JP3977509B2 - 固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石炭等の原料を加熱して熱分解し、ガス化する石炭ガス化設備において、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭ガス化設備とは、微粉石炭などの原料を加熱して熱分解し、発生したガスをエネルギー源として利用するべく回収する設備である。具体的には、例えばガス化炉の中に原料を装入し、ここに酸素含有ガス及び高温蒸気を供給して装入された原料を部分的に燃焼させ、発生した熱により未燃焼の原料を熱分解してガス化するものである。
【０００３】
ここで、上記石炭ガス化設備のガス化効率を高める技術の一つに、ガス化炉から得られる熱分解ガスに含まれるチャーを回収し、回収したチャーを再度ガス化炉に戻してガス化に供するという方法がある。そして、例えば特開平５−１５６２６５号公報に記載されているように、ガス化炉から得られる熱分解ガスに含まれるチャーをサイクロンによって補集し、再びガス化炉に酸素・空気等と共に供給する技術が知られている。
【０００４】
この技術に基づいた従来の石炭ガス化設備の一例を図８に示す。
この設備は、主としてガス化炉１と、ガス化炉１に連結された熱分解炉２と、熱分解炉２の出側に設けられたサイクロン等の固気分離装置６と、固気分離装置６の固体出側に接続されたチャーホッパー７とからなっている。
ガス化炉１には、バーナー４から酸素、蒸気等と共にチャーを炉内に供給し、高温の燃焼ガスを発生させる。
【０００５】
次いで、ガス化炉１で発生した高温の燃焼ガスによって熱分解炉２に装入されている石炭の熱分解を行う。ここで発生する熱分解ガスはチャーなどを含んでいるので、固気分離装置６によって主としてチャーからなる固体部分を分離し、チャーホッパー７に回収する。固気分離装置６の気体出側からはチャー等の固体を含まない熱分解ガスを得ることが出来る。一方、チャーホッパー７に回収されたチャーは、バーナー４からガス化炉１に戻されて燃焼ガス発生に供される。
【０００６】
一方、特開昭５６−９８２８６号公報には、固気分離装置を経たチャー及び反応ガスが有する熱を回収する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示したような従来の石炭ガス化設備においては、熱分解ガスに含まれるチャーを回収し、再度ガス化炉に戻すものであるが、熱分解炉出側で回収されるチャーは通常１０００℃程度の高温である。このため、そのままではハンドリング性が悪く、回収したチャーを再度ガス化炉に戻すまでの設備が高価のものとなる。
【０００８】
このため、回収した高温のチャーを冷却することが必要であるが、熱分解ガスはタールや水分等を含有していることから、通常の伝熱管式ではタールや水分の結露によるチャーの付着さらには棚吊りが発生するといった問題がある。例えばチャーの冷却に、チャーを流動層状態として冷却を行う流動層冷却器を用いればこれらの問題は回避できるが、流動層冷却器を使用すると装置の大型・複雑化及び高コスト化の点で問題があり、またサイクロンのような固気分離装置への流動化ガスの逆流を防ぐ機構を設ける必要もあるため好ましくない。
【０００９】
そこで、本発明は、構造が簡単でコストの点でも有利な伝熱管方式のチャー冷却器であって、棚吊りが発生しないチャー冷却器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の通りである。
（１）固気分離装置によって回収したチャーを冷却するために用いるチャー冷却装置であって、内部の冷媒を通してチャーの冷却を行う伝熱管を備え、該伝熱管の上部に、伝熱管に直交させて配置した駆動軸にスクレーパー本体を伝熱管に平行して配置したことを特徴とする、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置。
【００１３】
（２）固気分離装置によって回収したチャーを冷却するために用いるチャー冷却装置であって、内部の冷媒を通してチャーの冷却を行う伝熱管を備え、該伝熱管が回転自在な構造であることを特徴とする、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置。
【００１４】
