(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気、酸素含有ガス又は蒸気をガス化剤として固体又は液体の燃料をガス化するガス化炉と、ガス化された生成ガスを冷却するガス冷却器と、該ガス冷却器で冷却された生成ガスから炭素含有物質を回収してガス化炉に供給するチャーリサイクル装置とを有しており、該チャーリサイクル装置は複数のチャー供給ホッパーを並列に有し、該複数のチャー供給ホッパーの出口から導出される各チャー供給配管には、チャー搬送用窒素が合流するチャー合流器がそれぞれ備えられているとともに、該チャー合流器から該ガス化炉のチャーバーナに至るまでの間の該各チャー供給配管には、ろ過分級方式による異物除去装置がそれぞれ備えられており、さらに該各チャー供給配管には、該異物除去装置の前後の差圧を測定する差圧計と、該異物除去装置の出口側のパージガス供給弁と、該異物除去装置の入口側のパージ排気弁とがそれぞれ備えられているガス化設備。
【請求項２】
空気、酸素含有ガス又は蒸気をガス化剤として固体又は液体の燃料をガス化するガス化炉と、ガス化された生成ガスを冷却するガス冷却器と、該ガス冷却器で冷却された生成ガスから炭素含有物質を回収してガス化炉に供給するチャーリサイクル装置とを有しており、該ガス冷却器の出口から該チャーリサイクル装置の脱塵設備に至るまでの配管に、ろ過分級方式による２系列の異物除去装置が並列に備えられているとともに、該配管には、該異物除去装置の前後の差圧を測定する差圧計と、該異物除去装置の出口側のパージガス供給弁と、該異物除去装置の入口側のパージ排気弁とがそれぞれ備えられているガス化設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体又は液体燃料のガス化設備に関する。さらに詳しくは、優れた運転性，信頼性を有し、固体燃料又は液体燃料からガス燃料を効率的に生成するガス化設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化炉へ供給される炭素含有物質（以下、「チャー」という。）には、チャー供給配管，ガス化炉あるいは脱塵設備等の圧力損失があり、その分だけ脱塵設備で回収されるチャーの圧力は、ガス化炉へ供給されるチャーの圧力より低くなる。そのため、何らかの手段で、チャーの圧力を上昇（昇圧）させる必要がある。
また、チャーは粉体であるため磨耗等の問題があり、ポンプやファンにより圧力を上昇させることができないため、従来は、図４に示すようなロックホッパーシステム（１２〜１５等）が採用されていた。
【０００３】
ところが、基本的には、チャーはガス化炉に投入される微粉炭から発生し、未燃炭素及び灰分の集まりであるため、チャー供給配管やバーナ等を閉塞させるような粗大粒子が存在することは想定していなかった。従って、粗大粒子に対する特別な対策、例えば、ガス冷却器７からチャーバーナ４までの間に特定の異物除去装置を設置すること等は、全く行われていなかった。
ガス化炉に投入されるチャーは、通常、１００ミクロンメートル以下の微粒子であり、直径１０ミリメートル〜１００ミリメートルのチャー供給配管あるいはバーナを閉塞することはない。
【０００４】
しかしながら、ガス化炉では、微粉炭やチャー中の灰分を高温で溶融除去するため、運転条件や石炭の種類によっては、溶融した灰粒子が粗大粒子に成長することがある。また、ガス化炉やガス冷却器内部の構造部材が脱落し、粗大異物を発生する可能性もある。
これらの粗大粒子及び粗大異物は、通常、配管直径の３分の１以下であれば配管を閉塞することはないが、配管直径の３分の１を越える場合には、チャー供給配管やバーナを閉塞させることがあり、問題とされてきた。
