JP2001131564A - 粗製ガス冷却器 - Google Patents

粗製ガス冷却器

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JP2001131564A
JP2001131564A JP31708899A JP31708899A JP2001131564A JP 2001131564 A JP2001131564 A JP 2001131564A JP 31708899 A JP31708899 A JP 31708899A JP 31708899 A JP31708899 A JP 31708899A JP 2001131564 A JP2001131564 A JP 2001131564A
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JP
Japan
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crude gas
slag
cooler
heat transfer
cooling
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JP31708899A
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Keiichiro Hashimoto
敬一郎 橋本
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IHI Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

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  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粗ガスを輻射と対流の双方で、しかも1台で
冷却できる粗ガス冷却器を提供する。 【解決手段】 ガス化炉11で生成された粗ガスを導入
して冷却するための粗ガス冷却器において、冷却器本体
12内に、ガス化炉11からの粗ガス出口13に位置し
てロート状のスラグ分離管18を設け、そのスラグ分離
管18の下部に分離されたスラグを冷却器本体12底部
に形成したクエンチ部19に排出するスラグ冷却管20
を設け、冷却器本体12内周にスラグ分離管18で分離
された粗ガスを放射冷却する放射伝熱管壁16を形成
し、スラグ冷却管20と放射伝熱管壁16の間に対流伝
熱管群21を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス化炉で生成さ
れた粗製ガスを冷却する粗製ガス冷却器に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】石炭ガス化ガス複合発電においては、石
炭水スラリをガス化炉でガス化し、そのガス化ガスの粗
ガスを粗製ガス冷却器を通して冷却すると共に熱回収し
た後、粗ガスを精製し、これをガスタービンに供給して
発電する。
【0003】図3は、石炭ガス化ガス複合発電における
ガス化ガスの冷却までのフローを示したもので、石炭バ
ンカー50内の石炭が湿式ミル51で粉砕され、スラリ
貯槽52で石炭水スラリの濃度が調整されたのち、スラ
リポンプ53にて、スラリ予熱器54を通して予熱して
ガス化炉55の頂部のバーナ56に供給される。また空
気分離設備49から窒素と分離されて製造された酸素が
バーナ56に供給される。
【0004】ガス化炉55では、石炭水スラリが酸素で
部分酸化されながら水蒸気の存在下で還元されてガス化
反応が行われ、H2 ,CO等からなる粗ガスが生成され
る。
【0005】このガス化炉55で生成される粗ガスは、
約1400℃の高温であり、これをガス化炉55の下部
に設けた輻射型ガス冷却器57に導入して800〜90
0℃まで冷却し、同時に粗ガス中に含まれるスラグ分を
粗ガス流から分離し、輻射型ガス冷却器57の下部から
対流型ガス冷却器58に流し、粗ガスを300℃以下ま
で冷却した後、脱硫装置等のガス精製設備59に供給し
てガス精製を行った後ガスターンビンに供給するように
なっている。
【0006】なお、輻射型ガス冷却器57で粗ガス流と
分離されたスラグは、ロックホッパ60に導入され、そ
のロックホッパ60から灰処理装置61に移送され、ス
