JP5851883B2 - 非凝縮性ガスの排気装置およびガス化複合発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、褐炭等の湿潤燃料の供給時に混入する非凝縮性ガスを排気する非凝縮性ガスの排気装置およびガス化複合発電設備に関するものである。

従来、褐炭等の低品位炭を、ホッパから乾燥容器へ向けて供給し、乾燥容器内に供給された低品位炭をスチーム（蒸気）により流動させて乾燥する低品位炭乾燥方法および装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この低品位炭乾燥装置では、乾燥容器から排出されたスチームを部分凝縮器に供給することで、スチームの潜熱を回収している。

特開昭６１−２５００９６号公報

ところで、褐炭等の湿潤燃料を水蒸気等の流動化蒸気により流動させながら乾燥させる流動層乾燥装置では、流動層乾燥装置から排出された蒸気を再圧縮して利用する場合がある。このとき、流動層乾燥装置から排出された蒸気に非凝縮性ガスが混入すると、再圧縮された蒸気が低クオリティ（クオリティ：蒸気の全量に対する気相の蒸気の割合）になるにつれて、つまり、液相となる蒸気の割合が多くなるにつれて、気相中における蒸気の割合が低下すると共に非凝縮性ガスの割合が増加する。これにより、低クオリティとなった蒸気は、非凝縮性ガスの割合が増加することで、蒸気温度が低下し、潜熱を回収し難くなる。

そこで、本発明は、非凝縮性ガスの混入を抑制することで、蒸気の潜熱を効率よく回収することが可能な非凝縮性ガスの排気装置およびガス化複合発電設備を提供することを課題とする。

本発明の非凝縮性ガスの排気装置は、湿潤燃料を流動化蒸気により流動させながら、湿潤燃料を乾燥可能な流動層乾燥装置と、流動層乾燥装置へ向けて湿潤燃料を供給可能な燃料供給装置との間に設けられ、燃料供給装置との間および流動層乾燥装置との間をそれぞれ仕切った状態で、燃料供給装置から供給された湿潤燃料と共に混入する非凝縮性ガスを排気することを特徴とする。

この構成によれば、燃料供給装置との間および流動層乾燥装置との間をそれぞれ仕切った状態で、湿潤燃料と共に混入する非凝縮性ガスを排気することができる。このため、非凝縮性ガスの混入を抑制しつつ、湿潤燃料を流動層乾燥装置に供給することができる。これにより、流動層乾燥装置から排出される蒸気は、非凝縮性ガスの混入量が少ないものとすることができる。よって、流動層乾燥装置から排出される蒸気を再圧縮し、再圧縮した蒸気を利用する場合、蒸気が低クオリティとなっても、気相中における蒸気の割合が減少し難くなるため、蒸気温度の低下を抑制し、蒸気の潜熱を効率よく回収することができる。

この場合、燃料供給装置から供給された湿潤燃料を貯留する燃料貯留部と、燃料供給装置と燃料貯留部との間および燃料貯留部と流動層乾燥装置との間にそれぞれ設けられた複数の仕切り部と、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを排気するガス排気部と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、燃料貯留部に湿潤燃料を貯留し、各仕切り部により、燃料供給装置と燃料貯留部との間、および燃料貯留部と流動層乾燥装置との間をそれぞれ仕切った状態で、ガス排気部により、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを排気することにより、非凝縮性ガスを好適に排気することができる。

この場合、ガス排気部は、燃料貯留部内に蒸気を供給する蒸気供給部と、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを排出するガス排出部と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、蒸気供給部により燃料貯留部内に蒸気を供給し、ガス排出部から燃料貯留部内の非凝縮性ガスを排出することで、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを蒸気で満たすことができる。これにより、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを蒸気で置換することができるため、非凝縮性ガスを好適に排気することができる。また、燃料貯留部内に貯留した湿潤燃料を、供給した蒸気により予熱することができる。このため、予熱された湿潤燃料を流動層乾燥装置へ供給することができるため、流動層乾燥装置の供給側において蒸気の再凝縮を抑制することができ、凝縮水による湿潤燃料の流動化不良を抑制することができる。

この場合、ガス排気部は、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを吸気するガス吸気部を有していることが好ましい。

