JP2018080802A - 配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナの熱伸びを許容することを目的とする。【解決手段】固体物を含んだ流体が内部を流れる配管部材１００は、筒状の外管１０１と、外管１０１の内側に、径方向に間隔をあけて設けられ、１個又は管軸Ｃ方向に直列状に並べて配置された複数個の筒状のライナ１０２と、外管１０１とライナ１０２との間に充填された耐火材１０３と、外管１０１の端部１００ｄ側に設けられ、端部１００ｄ側に配置されたライナ１０２を、管軸Ｃ方向及び管軸Ｃ周りの周方向に拘束した状態で保持する第１ライナ保持部材１０４と、外管１０１の端部１００ｃ側に設けられ、端部１００ｃに配置されたライナ１０２を、管軸Ｃ方向にスライド移動可能、かつ周方向に拘束した状態で保持する第２ライナ保持部材１０５と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法に関するものである。

従来、ガス化炉設備として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭素含有燃料ガス化設備（石炭ガス化設備）が知られている。

このようなガス化炉設備において、例えば、ガス化炉出口からチャー回収設備へ生成ガスを搬送する生成ガス管は、管内を流れる生成ガスに、石炭の未反応分及び灰分であるチャーが含まれている。このチャーによって、生成ガス管の内周面が摩耗し、生成ガス管の減肉が生じる。また、生成ガス中に含まれる硫化分によって、生成ガス管の内周面に、高温硫化腐食も生じることから、耐摩耗性と耐食性の両方が必要とされている。

生成ガス管において、減肉や腐食が認められた部分にステンレスなどニッケル含有合金材料の肉盛り溶接を施し、耐食性を確保する方法もあるが、溶接部に割れが生じる場合があり、コストアップになり易いことから対策として改善が望まれる。

また、管内周面の耐摩耗性を高めるために、タイル状の耐摩耗ライナを管内周面に敷き詰める方法もあるが、管内を流れる高温ガスの影響によって、耐摩耗ライナの脱落が生じる場合があり、改善が望まれる。

特許文献１、２には、管本体と、管本体の内側に挿入したライナと、管本体とライナとの間に設けた断熱層と、を備える構成が開示されている。
このような構成によれば、ライナが溶接部のない筒状であるので、溶接部の腐食生成物の残存や割れが生じることがなく、タイル状の耐摩耗ライナのような脱落が生じることもない。

特公昭６２−６０５９５号公報 特許第４３９７０６４号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示されたように、管本体の内側にライナを設ける構成においては、ライナ内を流れる生成ガスが、例えば４００〜５００℃といった高温であるため、ライナと管本体とに熱伸び差が生じる。さらに、外気側となる管本体の外周側と、高温の生成ガスが流れるライナの内側とでは、温度差が大きく、ライナの熱伸びに対し、管本体の熱伸びは小さい。すると、管本体内でライナを支持する部分に大きな応力が作用し、ライナやその支持部分の変形や破損など不具合を生じる可能性がある。

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、ライナにより管本体の耐摩耗性と耐食性の両方を確保しつつ、ライナと管本体の熱伸び差による影響を抑制することのできる配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立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、本発明の配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法は以下の手段を採用する。
本発明に係る配管部材は、固体物を含んだ流体が内部を流れる配管部材であって、筒状の外管と、前記外管の内側に、径方向に間隔をあけて設けられ、１個又は前記管軸方向に直列状に並べて配置された複数個の筒状のライナと、前記外管の一端側に設けられ、前記一端側に配置された前記ライナを、管軸方向及び前記管軸周りの周方向に拘束した状態で保持する第１ライナ保持部材と、前記外管の他端側に設けられ、前記他端側に配置された前記ライナを、前記管軸方向にスライド移動可能、かつ前記周方向に拘束した状態で保持する第２ライナ保持部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る配管部材によれば、ライナの設置により管本体の耐摩耗性と耐食性の両方を確保しつつ、外管の一端側でライナを管軸方向及び管軸周りの周方向に拘束して保持し、外管の他端側でライナを管軸方向にスライド移動可能、かつ周方向に拘束して保持するようにした。これにより、外管の内側において、ライナ内を流れる高温の流体からの伝熱によって生じるライナと管本体との熱伸び差による影響を抑制することができる。

上記配管部材において、前記第１ライナ保持部材は、前記ライナの外周側に設けられるとともに、内周側に係合部を有し、前記ライナの外周面には、前記係合部が係合する被係合部が形成されているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、第１ライナ保持部材の係合部と、ライナの被係合部とが係合することで、第１ライナ保持部材により、ライナを、管軸方向及び管軸周りの周方向に拘束した状態で保持することができる。このため、ライナが正規の位置範囲からずれて不要な隙間を生じることによって管本体の耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できるとともに、他部位と干渉して破損することを抑制できる。

