JP6576845B2 - 異物除去装置、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびに異物除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばガス化炉から導かれる生成ガス中の粉体から分離された異物を除去する異物除去装置、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびに異物除去方法に関するものである。

例えば、ガス化設備として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭化質燃料ガス化装置が知られている。
石炭ガス化複合発電設備は、石炭等の炭素含有固体燃料を用いてガス化装置で生成した生成ガスを、ガス精製装置で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備に供給して発電を行っている。ガス化設備には、ガス化炉にて生成された生成ガスから分離回収した石炭等の炭素含有固体燃料の未反応分および灰分を一時的に貯留するチャーホッパが設けられている。チャーホッパに貯留されたチャーは、再びガス化炉に供給されて燃料として使用される。また、ガス化炉に供給されるチャーにはチャーの集合物や配管の錆等の異物が混入している。従って、チャーホッパからガス化炉にチャーを導くチャー搬送配管には、チャーの集合物や配管の錆等の異物を捕捉して、チャー搬送配管の閉塞を防止するためのストレーナが設けられている。そして、このストレーナは、定期的に逆洗を行い、ストレーナに付着した異物を異物除去ホッパに排出して異物を回収している。よって、このストレーナには、逆洗を行うために、窒素ガス等のパージガスが供給されるようになっている。

特開平１１−１０６７６１号公報

逆洗によってストレーナから脱離された異物は、異物除去ホッパで回収される。この逆洗は、異物除去ホッパ内の圧力をストレーナ側のパージ用窒素ガス供給配管の圧力よりも低くすることによって、パージガスがストレーナの逆洗方向へ通過して異物除去ホッパへ供給されることで行われる。そして、異物除去ホッパ内の圧力とパージ用窒素ガス供給配管の圧力とが均圧すると、逆洗が終了する。逆洗によって異物除去ホッパ内に捕集された異物は、異物回収タンクで回収される。

上述のように、異物除去ホッパ内の圧力とパージ用窒素ガス供給配管の圧力との圧力差によって逆洗時の窒素ガスの流れの状態が決まるが、異物除去ホッパ内のガスを排気せずに逆洗を行うと、逆洗開始時の圧力差で逆洗効果が決まってしまう。したがって、逆洗開始時の異物除去ホッパ内の圧力が一定であれば、逆洗の経過とともに異物除去ホッパ内の圧力が上昇してゆき、異物除去ホッパ内の圧力とパージ用窒素ガス供給配管の圧力とが均圧して逆洗が終了するので、常に逆洗効果は一定となってしまう。
しかし、例えばストレーナの汚れの状況がひどい場合も逆洗効果が同じとなってしまうと、ストレーナの汚れを十分に除去できないおそれがある。特に、ガス化炉の負荷変化時はチャー搬送配管に滞留した異物が飛散してストレーナの詰まりが多くなる場合があり、このような場合には逆洗効果を高める必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、逆洗時間を可及的に長くしてストレーナの逆洗効果を向上させることができる異物除去装置、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびに異物除去方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の異物除去装置、ガス化設備およびガス化複合発電設備ならびに異物除去方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる異物除去装置は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉にて生成された生成ガスから分離回収した粉体が流通する経路に設けられたストレーナにて捕捉された異物を除去する異物除去装置であって、前記ストレーナをパージガスによって逆洗して脱離された異物を該パージガスとともに搬送する異物搬送経路と、該異物搬送経路の下流に設けられた異物除去容器と、該異物除去容器内に設けられ、前記異物を捕捉する異物除去フィルタと、前記異物除去容器に接続され、前記異物除去フィルタを通過したガスを排気する排気経路と、該排気経路に設けられた排気弁と、該排気弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記異物搬送経路から前記異物及び前記パージガスを前記異物除去容器内に受け入れて、前記異物除去フィルタを通過したガスを、前記排気弁を制御して前記異物除去容器から排気して、前記異物除去容器の圧力上昇速度を緩和することを特徴とする。

