以下に添付図面を参照して、本発明に係るチャー回収装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図1は、本発明の実施例1に係るチャー回収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、図2は、実施例1のチャー回収装置における第1ガスエジェクタを表す概略図、図3は、実施例1のチャー回収装置における第2ガスエジェクタを表す概略図である。
実施例1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炉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、本実施例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。
実施例1の石炭ガス化複合発電設備は、図1に示すように、給炭装置11、石炭ガス化炉12、チャー回収装置13、ガス精製装置14、ガスタービン設備15、蒸気タービン設備16、発電機17、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)18、ガス浄化装置19を有している。
給炭装置11は、流動層乾燥装置21と、石炭粉砕機(ミル)22とを有している。流動層乾燥装置21は、投入される石炭に対して乾燥用ガスを供給することで、石炭を加熱し、含有する水分を除去するものである。石炭粉砕機22は、流動層乾燥装置21により乾燥された石炭を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。この場合、流動層乾燥装置21で用いる乾燥用ガスとして、ガスタービン設備15や排熱回収ボイラ18、または、大気中に放出する排ガスの一部を利用するとよい。また、石炭粉砕機22の下流側に、サイクロンを設けて乾燥用ガス等のガス成分と、微粉炭(粒子成分)とに分離し、粒子成分の微粉炭を重力により落下させてホッパに回収する一方、ガス成分を排気するとよい。
石炭ガス化炉12は、給炭装置11から給炭ライン31が接続されており、この給炭装置11で処理された微粉炭が供給可能となっている。また、石炭ガス化炉12は、チャー回収装置13からチャー戻しライン32が接続されており、このチャー回収装置13で回収されたチャー(石炭の未燃分)が戻されてリサイクル可能となっている。
更に、石炭ガス化炉12は、ガスタービン設備15(圧縮機61)から圧縮空気供給ライン33が接続されており、このガスタービン設備15で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置34は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第1窒素供給ライン35が給炭ライン31に接続されると共に、第2窒素供給ライン36がチャー戻しライン32に接続され、酸素供給ライン37が圧縮空気供給ライン33に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
石炭ガス化炉12は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気(酸素)、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス(生成ガス、石炭ガス)が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉12は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉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38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。この場合、ガス生成ライン38にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置13に供給するとよい。
チャー回収装置13は、第1集塵装置としての第1サイクロン41と、第2集塵装置としての第2サイクロン42と、ホッパ43と、未燃分貯留部として構成されるビン44及びホッパ45a,45bとを有している。第1サイクロン41は、石炭ガス化炉12で生成された可燃性ガスに含有する粗粒のチャーを分離するものであり、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第1ガス排出ライン46が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第1チャー排出ライン(第1未燃分排出ライン)47が接続されている。第2サイクロン42は、第1サイクロン41により粗粒チャーが分離された可燃性ガスに含有する微粒のチャーを分離するものであり、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第2ガス排出ライン48が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第2チャー排出ライン(第2未燃分排出ライン)49が接続されている。
