(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の底部に設けられ、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを急冷するスラグ冷却水が貯留されたスラグホッパと、
前記スラグホッパ内部に設けられ、前記スラグホッパの底部に堆積する前記スラグと前記スラグ冷却水とを吸い出すスラグ吸出口と、
前記スラグ吸出口から吸い出された前記スラグと前記スラグ冷却水とをスラグ分離装置に送り、該スラグ分離装置にて前記スラグを分離させるスラグ冷却水送水ラインと、
前記スラグホッパの底部付近から前記ガス化炉の側方へ延出して前記ガス化炉の外部に通じるスラグ払い出しラインと、
前記スラグ払い出しラインに設けられたスラグ払い出し弁と、
を備えてなり、
前記スラグ払い出しラインの開口端部は、前記スラグホッパ内で前記スラグホッパの底部よりも上方に離間し、かつ、前記スラグ吸出口よりも下方に離間した前記スラグ吸出口の近傍に位置するスラグ排出システム。
【請求項２】
前記スラグ払い出し弁の下流側で前記スラグ払い出しラインに接続され、前記スラグ払い出しラインの内部に流体を供給する流体供給ラインをさらに備えた請求項１に記載のスラグ排出システム。
【請求項３】
前記流体供給ラインの下流側で前記スラグ払い出しラインに設けられたスラグ出口弁をさらに備えた請求項２に記載のスラグ排出システム。
【請求項４】
前記スラグ払い出し弁と、前記スラグ出口弁との距離が所定の長さ以上ある請求項３に記載のスラグ排出システム。
【請求項５】
前記流体は気体であり、該流体は前記スラグ払い出し弁が開く前に予め前記流体供給ラインから前記スラグ払い出しラインの内部に供給され、前記流体の供給によって前記スラグ払い出しラインの内部圧力が前記ガス化炉の内部圧力と大気圧との間の圧力に設定される請求項３に記載のスラグ排出システム。
【請求項６】
前記流体は液体であり、該流体は前記スラグ払い出し弁が開く前に予め前記流体供給ラインから前記スラグ払い出しラインの内部に供給され、前記流体によって前記スラグ払い出しラインの内部空間の少なくとも一部が満たされる請求項３に記載のスラグ排出システム。
【請求項７】
前記スラグ払い出しラインに、その管路内径を部分的に拡大させた拡径部が設けられている請求項１に記載のスラグ排出システム。
【請求項８】
前記スラグ分離装置を介して前記スラグ冷却水送水ラインと接続され、前記スラグ分離装置にて前記スラグを分離された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインと、
前記スラグ冷却水循環ラインに接続されている循環ポンプと、
前記循環ポンプの吸い込み側の圧力を計測する圧力計と、
前記圧力計により計測された圧力データを入力され、該圧力データが所定の閾値に達した時に、前記スラグ払い出し弁の開閉制御を行う制御部と、をさらに備えた請求項１に記載のスラグ排出システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のスラグ排出システムを備えたガス化炉。
【請求項１０】
炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の底部のスラグホッパに落下したスラグをスラグ冷却水と共に前記スラグホッパ内部に設けられたスラグ吸出口から吸い出し、スラグ冷却水送水ラインを通してスラグ分離装置に送るスラグ排出システムの運転方法であって、
前記スラグ吸出口が前記スラグによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に、前記スラグホッパから前記ガス化炉の外部の側方へ延出させたスラグ払い出しラインから前記スラグを払い出すスラグ払い出し工程を備え、
前記スラグ払い出しラインの開口端部は、前記スラグホッパ内で前記スラグホッパの底部よりも上方に離間し、かつ、前記スラグ吸出口よりも下方に離間した前記スラグ吸出口の近傍に位置するスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１１】
前記スラグ払い出しラインに流体を供給する流体供給工程をさらに備える請求項１０に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１２】
前記スラグ払い出し工程の後に、前記流体供給工程を実行する請求項１１に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１３】
前記流体供給工程の実行時に、前記スラグ払い出しラインの上流部に設けられたスラグ払い出し弁の下流側に所定の距離を置いて設けられたスラグ出口弁を閉じる工程を実行する請求項１１に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１４】
前記スラグ払い出し工程の実行時に、前記スラグ払い出し弁を所定時間開いて閉じた後、前記流体供給工程を実行する請求項１３に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１５】
前記スラグ分離装置を介して前記スラグ冷却水送水ラインと接続され、前記スラグ分離装置にて前記スラグを分離された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインをさらに備えたスラグ排出システムの運転方法において、
前記スラグ冷却水循環ラインの圧力を測定する圧力測定工程と、
前記圧力測定工程により測定した圧力データに基づいて、前記スラグ吸出口の閉塞状態を判定する閉塞判定工程と、をさらに備え、
前記閉塞判定工程にて前記スラグ吸出口が閉塞したと判定された時、または閉塞の予兆がある時と判定された時に、前記スラグ払い出し工程を実行する請求項１０に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１６】
前記スラグ払い出し工程の実行時に、前記スラグ吸出口および前記スラグ冷却水送水ラインによる前記スラグの吸い出しを停止させる請求項１５に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１７】
