JP2017128703A - フィルタ装置、これを備えたガス化プラント、およびフィルタ再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素で安価な構成により、ガス化プラントを運転状態に保ちながらポーラスフィルタを再生可能にし、ガス化プラントを高い稼働率で運用可能にする。
【解決手段】フィルタ装置２５は、石炭ガス化炉にて生成された可燃性ガス中ＦＧに含まれる粒状の未反応固形分（チャー）を除去する、並列に配置された複数のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、これら複数のポーラスフィルタの各々に個別に設けられた遮断弁４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃと、各ポーラスフィルタの各々に個別に再生ガスＲＧを供給する再生ガス供給部５１と、各ポーラスフィルタのガス出口側における再生ガスＲＧの排ガス中に含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出部５７と、前記酸素濃度が予め設定された目標濃度になるように、再生ガスＲＧの流量または酸素濃度の少なくとも一方を制御する制御部５５と、を具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、石炭等の炭素含有固形燃料をガス化するガス化プラント等において、生成ガス中に残存する粒状の未反応固形分を除去するフィルタ装置、これを備えたガス化プラント、およびフィルタ再生方法に関するものである。

石炭等の炭素含有固形燃料をガス化させて使用するガス化プラントの一つである石炭ガス化複合発電設備（Integrated Gasification Combined Cycle／IGCC）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。

特許文献１等に開示されているように、石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭設備、石炭ガス化炉、チャー回収装置（サイクロン、ポーラスフィルタ等）、ガス精製設備、ガスタービン、蒸気タービン、発電機、排熱回収ボイラ、ガス化剤供給装置等を具備して構成され、石炭ガス化炉に対し、給炭設備から石炭（微粉炭）が供給されると共に、ガス化剤供給装置からガス化剤（空気、酸素富化空気、酸素、水蒸気など）が供給される。

石炭ガス化炉内では、石炭がガス化剤により部分酸化されてガス化され、可燃性ガス（石炭ガス）が生成される。生成された可燃性ガス中には、石炭の未反応固形分である粒子（チャー）が含まれているため、これをチャー回収装置にて除去し、石炭ガスを除塵する必要がある。チャー回収装置には、サイクロン（遠心分離式の除去装置）と、このサイクロンの後流側に設けられるポーラスフィルタ（多孔性フィルタ）とが備えられており、粒径の大きな粗粒チャーはサイクロンにより除去され、粒径の小さな細粒チャーはポーラスフィルタにより除去される。このようにして除塵された可燃性ガスは、次にガス精製装置において硫黄化合物・窒素化合物等の不純物質を取り除かれて精製され、燃料ガスとしてガスタービンに供給される。

チャー回収装置におけるポーラスフィルタは多孔質状のフィルタであるため、運転時間の経過に伴い、その細孔の目詰まりが進行し、ポーラスフィルタの上流側と下流側とにおける差圧を上昇させてしまう。このポーラスフィルタの目詰まりを回復させる方法として、特許文献２〜４に開示されている方法が知られている。

特許文献２には、ポーラスフィルタの内部を酸素濃度５％未満の不活性ガスで置換し、次に該フィルタの温度が４００〜４５０℃に保持されるように加熱し、次に酸素濃度が５％〜１５％（容積％）となるように調整した灰化ガスを該フィルタ内に供給することにより、該フィルタ内のチャーを灰化（酸化）させてポーラスフィルタを再生させる方法が記載されている。

特許文献３には、石炭ガス化炉の運転を停止した後に、時間の経過とともに低下するフィルタの温度がチャーの着火温度よりも低くなる前に、当該フィルタへの空気（酸素）の供給を開始し、チャーを燃焼させてダストを除去することによりフィルタを再生させる方法が記載されている。

特許文献４には、石炭ガス化炉のガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタ装置に、チャーおよび煤塵の濃度が生成ガスに含まれるチャーおよび煤塵の濃度より低い再生ガスを供給し、フィルタエレメントに通気される再生ガスの速度を該フィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、逆洗ガスで逆洗してフィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生する方法が記載されている。

特開２０１４−２０８８５０号公報 特許第４２９５７３１号公報 特開２０１２−１６４９号公報 特許第５７８７７４２号公報

しかしながら、特許文献２〜４のいずれのフィルタ再生方法も、ポーラスフィルタを再生させるにあたってガス化プラントの運転を停止させる必要があり、石炭ガス化プラントを高い稼働率で運用することの妨げとなっていた。

また、フィルタを加熱させる専用のヒータ装置を設けることによってフィルタ周りの構成が複雑になるとともに、ヒータ装置に電力を賄う必要があり、エネルギー的なロスを余儀無くされていた。さらに、ヒータ装置によってフィルタが昇温するまで待機する必要があり、作業性が悪かった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡素で安価な構成により、ガス化プラントを運転状態に保ちながらポーラスフィルタを再生可能にし、ガス化プラントを高い稼働率で運用することのできる、フィルタ装置、これを備えたガス化プラント、およびフィルタ再生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、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の第１態様に係るフィルタ装置は、炭素含有固形燃料から可燃性ガスを生成するガス化炉にて生成された前記可燃性ガス中に含まれる粒状の未反応固形分を除去する、並列に配置された複数のポーラスフィルタと、前記複数のポーラスフィルタの各々に個別に設けられた遮断弁と、前記複数のポーラスフィルタの各々に個別に再生ガスを供給する再生ガス供給部と、を具備してなるものである。ここで、再生ガスとはフィルタ内部の未反応固形分を酸化反応できる酸素または水蒸気・二酸化炭素を含むガスである。