上記配管部材において、前記第２ライナ保持部材は、前記ライナの外周側に設けられるとともに、内周側に、前記ライナの前記管軸方向に沿ったスライド移動方向をガイドするガイド部材が設けられ、前記ライナの外周面には、前記ガイド部材によってスライド方向がガイドされる被ガイド部が形成されているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、第２ライナ保持部材のガイド部材によって、ライナの被ガイド部のスライド方向をガイドすることで、第２ライナ保持部材により、ライナを、管軸方向にスライド移動可能とし、かつ周方向に拘束した状態で保持することができる。また、第２ライナ保持部材により管本体にライナ内を流れる流体が直接接触することを防止するので、管本体の耐摩耗性と耐食性の低減を防止できる。

上記配管部材において、前記外管の他端に、外周側に張り出すフランジ部が形成され、前記ライナにおいて、前記外管の前記フランジ部が形成された他端側の端部は、前記外管の前記他端側の端面よりも前記管軸方向の内側にオフセットしているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、ライナが熱伸びしても、ライナの端部が外管から管軸方向に突出するのを抑えることができる。したがって、ライナと管本体との熱伸び差が発生しても、管軸方向において前後する他の配管部材のライナと干渉や損傷を防ぐことができる。

上記配管部材において、前記外管と前記ライナとの間に充填された充填材をさらに備えるとさらに好適である。

上記配管部材において、前記外管から分岐した管台部を備え、前記管台部は、前記外管から分岐した分岐外管と、分岐外管に固定された筒状の分岐ライナと、を備えるとさらに好適である。

上記配管部材において、前記外管は、所定の曲率半径で湾曲形成された湾曲部を有し、前記外管の内側に、前記湾曲部と同じ曲率半径で湾曲形成された複数の前記ライナが挿入配置されているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、管軸方向が湾曲した配管のエルボ部等に好適に用いることができる。また、外管の内側に複数のライナを挿入配置する構成であるので、ライナを、外管に挿入し配置し易いような長さに分割したものとしてもよい。

上記配管部材において、前記ライナは、前記外管の内側に、前記管軸方向に沿って複数が直列に設けられているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、ライナを外管と同じ長さとする場合に比較し、各ライナの管軸方向の長さが短くなる。これにより、外管内にライナを挿入する際に、ライナを順次に設置位置へと移動させるための取り扱いが容易となり、作業性が向上する。

上記配管部材において、複数の前記ライナのそれぞれは、前記流体の流れ方向下流側の端部が、前記第１ライナ保持部材によって、前記管軸方向及び前記管軸周りの周方向に拘束した状態で保持されているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、各ライナが管軸周りに回転して各ライナが正規の位置範囲からずれて不要な隙間を生じて、管本体の耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できるとともに、他部位と干渉して破損することを抑制できる。

上記配管部材において、前記ライナの内周面は、機械加工により研削加工が施されているとさらに好適である。

このような配管部材によれば、ライナの内周面に研削加工が施されることで、表面凹凸による腐食反応表面積を減少して耐食性を向上させることができる。また、ライナを鋳造により製造する際にライナの内周面に生成された不純物を除去することができる。

本発明に係るガス化複合発電装置は、炭素含有固体燃料を燃焼させてガス化させることで生成ガスを生成するガス化炉設備と、前記ガス化炉設備で生成された前記生成ガスに含まれるチャーを回収するチャー回収設備と、前記ガス化炉設備と前記チャー回収設備とを接続する配管の少なくとも一部を形成し、上記したような配管部材によって構成された配管部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るガス化複合発電装置によれば、配管部を構成する配管部材の少なくとも一部において、ライナの設置により管本体の耐摩耗性と耐食性の両方を確保しつつ、ライナ内を流れる高温の流体からの伝熱によって生じるライナと管本体との熱伸び差による影響を抑制することができる。

本発明に係る配管部材の組立方法は、上記したような配管部材の組立方法であって、前記外管の内側に前記第１ライナ保持部材を取り付ける工程と、前記外管の内側に前記ライナを挿入する工程と、前記外管の内側に前記第２ライナ保持部材を取り付ける工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係る配管部材の組立方法によれば、ライナを内挿して配置した配管部材を容易に組み立てることができる。

本発明に係る配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法によれば、ライナにより管本体の耐摩耗性と耐食性の両方を確保しつつ、ライナと管本体との熱伸び差による影響を抑制することが可能となる。

本実施形態に係る配管部材を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 本発明の配管部材の構成を示す断面図である。 本発明の配管部材の管軸方向に直交する断面図である。 本発明の配管部材の他の構成を示す断面図である。 本発明の配管部材の他の構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係る配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る配管部材を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

本実施形態に係るガス化炉設備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、燃料から可燃性ガス（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、ガス精製設備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、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。

石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電装置）１０は、図１に示すように、給炭設備１１と、ガス化炉設備１４と、チャー回収設備１５と、ガス精製設備１６と、ガスタービン１７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）２０とを備えている。

給炭設備１１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭を石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭設備１１で製造された微粉炭は、給炭ライン１１ａ出口で後述する空気分離設備４２にから供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備１４へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５％以下に制限されるものではない。

