JP2015114037A - スラグ排出システム及びスラグ排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラグ処理設備が停止している場合でも、プラントを停止させることなく、スラグを適切に排出させることが可能なスラグ排出システム及びスラグ排出方法を提供することを目的とする。【解決手段】スラグ排出システム１は、スラグロックホッパ２１と、スラグロックホッパ２１の下方に設けられるスラグ処理設備２２と、スラグロックホッパ２１の出口から排出されるスラグを受けて、スラグ処理設備２２と異なる位置に設けられたスラグ一時貯蔵エリア２へスラグを排出するフレキシブル配管８及び排出管４とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、スラグ排出システム及びスラグ排出方法に関するものである。

ガス化炉において、炭素含有燃料から可燃性ガスが生成されると、ガス化反応に不要な灰分は、ガス化炉内で溶融された後にスラグとしてガス化炉下部にあるスラグホッパ中の冷却水中に落下して急冷され、ガラス状の水砕スラグとなる。水砕スラグは、数ｍｍから数十ｍｍ程度の粒子である。

スラグは、スラグホッパからスラグロックホッパ２１へ更に落下して、スラグロックホッパ２１内に貯められる（図９参照）。スラグロックホッパ２１は、内部のスラグを排出するため、上部入口の弁を閉じてガス化炉内圧力を締め切った後、下部出口の弁２３を開いてスラグ冷却水とともにスラグを排出する。スラグは、接続管２４を通過してスラグ処理設備２２へ排出される。

スラグロックホッパ２１から排出されたスラグは、スラグ処理設備２２によって、所定の位置まで搬送される。スラグ処理設備２２には、スラグを他の場所へ搬送するコンベアなどが設けられている。なお、特許文献１では、スクリューコンベア等の機械的輸送手段を用いずに、液状輸送媒体によってスラリー化したスラグを搬送する発明が開示されている。

特開２０１１−７４２７４号公報

スラグ処理設備にて搬送されるスラグは、二酸化ケイ素を主成分とするガラス質の物質である。そのため、スラグ処理設備は、スラグによって摩耗されやすく、トラブルの発生頻度が高い。定格負荷運転時にスラグ処理設備がトラブルで停止した場合、一時的にスラグホッパやスラグロックホッパ内にスラグを貯蔵できるが、貯蔵量が限られており、数時間分しか貯蔵できない。その間にスラグ処理設備が復旧できなかった場合、ガス化炉を部分負荷で運用するか、プラントを停止するしかなく、プラントの稼働率に大きな影響を与える。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スラグ処理設備が停止している場合でも、プラントを停止させることなく、スラグを適切に排出させることが可能なスラグ排出システム及びスラグ排出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスラグ排出システム及びスラグ排出方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るスラグ排出システムは、スラグロックホッパと、前記スラグロックホッパの下方に設けられるスラグ処理設備と、前記スラグロックホッパの出口から排出されるスラグを受けて、前記スラグ処理設備と異なる位置に設けられたスラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出する排出路とを備える。

この構成によれば、スラグロックホッパの出口から排出されるスラグは、通常運転時であればスラグロックホッパの下方に設けられるスラグ処理設備で排出される。しかし、スラグ処理設備がトラブルにより停止した場合、排出路へ切り替えてスラグを排出する。排出路は、スラグ処理設備の近傍に常設されており、短時間でスラグの排出先を切り替えることができる。したがって、スラグ処理設備の停止によってプラントを停止させる必要がなく、一時的に排出路でスラグを排出できることから、プラントを稼働させたまま、スラグ処理設備のメンテナンス時間確保が可能となり、プラントの稼働率を向上させることができる。

上記発明において、前記排出路は、前記スラグロックホッパの下部に接続される屈曲可能なフレキシブル配管と、スラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出するとき、前記フレキシブル配管に接続される排出部とを有してもよい。

この構成によれば、フレキシブル配管を屈曲させ排出部に接続させることによって、スラグロックホッパに溜まったスラグを、フレキシブル配管及び排出部を介して、スラグ貯蔵エリアへ排出できる。排出部は、例えば管状部材でもよいし、溝状部材でもよい。

上記発明において、前記排出路は、前記スラグロックホッパの下部に接続可能な湾曲接続配管又は溝状部材を備え、前記スラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出するとき、前記湾曲接続配管又は前記溝状部材が前記スラグロックホッパの下部に接続されてもよい。

