JP5639796B2

JP5639796B2 - ガス化システム流動減衰

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Publication number: JP5639796B2
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Inventors: ヘルゲ・ビー・クロッコウ; ジェームス・マイケル・ストーリイ; アーロン・ジョン・アヴァグリアーノ; グオキン・ワン; ギャリー・ドウェイン・マンドルシアック; カール・ハードキャッスル; スコット・パレント; プラシャント・ティワリ; グレゴリー・ラスコウスキ; ジュディス・ブラノン・コリー; コンスタンティン・ディヌー
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Description

本明細書に開示する主題は、ガス化システム構成要素に関し、より詳細には、急冷ユニットやスクラバ等のガス化システム構成要素内部の、流動減衰機構に関する。

石炭又は石油等の化石燃料は、電気、化学薬品、合成燃料の製造、又はその他様々な応用例に使用するためにガス化することができる。ガス化には、炭素質燃料及び酸素を非常に高い温度で反応させて合成ガス、即ち一酸化炭素及び水素を含む燃料、を生成することを要し、この合成ガスは、元の状態の燃料より効率的且つクリーンに燃焼する。

ガス化を行うと、結果として得られる合成ガスは、灰等の望ましくない成分を含むことがある。従って、合成ガスは、合成ガスを飽和温度まで冷却して望ましくない成分をスラグとして除去するために、急冷ユニットを通るように誘導してもよい。しかしながら、急冷ユニットの効率を低下させる可能性のある流動変動が、急冷ユニット内部に存在することがある。合成ガスは、急冷ユニットから、合成ガスから水及び／又は任意の残留微粒子を除去することのできるスクラバを通して誘導してもよい。しかしながら、スクラバの効率を低下させる可能性のある流動変動が、スクラバ内部に存在することがある。

米国特許第７０９０７０７号公報

一実施形態において、ガス化システム構成要素は、冷却流体のプールを保持するように構成された容器と、容器内に配置されて、もう一方の流体をプールの方に誘導する浸漬管と、ドラフト管であって、浸漬管を包囲して、浸漬管とドラフト管の間の内部チャンバ及びドラフト管と容器壁の間の外部チャンバを形成する、ドラフト管と、内部チャンバ、外部チャンバ、又は両者の中間の内の１箇所又は複数個所に配置されて、急冷ユニット内部で、冷却流体、又はもう一方の流体、又はその両方の流れを減衰させるように構成された、１つ又は複数の流動減衰機構とを含む。

別の実施形態においては、ガス化システム構成要素は、容器の下部の内部に冷却流体のプールを保持するように構成された容器と、容器内部に環状に配置されて、容器内部でもう一方の流体をプールの方に誘導するように構成された浸漬管と、ドラフト管であって、容器の内部に環状に配置されて、ドラフト管と容器壁の間に外部環状チャンバを形成し、容器内部でもう一方の流体をプールから離れるように誘導するドラフト管と、外部チャンバ内に配置されて、外部チャンバを通る流れ面積を少なくとも約５０％低減する、流動減衰機構とを含む。

さらに別の実施形態においては、ガス化システム構成要素は、冷却流体のプールを保持するように構成された容器と、容器内に配置されて、もう一方の流体をプールの方に誘導し、浸漬管と容器の壁との間に環状チャンバを作成する浸漬管と、環状チャンバ内に配置されて、ガス化システム構成要素の内部で冷却流体、もう一方の流体、又は両方の流れを減衰させるように構成された、１つ又は複数の流動減衰機構とを含む。

本発明の、これら並びにその他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、より良く理解されるであろう。なお、図面においては、同一の記号は、全図面を通して同一の部品を表している。

急冷ユニット及びスクラバを使用することのできる、ガス化複合（ＩＧＣＣ）発電システムの一実施形態のブロック図である。減衰プレートを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。図２の減衰プレートの上面図である。減衰プレートを使用する、図１のガス化システム構成要素の別の実施形態の前方横断面図である。図４の減衰プレートの上面図である。減衰リングを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。減衰バーを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。図７のガス化システム構成要素の上面図である。図８の減衰バーの１つの一実施形態の横断面図である。浮動ブロックを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。熱交換器を使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。穿孔ドラフト管延長部を使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。環状チャンバ内で減衰リングを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。図１３のガス化システム構成要素の一部分の上面図である。穿孔浸漬管を使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。ドラフト管なしで減衰プレートを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。図１８の減衰プレートの上面図である。ドラフト管なしで減衰リングを使用する、図１のガス化システム構成要素の一実施形態の前方横断面図である。

本発明の１つ又は複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施形態のすべての特徴をこの明細書に記述することはできない。いずれの工業的プロジェクト又はデザインプロジェクトにおいても同様であるように、そのような実際の実施形態の開発においては、開発者に特有の目標を達成するために、システム関係及びビジネス関係の制約との整合性等の、多数の実装特有の決定を行わなくてはならず、それらの制約は実装毎に変化する可能性があることを理解されたい。さらに、そのような開発の試みは、複雑で時間を要する可能性があるが、それでもこの開示の便益を有する当業者にとっては、設計、製作及び製造の定型的業務であることを理解されたい。

本発明の様々な実施形態の要素を提示するときに、数詞がないことは、１つ又は複数の要素があることを意味することを意図している。「備える」、「含む」及び「有する」の用語は、包含的であり、列挙された要素以外にも追加の要素が存在する可能性があることを意味する。

本開示は、急冷ユニット及び／又はスクラバ等の、ガス化システム構成要素内部の流動力学を制御するための技法を対象とする。一般に、急冷ユニットは、ガス化チャンバから合成ガス等の高温流出液を受け入れることができる。この高温流出液は、急冷ユニット内部の冷却流体のプールを通るように誘導して、より温度の低い、飽和（又は部分的に飽和した）合成ガスを生成することができる。冷却時には、灰等の成分は、その後に急冷ユニットから除去するために、液体のプール内部で固体化させることができる。急冷ユニットから、より温度の低い合成ガスを、スクラバに誘導してもよい。一般に、合成ガスは、合成ガスから残留する微粒子及び／又は連行される水を除去するスクラバ内部の冷却流体のプールを通って流れてもよい。動作中に、急冷ユニット及び／又はスクラバは、冷却プール液面、ガス流量、及び／又は圧力レベルの変動等の、流動変動を生じる可能性があり、このような流動変動によって、結果として急冷ユニット及び／又はスクラバから出る合成ガス内部での、非効率的な冷却流体の冷却又は連行が発生する可能性がある。