前記流体は気体であり、当該気体の充填圧力を前記ガス化炉の内部圧力と大気圧との間の圧力に設定する請求項１３に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【請求項１８】
前記流体は液体である請求項１１に記載のスラグ排出システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭等の炭素含有固体燃料を熱分解させてガス化するガス化炉のスラグ排出システム、これを備えたガス化炉、およびスラグ排出システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭、木質ペレット等のバイオマス燃料、ペットコーク等の炭素含有固体燃料を熱分解することより可燃性ガスを生成するガス化炉では、炭素含有固体燃料の灰分が溶融し、スラグとしてガス化炉の底部に設けられたスラグホッパに堆積する。スラグホッパにはスラグ冷却水が貯留されており、スラグはこのスラグ冷却水中に落下して急冷されることにより固化し、破砕される。
【０００３】
このように固化・破砕されてスラグホッパ内に溜まったスラグは、ガス化炉の外部に設けられたロックホッパを経てガス化炉の系外へと排出される。スラグはスラグ冷却水に比べて密度が大きいため、従来はスラグホッパからロックホッパへスラグを移動させる際、重力により自然落下させていた。例えば、特許文献１に、ガス化炉の下方にロックホッパを配置したスラグ排出システムが開示されている。
【０００４】
ところが、上述したスラグ排出システムによれば、ガス化炉の下方にロックホッパを設けるためにガス化炉の配置位置が高くなる。したがって、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さが増すこととなる。ガス化炉の配置位置が高くなることにより、ガス化炉を支持する支持架台や操作架台などの配置位置が高くなる。
【０００５】
そこで、特許文献２に開示されているようなスラグ排出システムが提案されている。このスラグ排出システムでは、ロックホッパをガス化炉の側方に配置し、ガス化炉底部のスラグホッパからロックホッパへと連通するスラグ排出ライン（スラグ冷却水循環ライン）を設け、循環ポンプによってスラグ排出ライン内にスラグホッパからロックホッパへの水流を形成し、この水流によってスラグホッパ内のスラグをロックホッパへ排出するようにしている。
【０００６】
こうすることにより、スラグをスラグ冷却水の流れに乗せてスラグホッパからロックホッパに移送することができるため、ロックホッパをガス化炉の側方に配置することが可能となり、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さを低く抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７４２７４号公報
【特許文献２】特許第５７４３０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、特許文献２に示される従来のスラグ排出システムでは、ガス化炉底部のスラグホッパに落下したスラグを、スラグホッパに貯留されたスラグ冷却水と共にスラグ排出ラインで吸い出している。スラグホッパからスラグを吸い出すスラグ排出ラインの吸出口は、鉛直下方を向いてスラグホッパの底面に向かって開口している。
【０００９】
ガス化炉の通常運転時は、スラグホッパ内に落下するスラグが順次スラグ排出ラインの吸出口から吸い出されて排出されるため、吸出口にスラグが堆積することはない。しかし、ガス化炉の起動時や一時的な運転停止後には吸出口の上までスラグが堆積することがある。この状態でスラグ排出ラインからのスラグ吸い出しを再開した場合、スラグの密度が高過ぎてスラグ排出ラインが詰まり、閉塞してしまう懸念がある。このように、スラグ排出ラインを閉塞させる事象は、主にスラグ排出システムの起動時に起こりやすく、そうなるとガス化炉の運転に支障を来す。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ガス化炉の底部からスラグを吸い出すスラグ吸出口がスラグによって閉塞することを抑制または解消し、ガス化炉の起動および運転を順調に行うことのできるスラグ排出システム、これを備えたガス化炉、およびスラグ排出システムの運転方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の第１態様に係るスラグ排出システムは、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の底部に設けられ、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを急冷するスラグ冷却水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグホッパ内部に設けられ、前記スラグホッパの底部に堆積する前記スラグと前記スラグ冷却水とを吸い出すスラグ吸出口と、前記スラグ吸出口から吸い出された前記スラグと前記スラグ冷却水とをスラグ分離装置に送り、該スラグ分離装置にて前記スラグを分離させるスラグ冷却水送水ラインと、前記スラグホッパの底部付近から前記ガス化炉の側方へ延出して前記ガス化炉の外部に通じるスラグ払い出しラインと、前記スラグ払い出しラインに設けられたスラグ払い出し弁と、を備えてなり、前記スラグ払い出しラインの開口端部は、前記スラグホッパ内で前記スラグホッパの底部よりも上方に離間し、かつ、前記スラグ吸出口よりも下方に離間した前記スラグ吸出口の近傍に位置する。
【００１２】
上記構成のスラグ排出システムによれば、ガス化炉の起動時または運転時にスラグ払い出し弁を所定時間（例えば数秒間）開くことにより、ガス化炉の内部圧力とスラグ払い出しラインの内部圧力（例えば大気圧）との圧力差により、スラグホッパからスラグ払い出しライン内に流れ込む流れが形成される。このため、スラグホッパに堆積したスラグの少なくとも一部がスラグ払い出しライン内に放出される。