この構成によれば、ガス吸気部により燃料貯留部内の非凝縮性ガスを吸気することができる。これにより、燃料貯留部内の非凝縮性ガスを強制的に排気することができる。

本発明のガス化複合発電設備は、湿潤燃料を流動化蒸気により流動させながら、湿潤燃料を乾燥可能な流動層乾燥装置と、流動層乾燥装置へ向けて湿潤燃料を供給可能な燃料供給装置と、流動層乾燥装置と燃料供給装置との間に設けられた上記の非凝縮性ガスの排気装置と、流動層乾燥装置から供給された乾燥後の湿潤燃料を処理してガス化ガスに変換するガス化炉と、ガス化ガスを燃料として運転されるガスタービンと、ガスタービンからのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により運転される蒸気タービンと、ガスタービンおよび蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、排気装置により非凝縮性ガスを排気することができるため、非凝縮性ガスの流動層乾燥装置への混入を抑制しつつ、湿潤燃料を流動層乾燥装置へ好適に供給することができる。このため、流動層乾燥装置において好適に流動させ乾燥させた湿潤燃料をガス化炉に供給することができる。

本発明の非凝縮性ガスの排気方法は、供給された湿潤燃料を貯留する燃料貯留工程と、燃料貯留工程の実行後、湿潤燃料を隔離する燃料隔離工程と、燃料隔離工程の実行後、湿潤燃料の供給と共に混入した非凝縮性ガスを排気する排気工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、燃料隔離工程および排気工程を実行することにより、湿潤燃料を燃料貯留部に隔離した状態で、湿潤燃料の供給と共に混入した非凝縮性ガスを排気することができる。このため、非凝縮性ガスの混入を抑制しつつ、湿潤燃料を流動層乾燥装置に供給することができる。これにより、流動層乾燥装置から排出される蒸気は、非凝縮性ガスの混入量が少ないものとすることができる。よって、流動層乾燥装置から排出される蒸気を再圧縮し、再圧縮した蒸気を利用する場合、蒸気が低クオリティとなっても、気相中における蒸気の割合が減少し難くなるため、蒸気温度の低下を抑制し、蒸気の潜熱を効率よく回収することができる。

本発明の非凝縮性ガスの排気装置およびガス化複合発電設備によれば、流動層乾燥装置内への非凝縮性ガスの混入を抑制することで、流動層乾燥装置から排出される蒸気に含まれる非凝縮性ガスの混入量を抑制することができるため、再圧縮される蒸気の温度低下を抑制でき、再圧縮される蒸気の潜熱を効率よく回収することができる。

図１は、実施例１に係る排気装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図２は、実施例１に係る排気装置を模式的に表した概略構成図である。 図３は、従来に係る流動層乾燥装置における乾燥用蒸気のクオリティに関するグラフである。 図４は、実施例１に係る流動層乾燥装置における乾燥用蒸気のクオリティに関するグラフである。 図５は、実施例２に係る排気装置を模式的に表した概略構成図である。 図６は、実施例３に係る排気装置を模式的に表した概略構成図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る非凝縮性ガスの排気装置、ガス化複合発電設備および非凝縮性ガスの排気方法について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施例１に係る排気装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。実施例１の排気装置８が適用された石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）１００は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。すなわち、実施例１の石炭ガス化複合発電設備１００は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤燃料として褐炭を使用している。

なお、実施例１では、湿潤燃料として褐炭を適用したが、水分含量の高いものであれば、亜瀝青炭等を含む低品位炭や、スラッジ等の泥炭を適用してもよく、また、高品位炭であっても適用可能である。また、湿潤燃料として、褐炭等の石炭に限らず、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であってもよく、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。

実施例１において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１００は、給炭装置（燃料供給装置）１１１、排気装置８、流動層乾燥装置１、微粉炭機１１３、石炭ガス化炉１１４、チャー回収装置１１５、ガス精製装置１１６、ガスタービン設備１１７、蒸気タービン設備１１８、発電機１１９、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２０を有している。

給炭装置１１１は、原炭バンカ１２１と、石炭供給機１２２と、クラッシャ１２３とを有している。原炭バンカ１２１は、褐炭を貯留可能であって、所定量の褐炭を石炭供給機１２２に投下する。石炭供給機１２２は、原炭バンカ１２１から投下された褐炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ１２３に投下する。このクラッシャ１２３は、投下された褐炭を細かく破砕して細粒化する。

排気装置８は、給炭装置１１１から供給された褐炭と共に混入する非凝縮性ガスを排気するものである。非凝縮性ガスは、いわゆる窒素を含む空気である。なお、排気装置８の詳細については後述する。

流動層乾燥装置１は、排気装置８を介して給炭装置１１１から投入された褐炭を水蒸気等の流動化蒸気により流動させると共に、伝熱管３３により加熱乾燥することで、褐炭が含有する水分を除去するものである。この流動層乾燥装置１には、排出された乾燥済の褐炭（乾燥炭）を冷却する冷却器１３１が接続されている。冷却器１３１には、冷却済の乾燥炭を貯留する乾燥炭バンカ１３２が接続されている。また、流動層乾燥装置１には、外部へ排出される蒸気から乾燥炭の粒子を分離する集塵装置１３９として乾燥炭サイクロン１３３と乾燥炭電気集塵機１３４が接続されている。乾燥炭サイクロン１３３および乾燥炭電気集塵機１３４において蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機１３４で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機１３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１の伝熱管３３に熱媒として供給される。

