JP4370464B2 - ガス化処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化処理技術に係り、特に、スラグロックホッパ及びスラグ貯槽を用いてスラグの排出を行うガス化処理技術に関する。

ガス化処理装置は、例えば微粉炭といった微粉固体炭素質原料を酸素、空気その他の酸化剤と伴にガス化炉で部分燃焼させ、その燃焼により一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ_２）を含むガスを生成するとともに、その原料の灰分をスラグとして回収するものである。その灰分などから生成されたスラグは、スラグ冷却部の冷却水中に落下して冷却され、また熱衝撃により水砕される。そして、その冷却されたスラグは、水と共にスラグロックホッパに移動した後、スラグ分離槽により水から分離して排出される。

このようなガス化処理装置において、ガス化炉で生成されたスラグを系外に排出するため、スラグロックホッパ内に水を注入してそのホッパ内の圧力を昇圧することや、スラグロックホッパ内に充填された水を排出して圧力を減圧することが繰り返されるようになっている。つまり、スラグ冷却部の冷却水がスラグロックホッパ内に流入しないように、スラグロックホッパ内に水を満たすことでそのホッパ内の圧力がスラグ冷却部の冷却水の液面に受圧される圧力と同じ圧力に昇圧するようにしている。これにより、スラグ冷却水内の水の移動が抑制された状態でスラグのみがスラグ冷却部からスラグロックホッパに重力落下して移動する。そして、スラグロックホッパ内の水を排出して大気圧に減圧した後に、スラグロックホッパ内のスラグが抜き出されてスラグ分離槽に移動されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

また、スラグロックホッパ内から吸引したスラグをスラグ分離槽に移動させる際、エジェクタなどを利用してスラグロックホッパからスラグを抜き出し、その抜き出したスラグを例えば水流の流れに乗せてスラグ貯槽に移動させる水流輸送が行われる場合もある。

特開平８−１３４４７２号公報

しかしながら、上記のような従来のガス化処理装置では、スラグロックホッパ内に水を注入して充填することや、その充填された水を排出することが繰り返し実施され、さらに、スラグを水流で移動させることなどが行われるため、ガス化処理装置においてスラグの排出に使用される水の量が問題となっている。

本発明の課題は、スラグの排出に用いられる水の量を低減することにある。

上記課題を解決するため、本発明のガス化処理装置は、固体燃料を部分燃焼させて可燃ガスとスラグを生成するガス化部と、このガス化部から落下するスラグを冷却水により冷却するスラグ冷却部と、このスラグ冷却部からスラグが移動するスラグロックホッパと、このスラグロックホッパからのスラグを水と分離して排出するスラグ分離槽とを備え、スラグロックホッパの底部には重力方向に延在してなる配管の上端が接続され、該配管の下端が前記スラグ分離槽に貯留された水の液面より下方で開口され、配管に気体を注入する気体注入管が接続されている構成とする。

このような構成とすれば、スラグロックホッパからのスラグを抜き出す際、スラグ分離槽の液面に加えられている大気圧力がスラグロックホッパに充填された水の部分に伝達されることから、その伝達された力とスラグロックホッパ内の水が流下しようとする力がつり合った状態になる。このとき、水より比重が大きいスラグのみが、静止した水の中を自由落下してスラグ分離槽に移動するのに対し、スラグロックホッパに充填された水はスラグロックホッパ内に保持される。その結果、水を再注入する必要がなくなるので、スラグの排出に使用される水の量を低減することが可能になる。

また、スラグロックホッパ内から抜き出されたスラグは、そのスラグロックホッパ内の鉛直方向下方に設置されたスラグ分離槽に自由落下して導入されるようになっていることから、スラグを水流輸送する必要がなくなるので、スラグの排出に用いる水の量を低減することができる。

また、スラグロックホッパ内のスラグをスラグ分離槽に移動させる際、気体注入管から気体を注入すれば、注入された気体の気泡がスラグロックホッパ内や配管内を撹拌することから、スラグロックホッパ内や配管内にスラグが堆積して架橋が形成されている場合でも、その形成されている架橋を粉砕することができる。したがって、スラグロックホッパ内の排出口や配管内が閉塞されることを回避することができるので、スラグを安定に排出することが可能になる。

また、気体注入管により注入される気体量を増減してスラグロックホッパからスラグ分離槽に移動させるスラグの分量を可変制御するようにしてもよい。これにより、スラグロックホッパからスラグ分離槽にスラグを重力落下して移動させる際、気体注入管から気体を注入すれば、その注入された気体の気泡が上昇するのに相関して重力落下するスラグの落下速度を向上させることができる。したがって、注入する気体の分量を増減して調整するようにすれば、流下させるスラグの分量を調整することが可能になる。

