JP6682280B2 - スラグ排出システムおよびガス化炉 - Google Patents

Description

本発明は、石炭等の炭素質固体燃料を熱分解させてガス化するガス化炉のスラグ排出システム、およびこのスラグ排出システムを備えたガス化炉に関する。

石炭、木質ペレット等のバイオマス燃料、ペットコーク等の炭素質固体燃料を熱分解することより可燃性ガスを生成するガス化炉では、炭素質固体燃料の灰分が溶融し、スラグとしてガス化炉の底部に設けられたスラグホッパに堆積する。スラグホッパにはスラグ水（冷却水）が貯留されており、スラグはこのスラグ水中に落下して急冷されることにより固化し、破砕される。

このように固化・破砕されてスラグホッパ内に溜まったスラグは、ガス化炉の外部に設けられたロックホッパを経てガス化炉の系外へと排出される。スラグはスラグ水に比べて密度が大きいため、従来はスラグホッパからロックホッパへスラグを移動させる際、重力により自然落下させていた。例えば、特許文献１に、ガス化炉の下方にロックホッパを配置したスラグ排出システムが開示されている。

ところが、上述したスラグ排出システムによれば、ガス化炉の下方にロックホッパを設けるためにガス化炉の配置位置が高くなる。したがって、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さが増すこととなる。ガス化炉の配置位置が高くなることにより、ガス化炉を支持する支持架台や操作架台などの配置位置が高くなる。

そこで、特許文献２に開示されているようなスラグ排出システムが提案されている。このスラグ排出システムでは、ロックホッパをガス化炉の側方に配置し、スラグホッパからロックホッパへと連通するスラグ排出ラインを設け、循環ポンプによってスラグ排出ライン中にスラグホッパからロックホッパへの水流を形成し、この水流によってスラグホッパ内のスラグをロックホッパへ排出するようにしている。

こうすることにより、スラグをスラグ水の流れに乗せてスラグホッパからロックホッパに移送することができるため、ロックホッパをガス化炉の側方に配置することが可能となり、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さを低く抑えることができる。

特開２０１１−７４２７４号公報 特許第５７４３０９３号公報

スラグはガス化炉にて連続的に生成されてロックホッパに貯留され、所定量の貯留量に達すると、ロックホッパからスラグの払い出しが行われる。特許文献２のスラグ排出システムでは、ロックホッパがスラグ排出ラインに対して直列的に接続されていたため、スラグ払い出しの都度、循環ポンプを停止してスラグ排出ラインの水流を停止させる必要がある。

このため、循環ポンプを間欠的に運用することになるが、これによってポンプ停止中にスラグ取水口にスラグが堆積してしまい、スラグ排出ラインの閉塞（詰まり）を誘発しやすくする。

また、ロックホッパからのスラグの払い出しには所定の時間を要するため、その間に亘ってスラグ排出ラインの水流を停止させていると、スラグ水が専用のスラグ水冷却器を通過しなくなり、スラグ水の温度が上昇する懸念がある。

特許文献２の実施形態２によれば、ロックホッパを経由しないバイパスラインを設けることにより、ロックホッパにおけるスラグの払い出し時にはロックホッパへの水流系統を遮断し、その間はスラグ排出ラインでスラグ水を循環させておいて、循環ポンプを連続運用することができる。しかしながら、こうするとスラグ排出ラインに設けたストレーナを大容量化する必要がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ロックホッパのスラグ払い出し時においても循環ポンプの連続運転を可能にし、スラグ排出ラインの取水口の閉塞を防止するとともに、スラグ水温の上昇を防止することができるスラグ排出システムおよびガス化炉を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の第１態様に係るスラグ排出システムは、炭素質固体燃料を熱分解させてガス化するガス化炉の底部に設けられ、前記炭素質固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを冷却するスラグ水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグホッパの底部から前記スラグと前記スラグ水との混合物を排出するスラグ排出ラインと、前記スラグ排出ラインの下流端に接続され、前記スラグと前記スラグ水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、前記スラグ排出ライン中に、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置への水流を形成する循環ポンプと、前記スラグ分離装置にて分離された前記スラグを所定量貯留し、前記ガス化炉の系外に排出するロックホッパと、前記ロックホッパの下部出口に設けられたスラグ排出弁と、前記ロックホッパの上部入口に設けられた仕切り弁と、前記スラグ分離装置にて分離された前記スラグ水を前記スラグホッパに還流させるスラグ水還流ラインと、を備えている。