（３）固気分離装置によって回収したチャーを冷却するために用いるチャー冷却装置であって、内部の冷媒を通してチャーの冷却を行う伝熱管を備え、該伝熱管が前後又は左右に移動可能な構造であることを特徴とする、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、原料から高温燃焼ガスを発生させるガス化炉と、該高温燃焼ガスにより原料を熱分解ガスとする熱分解炉と、該熱分解ガスからチャーを分離する固気分離装置と、固気分離装置により熱分解ガスから分離されたチャーをガス化炉に搬送するチャー搬送系とを備えた石炭ガス化設備で用いるチャー冷却装置に関する。すなわち本発明は、固気分離装置により熱分解ガスから分離されたチャーをチャー搬送系に送る前に冷却する装置に関するものである。
【００１７】
本発明は石炭ガス化設備において用いられるものである。本発明の適用される石炭ガス化設備において、ガス化に供する原料としては、微粉石炭、チャー等の炭素質原料が挙げられる。また本発明の適用される石炭ガス化設備では、熱分解炉出側に固気分離装置を備え、石炭ガス化の高効率化を図るものである。固気分離装置としては、例えばサイクロンを用いるとよい。
【００１８】
以下、本発明を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のチャー冷却装置を適用した石炭ガス化設備の一例を示す概略図である。この石炭ガス化設備は、主としてガス化炉１と、熱分解炉２と、サイクロン６と、チャー搬送系１２と、チャー冷却装置１０とからなっている。このように配置されるチャー冷却装置の断面図を図２に示す。このチャー冷却装置は、ケーシング１１、伝熱管１４、スクレーパー１５、駆動シリンダー１６からなっている。ここで、ケーシング１１の外から導入された伝熱管１４は、図２に示すようにケーシング１１の中を往復した後に、再びケーシング１１の外へと出るように配置されていて、伝熱管１４内部に紙面と直角方向に冷媒を通してチャーの冷却を行うものである。すなわち、図２は、図１のチャー冷却装置１０の図１紙面と垂直な方向からの断面図である。
【００１９】
このような構造のチャー冷却装置１０には、サイクロン６で熱分解ガスから分離された高温のチャーがケーシング１１の上部から供給され、ケーシング１１内部に配された伝熱管１４によってチャーの熱を吸収した後、ケーシング１１の下部に接続されたチャー搬送系１２にチャーは導かれる。
【００２０】
この際、サイクロン６からはチャーと共に、熱分解ガスも多少流入するので、この熱分解ガスに含有される水蒸気やタールが伝熱管１４に結露しないようにチャーの冷却を行うことが好ましい。具体的には、伝熱管１４に通す冷媒の温度を熱分解ガスの水露点以上又はタール露点以上とするとよい。
【００２１】
しかしながら、このようにしても最上段伝熱管１４にはチャーがブリッジを形成し、その量の増大によって最終的には棚吊りと称される状態が発生し、チャー冷却装置１０内が目詰まりを起こしたような状態となり、チャーの循環が阻害されることがある。そこで、本発明では、伝熱管１４の上部に設けたスクレーパー１５を設け、伝熱管１４にブリッジを形成したチャーが棚吊り状態となる前、もしくは棚吊り状態になった場合に、伝熱管１４にブリッジを形成したチャーを除去することが可能な構造とした。
【００２２】
図３，４はチャー冷却装置１０の断面図であって、スクレーパー１５の構造を示したものである。これらの図に示すように本発明のスクレーパーは、駆動軸１５−１にスクレーパー本体１５−２を配置したものである。スクレーパー本体１５−２は、図３に示すように１本のみ配置してもよいし、図４に示すように複数を配置するようにしてもよい。このようなスクレーパー１５はシール部材１７を介してケーシング１１内に挿入されていて、駆動装置１６によって前後（矢印方向）に駆動することによって、伝熱管１４に附着したチャーを除去するものである。
【００２３】
また、チャー冷却装置１０に発生する棚吊り状態を防止し、チャーの循環を確保する別の方法として、伝熱管１４を回転自在な構造とすることも有効である。図５（ａ）はこのような構造のチャー冷却装置１０の一例であって、ケーシング１１を複数の伝熱管１４がシール部材１７を介して貫通しており、各伝熱管１４は継手１９を介して入側冷媒ダクト１８−１及び出側冷媒ダクト１８−２と接続されていて、伝熱管１４の継手１９より内側の部分は回転自在な構造となっている。そして、伝熱管１４の回転自在な部分には、図５（ｂ）に示すように連結レバー２２を介してレバー２１が接続されていて、駆動装置２０によってレバー２１を図５（ｂ）の矢印方向に動かすことにより、伝熱管１４を回転可能な構造となっている。