また、本発明のガス化処理方法は、固体燃料の部分燃焼により生成されるスラグをスラグ冷却部内の冷却水により冷却し、この冷却されたスラグをスラグロックホッパに移動し、このスラグロックホッパ内のスラグをスラグ分離槽に移動させ、そのスラグロックホッパからスラグ分離槽へのスラグの移動は、スラグ分離槽に貯留された水の液面に受圧された大気圧力をスラグロックホッパ内に充填された水の部分に伝達させた状態で、スラグロックホッパの底部に連結され重力方向に延在した配管内に気体を注入して行うことを特徴とする。

この場合において、スラグロックホッパ内のスラグをスラグ分離槽に移動させる前に、そのスラグロックホッパの底部に連結された配管内に気体を注入して貯留するようにしてもよい。すなわち、配管に有した遮断弁を閉じ、その遮断弁より下方の部分から気体を注入して上昇させれば、その気体は遮断弁により遮断されて貯留することになる。そして、所望の時に遮断弁を開けば、貯留した気体を一気に上昇させることができることから、一定量の気体を逐次的に注入する場合に比べ、スラグロックホッパ内などの水を撹拌する力を増大させることができる。したがって、スラグの架橋が形成された場合でも、その架橋を確実に粉砕することができる。

本発明によれば、スラグの排出に用いられる水の量を低減することができる。

（実施形態１） 本発明を適用してなるガス化処理装置の第１の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明のガス化処理装置の構成例を示している。図１に示すように、ガス化処理装置１は、ガス化炉２、スラグロックホッパ３、スラグ分離槽４などから構成されている。

ガス化炉２は、熱回収部１０、熱回収部１０と連通するガス化部１２、ガス下部１２と連通するスラグ冷却部１４などを内部に形成している。熱回収部１０は、ガス化部１２より上方に位置しており、その熱回収部１０の天井部に排出口１１が設けられている。ガス化部１２は、スラグ冷却部１４より上方に位置しており、そのガス化部１２の側壁部にバーナ１６が設けられている。スラグ冷却部１４は、ガス化炉１６の底部に位置しており、そのスラグ冷却部１４の底部に重力方向に延在してなる配管１８の一端が接続されている。

スラグロックホッパ３は、弁２０を有した配管１８を介して、ガス化炉２のスラグ冷却部１４の底部に連結されている。そのスラグロックホッパ３の上部には、弁２１を有した排気ライン２２が設けられている。また、スラグロックホッパ３の側壁部には、弁２３を有した水供給ライン２４が連結されている。そして、スラグロックホッパ３の底部には、重力方向に延在してなる配管２６の一端が接続されている。

スラグ分離槽４は、天井が開口されて形成されている。また、そのスラグ分離槽４内には水が貯留されており、その貯留された水の中にスクリューコンベア２８が位置されて設けられている。そして、スラグ分離槽４内に貯留された水の液面下で配管２６の他端が開口している。

このように構成されるガス化処理装置１の動作と本発明の特徴部について説明する。まず、配管１８の弁２０を閉止することで、水供給ライン１９からスラグ冷却部１４に水が供給されて貯留する。また、配管２６の弁２５を閉止するとともに、排気ライン２２の弁２１と水供給ライン２４の弁２３とを開放することで、スラグロックホッパ３内のガスが置換され水で充満されるように、水供給ライン２４からスラグロックホッパ３内に水が供給される。

次いで、燃料である微粉炭が、酸素、空気等の酸化剤と共に加圧下のガス化部１２に供給される。供給された微粉炭は、酸化剤と共にバーナ１６により設定温度、例えば、１３００〜１６００℃以上で部分燃焼される。その燃焼により一酸化炭素及び水素を含む燃焼ガスが生成されるとともに、微粉炭の灰分が溶融スラグに変換される。

生成された燃焼ガスは、熱回収部１０に設けられた熱交換器等により熱が回収された後、排出口１０からガスタービンなどの機器に導入される。一方、溶融スラグは、ガス化部１２からスラグ冷却部１４に落下して冷却水により冷却されるとともに、熱衝撃により水砕される。冷却されたスラグが、弁２０を開放することによりスラグロックホッパ３に移動する。このとき、スラグロックホッパ３には水が満水状態で充填されているため、スラグ冷却部１４内の水は下方に流下せず静止した状態にされる。これにより、スラグ冷却部１４のスラグは、水に比べて比重が大きいため、静止した水の中をスラグのみが重力落下してスラグロックホッパ３に移動する。

