JP6602196B2 - Gasification device and gasification combined power generation facility - Google Patents
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Description
本発明は、石炭やバイオマスなどの炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することでガス燃料を生成するガス化装置、このガス化装置を製造するガス化装置の製造方法、ガス化装置を備えたガス化複合発電設備に関するものである。 The present invention relates to a gasification device that generates gas fuel by partially burning carbon-containing solid fuel such as coal or biomass to gasify, a gasification device manufacturing method for manufacturing the gasification device, and a gasification device. The present invention relates to a gasification combined power generation facility.
ガス化複合発電設備(石炭ガス化複合発電設備)は、給炭装置、石炭ガス化装置、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などにより構成されている。この石炭ガス化複合発電設備における石炭ガス化装置は、圧力容器内にガス化炉が配置され、このガス化炉の鉛直下方に燃焼装置が配置される一方、鉛直方向の上方に熱交換器(ガス冷却器)が配置されて構成されている。また、石炭ガス化装置は、圧力容器とガス化炉との間のアニュラス部(圧力保持部)に窒素などの不活性ガスを充填することで、ガス化炉内を高圧状態に維持している。そして、ガス化炉内とアニュラス部とが均圧管により連通することで、ガス化炉内の圧力変動に伴うガス化炉内とアニュラス部との差圧の上昇を抑制している。 The gasification combined power generation facility (coal gasification combined power generation facility) is composed of a coal supply device, a coal gasification device, a gas purification device, a gas turbine facility, a steam turbine facility, an exhaust heat recovery boiler, a gas purification device, and the like. . In the coal gasification combined power generation facility, a coal gasification apparatus has a gasification furnace disposed in a pressure vessel, and a combustion apparatus is disposed vertically below the gasification furnace, while a heat exchanger ( Gas cooler) is arranged. Moreover, the coal gasification apparatus is maintaining the inside of a gasification furnace in a high pressure state by filling the annulus part (pressure holding part) between a pressure vessel and a gasification furnace with inert gas, such as nitrogen. . The gasification furnace and the annulus portion communicate with each other through a pressure equalizing pipe, thereby suppressing an increase in the differential pressure between the gasification furnace and the annulus portion due to pressure fluctuation in the gasification furnace.
石炭ガス化装置は、負荷上昇時など負荷変化時に燃料の供給量が変動し、ガス化炉内の圧力が上昇など変動を生じると、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通ってアニュラス部へと流れることでガス化炉内とアニュラス部との差圧の上昇を抑制している。アニュラス部は、アニュラス部の圧力を維持するために窒素などの不活性ガスによる加圧用ガスを供給することで、ガス化炉からアニュラス部へと流れ出た生成ガスは、ガス化炉内へと戻されてアニュラス部は不活性ガス雰囲気を維持することができる。一方、この生成ガスは、未反応分及び灰分(以下、チャーと呼ぶ。)を含んでおり、このチャーが生成ガスとともにアニュラス部に流れ込む場合がある。石炭ガス化装置は、下端部に水を貯留するスラグホッパが設けられており、アニュラス部に流れ込んだチャーがアニュラス部を汚す可能性がある。このため、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通ってアニュラス部へと流れ出て、チャーが生成ガスとともにアニュラス部に流れ込む場合があった場合でも、チャーを受け止めることが必要とされる。このような課題を解決するものとして、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。特許文献1に記載された石炭ガス化装置では、均圧管における空間部(アニュラス部)側の端部の下方にチャー受部を設けている。 In the coal gasifier, when the amount of fuel supplied fluctuates when the load changes, such as when the load rises, and the pressure inside the gasifier rises, the generated gas in the gasifier passes through the pressure equalizing pipe and the annulus part The pressure difference between the gasification furnace and the annulus is suppressed. The annulus section supplies a pressurizing gas such as nitrogen to maintain the pressure of the annulus section, so that the product gas flowing from the gasifier to the annulus section returns to the gasifier. Thus, the annulus can maintain an inert gas atmosphere. On the other hand, the product gas contains unreacted components and ash (hereinafter referred to as char), and the char may flow into the annulus with the product gas. The coal gasifier is provided with a slag hopper that stores water at the lower end, and char flowing into the annulus may contaminate the annulus. For this reason, even when the product gas in the gasification furnace flows out to the annulus part through the pressure equalizing tube and char may flow into the annulus part together with the product gas, it is necessary to catch the char. As what solves such a subject, there exists a thing described in the following patent document 1, for example. In the coal gasifier described in Patent Document 1, a char receiving portion is provided below an end portion on the space portion (annulus portion) side of the pressure equalizing pipe.
従来の石炭ガス化装置(特許文献1)にあっては、ガス化炉から均圧管を通して生成ガスと共に流れ込むチャーを回収するチャー受部を設けている。そして、このチャー受部は、空間部に配置され、底部を構成する第1傾斜部が圧力容器の内壁面に固定され、ガス化炉の炉壁とチャー受部の外壁との間に加圧用ガスが流通するガス流路が設けられている。この場合、石炭ガス化装置の運転時、ガス化炉は、内部で燃料が部分燃焼してガス化するために高温となる一方、圧力容器はアニュラス部(空間部)に不活性ガスが充填されるため、ガス化炉ほど高温とならない。そのため、ガス化炉と圧力容器は、鉛直方向における熱伸び量が相違し、ガス化炉に固定された均圧管と圧力容器に固定されたチャー受部との鉛直方向の位置がずれる。すると、均圧管とチャー受部が干渉したり、均圧管とチャー受部との距離が長くなってチャーを回収しにくくなる場合がある。 In the conventional coal gasifier (Patent Document 1), there is provided a char receiving portion that recovers the char that flows from the gasifier through the pressure equalizing pipe and the product gas. The char receiving portion is disposed in the space portion, the first inclined portion constituting the bottom portion is fixed to the inner wall surface of the pressure vessel, and is used for pressurization between the furnace wall of the gasification furnace and the outer wall of the char receiving portion. A gas flow path through which gas flows is provided. In this case, during the operation of the coal gasifier, the gasification furnace becomes hot because the fuel partially burns and gasifies inside, while the pressure vessel is filled with an inert gas in the annulus (space). Therefore, it is not as hot as the gasifier. For this reason, the gasification furnace and the pressure vessel have different amounts of thermal elongation in the vertical direction, and the vertical positions of the pressure equalizing tube fixed to the gasification furnace and the char receiving portion fixed to the pressure vessel are shifted. Then, the pressure equalizing tube and the char receiving portion may interfere with each other, or the distance between the pressure equalizing tube and the char receiving portion may be increased, making it difficult to collect the char.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、均圧管とチャー受部との干渉を抑制すると共にガス化炉から均圧管を通してアニュラス部(圧力保持部)へと流れ込むチャーを適正に回収可能とするガス化装置及びガス化装置の製造方法、ガス化複合発電設備を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and suppresses the interference between the pressure equalizing pipe and the char receiving portion and appropriately collects the char flowing from the gasifier through the pressure equalizing pipe to the annulus portion (pressure holding portion). An object of the present invention is to provide a gasification device, a gasification device manufacturing method, and a gasification combined power generation facility.
上記の目的を達成するための本発明のガス化装置は、炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉を格納する圧力容器と、前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、前記均圧管を通して前記圧力保持部に流入するチャーを受け止めるチャー受部と、を備、前記均圧管とチャー受部は、前記ガス化炉に支持される、ことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a gasification apparatus of the present invention includes a gasification furnace for gasifying a carbon-containing solid fuel, a pressure vessel for storing the gasification furnace, the gasification furnace, and the pressure vessel. A pressure holding unit filled with a pressurizing gas, a pressurizing gas supply device that supplies the pressurizing gas to the pressure holding unit, and a pressure equalizing pipe that communicates the inside of the gasification furnace and the pressure holding unit And a char receiving part for receiving the char flowing into the pressure holding part through the pressure equalizing pipe, wherein the pressure equalizing pipe and the char receiving part are supported by the gasification furnace. .
