JP5787742B2 - Filter element playback method - Google Patents
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本発明は、微粉炭などの炭素系微粉原料をガス化するガス化炉を備えたガス化装置に係り、具体的には、生成ガス中に含まれるチャーをろ過して捕集及び回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法に関する。 The present invention relates to a gasification apparatus including a gasification furnace for gasifying carbon-based fine powder raw materials such as pulverized coal, and more specifically, a filter for filtering and collecting and collecting char contained in generated gas. The present invention relates to a filter element regeneration method for an apparatus.
炭素系微粉原料の1つである微粉炭をガス化する石炭ガス化装置は、例えば、特許文献1に記載されているように、広く知られている。これによれば、ガス化炉では、微粉炭及びチャー等の微粉原料の一部を酸化して得られた熱で高温となり、残りの微粉原料をこの高温化で一酸化炭素COと水素H2を主成分とする生成ガスに分解ないし転換する。生成ガスは熱回収ボイラで熱回収された後、生成ガス中のチャーをサイクロンで捕集し、サイクロンで捕集できなかった微細なチャーをチャーフィルタで捕集して、脱塵された生成ガスを使用場所に供給する。これにより、チャーによる後流側機器のトラブルを防止するようにしている。捕集されたチャーは、ホッパに回収され、ホッパからチャー搬送管によりガス化炉へ再度投入するようにしている。また、微粉炭以外に、有機系廃棄物をガス化する技術が、特許文献2に記載されている。
A coal gasification apparatus that gasifies pulverized coal, which is one of carbon-based pulverized raw materials, is widely known as described in
チャーフィルタは、細孔を有する円筒状のフィルタエレメントを備え、円筒状のフィルタエレメントの外面側から内面側に生成ガスを通気させて、生成ガスに含まれるチャーを外面側のろ過面で捕集する。そして、周期的あるいはフィルタ差圧に応じて、フィルタエレメントの内面側から逆洗ガスをパルス的に流して、外面側に捕集されたチャーを払い落すとともに、回収するようになっている。 The char filter is provided with a cylindrical filter element having pores, and the produced gas is vented from the outer surface side to the inner surface side of the cylindrical filter element, and char contained in the produced gas is collected by the filtration surface on the outer surface side. To do. Then, in accordance with the period or the filter differential pressure, the backwash gas is pulsated from the inner surface side of the filter element so that the char collected on the outer surface side is removed and recovered.
このようにして、捕集されたチャーは逆洗によりフィルタエレメントから払い落とされるが、捕集及び逆洗を繰り返すうちに、逆洗で払い落とししきれないチャーがパーマネント層を形成してフィルタエレメントに残りフィルタ差圧が徐々に高くなるという問題がある。 In this way, the collected char is removed from the filter element by backwashing, but the char that cannot be removed by backwashing forms a permanent layer while collecting and backwashing repeatedly. The remaining filter differential pressure gradually increases.
このように、逆洗を繰り替えしてもフィルタ差圧が回復しなくなったフィルタエレメントを再生する方法が特許文献3に提案されている。これによれば、常圧下において酸素濃度5〜15Vol%に調整したガスを、流量を調整しながらチャーフィルタへ供給し、そのガス中でフィルタエレメントを400〜450℃で加熱し、パーマネント層内のチャーを酸化させて除去することができるとしている。 As described above, Patent Document 3 proposes a method of regenerating a filter element in which the filter differential pressure is not recovered even when backwashing is repeated. According to this, a gas adjusted to an oxygen concentration of 5 to 15 Vol% under normal pressure is supplied to the char filter while adjusting the flow rate, and the filter element is heated in the gas at 400 to 450 ° C. The char can be removed by oxidation.
特許文献3に記載されたフィルタエレメントの再生方法は、加熱温度を高くすることにより、チャーの酸化反応(燃焼)を促進できる。しかし、加熱温度を高くすると、フィルタ容器を耐熱鋼で形成しても熱影響によりフィルタ容器が歪む等の問題があり、フィルタ装置の寿命を短くするおそれがある。そのため、加熱温度を制限しているため、チャーが完全に燃えつきるのに長期間(例えば、数日)かかるおそれがある。また、フィルタエレメントを加熱する加熱装置、温度制御装置及び酸素濃度及び流量を調整したガスを生成する装置等の付帯設備が必要になる。 The filter element regeneration method described in Patent Literature 3 can promote the oxidation reaction (combustion) of char by increasing the heating temperature. However, when the heating temperature is increased, there is a problem that even if the filter container is made of heat-resistant steel, there is a problem that the filter container is distorted due to the thermal effect, which may shorten the life of the filter device. Therefore, since the heating temperature is limited, it may take a long time (for example, several days) for char to completely burn. Further, ancillary facilities such as a heating device for heating the filter element, a temperature control device, and a device for generating a gas with adjusted oxygen concentration and flow rate are required.
一方、ガス化炉の運転前あるいは運転終了後に、単に、生成ガスの通気を停止した状態で、フィルタエレメントを逆洗してパーマネント層を払い落すことが考えられる。しかし、一般に生成ガスには石炭中の硫黄が含まれることから、この硫黄により生成ガスに晒されているフィルタ容器の内面側の容器壁が少なからず腐食し、腐食物(FeS)が生成される。したがって、生成ガスの通気を停止した状態でフィルタエレメントを逆洗すると、容器壁から腐食物が剥がれ落ちて逆洗ガスに同伴してフィルタエレメントの内面側のろ過部に進入して目詰まりさせるおそれがある。フィルタエレメントの内面側のろ過部が目詰まりすると、逆洗による払い落としが阻害されるという問題がある。 On the other hand, it is conceivable that the filter element is back-washed and the permanent layer is simply washed off before the gasification furnace is operated or after the operation is completed, with the aeration of the product gas stopped. However, in general the product gas from it contained sulfur in the coal, this sulfur by corrosion not a little inner side of the container wall of the filter container is exposed to the product gas, corrosives (FeS) is generated The Therefore, if the filter element is backwashed with the aeration of the product gas stopped, the corroded material may peel off from the container wall and enter the filtration section on the inner surface side of the filter element along with the backwash gas, causing clogging. There is. When the filtration part on the inner surface side of the filter element is clogged, there is a problem that the removal by backwashing is hindered.