この構成によれば、湾曲接続配管又は溝状部材をスラグロックホッパの下部に接続させることによって、スラグロックホッパに溜まったスラグを、湾曲接続配管又は溝状部材を介して、スラグ貯蔵エリアへ排出できる。

上記発明において、前記フレキシブル配管、又は、前記湾曲接続配管若しくは前記溝状部材の代わりに前記スラグロックホッパの下部に接続される接続配管の一端側に設置された蓋と、前記スラグ処理設備に接続される接続管の一端に設置され、前記蓋を収容可能な接続部を有してもよい。

この構成によれば、フレキシブル配管と接続管が接続されるとき、接続部は蓋によって閉鎖される。その結果、フレキシブル配管及び接続管を通過するスラグが接続部から系外へ漏れることを防ぐことができる。また、蓋が接続部に収容されていることから、フレキシブル配管が振動したとしても、フレキシブル配管が接続部から外れにくい。

本発明に係るスラグ排出方法は、排出路が前記スラグロックホッパの出口側に配置されるステップと、前記排出路が前記スラグロックホッパの出口から排出されるスラグを受けるステップと、前記排出路が前記スラグ処理設備と異なる位置に設けられたスラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出するステップとを有する。

本発明によれば、スラグ処理設備がトラブルにより停止した場合でも、プラントを停止させることなく一時的にスラグを系外へ排出でき、それにより、プラントを稼働させたまま、スラグ処理設備が復旧までに要するメンテナンス時間を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るスラグ排出システムを示す正面図であり、フレキシブル配管が接続管と接続された状態を示している。 本発明の一実施形態に係るスラグ排出システムを示す正面図であり、フレキシブル配管が排出管と接続された状態を示している。 フレキシブル配管及び蓋を示す斜視図である。 接続管及び接続部を示す斜視図である。 フレキシブル配管及び接続管の接続部分を示す斜視図であり、蓋が閉められた状態を示している。 フレキシブル配管及び接続管の接続部分を示す斜視図であり、蓋が開けられた状態を示している。 本発明の一実施形態の変形例に係るスラグ排出システムを示す正面図であり、直線接続配管が接続管と接続された状態を示している。 本発明の一実施形態の変形例に係るスラグ排出システムを示す正面図であり、湾曲接続配管が排出管と接続された状態を示している。 従来のスラグ排出システムを示す正面図である。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係るスラグ排出システム１の構成について説明する。
スラグロックホッパ２１では、ガス化炉の下部にあるスラグホッパで生成されたスラグが上部から落下してきて、スラグが一時的に貯蔵される。スラグロックホッパ２１は、内部のスラグを排出するため、上部入口の弁（図示せず。）を閉じてガス化炉内圧力を締め切った後、下部出口の弁２３を開いてスラグ冷却水とともにスラグを排出する。

スラグロックホッパから排出されたスラグは、フレキシブル配管８及び接続管６を介して、スラグ処理設備２２へ供給される。スラグ処理設備２２は、スラグを他の場所へ搬送するコンベアなどが設けられている。

接続管６は、スラグロックホッパ２１の直下に設けられ、例えばスラグ処理設備２２から鉛直に立設されている。接続管６の上部には、フレキシブル配管８と接続可能な接続部７が形成されている。接続管６の下部は、スラグ処理設備２２に設けられている、例えばコンベアの上部に向けて開口している。接続管６を通過したスラグは、スラグ処理設備２２へ供給される。

接続部７は、例えばテーパー形状を有しており、下部側の径が狭く、上部側の径が接続管６の径よりも広く形成されている。接続部７の上部側の径は、フレキシブル配管８の一端に設けられたフランジ１４（図２参照）を収容可能な大きさである。

フレキシブル配管８は、ゴム製の管又は金属製蛇腹管などである。ゴム製であるほうが、スラグに対する耐摩耗性を有する。したがって、フレキシブル配管８に対して、金属製蛇腹管の内部にゴムをライニングしたものを用いてもよい。フレキシブル配管８の上部は、弁２３と接続される。弁２３は、スラグ排出時に開状態とされ、スラグを排出しない期間は閉状態とされている。フレキシブル配管８の下部には、フランジ１４が設置される。