微粉炭機１１３は、流動層乾燥装置１により乾燥された褐炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。すなわち、微粉炭機１１３は、乾燥炭バンカ１３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機１３６により投下されると、この乾燥炭を所定粒径以下の微粉炭とする。そして、微粉炭機１１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。

石炭ガス化炉１１４は、微粉炭機１１３で処理された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置１１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が供給される。

石炭ガス化炉１１４は、ガスタービン設備１１７（圧縮機１６１）から圧縮空気供給ライン１４１が接続されており、このガスタービン設備１１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置１４２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１４３が石炭ガス化炉１１４に接続され、この第１窒素供給ライン１４３に微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂからの給炭ライン１４４ａ，１４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン１４５も石炭ガス化炉１１４に接続され、この第２窒素供給ライン１４５にチャー回収装置１１５からのチャー戻しライン１４６が接続されている。更に、酸素供給ライン１４７は、圧縮空気供給ライン１４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。

石炭ガス化炉１１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置１４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１１４は、チャー回収装置１１５に向けて可燃性ガスのガス生成ライン１４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン１４９にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１１５に供給するとよい。

チャー回収装置１１５は、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２とを有している。この場合、集塵装置１５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１１４で生成された可燃性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可燃性ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１１６に送られる。供給ホッパ１５２は、集塵装置１５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ１５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ１５２からのチャー戻しライン１４６が第２窒素供給ライン１４５に接続されている。

ガス精製装置１１６は、チャー回収装置１１５によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、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、ガス精製装置１１６は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１１７に供給する。なお、このガス精製装置１１６では、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。

ガスタービン設備１１７は、圧縮機１６１、燃焼器１６２、タービン１６３を有しており、圧縮機１６１とタービン１６３は、回転軸１６４により連結されている。燃焼器１６２は、圧縮機１６１から圧縮空気供給ライン１６５が接続されると共に、ガス精製装置１１６から燃料ガス供給ライン１６６が接続され、タービン１６３に燃焼ガス供給ライン１６７が接続されている。また、ガスタービン設備１１７は、圧縮機１６１から石炭ガス化炉１１４に延びる圧縮空気供給ライン１４１が設けられており、圧縮空気供給ライン１４１に昇圧機１６８が介設されている。従って、燃焼器１６２では、圧縮機１６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン１６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸１６４を回転することで発電機１１９を駆動することができる。

蒸気タービン設備１１８は、ガスタービン設備１１７における回転軸１６４に連結されるタービン１６９を有しており、発電機１１９は、この回転軸１６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ１２０は、ガスタービン設備１１７（タービン１６３）からの排ガスライン１７０に設けられており、空気と高温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。そのため、排熱回収ボイラ１２０は、蒸気タービン設備１１８のタービン１６９との間に蒸気供給ライン１７１が設けられると共に、蒸気回収ライン１７２が設けられ、蒸気回収ライン１７２に復水器１７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１１８では、排熱回収ボイラ１２０から供給された蒸気によりタービン１６９が駆動し、回転軸１６４を回転することで発電機１１９を駆動することができる。

そして、排熱回収ボイラ１２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置１７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突１７５から大気へ放出される。

ここで、実施例１の石炭ガス化複合発電設備１００の作動について説明する。

実施例１の石炭ガス化複合発電設備１００において、給炭装置１１１にて、原炭（褐炭）が原炭バンカ１２１に貯留されており、この原炭バンカ１２１の褐炭が石炭供給機１２２によりクラッシャ１２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された褐炭は、排気装置８において非凝縮性ガスが排気された後、流動層乾燥装置１に投入される。投入された褐炭は、流動層乾燥装置１により加熱乾燥された後、冷却器１３１により冷却され、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１から排出された蒸気は、乾燥炭サイクロン１３３および乾燥炭電気集塵機１３４により乾燥炭の粒子が分離され、蒸気圧縮機１３５で圧縮されてから流動層乾燥装置１の伝熱管３３に熱媒として戻される。一方、蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。

乾燥炭バンカ１３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機１３６により微粉炭機１１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置１４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン１４３を通して石炭ガス化炉１１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１１５で回収されたチャーが、空気分離装置１４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン１４５を通して石炭ガス化炉１１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１１７から抽気された圧縮空気が昇圧機１６８で昇圧された後、空気分離装置１４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン１４１を通して石炭ガス化炉１１４に供給される。