ホッパ43は、第2チャー排出ライン49に設けられており、第2サイクロン42により可燃性ガスから分離した微粒チャーを一時的に堆積(貯留)させるものである。そして、第1ガス排出ライン46とビン44との間には、両者の圧力を均一化させる第1均圧ライン50が設けられている。
ビン44は、第1チャー排出ライン47及び第2チャー排出ライン49の下流端部が接続されており、第1サイクロン41及び第2サイクロン42により可燃性ガスから分離された粗粒チャーや微粒チャーを貯留するものである。各ホッパ45a,45bは、ビン44と切替ライン51a,51bを介して接続され、この切替ライン51a,51bは、ホッパ45a,45bの上流側に第1切替弁52a,52bが装着され、下流側に第2切替弁53a,53bが装着されている。即ち、各切替弁52a,52b,53a,53bにより使用する切替ライン51a,51bを切り替えることで、ホッパ45a,45bを交互に使用して連続運転を可能としている。そして、各切替ライン51a,51bは、ホッパ45a,45bの下流側で合流し、チャー戻しライン32に接続されている。この場合、本実施例では、2つの切替ライン51a,51b(2つのホッパ45a,45b)のために、その上流側にビン44を配置しており、チャーを一時的に貯留するビン44を未燃分貯留部として構成したが、ビン44を配置しない構成でもよい。
また、第2チャー排出ライン49は、ビン44から第2サイクロン42側へのチャーの逆流を防止するガスシールとして、第1ガスエジェクタ54が設けられている。この第1ガスエジェクタ54は、図2に詳細に示すように、窒素などの駆動用ガスを噴射可能なガス噴射ノズル55と、図示しないガス供給源からこのガス噴射ノズル55に駆動用ガスを供給するガス供給ライン56とを有している。従って、第2チャー排出ライン49におけるチャーの排出側、つまり、ビン44側に向けて駆動用ガスを噴射することで、ビン44から第2サイクロン42側へのチャーを含むガスの逆流が防止される。
また、第2チャー排出ライン49は、第1ガスエジェクタ54の下流側に整流器57が設けられている。この整流器57は、第2チャー排出ライン49における第2サイクロン42側からビン44側へのガス流れを整流するものであり、この整流器57を設けることで、第1ガスエジェクタ54によるチャーを含むガスの逆流が効率的に防止可能となる。なお、この整流器57は、第2チャー排出ライン49における第1ガスエジェクタ54の下流側に限らず、第1ガスエジェクタ54の上流側でもよく、両方に設けてもよいものである。また、この整流器57は、具体的に、複数の整流板、分散板、旋回板などとすればよい。更に、第2チャー排出ライン49におけるホッパ43の下流側に逆洗弁を設け、第1ガスエジェクタ54の作動が十分でない(不良)ときに、第2チャー排出ライン49を遮断してもよい。
第1均圧ライン50は、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる凝集手段及び第1均圧ライン50に乱流を発生させる乱流発生手段として、第2ガスエジェクタ58が設けられている。この第2ガスエジェクタ58は、図3に詳細に示すように、窒素などの駆動用ガスを噴射可能なガス噴射ノズル59と、図示しないガス供給源からこのガス噴射ノズル59に駆動用ガスを供給するガス供給ライン60とを有している。従って、第1均圧ライン50におけるガス流れに向けて、つまり、第1ガス排出ライン46側に向けて駆動用ガスを噴射することで、この第1均圧ライン50で流動するガスに乱流を発生させ、また、乱流によりチャーの粒子の摩擦力により静電気を発生させ、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる。
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、これをガスタービン設備15に供給する。
ガスタービン設備15は、圧縮機61、燃焼器62、タービン63を有しており、圧縮機61とタービン63は、回転軸64により連結されている。燃焼器62は、圧縮機61から圧縮空気供給ライン65が接続されると共に、ガス精製装置14から燃料ガス供給ライン66が接続され、タービン63に燃焼ガス供給ライン67が接続されている。また、ガスタービン設備15は、圧縮機61から石炭ガス化炉12に延びる圧縮空気供給ライン33が設けられており、中途部に昇圧機68が設けられている。従って、燃焼器62では、圧縮機61から供給された圧縮空気とガス精製装置14から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン63にて、発生した燃焼ガスにより回転軸64を回転することで発電機17を駆動することができる。