ガス化炉設備１４は、給炭設備１１で製造された微粉炭が供給されるとともに、チャー回収設備１５で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が戻されて再利用可能に供給されている。

また、ガス化炉設備１４には、ガスタービン１７（圧縮機６１）からの圧縮空気供給ライン４１が接続されており、ガスタービン１７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉設備１４に供給可能となっている。空気分離設備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によって空気分離設備４２とガス化炉設備１４とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン４３には、給炭設備１１からの給炭ライン１１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン４３から分岐する第２窒素供給ライン４５もガス化炉設備１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収設備１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。さらに、空気分離設備４２は、酸素供給ライン４７によって、圧縮空気供給ライン４１と接続されている。そして、空気分離設備４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン４３及び第２窒素供給ライン４５を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン４７及び圧縮空気供給ライン４１を流通することで、ガス化炉設備１４において酸化剤として利用される。

ガス化炉設備１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉を備えている。ガス化炉設備１４は、内部に供給された石炭（微粉炭）及びチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。なお、ガス化炉設備１４は、微粉炭に混入した異物（スラグ）を除去する異物除去設備４８が設けられている。そして、このガス化炉設備１４には、チャー回収設備１５に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン（配管部）４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。

チャー回収設備１５は、集塵設備５１と供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１は、１つ又は複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備１４で生成された生成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生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵設備５１で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵設備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。

ガス精製設備１６は、チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスに対して、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、ガス精製設備１６は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン１７に供給する。なお、チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製設備１６では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。

ガスタービン１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、圧縮機６１とタービン６３とは、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２には、圧縮機６１からの圧縮空気供給ライン６５が接続されるとともに、ガス精製設備１６からの燃料ガス供給ライン６６が接続され、また、タービン６３に向かって延びる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１７は、圧縮機６１からガス化炉設備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。したがって、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備１６から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン６３へ向けて供給する。そして、タービン６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸６４を回転駆動させることで発電機１９を回転駆動させる。

蒸気タービン１８は、ガスタービン１７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、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１７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、給水とタービン６３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。そして、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられるとともに蒸気回収ライン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。したがって、蒸気タービン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が回転駆動し、回転軸６４を回転させることで発電機１９を回転駆動させる。

そして、排熱回収ボイラ２０の出口から煙突７５までには、ガス浄化設備７４を備えている。

ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。

本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭設備１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備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。給炭設備１１で製造された微粉炭は、空気分離設備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設備１５で回収されたチャーが、空気分離設備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。さらに、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、空気分離設備４２から供給される酸素ととも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、生成ガスを生成する。

このチャー回収設備１５にて、生成ガスは、まず、集塵設備５１に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備１６に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化炉設備１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備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。圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給する。この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製設備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する。この燃焼ガスによりタービン６３を回転駆動することで、回転軸６４を介して圧縮機６１及び発電機１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン１７は発電を行うことができる。

そして、排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７におけるタービン６３から排出された排ガスと給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン１８に供給する。蒸気タービン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を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。
なお、ガスタービン１７と蒸気タービン１８は同一軸として１つの発電機１９を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。

その後、ガス浄化設備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、浄化された排気ガスが煙突７５から大気へ放出される。

本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、ガス化炉設備１４から排出されてチャー回収設備１５へ供給される生成ガスが通るガス生成ライン４９、及びチャー戻しライン４６の少なくとも一部は、以下のような構成を有している。
図２に示すように、ガス生成ライン４９、及びチャー戻しライン４６の少なくとも一部は、複数本の配管部材１００を直列に接続することで形成されている。
各配管部材１００は、直管状で、外管１０１と、外管１０１の内側に挿入配置されたライナ１０２と、外管１０１とライナ１０２との間に充填された耐火材（充填材）１０３と、１個又は複数個が直列状に並んだライナ１０２の一端に設けられた第１ライナ保持部材１０４及び他端に設けられた第２ライナ保持部材１０５と、を備えている。
なお、耐火材１０３は、通過するガス流量や使用環境に応じて、充填を省略して耐火材１０３を設けない場合があってもよい。

外管１０１は、筒状で、例えば、低合金鋼、炭素鋼等から形成される。外管１０１は、その管軸Ｃ方向の両端部に、外周側に張り出すフランジ部１０１ａをそれぞれ備えている。ガス生成ライン４９が連続する方向において、互いに前後する外管１０１，１０１同士は、フランジ部１０１ａ，１０１ａ同士を互いに突き合わせた状態で、ボルト・ナット１０６によって締結されている。このような外管１０１は、本実施形態では外径が例えば５００〜１０００ｍｍ、肉厚が１５〜３０ｍｍと大型のものとされる。

ライナ１０２は、筒状で、その外径が外管１０１の内径よりも所定寸法小さく設定されている。これにより、ライナ１０２の外周面１０２ａと外管１０１の内周面１０１ｂとの間には、円環状の隙間１０７が形成されている。この隙間１０７は、本実施形態では例えば１０〜２０ｍｍである。