石炭ガス化炉１１４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、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１１４からガス生成ライン１４９を通して排出され、チャー回収装置１１５に送られる。

このチャー回収装置１１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置１５１に供給され、集塵装置１５１は、可燃性ガスに含まれるチャーを分離する。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ１５２に堆積され、チャー戻しライン１４６を通して石炭ガス化炉１１４に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１１６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。そして、ガスタービン設備１１７では、圧縮機１６１が圧縮空気を生成して燃焼器１６２に供給すると、この燃焼器１６２は、圧縮機１６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１１６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し、この燃焼ガスによりタービン１６３を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１１９を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備１１７におけるタービン１６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１２０にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１１８に供給する。蒸気タービン設備１１８では、排熱回収ボイラ１２０から供給された蒸気によりタービン１６９を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１１９を駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置１７４では、排熱回収ボイラ１２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突１７５から大気へ放出される。

以下、上述した石炭ガス化複合発電設備１００に設けられた排気装置８について詳細に説明する。図２は、実施例１に係る排気装置を模式的に表した概略構成図である。実施例１の排気装置８は、給炭装置１１１により投入された褐炭と共に混入した非凝縮性ガスを排気している。先ず、排気装置８に接続された流動層乾燥装置１について説明する。

図２に示すように、流動層乾燥装置１は、内部に褐炭が供給される乾燥炉５と、乾燥炉５の内部に設けられたガス分散板６と、を備えている。乾燥炉５は、長方体の箱状に形成されている。ガス分散板６は、乾燥炉５内部の空間を、鉛直方向下方側（図示下側）に位置する風室１１と、鉛直方向上方側（図示上側）に位置する乾燥室１２とに区分けしている。ガス分散板６には、多数の貫通孔が形成され、風室１１には、流動化蒸気が導入される。

乾燥炉５の乾燥室１２には、褐炭を投入する褐炭投入口３１と、褐炭を加熱乾燥した乾燥炭を排出する乾燥炭排出口３４と、流動化蒸気および乾燥時に発生する発生蒸気を排出する蒸気排出口３５と、褐炭を加熱する伝熱管３３とが設けられている。

褐炭投入口３１は、乾燥室１２の一端側（図示左側）に形成されている。褐炭投入口３１には、排気装置８が接続されており、給炭装置１１１から供給され排気装置８を通過した褐炭が、乾燥室１２に供給される。

乾燥炭排出口３４は、乾燥室１２の他端側（図示右側）の下部に形成されている。乾燥炭排出口３４からは、乾燥室１２内において乾燥された褐炭が、乾燥炭として排出され、排出された乾燥炭は上記した冷却器１３１へ向けて供給される。

蒸気排出口３５は、乾燥室１２の他端側における上面に形成されている。蒸気排出口３５は、褐炭の乾燥時において、乾燥室１２に供給された流動化蒸気と共に、湿潤燃料が加熱されることによって発生する発生蒸気を排出している。なお、蒸気排出口３５から排出された流動化蒸気および発生蒸気は、上記した集塵装置１３９へ向けて供給された後、蒸気圧縮機１３５に供給される。

伝熱管３３は、パネル状に構成され、流動層３の内部に設けられている。伝熱管３３には、蒸気圧縮機１３５の流出側が接続されており、管内に蒸気圧縮機１３５で圧縮された蒸気が乾燥用蒸気として供給される。このため、伝熱管３３は、管内に乾燥用蒸気が供給されると、乾燥用蒸気の潜熱を利用して、流動層３の褐炭を加熱し、これにより、流動層３の褐炭中の水分を除去することで、乾燥室１２内の褐炭を乾燥させる。この後、乾燥に利用された乾燥用蒸気は、乾燥室１２の外部に排出される。

従って、褐炭投入口３１を介して乾燥室１２に供給された褐炭は、ガス分散板６を介して供給される流動化蒸気により流動することで、乾燥室１２内に流動層３を形成すると共に、流動層３の上方にフリーボード部Ｆを形成する。乾燥室１２に形成される流動層３は、その流動方向が、乾燥室１２の一端側から他端側へ向かう方向となる。そして、流動層３となった褐炭は、伝熱管３３により加熱されることで、褐炭に含まれる水分が発生蒸気となって、流動化蒸気と共に蒸気排出口３５から排出される。蒸気排出口３５から排出された蒸気は、集塵装置１３９で蒸気に含まれる乾燥炭の粒子が集塵された後、蒸気圧縮機１３５に供給され、蒸気圧縮機１３５によって圧縮されることで昇温される。昇温した蒸気は、乾燥用蒸気として伝熱管３３に供給され、潜熱を利用して、褐炭を加熱する。