従って、本開示は、急冷ユニット及び／又はスクラバ等のガス化システム構成要素内部の流動変動を最小化するように設計された流動減衰機構を含む、ガス化システム構成要素について記述する。本明細書において使用する場合には、「減衰」の用語は、全般的に、流れにおける変動又は振動を低減すること、及び／又は流動振動の強度を低減することを意味することがある。例えば、流動減衰機構は、急冷ユニット内部で、流動変動からエネルギーを放散させるように、且つ／又は不均一な流れの方向を変えるように設計してもよい。いくつかの実施形態においては、流動減衰機構を液体冷却剤のプール内部に配置して、プールの液面の変動を減衰させて、それが結果として圧力の変動及び／又はガス流量の変動を低減するようにしてもよい。例えば、減衰バッフルは、液体のプール内部に配置して、プールを通る流れ面積を制限してもよい。いくつかの実施形態においては、減衰バッフルは、液体の流路面積を少なくとも約５０％低減するように設計してもよい。また、この流動減衰機構を、ガス流路内部に配置して、圧力低下を制御してもよく、これによって、その結果として液体プール液面及び／又はガス流量の変動を低減することができる。

図１は、ガス化複合（ＩＧＣＣ）発電システム８の一実施形態を示す。発電システム内部で、合成ガス等のガスを燃焼させて、「トッピング」サイクル、又はブレイトン（Ｂｒａｙｔｏｎ）サイクル内で、動力を生成することができる。「トッピング」サイクルからの排出ガスは、次いで、「ボトミング」サイクル、又はランキン（Ｒａｎｋｉｎｅ）サイクル内で蒸気を生成するのに使用することができる。

合成ガスを生成するために、コークス及び褐炭等の炭素質燃料を、供給原料準備／輸送システム９を介して、システム８に導入することができる。供給システム９は、燃料スラリー１０をガス化装置１１に供給し、そこで燃料が酸素（Ｏ_２）及び蒸気（Ｈ_２Ｏ）と混合される。この酸素は、空気分離装置１２から供給することができる。ガス化装置１１は、燃料スラリー中の揮発性成分を燃焼させ合成ガス１３等の高温流出液を生成するために、約７００℃を超えるまで反応物を加熱する。酸素と蒸気と炭素（Ｃ）との間の化学反応によって、合成ガス１３は、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び二酸化炭素（ＣＯ_２）、並びに炭素質燃料内に存在する灰、硫黄、窒素、及び塩素等のその他の望ましくない成分を含むことがある。

ガス化装置１１から、合成ガス１３は急冷ユニット１４に入ることができる。いくつかの実施形態においては、急冷ユニット１４は、ガス化装置１１と一体化してもよい。しかしながら、その他の実施形態においては、急冷ユニット１４は、別々のユニットとしてもよい。急冷ユニット１４は、水等の冷却流体の蒸発によって、合成ガス１３を飽和温度又はその付近まで冷却することができる。冷却工程の間、灰等の望ましくない成分は、固体化して、急冷ユニット１４からスラグ１６として除去することができる。合成ガス１３が急冷ユニット１４を通って流れるときに、合成ガス１３が冷却されて、急冷ユニット１４を出てガス冷却・処理システム１８に入る、冷却合成ガス１７を生成することができる。

ガス冷却・処理システム１８には、スクラバ１９及び酸性ガス除去システム２０、並びにその他の構成要素を含めることができる。ガス冷却・処理システム１８内部で、急冷ユニット１４からの合成ガス１７は、スクラバ１９に入り、そこで合成ガス１７は、さらに冷却されて、連行される水及び／又は残留微粒子を除去することができる。洗浄合成ガス２１は、スクラバ１９を出て、酸性ガス除去システム２０に入り、ここで、二酸化炭素及び硫化水素等の酸性ガスが除去される。ガス冷却・処理システム１８内部で、硫黄成分１８を除去し、清浄化のために硫黄製造システム２３に送ることができる。水も、蒸気２４及び液体２５として除去することができる。蒸気２４は、ガス化装置１１に再循環させ、且つ／又は熱回収蒸気発生装置（ＨＲＳＧ）システム２６に送ることができる。液状の水２５は、水処理システム２７に送ることができる。

ガス冷却・処理システム１８は、スイートニングされた（ｓｗｅｅｔｅｎｄ）合成ガス２８を生成することができ、この合成ガス２８を燃焼器２９に誘導して、そこで合成ガス２８を燃焼させて「トッピング」サイクル中に動力を生成することができる。空気３０を圧縮機３１から燃焼器２９に供給し、燃焼のための燃料／空気比で合成ガス２８と混合することができる。さらに、燃焼器２９は、希釈窒素圧縮機３３を介して空気分離装置１２からの窒素３２を受け入れて、燃焼反応を冷却することができる。

燃焼器２９からの排気３４は、タービン３５を通過して流れることができ、このタービンは、圧縮機３１及び／又は発電装置３６を駆動して、排気３７を生成することができる。次いで、排気３７はＨＲＳＧシステム２６に誘導されて、ＨＲＳＧシステム２６は、排気３７、及びガス冷却・処理システム１８から供給された蒸気２４から、熱を回収することができる。回収された熱は、蒸気タービン３８を駆動して、「ボトミング」サイクル中に動力を生成するのに使用することができる。例えば、蒸気タービン３８は、発電装置３９を駆動して電気を生成することができる。次いで、蒸気タービン３８からの蒸気４０は、凝縮機４１に誘導してもよく、ここで、冷却塔４３からの冷却流体４２によって、蒸気を冷却することができる。次いで、凝縮機４１からの凝縮蒸気４４を、ＨＲＳＧシステム２６に再循環させることができる。