このライナ１０２は、本実施形態では例えばクロム含有鋳鉄（２５Ｃｒ鋳鉄鋼など）を用いて遠心鋳造によって形成され、チャー（固体物）に対する耐摩耗性と、ガス生成ライン４９内を流れる高温の生成ガスに対する耐熱性と耐食性とを有しているのが好ましい。ライナ１０２のその他の材料としては例えばニッケル基合金（インコネル（登録商標）６２５など）、ニッケル含有合金（ＳＵＳ３１６など）、セラミックス材（アルミナセメントなど）等から使用環境温度などから適切に選定して形成するのが好ましい。また、本実施形態ではライナ１０２の肉厚は、１５〜３０ｍｍとされる。

ライナ１０２の内周面１０２ｂは、鋳造後、機械加工により研削する等して、ライナ１０２を鋳造する際に生じる不純物を内周面１０２ｂから除去することが好ましい。ここで、ライナ１０２を、砂型鋳造によって形成する場合は、不純物がライナ１０２の端部に生成されるため、端部を機械加工により研削する等して不純物を除去するのが好ましい。
また、ライナ１０２の外周面１０２ａも、外管１０１への挿入時の摩擦や引っ掛りを低減することで作業性を高めるため、機械加工により研削する等して、平滑化するのが好ましい。

ライナ１０２は、外管１０１と同等の管長を有していて１個を使用してもよいが、図２に示すように、外管１０１内に、外管１０１の管長よりも短い複数本のライナ１０２に分割されたものを直列状に配置し並んで使用してもよい。
外管１０１内に複数のライナ１０２を直列状に配置する場合、管軸Ｃ方向において互いに前後するライナ１０２、１０２同士を互いに突き当てて隙間が生じないようにしてもよい。不要な隙間を発生させないことで、外管１０１の耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できる。

耐火材１０３は、ライナ１０２の外周面１０２ａと外管１０１の内周面１０１ｂとの隙間１０７に充填され、ライナ１０２が径方向に位置ずれしないように固定している。このような耐火材１０３としては、例えばセラミックス材（アルミナセメントなど）を用いることができる。また、ガス生成ライン４９内を流れる高温の生成ガスによる温度上昇によって軟化することがない材料であれば、目地材等を用いることもできる。

第１ライナ保持部材１０４は、配管部材１００において、ガス生成ライン４９における生成ガスの流れ方向Ｆの下流側のフランジ部１０１ａ付近の端部（一端）１００ｄに配置されている。第１ライナ保持部材１０４は、端部１００ｄに配置されたライナ１０２において、流れ方向Ｆの下流側の端部１０２ｄの外周側に配置されている。第１ライナ保持部材１０４は、円環状で、例えば溶接等によって外管１０１の内周面１０１ｂに接合されて固定されてもよい。

図３に示すように、第１ライナ保持部材１０４には、内周側に突出する突起（係合部）１１１が、周方向に間隔をあけた複数個所、例えば４個所に一体に形成されている。
一方、ライナ１０２の下流側の端部１０２ｄの外周面には、各突起１１１に対応した位置に、凹溝（被係合部）１２１が形成されている。図２に示すように、各凹溝１２１は、ライナ１０２の端部１０２ｄにおいて、流れ方向Ｆの下流側に向かって開口し、流れ方向Ｆの上流側に、管軸Ｃ方向に直交する突き当たり壁部１２１ｗが形成されている。第１ライナ保持部材１０４の各突起１１１が、凹溝１２１に挿入されつつ、突き当たり壁部１２１ｗに突き当たる。そのため、第１ライナ保持部材１０４の内側に挿入されたライナ１０２は、管軸Ｃ方向に沿った流れ方向Ｆの下流側への移動、及び周方向への移動が拘束される。これにより、不要な隙間を発生させないことで、外管１０１の耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できる。

第２ライナ保持部材１０５は、配管部材１００において、ガス生成ライン４９における生成ガスの流れ方向Ｆの上流側の端部（他端）１００ｃに配置されている。第１ライナ保持部材１０４は、ライナ１０２において、流れ方向Ｆの上流側の端部１０２ｃの外周側に配置されている。第２ライナ保持部材１０５は、円環状で、溶接等によって外管１０１の内周面１０１ｂに接合されている。

第１ライナ保持部材１０４、第２ライナ保持部材１０５は、例えば、耐食性、耐磨耗性、耐熱性を有する材料で形成される。例えばニッケル基合金（インコネル（登録商標）６２５など）、ニッケル含有合金（ＳＵＳ３１６など）、低合金鋼（１クロム鋼など）等から使用環境温度などから適切に選定して形成するのが好ましい。

