JP6173508B1 - スラグクラッシャ - Google Patents

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Abstract

【課題】スクリーンの上面に堆積したスラグをスクリーンの開口部から効率よく通過させることができるスラグクラッシャを提供する。【解決手段】スラグクラッシャであって、スラグ落下方向に対して交差するように設けられ、複数の開口部が形成されたスクリーンと、スクリーンの上面側に対面配置された少なくとも2つのスプレッダと、スプレッダを支持し、スプレッダ対向面に対し垂直方向に移動させるスプレッダ移動手段とを有し、スプレッダは、対向面に配置された複数の突起部と、対向面下端に配置され、スプレッダ幅方向に延在し、他のスプレッダに向かって突出した下部突起部と、を有し、下部突起部は、対向位置の他のスプレッダと最も接近した状態において、対向する下部突起部と面接触せず、かつ、対向する下部突起部との距離が、スプレッダ幅方向に渡り開口部の開口寸法より小さい。【選択図】図3

Description

本発明は、スラグクラッシャに関する。
石炭等の炭素含有燃料をガス化させるガス化炉の下部には、コンバスタで生成されて落下したスラグ(溶融スラグ)を集めるスラグホッパが備えられている(特許文献1)。
スラグホッパは、内部に冷却水が張られ、スクリーン、及びスプレッダを有するスラグクラッシャを下部に備えている。また、コンバスタから落下するスラグは、冷却水で急速に冷却されて固化し、スラグクラッシャのスクリーンの上面に落下する。このスクリーンは、スラグの落下方向に対して交差するように設けられると共に複数の開口部を備えている。これにより、スクリーンは、開口部の開口寸法よりも小さなスラグを通過させ、スラグホッパの下部へ落下させる。
一方、スクリーンの上面には、開口部の開口寸法よりも大きなスラグや、開口部の開口寸法よりも小さなスラグの堆積であるスラグ塊が堆積する。スラグ塊は、開口部を塞いだ大きなスラグ上に堆積している。そこで、スクリーンの上面に対向して設けられたスプレッダが、例えば油圧シリンダによってスクリーンの上面を移動し、スクリーンの上面に堆積したスラグを挟み込み、力を加えることで破砕し、スクリーンからスラグを通過させる。
特開平9−38510号公報
しかしながら、スプレッダがスクリーンの上面を移動してスラグを挟み込んでも、スラグがスプレッダの隙間に残留し、破砕されず、スプレッダの作動方向に寄せ集められるだけで、スクリーンを通過しないことがある。
そして、スクリーンの上面のスラグの堆積量が多くなり、ガス化炉からスラグが排出されず、スラグホッパ内にスラグが充満し、スクリーンのうち、スラグが通過する領域が少なくなり、スラグの排出効率が低下する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、スクリーンの上面に堆積したスラグをスクリーンの開口部から効率よく通過させることができるスラグクラッシャを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための本発明は、石炭をガス化させるガス化炉に設けられ、前記ガス化炉で生成されて落下したスラグを破砕するスラグクラッシャであって、前記スラグの落下方向に対して交差するように設けられ、複数の開口部が形成されたスクリーンと、前記スクリーンの上面側に配置され、互いに対面して配置された少なくとも2つのスプレッダと、前記スプレッダを支持し、前記スプレッダの前記対向面に対して垂直な方向に前記スプレッダを移動させるスプレッダ移動手段と、を有し、前記スプレッダは、対面する位置に配置された他のスプレッダとの対向面に配置され、他のスプレッダに向かって突出した複数の突起部と、前記対向面の下端に配置され、前記スプレッダの移動方向に直交する方向に延在し、他のスプレッダに向かって突出した下部突起部と、を有し、前記下部突起部は、対向して配置された前記他のスプレッダと最も接近した状態において、対向する前記下部突起部と面接触せず、かつ、対向する前記下部突起部との距離が、前記スプレッダの幅方向に渡り前記スクリーンの前記開口部の前記開口寸法よりも小さいことを特徴とする。
また、前記下部突起部は、前記スクリーンと対面する面が、対向する前記下部突起部に近づく方向に対して前記スクリーンと離れる向きに傾斜していることが好ましい。
また、前記下部突起部は、前記スプレッダの移動方向に直交する方向の位置によって、前記他のスプレッダに向かって突出する量が変化する凹凸形状であり、前記対向する前記下部突起部の凹凸を反転した形状であることが好ましい。
本発明によれば、スクリーンの上面に堆積したスラグをスクリーンの開口部から効率よく通過させることができる。