フレキシブル配管８のフランジ１４は、通常のスラグ排出時、接続管６の接続部７に収容されて、接続管６と接続される。フランジ１４は、スラグ処理設備２２を使用できないメンテナンス等の期間（以下、総称して「メンテナンス時」という。）、排出管４と接続される。

フレキシブル配管８は、フランジ１４側で結合部１３を介して、チェーンブロック１１のワイヤ１２と接続されている。もしスラグ処理設備２２にトラブルが発生した場合、チェーブロック１１を操作することによってフレキシブル配管８を湾曲させ、結合部１３を上方へ吊り上げることができる。結合部１３が上方へ吊り上げられることで排出管４側へフランジ１４を接続することができ、スラグ一時貯蔵エリア２へスラグを一時的に払い出すことが可能となる。

排出管４は、例えば直線状の管状部材であり、スラグ処理設備２２の近傍に設けられる。排出管４は、例えば図１に示すように、支持部材３によって、スラグロックホッパ２１側が高く、スラグ一時貯蔵エリア２側が低くなるように、支持される。

排出管４の上部には、フランジ５が設置される。排出管４のフランジ５は、メンテナンス時、フレキシブル配管８のフランジ１４と接続される。排出管４がフレキシブル配管８と接続されているメンテナンス時、スラグは、フレキシブル配管８及び排出管４を通過して、スラグ一時貯蔵エリア２へ排出される。フランジ接続とすることによって、フレキシブル配管８及び排出管４を互いに強固に結合させることができる。スラグ通過時、フレキシブル配管８及び排出管４に荷重がかかることから、フランジ接続とすることによって、フレキシブル配管８及び排出管４が外れることを防止できる。

次に、図３から図６を用いて、フレキシブル配管８のフランジ１４近傍及び接続管６の接続部７について説明する。
フレキシブル配管８側には、図３に示すように、取っ手１７が設けられた蓋１５が設置される。蓋１５は、中央にフレキシブル配管８が通過して設置される開口部を有する環状部材である。また、蓋１５には、掛かり溝１６が形成される。他方、接続部６の内周面には、掛かり溝１６に対応して、図４に示すように、突起部１８が形成される。

図５は、フランジ１４が接続部７に収容された状態を示している。蓋１５が、取っ手１７を用いて、フレキシブル配管８を中心にして回転させられることによって、突起部１８が掛かり溝１６に係合する。その結果、通常のスラグ排出時において、蓋１５が接続部７から外れることがない。また、フレキシブル配管８が振動したとしても、蓋１５が接続部７に嵌った状態で維持されるため、フレキシブル配管８が外れることが無く、スラグやスラグ水が系外へ漏れることを防ぐことができる。

図６は、蓋１５を接続部７から取り外した状態を示している。蓋１５を回転させて接続部７から取り外すことによって、フレキシブル配管８のフランジ１４を排出管４のフランジ５へ接続することが可能になる。

次に、本実施形態に係るスラグ排出システムを用いたスラグの排出方法について説明する。
通常のスラグ排出時、フレキシブル配管８の下端に設けられたフランジ１４は、図１に示すように、接続管６の接続部７に収容される。これにより、フレキシブル配管８と接続管６が接続されている。そして、スラグロックホッパ２１に貯蔵されたスラグをスラグ処理設備２２へ供給する際、弁２３を開状態とする。
その結果、スラグロックホッパ２１に貯蔵されているスラグは、フレキシブル配管８及び接続管６を通過して、スラグ処理設備２２へ供給される。

一方、メンテナンス時は、まず、フレキシブル配管８のフランジ１４側を、例えばチェーンブロック１１によって、上方へ吊り上げる。これにより、フレキシブル配管８を屈曲させることができ、フレキシブル配管８のフランジ１４側を排出管４側へ向けることが可能になる。このとき、弁２３は閉状態である。

その後、フレキシブル配管８のフランジ１４と、排出管４のフランジ５とを、ボルト及びナットを用いて、互いに接続させる。そして、フレキシブル配管８と排出管４とが接続された状態で、弁２３を開状態とする。その結果、スラグロックホッパ２１に貯蔵されているスラグは、フレキシブル配管８及び排出管４を通過して、スラグ一時貯蔵エリア２へ排出される。図２では、符号３０に貯蔵された状態のスラグを示している。
スラグ一時貯蔵エリア２に貯蔵されたスラグは、重機やトラック等によって、所定の場所へ搬出される。

