JP2018111759A - スラグ排出システム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、およびスラグ排出システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化炉上部までの高さを低く抑えつつ、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たす。【解決手段】スラグホッパ１２２と、サイクロン４８Ａと、スラグホッパ１２２からサイクロン４８Ａへスラグと冷却水の混合物を導くスラグ排出ライン１４０と、冷却水をスラグホッパ１２２に戻す冷却水循環ライン１５０と、循環ポンプ１６０と、循環ポンプ１６０の下流側に配置される冷却器１７０と、スラグ排出ライン１４０に配置される第１開閉弁１８０と、冷却水循環ライン１５０に配置される第２開閉弁１９０と、を備え、第１開閉弁１８０が配置される鉛直方向の第１位置Ｐ１および第２開閉弁１９０が配置される鉛直方向の第２位置Ｐ２よりもサイクロン４８Ａへ混合物を供給するスラグ排出ライン１４０の下流端が配置される鉛直方向の第３位置Ｐ３が高い位置にあるガス化炉設備１４を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉に適用可能なスラグ排出システム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、およびスラグ排出システムの運転方法に関するものである。

石炭、木質ペレット等のバイオマス燃料、ペットコーク等の炭素含有固体燃料を部分燃焼することより可燃性ガスを生成するガス化炉では、炭素含有固体燃料の灰分が溶融し、スラグとしてガス化炉の下方に設けられたスラグホッパに堆積する。スラグホッパにはスラグ水（冷却水）が貯留されており、スラグはこのスラグ水中に落下して急冷されることにより固化し、破砕される。

このように固化・破砕されてスラグホッパ内に溜まったスラグは、ガス化炉の外部に設けられたロックホッパを経てガス化炉の系外へと排出される。スラグはスラグ水に比べて密度が大きいため、従来はスラグホッパからロックホッパへスラグを移動させる際、重力により自然落下させていた。例えば、特許文献１に、ガス化炉の下方にロックホッパを配置したスラグ排出システムが開示されている。

ところが、上述したスラグ排出システムによれば、スラグを重力により自然落下させるにあたり、ガス化炉の鉛直下方側にロックホッパを設けるためにガス化炉の配置位置が高くなる。したがって、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さが増すこととなる。ガス化炉の配置位置が高くなることにより、ガス化炉を支持する支持架台や操作架台などの配置位置が高くなり、ガス化炉の設置作業にかかるコストが高くなる課題がある。

そこで、特許文献２に開示されているようなスラグ排出システムが提案されている。このスラグ排出システムでは、ロックホッパをガス化炉の側方に配置し、スラグホッパからロックホッパへと連通するスラグ排出ラインを設け、循環ポンプによってスラグ排出ライン中にスラグホッパからロックホッパへの水流を形成し、この水流によってスラグホッパ内のスラグをロックホッパへ排出するようにしている。

こうすることにより、スラグをスラグ水の流れに乗せてスラグホッパからロックホッパに移送することができるため、ロックホッパをガス化炉の側方に配置することが可能となり、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さを低く抑えることができる。

特開２０１１−７４２７４号公報 特許第５７４３０９３号公報

特許文献２に開示されるスラグ排出システムにおいては、ロックホッパをガス化炉の側方に配置するため、ガス化炉の底部からロックホッパの上部までスラグを導くラインに水流を形成する必要がある。そのため、ガス化炉の起動時に、ロックホッパの上部までスラグを導くラインを水で満たす必要がある。
しかしながら、ガス化炉の起動前の水系統への水張りや起動時においては、ガス化炉の内部の圧力が十分な加圧状態となっておらず、ガス化炉のロックホッパの上部までスラグを導くラインを水で満たした場合のロックホッパ水レベルと、スラグ排出設備レベルとの間に水頭差があるため、スラグを導くラインを満たす前にガス化炉の燃焼部（コンバスタ部，リダクタ部）等の主要部分へ水系統の保有水が流入して支障を生じてしまう。

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、ガス化炉上部までの高さ位置が高くならないようにしつつ、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たすことを可能としたスラグ排出システム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、およびスラグ排出システムの運転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、本発明の一態様に係るスラグ排出システムは以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係るスラグ排出システムは、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の鉛直下方側に設けられ、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受け入れるとともに、該スラグを冷却する冷却水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置への水流を形成する循環ポンプと、前記冷却水循環ラインの前記循環ポンプの下流側に配置される冷却器と、前記スラグ排出ラインに配置される第１開閉弁と、前記冷却水循環ラインに配置される第２開閉弁と、を備え、前記第１開閉弁が配置される鉛直方向の第１位置および前記第２開閉弁が配置される鉛直方向の第２位置よりも、前記スラグ分離装置へ前記混合物を供給する前記スラグ排出ラインの下流端が配置される鉛直方向の第３位置が高い位置にある。

本発明の一態様に係るスラグ排出システムによれば、第１開閉弁が配置される第１位置および第２開閉弁が配置される第２位置よりもスラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第３位置が高い位置にあるため、スラグ分離装置をガス化炉の鉛直下方側に設置する場合に比べ、ガス化炉上部までの高さ位置が高くならないようにすることができる。