異物搬送経路から異物及びパージガスを受け入れている間、異物除去容器内からは排気を行い、排気による減圧もすることとしたので、異物除去容器内から排気しない場合に比べて、異物搬送経路と異物除去容器との間の差圧を維持、もしくは差圧が少なくなるまでの時間を長くなるような状態を長く確保できる。これにより、異物除去ホッパの圧力上昇速度が緩和されて、異物除去容器内で異物及びパージガスを受け入れることができる時間を長くすることができ、ストレーナの逆洗効果を向上させることができる。

さらに、本発明の異物除去装置では、前記制御部は、前記異物除去フィルタの許容通過流速から決まる限界流速に基づいて前記排気弁を制御することを特徴とする。

異物除去フィルタの許容通過流速から決まる限界流速に基づいて排気弁を制御することで、異物除去フィルタを損傷させない範囲で可能な限り異物除去容器からの排気流量を大きくすることができ、逆洗効果を向上させることができる。限界流速を超えず、かつ限界流速に近い値となるように排気弁を制御することが好ましい。例えば、限界流速に対して０％〜３０％下回った流速を目標値として排気弁を制御する。

また、本発明のガス化設備は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、該ガス化炉にて生成した生成ガスから分離回収した粉体を貯留する粉体ホッパと、該粉体ホッパから導かれた粉体から捕捉した異物をストレーナから除去する上記のいずれかに記載された異物除去装置とを備えていることを特徴とする。

上記の異物除去装置を備えているので、メンテナンス性の高いガス化設備を提供することができる。

また、本発明のガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成する上記のガス化設備と、前記ガス化設備で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、該ガスタービンによって回転駆動されて発電する発電機とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の異物除去方法は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉にて生成された生成ガスから分離回収した粉体を流通する経路に設けられたストレーナにて捕捉された異物を除去する異物除去装置を用いた異物除去方法であって、前記異物除去装置は、前記ストレーナをパージガスによって逆洗して脱離された異物を該パージガスとともに搬送する異物搬送経路と、該異物搬送経路の下流に設けられた異物除去容器と、該異物除去容器内に設けられ、前記異物を捕捉する異物除去フィルタと、前記異物除去容器に接続され、前記異物除去フィルタを通過したガスを排気する排気経路と、該排気経路に設けられた排気弁とを備え、前記異物搬送経路から前記異物及び前記パージガスを前記異物除去容器内に受け入れて、前記異物除去フィルタを通過したガスを、前記排気弁を制御して前記異物除去容器から排気して、前記異物除去容器の圧力上昇速度を緩和することを特徴とする。

異物搬送経路から異物及びパージガスを受け入れている間、異物除去容器から排気することとしたので、異物除去容器から排気しない場合に比べて、異物搬送経路と異物除去容器との間の差圧を確保できる。これにより、異物除去容器内で異物及びパージガスを受け入れることができる時間を長くすることができ、ストレーナの逆洗効果を向上させることができる。

異物搬送経路から異物及びパージガスを受け入れている間、異物除去容器内を減圧することとしたので、逆洗時間を長くすることができ、ストレーナの逆洗効果を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るガス化設備を示した概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る異物除去装置を示した概略構成図である。 図２の排気調整弁の弁開度を示したグラフである。 逆洗を繰り返して行う際の異物除去ホッパの圧力変化を示したグラフである。 逆洗時の異物除去フィルタの通過流速と異物除去ホッパ圧力を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備を示した概略構成図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。

図６には、本発明の一実施形態に係るガス化装置を適用した石炭ガス化複合発電設備５０が示されている。

石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）５０は、石炭をガス化するガス化炉５の酸化剤として空気を用いており、ガス化炉５において、燃料から生成ガスを生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備５０は、ガス化炉５で生成した生成ガスを、ガス精製装置６０で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備８０に供給して発電を行っている。すなわち、石炭ガス化複合発電設備５０は、空気燃焼方式の発電設備となっている。ガス化炉５に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。

