(57)【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未燃分貯留部から前記第２サイクロン側への未燃分の逆流を防止するガスシールと、
を備え、
前記ガスシールは、前記第２未燃分排出ラインにて、未燃分の排出側に向けてガスを噴射するエジェクタを有する、
ことを特徴とするチャー回収装置。
【請求項２】
前記第２未燃分排出ラインに前記第２サイクロンから排出される未燃分を堆積させるホッパが設けられ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】
前記第２未燃分排出ラインにおける前記ホッパと前記ガスシールとの間で通路を開閉する開閉弁と、前記第２サイクロンから排出される未燃分の排出量を検出する未燃分排出量検出部と、該未燃分排出量検出部により検出された未燃分の排出量が予め設定された基準排出量より少ないときに前記開閉弁を閉止する制御部とが設けられ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を設け、前記制御部は、前記未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量が予め設定された基準堆積量より多いときには、前記開閉弁を開放することを特徴とする請求項３に記載のチャー回収装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記ガスシールの作動を制御可能であり、前記制御部は、前記未燃分排出量検出部により検出された未燃分の排出量が基準排出量より少ないときには、前記ガスシールの作動を停止し、前記未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量が基準堆積量より多いときには、前記ガスシールを作動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６】
前記第１ガス排出ラインと前記未燃分貯留部との間に圧力を均一化させる第１均圧ラインが設けられると共に、前記第２サイクロンにおける第２ガス排出ラインと前記ホッパとの間に圧力を均一化させる第２均圧ラインが設けられ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７】
前記第２未燃分排出ラインにおける前記ガスシールの上流側または下流側の少なくとも一方に整流部が設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のチャー回収装置。
【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、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未燃分貯留部から前記第２サイクロン側への未燃分の逆流を防止するガスシールと、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ガスシールを設けることで、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、前記ガスシールは、前記第２未燃分排出ラインにて、未燃分の排出側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。
【００１１】
従って、ガスシールをエジェクタとすることで、装置を簡素化することができると共に、エジェクタにより未燃分の排出側に向けてガスを噴射することで、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、前記第２未燃分排出ラインに前記第２サイクロンから排出される未燃分を堆積させるホッパが設けられることを特徴としている。
【００１３】
従って、第２サイクロンから排出される未燃分がホッパに一時的に堆積され、その後に第２未燃分排出ラインから排出されて処理されることとなり、石炭の未燃分を効率良く処理することができる。
【００１４】
本発明のチャー回収装置では、前記第２未燃分排出ラインにおける前記ホッパと前記ガスシールとの間で通路を開閉する開閉弁と、前記第２サイクロンから排出される未燃分の排出量を検出する未燃分排出量検出部と、該未燃分排出量検出部により検出された未燃分の排出量が予め設定された基準排出量より少ないときに前記開閉弁を閉止する制御部とが設けられることを特徴としている。
【００１５】
従って、第２サイクロンから排出される未燃分の排出量が少ないときには、開閉弁を閉止することで、第２サイクロンの排出側が密閉空間となり、第２サイクロンにおける未燃分排出部での圧力を安定させることができ、第２サイクロンにおける集塵効率の低下を防止することができる。
【００１６】
本発明のチャー回収装置では、前記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を設け、前記制御部は、前記未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量が予め設定された基準堆積量より多いときには、前記開閉弁を開放することを特徴としている。
【００１７】
従って、ホッパに堆積した未燃分の堆積量が多くなったときには、開閉弁を開放することで、ホッパに堆積した未燃分が排出されることで、第２サイクロンにおけるチャー排出側の圧力を安定させることができ、第２サイクロンにおける集塵効率の低下を防止することができる。
【００１８】
本発明のチャー回収装置では、前記制御部は、前記ガスシールの作動を制御可能であり、前記制御部は、前記未燃分排出量検出部により検出された未燃分の排出量が基準排出量より少ないときには、前記ガスシールの作動を停止し、前記未燃分堆積量検出部が検出した未燃分の堆積量が基準堆積量より多いときには、前記ガスシールを作動することを特徴としている。
