JP2018114469A - サイクロン一体型貯留装置、ガス化複合発電装置、粒子の分離方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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回収し、可燃性ガスを除塵する。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。
サイクロンは、可燃性ガス中から、チャーを回収する。ビンは、サイクロンで回収されたチャーを一時的に貯留する。チャー供給ホッパは、ビンから供給されるチャーを、チャー戻しラインに供給する。チャー戻しラインに供給されたチャーは、石炭ガス化炉に戻されてリサイクルされる。
また、サイクロンは圧力容器内に収容されているので、サイクロン自体を耐圧構造とする必要が無く、この点においても設備コストを低減することが可能となる。
まず、本発明のガス化複合発電装置の一実施形態である石炭ガス化複合発電設備について説明する。
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。
図2に示すように、集塵設備51は、一次集塵設備としてのサイクロン一体型貯留装置100と、二次集塵設備としてのポーラスフィルタ(フィルタ)120と、を備える。
粒子貯留室112は、サイクロン収容室111の下端に、その内径が下方に向かって漸次拡大する拡径部114を介して連続して形成されている。
粒子貯留室112の底部112bは、例えば下方に向かってその内径が漸次縮小するすり鉢状に形成されている。粒子貯留室112の底部112bの内周面は、その内部に貯留されるチャーの安息角以上に傾斜して形成されている。よって、粒子貯留室112に貯留されたチャーの排出口113に向かう排出を促進させることができる。
粒子貯留室112の底部112bには、下方に向かって開口する排出口113が形成されている。この排出口113には、チャー供給ホッパ52に連通するチャー供給配管116が接続され、チャー供給配管116の途中に設けた弁(図示無し)の開閉により、チャーの排出を可能としている。
また、サイクロン101の円筒状部101aの周壁部101sには、ガス化炉設備14から生成ガスが送り込まれるガス生成ライン49が接続されている。このガス生成ライン49は、サイクロン101の周壁部101sに対して平面視で接線方向から接続され、これによってガス生成ライン49から送り込まれる生成ガスは、サイクロン101内で周方向に旋回する。
このようにして、粒子貯留室112の上部においては、開口102から排出されたチャーの流れF2が径方向外側に漸次拡散しながら落下し、一部は粒子貯留室112の内周面に衝突する粒子拡散空間S1が形成される。また、粒子貯留室112には、粒子拡散空間S1の下方に、圧力容器110の底部にチャーが蓄積される粒子蓄積空間S2が形成される。
すなわち、開口102から排出されたチャーの流れF2が径方向外側に漸次拡散している空間であり、粒子貯留室112の内周面に衝突する粒子の下限位置よりも鉛直方向上方側を粒子拡散空間S1とする。また、開口102から排出されたチャーの流れF2が、粒子貯留室112の内周面に衝突する粒子の下限位置よりも鉛直方向下方側、且つ、接続口125aより鉛直方向下方側を粒子蓄積空間S2とする。
ここで、一つのサイクロン一体型貯留装置100に対し、複数のチャー供給ホッパ52が接続されていても良い。この場合、圧力容器110の底部には、複数の排出口113が形成され、それぞれの排出口113にチャー供給配管116が接続される。
ポーラスフィルタ120でチャー(微小粒子)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、ポーラスフィルタ120で捕捉された微小粒子は、送給配管125を通して、サイクロン一体型貯留装置100の粒子貯留室112に送り込まれる。
ここで、粒子拡散空間S1の下端部と粒子蓄積空間S2の上端部との間の離間する距離は、送給配管125における粒子貯留室112に臨む接続口125aの開口径Dと等しい。すなわち、送給配管125の接続口125aは、粒子拡散空間S1の下端部と粒子蓄積空間S2の上端部との境界部に配置されている。
また、送給配管125内に、送給配管125の下面側からアシストガスを送り込むことで、送給配管125内におけるチャーの流動化を促進するのが好ましい。
サイクロン一体型貯留装置100でチャーを生成ガスから分離するには、まず、圧力容器110内の上部領域に設けられたサイクロン101に、チャーを含んだ生成ガスを外部(ガス生成ライン49)から導入して旋回させることで、生成ガスからチャーの少なくとも一部を分離する。サイクロン101内で分離したチャーは、サイクロン101の下端部に形成された開口102から下方に排出する。開口102から下方に排出されたチャーは、圧力容器110内の下部に設けられた粒子貯留室112に貯留する。粒子貯留室112に貯留されたチャーは、圧力容器110の底部に形成された排出口113から外部に排出する。
また、サイクロン101は圧力容器110内に収容されているので、サイクロン101自体を耐圧構造とする形状、板厚やシール構造とする必要が無く、この点においても設備コストを低減することが可能となる。
