CN108602072B - 炉渣旋风分离器及其运转和维护方法、具有其的气化设备、气化复合发电设备 - Google Patents

炉渣旋风分离器及其运转和维护方法、具有其的气化设备、气化复合发电设备 Download PDF

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Abstract

本发明的炉渣旋风分离器具备：旋风分离器主体(50)，其将被加压了的炉渣与水的混合流体引导至内部，且将炉渣从水离心分离；以及压力容器(51)，其收容旋风分离器主体(50)，在旋风分离器主体(50)的铅垂下方设置的开口部(50d)在压力容器(51)内开口。在旋风分离器主体(50)的内周面设置有耐磨材料(56)。在压力容器(51)内，在旋风分离器主体(50)的开口部(50d)的下方设置有暂时贮存炉渣的炉渣接收部(51d)。

Description

炉渣旋风分离器及其运转和维护方法、具有其的气化设备、气 化复合发电设备
技术领域
本发明涉及对被加压了的炉渣与水的混合流体进行离心分离的炉渣旋风分离器、气化设备、气化复合发电设备、炉渣旋风分离器的运转方法及炉渣旋风分离器的维护方法。
背景技术
在煤气化炉的燃烧室部，通过粉煤和煤焦的燃烧而在高温气体中生成熔融炉渣，该熔融炉渣向炉壁附着，并且从出渣口向底部的炉渣料斗内的炉渣冷却水落下。熔融炉渣由于炉渣冷却水而急剧冷却，形成为玻璃状的水淬炉渣。煤气化炉的压力容器在铅垂方向上端部形成有由气化炉生成的生成气体的排出口，而在下端部形成有将向炉渣料斗内的贮存水落下的炉渣排出的炉渣排出口。
炉渣冷却水与炉渣的料浆从煤气化炉排出且储藏于炉渣闭锁料斗，然后被搬运至分离罐，通过旋风分离器对炉渣冷却水与炉渣进行离心分离 (例如参照专利文献1)。
将供给来的料浆分离为炉渣冷却水与炉渣，将分离出的炉渣冷却水作为循环水而返还至冷却罐。将分离出的水淬炉渣排出至炉渣储藏罐。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5743093号公报(第0042段)
发明内容
发明所要解决的课题
对炉渣冷却水(液体)与炉渣进行分离的旋风分离器为了接收高压的炉渣冷却水与炉渣的料浆，作为压力容器而需要具有壁厚较厚的坚固的结构。由于玻璃状的炉渣引起的严重的磨损，需要以高频度维护旋风分离器。
然而，由于旋风分离器作为压力容器为壁厚较厚的坚固的结构，因此存在高频度的维护产生障碍的情况。
旋风分离器即使以耐磨损材料保护，也期望实现旋风分离器主体的轻量化，以便在磨损变严重时能够简单地更换。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供即使在对被加压了的炉渣与液体(冷却水)的混合流体进行离心分离的情况下，也能够实现旋风分离器主体的轻量化，从而容易维护的炉渣旋风分离器、气化设备、气化复合发电设备、炉渣旋风分离器的运转方法及炉渣旋风分离器的维护方法。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的炉渣旋风分离器、气化设备、气化复合发电设备、炉渣旋风分离器的运转方法以及炉渣旋风分离器的维护方法采用以下方案。
即，本发明的炉渣旋风分离器的特征在于，具备：旋风分离器主体，其将被加压了的炉渣与液体的混合流体引导至内部，且将炉渣从液体离心分离；以及压力容器，其收容该旋风分离器主体，在所述旋风分离器主体的铅垂下方设置的炉渣排出口在所述压力容器内开口。
被加压了的炉渣与水的混合流体被引导至收容于压力容器内的旋风分离器主体内，从而炉渣被与水离心分离。离心分离出的炉渣从炉渣排出口排出。该炉渣排出口在压力容器内开口，因此旋风分离器主体的内侧与外侧连通，旋风分离器主体的内外成为大致相同的压力。这样，在旋风分离器主体的内侧与外侧之间不会产生大的差压，因此旋风分离器主体无需采用耐压构造。由此，即使在对被加压了的混合流体进行离心分离的情况下，也能够使旋风分离器主体的壁厚较薄，能够实现轻量化以及节约成本。这样，旋风分离器主体轻量化，因此维护时更换旋风分离器主体的作业变得容易。
被加压了的炉渣与水的混合流体的压力例如为几MPa。
并且，本发明的炉渣旋风分离器的特征在于，在所述旋风分离器主体的内周面设置有耐磨材料。
旋风分离器主体的内周面由于炉渣碰撞而产生磨损。于是，在旋风分离器主体的内周面设置耐磨材料。作为耐磨材料，例如能够采用玄武岩材料、陶瓷、耐磨包层、耐磨铸铁等。
越接近旋风分离器主体的炉渣排出口，炉渣密度越大，从而磨损越严重，因此优选在越接近炉渣排出口的区域(例如在炉渣排出口位于下端的情况下越接近下方的区域)越将耐磨材料设置得比其他区域厚。
并且，本发明的炉渣旋风分离器的特征在于，在所述压力容器内，在所述旋风分离器主体的所述炉渣排出口的铅垂下方设置有暂时贮存炉渣的炉渣接收部。