石炭ガス化複合発電設備５０は、給炭装置８１と、ガス化炉５と、チャー回収装置８２と、ガス精製装置６０と、ガスタービン設備８０と、蒸気タービン設備１８と、発電機８３と、排熱回収ボイラ８４とを有している。

給炭装置８１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭ミルなどで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭装置８１で製造された微粉炭は、後述する空気分離装置８５から供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧してガス化炉５へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５％以下に制限されるものではない。

ガス化炉５は、給炭装置８１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置８２で回収されたチャーが戻されて再利用可能に供給されている。

また、ガス化炉５には、ガスタービン設備８０の圧縮機６１からの圧縮空気供給ライン８６が接続されており、ガスタービン設備８０で圧縮された圧縮空気がガス化炉５に供給可能となっている。空気分離装置８５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８７によって空気分離装置８５とガス化炉５とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン８７には、給炭装置８１からの給炭ライン８１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン８７から分岐する第２窒素供給ライン８８もガス化炉５に接続されており、この第２窒素供給ライン８８には、チャー回収装置８２からのチャー戻しライン８９が接続されている。更に、空気分離装置８５は、酸素供給ライン９０によって、圧縮空気供給ライン８６と接続されている。そして、空気分離装置８５によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン８７及び第２窒素供給ライン８８を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離装置８５によって分離された酸素は、酸素供給ライン９０及び圧縮空気供給ライン８６を流通することで、ガス化炉５において酸化剤として利用される。

ガス化炉５は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉を有している。ガス化炉５は、内部に供給された石炭およびチャーを酸化剤により部分燃焼させることでガス化させ可燃性ガスを生成する。なお、ガス化炉５は、微粉炭に混入した異物やスラグを除去するスラグ除去装置４８が設けられている。なお、ガス化炉５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、このガス化炉５には、チャー回収装置８２に向けて可燃性ガスを供給するガス生成ライン６が接続されており、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６にガス冷却器としてシンガスクーラ（例えば図１の符号７参照）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８２に供給してもよい。

チャー回収装置８２は、脱塵設備１０とチャー供給ホッパ１５とを有している。この場合、脱塵設備１０は、１つまたは複数のポーラスフィルタやサイクロンにより構成され、ガス化炉５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５３を通してガス精製装置６０に送られる。チャー供給ホッパ１５は、脱塵設備１０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、脱塵設備１０とチャー供給ホッパ１５との間にビンを配置し、このビンに複数のチャー供給ホッパ１５を接続するように構成してもよい。そして、チャー供給ホッパ１５からのチャー戻しライン８９が第２窒素供給ライン８８に接続されている。

ガス精製装置６０は、チャー回収装置８２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６０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８０に供給する。なお、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分が含まれているため、このガス精製装置６０では、アミン吸収液によって硫黄分を除去することで、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８０は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３とは、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２には、圧縮機６１からの圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置６０からの燃料ガス供給ライン６６が接続され、また、タービン６３に向かって延びる燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備８０は、圧縮機６１からガス化炉５に延びる圧縮空気供給ライン８６が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製装置６０から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービンへ向けて供給する。そして、タービン６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸６４を回転駆動させることで発電機８３を回転駆動させる。

蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備８０の回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機８３は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ８４は、ガスタービン設備８０からの排ガスライン７０が接続されており、給水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。そして、排熱回収ボイラ８４は、蒸気タービン設備１８のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。また、排熱回収ボイラ８４で生成する蒸気には、ガス化炉５の熱交換器で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を排熱回収ボイラ８４で更に熱交換したものを含んでもよい。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ８４から供給された蒸気によりタービン６９が回転駆動し、回転軸６４を回転駆動させることで発電機８３を駆動させる。

そして、排熱回収ボイラ８４で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突７５から大気へ放出される。

次に上記の石炭ガス化複合発電設備５０の作動について説明する。

石炭ガス化複合発電設備５０において、給炭装置８１に原炭が供給されると、石炭は、給炭装置８１において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭装置８１で製造された微粉炭は、空気分離装置８５から供給される窒素により第１窒素供給ライン８７を流通してガス化炉５に供給される。また、後述するチャー回収装置８２で回収されたチャーが、空気分離装置８５から供給される窒素により第２窒素供給ライン８８を流通してガス化炉５に供給される。更に、後述するガスタービン設備８０から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置８５から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン８６を通してガス化炉５に供給される。

