JP6202524B2 - 固化物溶融バーナ装置、石炭ガス化炉 - Google Patents
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Description
ここで、石炭をガス化すると、石炭ガス化炉には燃え滓としてスラグが残るので、このスラグを、石炭ガス化炉から排出する必要がある。スラグは、充分に高温であれば流動性を有するので、石炭ガス化炉の下部に設けられたスラグタップ(スラグホール)から連続的に排出される。
例えば、バーナを進退可能に構成し、固化スラグを加熱する際、バーナの先端をスラグタップ近傍に移動させてから火炎を噴射させるものがある。このように構成することで、固化スラグを加熱して溶融させることができる(例えば、特許文献1参照)。
また、固化物に対するバーナの先端の距離が所定の距離よりも短い場合に、火炎を噴射してしまうことを確実に防止できる。このため、バーナの焼損を確実に防止できる。
また、複数のバーナのうち、選択されたバーナの先端と固化物との間の距離が所定の距離よりも短い場合、選択されたバーナの先端から火炎を噴射してしまうことを確実に防止できる。このため、バーナの焼損を確実に防止できる。
また、固化物が第1温度閾値以下であり、確実に固化している場合に限り、突き押し手段によって固化物を突き押すことができる。このため、突き押し手段によって、確実に固化物を除去することができる。
(石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント)
次に、この発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る石炭ガス化炉1を備えた石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント(以下、単に発電プラントという)100の一部を示す系統図である。
同図に示すように、発電プラント100は、石炭ガス化炉1と、この石炭ガス化炉1の後流側に設けられたチャー回収設備11と、を備えている。
石炭ガス化炉1には、下流側から順に、スラグホッパ2、スラグ燃焼室3、コンバスタ4、リダクタ5、および後部熱交換器6が設けられている。
スラグホッパ2は、スラグ燃焼室3から流れ落ちるスラグ(詳細は後述する)を冷却するものである。スラグホッパ2には、一定量の冷却用のスラグホッパ水19が貯水されている。
チャー回収設備11は、石炭ガス化炉1によって生成された石炭ガスに含まれるチャーを回収するものである。チャー回収設備11は、1個または複数個のサイクロン12と、1個または複数個のポーラスフィルタ13と、チャービン14と、を備えている。回収されたチャー17は、燃料等として外部利用されたり、チャーバーナ8にリサイクルさせてガス化されたりする。
図2は、スラグ溶融バーナ装置23の概略構成図、図3は、スラグ溶融バーナ装置23の動作説明図である。
図2に示すように、スラグ溶融バーナ装置23は、スラグタップ10に近接、離間可能に設けられたバーナ本体41と、バーナ本体41を駆動するバーナ駆動部42と、スラグタップ10に生成された固化スラグSを検出するレーザ測定器43と、レーザ測定器43による検出結果に基づいて、バーナ本体41の駆動制御を行う制御部44と、を備えている。
レーザ測定器43は、スラグ燃焼室3の側面3aに、バーナ本体41に近接するように配置されている。レーザ測定器43は、バーナ本体41が最も縮退した状態のバーナ本体41の先端と固化スラグSとの間の距離を測定する。
次に、図4に基づいて、スラグ溶融バーナ装置23の動作について説明する。
図4は、スラグ溶融バーナ装置23の動作を示すフローチャートである。
このため、以下の説明では、スラグタップ10におけるバーナ本体41の移動範囲に対応する箇所に固化スラグSが生成された場合における、スラグ溶融バーナ装置23の動作について説明する。
具体的には、レーザ測定器43を常時起動しておき、スラグタップ10に固化スラグSが生成されているか否かの検出をレーザ測定器43により行う。そして、スラグタップ10に固化スラグSが生成されていることが検出された場合、スラグ溶融バーナ装置23の作動準備を行う。
