JP2019218526A - ガス化設備及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラグ水を介したガス化設備外への熱損失を抑制し、ガス化設備の熱効率を向上することができるガス化設備を提供する。【解決手段】石炭を加熱媒体１７によって乾燥させるプレ乾燥装置１３ｂと、プレ乾燥装置１３ｂによって乾燥された石炭を微粉砕する微粉炭機１３ｃと、微粉炭機１３ｃによって粉砕された微粉炭を加圧下で加熱してガス化するガス化炉１６と、ガス化炉１６に接続されるとともに微粉炭から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部７７と、スラグ水貯留部７７に導かれたスラグをスラグ水とともに取り出す水力輸送配管７９と、スラグ水をスラグ水貯留部７７に返送するスラグ水返送配管９４と、スラグ水返送配管９４を流通するスラグ水から得た熱を回収するスラグ水冷却器９６と、を備え、スラグ水冷却器９６によって回収された熱を用いて加熱媒体１７が加熱される。【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設備及びその運転方法に関するものである。

ガス化設備として、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ガス化設備が知られている。

石炭等の炭素含有固体燃料は、灰分を含んでおり、ガス化する際にスラグが発生する。スラグは、スラグ水が貯留された下方のスラグ水貯留部へと導かれ、スラグ水によって冷却される。スラグ水は、スラグが有する１８００℃〜２０００℃程度の顕熱によって加熱される。下記特許文献１では、スラグによって加熱されたスラグ水の熱を有効利用するために、スラグ水貯留部に熱交換器を設置し、燃焼用空気に噴霧するアンモニア水を加熱することが開示されている。

特開平４−３３９９２号公報

一方、スラグ水貯留部に滞留したスラグは、スラグ水とともにガス化炉の外部へと取り出される。例えば、スラグをスラグ水と共にガス化炉の外部へと取り出し、サイクロンセパレータ等でスラグとスラグ水とを分離する。分離されたスラグ水は、再びスラグ水貯留部へと戻される。スラグ水をスラグ水貯留部に戻す際に、海水を用いて熱交換を行い、スラグ水を所定温度まで冷却する。これは、スラグ水貯留部からスラグ水を取り出して戻す間の配管の接続部に設けるシール部や、スラグ水を循環させるスラグ水循環ポンプの耐熱性を考慮したものである。

しかし、海水によってスラグ水を冷却すると、スラグが有する顕熱を、スラグ水を介してガス化設備外へ捨てることになり、ガス化設備の熱効率の低下を招いてしまう。特に、灰分が２０重量％を超える高灰分炭の場合には、スラグ量が多くなるためガス化設備外への熱損失を無視することができない。

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、スラグ水を介したガス化設備外への熱損失を抑制し、ガス化設備の熱効率を向上することができるガス化設備及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るガス化設備は、炭素含有固体燃料を加熱媒体によって乾燥させる燃料乾燥部と、該燃料乾燥部によって乾燥された前記炭素含有固体燃料を微粉砕する微粉砕機と、該微粉砕機によって粉砕された前記炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を回収するスラグ水熱回収部と、を備え、前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記加熱媒体が加熱される。

スラグ水熱回収部によってスラグ水から回収された熱が加熱媒体に供給され、加熱媒体が加熱される。これにより、炭素含有固体燃料を乾燥させる加熱媒体を加熱するための熱として、スラグ水の顕熱を有効に利用することができ、ガス化設備の熱効率を向上させることができる。

さらに、本発明の一態様に係るガス化設備では、前記燃料乾燥部に流入する前記加熱媒体の温度は、７０℃以上１５０℃以下とされている。

燃料乾燥部に流入する加熱媒体の温度としては、炭素含有固体燃料の乾燥を効果的に行うために７０℃以上（より好ましくは１００℃以上）であることが好ましい。また、１５０℃を超えると、大気圧において炭素含有固体燃料から水蒸気以外の揮発分（例えばＣＯやＨ_２等）が発生するおそれがあるため、燃料乾燥部に流入する加熱媒体の温度は１５０℃以下とすることが好ましい。これにより、スラグ水から回収した熱を適正な温度にて利用することができる。