ラグとして回収される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この図3の祖ガスの冷
却は、ガス化炉55で発生する粗ガス温度が約1400
℃の高温であり、また粗ガス中には溶融スラグが含まれ
ているため、粗ガス流中に伝熱管を配置する対流型で
は、伝熱管にスラグが付着するため、ガス化炉55に直
接対流型冷却器を接続することはできない。従って、輻
射型ガス冷却器57と対流型ガス冷却器58の別置きの
冷却器が2台となりコストアップになると共に接続ダク
トでの灰詰まりの懸念もある。
【0008】そこで、図4に示す粗ガス冷却器62のよ
うにガス化炉55からの粗ガスを冷却器62の放射伝熱
管壁63で放射冷却して800℃まで冷却した後、冷却
器62の底部に形成した水クエンチチャンバ64にクエ
ンチして200℃まで冷却すると共に粗ガス中のスラグ
も分離することが提案されている。
【0009】このガス冷却器62は、1台の冷却器で、
200℃まで粗ガスを冷却できると共にスラグの分離も
良好なものとすることが可能となる。
【0010】しかしながら、水クエンチにより、粗ガス
中には水蒸気が混入するため、ガスタービンでの発電効
率が悪くなる問題があり、また冷却後の粗ガスから熱回
収して水蒸気を分離しようとしても、200℃の粗ガス
では、中低圧の蒸気しか発生させることができず、熱効
率が悪い問題がある。
【0011】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、粗ガスを輻射と対流の双方で、しかも1台で冷却で
きる粗ガス冷却器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、ガス化炉で生成された粗ガスを
導入して冷却するための粗ガス冷却器において、冷却器
本体内に、ガス化炉からの粗ガス出口に位置してロート
状のスラグ分離管を設け、そのスラグ分離管の下部に分
離されたスラグを冷却器本体底部に形成したクエンチ部
に排出するスラグ冷却管を設け、冷却器本体内周にスラ
グ分離管で分離された粗ガスを放射冷却する放射伝熱管
壁を形成し、スラグ冷却管と放射伝熱管壁の間に対流伝
熱管群を設けた粗製ガス冷却器である。
【0013】請求項2の発明は、放射伝熱管壁の下部
に、粗ガス流をクエンチ部にクエンチするロート状のク
エンチホッパを接続した請求項1記載の粗ガス冷却器で
ある。
【0014】請求項3の発明は、対流伝熱管群上部に、
傘状の保護板を設けた請求項1または2記載の粗製ガス
冷却器である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0016】先ず、図1(a)により本発明の粗製ガス
冷却器10の全体構成を説明する。
【0017】図1(a)において、粗製ガス冷却器10
は、ガス化炉11の下方に配置され、その冷却器本体1
2の上部には、ガス化炉11の出口13と一体につなが
るガス導入口14が形成され、下部には粗ガスの出口1
5が形成される。
【0018】冷却器本体12の内周面には、放射冷却で
粗ガスを冷却する放射伝熱管壁16が設けられ、その放
射伝熱管壁16で区画された冷却室17内には、ガス化
炉11の出口13からの粗ガスを受け、粗ガスと粗ガス
中のスラグを分離するロート状のスラグ分離管18が設
けられ、そのスラグ分離管18の下部に導入したスラグ
を冷却器本体12の底部に形成したクエンチ部19に排
出するスラグ冷却管20が設けられる。
【0019】放射伝熱管壁16とスラグ冷却管20に
は、スラグ分離管18で、スラグが分離された粗ガスと
熱交換して冷却するチューブバンクからなる対流伝熱管
群21が設けられ、その対流伝熱管群21の上部に対流
伝熱管群21に残留スラグの侵入を防止するための傘状
の保護板22が設けられる。
【0020】放射伝熱管壁16の下部には、対流伝熱管
群21を通った粗ガスをクエンチ部19にクエンチする
ロート状のクエンチホッパ23が接続される。
【0021】そのクエンチホッパ23の下部の排気管部
24の下端はギザギザに形成され、その排気管部24の
外周に、クエンチ部19の水面の暴れを防止するクエン
チリング25が設けられる。
【0022】スラグ冷却管20の上部には、その内周に
水膜を形成するための一次クエンチ水供給ライン27が
接続され、クエンチホッパ23の上部には同様に二次ク
エンチ水供給ライン28が接続され、排気管部24に三
次クエンチ水供給ライン29が接続される。