分かるように、発電システム８は、例として与えられているにすぎず、限定するものではない。本明細書に記述する流動減衰機構は、急冷ユニット１４及び／又はスクラバ１９内部で、流動変動を減衰するのに使用することができる。しかしながら、他の実施形態においては、流動減衰機構は、任意の種類のガス化急冷ユニット及び／又はスクラバ内部で使用することができる。例えば、流動減衰機構は、ＨＲＳＧシステムなしで、ガスタービンに合成ガスを供給するように設計された急冷ユニット又はスクラバの内部で使用することができる。別の例においては、流動減衰機構は、別個のガス化システムの一部である急冷ユニット又はスクラバの内部で使用することができる。

図２〜１８は、ガス化システム構成要素４６の実施形態を示す。ガス化システム構成要素４６は、図１に示された急冷ユニット１４又はスクラバ１９、並びにその他の種類のガス化急冷ユニット及び／又はスクラバを表すことができる。さらに、図２〜１７は、全体を通して急冷ユニットの文脈において説明されているが、これらの図に示されている流動減衰機構は、ガス化スクラバ内部に同様に応用できる。さらに、図１８〜２０は、全体を通してスクラバの文脈で説明されているが、これらの図に示されている流動減衰機構は、ガス化急冷ユニット内部に同様に応用できる。

図２は、ガス化システム構成要素４６の一実施形態の横断面図である。上記のように、ガス化システム構成要素４６は、急冷ユニット１４又はスクラバ１９のような、急冷ユニット又はスクラバとすることができる。ガス化システム構成要素４６は、水等の冷却流体５２のプールを保持する容器５０を含む。ガス化システム構成要素４６は、ガス化システム８（図１）内部の上流構成要素から、開口５３を介して合成ガス４７を受け入れることができる。例えば、ガス化システム構成要素４６が急冷ユニット１４（図１）を表す場合には、合成ガス４７は、ガス化装置１１（図１）から受け入れた、合成ガス１３（図１）を表すことができる。別の例においては、ガス化システム構成要素４６がスクラバ１９（図１）を表す場合には、合成ガス４７は、急冷ユニット１４（図１）を出る合成ガス１７（図１）を表すことができる。合成ガス４７は、容器５０の上部及び／又は側部にある入口（図示せず）を介して、ガス化システム構成要素４６内部の開口５３に流入することができる。

冷却流体５２は、水供給源（図示せず）から容器５０に供給すると共に、容器５０内部で冷却のために十分な液面を維持するために、必要なだけ補給することができる。図示のように、容器５０はまた、２つの環状の管５４、５６を含む。いくつかの実施形態においては、管５６は、管５４の回りに同心で配置してもよい。浸漬管５４は、容器５０の中心部内に配置され、合成ガス４７を誘導してガス化システム構成要素４６を通過させる。ドラフト管５６は、浸漬管５４を包囲して、内部チャンバ５８を形成する。全体を通して矢印で示すように、合成ガス４７は、浸漬管５４を通って、容器５０の下部及び／又は円錐部５９に収納されている冷却流体５２のプールの方に流れることができる。合成ガス４７は、冷却流体５２と接触して、冷却流体の一部を蒸発させ、それによって合成ガス４７を冷却することができる。

浸漬管５４から、合成ガスは、内部チャンバ５８を通って外部チャンバ６０へと上に流れることができる。外部チャンバ６０は、一般的に、ドラフト管５６と容器５０の壁の間の環状スペース内に形成することができる。しかしながら、その他の実施形態においては、ドラフト管５６は、図１６及び１８について、以下に図示して説明するように、省略してもよい。これらの実施形態においては、合成ガスは、これらの実施形態においては浸漬管５４と容器５０の壁の間の環状スペース内に延びる外部チャンバ６０を通って上に流れることができる。言い換えると、これらの実施形態においては、内部チャンバ５８と外部チャンバ６０を結合して、浸漬管５４から容器５０の壁に延びる、１つの連続的な外部チャンバ６０とすることができる。

合成ガス４７が浸漬管５４、内部チャンバ５８、及び外部チャンバ６０を通って流れるときに、合成ガスは、冷却流体５２によって冷却されて、合成ガスの温度と圧力を低減することができる。合成ガスが冷却されるのに伴い、スラグ１６等の微粒子６１が、容器５０の底部分の内側に集まり、実施形態によってはロックホッパーにつなぐことのできる排出口６２を通って排出することができる。さらに、連行された液体は、合成ガス４７から除去されて、冷却流体５２のプール内部に集めることができる。

チャンバ６０の上方部分には、ドラフト管５６の回りに配置される、任意選択の環状のバッフル６４を含めてもよい。いくつかの実施形態によれば、バッフル６４は、チャンバ６０を通るように合成ガスの流れを誘導するように設計することができ、これによって、いくつかの実施形態においては、合成ガスの流路が増大し、それによって合成ガスの冷却が容易となる。バッフル６４はまた、合成ガスに連行された液体を合体させるための表面となり、それによって出口６６を通ってチャンバ６０から出る合成ガス内の冷却液体の連行を低減する。任意選択の急冷リング６８は、浸漬管５４の回りに環状に配置されて、冷却液体を浸漬管５４の内表面に向う冷却流体を誘導して、浸漬管内表面を高温合成ガス４７から保護することができる。急冷リング６８は、また、冷却流体を、バッフル６４の方に、且つ／又は冷却流体５２のプールの方に誘導することができる。しかしながら、例えば、ガス化システム構成要素４６がスクラバ１９を表す、いくつかの実施形態では、バッフル６４及び急冷リング６８を省略してもよい。

ガス化システム構成要素４６内部での流動変動を低減するために、環状減衰プレート７０が、容器５０の壁とドラフト管５６の間の外部チャンバ６０内部に延びている。合成ガスがガス化システム構成要素４６内部で流れるときに、急冷リング６８からの水が、ガス化システム構成要素４６を通って流れて、液体プール５２内に集まることができる。減衰プレート７０は、冷却液体５２のプール内部での流動変動からエネルギーを放散させるように設計することができる。減衰プレート７０は、ドラフト管５６の外径と概して一致する内径７２を有してもよい。減衰プレート７０は、容器５０の内径と概して一致する外径７４を有してもよい。従って、減衰プレート７０を、容器５０の壁及びドラフト管５６と隣接して配置して、外部チャンバ６０を通る冷却液体５２の流れを制限することができる。減衰プレート７０は、容器５０の壁及び／又はドラフト管５６に、溶接、ボルト止め、又はその他好適な手段で取り付けることができる。

