JP2016060894A - ガス化設備および粉体燃料搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不活性ガスの使用量を低減し、かつ、搬送ガスによりガス化炉に供給される粉体燃料の着火を適切に防止する。
【解決手段】粉体燃料が貯蔵される燃料貯蔵ビン５と、ガス化炉８と、炭化水素系可燃性ガスを用いて粉体燃料を燃料貯蔵ビン５からガス化炉８に搬送する燃料供給ホッパ７と、燃料供給ホッパ７で粉体燃料の着火と可燃性ガスの着火とが発生しないように、燃料貯蔵ビン５に存在する気体の酸素濃度を調整する酸素濃度調整装置６とを備えている。このようなガス化設備１は、燃料貯蔵ビン５に存在する気体の酸素濃度を調整することにより、燃料供給ホッパ７で粉体燃料を搬送する搬送媒体ガスの酸素濃度を、可燃性ガスの着火と粉体燃料の着火とが発生しないような濃度に調整することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス化設備および粉体燃料搬送方法に関する。

石炭、バイオマス等の固体炭素質燃料をガス化して生成された可燃性ガスを燃焼して得られるガスタービンの駆動力と、ガスタービンの排熱を回収して得られる蒸気タービンの駆動力によって発電を行うガス化複合発電システムが知られている。ガス化複合発電システムの代表的なものとしては、石炭をガス化する石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）が挙げられる。

ガス化複合発電システムでは、窒素ガスや二酸化炭素などの不活性ガスを用いて、燃料供給設備で生成された微粉炭や未燃粒子回収供給設備で回収された未燃粒子を搬送している。このため、ガス化複合発電システムでは、大量の不活性ガスを使用する場合に、空気から窒素ガスを生成する深冷空気分離装置などの空気分離装置（ＡＳＵ、Ａｉｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）を備えることがある。

特開２０００−３２８０７４号公報 国際公開第２０１２／０７３３００号 特開２０１４−１３６７６３号公報

ガス化複合発電システムは、初期投資に関わる製造コストを低減するため、また運転時の補機動力を低減するために、空気分離装置の小型化または省略することが望まれている。

微粉体や未燃粒子(チャー)をガス化炉に供給する搬送媒体ガスとして、不活性ガスの代わりに可燃性ガスを用いる技術が知られている（特許文献１〜３参照）。このような技術によれば、不活性ガスの使用量を低減することでき、空気分離装置を小型化することができる。微粉体を利用する設備は、微粉体の着火、さらには粉じん爆発を防止することが望まれ、微粉体の搬送媒体ガスとして可燃性ガスを用いる場合には、さらに、微粉体への着火を防止することが望まれる。しかしながら、特許文献１〜３には、微粉体をガス化炉に供給する搬送媒体ガスとして可燃性ガスを用いる場合に、可燃性ガスの着火を適切に防止することに関して、何ら示されていない。

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、その目的とするところは、不活性ガスの使用量を低減し、かつ、搬送ガスによりガス化炉に粉体燃料を供給する搬送システムに於いて粉体燃料の着火を適切に防止するガス化設備および粉体燃料搬送方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のガス化設備および粉体燃料搬送方法は以下の手段を採用する。
本発明によるガス化設備は、少なくとも炭素含有固体燃料からなる粉体燃料が貯蔵される貯留空間を形成する燃料貯蔵ビンと、前記粉体燃料をガス化するガス化炉と、炭化水素系可燃性ガスを含有する搬送媒体ガスを用いて前記粉体燃料を前記貯留空間から前記ガス化炉に搬送する燃料供給ホッパと、前記貯留空間中の酸素濃度を調整する酸素濃度調整装置とを備えている。

このようなガス化設備は、燃料貯蔵ビンの貯留空間に存在する混合気体の酸素濃度を調整することにより、粉体燃料をガス化炉に搬送することに利用される搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に調整することができる。このようなガス化設備は、搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に調整することにより、搬送媒体ガスに炭化水素系可燃性ガスが含有する場合でも、粉体燃料が燃料供給ホッパで着火することを適切に防止することができ、かつ、可燃性ガスが燃料供給ホッパで着火することを適切に防止することができる。このようなガス化設備は、さらに、炭化水素系可燃性ガスを用いて粉体燃料をガス化炉に供給することにより、不活性ガスを用いて粉体燃料をガス化炉に供給する他のガス化設備に比較して、不活性ガスの使用量を低減することができる。

前記酸素濃度調整装置は、前記貯留空間中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、前記酸素濃度を所定値以内にするよう算出された所定量の不活性ガスを前記貯留空間に供給する不活性ガス供給装置とを有している。

