JP3220679U - バーナシールボックス取合部構造及びガス化炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガイド管やシールボックスのサイズが大きくなった場合においても、取り付け時のガイド管の位置調整が容易で、ガイド管内部のメンテナンスが容易なバーナシールボックス取合部構造を提供する。
【解決手段】バーナシールボックス取合部構造181においては、取合部163の径は、ガイド管160の径よりも大きく、ガイド管160は、炉内側の端部にガイド管160の径方向外側に突出するように設けられたガイド管フランジ161を有し、取合部163は、取合部163の炉外側の端部に径方向内側に突出するように設けられ、ガイド管フランジ161の炉外側の面に対して着脱可能に係止するかぎ状部174を有する。
【選択図】図3
【解決手段】バーナシールボックス取合部構造181においては、取合部163の径は、ガイド管160の径よりも大きく、ガイド管160は、炉内側の端部にガイド管160の径方向外側に突出するように設けられたガイド管フランジ161を有し、取合部163は、取合部163の炉外側の端部に径方向内側に突出するように設けられ、ガイド管フランジ161の炉外側の面に対して着脱可能に係止するかぎ状部174を有する。
【選択図】図3
Description
本考案は、バーナシールボックス取合部構造及びこれを備えたガス化炉に関する。
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。
このような石炭ガス化設備においては、ガス化炉壁には、バーナが挿入されていて、炭素含有固体燃料(微粉炭及びチャー)と酸化剤(空気)とをバーナによりガス化炉壁内に投入して、炭素含有固体燃料の燃焼により高温燃焼ガスが発生させられている。従来より、ガス化炉壁に形成されたバーナの貫通部分での開口部を覆うようにガス化炉壁の炉外側にシールボックスが設けられている。シールボックスとしては、一般にSUS系材が使用されており、シールボックス内には、耐火材が充填されている。このようなシールボックスにより、加圧されたガス化炉壁内の圧力を維持するとともに、開口部とバーナとの隙間からの高温燃焼ガスや輻射やスラグ等のガス化炉壁外側への漏出を可及的に防止している。
シールボックスのガス化炉壁外側は、バーナを覆うようにバーナの軸方向に沿って設けられたガイド管を接続する取合部構造が形成されている。この取合部構造の例としては、特許文献1には、シールボックスのフランジ部において、バーナパネル側に溶接したフランジとバーナ風箱側に溶接したフランジとをボルト締めした構造が報告されている。また、特許文献2には、シールボックスの前後部に高温用グランドパッキンを取り付けて、高温用グランドパッキンとガイド管とでシールした構造が開示されている。
シールボックスとバーナを軸方向に沿って覆うガイド管とを接続する取合部と、バーナの空気供給管との間に形成される領域には、バーナ先端部用に必要な各フランジ類やバーナ先端部用の冷却管を配置するため、十分なスペースを確保する必要がある。従って、ガイド管とシールボックスとの取合部は、ガイド管やシールボックスのサイズが大きくなった場合においても、この取合部での取り付け時の位置調整が容易で、ガイド管内部のメンテナンスも容易となる構造が求められている。しかしながら、従来の技術では、バーナ先端部やシールボックス等の交換などのメンテナンス時に取合部を取り外し、再度取り付ける際は都度ガイド管の位置調整が必要となるため、多くの手間がかかってしまうという問題があった。
本考案はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ガイド管やシールボックスのサイズが大きくなった場合においても、取り付け時のガイド管の位置調整が容易で、ガイド管内部のメンテナンスが容易なバーナシールボックス取合部構造及びガス化炉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、本考案は以下の手段を採用する。
本考案は、ガス化炉の炉内側と炉外側とを仕切っている炉壁に形成された開口部を挿通して設けられたバーナの前記炉外側を覆うように前記バーナの同軸線上に設けられたガイド管と、前記開口部を覆うように前記炉外側に設けられたシールボックスと、前記ガイド管と前記シールボックスとを接続する取合部と、を備え、前記取合部の径は、前記ガイド管の径よりも大きく、前記ガイド管は、前記炉内側の端部に前記ガイド管の径方向外側に突出するように設けられたガイド管フランジを有し、前記取合部は、前記取合部の前記炉外側の端部に径方向内側に突出するように設けられ、前記ガイド管フランジの前記炉外側の面に対して着脱可能に係止するかぎ状部を有するバーナシールボックス取合部構造を提供する。
本考案は、ガス化炉の炉内側と炉外側とを仕切っている炉壁に形成された開口部を挿通して設けられたバーナの前記炉外側を覆うように前記バーナの同軸線上に設けられたガイド管と、前記開口部を覆うように前記炉外側に設けられたシールボックスと、前記ガイド管と前記シールボックスとを接続する取合部と、を備え、前記取合部の径は、前記ガイド管の径よりも大きく、前記ガイド管は、前記炉内側の端部に前記ガイド管の径方向外側に突出するように設けられたガイド管フランジを有し、前記取合部は、前記取合部の前記炉外側の端部に径方向内側に突出するように設けられ、前記ガイド管フランジの前記炉外側の面に対して着脱可能に係止するかぎ状部を有するバーナシールボックス取合部構造を提供する。