【００１３】
したがって、スラグ吸出口が堆積したスラグ中に埋没したり、スラグ吸出口の周辺におけるスラグ密度が高い状態であっても、上記のようにスラグの少なくとも一部を放出することでスラグ吸出口付近におけるスラグの密度を低下させ、スラグ吸出口からスラグとスラグ冷却水との混合物を吸い込みやすくできる。これにより、スラグ吸出口がスラグによって閉塞することを抑制または解消し、ガス化炉の起動および運転を順調に行うことができる。
【００１４】
スラグをスラグ払い出しラインからスラグ貯蔵タンク等へ直接移送せずに、スラグ払い出しラインに所定の長さを付与し、その中にスラグを一時的に貯留するようにしてもよい。こうすることで、ガス化炉の内圧と、スラグ貯蔵タンクの内圧（大気圧）との圧力差を緩和し、後から流れ込むスラグの勢いを緩衝して、スラグ払い出しラインに設けられる弁や、スラグ貯留タンク等の払い出し用設備を破損から保護することができる。
【００１５】
また、このようにスラグをスラグ払い出しライン内に一時的に貯留するにあたり、スラグ払い出しラインの出口側にスラグ出口弁を設けることにより、スラグ払い出しラインに所定の容量を確保することができ、スラグ払い出し弁を開とするだけで所望量のスラグを排出することができる。
【００１６】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記スラグ払い出し弁の下流側で前記スラグ払い出しラインに接続され、前記スラグ払い出しラインの内部に流体を供給する流体供給ラインをさらに備えた構成としてもよい。
【００１７】
ガス化炉の起動時および運転時にスラグ払い出し弁を開くと、上記のようにスラグホッパに堆積したスラグが圧力差によってスラグ払い出しライン内に移送される。その後、スラグ払い出し弁を閉じて流体供給ラインからスラグ払い出しライン内に流体を送給することにより、スラグ払い出しライン中のスラグが流体によって外部に流し出される。したがって、スラグ払い出しライン内に移送されたスラグの流れを促進させて確実に外部に払い出すことができる。
【００１８】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記流体供給ラインの下流側で前記スラグ払い出しラインに設けられたスラグ出口弁をさらに備えた構成としてもよい。
【００１９】
ガス化炉の運転時にスラグ払い出し弁を開くと、ガス化炉の内部圧力と外部圧力（大気圧）との圧力差により、スラグホッパ内のスラグが勢い良くスラグ払い出しラインに放出される。この勢いが強過ぎると、スラグ払い出しラインの下流側に繋がるスラグ貯留タンク等の払い出し用設備が破損する虞がある。
【００２０】
そこで、スラグ払い出しラインにおける流体供給ラインの接続部の下流側にスラグ出口弁を設け、このスラグ出口弁を閉じておくことにより、ガス化炉とスラグ払い出しラインとの圧力差を低減し、ガス化炉からスラグ払い出しラインに移送されるスラグの勢いを緩衝するバッファ機能を奏させることができ、払い出し用設備の破損等を防止することができる。
【００２１】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記スラグ払い出し弁と、前記スラグ出口弁との距離は所定の長さ以上あることが好ましい。これにより、スラグ払い出し弁が開かれた際に、スラグ払い出しラインの中に流れ込むスラグの量を、スラグ吸出口を閉塞させているスラグ量と同程度以上とし、スラグ吸出口を閉塞させているスラグの全量をスラグ払い出しラインに払い出し可能にしてスラグ吸出口の閉塞を確実に抑制または解消することができる。
【００２２】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記流体は気体であり、該流体は前記スラグ払い出し弁が開く前に予め前記流体供給ラインから前記スラグ払い出しラインの内部に供給され、前記流体の供給によって前記スラグ払い出しラインの内部圧力が前記ガス化炉の内部圧力と大気圧との間の圧力に設定されるようにしてもよい。
【００２３】
このように、スラグ払い出しラインの内部に空気や窒素ガス等の気体状の流体を予め供給してスラグ払い出しラインの内部圧力を大気圧よりも高めることにより、ガス化炉の内外の圧力差を小さくし、スラグ払い出し弁を開いた時のスラグ放出速度を低下させて払い出し用設備の破損を防止することができる。
【００２４】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記流体は液体であり、該流体は前記スラグ払い出し弁が開く前に予め前記流体供給ラインから前記スラグ払い出しラインの内部に供給され、前記流体によって前記スラグ払い出しラインの内部空間の少なくとも一部が満たされるようにしてもよい。
【００２５】
このように、液体状の払い出し流体を予めスラグ払い出しライン内に供給しておけば、スラグ払い出し弁の開弁と同時にスラグ払い出しライン内に放出されるスラグの放出速度が、液体状の払い出し流体の粘性によって減衰される。このため、前述のような払い出し用設備の破損を防止することができる。
【００２６】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記スラグ払い出しラインに、その管路内径を部分的に拡大させた拡径部を設けてもよい。
【００２７】
このような拡径部をスラグ払い出しラインに設けることにより、スラグ払い出し弁が開かれた時にスラグ払い出しライン内に放出されるスラグの放出速度（流速）が拡径部の部分で減衰する。このため、前述のような払い出し用設備の破損を防止することができる。しかも、スラグ払い出しラインの管路長あたりの内容積が増加するため、スラグ払い出しラインの中に貯留できるスラグの量を増加させてバッファ機能を高めることができる。あるいは、るスラグの貯留量を減らすことなくスラグ払い出しラインの管路長を短縮してスラグ排出システムをコンパクト化することができる。
【００２８】