上記構成のスラグ排出システムにおいて、循環ポンプが起動すると、スラグ排出ライン中に、スラグホッパからスラグ分離装置への水流が形成される。これにより、スラグホッパに貯留されたスラグとスラグ水との混合物がスラグ分離装置に送給され、ここでスラグがスラグ水から分離される。分離されたスラグはロックホッパにて所定量貯留された後、スラグ排出弁が開かれることによりガス化炉の系外に排出される。一方、スラグ分離装置にて分離されたスラグ水は、スラグ水還流ラインを経てスラグホッパに還流される。

上記構成によれば、ガス化炉で生成されたスラグがスラグ水と共にスラグ分離装置に送給され、ここで分離されたスラグのみがロックホッパに貯留され、スラグ水はスラグ水還流ラインを経てスラグホッパに還流する。即ち、ロックホッパがスラグ排出ラインやスラグ水還流ラインに対して並列的に設けられている。このため、ロックホッパからスラグを払い出す時であっても、スラグ排出ラインおよびスラグ水還流ラインにおけるスラグ水の循環を継続させておくことができる。

したがって、ロックホッパからのスラグ払い出しの都度、従来のようにスラグ排出ラインの水流を止める必要がなく、連続運転しておくことができる。これにより、スラグホッパの内部においてスラグ排出ラインの取水口におけるスラグの堆積を抑制することができる。しかも、スラグ排出ラインやスラグ水還流ラインにおけるスラグ水の流れが滞らないため、スラグ水を常にスラグ水冷却器に通過させて冷却しておくことができ、スラグ水温の上昇を抑制することができる。

上記構成において、前記スラグ分離装置と前記ロックホッパとの間に、前記スラグ分離装置にて分離された前記スラグを一時的に貯留する一時貯留ホッパを設けてもよい。

一般に、ロックホッパのスラグ払い出しには所定の時間を要するが、その間もスラグ分離装置からロックホッパ側にスラグが送給され続けるため、上記の一時貯留ホッパを設けることによってスラグを一時的に受容することができる。これにより、スラグ分離装置の作動を停止させることなく、即ちスラグ水の流れを止めることなくロックホッパのスラグ払い出しを行うことができる。

上記構成において、前記スラグホッパに貯留された前記スラグ水の浅層部の高さから延出し、前記スラグ分離装置を経由せずに前記スラグ水還流ラインに合流するバイパスラインと、前記スラグホッパの前記スラグ水を、前記スラグ排出ラインと前記バイパスラインとに選択的に流すバイパス水流切替部と、を備えた構成としてもよい。

上記構成により、例えばスラグホッパの底部にスラグが堆積し、スラグホッパ底部に開口するスラグ排出ラインの取水口からスラグ水を吸い出すことが困難な場合には、バイパス水流切替部を切り替えてバイパスラインからスラグホッパ浅層部のスラグ水を取水可能にする。

これにより、スラグを含まないスラグホッパ浅層部のスラグ水をバイパスラインから取水してスラグ水還流ラインに送給することができる。このため、スラグの堆積時や、スラグを排出する必要がない場合においてもスラグ水の水流を保つことができ、スラグ水をスラグ水冷却器に常時通過させて水温調整し、スラグ水の水温上昇を抑制することができる。