蒸気タービン設備16は、ガスタービン設備15における回転軸64に連結されるタービン69を有しており、発電機17は、この回転軸64の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ18は、ガスタービン設備15(タービン63)からの排ガスライン70に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ18は、蒸気タービン設備16のタービン69との間に蒸気供給ライン71が設けられると共に、蒸気回収ライン72が設けられ、蒸気供給ライン71に復水器73が設けられている。従って、ガスタービン設備15では、排熱回収ボイラ18から供給された蒸気によりタービン69が駆動し、回転軸64を回転することで発電機17を駆動することができる。
ガス浄化装置19は、排熱回収ボイラ18で熱が回収された排ガスから、有害物質を除去するものであり、浄化された排ガスは、煙突74から大気へ放出される。
ここで、実施例1の石炭ガス化複合発電設備の作動について説明する。
実施例1の石炭ガス化複合発電設備において、給炭装置11にて、石炭は、流動層乾燥装置21により乾燥され、石炭粉砕機22により粉砕されて微粉炭が製造される。この微粉炭は、空気分離装置34から供給される窒素により給炭ライン31を通して石炭ガス化炉12に供給される。また、後述するチャー回収装置13で回収されたチャーが、空気分離装置34から供給される窒素によりチャー戻しライン32を通して石炭ガス化炉12に供給される。更に、後述するガスタービン設備15から抽気された圧縮空気が昇圧機68で昇圧された後、空気分離装置34から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン33を通して石炭ガス化炉12に供給される。
石炭ガス化炉12では、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、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス(石炭ガス)を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉12からガス生成ライン38を通して排出され、チャー回収装置13に送られる。
このチャー回収装置13にて、可燃性ガスは、まず、第1サイクロン41に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する粗粒チャーが分離される。そして、粗粒チャーが分離された可燃性ガスは、第1ガス排出ライン46に排出される一方、可燃性ガスから分離した粗粒チャーは、第1チャー排出ライン47を通してビン44に払い出される。
第1サイクロン41で粗粒チャーが分離されて第1ガス排出ライン46に排出された可燃性ガスは、次に、第2サイクロン42に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する微粒チャーが分離される。そして、微粒チャーが分離された可燃性ガスは、第2ガス排出ライン48に排出される一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、ホッパ43に堆積され、第2チャー排出ライン49を通してビン44に払い出される。ビン44は、第1チャー排出ライン47を通してビン44に払い出される粗粒チャーと、第2チャー排出ライン49を通してビン44に払い出される微粒チャーとが合流するとき、その流れを安定化することができる。
この場合、ガス生成ライン38の圧力P1、第1ガス排出ライン46の圧力P2、第2ガス排出ライン48の圧力P3とすると、その圧力関係は、P1>P2>P3となっている。また、第1ガス排出ライン46とビン44との間に、第1均圧ライン50が設けられていることで、第1ガス排出ライン46の圧力P2とビン44の圧力P4がほぼ同圧となり、その圧力関係は、P1>P2=P4>P3となっている。そのため、第1サイクロン41により分離された粗粒チャーは、第1チャー排出ライン47で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、第1チャー排出ライン47における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第1サイクロン41における集塵効率が向上する。この第1均圧ライン50がないと、粗粒チャーの体積と置換されるガスが第1チャー排出ライン47を逆流することとなり、粗粒チャーの排出量が増加すると、第1サイクロン41の排出部(スロート部)で粗粒チャーが吹き上がるフラッディング(Flooding)現象が発生し、第1サイクロン41における集塵効率が低下してしまう。