本発明が解決しようとする課題は、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメントの付着チャーを逆洗により払い落すことができ、かつ、フィルタエレメントが収容された容器壁の腐食物によりフィルタエレメントの内面側のろ過部が目詰まりするのを回避できるフィルタエレメント再生方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is that the adhering char of the filter element that could not be removed by backwashing during gasification operation can be removed by backwashing, and the corroded material on the container wall in which the filter element is accommodated Accordingly, it is an object of the present invention to provide a filter element regeneration method capable of avoiding clogging of the filtration part on the inner surface side of the filter element.
上記課題を解決するため、本発明のフィルタエレメント再生方法は、炭素系微粉原料をガス化するガス化炉から排出される生成ガスを、細孔を有するフィルタエレメントでろ過して前記生成ガスに含まれるチャーを捕集し、前記フィルタエレメントを逆洗ガスで逆洗して、捕集された前記チャーを回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法において、前記ガス化炉の起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、前記フィルタ装置に前記チャー及び煤塵の濃度が前記生成ガスに含まれる前記チャー及び煤塵の濃度より低い再生用ガスを供給し、前記フィルタエレメントに通気される前記再生用ガスの速度を該フィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、前記逆洗ガスで逆洗して前記フィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the filter element regeneration method of the present invention includes a product gas discharged from a gasification furnace for gasifying a carbon-based fine powder material through a filter element having pores and included in the product gas. In the filter element regeneration method of the filter device for collecting the collected char, backwashing the filter element with backwashing gas, and collecting the collected char, the gasification operation including when the gasification furnace is started Before regeneration or after completion of the gasification operation, the regeneration is supplied to the filter device with a regeneration gas having a concentration of char and soot lower than the concentration of char and soot contained in the product gas and vented to the filter element. While maintaining the gas speed below the rated filtration rate of the filter element, backwash with the backwash gas and attach to the filter element. It characterized in that it played to remove the char.
本発明によれば、ガス化炉の起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタエレメントを逆洗することから、新たなチャーや煤塵の付着がなく、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメントの付着チャー及び煤塵を効率よく払い落すことができる。特に、フィルタ装置にチャー及び煤塵の濃度が低い再生用ガスを供給しながら逆洗することから、その再生用ガスの流れがフィルタエレメントの外面側から内面側に向かうため、フィルタエレメントが収容されたフィルタ容器壁の腐食物が剥離しても、逆洗ガスに同伴することがないので、フィルタエレメントの内面側のろ過部に進入することによる目詰まりを回避できる。したがって、硫黄分を含有する炭素系微粉原料である微粉炭をガス化して、フィルタエレメントを収容するフィルタ容器の内壁が硫黄分で腐食してFeSが生成されても、FeSがフィルタエレメントの内面側のろ過部を目詰まりさせて、フィルタエレメントの圧力損失が増大することを抑制できる。特に、フィルタエレメントを通気する再生用ガスの速度をフィルタエレメントの定格ろ過速度以下、例えば45%以下、好ましくは1/3以下に保持することにより、逆洗による払落し効果を高めることができる。 According to the present invention, since the filter element is back-washed before or after the gasification operation is started including the start of the gasification furnace, there is no adhesion of new char and dust, and the gasification operation is not performed. The attached char and dust of the filter element that could not be removed by backwashing can be efficiently removed. In particular, since the filter device is backwashed while supplying a regeneration gas having a low char and dust concentration, the flow of the regeneration gas is directed from the outer surface side to the inner surface side of the filter element, so that the filter element is accommodated. Even if the corroded material on the wall of the filter container is peeled off, it is not accompanied by the backwash gas, so that it is possible to avoid clogging due to entering the filtration part on the inner surface side of the filter element. Therefore, even if pulverized coal, which is a carbon-based pulverized raw material containing sulfur, is gasified and the inner wall of the filter container containing the filter element corrodes with sulfur, and FeS is generated, the FeS remains on the inner surface side of the filter element. It is possible to prevent the pressure loss of the filter element from increasing by clogging the filtration part. In particular, by keeping the speed of the regeneration gas that passes through the filter element at or below the rated filtration speed of the filter element, for example, 45% or less, preferably 1/3 or less, the effect of removing by backwashing can be enhanced.
本発明において、再生用ガスとして、ガス化炉を含むガス化装置のガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、系内をパージする不活性ガスである窒素ガス等のパージガスを用いることができる。また、再生用ガスとして、起動用燃料による前記ガス化炉の昇温及び昇圧の過程における起動用燃料の燃焼排ガスを用いることができる。また、再生用ガスとして、ガス化炉及びフィルタ装置を昇温及び昇圧する暖機ガスを用いることができる。さらに、再生用ガスとして、ガス化炉及びフィルタ装置の内部圧力を同じに調整する段階における生成ガスを用いることができる。さらにまた、再生用ガスとして、フィルタ装置の内部圧力をガス化装置の系統と同じ圧力に調整する段階に使用する窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。これらの方法によれば、再生用ガスを生成するために、新たに格別な付帯設備を設ける必要がないから、本発明のフィルタエレメント再生方法を実施する装置の構成を簡単化することができる。 In the present invention, as the regeneration gas, a purge gas such as nitrogen gas, which is an inert gas for purging the system, can be used before the gasification operation of the gasification apparatus including the gasification furnace starts or after the gasification operation ends. . Further, as the regeneration gas, the combustion exhaust gas of the startup fuel in the process of raising the temperature and increasing the pressure of the gasifier using the startup fuel can be used. Further, a warm-up gas that raises and raises the pressure of the gasification furnace and the filter device can be used as the regeneration gas. Furthermore, as the regeneration gas, a product gas at a stage where the internal pressures of the gasification furnace and the filter device are adjusted to be the same can be used. Furthermore, as the regeneration gas, an inert gas such as nitrogen gas used for adjusting the internal pressure of the filter device to the same pressure as that of the gasifier system can be used. According to these methods, since it is not necessary to newly provide a special incidental facility to generate the regeneration gas, the configuration of the apparatus for carrying out the filter element regeneration method of the present invention can be simplified.