そして、レーザ測定器43の測定結果を、信号として制御部44に出力する。
続いて、レーザ測定器43が正常に動作しているか否かの判断を行う(ステップST102)。
例えば、レーザ測定器43による測定距離が極端に短い場合等、レーザ測定器43のレーザ光照射面に異物が付着していることも考えられ、このような場合、レーザ測定器43に異常が生じていると判断する。
一方、ステップST102による判断が「Yes」、つまり、レーザ測定器43が正常に動作していると判断した場合、バーナ駆動部42のセンサ45によって、バーナ本体41の現在位置を検出する(ステップST104)。
続いて、制御部44によって、距離Xrと伸長移動距離Xbとの差分を計算し、この計算値が予め制御部44に記憶されている規定値(点火限界閾値)以上か否かの判断を行う(ステップST106)。
なお、バーナ本体41が最も縮退した位置にあるとき、伸長移動距離Xbは、Xb=0となる。
これにより、スラグ溶融バーナ装置23の動作が完了する。
なお、一定時間は、固化スラグSを溶融するのに十分な時間に設定されており、この時間は、制御部44に記憶されている。また、バーナ本体41は、火炎の噴射中心線C1がスラグタップ10の一部、より具体的には、スラグタップ10の固化スラグSが形成されている箇所に交差するように設けられている。このため、固化スラグSが完全に溶融された後、バーナ本体41の先端から火炎が噴射し続けていたとしても、スラグタップ10が焼損してしまうことを防止できる。
さらに、制御部44は、バーナ本体41が移動限界閾値に達した時点でバーナ本体41を停止させ、火炎を噴射させるので、バーナ本体41の焼損のおそれがない範囲で、効率よく固化スラグSを溶融させることができる。
次に、本発明の第2実施形態を図5、図6に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する(以下の実施形態についても同様)。
図5は、第2実施形態におけるスラグ溶融バーナ装置223の概略構成図である。
同図に示すように、第1実施形態と第2実施形態との相違点は、第1実施形態のスラグ溶融バーナ装置23には、レーザ測定器43が設けられているのに対し、第2実施形態のスラグ溶融バーナ装置223には、レーザ測定器43に代わって温度センサ243が設けられている点にある。
次に、図6に基づいて、スラグ溶融バーナ装置223の動作について説明する。
図6は、スラグ溶融バーナ装置223の動作を示すフローチャートである。
このため、以下の説明では、スラグタップ10におけるバーナ本体41の移動範囲に対応する箇所に固化スラグSが生成された場合の、スラグ溶融バーナ装置223の動作について説明する。
具体的には、上述の第1実施形態で用いたレーザ測定器43等、固化スラグSを検出可能な装置を用い、スラグタップ10に固化スラグSが生成されていることが検出された場合、スラグ溶融バーナ装置223の作動準備を行う。
なお、図5では、レーザ測定器43等の装置の図示を省略している。レーザ測定器43を用いた場合の固化スラグSの検出方法は、前述の第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
続いて、温度センサ243が正常に動作しているか否かの判断を行う(ステップST202)。
例えば、スラグタップ10に固化スラグSが生成されていることが検出されているにも関わらず、温度センサ243によって温度を検出することができない場合、温度センサ243に異常が生じていると判断する。
一方、ステップST202による判断が「Yes」、つまり、温度センサ243が正常に動作していると判断した場合、温度センサ243によって、固化スラグSの温度を検出し、温度センサ243の測定結果を、信号として制御部244に出力する(ステップST204)。
そして、固化スラグSに対してバーナ本体41の先端が適正な位置にあることを確認し、バーナ本体41の先端から火炎を噴射させる(ステップST207、バーナ点火工程)。
これにより、スラグ溶融バーナ装置23の動作が完了する。
このとき、固化スラグSが完全に固化しているので、バーナ本体41の先端が衝突することにより、スラグタップ10から固化スラグSが剥離し、除去される。これにより、スラグ溶融バーナ装置23の動作が完了する。