さらに、本発明の一態様に係るガス化設備では、前記燃料乾燥部に流入する前記加熱媒体の温度を調整する温度調整部を備えている。

温度調整部によって加熱媒体の温度を調整する。これにより、スラグ水熱回収部にて回収した熱量に影響されること無く加熱媒体を適正な温度に調整することができる。

さらに、本発明の一態様に係るガス化設備では、前記ガス化部にてガス化された生成ガスが供給される燃焼器と、該燃焼器から導かれた燃焼ガスによって駆動されるタービンと、該タービンからの動力を得て発電する発電機と、前記タービンからの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、を備え、前記微粉砕機には、前記排熱回収ボイラから抽気された排ガスが導かれる。

微粉砕機に排熱回収ボイラから抽気された排ガスが導かれることによって、炭素含有固体燃料が乾燥される。一方、燃料乾燥部に供給される加熱媒体は、上述のように、スラグ水熱回収部にて回収された熱によって加熱される。このような構成とすることで、スラグ水にて回収される熱が排熱回収ボイラから抽気される排ガスよりも低い温度であっても、燃料乾燥部にて有効に利用することができる。

さらに、本発明の一態様に係るガス化設備では、前記ガス化部にてガス化された生成ガスから硫化水素を吸収する硫化水素吸収装置と、該硫化水素吸収塔にて硫化水素を吸収した吸収液から硫化水素を再生する硫化水素再生装置と、前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記硫化水素再生装置が加熱される再生加熱器と、を備えている。

硫化水素吸収装置にて生成ガスから硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を吸収することによって、精製ガスが製造される。硫化水素を吸収した吸収液は、硫化水素再生装置にて再生され、硫化水素は系外へと排出される。硫化水素再生装置では、吸収液から硫化水素を再生するための再生熱が供給される。この再生熱として、スラグ水回収部によって回収された熱を用いることとした。これにより、ガス化設備の熱効率を向上させることができる。

さらに、本発明の一態様に係るガス化設備では、前記ガス化部にてガス化された生成ガスが導かれる湿式スクラバ装置と、該湿式スクラバ装置から導かれた排液からアンモニアを除去するアンモニアストリッピング装置と、前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記アンモニアストリッピング装置が加熱される加熱器と、を備えている。

生成ガスを洗浄する湿式スクラバ装置から排出される排液にはアンモニアが含まれる。排液に含まれたアンモニアを除去するためにアンモニアストリッピング装置が用いられる。アンモニアストリッピング装置では、排液からアンモニアを除去するために加熱が必要とされる。そこで、スラグ水回収部によって回収された熱を用いることとした。これにより、ガス化設備の熱効率を向上させることができる。

また、本発明の一態様に係るガス化設備の運転方法は、炭素含有固体燃料を加熱媒体によって乾燥させる燃料乾燥部と、該燃料乾燥部によって乾燥された前記炭素含有固体燃料を微粉砕する微粉砕機と、該微粉砕機によって粉砕された前記炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を回収するスラグ水熱回収部と、を備えたガス化設備の運転方法であって、前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記加熱媒体を加熱する。

炭素含有固体燃料を乾燥させる加熱媒体を加熱するための熱として、スラグ水の顕熱を利用することとしたので、スラグ水を介したガス化設備外への熱損失を抑制し、ガス化設備の熱効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備を示した概略構成図である。 図１のガス化炉のスラグ水系統を示した概略構成図である。 変形例１を示し、図２のプレ乾燥装置の上流側の系統を示した概略構成図である。 変形例２を示し、図２のプレ乾燥装置の上流側の系統を示した概略構成図である。 図１のガス精製設備を示した概略構成図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［石炭ガス化複合発電設備の全体構成］
図１には、本実施形態に係るガス化設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成が示されている。

石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１は、ガス化炉設備３を備えている。ガス化炉設備３は、空気を酸化剤として用いており、石炭等の炭素含有固体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。石炭ガス化複合発電設備１は、ガス化炉設備３で生成した生成ガスを、ガス精製設備５で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン７に供給して発電を行っている。すなわち、石炭ガス化複合発電設備１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３に供給する炭素含有固体燃料としては、例えば石炭が用いられ、特に本実施形態は灰分が約２０重量％とされた高灰分炭が用いられる。

