JP2014080506A - ガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化装置において、圧力容器内とガス化炉内との差圧変化を適正に抑制可能とすると共に構造の簡素化を可能とする。
【解決手段】中空形状をなす圧力容器１０３と、中空形状をなして圧力容器１０３内に空間部１０４を介して配置されるガス化炉１０１と、ガス化炉１０１の上部に配置される熱交換器１０２と、空間部１０４の下部にシールガスを供給するガスノズル１２０と、空間部１０４における熱交換器１０２より上方に設けられるチャー受部１７２と、一端部がガス化炉１０１内に連通して他端部がチャー受部１７２に開口する均圧管１７３と、チャー受部１７２の側部を上下に貫通するガス流路１７４とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭やバイオマスなどを燃焼・ガス化してガス燃料を生成するガス化装置に関するものである。

例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。

従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化装置、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化装置に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化装置で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。

この石炭ガス化複合発電設備における石炭ガス化装置は、圧力容器内にガス化炉が配置され、このガス化炉の上方に熱交換器（ガス冷却器）が配置されて構成されており、圧力容器とガス化炉との空間部にシールガスが充填されている。このような石炭ガス化装置として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された加圧型ガス化炉は、耐圧容器の内部に間隔をおいて水冷壁を設け、両者の間の空間部と炉本体内とを配管により連通、両者の差圧に応じて空間部に加圧用精製ガスを供給することで、空間部と炉本体内を均圧化するものである。

また、このような石炭ガス化装置を簡素化するものとして、例えば、下記特許文献２に記載されたものがある。この特許文献２に記載されたガス化炉装置は、燃料をガス化するガス化炉と、ガス化炉で発生した生成ガスの温度調節と生成ガスの顕熱を利用して蒸気発生とを行うガス熱交換器とを格納している圧力容器とを設け、一端がガス化炉内に開口するとともに他端が圧力容器内に開口する均圧管を接続したものである。

特開昭６１−２４６２９０号公報 特開２０１１−０６８８１２号公報

ところが、特許文献１の加圧型ガス化炉では、空間部と炉本体内とを連通する配管、圧力計、加圧用精製ガス供給配管、開閉弁などが必要となり、構造が複雑化してしまう。一方、特許文献１の加圧型ガス化炉に特許文献２のガス化炉装置における均圧管を適用しようとすると、この均圧管を下方まで延出しなければならず、現実的ではない。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、圧力容器内とガス化炉内との差圧変化を適正に抑制可能とすると共に構造の簡素化を可能とするガス化装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のガス化装置は、燃料を燃焼・ガス化することでガス燃料を生成するガス化装置であって、中空形状をなす圧力容器と、中空形状をなして前記圧力容器内に空間部を介して配置されるガス化炉と、前記ガス化炉の上部に配置される熱交換器と、前記空間部の下部に耐腐食性ガスを供給するガス供給部と、前記空間部における前記熱交換器より上方に設けられるチャー受部と、一端部が前記ガス化炉内に連通して他端部が前記チャー受部に開口する均圧管と、前記チャー受部の側部を上下に貫通するガス流路と、を有することを特徴とするものである。

従って、圧力容器とガス化炉との間の空間部の上方にチャー受部を設けると共に、一端部がガス化炉内に連通して他端部がチャー受部に開口する均圧管を設けることで、均圧管によりガス化炉内と圧力容器（空間部）内との差圧を減少することができると共に、ガス化炉内の圧力増加により空間部へ排出された燃料ガス中のチャーを適正に受け止めることができ、その結果、圧力容器内とガス化炉内との差圧変化を適正に抑制可能とすることができ、また、均圧管を長くする必要がなくなって構造を簡素化することができる。

本発明のガス化装置では、前記均圧管は、前記空間部に配置され、一端部が前記ガス化炉における鉛直方向に沿う炉壁を開口し、他端部が広角して前記チャー受部の底面に開口することを特徴としている。

従って、均圧管の一端部がガス化炉における鉛直方向に沿う炉壁に開口することで、均圧管は上昇する燃料ガスの流速変動がほとんどない領域に連通することとなり、均圧管へのチャーの侵入を抑制することができる。また、均圧管の他端部が広角してチャー受部の底面に開口することで、ガス化炉内の圧力減少によりチャー受部に堆積したチャーを適正に吸引してガス化炉へ戻すことができる。

本発明のガス化装置では、前記チャー受部は、凹部形状をなして前記空間部の全周あるいは一部にわたって配置され、前記均圧管は、前記空間部の周方向に所定間隔で複数設けられることを特徴としている。

従って、チャー受部が凹部形状をなして空間部の全周あるいは一部にわたって配置される一方、均圧管が周方向に所定間隔で複数設けられることで、均圧管によりガス化炉内と空間部との差圧を適正に均圧させることができ、チャー受部によりガス化炉内の圧力増加により空間部へ排出された燃料ガス中のチャーを確実に受け止めることができる。

本発明のガス化装置では、前記ガス流路は、前記空間部の全周あるいは一部にわたって設けられることを特徴としている。

従って、ガス流路を空間部の全周あるいは一部にわたって設けることで、腐食性ガスを圧力容器とガス化炉との間の空間部の全域にわたって適正に充満させることができる。

本発明のガス化装置では、前記ガス流路は、前記ガス化炉の外壁に沿う鉛直方向に沿って設けられることを特徴としている。

従って、ガス化炉が圧力容器より高温状態にあることから、腐食性ガスは、ガス化炉の外壁に沿って上昇することとなり、ガス流路がガス化炉の外壁に沿って設けられることで、このガスの流れを乱すことなく、空間部の全域にわたって適正にガスを充満させることができる。

本発明のガス化装置では、前記ガス流路は、前記ガス化炉の外壁と前記チャー受部の外壁との間に設けられることを特徴としている。

従って、ガス化炉の外壁とチャー受部の外壁とによりガス流路を構成することで、別部材を設ける必要がなくなり、構成の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

本発明のガス化装置では、前記チャー受部は、前記均圧管より下方に設けられ、前記均圧管の他端部が開口する底部と、該底部に向かって下方に傾斜する傾斜部とを有することを特徴としている。

従って、チャー受部を均圧管の他端部が開口する底部とその周囲の傾斜部とで構成することで、チャー受部に堆積したチャーを底部に集め易くなり、ガス化炉内の圧力減少時に、チャー受部に堆積したチャーを効率良く吸引してガス化炉へ戻すことができる。