従って、圧力容器内にガス化炉が格納され、両者の間に圧力保持部が区画されており、ガス化炉の内部と圧力保持部とを均圧管により連通することで、ガス化炉内と圧力保持部内との差圧を減少することができ、加圧用ガス供給装置が圧力保持部に加圧用ガスを供給することで、ガス化炉から圧力保持部への生成ガスの流入を抑制することができ、また、チャー受部を設けることで、ガス化炉の圧力変動によりチャーが圧力保持部へ流入した場合、チャーを受け止めることができる。そして、均圧管とチャー受部が同じガス化炉に支持されることで、ガス化炉と圧力容器に熱伸び差が発生しても、均圧管とチャー受部がガス化炉と共に移動することとなり、均圧管とチャー受部が干渉することはなく、また、均圧管とチャー受部の距離が長くなることもない。その結果、均圧管とチャー受部との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉から均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むチャーを適正に回収することができる。 Therefore, the gasification furnace is housed in the pressure vessel, and the pressure holding unit is defined between the two. By connecting the inside of the gasification furnace and the pressure holding unit with a pressure equalizing pipe, The pressure difference with the pressure holding unit can be reduced, and the pressurization gas supply device supplies the pressurizing gas to the pressure holding unit, thereby suppressing the inflow of the generated gas from the gasification furnace to the pressure holding unit. In addition, by providing the char receiving portion, the char can be received when the char flows into the pressure holding portion due to the pressure fluctuation of the gasification furnace. The pressure equalizing tube and the char receiving portion are supported by the same gasification furnace, so that the pressure equalizing tube and the char receiving portion move together with the gasification furnace even if a difference in thermal expansion occurs between the gasification furnace and the pressure vessel. Thus, the pressure equalizing tube and the char receiving portion do not interfere with each other, and the distance between the pressure equalizing tube and the char receiving portion is not increased. As a result, interference between the pressure equalizing pipe and the char receiving section can be suppressed, and char that flows from the gasification furnace to the pressure holding section through the pressure equalizing pipe can be properly recovered.
本発明のガス化装置では、前記ガス化炉は、前記チャー受部が配置されている鉛直方向高さ位置において多角形断面形状の筒形状をなし、前記チャー受部は前記ガス化炉の前記多角形断面を構成する対向する各壁部に、前記圧力保持部の鉛直方向の中心に対して線対称になるように側部がそれぞれ固定されることを特徴としている。 In the gasification apparatus of the present invention, the gasification furnace has a cylindrical shape with a polygonal cross-sectional shape at a vertical height position where the char receiving portion is disposed, and the char receiving portion is the gasification furnace of the gasification furnace. The side portions are fixed to the opposing wall portions constituting the polygonal cross section so as to be line symmetric with respect to the center in the vertical direction of the pressure holding portion.
従って、均圧管141とチャー受部142との鉛直方向の高さ位置において、多角筒形状のガス化炉が円筒形状の圧力容器内に格納され、複数のチャー受部がガス化炉の対向する各壁部の外面に固定されることで、チャー受部が圧力保持部の中心に対して線対称に配置され、圧力保持部を上昇する加圧用ガスの流路も圧力保持部の中心に対して線対称となることから、ガス化炉に対する圧力のアンバランスの発生を抑制することができる。
Therefore, at the vertical height position between the
本発明のガス化装置では、前記チャー受部は、他側部が前記圧力容器の内面に沿った湾曲形状をなし、前記圧力容器の内面との間に一定隙間が設けられることを特徴としている。 In the gasification apparatus of the present invention, the char receiving portion is characterized in that the other side portion has a curved shape along the inner surface of the pressure vessel, and a constant gap is provided between the char receiving portion and the inner surface of the pressure vessel. .
従って、ガス化炉に支持されるチャー受部が湾曲形状をなし、圧力容器の内面との間に一定隙間を設けることで、チャー受部が隙間を介して圧力容器と分離されることとなり、ガス化炉と圧力容器の熱伸び差による均圧管とチャー受部の干渉を抑制することができると共に、チャー受部と圧力容器との隙間からのチャーの落下を抑制することができる。 Therefore, the char receiving part supported by the gasification furnace has a curved shape, and the char receiving part is separated from the pressure vessel through the gap by providing a constant gap with the inner surface of the pressure vessel. It is possible to suppress interference between the pressure equalizing tube and the char receiving portion due to the difference in thermal expansion between the gasification furnace and the pressure vessel, and it is possible to suppress the char from dropping from the gap between the char receiving portion and the pressure vessel.
本発明のガス化装置では、前記均圧管は、屈曲形状をなして複数設けられ、2個の前記チャー受部に対応して配置され、一端部が水平方向に沿って前記ガス化炉の壁部に貫通し、他端部が鉛直方向に沿って前記チャー受部内に挿入されることを特徴としている。 In the gasifier of the present invention, a plurality of the pressure equalizing tubes are provided in a bent shape, arranged corresponding to the two char receiving portions, and one end portion of the gas equalizer tube along the horizontal direction. The other end portion is inserted into the char receiving portion along the vertical direction.
従って、均圧管の他端部がチャー受部内に挿入されることで、ガス化炉から均圧管を通して圧力保持部に生成ガスが流れ込むとき、この生成ガスに含まれるチャーをチャー受部により確実に受け止めることができる。 Therefore, by inserting the other end of the pressure equalizing tube into the char receiving portion, when the generated gas flows from the gasifier through the pressure equalizing tube into the pressure holding portion, the char contained in the generated gas is surely secured by the char receiving portion. I can take it.
本発明のガス化装置では、前記圧力保持部は、前記チャー受部が配置されている鉛直方向高さ位置において、前記圧力保持部を前記加圧用ガスが通過するガス通路があり、前記ガス流路の流路面積は、前記加圧用ガスの流速がチャー終末速度以上となる面積に設定されることを特徴としている。 In the gasification apparatus of the present invention, the pressure holding unit has a gas passage through which the pressurizing gas passes through the pressure holding unit at a vertical height position where the char receiving unit is disposed, and the gas flow The passage area of the passage is set to an area where the flow rate of the pressurizing gas is equal to or higher than the char end velocity.
従って、ガス流路の流路面積を加圧用ガスの流速が加圧用ガスのチャー終末速度以上となる面積とすることで、既存の構成部材の形状を変更するだけで、圧力保持部を上昇する窒素ガスがチャー終末速度以上となるようにして、圧力保持部に流入したチャーの落下を抑制することができ、構造の複雑化を抑制することができる。 Therefore, by setting the flow area of the gas flow path to an area where the flow rate of the pressurizing gas is equal to or higher than the char terminal velocity of the pressurizing gas, the pressure holding unit can be raised only by changing the shape of the existing components. The nitrogen gas can be at or above the char terminal velocity, so that the char that has flowed into the pressure holding unit can be prevented from dropping, and the structure can be prevented from becoming complicated.
本発明のガス化装置では、前記ガス流路の流路面積は、前記圧力保持部を一部閉塞する閉塞プレートにより調整可能であることを特徴としている。 In the gasification apparatus of the present invention, the flow channel area of the gas flow channel can be adjusted by a closing plate that partially closes the pressure holding unit.
従って、ガス流路の流路面積を閉塞プレートにより調整することで、チャー受部などの形状を変更することなくガス流路の流路面積の大きさを調整することができ、簡単な構成で性能を向上することができる。 Therefore, by adjusting the flow passage area of the gas flow passage with the closing plate, the size of the flow passage area of the gas flow passage can be adjusted without changing the shape of the char receiving portion, etc. The performance can be improved.
本発明のガス化装置では、前記チャー受部は、鉛直方向の上方に開口部を有する箱形形状をなし、底部の周囲に前記ガス化炉及び前記圧力容器に沿う壁部が設けられると共に、前記底部と前記壁部との間に前記開口部に向けて前記チャー受部の鉛直上下方向へ延在する中心軸線に対して外方に傾斜する傾斜部が設けられることを特徴としている。 In the gasification apparatus of the present invention, the char receiving portion has a box shape having an opening in the vertical direction, and a wall portion is provided around the bottom along the gasification furnace and the pressure vessel. An inclined portion inclined outward is provided between the bottom portion and the wall portion with respect to a central axis extending in the vertical vertical direction of the char receiving portion toward the opening.