このようなガス化設備は、酸素濃度計により測定された酸素濃度測定値に基づいて算出された所定量の不活性ガスを貯留空間に供給することにより、貯留空間の酸素濃度を適切に低減することができ、それに伴って、燃料供給ホッパでの搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に低減することができる。

前記酸素濃度調整装置は、前記搬送媒体ガスの酸素濃度が前記粉体燃料または前記炭化水素系可燃性ガスの着火限界酸素濃度以下になるよう、前記不活性ガスの前記貯留空間への供給量を調整する。

このようなガス化設備は、不活性ガスの貯留空間への供給量を適切に調整することにより、粉体燃料が燃料供給ホッパで着火しないように、かつ、可燃性ガスが燃料供給ホッパで着火しないように、燃料供給ホッパでの搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に低減することができる。

前記酸素濃度調整装置は、前記貯留空間で前記粉体燃料を攪拌する攪拌装置をさらに有している。

このようなガス化設備は、粉体燃料を攪拌することにより、燃料貯蔵ビン内の貯留空間の中の位置による酸素濃度のばらつきを低減することができ、酸素濃度計により貯留空間中の酸素濃度を適切に測定することができ、貯留空間から燃料供給ホッパに供給される酸素の量を適切に調整することができ、粉体燃料の着火と可燃性ガスの着火とを適切に防止することができる。

前記酸素濃度調整装置は、前記貯留空間から気体を吸引することで前記貯留空間を減圧する吸引ファンをさらに有している。

このようなガス化設備は、貯留空間から気体を吸引した後に貯留空間に不活性ガスを供給することにより、貯留空間の酸素濃度を効果的に低減することができる。

前記酸素濃度調整装置は、前記吸引ファンにより前記貯留空間から吸引された気体から粉体を除去する集塵機をさらに備え、このとき、前記集塵機により除去された粉体は、前記貯留空間に供給される。

このようなガス化設備は、前記貯留空間から気体とともに吸引された粉体燃料を前記貯留空間に戻すことにより、排出される粉体燃料を低減することができる。

本発明による粉体燃料搬送方法は、粉体燃料が貯蔵される燃料貯蔵ビンの貯留空間に存在する混合気体の酸素濃度を測定することと、前記酸素濃度に基づいて算出された所定量の不活性ガスを前記貯留空間に供給することと、前記不活性ガスが前記貯留空間に供給された後に、炭化水素系可燃性ガスを用いて前記粉体燃料を前記貯留空間からガス化炉に搬送することとを備えている。

このような粉体燃料搬送方法によれば、燃料貯蔵ビンの貯留空間に存在する混合気体の酸素濃度を適切に低減することにより、粉体燃料をガス化炉に搬送する搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に低減することができる。このため、このような粉体燃料搬送方法によれば、搬送媒体ガスが炭化水素系可燃性ガスを含有する場合でも、粉体燃料が燃料供給ホッパで着火することを適切に防止することができ、かつ、可燃性ガスが燃料供給ホッパで着火することを適切に防止することができる。このような粉体燃料搬送方法によれば、粉体燃料をガス化炉に搬送する搬送媒体ガスに炭化水素系可燃性ガスを利用することにより、ガス化設備で使用される不活性ガスの使用量を低減することができる。

本発明による粉体燃料搬送方法は、前記貯留空間から気体を吸引することをさらに備え、このとき、前記不活性ガスは、前記気体が前記貯留空間から吸引された後に、前記貯留空間に供給される。

このような粉体燃料搬送方法によれば、燃料貯蔵ビンの貯留空間に存在する混合気体の酸素濃度を効果的に低減することができ、粉体燃料を貯留空間からガス化炉に搬送する搬送媒体ガスの酸素濃度を効果的に調整することができる。

本発明によるガス化設備および粉体燃料搬送方法は、固体炭化質の粉体燃料とともに燃料貯蔵ビンに貯蔵されるガスの酸素濃度を適切に調整することで、固体炭化質の粉体燃料をガス化炉に搬送することに利用される搬送媒体ガスの酸素濃度を調整することができ、搬送媒体ガスに炭化水素系可燃性ガスが含有する場合でも、固体炭化質粉体燃料の着火と炭化水素系可燃性ガスの着火とを適切に防止することができ、さらに、固体炭化質粉体燃料をガス化炉に搬送することに利用される不活性ガスの使用量を低減することができる。

第１の実施形態にかかるガス化設備を示す概略構成図である。 第２の実施形態にかかるガス化設備を示す概略構成図である。 微粉炭を攪拌しない場合の燃料貯蔵ビン内の酸素濃度の分布と窒素濃度の分布とを示す図である。 微粉炭を攪拌した後の燃料貯蔵ビン内の酸素濃度の分布と窒素濃度の分布とを示す図である。 第３の実施形態にかかるガス化設備を示す概略構成図である。