上記構成のフィルタ装置によれば、並列に接続されている複数のポーラスフィルタのいずれかの遮断弁を閉じることにより、この遮断されたポーラスフィルタには、ガス化炉にて生成された可燃性ガスが通過できなくなる。この遮断されたポーラスフィルタに再生ガス供給部から再生ガスを供給することにより、当該ポーラスフィルタの内部に堆積している未反応固形分を酸化（燃焼）させて気化させ、当該ポーラスフィルタ内部から除去することができる。

その間、他のポーラスフィルタの遮断弁を開放してガス化炉にて生成された可燃性ガスを通過させておくことにより、ガス化プラントの運転を続行させることができる。

再生が完了したポーラスフィルタは、再生ガスの供給を停止し、遮断弁を開くことにより、通常の運転状態に復帰させてガス化炉からの可燃性ガスを通過させ、可燃性ガス中に含まれる未反応固形分を捕集することができる。このように、複数のポーラスフィルタを並列に接続して順次再生させるという、簡素で安価な構成により、ガス化プラントを運転状態に保ちながらポーラスフィルタを再生させることができる。したがって、ガス化プラントを高い稼働率で運用することができる。

前記構成のフィルタ装置において、前記ポーラスフィルタのガス出口側における前記再生ガスの排ガス中に含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、前記酸素濃度が予め設定された目標濃度になるように、前記再生ガスの流量または酸素濃度の少なくとも一方を制御する制御部と、をさらに備えた構成としてもよい。

上記構成のフィルタ装置によれば、再生するポーラスフィルタに供給される再生ガス中の酸素濃度がフィルタ再生反応に不足する場合（ガス出口側の酸素濃度が検出下限値以下の場合）には、制御部が再生ガスの流量を増加させるか、酸素濃度を高める。爆発の危険がない範囲で再生ガス中の酸素濃度を高めることで、ポーラスフィルタにおける未反応固形分の酸化反応を促進させ、フィルタ再生時間を短縮させることができる。

逆に、ポーラスフィルタに供給される再生ガス中の酸素濃度がフィルタ再生反応に必要な量よりも過剰である場合には、制御部が再生ガスの流量を減少させるか、酸素濃度を低下させる。これにより、過剰な再生ガス中の酸素によってポーラスフィルタが昇温することを抑制することができる。また、再生ガス流量の低減により、ポーラスフィルタからの熱の持ち出しを抑制し、未反応固形分の酸化反応を促進させることができる。

前記構成のフィルタ装置において、前記遮断弁は、前記各ポーラスフィルタのガス入口側とガス出口側との両方に設けられ、前記再生ガス供給部は、前記各ポーラスフィルタのダーティーサイドとクリーンサイドの両方に個別に前記再生ガスを供給可能である構成としてもよい。

上記構成のフィルタ装置によれば、ポーラスフィルタの再生反応を行う場所として、ダーティーサイドとクリーンサイドのいずれかを選択することができる。これにより、ガス化プラントの運転状態や、ポーラスフィルタにおける各種の諸条件に見合ったフィルタ再生を行うことができる。

本発明の第２態様に係るガス化プラントは、前記のいずれかの態様のフィルタ装置を備えている。これにより、簡素で安価な構成により、ガス化プラントを運転状態に保ちながらポーラスフィルタを再生可能にし、ガス化プラントを高い稼働率で運用することができる。

本発明の第３態様に係るフィルタ再生方法は、炭素含有固形燃料から可燃性ガスを生成するガス化炉にて生成された前記可燃性ガス中に含まれる粒状の未反応固形分を除去するポーラスフィルタを再生させる方法であって、前記ポーラスフィルタを複数並列に接続し、前記ガス化炉の運転中に、再生させる任意の前記ポーラスフィルタへの前記可燃性ガスの通気を遮断し、該ポーラスフィルタの内部に再生ガスを供給することにより、該ポーラスフィルタの内部に堆積している前記未反応固形分を酸化させて除去するものである。

上記のフィルタ再生方法によれば、本発明の第１態様に係るフィルタ装置の作用・効果と同じく、並列に接続された複数のポーラスフィルタを順次再生させるという、簡素で安価な構成により、ガス化プラントを運転状態に保ちながらポーラスフィルタを再生させることができる。したがって、ガス化プラントを高い稼働率で運用することができる。

前記のフィルタ再生方法において、再生中の前記ポーラスフィルタのガス出口側における前記再生ガスの排ガス中の酸素濃度を検出し、前記酸素濃度が予め設定された目標濃度になるように、前記再生ガスの流量または酸素濃度の少なくとも一方を制御してもよい。

上記のフィルタ再生方法によれば、再生するポーラスフィルタに供給される再生ガス中の酸素濃度に過不足が生じた場合には、再生ガスの流量または酸素濃度の少なくとも一方が修正され、酸素濃度が予め設定された目標濃度範囲に戻される。このため、ポーラスフィルタにおける未反応固形分の酸化反応を促進させ、フィルタ再生時間を短縮させることができる。