本発明の第1実施形態に係るガス化炉の縦断面図である。 本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャの平面図である。 本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャの待機位置における正面図である。 本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャの破砕位置における正面図である。 本発明の第1実施形態に係るスプレッダ及び下部突起部の水平断面図である。 本発明の第2実施形態に係るスラグクラッシャの待機位置における正面図である。 本発明の第2実施形態に係るスラグクラッシャの破砕位置における正面図である。 本発明の第2実施形態に係るスプレッダ及び下部突起部の水平断面図である。
以下、本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜構成の種々の省略、置換、組み合わせ、または変更を行うことができる。
第1実施形態に係るスラグクラッシャ22a、及びガス化炉12について図面を参照して説明する。図1は、本第1実施形態に係るガス化炉の縦断面図である。
第1実施形態に係るガス化炉12は、コンバスタ14と、リダクタ18と、スラグホッパ20と、下部ホッパ24とを有する。
ガス化炉12は、炭素含有燃料から可燃性ガスを生成する。ガス化炉12に適用される炭素含有燃料は、石炭、石油コーク、石炭コークス、アスファルト、ピッチ、オイルシェール等の重質系燃料の外、廃タイヤ、プラスティックス等の廃棄物が一例として挙げられる。以下の各実施形態では、ガス化させる炭素含有燃料を石炭とする場合について説明する。
ガス化炉12では、灰融点以上の1500〜1800℃程度の高温雰囲気とされるコンバスタ14において、石炭供給設備(不図示)から供給される微粉炭と、脱塵装置(不図示)で回収されて供給されるチャーとが、酸化剤と反応する。これにより、コンバスタ14では、供給された微粉炭及びチャーが高温燃焼されることによって、可燃性ガスである石炭ガスが生成されると共に、微粉炭中の灰分が溶融したスラグ16が生成される。
コンバスタ14の高温燃焼により得られた高温の石炭ガスは、コンバスタ14の上段に設けられたリダクタ18に流れ込む。このリダクタ18においても、微粉炭が供給され、供給された微粉炭がさらにガス化して、石炭ガスによる可燃性ガスが生成される。なお、本第1実施形態に係るコンバスタ14は、噴流床式であるが、これに限らず、流動床式や固定床式でもよい。
スラグホッパ20は、コンバスタ14の下部に配置される。スラグホッパ20は、内部に冷却水が張られ、コンバスタ14で生成されて落下したスラグ16を冷却水で急冷する。急冷されたスラグ16は、固化し、スラグホッパ20の下部に集められる。スラグホッパ20の下部には、固化したスラグ16を破砕し、下部ホッパ24へ排出するスラグクラッシャ22aが設けられる。
なお、本第1実施形態に係るガス化炉12は、スラグ16を下部ホッパ24まで落下させることで系外へ排出する重力落下方式を採用しているが、これに限定されない。例えば、スラグ16を下部ホッパ24へ落下させることなく、取り出して再利用する横吸出方式を採用してもよい。
次に、図1に加え、図2、図3、図4及び図5を用いて、本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aについて説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aの平面図である。図3は、本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aの待機位置における正面図である。図4は、本発明の第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aの破砕位置における正面図である。図5は、本発明の第1実施形態に係るスプレッダ62a及び下部突起部68aの水平断面図である。
スラグクラッシャ22aは、冷却水が張られたスラグホッパ20の下部に配置されている。スラグクラッシャ22aは、スクリーン60aと、スプレッダ62aと、油圧シリンダ64aと、を備える。
スクリーン60aは、図2に示すように、複数の矩形の開口部70aを有し、開口部70aの開口寸法より小さなスラグ16を通過させる板状の部材である。スクリーン60aは、コンバスタ14から落下するスラグ16の落下方向に対して交差するように設けられる。コンバスタ14から落下するスラグ16は、スラグホッパ20に張られた冷却水へ着水し、急速に冷却されて固化する。固化したスラグ16は、スクリーン60aの上面に落下する。開口部70aの開口寸法よりも大きなスラグ16は、スクリーン60aの上面に堆積する。スクリーン60aの開口部70aの形状は矩形に限定されず、例えば、円形や多角形でもよい。