ガス化炉５では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、可燃性ガスを生成する。そして、この可燃性ガスは、ガス化炉５からガス生成ライン６を通って排出され、チャー回収装置８２に送られる。

このチャー回収装置８２にて、可燃性ガスは、まず、脱塵設備１０に供給されることで、可燃性ガスに含有する微粒のチャーが分離される。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５３を通してガス精製装置６０に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、チャー供給ホッパ１５に堆積され、チャー戻しライン８９を通ってガス化炉５に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置８２によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置６０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８０では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置６０から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで高温高圧の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン６３を回転駆動することで、回転軸６４を介して圧縮機６１の駆動源とするとともに、発電機８３を回転駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備８０におけるタービン６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ８４にて、給水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１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ８４から供給された蒸気によりタービン６９を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機８３を回転駆動し、発電を行うことができる。

その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ８４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７５から大気へ放出される。

次に、図１を用いて、ガス化炉５のチャー回収系統について説明する。
図１に示したガス化設備は、ガス化炉５にて生成された生成ガスから分離回収したチャーが、チャー供給ホッパ１５Ａ，１５Ｂから再びガス化炉５のチャーバーナ４に至るまでの系統中に、チャー集合物や錆等の異物を除去する異物除去装置を備えている。２基のチャー供給ホッパ１５Ａ，１５Ｂが並列に設けられており、これらチャー供給ホッパ１５Ａ，１５Ｂを切り替えてガス化炉５に微粉炭を供給する。また、チャー供給ホッパ１５Ａ，１５Ｂの出口から導出されるチャー供給配管２３Ａ，２３Ｂには、ろ過分級方式によるストレーナ２０Ａ，２０Ｂがそれぞれ設けられている。

ガス化炉５に、微粉炭バーナ３を介して微粉炭供給配管１から微粉炭が、また、チャーバーナ４を介してチャー供給配管２６からチャーが、それぞれ投入される。これらの微粉炭及びチャーは、バーナ３，４に供給される空気，酸素含有ガス又は蒸気からなる酸化剤２とガス化反応し、生成ガスを発生する。ここで、生成ガスにはチャーも含まれている。
生成ガスはガス生成ライン６を通り、ガス冷却器７に入り、冷却水８で熱交換されて冷却される。ガス冷却器７から出た生成ガスは、ガス管９を経由して脱塵設備１０にてチャー等の微粒子状の固体分が分離されて可燃性ガスとして、ガス管１１からガスタービン等の後流設備に送られる。

脱塵設備１０は図示しない複数のポーラスフィルタやサイクロンにより構成され、集められたチャーは、チャービン１２に一旦貯留される。チャービン１２の鉛直方向下部には、チャー供給ホッパ１５Ａ，１５Ｂが並列に設置されている。但し、両チャー供給ホッパ１５Ａ，１５Ｂに、同時にチャーが受け入れられることはなく、チャーの受入れは交互に行われる。例えば、チャー供給ホッパ１５Ａが受入運転、チャー供給ホッパ１５Ｂがガス化炉５への供給運転を行う場合には、次のような手順となる。

図１に示すように、チャービン１２からチャー供給ホッパ１５Ａへと向かうチャー搬送管にあるチャーカット弁１３Ａ及び気密弁１４Ａが開の状態で、チャービン１２のチャーはチャー供給ホッパ１５Ａに受け入れられる。この際、チャービン１２の圧力はガス化炉５よりも低いため、チャー供給配管２３Ａにある遮断弁１９Ａ，２２Ａは閉の状態になっている。一方、チャー供給ホッパ１５Ｂはガス化炉５へチャーを供給するため、チャーカット弁１３Ｂ及び気密弁１４Ｂを閉とし、加圧窒素ガス供給ラインから窒素ガス等の不活性ガスによる加圧ガスが供給されることでチャー供給ホッパ１５Ｂをガス化炉５の圧力以上に圧力を上昇させ、遮断弁１９Ｂ，２２Ｂが開の状態で、チャー供給配管２３Ｂ，２６を経由して、チャーバーナ４からガス化炉５に投入されて、燃焼される。