以上、本実施形態によれば、フレキシブル配管８の接続先を接続管６から排出管４へ切り換えるだけで、スラグの排出先をスラグ処理設備２２からスラグ一時貯蔵エリア２へ切り替えることができる。フレキシブル配管８の接続の切り換えは、簡単かつ迅速に行うことができスラグ一時貯蔵エリア２へスラグを排出できるため、ガス化炉をガス化炉を部分負荷で運用したり、プラントを停止させる必要がない。そのため、スラグ処理設備２２でトラブルが発生した場合でも、プラントを稼働させたまま、メンテナンス期間を確保できるため、プラントの稼働率を向上させることができる。

また、炭素含有燃料中には重金属類が含まれており、重金属類は、炭素含有燃料を燃焼させた後のスラグ（灰分）にも微量であるが存在している。重金属類が環境に与える負荷は大きく、厳しい規制値が設けられている。しかし、スラグは、非晶質となっており、内部の重金属類が固定されて水分と接触しても溶出しない構成を有している。また、保管されるスラグの粒径は飛散する大きさでは無い。

さらに、スラグと一緒に一時貯蔵エリア２へ排出されるスラグ水は、一時貯蔵エリア２になだらかな傾斜を設けておくことによって、スラグと水に分離される。そして、分離された水は、専用のポンドへ貯留される。ポンド内に水中ポンプを設置しておけば、貯留水はスラグ処理設備２２で用いられている既設の水循環系等へ戻すことができる。したがって、一時貯蔵エリア２にスラグ及びスラグ水を排出したとしても、特別な処理が必要となる排水量が増えることは無い。したがって、本実施形態は、スラグの特性を利用しており、環境負荷にも配慮されているといえる。

通常のスラグロックホッパ２１に貯蔵可能なスラグ量は、定格運転時の約数時間分となるように計画されることが一般的である。そこで、スラグ処理設備２２のメンテナンス時にスラグを貯蔵できるようにするため、スラグロックホッパ２１の容量を増大させることも考えられる。しかし、この場合、スラグロックホッパ２１の容量増大に伴って、スラグロックホッパ給水ポンプの容量を増大させたり、一定時間毎のスラグ排出間隔が長くなったり、スラグロックホッパ２１を支持する鉄骨構造をより強固にさせたりする必要がある。また、メンテナンス終了時、通常時よりもスラグがスラグロックホッパ２１に多く溜まっている。そのため、メンテナンス終了後の処理に備えて、スラグ処理設備２２もある程度余裕を持った設計（定格運転時のスラグ処理能力以上の設計）が要求される。そのため、メンテナンス時にしか容量増大分を使用しないことを考慮すると過剰な対応となってしまう。これに対して、上述した実施形態では、スラグロックホッパ２１の容量を増大させることなく、従来の容量のまま、スラグ処理設備２２のメンテナンス時にスラグを排出させることが可能である。

また、スラグ処理設備２２を設けずに、スラグロックホッパ２１の直下にスラグ貯蔵エリアを設けて、スラグロックホッパ２１から直接スラグ貯蔵エリアへスラグを排出することも考えられる。しかし、定格運転時に、多量のスラグ搬出が必要となる場合、ホイールローダ等の重機による搬出では効率が悪い。スラグロックホッパ２１から例えば３０ｔ／ｈ超のスラグが排出される場合、最大積載重量が７〜８ｔ程度の市販のホイールローダを用いたとしても、スラグ貯蔵エリアとスラグ搬出先との間をホイールローダで４〜５回／ｈ往復しなければならない。これに対して、本実施形態では、スラグロックホッパ２１のメンテナンス時のみ一時貯蔵エリア２にスラグを排出することとし、それ以外の通常の期間では、スラグ処理設備２２を用いてスラグを排出できることから、効率良くスラグの搬出を行うことができる。

上述した構成では、フレキシブル配管８と排出管４が排出路を構成する。排出路について、上述した実施形態では、直線状の管状部材である排出管４を用いる例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、排出管４の代わりに、断面凹形状を有する溝状部材を用いてもよい。管状部材の排出管４のほうが、スラグの拡散を防止できるが、排出速度を調整することによって、溝状部材を用いてもフレキシブル配管８からスラグ一時貯蔵エリア２へスラグを排出できる。

