作業の軽減や、除去した粒子堆積物５３の保管設備のコンパクト化、廃棄物そのものの低減を図ることができる。【００５４】
図１０及び図１１は、コンベンショナルボイラの上部火炉上部に設置する熱交換器の管の配置図である。
図１０に示す配置はＳＬ／ｄ＝２とした管６１の熱交換器を、コンベンショナルボイラの上部火炉に設置した場合の溶融灰分６２の落下の様子を示している。図中、符号６０は燃焼ガスを図示する。
図１１は、コンベンショナルボイラの上部火炉において、管６１周囲に付着する溶融した溶融灰分６２を効率よく流れ落ちるようにすることを目的として、熱交換器の管同士の間隔を当接しているような場合である。【００５５】
ここで、コンベンショナルボイラにおいて、伝熱面を当接又は近接させるのは、ボイラ火炉上部の高温（１３００〜１４００℃）領域における管６１に付着する溶融灰分６２が、伝熱面である管６１に沿って火炉底部側に容易に落下しやすいようにするものであり、本発明のように、圧力容器３０内において、生成ガス２のガス温度が灰融点以下（例えば１１００℃以下）のダスト分が多量にある領域での熱交換に設置するものとは、その設置する技術思想が異なるものである。【００５６】
本発明では、上述したように、例えば３ＭＰａという高い圧力でしかもダスト分が多量に存在する生成ガス２を熱交換する熱交換器３６において、該熱交換器３６を構成する管群の管５１、５１同士を近接（例えばＳＬ／ｄ＝１より大きく１．４以下）するものであり、この熱交換器内の管群を通過する生成ガス２の温度は１１００〜１２００℃以下であり、そのダスト分はサラサラ状態であり、コンベンショナルボイラのような１３００℃という温度が高い状態で、溶融灰分のように溶融して付着するものではなく、その性質が異なるものである。【００５７】
ここで、コンベンショナルボイラは燃料の石炭を完全燃焼させるものであり、残留未反応粒子（フライアッシュ）の成分は灰分９９〜９５ｗｔ％、炭素（Ｃ）量は１〜５ｗｔ％と炭素成分は少ないものである。
これに対し、本発明で対象とするガス化炉は部分酸化燃焼であり、残留未反応粒子（チャー）の成分は、灰分が８０ｗｔ％以下で、炭素（Ｃ）量は２０ｗｔ％以上のもので、粒子の含有成分も大幅に相違する。
ガス化炉３ａで発生するダスト（チャー）量は、通常５０〜２０,０００ｇ／ｍ3の範囲である。【００５８】
このように、ガス冷却器３ｂに導入されるガス温度が１１００〜１２００℃以下の生成ガス２中に多量に存在する粒子の堆積による伝熱面積の低下の変動を解消するために、管５１、５１同士を当接又は近接させて、堆積粒子の堆積量を低減させるようにしている。【００５９】
この結果、圧力容器３０内のガス冷却器３ｂの熱交換器の管群に対して、例えばスートブロアを挿入及び抜出を繰り返すことが低減され、圧力シール等の付帯設備の費用が大幅に嵩むことも解消される。【００６０】
本実施例では、圧力容器３０の圧力を３ＭＰａとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力が０．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の場合も適用することができる。
【実施例２】
【００６１】
以下、本実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の一形態を図面に基づいて説明する。図９は、本実施例に係る石炭ガス化複合発電装置の概略図である。図９に示すように、例えば石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電装置（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１は、主として、石炭ガス化炉３と、ガスタービン設備５と、蒸気タービン設備７とを備えている。
石炭ガス化炉３の上流側には、石炭ガス化炉３へと微粉炭を供給する石炭供給設備１０が設けられている。この石炭供給設備１０は、原料炭を粉砕して数μｍ〜数百μｍの微粉炭とする粉砕機（図示せず）を備えており、この粉砕機によって粉砕された微粉炭が複数のホッパ１１，１１…に貯留されるようになっている。【００６２】
各ホッパ１１に貯留された微粉炭は、一定流量ずつ空気分離装置１５から供給される窒素（Ｎ２）とともに石炭ガス化炉３へと搬送される。
石炭ガス化炉３は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化部３ａと、石炭ガス化部３ａの下流側に接続されて、上方から下方へとガスが流されるように形成されたガス冷却器３ｂとを備えている。【００６３】