前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記スラグ分離装置を介して前記スラグ冷却水送水ラインと接続され、前記スラグ分離装置にて前記スラグを分離された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインと、前記スラグ冷却水循環ラインに接続されている循環ポンプと、前記循環ポンプの吸い込み側の圧力を計測する圧力計と、前記圧力計により計測された圧力データを入力され、該圧力データが所定の閾値に達した時に、前記スラグ払い出し弁の開閉制御を行う制御部と、をさらに備えた構成としてもよい。
【００２９】
ガス化炉の起動時、あるいは運転中に、スラグ吸出口が、堆積したスラグ中に埋没したり、スラグ吸出口周辺のスラグ密度が高い状態になると、スラグ冷却水送水ラインに通じるスラグ冷却水循環ラインに接続された循環ポンプの吸込み側の圧力が低下する。
【００３０】
この圧力データが圧力計に計測されて制御部に入力され、この圧力データが所定の閾値を超えると、制御部はスラグ払い出し弁を所定時間開く。これにより、スラグホッパのスラグの一部がスラグ払い出しラインに放出され、スラグ吸出口の閉塞が解消または予防される。
【００３１】
このように、スラグ冷却水循環ラインに接続された循環ポンプの吸い込み側に圧力計を設け、その圧力データを制御部に入力して制御部にスラグ払い出し弁を開閉させるという簡素な構成により、スラグ吸出口の閉塞を自動的に抑制または解消することができる。
【００３２】
本発明の第２態様に係るガス化炉は、前記のいずれかのスラグ排出システムを備えているため、ガス化炉の底部からスラグを吸い出すスラグ吸出口がスラグによって閉塞することを抑制または解消し、ガス化炉の起動および運転を順調に行うことができる。
【００３３】
本発明の第３態様に係るスラグ排出システムの運転方法は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の底部のスラグホッパに落下したスラグをスラグ冷却水と共に前記スラグホッパ内部に設けられたスラグ吸出口から吸い出し、スラグ冷却水送水ラインを通してスラグ分離装置に送るスラグ排出システムの運転方法であって、前記スラグ吸出口が前記スラグによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に、前記スラグホッパから前記ガス化炉の外部の側方へ延出させたスラグ払い出しラインから前記スラグを払い出すスラグ払い出し工程を備え、前記スラグ払い出しラインの開口端部は、前記スラグホッパ内で前記スラグホッパの底部よりも上方に離間し、かつ、前記スラグ吸出口よりも下方に離間した前記スラグ吸出口の近傍に位置するものである。
【００３４】
上記のスラグ排出システムの運転方法によれば、スラグ吸出口がスラグによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に、スラグホッパから外部に延出させたスラグ払い出しラインからスラグを払い出すスラグ払い出し工程を行うことにより、ガス化炉の内部圧力と外部圧力との圧力差によって前記スラグホッパに堆積している前記スラグの少なくとも一部が外部に払い出される。
【００３５】
したがって、スラグ吸出口が、堆積したスラグ中に埋没したり、スラグ吸出口周辺のスラグ密度が高い状態であっても、上記のようにスラグの少なくとも一部をスラグ払い出しラインから放出することでスラグ吸出口付近のスラグの密度を低下させ、スラグ吸出口からスラグとスラグ冷却水との混合物を吸い込みやすくできる。これにより、スラグ吸出口がスラグによって閉塞することを抑制または解消し、ガス化炉の起動および運転を順調に行うことができる。
【００３６】
上記の運転方法において、前記スラグ払い出しラインに流体を供給する流体供給工程をさらに備えてもよい。このように、スラグ払い出しラインに流体を供給することにより、スラグ払い出しラインの内部圧力をスラグの払い出しに適した圧力にしたり、スラグ払い出しラインにおけるスラグの通過性を向上させることができる。
【００３７】
上記の運転方法において、前記スラグ払い出し工程の後に、前記流体供給工程を実行するようにしてもよい。これにより、スラグホッパからスラグ払い出しラインに移送されたスラグを流体によって確実に外部に排出することができる。
【００３８】
上記の運転方法において、前記流体供給工程の実行時に、前記スラグ払い出しラインの上流部に設けられたスラグ払い出し弁の下流側に所定の距離を置いて設けられたスラグ出口弁を閉じる工程を実行するようにしてもよい。
これにより、所定の内容積を有するスラグ払い出しラインの出口であるスラグ出口弁が閉ざされた状態で、スラグ払い出しラインの内部にスラグホッパからスラグが払い出されるので、ガス化炉とスラグ払い出しラインとの圧力差を低減し、ガス化炉からスラグ払い出しラインに移送されるスラグの勢いを緩衝するバッファ機能を奏させて、払い出し用設備の破損等を防止することができる。
【００３９】
上記の運転方法において、前記スラグ払い出し工程の実行時に、前記スラグ払い出し弁を所定時間開いて閉じた後、前記流体供給工程を実行するようにしてもよい。これにより、払い出すスラグの量をコントロールすることができる。
【００４０】
また、前記スラグ分離装置を介して前記スラグ冷却水送水ラインと接続され、前記スラグ分離装置にて前記スラグを分離された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインをさらに備えたスラグ排出システムの運転方法において、前記スラグ冷却水循環ラインの圧力を測定する圧力測定工程と、前記圧力測定工程により測定した圧力データに基づいて、前記スラグ吸出口の閉塞状態を判定する閉塞判定工程と、をさらに備え、前記閉塞判定工程にて前記スラグ吸出口が閉塞したと判定された時、または閉塞の予兆がある時と判定された時に、前記スラグ払い出し工程を実行するようにしてもよい。
【００４１】
ガス化炉の起動時、あるいは運転中に、スラグ冷却水送水ラインのスラグ吸出口が、堆積したスラグ中に埋没したり、スラグ吸出口周辺のスラグ密度が高い状態になると、スラグ冷却水送水ラインに通じるスラグ冷却水循環ラインの圧力が低下する。
【００４２】