このとき、第2チャー排出ライン49では、第1ガスエジェクタ54によりビン44側に向けてガスが噴射されている。そのため、第2チャー排出ライン49は、第2サイクロン42(ホッパ43)からビン44に向けたガス流れが生成されることとなり、第2サイクロン42により分離された微粒チャーは、第2チャー排出ライン49で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、第2サイクロン42における集塵効率が向上する。この第1ガスエジェクタ54がないと、微粒チャーの体積と置換されるガスが第2チャー排出ライン49を逆流することとなり、微粒チャーの排出量が増加すると、第2サイクロン42の排出部(スロート部)で微粒チャーが吹き上がるフラッディング現象が発生し、第2サイクロン42における集塵効率が低下してしまう。
また、第2チャー排出ライン49に、第1ガスエジェクタ54の下流側に位置して整流器57が設けられている。そのため、この第2チャー排出ライン49では、第2サイクロン42(ホッパ43)側からビン44側へのガス流れが整流されることとなり、ビン44への微粒チャーの排出を適正に行うことができると共に、ビン44からチャーを含むガスの逆流を効果的に防止することができる。
更に、上述したように、第1ガス排出ライン46の圧力P2とビン44の圧力P4とは、第1均圧ライン50によりほぼ同圧に調整されるものの、各サイクロン41,42からチャーが各チャー排出ライン47,49を通してビン44に払い出されることから、ビン44にあるチャーを含むガスが第1均圧ライン50を通して第1ガス排出ライン46に逆流するおそれがある。
そこで、本実施例では、第1均圧ライン50にて、第2ガスエジェクタ58により第1ガス排出ライン46側に向けてガスが噴射されている。そのため、第2ガスエジェクタ58からガスが噴射されると、この噴射ガスにより第1均圧ライン50を逆流するチャーを含むガス流れに乱流が発生する。すると、ガス中にあるチャーの粒子同士が互いに衝突し合い、且つ、ここで摩擦力が発生することから、静電気により互いに凝集する。即ち、第1均圧ライン50にて、逆流するガス流れに随伴するチャーの粒子は、第2ガスエジェクタ58から噴射されるガスにより凝集される。そして、ここで凝集したチャーは、粗粒チャーとなり、第1均圧ライン50から第1ガス排出ライン46を通して第2サイクロン42に供給され、ここで可燃性ガスからチャーが分離される。なお、第1均圧ライン50で凝集した粗流のチャーは、第1ガス排出ライン46に流れ込むとき、第1サイクロン41から供給される可燃性ガスに含まれる微粒チャーとも凝縮しやすくなり、第2サイクロン42で処理する微粒チャーの処理量が減少する。この場合、微粒チャーを含むガスがビン44、第1均圧ライン50(第2ガスエジェクタ58)、第1ガス排出ライン46、第2サイクロン42、ホッパ43、第2チャー排出ライン49(第1ガスエジェクタ54)、ビン44を循環することで、微粒チャーが凝集しやすくなり、ビン44に沈降して貯留するため、チャーの回収効率が向上する。
そして、ビン44に貯留されたチャーは、第1切替弁52a,53aと第2切替弁52b,53bを交互に開閉することで、切替ライン51a及びホッパ45aと、切替ライン51b及びホッパ45bを交互に使用するようにしている。例えば、切替弁52a,53aを開放して切替弁52b,53bを閉止することで、ビン44のチャーを切替ライン51aによりホッパ45aに貯留する。そしてこのホッパ45aが一杯になったら、切替弁52a,53aを閉止して切替弁52b,53bを開放することで、ビン44のチャーを切替ライン51bによりホッパ45bに貯留する。これによりチャーの貯留作業を連続して行うことができ、チャー回収装置13の連続運転が可能となる。その後、ホッパ45a,45bに貯留されているチャーは、チャー戻しライン32を通して石炭ガス化炉12に戻されてリサイクルされる。
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、ガスタービン設備15では、圧縮機61が圧縮空気を生成して燃焼器62に供給すると、この燃焼器62は、圧縮機61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、この燃焼ガスによりタービン63を駆動することで、回転軸64を介して発電機17を駆動し、発電を行うことができる。
そして、ガスタービン設備15におけるタービン63から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ18にて、空気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16に供給する。蒸気タービン設備16では、排熱回収ボイラ18から供給された蒸気によりタービン69を駆動することで、回転軸64を介して発電機17を駆動し、発電を行うことができる。
