(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧状態で使用する常圧ホッパと、該常圧ホッパの下方に配置され常圧状態と加圧状態で使用する加圧ホッパと、該加圧ホッパの下方に配置され加圧状態で使用する供給ホッパと、前記常圧ホッパ底部と前記加圧ホッパの上部を連結する払出弁と、前記加圧ホッパ底部と前記供給ホッパ上部を連結する払出弁と、加圧流体を前記加圧ホッパへ供給する加圧系と、前記加圧流体を前記加圧ホッパから排出する脱圧系と、前記加圧ホッパと前記供給ホッパを均圧弁を介して連通する第１の均圧系と、を有するロックホッパ系統を複数系統含んでなるロックホッパ装置において、
各系統それぞれの前記加圧ホッパを連通弁を介して互いに連通する第２の均圧系を設けたことを特徴とするロックホッパ装置。
【請求項２】
常圧状態で使用する常圧ホッパと、該常圧ホッパの下方に配置され常圧状態と加圧状態で使用する加圧ホッパと、該加圧ホッパの下方に配置され加圧状態で使用する供給ホッパと、前記常圧ホッパ底部と前記加圧ホッパの上部を連結する払出弁と、前記加圧ホッパ底部と前記供給ホッパ上部を連結する払出弁と、加圧流体を前記加圧ホッパへ供給する加圧系と、前記加圧流体を前記加圧ホッパから排出する脱圧系と、前記加圧ホッパと前記供給ホッパを均圧弁を介して連通する第１の均圧系と、を有するロックホッパ系統を複数系統含んでなるロックホッパ装置を運転する方法において、ある系統の加圧ホッパを脱圧するとき、脱圧のため該加圧ホッパから放出する加圧流体の一部を他の系統の加圧ホッパの加圧に用いることを特徴とするロックホッパ装置運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常圧の容器から高圧容器へ微粉炭を供給するに好適なロックホッパ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭ガス化プラントの石炭ガス化炉は、通常３０ｋｇ／ｃｍ2の高圧で運転し、この高圧の石炭ガス化炉へ常圧の容器から微粉炭を供給するには圧力の異なる複数のホッパを縦に連結したロックホッパ装置を用いる。石炭ガス化炉には、通常、上段と下段に分けて多数のバーナを設置してあり、各段のバーナヘッダに微粉炭を供給するロックホッパ装置は二系統必要となる。
【０００３】
図３は従来のロックホッパ装置の構成を示す系統図であり、図示のように同一構成のものが複数系統が配置される（図示のものではＡ系統とＢ系統の２系統）。本図に示すように、ひとつの系統（ここではＡ系統について説明する）のロックホッパ装置は、常圧ホッパ１Ａを上段に加圧ホッパ２Ａを中段に供給ホッパ３Ａを下段に配置している。縦方向（上下方向）に配置した常圧ホッパ１Ａの底部と加圧ホッパ２Ａの上部は常圧ホッパ払出弁１４Ａで、加圧ホッパ２Ａの底部と供給ホッパ３Ａの上部は加圧ホッパ払出弁１７Ａと伸縮継手１９Ａで、それぞれ連結され、常圧ホッパ払出弁１４Ａや加圧ホッパ払出弁１７Ａを開くことにより上部の常圧ホッパ１Ａの内容物が下部の加圧ホッパ２Ａへ、加圧ホッパ２Ａの内容物がその下の供給ホッパ３Ａへ、それぞれ落下されて移送される。供給ホッパ３Ａにはロードセル８Ａが設けてあり、保有量、払出量を把握することができるようになっている。供給ホッパ３Ａから払出ライン７への払出量は、ロードセル８Ａの出力を入力として動作する払出調節計４Ａにより供給ホッパ３Ａ下部に取り付けられているロータリィバルブ５Ａの回転数を変えることで制御される。