以下に、本発明の一実施形態にかかるガス化設備について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態によるガス化設備１は、石炭ガス化複合発電設備に利用され、図１に示されているように、燃料粉砕機２と、燃料集塵機３と、燃料貯蔵ビン５と、酸素濃度調整装置６と、燃料供給ホッパ７と、ガス化炉８とを備えている。燃料粉砕機２は、固体炭素質燃料として石炭を粉砕することにより微粉炭を生成し、微粉炭と搬送ガスとが混ざり合って流動する固気二相流を生成する。燃料集塵機３は、燃料粉砕機２により生成された固気二相流から微粉炭を捕集する。燃料集塵機３は、捕集された微粉炭を燃料貯蔵ビン５に供給し、固気二相流から微粉炭が除去された排ガスを、処理装置（図示せず）を介して大気に放出する。燃料貯蔵ビン５は、貯留空間１０を内部に形成する容器に形成されている。燃料貯蔵ビン５は、燃料集塵機３により捕集された微粉炭を貯留空間１０に貯留する。

酸素濃度調整装置６は、酸素濃度計１１と不活性ガス供給装置１２と制御装置１４とを備えている。酸素濃度計１１は、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０のうちの微粉炭が堆積しない上部領域に配置されるプローブと、定期的にパージをしてプローブに付着する微粉炭を除去するパージ装置とを備え、制御装置１４に情報伝達可能に接続されている。酸素濃度計１１は、プローブを用いて、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に存在する混合気体に含有される酸素の濃度を測定し、測定された酸素濃度を制御装置１４に出力する。燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に存在する混合気体は、固体炭素質系可燃性ガス、窒素、酸素ガス、二酸化炭素および水蒸気等から形成されている。酸素濃度計１１は、プローブが燃料貯蔵ビン５の上部領域に設置されることにより、プローブに微粉炭が付着しにくく、酸素濃度計１１の計測結果が微粉炭の影響を極力受けないようにすることができる。酸素濃度計１１は、さらに、パージ装置により不活性ガスがプローブに定期的に噴射されてプローブに付着する微粉炭が除去されることにより、酸素濃度計１１の計測結果が微粉炭の影響を極力受けないようにすることができる。酸素濃度計１１としては、ジルコニア式酸素濃度計が例示され、一般的な計測器が使用可能である。

不活性ガス供給装置１２は、制御装置１４に情報伝達可能に接続されている。不活性ガス供給装置１２は、制御装置１４に制御されることにより、不活性ガスとして窒素を利用する場合、所定量の窒素ガスを燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給する。窒素ガスは、ガス化設備１が別途に備える深冷空気分離装置になどの図示しない空気分離装置より、空気から生成される。

制御装置１４は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

制御装置１４は、酸素濃度計１１により測定された酸素濃度に基づいて不活性ガス供給量を算出する。制御装置１４は、さらに、その算出された不活性ガス供給量の窒素ガスが燃料貯蔵ビン５の内部の貯留空間に供給されるように、不活性ガス供給装置１２を制御する。

燃料供給ホッパ７は、複数の燃料供給ホッパ本体１５−１〜１５−２と、複数の払出管開閉弁１６−１〜１６−２と、搬送用可燃性ガス供給装置１７と、搬送用配管１８とを備えている。燃料供給ホッパ本体１５−１は、燃料貯蔵ビン５の下方に配置され、微粉炭を貯留する貯留空間を内部に形成する容器に形成されている。燃料供給ホッパ本体１５−１は、さらに、図示されていない圧抜き装置を備え、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間内に存在するガスが処理装置（図示せず）を介して外部に排気されることにより適宜圧抜きされる。払出管開閉弁１６−１は、燃料貯蔵ビン５から燃料供給ホッパ本体１５−１に微粉炭を重力により搬送する払出管１９−１を適宜開閉する。

搬送用可燃性ガス供給装置１７は、液化天然ガス（ＬＮＧ、Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）を気化することにより生成される天然ガスを炭化水素系可燃性ガスとして用い、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間と燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間とに適宜供給する。搬送用配管１８は、搬送流路開閉弁２０が設けられ、搬送流路開閉弁２０が適宜開閉することにより、燃料供給ホッパ本体１５−１に貯留された微粉炭を石炭ガス化炉８に供給し、燃料供給ホッパ本体１５−２に貯留された微粉炭を石炭ガス化炉８に供給する。