ストレーナ２０Ａ，２０Ｂの前後の差圧は、差圧計２１Ａ，２１Ｂにて計測される。ストレーナ２０Ａ，２０Ｂ内のフィルタの目開きは数ｍｍであり、チャーの粒子径よりも十分大きいため、チャーは通過する。一方、目開きより大きい異物は通過できず、ストレーナ２０Ａ，２０Ｂにて捕捉される。ストレーナ２０Ａ，２０Ｂで捕捉された異物の量が多くなると、ストレーナ２０Ａ，２０Ｂの差圧が上昇して制御部９４にて検知される。

チャー供給ホッパ１５Ｂ内のチャー量が下限近傍に達したところで、チャー供給ホッパ１５Ａと切り替える操作を実施する。その操作は、先ず、チャーカット弁１３Ａ及び気密弁１４Ａを閉の状態とし、加圧窒素ガス供給ラインからチャー供給ホッパ１５Ａを加圧して、チャー供給ホッパ１５Ｂとほぼ等しい圧力とする。次いで、遮断弁１９Ａ，２２Ａを開の状態とする。そして、遮断弁１９Ｂ，２２Ｂを閉の状態とし、チャー供給ホッパ減圧ラインからチャー供給ホッパ１５Ｂを減圧し、チャービン１２とほぼ同じ圧力にする。次いで、チャーカット弁１３Ｂ及び気密弁１４Ｂを開の状態にして、チャービン１２からチャーを受け入れる。以上の操作を繰り返すことにより、連続的にガス化炉５にチャーを供給する。

図２には、ストレーナ２０にて捕捉された異物を除去する異物除去装置９２の詳細が示されている。異物除去装置９２は、ストレーナ２０と、異物搬送配管３０と、異物除去ホッパ３４と、異物除去フィルタ３５と、異物回収タンク３７と、排気配管４０と、排気調整弁４２と、制御部９４などから構成されている。
図２を用いた以下の説明では、２つのチャー供給ホッパのうちの一方について説明し、他方のチャー供給ホッパに関連する構成も同一の構成を有するものとする。また、２つのチャー供給ホッパ及びこれに関連する各構成を区別するために符号に付した「Ａ」及び「Ｂ」を省略した符号を用いて説明する。

上述のように、チャー供給配管２３には、遮断弁１９，２２が設けられており、これら遮断弁１９，２２の間にストレーナ２０が設けられている。
チャー供給配管２３には、チャー搬送時の下流側に位置する遮断弁２２とストレーナ２０との間に、第１パージ用窒素ガス供給配管２４が接続されている。第１パージ用窒素ガス供給配管２４には、第１パージ用開閉弁２５が設けられている。
チャー供給配管２３には、チャー搬送時の上流側に位置する遮断弁１９とストレーナ２０との間に、第２パージ用窒素ガス供給配管２７が接続されている。第２パージ用窒素ガス供給配管２７には、第２パージ用開閉弁２８が設けられている。

チャー供給配管２３には、第２パージ用窒素ガス供給配管２７の接続部とストレーナ２０との間に、異物搬送配管３０の上流端が接続されている。異物搬送配管３０には、異物回収弁３２が設けられている。
異物搬送配管３０の下流端は、異物除去ホッパ３４に接続されている。異物除去ホッパ３４内には、異物を捕捉する異物除去フィルタ３５が設置されている。異物除去フィルタ３５は、例えば多孔質とされた燒結金属や細かいメッシュを積層したフィルタ等によって構成されている。

