CN109416177B - 炉壁、气化炉设备及气化复合发电设备以及炉壁的制造方法 - Google Patents

炉壁、气化炉设备及气化复合发电设备以及炉壁的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能使用所有周壁管来构成流路直径比其他区域小的喉部的炉壁。所述炉壁具备：多个周壁管(142)，配置为在单向排列的状态下形成圆筒形，供冷却水在内部流通；以及翅片(140)，将相邻的周壁管(142)之间气密地连接。在圆筒形的横截面的直径与其他区域相比减小的喉部处，各周壁管(142)彼此接触地配置，并且在圆筒形的内周侧设有所述翅片(140)。

Description

炉壁、气化炉设备及气化复合发电设备以及炉壁的制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用在内部流通冷却介质的配管而构成的炉壁、气化炉设备及气化复合发电设备以及炉壁的制造方法。
背景技术
锅炉、气化炉等的炉壁采用由在内部流通水等冷却介质的多个周壁管(配管)而形成的水冷壁构造(专利文献1以及2)。在相邻的周壁管之间配置翅片(连接部)，由此构成气密的炉壁。
例如，气化炉具备：燃烧室(combustor)部，使将煤粉碎后的煤粉(含碳的固体燃料)高温燃烧；以及减压室(reductor)部，配置于燃烧室部的燃烧气体的下游侧，使煤粉等部分燃烧并且气化。减压室部的气体温度比燃烧室部低，因此，在燃烧室部与减压室部之间设有具备喉部的扩散室(diffuser)部，以免减压室部的气体向燃烧室部流入。通过喉部使气体的流路截面减小，使从燃烧室部导出的燃烧气体流速上升，由此减压室部的气体不会流入燃烧室部。
喉部的直径(喉径)设定为规定的直径，用于使气体流速和气流分布最佳化。具体而言，喉径根据投入至燃烧室部的煤粉量来确定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭61-175705号公报
专利文献2：日本特开平7-217854号公报
发明内容
发明要解决的问题
在由多个周壁管构成具有喉部的扩散室部的情况下，存在以下问题。
根据冷却水的流量和流速来确定周壁管的内径，以便对于由煤粉投入量确定的热负荷得到作为冷却壁所需的热交换量。由此，也确定了周壁管的外径，因此，在通过连续配置周壁管和翅片的炉壁实现所希望的喉径时，周壁管的配置产生限制。
例如，即使想要在实现所希望的喉径的同一半径上配置各周壁管，由于使用具有所需内径的周壁管的外径与其数量的限制，有时难以在同一半径上配置所有周壁管。在这种情况下，如图11A、图11B所示，有时将一部分的周壁管142向喉部的外周侧卸下而由剩余的周壁管142构成喉部(所谓的间隔剔除构造)。这样，在将一部分的周壁管142间隔剔除时，产生以不同于其他周壁管142的角度弯曲的工序，而使制造及维护变得繁琐。
此外，如图11A、图11B这样，当采用间隔剔除构造时，在间隔剔除了周壁管142的附近处，周壁管142之间的距离增大而翅片140的区域变宽(参照图11B)。与在炉壁的流路截面的直径比喉部大、不进行间隔剔除周壁管142的区域(例如，接近燃烧室部、减压室部的区域)处的周壁管142彼此之间的翅片140相比，在区域变宽的翅片140处，与周壁管142的传热进行得不充分，恐怕会导致翅片140的温度上升，耐久性降低。
本发明是鉴于这样的问题而作出的，其目的在于，提供能使用所有周壁管(配管)来构成流路截面的流路直径比其他区域小的喉部的炉壁、气化炉设备及气化复合发电设备以及炉壁的制造方法。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的炉壁、气化炉设备及气化复合发电设备以及炉壁的制造方法采用以下的方案。
即，本发明的炉壁的特征在于，具备：多个配管，配置为在单向排列的状态下形成圆筒形，供冷却介质在内部流通；以及连接部，将相邻的所述配管之间气密地连接，在所述圆筒形的横截面的直径与其他区域相比减小的喉部处，各所述配管彼此在接触部接触地配置，并且在所述接触部的所述圆筒形的内周侧设有作为所述连接部的内周侧连接部。
对于形成为圆筒形的炉壁的横截面的直径而言，与在邻接的配管之间设有连接部的其他区域相比，在炉壁的横截面的直径被缩小的喉部处，使配管彼此在接触部接触地进行配置，由此使圆筒形的横截面的直径减小。由此，能避免将构成炉壁的配管的一部分向外侧卸下而构成圆筒形，能使用构成炉壁的所有配管来构成喉部。在将一部分的配管间隔剔除时，不需要将配管以不同于其他配管的角度弯曲的工序，因此易于制造及维护。
当采用间隔剔除构造时，在间隔剔除了配管的附近处，配管间的距离增大，连接部的区域变宽。在区域变宽的连接部中，与配管的传热进行得不充分，连接部的温度上升，耐久性降低。在本发明中，由于使配管彼此接触来避免间隔剔除构造，因此能防止连接部的耐久性降低。