在压力容器一体地设置炉渣接收部，因此能够暂时贮存从炉渣排出口在重力作用下排出的炉渣。由此，无需在压力容器的外部设置用于暂时贮存炉渣的料箱，从而结构简单。
并且，本发明的炉渣旋风分离器具备：炉渣排出闭锁料斗，其在所述压力容器的下方接收来自所述炉渣接收部的炉渣；加压侧开闭阀，其设置在该炉渣排出闭锁料斗与所述炉渣接收部之间；以及大气压侧开闭阀，其设置在所述炉渣排出闭锁料斗与大气压侧搬出目标位置之间。
通过将加压侧开闭阀打开且将大气压侧开闭阀关闭，从而将炉渣从炉渣接收部向炉渣排出闭锁料斗引导。
通过将大气压侧开闭阀打开且将加压侧开闭阀关闭，从而将炉渣从炉渣排出闭锁料斗向大气侧的设备排出。
这样，通过在压力容器的下方设置有炉渣排出闭锁料斗，能够将以加压状态贮存于炉渣接收部的炉渣经由炉渣排出闭锁料斗向大气侧的出口排出。
并且，本发明的炉渣旋风分离器的特征在于，所述旋风分离器主体借助多个悬挂件而被相对于所述压力容器悬吊支承。
旋风分离器主体借助悬挂件(例如吊杆)而被相对于压力容器悬吊支承，因此能够将旋风分离器主体通过起重机的吊具等容易地向压力容器外卸下。
在旋风分离器主体的拆除时，能够直接利用悬挂件而通过起重机等悬吊旋风分离器主体，也可以与悬挂件分开地在旋风分离器主体设置拆除时所用的钩挂部(例如凸耳等)，将起重机的吊具钩挂于该钩挂部而悬吊旋风分离器主体。
并且，本发明的炉渣旋风分离器的特征在于，在所述旋风分离器主体与所述压力容器之间设置有限定该旋风分离器主体的水平方向位置的支承件。
在旋风分离器主体与压力容器之间设置有限定旋风分离器主体的水平方向位置的支承件，因此能够正确地限定在压力容器内被悬吊的旋风分离器主体的水平方向位置，例如使旋风分离器主体的中心轴线与铅垂方向一致。另外，能够通过支承件抑制旋风分离器主体的水平方向的振动。
并且，本发明的炉渣旋风分离器的特征在于，具备将所述混合流体向所述旋风分离器主体引导的混合流体输送配管，该混合流体输送配管从所述压力容器的外侧以能够插入脱离的方式插入该压力容器以及所述旋风分离器主体。
混合流体输送配管以能够插入脱离的方式插入压力容器以及旋风分离器主体，因此在维护时将旋风分离器主体从压力容器卸下时，通过将混合流体输送配管从旋风分离器主体拔出，能够容易地从旋风分离器主体分离混合流体输送配管。
另外，能够将混合流体输送配管从压力容器的外侧插入，因此组装时的操作性得到提高。
另外，优选采用在压力容器的外侧通过凸缘部等密封的结构。由此，能够在压力容器的外侧同时进行组装和密封，作业性得到进一步提高。
本发明的气化设备的特征在于，具备：气化炉装置，其通过使含碳固体燃料燃烧、气化来生成生成气体；以及上述的任一项所述的炉渣旋风分离器，其将由该气化炉装置生成的炉渣从液体离心分离。
由于具备上述的炉渣旋风分离器，因此能够提供炉渣旋风分离器的维护性优异的气化设备。
本发明的气化复合发电设备的特征在于，具备：气化炉装置，其通过使含碳固体燃料燃烧、气化来生成生成气体；上述任一项所述的炉渣旋风分离器，其将由该气化炉装置生成的炉渣从液体离心分离；燃气轮机，其通过使由所述气化炉装置生成的所述生成气体的至少一部分燃烧而被驱动旋转；蒸汽轮机，其通过包括由将从所述燃气轮机排出的涡轮废气导入的废热回收锅炉生成的蒸汽在内的蒸汽而被驱动旋转；以及发电机，其与所述燃气轮机及所述蒸汽轮机连结。
本发明的炉渣旋风分离器的运转方法的特征在于，向收容于压力容器内的旋风分离器主体内导入被加压了的炉渣与液体的混合流体并进行离心分离，从所述旋风分离器主体的炉渣排出口将离心分离出的炉渣向所述压力容器内排出。
被加压了的炉渣与水的混合流体被引导至收容于压力容器内的旋风分离器主体内，从而炉渣与水离心分离。离心分离出的炉渣从炉渣排出口向压力容器内排出。该炉渣排出口在压力容器内开口，因此旋风分离器主体的内侧与外侧连通，旋风分离器主体的内外成为大致相同的压力。这样，在旋风分离器主体的内侧与外侧之间不会产生大的差压，因此旋风分离器主体无需采用耐压构造。由此，即使在对被加压了的混合流体进行离心分离的情况下，也能够使旋风分离器主体的壁厚较薄，能够实现轻量化以及节约成本。这样，旋风分离器主体轻量化，因此维护时更换旋风分离器主体的作业变得容易。
被加压了的炉渣与水的混合流体的压力例如为几MPa。
在本发明的炉渣旋风分离器的维护方法中，所述炉渣旋风分离器具备：旋风分离器主体，其将被加压了的炉渣与液体的混合流体引导至内部，且将炉渣从液体离心分离；以及压力容器，其收容该旋风分离器主体，所述旋风分离器主体的炉渣排出口在所述压力容器内开口，其中，所述炉渣旋风分离器的维护方法的特征在于，具有：开放所述压力容器的铅垂上方的工序；通过吊具悬吊所述旋风分离器主体的工序；以及将通过所述吊具悬吊的所述旋风分离器主体向所述压力容器的外部取出的工序。
通过从压力容器的铅垂上方悬吊旋风分离器主体，能够将旋风分离器主体从压力容器取出，因此能够容易地进行维护。
发明效果