また、第１位置および第２位置よりもスラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第３位置が高いため、第１開閉弁および第２開閉弁の双方を閉状態とすることにより、スラグ排出ラインが第１開閉弁の上流側と下流側とに分離され、冷却水循環ラインが第２開閉弁の上流側と下流側とに分離される。スラグ排出ラインの上流側と冷却水循環ラインの下流側とが第１位置および第２位置よりも鉛直方向の位置が低い低水頭系統であり、スラグ排出ラインの下流側と冷却水循環ラインの上流側とが第１位置および第２位置よりも鉛直方向の位置が高い高水頭系統である。

第１開閉弁および第２開閉弁によって、冷却水が循環するラインが低水頭系統と高水頭系統とに分離されるため、低水頭系統と高水頭系統とにそれぞれ独立して注水を行うことができる。そのため、高水頭系統に注水してスラグ排出ラインの下流端が配置される鉛直方向の第３位置の上方まで冷却水で満たしたとしても、低水頭系統と分離しているため、高水頭系統への注水によってガス化炉の燃焼部（コンバスタ部，リダクタ部）等の主要部分へ流入することはない。よって、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たすことができる。

上記態様のスラグ排出システムにおいては、前記スラグホッパに貯留された前記冷却水の一部を前記第２開閉弁の下流側で、前記循環ポンプの上流側の前記冷却水循環ラインに導くバイパスラインを備え、前記循環ポンプが、前記冷却水循環ラインにおいて、前記バイパスラインから前記冷却水循環ラインへ前記冷却水が導かれる位置よりも下流側に配置される構成であってもよい。

上記構成のスラグ排出システムによれば、低水頭系統と高水頭系統が分離されるガス化炉の起動時であっても、循環ポンプを動作させてスラグホッパに貯留される冷却水を、バイパスラインを介して循環させることができる。そのため、ガス化炉の起動時であってもスラグホッパに貯留される冷却水を循環させることができる。また、例えば、ガス化炉が起動した後の通常運転時において、スラグ分離装置等に異常が発生して高水頭系統に冷却水を循環させられない場合であっても、ガス化炉を停止させることなく運転を継続させることができる。

上記構成のスラグ排出システムにおいては、前記スラグホッパから前記バイパスラインへ前記冷却水を導く排出口の鉛直方向の位置が、前記スラグ排出ラインの上流端よりも上方であってもよい。
このようにすることで、スラグ分離装置に異常が発生してスラグホッパからスラグを排出できない場合に、スラグ排出ラインの上流端から上方に遠ざかった位置から冷却水がバイパスラインに導かれる。そのため、スラグを分離する設備を持たないバイパス系統へのスラグの排出を抑制することができる。

上記態様のスラグ排出システムにおいては、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁の開閉状態を制御する制御部を備え、前記制御部が、前記ガス化炉を起動する前に、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁が閉状態となるよう制御する構成としてもよい。
このようにすることで、ガス化炉を起動する前に、スラグ排出ラインを第１開閉弁の上流側と下流側とに分離し、冷却水循環ラインを第２開閉弁の上流側と下流側とに分離し、低水頭系統と高水頭系統とにそれぞれ独立して注水を行うことができる。

上記構成のスラグ排出システムにおいては、前記ガス化炉の内部の圧力を検出する圧力検出部を備え、前記制御部が、前記圧力検出部が検出する圧力が所定圧力以上となった場合に前記第１開閉弁および前記第２開閉弁が開状態となるよう制御してもよい。
このようにすることで、低水頭系統の圧力が高水頭系統との水頭差以上の圧力となったことに応じて、低水頭系統と高水頭系統とを接続することができる。これにより、ガス化炉の起動により生じるスラグをスラグホッパから排出し、スラグ分離装置でスラグを分離することが可能となる。

本発明の一態様に係るガス化炉設備は、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化炉と、上記のいずれかに記載のスラグ排出システムと、を備える。
本発明の一態様に係るガス化炉設備によれば、ガス化炉上部までの高さを低く抑えつつ、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たすことが可能となる。

本発明の一態様に係るガス化複合発電設備は、炭素質含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化炉と、上記のいずれかに記載のスラグ排出システムと、前記ガス化炉によりガス化された前記炭素含有固体燃料により発電を行う発電機と、を備える。
本発明の一態様に係るガス化複合発電設備によれば、ガス化炉上部までの高さを低く抑えつつ、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たすことが可能となる。

本発明の一態様に係るスラグ排出システムの運転方法は、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化炉の下方に設けられ、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受け入れるとともに、該スラグを冷却する冷却水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置への水流を形成する循環ポンプと、前記冷却水循環ラインの冷却水を冷却する冷却器と、前記スラグ排出ラインに配置される第１開閉弁と、前記冷却水循環ラインに配置される第２開閉弁と、を備えるスラグ排出システムの運転方法であって、前記第１開閉弁が配置される鉛直方向の第１位置および前記第２開閉弁が配置される鉛直方向の第２位置が前記スラグホッパの前記底部よりも高く、前記第１位置および前記第２位置よりも、前記スラグ分離装置へ前記混合物を供給する前記スラグ排出ラインの下流端が配置される鉛直方向の第３位置が高い位置にあり、前記ガス化炉の起動前に、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを閉状態とする遮断工程と、前記遮断工程によりに前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを閉状態とした状態で、前記スラグ排出ラインの前記第１開閉弁よりも上流側と前記冷却水循環ラインの前記第２開閉弁よりも下流側に前記冷却水を注水する第１注水工程と、前記遮断工程によりに前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを閉状態とした状態で、前記スラグ排出ラインの前記第１開閉弁よりも下流側と前記冷却水循環ラインの前記第２開閉弁よりも上流側に前記冷却水を注水する第２注水工程と、前記第１注水工程および前記第２注水工程による注水が行われた後に、前記ガス化炉内の圧力が所定圧力以上であるかを確認する圧力確認工程と、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを開状態とする接続工程と、を備える。