由于在形成为圆筒形的炉壁的接触部的内周侧设置连接部，因此能使配管间的密封可靠，以免向连接部导入炉内气体，并且能使强度提高。
在炉壁的气体的流路截面的直径比喉部大的区域处，可以在使配管彼此分离而不使配管彼此接触的状态下，经由连接部连接于其间。
本发明的炉壁的特征在于，所述内周侧连接部具备沿所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件。
由于沿配管的长尺寸方向设置棒状构件，因此在焊接时能在配管间的狭窄区域形成坡口。能使棒状构件作为将配管间密封的密封杆发挥功能。
本发明的炉壁的特征在于，在所述喉部的区域，在所述接触部的所述圆筒形的外周侧设有作为所述连接部的外周侧连接部。
在喉部的区域中，除了设于接触部的圆筒形的内周侧的内周侧连接部以外，在接触部的外周侧也设有外周侧连接部。由此，能使密封性及强度提高。
本发明的炉壁的特征在于，在所述外周侧连接部设有遍及所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件，在所述内周侧连接部设有遍及所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件，所述内周侧连接部的所述棒状构件与所述外周侧连接部的所述棒状构件以在端部折回的状态相互连接，在所述外周侧连接部的所述棒状构件设有切断部。
通过在内周侧及外周侧设有棒状构件，能使密封性能提高。
通过在棒状构件设置至少一个切断部，能进行排气，以便防止将气体封闭在由内周侧及外周侧的棒状构件包围的空间内，而导致该空间内的压力过度上升。通过在外周侧设有切断部，防止炉内气体侵入配管彼此的接触部。
本发明的炉壁的特征在于，在所述配管的至少一部分，在所述配管彼此接触的所述接触部形成有将外表面切口而形成的平面形状部。
将配管的外表面切口而形成平面形状部，使该平面形状部接触来连接配管彼此。由此，能缩短相邻配管的中心间距离，进一步减小喉部的直径(喉径)。这样的构成适合于通过不切口配管的外表面而仅使配管彼此接触，无法减小至所希望的喉径的情况。
本发明的炉壁的特征在于，所述圆筒形的横截面且各所述配管的中心配置于与所述喉部的所述圆筒形中心位置距离相同的半径位置。
通过将各配管的中心配置于喉部中相同的半径位置，能以同样的位置和同样的弯曲角度进行各配管的管弯曲，能易于制造大量的配管，并且在组合进行焊接连接时，也易于制造喉部。
本发明的炉壁的特征在于，所述圆筒形的横截面且各所述配管的中心配置于与所述喉部的所述圆筒形中心位置距离不同的半径位置。
通过将各配管的中心配置于喉部中不同的半径位置，与配置于相同的半径位置的情况相比，能减小喉部的半径。特别是，适合于即使将所有的配管彼此直接接触来配置于相同的半径上，也无法得到所希望的喉径的情况。
例如，交替地改变相邻的配管的半径位置，采用两种半径位置。由此，能将管弯曲限定于两种，因此较容易地进行配管的弯曲制造和对喉部的制造。在采用两种半径位置的情况下，优选使这些半径的平均值相当于所希望的喉径。
本发明的气化炉设备的特征在于，通过使含碳的固体燃料燃烧/气化而生成出生成气体，其中，所述气化炉设备具备上述任一项所述的炉壁，所述生成气体在所述圆筒形的内侧内部通过。
本发明的气化复合发电设备的特征在于，具备：上述气化炉设备，通过使含碳的固体燃料燃烧/气化而生成出生成气体；燃气轮机，通过使由所述气化炉设备生成的所述生成气体的至少一部分燃烧而旋转驱动；蒸汽轮机，通过包含由导入从所述燃气轮机排出的涡轮废气的废热回收锅炉生成的蒸汽的蒸汽而旋转驱动；以及发电机，与所述燃气轮机及所述蒸汽轮机连结。
本发明的炉壁的制造方法的特征在于，具有：将供冷却介质在内部流通的多个配管配置为在单向排列的状态下形成圆筒形的工序；以及设置将相邻的所述配管之间气密地连接的连接部的工序，在所述圆筒形的横截面的直径与其他区域相比减小的喉部处，使各所述配管彼此在接触部接触地进行配置，并且在所述接触部的所述圆筒形的内周侧设置所述连接部。有益效果
在流路截面的直径比其他区域小的喉部处，通过使配管彼此接触地配置，可以使用所有配管来构成喉部。由此，易于炉壁的制造及维护。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的煤气化复合发电设备的概略构成图。
图2是表示图1的气化装置的概略构成图。
图3是表示图2的气化装置的炉壁的概略构成的横截面图。
图4是表示炉壁的喉部周围的侧视图。
图5是表示喉部周围的炉壁的局部放大纵剖面图。
图6是表示远离喉部的位置处的炉壁的局部放大横截面图。
图7是表示喉部处的炉壁的局部放大横截面图。
图8是表示磨削图7的周壁管的外表面后得到的平面形状部的局部放大横截面图。
图9A是表示密封杆的配置的、炉壁的纵剖面图。