通过在压力容器内收容旋风分离器主体，从而形成对旋风分离器主体的内外不施加较大的压力差的结构，因此即使在对被加压了的炉渣与水的混合流体进行离心分离的情况下，也能够实现旋风分离器主体的轻量化，从而容易维护。
附图说明
图1是示出应用了本发明的一实施方式的炉渣旋风分离器的IGCC的气化设备的概要结构图。
图2是示出本发明的一实施方式的炉渣旋风分离器的纵剖视图。
图3是示出图2的炉渣旋风分离器的运转的时序图。
图4A是示出在图2的炉渣旋风分离器的维护工序中拆除了上部盖体的状态的图。
图4B是示出在图2的炉渣旋风分离器的维护工序中吊起了旋风分离器主体的状态的图。
图4C是示出在图2的炉渣旋风分离器的维护工序中将旋风分离器主体配置于临时放置支架的状态的图。
图4D是示出在图2的炉渣旋风分离器的维护工序中将旋风分离器主体设置于临时放置支架之后的状态的图。
图5A是示出图4A的维护工序的变形例的图。
图5B是示出图4C的维护工序的变形例的图。
图5C是示出图4D的维护工序的变形例的图。
图6是示出应用了本发明的一实施方式的炉渣旋风分离器的煤气化复合发电设备的概要结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
图6示出应用了本实施方式的气化炉装置的煤气化复合发电设备。
应用了本实施方式的气化炉3的煤气化复合发电设备(IGCC： Integrated CoalGasification Combined Cycle)110使用空气作为氧化剂，在气化炉3中采用由燃料生成生成气体的空气燃烧方式。而且，煤气化复合发电设备110将由气化炉3生成的生成气体利用气体精制装置 116精制而使之成为燃料气体后，向燃气轮机117设备供给而进行发电。即，煤气化复合发电设备110为空气燃烧方式(空气吹送)的发电设备。作为向气化炉3供给的燃料，例如，使用煤等含碳固体燃料。
如图1所示，煤气化复合发电设备(气化复合发电设备)110具有供煤装置111、气化炉3、煤焦回收装置115、气体精制装置116、燃气轮机设备117、蒸汽轮机设备118、发电机119以及废热回收锅炉(HRSG： Heat Recovery Steam Generator)120。
供煤装置111供给含碳固体燃料即煤作为原煤，将煤利用磨煤机(图示略)等粉碎，由此制造粉碎为细粒子状的粉煤。由供煤装置111制造的粉煤通过自后述的空气分离装置142供给的作为输送用非活性气体的氮气加压并朝向气化炉3供给。非活性气体是指含氧率为约5体积％以下的不活泼气体，以氮气、二氧化碳气体、氩气等为代表例，但不必一定限于约5％以下。
气化炉3被供给由供煤装置111制造的粉煤，并且由煤焦回收装置 115回收的煤焦(煤的未反应成分和灰分)返回而以可再利用的方式供给至气化炉3。
气化炉3连接有来自燃气轮机设备117(压缩机161)的压缩空气供给管线141，由燃气轮机设备117压缩的压缩空气的一部分能够向气化炉 3供给。空气分离装置142由大气中的空气分离生成氮和氧，通过第一氮供给管线143将空气分离装置142与气化炉3连接。并且，该第一氮供给管线143连接有来自供煤装置111的供煤管线111a。自第一氮供给管线143分支的第二氮供给管线145也与气化炉3连接，该第二氮供给管线145 连接有来自煤焦回收装置115的煤焦返送管线146。进一步，空气分离装置142通过氧供给管线147与压缩空气供给管线141连接。而且，由空气分离装置142分离出的氮在第一氮供给管线143以及第二氮供给管线145 中流通，从而作为煤、煤焦的输送用气体而被利用。由空气分离装置142 分离出的氧在氧供给管线147以及压缩空气供给管线141中流通，从而在气化炉3中作为氧化剂而被利用。
气化炉3例如具有两层气流床式的气化炉。气化炉3利用氧化剂(空气、氧)使供给至内部的煤(粉煤)以及煤焦的一部分燃烧，从而使之气化而生成可燃性气体。在气化炉3设置有将混入到粉煤中的异物(炉渣) 去除的异物去除装置148。而且，在该气化炉3连接有朝向煤焦回收装置115供给可燃性气体的气体生成管线149，能够排出含有煤焦的可燃性气体。在该情况下，也可以在气体生成管线149设置合成气体冷却器(气体冷却器)，从而将可燃性气体冷却至规定温度后向煤焦回收装置115供给。
煤焦回收装置115具有集尘装置151和供给料斗152。在该情况下，集尘装置151由一个或多个旋风分离器或多孔过滤器构成，能够对由气化炉3生成的可燃性气体所含有的煤焦进行分离。并且，分离出煤焦后的可燃性气体通过气体排出管线153而输送至气体精制装置116。供给料斗152 贮存由集尘装置151从可燃性气体中分离出的煤焦。也可以构成为，在集尘装置151与供给料斗152之间配置料箱，将多个供给料斗152与该料箱连接。并且，来自供给料斗152的煤焦返送管线146与第二氮供给管线 145连接。