石炭ガス化複合発電設備１は、給炭設備９と、ガス化炉設備３と、チャー回収設備１１と、ガス精製設備５と、ガスタービン７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９は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が給炭バンカ１２から供給され、石炭を石炭粉砕部１３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。

図２には、石炭粉砕部１３の詳細が示されている。石炭粉砕部１３は、給炭バンカ１２から石炭を受け入れて石炭を粉砕する粉砕機１３ａと、粉砕機１３ａにて粉砕された石炭を乾燥させるプレ乾燥装置（燃料乾燥部）１３ｂと、プレ乾燥装置１３ｂにて乾燥された石炭を更に粉砕して微粉炭とする微粉炭機（微粉砕機）１３ｃとを備えている。粉砕機１３ａでは、平均粒径が例えば１００〜２００μｍまで石炭が粉砕され、微粉炭機１３ｃでは、平均粒径が例えば５０μｍまで粉砕される。なお、石炭粉砕部１３のさらなる具体的構成については後述する。

図１に示すように、石炭粉砕部１３で製造された微粉炭は、各微粉炭ホッパ１４から給炭ライン１５を経て、空気分離設備４２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３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３は、給炭設備９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１１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３には、ガスタービン７（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７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（ガス化部）１６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３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９からの給炭ライン１５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３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１１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３において酸化剤として利用される。

ガス化炉設備３は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１６を備えている。ガス化炉設備３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。ガス化炉１６内は加圧状態とされ、例えば、３〜４ＭＰａ（ゲージ圧）とされている。
バーナ３０，３１は、上下二段に設けられている。下方のバーナ３０に相当する位置には、コンバスタ部３２が設けられており、微粉炭の一部を燃焼させることでガス化のための熱を供給する。上方のバーナ３１に相当する位置には、リダクタ部３３が設けられ、微粉炭をガス化する。
リダクタ部３３の下流側には、シンガスクーラ３５（ガス冷却器）が設けられており、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備１１に供給する。シンガスクーラ３５では蒸気が生成され、生成後の蒸気は排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０へと導かれる。

ガス化炉設備３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が設けられている。異物除去設備については、図２を用いてスラグ水系統を説明する際に併せて説明する。

ガス化炉設備３には、チャー回収設備１１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。

チャー回収設備１１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３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５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。集塵設備５１と供給ホッパ５２との間には、チャービン５４が配置されている。チャービン５４に対して、複数の供給ホッパ５２が接続されている。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５は、チャー回収設備１１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。
ガス精製設備５は、ガス精製部２１で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７に供給する。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、ガス精製部２１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。ガス精製部２１にてガス精製を行う際に排出されるオフガスは、排煙脱硫装置へと導かれる。

ガスタービン７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５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７は、圧縮機６１からガス化炉設備３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５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７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７（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との間に蒸気供給ライン７１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１６のシンガスクーラ３５で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでいる。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が回転駆動され、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。

排熱回収ボイラ２０の出口には、煙突７５が接続されており、燃焼ガスが大気へと放出される。なお、排熱回収ボイラ２０の出口に、ガス浄化設備を設けても良い。

［石炭ガス化複合発電設備の動作］
次に、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１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１において、給炭設備９に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備９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９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３に供給される。また、後述するチャー回収設備１１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３に供給される。更に、後述するガスタービン７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３に供給される。

ガス化炉設備３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３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１１に送られる。

このチャー回収設備１１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５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３に戻されてリサイクルされる。

チャー回収設備１１によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備５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５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７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７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回転駆動されることで、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７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。

［スラグ水系統］
次に、ガス化炉設備３のスラグ水系統について説明する。
図２に示されているように、ガス化炉１６内で微粉炭がガス化される際に、スラグが生成される。スラグは、約１８００〜約２０００℃の顕熱を有しており、矢印Ｘで示すように、重力により下方に落下する。

ガス化炉１６の下方には、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部７７が設けられている。スラグ水貯留部７７は、ガス化炉１６に連通して接続されている。したがって、スラグ水貯留部７７内の圧力は、ガス化炉１６と同様に加圧状態とされており、例えば３〜４ＭＰａ（ゲージ圧）とされる。