従って、チャー受部の底部と壁部との間に傾斜部が設けられることで、ガス化炉から均圧管を通して圧力保持部に流れ込んだチャーをチャー受部により確実に受け止めることができると共に、受け止めたチャーを生成ガスにより容易に浮遊させて落下を防止することができる。 Therefore, by providing the inclined portion between the bottom portion and the wall portion of the char receiving portion, the char flowing into the pressure holding portion through the pressure equalizing pipe from the gasifier can be reliably received by the char receiving portion. The char can be easily floated by the generated gas to prevent the fall.
本発明のガス化装置では、前記チャー受部は、鉛直方向の上方に開口部を有する箱形形状をなし、底部から所定間隔を空けて前記流動用ガスが流通する目皿が配置されると共に、前記底部と前記目皿との空間部に前記流動用ガスを供給するガス供給ラインが接続されることを特徴としている。 In the gasification apparatus of the present invention, the char receiving portion has a box shape having an opening in the vertical direction, and a mouth plate through which the flow gas flows is arranged at a predetermined interval from the bottom. A gas supply line for supplying the flowing gas is connected to a space between the bottom and the eye plate.
従って、ガス供給ラインからチャー受部の底部と目皿との空間部に不活性ガスが供給されると、チャー受部に溜まったチャーが流動用ガスにより浮遊することとなり、チャー受部へのチャーの大量の貯留を抑制することができると共に、チャーの落下を防止することができる。 Therefore, when an inert gas is supplied from the gas supply line to the space between the bottom of the char receiving unit and the eye plate, the char accumulated in the char receiving unit floats due to the flowing gas, and the char receiving unit While storing a large amount of char, it is possible to prevent the char from falling.
本発明のガス化装置では、前記底部と前記目皿との間に多孔プレートが設けられ、前記ガス供給ラインが前記底部と前記多孔プレートとの空間部に接続されることを特徴としている。 In the gasifier of the present invention, a perforated plate is provided between the bottom portion and the eye plate, and the gas supply line is connected to a space portion between the bottom portion and the perforated plate.
従って、ガス供給ラインからチャー受部の底部と多孔プレートとの空間部に前記流動用ガスが供給されると、前記流動用ガスが多孔プレートの通過時に整流されて目皿に作用し、チャー受部に溜まったチャーに対して不活性ガスが均一に供給されることとなり、チャー受部に溜まったチャーを適正に浮遊させることができる。 Therefore, when the flowing gas is supplied from the gas supply line to the space between the bottom of the char receiving portion and the perforated plate, the flowing gas is rectified when it passes through the perforated plate and acts on the eye plate. The inert gas is uniformly supplied to the char accumulated in the portion, and the char accumulated in the char receiving portion can be appropriately suspended.
本発明のガス化装置の製造方法は、炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉を格納する圧力容器と、前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、前記均圧管を通して前記圧力保持部に流入するチャーを受け止めるチャー受部と、を備えるガス化装置の製造方法において、前記均圧管と前記チャー受部を前記ガス化炉の壁面で支持する、ことを特徴とするものである。 The gasification device manufacturing method of the present invention includes a gasification furnace for gasifying a carbon-containing solid fuel, a pressure vessel for storing the gasification furnace, and a pressure vessel between the gasification furnace and the pressure vessel. A pressure holding unit filled with gas, a pressurizing gas supply device for supplying a pressurizing gas to the pressure holding unit, a pressure equalizing pipe communicating the inside of the gasification furnace and the pressure holding part, and the pressure equalizing pipe And a char receiving unit that receives the char flowing into the pressure holding unit through the gasification device, wherein the pressure equalizing pipe and the char receiving unit are supported by a wall surface of the gasification furnace. Is.
従って、均圧管と前記チャー受部を前記ガス化炉の壁面で支持することで、ガス化炉と圧力容器に熱伸び差が発生しても、均圧管とチャー受部がガス化炉と共に移動することとなり、均圧管と圧力容器が干渉することはなく、また、均圧管とチャー受部の距離が長くなることもない。その結果、均圧管とチャー受部との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉から均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むチャーを適正に回収することができる。 Therefore, by supporting the pressure equalizing tube and the char receiving portion on the wall of the gasification furnace, the pressure equalizing tube and the char receiving portion move together with the gasification furnace even if a difference in thermal expansion occurs between the gasification furnace and the pressure vessel. Therefore, the pressure equalizing tube and the pressure vessel do not interfere with each other, and the distance between the pressure equalizing tube and the char receiving portion does not increase. As a result, interference between the pressure equalizing pipe and the char receiving section can be suppressed, and char that flows from the gasification furnace to the pressure holding section through the pressure equalizing pipe can be properly recovered.
本発明のガス化複合発電設備ガス化装置は、炭素含有固体燃料をガス化して可燃性ガスを生成する前記ガス化装置と、前記ガス化装置により生成された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製装置と、前記ガス精製装置によりガス精製された可燃性ガスの少なくとも一部と圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを回転駆動するガスタービン設備と、前記ガスタービン設備からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービン設備と、を備えることを特徴とするものである。 The gasification combined power generation facility gasification apparatus of the present invention is configured to gasify a carbon-containing solid fuel to generate a combustible gas, and to remove impurities from the combustible gas generated by the gasification apparatus. A gas purification device that performs gas purification, a gas turbine facility that rotates a turbine by burning a mixed gas of at least a part of the combustible gas purified by the gas purification device and compressed air, and the gas turbine facility The exhaust heat recovery boiler which produces | generates steam with the waste gas from this, and the steam turbine equipment which rotationally drives a turbine with the steam produced | generated by the said exhaust heat recovery boiler are characterized by the above-mentioned.
従って、ガス化装置にて、ガス化炉と圧力容器に熱伸び差が発生しても、均圧管と圧力容器が干渉したり、均圧管とチャー受部の距離が長くなったりすることがなく、均圧管とチャー受部との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉から均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むチャーを適正に回収することができる。その結果、圧力保持部でのチャーの落下を防止して貯留水の排水性状の悪化を抑制することで、ボイラにおける処理コストを低減することができる。 Therefore, even if a difference in thermal expansion occurs between the gasification furnace and the pressure vessel in the gasifier, the pressure equalizing tube and the pressure vessel do not interfere with each other, and the distance between the pressure equalizing tube and the char receiving portion does not increase. The interference between the pressure equalizing pipe and the char receiving portion can be suppressed, and the char flowing from the gasification furnace to the pressure holding portion through the pressure equalizing pipe can be properly recovered. As a result, it is possible to reduce the processing cost in the boiler by preventing the char from falling at the pressure holding unit and suppressing the deterioration of the drainage property of the stored water.
本発明のガス化装置、ガス化装置の製造方法、ガス化複合発電設備によれば、均圧管とチャー受部をガス化炉に支持するので、均圧管とチャー受部との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉から均圧管を通してアニュラス部(圧力保持部)へと流れ込むチャーを適正に回収することができる。 According to the gasification device, the gasification device manufacturing method, and the gasification combined power generation facility of the present invention, the pressure equalizing tube and the char receiving portion are supported by the gasification furnace, and therefore, interference between the pressure equalizing tube and the char receiving portion is suppressed. In addition, the char flowing from the gasifier through the pressure equalizing tube to the annulus portion (pressure holding portion) can be properly recovered.
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガス化装置、ガス化装置の製造方法、ガス化複合発電設備の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。 Exemplary embodiments of a gasifier, a method of manufacturing a gasifier, and a combined gasification power generation facility will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment, and when there are two or more embodiments, what comprises combining each embodiment is also included.
[第1実施形態]
図4は、第1実施形態のガス化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。
[First Embodiment]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a combined coal gasification combined power generation facility to which the gasification apparatus of the first embodiment is applied.