本考案のバーナシールボックス取合部構造は、取合部でガイド管とシールボックスとを接続しており、取合部がガイド管に設けられたガイド管フランジの炉外側の面に対して着脱可能に係止されるかぎ状部を有している。従って、最初に取合部を取り付ける場合に加えて、メンテナンス等により取合部を取り外し、再度取り付ける場合においては、ガイド管フランジの炉外側の面に取合部のかぎ状部を係止するだけでよいので、取合部のガイド管側について位置決めが容易となる。従って、ガイド管やシールボックスのサイズが大きくなった場合においても取合部の位置調整が容易となるため、ガイド管内部のメンテナンスが容易となる。また、例えばガイド管フランジとかぎ状部とをボルト等で固定する場合、ボルト等を取り外すことで、取合部をバーナの軸方向に沿って炉外側に移動させて取り外す作業を行うことで、メンテナンスが可能となり、ガイド管内部のメンテナンスが容易となる。
また、上記バーナシールボックス取合部構造において、前記取合部は、伸縮可能な二重管として重なり合うように連結された複数の管部材を有し、前記複数の管部材の連結部は管部材の軸方向長さを移動調整してシール溶接されていることが好ましい。
取合部が伸縮可能な二重管として重なり合うように連結された複数の管部材を有していれば、最初に取合部を取り付ける場合において、複数の管部材の連結部をスライド移動させることでバーナの軸方向に沿う取合部の長さを容易に調整可能となる。これにより、シールボックスへの取合部の取付誤差を吸収することが可能となるため、取合部の位置決めが容易となる。従って、ガイド管とシールボックスとの間に取合部を取り付ける際の作業性を向上させることができる。また、取合部の伸縮可能な二重管としての複数の管部材は、相互の径方向の隙間が狭く設けられるとさらに好ましい。取合部の長さを調整して取り付けた後に連結部(スライド調整部)をシール溶接により固定してシール溶接部を形成することで、メンテナンス等により取合部を取り外し、再度取り付ける場合において、取合部の長さを再度調整する必要はなくなる。従って、ガイド管内部のメンテナンスが一層容易となる。
また、上記バーナシールボックス取合部構造において、前記取合部は、前記ガス化炉の炉外側から炉内側に向かって拡径されていることが好ましい。
このような構造であれば、取合部と空気供給管との間の領域に、バーナ先端部用に必要な各フランジ類やバーナ先端部用の冷却管を配置するためのスペースを十分に確保することができる。
また、本考案は、前記炉壁に取り付けられたバーナと、前記炉壁に対して前記バーナを取り付けるための上述のバーナシールボックス取合部構造と、を備えているガス化炉を提供する。
本考案のガス化炉は、上述のバーナシールボックス取合部構造を備えているため、ガイド管内部のバーナ本体や冷却管や空気供給管等の交換またはメンテナンスが容易となる。従って、作業性及び信頼性に優れたガス化炉となる。
本考案に係るバーナシールボックス取合部構造によれば、ガイド管やシールボックスのサイズが大きくなった場合においても、ガイド管の取り付け時の位置調整が容易で、ガイド管内部のメンテナンスが容易となる。
以下に、本考案に係るバーナシールボックス取合部構造の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、上方とは鉛直上方側の方向を、下方とは鉛直下方側を示している。
〔石炭ガス化複合発電設備〕
以下、本考案の一実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造について、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造を適用する石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
以下、本考案の一実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造について、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造を適用する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、空気を主とする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出口で後述する空気分離設備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体積%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)が再利用を目的として供給されている。
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)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生成ガスライン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、生成ガスライン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(H2S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、排熱回収ボイラ20への給水とタービン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。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から生成ガスライン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排熱回収ボイラ20への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。