图9B是表示密封杆的配置的、从内周侧观察炉壁的主视图。
图10是表示本发明的第二实施方式的喉部处的炉壁的局部放大横截面图。
图11A是表示周壁管的间隔剔除构造的、炉壁的纵剖面图。
图11B是表示周壁管的间隔剔除构造的、从内周侧观察炉壁的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[第一实施方式]
以下，对本发明的第一实施方式进行说明。
应用气化炉设备14的煤气化复合发电设备(IGCC：Integrated GasificationCombined Cycle：整体煤气化联合循环)10使用空气作为氧化剂，并采用空气燃烧方式，该空气燃烧方式在气化炉设备14中由燃料生成出生成气体。在煤气化复合发电设备10中，将在气化炉设备14生成的生成气体通过气体纯化装置16进行纯化而制成燃料气体之后，供给至燃气轮机17来进行发电。即，本实施方式的煤气化复合发电设备10为空气燃烧方式(吹出空气)的发电设备。使用将煤等含碳的固体燃料通过磨煤机粉碎后的煤粉(pulverizedcoal)作为供给至气化炉设备14的燃料。
如图1所示，煤气化复合发电设备(气化复合发电设备)10具备：供煤装置11、气化炉设备14、碳(char)回收装置15、气体纯化装置16、燃气轮机17、蒸汽轮机18、发电机19、废热回收锅炉(HRSG：Heat Recovery Steam Generator：热回收蒸汽发生器)20。
供煤装置11供给作为原煤的煤，通过磨煤机(省略图示)等进行粉碎，由此制造粉碎成细颗粒状的煤粉。由供煤装置11制造的煤粉通过由后述的空气分离装置42供给的作为输送用惰性气体的氮气，朝向气化炉设备14供给。
气化炉设备14被供给由供煤装置11制造的煤粉，并且返回由碳回收装置15回收的碳(煤的未反应成分以及灰分)而可再利用地供给。惰性气体是指，含氧率为约5体积％以下的惰性气体，以氮气、二氧化碳气体、氩气等为代表例，但不一定限制在约5％以下。
来自燃气轮机17(压缩机61)的压缩空气供给管线41连接到气化炉设备14，由燃气轮机17压缩后的压缩空气的一部分通过升压器68升压至规定压力而能供给至气化炉设备14。空气分离装置42从大气中的空气分离生成氮气和氧气，空气分离装置42与气化炉设备14通过第一氮气供给管线43连接。来自供煤装置11的供煤管线11a连接到该第一氮气供给管线43。从第一氮气供给管线43分支出的第二氮气供给管线45也连接到气化炉设备14，来自碳回收装置15的碳回流管线46连接到该第二氮气供给管线45。空气分离装置42通过氧气供给管线47与压缩空气供给管线41连接。由空气分离装置42分离出的氮气在第一氮气供给管线43以及第二氮气供给管线45中流通，由此用作煤、碳的输送用气体。由空气分离装置42分离出的氧气在氧气供给管线47以及压缩空气供给管线41中流通，由此在气化炉设备14中用作氧化剂。
气化炉设备14例如具有二级喷流床形式的气化炉101(参照图2)。气化炉设备14通过氧化剂(空气、氧气)使供给至内部的煤粉及碳部分燃烧而气化，由此生成出生成气体。在气化炉设备14设有排出炉渣(slag)的炉渣排出装置48。朝向碳回收装置15供给生成气体的气体生成管线49连接到该气化炉设备14，能排出含碳的生成气体。在该情况下，如图2所示，也可以通过在气体生成管线49设置合成气冷却器102(气体冷却器)，将生成气体冷却至规定温度后，供给至碳回收装置15。
碳回收装置15具有集尘装置51和供给料斗52。在该情况下，集尘装置51由一个或多个多孔过滤器(porous filter)、旋风除尘器(cyclone)构成，能分离由气化炉设备14生成的生成气体中含有的碳。分离出碳的生成气体通过气体排出管线53而输送至气体纯化装置16。供给料斗52贮存通过集尘装置51从生成气体分离出的碳。可以构成为：在集尘装置51与供给料斗52之间配置贮料仓(bin)，将多个供给料斗52与该贮料仓连接。来自供给料斗52的碳回流管线46与第二氮气供给管线45连接。
气体纯化装置16通过对由碳回收装置15分离出碳的生成气体去除硫化合物、氮化合物等杂质，来进行气体纯化。气体纯化装置16纯化生成气体来制造燃料气体，并将其供给至燃气轮机17。由于在分离出碳的生成气体中仍含有硫成分(H2S等)，因此在该气体纯化装置16中，通过胺吸收液来去除回收硫成分而有效利用。
燃气轮机17具有压缩机61、燃烧器62以及涡轮63，压缩机61与涡轮63通过旋转轴64连结。来自压缩机61的压缩空气供给管线65连接到燃烧器62，并且来自气体纯化装置16的燃料气体供给管线66连接到燃烧器62，朝向涡轮63延伸的燃烧气体供给管线67也连接到燃烧器62。在燃气轮机17设有从压缩机61向气化炉设备14延伸的压缩空气供给管线41，在中途部设有升压器68。因此，在燃烧器62中，使从压缩机61供给的压缩空气与从气体纯化装置16供给的燃料气体的至少一部分混合燃烧，由此产生燃烧气体，并将产生的燃烧气体朝向涡轮63供给。涡轮63通过供给的燃烧气体使旋转轴64旋转驱动，由此旋转驱动发电机19。