本発明のフィルタエレメント再生方法によれば、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメントの付着チャーを逆洗により払い落すことができ、かつ、フィルタエレメントが収容された容器壁の腐食物がフィルタエレメントの内面側のろ過部に進入するのを回避できる。 According to the filter element regeneration method of the present invention, the adhered char of the filter element that could not be removed by backwashing during gasification operation can be removed by backwashing, and the corrosion of the container wall in which the filter element is accommodated An object can be prevented from entering the filtration part on the inner surface side of the filter element.
図1に、本発明のフィルタ装置を備えた一実施形態の石炭ガス化装置の全体構成を示す。図に示すように、本実施形態の石炭ガス化装置は、微粉炭をガス化するガス化炉1、生成ガスの熱を回収する熱回収ボイラ2、生成ガス中のチャーを捕集するサイクロン3、サイクロン3で捕集されなかった微細なチャーを捕集するフィルタ装置であるチャーフィルタ4を備えて構成されている。
In FIG. 1, the whole structure of the coal gasifier of one Embodiment provided with the filter apparatus of this invention is shown. As shown in the figure, the coal gasifier of the present embodiment includes a
ガス化炉1には、ガス化用バーナ7とチャーバーナ8が必要に応じてそれぞれ複数設置されている。ガス化用バーナ7とチャーバーナ8には、図示していないが、それぞれ微粉炭及びチャー等の微粉原料が、窒素等の不活性ガスにより搬送されるようになっている。また、微粉炭及びチャー等の微粉原料とは別系統で、ガス化用バーナ7とチャーバーナ8に酸化剤が搬送され、これらのバーナから微粉原料及び酸化剤が別々に噴出され、ガス化炉1内で微粉原料と酸化剤が混合される。ガス化炉1は、ガス化用バーナ7とチャーバーナ8に供給される微粉原料の一部の酸化熱による高温下で、微粉原料を一酸化炭素COと水素H2を主成分とする生成ガス9にガス化する。一方、微粉原料の残渣は、ガス化用バーナ7とチャーバーナ8の酸化熱により溶融してガス化炉1の底部の冷却水プール10に落下し、急冷されて固化して破砕され、水砕スラグ11として系外に排出されるようになっている。
A plurality of gasification burners 7 and char burners 8 are installed in the
ガス化炉1で生成された生成ガス9は、熱回収ボイラ2に導かれ、熱媒体である水13と熱交換して蒸気14を発生させて熱回収される。熱回収ボイラ2を通過した生成ガス9は、サイクロン3とチャーフィルタ4に導かれ、生成ガス9中のチャー16が捕集される。チャーフィルタ4を通過した生成ガス9は、脱塵生成ガス15として使用機器に供給される。
The generated
サイクロン3とチャーフィルタ4により捕集されたチャー16はホッパ5に回収され、ロータリーバルブ6により切り出され、チャー搬送路17を介してチャーバーナ8に供給される。また、サイクロン3の出口とチャーフィルタ4の出口を連通させて、チャーフィルタ4をバイパスするバイパスライン18が設けられている。
The
本実施形態に係るチャーフィルタ4の一実施形態の断面構造を図2に示す。図示のように、チャーフィルタ4は、円筒状のフィルタ容器20の上部を仕切部材21で仕切り、仕切部材21に形成された貫通穴から円筒状の金属製の複数のフィルタエレメント22が吊り下げて設けられている。フィルタエレメント22の上端は、仕切部材21で仕切られたフィルタ容器20の上部空間23に開口され、下端は閉じられている。生成ガス9の導入管24はフィルタ容器20の下部から導入され、導入管24の先端は吊り下げられた複数のフィルタエレメント22の中央部に鉛直に立ち上げられ、仕切部材21で仕切られたフィルタ容器20の下部空間25の上部に開口されている。フィルタ容器20の上部空間23には、脱塵生成ガス15の排出管26が接続されている。また、フィルタ容器20の上部空間23には、逆洗ガス供給バルブ27を介して逆洗ガス28を供給する複数の逆洗ガスノズル29が、各フィルタエレメント22の上部開口に向けて設けられている。フィルタ容器20の下部空間25の底部にチャー排出管30が設けられている。また、フィルタ容器20の上部空間23と下部空間25の差圧を検出する差圧計31と、下部空間25の圧力を計測する圧力計32が設けられている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of an embodiment of the
フィルタエレメント22は、チャーを外表面でろ過するエレメント22aと、安全対策用にエレメント22aの内面部に取り付けられている粗い目開きのエレメントであるFSF(Fail Safe Fuse)22bで構成されている。フィルタエレメント22は、円筒の外面側から内面側に生成ガスを通気させて、外面側のろ過面に生成ガス9中のチャー16及び煤塵等を捕集して生成ガス9中の固形分であるチャー及び煤塵を除去し、生成ガス9中のチャー及び煤塵等を除去した脱塵生成ガス15を排出管26から排出するようになっている。
The
フィルタエレメント22は、チャーを捕集すると通気抵抗が大きくなり、チャーフィルタ4に設置されている差圧計31で測定されるフィルタ差圧ΔPが上昇する。そこで、フィルタ差圧ΔPが予め決めた設定値に達すると、逆洗ガス供給バルブ27を瞬時開いて逆洗ガス28をフィルタエレメント22の内面側に吹き込み、フィルタエレメント22の外面側に捕集されたチャー16を払い落すようにしている。この逆洗操作によってフィルタエレメント22の洗浄が行われ、フィルタ差圧ΔPがチャー16を捕集する前のフィルタ差圧に回復される。
When the
次に、チャーフィルタ4によるチャーの捕集時と逆洗時の差圧変化、及びフィルタエレメント22でのチャーの捕集の原理について説明する。図3にチャーフィルタ4の集塵時と逆洗時のフィルタ差圧ΔPの変化例、図4にフィルタエレメント22による集塵及び逆洗の原理を示す。図4(a)に示すように、円筒状のフィルタエレメント22の外表面で生成ガス9中のチャー16をろ過すると、フィルタエレメント22の外表面にチャー16が捕集されるにつれて、ろ過面積が徐々に減少する。これにより、フィルタエレメント22の通気抵抗が徐々に大きくなり、フィルタ差圧ΔPが徐々に上昇する。フィルタエレメント22の外表面にチャー16が捕集される状態を図4(b)に示す。この捕集時に、フィルタエレメント22の外表面から少し入った所に微細なチャー16が入り込んで、パーマネント層35が形成される。このようにして、チャー16の捕集を続けると、フィルタエレメント22の差圧ΔPがさらに上昇する。
Next, the differential pressure change during char collection and backwashing by the