【００１９】
従って、第２サイクロンから排出される未燃分の排出量が少ないときには、開閉弁を閉止すると共にガスシールの作動を停止することで、無駄なガスの浪費を抑制することができ、ホッパに堆積した未燃分の堆積量が多くなったときには、開閉弁を開放すると共にガスシールを作動することで、適正時に第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る。
【００２０】
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に圧力を均一化させる第１均圧ラインが設けられると共に、前記第２サイクロンにおける第２ガス排出ラインと前記ホッパとの間に圧力を均一化させる第２均圧ラインが設けられることを特徴としている。
【００２１】
従って、第１均圧ライン及び第２均圧ラインにより第１サイクロン及び第２サイクロンの圧力を安定させることで、集塵効率の向上を可能とすることができる。
【００２２】
本発明のチャー回収装置では、前記第２未燃分排出ラインにおける前記ガスシールの上流側または下流側の少なくとも一方に整流部が設けられることを特徴としている。
【００２３】
従って、第２未燃分排出ラインにて、整流部により未燃分の排出を適正に行うことができると共に、未燃分を含むガスの逆流を効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
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、ガスシールにより第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】
【００２５】
【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、実施例１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。
【図３】図３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４】図４は、本発明の実施例３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。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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】
【００２７】
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、図２は、実施例１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、ホッパ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。
【００３５】
ホッパ４３は、第２チャー排出ライン４９に設けられており、第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離した微粒チャーを一時的に堆積（貯留）させるものである。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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、第２チャー排出ライン４９は、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ガスシールとして、ガスエジェクタ５４が設けられている。このガスエジェクタ５４は、図２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５５と、図示しないガス供給源からこのガス噴射ノズル５５に駆動用ガスを供給するガス供給ライン５６とを有している。従って、第２チャー排出ライン４９におけるチャーの排出側、つまり、ビン４４側に向けて駆動用ガスを噴射することで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーを含むガスの逆流が防止される。
【００３８】
また、第２チャー排出ライン４９は、ガスエジェクタ５４の下流側に整流器（整流部）５７が設けられている。この整流器５７は、第２チャー排出ライン４９における第２サイクロン４２側からビン４４側へのガス流れを整流するものであり、この整流器５７を設けることで、ガスエジェクタ５４によるチャーを含むガスの逆流が効率的に防止可能となる。なお、この整流器５７は、第２チャー排出ライン４９におけるガスエジェクタ５４の下流側に限らず、ガスエジェクタ５４の上流側でもよく、両方に設けてもよいものである。また、この整流器５７は、具体的に、複数の整流板、分散板、旋回板などとすればよい。更に、第２チャー排出ライン４９におけるホッパ４３の下流側に逆洗弁を設け、ガスエジェクタ５４の作動が十分でない（不良）ときに、第２チャー排出ライン４９を遮断してもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、ホッパ４３に堆積され、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。ここで、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。
【００４８】
この場合、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（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）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。
【００４９】