また、加圧ホッパ２Ａの上部と供給ホッパ３Ａの上部は、均圧弁１５Ａを介装した均圧ライン１３Ａで連通されている。加圧ホッパ２Ａには、さらに、脱圧弁１８Ａを介装した脱圧ライン１２Ａ，加圧調節計９Ａで制御される加圧調節弁１０Ａを介装した窒素ライン１１が接続されている。均圧弁１５Ａを含む均圧ライン１３Ａを第１の均圧系、脱圧弁１８Ａを含む脱圧ライン１２Ａを脱圧系、加圧調節弁１０Ａ及び加圧調節計９Ａを含む窒素ライン１１を加圧系と呼ぶ。
【０００４】
Ｂ系統も同様に構成され、参照符号の数字の末尾にＢを付したものがＢ系統の構成要素である。
【０００５】
ここでロックホッパ装置のロック制御について説明する。
最初に系外の図示せざる微粉炭ミルから気流搬送により微粉炭を搬送し、常圧ホッパ１Ａへ貯溜する。均圧弁１５Ａを開いて加圧ホッパ２Ａと供給ホッパ３Ａを均圧させてから加圧ホッパ払出弁１７Ａを開き、それ迄加圧ホッパ２Ａに貯溜されていた微粉炭の払出を行う。加圧ホッパ２Ａからの微粉炭の払出が完了すると均圧弁１５Ａ及び加圧ホッパ払出弁１７Ａを閉じて脱圧ライン１２Ａの脱圧弁１８Ａを開き、加圧ホッパ２Ａを常圧に脱圧する。加圧ホッパ２Ａ内が常圧であることを加圧調節計９Ａの指示により確認したら、常圧ホッパ払出弁１４Ａを開き常圧ホッパ１Ａに貯溜していた微粉炭を加圧ホッパ２Ａへ払出す。常圧ホッパ１Ａから加圧ホッパ２Ａへの払出が完了すると常圧ホッパ払出弁１４Ａが閉じられ、加圧調節計９Ａの作動により加圧調節弁１０Ａが開き、窒素ライン１１から窒素が供給されて加圧ホッパ２Ａを供給ホッパ３Ａの圧力まで加圧する。
【０００６】
供給ホッパ３Ａからの微粉炭の払出により供給ホッパ３Ａ内の微粉炭量が所定の量よりも減少すると、均圧弁１５Ａを開いて加圧ホッパ２Ａと供給ホッパ３Ａを均圧させてから加圧ホッパ払出弁１７Ａを開き、加圧ホッパ２Ａから供給ホッパ３Ａへ微粉炭を払出す。ロータリィバルブ５Ａから払出した微粉炭は気流搬送により払出ライン７Ａを経て図示せざるガス化炉へ導入される。加圧ホッパ２Ａからの微粉炭の払出が完了したら均圧弁１５Ａ及び加圧ホッパ払出弁１７Ａを閉じて加圧ホッパ２Ａを脱圧し、上記のようにロックサイクルを繰り返して常圧部から高圧部へ連続して微粉炭を供給する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、加圧ホッパ２の加圧流体として不活性ガスの窒素を用いるがその消費量が大きい。
【０００８】
図４は容積４ｍ3の加圧ホッパの脱圧に要した時間と表面温度の変化（温度低下）を示す図表である。脱圧に要する時間は、脱圧ラインの端部に限流オリフィスを取付け、孔径の異なるオリフィスに順次交換することにより変化させた。
【０００９】
本図にて、大気放出の場合、放出部の開孔面積を小さくし、脱圧時間の延長を図り、温度変化を小さくすることが大切であること、温度降下を１５℃程度に抑えるには、脱圧時間を１３分程度以上確保する必要があることがわかる。このように、加圧ホッパ２の脱圧時に加圧流体が急激に膨張するので、ジーュルトムソン効果により図４に示すように加圧ホッパ２及び脱圧配管の温度が低下し、低温脆性による強度上の問題及び加圧ホッパ２内の水分により脱圧配管が凍結して閉塞する問題がある。この急激な脱圧による問題の対策として脱圧配管に減圧オリフイスを取り付けているが孔の微粉炭による摩耗、閉塞を避けることはできない。そして、加圧ホッパ２の脱圧時に加圧ホッパ２内に微粉炭が残留していると加圧流体に同伴して大気中に放出されるので、環境保全のために脱圧配管にフィルタを設置する必要があり、その設備コストがかかり保守に手間がかかる。