第２ライナ保持部材１０５には、内周側に突出する突起（ガイド部）１１２が、周方向に間隔をあけた複数個所、例えば４個所に一体に形成されている。
一方、ライナ１０２の上流側の端部１０２ｃの外周面には、各突起１１２に対応した位置に、管軸Ｃ方向に連続するガイド溝（被ガイド部）１２２が形成されている。このガイド溝１２２は、管軸Ｃ方向の長さが、突起１１２の長さよりも大きい。また、第２ライナ保持部材１０５の突起１１２は、ガイド溝１２２の流れ方向Ｆの下流側の終端１２２ｅとの間に、管軸Ｃ方向に隙間Ｓ４を隔てている。

ここで、配管部材１００の端部１００ｃにおいて、流れ方向Ｆの上流側の端部１０２ｃが、外管１０１における流れ方向Ｆの上流側の端面１０１ｃよりも、流れ方向Ｆの下流側にオフセットして位置するよう設けられている。なお、流れ方向Ｆの上流側の端部１０２ｃは、ライナ１０２を１個又は複数を直列状に配置して並べた流れ方向Ｆの上流側に位置するライナ１０２の他端にある。これにより、ライナ１０２の端部１０２ｃと、フランジ部１０１ａ付近の外管１０１の端面１０１ｃとの間には、管軸Ｃ方向に隙間Ｓ１が形成されている。この隙間Ｓ１によって、ライナ１０２の流れ方向Ｆの上流側の端部１０２ｃが熱伸び差によって管軸Ｃ方向にスライドしても、端部１０２ｃが外管１０１の端面１０１ｃよりも流れ方向Ｆの上流側に飛び出るのを抑えることができる。すなわち、流れ方向Ｆの下流側の他のライナ１０２と外管１０１との熱伸び差を許容して、ライナ１０２が他部位との干渉や損傷を抑制して、その影響を抑制することができる。
このとき、隙間Ｓ１は、上述の隙間Ｓ４と同一又は若干大きく設定することで、より確実に熱伸び差を許容して、その影響を抑制することができる。

このような第２ライナ保持部材１０５の各突起１１２が、ガイド溝１２２に噛み合うことで、第２ライナ保持部材１０５の内側に挿入されたライナ１０２は、ガイド溝１２２に沿った管軸Ｃ方向にスライド移動可能、かつ周方向への移動が拘束された状態で保持される。これにより、不要な隙間を発生させないことで、外管１０１の耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できる。また隙間Ｓ１では、第２ライナ保持部材１０５により、外管１０１にライナ内を流れる流体が直接接触することを防止するので、外管１０１の耐摩耗性と耐食性の低減を防止できる。

このような第１ライナ保持部材１０４及び第２ライナ保持部材１０５によって、配管部材１００の外管１０１内に挿入配置された１個又は複数のライナ１０２は、流れ方向Ｆ下流側の端部１０２ｄが管軸Ｃ方向への移動が規制された状態で、流れ方向Ｆの上流側の端部１０２ｃが、管軸Ｃ方向に移動可能に保持される。この移動は隙間Ｓ１、隙間Ｓ４によって他部位と干渉することなく許容されている。これにより、ライナ１０２内を流れる高温の生成ガスからの伝熱によって、ライナ１０２が外管１０１との間で管軸Ｃ方向に熱伸び差を生じた場合、ライナ１０２は、流れ方向Ｆの上流側に向かって伸びる。また、ライナ１０２の流れ方向Ｆの上流側の端部１０２ｃが流れ方向Ｆの上流側にスライドする。

ところで、ガス生成ライン４９の途中に、管長が短い管台部４９ｂが外管１０１から分岐して設けられる場合がある。管台部４９ｂは、外管１０１から分岐した分岐外管１０１Ｂと、分岐外管１０１Ｂに固定された筒状の分岐ライナ１０２Ｂと、を備える。管台部４９ｂは、分岐外管１０１Ｂの内側に筒状の分岐ライナ１０２Ｂを挿入して配置することで、分岐外管１０１Ｂの耐摩耗性と耐食性を確保する。また、分岐ライナ１０２Ｂの外周面と管台部４９ｂの分岐外管１０１Ｂの内周面との間に形成された円環状の隙間には、耐火材１０３が設けられていてもよい。

管台部４９ｂは、分岐ライナ１０２Ｂの端部１０２ｊを、分岐外管１０１Ｂの端部１０１ｊに、例えば溶接などにより直接固定し、第１ライナ保持部材１０４又は第２ライナ保持部材１０５を省略した構成とすることもできる。この場合、分岐ライナ１０２Ｂは、耐食性と耐摩耗性を有した材料である。本実施形態では、例えばニッケル基合金（インコネル（登録商標）６２５など）、ニッケル含有合金（ＳＵＳ３１６など）、低合金鋼（１クロム鋼など）等から使用環境温度などから適切に選定して形成するのが好ましい。これにより、管台部４９ｂの構造を簡素化することができる。

［実施形態の第１変形例］
図４に示すように、第１ライナ保持部材１０４は、外管１０１内に複数のライナ１０２を直列状に配置する場合、配管部材１００の流れ方向Ｆの下流側の端部１００ｄだけでなく、他のライナ１０２のうちから少なくとも１つに流れ方向Ｆの下流側の端部１０２ｄの外周側に設けるようにしてもよい。また他の構成とその関係は、図２，図３に示した実施形態で示したものと同様である。