異物除去ホッパ３４の鉛直下方には、異物払出弁３６を介して異物回収タンク３７が接続されている。
異物回収タンク３７が接続され、異物除去フィルタ３５によって仕切られた異物除去ホッパ３４の下部空間３４ａに対して、上述した異物搬送配管３０の下流端が接続されている。また、下部空間３４ａには、異物除去ホッパ３４内を窒素ガスなどの不活性ガスで加圧するための加圧窒素ガス供給配管３９が接続されている。

異物除去フィルタ３５によって仕切られた異物除去ホッパ３４の上部空間３４ｂには、排気配管４０が接続されている。排気配管４０には、排気遮断弁４１と排気調整弁４２とが設けられている。排気調整弁４２は、上部空間３４ｂ内の圧力を計測する圧力計４４の計測値に基づいて開度が制御されるようになっている。
上部空間３４ｂには、異物除去フィルタ３５を逆洗する際に用いるフィルタ逆洗用窒素ガス供給配管４６が接続されている。

上述した排気調整弁４２等の各弁の制御は、制御部９４によって行われる。
制御部９４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータで読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

図３には、排気調整弁４２の弁開度を制御する関数が示されている。この関数に関するデータは、制御部９４の記憶部に格納されている。
同図において、横軸は異物除去ホッパ３４内の圧力を示し、左縦軸は排気調整弁４２の開度、右縦軸は異物除去フィルタ３５のガス通過流速を示す。

右縦軸を参照すれば分かるように、横軸の異物除去ホッパ圧力Ｐの変化に対して、異物除去フィルタ３５のガス通過流速が目標流速Ｖ１にて一定となるように、排気調整弁４２の開度を制御する。目標流速Ｖ１は、異物除去フィルタ３５の許容通過流速から決まる限界流速に基づいて決定される。具体的には、限界流速を超えず、かつ限界流速に近い値となるように目標流速Ｖ１を設定することが好ましい。例えば、限界流速に対して０％〜３０％下回った流速を目標流速Ｖ１として設定する。

左縦軸を参照すれば分かるように、排気調整弁４２は、制御部９４の指令により、圧力計４４で計測した異物除去ホッパ３４の圧力が高いほど弁開度が小さくなるように制御される。これにより、異物除去ホッパ３４の圧力の増減に応じて、異物除去フィルタ３５のガス通過流速が一定の目標流速Ｖ１が得られるようになっている。

次に、図４を用いて、上記構成の異物除去装置９２の動作について説明する。以下の動作は、制御部９４の指令によって行われる。
先ず、必要に応じて加圧窒素ガス供給配管３９から異物除去ホッパ３４内に窒素ガスなどの不活性ガスを供給することにより、異物除去ホッパ３４内の圧力を逆洗開始圧力Ｐ１に設定する。この逆洗開始圧力Ｐ１は、逆洗開始時の異物搬送配管３０の圧力よりも低い値とされ、ストレーナ２０の詰まり具合によって可変としてもよい。また図４の縦軸のＰ２は、パージ用窒素ガス供給配管２４，２７の圧力であり、横軸は時間経過を示している。

そして、異物回収弁３２を閉としたままで、排気遮断弁４１及び排気調整弁４２を開とする。このとき、異物払出弁３６は閉とされている。
その後、遮断弁１９，２２を閉としたままで、両パージ用開閉弁２５，２８を開とするとともに異物回収弁３２を開として逆洗を開始する。

逆洗中は、ストレーナ２０を逆洗した後の窒素ガスが、ストレーナ２０から脱離した異物とともに異物搬送配管３０を通過して、異物除去ホッパ３４の下部空間３４ａに導かれる。下部空間３４ａ内に導かれた窒素ガスは、鉛直方向上方の異物除去フィルタ３５を通過し、排気遮断弁４１及び排気調整弁４２を通り外部へと排気される。排気調整弁４２は、異物除去フィルタ３５のガス通過流速が目標流速Ｖ１となるように開度制御される。一方、下部空間３４ａ内に導かれた異物は、異物除去フィルタ３５を通過することができず、捕捉される。