【0023】冷却器本体12の下部には、冷却水供給ラ
イン30と排水ライン31が接続され、底部には、スラ
グの排出口32が形成される。
【0024】次に、各部の詳細を図1(b)〜図1
(f)により詳しく説明する。
【0025】スラグ分離管18は、図1(b)に示すよ
うにロート部32と、ロート部32の下部に形成された
排出管部33と排出管部33の下部に形成された絞り部
34とで形成され、そのロート部32の水平面との傾斜
角度θが、粗ガスとスラグの分離性とスラグの取り込み
を考慮して60度以上となるように形成し、またロート
部32の径D3 は、放射伝熱管壁16の内径D4 に対し
て、D4 /D3 >1.2となるように形成する、また、
導入口14から冷却室17に流れる流速が10m/se
c以下となるように、冷却室16の上部壁17aからロ
ート部32までの距離D5 を設定する。
【0026】スラグ分離管18下部の絞り部34は、ス
ラグ冷却管20の上端に垂直距離dが500mm以上重な
るようにスラグ冷却管20に間隙をもって挿入される。
【0027】スラグ冷却管20の上部には、一次クエン
チ水供給ライン27に接続された一次クエンチノズル3
6が、図1(c)に示すようにスラグ冷却管20の円周
上に4個以上設けられる。この一次クエンチノズル36
は、図1(b)に示すようにスラグ冷却管20の上端か
らの距離lが1000mm以上離れるように設けられる。
【0028】図1(d)に示すように、放射伝熱管壁1
6は、伝熱管パネルで断面16角形に形成され、対流伝
熱管群21は、メンテナンスを考慮して円周方向で3分
割されて設けられる。
【0029】クエンチホッパ23は、図1(e)に示す
ように、その上部円周方向に、二次クエンチ水供給ライ
ン28に接続された二次クエンチノズル38が8個以上
設けられる。
【0030】図1(f)、図1(a)に示すようにスラ
グ冷却管20の下端は絞り部20aが形成され、その絞
り部20aが、クエンチホッパ23の排気管部24の上
端に位置するように設けられる。このスラグ冷却管20
の絞り部20aの下端の径D1 と排気管部24の径D2
とは、D1 /D2 >2となるように形成され、また排気
管部24には、三次クエンチ水供給ライン29に接続さ
れた三次クエンチノズル40が4個以上となるように設
けられる。
【0031】次に本発明の作用を述べる。
【0032】ガス化炉11で生成された粗ガスは、冷却
器本体12の導入口14から冷却器本体12内の冷却室
16に流入し、スラグ分離管18のロート部32に当た
り、粗ガス中のスラグは、ロート部32で捕捉されて、
排出管部33に流れ、粗ガスはロート部32でスラグと
分離して図示の矢印のようにスラグ分離管18の外周に
流れる。
【0033】この際、ロート部32の径D3 を放射伝熱
管壁16の内径D4 に対して、D4/D3 >1.2とな
るように、冷却室17の上部壁17aからロート部32
までの距離D5 を適宜設定して導入口14から冷却室1
7に流れる流速が10m/sec以下となるようにする
ことで、スラグ分離管18で反転して下方に向かう粗ガ
ス流に同伴するスラグを少なくすることが可能となる。
【0034】スラグ分離管18で捕捉されたスラグは、
スラグ冷却管20に流下し、そこで一次クエンチ水供給
ライン27より一次クエンチノズル36にて吹き出され
たクエンチ水で冷却されながら、クエンチホッパ23の
排気管部24を通してクエンチ部19に排出される。
【0035】一方、粗ガスは、放射伝熱管壁16にて放
射冷却され、更に対流伝熱管群21で熱交換されて冷却
されて、1400℃から250℃以上に冷却され、その
顕熱が回収され、クエンチホッパ23から排気管部24
を通してクエンチ部19に排気され、そのクエンチ部1
9で200℃以下にされて、出口15から排出されてガ
ス精製設備(図示せず)に供給される。
【0036】対流伝熱管群21を通る粗ガス中にはスラ
グが一部同伴しているが、対流伝熱管群21の上部に設
けた保護板22にて対流伝熱管群21内に直接落下によ
る衝突で伝熱管を損耗させるなどのトラブルを防止で
き、また、クエンチホッパ23では、二次クエンチ水と
三次クエンチ水が噴射されるため、これらスラグがクエ
ンチホッパ23で堆積することなく、クエンチ部19に
確実に排出することができる。
【0037】このように、本発明においては、スラブ分
離管18で粗ガス中のスラグの大部分を分離し、スラグ
はスラグ冷却管20を通して直接冷却し、スラグ分が少