この場合、第１ライナ保持部材１０４と、この第１ライナ保持部材１０４に対して流れ方向Ｆの下流側に位置する他のライナ１０２との間には、管軸Ｃ方向に隙間Ｓ３を設ける。これにより、下流側の他のライナ１０２と外管１０１との熱伸び差を許容して、その影響を抑制することができる。

また、複数のライナ１０２のそれぞれに対して、流体の流れ方向Ｆの下流側の端部１０２ｄが、第１ライナ保持部材１０４によって、管軸Ｃ及び管軸Ｃ周りの周方向に拘束した状態で保持されているものが増加し、管軸Ｃ方向及び管軸Ｃ周りの周方向に拘束しない状態のものが減少する。したがって、第１ライナ保持部材１０４と第２ライナ保持部材１０５で支持されないライナ１０２の数量が減少して、この支持されないライナ１０２が管軸Ｃ周りに回転して不要な隙間を発生しまうことを抑制することができる。

［実施形態の第２変形例］
また、図５に示すように、ガス生成ライン４９、及びチャー戻しライン４６の少なくとも一部において、管軸Ｃ方向が湾曲するエルボ部４９Ｅに用いられる配管部材１００Ｒを用いてもよい。配管部材１００Ｒは、所定の曲率半径で湾曲形成された湾曲部１０１ｗを有する外管１０１Ｒと、外管１０１の内側に、管軸Ｃ方向に沿って直列に挿入配置された複数のライナ１０２Ｒと、を備えている。また配管部材１００Ｒは、外管１０１Ｒとライナ１２Ｒとの間に充填された耐火材１０３を備えていてもよい。また他の構成とその関係は、図２，図３に示した実施形態で示したものと同様である。

複数の各ライナ１０２Ｒは、外管１０１Ｒの湾曲部１０１ｗと同じ曲率半径で湾曲形成され、外管１０１Ｒに挿入し配置し易いような長さに分割されている。外管１０１Ｒの湾曲部１０１ｗ内で、管軸Ｃ方向において互いに前後するライナ１０２Ｒ，１０２Ｒ同士は、互いに突き当たっている。これにより、不要な隙間を発生させないことで、外管１０１Ｒの耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できる。また、流れ方向Ｆの下流側の他のライナ１０２Ｒと外管１０１Ｒとの熱伸び差による影響を抑制して、ライナ１０２Ｒが他部位との干渉や損傷することを抑制することができる。

また、外管１０１Ｒにおいて、湾曲部１０１ｗの管軸Ｃ方向の両端部は、直管状とされており、この部分には、図２と同様、直管状のライナ１０２が挿入配置されている。

配管部材１００Ｒの流れ方向Ｆの両端部には、直管状の配管部材１００と同様、第１ライナ保持部材１０４、第２ライナ保持部材１０５が設けられている。
第１ライナ保持部材１０４、第２ライナ保持部材１０５は、それぞれ、溶接等によって外管１０１Ｒの内周面１０１ｂに接合されていてもよい。

配管部材１００Ｒの流れ方向Ｆの下流側の端部１００ｄに配置されたライナ１０２は、第１ライナ保持部材１０４によって、流れ方向Ｆの下流側への移動、及び周方向への移動が拘束された状態で保持されている。
配管部材１００Ｒの流れ方向Ｆの上流側の端部１００ｃに配置されたライナ１０２は、第２ライナ保持部材１０５によって、流れ方向Ｆに沿ってスライド移動可能、かつ周方向への移動が拘束された状態で保持される。
これにより、不要な隙間を発生させないことで、外管１０１Ｒの耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できる。

［配管部材の製造方法］
次に、上記したような配管部材１００、１００Ｒの製造方法について説明する。
配管部材１００、１００Ｒを製造するには、まず、外管１０１、１０１Ｒの流れ方向Ｆの下流側の端部１００ｄの内側の所定位置に、第１ライナ保持部材１０４を取り付けて、外管１０１、１０１Ｒに溶接などで固定する。

次に、外管１０１、１０１Ｒの内側に、流れ方向Ｆの上流側の端部１００ｄ側から、ライナ１０２、１０２Ｒを挿入配置する。
１個又は複数個が直列状に並んだ所定数のライナ１０２、１０２Ｒを挿入した後、外管１０１、１０１Ｒの流れ方向Ｆの上流側の端部１００ｄの内側に、第２ライナ保持部材１０５を取り付けて、外管１０１、１０１Ｒに溶接などで固定する。

この後、ライナ１０２、１０２Ｒと、外管１０１、１０１Ｒとの隙間１０７に、耐火材１０３を充填し、硬化させる。
これによって、配管部材１００、１００Ｒが製造される。

なお、上記の製造方法において、耐火材１０３の充填を行った後に、第２ライナ保持部材１０５を取り付けるようにしても良い。また、耐火材１０３を省略できる場合は、充填工程を実施しなくてもよい。