排気装置８は、給炭装置１１１と流動層乾燥装置１との間に設けられている。排気装置８は、給炭装置１１１から供給される褐炭を貯留する燃料貯留ホッパ（燃料貯留部）４１を有している。燃料貯留ホッパ４１は、その一方側（図示上側）が第１燃料供給ラインＬ１を介して給炭装置１１１に接続され、その他方側（図示下側）が第２燃料供給ラインＬ２を介して流動層乾燥装置１に接続されている。また、排気装置８は、第１燃料供給ラインＬ１に介設された第１ロータリーフィーダ４４と、第２燃料供給ラインＬ２に介設された第２ロータリーフィーダ４５とを有している。第１ロータリーフィーダ４４は、作動することで、給炭装置１１１から燃料貯留ホッパ４１へ向けて褐炭を供給する。一方で、第１ロータリーフィーダ４４は、作動を停止することで、第１燃料供給ラインＬ１を閉塞し、給炭装置１１１と燃料貯留ホッパ４１との間を仕切る仕切り部として機能する。同様に、第２ロータリーフィーダ４５は、作動することで、燃料貯留ホッパ４１から流動層乾燥装置１へ向けて褐炭を供給する。一方で、第２ロータリーフィーダ４５は、作動を停止することで、第２燃料供給ラインＬ２を閉塞し、燃料貯留ホッパ４１と流動層乾燥装置１との間を仕切る仕切り部として機能する。なお、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５による仕切りは、密封性を要求されない。

また、燃料貯留ホッパ４１には、その下部に蒸気供給ライン（蒸気供給部）Ｌ３が接続され、その上部にガス排出ライン（ガス排出部）Ｌ４が接続されている。蒸気供給ラインＬ３は、燃料貯留ホッパ４１の内部へ向けて蒸気を供給している。蒸気供給ラインＬ３に供給される蒸気は、例えば、外部の補助蒸気供給装置から供給される。また、一定時間運転後の乾燥炉５内の非凝縮性ガスの濃度が低下した蒸気を、圧縮機１３５出口から一部抽気して供給することもできる。ガス排出ラインＬ４は、燃料貯留ホッパ４１の内部の窒素等の非凝縮性ガスを排出可能となっている。つまり、ガス排出ラインＬ４は、蒸気供給ラインＬ３で燃料貯留ホッパ４１内に蒸気が供給された分、燃料貯留ホッパ４１の内部の非凝縮性ガスを排出している。そして、蒸気供給ラインＬ３およびガス排出ラインＬ４は、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを排気するガス排気部として機能している。なお、ガス排出ラインＬ４から排出された非凝縮性ガスは、各種熱源として有効活用される。

従って、上記のように構成された排気装置８では、第２ロータリーフィーダ４５の作動を停止させる一方で、第１ロータリーフィーダ４４を作動させることにより、給炭装置１１１から燃料貯留ホッパ４１に褐炭を供給する。供給された褐炭は、燃料貯留ホッパ４１に貯留される（燃料貯留工程）。この後、排気装置８は、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５の作動を停止させることで、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切り、これにより、燃料貯留ホッパ４１内の褐炭を隔離した状態とする（燃料隔離工程）。そして、蒸気供給ラインＬ３から燃料貯留ホッパ４１内に蒸気を供給する。すると、燃料貯留ホッパ４１は、その内部の非凝縮性ガスがガス排出ラインＬ４から排気されつつ、内部の非凝縮性ガスが蒸気で満たされる。このため、燃料貯留ホッパ４１内に蒸気が満たされることで、非凝縮性ガスが蒸気に置換され、これにより、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスが排気される（排気工程）。このとき、蒸気供給ラインＬ３を通って燃料貯留ホッパ４１に蒸気が供給されると、燃料貯留ホッパ４１内に貯留した褐炭は、蒸気により流動しながら予熱される。この後、排気装置２００は、第２ロータリーフィーダ４５を作動させて、燃料貯留ホッパ４１から流動層乾燥装置１に褐炭を供給する。

次に、図３および図４を参照して、排気装置８が接続されていない従来の流動層乾燥装置１の伝熱管３３に流通する乾燥用蒸気のクオリティと、排気装置８が接続された実施例１の流動層乾燥装置１の伝熱管３３に流通する乾燥用蒸気のクオリティとを比較する。図３は、従来に係る流動層乾燥装置における乾燥用蒸気のクオリティに関するグラフである。図４は、実施例１に係る流動層乾燥装置における乾燥用蒸気のクオリティに関するグラフである。