スラグロックホッパ３にスラグが移動した後、弁２０を閉止するとともに、弁２５を開放することで、スラグロックホッパ３内のスラグがスラグ分離槽４に移動する。このとき、スラグ分離槽４の液面に加えられている大気圧がスラグロックホッパ３内に充填された水に配管２６を介して伝達されることから、その伝達された力と、スラグロックホッパ３に充填された水が流下しようとする力がつり合うため、その水は静止した状態にされる。これにより、スラグロックホッパ３のスラグは、静止した水の中をスラグのみが重力落下してスラグ分離槽４に移動する。スラグ貯留槽４に移動したスラグは、スクリューコンベア２８により掻き上げられることで水と分離される。そして、分離されたスラグが排出ライン３０から排出され、また、スラグを含まない上澄みの清水は必要があれば排出ライン３１から排出される。

ところで、図２に示すように、従来のガス化処理装置では、スラグロックホッパ３内のスラグをスラグ分離槽４に移動させる際には、吸気ライン４８の弁４９と配管２６の弁２５とを開放することでスラグロックホッパ３内の圧力を大気圧下に減圧するようにしている。そして、スラグロックホッパ３の底部から配管２６を介してスラグと水との混合水がエジェクタ５１により抜き出される。抜き出された混合水は、配管５０内を通流する水の流れに乗せられてスラグ分離槽４に輸送される。輸送された混合水中のスラグは、スクリューコンベア２８により掻き上げられて水から分離されるようになっている。

このようなスラグの排出を繰り返して行うために、スラグロックホッパ３に水供給ライン２４から水を注入して充填することや、その充填された水を排出することが繰り返されるようになっている。したがって、スラグの排出に使用される水の量が増大することになる。また、スラグを水流輸送によりスラグ分離槽４まで移動させることなどが行われるために、スラグの排出に使用される水の量がより一層増大する。

これに対して、本発明のガス化処理装置１は、スラグロックホッパ３の底部に重力方向に延在する配管２６の一端を接続し、その配管２６の他端をスラグ分離槽４に貯留された水の液面より下方で開口するようにしていることから、スラグロックホッパ３への水の注入や排出を繰り返し行う必要がない。例えば、スラグロックホッパ３からスラグ分離槽４にスラグを移動させる際、弁２５を開放すると、スラグ分離槽４の液面に加えられている大気圧が、スラグロックホッパ３に充填された水の部分に伝達されることから、その伝達された力とスラグロックホッパ３の水が流下しようとする力がつり合って平衡状態になる。これにより、スラグロックホッパ３の水が下方に移動することを抑制しながら、水と比重差を有するスラグのみが、スラグロックホッパ３から配管２６を介してスラグ分離槽４に移動することになる。

このように静止した水の中をスラグが自然落下する際、その落下するスラグの体積分の水がスラグロックホッパ３に入れ替わって充填されるため、スラグロックホッパ３を常に満水の状態に保持することができる。したがって、スラグロックホッパ３に充填された水を反復継続して再利用できるため、スラグロックホッパ３に対し水の注入や排出を繰り返して行う必要がなくなる。また、スラグロックホッパ３から自然落下したスラグは、スラグロックホッパ３の鉛直方向下方に位置するスラグ分離槽４に導かれるようになっていることから、スラグを水流輸送する必要がなくなる。その結果、スラグの排出に使用される水の量を低減することが可能になる。

また、本実施形態によれば、スラグロックホッパ３に充填した水を排出しないことから、スラグロックホッパ３に水を再注入する時間を省略することができる。その結果、スラグの排出に要する時間を短縮することが可能になる。

さらに、スラグの排出に使用される水の量を低減できることから、従来に比べ、スラグ分離槽４など機器類を小型化することができる。したがって、ガス化処理装置の製造及び組立などのコストが低減し、設置スペースの確保などが容易になる。

また、スラグを水流輸送する輸送管５０などを除去することができることから、その輸送管５０内でスラグが堆積して管路を閉塞することを回避することができる。

また、スラグ分離槽４には、スラグロックホッパ３から自然落下するスラグのみが導入されることから、スラグ分離槽４にスラグと水を含む混合水が落下することで激しく撹拌される場合に比べ、スラグ分離槽４に設置された水排出ポンプなどの摩耗を回避することができる。

（実施形態２） 次に、本発明を適用してなるガス化処理装置の第２の実施形態について図３を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、気体を注入する気体注入管７０が、スラグロックホッパ３の底部から重力方向に延在してなる配管２６の管路であってその管路に有した弁２５より下方の部分に接続されて構成されていることである。したがって、第１実施形態と同様の機能及び構成を有するものには同一符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、弁７１を有する気体注入管７０が配管２６の管路に合流していることから、スラグロックホッパ３のスラグをスラグ分離槽４に移動させる際、気体注入管７０から気体を注入すれば、スラグが堆積して架橋が形成されている場合でも、注入された気体の気泡がスラグロックホッパ３内や配管２６内を撹拌することから、その架橋を粉砕することができる。したがって、スラグロックホッパ３の排出口や配管２６の管路などが閉塞されることを回避することができるため、スラグを安定に排出することが可能になる。