したがって、この圧力を測定する圧力測定工程を実行することで、スラグ吸出口が閉塞している、あるいは閉塞しつつあることを閉塞判定工程にて判定することができる。例えば、スラグ冷却水循環ラインの圧力が所定の閾値まで低下した場合に、閉塞判定工程においてスラグ吸出口が閉塞したと判定され、スラグ払い出し工程が実行される。この運転方法によれば、簡素な構成によってスラグ吸出口の閉塞を自動的に抑制または解消することができる。
【００４３】
上記運転方法において、前記スラグ払い出し工程の実行時に、前記スラグ吸出口および前記スラグ冷却水送水ラインによる前記スラグの吸い出しを停止させるようにしてもよい。
【００４４】
こうすれば、スラグ吸出口に吸着されたもののスラグ吸出口の内部に入れずに滞っていたスラグがあったとしても、このスラグは、スラグ冷却水送水ラインによる吸い出しが停止することからスラグ吸出口付近に拘束されることがなくなり、スラグ払い出し工程の実行時にスラグ吸出口から離れてスラグ払い出しラインに吸い込まれる。このため、スラグ吸出口の閉塞を確実に解消することができる。
【００４５】
上記運転方法において、前記流体は気体であり、当該気体の充填圧力を前記ガス化炉の内部圧力と大気圧との間の圧力に設定してもよい。こうすれば、ガス化炉の内外の圧力差を小さくし、スラグ払い出し弁を開いた時のスラグ放出速度を低下させて払い出し用設備の破損を防止することができる。
【００４６】
上記運転方法において、前記流体は液体としてもよい。液体状の流体をスラグ払い出しラインに供給することにより、スラグ払い出しの実行時にスラグ払い出しライン内に放出されるスラグの放出速度が、液体状の払い出し流体の粘性によって減衰される。このため、前述のような払い出し用設備の破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００４７】
以上のように、本発明に係るスラグ排出システム、これを備えたガス化炉、およびスラグ排出システムの運転方法によれば、ガス化炉の底部からスラグを吸い出すスラグ吸出口がスラグによって閉塞することを抑制または解消し、ガス化炉の起動および運転を順調に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係るスラグ排出システムの運転制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。このスラグ排出システム１Ａは、例えば石炭ガス化複合発電プラント（IGCC：Integrated  Coal  Gasification  Combined  Cycle）において、石炭（炭素含有固体燃料）をミル等で粉砕した微粉炭を空気や酸素等のガス化剤とともに炉内に投入して熱分解し、ガス化するガス化炉２（ガス化炉）に備えられている。なお、石炭ガス化炉に限らず、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、古タイヤ等のバイオマス燃料など、他の炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉に置き換えてもよい。また、このスラグ排出システム１Ａは、発電プラントに限らず、例えば化学プラントにおけるガス化炉等にも適用することができる。
【００５０】
ガス化炉２は、例えば加圧型噴流床式のガス化炉となっており、内側容器２ａと、この内側容器２ａの周囲を包囲する外側容器２ｂとを備えている。内側容器２ａには、一部の微粉炭を燃焼させてガス化反応に必要な熱量を得るコンバスタ２ｃと、コンバスタ２ｃからの熱量を得て微粉炭をガス化するリダクタ２ｄとが上下二段に配置されている。
【００５１】
ガス化炉２の底部にはスラグホッパ５が設けられており、その内部にスラグ冷却水Ｗが貯留されている。ガス化炉２に投入された微粉炭中の灰分はコンバスタ２ｃで溶融後、液体状の溶融スラグとしてコンバスタ２ｃ下部のスラグホール（非図示）から重力によりスラグホッパ５のスラグ冷却水Ｗ中に落下し、急冷されることにより固化して破砕され、荒い粒子状の固形のスラグＳとなる。このスラグＳはスラグ排出システム１Ａによってガス化炉２の系外に排出される。スラグ排出システム１Ａは、次のように構成されている。
【００５２】
スラグホッパ５にはスラグライン７が接続されている。このスラグライン７は、スラグホッパ５の底部５ａから、破砕されたスラグＳを排出するスラグ冷却水送水ライン７Ａと、一端がスラグ分離装置１０を介してスラグ冷却水送水ライン７Ａに接続され、他端がスラグホッパ５に戻るように接続されたスラグ冷却水循環ライン７Ｂとを備えて構成されている。
【００５３】
スラグ冷却水送水ライン７Ａの上流端はスラグ吸出口７ｐとされ、スラグホッパ５の底部５ａよりも上方に離間して鉛直下方に向かって開口している。このスラグ吸出口７ｐからスラグホッパ５内の破砕されたスラグＳとスラグ冷却水Ｗとの混合物であるスラグスラリーが吸い出される。スラグ冷却水送水ライン７Ａの内部にはガス化炉２の運転圧力と同等の圧力が作用する。
【００５４】
スラグライン７の途中に接続されたスラグ分離装置１０は、スラグスラリーからスラグＳを分離するものであり、例えば遠心分離装置（液体サイクロン等）が好適であるが、ストレーナやフィルタのような濾過式の分離手段を用いてもよい。スラグ吸出口７ｐから吸い出されたスラグスラリーは、スラグ冷却水送水ライン７Ａを流れる水流によってスラグ分離装置１０に移送される。
【００５５】
スラグ分離装置１０の下部にはロックホッパ１２と排出弁１４とが接続されている。ロックホッパ１２は、スラグ分離装置１０にてスラグ冷却水Ｗから分離されたスラグＳを所定量貯留するホッパであり、定期的に排出弁１４が開かれてスラグの払い出しが行われる。払い出されたスラグＳは図示しない運搬車両等によってガス化炉２の系外に搬出される。
【００５６】
スラグ冷却水循環ライン７Ｂにおいて、スラグ分離装置１０の下流側には、圧力計１６と循環ポンプ１８と冷却器２０とがこの順で接続されている。スラグ冷却水循環ライン７Ｂの下流端はスラグホッパ５におけるスラグ冷却水Ｗの浅層部に相当する高さに接続されている。即ち、スラグライン７は、スラグホッパ５から延出して再びスラグホッパ５の還流部５ｂに繋がるループ状の管路に構成されている。