第1実施形態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装置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、第1実施形態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。ガス化装置に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。 The coal gasification combined power generation facility (IGCC: Integrated Coal Gasification Combined Cycle) of the first embodiment adopts an air combustion method in which coal gas is generated by a gasifier using air as an oxidizer and is purified by a gas purifier. The coal gas is supplied as fuel gas to the gas turbine equipment for power generation. That is, the coal gasification combined power generation facility of the first embodiment is an air combustion type (air blowing) power generation facility. As the fuel supplied to the gasifier, for example, a carbon-containing solid fuel such as coal is used.
第1実施形態において、図2に示すように、石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)10は、微粉炭供給設備11、石炭ガス化装置12、チャー回収装置13、ガス精製装置14、複合発電設備15、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)16を備えている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the coal gasification combined power generation facility (gasification combined power generation facility) 10 includes a pulverized
微粉炭供給設備11は、石炭を細かい粒子状に粉砕して、微粉炭を製造する設備である。微粉炭供給設備によって製造された微粉炭は、ガス化炉装置12へ供給される。石炭ガス化装置12は、微粉炭を利用すると共に、チャー回収装置13で回収されたチャー(石炭の未反応分及び灰分)を利用できる装置となっている。石炭ガス化装置12は、内部に供給された炭素含有燃料しての石炭(微粉炭)を酸化剤(空気、酸素)により部分燃焼させることでガス化させ、可燃性ガスを生成する。この石炭ガス化装置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31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。
The pulverized
チャー回収装置13は、集塵装置と供給ホッパとを有している。この場合、集塵装置は、1つまたは複数のポーラスフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化装置12で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン32を通してガス精製装置14に送られる。
The
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、これを複合発電設備15に供給する。
The
複合発電設備15は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備と発電機から構成されている。排熱回収ボイラ16は、複合発電設備15の蒸気タービン設備で使用された排気ガスの熱により蒸気を生成して蒸気タービン設備に送る。そして、排熱回収ボイラ16で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置33により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突34から大気へ放出される。
The combined
このように構成された石炭ガス化複合発電設備10にて、微粉炭供給設備11によって生成された微粉炭が石炭ガス化装置12に供給される。また、チャー回収装置13で回収されたチャーが、石炭ガス化装置12に供給される。石炭ガス化装置12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、可燃性ガス(石炭ガス)を生成する。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化装置12からガス生成ライン31を通して排出され、チャー回収装置13に送られる。チャー回収装置13にて、可燃性ガスは、集塵装置により可燃性ガスからチャーが分離され、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン32を通してガス精製装置14に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、石炭ガス化装置12に戻されてリサイクルされる。
In the combined coal gasification combined power generation facility 10 configured as described above, the pulverized coal generated by the pulverized
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、複合発電設備15では、ガスタービン設備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てタービンを駆動し、発電機により発電を行う。そして、ガスタービン設備から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ16にて、給水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に供給してタービンを回転駆動し、発電機により発電を行う。ガス浄化装置33は、排熱回収ボイラ16から排出された排気ガスの有害物質を除去し、浄化された排ガスが煙突34から大気へ放出される。
The combustible gas from which the char has been separated is subjected to gas purification by removing impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds in the
以下、上述した石炭ガス化複合発電設備10における石炭ガス化装置12について詳細に説明する。図1は、第1実施形態のガス化装置を表す概略図である。
Hereinafter, the
本実施形態では、石炭ガス化装置12は、図1に示すように、炭素含有燃料としての石炭(微粉炭)のガス化を行うガス化炉101と、ガス化炉101の上方に配置される熱交換器102と、ガス化炉101を格納する圧力容器103とを有しており、ガス化炉101と圧力容器103との間にアニュラス部(圧力保持部)104が区画されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
ガス化炉101は、中空形状をなし、鉛直方向の上部からリダクタ部111、ディフューザ部112、コンバスタ部113が設けられている。また、このガス化炉101は、リダクタ部111の鉛直方向の上方に熱交換器102を収容する熱交換器収容部114が設けられ、熱交換器収容部114の上方にガス排出口115が形成されている。このガス化炉101の炉壁面の少なくとも一部は、炉壁が鉛直方向に延びて周方向に並設される複数の伝熱管(図示せず)により構成されている。
The
圧力容器103は、中空形状をなし、鉛直方向の上端部がガス化炉101の外周部に接合され、下端部に水を貯留するスラグホッパ116が設けられている。ガス化炉101は、下端部がスラグホッパ116の貯留水に浸水して水封されている。この圧力容器103は、内部にガス化炉101が配置されることで、ガス化炉101と圧力容器103との空間部にアニュラス部104が区画されている。
The
コンバスタ部113は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部113で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部112を通過してリダクタ部111に流入する。リダクタ部111は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部113からの燃焼ガスに微粉炭を供給して、微粉炭を揮発分(一酸化炭素、水素、低級炭化水素等)へと熱分解してガス化されて可燃性ガスを生成する空間となっており、ガス化した可燃性ガス(生成ガス)が鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
The
また、圧力容器103は、この圧力容器103とガス化炉101との間に形成されるアニュラス部104に加圧用ガス(例えば、不活性ガスとしての窒素ガス、二酸化炭素ガス、天然ガスなど)を供給する加圧用ガス供給装置119が設けられている。即ち、ガスノズル120は、圧力容器103に周方向に複数設けられ、この圧力容器103を貫通して先端部がアニュラス部104に位置するように固定されている。このガスノズル120は、圧力容器103におけるリダクタ部111の外側に設けられており、加圧用ガスとしての窒素ガス供給ライン121が接続されている。窒素ガス供給ライン121は、流量調整弁122が設けられている。窒素ガスがガスノズル120によりアニュラス部104の下部に供給されると、この窒素ガスがアニュラス部104内を上昇して全領域に充満される。
Further, the
熱交換器102は、ガス化炉101の壁面の内部に設けられると共に、リダクタ部111鉛直上方側に設けられている。また、熱交換器102は、鉛直上下方向に沿って複数設けられリダクタ部111において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。なお、熱交換器102の数量を限定するものではない。
The
ガス化炉101は、炉壁125が鉛直方向に延びて周方向に並設される複数の伝熱管(図示略)により構成されており、各伝熱管は、フィンを介して連結されている。複数の伝熱管は、下端部が管寄せ125aに集められ、上端部が管寄せ125bに集められている。蒸気ドラム126は、下降管127を介して管寄せ125aに連結されると共に、上昇管128を介して管寄せ125bに連結されており、下降管127に循環ポンプ129が設けられている。また、下降管127は、分岐管130が設けられ、この分岐管130は、熱交換器102(例えば、蒸発器)の伝熱管の一端部(入口ヘッダ)に連結され、この伝熱管の他端部(出口ヘッダ)に連結された配送管131は、蒸気ドラム126に連結されている。
