JP2018063074A - 炉壁、ガス化炉設備およびガス化複合発電設備ならびに炉壁の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置され、内部に冷却水が流通する複数の周壁管142と、隣り合う周壁管142の間を気密に接続するフィン140とを備えている。円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各周壁管142同士が接触して配置されるとともに、円筒形の内周側にフィン140が設けられている。
【選択図】図7
Description
周壁管の内径は、微粉炭投入量で決まる熱負荷に対して、冷却壁として必要な熱交換量を得るように冷却水の流量と流速に応じて決定される。これにより周壁管の外径も決まってくるため、周壁管とフィンを連続して配置した炉壁で所望のスロート径を実現するにあたり周壁管の配置には制限が生じる。
間引き構造を採用すると、配管を間引きした近傍では配管間の距離が大きくなり接続部の領域が広くなる。領域が広くなった接続部では、配管との伝熱が十分に行われずに接続部の温度が上昇して耐久性が低下する。本発明では、配管同士を接触させて間引き構造を回避することとしたので、接続部の耐久性が低下することを防止できる。
円筒形とされた炉壁の接触部よりも内周側に接続部を設けることとしたので、炉内ガスを接続部に導かないように配管間のシールを確実にすることができ、また強度を向上させることができる。
なお、スロート部よりも炉壁のガスの流路断面の直径が大きい領域では、配管同士を接触させずに配管同士を離間させた状態で、間に接続部を介して接続することとしても良い。
棒状部材に少なくとも1つの切断部を設けることで、内周側及び外周側の棒状部材に囲まれた空間内にガスが閉じ込められてこの空間内の圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。また、切断部を外周側に設けることによって、炉内ガスが配管同士の接触部に侵入することを防止する。
例えば、隣り合う配管の半径位置を交互に変えて二種類の半径位置を採用する。これにより、管曲げを二種類に限定できるので、配管の曲げ製造とスロート部への製造が比較的容易になる。なお、二種類の半径位置を採用する場合には、これら半径の平均値が所望のスロート径に相当するようにするのが好ましい。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
ガス化炉設備14が適用される石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)10は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉設備14において、燃料から生成ガスを生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備10は、ガス化炉設備14で生成した生成ガスを、ガス精製装置16で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン17に供給して発電を行っている。すなわち、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備10は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備となっている。ガス化炉設備14に供給する燃料としては、石炭等の炭素含有固体燃料を石炭ミルによって細かく砕いた微粉炭が用いられる。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備10において、給炭装置11に原炭(石炭)が供給されると、石炭は、給炭装置11において、細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭装置11で製造された微粉炭は、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を流通してガス化炉設備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を流通してガス化炉設備14に供給される。更に、後述するガスタービン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を通してガス化炉設備14に供給される。
ガス化炉設備14のガス化炉101において、リダクタ部118のバーナ127により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部116のバーナ126により微粉炭及びチャーと圧縮空気(酸素)が投入されて点火される。すると、コンバスタ部116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116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、この溶融スラグがガス化炉壁111へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ122内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部116で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部117を通ってリダクタ部118に上昇する。このリダクタ部118では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
図3には、ガス化炉設備14のガス化炉壁111のディフューザ部117の横断面が概略的に示されている。
ガス化炉壁111は、ディフューザ部117の横断面が円筒形状とされており、複数の周壁管142と、各周壁管142間に設けられたフィン(接続部)140とを備えている。
隣接する周壁管142の間を気密に接続する接続部として、周壁管142の間には、フィン140が配置されている。フィン140は、各周壁管142の中心を結んだ線上に配置されている。フィン140は、シールロッド(棒状部材)140aと、シールロッド140aを間に挟んで周壁管142との間の空間を埋めるように肉盛り溶接された溶接部140bとを備えている。シールロッド140a及び溶接部140bの材質としては、耐食性が高いニッケル基合金やニッケル含有合金が用いられる。ニッケル基合金としては、例えば、インコネル(登録商標)600、インコネル(登録商標)622、インコネル(登録商標)625、インコネル(登録商標)690、HR−160、ハステロイX(商標)、Alloy72、Alloy72Mなどを用いることができる。
フィン140は、各周壁管142の中心を結ぶ線上には設けられておらず、周壁管142同士が接触する接触部CPの内周側及び外周側にそれぞれ設けられている。
周壁管142は、それぞれの中心がガス化炉壁111のスロート径Dに相当する位置に配置されている。周壁管142同士は、中心を結ぶ線上に位置する接触部CPで直接接触している。
円筒形とされたガス化炉壁111の流路の横断面の直径が他の領域に比べて小さくされたスロート部117aでは、周壁管142同士を接触させて配置することで、円筒形の横断面の直径を小さくすることとした。これにより、ガス化炉壁111を構成する周壁管142の一部を外側に外して円筒形を構成すること(いわゆる間引き構造:図11参照)を回避し、ガス化炉壁111を構成する全ての周壁管142を用いてスロート部117aを構成することができる。また、一部の周壁管142を間引く際に周壁管142を他の周壁管142とは異なる位置と異なる角度で曲げる工程が不要となるので、数多くの周壁管142を容易に製造するとともに、周壁管142を組合せて溶接接続する際にもスロート部117aの製造及びメンテナンスが容易となる。
間引き構造を採用すると、スロート部117aよりもガス化炉壁111の流路断面の直径が大きく周壁管142を間引きしない領域(例えばコンバスタ部116やリダクタ部118に近い領域)での周壁管142同士の間のフィン140に比べて、周壁管142を間引きした近傍では周壁管142間の距離が大きくなりフィン140の領域が広くなる(図11(b)参照)。領域が広くなったフィン140では、周壁管142との伝熱が十分に行われずに周壁管142の温度が上昇して耐久性が低下する。本実施形態では、周壁管142同士を接触させて間引き構造を回避することとしたので、フィン140の耐久性が低下することを防止できる。