本発明のガス化装置では、前記チャー受部は、前記圧力容器の内壁に固定されたサポート部材上にシール部材を介して配置されることを特徴としている。

従って、チャー受部の装着性を向上することができると共に、シール部材によりガスの流通を阻止してチャー受部に堆積したチャーの拡散を防止することができる。

本発明のガス化装置では、前記ガス流路は、上方に第１チャー侵入防止部材が設けられることを特徴としている。

従って、ガス流路の上方に第１チャー侵入防止部材を設けることで、ガス流路におけるガスの流通量が減少したとき、この第１チャー侵入防止部材によりガス流路へのチャーの侵入を防止し、空間部へのチャーの拡散を防止することができる。

本発明のガス化装置では、前記均圧管は、前記ガス化炉内への連通部の下方に第２チャー侵入防止部材が設けられることを特徴としている。

従って、均圧管におけるガス化炉内への連通部の下方に第２チャー侵入防止部材を設けることで、ガス化炉内を燃料中のチャーが上昇するとき、第２チャー侵入防止部材により均圧管へのチャーの侵入を防止し、空間部へのチャーの拡散を防止することができる。

本発明のガス化装置によれば、圧力容器とガス化炉との間の空間部における熱交換器より上方に設けられるチャー受部と、一端部がガス化炉内に連通して他端部がチャー受部に開口する均圧管と、チャー受部の側部を上下に貫通するガス流路とを設けるので、圧力容器内とガス化炉内との差圧変化を適正に抑制可能とすることができると共に、均圧管を長くする必要がなくなって構造を簡素化することができる。

図１は、本発明の実施例１に係るガス化装置を表す概略図である。 図２は、実施例１のガス化装置を表す平面概略図である。 図３は、実施例１のガス化装置における均圧装置を表す平面概略図である。 図４は、実施例１の均圧装置を表す図３のIV−IV断面図である。 図５は、実施例１の均圧装置を表す図３のＶ−Ｖ断面図である。 図６は、実施例１の均圧装置の作用を表す概略図である。 図７は、実施例１のガス化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。 図８は、本発明の実施例２に係るガス化装置における気圧装置を表す概略図である。 図９は、チャー粒径と吹き上げ速度によるチャーの状態を表すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガス化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に係るガス化装置を表す概略図、図２は、実施例１のガス化装置を表す平面概略図、図３は、実施例１のガス化装置における均圧装置を表す平面概略図、図４は、実施例１の均圧装置を表す図３のIV−IV断面図、図５は、実施例１の均圧装置を表す図３のＶ−Ｖ断面図、図６は、実施例１の均圧装置の作用を表す概略図、図７は、実施例１のガス化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。

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装置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、実施例１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において、図７に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化装置１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。

給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、石炭を貯留可能であって、所定量の石炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された石炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ２３に投下することができる。このクラッシャ２３は、投下された石炭を所定の大きさに破砕することができる。

流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された石炭に対して乾燥用蒸気（過熱蒸気）を供給することで、この石炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、石炭が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１２は、下部から取り出された乾燥済の石炭を冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭が乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、上部から取り出された蒸気から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン３３と乾燥炭電気集塵機３４が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機３４で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として供給される。

微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１２により乾燥された石炭（乾燥炭）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。即ち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機３６により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の石炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。

石炭ガス化装置１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給可能であると共に、チャー回収装置１５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。

即ち、石炭ガス化装置１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、このガスタービン設備１７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４２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４３が石炭ガス化装置１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３に微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂからの給炭ライン４４ａ，４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化装置１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１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。

石炭ガス化装置１４は、例えば、２段２室噴流床形式のガス化炉を有し、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、石炭ガス化装置１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。この場合、石炭ガス化装置１４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、この石炭ガス化装置１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン４９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４９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１５に供給するとよい。

チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化装置１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。

ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５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１６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１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１７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１６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１７は、圧縮機６１から石炭ガス化装置１４に延びる圧縮空気供給ライン４１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１６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１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７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１９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２０は、ガスタービン設備１７（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２０は、蒸気タービン設備１８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、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０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１９を駆動することができる。

そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突７５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１０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１０において、給炭装置１１にて、原炭（石炭）が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の石炭が石炭供給機２２によりクラッシャ２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された石炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥された後、冷却器３１により冷却され、乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン３３及び乾燥炭電気集塵機３４により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ３２に貯留される。

乾燥炭バンカ３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機３６により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を通して石炭ガス化装置１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を通して石炭ガス化装置１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７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４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化装置１４に供給される。

石炭ガス化装置１４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、石炭ガス化装置１４からガス生成ライン４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。

このチャー回収装置１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置５１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チャーが分離される。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通して石炭ガス化装置１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１６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１７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１６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１９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１７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２０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１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０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１９を駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７５から大気へ放出される。

以下、上述した石炭ガス化複合発電設備１０における石炭ガス化装置１４について詳細に説明する。

石炭ガス化装置１４は、図１及び図２に示すように、中空断面形状を有するガス化炉１０１と、ガス化炉１０１の上方に配置される熱交換器１０２と、ガス化炉１０１を収容する圧力容器１０３とを有しており、ガス化炉１０１と圧力容器１０３との間に空間部１０４が区画されている。

ガス化炉１０１は、中空形状をなし、上部からリダクタ部１１１、ディフューザ部１１２、コンダクタ部１１３とから構成されており、リダクタ部１１１が８角形中空断面形状をなし、コンダクタ部１１３が３２角形中空断面形状をなしており、ディフューザ部１１２は、８角形中空断面から３２角形中空断面へ移行する中空断面形状となっている。また、ガス化炉１０１は、熱交換器１０２を収容する４角形中空断面形状をなす熱交換器収容部１１４がリダクタ部１１１の上端部に接続部１１５を介して接続されており、この接続部１１５は、４角形中空断面から８角形中空断面へ移行する中空断面形状となっている。

なお、実施例１では、ガス化炉１０１のリダクタ部１１１を８角形中空断面形状とし、コンダクタ部１１３を３２角形中空断面形状としたが、この形状に限定されるものではない。即ち、ガス化炉１０１（リダクタ部１１１、コンダクタ部１１３）は、６角形以上の多角形中空断面形状、好ましくは、４の倍数である多角形中空断面形状であればよい。そして、ガス化炉１０１が４の倍数である多角形中空断面形状であれば、４つの壁部が４角形中空断面形状をなす熱交換器１０２の全て（４つ）の壁部と平行となる。