このとき、第２チャー排出ライン４９では、ガスエジェクタ５４によりビン４４側に向けてガスが噴射されている。そのため、第２チャー排出ライン４９は、第２サイクロン４２（ホッパ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。このガスエジェクタ５４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。
【００５０】
また、第２チャー排出ライン４９に、ガスエジェクタ５４の下流側に位置して整流器５７が設けられている。そのため、この第２チャー排出ライン４９では、第２サイクロン４２（ホッパ４３）側からビン４４側へのガス流れが整流されることとなり、ビン４４への微粒チャーの排出を適正に行うことができると共に、ビン４４からチャーを含むガスの逆流を効果的に防止することができる。
【００５１】
なお、上述したように、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、ホッパ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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４９にビン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ガスシールとしてガスエジェクタ５４を設けている。
【００５７】
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かできると共に、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にガスエジェクタ５４を設けることで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーを含むガス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。
【００５８】
この実施例１では、ガスシールをガスエジェクタ５４とすることで、装置を簡素化することができると共に、このガスエジェクタ５４によりチャーを含むガスの逆流を適正に防止することができる。この場合、ガスエジェクタ５４からのガスにより、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が、このチャーを含むガスは、第２サイクロン４２を通ることで、ここで可燃性ガスからチャーを分離することができる。そして、チャーがビン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、ホッパ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ってビン４４に沈降して貯留することとなり、チャーの回収効率を向上することができる。
【００５９】
また、実施例１のチャー回収装置では、第２チャー排出ライン４９におけるガスエジェクタ５４の下流側に整流器５７を設けている。従って、第２チャー排出ライン４９にて、整流器５７によりチャーの排出を適正に行うことができると共に、チャーを含むガスの逆流を効果的に防止することができる。
【００６０】
なお、この実施例１にて、ホッパ４３や第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、ガスエジェクタ５４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】
【００６１】
図３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。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。
【００６２】
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３に示すように、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、ホッパ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とホッパ４３との間に第２均圧ライン８１が設けられている。
【００６３】
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にホッパ４３が設けられている。
【００６４】
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。また、第２チャー排出ライン４９は、第１ガスエジェクタ５４が設けられており、この第１ガスエジェクタ５４は、ビン４４側に向けて窒素ガスを噴射することで、ビン４４から第２サイクロン４２側へのチャーを含むガスの逆流を防止できる。
【００６５】
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とホッパ４３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。そして、第２均圧ライン８１は、ガスシールとして、第２ガスエジェクタ８２が設けられており、この第２ガスエジェクタ８２は、ホッパ４３側に向けて駆動用ガス（窒素ガスなど）を噴射することで、ホッパ４３から第２ガス排出ライン４８側へのチャーを含むガスの逆流を防止できる。
【００６６】
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、ホッパ４３に堆積され、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。