スプレッダ62aは、図2及び図3に示すように、スクリーン60aの上面において、対向して配置された2組の板状の部材である。スプレッダ62aの材質は、SUSである。スプレッダ62aは、油圧シリンダ64aに支持されている。スプレッダ62aは、油圧シリンダ64aによってスクリーン60aの上面を移動する。スプレッダ62aは、スクリーン60aの上面を移動し、スクリーン60aの上面に堆積したスラグ16を挟み込む。なお、図3に示されるスプレッダ62aの位置は、スクリーン60aの上面を移動する前の待機位置を示す。また、図4に示されるスプレッダ62aの位置は、スクリーン60aの上面を移動し、対向するスプレッダ62aに対して最も接近した時の位置(以下、破砕位置)を示す。なお、スプレッダ62a、62bは、対向して配置される2組の板状の部材としたが、組数は特に限定されない。
スプレッダ62aは、対向面に突起部66aと下部突起部68aとが設けられている。突起部66aは、スプレッダ62aの対向面の上部に設けられている。突起部66aは、円錐形状であり、スプレッダ62aの対向面から、対向するスプレッダ62aに向けて突出している。突起部66aは、スプレッダ62aの表面に間隔を空けて複数配置されている。突起部66aは、溶接によりスプレッダ62aの対向面に固定される。突起部66aの材質は、例えば、SUSである。なお、図2に示される突起部66aは、一例として四角錐台形状であるが、これに限らず、例えば円錐形状、円錐台形状、多角垂形状、または多角垂台形状等であってもよい。
下部突起部68aは、スプレッダ62aの対向面の下部、つまり、突起部66aよりも鉛直方向側に設けられる。下部突起部68aは、鉛直方向下側の面がスクリーン60aと対面している。下部突起部68aは、水平方向に延在している。下部突起部68aは、溶接によりスプレッダ62aの対向面に固定される。下部突起部68aの材質は、例えば、SUSである。下部突起部68aは、図5に示すように、対向する下部突起部68aと互い違いに組み合うようにスプレッダ62aの幅方向に渡り対向配置されている。つまり、下部突起部68aは、スプレッダの移動方向に直交する方向の位置によって、他のスプレッダに向かって突出する量が変化する凹凸形状である。また、下部突起部68aは、対向する下部突起部68aの凹凸を反転した形状である。これにより、下部突起部68aの凹部と対向する下部突起部68aの凸部とが水平方向で同じ位置となり、下部突起部68aの凸部と対向する下部突起部68aの凹部とが水平方向で同じ位置となり、下部突起部68aが近づいた場合、凹凸が組み合う状態となる。
なお、突起部66a及び下部突起部68aは、スプレッダ62aの対向面に溶接で固定される構成としたが、固定方法は特に限定されず、鋳造による一体構造としてもよい。
下部突起部68aは、スプレッダ62aが油圧シリンダ64aにより破砕位置まで移動した状態において、対向する下部突起部68aとの距離がスプレッダ62aの幅方向に渡りスクリーン60aの開口部70aの開口寸法よりも小さくなる長さでスプレッダ62aに設けられている。また、下部突起部68aは、スプレッダ62aが油圧シリンダ64aにより破砕位置まで移動した状態において、対向する下部突起部68aと幅方向に渡り面接触しない長さでスプレッダ62aに設けられている。また、下部突起部68aと対向位置にある下部突起部68aとの距離は、突起部66aと対向位置にある突起部66a(対向する位置に突起部66aがない場合、スプレッダ62aの対向面)との距離よりも小さい。すなわち、下部突起部68aは、スプレッダ62aの幅方向からスラグクラッシャ22aを見た場合、同じスプレッダ62aの対向面に配置された突起部66aよりも移動方向(スプレッダ62bの移動方向)に突出している。
第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aは、以上のような構成であり、コンバスタ14で生成されたスラグ16はスラグホッパ20に張られた冷却水へ落下し、急冷され固化する。このとき、大部分のスラグ16は、急速に冷却されたことにより粉砕し、数mmから数十mmの粒径のスラグとなるが、一部これよりも大きな粒径のスラグ16が混じる。固化したスラグ16は、スクリーン60aに落下する。スクリーン60aの上面に落下したスラグ16のうち、スクリーン60aの開口部70aの開口寸法より小さなスラグ16は、開口部70aを通過して、下部ホッパ24へ落下する。一方、開口部70aの開口寸法よりも大きなスラグ16は、開口部70aを通過できずにスクリーン60aの上面に堆積する。そこで、スプレッダ62aが所定の時間間隔毎にスクリーン60aの上面を待機位置から破砕位置まで移動する。スプレッダ62aは、破砕位置へ移動する際に、スクリーン60aの上面に堆積したスラグ16をかき集める。破砕位置に移動したスプレッダ62aは、対向面に配置された突起部66aと、対向位置にあるスプレッダ62aの対向面に配置された突起部66aとにより、スラグ16を挟み込むことにより、堆積したスラグ16を破砕し、スラグ16を開口部70aから通過し易くする。