なくなった粗ガスは、放射伝熱管壁16による放射冷却
と対流伝熱管群21による熱交換で冷却することで、1
基の冷却器で、粗ガスの顕熱の大部分を回収することが
可能となる。また250℃以下に粗ガス温度を下げた
後、クエンチ部19にクエンチするため、粗ガス中に大
量に水蒸気が同伴することもない。
【0038】図2は、本発明の他の実施の形態を示した
ものである。
【0039】図1の実施の形態では、粗ガスをクエンチ
ホッパでクエンチ部にクエンチする例で説明したが、本
実施の形態では、スラグ冷却管20の下部及び対流伝熱
管群21の下方はフリーな分離空間42としたもので、
その他の構成は図1と同じとしたものである。
【0040】この図2の形態では、スラグはスラグ冷却
管20の絞り部20aからクエンチ部19に落下して回
収され、また対流伝熱管群21を通った粗ガスは250
℃或いはそれ以上に冷却された後、出口15から直接排
気され、約250℃以上のガスを得ることができるとと
もに粗ガス中にクエンチによる蒸気分を含むことがほと
んどなくなる。
【0041】この場合、粗ガス流に含まれるスラグは、
下向きに落ちる慣性力があるため、大部分は出口15か
ら排出されずにクエンチ部19に落下して回収されるこ
ととなる。
【0042】なお、祖ガス流からのスラグを確実に分離
して粗ガスを出口15に排出させるには、出口15の分
離空間42に祖ガス取込口を下方に向けた曲管などを接
続しておけば、その分離はより確実に行える。
【0043】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、スラグ分
離器で粗ガスからスラグを分離することで、スラグと粗
ガスを別個に冷却することが可能となり、粗ガスを放射
冷却するとともに対流伝熱管群での冷却が可能となり、
一台の冷却器で、粗ガスの顕熱を有効に回収することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図3】従来のガス化炉における冷却器を示す図であ
る。
【図4】従来のクエンチ型の冷却器を示す図である。
【符号の説明】
11 ガス化炉 12 冷却器本体 13 出口 16 放射伝熱管壁 18 スラグ分離管 19 クエンチ部 20 スラグ冷却管 21 対流伝熱管群

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス化炉で生成された粗ガスを導入して
    冷却するための粗ガス冷却器において、冷却器本体内
    に、ガス化炉からの粗ガス出口に位置してロート状のス
    ラグ分離管を設け、そのスラグ分離管の下部に分離され
    たスラグを冷却器本体底部に形成したクエンチ部に排出
    するスラグ冷却管を設け、冷却器本体内周にスラグ分離
    管で分離された粗ガスを放射冷却する放射伝熱管壁を形
    成し、スラグ冷却管と放射伝熱管壁の間に対流伝熱管群
    を設けたことを特徴とする粗製ガス冷却器。
  2. 【請求項2】 放射伝熱管壁の下部に、粗ガス流をクエ
    ンチ部にクエンチするロート状のクエンチホッパを接続
    した請求項1記載の粗ガス冷却器。
  3. 【請求項3】 対流伝熱管群上部に、傘状の保護板を設
    けた請求項1または2記載の粗製ガス冷却器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101134616B1 (ko) * 2010-08-31 2012-04-09 한국전력공사 가스화 장치의 냉각 장치
CN103361124A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 通用电气公司 具有对流合成气冷却器和骤冷室的气化器冷却系统
KR101837650B1 (ko) 2011-09-29 2018-03-13 한국전력공사 합성가스 냉각장치가 결합된 가스화기

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KR101134616B1 (ko) * 2010-08-31 2012-04-09 한국전력공사 가스화 장치의 냉각 장치
KR101837650B1 (ko) 2011-09-29 2018-03-13 한국전력공사 합성가스 냉각장치가 결합된 가스화기
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