減衰プレート内の穴７５によって、冷却流体５２が減衰プレート７０を通って流れることができる。しかしながら、チャンバ６０を通る穴７５により得られる流れ面積は、減衰プレート７０によって制限されない、チャンバ６０の断面内の流れ面積よりも大幅に小さい。いくつかの実施形態によれば、減衰プレート７０は、外部チャンバ６０の減衰プレート部分を通る、流れ面積を少なくとも約５０〜１００％（その間の全部分範囲を含む）低減する、流動制限機構として作用することができる。より詳細には、減衰プレート７０は、外部チャンバの減衰プレート部分を通る流れ面積を、少なくとも約８０〜１００％（その間の全部分範囲を含む）低減する、流動制限機構として作用することができる。

減衰プレート７０は、一般的に、減衰プレート７０が冷却流体５２のプール内部に沈むように、外部チャンバ６０内部に配置してもよい。例えば、減衰プレート７０は、外部チャンバ６０内部の冷却流体プール５２の液面７６より低く配置してもよい。いくつかの実施形態においては、減衰プレート７０は、ドラフト管５６内部で、冷却流体プール５２の液面７８より上に配置してもよい。しかしながら、他の実施形態においては、減衰プレート７０は、ドラフト管５６内部の冷却流体プール５２の液面７８より下に配置してもよい。さらに、減衰プレート７０は、一般に、減衰プレートの穴の内部でのスラグの蓄積を妨げるために、容器５０の円錐部５９より上の十分な高さで配置される。

プール５２内部の冷却流体の液面７６及び７８は、ガス化システム構成要素４６の運転中に変化する可能性がある。いくつかの実施形態においては、ガス化システム構成要素４６を通る合成ガス４７の流量は変化し、液面７６及び７８の変動を生じさせる。さらに、いくつかの実施形態においては、合成ガス４７はプール５２に流入し、冷却流体を攪拌し、それによって液面７６及び７８の変動を引き起こす可能性がある。さらに、急冷リング６８から出る冷却流体の流量は、変化する可能性がある。減衰プレート７０は、液面７６及び／又は液面７８の変動を低減するように設計してもよい。詳細には、減衰プレート７０は、冷却流体プール５２内部の流動運動からエネルギーを放散する役割を果たす流動制限を行ってもよい。

図３は、減衰プレート７０の上面図である。この減衰プレートは、外径７４と内径７２との差で概して決まる、表面領域８０を含む。穴７５は、表面領域８０の周囲に沿って間隔を空けて配置してもよい。上記のように、表面領域８０と穴７５の領域は、容器５０内部で水が外部チャンバ６０を垂直に通過するのに利用可能な合計環状流れ面積と概して対応させることができる。図２について上記したように、減衰プレート７０は、流れ面積を、表面領域８０内に配置された穴７５によって与えられる面積に制限するように設計してもよい。いくつかの実施形態によれば、穴７５の面積は、表面領域８０及び穴７５によって決まる、利用可能な合計環状流れ面積の約１〜５０％としてもよい。減衰プレート７０内で、穴７５の数、間隔、寸法、及び形状は変わってもよい。例えば、穴７５は、他にもある中で円形、長円形、楕円形、長方形、正方形、又は六角形の横断面を有してもよい。さらに、任意の数の様々な形状及び寸法の穴を、減衰プレートに含めることができる。例えば、穴７５の寸法及び数を、目詰まり（ｐｌｕｇｇｉｎｇ）を起こさないために十分な大きさの穴としながら、流れ面積の所望の低減をもたらすように調整してもよい。

図４は、ガス化システム構成要素４６内部に配置することのできる、別のタイプの減衰プレート８８を示す。減衰プレート７０と同様に、減衰プレート８８は、容器５０の壁とドラフト管５６の間に環状に配置することができる。しかしながら、この実施形態においては、減衰プレート８８は、表面領域内部に配置された穴を含まない連続的部品とすることができる。さらに、その他の実施形態においては、ドラフト管５６を省略してもよく、減衰プレート８８は、容器５０の壁と浸漬管５４の間に配置される、連続的な環状部品とすることができる。

バイパスライン９０及び９２を、容器５０内部に含めて、冷却流体が減衰プレート８８を回り込んで通過できるようにしてもよい。管９０及び９２の直径及び／又は数は、減衰プレート８８の回りの所望の流れ面積量に応じて変えることができる。例えば、複数の管９０及び９２を、容器５０の周囲に沿って間隔を空けて配置してもよい。いくつかの実施形態において、バイパス管９２には、バイパス管９２を通過する流れを変化させるように調節が可能なソレノイドバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブなど、バルブ９４を含めてもよい。しかしながら、その他の実施形態においては、バルブ９４を含まない管だけを使用することができる。さらに、いくつかの実施形態においては、バルブ９４は、バイパス管９０及び９２のそれぞれの内部に含めることができる。バルブ位置は、例えば、コントローラによって、バイパス管９２を通過する冷却流体の量を変化させるように、調整してもよい。

図５は、減衰プレート８８の上面図である。減衰プレート７０と同様に、外周８２を、容器５０の壁の回りに隣接して配置すると共に、内周８４を、ドラフト管５６の回りに隣接して配置してもよい。減衰プレート８８は、容器５０の壁及び／又はドラフト管５６に溶接するか、ボルト止めするか、又はその他の方法で取り付けることができる。上記のように、減衰プレート８８は、穴のない連続的な表面領域９６を含む。従って、冷却流体は、減衰プレート８８を通るのではなく、バイパス管９０及び／又は９２を通って誘導される。