蒸汽轮机18具有与燃气轮机17的旋转轴64连结的涡轮69，发电机19与该旋转轴64的基端部连结。废热回收锅炉20连接有来自燃气轮机17(涡轮63)的废气管线70，通过在供水与废气之间进行热交换而产生蒸汽。在废热回收锅炉20与蒸汽轮机18的涡轮69之间设有蒸汽供给管线71并且设有蒸汽回收管线72，在蒸汽回收管线72设有冷凝器73。由废热回收锅炉20生成的蒸汽可以包含将通过气化炉101的合成气冷却器102与生成气体进行热交换而生成的蒸汽通过废热回收锅炉20进一步进行热交换的蒸汽。因此，在蒸汽轮机18中，通过从废热回收锅炉20供给的蒸汽来旋转驱动涡轮69，使旋转轴64旋转，由此旋转驱动发电机19。
从废热回收锅炉20出口至烟囱75具备气体净化装置74。
接着，对上述煤气化复合发电设备10的动作进行说明。
在本实施方式的煤气化复合发电设备10中，当向供煤装置11供给原煤(煤)时，煤在供煤装置11中，被粉碎为细颗粒状而成为煤粉。由供煤装置11制造的煤粉通过从空气分离装置42供给的氮气而在第一氮气供给管线43中流通，并供给至气化炉设备14。由后述的碳回收装置15回收的碳通过从空气分离装置42供给的氮气而在第二氮气供给管线45中流通，并供给至气化炉设备14。从后述的燃气轮机17抽出的压缩空气通过升压器68升压后，与从空气分离装置42供给的氧气一同通过压缩空气供给管线41而供给至气化炉设备14。
在气化炉设备14中，供给的煤粉及碳利用压缩空气(氧气)而燃烧，通过煤粉及碳气化而生成出生成气体。该生成气体从气化炉设备14通过气体生成管线49而被排出，输送至碳回收装置15。
在碳回收装置15中，生成气体首先供给至集尘装置51，由此生成气体中含有的微粒碳被分离。分离出碳的生成气体通过气体排出管线53而输送至气体纯化装置16。另一方面，从生成气体分离出的微粒碳堆积在供给料斗52，通过碳回流管线46而返回至气化炉设备14进行循环利用。
通过碳回收装置15分离出碳的生成气体通过气体纯化装置16被去除硫化合物、氮化合物等杂质而被气体纯化，制造出燃料气体。压缩机61生成压缩空气而供给至燃烧器62。该燃烧器62将从压缩机61供给的压缩空气与从气体纯化装置16供给的燃料气体混合燃烧来生成燃烧气体。能通过该燃烧气体来旋转驱动涡轮63，由此经由旋转轴64而旋转驱动发电机19来进行发电。这样，燃气轮机17能进行发电。
然后，废热回收锅炉20通过从燃气轮机17的涡轮63排出的废气与供水进行热交换而生成蒸汽，将该生成的蒸汽供给至蒸汽轮机18。在蒸汽轮机18中，能通过从废热回收锅炉20供给的蒸汽来驱动涡轮69，由此经由旋转轴64旋转驱动发电机19而进行发电。燃气轮机17和蒸汽轮机18可以不作为同一轴来旋转驱动一个发电机19，也可以作为不同的轴来旋转驱动多个发电机19。
之后，在气体净化装置74中，去除从废热回收锅炉20排出的废气的有害物质，从烟囱75向大气排出净化后的废气。
接着，参照图1及图2，对上述煤气化复合发电设备10的气化炉设备14进行详细说明。
如图2所示，气化炉设备14具备气化炉101和合成气冷却器102。
气化炉101在铅垂方向延伸地形成，向铅垂方向的下方侧供给煤粉及氧气，使其部分燃烧而气化的生成气体从铅垂方向的下方侧朝向上方侧流通。气化炉101具有压力容器110和设于压力容器110的内部的气化炉壁(炉壁)111。气化炉101在压力容器110与气化炉壁111之间的空间形成环隙(annulus)部115。气化炉101在气化炉壁111的内部空间中，从铅垂方向的下方侧(就是说，生成气体的流通方向的上游侧)依次形成燃烧室部116、扩散室部117、减压室部118。
压力容器110形成内部为中空空间的筒形状，在上端部形成有气体排出口121，另一方面在下端部(底部)形成有炉渣料斗122。气化炉壁111形成内部为中空空间的筒形状，其壁面与压力容器110的内表面对置地设置。在本实施方式中，压力容器110为圆筒形状，气化炉壁111的扩散室部117也形成为圆筒形状。气化炉壁111通过未图示的支承构件，与压力容器110内表面连结。
气化炉壁111将压力容器110的内部分离为内部空间154和外部空间156。气化炉壁111在以下说明，横截面形状采用通过燃烧室部116与减压室部118之间的扩散室部117变化的形状。为铅垂上方侧的气化炉壁111的上端部与压力容器110的气体排出口121连接，为铅垂下方侧的气化炉壁111的下端部与压力容器110的底部空出间隙地设置。在形成于压力容器110的底部的炉渣料斗122中储存有贮存水，气化炉壁111的下端部浸入贮存水中，由此将气化炉壁111的内外密封。在气化炉壁111中，插入有烧嘴126、127，在内部空间154配置有合成气冷却器102。针对气化炉壁111的构造，在以下说明。