さらに、連通管118は、サイクロン101の開口102よりも鉛直方向上方の位置で圧力容器110内に連通しているので、サイクロン101で分離して落下したチャーの舞い上がりや再飛散を抑えて連通管118内に流れ込むのを抑えることができる。
さらに、粒子拡散空間S1の下端部と粒子蓄積空間S2の上端部との間の離間距離を、送給配管125における粒子貯留室112に臨む接続口125aの開口径Dと等しくすることで、粒子拡散空間S1の下端部と粒子蓄積空間S2の上端部との境界領域を最小限の適切なサイズとすることができる。これにより、サイクロン一体型貯留装置100が上下方向に大型化するのを抑えることができる。
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。
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
51 集塵設備
52 チャー供給ホッパ
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 サイクロン一体型貯留装置
101 サイクロン
101a 円筒状部
101b テーパ状部
101c プレート
101s 周壁部
102 開口
103 排気口
105 排気管
105a 流路
110 圧力容器
111 サイクロン収容室
111t 頂部
112 粒子貯留室
112b 底部
112f 内周面
113 排出口
114 拡径部
116 チャー供給配管
118 連通管
120 ポーラスフィルタ(フィルタ)
125 送給配管
125a 接続口
125b 端部
S1 粒子拡散空間
S2 粒子蓄積空間
θ 傾斜角度
Claims (9)
- 中空の圧力容器と、
前記圧力容器内の鉛直方向上部に設けられ、外部から導入された粒子を含んだガスを旋回させることで、前記ガスから前記粒子の少なくとも一部を分離し、分離した前記粒子を前記圧力容器の鉛直方向下方に排出する開口、及び前記ガスを前記圧力容器の外部に排出する排気口を有したサイクロンと、
前記圧力容器内の鉛直方向下部に設けられ、前記開口から排出された前記粒子を貯留する粒子貯留室と、
前記圧力容器の底部に形成され、前記粒子貯留室に貯留された前記粒子を外部に排出する排出口と、
を備えることを特徴とするサイクロン一体型貯留装置。 - 前記圧力容器内と、前記排気口から排出される前記ガスの流路内とを連通する連通管を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のサイクロン一体型貯留装置。
- 前記連通管は、前記開口よりも鉛直方向上方の位置で前記圧力容器内に連通していることを特徴とする請求項2に記載のサイクロン一体型貯留装置。
- 前記粒子貯留室は、
前記開口から排出された前記粒子の流れが前記粒子貯留室の径方向外側に漸次拡散し、前記粒子貯留室の内周面に衝突する位置を下限とする粒子拡散空間と、
前記粒子拡散空間の鉛直方向下方に形成され、前記圧力容器の前記底部に前記粒子が蓄積される粒子蓄積空間と、を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のサイクロン一体型貯留装置。 - 前記サイクロンで前記ガスから分離されずに前記排気口から前記ガスとともに排出される微小粒子を捕捉するフィルタに接続され、前記フィルタで捕捉された前記微小粒子を前記粒子貯留室に送り込む送給配管を更に備え、
前記送給配管は、前記粒子拡散空間の鉛直方向下方側、かつ前記粒子蓄積空間の鉛直方向上方側で、前記粒子貯留室に連通されていることを特徴とする請求項4に記載のサイクロン一体型貯留装置。 - 前記粒子拡散空間の下端部と前記粒子蓄積空間の上端部との間の離間距離が、前記送給配管における前記粒子貯留室に臨む接続口の開口径と等しいことを特徴とする請求項5に記載のサイクロン一体型貯留装置。
- 前記送給配管における前記粒子貯留室に臨む接続口側の端部は、水平方向に対して斜め下方に20°以上傾斜していることを特徴とする請求項5に記載のサイクロン一体型貯留装置。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載のサイクロン一体型貯留装置を備えることを特徴とするガス化複合発電装置。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載のサイクロン一体型貯留装置における粒子の分離方法であって、
前記圧力容器内の鉛直方向上部に設けられた前記サイクロンに、前記粒子を含んだガスを外部から導入して旋回させることで、前記ガスから前記粒子の少なくとも一部を分離する工程と、
前記サイクロン内で分離した前記粒子を、前記サイクロンの下端部に形成された前記開口から鉛直方向下方に排出する工程と、
前記開口から下方に排出された前記粒子を、前記圧力容器内の鉛直方向下部に設けられた前記粒子貯留室に貯留する工程と、
前記圧力容器の底部に形成された前記排出口から、前記粒子貯留室に貯留された前記粒子を外部に排出する工程と、
を備えることを特徴とする粒子の分離方法。
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