前記のフィルタ再生方法において、再生させる前記ポーラスフィルタのガス入口側を遮断し、該ポーラスフィルタのダーティーサイドに前記再生ガスを供給して該ポーラスフィルタを再生させてもよい。

あるいは、再生させる前記ポーラスフィルタのガス出口側を遮断し、該ポーラスフィルタのクリーンサイドに前記再生ガスを供給して該ポーラスフィルタを再生させてもよい。

上記のフィルタ再生方法によれば、ポーラスフィルタの再生反応を行う場所として、ダーティーサイドとクリーンサイドのいずれかを選択することができる。これにより、ガス化プラントの運転状態や、ポーラスフィルタにおける各種の諸条件に見合ったフィルタ再生を行うことができる。

前記のフィルタ再生方法において、前記ポーラスフィルタの再生に使用された前記再生ガスの排ガスを、前記ガス化炉にて生成された前記可燃性ガスに合流混合させるようにしてもよい。

上記のフィルタ再生方法によれば、ポーラスフィルタの再生に使用された再生ガスの排ガスを処理する専用の処理系統を省略することができる。このため、フィルタ装置の構成を簡素で安価なものにすることができる。しかも、再生ガスの排ガスを確実に処理することができる。再生ガスの排ガス量は、ガス化炉にて生成される可燃性ガスの量に比べてごく微量であるため、可燃性ガスの性状に影響を及ぼす懸念はない。

上記のように、ポーラスフィルタの再生に使用された前記再生ガスの排ガスを、前記ガス化炉にて生成された前記可燃性ガスに合流混合させる経路として、再生中の前記ポーラスフィルタのガス入口、ガス出口、チャー出口のいずれかを経由させるようにしてもよい。

一つのポーラスフィルタのガス入口、ガス出口、チャー出口は、いずれもガス化炉にて生成される可燃性ガスを給送する可燃性ガス供給管に直接、あるいは他のポーラスフィルタを経て連通している。このため、専用の流路を別途設ける必要なく、再生ガスの排ガスを確実に可燃性ガス供給管に流して可燃性ガスに合流混合させ、処理することができる。

以上のように、本発明に係るフィルタ装置、これを備えたガス化プラント、およびフィルタ再生方法によれば、簡素で安価な構成により、ガス化プラントを運転状態に保ちながらポーラスフィルタを再生可能にし、ガス化プラントを高い稼働率で運用することができる。

本発明に係るフィルタ装置を適用可能なガス化プラントの一例を示す石炭ガス化複合発電設備の概略構成例を示す系統図である。 本発明の第１実施形態を示すフィルタ装置の概略構成図である。 本発明の第２実施形態を示すフィルタ装置の概略構成図である。 （Ａ）は再生ガスをポーラスフィルタのダーティーサイドに供給している状態を示す概略図であり、（Ｂ）は再生ガスをポーラスフィルタのクリーンサイドに供給している状態を示す概略図である。 ポーラスフィルタの再生に使用された再生ガスの排ガス排出ルート示すフィルタ装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るフィルタ装置を適用可能なガス化プラントの一例を示す石炭ガス化複合発電設備の概略構成例を示す系統図である。

この石炭ガス化複合発電設備１（以下、「ＩＧＣＣプラント１」と呼ぶ）には、石炭をミルにて粉砕した微粉炭（炭素含有固形燃料）をガス化剤とともに炉内に投入してガス化し、石炭ガス（可燃性ガス）ＦＧを生成する石炭ガス化炉２（ガス化炉）が備えられている。なお、石炭ガス化炉２に限らず、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、古タイヤ等のバイオマス燃料など、他の固体炭素質燃料をガス化するガス化炉に置き換えてもよい。

本実施形態に係るＩＧＣＣプラント１は、主として、石炭ガス化炉２と、給炭設備３と、空気分離装置４と、チャー回収装置５と、ガス精製設備６と、ガスタービン７と、蒸気タービン８と、発電機９と、排熱回収ボイラ１０（以下、「ＨＲＳＧ１０」という。）と、煙突１１と、空気昇圧機１２等を主な構成要素として構成されている。空気分離装置４は、大気を採取して分離し、窒素ガスＮ_２と酸素ガスＯ_２とを生成する装置である。

石炭ガス化炉２は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化部２Ａと、石炭ガス化部２Ａの下流側に接続されて、上方から下方へとガスが流されるように形成された熱交換部２Ｂとを備えている。石炭ガス化部２Ａには、下方から順に、コンバスタ２ａ（燃焼部）とリダクタ２ｂ（反応部）とが設けられている。

コンバスタ２ａは、微粉炭およびチャーの一部分を燃焼させてＣＯ_２を生成し、残りは熱分解により揮発分（ＣＯ、Ｈ_２、低級炭化水素）として放出させる部分である。コンバスタ２ａには例えば噴流床が採用されているが、流動床式や固定床式であっても構わない。また、石炭ガス化部２Ａの下方には、コンバスタ２ａにおいて燃焼を終えた微粉炭やチャーの灰である溶融スラグを捕集し、炉外へ排出するためのスラグホッパ１３が設けられている。