図６は、ガス化システム構成要素４６内部に使用することのできる、別のタイプの減衰機構、減衰リング９８、を示す。減衰リング９８には、外部チャンバ６０全体を通って円周方向に延びる環状リングを含めるか、又は減衰リング９８には、外部チャンバ６０のいくつかの部分を通って延びる曲線セグメントを含めることができる。しかしながら、いくつかの実施形態によると、減衰リング９８は、負荷分布を均衡させるために、チャンバ６０内部に対称的に配置してもよい。減衰リング９８は、容器壁５０及び／又はドラフト管５６に接して配置してもよい。さらに、図１８について以下で考察するように、いくつかの実施形態においては、減衰リング９８は浸漬管５４に接して配置してもよい。

各減衰リング９８は、容器壁５０とドラフト管５６の間で、部分的にだけ延びていてもよい。図示のように、２つの減衰リング９８が、容器５０の壁と隣接して配置され、１つの減衰リングが、ドラフト管５６と隣接して配置されている。いくつかの実施形態においては、減衰リング９８同士を、相互に連係して外部チャンバ６０を通る冷却流体５２のための蛇行流路を形成するように、設計することができる。この蛇行流路は、流動変動を低減するように設計してもよい。さらに、減衰リング９８は、円錐部５９に向って角度をつけて、減衰リング９８上に堆積物が集まるのを防止してもよい。

その他の実施形態においては、減衰リング９８の数及び／又は相対的場所を変えてもよい。例えば、１、２、３、又は４つ以上の減衰リング９８を、容器５０の壁、ドラフト管５６、又はその両方に取り付けてもよい。さらに、減衰リング９８の角度が変わってもよい。例えば、減衰リング９８は、容器５０の壁から直角に延びるか、又は減衰リング９８は、容器５０の円錐部５９に向って様々な角度で傾いていてもよい。いくつかの実施形態においては、減衰リング９８は、減衰リングから容器５０及びドラフト管５６に向って延びる支持物１００によって支持されてもよい。減衰リング９８及び／又は支持物１００は、容器５０の壁及び／又はドラフト管５６に対して溶接するか、ボルト止めするか、又はその他の方法で取り付けることができる。

図７は、ガス化システム構成要素４６内部で使用される、別のタイプの流動減衰機構を示す。具体的には、ガス化システム構成要素４６は、容器５０の壁及び／又はドラフト管５６に取り付けられた減衰バー１０２を含む。この減衰バー１０２は、概して、容器５０及びドラフト管５６に直角に、相互に向って延びて、外部チャンバ６０内部を流れる水に対する蛇行経路を形成することができる。減衰バー１０２は、容器５０及び／又はドラフト管５６に溶接するか、ボルト止めするか、又はその他の方法で取り付けることができる。さらに、支持物１００を、減衰バー１０２の上方及び／又は下方に設けて、機械的な支持を行い、減衰バー１０２を容器５０の壁及び／又はドラフト管５６にさらに固定してもよい。しかしながら、その他の実施形態においては、支持物１００を省略してもよい。さらに、任意の数の減衰バー１０２を使用して、容器５０及び／又はドラフト管５６の周囲に沿って配置してもよい。さらに、ドラフト管５６が省略された実施形態においては、減衰バー１０２の一部又は全部を、浸漬管５４に取り付けてもよい。

図８は、ガス化システム構成要素４６及び減衰バー１０２の上面図である。減衰バー１０２は、容器５０の周囲に沿って間隔を空けて配置されて、ドラフト管５６に向って内側に突出している。減衰バー１０２はまた、ドラフト管５６の周囲に沿って間隔を空けて配置されて、容器５０の壁に向って外側に延びている。図示のように、容器５０上の減衰バー１０２は、ドラフト管５６から延びる減衰バー１０２の間に配置されている。即ち、減衰バー１０２は、容器５０の壁とドラフト管５６とに交互に結合されている。しかしながら、その他の実施形態においては、減衰バー１０２は円周方向に整列させてもよい。さらに、容器５０及びドラフト管の上に位置する減衰バー１０２の数は変わってもよい。

図９は、減衰バー１０２の１つの例示的な横断面を示すために、減衰バー１０２の１つを通る断面図である。図示のように、減衰バー１０２は、横断面が、概して円形とすることができる。しかしながら、その他の実施形態においては、横断面を変えることができる。例えば、減衰バー１０２は、長方形、三角形、台形、六角形、又は正方形の横断面を有してもよい。さらに、様々な横断面を使用して、堆積を最少化し、且つ／又は減衰バー１０２がもたらす流動抵抗を調節してもよい。

図１０は、流動減衰機構として浮動ブロック１０４を使用するガス化システム構成要素４６の別の実施形態を示す。浮動ブロック１０４は、外部チャンバ５０内に配置して、冷却流体プール５２の表面に浮動するように設計することができる。浮動ブロック１０４は、外部チャンバ６０内部での慣性力及び摩擦力を増大させ、それによって、流動変動を低減するように概して設計してもよい。いくつかの実施形態においては、浮動ブロック１０４は、容器５０内部を支配する圧力及び温度に耐えるように設計された、鋼又はその他の安定な材料で構築することができる。さらに、浮動ブロック１０４には、ブロック１０４の浮動を助長するように設計された中空部分を含めてもよい。図示のように、ブロックは、概して台形形状を有するが、その他の実施形態においては、様々な形状、寸法、及び構造を使用することができる。さらに、任意の数の浮動ブロック１０４を、外部チャンバ６０内部に含めてもよい。さらに、いくつかの実施形態においては、急冷ユニット内部に含まれる浮動ブロックの数を、急冷ユニット内部で受ける動作条件に応じて、変えることができる。例えば、より大きい流動減衰が望ましい場合には、追加の浮動ブロック１０４を追加することができる。一方で、より小さい流動減衰が望ましい場合には、一部の浮動ブロック１０４を除去してもよい。