即ち、実施例１では、ガス化炉１０１のリダクタ部１１１は、炉壁（壁部）１１１ａ，１１１ｂが交互に連結された正８角形をなし、熱交換器収容部１１４は、炉壁（壁部）１１４ａが連結された正４角形をなしており、炉壁１１１ａと炉壁１１４ａとが平行をなすように、ガス化炉１０１のリダクタ部１１１が接続部１１５により熱交換器収容部１１４と接続されている。

圧力容器１０３は、中空円筒形状をなし、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部にスラグ排出口１２２が形成されている。この圧力容器１０３は、内部にガス化炉１０１が配置されている。即ち、ガス化炉１０１は、所定の空間部１０４を介してその外側に圧力容器１０３が配置されており、ガス化炉１０１におけるリダクタ部１１１の外面が支持部１０５により圧力容器１０３の内面に支持されている。

そして、熱交換器収容部１１４は、上端部がエキスパンションジョイント１２３により圧力容器１０３の上端部に連結され、ガス排出口１２１に連通している。圧力容器１０３は、下部にスラグホッパ１２４が設けられており、ガス化炉１０１は、下端部、つまり、コンダクタ部１１３から垂下されたリング形状をなす延出部１１６がこのスラグホッパ１２４の貯留水に浸水して水封されている。

また、ガス化炉１０１は、リダクタ部１１１に周方向に均等間隔で配置される複数のバーナ１１７からなる燃焼装置が配置され、コンダクタ部１１３に均等間隔で配置される複数のバーナ１１８，１１９からなる２組の燃焼装置が配置されている。この各バーナ１１７，１１８，１１９は、外部から圧力容器１０３及びガス化炉１０１を貫通して略水平をなすように固定されている。そして、ガス化炉１０１の支持部１０５は、バーナ１１７の上方に位置している。この場合、支持部１０５は、この位置に限らず、ディフューザ部１１２やコンダクタ部１１３に設けてもよい。即ち、各バーナ１１７，１１８，１１９の近傍であることが好ましい。

なお、バーナ１１７は、図７に示すように、第１窒素供給ライン４３と給炭ライン４４ａ，４４ｂとが集合したラインが接続され、バーナ１１８は、チャー戻しライン４６が接続され、バーナ１１９は、酸素供給ライン４７と圧縮空気供給ライン４１とが集合したラインが接続される。

また、圧力容器１０３は、この圧力容器１０３とガス化炉１０１との間に形成される空間部１０４に耐腐食性ガスとしてのシールガス（例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、天然ガスなど）を供給するガスノズル（ガス供給部）１２０が設けられている。このガスノズル１２０は、圧力容器１０３の下部、具体的には、バーナ１１９より下方に設けられており、空間部１０４の下部にシールガスを供給することで、シールガスが空間部１０４内を上昇して全領域に充満させることができる。

一方、熱交換器１０２は、上下方向に沿って複数の熱交換部として、上方から下方に向かって節炭器（エコノマイザ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２，１３３、蒸発器（エバポレータ）１３４が所定間隔をあけて配置されている。

ガス化炉１０１は、炉壁が鉛直方向に延びて周方向に並設される複数の伝熱管１４１により構成されている。具体的に、炉壁は、伝熱管１４１とフィン１４２が交互に溶接により連結されており、この伝熱管１４１とフィン１４２は、ステンレス製とすることが好ましい。この場合、各伝熱管１４１及びフィン１４２は、ガス化炉１０１のリダクタ部１１１で８角形断面、熱交換器収容部１１４で４角形断面を形成し、８角形断面のリダクタ部１１１と４角形断面の熱交換器収容部１１４とが接続部１１５により接続される。この接続部１１５は、伝熱管１４１の形状を変更することなく、伝熱管１４１の配置、フィン１４２の形状、伝熱管１４１とフィン１４２との連結位置などを変更することで、ガス化炉１０１を一体に形成している。

そして、ガス化炉１０１は、炉壁が鉛直方向に延びる同数の伝熱管１４１により構成される。即ち、各伝熱管１４１は、ガス化炉１０１を全域にわたって鉛直方向に沿って延設されており、一部の伝熱管１４１が切断されることなく、また、別の伝熱管が増加することなく、同じ伝熱管１４１が上下に伸び、周方向に並設されることで、ガス化炉１０１の炉壁が形成されている。

そして、複数の伝熱管１４１は、下端部が管寄せ１４１ａに集められ、上端部が管寄せ１４１ｂに集められている。蒸気ドラム１５１は、下降管１５２を介して管寄せ１４１ａに連結されると共に、上昇管１５３を介して管寄せ１４１ｂに連結されており、下降管１５２に循環ポンプ１５４が設けられている。また、下降管１５２は、分岐管１５５が設けられ、この分岐管１５５は、蒸発器１３４の伝熱管１３４ａの一端部（入口ヘッダ）に連結され、この伝熱管１３４ａの他端部（出口ヘッダ）に連結された配送管１５６は、蒸気ドラム１５１に連結されている。

外部からの給水管１５７は、節炭器１３１の伝熱管１３１ａの一端部（入口ヘッダ）に連結され、この伝熱管１３１ａの他端部（出口ヘッダ）に連結された送水管１５８は、蒸気ドラム１５１に連結されている。また、蒸気ドラム１５１からの蒸気管１５９は、分岐して過熱器１３２，１３３の伝熱管１３２ａ，１３３ａの一端部（入口ヘッダ）に連結され、この伝熱管１３２ａ，１３３ａの他端部（出口ヘッダ）に連結された蒸気排出管１６０は、図示しない蒸気タービンに連結されている。

熱交換器１０２は、節炭器１３１より上方に梁部材１６１が配置されており、この梁部材１６１は、端部が炉壁（伝熱管１４１及びフィン１４２）に溶接により連結されている。また、熱交換器１０２は、上下方向に沿って吊具としての複数の冷却管１６２が配置されており、下端部が給水管１５７に連結される一方、上端部が梁部材１６１に支持された後、送水管１５８に連結されている。そして、２つの過熱器１３２，１３３と蒸発器１３４は、吊り金具１３２ｂ，１３３ｂ，１３４ｂを介して複数の冷却管１６２に吊下げ支持されている。また、節炭器１３１は、炉壁（伝熱管１４１及びフィン１４２）に溶接により固定された支持板１３１ｂに載置支持されている。