【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（ホッパ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、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が、第１均圧ライン５０を逆流するガスは、第２サイクロン４２によりチャーが分離処理され、且つ、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、ホッパ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。
【００６９】
更に、ホッパ４３にあるチャーを含むガスが第２均圧ライン８１を通して第２ガス排出ライン４８に逆流するおそれがあるが、第２均圧ライン８１では、第２ガスエジェクタ８２からホッパ４３側に向けてガスが噴射されることで、ホッパ４３に向けたガス流れが生成されることとなり、ホッパ４３に堆積したチャーを含むガスが第２ガス排出ライン４８に逆流することはなく、第２サイクロン４２における集塵効率が向上する。
【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、第１サイクロン４１からの第１ガス排出ライン４６とビン４４との間に圧力を均一化させる第１均圧ライン５０を設けると共に、第２サイクロン４２からの第２ガス排出ライン４８とホッパ４３との間に圧力を均一化させる第２均圧ライン８１を設けている。
【００７２】
従って、第１均圧ライン５０及び第２均圧ライン８１により第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２の圧力を安定させることで、集塵効率を向上させることができる。
【００７３】
また、実施例２のチャー回収装置では、第２均圧ライン８１に第２ガスエジェクタ８２を設けることで、ホッパ４３から第２ガス排出ライン４８側へのチャーを含むガス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。
【実施例３】
【００７４】
図４は、本発明の実施例３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。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。
【００７５】
実施例３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４に示すように、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、ホッパ４３と、ビン４４と、ホッパ４５ａ，４５ｂとを有し、第２チャー排出ライン４９に開閉弁９１を設け、第２サイクロン４２から排出されるチャーの排出量やホッパ４３に堆積したチャーの堆積量に基づいて開閉弁９１の開閉制御やガスエジェクタ５４の作動制御を可能としている。
【００７６】
第２チャー排出ライン４９にて、ホッパ４３の下流側で、且つ、ガスエジェクタ５４の上流側に位置して、通路を開閉する開閉弁９１が設けられている。また、第２サイクロン４２から排出されるチャーの排出量を検出する未燃分排出量検出部、ホッパ４３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、ホッパ４３に粉体レベルセンサ９２が設けられている。この粉体レベルセンサ９２は、ホッパ４３に堆積したチャーの堆積量を検出することができる。
【００７７】
制御装置（制御部）９３は、開閉弁９１の開閉動作を制御可能であると共に、ガスエジェクタ５４の作動動作を制御可能となっている。本実施例にて、制御装置９３は、未燃分排出量検出部により検出されたチャーの排出量が予め設定された基準排出量より少ないときに、開閉弁９１を閉止する。また、制御装置９３は、未燃分堆積量検出部が検出したチャーの堆積量が予め設定された基準堆積量より多いときに、開閉弁９１を開放する。更に、制御装置９３は、未燃分排出量検出部により検出されたチャーの排出量が基準排出量より少ないときに、ガスエジェクタ５４の作動を停止し、未燃分堆積量検出部が検出したチャーの堆積量が基準堆積量より多いときには、ガスエジェクタ５４を作動する。ここで、未燃分排出量検出部と未燃分堆積量検出部として、粉体レベルセンサ９２を適用している。
【００７８】
即ち、第２サイクロン４２で可燃性ガスから微粒チャーを分離処理するとき、ホッパ４３（第２チャー排出ライン４９）側に排出される微粒チャーの量が少ないとき、この第２サイクロン４２における排出部（スロート部）での圧力が不安定となり、分離性能（集塵性能）が低下するおそれがある。そのため、第２サイクロン４２からのチャー排出量が基準排出量より少ないとき、つまり、粉体レベルセンサ９２が検出したホッパ４３におけるチャー堆積量が第１基準堆積量（基準排出量）より少ないときに、制御装置９３は、開閉弁９１を閉止する。従って、開閉弁９１により第２チャー排出ライン４９が閉止されることで、第２サイクロン４２における排出側の空間が密閉空間となることで、第２サイクロン４２の排出部での圧力が安定化する。
【００７９】
そして、開閉弁９１により第２チャー排出ライン４９を閉止すると、第２サイクロン４２に分離された微粒チャーがホッパ４３に堆積され、その堆積量が増加する。そのため、ホッパ４３におけるチャーの堆積量が基準堆積量より多いとき、つまり、粉体レベルセンサ９２が検出したホッパ４３におけるチャー堆積量が第２基準堆積量（基準堆積量）より多いときに、制御装置９３は、開閉弁９１を開放する。従って、開閉弁９１により第２チャー排出ライン４９が開放されることで、ホッパ４３に堆積したチャーが第２チャー排出ライン４９に払い出されることとなり、チャーがビン４４に適正に貯留される。
【００８０】
この場合、第１基準堆積量と第２基準堆積量との関係は、第１基準堆積量＜第２基準堆積量である。また、粉体レベルセンサ９２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。