【００２４】
この装置を用いてチャーの冷却を行う際には、入側冷媒ダクト１８−１から伝熱管１４内に冷媒を供給して、伝熱管１４を介してチャーの冷却を行い、チャーの熱を奪った冷媒は出側冷媒ダクト１８−２から回収する。ここで、伝熱管１４にチャーがブリッジを形成して棚吊りのおそれが生じた場合には、図５（ｂ）に示すようにレバー２１を駆動して伝熱管１４を回転させて、伝熱管１４に附着したチャーを振り落とすようにする。
【００２５】
さらに、チャー冷却装置１０に発生する棚吊り状態を防止するためには、伝熱管１４を前後又は左右に移動可能な構造とすることも有効である。図６はこのような構造のチャー冷却装置１０の一例であって、ケーシング１１を複数の伝熱管１４がシール部材１７を介して貫通しており、各伝熱管１４は入側冷媒ダクト１８−１及び出側冷媒ダクト１８−２と直接接続されている。そして、入側冷媒ダクト１８−１及び出側冷媒ダクト１８−２は連結軸２３に固定されていて、駆動装置２４によって矢印方向に駆動する構造となっている。入側冷媒ダクト１８−１及び出側冷媒ダクト１８−２は伝熱管１４と一体をなしているため、両ダクトを駆動させれば伝熱管１４はケーシング１１内を移動し、チャーの棚吊り状態を崩すことができる。
【００２６】
以上述べたように伝熱管１４を駆動して棚吊り状態を防止する方法においては、伝熱管１４を振動させるようにしてもよい。
【００２７】
一方、伝熱管１４の上部に充填したチャーの高さをレベル検出器で監視し、これがブリッジを形成しない所定の高さを超えないように、チャー冷却装置１０からのチャー排出量を制御してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のチャー冷却装置を用いれば、後段に設けるチャー搬送機構の簡略化が図れるため石炭ガス化炉全体での簡略・低コスト化が実現できる。しかも、本発明によるチャー冷却装置は伝熱管方式をとっているので構造が簡単で、かつコストの点でも有利であり、しかも装置内部に棚吊りが発生することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチャー冷却装置を適用した石炭ガス化設備の一例を示す概略図である。
【図２】本発明のチャー冷却装置の断面図である。
【図３】本発明のチャー冷却装置の断面図である。
【図４】本発明のチャー冷却装置の断面図である。
【図５】（ａ）回転自在な伝熱管を備えたチャー冷却装置の一例を示す図面である。
（ｂ）伝熱管を回転させる機構を示す図面である。
【図６】伝熱管を前後に移動可能な構造としたチャー冷却装置の一例を示す図面である。
【図７】本発明におけるレベル検出器の配置に関する説明図である。
【図８】従来の石炭ガス化設備を示す概略図である。
【符号の説明】
１ ガス化炉
２ 熱分解炉
３ スラグポット
４ バーナー
５ 石炭装入口
６ 固気分離装置
７ チャーホッパー
８ スラグタップ
１０ チャー冷却装置
１１ ケーシング
１２ チャー搬送系
１３ ガス搬出
１４ 伝熱管
１５ スクレーパー
１５−１ 駆動軸
１５−２ スクレーパー
１６ 駆動装置
１７ シール部材
１８−１ 入側冷媒ダクト
１８−２ 出側冷媒ダクト
１９ 継手
２０ 駆動装置
２１ レバー
２２ 連結レバー
２３ 連結軸
２４ 駆動装置
２５ レベル検出器

Claims (3)

1. 固気分離装置によって回収したチャーを冷却するために用いるチャー冷却装置であって、内部の冷媒を通してチャーの冷却を行う伝熱管を備え、該伝熱管の上部に、伝熱管に直交させて配置した駆動軸にスクレーパー本体を伝熱管に平行して配置したことを特徴とする、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置。
2. 固気分離装置によって回収したチャーを冷却するために用いるチャー冷却装置であって、内部の冷媒を通してチャーの冷却を行う伝熱管を備え、該伝熱管が回転自在な構造であることを特徴とする、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置。
3. 固気分離装置によって回収したチャーを冷却するために用いるチャー冷却装置であって、内部の冷媒を通してチャーの冷却を行う伝熱管を備え、該伝熱管が前後又は左右に移動可能な構造であることを特徴とする、固気分離装置によって回収するチャーの冷却装置。

Images