さらに、シールロッド140aを用いて溶接作業を容易にするとともにシール性を向上させることとしたので、炉内の腐食性ガスが研削面とされた平面形状部142cに直接触れることを回避することができ、平面形状部142cの耐食性低下を防止できる。
シールロッド140aの少なくとも一部に切断部140dを設けたので、内周側及び外周側のシールロッド140aに囲まれた空間にガスが閉じ込められてこの空間内のガスの圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。また、切断部140dを外周側に設けることによって、内部空間154の腐食性ガスの侵入を防止することができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図10を用いて説明する。
本実施形態は、周壁管142の配置が第1実施形態に対して異なるが、その他の構成については同様なので、その説明を省略する。
図10は、スロート部117aにおける流路の横断面を示している。同図に示されているように、ガス化炉壁111の流路の横断面の中心位置から周壁管142は、隣り合う周壁管142に対して異なる半径位置となるように配置されている。具体的には、一方の周壁管142の群は、1つおきに、スロート径Dよりも小さい直径D1上に配置されている。残りの他方の周壁管142の群は、1つおきに、スロート径Dよりも大きい直径D2上に配置されている。
D=(D1+D2)/2
すなわち、直径D1及び直径D2の平均がスロート径Dとなるように各周壁管142が配置されている。
各周壁管142の中心を、スロート部117aにおいて流路の横断面の中心位置から異なる半径位置に配置することで、全ての周壁管142を流路の横断面の中心位置から同じ半径位置に配置する場合に比べてスロート径Dをさらに小さくすることができる。例えば、全ての周壁管142同士を直接接触させて同じ半径上に配置させても、スロート径Dが大きくなり所望のスロート径Dが得られない場合に本実施形態は好適である。
また、第1実施形態のように、周壁管142同士が接触する位置に平面形状部142cを設けても良い。
なお、上記の各本実施形態は、ガス化炉101として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉101はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉101内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。
11 給炭装置
11a 給炭ライン
14 ガス化炉設備
15 チャー回収装置
16 ガス精製装置
17 ガスタービン
18 蒸気タービン
19 発電機
20 排熱回収ボイラ
41,65 圧縮空気供給ライン
42 空気分離装置
43 第1窒素供給ライン
45 第2窒素供給ライン
46 チャー戻しライン
47 酸素供給ライン
48 スラグ排出装置
49 ガス生成ライン
51 集塵装置
52 供給ホッパ
53 ガス排出ライン
61 圧縮機
62 燃焼器
63,69 タービン
64 回転軸
66 燃料ガス供給ライン
67 燃焼ガス供給ライン
68 昇圧機
70 排ガスライン
71 蒸気供給ライン
72 蒸気回収ライン
73 復水器
74 ガス浄化装置
75 煙突
101 ガス化炉
102 シンガスクーラ
110 圧力容器
111 ガス化炉壁(炉壁)
115 アニュラス部
116 コンバスタ部
117 ディフューザ部
117a スロート部
118 リダクタ部
121 ガス排出口
122 スラグホッパ
126,127 バーナ
131 蒸発器
132 過熱器
134 節炭器
140 フィン(接続部)
140a シールロッド(棒状部材)
140b 溶接部
140c 一端
140d 切断部
142 周壁管
142a 本体管
142b 耐食性層
142c 平面形状部
143 冷却水循環機構
144 循環経路
146 冷却装置
148 ポンプ
150 入口ヘッダ
152 出口ヘッダ
154 内部空間
156 外部空間
CP 接触部
D スロート径
Claims (10)
- 一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置され、内部に冷却媒体が流通する複数の配管と、
隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部と、
を備え、
前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士が接触部にて接触して配置されるとともに、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部である内周側接続部が設けられていることを特徴とする炉壁。 - 前記内周側接続部は、前記配管の長手方向に沿って設けられた棒状部材を備えていることを特徴とする請求項1に記載の炉壁。
- 前記スロート部の領域には、前記接触部よりも前記円筒形の外周側に前記接続部である外周側接続部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の炉壁。
- 前記外周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材が設けられ、
前記内周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材が設けられ、
前記内周側接続部の前記棒状部材と、前記外周側接続部の前記棒状部材とが端部にて折り返された状態で互いに接続されており、
前記外周側接続部の前記棒状部材には、少なくとも1つの切断部が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の炉壁。 - 前記配管の少なくとも一部には、前記配管同士が接触する前記接触部に、外表面を切り欠いて形成した平面形状部が形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の炉壁。
- 前記円筒形の横断面であって、各前記配管の中心は、前記スロート部における前記円筒形中心位置から同じ半径位置に配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の炉壁。
- 前記円筒形の横断面であって、各前記配管の中心は、前記スロート部における前記円筒形中心位置から異なる半径位置に配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の炉壁。
- 炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成するガス化炉設備であって、
請求項1から7のいずれかに記載の炉壁を備え、
前記円筒形の内側内部に前記生成ガスが通過することを特徴とするガス化炉設備。 - 炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成する請求項8に記載のガス化炉設備と、
前記ガス化炉設備で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンから排出されるタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気を含む蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とするガス化複合発電設備。 - 内部に冷却媒体が流通する複数の配管を、一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置する工程と、
隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部を設ける工程と、
を有し、
前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士を接触部にて接触させて配置し、かつ、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部を設けることを特徴とする炉壁の製造方法。
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