上記のバイパスラインを備えた構成において、前記スラグ水還流ラインは、前記スラグホッパに貯留された前記スラグ水の浅層部の高さに設けられた還流ノズルに接続されるとともに、前記スラグホッパの底部から前記スラグ排出ラインの取水口に向かって前記スラグ水を噴射する攪拌水ノズルと、前記スラグ水還流ラインから分岐して前記攪拌水ノズルに接続される攪拌水ラインと、前記スラグ水還流ラインから還流してくる前記スラグ水を、前記還流ノズルと前記攪拌水ノズルとに選択的に流す攪拌水流切替部と、を備えた構成としてもよい。

例えば循環ポンプの停止時にスラグホッパの底部にスラグが堆積し、ポンプ再起動時にスラグ排出ラインの取水口からスラグ水を吸い出すことが困難な場合は、そのまま循環ポンプを起動させるとポンプの電動モーターに多大な負荷が掛かる。この場合は、バイパス水流切替部を切り替えてバイパスラインからスラグホッパ浅層部のスラグ水を取水可能にするとともに、攪拌水流切替部を切り替えてスラグ水還流ラインの出口を攪拌水ノズルとし、この状態で循環ポンプを起動させる。

これにより、スラグホッパ浅層部のスラグ水がバイパスラインとスラグ水還流ラインと攪拌水ラインとを経て攪拌水ノズルからスラグホッパの内部に噴射される。このため、スラグホッパの底部に堆積したスラグに攪拌水ノズルからスラグ水が供給され、堆積したスラグが攪拌および希釈される。

次に、バイパス水流切替部を切り替えて、スラグホッパの底部にて攪拌されたスラグとスラグ水の混合物をスラグ排出ラインの取水口から吸い出す。また、攪拌水流切替部を切り替えて、スラグ水還流ラインから還流してくるスラグ水を還流ノズルからスラグホッパに還流させ、通常運転に切り替える。

このような攪拌水ノズルを設けることにより、スラグホッパの底部にスラグが堆積した場合における循環ポンプの再起動を容易にすることができる。また、スラグホッパから取水されるスラグ水のスラグ濃度を低下させることができるため、各配管類の内部におけるスラグ粒子の堆積や閉塞を防止することができる。

上記構成において、前記スラグ排出ラインの前記取水口は、前記スラグホッパの底部よりも上方に離間して鉛直下方に向かって開口し、前記攪拌水ノズルは、前記スラグホッパの底部にて前記取水口に対向して鉛直上方に開口している構成としてもよい。

上記構成によれば、スラグホッパの底部に堆積したスラグを、スラグホッパの底部から鉛直上方に向かって開口する攪拌水ノズルから放流されるスラグ水により上方に噴き上げて堆積状態を崩すことができる。このため、スラグを効率的に攪拌・希釈することができる。

一方、スラグ排出ラインの取水口は、攪拌水ノズルに対向して鉛直下方に向かって開口しているため、上記のように噴き上げられたスラグを良好に取水することができる。したがって、スラグホッパの底部にスラグが堆積した状態であっても、循環ポンプに負荷を掛けることなくスラグ排出システムを起動させることができる。

上記構成において、前記攪拌水ノズルは、前記スラグ排出ラインの前記取水口に向かって直立し、底部が閉塞され、その周面の円周方向に沿って多孔状の通水口が形成された内筒部と、前記内筒部の周囲を間隔を開けて取り囲み、前記攪拌水ラインからの前記スラグ水を前記通水口を経て前記内筒部に注水する外筒部と、を備えてなる構成としてもよい。

上記構成によれば、攪拌水ラインから攪拌水ノズルに供給されるスラグ水は、まず外筒部の内部に流入して内筒部の周囲を取り囲み、次に内筒部の周面に形成された通水口を経て一斉に内筒部の内側に流入する。内筒部の底部は閉塞されているため、このスラグ水の流れ方向は上方に変向され、スラグホッパ側に噴き上げられる。