本発明の一態様に係るスラグ排出システムの運転方法によれば、ガス化炉上部までの高さを低く抑えつつ、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たすことが可能となる。

ガス化炉上部までの高さ位置が高くならないようにしつつ、ガス化炉の起動時に、スラグホッパからスラグ分離装置へスラグを導くスラグ排出ラインを冷却水で満たすことを可能としたスラグ排出システム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、およびスラグ排出システムの運転方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るガス化炉設備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。 図１に示すガス化炉設備の概略構成図である。 図２に示すガス化炉設備の起動時の運転方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るガス化炉設備の概略構成図である。 図４に示すガス化炉設備の起動時の運転方法を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係るガス化炉設備（スラグ排出システム）の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係るガス化炉設備１４を適用した石炭ガス化複合発電設備１０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（ガス化複合発電設備）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の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共に、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。更に、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１０１（図２参照）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）およびチャーを酸化剤（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には、微粉炭に混入した異物（溶融スラグ（以下、単にスラグともいう。））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。この場合、図２に示すように、ガス生成ライン４９にシンガスクーラ１０２（ガス冷却器）を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備１５に供給してもよい。

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つまた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が接続されると共に、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。従って、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が設けられると共に蒸気回収ライン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。また、排熱回収ボイラ２０で生成する蒸気には、ガス化炉１０１のシンガスクーラ１０２で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでもよい。従って、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の動作について説明する。

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。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、空気分離設備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。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備１４からガス生成ライン４９を通って排出され、チャー回収設備１５に送られる。

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。

次に、図２を参照して、図１に示すガス化炉設備１４について、詳細に説明する。
図２に示すように、本実施形態のガス化炉設備１４は、ガス化炉１０１と、異物除去設備４８と、スラグ排出ライン１４０と、冷却水循環ライン１５０と、循環ポンプ１６０と、冷却器１７０と、第１開閉弁１８０と、第２開閉弁１９０と、制御部９０と、を備える。
以下、ガス化炉設備１４が備える各構成について説明する。

ここで、図２に示した各機器において、ガス化炉設備１４が備えるガス化炉１０１以外の他の構成（異物除去設備４８，スラグ排出ライン１４０，冷却水循環ライン１５０，循環ポンプ１６０，冷却器１７０，第１開閉弁１８０，第２開閉弁１９０，制御部９０）が、本実施形態のスラグ排出システムである。本実施形態のガス化炉設備は、ガス化炉１０１とスラグ排出システムと、を備える。

ガス化炉１０１は、鉛直方向（設置面Ｓに直交する軸線Ｘに沿って上方に延びる方向）に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼（熱分解）させて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している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁（炉壁）１１１とを有している。そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。

圧力容器１１０は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。本実施形態では圧力容器１１０は円筒形状で、ガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７も円筒形状に形成されている。そして、ガス化炉壁１１１は、支持部材（図示略）により圧力容器１１０の内面に連結されている。

ガス化炉壁１１１は、横断面形状がコンバスタ部１１６とリダクタ部１１８との間のディフューザ部１１７で変化する形状である。ガス化炉壁１１１は、鉛直方向の上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、鉛直方向の下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１０の下方に形成されるスラグホッパ１２２には、冷却水（貯水）が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が冷却水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。ガス化炉壁１１１には、バーナ１２６およびバーナ１２７が挿入され、ガス化炉壁１１１の内部空間にシンガスクーラ１０２が配置されている。

アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間であり、本実施形態では空気分離設備４２で分離された不活性ガスである窒素が、窒素供給ライン（図示略）を通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための炉内均圧管（図示略）が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）との圧力差を所定圧力以内となるよう略均圧にしている。

圧力センサ１２８は、ガス化炉１０１の内部であるアニュラス部１１５の圧力を検出するセンサである。圧力センサ１２８が検出した圧力は、後述する制御部９０に伝達される。

コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２６からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。

リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給し部分燃焼させて、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと分解してガス化された生成ガスを生成する空間となっている。リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２７からなる燃焼装置が配置されている。

スラグホッパ１２２は、ガス化炉１０１の鉛直下方側に設けられ、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で生成されたスラグ（溶融スラグ）を受け入れるとともに、スラグを冷却する冷却水を貯留する装置である。スラグは、スラグホッパ１２２が貯留する冷却水中に落下して急冷されることにより固化し、破砕される。破砕されたスラグは、スラグホッパ１２２の底部１２２Ａに蓄積する。

シンガスクーラ１０２は、ガス化炉壁１１１の内部に設けられると共に、リダクタ部１１８のバーナ１２７の鉛直方向の上方側に設けられている。シンガスクーラ１０２は熱交換器であり、ガス化炉壁１１１の鉛直方向の下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４が配置されている。これらのシンガスクーラ１０２は、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。また、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４は、図に記載された数量に限定されるものではない。