なお、図１では、複数の燃料供給ホッパ本体１５−１〜１５−２を２基備える構成として記載されているが、３基以上で構成されていてもよい。

ガス化炉８は、燃料供給ホッパ７から供給される微粉炭をガス化させることにより可燃性の生成ガスを生成する。ガス化設備１を備える石炭ガス化複合発電設備は、さらに、図示しないガスタービンと図示しない蒸気タービンと発電機とを備えている。ガスタービンは、ガス化炉８により生成された生成ガスをガスタービンの圧縮機により圧縮された圧縮空気を用いて燃焼させた高温高圧の燃焼排ガスを用いて回転動力を生成する。蒸気タービンは、ガスタービンから排出される燃焼排ガスの排熱を回収して生成される蒸気を用いて回転動力を生成する。発電機は、ガスタービンにより生成された回転動力と蒸気タービンにより生成された回転動力とを用いて発電する。

次いで、ガス化設備１の動作を説明する。
ガス化設備１に供給された石炭は、燃料粉砕機２により、微粉炭に粉砕され、微粉炭と搬送ガスとが混ざり合わされた固気二相流に形成される。燃料粉砕機２により生成された固気二相流は、燃料集塵機３により微粉炭が除去され、微粉炭が除去された排ガスが処理装置（図示せず）を介して大気に放出される。燃料集塵機３により捕集された微粉炭は、燃料貯蔵ビン５に供給され、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に一時的に貯留される。酸素濃度計１１は、微粉炭が燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に貯留されているときに、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に存在する混合気体の酸素濃度を測定する。

制御装置１４は、酸素濃度計１１により測定された酸素濃度に基づいて不活性ガス供給量を算出する。不活性ガス供給量は、不活性ガス供給量の窒素ガスが燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給された後に、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０から燃料供給ホッパ７に払い出された微粉炭が、燃料供給ホッパ７において搬送媒体ガス、ホッパ圧力保持媒体として用いる天然ガスと接触した際に、微粉炭が着火しないように、かつ、天然ガスが着火しないように、酸素濃度が所定範囲となるように算出される。すなわち、混合ガスの酸素濃度が所定の範囲にあるということは、搬送媒体ガスの酸素濃度が微粉炭の粉じん爆発限界酸素濃度の範囲外になる酸素濃度であり、かつ、搬送媒体ガスの酸素濃度が天然ガスの爆発限界酸素濃度の以下になる酸素濃度である。不活性ガス供給量は、混合ガスの酸素濃度が所定の範囲にあるように、算出される。

たとえば、微粉炭（石炭）の粉じん爆発限界とされる着火限度酸素濃度は、上限値が１５ｖｏｌ．％〜１２ｖｏｌ．％以下である。天然ガスの爆発限界とされる着火限界酸素濃度は、上限値が１２ｖｏｌ．％以下である。このとき、不活性ガス供給量は、搬送媒体ガスの酸素濃度が１２ｖｏｌ．％以下になるように算出され、微粉炭(石炭)と天然ガスの着火を防止する。

不活性ガス供給装置１２は、制御装置１４により算出された不活性ガス供給量の窒素ガスを燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給する。酸素濃度計１１は、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に窒素ガスが供給された後に、再度、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に存在する混合気体の酸素濃度を測定する。燃料供給ホッパ７は、酸素濃度計１１により測定された酸素濃度が、微粉炭が燃料供給ホッパ７で着火しないような値を示し、かつ、天然ガスが燃料供給ホッパ７で着火しないような値を示すときに、燃料貯蔵ビン５に貯蔵された微粉炭をガス化炉８に搬送する。酸素濃度計１１により測定された酸素濃度が、依然として所定の範囲にない場合は、不活性ガス供給装置１２は、制御装置１４により再度算出された不活性ガス供給量の窒素ガスを燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に追加して供給する。

燃料供給ホッパ７は、まず、燃料供給ホッパ本体１５−１を介して燃料貯蔵ビン５に貯蔵された微粉炭をガス化炉８に搬送する。すなわち、払出管開閉弁１６−１は、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間が常圧状態である場合で、払出管開閉弁１６−２が閉じて払出管１９−２を閉鎖しているときに、開状態となり払出管１９−１を開放することにより、払出管１９−１を介して、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に貯蔵された微粉炭を重力により燃料供給ホッパ本体１５−１に払出す。払出管開閉弁１６−１は、微粉炭が燃料供給ホッパ本体１５−１に払出された後に、閉状態となり払出管１９−１を閉鎖する。
なお、このとき燃料供給ホッパ本体１５−２は、払出管開閉弁１６−２が閉じており、燃料貯蔵ビン５に貯蔵された微粉炭は燃料供給ホッパ本体１５−１のみに搬送される。