そして、ガス浄化装置19では排熱回収ボイラ18から排出された排気ガスは、ガス浄化装置19により有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突74から大気へ放出される。
このように実施例1のチャー回収装置にあっては、石炭ガス化炉12から可燃性ガスを排出するガス生成ライン38に第1サイクロン41を連結し、この第1サイクロン41における第1ガス排出ライン46に第2サイクロン42を連結する一方、第1サイクロン41における第1チャー排出ライン47及び第2サイクロン42における第2チャー排出ライン49にビン44及びホッパ45a,45bを連結し、第1ガス排出ライン46とビン44との間で圧力を均一化させる第1均圧ライン50を設け、この第1均圧ライン50にガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる凝集手段及び乱流発生手段として第2ガスエジェクタ58を設けている。
従って、可燃性ガスを第1サイクロン41及び第2サイクロン42により処理してチャーを回収することで、フィルタやロータリバルブなどを不要とすることができる。そのため、設備コストの増加を抑制することができると共に、フィルタの逆洗処理などを不要としてランニングコストの増加を抑制することができる。また、第1均圧ライン50により第1ガス排出ライン46とビン44との間で圧力が均一化されることで、第1サイクロン41で分離された粗粒チャーが第1チャー排出ライン47で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、ここでのチャーを含むガスの逆流が防止され、第1サイクロン41における集塵効率を向上することができる。更に、第1均圧ライン50に第2ガスエジェクタ58を設けることで、ビン44から第1均圧ライン50を通って第1ガス排出ライン46へ逆流するガス中のチャーは、第2ガスエジェクタ58からの噴射ガスによりその粒子が凝集されることとなり、ここで凝集したチャーを第2サイクロン42により捕集し、再びビン44に沈降させることができ、装置全体での集塵効率を向上することができる。
また、実施例1のチャー回収装置では、凝集手段として、均圧ラインに乱流を発生させる乱流発生手段を設け、この乱流発生手段として、第1均圧ライン50のガス流れに向けてガスを噴射する第2ガスエジェクタ58を設けている。従って、第1均圧ライン50にて、ガスの乱流が発生することとなり、ガス流れに随伴するチャーの粒子を容易に凝集させることができ、また、これを第2ガスエジェクタ58とすることで、装置を簡素化することができる。
また、実施例1のチャー回収装置では、第2チャー排出ライン49にビン44から第2サイクロン42側へのチャーの逆流を防止するガスシールとして第1ガスエジェクタ54を設けている。従って、第2チャー排出ライン49に第1ガスエジェクタ54を設けることで、ビン44から第2サイクロン42側へのチャーを含むガスの逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
この実施例1では、ガスシールを第1ガスエジェクタ54とすることで、装置を簡素化することができると共に、この第1ガスエジェクタ54によりチャーを含むガスの逆流を適正に防止することができる。この場合、第1ガスエジェクタ54からのガスにより、ビン44にあるチャーを含むガスが第1均圧ライン50を通して第1ガス排出ライン46に逆流するおそれがあるが、このチャーを含むガスは、第2サイクロン42を通ることで、ここで可燃性ガスからチャーを分離することができる。そして、チャーがビン44、第1均圧ライン50、第1ガス排出ライン46、第2サイクロン42、ホッパ43、第2チャー排出ライン49、ビン44を循環することで、微粒チャーが凝集して粗粒チャーとなってビン44に沈降して貯留することとなり、チャーの回収効率を向上することができる。
また、実施例1のチャー回収装置では、第2チャー排出ライン49における第1ガスエジェクタ54の下流側に整流器57を設けている。従って、第2チャー排出ライン49にて、整流器57によりチャーの排出を適正に行うことができると共に、チャーを含むガスの逆流を効果的に防止することができる。
なお、この実施例1にて、ホッパ43や第1ガスエジェクタ54などは、必ず設けなければならない構成ではなく、省略してもよく、この場合であっても、第2ガスエジェクタ58により集塵効率の低下を防止することができる。
図4は、本発明の実施例2に係るチャー回収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。なお、上述した実施例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。