ここで、上述のガス化炉１０１の動作について説明する。
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内の冷却水へ排出される。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（熱分解）させてガス化する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。

異物除去設備４８は、スラグホッパ１２２内からスラグ排出ライン１４０で排出されるスラグと冷却水の混合物から混入したスラグを除去する設備であり、サイクロン（スラグ分離装置）４８Ａと、ロックホッパ４８Ｂと、貯蔵タンク４８Ｃと、仕切り弁４８Ｄと、第１排出弁４８Ｅと、第２排出弁４８Ｆと、を備える。

サイクロン４８Ａは、遠心力によりスラグと冷却水との混合物からスラグを分離する装置である。なお、サイクロン４８Ａに変えて、ストレーナやフィルタのような濾過式のスラグ分離装置を用いてもよい。サイクロン４８Ａは、後述するスラグ排出ライン１４０から取込口４８Ａａに供給された混合物からスラグを分離して下方へ導く。また、サイクロン４８Ａは、スラグと冷却水の混合物から冷却水を分離して排出口４８Ａｂから後述する冷却水循環ライン１５０へ冷却水を排出する。

ロックホッパ４８Ｂは、サイクロン４８Ａにて分離されたスラグを所定量貯留するホッパである。サイクロン４８Ａで分離されたスラグは、仕切り弁４８Ｄが開状態の場合にロックホッパ４８Ｂに供給される。ロックホッパ４８Ｂにスラグが所定量もしくは所定期間で蓄積されると仕切り弁４８Ｄが閉じられ、減圧操作がなされた後に第１排出弁４８Ｅが開かれる。ロックホッパ４８Ｂに貯留されたスラグは、第１排出弁４８Ｅが開かれたことに応じて、重力により貯蔵タンク４８Ｃへ落下する。

貯蔵タンク４８Ｃは、ロックホッパ４８Ｂに貯留されたスラグを受け入れて貯蔵するとともに、貯蔵したスラグを運搬車輌Ｃに排出する装置である。貯蔵タンク４８Ｃに貯蔵されたスラグは、第２排出弁４８Ｆが開状態の場合に運搬車輌Ｃに排出される。運搬車輌Ｃに排出されたスラグは、ガス化炉設備１４の系外に運搬される。

スラグ排出ライン１４０は、スラグホッパ１２２の底部１２２Ａからサイクロン４８Ａへスラグと冷却水の混合物を導く配管である。スラグ排出ライン１４０には、混合物が流通する流通状態と混合物の流通を遮断する遮断状態とを切り替える第１開閉弁１８０が設けられている。
スラグ排出ライン１４０は、第１開閉弁１８０よりも混合物の流通方向の上流側に配置される上流側スラグ排出ライン１４０Ａと、第１開閉弁１８０よりも混合物の流通方向の下流側に配置される下流側スラグ排出ライン１４０Ｂとを有する。

上流側スラグ排出ライン１４０Ａの上流端には、スラグホッパ１２２の底部１２２Ａの近傍に配置される取水口１４１が設けられている。スラグホッパ１２２の底部１２２Ａに蓄積したスラグは、後述する循環ポンプ１６０が発生させる水流の作用により、周囲の冷却水とともに取水口１４１から上流側スラグ排出ライン１４０Ａへ流入する。上流側スラグ排出ライン１４０Ａから排出したスラグと冷却水の混合物は、下流側スラグ排出ライン１４０Ｂへ導かれ、取込口４８Ａａからサイクロン４８Ａへ流入する。

ここで、スラグと冷却水との混合物は、スラグホッパ１２２から重力により自然落下させてサイクロン４８Ａに移送されるのではなく、スラグ排出ライン１４０を流れる水流によって移送される。このため、サイクロン４８Ａをガス化炉１０１の鉛直下方側でなく側方側に配置することができ、ガス化炉１０１の高さ位置が高くならないように抑えることができる。

冷却水循環ライン１５０は、サイクロン４８Ａで分離されて排出口４８Ａｂから排出される冷却水をスラグホッパ１２２に戻す配管である。冷却水循環ライン１５０には、循環ポンプ１６０と、スラグホッパ１２２に戻される冷却水を冷却する冷却器１７０と、冷却水が流通する流通状態と冷却水の流通を遮断する遮断状態とを切り替える第２開閉弁１９０と、が設けられている。

循環ポンプ１６０は、スラグホッパ１２２からサイクロン４８Ａへスラグと冷却水の混合物を導くとともに、サイクロン４８Ａからスラグホッパへ冷却水を戻す水流を形成するポンプである。循環ポンプ１６０は、スラグ排出ライン１４０および冷却水循環ライン１５０が混合物または冷却水で満たされた状態で動作することにより、前述した水流を形成する。

制御部９０は、ガス化炉設備１４の各部を制御する装置であり、例えば、第１開閉弁１８０，第２開閉弁１９０，仕切り弁４８Ｄ，第１排出弁４８Ｅ，第２排出弁４８Ｆの開閉状態を制御する。また、制御部９０は、例えば、循環ポンプ１６０の吐出量を制御する。