即ち、熱交換器１０２は、ガス化炉１０１に近い下部ほど温度が高いことから、溶接の耐久性が厳しい。そのため、下方に位置する２つの過熱器１３２，１３３と蒸発器１３４を、上方の梁部材１６１から複数の冷却管１６２を介して吊下げ、上方に位置する節炭器１３１を、炉壁に溶接された支持板１３１ｂに載置している。この場合、熱交換器１０２の温度条件に応じて、２つの過熱器１３２，１３３も炉壁に支持板を溶接して載置支持してもよい。

ところで、実施例１の石炭ガス化装置１４は、空間部１０４の上部、つまり、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）と圧力容器１０３との間に、沈降式の分級機構としての均圧装置１７１が設けられている。この均圧装置１７１は、空間部１０４における熱交換器１０２より上方に設けられるチャー受部１７２と、一端部がガス化炉１０１内に連通して他端部がチャー受部１７２に開口する均圧管１７３と、チャー受部１７２の側部を上下に貫通するガス流路１７４とを有している。

均圧装置１７１において、図３から図５に示すように、チャー受部１７２は、凹部形状をなして空間部１０４の全周（あるいは、一部）にわたって配置され、ガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の四角形断面形状に合わせて４分割されており、それぞれがほぼ同様の構成となっている。均圧管１７３は、空間部１０４における周方向に所定間隔（均等間隔）で複数（本実施例では、４個）設けられている。チャー受部１７２は、空間部１０４における圧力容器１０３の内壁面とガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の炉壁１１４ａの外面とを閉塞するように配置されており、各均圧管１７３の下方に対向して設けられている。

即ち、チャー受部１７２は、均圧管１７３の他端部が開口する水平な底部１８１と、この底部１８１におけるガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）側の端部から鉛直方向に立ち上がる縦壁部１８２と、底部１８１における圧力容器１０３側の端部から斜め上方に向かって立ち上がる第１傾斜部１８３と、底部１８１における空間部１０４の周方向に向かって斜め上方に立ち上がる２つの第２傾斜部１８４とから構成されている。そのため、チャー受部１７２は、３つの傾斜部１８３，１８４が底部１８１に向かって下方に傾斜していることから、チャー受部１７２が受け止めたチャーを重力により底部１８１に集めることができる。なお、この傾斜部１８３，１８４は、直線的な傾斜ではなく、湾曲した傾斜であってもよく、傾斜部１８３，１８４を合体した流面形状としてもよい。

各均圧管１７３は、ほぼ同様の構成をなし、空間部１０４に配置されている。そして、各均圧管１７３は、鉛直方向に沿った直線部１８５と、この直線部１８５の上端に連続してガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の炉壁１１４ａに連通して固定される湾曲部１８６と、直線部１８５の下端に連続して下方に向かって広角して開口する広角部１８７とから構成されている。この場合、熱交換器収容部１１４は、鉛直方向に沿う同径部１１４ｂからその上部が漸次小さくなる縮径部１１４ｃとなり、エキスパンションジョイント１２３を介して圧力容器１０３の上端部に連結されており、湾曲部１８６は、熱交換器収容部１１４の同径部１１４ｂの炉壁を開口している。一方、広角部１８７は、チャー受部１７２の底部１８１の上面（底面）に所定隙間を持って開口している。なお、この広角部１８７の開口面とチャー受部１７２の底部１８１の上面（底面）との隙間は、広角部１８７の開口幅（内径）の２倍以下に設定することが望ましい。

また、ガス流路１７４は、空間部１０４の全周（あるいは、一部）にわたって設けられている。具体的に、ガス流路１７４は、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁とチャー受部１７２の外壁、つまり、縦壁部１８２との間に設けられることで、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁に沿う鉛直方向に沿って設けられている。このガス流路１７４は、下部がチャー受部１７２における底部１８１より下方に開口し、上部が均圧管１７３の湾曲部１８６に向けて開口している。

なお、チャー受部１７２を凹部形状としたが、その容積は、石炭ガス化装置１４に投入される微粉炭量の１／２、生成される燃料ガス量から算出されるダスト濃度、ガス化炉１０１の圧力上昇時にガス化炉１０１から間隙に流入するガス量の積から算出される流入粒子の体積よりも大きく設定されている。

ここで、上述した実施例１の石炭ガス化装置１４の作動について説明する。

石炭ガス化装置１４において、図１に示すように、ガス化炉１０１にて、バーナ１１７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、バーナ１１８，１１９によりチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンダクタ部１１３では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンダクタ部１１３では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグが炉壁へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２４内の貯水へ排出される。そして、コンダクタ部１１３で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１２を通ってリダクタ部１１１に上昇する。このリダクタ部１１１では、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気場においてガス化反応が行われ、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）が生成される。

このとき、給水管１５７から節炭器１３１へ給水が行われ、給水がここで加熱された後、送水管１５８を通って蒸気ドラム１５１に送られる。この蒸気ドラム１５１は、給水を循環ポンプ１５４により下降管１５２を通して炉壁としての複数の伝熱管１４１の下部に送ると共に、分岐管１５５を通して蒸発器１３４に送る。そして、給水が複数の伝熱管１４１を上昇するとき、ガス化炉１０１が冷却され、上昇管１５３を通って蒸気ドラム１５１に送られる。また、蒸発器１３４は、熱交換器１０２内を上昇する可燃性ガスにより給水を加熱し、汽水混合の状態で配送管１５６を通して蒸気ドラム１５１に送る。

また、蒸気ドラム１５１は、汽水分離が行われ、蒸気を蒸気管１５９により過熱器１３２，１３３に送り、ここで過熱する。過熱器１３２，１３３は、熱交換器１０２内を上昇する可燃性ガスにより蒸気を過熱し、生成した過熱蒸気を蒸気排出管１６０から蒸気タービンに送る。

また、ガス化炉１０１と圧力容器１０３との間の空間部１０４にて、ガスノズル１２０は、空間部１０４にシールガスを供給しており、このシールガスは、空間部１０４を上昇する。この場合、ガス化炉１０１と空間部１０４との間に均圧装置１７１が設けられていることから、ガス化炉１０１の圧力が変動しても、均圧装置１７１によりガス化炉１０１と空間部１０４との差圧が抑制される。

即ち、石炭ガス化装置１４は、通常運転時、圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高くなっている。ところが、圧力変動などにより、ガス化炉１０１内を上昇する燃料ガスの圧力が圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力よりも高くなることがある。このとき、ガス化炉１０１内の燃料ガスの一部が、各均圧管１７３を通して圧力容器１０３内（空間部１０４）へ流出することで、ガス化炉１０１と空間部１０４との差圧が抑制される。