このため、スラグホッパから内筒部の内部に落下したスラグを通水口から漏洩させることなくスラグホッパ側に押し戻してスラグ排出ラインの取水口に吸引させることができ、スラグの分離性能を向上させることができる。

上記構成の攪拌水ノズルにおいて、前記通水口は前記内筒部の最低部よりも高い位置に形成されるとともに、前記内筒部の内側に、径方向に間隔を開けてさらにもう１本の筒状の遮蔽板が設けられ、前記遮蔽板の上端部の口径は下方から漸次拡径して前記内筒部の口径に一致し、前記遮蔽板の下端部は、前記内筒部の内部に落下した前記スラグが前記通水口を経て前記外筒部側に流出しない程度に前記内筒部の底部から離間している構成としてもよい。

上記構成とすることにより、スラグホッパから遮蔽板の内部にスラグが落下して堆積しても、この堆積したスラグの安息角が内筒部の通水口に掛からなくなる。このため、スラグホッパから遮蔽板の内部に落下したスラグを通水口から漏洩させることなくスラグホッパ側に押し戻してスラグ排出ラインの取水口に吸引させることができ、スラグの分離性能を向上させることができる。

上記構成において、前記スラグ水還流ラインから前記スラグ水の一部を抽出し、濾過装置を経て再び前記スラグ水還流ラインに還流させるスラグ水抽出ラインを設けてもよい。

このようなスラグ水抽出ラインを設けることにより、スラグ分離装置においてスラグ水から分離することのできない微細なスラグ粒子を精密濾過装置によって除去することができ、このような微細なスラグ粒子が濃縮されて各配管類の内部におけるスラグ粒子の堆積や閉塞を効果的に防止することができる。

本発明の第２態様に係るガス化炉は、上記に記載のいずれかの態様のスラグ排出システムを備えており、このガス化炉によれば、上記に記載の各種の作用・効果を奏することができる。

以上のように、本発明に係るスラグ排出システムおよびガス化炉によれば、ロックホッパにおけるスラグ払い出し時においてもポンプの連続運転を可能にし、スラグ排出ラインの閉塞を防止するとともに、スラグ水温の上昇を防止することができる。

本発明の第１実施形態を示すスラグ排出システムの概略構成図である。 図１のＩＩ部を拡大したスラグホッパ付近の縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示すスラグホッパ付近の縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示すスラグ排出システムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示すスラグ排出システムの概略構成図である。このスラグ排出システム１は、例えば石炭ガス化複合発電プラント（IGCC：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）において、石炭（炭素質固体燃料）をミル等で粉砕した微粉炭を空気や酸素等のガス化剤とともに炉内に投入して熱分解し、ガス化する石炭ガス化炉２（ガス化炉）に備えられている。なお、石炭ガス化炉に限らず、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、古タイヤ等のバイオマス燃料など、他の固体炭素質燃料をガス化するガス化炉に置き換えてもよい。

石炭ガス化炉２は、例えば加圧型噴流床式のガス化炉となっており、内側容器２ａと、この内側容器２ａの周囲を包囲する外側容器２ｂとを備えている。内側容器２ａには、一部の微粉炭を燃焼させてガス化反応に必要な熱量を得るコンバスタ２ｃと、コンバスタ２ｃからの熱量を得て微粉炭をガス化するリダクタ２ｄとが上下二段に配置されている。

石炭ガス化炉２の底部にはスラグホッパ５が設けられており、その内部にスラグ水Ｗ（冷却水）が貯留されている。図２にも拡大して示すように、スラグホッパ５は、下方に向かって収斂する錐形状（円錐、角錐他）の容器である。石炭ガス化炉２に投入された微粉炭中の灰分はコンバスタ２ｃで溶融後、液状の溶融スラグとしてコンバスタ２ｃ下部のスラグホールから重力によりスラグホッパ５のスラグ水Ｗ中に落下し、急冷されることにより固化して破砕され、スラグ排出システム１によって石炭ガス化炉２の系外に排出される。スラグ排出システム１は、次のように構成されている。