The
ガス化炉101は、鉛直方向の上下方向に沿って吊具としての複数の冷却管(ハンガー管)132が配置され、このガス化炉101に支持されており、熱交換器102は、この複数のハンガー管132により吊下げ支持されている。複数のハンガー管132は、下端集合部に外部からの給水管133が連結される一方、上端部が送水管134に連結されている。熱交換器102(例えば、節炭器)は、伝熱管の一端部(入口ヘッダ)に送水管134が連結され、この伝熱管の他端部(出口ヘッダ)に連結された送水管135は、蒸気ドラム126に連結されている。また、蒸気ドラム126からの蒸気管136は、熱交換器102(例えば、過熱器)の伝熱管の一端部(入口ヘッダ)に連結され、この伝熱管の他端部(出口ヘッダ)が蒸気排出管138が連結され、蒸気排出管138が図示しない蒸気タービンに連結されている。
In the
石炭ガス化装置12は、ガス化炉101内の鉛直方向の上部とアニュラス部104の上部とを連通する均圧管141がガス化炉101の炉壁に周方向に所定間隔で複数設けられている。また、石炭ガス化装置12は、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104に流入するチャーを受け止めるチャー受部142が設けられている。
In the
石炭ガス化装置12は、ガス化炉101と圧力容器103との間のアニュラス部104に窒素ガスを充填することで、ガス化炉101内の高圧状態をアニュラス部104によりに維持している。そして、ガス化炉101内とアニュラス部104とが均圧管141により連通することで、ガス化炉101の内部と外部(アニュラス部104)とを均圧にしている。均圧管141により、ガス化炉101内の圧力変動に伴うガス化炉101内とアニュラス部104との差圧の上昇を抑制している。
The
ところが、石炭ガス化装置12の負荷上昇時の燃料の供給量の変動や、定格運転中でも燃料供給量が変動した場合は、ガス化炉101内の圧力が上昇するため、ガス化炉101内の生成ガスが均圧管141を通ってアニュラス部104へ流れる。この生成ガスは、チャーを含んでおり、このチャーがアニュラス部104に流れ込み、スラグホッパ116の貯留水に落下すると、貯留水内の微粒子が増加してしまい、排水性状が許容値を超えてしまう場合がある。そのため、均圧管141におけるアニュラス部104の開口部の下方にチャー受部142を設けている。すると、ガス化炉101内の生成ガスが均圧管141を通ってアニュラス部104へ流れる場合であっても、生成ガスに含まれるチャーがチャー受部142により受け止められる。
However, since the pressure in the
図2及び図3に示すように、チャー受部142は、鉛直方向の上方が開口した箱型形状をなし、ガス化炉101における炉壁の外面に固定されることで吊下げ支持されている。即ち、本実施形態では、ガス化炉101は、曲面を含めた多角形形状の筒形形状であり、例として、四角形断面形状の筒形状をなし、圧力容器103は、円形断面形状の筒形状をなしており、ガス化炉101が圧力容器103内にアニュラス部(圧力保持部)104として隙間をもって配置されている。ガス化炉101は、4個の壁部101a,101b,101c,101dを有し、対向する2個の壁部101a,101bの外面にチャー受部142の一側部が固定されている。各壁部101a,101bに固定されたチャー受部142は、それぞれがほぼ同様の構成となっている。チャー受部142は2個に限定されなく、均圧管141に対応して設置されている。均圧管141はガス化炉101内の鉛直方向の上部に周方向に所定間隔で複数設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
即ち、チャー受部142は、底部151と第1縦壁部152と第2縦壁部153と第1側壁部154と第2側壁部155とを有し、上方に開口部156が設けられている。底部151は、水平方向に沿って設けられ、第1縦壁部152は、この底部151におけるガス化炉101側の端部から第1傾斜部157を介して鉛直方向に立ち上がって設けられ、第2縦壁部153は、底部151における圧力容器103側の端部から第2傾斜部158を介して鉛直方向に立ち上がって設けられる。第1側壁部154及び第2側壁部155は、底部151におけるアニュラス部104の周方向側の各端部から第3、第4傾斜部159,160を介してそれぞれ鉛直方向に立ち上がって設けられる。
That is, the
チャー受部142は、各縦壁部152,153及び各側壁部154,155により平面視が略台形状をなしており、各傾斜部157,158,159,160により底部151に対して各縦壁部152,153及び各側壁部154,155がチャー受部142の鉛直上下方向へ延在する中心軸線に対して外側に広がったものとなっている。そのため、チャー受部142は、受け止めたチャーを重力により底部151に集め、中心軸側へと寄せて散乱させないようにすることができる。なお、この各傾斜部157,158,159,160は、直線的な傾斜ではなく、湾曲した傾斜であってもよく、底部151と各縦壁部152,153及び各側壁部154,155とを合体させた曲面形状としてもよい。
The
そして、チャー受部142は、第1縦壁部152がガス化炉101の炉壁に沿って配置され、第1縦壁部152の上部が連結部161によりガス化炉101の炉壁に固定されている。この連結部161は、溶接部であって、第1縦壁部152上部にその水平方向に沿って設けられている。また、チャー受部142は、第2縦壁部153が圧力容器103の内面に沿った湾曲形状をなし、第2縦壁部153の外面と圧力容器103の内面との間に一定の隙間が設けられていて、第2縦壁部153の外面と圧力容器103の内面との相互が鉛直上下方向に拘束されないようになっている。このため、ガス化炉101と圧力容器103に熱伸び差が発生しても、均圧管141とチャー受部142がガス化炉101と共に同方向に移動することとなり、均圧管141とチャー受部142が干渉することはなく、また、均圧管141とチャー受部142の距離が長くなることもない。
In the
一方、均圧管141は、例えば、屈曲したL字形状をなし、アニュラス部104に複数(本実施例では、2個)設けられている。チャー受部142は、ガス化炉101における壁部101a(101b)に固定され、アニュラス部104における圧力容器103の内面までの空間を一定の隙間を設けて閉塞するように配置されている。各均圧管141は、各チャー受部142に対応してその鉛直方向の上方に対向して設けられている。なお、均圧管141の本数は2本に限らず、4本以上としてもよい。
On the other hand, the
即ち、各均圧管141は、ほぼ同様の構成をなし、アニュラス部104に配置されている。各均圧管141は、一端部がガス化炉101の壁部101a,101bに貫通し、他端部がチャー受部142内に挿入されている。均圧管141は、水平方向に沿った第1直線部171と、鉛直方向に沿った第2直線部172とが直列に連結されて構成されている。なお、第1直線部171と第2直線部172は、直角に連結されていてもよいし、湾曲部をもって連結されていてもよい。また第2直線部172は、第1直線部171から分岐してフォーク状に複数本へ分けてチャー受部142内に挿入してもよい。均圧管141は、第2直線部172における鉛直方向の下部がチャー受部142内に開口部156から挿入し、第2直線部172の下端部が底部151の鉛直方向の上面(内側底面)に所定隙間をもって対向している。第2直線部172の下端部は、底部151に向けて拡径して開口している。第2直線部172の下端部は、傾斜部157,158,159,160より鉛直方向の上方に位置して開口していると、チャー受部142の鉛直上下方向へ延在する中心軸線側に寄るように捕集されたチャーを均圧管141へと戻し易くなるので、更に好ましい。
That is, each
チャー受部142と均圧管141は、ガス化炉101の壁部101aに支持されているので、ガス化炉101の温度変化による熱伸びに対して、均圧管141とチャー受部142が共に同方向に移動する。このため、均圧管141とチャー受部142が干渉することはなく、また、均圧管141とチャー受部142の距離が長くなることもなく、第2直線部172の下端部が底部151の鉛直方向の上面(内側底面)に設けた所定隙間も変化しない。このため、チャー受部142で受け止めたチャーを均圧管141を通してガス化炉101へと確実に戻すことが可能となり、チャーを適正にガス化炉101へと回収することができる。
Since the
また、アニュラス部104は、熱交換器102(例えば、節炭器)の伝熱管の他端部(出口ヘッダ)と蒸気ドラム126とを連結する2本の送水管135が鉛直方向に沿って配置されている。各送水管135は、ガス化炉101の壁部101cと圧力容器103との空間部と、ガス化炉101の壁部101dと圧力容器103との空間部にそれぞれ配置されている。
Further, the
アニュラス部104は、熱交換器102より鉛直方向の上方にて、チャー受部142及び送水管135によりガス流路の通路断面の一部が閉塞されたガス流路が形成されている。このガス流路は、ガス化炉101の壁部101c,101dと圧力容器103との間の空間部と、チャー受部142の第2縦壁153と圧力容器103との間の隙間により構成される。そして、このガス流路の流路面積は、アニュラス部104のガス流路を上昇する窒素ガスのチャー終末速度以上となる面積に設定されている。この窒素ガスのチャー終末速度とは、チャー粒子の密度に基づいて設定されるものであり、実験等によりチャーの密度としての単位体積当たりの質量(重量)が計測されており、チャー受部142が配置されている鉛直方向高さ位置において、アニュラス部104に流入したチャーがチャー受部142に受け止められなかった場合でも、ガス流路を上昇する窒素ガスにより、アニュラス部104の鉛直下方向へと落下しない窒素ガスの流速である。
In the
アニュラス部104にて、ガス流路を上昇する窒素ガスによりチャーが落下しない窒素ガスの流速、つまり、窒素ガスのチャー終末速度は、チャー受部142及び送水管135により閉塞されていない空間、つまり、ガス流路の流路面積により決定される。このガス流路の流路面積が小さくなると、ガス流路を上昇する窒素ガスの速度が上昇することから、例えば、石炭ガス化装置12の設計時にチャー受部142における水平方向の大きさを調整する。また、ガス流路の流路面積は、チャー受部142及び送水管135だけでなく、アニュラス部104のガス流路の通路断面の一部を閉塞する閉塞プレート162を設けることにより調整可能としてもよい。
In the
ここで、上述した第1実施形態の石炭ガス化装置12の作動について説明する。
Here, the operation of the
図1に示すように、石炭ガス化装置12において、ガス化炉101のバーナ117により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、バーナ118によりチャーと圧縮空気(酸素)が投入されて点火される。すると、コンバスタ部113では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。コンバスタ部113で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部112を通ってリダクタ部111に上昇する。このリダクタ部111では、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気においてガス化反応が行われ、可燃性ガス(石炭ガス)が生成される。