スラグ水貯留部７７には、石炭がガス化される際に生じたスラグが導かれる。スラグ水貯留部７７には、スラグを粉砕するスラグクラッシャ７８が設けられている。スラグクラッシャ７８によって粉砕されたスラグは、スラグ水貯留部７７の下方へ沈降し、底部に集積される。

スラグ水貯留部７７の底部には、水力輸送配管（スラグ取出部）７９の吸込口が配置されている。水力輸送配管７９によって、スラグがスラグ水とともにスラグ水貯留部７７の外部へと取り出される。水力輸送配管７９の内周面には、例えばバサルト材等の耐摩耗材料がライニングされている。

水力輸送配管７９の下流端は、スラグサイクロン（スラグ分離部）８０が接続されている。スラグサイクロン８０は、遠心力によってスラグとスラグ水を分離する。スラグサイクロン８０にて分離されたスラグは、下方へと導かれ、スラグロックホッパ８１にて一時的に貯留された後に、スラグ分配器８２を介してスラグ脱水貯留槽８３へと導かれる。スラグサイクロン８０とスラグロックホッパ８１との間には第１スラグ排出弁８４が設けられ、スラグロックホッパ８１とスラグ分配器８２との間には第２スラグ排出弁８５が設けられている。スラグを排出する際は、第１スラグ排出弁８４を開から閉とした後に、第２スラグ排出弁８５を閉から開とする。これにより、スラグロックホッパ８１内のスラグがスラグ分配器８２へと導かれる。

スラグ分配器８２には、スプレー水が供給されるようになっている。これにより、スラグとともに導かれたスラグ水がフラッシュすることを防止し、スラグ水が系外へ放出されることを可及的に回避している。

スラグ分配器８２からスラグ脱水貯留槽８３へとスラグが導かれ、脱水された後のスラグが車両８６によって回収される。スラグ脱水貯留槽８３にて分離されたスラグ水は、スラグ排水ピット８８へと導かれる。スラグ排水ピット８８へと導かれたスラグ水は、スラグ水給水ポンプ８９によってスラグ水貯留部７７側へと導かれる。

スラグサイクロン８０にて分離されたスラグ水は、スラグ水返送配管（スラグ水返送部）９４を通り、スラグ水循環ポンプ９５へと導かれる。スラグ水循環ポンプ９５の上流側で、濾過器を通過してスラグ水給水ポンプ８９から導かれた濾過水が合流する。

スラグ水返送配管９４から導かれたスラグ水は、スラグ水循環ポンプ９５を通り、スラグ水冷却器（スラグ水熱回収部）９６へと導かれる。スラグ水冷却器９６は、熱交換器とされ、スラグ水が他の媒体によって冷却されることで他の媒体を加熱するようになっている。ここで用いられる他の媒体としては、後述するように、例えばプレ乾燥装置１３ｂへ供給される加熱媒体とされる。
なお、スラグ水循環ポンプ９５及びスラグ水冷却器９６は、それぞれ並列に２つ設けられているが、もちろんそれぞれ１つとしても良い。

スラグ水循環ポンプ９５とスラグ水冷却器９６との間には、圧力センサＰが設けられている。圧力センサＰによって、スラグ水循環ポンプ９５の吐出圧が計測される。圧力センサＰの出力信号は、図示しない制御部へと送られる。
スラグ水冷却器９６の下流側には、スラグ水の温度を計測する温度センサＴが設けられている。温度センサＴの出力信号は、図示しない制御部へと送られる。

温度センサＴにて計測される温度が７０℃以上１５０℃以下となるように制御される。ただし、スラグ水の上限温度は、圧力センサＰによって得られた圧力から算出される飽和蒸気温度以下とされる。スラグ水の温度は、制御部によってスラグ水循環ポンプ９５の回転数を制御することによって調整しても良い。例えば、スラグ水循環ポンプ９５の回転数を減少させるとスラグ水温度が上昇し、スラグ水循環ポンプ９５の回転数を増大させるとスラグ水温度が低下する。