また、ガス化炉１０１内の燃料ガスは、チャーを含んでいることから、図６に実線の矢印Ａで示すように、ガス化炉１０１内の燃料ガスと共にチャーが、各均圧管１７３を通して圧力容器１０３内（空間部１０４）へ流出する。各均圧管１７３は、下部にチャー受部１７２が配置されていることから、燃料ガスと共に各均圧管１７３を通して空間部１０４へ流出したチャーは、チャー受部１７２に受け止められてここに堆積することとなり、空間部１０４の下方に落下することが防止される。なお、この空間部１０４は、ガス化炉１０１側（内周側）が圧力容器１０３側（外周側）より高温であることから、シールガスが空間部１０４の内周側に沿って上昇し、均圧装置１７１より内周側のガス流路１７４を通って上昇することができる。

そして、石炭ガス化装置１４が通常運転時に戻ると、圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高くなる。すると、図６に点線の矢印Ｂで示すように、チャー受部１７２に堆積するチャーは、均圧管１７３により吸引され、ガス化炉１０１へ戻される。この場合、均圧管１７３の下端部が広角する一方、チャー受部１７２の周囲に傾斜部１８３，１８４が設けられていることから、チャー受部１７２に堆積するチャーは、均圧管１７３の開口部に集まって適正に吸引されることとなる。

このように実施例１のガス化装置にあっては、中空形状をなす圧力容器１０３と、中空形状をなして圧力容器１０３内に空間部１０４を介して配置されるガス化炉１０１と、ガス化炉１０１の上部に配置される熱交換器１０２と、空間部１０４の下部にシールガスを供給するガスノズル１２０と、空間部１０４における熱交換器１０２より上方に設けられるチャー受部１７２と、一端部がガス化炉１０１内に連通して他端部がチャー受部１７２に開口する均圧管１７３と、チャー受部１７２の側部を上下に貫通するガス流路１７４とを設けている。

従って、ガス化炉１０１内に圧力変動が発生しても、均圧管１７３によりガス化炉１０１内と空間部１０４内との差圧を減少することができると共に、ガス化炉１０１内の圧力増加により空間部１０４へ排出された燃料ガス中のチャーをチャー受部１７２により適正に受け止めることができ、空間部１０４の下方へのチャーの落下を阻止することができる。その結果、圧力容器１０４内とガス化炉１０１内との差圧変化を適正に抑制可能とすることができ、また、均圧管１７３を長くする必要がなくなって構造を簡素化することができ、石炭ガス化装置１４の運転の健全性を維持することできる。

実施例１のガス化装置では、均圧管１７３を空間部１０４に配置し、一端部をガス化炉１０１における鉛直方向に沿う炉壁に開口し、他端部を広角してチャー受部１７２の底部１８１の上面に開口している。従って、均圧管１７３の一端部がガス化炉１０１における鉛直方向に沿う炉壁に開口することで、均圧管１７３がガス化炉１０１を上昇する燃料ガスの流速変動がほとんどない領域に連通することとなり、均圧管１７３へのチャーの侵入を抑制することができる。また、均圧管１７３の他端部が広角してチャー受部１７２の底部１８１の上面に開口することで、ガス化炉１０１内の圧力減少によりチャー受部１７２に堆積したチャーを適正に吸引してガス化炉１０１へ戻すことができる。

実施例１のガス化装置では、チャー受部１７２を凹部形状とし、空間部１０４の全周（あるいは、一部）にわたって配置し、均圧管１７３を空間部１０４の周方向に所定間隔で複数設けている。従って、均圧管１７３によりガス化炉１０１内と空間部１０４との差圧を適正に均圧させることができ、チャー受部１７２によりガス化炉１０１内の圧力増加により空間部１０４へ排出された燃料ガス中のチャーを確実に受け止めることができる。

実施例１のガス化装置では、ガス流路１７４を空間部１０４の全周（あるいは、一部）にわたって設けている。従って、シールガスを圧力容器１０３とガス化炉１０１との間の空間部１０４の全域にわたって適正に充満させることができる。

実施例１のガス化装置では、ガス流路１７４をガス化炉１０１の外壁に沿う鉛直方向に沿って設けている。従って、ガス化炉１０１が圧力容器１０３より高温状態にあることから、シールガスは、ガス化炉１０１の外壁に沿って上昇することとなり、ガス流路１７４がガス化炉１０１の外壁に沿って設けられることで、このガスの流れを乱すことなく、空間部１０４の全域にわたって適正にガスを充満させることができる。

実施例１のガス化装置では、ガス流路１７４をガス化炉１０１の外壁とチャー受部１７２の外壁との間に設けている。従って、ガス化炉１０１の外壁とチャー受部１７２の外壁とによりガス流路１７４を構成することで、別部材を設ける必要がなくなり、構成の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

実施例１のガス化装置では、チャー受部１７２を均圧管１７３より下方に設け、均圧管１７３の他端部が開口する底部１８１と、底部１８１に向かって下方に傾斜する傾斜部１８３，１８４とを設けている。従って、チャー受部１７２に堆積したチャーを底部１８１に集め易くなり、ガス化炉１０１内の圧力減少時に、チャー受部１７２に堆積したチャーを効率良く吸引してガス化炉１０１へ戻すことができる。

図８は、本発明の実施例２に係るガス化装置における気圧装置を表す概略図、図９は、チャー粒径と吹き上げ速度によるチャーの状態を表すグラフである。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の石炭ガス化装置は、図８に示すように、空間部１０４の上部、つまり、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）と圧力容器１０３との間に、均圧装置２０１が設けられている。この均圧装置２０１は、空間部１０４における熱交換器より上方に設けられるチャー受部２０２と、一端部がガス化炉１０１内に連通して他端部がチャー受部２０２に開口する均圧管２０３と、チャー受部２０２の側部を上下に貫通するガス流路２０４とを有している。

均圧装置２０１において、チャー受部２０２は、凹部形状をなして空間部１０４の全周にわたって配置されている。均圧管２０３は、空間部１０４における周方向に所定間隔（均等間隔）で複数設けられている。

即ち、チャー受部２０２は、均圧管２０３の他端部が開口する水平な底部２１１と、この底部２１１におけるガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）側の端部から鉛直方向に立ち上がる第１縦壁部２１２と、底部２１１における圧力容器１０３側の端部から鉛直方向に立ち上がる第２縦壁部２１３と、この第２縦壁部２１３の上端部から水平方向に延出する支持部２１４とから構成されている。圧力容器１０３は、内壁面にサポート部材２１５が固定されており、チャー受部２０２は、支持部２１４がサポート部材２１５上にシール部材２１６を介して配置され、溶接などにより固定されている。