コンバスタ２ａおよびリダクタ２ｂには、それぞれ、コンバスタバーナ２ｃおよびリダクタバーナ２ｄが設置されている。石炭ガス化炉２に並設されている給炭設備３は、原料炭を粉砕して数μｍ〜数百μｍの微粉炭とする粉砕機（図示せず）を備えており、この粉砕機によって粉砕された微粉炭が複数のホッパ３ａ，３ｂに貯留されるようになっている。各ホッパ３ａ，３ｂに貯留された微粉炭は、空気分離装置４から不活性ガス供給管１７を経て供給される窒素ガスＮ_２と共に、一定流量ずつコンバスタバーナ２ｃおよびリダクタバーナ２ｄに供給される。この時、不活性ガスである窒素ガスＮ_２の混合によって微粉炭の酸化が防止される。

また、コンバスタバーナ２ｃには、ガスタービン７のコンプレッサ７ｃから抽気空気管１５により抽気されて空気昇圧機１２により昇圧された空気が、空気分離装置４から供給される酸素ガスＯ_２と共に酸化剤供給管１８を経て酸化剤として供給される。このように空気に酸素ガスＯ_２を混合してコンバスタバーナ２ｃに供給することにより、コンバスタ２ａにおいて微粉炭を効率良く燃焼させることができる。

コンバスタ２ａにて微粉炭が燃焼すると、リダクタ２ｂでは、コンバスタ２ａからの高温燃焼ガスによってリダクタバーナ２ｄから噴射される微粉炭がガス化される。これにより、石炭からＣＯやＨ_２等の可燃性ガスＦＧが生成される。石炭ガス化反応は、微粉炭およびチャー中の炭素が高温ガス中のＣＯ_２およびＨ_２Ｏと反応してＣＯやＨ_２を生成する吸熱反応である。

石炭ガス化炉２の熱交換部２Ｂには、複数の熱交換器（図示略）が内蔵されており、これらの熱交換器がリダクタ２ｂから導かれる可燃性ガスＦＧから顕熱を得て蒸気を発生させる。各熱交換器において発生した蒸気は、後述するようにＨＲＳＧ１０に送られ、主として蒸気タービン８の駆動用蒸気として用いられる。

熱交換部２Ｂを通過した可燃性ガスＦＧは、可燃性ガス供給管２１を経てチャー回収装置５へと導かれ、可燃性ガスＦＧに含まれる石炭の未反応固形分である粒状のチャーが回収される。チャー回収装置５は、遠心分離式の除去装置であるサイクロン２３と、その後流側に接続される複数のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ（多孔性フィルタ）とを備えたフィルタ装置２５と、回収されたチャーを捕集するチャービン２６と、チャー供給ポッパ２７とを具備して構成されている。
可燃性ガスＦＧは、先ずサイクロン２３において粒径の大きな粗粒チャーを除去され、次にポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおいて粒径の小さな細粒チャーを除去される。可燃性ガスＦＧに粗粒チャーが含まれない構成等の場合はサイクロン２３を省略してもよい。

ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに可燃性ガスＦＧを通過させることにより、細粒チャーがポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの内部のフィルタエレメント２８（図２参照）に堆積してチャー層を形成する。

ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに捕捉され、チャービン２６に捕集されたチャーは、チャー供給ポッパ２７に排出され、ここに空気分離装置４で生成された窒素ガスＮ_２が不活性ガス供給管１７，３０を経て供給される。これにより、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃで分離、チャービン２６に捕集、チャー供給ポッパ２７に排出されたチャーが窒素ガスＮ_２を混合された安定状態でチャー供給管３１を経て石炭ガス化炉２（コンバスタ２ａ）に設けられたチャーバーナ２ｅに送給され、コンバスタ２ａ内に噴射されて微粉炭と共に再燃焼するようになっている。

チャーと共にチャーバーナ２ｅに供給されたＮａ分およびＫ分は、最終的に溶融した微粉炭の灰と共に石炭ガス化部２Ａの下方からスラグホッパ１３に排出され、スラグホッパ１３内で水中に落下して急冷されることにより破砕され、ガラス状のスラグとなって炉外に廃棄される。

チャー回収装置５（２３，２５）においてチャーを除去された可燃性ガスＦＧは、可燃性ガス供給管３３を経てガス精製設備６に導かれ、ここで硫黄化合物・窒素化合物等の不純物質を取り除かれて精製された後、可燃性ガス供給管３４を経てガスタービン７の燃焼器７ａに燃料ガスとして供給される。ガスタービン７は、この燃焼器７ａと、燃焼器７ａから噴射される燃焼ガスによって回転駆動されるタービンロータ７ｂと、大気を圧縮して燃焼器７ａへと送り出すコンプレッサ７ｃとを備えている。タービンロータ７ｂとコンプレッサ７ｃは同一の回転軸７ｄに軸装されて一体回転する。

蒸気タービン８のタービンロータは、ガスタービン７と同じ回転軸７ｄに接続されており、ガスタービン７と共にいわゆる一軸式のコンバインドシステムを構成しているが、一軸式に限らず、二軸式のコンバインドシステムであっても構わない。また、発電機９も、ガスタービン７と蒸気タービン８の回転軸７ｄに対して同軸状に設けられているが、別軸に設けて回転軸７ｄに駆動されるようにしてもよい。