环隙部115为形成于压力容器110的内侧与气化炉壁111的外侧的空间，即外部空间156，由空气分离装置42分离出的作为惰性气体的氮气通过未图示的氮气供给管线来供给。因此，环隙部115为充满氮气的空间。在该环隙部115的铅垂方向的上部附近设有用于使气化炉101内均压的、未图示的炉内均压管。炉内均压管连通气化炉壁111的内外地设置，以使气化炉壁111的内部(燃烧室部116、扩散室部117及减压室部118)与外部(环隙部115)的压力差为规定压力以内的方式大致均压。
燃烧室部116为使煤粉及碳与空气部分燃烧的空间，在燃烧室部116的气化炉壁111中，配置有由多个烧嘴126构成的燃烧装置。由燃烧室部116将煤粉及碳的一部分燃烧后的高温的燃烧气体通过扩散室部117而流入减压室部118。
减压室部118为维持在气化反应所需的高温状态，向来自燃烧室部116的燃烧气体供给煤粉而使其部分燃烧，将煤粉分解为挥发成分(一氧化碳、氢气、低级烃等)并且气化而生成出生成气体的空间，在减压室部118的气化炉壁111中，配置有由多个烧嘴127构成的燃烧装置。
合成气冷却器102设置于气化炉壁111的内部，并且设置于减压室部118的烧嘴127的铅垂方向的上方侧。合成气冷却器102为热交换器，从气化炉壁111的铅垂方向的下方侧(生成气体的流通方向的上游侧)依次配置有蒸发器(evaporator)131、过热器(superheater)132、省煤器(economizer)134。这些合成气冷却器102通过与在减压室部118中生成的生成气体进行热交换来冷却生成气体。蒸发器(evaporator)131、过热器(superheater)132、省煤器(economizer)134并不限定于附图中记载的该数量。
对上述的气化炉设备14的动作进行说明。
在气化炉设备14的气化炉101中，通过减压室部118的烧嘴127投入氮气和煤粉而点火，并且通过燃烧室部116的烧嘴126投入煤粉及碳和压缩空气(氧气)而点火。于是，在燃烧室部116中，通过煤粉和碳的燃烧而产生高温燃烧气体。在燃烧室部116中，通过煤粉和碳的燃烧而在高温气体中生成熔融炉渣，该熔融炉渣附着于气化炉壁111，并且向炉底落下，最终向炉渣料斗122内的蓄水排出。在燃烧室部116产生的高温燃烧气体通过扩散室部117而上升至减压室部118。在该减压室部118中，维持在气化反应所需的高温状态，煤粉与高温燃烧气体混合，在高温的还原气氛中使煤粉部分燃烧而进行气化反应，生成出生成气体。气化后的生成气体从铅垂方向的下方侧朝向上方侧流通。
接着，对气化炉壁111进行详细说明。
在图3中，概略地示出气化炉设备14的气化炉壁111的扩散室部117的横截面。
气化炉壁111的扩散室部117的横截面采用圆筒形状，具备：多个周壁管142；以及设于各周壁管142间的翅片(连接部)140。
如图2所示，气化炉设备14具有使制冷剂(供水、蒸汽等作为冷却水)循环至周壁管142的冷却水循环机构143。冷却水循环机构143具有：循环路径144、泵148、入口集管150、出口集管152。循环路径144经由入口集管150和出口集管152而与多个周壁管142的两端连接。多个周壁管142的下端部汇集于入口集管150，上端部汇集于集管出口集管152。将多个周壁管142遍及气化炉101整个区域地沿铅垂方向设置，既不用切割一部分的周壁管142，又不用增加其他配管，相同周壁管142沿铅垂方向上下延伸，在周向上并排设置，由此形成气化炉101的炉壁。在循环路径144中设有冷却装置146和泵148。
也可以在循环路径144设置冷却装置146。冷却装置146通过热交换等对通过周壁管142而温度上升的冷却水进行冷却。冷却装置146例如可以为蒸汽发生装置。来自外部的供水管(未图示)的一部分通过泵148向入口集管150供给，另一部分向省煤器134供给。汽鼓(steam drum，未图示)与出口集管152连结，并且通过未图示的配管分别与蒸发器131的传热管、过热器132的传热管、省煤器134的传热管连结，通过与在减压室部118中生成的生成气体进行热交换而从供水产生蒸汽。产生的蒸汽通过蒸汽排出管(未图示)与由废热回收锅炉20产生的蒸汽一同连结到蒸汽轮机18。生成气体通过进行热交换而被冷却，从压力容器110的上端部的气体排出口121排出。
在图4中，示出扩散室部117周围的侧视图。在扩散室部117中，设有流路截面的直径最小的喉部117a。从燃烧室部116导出的燃烧气体的流速通过该喉部117a而增大。在本实施方式中，喉部117a的气化炉壁111的直径即喉径D为燃烧室部116的直径的约0.7～0.9倍。