排気調整弁４２を介して排出されるガス量よりも、異物除去ホッパ３４内に受け入れられるガス量の方が多いので、異物除去ホッパ３４内への窒素ガス及び異物の受入が進行すると、異物除去ホッパ３４内の圧力は、図４に示すように徐々に上昇していく。そして、異物除去ホッパ３４内の圧力と両パージ用窒素ガス供給配管２４，２７の圧力とが均圧すると、異物回収弁３２、両パージ用開閉弁２５，２８を閉として、逆洗を終了する。このとき、排気遮断弁４１及び排気調整弁４２は開とされたままとしておき、異物除去ホッパ３４内の減圧を行う。

減圧を行い、異物除去ホッパ３４内の圧力が再び逆洗開始圧力Ｐ１になると、逆洗準備完了となり、所定のタイミングで逆洗を開始する。

異物除去ホッパ３４内に異物が堆積して、払出レベルに達すると、異物除去ホッパ３４内を大気圧まで減圧する。そして、異物払出弁３６を開として、異物を異物回収タンク３７に払い出しする。この際に、所定の処理期間の経過や圧力計４４の状況変化などから必要に応じて、フィルタ逆洗用窒素ガス供給配管４６により窒素ガスを異物除去ホッパ３４の上部空間３４ｂに供給し、異物除去フィルタ３５の逆洗を行ってもよい。異物除去フィルタ３５の逆洗で分離された異物は下部空間３４ａで一時貯留され、次回のストレーナ２０からの異物払出弁３６の操作時に併せて異物を異物回収タンク３７に払い出しされる。

異物除去ホッパ３４内から異物が払い出された後は、異物払出弁３６を閉として異物の払い出しを終了する。
その後、加圧窒素ガス供給配管３９から窒素ガスを異物除去ホッパ３４内に供給して、逆洗開始圧力Ｐ１まで加圧して、逆洗準備をして次の逆洗に備える。

図５には、本実施形態と比較例について、異物除去フィルタ３５のガス通過流速と異物除去ホッパ３４内の圧力の相違が示されている。同図において、横軸は時間を示し、左縦軸は異物除去フィルタ３５のガス通過流速を示し、右縦軸は異物除去ホッパ３４内の圧力を示す。

比較例は、本実施形態と同じ装置構成を用いるが、逆洗の際に排気遮断弁４１及び排気調整弁４２を閉とした運転である。すなわち、逆洗の際に異物除去ホッパ３４内の排気を行うか、排気を行わないかとの違いが図５に示されている。

図５において、本実施形態が実線で示されており、比較例が破線で示されている。左縦軸を参照すれば分かるように、異物除去フィルタ３５のガス通過流速については、本実施形態では、排気調整弁４２を制御することで異物除去ホッパ３４内の圧力を調整し、目標流速Ｖ１が得られるようになっている。一方、比較例では、異物除去ホッパ３４から排気が行われないので、逆洗開始時の流速がＶ１’で最大となり、後は単調に減少していく。

右縦軸を参照すれば分かるように、異物除去ホッパ３４内の圧力については、本実施形態では、異物除去ホッパ３４内を異物除去フィルタ３５のガス通過流速が目標流速Ｖ１となるように排気しながら逆洗を実施しているので圧力Ｐ２にて均圧するまでの逆洗時間としてＴ１を確保することができる。一方、比較例では、異物除去ホッパ３４内を排気していないので、比較的早く圧力Ｐ２に達して均圧してしまい、逆洗時間としてＴ１’しか確保することができない。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
異物搬送配管３０から異物及びパージ窒素ガスを受け入れている間、異物除去ホッパ３４から排気を行い、排気による減圧もすることとしたので、異物除去ホッパ３４から排気しない場合に比べて、異物搬送配管３０と異物除去ホッパ３４との間の差圧を維持、もしくは差圧が少なくなるまでの時間を長くなるような状態を長く確保できる。これにより、異物除去ホッパ３４の圧力上昇速度が緩和されて、逆洗時間を長くすることができ、ストレーナ２０の逆洗効果を向上させることができる。
また、異物除去フィルタ３５の許容通過流速から決まる限界流速に基づいて排気調整弁４２を制御することで、異物除去フィルタ３５を損傷させない範囲で可能な限り異物除去ホッパ３４からの排気流量を大きくすることができ、異物除去ホッパ３４内の圧力と両パージ用窒素ガス供給配管２４，２７の圧力とが均圧するまでの時間をさらに長くすることができ、逆洗効果を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ホッパなどの加圧や逆洗のパージに窒素ガスを使用しているが、窒素ガスには限定されない。不活性ガスを用いてもよい。