そこで、フィルタ差圧ΔPが上昇したときにフィルタエレメント22の逆洗を行って、差圧を回復させることが行われる。フィルタエレメント22の逆洗操作方法には、従来から、フィルタ差圧ΔPが設定値以上に達したときに逆洗する差圧式と、一定時間間隔で逆洗を行なうタイマー式とがあるが、どちらを採用してもよいことは言うまでもない。図3のフィルタ差圧ΔPの変化例は、タイマー式による逆洗操作の一例である。すなわち、図3に示すように、捕集操作を一定時間行った後に、逆洗操作を瞬間的(パルス的)に行う操作を繰り返す。これにより、図4(b)に示すように捕集されたチャー16は、逆洗を行うと図4(c)に示すように、フィルタエレメント22から払い落とされる。しかし、フィルタエレメント22の外表面にパーマネント層35が残されてしまう。このように、逆洗操作により付着したチャー16が払い落とされた後のフィルタ差圧ΔPを回復差圧という。この回復差圧は、通常はチャー16捕集前の差圧までほぼ回復する。しかし、チャー16の捕集と逆洗を繰り返すうちに、逆洗操作で除去しきれないチャー16がパーマネント層35を形成して残るため、図3に示すようにフィルタ差圧ΔPが徐々に高くなる。
Therefore, when the filter differential pressure ΔP increases, the
パーマネント層35が形成される理由は次のとおりである。図4(b)に示すように、ガス化運転時のチャー16が捕集される際、フィルタエレメント22の内部の細孔に、外表面から数十μmあるいは約百μmの深さまで微細なチャー16が進入する。そして、フィルタエレメント22の外表面では、生成ガス9中からろ過されたチャー16が堆積したチャー堆積層を形成する。フィルタエレメント22内部のチャー進入部と外表面のチャー堆積層とでパーマネント層35が形成される。このようにして、パーマネント層35とフィルタエレメント22をろ過体として生成ガス9からチャー16をろ過することになる。したがって、通常のガス化運転時の逆洗操作では、図4(c)に示すように、パーマネント層35でろ過されて堆積したチャー16の堆積層を払い落とすことで、フィルタエレメント22の差圧ΔPを回復させることになる。しかし、パーマネント層35が徐々に厚くなること、あるいは生成ガスの動圧でパーマネント層が圧密されて強固になること、あるいは細孔に進入した微細なチャーの目詰まりが強固になることにより、フィルタエレメント22の差圧ΔPを回復させることができなくなるという問題がある。
The reason why the
ここで、パーマネント層35の厚さについて検討する。パーマネント層35の厚さ、特にフィルタエレメント22の外表面に形成されたチャー堆積層の厚さは、チャー捕集時の生成ガス9中のチャー16の濃度と、生成ガス9の流量あるいはろ過速度と、逆洗時の逆洗ガス圧力と、逆洗ガス流量と、逆洗時間及び逆洗間隔とのバランスにより決まると考えられる。いま、逆洗操作の条件が石炭ガス化装置の運転条件などで変わらない、すなわち、フィルタエレメント22の払い落とし効果が同じとすると、パーマネント層35の厚さはチャー16捕集時のチャー濃度及びろ過速度によって決まると考えられる。一般的にろ過速度が数cm/sec程度の低速度の場合、フィルタ差圧ΔPは次の(1)式で表される。(1)式から、ろ過速度とフィルタエレメント22の差圧が比例関係にあり、逆洗操作時にろ過速度を低下させるとフィルタエレメント22の再生に有効と考えられる。
ΔP=K・μ・Vf ・・・・・ (1)
ここで、ΔP:フィルタエレメント22の差圧(Pa)
Vf:ろ過速度(m/s)
μ:ガスの粘性係数(kg・s・m2,×106)
K:損失係数(m‐1,×1010)
Here, the thickness of the
ΔP = K ・ μ ・ Vf (1)
Where ΔP: differential pressure (Pa) of the
Vf: Filtration rate (m / s)
μ: Gas viscosity coefficient (kg · s · m 2 , × 10 6 )
K: Loss coefficient (m −1 , × 10 10 )
図5(a)にガス化運転時の逆洗操作、同図(b)に低ろ過速度(低流量)でチャー16等の煤塵が無い条件での逆洗操作による払い落としのメカニズムを示す。なお、図5(a)、(b)の操作の際は、逆洗ガス圧力、逆洗間隔及び逆洗時間などの逆洗条件は変わらないものとする。図5(a)ではガス化運転の定格負荷を想定した条件で、ろ過速度が速くチャー濃度が高い場合であり、生成ガス9からろ過されてパーマネント層35に堆積したチャー16が逆洗操作で払い落とされる様子である。同図(b)は、石炭ガス化装置の暖機運転時を想定した条件で、ガス化運転時よりガス流量が少なく、ろ過速度が低く、チャー16がガス中に存在しないため逆洗操作による払い落としの効果が高く、パーマネント層35に堆積したチャー16の他、フィルタエレメント22の外表面に形成されたパーマネント層35の一部が剥がれ落ちる様子である。同図(b)のように、低流量でチャー16などの煤塵が無い条件で逆洗操作をすると、フィルタエレメント22の外表面に形成されたパーマネント層35の一部が払い落とされ、パーマネント層35の厚さが薄くなって、フィルタエレメント22の通気抵抗が小さくなり、チャーフィルタ4の差圧が回復する。
FIG. 5 (a) shows the backwashing operation during the gasification operation, and FIG. 5 (b) shows the mechanism of removal by the backwashing operation under conditions of low filtration rate (low flow rate) and no dust such as
(1)式に示したフィルタ差圧ΔPは、(2)式に示すようにフィルタエレメント22の差圧ΔPeとパーマネント層35の差圧ΔPpの足し合わせたものとして一般的に表される。フィルタエレメント22の外表面に形成されたパーマネント層35はチャー16の粒子が付着して形成された層と仮定され、パーマネント層35の差圧を粒子充填層の流体抵抗と考えるとコゼニーカルマンの式から推算できる。
ΔP=ΔPe + ΔPp ・・・・・ (2)
The filter differential pressure ΔP shown in the equation (1) is generally expressed as the sum of the differential pressure ΔPe of the
ΔP = ΔPe + ΔPp (2)
これらの知見に基づき、図6の下部に、ガス化炉負荷とフィルタエレメント22の外表面に形成されたパーマネント層35の除去率との関係をグラフで示す。同図は、各ガス化炉負荷での生成ガス量及びチャー濃度等からパーマネント層35の差圧ΔPpを推算し、ガス化炉負荷定格(100%)での差圧ΔPpを基準にパーマネント層35の除去率を求めた。なお、ガス化炉負荷100%の時のパーマネント層35の除去率を0%とし、生成ガス9がなくチャー16も存在しないガス化炉負荷0%でのパーマネント層35の除去率を100%としている。図6の上部は、ガス化炉負荷に応じたパーマネント層35及びチャー16が除去される様子を示している。また、図5において説明したが、逆洗操作の逆洗ガス圧力、逆洗間隔及び逆洗時間は本計算においても一定とした。
Based on these findings, the relationship between the gasifier load and the removal rate of the
生成ガス9中のチャー16がフィルタエレメント22の外表面でろ過されて付着する。次いで、逆洗操作が行なわれると、付着したチャー16はフィルタエレメント22から払い落とされる。したがって、パーマネント層35の厚さは、生成ガス9中のチャー16の濃度と逆洗操作による払い落とし効果とのバランスで決まると考えられる。ここで、ガス化炉負荷を低くすると、生成ガス9中のチャー16の濃度が低くなる。つまり、フィルタエレメント22に付着するチャー16の量が少なくなる。さらに、生成ガス9の流量あるいは流速も少なくなるため、フィルタエレメント22に付着したチャー16を押え付ける生成ガスの動圧も小さくなる。このようなガス化炉の定格負荷以下の運転条件下、つまりチャー16の濃度及び生成ガス9のガス流量あるいは流速が低くなった条件下で、通常の逆洗操作を実施すると、定格条件と同じ払い落とし効果があるので、チャーの払い落としを、より効果的にできることになる。したがって、フィルタエレメント22に付着したパーマネント層35の一部までも払い落としでき、チャーフィルタ4の再生が可能となる。
The