ガスタービン７を駆動し終えた燃焼排ガスは燃焼排ガス管３７を経てＨＲＳＧ１０に導かれ、ＨＲＳＧ１０に設けられた図示しないボイラの水が燃焼排ガスの熱で加熱されることにより蒸気が生成される。蒸気の生成に使われた燃焼排ガスは煙突１１から大気中に排出される。
一方、前述のように石炭ガス化炉２の熱交換部２Ｂにて可燃性ガスＦＧの顕熱により生成された蒸気はＨＲＳＧ１０に導かれ、上記の通りガスタービン７の燃焼排ガス熱によって生成された蒸気と共に蒸気タービン８を駆動する。

発電機９はガスタービン７と蒸気タービン８の両方に駆動されて発電を行う。つまり、石炭ガス化炉２の排熱とガスタービン７の排熱とが回収されて蒸気タービン８を駆動する蒸気が生成され、ガスタービン７と蒸気タービン８の複合動力によって効率良く発電が行われる。

［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態を示すフィルタ装置２５の概略構成図である。前述の通り、このフィルタ装置２５は複数（例えば３基）のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備えている。これらのポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、生成ガス配管４１，４２によって互いに並列に接続されており、これら３基のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのグループが、石炭ガス化炉２にて生成された可燃性ガスＦＧが給送される可燃性ガス供給管２１に直列に接続されている。したがって、石炭ガス化炉２から可燃性ガス供給管２１を通ってきたチャーを含む可燃性ガスが、３基のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに均等に分配されてチャーを除去され、その後、再び可燃性ガス供給管３３に合流してガス精製設備６に給送される。

例えば各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを互いに近接させて配置し、各々のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの内部を通過する高温な可燃性ガスＦＧの温度を、隣接するポーラスフィルタに伝播させるのが好ましい。また、各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの間に熱伝達部材を介装したり、複数のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを１つの断熱容器に収容して互いの熱を伝達させるようにしてもよい。さらに、１つの容器の内部を伝熱性のある隔壁で仕切って複数のフィルタ室を画成し、これら複数のフィルタ室にフィルタエレメント２８を内蔵してそれぞれ独立且つ隣接するポーラスフィルタとしてもよい。

ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの内部は、フィルタエレメント２８を境にしてダーティーサイドＤＳとクリーンサイドＣＳとに分けられている。ダーティーサイドＤＳに生成ガス配管４１（可燃性ガス供給管２１）が接続され、クリーンサイドＣＳに生成ガス配管４２（可燃性ガス供給管３３）が接続されている。また、各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのダーティーサイドＤＳからそれぞれ延出するチャー排出管４５がチャービン２６に集合する形で配設されており、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにて捕捉された細粒チャーがチャー排出管４５を経てチャービン２６に捕集されるようになっている。

各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃには、そのガス入口側（上流側）とガス出口側（下流側）との両方に、それぞれ遮断弁４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４８ａ，４８ｂ，４８ｃが設けられている。これらの遮断弁４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃは、手動、もしくは後述する制御部５５によって電気的に開閉操作される。遮断弁４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃのいずれかが閉じられることにより、可燃性ガス供給管２１を通る可燃性ガスが当該ポーラスフィルタを通過できなくなり、遮断弁４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃが開いている他のポーラスフィルタを通過するようになる。なお、遮断弁４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃは必ずしも両方設けることが必須ではなく、いずれか一方のみを設けることも考えられる。ガス出口側の遮断弁４８ａ〜４８ｃのみを設けることにより、高い耐塵性能を要求されるガス入口側の遮断弁４７ａ〜４７ｃを省いてフィルタ装置２５のコストダウンを図ることができる。

また、複数のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの各々に個別に再生ガスＲＧ（灰化ガス）を供給する再生ガス供給部５１が設けられている。この再生ガス供給部５１から延びる再生ガス供給管５２が分岐して各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに接続され、各分岐管に流量調整弁５３が設けられている。
再生ガスＲＧとしては、フィルタ装置２５の逆洗用ガス（窒素、二酸化炭素、水蒸気他）に酸素含有ガス等を混合したガス、または別途配管を経て供給される酸素含有ガス（窒素、二酸化炭素、水蒸気等と酸素の混合ガス）等を例示することができる。

再生ガス供給部５１と複数の流量調整弁５３は制御部５５によって制御される。また、各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス出口側に酸素濃度検出部５７が設けられており、この酸素濃度検出部５７が各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス出口側における再生ガスＲＧの排ガス中に含まれる酸素濃度を検出し、その検出データを制御部５５に入力する。さらに、各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス入口側とガス出口側との差圧データが図示しない圧力検出部によって常時検出され、その検出データが制御部５５に入力されるようになっている。

以上のように構成されたフィルタ装置２５は、次のように操作される。
ＩＧＣＣプラント１（石炭ガス化炉２）の通常運転時には、全てのポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス入口側とガス出口側の遮断弁４７ａ〜４７ｃ，４８ａ〜４８ｃが開かれ、石炭ガス化炉２にて生成された可燃性ガスＦＧが全てのポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに均等に分配されてここを通過することにより細粒チャーを除去される。

ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ（フィルタエレメント２８）の目詰まりが進行すると、そのガス入口側とガス出口側との差圧が大きくなる。この差圧が所定の閾値に達すると、制御部５５の判断、もしくは人為的な判断により、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが順次再生される。例えばポーラスフィルタ２５ａを再生させる場合は、ＩＧＣＣプラント１の運転を続行させながら、ポーラスフィルタ２５ａのガス入口側とガス出口側の遮断弁４７ａ，４８ａの少なくとも一方を閉じる。これにより、ポーラスフィルタ２５ａに対して石炭ガス化炉２にて生成された可燃性ガスＦＧの通気が遮断される。

次に、再生ガス供給部５１からポーラスフィルタ２５ａに通じる再生ガス供給管５２の流量調整弁５３を開き、可燃性ガスＦＧの通気が遮断されたポーラスフィルタ２５ａの内部に再生ガス供給部５１から再生ガスＲＧを供給する。これにより、ポーラスフィルタ２５ａのフィルタエレメント２８内部に堆積しているチャーを酸化させて気化させ、フィルタエレメント２８から除去することができる。ポーラスフィルタ２５ａは、運転中可燃性ガスＦＧの熱により昇温しているため、その内部に再生ガスＲＧを供給することによりチャーの酸化を開始することができる。

その間、他のポーラスフィルタ２５ｂ，２５ｃの遮断弁４７ｂ，４７ｃ，４８ｂ，４８ｃを開放しておき、石炭ガス化炉２にて生成された可燃性ガスＦＧを通過させておくことにより、ＩＧＣＣプラント１の運転を続行させることができる。同時に、この運転状態にあるポーラスフィルタ２５ｂ，２５ｃの熱が再生中のポーラスフィルタ２５ａに伝播し、再生中のポーラスフィルタ２５ａが高温状態に保たれるため、ポーラスフィルタ２５ａの内部におけるチャーの酸化を促進させることができる。

ポーラスフィルタ２５ａの再生中において、制御部５５は、酸素濃度検出部５７から入力される酸素濃度が予め設定された目標濃度の範囲内になるように、再生ガス供給部５１と流量調整弁５３とを操作して再生ガスＲＧの流量または酸素濃度の少なくとも一方を制御する。具体的には、再生ガスＲＧの酸素濃度が５％〜１５％（容積％）となるように調整される。酸素濃度の他に、ポーラスフィルタ２５ａのガス出口側におけるＣＯ_２濃度や、ポーラスフィルタ２５ａの温度、ガス入口側とガス出口側との差圧等のデータを参照するようにしてもよい。

制御部５５は、ポーラスフィルタ２５ａに供給される再生ガスＲＧ中の酸素濃度がフィルタ再生反応に不足する場合（ガス出口側の酸素濃度が検出下限値以下の場合）には、再生ガスＲＧの流量を増加させるか、酸素濃度を高めるように再生ガス供給部５１や流量調整弁５３を制御する。爆発の危険がない範囲で再生ガスＲＧ中の酸素濃度を高めることで、ポーラスフィルタ２５ａに堆積したチャーの酸化反応を促進させ、フィルタ再生時間を短縮させることができる。

逆に、ポーラスフィルタ２５ａに供給される再生ガスＲＧ中の酸素濃度がフィルタ再生反応に必要な量よりも過剰である場合、制御部５５は再生ガスＲＧの流量を減少させるか、酸素濃度を低下させるように再生ガス供給部５１や流量調整弁５３を制御する。これにより、過剰な再生ガスＲＧ中の酸素によってポーラスフィルタ２５ａが必要以上に昇温することを抑制することができる。また、再生ガスＲＧの流量低減により、ポーラスフィルタ２５ａからの熱の持ち出しを抑制し、チャーの酸化反応を促進させることができる。

ポーラスフィルタ２５ａの再生が完了したら、再生ガスＲＧの供給を停止し、閉じられていた遮断弁４７ａ，４８ａを開くことにより、ポーラスフィルタ２５ａを通常の運転状態に復帰させて石炭ガス化炉２からの可燃性ガスＦＧを通過させ、可燃性ガスＦＧ中に含まれるチャーを捕集させることができる。同様にして、他のポーラスフィルタ２５ｂ，２５ｃも順次再生させる。

ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの再生に使用された再生ガスＲＧの排ガスは、可燃性ガス供給管３３に放流され、石炭ガス化炉２にて生成された可燃性ガスＦＧに合流混合される。この排ガスを可燃性ガス供給管３３に放流させる排出ルートについては後に図５を参照して説明する。

このように、複数のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを並列に接続して順次再生させるという、簡素で安価な構成のフィルタ装置２５およびフィルタ再生方法により、ＩＧＣＣプラント１を運転状態に保ちながらポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを再生させることができる。したがって、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの再生のために従来のようにＩＧＣＣプラント１の運転を停止させる必要はなく、ＩＧＣＣプラント１を高い稼働率で運用することができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示すフィルタ装置２５の概略構成図である。このフィルタ装置２５は、再生ガス供給部５１から供給される再生ガスＲＧおよび酸素を各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのダーティーサイドＤＳとクリーンサイドＣＳの両方に個別に供給可能である点において第１実施形態のフィルタ装置２５と相違し、その他の部分において同一である。したがって、同一構成部には同一の符号を付して説明を省略する。

再生ガス供給部５１から各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに延びる再生ガス供給管５２は、その先端付近が２本に分岐し、その一方がダーティーサイドＤＳに接続され、他方がクリーンサイドＣＳに接続されている。これらの分岐管には、それぞれ流量調整弁５３ａ，５３ｂが設けられている。これらの流量調整弁５３ａ，５３ｂは制御部５５によって制御される。