実施例2の石炭ガス化複合発電設備におけるチャー回収装置13は、図4に示すように、第1サイクロン41と、第2サイクロン42と、ホッパ43と、ビン44と、ホッパ45a,45bとを有し、第1ガス排出ライン46とビン44との間に第1均圧ライン50が設けられると共に、第2ガス排出ライン48とホッパ43との間に第2均圧ライン81が設けられている。
第1サイクロン41は、側部にガス生成ライン38が接続され、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第1ガス排出ライン46が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第1チャー排出ライン47が接続されている。第2サイクロン42は、側部に第1ガス排出ライン46が接続され、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第2ガス排出ライン48が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第2チャー排出ライン49が接続されている。そして、第2チャー排出ライン49にホッパ43が設けられている。
第1チャー排出ライン47及び第2チャー排出ライン49は、ビン44に接続され、このビン44は、切替ライン51a,51bを介してホッパ45a,45bに接続されており、ホッパ45a,45b(切替ライン51a,51b)は、チャー戻しライン32に接続されている。また、第2チャー排出ライン49は、第1ガスエジェクタ54が設けられており、この第1ガスエジェクタ54は、ビン44側に向けて窒素ガスを噴射することで、ビン44から第2サイクロン42側へのチャーを含むガスの逆流を防止できる。
第1ガス排出ライン46とビン44との間には、両者の圧力を均一化させる第1均圧ライン50が設けられている。この第1均圧ライン50は、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる第2ガスエジェクタ58が設けられている。この第2ガスエジェクタ58は、第1ガス排出ライン46側に向けて窒素ガスを噴射することで、この第1均圧ライン50で流動するガスに乱流を発生させ、また、乱流によりチャーの粒子の摩擦力により静電気を発生させ、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる。
また、第2ガス排出ライン48とホッパ43との間には、両者の圧力を均一化させる第2均圧ライン81が設けられている。そして、第2均圧ライン81は、ガスシールとして、第3ガスエジェクタ82が設けられており、この第3ガスエジェクタ82は、ホッパ43側に向けて駆動用ガス(窒素ガスなど)を噴射することで、ホッパ43から第2ガス排出ライン48側へのチャーを含むガスの逆流を防止できる。
従って、石炭ガス化炉12で生成された可燃性ガスは、まず、第1サイクロン41により粗粒チャーが分離されて第1ガス排出ライン46に排出され、次に、第2サイクロン42により微粒チャーが分離されて第2ガス排出ライン48に排出される。一方、第1サイクロン41により可燃性ガスから分離された粗粒チャーは、第1チャー排出ライン47を通してビン44に払い出され、第2サイクロン42により可燃性ガスから分離された微粒チャーは、ホッパ43に堆積され、第2チャー排出ライン49を通してビン44に払い出される。
このとき、第1ガス排出ライン46とビン44との間に、第1均圧ライン50が設けられていることで両者がほぼ同圧となり、第1サイクロン41により分離された粗粒チャーは、第1チャー排出ライン47で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、第1チャー排出ライン47における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第1サイクロン41における集塵効率が向上する。また、第2チャー排出ライン49では、第1ガスエジェクタ54からビン44側に向けてガスが噴射されることで、第2サイクロン42(ホッパ43)からビン44に向けたガス流れが生成されることとなり、第2サイクロン42により分離された微粒チャーは、第2チャー排出ライン49で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、第2サイクロン42における集塵効率が向上する。
更に、第1均圧ライン50では、第2ガスエジェクタ58により第1ガス排出ライン46側に向けてガスが噴射されることで、この噴射ガスにより第1均圧ライン50を逆流するチャーを含むガス流れに乱流が発生し、ガス中にあるチャーの粒子同士が互いに衝突し合い、且つ、ここで発生する摩擦力により静電気が発生して互いに凝集する。そのため、第1均圧ライン50を逆流するガス流れに随伴するチャーの粒子は、第2ガスエジェクタ58から噴射されるガスにより凝集され、ここで凝集したチャー(粗粒チャー)は、第1均圧ライン50から第1ガス排出ライン46を通して第2サイクロン42に供給され、ここで再び捕集される。