すなわち、図6のグラフに示した通り、定格負荷以下の低チャー濃度及び低ろ過速度の条件で逆洗操作を行なうと、ガス化炉負荷が低くなるほどパーマネント層35の除去率が高くなる傾向となる。ガス化炉負荷が45%以下ではパーマネント層35の除去率が80%以上となり,比較的安定した払い落とし効果が期待できる。そこで,定格負荷以下の条件で逆洗操作によるチャーフィルタ4の再生を十分行なう場合には、ガス化炉負荷が45%以下のガス流量あるいはガス流速、すなわち、ろ過速度を定格負荷の45%以下とすることが望ましいと考えられる。
That is, as shown in the graph of FIG. 6, when the backwash operation is performed under conditions of a low char concentration and a low filtration rate below the rated load, the removal rate of the
また、チャーフィルタ4へ生成ガス等を通気しながら逆洗操作を行なうことで、生成ガス9中の硫黄と容器20との腐食物が逆洗ガスに同伴することなく、フィルタエレメント22のエレメント22aあるいはFSF22bへの進入を防ぐことができる。
Further, by performing the backwashing operation while venting the produced gas or the like to the
これらの知見から、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメント22の付着チャーであるパーマネント層35を逆洗により効果的に払い落す条件は、次の条件I、IIを満たすことが重要である。
(I)起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタエレメント22に煤塵濃度が低い生成ガス等の再生用ガスを通気しながら逆洗を実施すること
(II)フィルタエレメント22を通気する再生用ガスのガス速度を、フィルタエレメント22の定格ろ過速度以下に保持して、すなわち通流する再生用ガスのガス流量が少ない条件で逆洗を実施すること
フィルタエレメント22の再生時に通気する煤塵濃度が低い再生用ガスとしては、煤塵濃度が低い生成ガスの他、不活性ガスである窒素ガス等のパージガス、石炭ガス化装置の起動時の昇温及び昇圧に用いる起動燃料等の燃焼排ガス(暖機ガス)等が適用できる。
Based on these findings, the conditions for effectively removing the
(I) Before the gasification operation including the start time or after the gasification operation is completed, backwashing is performed while a regeneration gas such as a generated gas having a low dust concentration is passed through the filter element 22 (II). When the
以上説明した知見に鑑み、本発明のフィルタエレメント22の再生方法を図1に示した石炭ガス化装置のチャーフィルタ4に適用した具体的な実施例を以下に説明する。
In view of the knowledge described above, a specific example in which the method for regenerating the
図1に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ4のフィルタエレメント22の再生方法の実施例1を、図7に示したチャーフィルタ4の主要部の断面構成図に基づいて説明する。便宜のため、図7の左側にチャー捕集操作時の状態を示し、右側に逆洗操作時の状態を示している。ガス化運転前の準備段階において、ガス化炉1、熱回収ボイラ2及びチャーフィルタ4などからなる石炭ガス化装置の系統内に、余分な酸素あるいは空気が残留しないように、石炭ガス化装置の内部にパージガスを供給してパージを行なう。一般に、パージガスは煤塵を含まないガスであり、不活性ガスである窒素ガスが使用されることが多い。
Example 1 of the regeneration method of the
ここで、フィルタエレメント22の再生を行うときは、再生用ガス37としてパージガスの流量をガス化炉1の生成ガス9の定格流量以下とする。本実施例では、チャーフィルタ4のフィルタエレメント22のろ過速度が定格ろ過速度以下、好ましくは45%以下になるようパージガス流量を調整する。このように、生成ガス9の定格流量以下の低ガス流量とすることにより、ガス化運転時にフィルタエレメント22の細孔に侵入した微細なチャー16がパージガスの動圧で押し付けられることがないことから、パーマネント層35等のチャー堆積層が強固にならないので、パーマネント層35の目詰まりの助長を防止できる。
Here, when the
また、ガス化運転時の生成ガス9中に含まれる硫黄によってフィルタ容器20の上部空間23の内面が腐食していたとしても、剥がれた腐食物36はパージガスに同伴して脱塵生成ガス15の排出管26から排出される。その結果、逆洗操作を実施しても逆洗ガス28に同伴してフィルタエレメント22のFSF22bへ腐食物が進入することがない。
Even if the inner surface of the
また、パージガスとして窒素ガスを用いたことから、図5で説明したように、フィルタエレメント22でろ過されるガス中にチャーや煤塵が無く、しかもガス化炉1の定格負荷以下、好ましくはフィルタエレメント22の定格ろ過速度の45%以下のろ過速度となる少ないパージガス流量の下で、ガス化運転時と同等の逆洗操作を行なう。その結果、本実施例によれば、新たにチャーや煤塵が付着することがなく、フィルタエレメント22の清浄面である内面を汚すことなく、フィルタエレメント22に付着したチャー16及びパーマネント層35の一部を払い落とすことができる。これにより、ガス化運転時の逆洗で払い落とせなかったフィルタエレメント22に付着したチャー16及びパーマネント層35を逆洗により払い落すことができ、かつ、フィルタエレメント22が収容されたフィルタ容器20の腐食物によりフィルタエレメント22の内面側のろ過部が目詰まりするのを回避できる。
Further, since nitrogen gas is used as the purge gas, as described with reference to FIG. 5, there is no char or dust in the gas filtered by the
以上の説明では、石炭ガス化装置のパージ操作をガス化運転前に行う場合を例に説明したが、パージ操作はガス化運転後にも行なう。つまり、石炭をガス化した生成ガス9には、毒性ガスである一酸化炭素ガス及び可燃性ガスの水素ガスが含まれていることから、石炭ガス化装置の系内にそれらのガスが残留しないように、主に窒素ガスによりパージが行なわれる。このガス化運転後のパージのときも、ガス化運転前の場合と同様に、ガス化炉1の定格負荷時における生成ガス9の流量以下のパージガス流量、好ましくはチャーフィルタ4のフィルタエレメント22の定格ろ過速度の45%以下となるろ過速度にパージガス流量を調整して逆洗操作をする。これにより、フィルタエレメント22の清浄側である内面を汚すことがなく、フィルタエレメントの再生が可能となる。
In the above description, the case where the purge operation of the coal gasifier is performed before the gasification operation is described as an example, but the purge operation is also performed after the gasification operation. That is, since the produced