【００５７】
スラグホッパ５の底部５ａ付近からは、ガス化炉２の外部に通じるスラグ払い出しライン２４が所定の長さに亘って延出している。このスラグ払い出しライン２４の、ガス化炉２への直近位置にスラグ払い出し弁２６が設けられ、このスラグ払い出し弁２６から下流側に所定の長さＬを置いた位置にスラグ出口弁２８が設けられている。上記の長さＬとしては、後述するようにスラグ吸出口７ｐを閉塞させているスラグＳを回収可能な内容積を弁２６，２８間のスラグ払い出しライン２４に付与する長さとされる。スラグホッパ５の内部におけるスラグ払い出しライン２４の開口端部の位置は、スラグ吸出口７ｐの近傍とするのが好ましい。スラグ払い出しライン２４の下流端部は、例えば図示しないスラグ貯蔵タンクに接続されている。
【００５８】
さらに、スラグ払い出しライン２４には、スラグ払い出し弁２６の直下流部付近に流体供給ライン３０が接続され、この流体供給ライン３０に流量調整弁３２が設けられている。流体供給ライン３０は、スラグ払い出しライン２４内に流体ＳＦを供給する管路である。流体ＳＦとしては、空気や窒素ガス等の気体、あるいは水等の液体を用いることが考えられる。
【００５９】
スラグ払い出し弁２６、スラグ出口弁２８、流量調整弁３２は手動で開閉されるものでもよいが、本実施形態では制御部３５によって電気的に開閉制御されるようになっている。さらに、循環ポンプ１８も制御部３５に制御されて作動するようになっている。
【００６０】
以上のように構成されたスラグ排出システム１Ａは、通常運転モードと、スラグ払い出し運転モードの２つの運転モードを備えている。どちらの運転モードも、ガス化炉２の起動時および運転時に実行される。スラグ払い出し運転モードは、起動時および運転時にスラグ冷却水送水ライン７ＡがスラグＳによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に実行される運転モードである。
後に説明するように、スラグ排出システム１Ａの起動時および運転時には、図２に示す圧力測定工程と、閉塞判定工程と、スラグ払い出し工程と、流体供給工程の４工程が実行される。
【００６１】
制御部３５は、通常運転モードでは、スラグ払い出し弁２６とスラグ出口弁２８と流量調整弁３２を閉じて循環ポンプ１８を作動させる。これにより、スラグ冷却水送水ライン７Ａ内に、スラグ吸出口７ｐからスラグ分離装置１０への水流が形成され、スラグホッパ５の底部５ａに堆積したスラグスラリーがスラグ冷却水送水ライン７Ａのスラグ吸出口７ｐから吸い出され、スラグ冷却水送水ライン７Ａを経てスラグ分離装置１０に送給される。
【００６２】
スラグ分離装置１０においてスラグスラリー中のスラグＳはスラグ冷却水Ｗから分離されてロックホッパ１２に貯留され、定期的に排出弁１４から排出されてガス化炉２の系外に搬出される。そして、スラグＳを除去されたスラグ冷却水Ｗのみがスラグ冷却水循環ライン７Ｂに流れて循環ポンプ１８に吸入・吐出され、さらに冷却器２０で所定の温度まで冷却されてから還流部５ｂを経てスラグホッパ５に還流する。還流したスラグ冷却水Ｗは再びスラグホッパ５の底部５ａに堆積したスラグＳと混合してスラグスラリーとなり、スラグ冷却水送水ライン７Ａのスラグ吸出口７ｐから吸い出されてスラグ分離装置１０に送給される。
【００６３】
また、制御部３５は、スラグ払い出し運転モードでは、スラグ払い出し弁２６を所定時間（例えば数秒間）開いて閉じた後（スラグ払い出し工程）、スラグ出口弁２８と流量調整弁３２を開き、流体供給ライン３０からスラグ払い出しライン２４内に流体ＳＦを供給する（流体供給工程）。この時、循環ポンプ１８を停止させてスラグライン７（７Ａ，７Ｂ）の水流を停止させる場合もある。
【００６４】
ガス化炉２の運転時にスラグ払い出し弁２６が開かれることにより、ガス化炉２の内部圧力とスラグ払い出しライン２４の内部圧力（例えば大気圧）との圧力差により、スラグホッパ５からスラグ払い出しライン２４内に流れ込む流れが形成される。このため、スラグホッパ５に堆積したスラグＳの少なくとも一部がスラグ払い出しライン２４内に放出される。
【００６５】
したがって、例えば起動時および運転時にスラグ吸出口７ｐがスラグＳによって閉塞していたり、閉塞気味であったりしても、上記のようにスラグＳの少なくとも一部をスラグ払い出しライン２４へ放出することでスラグ吸出口７ｐ付近におけるスラグＳの密度を低下させ、スラグ吸出口７ｐからスラグスラリーを吸い込みやすくできる。これにより、スラグＳによるスラグ吸出口７ｐの閉塞を抑制または解消し、ガス化炉２の起動および運転を順調に行うことができる。
【００６６】
その後、スラグ払い出し弁２６が閉じられてスラグ出口弁２８が開かれ、流体供給ライン３０からスラグ払い出しライン２４内に流体ＳＦが送給されることにより、スラグ払い出しライン２４中のスラグＳが流体ＳＦによって外部に流し出され、図示しないスラグ貯蔵タンク等に搬送される。したがって、スラグ払い出しライン２４内に移送されたスラグＳを確実に外部に払い出すことができる。また、スラグ払い出しライン２４内に払い出し流体ＳＦを供給することにより、スラグ払い出しライン２４の内部圧力をスラグＳの払い出しに適した圧力にすることができる。
【００６７】
本実施形態では、スラグＳをスラグ払い出しライン２４からスラグ貯蔵タンク等へ直接移送せずに、スラグ払い出しライン２４に所定の長さＬを付与し、その中にスラグＳを一時的に貯留するようにしている。こうすることで、ガス化炉２の内圧と、スラグ貯蔵タンクの内圧（大気圧）との圧力差を緩和し、後から流れ込むスラグＳの勢いを緩衝して、スラグ払い出しライン２４に設けられる弁２６，２８や、スラグ貯留タンク等の払い出し用設備を破損から保護することができる。
【００６８】
また、このようにスラグＳをスラグ払い出しライン２４内に一時的に貯留するにあたり、スラグ払い出しライン２４に所定の長さＬを付与するとともに、その出口側にスラグ出口弁２８を設けた。これにより、スラグ払い出しライン２４に、スラグ吸出口７ｐを閉塞させているスラグＳの全量を収容可能な容量を確保させることができ、スラグ払い出し弁２６を開とするだけで、この所望量のスラグＳを払い出し可能にして、スラグ吸出口７ｐの閉塞を確実に抑制または解消することができる。