As shown in FIG. 1, in the
このとき、給水管133からハンガー管132へ給水が行われ、給水がハンガー管132を上昇して送水管134を通して熱交換器102(例えば節炭器)へ供給される。熱交換器102(例えば節炭器)で加熱された給水は、送水管135を通して蒸気ドラム126に送られる。この蒸気ドラム126は、給水を循環ポンプ129により下降管127を通して、一部は炉壁125を構成する複数の伝熱管の下部に送ると共に、他部は分岐管130を通して熱交換器102(例えば蒸発器)に送る。そして、給水が複数の伝熱管を上昇するとき、ガス化炉101が冷却され、上昇管128を通して蒸気ドラム126に送られる。また、熱交換器102(例えば蒸発器)は、熱交換器102内を上昇する生成ガスにより給水を加熱し、汽水混合の状態で配送管131を通して蒸気ドラム126に送る。また、蒸気ドラム126は、汽水分離が行われ、蒸気を蒸気管136により熱交換器102(例えば過熱器)に送り、ここで過熱する。熱交換器102(例えば過熱器)は、熱交換器102内を上昇する生成ガスにより蒸気を過熱し、生成した過熱蒸気を蒸気排出管138により蒸気タービン等の蒸気利用設備へ供給する。
At this time, water is supplied from the
また、加圧用ガス供給装置119は、ガスノズル120によりガス化炉101と圧力容器103との間のアニュラス部104に窒素ガスを供給し、この窒素ガスは、アニュラス部104内を上昇する。ガス化炉101とアニュラス部104とは、その上部に両者を連通する均圧管141が設けられていることから、石炭ガス化装置12の負荷変動などでガス化炉101内の圧力が変動しても、均圧管141によりガス化炉101とアニュラス部104との差圧の増大が抑制される。
The pressurizing
即ち、石炭ガス化装置12は、運転時は、加圧用ガス供給装置119がアニュラス部104に所定の窒素ガスを供給していることから、アニュラス部104の圧力がガス化炉101内の圧力より高く維持されている。ここで、ガス化炉101内での圧力変動などにより、このガス化炉101内を上昇する生成ガスの圧力がアニュラス部104の圧力よりも高くなってしまう場合がある。すると、アニュラス部104の圧力が変わらずにガス化炉101内の圧力よりも低いままであれば、ガス化炉101内の生成ガスの一部が均圧管141を通してアニュラス部104へ流出し、この生成ガスに含まれるチャーもアニュラス部104へ流出する場合がある。
That is, during operation, the
このとき、各均圧管141は、鉛直方向の下部にチャー受部142が配置されていることから、生成ガスと共に各均圧管141を通してアニュラス部104へ流出したチャーは、このチャー受部142に受け止められてここに堆積することとなり、アニュラス部104の下方に落下することが防止される。そして、チャー受部142に堆積するチャーは、均圧管141を通してアニュラス部104へ流入した生成ガスにより浮遊するが、アニュラス部104は、ガスノズル120から窒素ガスが供給され、窒素ガスがチャー受部142の近傍でガス流路の流路面積が狭くなり、ガス流路を増速して鉛直方向上側へと上昇する。このときの窒素ガス流速は、チャー終末速度以上となるので、アニュラス部104に流入したチャーがチャー受部142に受け止められなかった場合でも、アニュラス部104の鉛直下方向へと落下することなく、チャーは窒素ガス流れとともに鉛直方向上側へと上昇してチャー受部142の鉛直方向の上方で流動化し、最終的にはチャー受部142に受け止められる。
At this time, since each char
そして、石炭ガス化装置12が定格運転時に戻ると、ガス化炉101内の圧力が低下し、アニュラス部104の圧力がガス化炉101内の圧力よりなすると、チャー受部142に堆積するチャーやチャー受部142の鉛直方向の上方で流動化するチャーは、均圧管141により吸引され、アニュラス部104から均圧管141を通ってガス化炉101へ戻される。このため、チャー受部142が満載になることがない。
Then, when the
このように第1実施形態のガス化装置にあっては、ガス化炉101と、圧力容器103と、ガス化炉101と圧力容器103との間に窒素ガスが充填されるアニュラス部104と、アニュラス部104に窒素ガスを供給する加圧用ガス供給装置119と、ガス化炉101の内部とアニュラス部104とを連通する均圧管141と、ガス化炉101に支持されて均圧管141を通してアニュラス部104に流入するチャーを受け止めるチャー受部142を設けている。
As described above, in the gasification apparatus according to the first embodiment, the
従って、圧力容器103内にガス化炉101が格納され、両者の間にアニュラス部104が区画されており、ガス化炉101の内部とアニュラス部104とを均圧管141により連通することで、ガス化炉101とアニュラス部104との差圧を減少することができ、加圧用ガス供給装置119がアニュラス部104に窒素ガスを供給することで、ガス化炉101からアニュラス部104への生成ガスの流入を抑制することができ、また、チャー受部142を設けることで、ガス化炉101の圧力変動によりチャーがアニュラス部104へ流入した場合、チャーを受け止めることができる。
Therefore, the
そして、均圧管141とチャー受部142が同じガス化炉101の炉壁に固定されて吊下げ支持されることで、ガス化炉101と圧力容器103に熱伸び差が発生しても、均圧管141とチャー受部142がガス化炉101と共に同方向に移動することとなる。そのため、均圧管141とチャー受部142が干渉することはなく、また、均圧管141とチャー受部142の距離が長くなることもない。その結果、均圧管141とチャー受部142との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104へ流れ込むチャーを適正に回収することができる。
The
第1実施形態のガス化装置では、均圧管141とチャー受部142との鉛直方向の高さ位置において、ガス化炉101が四角形断面形状の筒形状をなし、圧力容器103が円形断面形状の筒形状をなし、2個のチャー受部142の一側部をガス化炉101における対向する2個の壁部101a,101bの外面にそれぞれ固定している。従って、チャー受部142がアニュラス部104の鉛直方向の中心に対して線対称に配置され、アニュラス部104を上昇する窒素ガスのガス流路もアニュラス部104の中心に対して線対称となることから、ガス化炉101に対する圧力のアンバランスの発生を抑制することができる。
In the gasification apparatus of the first embodiment, the
第1実施形態のガス化装置では、チャー受部142の他側部を圧力容器103の内面に沿った湾曲形状とし、圧力容器103の内面との間に一定隙間を設けている。従って、チャー受部142が隙間を介して圧力容器103と分離されることとなり、ガス化炉101と圧力容器103の熱伸び差による均圧管141とチャー受部142の干渉を抑制することができる。また、窒素ガスがチャー受部142の近傍でガス流路の流路面積を狭くして、ガス流路を増速してアニュラス部104を上昇する窒素ガスはチャー終末速度以上となるので、アニュラス部104に流入したチャーがチャー受部142に受け止められなかった場合でも、チャーは窒素ガス流れとともに鉛直方向上側へと上昇して、チャー受部142と圧力容器103との隙間からのチャーの落下を抑制することができる。したがい、生成ガスにより容易に浮遊させて落下を防止することができる。
In the gasification device of the first embodiment, the other side portion of the
第1実施形態のガス化装置では、均圧管141を屈曲形状として複数設け、複数のチャー受部142に対向して配置し、一端部を水平方向に沿ってガス化炉101の壁部101a,101bに貫通し、他端部を鉛直方向に沿ってチャー受部142内に挿入している。従って、均圧管141の他端部がチャー受部142内に挿入されることで、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104に生成ガスが流れ込むとき、この生成ガスに含まれるチャーをチャー受部142により確実に受け止めることができる。この場合、均圧管141とチャー受部142数は、限定されず、同数であっても、異なる数であってもよい。
In the gasification device of the first embodiment, a plurality of
第1実施形態のガス化装置では、アニュラス部104がチャー受部142及び送水管135などによりガス流路の流路面積の一部が閉塞されることでガス流路を狭くするよう形成し、ガス流路を上昇する窒素ガスのチャー終末速度以上となる面積に設定している。従って、既存の構成部材の形状を変更するだけで、アニュラス部104を上昇する窒素ガスはチャー終末速度以上となるようにして、アニュラス部104に流入したチャーの落下を抑制することができ、構造の複雑化を抑制することができる。
In the gasification device of the first embodiment, the
第1実施形態のガス化装置では、ガス流路の流路面積を、アニュラス部104を閉塞する閉塞プレート162により調整可能している。従って、チャー受部142などの形状を変更することなくガス流路の流路面積の大きさを調整して、アニュラス部104を上昇する窒素ガスがチャー終末速度以上となるようにして、アニュラス部104に流入したチャーの落下を抑制することができ、簡単な構成で性能を向上することができる。
In the gasifier of the first embodiment, the flow channel area of the gas flow channel can be adjusted by the
第1実施形態のガス化装置では、チャー受部142の鉛直方向の上方に開口部156を有する箱形形状とし、底部151の周囲にガス化炉101及び圧力容器103に沿う各縦壁部152,153及び各側壁部154,155を設けると共に、底部151と各縦壁部152,153及び各側壁部154,155との間に開口部156に向けて、チャー受部142の鉛直上下方向へ延在する中心軸線に対して外方に傾斜する傾斜部157,158,159,160を設けている。従って、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104に流れ込んだチャーをチャー受部142により確実に受け止めることができると共に、受け止めたチャーを中心軸線側へと寄せるので、均圧管141を通してガス化炉101へと戻し易くすることができる。
In the gasification device of the first embodiment, the vertical shape of the
また、第1実施形態のガス化装置の製造方法にあっては、チャー受部142をガス化炉101の炉壁の外面に固定している。従って、ガス化炉101と圧力容器103に熱伸び差が発生しても、均圧管141とチャー受部142がガス化炉101と共に同方向に移動することとなる。そのため、均圧管141とチャー受部142が干渉することはなく、また、均圧管141とチャー受部142の距離が長くなることもない。その結果、均圧管141とチャー受部142との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104へ流れ込むチャーを適正に回収することができる。