図1に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ4のフィルタエレメント22の再生方法の実施例2を、実施例1と同様、図7に示したチャーフィルタ4の主要部の断面構成図に基づいて説明する。実施例1では、ガス化運転前の準備段階において窒素ガスによる石炭ガス化装置のパージにおいて、フィルタエレメント22の再生を行う方法を説明した。通常のガス化運転の開始においては、石炭ガス化装置のパージ後に、起動用燃料の燃焼排ガスによる石炭ガス化装置の昇温及び昇圧が行われる。本実施例2は、その石炭ガス化装置の昇温及び昇圧の過程で、燃焼排ガスを再生用ガス37として用いて、フィルタエレメント22の再生を行うことを特徴とする。なお、本実施例2によるフィルタエレメント22の再生は、実施例1に引き続き継続して行ってもよく、あるいは実施例1のフィルタエレメント22の再生に代えて単独で行ってもよい。
The second embodiment of the regeneration method of the
石炭ガス化装置の起動時には、起動用燃料として軽油等の液体燃料が主に用いられ、その燃焼排ガスにより石炭ガス化装置を昇温するとともに、昇圧することが行われる。起動時の燃焼排ガスには微量の煤塵が存在するが、定常時の石炭ガス化運転時に比べて煤塵及びチャーの濃度は微量であり、殆ど煤塵が無い状態に近いことから、上記した条件(I)を満たすことができる。そこで、本実施例2では、石炭ガス化装置の起動時に昇温及び昇圧に用いる燃焼排ガスの流量を、上記した条件(II)を満たすように調整しながら、フィルタエレメント22の逆洗を行って再生する。すなわち、石炭ガス化装置の生成ガス9の定格流量以下、好ましくはフィルタエレメント22の定格ろ過速度の45%以下のろ過速度になるように、起動時の燃焼排ガスの流量を調整する。ここで、起動用燃料の燃焼排ガス流量は石炭ガス化装置の生成ガス9の定格流量の略1/3(ガス化炉負荷の約30%)の流量であるから、本実施例にとって好適なガス流量となりうる。
When the coal gasifier is started, liquid fuel such as light oil is mainly used as a starter fuel, and the coal gasifier is heated with the combustion exhaust gas and the pressure is increased. A small amount of soot is present in the combustion exhaust gas at the time of start-up, but the concentration of soot and char is very small compared to during steady-state coal gasification operation. ) Can be satisfied. Therefore, in the second embodiment, the
このように本実施例2によれば、起動用燃料の燃焼排ガスにより石炭ガス化装置を昇温及び昇圧中に、チャーフィルタエレメント22の逆洗操作を繰り返し行なうことにより、チャーフィルタエレメント22に新たな煤塵が付着することなく、ガス化運転時に付着したチャー16及びパーマネント層35の一部を払い落とすことができる。しかも、フィルタエレメント22に低流速で通気しながら逆洗しているので、フィルタ容器20の内面の腐食物36がフィルタエレメント22の内面に進入するのを防止できるから、フィルタエレメント22の内面を汚すことなくフィルタエレメント22の再生を効率よく行なうことができる。
As described above, according to the second embodiment, the
図1に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ4のフィルタエレメント22の再生方法の実施例3を、実施例1と同様、図7に示したチャーフィルタ4の主要部の断面構成図に基づいて説明する。実施例2では、起動用燃料の燃焼排ガスで石炭ガス化装置の全体を昇温及び昇圧する際に、フィルタエレメント22を再生する場合を示した。ところが、石炭ガス化装置の昇温及び昇圧の操作においては、ガス化炉1、熱回収ボイラ2及びサイクロン3の系統からチャーフィルタ4を分離して昇温及び昇圧することがある。すなわち、図1のバイパスライン18によりチャーフィルタ4をバイパスして、石炭ガス化炉を昇温及び昇圧することがある。つまり、図1には示していないが、チャーフィルタ4に設けられた生成ガスの出入口弁を閉にして、バイパスライン18に設置されている弁を開にし、チャーフィルタ4をバイパスした状態で、ガス化炉1からの起動用燃料の燃焼排ガスによりチャーフィルタ4以外の石炭ガス化装置の昇温及び昇圧を行なう。
A third embodiment of the regeneration method of the
一方、チャーフィルタ4の昇温及び昇圧には窒素ガス等のガスが用いられる。例えば、窒素ガスを蒸気等を熱源とした熱交換器で間接加熱して所定の温度まで暖めた後、図1に示していないが、暖機用ラインの出入口弁を調整して、チャーフィルタ4に通気して昇温及び昇圧を行なう。本実施例では、チャーフィルタ4の昇温及び昇圧時の窒素ガスを再生用ガス37として用い、窒素ガスの流量をチャーフィルタ4の定格負荷におけるろ過速度以下となるよう調整する。好ましくは、定格負荷のろ過速度の45%以下となるよう窒素ガスの流量を設定する。これにより、上記条件(I),(II)を満たすことから、チャーフィルタエレメント22に新たな煤塵が付着することなく、ガス化運転時に付着したチャー16及びパーマネント層35の一部を払い落とすことができる。しかも、フィルタエレメント22に低流速で通気しながら逆洗しているので、フィルタ容器20の内面の腐食物36がフィルタエレメント22の内面に進入するのを防止できるから、フィルタエレメント22の内面を汚すことなくフィルタエレメント22の再生を効率よく行なうことができる。
On the other hand, a gas such as nitrogen gas is used for raising the temperature and raising the pressure of the
図1に示した本発明に係る石炭ガス化装置のチャーフィルタ4のフィルタエレメント22の再生方法の実施例4を、実施例1と同様、図7に示したチャーフィルタ4の主要部の断面構成図に基づいて説明する。実施例2では石炭ガス化装置の全体を昇温及び昇圧する際、あるいは実施例3では他装置と切り離してチャーフィルタ4の昇温及び昇圧する際に、フィルタエレメント22を再生する方法を示した。実施例3において、チャーフィルタ4の昇温及び昇圧を完了した後、チャーフィルタ4の生成ガスの出入口弁を徐々に開とし、パイパス弁を徐々に閉にする操作が行われる。この時、チャーフィルタ4の最大ろ過速度を超えないよう暖機用の燃焼排ガスのガス量を調整しながら、ゆっくりとガス化炉1とチャーフィルタ4の圧力を等しくする均圧操作が行われる。
Example 4 of the regeneration method of the
本実施例4では、均圧操作時における暖機用の燃焼排ガスを再生用ガス37として用い、燃焼排ガスのガス流量を、石炭ガス化装置の定格負荷時の生成ガス流量以下、好ましくはチャーフィルタ4のフィルタエレメント22のろ過速度が定格負荷時のろ過速度の45%以下となるように調整する。そして、逆洗ガス供給バルブ25を瞬時開いてフィルタエレメント22の逆洗操作を実施する。本実施例4によれば、均圧操作に用いる燃焼排ガスには煤塵が含まれていないうえ、ろ過速度を定格負荷時の45%以下としているから、上記条件(I),(II)を満たしてフィルタエレメント22を逆洗できる。したがって、均圧操作時にフィルタエレメント22の逆洗操作を繰り返し行なうことにより、ガス化運転時に付着したチャー16の他にパーマネント層35の一部を払い落とすことができ、フィルタエレメント22を再生することができる。また、昇温及び昇圧用の燃焼排ガスがフィルタエレメント22に通気されているから、ガス化運転中にフィルタ容器20の上部空間23の内面に生成した腐食物36が剥がれ落ちても、フィルタエレメント22の内面に逆流するのを防ぐことができる。これにより、フィルタエレメント22の内面を汚すことなく、フィルタエレメント22の再生を効率よく行なうことができる。なお、本実施例4によるフィルタエレメント22の再生は、ガス化炉1で石炭を低負荷でガス化した生成ガスを再生ガスとして用いてもよい。