制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

［スラグ水回収熱供給先Ｉ］
次に、図２を用いて、スラグ水冷却器９６によって回収された熱の供給先について説明する。
スラグ水冷却器９６によって回収された熱は、プレ乾燥装置１３ｂに用いられる。具体的には、プレ乾燥装置１３ｂに供給される加熱媒体１７をスラグ水冷却器９６にて加熱する。すなわち、加熱媒体１７がスラグ水冷却器９６に供給され（符号※Ａ参照）、スラグ水冷却器９６にて加熱された加熱媒体１７がスラグ水冷却器９６からプレ乾燥装置１３ｂへと導かれる（符号※Ｂ参照）。プレ乾燥装置１３ｂは、粉砕後の石炭が流動する流動層乾燥装置とされており、流動化媒体として加熱媒体１７が用いられる。プレ乾燥装置１３ｂ内の圧力は、大気圧とされている。

加熱媒体１７としては、空気分離設備４２から導かれた窒素が用いられる。または、加熱媒体１７として、石炭を乾燥させた際に発生する蒸気を循環させるように構成し、この循環させた蒸気を用いることとしても良い。
プレ乾燥装置１３ｂでは、含水率が３０〜４０重量％まで石炭が乾燥される。

微粉炭機１３ｃには、排熱回収ボイラ２０から抽気された排ガスが導かれるようになっている。これにより、微粉炭の含水率が１０〜２０重量％まで乾燥される。

以上により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
スラグ水冷却器９６によってスラグ水から回収された熱が加熱媒体１７に供給され、加熱媒体１７が加熱される。これにより、石炭を乾燥させる加熱媒体１７を加熱するための熱として、スラグ水の顕熱を有効に利用することができ、石炭ガス化複合発電設備１の熱効率を向上させることができる。

プレ乾燥装置１３ｂに流入する加熱媒体１７の温度としては、石炭の乾燥を効果的に行うために７０℃以上とした。また、１５０℃を超えると、大気圧において石炭から水蒸気以外の揮発分（例えばＣＯやＨ_２等）が発生するおそれがあるため、プレ乾燥装置１３ｂに流入する加熱媒体１７の温度は１５０℃以下とされている。これにより、スラグ水から回収した熱を適正な温度にて利用することができる。

微粉炭機１３ｃに、排熱回収ボイラ２０から抽気された排ガスが導かれることによって、微粉炭がさらに乾燥される。一方、プレ乾燥装置１３ｂに供給される加熱媒体１７は、上述のように、スラグ水冷却器９６にて回収された熱によって加熱される。このような構成とすることで、スラグ水にて回収される熱が排熱回収ボイラ２０から抽気される排ガスよりも低い温度であっても、プレ乾燥装置１３ｂにて有効に利用することができる。

なお、スラグ水循環ポンプ９５の下流側にスラグ水冷却器９６を配置する構成として説明したが、スラグ水冷却器９６の下流側にスラグ水循環ポンプ９５を配置する構成としても良い。これにより、スラグ水循環ポンプ９５が過剰に加熱されることを回避でき、耐熱性が要求されない安価なスラグ水循環ポンプ９５を採用することができる。

［変形例１］
図３Ａに示すように、スラグ水冷却器９６にて熱を回収した後の加熱媒体１７に対して、温度調整のために冷却媒体を合流配管（温度調整部）２２から合流させるようにしても良い。この場合には、合流後の加熱媒体１７の温度を計測する温度センサ２２Ｔを設け、制御部によって温度調整後の加熱媒体１７の温度が７０℃以上１５０℃以下の温度となるように冷却媒体の流量を制御する。冷却媒体としては、加熱媒体１７と同じ流体が用いられ、例えば、空気分離設備４２にて分離された窒素を用いる場合には窒素が用いられ、プレ乾燥装置１３ｂで発生した蒸気を循環させて用いる場合には蒸気を用いる。本変形例によれば、スラグ水冷却器９６にて加熱媒体１７が所望値よりも高温となった場合にも、プレ乾燥装置１３ｂで必要な乾燥温度に調整することができる。