气体精制装置116对由煤焦回收装置115分离出煤焦后的可燃性气体去除硫化合物、氮化合物等杂质，从而进行气体精制。并且，气体精制装置116对可燃性气体进行精制而制造出燃料气体，并将该燃料气体向燃气轮机设备117供给。由于在分离出煤焦后的可燃性气体中仍然含有硫成分 (H2S等)，因此在该气体精制装置116中通过胺吸收液去除回收硫成分而进行有效利用。
燃气轮机设备117具有压缩机161、燃烧器162、涡轮163，压缩机 161与涡轮163通过旋转轴164连结。在燃烧器162连接有来自压缩机161 的压缩空气供给管线165，并且连接有来自气体精制装置116的燃料气体供给管线166，另外，连接有朝向涡轮163延伸的燃烧气体供给管线167。而且，燃气轮机设备117设置有从压缩机161向气化炉3延伸的压缩空气供给管线141，而在中途部设置有升压机168。从而，通过燃烧器162使自压缩机161供给来的压缩空气的一部分与自气体精制装置116供给来的燃料气体的至少一部分混合并燃烧，由此产生燃烧气体，并将产生的燃烧气体朝向涡轮供给。而且，涡轮163通过供给来的燃烧气体驱动旋转轴 164旋转，从而驱动发电机119旋转。
蒸汽轮机设备118具有与燃气轮机设备117的旋转轴164连结的涡轮 169，发电机119与该旋转轴164的基端部连结。废热回收锅炉120与来自燃气轮机设备117(涡轮163)的废气管线170连接，在供水与废气之间进行热交换，由此生成蒸汽。而且，废热回收锅炉120在与蒸汽轮机设备118的涡轮169之间设置有蒸汽供给管线171和蒸汽回收管线172，在蒸汽回收管线172设置有冷凝器173。另外，由废热回收锅炉120生成的蒸汽中也可以包括将利用合成气体冷却器与生成气体热交换而生成的蒸汽利用废热回收锅炉120进一步热交换后的蒸汽。从而，在蒸汽轮机设备 118中，通过自废热回收锅炉120供给来的蒸汽驱动涡轮169旋转，通过驱动旋转轴164旋转来驱动发电机119旋转。
而且，从废热回收锅炉120的出口至烟囱175设置有净化装置174。
接下来，对上述结构的煤气化复合发电设备110的工作进行说明。
在本实施方式的煤气化复合发电设备110中，向供煤装置111供给原煤(煤)时，煤通过在供煤装置111中粉碎为细粒子状而成为粉煤。由供煤装置111制造的粉煤通过自空气分离装置142供给的氮而在第一氮供给管线143中流通并向气化炉3供给。另外，由后述的煤焦回收装置115 回收的煤焦通过自空气分离装置142供给的氮而在第二氮供给管线145 中流通并向气化炉3供给。此外，从后述的燃气轮机设备117抽吸来的压缩空气被升压机168升压后，与自空气分离装置142供给的氧一起经过压缩空气供给管线141而向气化炉3供给。
在气化炉3中，供给来的粉煤以及煤焦通过压缩空气(氧)而燃烧，从而粉煤以及煤焦气化，由此生成可燃性气体(生成气体)。并且，该可燃性气体从气化炉3通过气体生成管线149而排出，并输送至煤焦回收装置115。
通过该煤焦回收装置115，可燃性气体首先向集尘装置151供给，从而可燃性气体所含有的微粒的煤焦被分离。并且，分离出煤焦后的可燃性气体通过气体排出管线153而送至气体精制装置116。另一方面，从可燃性气体分离出的微粒煤焦堆积于供给料斗152，通过煤焦返送管线146返回气化炉3而被再利用。
通过煤焦回收装置115分离出煤焦后的可燃性气体在气体精制装置 116中被去除硫化合物、氮化合物等杂质而进行气体精制，从而制造出燃料气体。压缩机161生成压缩空气并向燃烧器162供给。该燃烧器162 将自压缩机161供给的压缩空气与自气体精制装置116供给的燃料气体混合，通过燃烧来生成燃烧气体。通过该燃烧气体驱动涡轮163旋转，由此经由旋转轴164而驱动压缩机161以及发电机119旋转。这样一来，燃气轮机设备117能够进行发电。
而且，废热回收锅炉120利用自燃气轮机设备117的涡轮163排出的废气与供水进行热交换，由此生成蒸汽，将该生成的蒸汽向蒸汽轮机设备 118供给。在蒸汽轮机设备118中，通过自废热回收锅炉120供给来的蒸汽驱动涡轮169旋转，能够经由旋转轴164来驱动发电机119旋转，从而进行发电。
燃气轮机设备117与蒸汽轮机设备118也可以不作为同一轴驱动一个发电机119旋转，而作为不同轴驱动多个发电机旋转。
之后，利用气体净化装置174去除自废热回收锅炉120排出的废气的有害物质，从而净化后的废气从烟囱175向大气排放。
接下来，对图6所示的异物去除装置148的详细情况进行说明。
气化炉3具备内侧容器(气化炉壁)3a以及包围该内侧容器3a的周围的外侧容器(气化炉压力容器)3b。外侧容器3b形成为压力容器，内部压力例如为数MPa。
在内侧容器3a上下两级地配置有使一部分粉煤燃烧而得到气化反应所需的热量的燃烧室3c、以及得到来自燃烧室3c的热量而使粉煤气化的减压室3d。
如图1所示，在气化炉3的底部设置有炉渣料斗5。在炉渣料斗5内贮存有冷却水(液体)，且收容在燃烧室3c以及减压室3d中由粉煤产生的炉渣。