図１１は、流動減衰を得るために、熱交換コイル１０６が外部チャンバ６０に配置された、ガス化システム構成要素４６の一実施形態を示す。熱交換コイル１０６は、ドラフト管５６及び／又は浸漬管５４の回りに螺旋状に配置して、冷却流体プール５２内部の流動変動に対する抵抗を与えてもよい。詳細には、熱交換コイル１０６の外部形状を、減衰装置として機能するように設計することができる。減衰を与えることに加えて、熱交換コイル１０６は、冷却流体プール５２から熱を抽出するのにも使用することができる。詳細には、熱交換コイル１０６は、入口１０８を介して冷却流体の流れを受け入れて、コイル１０６を介して出口１１０に流体を循環させることができる。他にもある中で冷媒、水、グリコール、又はブライン等の任意好適な熱伝達流体を利用することができる。冷却流体がコイル１０６を通って流れるときに、流体は、冷却流体プール５２から熱を吸収することができる。次いで、コイル１０６からの加熱された冷却流体は、ＩＧＣＣシステム８の別の部分に熱を供給するのに使用することができる。例えば、熱交換コイル１０６は、低温熱を利用する工業プロセス又は応用に熱を供給する廃熱回収工程の一部として使用することができる。一例においては、この熱は、図１に示す、蒸気タービン３８及び／又はＨＲＳＧシステム２６に対して予備加熱を行うのに使用することができる。

図１２は、内部チャンバ５８と外部チャンバ６０の間に配置された流動減衰機構を示す。詳細には、ドラフト管５６に、円錐部５９の内部及び／又は直上の内部チャンバ５８と外部チャンバ６０の間に、流動制限を与える延長部１１２を含めることができる。この延長部１１２は、ドラフト管５６を容器５０の円錐部５９に接続する。延長部１１２は、ドラフト管５６の直径に対応する直径を有する、環状構造とすることができる。穴１１４を、延長部１１２内部に含めることによって、内部チャンバ５８と外部チャンバ６０の間を冷却流体が通過することを可能にしてもよい。これらの穴１１４は、内部チャンバ５８と外部チャンバ６０の間の流体の流れを制限する役割をする。穴１１４は、容器５０の底部及び排出口６２の内部に集まる可能性のあるスラグ１６による、穴１１４の目詰まりを抑制するのに十分な寸法のものとすることができる。さらに、穴１１４の数及び／又は寸法は、延長部１１２によって得られる減衰量を調整するために変えることができる。

要約すると、図２〜１２は、外部チャンバ６０内及び／又は内部チャンバ５８と外部チャンバ６０の間の冷却流体プール５２内部に配置される流動減衰機構を全体を通して示している。これらの流動減衰機構は、容器５０内部の冷却流体５２の流れを制限することによって、流動変動を低減するように設計することができる。しかしながら、その他の実施形態においては、流動減衰機構は、内部チャンバ５８内部に配置して、合成ガス４７の流れ及び／又は内部チャンバ５８を通って流れる冷却流体５２に影響を与えることができる。特に、図１３〜１７に示す流動制限は、内部チャンバ５８の両端で生じる圧力低下を増大又は減少させるように設計することができる。いくつかの実施形態においては、流動減衰機構は、圧力低下を増大させるように設計して、それによって流動変動を限定することができる。しかしながら、その他の実施形態においては、流動減衰機構は、圧力低下を低減するように設計することができる。

図１３は、内部チャンバ５８内部に配置された、減衰リング１１８を示す。リング１１８には、ドラフト管５６と浸漬管５４の間のスペースに同心で配置された環状構造を含めることができる。図示のように、リング１１８は、ドラフト管５６の内表面に装着するか、又はその他の方法で取り付けられている。しかしながら、その他の実施形態においては、リング１１８は浸漬管５４の外表面に取り付けてもよい。リング１１８は、内部チャンバ５８内部における合成ガス４７又は冷却流体５２等の流体の流れに対する抵抗を追加するように設計してもよく、これによって、内部チャンバ５８の両端間の圧力低下を増大させて、流動変動を低減することができる。

図１４は、内部チャンバ５８内部に配置されたリング１１８を示す、ガス化システム構成要素４６の上面図である。詳細には、リング１１８は、環状内部チャンバ５８を通る流れ面積を低減するために、ドラフト管５６の内表面の範囲で環状に溶接されるか、ボルト止めされるか、又はその他の方法で取り付けられている。

図１５は、穿孔部１２０を含む浸漬管５４を備える、ガス化システム構成要素４６の別の実施形態を示す。詳細には、穿孔部１２０には、浸漬管５４の周囲に沿って１列又は複数列に配置された、一連の穴１２１を含めることができる。穴１２１によって、合成ガスが、浸漬管内の穿孔を通過して流れることが可能となり、これによって、内部チャンバ５８を通るガスの流動プロフィールを変更することができる。詳細には、合成ガス４７の一部分が、冷却流体５２のプールを含む内部チャンバ５８の下部部分をバイパスして、浸漬管５４の壁を直接、通過して内部チャンバ５８に流れることができる。穿孔は、合成ガスを浸漬管５４の底部環状周囲に沿って誘導するのではなく、浸漬管５４の長さに沿った合成ガスの複数の流路を可能にする。穴１２１は、灰堆積の目詰まりを抑制するのに十分な寸法のものとすることができる。さらに、冷却流体プール液面７８が上昇するときに、穴１２１によって、冷却流体５２が穴１２１を通って内部チャンバ５８に流入することが可能になる。言い換えると、冷却流体５２の液面７８が上昇して、浸漬管５４を包含するときに、合成ガス４７は、上方の列の穴１２１を通って内部チャンバ５８に流入するのに対して、水は下方の列の穴１２１を通って流れることができる。任意の列数の穴１２１を含めることができる。さらに、穴の直径及び数を変えることができる。

図１６〜１８は、ドラフト管５６を省略したガス化システム構成要素４６の実施形態を示す。これらの実施形態においては、図１に示すスクラバ１９のようなスクラバを概して示すために、バッフル６４及び急冷リング６８も省略されている。しかしながら、他の実施形態においては、図１６〜１８に示した流動減衰機構も、図１に示す急冷ユニット１４のような急冷ユニット内部で使用することができる。

図１６に示すように、合成ガス４７は、全体を通して矢印で示すように、容器５０内部の浸漬管５４を通って流れることができる。次いで、合成ガス４７は、浸漬管５４を出て、容器５０の円錐部５９内部に収納されている冷却流体５２のプールを通って流れることができる。合成ガス４７は、冷却流体５２と接触して、冷却流体の一部を蒸発させて、それによって合成ガス４７が冷却されて、連行された微粒子及び／又は水を、合成ガス４７から除去することができる。

