JP2004231741A

JP2004231741A - 放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造

Info

Publication number: JP2004231741A
Application number: JP2003020279A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kamenoue; 昇亀ノ上; Keiichiro Hashimoto; 敬一郎橋本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】粗ガスを冷却するにおいて必要な伝熱面積を確保でき、しかもその長さを短くできる放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造を提供する。
【解決手段】ガス化炉で生成された粗ガスを導入してこれを冷却するための放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造において、水冷壁１１で多角形状の冷却部１２を形成し、その冷却部１２の各辺の水冷壁１１に、センター方向に突き出した放射状の水冷管列２４を設けたものである。
【選択図】図１

Description

【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ガスを冷却するための放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化複合発電システムにおいて、石炭ガス化炉等で生成された粗ガス（１３００〜１５００℃）は、そのガス化炉の下部に接続された放射型粗ガス冷却器に導入され、そのガス冷却器で、６００〜７００℃に冷却されて粗ガスの熱回収がなされると共に粗ガスから同伴する溶融スラッグが分離されてガス冷却器から排出された後、ガス精製工程を経てガスタービンの燃料として使用される。
【０００３】
放射型粗ガス冷却器は、高圧蒸気の蒸発器であり、水冷壁を断面多角形に組み込んだ筒状の冷却部を圧力容器に収容して構成される。ガス化炉から排出された粗ガス（ガス化ガス）の熱は、水冷壁中の各水管を流れるボイラ水に伝達され、蒸気を発生させ、その蒸気でスチームタービンを駆動する。
【０００４】
従来、放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造では、ガス化炉から排出される粗ガス中に溶融スラッグが含まれるため、冷却部は、溶融スラッグと接触しないよう、ガス導入口に対して十分大きな径となるように水冷壁で多角形状に形成し、導入口から流入する粗ガス（高温熱風）の輻射熱を水冷壁で吸収するようになすと共に、必要な伝熱面積を確保するためには、水冷壁内径に対して約１０倍相当の長さを必要とする。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２３４９８３号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２４３８９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放射型粗ガス冷却器に流入する粗ガスは高圧であり、冷却部を収容する圧力容器のサイズも、冷却部の長さに応じて長くなるので、材料費、製作費、輸送費などを含めてコストアップとなる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、粗ガスを冷却するにおいて必要な伝熱面積を確保でき、しかもその長さを短くできる放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造を提供することにある。
【０００８】
【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これを冷却するための放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造において、水冷壁で多角形状の冷却部を形成し、その冷却部の各辺の水冷壁に、センター方向に突き出した放射状の水冷管列を設けた放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造である。
【０００９】