［変形例２］
図３Ｂに示すように、スラグ水冷却器９６にて熱を回収した後の加熱媒体１７を温度調整するために、温調用熱交換器（温度調整部）２３を設けるようにしても良い。温調用熱交換器２３にて、加熱媒体１７が冷却媒体によって冷却される。この場合には、冷却後の加熱媒体１７の温度を計測する温度センサ２３Ｔを設け、制御部によって温度調整後の加熱媒体１７の温度が７０℃以上１５０℃以下の温度となるように冷却媒体の流量を制御する。冷却媒体としては、加熱媒体１７よりも低い温度の流体が用いられ、例えば、空気分離設備４２にて分離された窒素や、プレ乾燥装置１３ｂで発生した蒸気を循環させて用いる循環蒸気が用いられる。本変形例によれば、スラグ水冷却器９６にて加熱媒体１７が所望値よりも高温となった場合にも、プレ乾燥装置１３ｂで必要な乾燥温度に調整することができる。

［スラグ水回収熱供給先II］
次に、図４を用いて、スラグ水冷却器９６によって回収された熱の別の供給先について説明する。

図４には、図１に示したガス精製設備５の具体的な構成が示されている。ガス精製設備５は、ガス化炉設備３（図１参照）からガス排出ライン５３を介して生成ガスが導かれ、ＣＯシフト反応を促進するＣＯシフト触媒反応器２４を備えている。ＣＯシフト触媒反応器２４の下流側には、湿式スクラバ装置２５と、アミン吸収液等の吸収液にＨ_２Ｓ（硫化水素）を吸収するＨ_２Ｓ吸収塔（硫化水素吸収装置）２６と、Ｈ_２Ｓを吸収した吸収液からＨ_２Ｓを再生するＨ_２Ｓ再生塔（硫化水素再生装置）２７とが接続されている。Ｈ_２Ｓ吸収塔（硫化水素吸収装置）２６にてＨ_２Ｓが除去された生成ガスは、精製ガスとして、下流側に接続されたガスタービン７の燃焼器６２（図１参照）へと送られる。

Ｈ_２Ｓ再生塔２７には、吸収液を加熱するための再生加熱器２９が接続されている。再生加熱器２９にて吸収液を加熱する蒸気（加熱媒体）は、スラグ水冷却器９６（図２参照）にて７０℃以上１５０℃以下に加熱されるようになっている。すなわち、図４の再生加熱器２９の符号※Ａ及び符号※Ｂは、図２のスラグ水冷却器９６の符号※Ａ及び符号※Ｂに対応する。このように、再生加熱器２９に供給する再生熱として、スラグ水冷却器９６によって回収された熱を用いることとしたので、石炭ガス化複合発電設備１の熱効率を向上させることができる。

［スラグ水回収熱供給先III］
図４を用いて、スラグ水冷却器９６によって回収された熱のさらに別の供給先について説明する。

図４に示すように、湿式スクラバ装置２５から排液が導かれるハイドロカーボン処理設備３６が設けられている。ハイドロカーボン処理設備３６では、排液に残留する炭化水素が処理される。ハイドロカーボン処理設備３６にて処理された排液は、アンモニアストリッピング塔（アンモニアストリッピング装置）３７へと導かれる。アンモニアストリッピング塔３７では、排液中のアンモニアが除去され、除去されたアンモニアガスはオフガス処理装置へと導かれ、アンモニアが除去された排液は下方から取り出されて排水として処理される。

アンモニアストリッピング塔３７には、アンモニアストリッピング塔３７を加熱するための加熱器３８が設けられている。加熱器３８に用いられる加熱媒体としての蒸気は、スラグ水冷却器９６（図２参照）にて７０℃以上１５０℃以下に加熱されるようになっている。すなわち、図４の加熱器３８の符号※Ａ及び符号※Ｂは、図２のスラグ水冷却器９６の符号※Ａ及び符号※Ｂに対応する。このように、加熱器３８に供給する熱として、スラグ水冷却器９６によって回収された熱を用いることとしたので、石炭ガス化複合発電設備１の熱効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、スラグ水回収熱供給先Ｉ乃至IIIをそれぞれ別個に説明したが、これらを適宜組み合わせることも可能である。
また、スラグ水回収熱供給先は、これら以外にも、例えば暖房の熱源として用いることも可能である。

また、上記実施形態では、石炭ガス化複合発電設備１をガス化設備の一例として説明したが、石炭ガス化複合発電設備１以外のプラント、例えば所望の化学種を生成ガスから得るためのガス化炉設備として用いてもよい。この場合には、ガスタービン等の発電設備を省略することができる。