図２において、軸線Ｘ上に図示される第１位置Ｐ１は、第１開閉弁１８０が配置される鉛直方向の高さ位置である。また、軸線Ｘ上に図示される第２位置Ｐ２は、第２開閉弁１９０が配置される鉛直方向の高さ位置である。また、軸線Ｘ上に図示される第３位置Ｐ３は、サイクロン４８Ａへ混合物を供給するスラグ排出ライン１４０の下流端が配置される鉛直方向の高さ位置である。第１位置Ｐ１，第２位置Ｐ２，第３位置Ｐ３は、それぞれ設置面Ｓを基準とした軸線Ｘ方向の高さを示している。図２に示すように、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２よりも、第３位置Ｐ３の高さ位置が高い。

スラグホッパ１２２に貯留される冷却水の水面は、ガス化炉壁１１１の下端部を浸水させてガス化炉壁１１１の内外を封止しつつガス化炉１０１の上方部分へスラグ排出ライン１４０と冷却水循環ライン１５０の系統保有水が流入しないように適切な高さに維持する必要がある。図２は、ガス化炉設備１４の運転中に、冷却水の水面を位置Ｐ０に維持している状態を示している。

図２において、スラグ処理システムのうち、スラグホッパ１２２の冷却水の水面の位置Ｐ０よりも鉛直下方側の高さ位置に設置される部分が低水頭系統Ｌであり、位置Ｐ０よりも鉛直上方側の高さ位置に設置される部分が高水頭系統Ｈである。
低水頭系統Ｌは、上流側スラグ排出ライン１４０Ａと、下流側冷却水循環ライン１５０Ｂとを含む系統である。一方、高水頭系統Ｈは、下流側スラグ排出ライン１４０Ｂと、上流側冷却水循環ライン１５０Ａとを含む系統である。

図２に示すように、第１開閉弁１８０が配置される第１位置Ｐ１と、第２開閉弁１９０が配置される第２位置Ｐ２は、冷却水の水面を位置Ｐ０と一致している。そのため、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を閉状態とすることにより、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとを分離することができる。そのため、後述するように、ガス化炉１０１の起動時にガス化炉１０１の内部の圧力が運転中の圧力よりも低い場合であっても、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈの双方の圧力を別々に管理して、独立に冷却水で満たすことができる。

次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態のガス化炉設備１４の起動時の運転方法について説明する。なお、図３のフローチャートに示す各処理は、制御部９０が備える演算装置がプログラムを実行することにより行われる処理である。
なお、本実施形態のガス化炉設備１４は、起動前において、低水頭系統Ｌおよび高水頭系統Ｈのいずれの配管にも冷却水が注水されていないものとする。また、ガス化炉１０１のスラグホッパ１２２にも、冷却水が注水されていないものとする。

ステップＳ３０１（遮断工程）において、制御部９０は、ガス化炉１０１を起動する前に、第１開閉弁１８０を閉状態（遮断状態）とする。また、ステップＳ３０２（遮断工程）において、制御部９０は、ガス化炉１０１を起動する前に、第２開閉弁１９０を閉状態とする。第１開閉弁１８０と第２開閉弁１９０を閉状態（遮断状態）とすることにより、スラグ排出ライン１４０および冷却水循環ライン１５０を含む系統が、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとに分離される。なお、ステップＳ３０１とステップＳ３０２は同時に実施されても良く、またステップＳ３０１よりステップＳ３０２を先に実施しても良い。

ステップＳ３０３（第１注水工程）において、制御部９０は、高水頭系統Ｈへの冷却水の注水を開始する。また、ステップＳ３０４（第２注水工程）において、制御部９０は、低水頭系統Ｌへの冷却水の注水を開始する。なお、ステップＳ３０３とステップＳ３０４は同時に実施されても良く、またステップＳ３０３よりステップＳ３０４を先に実施しても良い。

ステップ３０５において、制御部９０は、ガス化炉１０１の起動を開始させる。本実施形態では、例えばコンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８などから構成されるガス化炉壁１１１の内部の空間とアニュラス部１１５に空気や不活性ガスを注入して圧力を上昇させ、起動用バーナ（図示略）による着火を開始するとともに、バーナ１２６，１２７への微粉炭と圧縮空気の投入を開始する。ガス化炉１０１のコンバスタ部１１６およびリダクタ部１１８での燃焼が促進されるのに応じて生成ガスが生成され、ガス化炉１０１内の圧力がさらに上昇する。

ステップ３０６において、制御部９０は、低水頭系統Ｌおよび高水頭系統Ｈの双方が冷却水で満たされて注水が完了したかどうかを判断し、注水が完了した場合にはステップＳ３０７へ処理を進める。

ステップ３０７（確認工程）において、制御部９０は、圧力センサ１２８が検出するガス化炉１０１内の圧力が上昇して、所定圧力以上となったかどうかを確認し、所定圧力以上となった場合にはステップＳ３０８へ処理を進める。このとき、ガス化炉１０１内の圧力が上昇するに伴い、低水頭系統Ｌの圧力が上昇する。
ここで、所定圧力とは、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈの水頭差と一致する圧力をいう。低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈの水頭差は、高水頭系統Ｈを冷却水で満たした場合に、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０が配置される高水頭系統Ｈの下端位置（位置Ｐ０）での水圧に相当する。