【００８１】
なお、この実施例３では、本発明の未燃分排出量検出部として、粉体レベルセンサ９２を適用したが、これに限定されるものではない。例えば、第２サイクロン４２の排出部に未燃分排出量検出部としての排出量検出センサやダスト（チャー）濃度センサを設けたり、第２サイクロン４２の排出部側となるホッパ４３に圧力センサを設け、圧力変動に応じて第２サイクロン４２からのチャーの排出量を推定したり、第２サイクロン４２の集塵効率を算出することで第２サイクロン４２からのチャーの排出量を推定したりしてもよい。
【００８２】
また、粉体レベルセンサ９２が検出したホッパ４３におけるチャー堆積量が少ないとき、制御装置９３は、開閉弁９１を閉止すると共に、ガスエジェクタ５４の作動を停止する。一方、ホッパ４３におけるチャーの堆積量が多いとき、制御装置９３は、開閉弁９１を開放すると共に、ガスエジェクタ５４を作動する。
【００８３】
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、ホッパ４３に堆積され、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。
【００８４】
このとき、制御装置９３は、粉体レベルセンサ９２が検出したホッパ４３におけるチャー堆積量を監視しており、第２サイクロン４２の排出量が減少してホッパ４３におけるチャー堆積量が減少したときには、開閉弁９１を閉止すると共に、ガスエジェクタ５４の作動を停止する。そのため、第２サイクロン４２における排出側の空間が密閉空間となって、第２サイクロン４２の排出部での圧力が安定化する。また、ガスエジェクタ５４による無駄な窒素ガスの使用が制限される。
【００８５】
そして、開閉弁９１が閉止されると、第２サイクロン４２に分離された微粒チャーがホッパ４３に堆積されてその堆積量が増加する。制御装置９３は、ホッパ４３におけるチャーの堆積量が増加したときには、開閉弁９１を開放すると共に、ガスエジェクタ５４の作動を開始する。そのため、ホッパ４３に堆積したチャーが第２チャー排出ライン４９を介してビン４４に払い出されることとなり、このチャーを適正に処理できる。また、ガスエジェクタ５４によりホッパ４３に堆積したチャーを適正に払い出すことが可能となる。
【００８６】
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。
【００８７】
このように実施例３のチャー回収装置にあっては、第２チャー排出ライン４９におけるホッパ４３とガスエジェクタ５４との間で通路を開閉する開閉弁９１と、第２サイクロン４２から排出される微粒チャーの排出量としてホッパ４３におけるチャー堆積量を検出する粉体レベルセンサ９２と、粉体レベルセンサ９２により検出されたチャー堆積量が第１基準排出量より少ないときに開閉弁９１を閉止する制御装置９３を設けている。従って、第２サイクロン４２から排出されるチャーの排出量が少ないときには、開閉弁９１を閉止することで、第２サイクロン４２の排出側が密閉空間となり、第２サイクロン４２におけるチャー排出部での圧力を安定させることができ、第２サイクロン４２における集塵効率の低下を防止することができる。
【００８８】
また、実施例３のチャー回収装置では、制御装置９３は、粉体レベルセンサ９２により検出されたチャー堆積量が第２基準堆積量より多いときに、開閉弁９１を開放する。従って、ホッパ４３に堆積したチャーの堆積量が多くなったら、開閉弁９１を開放することで、ホッパ４３に堆積したチャーが排出されることで、第２サイクロン４２におけるチャー排出側の圧力を安定させることができ、第２サイクロン４２における集塵効率の低下を防止することができる。
【００８９】
また、実施例３のチャー回収装置では、制御装置９３は、粉体レベルセンサ９２により検出されたチャー堆積量が第１基準排出量より少ないときに、ガスエジェクタ５４の作動を停止し、粉体レベルセンサ９２により検出されたチャー堆積量が第２基準堆積量より多いときに、ガスエジェクタ５４を作動する。従って、第２サイクロン４２から排出されるチャーの排出量が少ないときには、開閉弁９１を閉止すると共にガスエジェクタ５４の作動を停止することで、無駄なガスの浪費を抑制することができ、ホッパ４３に堆積したチャーの堆積量が多くなったときには、開閉弁９１を開放すると共にガスエジェクタ５４を作動することで、適正時に第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る。
【００９０】
なお、上述した各実施例にて、ガスシールとしてガスエジェクタ５４を適用したが、これに限定されるものではなく、窒素などの不活性ガスを用いてビン４４側から第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るものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
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】
【００９２】
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  ホッパ
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  ガスエジェクタ、第１ガスエジェクタ（ガスシール）
５７  整流器（整流部）
８１  第２均圧ライン
８２  第２ガスエジェクタ
９１  開閉弁
９２  粉体レベルセンサ（未燃分排出量検出部、未燃分堆積量検出部）
９３  制御装置（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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