スラグホッパ５にはスラグ排出ライン７が接続されている。このスラグ排出ライン７は、スラグホッパ５に受容されたスラグＳとスラグ水Ｗとの混合物を排出するラインであり、その上流端は取水口７ａとされ、スラグホッパ５の底部５ａよりも上方に離間して鉛直下方に向かって開口している。この取水口７ａからスラグホッパ５内のスラグＳとスラグ水Ｗとの混合物が吸い出される。また、スラグ排出ライン７には、スラグ水取水弁９が設けられている。

スラグ排出ライン７の下流端はスラグ分離装置１０に接続されている。このスラグ分離装置１０は、スラグとスラグ水との混合物からスラグを分離するものであり、例えば遠心分離装置（サイクロン等）が好適であるが、ストレーナやフィルタのような濾過式の分離手段を用いてもよい。スラグとスラグ水との混合物は、スラグホッパ５から重力により自然落下させてスラグ分離装置１０に移送されるのではなく、スラグ排出ライン７を流れる水流によって移送される。このため、スラグ分離装置１０を石炭ガス化炉２の側方に配置することができ、石炭ガス化炉２の高さ低く抑えることができる。

スラグ分離装置１０の下部に、一時貯留ホッパ１２と、仕切り弁１３と、ロックホッパ１４と、スラグ排出弁１５と、スラグ分配機１６と、並列に設置された複数のスラグ脱水層１７と、最終排出弁１８とが順に接続されている。ロックホッパ１４は、スラグ分離装置１０にて分離されたスラグを所定量貯留するホッパであり、一時貯留ホッパ１２は、ロックホッパ１４においてスラグの払い出しが行われている間に、スラグ分離装置１０にて分離されたスラグＳを一時的に貯留するホッパである。

一方、スラグ分離装置１０にはスラグ水還流ライン２０の一端が接続され、このスラグ水還流ライン２０の他端はスラグホッパ５に設けられた還流ノズル２１に接続されている。このスラグ水還流ライン２０は、スラグ分離装置１０にて分離されたスラグ水をスラグホッパ５に還流させる管路であり、還流ノズル２１の高さは、スラグホッパ５内におけるスラグ水Ｗの浅層部に相当する高さに設定されている。また、スラグ水還流ライン２０には、スラグ水戻り弁２２が設けられ、さらに循環ポンプ２４とスラグ水冷却器２５とが接続されている。

循環ポンプ２４が作動することにより、スラグ分離装置１０にて分離されたスラグ水が還流ノズル２１からスラグホッパ５内に還流し、これにより、スラグ排出ライン７の上流端である取水口７ａと、スラグ排出ライン７の下流端であるスラグ分離装置１０との接続部との間に圧力差が生じる。このため、スラグ排出ライン７中に、スラグホッパ５からスラグ分離装置１０への水流が形成され、スラグホッパ５内のスラグＳをスラグ水Ｗと共にスラグ分離装置１０へと移送可能になる。

また、スラグホッパ５から延出してスラグ分離装置１０を経由せずに（スラグ排出ライン７を通らずに）スラグ水還流ライン２０における循環ポンプ２４の上流側に合流するバイパスライン２７が配設されている。このバイパスライン２７の上流端は、スラグホッパ５に貯留されたスラグ水Ｗの浅層部の高さに設けられたバイパス取水口２８から延出しており、バイパスライン２７にはスラグ水バイパス弁２９が設けられている。このスラグ水バイパス弁２９は、スラグ排出ライン７に設けられたスラグ水取水弁９と共に、スラグホッパ５のスラグ水Ｗを、スラグ排出ライン７とバイパスライン２７とに選択的に流すバイパス水流切替部を構成するものである。スラグ水還流ライン２０における、スラグ分離装置１０と、バイパスライン２７の合流部との間には、スラグ水還流遮断弁３０が設けられている。