搬送用可燃性ガス供給装置１７は、払出管開閉弁１６−１が閉じて払出管１９−１を閉鎖しているときに、燃料供給ホッパ本体１５−１に搬送媒体ガスとして天然ガスを供給する。燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間は、天然ガスが供給されることにより、加圧される。燃料供給ホッパ本体１５−１に貯蔵される微粉炭は、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間に天然ガスが供給されることにより、流動化される。

搬送用配管１８は、燃料供給ホッパ本体１５−１に微粉炭が貯蔵され、かつ、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間の加圧が完了した後に、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間とガス化炉８とを接続する搬送用配管１８の搬送流路開閉弁２０を開いて開放する。燃料供給ホッパ本体１５−１に貯蔵されている微粉炭は、その流路が開放されることにより、ガス化炉８に供給される。
このように、酸素濃度調整装置６により燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に存在する気体の酸素濃度が所定範囲に調整されているので、微粉炭をガス化炉８に搬送する天然ガスを用いた搬送媒体ガスの酸素濃度が所定範囲に適切に調整できている。

搬送用配管１８は、所定量の微粉炭がガス化炉８に供給された後に、搬送流路開閉弁２０を閉じて燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間とガス化炉８とを接続を閉鎖する。燃料供給ホッパ本体１５−１は、貯留空間がガス化炉８に接続されていないときに、圧抜き装置により、燃料供給ホッパ本体１５−１の貯留空間内に存在するガスが処理装置（図示せず）を介して外部に排気されることにより、常圧まで圧抜きされる。

燃料供給ホッパ７は、燃料供給ホッパ本体１５−１を介して燃料貯蔵ビン５に貯蔵された微粉炭をガス化炉８に搬送することと並行して、燃料貯蔵ビン５に貯蔵された微粉炭を燃料供給ホッパ本体１５−２に搬送する。すなわち、払出管開閉弁１６−２は、払出管開閉弁１６−１が閉じて払出管１９−１を閉鎖している場合で、燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間が常圧状態であるときに、開状態となり払出管１９−２を開放され、払出管１９−２は、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に貯蔵された微粉炭を重力により燃料供給ホッパ本体１５−２に払出す。払出管開閉弁１６−２は、微粉炭が燃料供給ホッパ本体１５−２に払出された後に、閉状態となり払出管１９−２が閉鎖される。

搬送用可燃性ガス供給装置１７は、払出管開閉弁１６−２が閉鎖されているときに、燃料供給ホッパ本体１５−２に天然ガスを供給する。燃料供給ホッパ本体１５−２は、天然ガスが供給されることにより、貯留空間が加圧される。燃料供給ホッパ本体１５−２に貯蔵される微粉炭は、燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間に天然ガスが供給されることにより、流動化される。

搬送用配管１８は、燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間の加圧が完了した後に、燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間とガス化炉８とを接続する搬送用配管１８の搬送流路開閉弁２０を開いて開放する。燃料供給ホッパ本体１５−２に貯蔵されている微粉炭は、搬送用配管１８が開放されることにより、ガス化炉８に供給される。

搬送用配管１８は、所定量の微粉炭がガス化炉８に供給された後に、搬送流路開閉弁２０を閉じて燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間とガス化炉８とを接続を閉鎖する。燃料供給ホッパ本体１５−２は、貯留空間がガス化炉８に接続されていないときに、圧抜き装置により、燃料供給ホッパ本体１５−２の貯留空間内に存在するガスが処理装置（図示せず）を介して外部に排気されることにより、常圧まで圧抜きされる。

燃料供給ホッパ７は、上記ように、燃料供給ホッパ本体１５−１と燃料供給ホッパ本体１５−２とが交互に微粉炭をガス化炉８に供給することにより、微粉炭をガス化炉８に連続的に供給する。

ガス化炉８に供給された微粉炭は、ガス化炉８の内部の高温の雰囲気でガス化剤（酸化剤）を用いて生成ガスにガス化される。

以上に説明の構成により、以下の作用効果を奏する。
ガス化設備１は、酸素濃度調整装置６が燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に存在する混合気体の酸素濃度を調整することにより、微粉炭をガス化炉８に搬送する搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に調整することができる。このようなガス化設備は、搬送媒体ガスの酸素濃度を適切に調整することにより、搬送媒体ガスに天然ガスなど可燃性ガスが含有する場合において、微粉炭が燃料供給ホッパ７で搬送されるときに、微粉炭が着火することを適切に防止することができ、かつ、可燃性ガスが着火することを適切に防止することができる。