In the fourth embodiment, the warming-up combustion exhaust gas during the pressure equalization operation is used as the regeneration gas 37, and the gas flow rate of the combustion exhaust gas is equal to or lower than the generated gas flow rate at the rated load of the coal gasifier, preferably a char filter. 4 is adjusted so that the filtration rate of the
図8に、フィルタエレメント22の損失係数K及び回復差圧ΔPに対するろ過速度に相関するガス化炉負荷(定格負荷に対する百分率)の影響を試験した結果を示す。本試験は、発明者らが研究室規模の逆洗試験装置で実際にフィルタエレメント22を用いて、本発明のフィルタエレメント22の再生方法を実施した確認試験の結果である。
FIG. 8 shows the results of testing the influence of the gasifier load (percentage of the rated load) that correlates with the filtration rate with respect to the loss factor K and the recovery differential pressure ΔP of the
まず、ガス化運転を模擬するため煤塵を供給しながら定格負荷相当のガス流量で、フィルタエレメント22により煤塵の捕集と逆洗操作を繰り返し行なった。フィルタエレメント22の回復差圧ΔPが安定した後、煤塵の供給を停止してガス流量をガス化炉負荷60%相当に低減した。この時、回復差圧ΔPはろ過速度に応じて約6割に低下したが、損失係数Kは殆ど低下していない。これはフィルタエレメント22の再生が行なわれていない状態であることが推察できる。さらに、ガス流量をガス化炉負荷20%相当に低減すると損失係数Kが急激に低下した。このことから、ガス流量をガス化炉負荷20%相当に低減するとフィルタエレメント22の再生が行なわれ、パーマネント層35の一部乃至全部が払い落される効果を確認できた。
First, in order to simulate the gasification operation, dust collection and backwashing operations were repeatedly performed by the
以上説明したように、本発明は、炭素系微粉原料をガス化するガス化炉から排出される生成ガスを、細孔を有するフィルタエレメントでろ過して生成ガスに含まれるチャーを捕集し、フィルタエレメントを逆洗ガスで逆洗して捕集されたチャーを回収するフィルタ装置のフィルタエレメント再生方法において、ガス化炉の起動時を含むガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、フィルタ装置にチャー及び煤塵の濃度が生成ガスに含まれるチャー及び煤塵の濃度より低い再生用ガス37を供給し、フィルタエレメントに通気される再生用ガス37の速度をフィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、逆洗ガスで逆洗してフィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生することを特徴とする。
すなわち、ガス化装置の起動時あるいは停止時のガス化装置の系内のパージ時、ガス化装置の起動時における起動燃料の燃焼排ガスによる昇温及び昇圧時、ガス化炉とチャーフィルタを個別に昇温及び昇圧した場合のチャーフィルタ暖機時、及びチャーフィルタ昇温及び昇圧後の圧力調整時に、フィルタエレメントの逆洗操作を繰り返し実施する。これにより、フィルタエレメントをフィルタ容器から取り外すことなく、さらにガス化運転中に生成した腐食物の逆流を防止してフィルタエレメントの清浄側である内面を汚すことなく、ガス化炉の起動中あるいは停止中に短時間で効率よくフィルタエレメントの再生ができる。また、加熱して再生する場合に比べて、加熱装置等の再生設備を別途備えることなくフィルタエレメントの再生が可能である。その結果、フィルタ容器への熱による歪の発生がないからチャーフィルタの長寿命化が図れる。
As described above, the present invention collects char contained in the product gas by filtering the produced gas discharged from the gasification furnace that gasifies the carbon-based fine powder raw material through a filter element having pores, In the filter element regeneration method of a filter device for collecting the char collected by backwashing the filter element with backwash gas, the filter device before the gasification operation including the start of the gasification furnace or after the gasification operation is completed. Is supplied with a regeneration gas 37 in which the concentration of char and dust is lower than the concentration of char and dust contained in the product gas, and the speed of the regeneration gas 37 vented to the filter element is kept below the rated filtration rate of the filter element. However, it is characterized by removing the char attached to the filter element by backwashing with backwashing gas and regenerating.