また、上述した実施形態では、燃料として灰分含有量が多い高灰分石炭を使用したが、高灰分炭よりも灰分が少ない石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、本実施形態はガス化炉として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガスの流通経路が上部で略逆Ｕ字状に折り返すクロスオーバー型ガス化炉としても良い。この場合には、ガス化炉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、タワー型ガス化炉と同様に実施が可能である。

また、上述した実施形態では、スラグ水と熱回収先とがスラグ水冷却器９６を介して直接的に熱交換することとしたが、これに代えて、熱交換媒体（例えば水）が流通する別系統を介して間接的に熱交換するようにしても良い。

１ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化設備）
３ ガス化炉設備
５ ガス精製設備
７ ガスタービン
１３ 石炭粉砕部
１３ａ 粉砕機
１３ｂ プレ乾燥装置（燃料乾燥部）
１３ｃ 微粉炭機（微粉砕機）
１６ ガス化炉（ガス化部）
１７ 加熱媒体
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
２２ 合流配管（温度調整部）
２３ 温調用熱交換器（温度調整部）
２６ Ｈ_２Ｓ吸収塔（硫化水素吸収装置）
２７ Ｈ_２Ｓ再生塔（硫化水素再生装置）
２９ 再生加熱器
３６ ハイドロカーボン処理設備
３７ アンモニアストリッピング塔（アンモニアストリッピング装置）
３８ 加熱器
４２ 空気分離設備
６２ 燃焼器
６３ タービン
７７ スラグ水貯留部
７９ 水力輸送配管（スラグ取出部）
８０ スラグサイクロン（スラグ分離部）
９４ スラグ水返送配管（スラグ水返送部）
９５ スラグ水循環ポンプ
９６ スラグ水冷却器（スラグ水熱回収部）

Claims (7)

1. 炭素含有固体燃料を加熱媒体によって乾燥させる燃料乾燥部と、
   該燃料乾燥部によって乾燥された前記炭素含有固体燃料を微粉砕する微粉砕機と、
   該微粉砕機によって粉砕された前記炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、
   該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、
   該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、
   該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、
   該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、
   前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を回収するスラグ水熱回収部と、
   を備え、
   前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記加熱媒体が加熱されるガス化設備。
2. 前記燃料乾燥部に流入する前記加熱媒体の温度は、７０℃以上１５０℃以下とされている請求項１に記載のガス化設備。
3. 前記燃料乾燥部に流入する前記加熱媒体の温度を調整する温度調整部を備えている請求項１又は２に記載のガス化設備。
4. 前記ガス化部にてガス化された生成ガスが供給される燃焼器と、
   該燃焼器から導かれた燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
   該タービンからの動力を得て発電する発電機と、
   前記タービンからの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
   を備え、
   前記微粉砕機には、前記排熱回収ボイラから抽気された排ガスが導かれる請求項１から３のいずれかに記載のガス化設備。
5. 前記ガス化部にてガス化された生成ガスから硫化水素を吸収する硫化水素吸収装置と、
   該硫化水素吸収装置にて硫化水素を吸収した吸収液から硫化水素を再生する硫化水素再生装置と、
   前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記硫化水素再生装置が加熱される再生加熱器と、
   を備えている請求項１から４のいずれかに記載のガス化設備。
6. 前記ガス化部にてガス化された生成ガスが導かれる湿式スクラバ装置と、
   該湿式スクラバ装置から導かれた排液からアンモニアを除去するアンモニアストリッピング装置と、
   前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記アンモニアストリッピング装置が加熱される加熱器と、
   を備えている請求項１から５のいずれかに記載のガス化設備。
7. 炭素含有固体燃料を加熱媒体によって乾燥させる燃料乾燥部と、
   該燃料乾燥部によって乾燥された前記炭素含有固体燃料を微粉砕する微粉砕機と、
   該微粉砕機によって粉砕された前記炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、
   該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、
   該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、
   該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、
   該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、
   前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を回収するスラグ水熱回収部と、
   を備えたガス化設備の運転方法であって、
   前記スラグ水熱回収部によって回収された熱を用いて前記加熱媒体を加熱するガス化設備の運転方法。

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