請求項２の発明は、ガス化炉から粗ガスを導入する導入口の内径に対して多角形状の水冷部の内径を約３倍に形成し、上記水冷管列の突出長さを、その各水冷管列の先端部を結んだ円周の径が、導入口の内径に対して約２倍となるように形成した請求項１記載の放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造である。
【００１０】
請求項３の発明は、水冷壁で１６角形状の水冷部を形成し、その水冷部の各辺の水冷壁の略中央に、センター方向に突き出した放射状の水冷管列を設け、その水冷管列の長さを、冷却部の水冷壁の辺の長さに対して約０．８倍の長さに形成した請求項１又は２記載の放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
先ず、放射型粗ガス冷却器の全体構成を図３により説明する。
【００１３】
図３において、１０は、縦型円筒状の圧力容器で、その内部に水冷壁１１で多角形状に形成した冷却部１２が収容される。
【００１４】
冷却部１２は、水管を並べて形成される水冷壁１１で多角形状に形成された垂直筒部１３と、垂直筒部１３の上部に水冷壁１１から水管群で適宜中心に向けて斜め上方に絞られて形成された上肩部１４と、上肩部１４から上方に立ち上げられ内周に耐火ブロック１５が内張されると共に圧力容器１０の頂部に延びた導入口１６と、垂直筒部１３の下部に、同じく水管群で斜め下方に絞られた絞り部１７とで構成され、さらにその絞り部１７の下部に、水管群でホッパー形状に形成された気固分離ホッパー１８とを備えている。気固分離ホッパー１８の上部には、溶融スラッグを分離した粗ガスの出口部１９が圧力容器１０の側面から突出するように設けられ、また、気固分離ホッパー１８の下方には、圧力容器１０の底部に位置して、溶融スラッグを回収して冷却する液溜め部２０が設けられ、その液溜め部２０に排出口２１が接続される。
【００１５】
冷却部１２は、その上肩部１４が吊り部材２２を介して圧力容器１０内に支持され、気固分離ホッパー１８の下端部１８ａは、液溜め部２０に設けた水封槽２３でシールされるようになっている。
【００１６】
この冷却部１２の垂直筒部１３には、後で詳細に説明するが、センター方向に突き出した放射状の水冷管列２４が設けられる。
【００１７】
気固分離ホッパー１８から冷却部１２の水冷壁１１を通る水管群は、気固分離ホッパー１８の下部の入口ヘッダ２５から、また冷却部１２の水冷壁１１の一部の水管群と水冷管列２４の水管群は、絞り部１７に設けた入口ヘッダ２６に接続され、冷却部１２の上肩部１４上に設けた出口ヘッダ２７，２８に接続されるようになっている。
【００１８】
次に冷却部１２の水冷管構造を図１、図２によりさらに詳しく説明する。
【００１９】
図１は、冷却部１２の要部の詳細斜視図を示し、図２は冷却部１２の水平断面図を示したものである。
【００２０】
先ず、冷却部１２の垂直筒部１３は、水冷壁１１で、図示のように正１６角形に形成され、その正１６角形の一辺を構成する水冷壁１１の中央からセンターに向けて水冷管列２４が放射状に設けられて水冷壁構造が構成される。
【００２１】
ここで、１６角形状の垂直筒部１３の内径（対向する辺間の距離）をＤとし、一辺の長さをＬ、水冷管列２４の突出長さをＨとし、また導入口１６の内径をｄ_０、水冷管列２４の先端部２４ａを結んだ円周の径をｄ_１とすると、垂直筒部１３の内径Ｄを導入口１６の内径ｄ_０に対して約３倍（Ｄ＝３ｄ_０）とし、導入口１６の内径ｄ_０に対して、水冷管列２４の先端部２４ａを結んだ円周の径ｄ_１が、約２倍となるように形成する。また水冷管列２４の先端部２４ａの径ｄ_１の円周位置と導入口１６の円周までの水平距離ｓは、最小でもｄ_０／２以上離れるように形成する。この場合、１６角形の一辺の長さＬに対して、水冷管列２４の長さＨを、約０．８倍（Ｈ＝０．８Ｌ）とする。
【００２２】
次に本発明の作用を述べる。
【００２３】
ガス化炉（図示せず）で生成された粗ガスは、導入口１６から放射型ガス冷却器内の冷却部１２内に導入され、そこで冷却され、気固分離ホッパー１８に至り、粗ガス中に含まれる溶融スラッグは、気固分離ホッパー１８より、下部の液溜め部２０に落下して分離回収され、粗ガスは、気固分離ホッパー１８で反転して出口部１９より排出される。
【００２４】