また、チャー受部２０２は、第１縦壁部２１２におけるガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）側に振れ止め部材２１７が設けられている。この振れ止め部材２１７は、ガス流路２０４を上昇するシールガスによるチャー受部２０２の振動を防止することができる。なお、この振れ止め部材２１７は、ガス流路２０４における周方向の所定の位置に配置されており、ガス流路２０４を閉塞するものではない。この場合、振れ止め部材２１７を設けることで、チャー受部２０２の支持部２１４をサポート部材２１５上にシール部材２１６に載置するだけで、溶接などを不要としてもよい。

なお、サポート部材２１５側に傾斜部を設けると共に、チャー受部２０２の支持部２１４にも傾斜部を設け、チャー受部２０２を支持部２１４の傾斜部がサポート部材２１５の傾斜部上にシール部材２１６を介して配置してもよく、この場合、傾斜部によりチャー受部２０２とシール部材２１６とサポート部材２１５との密着性を高め、シール性を向上することができる。

均圧管２０３は、空間部１０４に配置されており、鉛直方向に沿った直線部２１８と、この直線部２１８の上端に連続してガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の炉壁１１４ａに連通して固定される湾曲部２１９と、直線部２１８の下端に連続して下方に向かって広角して開口する広角部２２０とから構成されている。

ガス流路２０４は、空間部１０４の全周にわたって設けられており、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁とチャー受部２０２の外壁、つまり、縦壁部２１２との間に設けられることで、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁に沿う鉛直方向に沿って設けられている。

また、均圧管２０３は、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）内へ連通する湾曲部２１９の端部の下方に第２チャー侵入防止部材が設けられている。即ち、均圧管２０３は、湾曲部２１９の開口端に傾斜面２１９ａが形成されることで、下側がガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）側に突出する突出部２２１が設けられており、この突出部２２１が第２チャー侵入防止部材として機能する。この場合、均圧管２０３における湾曲部２１９の開口端の下側を延長して第２チャー侵入防止部材を設けずに、別の板を固定してもよい。

また、ガス流路２０４は、上方に第１チャー侵入防止部材が設けられている。即ち、ガス流路２０４は、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁とチャー受部２０２の第１縦壁部２１２との間に設けられており、第１チャー侵入防止部材としての庇部材２２２がこのガス流路２０４の上方に傾斜してガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁に固定されている。この場合、庇部材２２２は、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）の外壁における均圧管２０３の湾曲部２１９の下方から、ガス流路２０４の上方を全て覆うように、均圧管２０３の直線部２１８に向けて下方に傾斜して配置されている。

ところで、図９に示すように、チャーの粒子は、粒径に対する吹き上げ速度が設定されており、この境界より上方で吹き上がって飛散し、この境界より下方で沈降する性質を有している。即ち、チャーの粒子は、均圧装置２０１の捕集粒径以下の粒子が、ガス化炉１０１の圧力上昇時にこのガス化炉１０１から均圧管２０３を通してチャー受部２０２に流出する。そして、ガス流路２０４を上昇するシールガスＣに随伴されて巻上がり、その後重力によりチャー受部２０２に沈降する。即ち、チャーの粒子は、随伴された流速以上のシールガスの流れでは沈降することができない。そのため、ガス化炉１０１の圧力上昇時に、ガス化炉１０１から均圧管２０３を通してチャー受部２０２に流出して吹き上がる流れＡの流速Ｖ１に対して、ガス流路２０４を上昇するシールガスの流速Ｖ２を大きくすることで、ガス流路２０４から下方に沈降するチャーをなくすことができる。

ここで、上述した実施例２の均圧装置２０１の作用について説明する。

石炭ガス化装置の通常運転時、圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高くなっている。ところが、圧力変動などにより、ガス化炉１０１内を上昇する燃料ガスの圧力が圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力よりも高くなることがある。このとき、ガス化炉１０１内の燃料ガスの一部が、各均圧管２０３を通して圧力容器１０３内（空間部１０４）へ流出することで、ガス化炉１０１と空間部１０４との差圧が抑制される。

また、ガス化炉１０１内の燃料ガスは、チャーを含んでいることから、ガス化炉１０１内の燃料ガスと共にチャーが、各均圧管２０３を通して圧力容器１０３内（空間部１０４）へ流出する。各均圧管２０３は、下部にチャー受部２０２が配置されていることから、燃料ガスと共に各均圧管２０３を通して空間部１０４へ流出したチャーは、チャー受部２０２に受け止められてここに堆積することとなり、空間部１０４の下方に落下することが防止される。

そして、石炭ガス化装置１４が通常運転時に戻ると、圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高くなる。すると、図６に点線の矢印Ｂで示すように、チャー受部２０２に堆積するチャーは、均圧管２０３により吸引され、ガス化炉１０１へ戻される。この場合、均圧管２０３の下端部が広角する一方、チャー受部２０２の周囲に傾斜部１８３，１８４が設けられていることから、チャー受部２０２に堆積するチャーは、均圧管２０３の開口部に集まって適正に吸引されることとなる。

このように実施例２のガス化装置にあっては、チャー受部２０２を圧力容器１０３の内壁に固定されたサポート部材２１５上にシール部材２０１を介して配置としている。従って、チャー受部２０２を容易に適正位置に位置決めすることができ、チャー受部２０２の装着性を向上することができると共に、シール部材２１６によりシールガスの流通を阻止してチャー受部２０２に堆積したチャーの拡散を防止することができる。

実施例２のガス化装置では、ガス流路２０４の上方に第１チャー侵入防止部材としての庇部材２２２を設けている。従って、ガス流路２０４を上昇するシールガスの流量が減少したとき、庇部材２２２によりによりガス流路２０４へのチャーの侵入を防止し、空間部１０４へのチャーの拡散を防止することができる。

実施例２のガス化装置では、均圧管２０３におけるガス化炉１０１内への連通部の下方に第２チャー侵入防止部材としての突出部２２１を設けている。従って、ガス化炉１０１内を燃料中のチャーが上昇するとき、突出部２２１により均圧管２０３へのチャーの侵入を防止し、空間部１０４へのチャーの拡散を防止することができる。

なお、上述した実施例では、均圧装置１７１，２０１にて、チャー受部１７２，２０２を空間部１０４の全周にわたって配置し、ガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の四角形断面形状に合わせて４分割としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、ガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の炉壁１１４ａごとにチャー受部を設けてもよい。