【００１０】
本発明の目的は、加圧流体の消費量を低減させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、常圧状態で使用する常圧ホッパと、該常圧ホッパの下方に配置され常圧状態と加圧状態で使用する加圧ホッパと、該加圧ホッパの下方に配置され加圧状態で使用する供給ホッパと、前記常圧ホッパ底部と前記加圧ホッパの上部を連結する払出弁と、前記加圧ホッパ底部と前記供給ホッパ上部を連結する払出弁と、加圧流体を前記加圧ホッパへ供給する加圧系と、前記加圧流体を前記加圧ホッパから排出する脱圧系と、前記加圧ホッパと前記供給ホッパを均圧弁を介して連通する第１の均圧系と、を有するロックホッパ系列を複数系列含んでなるロックホッパ装置において、各系列それぞれの前記加圧ホッパを連通弁を介して互いに連通する第２の均圧系を設けたことにより達成される。
【００１２】
一般に石炭ガス化プラントの微粉炭供給設備に用いられるロックホッパ装置は二系統以上必要とされ、しかも同一機能のホッパは同一容量で受入れ及び払出操作が互いに逆モードで進行する。即ち、一方の系統の加圧ホッパを加圧する時には他方の系統の加圧ホッパを脱圧する時であり、脱圧する他方の系統の加圧ホッパから加圧流体を常圧から加圧する一方の系統の加圧ホッパへ供給すれば、それぞれの加圧ホッパの圧力は均等になり、常圧からその圧力まで一方の系統の加圧ホッパの圧力を上昇させるに要する加圧流体を節減できる。
【００１３】
また、脱圧する系統の加圧ホッパの加圧流体は連通ラインを経て加圧される側の加圧ホッパに導かれるので、加圧される側の加圧ホッパが脱圧に対する抵抗となり、減圧オリフィスを用いなくても脱圧時間が長くなり、加圧流体の温度低下が装置の構造、運転上の問題にならないほど小さくなる。
【００１４】
そして、脱圧の最初の段階の脱圧勾配が急で加圧流体の流速が大きい時に、加圧流体は加圧される側の加圧ホッパへ流入するので微粉炭が大気中に放出されることは無い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図により説明する。
図１は本発明の実施の形態のロックホッパ装置構成を示す系統図である。本図は基本的に図３と同じ構成であるが、ロックホッパ装置のＡ系統の加圧ホッパ２ＡとＢ系統の加圧ホッパ２Ｂとを、連通ライン２０及び連通弁２１により連通し、加圧ホッパ２Ａへ加圧流体の窒素を供給する窒素ライン１１の加圧調節弁１０Ａの上流側に加圧弁１６Ａを、加圧ホッパ２Ｂへ加圧流体の窒素を供給する窒素ライン１１の加圧調節弁１０Ｂの上流側に加圧弁１６Ｂを、それぞれ配置した点が異なる。図１では、均圧弁１５Ａと加圧ホッパ２Ａの間の均圧ライン１５Ａと、均圧弁１５Ｂと加圧ホッパ２Ｂの間の均圧ライン１５Ｂとを、連通弁２１を介装した連通ライン（第２の均圧系）で接続してあるが、必ずしも均圧ラインを接続しなくてもよい。加圧ホッパを直接第２の均圧系で接続しても良いし、脱圧弁より加圧ホッパ側で脱圧ライン１２Ａ，１２Ｂを第２の均圧系で接続してもよい。
【００１６】
次に本発明の実施の形態の動作を説明する。
まず、Ａ系統の常圧ホッパ１Ａが現在空で、Ｂ系統の加圧ホッパ２Ｂは加圧状態の圧力（３０ｋｇ／ｃｍ2）であるとする。
【００１７】