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1及び図2を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備10におけるガス化炉設備14について詳細に説明する。図2は、図1のガス化炉設備を示した概略構成図である。
ガス化炉設備14は、図2に示すように、ガス化炉101と、シンガスクーラ102と、を備えている。
ガス化炉101は、鉛直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、図示しない支持部材により圧力容器110内面に連結されている。
ガス化炉壁111は、圧力容器110の内部を内部空間144と外部空間146に分離する。ガス化炉壁111は、後述するが、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で変化する形状とされている。ガス化炉壁111は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器110のガス排出口121に接続され、鉛直下方側となるそ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の底部に形成されるスラグホッパ122には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁111の下端部が貯留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、127が挿入され、内部空間144にシンガスクーラ102が配置されている。ガス化炉壁111の構造については後述する。
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、つまり外部空間146であり、空気分離設備42で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ライン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図示しない炉内均圧管が設けられている。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。
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て生成ガスを生成する空間となっており、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。
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、図に記載されたその数量を限定するものではない。
ここで、上述のガス化炉設備14の動作について説明する。
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。
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。
[バーナシールボックス取合部構造]
次に、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造について図3,4を示して説明する。
本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造は、例えば図2のバーナ126やバーナ127に適用される。以下では、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造を図2のバーナ126に適用した場合を一例として挙げて説明する。
次に、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造について図3,4を示して説明する。
本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造は、例えば図2のバーナ126やバーナ127に適用される。以下では、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造を図2のバーナ126に適用した場合を一例として挙げて説明する。
図3は本考案の一実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造を示す側断面図である。図3中、紙面水平右方向は炉外側を示し、紙面水平左方向は炉内側を示している。図3に示すように、ガス化炉のガス化炉壁(炉壁)111は炉壁管151により構成されており、炉壁111にはバーナ126が挿通するための開口部152が形成されている。炉壁111に形成される開口部152は、炉壁管151の一部を炉外側にかつ側方に曲成することによって形成されている。
バーナ126は、炉外から炉内にわたって配置される空気供給管153と、空気供給管153と同じ方向に延在して、長手方向の軸中心を共通とするバーナ本体(燃料供給管)154と、空気供給管153の周囲に巻回された冷却管155とを備えている。なお、バーナ126が空気供給管153を備えない態様としてもよい。
空気供給管153は、空気供給管153の外径を構成する二次空気管156と、二次空気管156の炉外側の端部に接続され、炉外側に配置されている炉外管157とを有する。二次空気管156の炉外側端部の外周面には該外周面から直交して径方向外側に突出する方向に延びる円環板状の供給管フランジ158が設けられており、炉外管157の外周面には、該外周面と直交して径方向外側に突出する方向に延びる円環板状の炉外管フランジ159が設けられている。
炉外管157の外径は、二次空気管156の内径よりわずかに小さな径とされ、炉外管157の炉内側の端部が二次空気管156内に同じ長手軸方向に挿入されることで、二次空気管156と炉外管157とは接続される。供給管フランジ158は、炉外管フランジ159とボルト167a及びナット167bによって固定される。