在图5中，示出喉部117a周围的周壁管142的纵剖面图的一部分。在同一图中，周壁管142的右侧表示气化炉壁111的内周侧，左侧表示气化炉壁111的外周侧外。
在图6中，记载了在远离喉部117a的气化炉壁111的气体的流路截面中，气化炉壁111的直径比喉部117a大的区域(例如接近燃烧室部116、减压室部118的区域)处的周壁管142彼此的配置情况，例如示出在流路直径朝向喉部117a逐渐减小前的区域即切割面S1-S1(参照图5)处的气化炉壁111的周壁管142周围的横截面图的一部分。在同一图中，代表性地示出了两个周壁管142。因此，实际上进一步连接设置有多个周壁管142。
作为将邻接的周壁管142之间气密地连接的连接部，在周壁管142之间配置有翅片140。翅片140配置于将各周壁管142的中心相连结的线上。翅片140具备：密封杆(棒状构件)140a；以及焊接部140b，以将密封杆140a夹在中间地填充与周壁管142之间的空间的方式堆焊。作为密封杆140a及焊接部140b的材质，可以使用耐腐蚀性高的镍基合金、含镍合金。作为镍基合金，例如可以使用INCONEL(注册商标)600、INCONEL(注册商标)622、INCONEL(注册商标)625、INCONEL(注册商标)690、HR-160、HASTELLOY X(商标)、Alloy72、Alloy72M等。
各周壁管142分别采用具有相同内径及相同外径的圆形截面，形成在由碳钢或含有1～2％左右的铬的合金碳钢制成的主体管142a的外周覆盖耐腐蚀性层142b的构造。作为碳钢或合金碳钢，例如可以使用STB510的碳钢、STBA23等1Cr钢、2Cr钢。耐腐蚀性层142b例如厚度设为几mm，也可以使用耐腐蚀性高的镍基合金、含镍合金。作为镍基合金，例如可以使用INCONEL(注册商标)600、INCONEL(注册商标)622、INCONEL(注册商标)625、INCONEL(注册商标)690、HR-160、HASTELLOY X(注册商标)、Alloy72、Alloy72M等。
在图7中，示出图5的切割面S2-S2处的喉部117a的气化炉壁111的周壁管142周围的横截面图的一部分。在同一图中，上侧表示气化炉壁111的内周侧，下侧表示气化炉壁111的外周侧。在同一图中，代表性地示出了两个周壁管142。因此，实际上进一步连接设置有多个周壁管142。
翅片140不设置于将各周壁管142的中心相连结的线上，而分别设置于周壁管142彼此接触的接触部CP的内周侧以及外周侧。
周壁管142的各个中心配置在相当于气化炉壁111的喉径D的位置。周壁管142彼此通过位于连结中心的线上的接触部CP而直接接触。
在图8中，示出周壁管142彼此接触的接触部CP的局部放大横截面图。如图8所示，设有将耐腐蚀性层142b的表面的一部分切口而形成的平面形状部142c。平面形状部142c通过在耐腐蚀性层142b的厚度范围内进行磨削而形成。例如，由于耐腐蚀性层142b的厚度为几mm，因此平面形状部142c通过以留下作为耐腐蚀性层142b所需量以上的方式进行磨削而形成，在平面形状部142c的周围的耐腐蚀性层142b处，以配置具有耐腐蚀性的翅片140来填充与邻接的周壁管142之间的空间的方式进行堆焊。因此，即使切口耐腐蚀性层142b的表面的一部分而设置平面形状部142c，也能维持周壁管142的耐腐蚀性。平面形状部142c遍及周壁管142的长尺寸方向地形成。不过，如图6所示，在气化炉壁111的流路截面的直径增大而不需要使周壁管142彼此接触的区域中，由于为周壁管142彼此分离的配置，因此在这样的区域中，省略平面形状部142c。
在图9A、图9B中，示出如图6所示的在周壁管142之间仅设置一根密封杆140a的区域与如图7所示的在内周侧及外周侧设置两根密封杆140a的区域的连接构造。图9A为从气化炉壁111的圆周方向观察周壁管142的纵剖面图，图9B为从气化炉壁111的内周侧观察周壁管142的主视图。
如图9A所示，在气化炉壁111的流路截面的直径朝向喉部117a逐渐减小的区域处，密封杆140a在一端(纸面的上端)140c折回成U形，由此，使密封杆140a配置于内周侧及外周侧。虽然未图示，但在另一端(纸面的下端)处，密封杆140a也被折回。在这样被折回的密封杆140a的至少一处，设有切断部140d。切断部140d设置于气化炉壁111的外周侧，以免内部空间154的腐蚀性气体进入。通过这样设置切断部140d，能进行排气，以便防止将气体封闭在由内周侧及外周侧的密封杆140a包围的空间内，导致该空间内的气体压力过度上升。
在密封杆140a被折回的一端140c(纸面的上端)，与设为一根的上方的密封杆140a的下端通过焊接而固定。在未图示的下端的折回部，也同样采用这样的焊接构造。
根据本实施方式，实现以下的作用效果。