在炉渣料斗5连接有将收容于炉渣料斗5内的炉渣向气化炉3的系统外排出的炉渣排出管线(混合流体输送配管)7。炉渣排出管线7的上游端为炉渣取水口39，将炉渣料斗5内的炉渣与冷却水一起吸入。炉渣排出管线7的下游端与炉渣旋风分离器9连接。通过该炉渣旋风分离器9 对冷却水与炉渣进行离心分离。在炉渣排出管线7的中途位置设置有炉渣旋风分离器入口阀11。
炉渣旋风分离器9配置在气化炉3的侧方，且配置于在铅垂方向上比气化炉3的底部(炉渣料斗5的底部)高的高度位置。即，炉渣旋风分离器9未配置在气化炉3的正下方。由此，能够降低包含气化炉3以及炉渣旋风分离器9在内的设备的高度。
在炉渣旋风分离器9的下方的下游侧，隔着炉渣旋风分离器出口阀 (加压侧开闭阀)20而设置有炉渣排出闭锁料斗21。在炉渣排出闭锁料斗21的铅垂方向下方的下游侧设置有炉渣排出闭锁料斗出口阀(大气压侧开闭阀)22。
通过使用炉渣旋风分离器出口阀20与炉渣排出闭锁料斗出口阀22，能够在炉渣排出闭锁料斗21从加压状态的炉渣旋风分离器9接收炉渣后，将炉渣从炉渣排出闭锁料斗21向比炉渣排出闭锁料斗21靠下游侧的常压 (大气压)的炉渣输送设备排出。
在炉渣旋风分离器9与炉渣料斗5之间连接有注水管线13。由炉渣旋风分离器9离心分离后的冷却水通过该注水管线13向炉渣料斗5返送并从放水口40注入。在注水管线13的中途位置，从冷却水流的上游侧起依次设置有炉渣料斗注水阀15、用于从冷却水去除异物的过滤器17、以及用于将冷却水压入炉渣料斗5的注水泵19。这样，通过注水泵19将冷却水压入炉渣料斗5，从而在炉渣排出管线7形成朝向炉渣旋风分离器9 的冷却水的流动。
在炉渣排出闭锁料斗21的下游，隔着炉渣排出闭锁料斗出口阀22 而设置有分配器23以及脱水槽25。将贮存于脱水槽25的炉渣利用车辆等向其他炉渣处理设备移送。
炉渣旋风分离器出口阀20以及炉渣排出闭锁料斗出口阀22等各阀、注水泵19等各设备的动作被未图示的控制部控制。
控制部例如由CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、以及计算机可读取存储介质等构成。并且，作为一例，用于实现各种功能的一系列的处理预先以程序的形式存储于存储介质等，CPU在RAM等中读出该程序，通过执行信息的加工/运算处理来实现各种功能。程序也可以应用预先安装于 ROM或其他存储介质的方式、以存储于计算机可读取存储介质的状态提供的方式、借助有线或无线的通信机构分发的方式等。计算机可读取存储介质是指磁盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
在图1中，在气化炉3、炉渣旋风分离器9等与设置面G之间未示出支承构造体，但这仅是为了易于理解而省略了图示，当然实际上气化炉3、炉渣旋风分离器9等在设置面G上使用支承构造体而各自被支承。
图2示出炉渣旋风分离器9的具体结构。
炉渣旋风分离器9具备旋风分离器主体50以及收容旋风分离器主体 50整体的压力容器51。这样，采用将压力容器51作为外筒且将旋风分离器主体50作为内筒的双层构造。
旋风分离器主体50为将中心轴线设置为沿铅垂上下方向延伸的中空形状的筒体。旋风分离器主体50具有圆筒形状的筒部50a、以及与筒部 50a的下端连接且朝向下方而形成为前端细形状的圆锥台形状的锥形部 50b。
炉渣排出管线7的下游端7a在维持密封性以避免炉渣与冷却水的混合流体泄漏的状态下能够插入脱离地插入并固定于旋风分离器主体50的筒部50a的侧壁。通过炉渣排出管线7从下游端7a的开口向旋风分离器主体50内导入炉渣与冷却水的混合流体，该混合流体绕旋风分离器主体 50的中心轴线回旋，从而炉渣与冷却水被离心分离。
在炉渣排出管线7的下游端7a附近的上游侧固定有连接用凸缘7b。以与该连接用凸缘7b对应的方式，在以覆盖炉渣排出管线7的外周的方式设于压力容器51的侧部的连接用管51a的端部设置有连接用凸缘51b。通过将上述的连接用凸缘7b、51b彼此连接，从而炉渣排出管线7被相对于压力容器51以液密状态密封。
在旋风分离器主体50的筒部50a的周围，通过螺栓、焊接等固定有多个悬挂件52的一端。悬挂件52例如具备吊杆和松紧螺扣，能够通过使松紧螺扣相对于吊杆旋转而调节总体的长度。各悬挂件52的另一端通过螺栓等固定于压力容器51的内壁。通过上述的悬挂件52，旋风分离器主体50相对于压力容器51而被吊起，优选调整为旋风分离器主体50的中心轴线与压力容器51的轴线一致。
在旋风分离器主体50的筒部50a的上部连接有冷却水出口配管55。在冷却水出口配管55的下游侧连接有注水管线13(参照图1)。冷却水出口配管55的下端(上游端)在旋风分离器主体50内开口，由旋风分离器主体50与炉渣分离后的冷却水由于注水泵19(参照图1)的作用而被抽出。冷却水出口配管55相对于旋风分离器主体50的上端50c固定。另外，冷却水出口配管55配置在旋风分离器主体50的中心轴线上，贯通压力容器51的上部盖体51c并突出至外部。冷却水出口配管55与上部盖体51c 之间液密地密封。