また、上述した実施例では、ガス化炉１０１にて、リダクタ部１１１を八角形中空断面形状とし、熱交換器収容部１１４を正四角形中空断面形状としたが、この組み合わせに限定されるものではなく、いずれか一方または両方を円筒中空断面形状としてもよい。

また、上述した実施例では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化装置
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
１０１ ガス化炉
１０２ 熱交換器
１０３ 圧力容器
１０４ 空間部
１２０ ガスノズル（ガス供給部）
１７１，２０１ 均圧装置
１７２，２０２ チャー受部
１７３，２０３ 均圧管
１７４，２０４ ガス流路

図１は、本発明の実施例１に係るガス化装置を表す概略図である。 図２は、実施例１のガス化装置における均圧装置を表す平面概略図である。 図３は、実施例１の均圧装置を表す図２のIII−III断面図である。 図４は、実施例１の均圧装置を表す図２のIV−IV断面図である。 図５は、実施例１の均圧装置の作用を表す概略図である。 図６は、実施例１のガス化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。 図７は、本発明の実施例２に係るガス化装置における気圧装置を表す概略図である。 図８は、チャー粒径と吹き上げ速度によるチャーの状態を表すグラフである。

図１は、本発明の実施例１に係るガス化装置を表す概略図、図２は、実施例１のガス化装置における均圧装置を表す平面概略図、図３は、実施例１の均圧装置を表す図２のIII−II断面図、図４は、実施例１の均圧装置を表す図２のIV−IV断面図、図５は、実施例１の均圧装置の作用を表す概略図、図６は、実施例１のガス化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。

実施例１において、図６に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化装置１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。

給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、石炭を貯留可能であって、所定量の石炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された石炭をコンベアなどにより搬送し、微粉炭機（ミル）１３に投下することができる。

微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、原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。即ち、微粉炭機１３は、原炭（乾燥炭）を所定粒径以下の石炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。

実施例１の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１にて、原炭（石炭）が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の石炭が石炭供給機２２により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を通して石炭ガス化装置１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を通して石炭ガス化装置１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７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４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化装置１４に供給される。

石炭ガス化装置１４は、図１に示すように、中空断面形状を有するガス化炉１０１と、ガス化炉１０１の上方に配置される熱交換器１０２と、ガス化炉１０１を収容する圧力容器１０３とを有しており、ガス化炉１０１と圧力容器１０３との間に空間部１０４が区画されている。

ガス化炉１０１は、中空形状をなし、上部からリダクタ部１１１、ディフューザ部１１２、コンバスタ部１１３とから構成されている。

そして、熱交換器収容部１１４は、上端部がエキスパンションジョイント１２３により圧力容器１０３の上端部に連結され、ガス排出口１２１に連通している。圧力容器１０３は、下部にスラグホッパ１２４が設けられており、ガス化炉１０１は、下端部、つまり、コンバスタ部１１３から垂下されたリング形状をなす延出部１１６がこのスラグホッパ１２４の貯留水に浸水して水封されている。

また、ガス化炉１０１は、リダクタ部１１１に周方向に均等間隔で配置される複数のバーナ１１７からなる燃焼装置が配置され、コンバスタ部１１３に均等間隔で配置される複数のバーナ１１８，１１９からなる２組の燃焼装置が配置されている。この各バーナ１１７，１１８，１１９は、外部から圧力容器１０３及びガス化炉１０１を貫通して略水平をなすように固定されている。そして、ガス化炉１０１の支持部１０５は、バーナ１１７の上方に位置している。この場合、支持部１０５は、この位置に限らず、ディフューザ部１１２やコンバスタ部１１３に設けてもよい。即ち、各バーナ１１７，１１８，１１９の近傍であることが好ましい。

なお、バーナ１１７は、図６に示すように、第１窒素供給ライン４３と給炭ライン４４ａ，４４ｂとが集合したラインが接続され、バーナ１１８は、チャー戻しライン４６が接続され、バーナ１１９は、酸素供給ライン４７と圧縮空気供給ライン４１とが集合したラインが接続される。

ガス化炉１０１は、炉壁が鉛直方向に延びて周方向に並設される複数の伝熱管１４１により構成されている。具体的に、炉壁は、伝熱管１４１とフィン１４２が交互に溶接により連結されており、この伝熱管１４１とフィン１４２は、ステンレス製とすることが好ましい。

均圧装置１７１において、図２から図４に示すように、チャー受部１７２は、凹部形状をなして空間部１０４の全周（あるいは、一部）にわたって配置され、ガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の四角形断面形状に合わせて４分割されており、それぞれがほぼ同様の構成となっている。均圧管１７３は、空間部１０４における周方向に所定間隔（均等間隔）で複数（本実施例では、４個）設けられている。チャー受部１７２は、空間部１０４における圧力容器１０３の内壁面とガス化炉１０１における熱交換器収容部１１４の炉壁１１４ａの外面とを閉塞するように配置されており、各均圧管１７３の下方に対向して設けられている。

石炭ガス化装置１４において、図１に示すように、ガス化炉１０１にて、バーナ１１７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、バーナ１１８，１１９によりチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１３では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１３では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグが炉壁へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２４内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１３で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１２を通ってリダクタ部１１１に上昇する。このリダクタ部１１１では、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気場においてガス化反応が行われ、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）が生成される。

また、ガス化炉１０１内の燃料ガスは、チャーを含んでいることから、図５に実線の矢印Ａで示すように、ガス化炉１０１内の燃料ガスと共にチャーが、各均圧管１７３を通して圧力容器１０３内（空間部１０４）へ流出する。各均圧管１７３は、下部にチャー受部１７２が配置されていることから、燃料ガスと共に各均圧管１７３を通して空間部１０４へ流出したチャーは、チャー受部１７２に受け止められてここに堆積することとなり、空間部１０４の下方に落下することが防止される。なお、この空間部１０４は、ガス化炉１０１側（内周側）が圧力容器１０３側（外周側）より高温であることから、シールガスが空間部１０４の内周側に沿って上昇し、均圧装置１７１より内周側のガス流路１７４を通って上昇することができる。