また、フレキシブル配管８の代わりに、図８に示すように湾曲形状を有する湾曲接続配管３６を用いてもよい。湾曲接続配管３６は、スラグの通常排出時、スラグ処理設備２２の近傍に退避させておく。通常排出時は、図７に示すように、直線接続配管３３を弁２３と接続管３１の間に接続する。そして、メンテナンス時、直線接続配管３３を弁２３及び接続管３１から取り外し、図８に示すように、湾曲接続配管３６の上端を弁２３の下部と接続させ、湾曲接続配管３６の下端を排出管４と接続させる。これにより、メンテナンス時、スラグは、湾曲接続配管３６を通過して、スラグ一時貯蔵エリア２へ排出される。直線接続配管３３は、フランジ３５，３４によって弁２３と接続管３１と接続され、湾曲接続配管３６は、フランジ３８，３７によって弁２３と排出管４に接続される。なお、湾曲接続配管３６の長さを長くすれば、排出管４を別途設けずに湾曲接続配管３６によってスラグをスラグ一時貯蔵エリア２へ排出できる。また、図３から図６を用いて説明したように、図７の例でも、直線接続配管３３の一端側に蓋１５を設け、接続管３１の一端にテーパー形状の接続部７を設けてもよい。さらに、湾曲接続配管３６の代わりに、断面凹形状を有する溝状部材を用いてもよい。

さらに、本実施形態では、接続管６又は排出管４との接続を、フレキシブル配管８によって行う場合について説明したが、例えば予めスラグロックホッパ２１の出口側に振り分けダンパーを設置してもよい。振り分けダンパーは、通常のスラグ排出時は、スラグ処理設備２２側へスラグが供給されるように切り換えられ、メンテナンス時は、スラグ一時貯蔵エリア２へ排出されるように切り換えられる。ただし、振り分けダンパーの駆動部が、メンテナンス時に、スラグによる摩耗によって動作しないということが生じないように留意する必要がある。これに対して、上述したフレキシブル配管８を用いた実施形態では、駆動部がないため、振り分けダンパーを用いる場合に比べて有利である。

１ スラグ排出システム
２ スラグ一時貯蔵エリア（スラグ貯蔵エリア）
４ 排出管（排出路，排出部）
６ 接続管
７ 接続部
８ フレキシブル配管（排出路，排出部）
１５ 蓋
２１ スラグロックホッパ
２２ スラグ処理設備
３３ 直線接続配管（接続配管）
３６ 湾曲接続配管（排出路）

Claims (5)

1. スラグロックホッパと、
   前記スラグロックホッパの下方に設けられるスラグ処理設備と、
   前記スラグロックホッパの出口から排出されるスラグを受けて、前記スラグ処理設備と異なる位置に設けられたスラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出する排出路と、
   を備えるスラグ排出システム。
2. 前記排出路は、
   前記スラグロックホッパの下部に接続される屈曲可能なフレキシブル配管と、
   前記スラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出するとき、前記フレキシブル配管に接続される排出部と、
   を有する請求項１に記載のスラグ排出システム。
3. 前記排出路は、前記スラグロックホッパの下部に接続可能な湾曲接続配管又は溝状部材を備え、
   前記スラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出するとき、前記湾曲接続配管又は前記溝状部材が前記スラグロックホッパの下部に接続される請求項１に記載のスラグ排出システム。
4. 前記フレキシブル配管、又は、前記湾曲接続配管若しくは前記溝状部材の代わりに前記スラグロックホッパの下部に接続される接続配管の一端側に設置された蓋と、
   前記スラグ処理設備と接続される接続管の一端に設置され、前記蓋を収容可能な接続部と、
   を有する請求項２又は３に記載のスラグ排出システム。
5. 排出路がスラグロックホッパの出口側に配置されるステップと、
   前記排出路が前記スラグロックホッパの出口から排出されるスラグを受けるステップと、
   前記排出路が前記スラグ処理設備と異なる位置に設けられたスラグ貯蔵エリアへ前記スラグを排出するステップと、
   を有するスラグ排出方法。
   

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