在形成为圆筒形的气化炉壁111的流路的横截面的直径比其他区域小的喉部117a处，通过使周壁管142彼此接触地配置来减小圆筒形的横截面的直径。由此，能避免将构成气化炉壁111的周壁管142的一部分向外侧卸下来构成圆筒形(所谓间隔剔除构造：参照图11A、图11B)，能使用构成气化炉壁111的所有周壁管142来构成喉部117a。在将一部分的周壁管142间隔剔除时，不需要将周壁管142以不同于其他周壁管142的位置和不同的角度弯曲的工序，因此易于制造大量的周壁管142，并且即使在组合周壁管142来进行焊接连接时，也易于进行喉部117a的制造及维护。
当采用间隔剔除构造时，与在气化炉壁111的流路截面的直径比喉部117a大且不间隔剔除周壁管142的区域(例如，接近燃烧室部116、减压室部118的区域)处的周壁管142彼此之间的翅片140相比，在间隔剔除了周壁管142的附近处，周壁管142间的距离增大而翅片140的区域变宽(参照图11B)。在区域变宽的翅片140中，与周壁管142的传热进行得不充分，周壁管142的温度上升，耐久性降低。在本实施方式中，由于使周壁管142彼此接触来避免间隔剔除构造，因此能防止翅片140的耐久性降低。
由于在形成为圆筒形的气化炉壁111的内周侧设置翅片140，因此能使周壁管142间的密封可靠，并且能使强度提高。
由于使用密封杆140a而易于进行焊接作业，并且使密封性提高，因此能避免炉内的腐蚀性气体与制成磨削面的平面形状部142c直接接触，能防止平面形状部142c的耐腐蚀性降低。
在包含喉部117a的流路截面的直径减小的区域处，除了在形成为圆筒形的气化炉壁111的内周侧设置的翅片140以外，也将翅片140设于外周侧。由此，能使气化炉壁111的密封性及强度进一步提高。
将至少一部分的周壁管142的外表面切口来形成平面形状部142c(参照图8)，使该平面形状部142c接触来将周壁管142彼此连接。由此，能缩短相邻的周壁管142的中心间距离，进一步减小喉部117a的直径。这样的构成适合于不切口周壁管142的外表面地仅使周壁管142彼此接触而无法减小至所希望的喉径D的情况。平面形状部142c优选设于所有周壁管142，但并不限定于此，也可以仅设于一部分的周壁管142。
通过将密封杆140a设于内周侧及外周侧，能使密封性能提高。
由于在密封杆140a的至少一部分设有切断部140d，因此能进行排气，以便防止将气体封闭在由内周侧及外周侧的密封杆140a包围的空间内，导致该空间内的气体压力过度上升。通过将切断部140d设于外周侧，能防止内部空间154的腐蚀性气体的侵入。
通过将各周壁管142的中心位置配置于与喉部117a处的流路的横截面的中心位置距离相同的半径位置，能同样地进行各周壁管142的管弯曲位置、弯曲角度，易于大量地制造周壁管142，能易于制造喉部117a。
在本实施方式中，在周壁管142彼此接触的位置设置平面形状部142c，但也可以在喉部117a的流路截面中能得到所希望的喉径D的情况下，采用仅使周壁管142彼此直接接触而不设置平面形状部142c的构成。
[第二实施方式]
接着，使用图10对本发明的第二实施方式进行说明。
在本实施方式中，周壁管142的配置与第一实施方式不同，但其他构成由于相同而省略其说明。
图10示出喉部117a处的流路的横截面。如图10所示，从气化炉壁111的流路的横截面的中心位置起，周壁管142配置在与相邻的周壁管142不同的半径位置。具体而言，在一方的周壁管142组中，每隔一个配置于比喉径D小的直径D1上。在剩余另一方的周壁管142组中，每隔一个配置于比喉径D大的直径D2上。
喉径D与直径D1、D2的关系由下式表示。
D＝(D1+D2)/2
即，以直径D1及直径D2的平均值为喉径D的方式配置各周壁管142。
根据本实施方式，实现以下的作用效果。
与将所有周壁管142配置于与喉部117a处的流路的横截面的中心位置距离相同的半径位置的情况相比，通过将各周壁管142的中心配置于与喉部117a处的流路的横截面的中心位置距离不同的半径位置，能进一步减小喉径D。例如，在即使使所有周壁管142彼此直接接触地配置于相同半径上，喉径D也会增大而无法得到所希望的喉径D的情况下，本实施方式是优选的。
交替地改变相邻的周壁管142距流路的横截面的中心位置的半径位置而采用两种半径位置。由此，由于周壁管142的管弯曲限定于两种，因此较容易地制造周壁管142。能较容易地选定所希望的喉径D，从而提高设计的自由度。
在本实施方式中，限定于距流路的横截面的中心位置的两种半径位置来配置周壁管142，但在尽管如此喉径D还是会增大而无法得到所希望的喉径D的情况下，也可以将周壁管142配置于三种以上的半径位置。虽然周壁管142的管弯曲需要三种以上，但在选定所希望的喉径D时，设计的自由度会进一步提高。
如第一实施方式那样，也可以在周壁管142彼此接触的位置设置平面形状部142c。