上述したような構成によれば、外管１０１の端部１００ｄ側でライナ１０２を管軸Ｃ方向及び管軸Ｃ周りの周方向に拘束して保持し、外管１０１の端部１００ｃ側でライナ１０２を管軸Ｃ方向にスライド移動可能、かつ周方向に拘束して保持するようにした。これにより、ライナ１０２により外管１０１の耐摩耗性と耐食性の両方を確保しながら、ライナ１０２内を流れる高温の流体からの伝熱によって生じるライナ１０２と外管１０１との間の熱伸び差による影響を抑制する。また、各ライナ１０２の正規の位置範囲からずれて不要な隙間を発生することで、外管１０１Ｒの耐摩耗性と耐食性が低減することを防止できる。また、各ライナ１０２間で干渉して破損を発生することを防ぐことができる。

すなわち、第１ライナ保持部材１０４の突起１１１と、ライナ１０２の凹溝１２１とが係合することで、第１ライナ保持部材１０４により、ライナ１０２を、管軸Ｃ方向及び管軸Ｃ周りの周方向に拘束した状態で保持することができる。
また、第２ライナ保持部材１０５の突起１１２によって、ライナ１０２のガイド溝１２２のスライド方向をガイドすることで、第２ライナ保持部材１０５により、ライナ１０２を、管軸Ｃ方向にスライド移動可能、かつ周方向に拘束した状態で保持することができる。

さらに、ライナ１０２において外管１０１の端部１００ｃ側の端部１０２ｃは、外管１０１の端部１００ｃ側の端面１０１ｃよりも管軸Ｃの内側にオフセットしている。このためライナ１０２と外管１０１との間に熱伸び差が発生しても、ライナ１０２の端部１０２ｃが外管１０１から管軸Ｃ方向に突出するのを抑えることができる。したがって、ライナ１０２が外管１０１との間の熱伸び差が発生しても、管軸Ｃ方向において前後する他の配管部材１００のライナ１０２と干渉して破損することを防ぐことができる。

また、ライナ１０２は、外管１０１の内側に、管軸Ｃ方向に沿って複数が直列に設けられているようにした。このような配管部材１００によれば、ライナ１０２を外管１０１と同じ長さとする場合に比較し、各ライナ１０２の管軸Ｃ方向の長さが小さくなる。これにより、外管１０１内にライナ１０２を挿入する際に、ライナ１０２の取り扱いが容易となり、作業性が向上する。

さらに、複数のライナ１０２が１個又は複数個が直列状に並んだものは、流体の流れ方向下流側の端部１０２ｄが、第１ライナ保持部材１０４によって、管軸Ｃ方向及び管軸Ｃ周りの周方向に拘束した状態で保持されるようにしてもよい。このような配管部材１００によれば、第１ライナ保持部材１０４と第２ライナ保持部材１０５で支持されないライナ１０２の数量を減少することができるので、各ライナ１０２が管軸Ｃ周りに回転してしまうのを防ぐことができる。これにより、各ライナ１０２間で干渉して破損を発生することを防ぐことができる。

また、ライナ１０２を鋳造により製造する際に、ライナ１０２の内周面に生成された不純物を除去することができる。

また、上述した配管部材１００の組立方法は、外管１０１の内側に第１ライナ保持部材１０４を取り付ける工程と、外管１０１の内側にライナ１０２を挿入する工程と、外管１０１の内側に第２ライナ保持部材１０５を取り付ける工程と、外管１０１とライナ１０２との隙間に耐火材１０３を充填する工程と、を有する。
このような配管部材１００の組立方法によれば、配管部材１００を容易に組み立てることができる。

なお、上記実施形態において、配管部材１００、１００Ｒを、チャー回収設備１５に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン４９、及びチャー戻しライン４６の中の少なくとも一部に適用するようにしたが、これに限らない。例えば、給炭設備１１からガス化炉設備１４に微粉炭を供給する第１窒素供給ライン４３や、チャー回収設備１５で回収されたチャーをガス化炉設備１４に供給する第２窒素供給ライン４５を、上記したような配管部材１００、１００Ｒで構成することも可能である。

また、上記実施形態において、第１ライナ保持部材１０４、第２ライナ保持部材１０５を円環状としたが、本発明はこの例に限定されない。外管１０１、１０１Ｒの内側で、ライナ１０２を保持できるのであれば、第１ライナ保持部材１０４、第２ライナ保持部材１０５を、周方向に複数に分割し、周方向に間隔をあけて設けるものとしてもよい。

また、上記実施形態では、石炭ガス化複合発電設備１０に配管部材１００、１００Ｒを用いるようにしたが、石炭ガス化複合発電設備１０以外のプラントに用いてもよい。
また、上述した実施形態では、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。