更に、ホッパ43にあるチャーを含むガスが第2均圧ライン81を通して第2ガス排出ライン48に逆流するおそれがあるが、第2均圧ライン81では、第3ガスエジェクタ82からホッパ43側に向けてガスが噴射されることで、ホッパ43に向けたガス流れが生成されることとなり、ホッパ43に堆積したチャーを含むガスが第2ガス排出ライン48に逆流することはなく、第2サイクロン42における集塵効率が向上する。
そして、ビン44に貯留されたチャーは、切替ライン51a,51bを通してホッパ45a,45bに貯留され、チャー戻しライン32を通して石炭ガス化炉12に戻されてリサイクルされる。
このように実施例2のチャー回収装置にあっては、第1サイクロン41からの第1ガス排出ライン46とビン44との間に圧力を均一化させる第1均圧ライン50を設けると共に、第2サイクロン42からの第2ガス排出ライン48とホッパ43との間に圧力を均一化させる第2均圧ライン81を設けている。
従って、第1均圧ライン50及び第2均圧ライン81により第1サイクロン41及び第2サイクロン42の圧力を安定させることで、集塵効率を向上させることができる。
また、実施例2のチャー回収装置では、第2均圧ライン81に第3ガスエジェクタ82を設けることで、ホッパ43から第2ガス排出ライン48側へのチャーを含むガスの逆流を防止することができ、集塵効率の低下を防止することができる。
図5は、本発明の実施例3に係るチャー回収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。なお、上述した実施例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。
実施例3の石炭ガス化複合発電設備におけるチャー回収装置13は、図5に示すように、第1集塵装置としてのサイクロン41と、第2集塵装置としてのフィルタ91と、ロータリバルブ92と、ビン44と、ホッパ45a,45bとを有し、第1ガス排出ライン46とビン44との間に第1均圧ライン50が設けられている。
サイクロン41は、側部にガス生成ライン38が接続され、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第1ガス排出ライン46が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第1チャー排出ライン47が接続されている。フィルタ91は、側部に第1ガス排出ライン46が接続され、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第2ガス排出ライン48が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第2チャー排出ライン49が接続されている。フィルタ91における第2チャー排出ライン49への排出部にロータリバルブ92が設けられている。このフィルタ91は、ポーラスフィルタであって、例えば、セラミック製のろ材を有しており、可燃性ガスがろ材を通過するときに、この可燃性ガス中のチャー(特に、微粒チャー)を除去可能となっている。そして、このフィルタ91(ろ材)により捕集されたチャーは、自然にまたは逆洗処理などにより落下し、ロータリバルブ92の開放時に第2チャー排出ライン49を通してビン44に払い出される。
第1チャー排出ライン47及び第2チャー排出ライン49は、ビン44に接続され、このビン44は、切替ライン51a,51bを介してホッパ45a,45bに接続されており、ホッパ45a,45b(切替ライン51a,51b)は、チャー戻しライン32に接続されている。また、第2チャー排出ライン49は、第1ガスエジェクタ54が設けられており、この第1ガスエジェクタ54は、ビン44側に向けて窒素ガスを噴射することで、ビン44からフィルタ91側へのチャーを含むガスの逆流を防止できる。更に、第1ガス排出ライン46とビン44との間には、両者の圧力を均一化させる第1均圧ライン50が設けられている。この第1均圧ライン50は、ガス流れに随伴するチャーの粒子を凝集させる第2ガスエジェクタ58が設けられている。
従って、石炭ガス化炉12で生成された可燃性ガスは、まず、サイクロン41により粗粒チャーが分離されて第1ガス排出ライン46に排出され、次に、フィルタ91により微粒チャーが分離されて第2ガス排出ライン48に排出される。一方、サイクロン41により可燃性ガスから分離された粗粒チャーは、第1チャー排出ライン47を通してビン44に払い出され、フィルタ91により可燃性ガスから分離された微粒チャーは、第2チャー排出ライン49を通してビン44に払い出される。