さらに、スラグホッパ５の底部５ａに攪拌水ノズル３２が設けられており、この攪拌水ノズル３２に、スラグ水還流ライン２０におけるスラグ水冷却器２５の下流側から分岐する攪拌水ライン３３の下流端が接続されている。攪拌水ノズル３２は、スラグホッパ５の底部５ａにてスラグ排出ライン７の取水口７ａに対向して鉛直上方に開口しており、スラグ水還流ライン２０からスラグホッパ５に還流するスラグ水Ｗを、スラグホッパ５の底部からスラグ排出ライン７の取水口７ａに向かって噴射するノズルである。

攪拌水ライン３３には起動用スラグ水弁３４が設けられている。この起動用スラグ水弁３４は、スラグ水還流ライン２０に設けられたスラグ水戻り弁２２と共に、スラグ水還流ライン２０から還流してくるスラグ水Ｗを、還流ノズル２１と攪拌水ノズル３２とに選択的に流す攪拌水流切替部を構成するものである。

図２に示すように、攪拌水ノズル３２は、スラグ排出ライン７の取水口７ａに向かって直立し、周囲に複数の通水口３７ａが形成された内筒部３７と、この内筒部３７の底部を閉塞する底板３８と、内筒部３７の周囲を間隔を開けて取り囲み、内筒部３７との間にジャケット室３９を形成する外筒部４０と、を備えて構成されている。外筒部４０には、攪拌水ライン３３が接続されるユニオン（フランジ）４１が設けられており、外筒部４０の下部の径は下方に向かって漸次収斂して内筒部３７の径に一致している。なお、通水口３７ａは内筒部３７の最低部よりも高い位置に形成されている。

攪拌水ライン３３からユニオン４１を経て供給されるスラグ水は、ジャケット室３９から通水口３７ａを通過して内筒部３７の内側に注水され、内筒部３７の底部が閉塞されているためにその流れ方向を上方に変向されてスラグホッパ５側に噴き上げられる。

図２中に示すように、スラグ排出ライン７の取水口７ａの口径をｄ、攪拌水ノズル３２の口径をＤ、攪拌水ノズル３２の内筒部３７の軸方向長さをＬとした場合に、Ｄをｄの０．７〜２倍程度に設定し、ＬをＤの１〜１０倍程度に設定するのが好ましいことが発明者らの実験から明らかになった。

Ｄをｄの０．７〜２倍程度に設定することにより、内筒部３７から噴き上げられる攪拌水により、スラグホッパ５の底部５ａに堆積しているスラグＳを効率的に攪拌・浮遊させ取水口７ａ周りのスラグＳ量を低下させることができる。また、ＬをＤの１〜１０倍程度に設定することで通水口３７ａから供給された攪拌水を整流し内筒部３７から上方に噴き出すことが可能となる。

以上のように構成されたスラグ排出システム１は、以下のように作用する。
このスラグ排出システム１において、循環ポンプ２４が起動すると、前述のようにスラグ排出ライン７中に、スラグホッパ５からスラグ分離装置１０への水流が形成される。これにより、スラグホッパ５に貯留されたスラグＳとスラグ水Ｗとの混合物が、取水口７ａからスラグ排出ライン７に吸い込まれてスラグ分離装置１０に送給され、ここでスラグがスラグ水から分離される。分離されたスラグは一時貯留ホッパ１２と仕切り弁１３とを経てロックホッパ１４にて所定量貯留された後、スラグ排出弁１５が開かれることにより石炭ガス化炉２の系外に排出される。