１０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電装置）
１１ 給炭設備
１１ａ 給炭ライン
１４ ガス化炉設備
１５ チャー回収設備
１６ ガス精製設備
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 圧縮空気供給ライン
４２ 空気分離設備
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 異物除去設備
４９ ガス生成ライン（配管部）
４９Ｅ エルボ部
４９ｂ 管台部
５１ 集塵設備
５２ 供給ホッパ
５３ ガス排出ライン
６１ 圧縮機
６２ 燃焼器
６３ タービン
６４ 回転軸
６５ 圧縮空気供給ライン
６６ 燃料ガス供給ライン
６７ 燃焼ガス供給ライン
６８ 昇圧機
６９ タービン
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 ガス浄化設備
７５ 煙突
１００ 配管部材
１００Ｒ 配管部材
１００ｃ 端部（他端）
１００ｄ 端部（一端）
１０１ 外管
１０１Ｂ 分岐外管
１０１Ｒ 外管
１０１ａ フランジ部
１０１ｂ 内周面
１０１ｃ 端面
１０１ｊ 端部
１０１ｗ 湾曲部
１０２ ライナ
１０２Ｂ 分岐ライナ
１０２Ｒ ライナ
１０２ａ 外周面
１０２ｂ 内周面
１０２ｃ 端部
１０２ｄ 端部
１０２ｊ 端部
１０３ 耐火材（充填材）
１０４ 第１ライナ保持部材
１０５ 第２ライナ保持部材
１０６ ボルト・ナット
１０７ 隙間
１１１ 突起（係合部）
１１２ 突起（ガイド部）
１２１ 凹溝（被係合部）
１２１ｗ 突き当たり壁部
１２２ ガイド溝（被ガイド部）
１２２ｅ 終端
Ｃ 管軸
Ｆ 流れ方向
Ｓ１ 隙間
Ｓ３ 隙間
Ｓ４ 隙間

Claims (12)

1. 固体物を含んだ流体が内部を流れる配管部材であって、
   筒状の外管と、
   前記外管の内側に、径方向に間隔をあけて設けられ、１個又は管軸方向に直列状に並べて配置された複数個の筒状のライナと、
   前記外管の一端側に設けられ、前記一端側に配置された前記ライナを、前記管軸方向及び前記管軸周りの周方向に拘束した状態で保持する第１ライナ保持部材と、
   前記外管の他端側に設けられ、前記他端側に配置された前記ライナを、前記管軸方向にスライド移動可能、かつ前記周方向に拘束した状態で保持する第２ライナ保持部材と、
   を備えることを特徴とする配管部材。
2. 前記第１ライナ保持部材は、前記ライナの外周側に設けられるとともに、内周側に係合部を有し、
   前記ライナの外周面には、前記係合部が係合する被係合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配管部材。
3. 前記第２ライナ保持部材は、前記ライナの外周側に設けられるとともに、内周側に、前記ライナの前記管軸方向に沿ったスライド移動方向をガイドするガイド部が設けられ、
   前記ライナの外周面には、前記ガイド部によってスライド方向がガイドされる被ガイド部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の配管部材。
4. 前記外管の他端に、外周側に張り出すフランジ部が形成され、
   前記ライナにおいて、前記外管の前記フランジ部が形成された他端側の端部は、前記外管の前記他端側の端面よりも前記管軸方向の内側にオフセットしていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の配管部材。
5. 前記外管と前記ライナとの間に充填された充填材をさらに備える請求項１から４の何れか一項に記載の配管部材。
6. 前記外管から分岐した管台部を備え、
   前記管台部は、前記外管から分岐した分岐外管と、分岐外管に固定された筒状の分岐ライナと、を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の配管部材。
7. 前記外管は、所定の曲率半径で湾曲形成された湾曲部を有し、前記外管の内側に、前記湾曲部と同じ曲率半径で湾曲形成された複数の前記ライナが挿入配置されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の配管部材。
8. 前記ライナは、前記外管の内側に、前記管軸に沿って複数が直列に設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の配管部材。
9. 複数の前記ライナのそれぞれは、前記流体の流れ方向の下流側の端部が、前記第１ライナ保持部材によって、前記管軸方向及び前記管軸周りの周方向に拘束した状態で保持されていることを特徴とする請求項８に記載の配管部材。
10. 前記ライナの内周面は、機械加工により研削加工が施されていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の配管部材。
11. 炭素含有固体燃料を燃焼させてガス化させることで生成ガスを生成するガス化炉設備と、
    前記ガス化炉設備で生成された前記生成ガスに含まれるチャーを回収するチャー回収設備と、
    前記ガス化炉設備と前記チャー回収設備とを接続する配管の少なくとも一部を形成し、請求項１から１０の何れか一項に記載の配管部材によって構成された配管部と、
    を備えることを特徴とするガス化複合発電装置。
12. 請求項１から１０の何れか一項に記載の配管部材の組立方法であって、
    前記外管の内側に前記第１ライナ保持部材を取り付ける工程と、
    前記外管の内側に前記ライナを挿入する工程と、
    前記外管の内側に前記第２ライナ保持部材を取り付ける工程と、
    を有することを特徴とする配管部材の組立方法。

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