ガス化設備１は、さらに、窒素ガスを用いて微粉炭をガス化炉８に供給する他のガス化設備に比較して、窒素ガスの使用量を低減することができる。本実施形態においては、窒素ガスの使用量をおおよそ半分へと低減が可能となる。ガス化設備１は、空気から生成される窒素ガスを利用するときに、窒素ガスの使用量が低減されることにより、空気から窒素ガスを生成する空気分離装置を小型化することができ、空気から窒素ガスを生成するランニングコストを低減することができる。または、ガス化設備１は、窒素ガスの使用量が低減されることにより、液体窒素タンクやボンベ等に貯留された窒素ガスを利用することができ、このとき、空気から窒素ガスを大量に生成する空気分離装置を備える必要がなく省略することができる。その結果、ガス化設備１は、空気分離装置を小型化することにより、または、空気分離装置を省略することにより、ガス化設備１の製造コストが低減される。

［第２の実施形態］
図２は、ガス化設備の第２の実施形態を示している。そのガス化設備２１は、既述の第１の実施形態におけるガス化設備１の酸素濃度調整装置６が他の酸素濃度調整装置２２に置換されている。酸素濃度調整装置２２は、酸素濃度調整装置６に攪拌装置２３をさらに備えている。攪拌装置２３は、燃料貯蔵ビン５に微粉炭が貯蔵されているときに、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０の微粉炭が堆積する部分に配置される攪拌子を回転させることにより、微粉炭を攪拌して貯留空間１０内のガスとの接触を促進する。

ガス化設備２１は、既述の第１の実施形態におけるガス化設備１と同様にして、動作する。ガス化設備２１では、また、不活性ガス供給装置１２により所定の不活性ガス供給量の窒素ガスが燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給された後に、攪拌装置２３が燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０の微粉炭を攪拌して、微粉炭の貯留空間１０内のガスとの接触を促進する。このような動作によれば、ガス化設備２１は、既述の第１の実施形態におけるガス化設備１と同様にして、窒素ガスの使用量を低減することができ、窒素ガスを生成する空気分離装置を小型化または省略することにより製造コストが低減される。

燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０の中には、燃料貯蔵ビン５に貯蔵される微粉炭の周囲に吸着した混合気体や微粉炭により取り囲まれて残留する混合気体が存在する。このため、不活性ガス供給装置１２から燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に窒素ガスを供給した場合でも、貯留空間１０のうちの微粉炭が堆積している下部領域では、図３に示されるように、下部に近づくにつれ酸素濃度が増加し、下部に近づくにつれ窒素濃度が低減することがあり、貯留空間１０内では計測位置により、混合気体の酸素濃度の計測値のばらつきが発生することがある。

ガス化設備２１は、燃料貯蔵ビン５に貯蔵される微粉炭を攪拌して、貯留空間１０内のうちの微粉炭が堆積していない上部領域に存在する混合気体と微粉炭との接触と拡散を促進することにより、微粉炭の周囲に吸着した混合気体や微粉炭により取り囲まれて残留する混合気体を、貯留空間１０の上部領域の混合気体に置換することができる。このため、ガス化設備２１は、燃料貯蔵ビン５に貯蔵される微粉炭を攪拌することにより、図４に示されるように、貯留空間１０の下部領域での酸素濃度、窒素濃度を均一化することができる。このため、ガス化設備２１は、計測位置により酸素濃度の計測値にばらつきを低減することができ、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０のうちの微粉炭が堆積している下部領域に存在する混合気体の酸素濃度と微粉炭が堆積していない上部領域に存在する混合気体の酸素濃度との差を低減することができる。ガス化設備２１は、微粉炭の周囲の混合気体の酸素濃度と、微粉炭が堆積している下部領域に存在する混合気体の酸素濃度と微粉炭が堆積していない上部領域に存在する混合気体の酸素濃度との差を低減することにより、酸素濃度計１１により測定される酸素濃度と燃料貯蔵ビン５から燃料供給ホッパ７に微粉炭とともに供給される混合気体の酸素濃度との誤差を低減することができる。ガス化設備２１は、酸素濃度計１１により測定される酸素濃度と燃料貯蔵ビン５から燃料供給ホッパ７に微粉炭とともに供給される混合気体の酸素濃度との誤差が低減することにより、燃料供給ホッパ７に微粉炭とともに供給される酸素の量を適切に調整することができ、微粉炭の着火と可燃性ガスの着火とを適切に防止することができる。