【００６９】
スラグ払い出しライン２４における流体供給ライン３０の接続部の下流側にスラグ出口弁２８を設け、このスラグ出口弁２８を閉じておくことにより、ガス化炉２と流体供給ライン３０との圧力差を低減し、ガス化炉２からスラグ払い出しライン２４に移送されるスラグＳの勢いを緩衝するバッファ機能を奏させることができ、払い出し用設備の破損等を防止することができる。
【００７０】
スラグ払い出し弁２６とスラグ出口弁２８との間に所定の距離Ｌを設け、この距離Ｌを、スラグ吸出口７ｐを閉塞させているスラグＳを回収可能な内容積を弁２６，２８間のスラグ払い出しライン２４に付与する長さとしたため、スラグ払い出し弁２６が開かれた際に、スラグ払い出しライン２４に流れ込むスラグＳの勢いを緩衝するバッファ機能を増大させることができる。
【００７１】
通常運転モード、スラグ払い出し運転モードの切り替えは、オペレーターがスラグ吸出口７ｐの状態を監視しながら制御部３５を操作することによって人為的に行ってもよいが、循環ポンプ１８の吸い込み側の圧力を計測する圧力計１６のデータを基にして制御部３５に自動的に行わせることもできる。
【００７２】
つまり、ガス化炉２の起動時および運転中にスラグ吸出口７ｐが堆積したスラグＳ中に埋没したり、スラグ吸出口７ｐ周辺のスラグ密度が高い状態になると、スラグ吸出口７ｐが閉塞または閉塞気味になり、スラグ吸出口７ｐの上流側に繋がっている循環ポンプ１８の吸込み側の圧力（スラグ冷却水循環ライン７Ｂの圧力）が低くなる。
【００７３】
この圧力データが圧力計１６に計測されて制御部３５に入力され（圧力測定工程）、制御部３５はこの圧力データに基づいて、スラグ吸出口７ｐの閉塞状態を判定し（閉塞判定工程）、該圧力データが所定の閾値に達すると、制御部３５は通常運転モードからスラグ払い出し運転モードに切り替えて上記のようにスラグホッパ５内のスラグＳを一部払い出し（スラグ払い出し工程）、スラグＳによるスラグ吸出口７ｐの閉塞を抑制または解消させる。
【００７４】
このように、スラグ冷却水循環ライン７Ｂの循環ポンプ１８の吸い込み側に圧力計１６を設け、その圧力データを制御部３５に入力して制御部３５にスラグ払い出し弁２６を開閉させるという簡素な構成により、スラグ吸出口７ｐの閉塞を自動的に抑制または解消することができる。
【００７５】
スラグ払い出し運転モードにおいて、流体供給ライン３０からスラグ払い出しライン２４内に流体ＳＦとして空気や窒素ガス等の気体を供給する場合には、スラグ払い出し弁２６とスラグ出口弁２８とが開かれる前に予め流体供給ライン３０からスラグ払い出しライン２４内に流体ＳＦを充填しておき（流体供給工程）、スラグ払い出しライン２４の内部圧力をガス化炉２の内部圧力と大気圧との間の圧力に設定しておくのが好ましい。
【００７６】
ガス化炉２の起動時および運転時にスラグ払い出し弁２６を開くと、ガス化炉２の内部圧力と外部圧力（大気圧）との圧力差により、スラグホッパ５内のスラグＳが勢い良くスラグ払い出しライン２４に放出される。この勢いが強過ぎると、スラグ払い出しライン２４の他端に設けられたスラグ出口弁２８やスラグ貯留タンク等の払い出し用設備が破損する虞がある。
【００７７】
上記のように、気体状の流体ＳＦを予めスラグ払い出しライン２４内に充填しておき、スラグ払い出しライン２４の内部圧力をガス化炉２の内部圧力と大気圧との間の圧力に設定しておくことにより、ガス化炉２の内外の圧力差を小さくし、スラグ払い出し弁２６を開いた時のスラグ放出速度を低下させて払い出し用設備の破損を防止することができる。但し、内外の圧力差をあまり小さくしてしまうと、スラグＳを放出する勢いが低下してしまうため、この内外圧力差（流体ＳＦの充填圧力）は適宜設定する必要がある。
【００７８】
あるいは、流体ＳＦを水等の液体とし、この液体状の流体ＳＦをスラグ払い出し運転モードにおいてスラグ払い出し弁２６とスラグ出口弁２８とが開く前に予め流体供給ライン３０からスラグ払い出しライン２４内に供給しておいてもよい。その供給量は、必ずしもスラグ払い出しライン２４の内部を満たす量でなくてもよく、スラグ払い出しライン２４の内部に液面が形成されればよい。
【００７９】
このように、液体状の流体ＳＦを予めスラグ払い出しライン２４内に供給しておけば、スラグ払い出し弁２６の開弁と同時にスラグ払い出しライン２４内に放出されるスラグＳの放出速度が、液体状の流体ＳＦの粘性によって減衰される。このため、スラグＳの放出速度が過大になることによる払い出し用設備の破損を防止することができる。
【００８０】
ところで、スラグ払い出し運転モードにおいては、スラグ冷却水送水ライン７ＡによるスラグＳの吸い出しを停止させておくのが好ましい。具体的には、スラグ払い出し弁２６を開く時にスラグ冷却水循環ライン７Ｂに設けられた循環ポンプ１８を停止させる。
【００８１】
こうすれば、スラグ吸出口７ｐに吸着されてスラグ吸出口７ｐの内部に入れずに滞っていたスラグＳがあったとしても、このスラグＳは、スラグ冷却水送水ライン７Ａによる吸い出しが停止することからスラグ吸出口７ｐ付近に拘束されることがなくなり、スラグ払い出し運転の実行時にスラグ吸出口７ｐから離れてスラグ払い出しライン２４に吸い込まれる。このため、スラグ吸出口７ｐの閉塞を確実に抑制または解消することができる。この効果は、スラグホッパ５の内部におけるスラグ払い出しライン２４の開口端部の位置をスラグ吸出口７ｐの近傍とした場合に顕著になる。
【００８２】
図２は、スラグ排出システム１Ａの運転制御の流れを示すフローチャートである。この流れを説明すると、ガス化炉２の起動時、および運転開始後に、圧力計１６により循環ポンプ１８の吸い込み側の圧力を計測して制御部３５に入力する圧力測定工程が実行される（ステップＳ１）。次に、制御部３５において、入力された圧力データに基づきスラグ吸出口７ｐの閉塞状態を判定する閉塞判定工程が実行される（ステップＳ２）。
【００８３】