石炭ガス化部３ａには、下方から、コンバスタ１３及びリダクタ１４が設けられている。コンバスタ１３は、微粉炭及びチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分（ＣＯ，Ｈ２，低級炭化水素）として放出させる部分である。コンバスタ１３には噴流床式が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。【００６４】
コンバスタ１３及びリダクタ１４には、それぞれ、コンバスタバーナ１３ａ及びリダクタバーナ１４ａが設けられており、これらバーナ１３ａ，１４ａに対して石炭供給設備１０から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナ１３ａには、空気昇圧機１７からの圧縮空気が、空気分離装置１５において分離された酸素（Ｏ２）とともに供給されるようになっている。このようにコンバスタバーナ１３ａには酸素濃度が調整された空気が供給されるようになっている。
リダクタ１４では、コンバスタ１３からの高温燃焼ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、石炭からＣＯやＨ２等の可燃性ガスが生成される。石炭ガス化反応は、微粉炭及びチャー中の炭素が高温ガス中のＣＯ２及びＨ２Ｏと反応してＣＯやＨ２を生成する吸熱反応である。【００６５】
石炭ガス化炉３のガス冷却器３ｂには、複数の熱交換器が設置されており、リダクタ１４から導かれるガスから顕熱を得て蒸気を発生させるようになっている。熱交換器において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン７ｂの駆動用蒸気として用いられる。【００６６】
ガス冷却器３ｂは、図１に示すような構成であり、熱交換器の高さが従来よりも約１／２にコンパクト化されている。【００６７】
ガス冷却器３ｂを通過した生成ガス２は、チャー回収設備２０へと導かれる。このチャー回収設備２０は、ポーラスフィルタを備えており、ポーラスフィルタを通過させることによって生成ガス２に混在するチャーを捕捉して回収する。このように回収されたチャーは、空気分離装置１５において分離された窒素とともに石炭ガス化炉３のコンバスタバーナ１３ａへと返送されてリサイクルされる。【００６８】
チャー回収設備２０を通過した生成ガス２は、燃料ガスとしてガスタービン設備５の燃焼器５ａへと送られる。
チャー回収設備２０とガスタービン設備５の燃焼器５ａとの間には、石炭ガス化炉３の出口側から生成ガス２をフレアシステム２４に導く開閉弁２３を有する分岐路２２が設けられている。【００６９】
ガスタービン設備５は、ガス化されたガスが燃焼させられる燃焼器５ａと、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン５ｂと、燃焼器５ａへと高圧空気を送り出す圧縮機５ｃとを備えている。ガスタービン５ｂと圧縮機５ｃとは同一の回転軸５ｄによって接続されている。圧縮機５ｃにおいて圧縮された空気は、燃焼器５ａとは別に、空気昇圧器１７へも導かれるようになっている。
ガスタービン５ｂを通過した燃焼排ガス（ガスタービン排気ガス）は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２５へと導かれる。【００７０】
蒸気タービン設備７の蒸気タービン７ｂは、ガスタービン設備５と同じ回転軸５ｄに接続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。蒸気タービン７ｂには、石炭ガス化炉３及び排熱回収ボイラ２５から高圧蒸気が供給される。なお、一軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わない。
ガスタービン５ｂ及び蒸気タービン７ｂによって駆動される回転軸５ｄから電気を出力する発電機Ｇが、蒸気タービン設備７を挟んでガスタービン設備５の反対側に設けられている。なお、発電機Ｇの配置位置については、この位置に限られず、回転軸５ｄから電気出力が得られるようであればどの位置であっても構わない。【００７１】
排熱回収ボイラ２５は、ガスタービン５ｂからの燃焼排ガスによって蒸気を発生するものであり、内部にその燃焼排ガス中の硫黄酸化物を脱硫する脱硫装置が設けられている。
排熱回収ボイラ２５を通過したガスは、必要に応じて湿式電気集塵機を通過して煙突２６から大気へと放出される。【００７２】