圧力センサ１２８が検出するガス化炉１０１内の圧力が所定圧力以上となった場合、低水頭系統Ｌの位置Ｐ０での水圧も所定圧力以上となる。そのため、第１開閉弁１８０の低水頭系統Ｌ側の圧力が第１開閉弁１８０の高水頭系統Ｈ側の圧力以上となる。同様に、第２開閉弁１９０の低水頭系統Ｌ側の圧力が第２開閉弁１９０の高水頭系統Ｈ側の圧力以上となる。よって、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を開状態としても、高水頭系統Ｈから低水頭系統Ｌへ向けて圧力がかかってスラグホッパ１２２に貯留された冷却水の水位が上昇することはない。

ステップＳ３０８（接続工程）において、制御部９０は、第１開閉弁１８０を開状態（接続状態）とする。また、ステップＳ３０９（接続工程）において、制御部９０は、第２開閉弁１９０を開状態（接続状態）とする。第１開閉弁１８０と第２開閉弁１９０を開状態とすることにより、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとが接続される。なお、ステップＳ３０８とステップＳ３０９は同時に実施されても良い。

ステップＳ３１０において、制御部９０は、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとが接続されて冷却水の循環が可能となったため、循環ポンプ１６０の動作を開始させる。これにより、スラグホッパ１２２の底部１２２Ａに蓄積したスラグと冷却水との混合物をサイクロン４８Ａへ導く水流が形成される。また、サイクロン４８Ａで分離された冷却水をスラグホッパ１２２へ戻す水流が形成される。

以下説明した本実施形態のガス化炉設備１４が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のガス化炉設備１４（スラグ排出システム）によれば、第１開閉弁１８０が配置される第１位置Ｐ１および第２開閉弁１９０が配置される第２位置Ｐ２よりもスラグ排出ライン１４０の下流端の鉛直方向の第３位置Ｐ３の鉛直方向高さ位置が高いため、サイクロン４８Ａをガス化炉１０１の鉛直下方側に設置する場合に比べ、ガス化炉１０１上部までの高さ位置を高くならないように抑えることができる。

また、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２よりもスラグ排出ライン１４０の下流端の鉛直方向の第３位置Ｐ３の高さ位置が高いため、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０の双方を閉状態とすることにより、スラグ排出ライン１４０が第１開閉弁１８０の上流側と下流側とに分離され、冷却水循環ライン１５０が第２開閉弁の１９０上流側と下流側とに分離される。スラグ排出ライン１４０の上流側と冷却水循環ライン１５０の下流側とが第１位置および第２位置よりも鉛直方向の位置が低い低水頭系統Ｌであり、スラグ排出ライン１４０の下流側と冷却水循環ライン１５０の上流側とが第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２よりも鉛直方向の位置が高い高水頭系統Ｈである。

第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０によって、冷却水が循環するラインが低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとに分離されるため、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとのそれぞれに系統と圧力の管理を独立させた状態で注水を行うことができる。そのため、高水頭系統Ｈに注水してスラグ排出ライン１４０の下流端が配置される鉛直方向の第３位置Ｐ３の上方まで冷却水で満たしたとしても、低水頭系統と分離しているため、高水頭系統Ｈへの注水によってガス化炉１０１の燃焼部（コンバスタ部１１６，リダクタ部１１８）等の主要部分へ冷却水が流入することはない。よって、ガス化炉１０１の内圧が低い状態となっている起動時に、スラグホッパ１２２の底部１２２Ａからサイクロン４８Ａへスラグを導くスラグ排出ライン１４０を冷却水で満たすことができる。

また、本実施形態のガス化炉設備１４は、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０の開閉状態を制御する制御部９０を備え、制御部９０が、ガス化炉１０１を起動する前に、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０が閉状態となるよう制御する。
このようにすることで、ガス化炉１０１を起動する前に、スラグ排出ライン１４０を第１開閉弁１８０の上流側と下流側とに分離し、冷却水循環ライン１５０を第２開閉弁１９０の上流側と下流側とに分離し、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとのそれぞれに系統と圧力の管理を独立させた状態で注水を行うことができる。

また、本実施形態のガス化炉設備１４は、ガス化炉１０１の内部の圧力を検出する圧力センサ１２８を備え、制御部９０が、圧力センサ１２８が検出する圧力が所定圧力以上となった場合に第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０が開状態となるよう制御する。
このようにすることで、ガス化炉１０１の内圧上昇に伴って低水頭系統Ｌの圧力が上昇し、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとの水頭差が所定値以下となったことに応じて、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとを接続することができる。これにより、ガス化炉１０１の起動により生じるスラグをスラグホッパ１２２から排出し、サイクロン４８Ａでスラグを分離することが可能となる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図４および図５を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとする。
本実施形態のガス化炉設備１４Ａは、バイパスライン２１０と第３開閉弁２２０が追加されている点で、第１実施形態のガス化炉設備１４と異なる。

図４に示すように、バイパスライン２１０は、スラグホッパ１２２に貯留された冷却水を、第２開閉弁１９０の下流側に配置される下流側冷却水循環ライン１５０Ｂに導く配管である。
ここで、図４に示すように、本実施形態の循環ポンプ１６０は、冷却水循環ライン１５０において、バイパスライン２１０から下流側冷却水循環ライン１５０Ｂへ冷却水が導かれる合流位置Ｍよりも冷却水の流通方向の下流側に配置されている。