図３および図４に示すグラフは、その横軸が乾燥用蒸気のクオリティであり、その縦軸が乾燥用蒸気の温度である。なお、クオリティとは、蒸気の全量に対する気相の蒸気の割合であり、クオリティが低ければ低いほど、気相の蒸気の割合が少なく、液相の蒸気の割合が多くなる。

図３のグラフでは、排気装置８が接続されていないため、乾燥炉５内の雰囲気中に含まれる非凝縮性ガスの混入率は、５ｗｔ％となっている。一方で、図４のグラフでは、排気装置８が接続されているため、乾燥炉５内の雰囲気中に含まれる非凝縮性ガスの混入率は、１ｗｔ％となっている。このとき、図３および図４において、乾燥炉５内の雰囲気の圧力は、０．１ＭＰａとなっており、また、乾燥炉５内の露点温度Ｔ１は、１００℃前後となっている。なお、乾燥炉５内の露点温度Ｔ１が１００℃前後であるため、伝熱管３３に供給される乾燥用蒸気の温度Ｔ２は１００℃以上となっており、露点温度Ｔ１と乾燥用蒸気（伝熱管３３）の温度Ｔ２との温度差が、所定の温度差ΔＴとなっている。

また、図３において、乾燥炉５から排出された蒸気は、蒸気圧縮機１３５により再圧縮されて伝熱管３３に供給されることから、伝熱管３３を流通する乾燥用蒸気に含まれる非凝縮性ガスの混入率は、５ｗｔ％となっている。同様に、図４においても、乾燥炉５から排出された蒸気は、蒸気圧縮機１３５により再圧縮して伝熱管３３に供給されることから、伝熱管３３を流通する乾燥用蒸気に含まれる非凝縮性ガスの混入率は、１ｗｔ％となっている。このとき、図３および図４の乾燥用蒸気が流通する伝熱管３３内の圧力は、０．４９ＭＰａとなっている。

図３に示すように、従来の流動層乾燥装置１では、乾燥用蒸気の非凝縮性ガスの混入率が高いため、伝熱管３３に供給される乾燥用蒸気のクオリティが０．２よりも小さくなると、乾燥用蒸気の気相中における非凝縮性ガスの割合がより多くなる。このため、低クオリティ域での乾燥用蒸気の温度Ｔ２が急低下し、温度差ΔＴも小さくなり、潜熱を回収し難くなる。これにより、従来の流動層乾燥装置１では、クオリティが０．２よりも小さくなる乾燥用蒸気を用いることが困難となる。

一方で、図４に示すように、実施例１の流動層乾燥装置１では、乾燥用蒸気の非凝縮性ガスの混入率が低いため、伝熱管３３に供給される乾燥用蒸気のクオリティが０．２より小さくなっても、乾燥用蒸気の気相中における非凝縮性ガスの割合が、従来に比して少なくなる。このため、乾燥用蒸気の温度Ｔ２の急低下を抑制し、温度差ΔＴを確保できることから、実施例１の流動層乾燥装置１では、従来に比してより低クオリティの乾燥用蒸気を用いることが可能となる。なお、実施例１の流動層乾燥装置１では、乾燥用蒸気のクオリティが０．１以上であれば、乾燥用蒸気の温度Ｔ２の低下を抑制でき、乾燥用蒸気の潜熱の回収を効率よく行うことが可能となる。

以上のように、実施例１の構成によれば、排気装置８は、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切った状態で、褐炭と共に混入する非凝縮性ガスを排気することができる。このため、排気装置８は、非凝縮性ガスの混入を抑制しつつ、褐炭を流動層乾燥装置１に供給することができる。これにより、流動層乾燥装置１から排出される蒸気は、非凝縮性ガスの混入量が少ないものとすることができるため、再圧縮される乾燥用蒸気が低クオリティとなったとしても、乾燥用蒸気の温度低下を抑制でき、乾燥用蒸気の潜熱を効率よく回収することができる。

また、実施例１の構成によれば、排気装置８は、燃料貯留ホッパ４１内に貯留した褐炭を、蒸気供給ラインＬ３から供給した蒸気により予熱することができる。このため、予熱された褐炭を流動層乾燥装置１へ供給することができるため、流動層乾燥装置１の供給側において蒸気の再凝縮を抑制することができ、凝縮水により褐炭が凝集して流動化不良が発生することを抑制することができる。

また、実施例１の構成によれば、排気装置８は、燃料貯留ホッパ４１に褐炭を貯留し、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５により、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切った状態で、蒸気供給ラインＬ３から燃料貯留ホッパ４１内に蒸気を供給し、ガス排出ラインＬ４から燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを排出することで、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを好適に排気することができる。