即ち、ロックホッパ１４がスラグＳで満杯になると、仕切り弁１３が閉じられて、ロックホッパ１４の減圧操作がなされた後、スラグ排出弁１５が開かれ、ロックホッパ１４に貯留されたスラグＳが重力によりスラグ分配機１６に落下し、さらにスラグ分配機１６によって複数のスラグ脱水層１７に分配され、最終的に運搬車両４３等によって石炭ガス化炉２の系外に排出される。その間もスラグ分離装置１０から連続的に送られてくるスラグは、一時貯留ホッパ１２に一時的に貯留され、ロックホッパ１４のスラグの払い出しが完了した時点で仕切り弁１３が開かれてロックホッパ１４に落とされる。一方、スラグ分離装置１０にて分離されたスラグ水は、スラグ水還流ライン２０を経てスラグホッパ５に還流される。

上記構成によれば、石炭ガス化炉２で生成されたスラグＳがスラグ水Ｗと共にスラグ分離装置１０に送給され、ここで分離されたスラグのみがロックホッパ１４に貯留され、スラグ水はスラグ水還流ライン２０を経てスラグホッパ５に還流する。即ち、ロックホッパ１４がスラグ排出ライン７やスラグ水還流ライン２０に対して並列的に設けられている。このため、ロックホッパ１４からスラグを払い出す時であっても、スラグ排出ライン７およびスラグ水還流ライン２０におけるスラグ水の循環を継続させておくことができる。

したがって、ロックホッパ１４からのスラグ払い出しの都度、従来のようにスラグ排出ライン７の水流を止める必要がなく、連続運転しておくことができる。これにより、スラグホッパ５の内部においてスラグ排出ライン７の取水口７ａにおけるスラグの堆積を抑制することができる。しかも、スラグ排出ライン７やスラグ水還流ライン２０におけるスラグ水の流れが滞らないため、スラグ水を常にスラグ水冷却器２５に通過させて冷却しておくことができ、スラグ水温の上昇を抑制することができる。

このスラグ排出システム１では、上述のようにスラグ排出ライン７や スラグ水還流ライン２０に対して並列的に設けられているロックホッパ１４の上部に、スラグを一時的に貯留する一時貯留ホッパ１２を設ける構成とした。
一般に、ロックホッパ１４のスラグ払い出しには所定の時間を要するが、その間もスラグ分離装置１０からロックホッパ１４側にスラグが送給され続けるため、一時貯留ホッパ１２を設けることによってスラグを一時的に受容することができる。これにより、スラグ分離装置１０の作動を停止させることなく、即ちスラグ水の流れを止めることなくロックホッパ１４のスラグ払い出しを行うことができる。

例えば、スラグ排出システム１の起動時には、スラグホッパ５の底部にスラグＳが堆積しているため、スラグ排出ライン７の取水口７ａからスラグ水Ｗを吸い出すことが困難になる。このような場合には、バイパス水流切替部であるスラグ水取水弁９とスラグ水バイパス弁２９とを切り替えて、バイパスライン２７からスラグホッパ５の浅層部のスラグ水を取水させる。即ち、スラグ水取水弁９を閉じるとともに、スラグ水バイパス弁２９を開き、この状態で循環ポンプ２４を起動させる。スラグ水取水弁９を閉じる代わりにスラグ水還流遮断弁３０を閉じてもよい。

これにより、スラグＳを含まないスラグホッパ５浅層部のスラグ水Ｗをバイパスライン２７から取水してスラグ水還流ライン２０に送給することができる。このため、スラグＳの堆積時や、スラグＳを排出する必要がない場合においてもスラグ水Ｗの水流を保つことができ、スラグ水Ｗをスラグ水冷却器２５に常時通過させて水温調整し、スラグ水Ｗの水温上昇を抑制することができる。

また、例えば循環ポンプ２４の停止時にスラグホッパ５の底部にスラグＳが堆積し、ポンプ再起動時にスラグ排出ライン７の取水口７ａからスラグ水Ｗを吸い出すことが困難な場合は、前述のようにバイパス水流切替部（弁９，２９）を切り替えてバイパスライン２７からスラグホッパ５浅層部のスラグ水Ｗを取水可能にするとともに、攪拌水流切替部であるスラグ水戻り弁２２と起動用スラグ水弁３４とを切り替える。即ち、スラグ水戻り弁２２を閉じて起動用スラグ水弁３４を開き、スラグ水還流ライン２０の出口を攪拌水ノズル３２とし、この状態で循環ポンプ２４を起動させる。