That is, when the gasifier is purged in the gasifier system when the gasifier is started or stopped, when the temperature of the startup fuel is raised and increased by the combustion exhaust gas when the gasifier is started, the gasifier and the char filter are individually connected. When the char filter is warmed up when the temperature is increased and the pressure is increased, and when the pressure is adjusted after the char filter is heated and the pressure is increased, the back washing operation of the filter element is repeatedly performed. As a result, without removing the filter element from the filter vessel, the gasification furnace is started or stopped without preventing the backflow of the corrosive substances generated during the gasification operation and contaminating the clean inner surface of the filter element. The filter element can be efficiently regenerated in a short time. In addition, the filter element can be regenerated without a separate regenerating facility such as a heating device as compared with the case of regenerating by heating. As a result, there is no distortion caused by heat to the filter container, so that the life of the char filter can be extended.
以上述べたように、本発明によれば、ガス化運転毎に発生するフィルタ差圧の上昇を防止することができ、ガス化装置の安定運転及び信頼性向上を図ることができる。さらに、フィルタエレメント再生のための停止期間を短縮することができ、ガス化プラントを経済的に運用することが可能になる。
特に、チャーフィルタは石炭ガス化プラントの連続・安定運転を決定付ける重要な位置付けにあり、チャーフィルタの回復差圧が上昇するとガス化装置の運転中止を余儀なくされる。したがって、本発明のフィルタエレメントの再生方法を適用することにより、逆洗操作による再生処理のために、フィルタエレメントをフィルタ容器から取り外すことなく容易に再生ができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in the filter differential pressure generated at each gasification operation, and to achieve stable operation and improved reliability of the gasifier. Furthermore, the stop period for regenerating the filter element can be shortened, and the gasification plant can be operated economically.
In particular, the char filter is in an important position for determining the continuous and stable operation of the coal gasification plant. When the recovery differential pressure of the char filter increases, the operation of the gasifier is forced to stop. Therefore, by applying the filter element regeneration method of the present invention, there is an effect that the filter element can be easily regenerated without being removed from the filter container for the regeneration process by the backwashing operation.
1 ガス化炉
2 熱回収ボイラ
3 サイクロン
4 チャーフィルタ
7 ガス化用バーナ
8 チャーバーナ
9 生成ガス
15 脱塵生成ガス
16 チャー
18 バイパスライン
20 フィルタ容器
21 仕切部材
22 フィルタエレメント
23 上部空間
27 逆洗ガス供給バルブ
28 逆洗ガス
36 腐食物
37 再生用ガス
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ガス化炉のガス化運転開始前又はガス化運転終了後に、前記フィルタ装置に前記チャー及び煤塵の濃度が前記生成ガスに含まれる前記チャー及び煤塵の濃度より低い再生用ガスを供給し、前記フィルタエレメントに通気される前記再生用ガスの速度を該フィルタエレメントの定格ろ過速度以下に保持しながら、前記逆洗ガスで逆洗して前記フィルタエレメントに付着したチャーを除去して再生することを特徴とするフィルタエレメント再生方法。 The product gas discharged from the gasification furnace that gasifies the carbon-based fine powder raw material is filtered through a filter element having pores to collect char contained in the product gas, and the filter element is backwashed with a backwash gas. In the filter element regeneration method of the filter device for washing and collecting the collected char,
Before the gasification operation of the gasification furnace is started or after the gasification operation is completed, the filter device is supplied with a regeneration gas whose char and dust concentrations are lower than the char and dust concentrations contained in the product gas, While maintaining the speed of the regeneration gas vented to the filter element below the rated filtration rate of the filter element, the backwashing gas is backwashed to remove char attached to the filter element and regenerate. A characteristic filter element regeneration method.
Claims wherein the regeneration gas, characterized by using the combustion exhaust gas and the product gas of the startup fuel that put the step of adjusting the internal pressure of the gasification furnace and the filter device according startup fuel the same Item 2. A filter element regeneration method according to Item 1 .
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