また、チャー供給配管やバーナは、一般には複数存在するため、閉塞したものについてはガス化炉と一旦切り離して、パージ復旧していた。ところが、閉塞本数が多く、あるいは閉塞の頻度が高い場合には、ガス化炉で発生したチャーがチャーリサイクル装置内の容量を越えて、ガス化炉の運転が不可能になり、ガス化設備を停止する必要が生じてしまう問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記問題点に鑑み、ガス化設備のチャー供給配管あるいはチャーバーナにて、粗大粒子又は粗大異物による閉塞が生じることを防止することにより、運転性及び信頼性に極めて優れたガス化設備を開発すべく鋭意検討した。その結果、本発明者らは、ガス化炉の出口から配管を通して、順に、ガス冷却器，脱塵設備，チャーリサイクル装置を経て、ガス化炉のチャーバーナに至る炭素含有物質（チャー）の循環，回収の系統中のいずれかの箇所に、粗大粒子又は粗大異物を除去する異物除去装置を設置することにより、かかる問題点が解決されることを見い出した。
本発明は、かかる見地より完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、空気，酸素含有ガス又は蒸気をガス化剤として固体又は液体の燃料をガス化するガス化炉と、ガス化された生成ガスを冷却するガス冷却器と、該ガス冷却器で冷却された生成ガスから炭素含有物質を回収してガス化炉に供給するチャーリサイクル装置とを有しており、該ガス化炉の出口から該ガス化炉のチャーバーナに至るまでの系統中のいずれかの箇所に、異物除去装置が備えられているガス化設備を提供するものである。
また、本発明は、空気，酸素含有ガス又は蒸気をガス化剤として固体又は液体の燃料をガス化するガス化炉と、ガス化された生成ガスを冷却するガス冷却器と、該ガス冷却器で冷却された生成ガスから炭素含有物質を回収してガス化炉に供給するチャーリサイクル装置とを有しており、該ガス冷却器の出口から該チャーリサイクル装置に至るまでの系統中のいずれかの箇所に、異物除去装置が備えられているガス化設備を提供するものである。
【０００７】
本発明は、空気，酸素含有ガス又は蒸気をガス化剤として固体又は液体の燃料をガス化するガス化炉と、ガス化された生成ガスを冷却するガス冷却器と、該ガス冷却器で冷却された生成ガスから炭素含有物質を回収してガス化炉に供給するチャーリサイクル装置とを有しており、該チャーリサイクル装置から該ガス化炉のチャーバーナに至るまでの系統中のいずれかの箇所に、異物除去装置が備えられているガス化設備を提供するものである。
本発明は、上記チャーリサイクル装置が複数（少なくとも２基以上）のチャー供給ホッパーを並列に有するものであって、複数の該チャー供給ホッパーの出口から導出される各配管に、異物除去装置がそれぞれ備えられていることを特徴とするガス化設備である。この場合、複数の並列に設置されたチャー供給ホッパーからは、相互の切り替えによって、ガス化炉にチャーがそれぞれ供給される。
【０００８】
本発明は、上記異物除去装置が、ろ過分級方式による異物除去装置であることを特徴とするガス化設備である。この場合、例えば、上記ガス冷却器の出口から脱塵設備に至るまでの配管に、あるいは、上記チャーリサイクル装置から上記ガス化炉のチャーバーナに至るまでの各配管に、ろ過分級方式による異物除去装置を備えること等が極めて有効である。また、上記異物除去装置は、２系列を並列に配置することもできる。
【０００９】
本発明は、上記異物除去装置の前後の差圧を測定する差圧計と、異物除去装置の出口側にパージガス供給弁と、異物除去装置の入口側にパージ排気弁とが備えられていることを特徴とするガス化設備である。この場合、該異物除去装置内部の堆積異物をパージガス（窒素ガス等）により、系外に排出する。
以下、本発明について、詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態並びに参考の形態を説明する。
実施の形態（その１）