バーナ126の炉外管157の外周側には、炉外管157を覆うようにバーナ126の同軸線上にガイド管160が設けられている。ガイド管160は、円形の横断面を有している。ガイド管160の炉内側の端部には、ガイド管160の外周面から径方向外側に突出するように円環板状のガイド管フランジ161が設けられている。
炉外側には、炉壁111に形成された開口部152を覆うように略中央部分にバーナ126が挿通する貫通孔のあるシールボックス162が設けられている。ガイド管160とシールボックス162との間には、ガイド管160とシールボックス162とを接続する取合部163が設けられている。
取合部163は、円筒状の各種部材により構成されており、取合部163の径は、ガイド管160の径よりも大きくなっている。具体的には、取合部163は、炉内側から炉外側にかけて設けられたガイド管取付座164及びガイド管フランジ固定部165により構成されている。取合部163は、図3に示す通り、炉外側から炉内側に向かって(ガイド管フランジ固定部165からガイド管取付座164に向かって)漸次拡径された構造となっている。
ガイド管取付座164は、後述するようにバーナ126の軸方向に分割が可能な半割フランジにより構成される部材であり、炉外側端部の内周面には、ガイド管取付座164の径方向内側に突出するように円環板状のガイド管取付座フランジ166が形成されている。ガイド管取付座164の炉内側端部は、ボルト167a及びナット167bによりシールボックス162に固定されている。
ガイド管フランジ固定部165は、伸縮可能な二重管としての2つの管部材が相互の径方向隙間が狭い状態で重なり合うように連結された2つの管部材(炉内側管部材(管部材)168及び炉外側管部材(管部材)169)を有している。炉内側管部材168の炉内側端部の外周面には、炉内側管部材168の径方向外側に突出するように円環板状の炉内側フランジ170が形成されている。炉内側フランジ170は、ボルト171によりガイド管取付座フランジ166に固定されており、これによりガイド管取付座164とガイド管フランジ固定部165とが連結されている。
炉外側管部材169の外径は、炉内側管部材168の内径よりも若干小さい同程度とされており、炉外側管部材169の炉内側の端部が炉内側管部材168内に挿入されることで、伸縮可能な二重管としての2つの管部材が相互の径方向隙間が狭い状態で重なり合うように連結された連結部(スライド調整部)172が形成されている。バーナ126の軸方向に沿う取合部163の長さを、炉外側管部材169と炉内側管部材168との重なり合う位置関係により連結部172で容易に調整可能となる。この取合部163の長さ調整終了後に、連結部172はシール溶接によりシール溶接部173が形成されて、2つの管部材168,169をシール溶接した後に図3中の紙面左右方向にズレが生じないように連結部172が固定されている。
炉外側管部材169の炉外側端部の内周面には、炉外側管部材169の径方向内側に突出するように円環板状の炉外側フランジとしてかぎ状部174が形成されている。かぎ状部174は、ガイド管160のガイド管フランジ161における炉外側の面に係止しており、この状態でかぎ状部174はボルト175aとナット175bとによりガイド管フランジ161に固定されている。これにより、ガイド管フランジ固定部165とガイド管160とが連結されて着脱可能に係止されている。ボルト175aはガイド管フランジ161に溶接固定されている。
以上説明した構成により、ガイド管160とシールボックス162とは取合部163により接続されている。これらガイド管160、シールボックス162、及び取合部163によりバーナシールボックス取合部構造181が構成されている。
図4は、本実施形態に係るバーナシールボックス取合部構造を示す上視図である。図4中、紙面奥行方向は炉外側を示し、紙面手前方向は炉内側を示している。図4に示すバーナシールボックス取合部構造181においては、最外周側にシールボックス162が設けられている。シールボックス162の内周側には取合部163が接続されており、取合部163の内周側は、ガイド管フランジ161に接続されている。ガイド管フランジ161の内周側には、空気供給管153及びバーナ本体154を有するバーナ126が設けられている。
図4の上視図では、取合部163は、外周側から順に、ガイド管取付座164、ガイド管取付座フランジ166、炉内側管部材168、及び炉外側管部材169を備えている。
ガイド管取付座164は、バーナ126の軸方向に沿って水平方向に対して2つに分割された半割フランジから構成されている。これらの半割フランジは、上部及び下部が、フランジ連結部176にて連結されている。
次に、バーナシールボックス取合部構造から取合部を取り外す手順について図5を示して説明する。
図5は図3のバーナシールボックス取合部構造から取合部をバーナ126の軸方向に沿って炉外側に移動させて取り外す状態を示す部分側断面図である。なお、図5中の図3と同じ構成については、図3と同じ符号を付記し、その詳細な説明を割愛する。
図5は図3のバーナシールボックス取合部構造から取合部をバーナ126の軸方向に沿って炉外側に移動させて取り外す状態を示す部分側断面図である。なお、図5中の図3と同じ構成については、図3と同じ符号を付記し、その詳細な説明を割愛する。