以上のように構成されたフィルタ装置２５において、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを再生させる時には、下記（１），（２）の再生方法を選択することができる。

（１）図４（Ａ）に示すように、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス入口側の遮断弁４７ａ〜４７ｃを閉じ、ガス出口側の遮断弁４８ａ〜４８ｃを開くとともに、再生ガス供給管５２の流量調整弁５３ａを開き、流量調整弁５３ｂを閉じて、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのダーティーサイドＤＳに再生ガスＲＧを供給して該ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを再生させる。

（２）図４（Ｂ）に示すように、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス入口側の遮断弁４７ａ〜４７ｃを開き、ガス出口側の遮断弁４８ａ〜４８ｃを閉じるとともに、再生ガス供給管５２の流量調整弁５３ａを閉じ、流量調整弁５３ｂを開いて、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのクリーンサイドＣＳに再生ガスＲＧを供給して該ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを再生させる。

例えば、前記（１）の再生方法を選択した場合は、ダーティーサイドＤＳで再生が行われるため、クリーンサイドＣＳにおける清浄性を良好に保つことができる。

前記（２）の再生方法を選択した場合は、逆洗ガスノズルからのガス供給が可能となるとともに、遮断弁４８ａ〜４８ｃを粉体が微量となる環境で運用することができ、その健全性を高めることができる。

上記のように、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの再生反応を行う場所として、ダーティーサイドＤＳとクリーンサイドＣＳのいずれかを選択することができるため、ＩＧＣＣプラント１の運転状態や、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおける各種の諸条件に見合ったフィルタ再生を行うことができる。

図５は、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの再生に使用された再生ガスＲＧの排ガス排出ルート示すフィルタ装置２５の概略構成図である。このフィルタ装置２５は、図２に記載した第１実施形態のものと同様のものであるが、図３に記載した第２実施形態のものとしてもよい。

前述したように、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの再生に使用された再生ガスＲＧの排ガスＥＧは、可燃性ガス供給管３３に放流されて可燃性ガスＦＧに合流混合される。本実施形態では、この排ガスＥＧを可燃性ガス供給管３３に放流する経路として、再生中のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス入口、ガス出口、チャー出口のいずれかを経由させるようになっている。

図５に示すように、例えばポーラスフィルタ２５ｃを再生している時は、再生ガス供給部５１からポーラスフィルタ２５ｃに供給された再生ガスＲＧの排ガスＥＧは、ポーラスフィルタ２５ｃのガス入口（遮断弁４７ｃ）を経由する排出ルートＲ１と、ポーラスフィルタ２５ｃのガス出口（遮断弁４８ｃ）を経由する排出ルートＲ２と、ポーラスフィルタ２５ｃのチャー出口を経由する排出ルートＲ３と、を選択することができる。

排出ルートＲ１を選択する場合は、ポーラスフィルタ２５ｃのガス入口側の遮断弁４７ｃを開き、ガス出口側の遮断弁４８ｃを閉じる。また、ポーラスフィルタ２５ｃからチャービン２６に通じるチャー排出管４５に設けられている図示しない仕切弁を閉じる。これにより、ポーラスフィルタ２５ｃを再生させた再生ガスＲＧの排ガスＥＧは、上流側の生成ガス配管４１と、他のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂと、下流側の生成ガス配管４２とを経て可燃性ガス供給管３３に流れ、ガス精製設備６に給送される。

排出ルートＲ２を選択する場合は、ポーラスフィルタ２５ｃのガス入口側の遮断弁４７ｃを閉じ、ガス出口側の遮断弁４８ｃを開き、チャー排出管４５に設けられている図示しない仕切弁を閉じる。これにより、排ガスＥＧは、下流側の生成ガス配管４２を経て可燃性ガス供給管３３に流れ、ガス精製設備６に給送される。

排出ルートＲ３を選択する場合は、ポーラスフィルタ２５ｃのガス入口側の遮断弁４７ｃとガス出口側の遮断弁４８ｃを閉じ、チャー排出管４５に設けられている図示しない仕切弁を開く。これにより、排ガスＥＧは、一旦チャービン２６に流れ、仕切弁が開いている他の２本のチャー排出管４５を経て他のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂに流れ、さらに下流側の生成ガス配管４２と可燃性ガス供給管３３とを経てガス精製設備６に給送される。

同様にして、他のポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂを再生している時も、排ガスＥＧを各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂのガス入口、ガス出口、チャー出口のいずれかを経由させて最終的に可燃性ガス供給管３３に放流する。

このように、一つのポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのガス入口、ガス出口、チャー出口は、いずれも可燃性ガスＦＧを給送する可燃性ガス供給管３３に直接、あるいは他のポーラスフィルタを経て連通している。
したがって、これらの連通関係をうまく利用することにより、排ガスＥＧを処理する専用の処理系統を設けることなく、ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの再生に使用された再生ガスＲＧの排ガスＥＧを可燃性ガスＦＧに合流混合させることができ、フィルタ装置２５の構成を簡素で安価なものにするとともに、排ガスＥＧを確実に処理することができる。
なお、排ガスＥＧの量は、可燃性ガスＦＧの量に比べてごく微量（０．１〜０．２％程度）であるため、可燃性ガスＦＧの性状に影響を及ぼす懸念はない。