循環ポンプ１６０が合流位置Ｍよりも冷却水の流通方向の下流側に配置されているため、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０が閉状態となるガス化炉１０１の起動時においても、スラグホッパ１２２に貯留される冷却水を循環させることができる。すなわち、循環ポンプ１６０を動作させることにより、冷却水を、スラグホッパ１２２、バイパスライン２１０、下流側冷却水循環ライン１５０Ｂ、循環ポンプ１６０、冷却器１７０、スラグホッパ１２２の順に、循環させることができる。
また、起動時だけでなく、例えば、ガス化炉１０１が起動した後の通常運転時において、サイクロン４８Ａ等に何らかの異常が発生して高水頭系統Ｈに冷却水の循環を停止する場合であっても、冷却水を冷却器１７０で冷却しながら循環させるので、ガス化炉１０１を停止させることなく運転を継続させることができる。

なお、本実施形態のガス化炉設備１４Ａの制御部９０は、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を閉状態とした場合に第３開閉弁２２０を開状態とし、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を開状態とした場合に第３開閉弁２２０を閉状態とする。このようにすることで、高水頭系統Ｈと低水頭系統Ｌとが遮断される場合にバイパスライン２１０を用いた冷却水の循環を行い、高水頭系統Ｈと低水頭系統Ｌとが接続される場合にはバイパスライン２１０を用いた冷却水の循環を行わないようにすることができる。

また、本実施形態において、スラグホッパ１２２からバイパスライン２１０へ冷却水を導く排出口２１０Ａの鉛直方向の位置が、スラグ排出ライン１４０の上流端に配置される取水口１４１よりも上方となっている。
このようにすることで、サイクロン４８Ａ等に異常が発生してスラグホッパ１２２からスラグを排出できない場合に、スラグ排出ライン１４０の上流端から上方に遠ざかった位置から冷却水がバイパスライン２１０に導かれる。そのため、スラグを分離する設備を持たないバイパスライン２１０のある系統へのスラグの排出を抑制することができる。

次に、図５のフローチャートを参照して、本実施形態のガス化炉設備１４Ａの起動時の運転方法について説明する。なお、図５のフローチャートに示す各処理は、制御部９０が備える演算装置がプログラムを実行することにより行われる処理である。
図５のフローチャートのステップＳ５０１〜５０６の各処理は、第１実施形態の図３のフローチャートのステップＳ３０１〜Ｓ３０６の各処理と同様であるため、説明を省略する。
また、図５のフローチャートのステップＳ５０８〜５１０の各処理は、第１実施形態の図３のフローチャートのステップＳ３０７〜Ｓ３０９の各処理と同様であるため、説明を省略する。

第１実施形態では第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を開状態とした後に循環ポンプ１６０の動作を開始するものであった。それに対して、本実施形態は、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を開状態とする前に循環ポンプ１６０の動作を開始するものである。
図５に示すように、ステップＳ５０７で、制御部９０は、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとが遮断された状態で、循環ポンプ１６０の動作を開始させる。これにより、冷却水を、スラグホッパ１２２、バイパスライン２１０、下流側冷却水循環ライン１５０Ｂ、循環ポンプ１６０、冷却器１７０、スラグホッパ１２２の順に、循環させる水流が形成される。

〔他の実施形態〕
上述した実施形態においては、ガス化炉設備１４，１４Ａが備える制御部９０がガス化炉設備１４，１４Ａの各部を制御するものとしたが、他の態様であってもよい。ガス化炉設備１４，１４Ａの一部の動作を作業者による作業により実行する態様としてもよい。
例えば、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０の開閉状態の切り替えを、作業者が行うようにしてもよい。この場合、作業者は、ガス化炉設備１４，１４Ａの起動時に第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を閉状態とする作業を行う。また、作業者は、圧力センサ１２８が検出する圧力が所定圧力以上となった場合に、第１開閉弁１８０および第２開閉弁１９０を開状態とする作業を行う。

また、上述した実施形態においては、第１開閉弁１８０を配置する第１位置Ｐ１および第２開閉弁１９０を配置する第２位置Ｐ２の位置を冷却水の水面の位置Ｐ０と同じ位置としたが他の態様であってもよい。
例えば、第１開閉弁１８０を配置する第１位置Ｐ１および第２開閉弁１９０を配置する第２位置Ｐ２の位置を冷却水の水面の位置Ｐ０の下方としてもよい。

また、上述した実施形態において、制御部９０は、更に、圧力センサ１２８が検出する圧力が所定圧力を下回った場合、もしくは所定圧力に冷却水水面の位置Ｐ０に対する許容を考慮した圧力を下回った場合に、第１位置Ｐ１および第２開閉弁１９０を閉状態として低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈとを分離するようにしてもよい。ここで、所定圧力とは、第１実施形態で説明した通り、低水頭系統Ｌと高水頭系統Ｈの水頭差と一致する圧力をいう。
このようにすることで、例えば、ガス化炉１０１の内部の圧力が低下して冷却水の水面が位置Ｐ０、もしくは許容を考慮した水面位置よりも上昇してしまうような不具合を抑制することができる。

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。
また、上述した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。