Moreover, in the method for manufacturing the gasifier of the first embodiment, the
また、第1実施形態の石炭ガス化複合発電設備にあっては、石炭をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化装置12と、石炭ガス化装置12により生成された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製装置14と、ガス精製装置14によりガス精製された可燃性ガスと圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを回転駆動するガスタービン設備と、ガスタービン設備からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラ16と、排熱回収ボイラ16により生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービン設備とを備えている。従って、石炭ガス化装置12にて、均圧管141とチャー受部142との干渉を抑制することができると共に、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104へ流れ込むチャーを適正に回収することができる。その結果、アニュラス部104でのチャーの落下を防止して貯留水の排水性状の悪化を抑制することで、ボイラにおける処理コストを低減し、運転の稼働期間を長くすることができる。
Moreover, in the coal gasification combined cycle power generation facility of the first embodiment, the
[第2実施形態]
図5は、第2実施形態のガス化装置における均圧装置を表す概略図、図6は、均圧装置を表す斜視図である。なお、上述した実施形態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。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic view showing a pressure equalizing device in the gasifier of the second embodiment, and FIG. 6 is a perspective view showing the pressure equalizing device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as embodiment mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
第2実施形態において、図5及び図6に示すように、石炭ガス化装置12(図1参照)は、ガス化炉101内の上部とアニュラス部104の上部とを連通する均圧管141が設けられると共に、ガス化炉101から均圧管141を通してアニュラス部104に流入するチャーを受け止めるチャー受部181が設けられている。
In the second embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the coal gasifier 12 (see FIG. 1) is provided with a
チャー受部181は、鉛直方向の上方が開口した箱型形状をなし、ガス化炉101における炉壁の外面に固定されることで吊下げ支持されている。チャー受部181は、上方に開口部156を有する箱形形状をなし、底部151から上方に所定間隔を空けてチャーが流動化するための不活性ガス(窒素ガス)が流通する目皿182が配置されている。また、チャー受部181は、底部151と目皿182との間に多孔プレート183が配置されている。この目皿182と多孔プレート183は、傾斜部157,158,159,160の高さ位置に設けられている。
The
目皿182は、例えば、焼結金属などの多孔質部材により形成され、流動化窒素が板厚方向に流通可能であるが、チャーの粒子は板厚方向に流通不能であることが望ましい。なお、この目皿182は、水平な平板形状であるが、中央部が鉛直下方に凹んだ湾曲形状としてもよい。これにより、チャー受部142の鉛直上下方向へ延在する中心軸線に対して捕集したチャーが寄り易くなり、均圧管141を通してガス化炉101へとチャーを戻し易くするので好ましい。
The
多孔プレート183は、水平な平板に一様に貫通孔183aが形成されており、例えば、パンチングメタルにより形成してもよく、流動化窒素が板厚方向に流通可能である。チャー受部181は、底部151と多孔プレート183との間に第1空間部R1が形成され、多孔プレート183と目皿182との間に第2空間部R2が設けられ、第1空間部R1に流動化窒素を供給するガス供給ライン184が接続されている。このため供給された流動化窒素は、第1空間部R1に拡散した後に第2空間部R2へ移動し、第2空間部R2で更に拡散して目皿182から板厚方向に略均一な流量で噴出すことが出来る。
The
一方、均圧管141は、例えば、屈曲したL字形状をなし、アニュラス部104に複数(本実施例では、2個)設けられている。各均圧管141は、第1直線部171の一端部がガス化炉101の壁部101a,101bに貫通し、第2直線部172の他端部がチャー受部181内に挿入され、第2直線部172の下端部が目皿182の上面に所定隙間をもって対向している。
On the other hand, the
そのため、ガス化炉101内での圧力変動などにより、このガス化炉101内を上昇する生成ガスの圧力がアニュラス部104の圧力よりも高くなる場合があると、ガス化炉101内の生成ガスの一部が均圧管141を通してアニュラス部104へ流出し、この生成ガスに含まれるチャーもアニュラス部104へ流出する。このとき、各均圧管141は、鉛直方向の下部にチャー受部181が配置されていることから、生成ガスと共に各均圧管141を通してアニュラス部104へ流出したチャーは、このチャー受部181に受け止められてここに堆積して捕集されることとなり、アニュラス部104の鉛直方向の下方に落下することが防止される。
Therefore, if the pressure of the product gas rising in the
そして、流動化窒素ガスがガス供給ライン184から第1空間部R1に供給され、多孔プレート183により整流されてから第2空間部R2に流れ、目皿182を流通して噴出してチャー受部181の鉛直方向の上方に流れる。そのため、チャー受部181に堆積するチャーは、内部を上昇する流動化窒素ガスにより巻き上げられ、チャー受部181の上方で流動化する状態になる。
Then, the fluidized nitrogen gas is supplied from the
一方、ガス化炉101内での圧力変動が収まると、ガス化炉101内の圧力が低下し、アニュラス部104の圧力がガス化炉101内の圧力より高くなり、アニュラス部104の窒素ガスが圧管127を通ってガス化炉101内へと流れる。すると、チャー受部181の鉛直方向の上方で流動化するチャーは、均圧管141により吸引され、アニュラス部104から均圧管141を通ってガス化炉101へ戻される。このため、チャー受部181が満載になることがない。また、アニュラス部104は、ガスノズル120から窒素ガスが供給され、窒素ガスがチャー受部181の近傍でガス流路の流路面積を狭くして、ガス流路を増速してアニュラス部104を上昇するため窒素ガスはチャー終末速度以上となるので、アニュラス部104に流入したチャーがチャー受部181に受け止められなかった場合でも、チャーは窒素ガス流れとともに鉛直方向上側へと上昇する。このため、チャーがチャー受部181の鉛直方向の上方で流動化していたものが、下方に落下することがない。
On the other hand, when the pressure fluctuation in the
このように第2実施形態のガス化装置にあっては、ガス化炉101の内部とアニュラス部104とを連通する均圧管141と、ガス化炉101に支持されて均圧管141を通してアニュラス部104に流入するチャーを受け止めるチャー受部181とを設け、チャー受部181に底部151から所定間隔を空けて流動化窒素ガスが流通する目皿182を配置し、底部151と目皿182との間の第1空間部R1にガス供給ライン184を接続している。
As described above, in the gasification apparatus of the second embodiment, the
従って、ガス供給ライン184から第1空間部R1に流動化窒素ガスが供給されると、流動化窒素ガスが目皿182を流通してチャー受部181の鉛直方向の上方に流れることから、このチャー受部181に溜まったチャーが窒素ガスにより浮遊し、均圧管141により吸引され、アニュラス部104から均圧管141を通ってガス化炉101へ戻されることとなり、チャー受部181へのチャーの大量の貯留を抑制することができる。また、アニュラス部104を上昇する窒素ガスはチャー終末速度以上となるようにして、アニュラス部104に流入したチャーの落下を抑制することができる。
Accordingly, when the fluidized nitrogen gas is supplied from the
第2実施形態のガス化装置では、チャー受部181の底部151と目皿182との間に多孔プレート183を設け、底部151と多孔プレート183との間の第1空間部R1にガス供給ライン184を接続している。従って、ガス供給ライン184から第1空間部R1に流動用窒素ガスが供給されると、窒素ガスが多孔プレート183の通過時に整流されて目皿182に作用し、目皿182を流通した流動化窒素ガスがチャー受部181の水平方向に均一に供給される。そのため、チャー受部181に溜まったチャーに対して流動化窒素ガスが均一に噴出して供給されることとなり、チャー受部181に溜まったチャーを適正に浮遊させることができる。
In the gasifier of the second embodiment, a
なお、上述した実施形態では、チャー受部を鉛直方向の上方が開口した箱型形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、椀形状や皿形状などとしてもよい。 In the above-described embodiment, the char receiving portion has a box shape with an opening in the vertical direction. However, the shape is not limited to this shape, and may be, for example, a bowl shape or a dish shape.