常圧ホッパ１Ａのレベル検知により、貯留されている微粉炭のレベルが規定値を下回ると、系外の図示せざる微粉炭ミルから気流搬送により微粉炭が常圧ホッパ１Ａへ搬送される。微粉炭の搬送は常圧ホッパ１Ａの微粉炭レベルが下限に達すると開始され、上限に達すると停止される。加圧ホッパ２Ａの圧力が脱圧により常圧となっていることが確認されると、常圧ホッパ１Ａ下部の常圧ホッパ払出弁１４Ａが自動的に開かれ、常圧ホッパ１Ａから加圧ホッパ２Ａへ微粉炭が払出される。
【００１８】
Ｂ系統の加圧ホッパ２Ｂの脱圧時期になると、連通ライン２０の連通弁２１が開かれ、Ａ系統の加圧ホッパ２Ａの加圧とＢ系統の加圧ホッパ２Ｂの脱圧が同時に始まる。この時窒素ライン１１の両方の加圧弁１６Ａ，１６Ｂは閉状態である。加圧ホッパ２Ａが１０ｋｇ／ｃｍ2に加圧された時、加圧ホッパ２Ｂは２０ｋｇ／ｃｍ2に脱圧され、この時点で連通弁２１を閉じて加圧ホッパ相互の連通を停止する。連通弁２１を閉じると同時にＢ系統の脱圧ライン１２Ｂの脱圧弁１８Ｂを開き加圧ホッパ２Ｂの脱圧を継続する。同時にＡ系統の加圧弁１６Ａを開き、加圧調節計９Ａ及び加圧調節弁１０Ａと併用してＡ系統の加圧ホッパ２Ａを供給ホッパ３Ａと同じ圧力の３０ｋｇ／ｃｍ2まで加圧する。
【００１９】
Ｂ系統の加圧ホッパ２Ｂの圧力が２０ｋｇ／ｃｍ2から常圧まで低下したことが確認されたら、常圧ホッパ払出弁１４Ｂを開き常圧ホッパ１Ｂに貯溜していた微粉炭を加圧ホッパ２Ｂへ払出す。Ａ系統の供給ホッパ３Ａの重量をロードセル８で計測し、下限に達していれば均圧ライン１３Ａの均圧弁１５Ａを開いて加圧ホッパ２Ａと供給ホッパ３Ａを均圧させてから加圧ホッパ払出弁１７Ａを開き、加圧ホッパ２Ａに貯溜していた微粉炭全量を供給ホッパ３Ａへ払出す。加圧ホッパ２Ａからの微粉炭の払出が完了したら均圧弁１５Ａ及び加圧ホッパ払出弁１７Ａを閉じる。供給ホッパ３Ａから払出す微粉炭量の制御は供給ホッパ３Ａ下部のロータリィバルブ５Ａの回転数を変えて行い、払出調節計４Ａによりロードセル８Ａで計測した時間当りの重量減少を払出量に換算して目標払出量となるようにロータリィバルブ５Ａを制御する。ロータリィバルブ５Ａから払出した微粉炭は窒素ライン１１Ａからの窒素により加速器６Ａで加速し、払出ライン７Ａで気流搬送により図示せざるガス化炉のバーナへ供給する。
【００２０】
上述のように、Ａ系統、Ｂ系統の動作は、一方の系統で加圧ホッパの加圧が行われるとき、他方の系統で加圧ホッパの脱圧が行われるように、サイクルがずれた状態で進行する。
【００２１】
図２は本発明の実施の形態における加圧ホッパの圧力の変化を示す図表である。横軸に加圧ホッパの状態（払出、待機、脱圧、受入れ、待機、加圧の繰返し）を時間軸に沿って示し、縦軸に加圧ホッパの圧力をとってある。また、図の上部に加圧ホッパ２Ａの圧力変化を、下部に加圧ホッパ２Ｂの圧力変化を、それぞれ示してある。
【００２２】
まず、時間域ａ点からｂ点へ加圧ホッパ２Ｂの脱圧が開始されると、加圧ホッパ２Ａでは、同時に加圧ホッパ２Ｂの脱圧によるｃ点からｄ点への加圧開始となる。加圧ホッパ２Ｂの圧力が約２／３（２０ｋｇ／kg／cm2g）となるｂ点では、加圧ホッパ２Ｂの減圧分が加圧ホッパ２Ａの加圧分に相当するため、加圧ホッパ２Ａは、加圧ホッパ２Ｂの脱圧により１０kg／cm2gに昇圧される。このｂ点、ｄ点で加圧ホッパ２Ａと加圧ホッパ２Ｂの連結が停止（連通ライン２０の連通弁２１が閉じる）され、加圧ホッパ２Ａでは加圧弁１６Ａが開きｅ点まで加圧され、３０kg／cm2gに昇圧される。一方、加圧ホッパ２Ｂでは脱圧弁１８Ｂが開き、常圧まで（ｆ点まで）脱圧し、その後、常圧ホッパ１Ｂより微粉炭を受入れ、加圧ホッパ２Ａの脱圧開始タイミング（ｇ点）まで待機する。