スラグ16のうち、破砕位置において対向し合う突起部66aの間の距離よりも小さく、開口部70aよりも大きい粒径のスラグ16は、対向する突起部66aの挟み込みによって破砕されず、開口部70aを通過せずに、スクリーン60aの上面に堆積する。スプレッダ62aの対向面の下部に設けられた下部突起部68aは、スクリーン60aの上面に堆積したスラグ16を、開口部70aの開口寸法よりも小さく、かつ面接触しない距離までスラグ16を挟み込む。これにより、スラグは粉砕され、スクリーン60aを通過する。
本第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aは、スプレッダ62aの下部に配置され、互いに対向しあう下部突起部68aの破砕位置における距離がスプレッダ62aの幅方向に渡りスクリーン60aの開口寸法よりも小さく、面接触しない距離となっている。これにより、下部突起部68aがスクリーン60aの上面に堆積したスラグ16をスクリーン60aの開口寸法よりも小さい粒径まで破砕することを可能にし、よりスクリーン60aからスラグ16を排出し易くできる。また、これにより、対向し合う下部突起部68aの接触を防ぐことを可能にし、下部突起部68aの機械的損傷、及び油圧シリンダ64aに過剰な圧力がかかり油圧系統が損傷することを防ぐことができる。
また、本第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aは、対向する下部突起部68aが互い違いに組み合うように対向配置されている。これにより、スラグ16を破砕する際、スプレッダ62aの幅方向両側に位置する下部突起部68aの凸部でスラグの逃げ道を塞ぎつつ破砕することを可能にし、スプレッダ62aの幅方向外側の端部にスラグが広がり、堆積することを防ぐことができる。また、下部突起部68aの破砕に寄与する面積を大きくすることを可能にし、より効率的にスラグ16を破砕することができる。
また、本第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aは、突起部66a、及び下部突起部68aが溶接により固定されている。これにより、突起部66a、及び下部突起部68aが摩耗、あるいは機械的損傷をした際、新たな部材と交換することを可能にし、メンテナンスを容易にすることができる。
従って、本第1実施形態に係るスラグクラッシャ22aは、スクリーン60aの上面に堆積したスラグ16をスクリーン60aの開口部70aからより通過し易くできる。これにより、スラグ16がスクリーン60aの上面に堆積しても、スラグクラッシャ22aにより、より確実にスラグ16の排出が可能となる。その結果、スラグ16の堆積によりガス化炉12の運転が停止されることを抑制でき、ガス化炉12の継続的な運転が可能となる。
また、下部突起部68aと、スクリーン60aとの間の距離は、スクリーン開口寸法の2.5倍以下であることが好ましい。これにより、スラグ16が下部突起部68aとスクリーン60aとの隙間に残留することを防ぎ、下部突起部68aがスラグ16をより確実に挟み込み破砕することができる。
なお、スプレッダ62aは、スクリーン60aの上部において対向して配置される構成としたが、スクリーン60aの上部に配置される受壁に対向して配置され、スプレッダ62aが受け板に向かって移動する構成としてもよい。そうすることで、油圧シリンダ64a、64b等の駆動機器の数を減らすことを可能にし、スラグクラッシャ22aの製造コストを下げることができる。
次に、図6、図7及び図8を用いて、第2実施形態のスラグクラッシャ22bについて説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係るスラグクラッシャ22bの待機位置における正面図である。図7は、本発明の第2実施形態に係るスラグクラッシャ22bの破砕位置における正面図である。図8は、本発明の第2実施形態に係るスプレッダ62b及び下部突起部68bの水平断面図である。なお、第2の実施形態のスラグクラッシャ22bは、上述した第1実施形態のスラグクラッシャ22aに代えてガス化炉12に適用することができる。つまり、第2実施形態のガス化炉は、スラグクラッシャ22b以外は、ガス化炉12と同様の構成である。
図6及び図7に示すスラグクラッシャ22bは、スクリーン60bと、スプレッダ62bと、油圧シリンダ64bと、突起部66bと、下部突起部68bとを備える。スラグクラッシャ22bは、下部突起部68bの形状以外はスラグクラッシャ22aと同様の構造である。