導入口１６から冷却部１２内に導入される粗ガスは、溶融スラッグを伴った高温高圧の熱風（１３００〜１５００℃）であり、このため冷却部１２内には、溶融スラッグと接触しないように、従来においては、垂直筒部１３の内周には、突起物を設けずに水冷壁のみで粗ガスから放射される輻射熱を吸収するようにしていたが、本発明者らは、導入口１６から粗ガスと共に供給される溶融スラッグの径方向への広がりについて解析した結果、冷却部１２内を落下する溶融スラッグは、導入口１６の内径ｄ_０に対して２倍以上広がることはなく、図２に三角印３０で示すように、最大でも、内径ｄ_０の１．５倍程度にしか広がっていないことが分かった。
【００２５】
そこで、水冷壁１１に、水冷管列２４を放射状に設けることで、垂直筒部１３の水冷壁１１での粗ガスから放射される輻射熱の吸収に加えて、水冷管列２４で、粗ガスと接触して対流熱を受けることで冷却効率が向上することを見出した。
【００２６】
ここで、水冷管列２４を設けるにあたって、その先端部２４ａを結ぶ円周の径ｄ_１を導入口１６の内径ｄ_０の約２倍に保てば、水冷管列２４が溶融スラッグに接触することがないこと、また、垂直筒部１３は、粗ガスの輻射熱を吸収するには、溶融スラッグに接触しない範囲で近づければより冷却効率が上がるが、径を小さくすればその分、円周が小さくなり水管群の本数が少なくなり、逆に垂直筒部１３の長さが長くなってしまう。
【００２７】
以上に鑑み、垂直筒部１３の内径Ｄを導入口１６の内径ｄ_０の約３倍とし、その垂直筒部１３の各辺の水冷壁１１に水冷管列２４の先端部２４ａを結ぶ円周の径ｄ_１を導入口１６の内径ｄ_０の約２倍以上に保てば、また水冷壁１１の辺の長さＬに対しての水冷管列２４の突出長さＨを約０．８倍とすることで、水冷壁１１での輻射熱吸収による冷却と水冷管列２４での対流熱による冷却との熱バランスが最適化できることが分かった。
【００２８】
このように、水冷壁１１で多角形状に形成した垂直筒部１３に水冷管列２４を放射状に設けることで、垂直筒部１３の水冷壁１１では、主に粗ガスから放射される輻射熱を吸収し、水冷管列２４では、その円周方向の両面で、粗ガスと接触して輻射熱に加えて対流熱を受けることができ、全体として冷却部１２の長さが短くても十分な伝熱面積が確保でき、長さも従来の６〜７割程度に短くすることが可能となる。
【００２９】
なお、上述の実施の形態では、多角形状に形成した冷却部１２の各辺の水冷壁１１の略中央から水冷管列２４を設ける例で説明したが、水冷壁１１の角部からセンターに向けて水冷管列２４を設けるようにしてもよい。また多角形状の冷却部１２で説明したが、実質的に円筒状に形成した冷却部１２も含むことは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、多角形状の水冷壁の各辺は、その内側面となる片面のみ熱を受けるがセンター方向に向けてパネル状に設けた水冷管列は、水冷壁の内側を通過する高温熱風の中に突き出す形となるため、水冷管列の両面が伝熱面となり、相当水冷壁内径に対する長さ方向を短くできる効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す要部斜視図である。
【図２】図１の水平断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す全体断面図である。
【符号の説明】
１０圧力容器
１１水冷壁
１２冷却部
２４水冷管列

Claims

ガス化炉で生成された粗ガスを導入してこれを冷却するための放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造において、水冷壁で多角形状の冷却部を形成し、その冷却部の各辺の水冷壁に、センター方向に突き出した放射状の水冷管列を設けたことを特徴とする放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造。
ガス化炉から粗ガスを導入する導入口の内径に対して多角形状の水冷部の内径を約３倍に形成し、上記水冷管列の突出長さを、その各水冷管列の先端部を結んだ円周の径が、導入口の内径に対して約２倍となるように形成した請求項１記載の放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造。
水冷壁で１６角形状の水冷部を形成し、その水冷部の各辺の水冷壁の略中央に、センター方向に突き出した放射状の水冷管列を設け、その水冷管列の長さを、水冷部の水冷壁の辺の長さに対して約０．８倍の長さに形成した請求項１又は２記載の放射型粗ガス冷却器内部の水冷壁構造。