【００２３】
ｇ点、ｈ点にてＡ系統、Ｂ系統を連通する連通ライン２０の連通弁２１を開いて加圧ホッパ２Ａ，２Ｂを連通し、加圧ホッパ２Ａのｇ点からｉ点への脱圧により、今度は加圧ホッパ２Ｂがｈ点からｊ点へ加圧される（前述のＢ系脱圧、Ａ系加圧の逆動作）。ｉ点、ｊ点で加圧ホッパ２Ａ，２Ｂの連通が停止され、各系独自に脱圧、加圧を実施する。このように、時間経過に対しＡ系統、Ｂ系統のホッパでは全く逆の動作が繰り返される。
【００２４】
上記本発明の実施の形態で説明したように、加圧ホッパ２Ａを加圧ホッパ２Ｂの加圧流体を用いて常圧から１０ｋｇ／ｃｍ2まで加圧することにより、加圧流体の窒素消費量を約１／３節減できる。また、加圧ホッパ２Ａ，２Ｂを完全に均圧させれば１５ｋｇ／ｃｍ2まで加圧できるので、さらに加圧流体の窒素消費量を節減できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、一方の系統の加圧ホッパを加圧する時に他方の系統の加圧ホッパから脱圧のため放出される加圧流体が用いられるので、加圧ホッパの圧力を上昇させるに要する加圧流体の消費量を節減する効果が得られる。
【００２６】
また、脱圧する他方の系統の加圧ホッパの圧力勾配が緩慢になるので加圧流体の急激な温度低下が緩和される。
【００２７】
そして、加圧ホッパ脱圧の最初の段階の、加圧ホッパから放出される加圧流体の流速が大きい時には、加圧流体は加圧される側の加圧ホッパへ流入するので、微粉炭が直接大気中に放出されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のロックホッパ装置構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作を示す図表である。
【図３】従来のロックホッパ装置の構成を示す系統図である。
【図４】一般的な加圧ホッパの脱圧時間と温度変化を示す図表である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ  常圧ホッパ                ２Ａ，２Ｂ  加圧ホッパ
３Ａ，３Ｂ  供給ホッパ                ４Ａ，４Ｂ  払出調節計
５Ａ，５Ｂ  ロータリィバルブ          ６Ａ，６Ｂ  加速器
７Ａ，７Ｂ  払出ライン                ８Ａ，８Ｂ  ロードセル
９Ａ，９Ｂ  加圧調節計                １０Ａ，１０Ｂ  加圧調節弁
１１，１１Ａ，１１Ｂ  窒素ライン      １２Ａ，１２Ｂ  脱圧ライン
１３Ａ，１３Ｂ  均圧ライン            １４Ａ，１４Ｂ  常圧ホッパ払出弁
１５Ａ，１５Ｂ  均圧弁                １６Ａ，１６Ｂ  加圧弁
１７Ａ，１７Ｂ  加圧ホッパ払出弁      １８Ａ，１８Ｂ  脱圧弁
１９Ａ，１９Ｂ  伸縮継手              ２０  連通ライン
２１  連通弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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