次に、図５を参照して、実施例２に係る排気装置２００について説明する。図５は、実施例２に係る排気装置を模式的に表した概略構成図である。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明すると共に、実施例１と同様の構成である部分については、同じ符号を付す。実施例２に係る排気装置２００では、実施例１のガス排出ラインＬ４に吸気装置（ガス吸気部）２０１を介設している。以下、実施例２に係る排気装置２００について説明する。

実施例２の排気装置２００において、ガス排出ラインＬ４に介設された吸気装置２０１は、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを吸引すると共に、吸引した非凝縮性ガスを燃料貯留ホッパ４１の外部に排気している。そして、蒸気供給ラインＬ３、雰囲気排出ラインＬ４および吸気装置２０１は、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを排気するガス排気部として機能している。

従って、上記のように構成された排気装置２００では、第２ロータリーフィーダ４５の作動を停止させる一方で、第１ロータリーフィーダ４４を作動させることにより、給炭装置１１１から燃料貯留ホッパ４１に褐炭を供給する。供給された褐炭は、燃料貯留ホッパ４１に貯留される（燃料貯留工程）。この後、排気装置２００は、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５の作動を停止させることで、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切り、これにより、燃料貯留ホッパ４１内の褐炭を隔離した状態とする（燃料隔離工程）。この状態で、吸気装置２０１は、燃料貯留ホッパ４１の内部の非凝縮性ガスを吸引することで、ガス排出ラインＬ４を介して燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを排気する（排気工程）。

吸気装置２０１により燃料貯留ホッパ４１の内部の非凝縮性ガスを吸引すると、燃料貯留ホッパ４１の内部は負圧となる。このため、蒸気供給ラインＬ３から燃料貯留ホッパ４１に蒸気を供給し、燃料貯留ホッパ４１内と流動層乾燥装置１内とを均圧にすることで、燃料貯留ホッパ４１内の褐炭を流動層乾燥装置１内へ供給することができる。また、燃料貯留ホッパ４１は、その内部の非凝縮性ガスが蒸気で満たされる。これにより、排気装置２００は、非凝縮性ガスの燃料貯留ホッパ４１への流入を抑制できる。この後、排気装置２００は、第２ロータリーフィーダ４５を作動させて、燃料貯留ホッパ４１から流動層乾燥装置１に褐炭を供給する。

以上のように、実施例２の構成においても、排気装置２００は、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切った状態で、褐炭と共に混入する非凝縮性ガスを排気することができる。これにより、排気装置２００は、非凝縮性ガスの混入を抑制することができ、乾燥用蒸気が低クオリティとなったとしても、乾燥用蒸気の温度低下を抑制でき、乾燥用蒸気の潜熱を効率よく回収することができる。

また、実施例２の構成によれば、排気装置２００は、燃料貯留ホッパ４１に褐炭を貯留し、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５により、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切った状態で、吸気装置２０１によりガス排出ラインＬ４から燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを吸気した後、蒸気供給ラインＬ３から燃料貯留ホッパ４１内に蒸気を供給することで、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを好適に排気することができる。

なお、実施例２において、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５は、密封性の高いものを用いることが好ましい。

次に、図６を参照して、実施例３に係る排気装置２１０について説明する。図６は、実施例３に係る排気装置を模式的に表した概略構成図である。なお、実施例３でも、重複した記載を避けるべく、実施例２と異なる部分について説明すると共に、実施例２と同様の構成である部分については、同じ符号を付す。実施例２に係る排気装置２００では、実施例１のガス排出ラインＬ４に吸気装置２０１を介設した。実施例３に係る排気装置２１０では、蒸気供給ラインＬ３を廃すると共に、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５に代えて、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２を設けている。以下、実施例３に係る排気装置２１０について説明する。

実施例３の排気装置２１０において、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２（仕切り部）は、開閉弁の一種であり、開弁時において、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２の褐炭の流通をそれぞれ許容する。一方で、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２は、閉弁時において、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ閉止する。これにより、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２を閉弁することで、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切ることができ、燃料貯留ホッパ４１内の褐炭を隔離した状態にできる。このとき、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２は、密封性の高いものとなっている。なお、吸気装置２０１については、実施例２と同様であるため、説明を省略する。また、ガス排出ラインＬ４および吸気装置２０１は、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを排気するガス排気部として機能している。