変形例として、排ガスＥＧを可燃性ガスＦＧに合流混合させずに、図５中に示すように各ポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃから外部に通じる排ガス処理管６３と仕切弁６４とを配設し（図５中にはポーラスフィルタ２５ａにのみ記入）、この排ガス処理管６３をフレアスタック（図示無し）に接続する等して、排ガスＥＧを焼却処理するようにしてもよい。こうすれば、排ガスＥＧに未燃焼成分が含まれていても、これを大気中に放散させることなく適正に処理することができる。

以上のように、本実施形態に係るフィルタ装置２５、これを備えたＩＧＣＣプラント１、およびフィルタ再生方法によれば、簡素で安価な構成により、ＩＧＣＣプラント１を運転状態に保ちながらポーラスフィルタ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを再生可能にし、ＩＧＣＣプラント１を高い稼働率で運用することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、上記実施形態では、本発明に係るフィルタ装置およびフィルタ再生方法を、ＩＧＣＣプラント１に設けられたフィルタ装置２５に適用した例について説明したが、ＩＧＣＣプラントに限定されることはなく、他のプラントや濾過システム等のフィルタ装置に適用してもよい。

１ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化プラント）
２ 石炭ガス化炉（ガス化炉）
５ チャー回収装置
７ ガスタービン
８ 蒸気タービン
９ 発電機
１０ 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
２３ サイクロン
２５ フィルタ装置
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ ポーラスフィルタ
２６ チャービン
４１，４２ 生成ガス配管
４５ チャー排出管
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ 遮断弁
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ 遮断弁
５１ 再生ガス供給部
５３ 流量調整弁
５５ 制御部
５７ 酸素濃度検出部
ＣＳ クリーンサイド
ＤＳ ダーティーサイド
ＥＧ 再生ガスの排ガス
ＦＧ 可燃性ガス
ＲＧ 再生ガス
Ｒ１ ガス入口を経由して排ガスを可燃性ガスに合流混合させる排出ルート
Ｒ２ ガス出口を経由して排ガスを可燃性ガスに合流混合させる排出ルート
Ｒ３ チャー出口を経由して排ガスを可燃性ガスに合流混合させる排出ルート

Claims (10)

1. 炭素含有固形燃料から可燃性ガスを生成するガス化炉にて生成された前記可燃性ガス中に含まれる粒状の未反応固形分を除去する、並列に配置された複数のポーラスフィルタと、
   前記複数のポーラスフィルタの各々に個別に設けられた遮断弁と、
   前記複数のポーラスフィルタの各々に個別に再生ガスを供給する再生ガス供給部と、
   を具備してなるフィルタ装置。
2. 前記ポーラスフィルタのガス出口側における前記再生ガスの排ガス中に含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、
   前記酸素濃度が予め設定された目標濃度になるように、前記再生ガスの流量または酸素濃度の少なくとも一方を制御する制御部と、
   をさらに備えた請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記遮断弁は、前記各ポーラスフィルタのガス入口側とガス出口側との両方に設けられ、
   前記再生ガス供給部は、前記各ポーラスフィルタのダーティーサイドとクリーンサイドの両方に個別に前記再生ガスを供給可能である請求項１または２に記載のフィルタ装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のフィルタ装置を備えたガス化プラント。
5. 炭素含有固形燃料から可燃性ガスを生成するガス化炉にて生成された前記可燃性ガス中に含まれる粒状の未反応固形分を除去するポーラスフィルタを再生させるフィルタ再生方法であって、
   前記ポーラスフィルタを複数並列に接続し、
   前記ガス化炉の運転中に、再生させる任意の前記ポーラスフィルタへの前記可燃性ガスの通気を遮断し、
   該ポーラスフィルタの内部に再生ガスを供給することにより、該ポーラスフィルタの内部に堆積している前記未反応固形分を酸化させて除去することを特徴とするフィルタ再生方法。
6. 再生中の前記ポーラスフィルタのガス出口側における前記再生ガスの排ガス中の酸素濃度を検出し、
   前記酸素濃度が予め設定された目標濃度になるように、前記再生ガスの流量または酸素濃度の少なくとも一方を制御する請求項５に記載のフィルタ再生方法。
7. 再生させる前記ポーラスフィルタのガス入口側を遮断し、該ポーラスフィルタのダーティーサイドに前記再生ガスを供給して該ポーラスフィルタを再生させる請求項５または６に記載のフィルタ再生方法。
8. 再生させる前記ポーラスフィルタのガス出口側を遮断し、該ポーラスフィルタのクリーンサイドに前記再生ガスを供給して該ポーラスフィルタを再生させる請求項５または６に記載のフィルタ再生方法。
9. 前記ポーラスフィルタの再生に使用された前記再生ガスの排ガスを、前記ガス化炉にて生成された前記可燃性ガスに合流混合する請求項５から８のいずれかに記載のフィルタ再生方法。
10. 前記排ガスを前記可燃性ガスに合流混合する経路として、再生中の前記ポーラスフィルタのガス入口、ガス出口、チャー出口のいずれかを経由させる請求項９に記載のフィルタ再生方法。

Images