なお、ガス化設備２１は、不活性ガス供給装置１２がある程度の圧力（たとえば、０．１〜０．８ＭＰａ）で窒素ガスを吹き込み、攪拌装置２３が燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０の微粉炭を攪拌して、微粉炭の貯留空間１０内のガスとの接触を促進させることもできる。このような動作によれば、ガス化設備２１は、上述の、所定の不活性ガス供給量の窒素ガスが燃料貯蔵ビン５に供給された後に微粉炭が撹拌されることに比較して、貯留空間１０および微粉炭の周囲に存在する混合気体の酸素を効果的に不活性ガスに置換することができ、微粉炭に付随して燃料供給ホッパ７に供給される酸素の量を高効率に低減することができる。ガス化設備２１は、燃料供給ホッパ７に供給される酸素の量が低減することにより、燃料供給ホッパ７での微粉炭の着火と可燃性ガスの着火とを適切に防止することができる。

［第３の実施形態］
図５は、ガス化設備の第３の実施形態を示している。そのガス化設備３１は、既述の第１の実施形態におけるガス化設備１の酸素濃度調整装置６が他の酸素濃度調整装置３２に置換されている。酸素濃度調整装置３２は、酸素濃度調整装置６に減圧用吸引ファン（吸引ファン）３３と減圧用集塵機３４とをさらに備えている。減圧用吸引ファン３３は、制御装置１４に制御されることにより、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０から混合気体を吸引し、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０を減圧する。減圧用集塵機３４は、減圧用吸引ファン３３により吸引された混合気体を除塵し、除塵された混合気体を、処理装置（図示せず）を介して大気に放出し、捕集された微粉炭を燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給する。

ガス化設備３１は、既述の第１の実施形態におけるガス化設備１と同様にして、動作する。ガス化設備３１は、さらに、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０から混合気体が吸引されて燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０が減圧されるように、減圧用吸引ファン３３を制御する。減圧により、微粉炭の周囲に吸着した混合気体や微粉炭により取り囲まれて残留する混合気体が効果的に排出される。減圧終了後は混合気体が排出完了している。この後、制御装置１４は、一旦不活性ガスを燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給して、常圧まで戻す。また、貯留空間１０内の混合気体は大幅に減少して、不活性ガスが供給されることにより、計測位置により酸素濃度の計測値にばらつきがでることを低減することができる。
このとき、制御装置１４は、酸素濃度計１１により測定された酸素濃度に基づいて不活性ガス供給量を算出した後に、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に、算出された不活性ガス供給量の窒素ガスが燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０に供給されるように、不活性ガス供給装置１２を制御する。

このようなガス化設備３１は、さらに、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０から混合気体を吸引して貯留空間１０および微粉炭の周囲に存在する酸素の量を低減することにより、燃料供給ホッパ７に供給される酸素の量を高効率に低減することができる。ガス化設備３１は、さらに、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０から混合気体を吸引して貯留空間１０を一旦負圧化した後に貯留空間１０に不活性ガスを供給することにより、貯留空間１０および微粉炭の周囲に存在する混合気体の酸素を略完全に不活性ガスに置換することができ、微粉炭に付随して燃料供給ホッパ７に供給される酸素の量を高効率に低減することができる。

このようなガス化設備３１は、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０から混合気体とともに吸引された微粉炭を貯留空間１０に戻すことにより、系外に排出される粉体燃料を低減することができる。

酸素濃度調整装置３２は、さらに、既述の第２の実施形態における攪拌装置２３をさらに備えることができる。このため、燃料貯蔵ビン５に貯蔵される微粉炭を攪拌して、貯留空間１０内の混合気体の排気が促進され、また不活性ガスと微粉炭との接触と拡散を促進することにより、計測位置による酸素濃度の計測値のばらつきを低減することができる。このようなガス化設備は、さらに、酸素濃度計１１により測定される酸素濃度と燃料貯蔵ビン５から燃料供給ホッパ７に微粉炭とともに供給される混合気体の酸素濃度との誤差を低減することができ、燃料供給ホッパ７での微粉炭の着火と可燃性ガスの着火とを適切に防止することができる。

なお、減圧用集塵機３４は、燃料集塵機３で代用することができる。このとき、燃料集塵機３は、燃料粉砕機２により生成された固気二相流とともに、減圧用吸引ファン３３により吸引された混合気体から微粉炭を捕集し、捕集された微粉炭を燃料貯蔵ビン５に供給する。ガス化設備３１は、減圧用集塵機３４を燃料集塵機３で代用することにより、減圧用集塵機３４を省略することができる。さらに、酸素濃度調整装置３２は、減圧用吸引ファン３３により吸引された気体に混合される微粉炭が十分に少量であるときに、減圧用集塵機３４を省略し、減圧用吸引ファン３３により吸引された気体から捕集される微粉炭を燃料貯蔵ビン５に戻さないようにすることができる。ガス化設備３１は、減圧用集塵機３４を省略することにより、設備コストを低減することができる。この場合も、ガス化設備３１は、燃料供給ホッパ７に供給される酸素をさらに効果的に低減することができ、微粉炭の着火と微粉炭の搬送に用いられる天然ガスの着火とを防止することができる。