また、バーナ本体41に、固化スラグSを突き押すための突き押し棒(不図示)を一体的に設けてもよい。さらに、バーナ本体41とは別に突き押し棒を設け、ステップST205の判断が「No」の場合、突き押し棒を駆動させて固化スラグSを除去するように構成してもよい。バーナ本体41とは別に突き押し棒を設ける場合、この突き押し棒を駆動させるための駆動部(不図示)を別途設け、この駆動部を制御部244によって制御する。
なお、上述の第2実施形態では、温度センサ243を用いて固化スラグSの温度を測定し、固化スラグSの温度が規定値以下で完全に固化している場合のみ、固化スラグSにバーナ本体41を衝突させる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、固化スラグSの温度が規定値を越えている場合、固化スラグSの温度が規定値以下になるまでバーナ本体41を静止させておき、その後、固化スラグSにバーナ本体41を衝突させるように制御してもよい。
また、前述の第1実施形態に、第2実施形態のような固化スラグSにバーナ本体41を衝突させる制御を加えてもよい。すなわち、図7に示すように、第1実施形態のレーザ測定器43によって固化スラグSを検出し、かつ、固化スラグSとバーナ本体41の先端との間の距離Xrが、バーナ本体41の焼損を回避できないような距離(点火限界閾値よりも短い距離)である場合、バーナ本体41の先端から火炎を噴射させることなく、そのままバーナ本体41の先端を、固化スラグSに衝突させるように制御してもよい。
このように構成することで、固化スラグSが生成された位置がバーナ本体41の先端に接近しており、そのままバーナ本体41から火炎を噴射するとバーナ本体41が焼損してしまうような場合であっても、確実に固化スラグSを除去することができる。
次に、本発明の第3実施形態を、図8に基づいて説明する。
図8は、第3実施形態におけるスラグ溶融バーナ装置323の概略構成図である。
同図に示すように、前述の第1実施形態と第3実施形態との相違点は、第1実施形態では、バーナ本体41、バーナ駆動部42、およびレーザ測定器43のセット(以下、バーナセットという)が1セット設けられているのに対し、第3実施形態では、バーナセットが2セット設けられている点にある。
また、2セットとも使用可能な場合、固化スラグSに効率よく火炎を衝突させることが可能なバーナ本体41を使用することが望ましい。
このように構成することで、固化スラグSの周囲のさまざまな位置からバーナ本体41を接近させることが可能になるので、固化スラグSに対して最適な位置にあるバーナ本体41を選択し易くなる。また、選択したバーナ本体41により、2つのバーナセットを設けた場合と比較して、さらに効率よく固化スラグSを溶融することが可能になる。
次に、図9に基づいて、第3実施形態の第1変形例について説明する。
図9は、第3実施形態の第1変形例におけるスラグ溶融バーナ装置323の概略構成図であって、図8に対応している。
同図に示すように、この第1変形例では、2つのバーナセットのうち、一方のバーナセット(図9における右側に配置されているバーナセット)が配置されている位置と、他方のバーナセット(図9における左側に配置されているバーナセット)が配置されている位置との、スラグタップ10の中心軸C2に沿う方向(以下、単に軸方向という)の高さが異なっている。この点、上述の第3実施形態と異なっている。
なお、噴射中心線C1’の傾斜角度θ1および噴射中心線C1’’の傾斜角度θ2は、同一角度に設定されていてもよい。しかしながら、傾斜角度θ1よりも傾斜角度θ2を大きく設定することで、各バーナ本体41の先端から噴射される火炎を、確実に固化スラグSに衝突させることができる。
さらに、各バーナセットの軸方向の高さを異ならせることにより、2つのバーナセットのそれぞれのバーナ本体41から同時に火炎を噴射させることも、より安全に行うことができる。すなわち、各バーナセットの軸方向の高さが異なるので、2つのバーナ本体41から同時に火炎を噴射させたとしても、火炎同士が干渉したり、バーナ本体41に火炎が衝突したりすることを確実に防止できる。