浸漬管５４から、合成ガスは、外部チャンバ６０を通過して上に流れることができる。外部チャンバ６０は、一般に、浸漬管５４と容器５０の壁の間の環状スペースに形成することができる。ガス化システム構成要素４６内部での流動変動を低減するために、環状の減衰プレート１３０が、容器５０の壁と浸漬管５４の間の、外部チャンバ６０内部で延びている。図２に示す減衰プレート７０と同様に、減衰プレート１３０は、冷却液体５２のプール内部の流動変動からエネルギーを放散させるように設計することができる。減衰プレート１３０は、浸漬管５４の外径に概して対応する内径１２６を有してもよい。減衰プレート１３０は、容器５０の内径に概して対応する外径７４を有してもよい。従って、減衰プレート７０は、容器５０の壁及び浸漬管５４と隣接して配置して、外部チャンバ６０を通る冷却流体５２の流れを制限することができる。減衰プレート１３０は、容器５０の壁及び／又は浸漬管５４に、溶接、ボルト止め、又はその他の好適な手段で取り付けることができる。

減衰プレート１３０内の穴７５によって、冷却流体５２が、減衰プレート１３０を通って流れることが可能になる。しかしながら、チャンバ６０を通る、穴７５によって与えられる流れ面積は、減衰プレート１３０によって制限されていないチャンバ６０の断面内での流れ面積よりも大幅に少ない。いくつかの実施形態によれば、減衰プレート１３０は、外部チャンバ６０の減衰プレート部分を通る流れ面積を、少なくとも５０〜１００％（その間の全部分範囲を含む）低減する、流動制限機構として作用することができる。より詳細には、減衰プレート１３０は、外部チャンバの減衰プレート部分を通る流れ面積を、少なくとも約８０〜１００％（その間の全部分範囲を含む）低減する、流動制限機構として作用することができる。

減衰プレート１３０は、一般に、減衰プレート１３０が冷却流体５２のプール内部に沈むように、外部チャンバ６０内部に配置することができる。例えば、減衰プレート１３０は、外部チャンバ６０内部で冷却流体プール５２の液面７６より下に配置してもよい。いくつかの実施形態においては、減衰プレート７０は、浸漬管５４内部の冷却流体プール５２の液面７８より上に配置してもよい。しかしながら、その他の実施形態においては、減衰プレート１３０は、浸漬管５４内部の冷却流体プール５２の液面７８より下に配置してもよい。さらに、減衰プレート１３０は、一般に、容器５０の円錐部５９より上の十分な高さに配置して、減衰プレートの穴の内部に微粒子が蓄積するのを妨げることができる。

図１７は、減衰プレート１３０の上面図である。この減衰プレートは、外径７４と内径１２６の差によって概して決まる、表面領域８０を含む。穴７５は、表面領域８０の周囲に沿って間隔を空けて配置してもよい。上記のように、表面領域８０及び穴７５の領域は、容器５０内部で水が外部チャンバ６０を垂直に通過するのに利用可能な合計環状流れ面積に、概して対応させることができる。図１６について上記したように、減衰プレート１３０は、流れ面積を、表面領域８０内部に配置された穴７５によって与えられる面積に制限するように設計してもよい。いくつかの実施形態によれば、穴７５の面積は、表面領域８０及び穴７５によって決まる、利用可能な合計環状流れ面積の約１〜５０％としてもよい。減衰プレート１３０内において、穴７５の数、間隔、寸法、及び形状は変わってもよい。例えば、穴７５は、他にもある中で、円形、長円形、楕円形、長方形、正方形、又は六角形の横断面を有してもよい。さらに、任意の数の様々な形状及び寸法の穴を、減衰プレートに含めることができる。例えば、穴７５の寸法及び数を、目詰まりを起こさないために十分な大きさの穴としながら、流れ面積の所望の低減をもたらすように調整してもよい。

図１８は、ドラフト管５６が省略された、ガス化システム構成要素４６内部に使用される減衰リング９８を示す。この減衰リング９８は、容器壁５０及び／又は浸漬管５４に接触して配置することができる。各減衰リング９８は、容器壁５０と浸漬管５４の間で部分的にだけ延びていてもよい。図示のように、２つの減衰リング９８が、容器５０の壁と隣接して配置され、１つの減衰リングが浸漬管５４に隣接して配置されている。いくつかの実施形態においては、減衰リング９８同士を、相互に連係して外部チャンバ６０を通る冷却流体５２のための蛇行流路を形成するように、設計することができる。この蛇行流路は、流動変動を低減するように設計してもよい。さらに、減衰リング９８は、円錐部５９に向って角度をつけて、減衰リング９８上に堆積物が集まるのを防止してもよい。

その他の実施形態においては、減衰リング９８の数及び／相対的場所を変えてもよい。例えば、１、２、３、又は４つ以上の減衰リング９８を、容器５０の壁、浸漬管５４、又はその両方に取り付けてもよい。さらに、減衰リング９８の角度が変わってもよい。例えば、減衰リング９８は、容器５０の壁から直角に延びるか、又は減衰リング９８は、容器５０の円錐部５９に向って様々な角度で傾いていてもよい。いくつかの実施形態においては、減衰リング９８は、減衰リングから容器５０及び浸漬管５４に向って延びる支持物１００によって支持されてもよい。減衰リング９８及び／又は支持物１００は、容器５０の壁及び／又は浸漬管５４に対して溶接するか、ボルト止めするか、又はその他の方法で取り付けることができる。

図２〜１８に示す流動減衰機構は、別個に使用してもよく、又は互いに組み合わせて使用してもよい。さらに、分かるように、流動減衰機構の相対的寸法、形状、及び幾何学的形態は変えることができる。さらに、ドラフト管５６及び／又は急冷リング６８等の、いくつかの構成要素は省略することができる。流動減衰機構は、初期製造中にガス化システム構成要素４６内に使用してもよく、又は流動減衰機構は、既存のガス化システム構成要素４６に後付けしてもよい。さらに、流動減衰機構は、所望の流動減衰量を達成するために、他にもある中で炭素質燃料のタイプ、システム効率、システム負荷、又は環境条件等の、動作パラメータに基づいて調整してもよい。