在旋风分离器主体50的上端50c设置有多个成为钩挂部的凸耳50e。在维护时，从起重机垂下的吊具钩挂于凸耳50e。
在旋风分离器主体50的锥形部50b的下端部通过螺栓等固定有多个支承件53的一端。支承件53例如具备支承杆和松紧螺扣，能够通过使松紧螺扣相对于支承杆旋转而调节总体的长度。各支承件53的另一端通过螺栓等固定于压力容器51的内壁。通过上述的支承件53，旋风分离器主体50相对于压力容器51而被支承，优选以旋风分离器主体50的中心轴线成为铅垂方向的方式限定水平方向位置。另外，通过支承件53对旋风分离器主体50的下端部进行支承，从而能够抑制旋风分离器主体50的水平方向的振动。
旋风分离器主体50的锥形部50b的下端形成有朝向压力容器51内开口的开口部(炉渣排出口)50d。由旋风分离器主体50离心分离后的炉渣经由该开口部50d而在重力作用下向铅垂下方排出。这样，旋风分离器主体50的开口部50d在压力容器51内开口，因此旋风分离器主体50的内侧与外侧连通，在旋风分离器主体50的内外不会产生大的差压。因此，旋风分离器主体50无需作为耐受大的差压的耐压构造的较厚的壁厚。
在旋风分离器主体50的内周面，会由于玻璃状的炉渣碰撞而产生严重的磨损，因此设置有耐磨材料56，延长旋风分离器主体50的寿命，延长维护周期。耐磨材料56可以设置在旋风分离器主体50的内周面的整个区域，优选设置在炉渣引起的磨损尤其严重的部分。例如，越接近旋风分离器主体50的开口部50d炉渣密度越大从而磨损越严重，因此优选在越接近开口部50d的区域(即越靠铅垂下方等)越将耐磨材料设置得比其他区域厚。
作为耐磨材料，例如能够采用玄武岩材料、陶瓷、耐磨包层、耐磨铸铁等。玄武岩材料是使用属于碱性火山岩的玄武岩中的、尤其硬的组成(主要的化学成分为SiO2和Al2O3)作为原料、具有优异的硬度和耐磨损性的材料。
压力容器51形成为大致圆筒形状，例如形成为能够耐受几MPa的加压状态的耐压构造。压力容器51的中心轴线优选与旋风分离器主体50 的中心轴线一致。但是，并不限定于此。
压力容器51的下端部为朝向下方而形成为前端细形状的圆锥台形状，形成为暂时贮存从旋风分离器主体50的开口部50d排出的炉渣的炉渣接收部51d。这样，炉渣接收部51d与压力容器51形成为一体。图2 示出暂时贮存于炉渣接收部51d的炉渣S。
在炉渣接收部51d的下端，经由使用图1说明了的炉渣旋风分离器出口阀20而连接有炉渣排出闭锁料斗21。
在压力容器51的侧部设置有检修孔部51e。检修孔部51e在维护时开放，从而作业者能够进入压力容器内。因此，如图2所示，检修孔部 51e在运转中为封闭的状态。
对压力容器51的上端进行封闭的上部盖体51c通过凸缘而以能够拆除的方式固定于压力容器51的主体侧。在上部盖体51c的上表面设置有多个形成为钩挂部的凸耳51f。在维护时，从起重机垂下的吊具钩挂于凸耳51f。
接下来，对上述结构的炉渣旋风分离器9的动作进行说明。
如图2所示，从炉渣料斗5(参照图1)引导出的炉渣与冷却水的混合流体经由炉渣排出管线7而从炉渣排出管线7的下游端7a导入炉渣旋风分离器9的旋风分离器主体50内。
在旋风分离器主体50内，炉渣与冷却水的混合流体绕旋风分离器主体50的中心轴线回旋，从而比重比冷却水的比重大的炉渣在离心力的作用下向旋风分离器主体50的周侧壁面(内周面侧)移动，并在重力的作用下向下方沉降。此时，炉渣一边与旋风分离器主体50的内周面碰撞一边向下方移动，通过在旋风分离器主体50的内周面设置的耐磨材料56 来抑制旋风分离器主体50的磨损。
由旋风分离器主体50离心分离后的炉渣从开口部50d向铅垂下方排出，暂时贮存于炉渣接收部51d内。
由旋风分离器主体50离心分离后的冷却水通过冷却水出口配管55 向铅垂上方排出。从冷却水出口配管55引导出的冷却水通过注水管线13 (参照图1)向炉渣料斗5返送。
贮存于炉渣接收部51d内的炉渣如以下那样向外部排出。
如图3所示，在炉渣接收部51d内贮存炉渣的情况下，如时间t0至 t1那样，将炉渣旋风分离器出口阀20设为闭，将炉渣排出闭锁料斗出口阀22设为开。此时，炉渣排出闭锁料斗出口阀22为开，因此炉渣排出闭锁料斗21内的炉渣向脱水槽25(参照图1)排出。因此，炉渣排出闭锁料斗21内成为大气压。但是，炉渣旋风分离器出口阀20为闭，因此压力容器51内保持加压状态不变。
在炉渣排出闭锁料斗21内的炉渣向脱水槽25(参照图1)排出的期间，炉渣逐渐在炉渣接收部51d内存积，在炉渣的贮存量达到规定值或炉渣排出闭锁料斗21内的炉渣结束排出时(时间t1)，通过未图示的控制部将炉渣旋风分离器出口阀20打开，并且将炉渣排出闭锁料斗出口阀22 关闭。通过将炉渣旋风分离器出口阀20打开，从而贮存于炉渣接收部51d 的炉渣S在重力作用下被输送而被接收至炉渣排出闭锁料斗21内。由此，炉渣接收部51d内的炉渣量减少，并且炉渣排出闭锁料斗21内的炉渣量增加。此时，炉渣排出闭锁料斗出口阀22关闭，因此炉渣排出闭锁料斗 21内成为与压力容器51同样的加压状态。因此，能避免压力容器51内成为大气压。