なお、ガス化設備で利用される石炭は、他の固体炭素質燃料に置換されることができる。固体炭素質燃料としては、バイオマスが例示される。ガス化設備は、石炭と異なる固体炭素質燃料から形成される粉体燃料をガス化する場合でも、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０内の酸素濃度を適切に管理することにより、粉体燃料の着火と粉体燃料の搬送に用いられる天然ガスの着火とを防止し、不活性ガスの使用量を低減することができる。

なお、粉体燃料の搬送に用いられる天然ガスは、他の炭化水素系可燃性ガスに置換されることができる。炭化水素系可燃性ガスとしては、石炭・石油由来の可燃性ガスが例示される。このような炭化水素系可燃性ガスを用いて粉体燃料を搬送するガス化設備も、不活性ガスの使用量を低減することができ、かつ、燃料貯蔵ビン５の貯留空間１０内の酸素濃度を適切に管理することにより、粉体燃料の着火と粉体燃料の搬送に用いられる炭化水素系可燃性ガスの着火とを防止することができる。

なお、ガス化設備は、石炭ガス化複合発電設備と異なる設備で利用されることもできる。このような設備としては、ガス化設備により生成される生成ガスから化合物を合成する化学プラントが例示される。化合物としては、メタノール等の液体燃料やアンモニア合成などが例示される。

１ ：ガス化設備
２ ：燃料粉砕機
３ ：燃料集塵機
５ ：燃料貯蔵ビン
６ ：酸素濃度調整装置
７ ：燃料供給ホッパ
８ ：ガス化炉
１０：貯留空間
１１：酸素濃度計
１２：不活性ガス供給装置
１４：制御装置
２１：ガス化設備
２２：酸素濃度調整装置
２３：攪拌装置
３１：ガス化設備
３２：酸素濃度調整装置
３３：減圧用吸引ファン（吸引ファン）
３４：減圧用集塵機

Claims (8)

1. 少なくとも炭素含有固体燃料からなる粉体燃料が貯蔵される貯留空間を形成する燃料貯蔵ビンと、
   前記粉体燃料をガス化するガス化炉と、
   炭化水素系可燃性ガスを含有する搬送媒体ガスを用いて前記粉体燃料を前記貯留空間から前記ガス化炉に搬送する燃料供給ホッパと、
   前記貯留空間中の酸素濃度を調整する酸素濃度調整装置と、
   を備えるガス化設備。
2. 前記酸素濃度調整装置は、
   前記貯留空間中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、
   前記酸素濃度を所定値以内にするよう算出された所定量の不活性ガスを前記貯留空間に供給する不活性ガス供給装置とを有する請求項１に記載されるガス化設備。
3. 前記酸素濃度調整装置は、前記搬送媒体ガスの酸素濃度が前記粉体燃料または前記炭化水素系可燃性ガスの着火限界酸素濃度以下になるよう、前記不活性ガスの前記貯留空間への供給量を調整する請求項２に記載されるガス化設備。
4. 前記酸素濃度調整装置は、前記貯留空間で前記粉体燃料を攪拌する攪拌装置をさらに有する請求項２または請求項３に記載されるガス化設備。
5. 前記酸素濃度調整装置は、前記貯留空間の気体を吸引することで前記貯留空間を減圧する吸引ファンをさらに有する請求項２から請求項４のいずれかに記載されるガス化設備。
6. 前記酸素濃度調整装置は、前記吸引ファンにより前記貯留空間から吸引された気体から粉体を除去する集塵機をさらに備え、
   前記集塵機により除去された粉体は、前記貯留空間に供給される請求項５に記載されるガス化設備。
7. 粉体燃料が貯蔵される燃料貯蔵ビンの貯留空間中の酸素濃度を測定することと、
   前記酸素濃度に基づいて算出された所定量の不活性ガスを前記貯留空間に供給することと、
   前記不活性ガスが前記貯留空間に供給された後に、炭化水素系可燃性ガスを用いて前記粉体燃料を前記貯留空間からガス化炉に搬送することと、
   を備える粉体燃料搬送方法。
8. 前記貯留空間の気体を吸引することをさらに備え、
   前記不活性ガスは、前記気体が前記貯留空間から吸引された後に、前記貯留空間に供給される請求項７に記載される粉体燃料搬送方法。

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