図１は、本発明にかかるガス化設備の第１の実施の形態である。本実施の形態は、チャーリサイクル装置からガス化炉５のチャーバーナ４に至るまでの系統中に、異物除去装置が備えられているガス化設備である。また、本実施の形態は、チャーリサイクル装置が２基のチャー供給ホッパー１５Ａ，１５Ｂを並列に有するものであって、該チャー供給ホッパーを切り替えてガス化炉５に炭素含有物質を供給し、かつ、該チャー供給ホッパー１５Ａ，１５Ｂの出口から導出される各配管２３Ａ，２３Ｂに、ろ過分級方式による異物除去装置２０Ａ，２０Ｂがそれぞれ備えられているガス化設備である。
【００１１】
ガス化炉５に、微粉炭バーナ３を介して微粉炭供給配管１から炭素含有燃料である微粉炭が、また、チャーバーナ４を介してチャー供給配管２６からチャーが、それぞれ投入される。これらの微粉炭及びチャーは、バーナ３，４に供給される空気，酸素含有ガス又は蒸気からなるガス化剤２とガス化反応し、生成ガスを発生する。ここで、生成ガスにはチャーも含まれている。
生成ガスはガス管６を通り、ガス冷却器７に入り、冷却水８で冷却される。ガス冷却器７出口のガス温度は、後流に設置される脱硫設備の形式によるが、通常２００〜６００℃である。ガス冷却器７から出た生成ガスは、ガス管９を経由して脱塵設備１０にてチャー等の固体分が分離され、ガス管１１から後流設備に送られる。
【００１２】
脱塵設備１０で集められたチャーは、チャービン１２に一旦貯蔵される。チャービン下部には、並列に設置されたチャー供給ホッパー１５Ａ及び１５Ｂが設置される。但し、チャー供給ホッパー１５Ａ及びチャー供給ホッパー１５Ｂに、同時にチャーが受け入れられることはなく、チャーの受入れは交互に行われる。例えば、チャー供給ホッパー１５Ａが受入運転、チャー供給ホッパー１５Ｂがガス化炉への供給運転を行う場合には、次のような手順となる。
【００１３】
チャーカット弁１３Ａ及び気密弁１４Ａが開の状態で、チャービン１２のチャーはチャー供給ホッパーＡに受け入れられる。この際、チャービン１２の圧力はガス化炉より低いため、遮断弁１９Ａ及び２２Ａは閉の状態になっている。
一方、チャー供給ホッパーＢはガス化炉５へチャーを供給するため、チャーカット弁１３Ｂ及び気密弁１４Ｂを閉とし、窒素等のガス供給ラインからガス化炉の圧力以上に圧力を上昇させ、遮断弁１９Ｂ及び２２Ｂが開の状態でチャーフィーダ１６Ｂからチャーを定量供給する。供給されたチャーは、チャー搬送用窒素１７Ｂとチャー合流基１８Ｂで合流し、チャー供給配管２３Ｂ及び２６を経由して、チャーバーナ４からガス化炉５に投入される。
【００１４】
本発明では、チャー供給配管に、粗大異物をろ過分級により除去するため、目板や金属製のスクリーンメッシュ等により構成された異物除去装置２０Ｂを設置する。その前後の差圧を差圧計２１Ｂにて計測する。目板やスクリーンメッシュの目開きは数ｍｍであり、チャーの粒子径（１００ミクロンメートル以下）より十分大きいため、チャーは通過する。一方、目開きより大きい異物は通過できず、異物除去装置内に堆積する。この異物除去装置内の異物の量が多くなると、差圧が上昇して検知される。
【００１５】
チャー供給ホッパー１５Ｂ内のチャー量が下限近傍に達したところで、チャー供給ホッパー１５Ａと切り替える操作を実施する。
その操作は、先ず、チャーカット弁１３Ａ及び気密弁１４Ａを閉の状態とし、窒素ガス等の供給ラインからチャー供給ホッパー１５Ａを加圧して、チャー供給ホッパー１５Ｂとほぼ等しい圧力する。次いで、遮断弁１９Ａ及び２２Ａを開の状態にし、チャー搬送窒素１７Ａを供給し、チャーフィーダ１６Ａの流量を増加させながら、チャーフィーダ１６Ｂの流量を減少させる。
チャーフィーダ１６Ｂの流量を０とした後、遮断弁１９Ｂ及び２２Ｂを閉の状態とし、チャー供給ホッパー減圧ラインから減圧し、チャービン１２とほぼ同じ圧力にする。次いで、チャーカット弁１３Ｂ及び気密弁１４Ｂを開の状態にして、チャービン１２からチャーを受け入れる。
以上の操作を繰り返すことにより、連続的にガス化炉にチャーを供給する。
【００１６】