在上述第一实施方式及第二实施方式中，将煤气化复合发电设备作为一个例子示出，但本发明并不限定于此，也可以为不具备发电设备的化工厂用气化炉。并不限定于气化炉的炉壁，也可以用于采用水冷壁的锅炉的炉壁。
在上述各实施方式中，将煤作为燃料，但也可以为高品位煤、低品位煤等其他含碳的固体燃料，除了煤以外，也可以为可再生的源自生物的用作有机性资源的生物质能，例如也能使用间伐材、废材木、浮木、草类、废弃物、污泥、轮胎等以及将这些作为原料的回收燃料(颗粒、芯片)等。
在上述的各本实施方式中，作为气化炉101，对塔型气化炉进行了说明，但即使气化炉101为交换(crossover)型气化炉，也能通过以使气化炉101内的各设备的铅垂上下方向与生成气体的气流方向一致的方式进行置换，来同样地实施。
符号说明
10煤气化复合发电设备(气化复合发电设备)
11供煤装置
11a供煤管线
14气化炉设备
15碳回收装置
16气体纯化装置
17燃气轮机
18蒸汽轮机
19发电机
20废热回收锅炉
41、65压缩空气供给管线
42空气分离装置
43第一氮气供给管线
45第二氮气供给管线
46碳回流管线
47氧气供给管线
48炉渣排出装置
49气体生成管线
51集尘装置
52供给料斗
53气体排出管线
61压缩机
62燃烧器
63、69涡轮
64旋转轴
66燃料气体供给管线
67燃烧气体供给管线
68升压器
70废气管线
71蒸汽供给管线
72蒸汽回收管线
73冷凝器
74气体净化装置
75烟囱
101气化炉
102合成气冷却器
110压力容器
111气化炉壁(炉壁)
115环隙部
116燃烧室部
117扩散室部
117a喉部
118减压室部
121气体排出口
122炉渣料斗
126、127烧嘴
131蒸发器
132过热器
134省煤器
140翅片(连接部)
140a密封杆(棒状构件)
140b焊接部
140c一端
140d切断部
142周壁管
142a主体管
142b耐腐蚀性层
142c平面形状部
143冷却水循环机构
144循环路径
146冷却装置
148泵
150入口集管
152出口集管
154内部空间
156外部空间
CP接触部
D喉径

Claims (5)

1.一种炉壁，具备：
多个配管，配置为在单向排列的状态下形成圆筒形，供冷却介质在内部流通；以及
连接部，将相邻的所述配管之间气密地连接，
在所述圆筒形的横截面的直径与其他区域相比减小的喉部处，各所述配管彼此在接触部接触地配置，并且在所述接触部的所述圆筒形的内周侧设有作为所述连接部的内周侧连接部，
在所述喉部的区域，在所述接触部的所述圆筒形的外周侧设有作为所述连接部的外周侧连接部，
在所述外周侧连接部设有遍及所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件，
在所述内周侧连接部设有遍及所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件，
所述内周侧连接部的所述棒状构件与所述外周侧连接部的所述棒状构件以在端部折回的状态相互连接，
在所述外周侧连接部的所述棒状构件设有至少一个切断部。
2.根据权利要求1所述的炉壁，其中，
在所述喉部的所述圆筒形的同一横截面，各所述配管的中心配置于与所述喉部的所述圆筒形中心位置距离相同的半径位置。
3.一种气化炉设备，通过使含碳的固体燃料燃烧/气化而生成出生成气体，其中，
所述气化炉设备具备权利要求1或2所述的炉壁，
所述生成气体在所述圆筒形的内侧内部通过。
4.一种气化复合发电设备，具备：
权利要求3所述的气化炉设备，通过使含碳的固体燃料燃烧/气化而生成出生成气体；
燃气轮机，通过使由所述气化炉设备生成的所述生成气体的至少一部分燃烧而旋转驱动；
蒸汽轮机，通过包含由导入从所述燃气轮机排出的涡轮废气的废热回收锅炉生成的蒸汽的蒸汽而旋转驱动；以及
发电机，与所述燃气轮机及所述蒸汽轮机连结。
5.一种炉壁的制造方法，具有：
将供冷却介质在内部流通的多个配管配置为在单向排列的状态下形成圆筒形的工序；以及
设置将相邻的所述配管之间气密地连接的连接部的工序，
在所述圆筒形的横截面的直径与其他区域相比减小的喉部处，使各所述配管彼此在接触部接触地进行配置，并且在所述接触部的所述圆筒形的内周侧设置所述连接部，
在所述喉部的区域，在所述接触部的所述圆筒形的外周侧设置作为所述连接部的外周侧连接部，
在所述外周侧连接部设置遍及所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件，
在所述内周侧连接部设置遍及所述配管的长尺寸方向设置的棒状构件，
将所述内周侧连接部的所述棒状构件与所述外周侧连接部的所述棒状构件以在端部折回的状态相互连接，
在所述外周侧连接部的所述棒状构件设置至少一个切断部。
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