４ チャーバーナ
５ ガス化炉
１２ チャービン
１５ チャー供給ホッパ
１９ 遮断弁
２０ ストレーナ
２２ 遮断弁
２３ チャー供給配管
２４ 第１パージ用窒素ガス供給配管
２５ 第１パージ用開閉弁
２７ 第２パージ用窒素ガス供給配管
２８ 第２パージ用開閉弁
３０ 異物搬送配管（異物搬送経路）
３２ 異物回収弁
３４ 異物除去ホッパ（異物除去容器）
３５ 異物除去フィルタ
３６ 異物払出弁
３７ 異物回収タンク
３９ 加圧窒素ガス供給配管
４０ 排気配管（排気経路）
４１ 排気遮断弁
４２ 排気調整弁（排気弁）
４４ 圧力計
４６ フィルタ逆洗用窒素ガス供給配管
５０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
９２ 異物除去装置
９４ 制御部

Claims (5)

1. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉にて生成された生成ガスから分離回収した粉体が流通する経路に設けられたストレーナにて捕捉された異物を除去する異物除去装置であって、
   前記ストレーナをパージガスによって逆洗して脱離された異物を該パージガスとともに搬送する異物搬送経路と、
   該異物搬送経路の下流に設けられた異物除去容器と、
   該異物除去容器内に設けられ、前記異物を捕捉する異物除去フィルタと、
   前記異物除去容器に接続され、前記異物除去フィルタを通過したガスを排気する排気経路と、
   該排気経路に設けられた排気弁と、
   該排気弁を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記異物搬送経路から前記異物及び前記パージガスを前記異物除去容器内に受け入れて、前記異物除去フィルタを通過したガスを、前記排気弁を制御して前記異物除去容器から排気して、前記異物除去容器の圧力上昇速度を緩和することを特徴とする異物除去装置。
2. 前記制御部は、前記異物除去フィルタの許容通過流速から決まる限界流速に基づいて前記排気弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の異物除去装置。
3. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、
   該ガス化炉にて生成した生成ガスから分離回収した粉体を貯留する粉体ホッパと、
   該粉体ホッパから導かれた粉体から捕捉した異物をストレーナから除去する請求項１又は２に記載された異物除去装置と、
   を備えていることを特徴とするガス化設備。
4. 炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成する請求項３のガス化設備と、
   前記ガス化設備で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、
   該ガスタービンによって回転駆動されて発電する発電機と、
   を備えていることを特徴とするガス化複合発電設備。
5. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉にて生成された生成ガスから分離回収した粉体を流通する経路に設けられたストレーナにて捕捉された異物を除去する異物除去装置を用いた異物除去方法であって、
   前記異物除去装置は、
   前記ストレーナをパージガスによって逆洗して脱離された異物を該パージガスとともに搬送する異物搬送経路と、
   該異物搬送経路の下流に設けられた異物除去容器と、
   該異物除去容器内に設けられ、前記異物を捕捉する異物除去フィルタと、
   前記異物除去容器に接続され、前記異物除去フィルタを通過したガスを排気する排気経路と、
   該排気経路に設けられた排気弁と、
   を備え、
   前記異物搬送経路から前記異物及び前記パージガスを前記異物除去容器内に受け入れて、前記異物除去フィルタを通過したガスを、前記排気弁を制御して前記異物除去容器から排気して、前記異物除去容器の圧力上昇速度を緩和することを特徴とする異物除去方法。

Images