従って、上記のように構成された排気装置２１０では、第２ボール弁２１２を閉弁する一方で、第１ボール弁２１１を開弁させることにより、給炭装置１１１から燃料貯留ホッパ４１に褐炭を供給する。供給された褐炭は、燃料貯留ホッパ４１に貯留される（燃料貯留工程）。この後、排気装置２１０は、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２が閉弁されることで、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切り、これにより、燃料貯留ホッパ４１内の褐炭を隔離した状態とする（燃料隔離工程）。この状態で、吸気装置２０１は、燃料貯留ホッパ４１の内部の非凝縮性ガスを吸引することで、ガス排出ラインＬ４を介して燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを排気する（排気工程）。この後、排気装置２１０は、第２ボール弁２１２が開弁されると、燃料貯留ホッパ４１から流動層乾燥装置１に褐炭を供給する。

以上のように、実施例３の構成においても、排気装置２１０は、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切った状態で、褐炭と共に混入する非凝縮性ガスを排気することができる。これにより、排気装置２１０は、非凝縮性ガスの混入を抑制することができ、乾燥用蒸気が低クオリティとなったとしても、乾燥用蒸気の温度低下を抑制でき、乾燥用蒸気の潜熱を効率よく回収することができる。

また、実施例３の構成によれば、排気装置２１０は、燃料貯留ホッパ４１に褐炭を貯留し、第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２により、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切った状態で、吸気装置２０１によりガス排出ラインＬ４から燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを吸気することで、燃料貯留ホッパ４１内の非凝縮性ガスを好適に排気することができる。

なお、実施例１から実施例３の排気装置８，２００，２１０では、複数の仕切り部として、第１ロータリーフィーダ４４および第２ロータリーフィーダ４５、または第１ボール弁２１１および第２ボール弁２１２を適用したが、この構成に限定されない。すなわち、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２をそれぞれ仕切る一方で、第１燃料供給ラインＬ１および第２燃料供給ラインＬ２における褐炭の流通を許容可能なものであれば、いずれであってもよい。

１ 流動層乾燥装置
３ 流動層
５ 乾燥炉
６ ガス分散板
８ 排気装置
１１ 風室
１２ 乾燥室
３１ 褐炭投入口
３３ 伝熱管
３４ 乾燥炭排出口
３５ 蒸気排出口
４１ 燃料貯留ホッパ
４４ 第１ロータリーフィーダ
４５ 第２ロータリーフィーダ
２００ 排気装置（実施例２）
２０１ 吸気装置
２１０ 排気装置（実施例３）
２１１ 第１ボール弁
２１２ 第２ボール弁
Ｌ１ 第１燃料供給ライン
Ｌ２ 第２燃料供給ライン
Ｌ３ 蒸気供給ライン
Ｌ４ ガス排出ライン
Ｆ フリーボード部

Claims (5)

1. 湿潤燃料を流動化蒸気により流動させながら、前記湿潤燃料を乾燥可能な流動層乾燥装置と、前記流動層乾燥装置へ向けて前記湿潤燃料を供給可能な燃料供給装置との間に設けられ、前記燃料供給装置との間および前記流動層乾燥装置との間をそれぞれ仕切った状態で、前記燃料供給装置から供給された前記湿潤燃料と共に混入する非凝縮性ガスを排気することを特徴とする非凝縮性ガスの排気装置。
2. 前記燃料供給装置から供給された前記湿潤燃料を貯留する燃料貯留部と、
   前記燃料供給装置と前記燃料貯留部との間および前記燃料貯留部と前記流動層乾燥装置との間にそれぞれ設けられた複数の仕切り部と、
   前記燃料貯留部内の前記非凝縮性ガスを排気するガス排気部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の非凝縮性ガスの排気装置。
3. 前記ガス排気部は、
   前記燃料貯留部内に蒸気を供給する蒸気供給部と、
   前記燃料貯留部内の前記非凝縮性ガスを排出するガス排出部と、を有していることを特徴とする請求項２に記載の非凝縮性ガスの排気装置。
4. 前記ガス排気部は、
   前記燃料貯留部内の前記非凝縮性ガスを吸気するガス吸気部を有していることを特徴とする請求項２または３に記載の非凝縮性ガスの排気装置。
5. 湿潤燃料を流動化蒸気により流動させながら、前記湿潤燃料を乾燥可能な流動層乾燥装置と、
   前記流動層乾燥装置へ向けて前記湿潤燃料を供給可能な燃料供給装置と、
   前記流動層乾燥装置と前記燃料供給装置との間に設けられた請求項１ないし４のいずれか１項に記載の非凝縮性ガスの排気装置と、
   前記流動層乾燥装置から供給された乾燥後の前記湿潤燃料を処理してガス化ガスに変換するガス化炉と、
   前記ガス化ガスを燃料として運転されるガスタービンと、
   前記ガスタービンからのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により運転される蒸気タービンと、
   前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とするガス化複合発電設備。

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