また、本実施の形態は、上記異物除去装置の前後の差圧を測定する差圧計と、異物除去装置の出口側にパージガス供給弁と、異物除去装置の入口側にパージ排気弁とが備えられているガス化設備である。すなわち、チャー供給運転中に、異物除去装置の差圧計２１Ａ又は２１Ｂの指示値が上限を越えた場合には、次にチャー供給ホッパーが受入運転に切り替わったときに、パージガス供給弁２４Ａ及びパージ排気弁２５Ａ、あるいは、パージガス供給弁２４Ｂ及びパージ排気弁２５Ｂを開の状態として、異物除去装置内部の堆積異物を系外に排出する。以上の操作により、ガス化炉に連続的にチャーを供給しながら、粗大異物を系外に排出することができる。このように本発明によれば、チャー供給配管やバーナ等の流路直径が最小となる部分により近い部分で、粗大異物等の除去を行うので、除去効果が大きい。
【００１７】
参考の形態
図２は、ガス化設備の参考となる形態である。本参考の形態は、上記ガス冷却器７の出口からチャーリサイクル装置に至るまでの系統中に、異物除去装置が備えられているガス化設備であり、具体的には、ガス冷却器７の出口から脱塵設備１０に至るまでの配管９に、異物除去装置２７が備えられている。また、本参考の形態は、重力沈降法による異物除去装置２７が備えられているガス化設備であり、上記実施の形態（その１）とは異なる。本参考の形態では、生成ガス配管９の垂直ないし上り傾斜部に、拡大管で構成された異物除去装置２７が設置されている。この部分はガス流速が遅いので、数ｍｍ程度の粗大異物は沈降して分離され、異物除去装置２７の底部に堆積する。堆積した異物は、定期的に、窒素ライン３０により加圧された異物排出容器２９に、遮断弁２８を開の状態にすることで排出される。
【００１８】
また、異物排出容器２９は減圧されるので、その内部の異物は、遮断弁３１を開の状態にすることで系外に排出される。本参考の形態の場合には、チャーリサイクル装置の上流側で異物が除去されるので、チャー供給ホッパーは必ずしも図１のように並列に設置される必要はない。勿論、並列配置でも問題はないが、チャーカット弁３２，気密弁３３，及びチャーロックホッパー３４を介した直列配置も採用できる。この場合、チャーは、チャーカット弁１３及び気密弁１４が閉の状態で、ガス化炉より高い圧力まで加圧されたチャー供給ホッパー１５からチャーフィーダ１６により連続的に定量供給される。供給されたチャーは、チャー搬送窒素１７とチャー合流器１８で合流し、チャー供給配管２６を経由して、チャーバーナ４からガス化炉に供給される。その間、チャーロックホッパー３４にはチャーカット弁３２及び気密弁３３が開の状態で、チャービンからチャーを受け入れる。
【００１９】
チャー供給ホッパー１５内のチャーの量が下限近傍に達したところで、チャーカット弁３２及び気密弁３３は閉の状態となり、チャーロックホッパーは窒素等のガス供給ラインからのガスにより、チャー供給ホッパー１５の圧力とほぼ等しくなるまで加圧される。その後、チャーカット弁１３及び気密弁１４を閉の状態として、チャーロックホッパー３４内のチャーをチャー供給ホッパー１５に払出す。払出し終了後、チャーカット弁１３及び気密弁１４を閉の状態とし、チャーロックホッパー３４の圧力を減圧ラインから減圧し、チャービン１２とほぼ等しい圧力になったところで、チャーカット弁３２及び気密弁３３を開の状態とし、チャービン１２からのチャーを受け入れる。以上の操作を繰り返すことにより、ガス化炉に連続的にチャーを供給しながら、粗大異物を系外に排出できる。本参考の形態は、異物除去装置が１系列で足りるため、全体が簡素化された構成となる。
【００２０】
実施の形態（その２）