また、気体注入管７０により注入される気体量を増減すれば、スラグロックホッパ３からスラグ分離槽４に移動させるスラグの分量を可変制御することができる。すなわち、スラグをスラグロックホッパ３からスラグ分離槽４に自然落下させる際、その移動時間が比較的長くなる場合でも、気体注入管７０から気体を注入するようにすれば、その注入された気体の気泡が上昇するのに相関して重力落下するスラグの初速速度を向上させることができる。したがって、注入する気体の量を増減して調整するようにすれば、流下するスラグの分量を調整することが可能になる。

また、気体注入管７０の端部である注入口が、配管２６の弁２５より下方の部分に接続されていることから、スラグロックホッパ３のスラグをスラグ分離槽４に移動させる前に（つまり、弁２５を開放する前に）、気体注入管７０から気体を注入して弁２５の下方部分の管路に気体を貯留することができる。すなわち、配管２６に有した弁２５を閉じ、その弁２５より下方の部分から気体を注入して上昇させれば、その気体は弁２５の下方に貯留されることになる。その際、所望の時に弁２５を開けば、貯留した気体を一気に上昇させることができることから、一定量の気体を逐次的に注入する場合に比べ、スラグロックホッパ３内などの水を撹拌する力を増大させることができる。したがって、スラグの架橋が形成された場合でも、その架橋を一層確実に粉砕することが可能になる。

また、スラグロックホッパ３に気体流入管を接続するようにしてもよい。その気体流入管からスラグロックホッパ３に気体を流入するようにすれば、その気体の流入圧によりスラグがスラグロックホッパ３からスラグ分離槽４に一層迅速に移動させることができる。なお、気体流入管（又は気体注入管７０）から気体を注入したとき、注入された気体がスラグロックホッパ内３に貯留するため、スラグロックホッパ３は水が満たされた状態ではなくなる。したがって、スラグロックホッパ３を満水にするため、弁２５を閉止するとともに、弁２３及び２１を開放することで水を水供給ライン２４からスラグロックホッパ３に注入するのがよい。

また、スラグロックホッパ３内のスラグの架橋を防止するため、実施形態２では、気体を注入する場合を示したが、ライン２４から水を供給してスラグの架橋をくずすことも有効である。なお、この場合、水供給量に応じてライン３１から水を排出することが必要となる。

以上、第１及び第２の実施形態を用いて説明したが、本発明は、本実施形態の構成のガス化処理装置に限らず、スラグロックホッパ及びスラグ分離槽を備えた様々な構成のガス化処理装置に適用できる。

本発明を適用してなるガス化処理装置の構成例を示している。 従来のガス化処理装置の構成例を示している。 本発明を適用してなるガス化処理装置の第２の構成例を示している。

符号の説明

１ ガス化処理装置
３ スラグロックホッパ
４ スラグ分離槽
１２ ガス化部
１４ スラグ冷却部
２４ 気体注入管
２６ 配管

Claims (4)

1. 固体燃料を部分燃焼させて可燃ガスとスラグを生成するガス化部と、該ガス化部から落下するスラグを冷却水により冷却するスラグ冷却部と、該スラグ冷却部からスラグが移動するスラグロックホッパと、該スラグロックホッパからのスラグを水と分離して排出するスラグ分離槽とを備え、
   前記スラグロックホッパの底部には重力方向に延在してなる配管の上端が接続され、該配管の下端が前記スラグ分離槽に貯留された水の液面より下方で開口され、前記配管に気体を注入する気体注入管が接続されているガス化処理装置。
2. 前記気体注入管により注入される気体量を増減して前記スラグロックホッパから前記スラグ分離槽に移動させるスラグの分量を可変制御する手段を有したことを特徴とする請求項１に記載のガス化処理装置。
3. 固体燃料の部分燃焼により生成されるスラグをスラグ冷却部内の冷却水により冷却し、該冷却されたスラグをスラグロックホッパに移動し、該スラグロックホッパ内のスラグをスラグ分離槽に移動させるガス化処理方法であって、
   前記スラグロックホッパから前記スラグ分離槽へのスラグの移動は、前記スラグロックホッパを大気圧下に開放した状態とし、前記スラグ分離槽に貯留された水の液面に受圧された圧力を前記スラグロックホッパ内に充填された水の部分に伝達させた状態で、前記スラグロックホッパの底部に連結され重力方向に延在した配管内に気体を注入して行われることを特徴とするガス化処理方法。
4. 前記スラグロックホッパ内のスラグをスラグ分離槽に移動させる前に、そのスラグロックホッパの底部に連結され重力方向に延在した配管内に気体を注入して貯留させることを特徴とする請求項３に記載のガス化処理方法。

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