本明細書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、またいずれかの装置又はシステムを製作して使用すること、及び任意の組み入れられた方法を実行することを含み、当業者が本発明を実施することを可能にするために、実施例を用いる。特許性のある本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付くその他の実施例も含めることができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの文言と差異のない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字通りの文言と本質的に差異のない均等な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲の範囲内であることを意図するものである。

８ＩＧＣＣシステム
９供給原料準備／輸送システム
１０燃料スラリー
１１ガス化装置
１２空気分離装置
１３高温合成ガス
１４急冷ユニット
１６スラグ
１７冷却合成ガス
１８ガス冷却・処理システム
１９スクラバ
２０酸性ガス除去システム
２１洗浄合成ガス
２２硫黄成分
２３硫黄製造システム
２４蒸気
２５液体（水）
２６熱回収蒸気発生装置（ＨＲＳＧ）システム
２７水処理システム
２８合成ガス
２９燃焼器
３０空気
３１圧縮機
３２窒素
３３希釈窒素圧縮機
３４排気
３５タービン
３６発電装置
３７排気
３８蒸気タービン
３９発電装置
４０蒸気
４１凝縮機
４２冷却流体
４３冷却塔
４４凝縮蒸気
４６ガス化システム構成要素
４７合成ガス
５０容器
５２冷却流体／冷却流体のプール
５３開口
５４浸漬管
５６ドラフト管
５８内部チャンバ
５９円錐部
６０外部チャンバ
６１微粒子
６２排出口
６４バッフル
６６出口
６８急冷リング
７０減衰プレート
７２内径
７４外径
７５穴
７６液面
７８液面
８０表面領域
８２外周
８４内周
８８減衰プレート
９０バイパス管
９２バイパス管
９４バルブ
９６表面領域
９８減衰リング
１００支持物
１０２減衰バー
１０４浮動ブロック
１０６熱交換コイル
１０８入口
１１０出口
１１２延長部／環状延長部
１１４穴
１１８リング／環状リング
１２０穿孔部／環状延長部
１２１穴
１２６内径
１３０減衰プレート

Claims

冷却流体（５２）のプールを保持するように構成された容器（５０）と、
前記容器（５０）内に配置されて、もう一方の流体（４７）を前記プールの方に誘導する浸漬管（５４）と、
前記浸漬管（５４）を包囲して、前記浸漬管（５４）とドラフト管（５６）の間の内部チャンバ（５８）及びドラフト管（５６）と前記容器壁の間の外部チャンバ（６０）を形成するドラフト管（５６）と、
前記内部チャンバ（５８）、前記外部チャンバ（６０）、又は両者の中間の内の１箇所又は複数個所に配置されて、ガス化システム構成要素内部で、前記冷却流体（５２）、又は前記もう一方の流体（４７）、又はその両方の流れを減衰させるように構成された、１つ又は複数の流動減衰機構（７０、８８、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１１２、１１８、１２０、１３０）と
を含み、
前記減衰機構が、前記プール内で浮動するように構成された浮動ブロック（１０４）を備える、ガス化システム構成要素。
冷却流体（５２）のプールを保持するように構成された容器（５０）と、
前記容器（５０）内に配置されて、もう一方の流体（４７）を前記プールの方に誘導する浸漬管（５４）と、
前記浸漬管（５４）を包囲して、前記浸漬管（５４）とドラフト管（５６）の間の内部チャンバ（５８）及びドラフト管（５６）と前記容器壁の間の外部チャンバ（６０）を形成するドラフト管（５６）と、
前記内部チャンバ（５８）、前記外部チャンバ（６０）、又は両者の中間の内の１箇所又は複数個所に配置されて、ガス化システム構成要素内部で、前記冷却流体（５２）、又は前記もう一方の流体（４７）、又はその両方の流れを減衰させるように構成された、１つ又は複数の流動減衰機構（７０、８８、９８、１００、１０２、１０４、１０６、１１２、１１８、１２０、１３０）と
を含み、
前記容器（５０）が、流体を前記外部チャンバ（６０）の一部分の回りに誘導するように構成されたバイパス管（９０）を備え、前記減衰機構が、前記外部チャンバ（６０）の前記一部分を通る前記冷却流体（５２）の流れを妨害すると共に、前記冷却流体（５２）の流れを前記バイパス管（９０）を通るように誘導するように構成された、環状プレート（８８）を備える、ガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記ドラフト管（５６）の回りに同心で配置されて、前記外部チャンバ（６０）を通る流れ面積を少なくとも約８０％低減する、１つ又は複数の環状リング（７０、８８、９８、１３０）を備える、請求項１又は２に記載のガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記容器（５０）に隣接して配置された第１の環状リング（９８）と、前記ドラフト管（５６）に隣接して配置されて、前記第１の環状リング（９８）と連係して、前記外部チャンバ（６０）を通る前記冷却流体（５２）用の蛇行流路を形成するように構成された第２の環状リング（９８）とを備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記容器（５０）に隣接して配置された外周と、前記ドラフト管（５６）に隣接して配置された内周（８４）と、前記プレート（７０）を通って前記冷却流体（５２）が通過することを可能にするように構成された複数の穴（７５）とを有する、環状プレート（９８）を備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記ドラフト管（５６）の回りに螺旋状に配置された管状の熱交換器（１０６）を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記プールを保持するように構成された前記容器（５０）の円錐部分（５９）に結合された前記ドラフト管の環状延長部（１１２）を備え、前記環状延長部（１１２）が、前記内部チャンバ（５８）と前記外部チャンバ（６０）の間を前記冷却流体（５２）が通過することを可能にするように構成された貫通穴（１１４）を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記内部チャンバ（５８）内部に配置された環状リング（１１８）を備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス化システム構成要素。
前記減衰機構が、前記プールに向って延びるように構成された、前記浸漬管（５４）の環状延長部（１２０）を備え、前記環状延長部（１２０）が、前記冷却流体（５２）、又は前記もう一方の流体（４７）、又は両方が前記浸漬管（５４）の壁を通って通過することを可能にするように構成された貫通穴（１２１）を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス化システム構成要素。