１０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
１４，１４Ａ ガス化炉設備（スラグ処理システム）
１９ 発電機
４８ 異物除去設備
４８Ａ サイクロン（スラグ分離装置）
４８Ａａ 取込口
４８Ａｂ 排出口
４８Ｂ ロックホッパ
４８Ｃ 貯蔵タンク
４８Ｄ 仕切り弁
４８Ｅ 第１排出弁
４８Ｆ 第２排出弁
４９ ガス生成ライン
９０ 制御部
１０１ ガス化炉
１０２ シンガスクーラ
１１０ 圧力容器
１１１ ガス化炉壁
１１５ アニュラス部
１１６ コンバスタ部
１１７ ディフューザ部
１１８ リダクタ部
１２１ ガス排出口
１２２ スラグホッパ
１２２Ａ 底部
１２６，１２７ バーナ
１２８ 圧力センサ（圧力検出部）
１３１ 蒸発器（エバポレータ）
１３２ 過熱器（スーパーヒータ）
１３４ 節炭器（エコノマイザ）
１４０ スラグ排出ライン
１４０Ａ 上流側スラグ排出ライン
１４０Ｂ 下流側スラグ排出ライン
１４１ 取水口
１５０ 冷却水循環ライン
１５０Ａ 上流側冷却水循環ライン
１５０Ｂ 下流側冷却水循環ライン
１６０ 循環ポンプ
１７０ 冷却器
１８０ 第１開閉弁
１９０ 第２開閉弁
２１０ バイパスライン
２２０ 第３開閉弁
Ｃ 運搬車輌
Ｓ 設置面
Ｘ 軸線

Claims (8)

1. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の鉛直下方側に設けられ、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受け入れるとともに、該スラグを冷却する冷却水が貯留されたスラグホッパと、
   前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、
   前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、
   前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、
   前記スラグホッパから前記スラグ分離装置への水流を形成する循環ポンプと、
   前記冷却水循環ラインの前記循環ポンプの下流側に配置される冷却器と、
   前記スラグ排出ラインに配置される第１開閉弁と、
   前記冷却水循環ラインに配置される第２開閉弁と、を備え、
   前記第１開閉弁が配置される鉛直方向の第１位置および前記第２開閉弁が配置される鉛直方向の第２位置よりも、前記スラグ分離装置へ前記混合物を供給する前記スラグ排出ラインの下流端が配置される鉛直方向の第３位置が高い位置にあるスラグ排出システム。
2. 前記スラグホッパに貯留された前記冷却水の一部を前記第２開閉弁の下流側で、前記循環ポンプの上流側の前記冷却水循環ラインに導くバイパスラインを備え、
   前記循環ポンプが、前記冷却水循環ラインにおいて、前記バイパスラインから前記冷却水循環ラインへ前記冷却水が導かれる位置よりも下流側に配置されている請求項１に記載のスラグ排出システム。
3. 前記スラグホッパから前記バイパスラインへ前記冷却水を導く排出口の鉛直方向の位置が、前記スラグ排出ラインの上流端よりも上方である請求項２に記載のスラグ排出システム。
4. 前記第１開閉弁および前記第２開閉弁の開閉状態を制御する制御部を備え、
   前記制御部が、前記ガス化炉を起動する前に、前記第１開閉弁および前記第２開閉弁が閉状態となるよう制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスラグ排出システム。
5. 前記ガス化炉の内部の圧力を検出する圧力検出部を備え、
   前記制御部が、前記圧力検出部が検出する圧力が所定圧力以上となった場合に前記第１開閉弁および前記第２開閉弁が開状態となるよう制御する請求項４に記載のスラグ排出システム。
6. 炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化炉と、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスラグ排出システムと、を備えたガス化炉設備。
7. 炭素質含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化炉と、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスラグ排出システムと、
   前記ガス化炉によりガス化された前記炭素含有固体燃料により発電を行う発電機と、を備えたガス化複合発電設備。
8. 炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化炉の下方に設けられ、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受け入れるとともに、該スラグを冷却する冷却水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置への水流を形成する循環ポンプと、前記冷却水循環ラインの冷却水を冷却する冷却器と、前記スラグ排出ラインに配置される第１開閉弁と、前記冷却水循環ラインに配置される第２開閉弁と、を備えるスラグ排出システムの運転方法であって、
   前記第１開閉弁が配置される鉛直方向の第１位置および前記第２開閉弁が配置される鉛直方向の第２位置よりも、前記スラグ分離装置へ前記混合物を供給する前記スラグ排出ラインの下流端が配置される鉛直方向の第３位置が高い位置にあり、
   前記ガス化炉の起動前に、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを閉状態とする遮断工程と、
   前記遮断工程によりに前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを閉状態とした状態で、前記スラグ排出ラインの前記第１開閉弁よりも上流側と前記冷却水循環ラインの前記第２開閉弁よりも下流側に前記冷却水を注水する第１注水工程と、
   前記遮断工程によりに前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを閉状態とした状態で、前記スラグ排出ラインの前記第１開閉弁よりも下流側と前記冷却水循環ラインの前記第２開閉弁よりも上流側に前記冷却水を注水する第２注水工程と、
   前記第１注水工程および前記第２注水工程による注水が行われた後に、前記ガス化炉内の圧力が所定圧力以上であるかを確認する圧力確認工程と、
   前記第１開閉弁と前記第２開閉弁とを開状態とする接続工程と、を備えるスラグ排出システムの運転方法。
   

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