炉渣逐渐在炉渣排出闭锁料斗21内存积，在炉渣的贮存量达到规定值时(时间t2)，通过未图示的控制部将炉渣旋风分离器出口阀20关闭，并且将炉渣排出闭锁料斗出口阀22打开。炉渣排出闭锁料斗出口阀22 为开，因此炉渣排出闭锁料斗21内的炉渣向脱水槽25(参照图1)排出。
然后，炉渣逐渐在炉渣接收部51d内存积，在炉渣的贮存量达到规定值或炉渣排出闭锁料斗21内的炉渣结束排出时(时间t3)，通过未图示的控制部将炉渣旋风分离器出口阀20打开，并且将炉渣排出闭锁料斗出口阀22关闭。此后反复进行上述的工序。
接下来，对上述结构的炉渣旋风分离器9的维护方法进行说明。
虽然在旋风分离器主体50的内周面设置有耐磨材料56，但在进行了规定时间以上运转的情况下，耐磨材料56磨损而局部消失，旋风分离器主体50的内周面损伤，因此需要更换旋风分离器主体50。于是，像以下那样保持压力容器51不变而仅取出并更换旋风分离器主体50。
首先，如图4A所示，将炉渣排出管线7的下游端7a从压力容器51 拔出卸下。
另外，对在压力容器51的上部盖体51c设置的凸耳51f钩挂起重机的吊具60，将上部盖体51c向铅垂上方拉起而从压力容器51的主体侧卸下。
接下来，如图4B所示，在将悬挂件52与支承件53从旋风分离器主体50拆除后，对在旋风分离器主体50的上端50c设置的凸耳50e钩挂起重机的吊具60，将悬挂件52与支承件53拆下，将旋风分离器主体50向铅垂上方拉起而从压力容器51的主体侧卸下。
然后，如图4C以及图4D所示，对临时放置支架62设置拆除后的旋风分离器主体50。由此，结束使用完毕的旋风分离器主体50的拆除。
新的旋风分离器主体50的安装为与上述相反的工序，使用起重机的吊具6悬吊旋风分离器主体50而设置于压力容器51内。
如图5A至5C所示，也可以将旋风分离器主体50与上部盖体51c一起卸下。
在该情况下，如图5A所示，旋风分离器主体50通过悬挂件52而被自上部盖体51c悬吊。在这一点上，与各悬挂件52的另一端被相对于压力容器51的侧部内壁悬吊的图2的结构不同。其中，在旋风分离器主体 50被相对于压力容器51悬吊这一点相同。
如图5A至5C所示，能够将旋风分离器主体50与上部盖体51c一起卸下，因此保持起重机的吊具60安装于上部盖体51c的凸耳51f的状态即可，具有无需如图4B所示那样在将旋风分离器主体50吊起时将吊具 60切换钩挂于旋风分离器主体50的凸耳50e的优点。另外，在压力容器 51外进行作业，因此具有容易进行各悬挂件52的安装/拆卸作业、冷却水出口配管55与上部盖体51c之间的液密的密封作业的优点。
如上所述，根据本实施方式，能够起到以下的作用效果。
采用在压力容器51内配置旋风分离器主体50的双层构造，将旋风分离器主体50的开口部50d设为在压力容器51内开口，因此旋风分离器主体50的内侧与外侧连通，旋风分离器主体50的内外成为大致相同的压力。这样，在旋风分离器主体50的内侧与外侧之间不会产生大的差压，因此旋风分离器主体50无需采用耐压构造。由此，即使在对加压后的混合流体进行离心分离的情况下，也能够使旋风分离器主体50的壁厚较薄，能够实现轻量化以及节约成本。这样，旋风分离器主体50轻量化，因此维护时将旋风分离器主体50从压力容器51取出的作业变得容易。
在压力容器51一体地设置炉渣接收部51d，因此能够暂时贮存从旋风分离器主体50排出的炉渣。由此，无需在压力容器51的外部设置用于暂时贮存炉渣的料箱，能够实现简单的结构。
在压力容器51的铅垂下方设置有炉渣排出闭锁料斗21，通过切换炉渣旋风分离器出口阀20与炉渣排出闭锁料斗出口阀22，能够将以加压状态贮存在炉渣接收部51d内的炉渣向大气侧排出。
通过悬挂件52将旋风分离器主体50从压力容器51悬吊起，因此能够通过起重机的吊具60将旋风分离器主体50容易地向压力容器51外卸下。
炉渣排出管线7的下游端7a以能够插入脱离的方式插入压力容器51 以及旋风分离器主体50，因此在将旋风分离器主体50从压力容器51卸下时，通过将炉渣排出管线7的下游端7a从旋风分离器主体50拔出，能够容易地从旋风分离器主体50分离炉渣排出管线7。
另外，能够将炉渣排出管线7从压力容器51的外侧插入，因此组装时的操作性得到提高。
并且，采用在压力容器51的外侧通过连接用凸缘7b、51b密封的结构，因此能够在压力容器51的外侧同时进行组装和密封，作业性得到进一步提高。
在上述的实施方式中，对应用于煤气化复合发电设备的炉渣旋风分离器9进行了说明，但也可以用于煤气化复合发电设备10以外的设备，例如可以用于化学设备的炉渣旋风分离器9。