次に、図10に基づいて、第3実施形態の第2変形例について説明する。
図10は、第3実施形態の第2変形例におけるスラグ溶融バーナ装置323の概略構成図であって、図8に対応している。
同図に示すように、前述の第3実施形態における第1変形例と第2変形例との相違点は、第1変形例では、軸方向で高さの異なる2つのバーナセットが、スラグタップ10の中心軸C2回りに離間して配置されているのに対し、第2変形例では、軸方向で高さの異なる2つのバーナセットが、軸方向に沿う同一直線上に配置されている点にある。
次に、本発明の第4実施形態を、図11に基づいて説明する。
図11は、第4実施形態におけるスラグ溶融バーナ装置423の概略構成図である。
同図に示すように、前述の第1実施形態と第4実施形態との相違点は、第1実施形態では、スラグ燃焼室3にスラグ溶融バーナ装置23が固定されているのに対し、第4実施形態では、スラグ溶融バーナ装置423がスラグタップ10の中心軸C2回りに移動可能に設けられている点にある。
次に、スラグ溶融バーナ装置423の動作について説明する。
まず、レーザ測定器43によって、固化スラグSの有無を検出する。この固化スラグSの有無の検出方法は、前述の第1実施形態と同様である。
次に、レーザ測定器43によって、バーナ本体41の先端と固化スラグSとの間の距離Xrを測定する。そして、この距離Xrとバーナ本体41の伸長移動距離Xbとの差分が規定値(点火限界閾値)以上の場合、制御部44(図2参照)によって、バーナ本体41を伸長移動させ、その先端が所定の位置に移動したところでバーナ本体41の先端から火炎を噴射する。
次に、移動装置61によって、スラグ溶融バーナ装置423を最適な位置に移動させる。この後、バーナ本体41を伸長移動させ、その先端が所定の位置に移動したところでバーナ本体41の先端から火炎を噴射する。
一方、スラグ溶融バーナ装置423を最適な位置に移動させ、バーナ本体41の先端から火炎を噴射させる場合、スラグ溶融バーナ装置423は、右回転および左回転の何れの方向にも移動可能に構成されている必要がある。これは、一旦、可動範囲全域に亘ってスラグ溶融バーナ装置423が移動した後、このスラグ溶融バーナ装置423を最適な位置に移動させる必要があるからである。
例えば、スラグ溶融バーナ装置を、各実施形態や各変形例を組み合わせて構成することも可能である。
3…スラグ燃焼室(炉本体)
4…コンバスタ(炉本体)
5…リダクタ(炉本体)
10…スラグタップ(対象部位)
23,223,323,423…スラグ溶融バーナ装置(固化物溶融バーナ装置)
41…バーナ本体(バーナ、突き押し手段)
42…バーナ駆動部(突き押し手段)
43…レーザ測定器(固化物検出部)
44,244…制御部
61…移動装置(バーナ位置調整部)
243…温度センサ(温度検出部)
C1,C1’,C1’’…火炎の噴射中心線
C2…中心軸
S…固化スラグ(固化物)
Claims (12)
- 対象部位に生成された固化物を溶融するための固化物溶融バーナ装置であって、
先端から火炎を噴射させるバーナと、
該バーナを前記対象部位に近接、離間させるバーナ駆動部と、
前記対象部位よりも前記バーナが設けられた側に設定された検出範囲に生成される固化物を検出する固化物検出部と、
該固化物検出部による検出結果に基づいて前記バーナを制御する制御部と、
を備え、
前記固化物検出部は、前記検出範囲に生成される固化物までの距離を検出可能であり、
前記制御部は、前記固化物検出部による検出結果に基づいて、前記バーナの先端から固化物までの距離が、予め設定された点火限界閾値以上の場合に、前記バーナを点火させる固化物溶融バーナ装置。 - 対象部位に生成された固化物を溶融するための固化物溶融バーナ装置であって、
先端から火炎を噴射させるバーナと、
該バーナを前記対象部位に近接、離間させるバーナ駆動部と、
前記対象部位よりも前記バーナが設けられた側に設定された検出範囲に生成される固化物を検出する固化物検出部と、
該固化物検出部による検出結果に基づいて前記バーナを制御する制御部と、
を備え、
前記固化物検出部は、前記検出範囲に生成される固化物までの距離を検出可能であり、