閉塞判定工程Ｓ２においてスラグ吸出口７ｐが閉塞していないと判定された場合、即ち循環ポンプ１８の吸い込み側の圧力が所定の閾値に達していない場合には、制御は元に戻り、圧力測定工程Ｓ１と閉塞判定工程Ｓ２とが反復される。また、閉塞判定工程Ｓ２においてスラグ吸出口７ｐが閉塞している、または閉塞の予兆があると判定された場合、即ち循環ポンプ１８の吸い込み側の圧力が所定の閾値に達した場合には、スラグ払い出し工程が実行され（ステップＳ３）、流体供給工程が実行される（ステップＳ４）。
【００８４】
スラグ払い出し工程Ｓ３が実行されることにより、前述のようにスラグ吸出口７ｐの周囲近傍にあるスラグＳがスラグ払い出しライン２４から払い出され、スラグＳによるスラグ吸出口７ｐの閉塞が回避もしくは解消される。
なお、スラグ払い出し工程Ｓ３と流体供給工程Ｓ４の前後関係はこのフローチャートの通りとは限らず、前後逆になったり、同時に行われたりすることもある。その後、制御は元に戻り、運転中は各ステップＳ１〜Ｓ４が反復される。
【００８５】
このように、スラグ冷却水循環ライン７Ｂの圧力を測定する圧力測定工程Ｓ１と、この圧力測定工程Ｓ１により測定した圧力データに基づいて、スラグ吸出口７ｐの閉塞状態を判定する閉塞判定工程Ｓ２と、をさらに備え、閉塞判定工程Ｓ２にてスラグ吸出口７ｐが閉塞したと判定された時、または閉塞の予兆がある時と判定された時に、スラグ払い出し工程Ｓ３を実行するようにした。
【００８６】
この運転方法によれば、ガス化炉２の起動時、あるいは運転中に、スラグ吸出口７ｐがスラグＳ中に埋没したり、スラグ吸出口７ｐ周辺のスラグ密度が高い状態になると、スラグ冷却水送水ライン７Ａに通じるスラグ冷却水循環ライン７Ｂの圧力が低下するが、この圧力を測定する圧力測定工程Ｓ１を実行することで、スラグ吸出口７ｐが閉塞している、あるいは閉塞しつつあることを閉塞判定工程Ｓ２にて判定することができる。したがって、簡素な構成によりスラグ吸出口７ｐの閉塞を自動的に抑制または解消することができる。
【００８７】
ところで、流体供給工程Ｓ４をスラグ払い出し工程Ｓ３の後に実行することにより、スラグホッパ５からスラグ払い出しライン２４に移送されたスラグＳを流体ＳＦによって確実に外部に排出することができる。
【００８８】
また、流体供給工程Ｓ４の実行時に、スラグ払い出し弁２６の下流側に所定の距離Ｌを置いて設けられているスラグ出口弁２８を閉じるようにしてもよい。これにより、所定の内容積を有するスラグ払い出しライン２４の出口であるスラグ出口弁２８が閉ざされた状態で、スラグ払い出しライン２４の内部にスラグホッパ５からスラグＳが払い出されるので、ガス化炉２とスラグ払い出しライン２４との圧力差を低減し、ガス化炉２からスラグ払い出しライン２４に移送されるスラグＳの勢いを緩衝するバッファ機能を奏させて、払い出し用設備の破損等を防止することができる。
【００８９】
さらに、スラグ払い出し工程Ｓ３の実行時に、スラグ払い出し弁２６を所定時間開いて閉じた後、流体供給工程Ｓ４を実行するようにしてもよい。これにより、払い出すスラグＳの量をコントロールすることができる。
【００９０】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示すガス化炉２およびスラグ排出システム１Ｂの概略構成図である。このスラグ排出システム１Ｂは、スラグ払い出しライン２４に拡径部２４ａが設けられている点において第１実施形態のスラグ排出システム１Ａと相違し、その他の点において同一である。したがって、同一構成の各部には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００９１】
拡径部２４ａは、スラグ払い出しライン２４の中間部の管路内径を部分的に拡大させたものである。この拡径部２４ａは、できるだけガス化炉２の近傍に設けるのが望ましい。
【００９２】
このような拡径部２４ａをスラグ払い出しライン２４に設けることにより、スラグ払い出し弁２６が開かれた時にスラグ払い出しライン２４内に放出されるスラグＳの放出速度（流速）が拡径部２４ａの部分で低下する。このため、前述のような払い出し用設備の破損を防止することができる。しかも、スラグ払い出しライン２４の管路長あたりの内容積が増加するため、管路長を短縮してスラグ排出システム１Ｂをコンパクト化することができる。なお、拡径部２４ａをガス化炉２の近傍に設けることにより、スラグ払い出しライン２４の内部がスラグＳにより閉塞されることを防止することができる。
【００９３】
以上に説明したように、上記第１、第２実施形態に係るスラグ排出システム１Ａ，１Ｂおよびこれを備えたガス化炉２によれば、簡素な構成により、ガス化炉２の底部からスラグＳを吸い出すスラグ吸出口７ｐおよびスラグ冷却水送水ライン７ＡがスラグＳによって閉塞することを抑制または解消し、ガス化炉２の起動および運転を順調に行うことができる。
【００９４】
なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、上記各実施形態における各構成部材の接続順序や設置位置等は適宜変更することが考えられる。
【００９５】
例えば、上記実施形態では、スラグホッパ５の内部にスラグ吸出口７ｐおよびスラグ払い出しライン２４が１つずつ設けられた例について説明したが、スラグ吸出口７ｐおよびスラグ払い出しライン２４は複数設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１Ａ，１Ｂ  スラグ排出システム
２  ガス化炉
５  スラグホッパ
５ａ  スラグホッパの底部
７Ａ  スラグ冷却水送水ライン
７Ｂ  スラグ冷却水循環ライン
７ｐ  スラグ吸出口
１０  スラグ分離装置
１６  圧力計
１８  循環ポンプ
２４  スラグ払い出しライン
２４ａ  拡径部
２６  スラグ払い出し弁
２８  スラグ出口弁
３０  流体供給ライン
３５  制御部
Ｓ  スラグ
ＳＦ  流体
Ｓ１  圧力測定工程
Ｓ２  閉塞判定工程
Ｓ３  スラグ払い出し工程
Ｓ４  流体供給工程
Ｗ  スラグ冷却水
【図１】
0006685816.tif 000002
【図２】
0006685816.tif 000003
【図３】
0006685816.tif 000004