また、上述した実施形態では、チャー受部をガス化炉の炉壁の外面に直接固定したが、ブラケットなどを介して間接的に固定してもよい。また、ガス化炉の炉壁の外面に受座を固定し、この受座によりチャー受部の下部を支持するようにしてもよい。更に、2個のチャー受部をガス化炉の2個の壁部に対して配置したが、全ての壁部に対して4個を配置してもよい。即ち、均圧管とチャー受部数は、限定されず、同数であっても、異なる数であってもよい。 In the above-described embodiment, the char receiving portion is directly fixed to the outer surface of the furnace wall of the gasification furnace, but may be indirectly fixed via a bracket or the like. Further, a receiving seat may be fixed to the outer surface of the furnace wall of the gasification furnace, and the lower portion of the char receiving portion may be supported by the receiving seat. Furthermore, although the two char receiving portions are disposed with respect to the two wall portions of the gasification furnace, four may be disposed with respect to all the wall portions. That is, the number of pressure equalizing tubes and the number of char receiving portions are not limited, and may be the same number or different numbers.
また、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料(ペレットやチップ)などを使用することも可能である。 In the above-described embodiment, coal is used as a fuel. However, it can be applied to high-grade coal or low-grade coal, and is not limited to coal, but can be used as a renewable biological organic resource. For example, it is also possible to use thinned wood, waste wood, driftwood, grass, waste, sludge, tires, and recycled fuel (pellets and chips) made from these raw materials. .
なお、本実施形態はタワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉はクロスオーバー型ガス化炉でも、各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。 Although the present embodiment has been described for the tower type gasification furnace, even in the crossover type gasification furnace, by replacing the vertical vertical direction of each device to match the gas flow direction of the product gas, Implementation is possible as well.
10 石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)
11 微粉炭供給設備
12 石炭ガス化装置
13 チャー回収装置
14 ガス精製装置
15 複合発電設備
16 排熱回収ボイラ
101 ガス化炉
102 熱交換器
103 圧力容器
104 アニュラス部(圧力保持部)
117,118、117 バーナ
119 加圧用ガス供給装置
120 ガスノズル
121 節炭器(熱交換器)
122,123 過熱器(熱交換器)
124 蒸発器(熱交換器)
135 送水管
141 均圧管
142,181 チャー受部
162 閉塞プレート
182 目皿
183 多孔プレート
184 ガス供給ライン
10 Coal gasification combined power generation facility (gasification combined power generation facility)
DESCRIPTION OF
117, 118, 117
122,123 Superheater (Heat exchanger)
124 Evaporator (heat exchanger)
135
Claims (11)
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
前記均圧管を通して前記圧力保持部に流入するチャーを受け止めるチャー受部と、
を備え、
前記均圧管とチャー受部は、前記ガス化炉に支持され、
前記チャー受部は、鉛直方向の上方に開口部を有し、底部から所定間隔を空けて流動用ガスが流通する目皿が配置されると共に、前記底部と前記目皿との空間部に前記流動用ガスを供給するガス供給ラインが接続される、
ことを特徴とするガス化装置。 A gasification furnace for gasifying carbon-containing solid fuel;
A pressure vessel housing the gasifier;
A pressure holding unit filled with a gas for pressurization between the gasification furnace and the pressure vessel;
A pressurizing gas supply device for supplying pressurizing gas to the pressure holding unit;
A pressure equalizing pipe communicating the inside of the gasification furnace and the pressure holding unit;
A char receiving portion for receiving the char flowing into the pressure holding portion through the pressure equalizing pipe;
With
The pressure equalizing pipe and the char receiving portion are supported by the gasification furnace ,
The char receiving portion has an opening above the vertical direction, and a mouth plate through which a flow gas flows is disposed at a predetermined interval from the bottom portion, and the space portion between the bottom portion and the eye plate has the opening. A gas supply line for supplying fluid gas is connected,
A gasifier characterized by that.
前記チャー受部は前記ガス化炉の前記多角形断面を構成する対向する各壁部に、前記圧力保持部の鉛直方向の中心に対して線対称になるように側部がそれぞれ固定されることを特徴とする請求項1に記載のガス化装置。 The gasification furnace has a cylindrical shape with a polygonal cross-section at a vertical height position where the char receiving portion is disposed,
Side portions of the char receiving portion are fixed to the opposing wall portions constituting the polygonal cross section of the gasification furnace so as to be line-symmetric with respect to the vertical center of the pressure holding portion. The gasifier according to claim 1.
前記ガス化装置により生成された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製装置と、
前記ガス精製装置によりガス精製された可燃性ガスの少なくとも一部と圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを回転駆動するガスタービン設備と、
前記ガスタービン設備からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービン設備と、
を備えることを特徴とするガス化複合発電設備。 The gasification device according to any one of claims 1 to 10, wherein a carbon-containing solid fuel is supplied to generate a combustible gas;
A gas purifier for purifying gas by removing impurities from the combustible gas generated by the gasifier;
A gas turbine facility that rotates a turbine by burning a mixed gas of at least a part of the combustible gas purified by the gas purification device and compressed air; and
An exhaust heat recovery boiler that generates steam from exhaust gas from the gas turbine equipment;
Steam turbine equipment for rotationally driving a turbine with steam generated by the exhaust heat recovery boiler;
A combined gasification power generation facility comprising:
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|---|---|---|---|
| JP2015247380A JP6602196B2 (en) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | Gasification device and gasification combined power generation facility |
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