まず、ボルト167a及びナット167bを外すことで、ガイド管取付座164をシールボックス162から取り外す。ガイド管取付座164の取り外しに当たっては、図4中のフランジ連結部176の連結を解除し、ガイド管取付座164を2つの半割フランジとなるように分解する。次に、ボルト171及びナット175bを外すことでガイド管フランジ固定部165を図5中の紙面右方向(炉外側)にバーナ126の軸方向に沿ってスライド移動させて取り外すことができる。これにより、ガイド管160内部のメンテナンスをするための作業空間が確保される。図6に示すように、ボルト175aはガイド管フランジ161に溶接固定されているため、ナット175bを外すことでガイド管フランジ161からかぎ状部174を取り外すことができる。ガイド管取付座フランジ166から炉内側フランジ170を取り外して分解する態様としては、例えば図7に示すようにめねじ加工が施されたガイド管取付座フランジ166内に締込固定されたボルト171を取り外して分解する態様を挙げることができる。また、図8に示すようにガイド管取付座フランジ166に溶接固定された袋ナット177を介して固定されたボルト171を取り外して分解する態様としてもよい。また、ガイド管取付座164の取り外し及びガイド管フランジ固定部165のスライド移動は順序を特定しておらず、逆の順序で行うことも可能である。
なお、取合部163を再度ガイド管フランジ161及びシールボックス162に取り付けるに当たっては、上記とは逆の手順にて取合部163の取り付けを行えばよい。
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態のバーナシールボックス取合部構造181は、取合部163でガイド管160とシールボックス162とを接続しており、取合部163がガイド管160に設けられたガイド管フランジ161の炉外側の面に対して着脱可能に係止されるかぎ状部174を有している。従って、最初に取合部163を取り付ける場合に加えて、メンテナンス等により取合部163を取り外し、再度取り付ける場合においては、ガイド管フランジ161の炉外側の面に取合部163のかぎ状部174を係止するだけでよいので、取合部163のガイド管160側について位置決めが容易となる。従って、ガイド管160やシールボックス162のサイズが大きくなった場合においても取合部163の位置調整が容易となるため、ガイド管160内部のメンテナンスが容易となる。また、例えばガイド管フランジ161とかぎ状部174とをボルト175a等で固定する場合、メンテナンス時にナット175bを取り外すことで、取合部163をバーナ126の軸方向に沿って炉外側に移動させて取り外す作業を行うことが可能となり、ガイド管160内部のメンテナンスが容易となる。
本実施形態のバーナシールボックス取合部構造181は、取合部163でガイド管160とシールボックス162とを接続しており、取合部163がガイド管160に設けられたガイド管フランジ161の炉外側の面に対して着脱可能に係止されるかぎ状部174を有している。従って、最初に取合部163を取り付ける場合に加えて、メンテナンス等により取合部163を取り外し、再度取り付ける場合においては、ガイド管フランジ161の炉外側の面に取合部163のかぎ状部174を係止するだけでよいので、取合部163のガイド管160側について位置決めが容易となる。従って、ガイド管160やシールボックス162のサイズが大きくなった場合においても取合部163の位置調整が容易となるため、ガイド管160内部のメンテナンスが容易となる。また、例えばガイド管フランジ161とかぎ状部174とをボルト175a等で固定する場合、メンテナンス時にナット175bを取り外すことで、取合部163をバーナ126の軸方向に沿って炉外側に移動させて取り外す作業を行うことが可能となり、ガイド管160内部のメンテナンスが容易となる。
また、取合部163が伸縮可能な二重管として、複数の管部材168,169相互の径方向の間に形成される径方向隙間が狭い状態で重なり合うように連結された複数の管部材168,169を有していれば、最初に取合部163を取り付ける場合において、複数の管部材168,169の連結部172をスライド移動させることでバーナ126の軸方向に沿う取合部163の長さや位置の調整が容易に可能となる。これにより、取合部163の取付誤差を吸収することが可能となるため、取合部163の位置決めが容易となる。従って、ガイド管160とシールボックス162との間に取合部163を取り付ける際の作業性を向上させることができる。また、この連結部172をスライド移動させて取合部163の長さ調整が終了した後(取り付け後)に、連結部172をシール溶接により固定してシール溶接部173を形成することで、メンテナンス等により取合部163を取り外し、再度取り付ける場合において、取合部163の長さを再度調整する必要はなくなる。従って、ガイド管160内部のメンテナンスが一層容易となる。
また、取合部163が、ガス化炉101の炉外側から炉内側に向かって拡径された構造であれば、取合部163の内部(特に、ガイド管160の外周付近)と空気供給管153との間の領域に、供給管フランジ158や炉外管フランジ159などのバーナ先端部用フランジやバーナ先端部用の冷却管155を配置するためのスペースを十分に確保することができる。
また、本実施形態のガス化炉101は、上述のバーナシールボックス取合部構造181を備えているため、ガイド管160内部のバーナ本体154や冷却管155や空気供給管153等の交換またはメンテナンスが容易となる。従って、作業性及び信頼性に優れたガス化炉101となる。
なお、上記実施形態では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉を備えたIGCCを一例として説明したが、本開示のガス化炉設備は、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ等のバイオマス燃料など、他の炭素含有固体燃料をガス化するものにも適用可能である。また、本開示のガス化炉設備は、発電用に限らず、所望の化学物質を得る化学プラント用ガス化炉にも適用可能である。