前記制御部は、前記バーナ駆動部により前記バーナを、前記対象部位に近接させる方向に進出させると共に、前記固化物検出部による検出結果に基づいて、前記固化物検出部で検出された固化物から前記バーナの先端までの距離が移動限界閾値に達する位置で前記バーナ駆動部による前記バーナの進出を停止させ、前記バーナを点火させる固化物溶融バーナ装置。 - 請求項2に記載の固化物溶融バーナ装置において、
前記移動限界閾値は、前記バーナを点火した時に、当該バーナが前記固化物により偏向した自己火炎による損傷が無い範囲として選定する固化物溶融バーナ装置。 - 対象部位に生成された固化物を溶融するための固化物溶融バーナ装置であって、
先端から火炎を噴射させるバーナと、
該バーナを前記対象部位に近接、離間させるバーナ駆動部と、
前記対象部位よりも前記バーナが設けられた側に設定された検出範囲に生成される固化物を検出する固化物検出部と、
該固化物検出部による検出結果に基づいて前記バーナを制御する制御部と、
を備え、
前記バーナを複数備え、
前記制御部は、前記固化物検出部による検出結果に基づいて、点火させる前記バーナを選択し、選択された前記バーナを点火させ、
前記固化物検出部は、前記検出範囲に生成される固化物までの距離を検出可能であり、
前記制御部は、前記固化物検出部による検出結果に基づいて、複数の前記バーナのうち、前記固化物検出部で検出された固化物から前記バーナの先端までの距離が、予め設定された点火限界閾値以上の前記バーナから、点火させる前記バーナを選択し、選択された前記バーナを点火させる固化物溶融バーナ装置。 - 請求項4に記載の固化物溶融バーナ装置において、
前記バーナは、前記対象部位の中心軸回りに異なる位置で複数設けられている固化物溶融バーナ装置。 - 請求項5に記載の固化物溶融バーナ装置において、 複数の前記バーナは、前記対象部位の中心軸回りに、噴射する火炎が互いに干渉しない位置に設けられている固化物溶融バーナ装置。
- 請求項4から請求項6の何れか1項に記載の固化物溶融バーナ装置において、
前記バーナは、前記対象部位の中心軸に沿う方向に異なる位置で複数設けられている固化物溶融バーナ装置。 - 請求項4から請求項7の何れか1項に記載の固化物溶融バーナ装置において、
前記バーナのそれぞれは、前記バーナ駆動部でそれぞれ予め設定された噴射位置で噴射させた場合に、前記バーナの先端から噴射する火炎の噴射中心線が前記対象部位の一部に交差するように火炎の噴射方向が設定されている固化物溶融バーナ装置。 - 対象部位に生成された固化物を溶融するための固化物溶融バーナ装置であって、
先端から火炎を噴射させるバーナと、
該バーナを前記対象部位に近接、離間させるバーナ駆動部と、
前記対象部位よりも前記バーナが設けられた側に設定された検出範囲に生成される固化物を検出する固化物検出部と、
該固化物検出部による検出結果に基づいて前記バーナを制御する制御部と、
を備え、
前記検出範囲に向けて進出して固化物を突き押す突き押し手段を備え、
前記制御部は、前記固化物検出部での検出結果に基づいて、前記突き押し手段で固化物を突き押し、
前記検出範囲に生成された固化物の温度を検出可能な温度検出部を備え、
前記制御部は、該温度検出部で検出された温度が予め設定された第1温度閾値以下のときに、前記突き押し手段で固化物を突き押す固化物溶融バーナ装置。 - 請求項9に記載の固化物溶融バーナ装置において、
前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が前記第1温度閾値を超えるときに、前記バーナを点火させる固化物溶融バーナ装置。 - 請求項9又は請求項10に記載の固化物溶融バーナ装置において、
少なくとも一つの前記バーナと当該バーナを駆動させる前記バーナ駆動部とにより前記突き押し手段が構成されている固化物溶融バーナ装置。 - 請求項1から請求項11の何れか1項に記載の固化物溶融バーナ装置と、
石炭が供給され燃焼する炉本体と、
該炉本体の底部に設けられ、発生したスラグを排出させるスラグタップとを備え、
前記固化物溶融バーナ装置が、該スラグタップの下方に設けられて、該スラグタップを前記対象部位として、前記固化物である固化スラグを溶融する石炭ガス化炉。
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