スプレッダ62bの対向面の下部には、下部突起部68bが設けられる。下部突起部68bは、図6及び図7に示すように、鉛直方向下側の面、つまりスクリーン60bと対向している面が対向面から対向するスプレッダ62bに向かうにしたがって上向きに移動する方向に傾斜している。また、下部突起部68bと対向位置に配置された下部突起部68bとは、図8に示すように、互いに対向する面がスプレッダ62bの幅方向に渡り平坦、及び平行である。下部突起部68bの厚みは、スプレッダ62bが油圧シリンダ64bにより破砕位置まで移動した状態において、対向する下部突起部68bとの距離がスプレッダ62bの幅方向に渡りスクリーン60bの開口部70bの開口寸法よりも小さくなる厚みである。下部突起部68bの厚みは、スプレッダ62bが油圧シリンダ64bにより破砕位置まで移動した状態において、対向する下部突起部68bと幅方向に渡り面接触しない厚みである。下部突起部68bと、対向位置にある下部突起部68bとの距離は、突起部66bと、対向位置にある突起部66bとの距離よりも小さい。すなわち、下部突起部68bは、スプレッダ62bの幅方向からスラグクラッシャ22bを見た場合、同じスプレッダ62bの対向面に配置された突起部66bよりも移動方向(スプレッダ62bの移動方向)に突出している。
第2実施形態に係るスラグクラッシャ22bは、以上のような構成であり、下部突起部68bは、スプレッダ62bが破砕位置へ移動する際、スクリーン60bの上面に堆積したスラグ16を下部突起部68bの傾斜した面とスクリーン60bとの間の空間にかき集めながら破砕位置へ移動する。このとき、下部突起部68bの傾斜した面は、スラグ16に下向きの力を加え、スラグ16を破砕する。また、スラグ16とスクリーン60bとの間に生じる摩擦力は、スラグ16に加えられる下向きの力により大きくなる。スラグ16は、スクリーン60bとの間に生じる摩擦力によって破砕される。また、スラグ16は、下部突起部68bから加えられる下向きの力により、スクリーン60bの開口部70bに一部分が嵌まる。下部突起部68bは、この状態で移動方向(スプレッダ62bの移動方向)に移動し、開口部70bに嵌まったスラグ16に対して水平方向の力を加え、スラグ16を刈り取るように破砕する。
第2実施形態に係る下部突起部68bは、スプレッダ62bが破砕位置へ移動する方向に対して上向きに傾斜した面を有する。これにより、移動方向(スプレッダ62bの移動方向)へ移動するときにスラグ16に対して下向きの力を加えて破砕することを可能にし、よりスクリーン60bの開口部70bからスラグ16を排出し易くすることができる。
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、複数の上記実施形態を組み合わせてもよい。
例えば、スラグクラッシャ22bの下部突起部68bの平坦、及び平行な形状を、下部突起部68aの互い違いに組み合う形状としてもよい。
12 ガス化炉
14 コンバスタ
16 スラグ
18 リダクタ
20 スラグホッパ
22a、22b スラグクラッシャ
24 下部ホッパ
26 通過スラグ
60a、60b スクリーン
62a、62b スプレッダ
64a、64b 油圧シリンダ
66a、66b 突起部
68a、68b 下部突起部
70a、70b 開口部

Claims (3)

  1. 石炭をガス化させるガス化炉に設けられ、前記ガス化炉で生成されて落下したスラグを破砕するスラグクラッシャであって、
    前記スラグの落下方向に対して交差するように設けられ、複数の開口部が形成されたスクリーンと、
    前記スクリーンの上面側に配置され、互いに対面して配置された少なくとも2つのスプレッダと、
    前記スプレッダを支持し、前記スプレッダの前記対向面に対して垂直な方向に前記スプレッダを移動させるスプレッダ移動手段と、を有し、
    前記スプレッダは、対面する位置に配置された他のスプレッダとの前記対向面に配置され、前記他のスプレッダに向かって突出した複数の突起部と、前記対向面の下端に配置され、前記スプレッダの移動方向に直交する方向に延在し、前記他のスプレッダに向かって突出した下部突起部と、を有し、
    前記下部突起部は、対向して配置された前記他のスプレッダと最も接近した状態において、対向する前記下部突起部と面接触せず、かつ、対向する前記下部突起部との距離が、前記スプレッダの幅方向に渡り前記スクリーンの前記開口部の開口寸法よりも小さく、前記スプレッダの移動方向に直交する方向の位置によって、前記他のスプレッダに向かって突出する量が変化する凹凸形状であり、前記対向する前記下部突起部の凹凸が互い違いに組み合うよう凹凸を反転させた形状であることを特徴とするスラグクラッシャ。
  2. 前記下部突起部は、前記スクリーンと対面する面が、対向する前記下部突起部に近づく方向に対して前記スクリーンと離れる向きに傾斜していることを特徴とする請求項1に記載のスラグクラッシャ。
  3. 前記下部突起部は、前記スプレッダの移動方向に直交する方向の位置によって、前記他のスプレッダに向かって突出する量が変化する凹凸形状であり、前記対向する前記下部突起部の凹凸を反転した形状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスラグクラッシャ。
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