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など他の炭素含有固体燃料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燃料であってもよい。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)
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 生成ガスライン
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
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
118 リダクタ部
121 ガス排出口
122 スラグホッパ
126 バーナ
127 バーナ
131 蒸発器
132 過熱器
134 節炭器
144 内部空間
146 外部空間
151 炉壁管
152 開口部
153 空気供給管
154 バーナ本体(燃料供給管)
155 冷却管
156 二次空気管
157 炉外管
158 供給管フランジ
159 炉外管フランジ
160 ガイド管
161 ガイド管フランジ
162 シールボックス
163 取合部
164 ガイド管取付座
165 ガイド管フランジ固定部
166 ガイド管取付座フランジ
167a ボルト
167b ナット
168 炉内側管部材(管部材)
169 炉外側管部材(管部材)
170 炉内側フランジ
171 ボルト
172 連結部(スライド調整部)
173 シール溶接部
174 かぎ状部
175a ボルト
175b ナット
176 フランジ連結部
177 袋ナット
181 バーナシールボックス取合部構造(取合部構造)
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 生成ガスライン
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
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
118 リダクタ部
121 ガス排出口
122 スラグホッパ
126 バーナ
127 バーナ
131 蒸発器
132 過熱器
134 節炭器
144 内部空間
146 外部空間
151 炉壁管
152 開口部
153 空気供給管
154 バーナ本体(燃料供給管)
155 冷却管
156 二次空気管
157 炉外管
158 供給管フランジ
159 炉外管フランジ
160 ガイド管
161 ガイド管フランジ
162 シールボックス
163 取合部
164 ガイド管取付座
165 ガイド管フランジ固定部
166 ガイド管取付座フランジ
167a ボルト
167b ナット
168 炉内側管部材(管部材)
169 炉外側管部材(管部材)
170 炉内側フランジ
171 ボルト
172 連結部(スライド調整部)
173 シール溶接部
174 かぎ状部
175a ボルト
175b ナット
176 フランジ連結部
177 袋ナット
181 バーナシールボックス取合部構造(取合部構造)
Claims (4)
- ガス化炉の炉内側と炉外側とを仕切っている炉壁に形成された開口部を挿通して設けられたバーナの前記炉外側を覆うように前記バーナの同軸線上に設けられたガイド管と、
前記開口部を覆うように前記炉外側に設けられたシールボックスと、
前記ガイド管と前記シールボックスとを接続する取合部と、
を備え、
前記取合部の径は、前記ガイド管の径よりも大きく、
前記ガイド管は、前記炉内側の端部に前記ガイド管の径方向外側に突出するように設けられたガイド管フランジを有し、
前記取合部は、前記取合部の前記炉外側の端部に径方向内側に突出するように設けられ、前記ガイド管フランジの前記炉外側の面に対して着脱可能に係止するかぎ状部を有するバーナシールボックス取合部構造。 - 前記取合部は、伸縮可能な二重管として重なり合うように連結された複数の管部材を有し、前記複数の管部材の連結部は管部材の軸方向長さを移動調整してシール溶接されている請求項1に記載のバーナシールボックス取合部構造。
- 前記取合部は、前記ガス化炉の炉外側から炉内側に向かって拡径されている請求項1又は請求項2に記載のバーナシールボックス取合部構造。
- 前記炉壁に取り付けられたバーナと、
前記炉壁に対して前記バーナを取り付けるための請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバーナシールボックス取合部構造と、
を備えているガス化炉。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019000069U JP3220679U (ja) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | バーナシールボックス取合部構造及びガス化炉 |
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JP2019000069U JP3220679U (ja) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | バーナシールボックス取合部構造及びガス化炉 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7404586B1 (ja) | 2023-09-08 | 2023-12-25 | 三菱重工業株式会社 | ガスバーナ及びこれを備えたボイラ |
-
2019
- 2019-01-11 JP JP2019000069U patent/JP3220679U/ja active Active
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