そして、石炭ガス化装置１４が通常運転時に戻ると、圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高くなる。すると、図５に点線の矢印Ｂで示すように、チャー受部１７２に堆積するチャーは、均圧管１７３により吸引され、ガス化炉１０１へ戻される。この場合、均圧管１７３の下端部が広角する一方、チャー受部１７２の周囲に傾斜部１８３，１８４が設けられていることから、チャー受部１７２に堆積するチャーは、均圧管１７３の開口部に集まって適正に吸引されることとなる。

図７は、本発明の実施例２に係るガス化装置における気圧装置を表す概略図、図８は、チャー粒径と吹き上げ速度によるチャーの状態を表すグラフである。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の石炭ガス化装置は、図７に示すように、空間部１０４の上部、つまり、ガス化炉１０１（熱交換器収容部１１４）と圧力容器１０３との間に、均圧装置２０１が設けられている。この均圧装置２０１は、空間部１０４における熱交換器より上方に設けられるチャー受部２０２と、一端部がガス化炉１０１内に連通して他端部がチャー受部２０２に開口する均圧管２０３と、チャー受部２０２の側部を上下に貫通するガス流路２０４とを有している。

ところで、図８に示すように、チャーの粒子は、粒径に対する吹き上げ速度が設定されており、この境界より上方で吹き上がって飛散し、この境界より下方で沈降する性質を有している。即ち、チャーの粒子は、均圧装置２０１の捕集粒径以下の粒子が、ガス化炉１０１の圧力上昇時にこのガス化炉１０１から均圧管２０３を通してチャー受部２０２に流出する。そして、ガス流路２０４を上昇するシールガスＣに随伴されて巻上がり、その後重力によりチャー受部２０２に沈降する。即ち、チャーの粒子は、随伴された流速以上のシールガスの流れでは沈降することができない。そのため、ガス化炉１０１の圧力上昇時に、ガス化炉１０１から均圧管２０３を通してチャー受部２０２に流出して吹き上がる流れＡの流速Ｖ１に対して、ガス流路２０４を上昇するシールガスの流速Ｖ２を大きくすることで、ガス流路２０４から下方に沈降するチャーをなくすことができる。

そして、石炭ガス化装置１４が通常運転時に戻ると、圧力容器１０３内（空間部１０４）の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高くなる。すると、チャー受部２０２に堆積するチャーは、均圧管２０３により吸引され、ガス化炉１０１へ戻される。この場合、均圧管２０３の下端部が広角する一方、チャー受部２０２の周囲に傾斜部１８３，１８４が設けられていることから、チャー受部２０２に堆積するチャーは、均圧管２０３の開口部に集まって適正に吸引されることとなる。

１１ 給炭装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化装置
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
１０１ ガス化炉
１０２ 熱交換器
１０３ 圧力容器
１０４ 空間部
１２０ ガスノズル（ガス供給部）
１７１，２０１ 均圧装置
１７２，２０２ チャー受部
１７３，２０３ 均圧管
１７４，２０４ ガス流路

実施例１において、図６に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化装置１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７、蒸気タービン設備１８、発電機１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０を有している。

給炭装置１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、クラッシャ２３とを有している。原炭バンカ２１は、石炭を貯留可能であって、所定量の石炭を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された石炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ２３に投下することができる。このクラッシャ２３は、投下された石炭を所定の大きさに破砕することができる。

流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された石炭に対して乾燥用蒸気（過熱蒸気）を供給することで、この石炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、石炭が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１２は、下部から取り出された乾燥済の石炭を冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭が乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、上部から取り出された蒸気から乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン３３と乾燥炭電気集塵機３４が設けられ、蒸気から分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機３４で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として供給される。

微粉炭機１３は、石炭粉砕機であって、流動層乾燥装置１２により乾燥された石炭（乾燥炭）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。即ち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機３６により投下され、この乾燥炭を所定粒径以下の石炭、つまり、微粉炭とするものである。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。

実施例１の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１にて、原炭（石炭）が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の石炭が石炭供給機２２によりクラッシャ２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された石炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥された後、冷却器３１により冷却され、乾燥炭バンカ３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２の上部から取り出された蒸気は、乾燥炭サイクロン３３及び乾燥炭電気集塵機３４により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１２に乾燥用蒸気として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ３２に貯留される。

乾燥炭バンカ３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機３６により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ３７ａ，３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ３８ａ，３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を通して石炭ガス化装置１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を通して石炭ガス化装置１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７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４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化装置１４に供給される。

１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化装置
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
１０１ ガス化炉
１０２ 熱交換器
１０３ 圧力容器
１０４ 空間部
１２０ ガスノズル（ガス供給部）
１７１，２０１ 均圧装置
１７２，２０２ チャー受部
１７３，２０３ 均圧管
１７４，２０４ ガス流路

Claims (10)

1. 燃料を燃焼・ガス化することでガス燃料を生成するガス化装置であって、
   中空形状をなす圧力容器と、
   中空形状をなして前記圧力容器内に空間部を介して配置されるガス化炉と、
   前記ガス化炉の上部に配置される熱交換器と、
   前記空間部の下部に耐腐食性ガスを供給するガス供給部と、
   前記空間部における前記熱交換器より上方に設けられるチャー受部と、
   一端部が前記ガス化炉内に連通して他端部が前記チャー受部に開口する均圧管と、
   前記チャー受部の側部を上下に貫通するガス流路と、
   を有することを特徴とするガス化装置。
2. 前記均圧管は、前記空間部に配置され、一端部が前記ガス化炉における鉛直方向に沿う炉壁を開口し、他端部が広角して前記チャー受部の底面に開口することを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。
3. 前記チャー受部は、凹部形状をなして前記空間部の全周あるいは一部にわたって配置され、前記均圧管は、前記空間部の周方向に所定間隔で複数設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のガス化装置。
4. 前記ガス流路は、前記空間部の全周あるいは一部にわたって設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のガス化装置。
5. 前記ガス流路は、前記ガス化炉の外壁に沿う鉛直方向に沿って設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のガス化装置。
6. 前記ガス流路は、前記ガス化炉の外壁と前記チャー受部の外壁との間に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガス化装置。
7. 前記チャー受部は、前記均圧管より下方に設けられ、前記均圧管の他端部が開口する底部と、該底部に向かって下方に傾斜する傾斜部とを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のガス化装置。
8. 前記チャー受部は、前記圧力容器の内壁に固定されたサポート部材上にシール部材を介して配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のガス化装置。
9. 前記ガス流路は、上方に第１チャー侵入防止部材が設けられることを特徴とする請求項８に記載のガス化装置。
10. 前記均圧管は、前記ガス化炉内への連通部の下方に第２チャー侵入防止部材が設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載のガス化装置。

Images