次に、上記構成の石炭ガス化複合発電装置１の動作について説明する。
原料炭は粉砕機（図示せず）で粉砕された後、ホッパ１１へと導かれて貯留される。ホッパ１１に貯留された微粉炭は、空気分離装置１５において分離された窒素とともに、リダクタバーナ１４ａ及びコンバスタバーナ１３ａへと供給される。さらに、コンバスタバーナ１３ａには、微粉炭だけでなく、チャー回収設備２０において回収されたチャーが供給される。
コンバスタバーナ１３ａの燃焼用空気としては、圧縮機５ｃから抽気した圧縮空気をさらに空気昇圧機１７によって昇圧した圧縮空気に、空気分離機１３において分離された酸素が添加された空気が使用される。コンバスタ１３では、微粉炭及びチャーが燃焼用空気によって部分燃焼させられ、残部は揮発分（ＣＯ，Ｈ２，低級炭化水素）へと熱分解させられる。【００７３】
リダクタ１４では、リダクタバーナ１４ａから供給された微粉炭及びコンバスタ１３内で揮発分を放出したチャーが、コンバスタ１３から上昇してきた高温ガスによりガス化され、ＣＯやＨ２等の可燃性ガスが生成される。
リダクタ１４を通過したガスは、石炭ガス化炉３のガス冷却器３ｂを通過しつつ各熱交換器にその顕熱を与え、蒸気を発生させる。ガス冷却器３ｂで発生させた蒸気は、主として、蒸気タービン７ｂの駆動のために用いられる。
ガス冷却器３ｂでは熱交換器の管群を当接又は近接しているので、伝熱面を従来と同等としつつ粒子堆積物の堆積が少ないものとなる。【００７４】
ガス冷却器３ｂを通過した生成ガス２は、チャー回収設備２０へと導かれ、チャーが回収される。回収されたチャーは、石炭ガス化炉３へと返送される。【００７５】
チャー回収設備２０を通過した生成ガス２は、ガスタービン設備５の燃焼器５ａへと導かれ、圧縮機５ｃから供給される圧縮空気とともに燃焼させられる。この燃焼ガスによってガスタービン５ｂが回転させられ、回転軸５ｄが駆動させられる。【００７６】
ガスタービン５ｂを通過した燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ２５へと導かれ、この燃焼排ガスの顕熱を利用することによって蒸気が発生させられる。排熱回収ボイラ２５において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン７ｂの駆動のために用いられる。
蒸気タービン７ｂは、石炭ガス化炉３からの蒸気及び排熱回収ボイラ２５からの蒸気によって回転させられ、ガスタービン設備５と同一の回転軸５ｄを駆動させる。回転軸５ｄの回転力は、発電機Ｇによって電気出力へと変換される。【００７７】
排熱回収ボイラ２５を通過した燃焼排ガスは、脱硫装置で硫黄分が除去される。この後、浄化された燃焼ガスは、煙突２６から大気へと放出される。【００７８】
本実施例においては、酸化剤として酸素を使用する酸素燃焼方式のシステムについて説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、酸化剤として酸素の代わりに空気を使用する空気燃焼方式（「空気吹き」とも呼ばれている）のシステムにおいても適用することができる。【００７９】
本実施例においては、炭素含有燃料石炭を例示して説明したが、本願発明に係るガス化炉に供給して部分酸化する燃料としては、石炭に限定されるものではなく、例えば褐炭、重質油、石油コークス、バイオマス、天然ガス等の炭素質成分を含有する燃料であればいずれを用いるようにしてもよい。【００８０】
また、本実施例では、石炭ガス化複合発電装置（ＩＧＣＣ）を例にして説明しているが、炭素含有燃料を用いてガス化炉で部分酸化した生成ガスの適用として、例えばメタノール（ＣＨ3ＯＨ）の液体燃料、メタン（ＣＨ4）等のガス燃料等の化学原料を得るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１    石炭ガス化複合発電装置（ＩＧＣＣ）
２    生成ガス
３    石炭ガス化炉
３ａ  石炭ガス化部
３ｂ  ガス冷却器
５    ガスタービン設備
７    蒸気タービン設備
２５  排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
２６  煙突
３０  圧力容器
５０  管群
５１  管
５２  粒子
５３  粒子堆積物
Ｇ    発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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