このとき、第1ガス排出ライン46とビン44との間に、第1均圧ライン50が設けられていることで両者がほぼ同圧となり、第1サイクロン41により分離された粗粒チャーは、第1チャー排出ライン47で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、第1チャー排出ライン47における粗粒チャーを含むガスの逆流が防止され、第1サイクロン41における集塵効率が向上する。また、第2チャー排出ライン49では、第1ガスエジェクタ54からビン44側に向けてガスが噴射されることで、フィルタ91からビン44に向けたガス流れが生成されることとなり、フィルタ91により分離された微粒チャーは、第2チャー排出ライン49で適切に整流されてビン44に払い出されることとなり、フィルタ91における集塵効率が向上する。
更に、第1均圧ライン50では、第2ガスエジェクタ58により第1ガス排出ライン46側に向けてガスが噴射されることで、この噴射ガスにより第1均圧ライン50を逆流するチャーを含むガス流れに乱流が発生し、ガス中にあるチャーの粒子同士が互いに衝突し合い、且つ、ここで発生する摩擦力により静電気が発生して互いに凝集する。そのため、第1均圧ライン50を逆流するガス流れに随伴するチャーの粒子は、第2ガスエジェクタ58から噴射されるガスにより凝集され、ここで凝集したチャー(粗粒チャー)は、第1均圧ライン50から第1ガス排出ライン46を通してフィルタ91に供給され、ここで再び捕集される。
この場合、第1均圧ライン50にて、第2ガスエジェクタ58からの噴射ガスにより凝集されたチャーは粗粒チャーとなり、第1均圧ライン50から第1ガス排出ライン46に合流し、ここで、サイクロン41から供給される可燃性ガスに含まれる微粒チャーとも凝縮する。そのため、フィルタ91で処理する微粒チャーの処理量が減少し、微粒チャーによるフィルタ91(ろ材)の目詰まりが抑制され、フィルタ91でのチャーの回収効率が向上すると共に、寿命が延長する。
そして、ビン44に貯留されたチャーは、切替ライン51a,51bを通してホッパ45a,45bに貯留され、チャー戻しライン32を通して石炭ガス化炉12に戻されてリサイクルされる。
このように実施例3のチャー回収装置にあっては、石炭ガス化炉12から可燃性ガスを排出するガス生成ライン38にサイクロン41を連結し、このサイクロン41における第1ガス排出ライン46にフィルタ91を連結する一方、第1チャー排出ライン47及び第2チャー排出ライン49にビン44及びホッパ45a,45bを連結し、第1ガス排出ライン46とビン44との間で圧力を均一化させる第1均圧ライン50にガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させる第2ガスエジェクタ58を設けている。
従って、可燃性ガスをサイクロン41及びフィルタ91により処理してチャーを回収することで、この可燃性ガスからチャーを高精度に分離することができ、集塵効率を向上することができる。また、第1均圧ライン50に第2ガスエジェクタ58を設けることで、ビン44から第1均圧ライン50を通って第1ガス排出ライン46へ逆流するガス中のチャーは、第2ガスエジェクタ58からの噴射ガスによりその粒子が凝集されることとなり、ここで凝集したチャーをフィルタ91により捕集し、再びビン44に沈降させることができ、装置全体での集塵効率を向上することができる。
また、第1均圧ライン50にて、第2ガスエジェクタ58により、ガス流れに随伴する微粒チャーの粒子が凝集され、粗流に凝集したチャーはフィルタ91により捕集されることとなる。そのため、フィルタ91による微粒チャーの処理量が減少することで、ろ材の目詰まりが抑制されることとなり、フィルタ91によるチャーの回収効率を向上することができると共に、逆洗処理の回数を減少することでランニングコストの増加を抑制することが可能となる。
なお、上述した各実施例にて、凝集手段及び乱流発生手段として第2ガスエジェクタ58を適用したが、これに限定されるものではなく、均圧ラインでのガス流れに随伴する未燃分の粒子を凝集させることができるものであればよい。例えば、乱流発生手段として第2ガスエジェクタ58を用いた場合、ガスの噴射方向は、第1ガス排出ライン46側ではなく、ビン44側でもよく、また、第1均圧ライン50を構成する配管の内面に向って直交方向や傾斜方向でもよい。更に、乱流発生手段として、抵抗部材、変更部材、旋回翼などを適用してもよい。また、凝集手段として、電気集塵機のように、チャー粒子に対して電荷を付与する装置としてもよい。
また、上述した各実施例にて、ガスシールとして第1ガスエジェクタ54を適用したが、これに限定されるものではなく、窒素などの不活性ガスを用いてビン44側から第2サイクロン42側へのチャーの逆流を防止することができるものであればよい。
また、上述した各実施例にて、第1、第2集塵装置として、第1、第2サイクロン41,42、サイクロン41及びフィルタ91の組み合わせとしたが、この組み合わせに限定されるものではない。