図３は、本発明にかかるガス化設備の第２の実施の形態である。本実施の形態は、本発明のガス化設備において、上記ガス冷却器７の出口からチャーリサイクル装置に至るまでの系統中に、異物除去装置が備えられているガス化設備であり、具体的には、ガス冷却器７の出口から脱塵設備１０に至るまでの配管９に、異物除去装置３６が備えられている。また、本実施の形態は、上記参考の形態とは異なり、生成ガス配管９内に設置された異物除去装置は、目板や金属製のスクリーンメッシュ等により、粗大異物等をろ過分級により除去する異物除去装置３６Ａ及び３６Ｂである。ここで用いられる目板やスクリーンメッシュの目開きは数ｍｍであり、チャーの粒子径（１００ミクロンメートル以下）より十分大きいため、チャーは通過する。一方、目開きより大きい異物は通過できず、異物除去装置内に堆積する。
【００２１】
本実施の形態は、上記異物除去装置の前後の差圧を測定する差圧計と、異物除去装置の出口側にパージガス供給弁と、異物除去装置の入口側にパージ排気弁とが備えられているガス化設備である。異物除去装置３６Ａ及び３６Ｂは、通常、どちらか一つが使用される。異物除去装置内の異物の量が多くなると、差圧が上昇して、差圧計３８Ａ又は３８Ｂで検知される。例えば、異物除去装置３６Ａが使用されている状態で、その差圧計３８Ａの指示値が上限を越えた場合は、異物除去装置３６Ｂの遮断弁３５Ｂ及び３７Ｂを開の状態として、Ｂ系の使用を開始する。次いで、遮断弁３５Ａ及び３７Ａを閉の状態とし、パージガス供給弁３９Ａを開の状態とし、パージ排気弁４０Ａを開の状態として、異物除去装置内部の堆積異物を系外へ排出する。その後、パージガス供給弁３９Ａ及びパージ排気弁４０Ａを閉の状態とし、復旧待機する。差圧計３８Ｂの指示値が上限を越えた場合も、同様の操作をＢ系列について実施する。以上の操作により、ガス化炉に連続的にチャーを供給しながら、粗大異物を系外に排出することができる。本実施の形態では、２系列の異物除去装置が必要となるが、目板やスクリーンメッシュによる分級分離方式であるため、除去効果が高く、かつ、チャーリサイクル装置が並列方式でも直列方式のいずれでも採用可能という利点がある。
【００２２】
他の実施の形態
本発明にかかるガス化設備は、上記実施の形態に限らず、本発明の技術的思想の範囲において、種々変形が可能である。
例えば、上記実施の形態（その１）において、チャーリサイクル装置が３基以上並列に設置されたチャー供給ホッパーを有しており、該チャー供給ホッパーの出口からガス化炉のチャーバーナに至るまでの３本以上の各配管に、ろ過分級方式による異物除去装置をそれぞれ設置することとしても良い。
また、上記ガス冷却器の出口から上記脱塵設備に至るまでの配管に、異物除去装置を設置するガス化設備において、重力沈降法による異物除去装置及びろ過分級方式による異物除去装置を併用して、それぞれ設置することもできる。更に、本発明では、各配管に複数の異物除去装置を直列に複数設置しても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のガス化設備は、固体あるいは液体燃料からガス燃料を生成するガス化設備の運転性及び信頼性を格段に向上させることができる。
すなわち、本発明のガス化設備によれば、ガス化設備のチャー供給配管やバーナにおける粗大粒子又は粗大異物による閉塞を効果的に防止できるので、ガス化設備の運転性及び信頼性が向上する。
また、パージ復旧に際して、ガス化炉と復旧部分を切り離すことが不要であり、ガス化設備を停止することなく粗大粒子又は粗大異物の除去，排出が可能であり、その産業上の意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるガス化設備の第１の実施の形態を示す概念図である。
【図２】  ガス化設備の参考となる形態を示す概念図である。
【図３】  本発明にかかるガス化設備の第２の実施の形態を示す概念図である。
【図４】  ロックホッパーシステムが採用された従来のガス化設備を示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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