另外，在上述的实施方式中，使用煤作为燃料，但即便是高品质炭或低品质炭也能够应用，另外，不局限于煤，也可以是来源于可再生的生物的作为有机资源而使用的生物质，例如，也能够使用薄木片、废木、浮木、草类、废料、污泥、轮胎以及以此作为原料的再利用燃料(燃料颗粒或碎屑)等。
本实施方式对塔型气化炉进行了说明，但气化炉在交叉型气化炉中也同样能够实施。
附图标记说明
3 气化炉
3a 内侧容器(气化炉壁)
3b 外侧容器(气化炉压力容器)
3c 燃烧室
3d 减压室
5 炉渣料斗
7 炉渣排出管线(混合流体输送配管)
7a 下游端
7b 连接用凸缘
9 炉渣旋风分离器
11 炉渣旋风分离器入口阀
13 注水管线
15 炉渣料斗注水阀
17 过滤器
19 注水泵
20 炉渣旋风分离器出口阀(加压侧开闭阀)
21 炉渣排出闭锁料斗
22 炉渣排出闭锁料斗出口阀(大气压侧开闭阀)
23 分配器
25 脱水槽
39 炉渣取水口
40 放水口
50 旋风分离器主体
50a 筒部
50b 锥形部
50c 上端
50d 开口部(炉渣排出口)
50e 凸耳
51 压力容器
51a 连接用管
51b 连接用凸缘
51c 上部盖体
51d 炉渣接收部
51e 检修孔部
51f 凸耳
52 悬挂件
53 支承件
55 冷却水出口配管
56 耐磨材料
60 吊具
62 临时放置支架
G 设置面

Claims (11)

1.一种炉渣旋风分离器，其具备：
旋风分离器主体，其将被加压了的炉渣与液体的混合流体引导至内部，且将炉渣从液体离心分离；
压力容器，其收容该旋风分离器主体；
连接用管，其设于所述压力容器；
第一凸缘，其设于所述连接用管的端部；
混合流体输送配管，其将所述混合流体向所述旋风分离器主体引导；以及
第二凸缘，其设于所述混合流体输送配管，
在所述旋风分离器主体的铅垂下方设置的炉渣排出口在所述压力容器内开口，
所述混合流体输送配管能够从所述压力容器的外侧相对于所述压力容器及所述旋风分离器主体插入脱离，
在所述混合流体输送配管相对于所述压力容器及所述旋风分离器主体插入的状态下，将所述第一凸缘和所述第二凸缘连接，从而所述混合流体输送配管被相对于所述压力容器以液密状态密封，
在所述旋风分离器主体的内周面设置有耐磨材料，
所述耐磨材料设置成越接近所述炉渣排出口越厚。
2.根据权利要求1所述的炉渣旋风分离器，其中，
在所述压力容器内，在所述旋风分离器主体的所述炉渣排出口的铅垂下方设置有暂时贮存炉渣的炉渣接收部。
3.根据权利要求2所述的炉渣旋风分离器，其中，
所述炉渣旋风分离器具备：
炉渣排出闭锁料斗，其在所述压力容器的下方接收来自所述炉渣接收部的炉渣；
加压侧开闭阀，其设置在该炉渣排出闭锁料斗与所述炉渣接收部之间；以及
大气压侧开闭阀，其设置在所述炉渣排出闭锁料斗与大气压侧搬出目标位置之间。
4.根据权利要求1或2所述的炉渣旋风分离器，其中，
所述旋风分离器主体借助多个悬挂件而被相对于所述压力容器悬吊支承。
5.根据权利要求4所述的炉渣旋风分离器，其中，
在所述旋风分离器主体与所述压力容器之间设置有限定该旋风分离器主体的水平方向位置的支承件。
6.根据权利要求1或2所述的炉渣旋风分离器，其中，
所述第二凸缘固定于所述混合流体输送配管的下游端附近的上游侧。
7.根据权利要求1或2所述的炉渣旋风分离器，其中，
所述连接用管以覆盖所述混合流体输送配管的外周的方式设于所述压力容器的侧部。
8.一种气化设备，其具备：
气化炉装置，其通过使含碳固体燃料燃烧、气化来生成生成气体；以及
权利要求1至7中任一项所述的炉渣旋风分离器，其将由该气化炉装置生成的炉渣从液体离心分离。
9.一种气化复合发电设备，其具备：
气化炉装置，其通过使含碳固体燃料燃烧、气化来生成生成气体；
权利要求1至7中任一项所述的炉渣旋风分离器，其将由该气化炉装置生成的炉渣从液体离心分离；
燃气轮机，其通过使由所述气化炉装置生成的所述生成气体的至少一部分燃烧而被驱动旋转；
蒸汽轮机，其通过包括由将从所述燃气轮机排出的涡轮废气导入的废热回收锅炉生成的蒸汽在内的蒸汽而被驱动旋转；以及
发电机，其与所述燃气轮机及所述蒸汽轮机连结。
10.一种炉渣旋风分离器的运转方法，其为权利要求1至7中任一项所述的炉渣旋风分离器的运转方法，其中，
向收容于压力容器内的旋风分离器主体内导入被加压了的炉渣与液体的混合流体并进行离心分离，
从所述旋风分离器主体的炉渣排出口将离心分离出的炉渣向所述压力容器内排出。
11.一种炉渣旋风分离器的维护方法，其为权利要求1至7中任一项所述的炉渣旋风分离器的维护方法，
所述炉渣旋风分离器的维护方法具有：
开放所述压力容器的铅垂上方的工序；
通过吊具悬吊所述旋风分离器主体的工序；以及
将通过所述吊具悬吊的所述旋风分离器主体向所述压力容器的外部取出的工序。
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