これにより、スラグホッパ５浅層部のスラグ水がバイパスライン２７とスラグ水還流ライン２０と攪拌水ライン３３とを経て攪拌水ノズル３２からスラグホッパ５の内部に噴射される。このため、スラグホッパ５の底部に堆積したスラグＳに攪拌水ノズル３２からスラグ水Ｗが供給され、堆積したスラグＳが攪拌および希釈される。

次に、バイパス水流切替部を切り替えて、即ちスラグ水取水弁９を開き、スラグ水バイパス弁２９を閉じることにより、スラグホッパ５の底部にて攪拌されたスラグＳとスラグ水Ｗの混合物をスラグ排出ライン７の取水口７ａから吸い出す。また、攪拌水流切替部を切り替えて、即ちスラグ水戻り弁２２を開いて起動用スラグ水弁３４を閉じ、スラグ水還流ライン２０から還流してくるスラグ水Ｗを還流ノズル２１からスラグホッパ５に還流させ、通常運転に切り替える。

このような攪拌水ノズル３２を設けることにより、スラグホッパ５の底部にスラグＳが堆積した場合における循環ポンプ２４の再起動を容易にすることができる。また、スラグホッパ５から取水されるスラグ水Ｗのスラグ濃度を低下させることができるため、各配管類７，２０，２７，３３の内部におけるスラグ粒子の堆積や閉塞を防止することができる。

このスラグ排出システム１では、スラグ排出ライン７の取水口７ａをスラグホッパ５の底部５ａよりも上方に離間して鉛直下方に向かって開口させ、攪拌水ノズル３２をスラグホッパ５の底部５ａにて取水口７ａに対向して鉛直上方に開口させる構成とした。

上記構成によれば、スラグホッパ５の底部に堆積したスラグＳを、スラグホッパ５の底部から鉛直上方に向かって開口する攪拌水ノズル３２から放流されるスラグ水Ｗにより上方に噴き上げて堆積状態を崩すことができる。このため、スラグＳを効率的に攪拌し、希釈することができる。

一方、スラグ排出ライン７の取水口７ａは、攪拌水ノズル３２に対向して鉛直下方に向かって開口しているため、上記のように噴き上げられたスラグＳを良好に取水することができる。したがって、スラグホッパ５の底部にスラグＳが堆積した状態であっても、スラグ排出システム１を容易に起動させることができる。

さらに、このスラグ排出システム１では、攪拌水ノズル３２は、スラグ排出ライン７の取水口７ａに向かって直立し、底部が閉塞され、その周面の円周方向に沿って多孔状の通水口３７ａが形成された内筒部３７と、この内筒部３７の周囲を間隔を開けて取り囲み、攪拌水ライン３３からのスラグ水Ｗを、通水口３７ａを経て内筒部３７に注水する外筒部４０とを備えてなる構成とした。

上記構成によれば、攪拌水ライン３３から攪拌水ノズル３２に供給されるスラグ水Ｗは、まず外筒部４０の内部に流入して内筒部３７の周囲を取り囲み、次に内筒部３７の周面に形成された通水口３７ａを経て一斉に内筒部３７の内側に流入する。内筒部３７の底部は閉塞されているため、このスラグ水Ｗの流れ方向は上方に変向され、スラグホッパ５側に噴き上げられる。

このため、スラグホッパ５から内筒部３７の内部に落下したスラグＳを通水口３７ａから漏洩させることなくスラグホッパ５側に押し戻してスラグ排出ライン７の取水口７ａに吸引させることができ、スラグＳの分離性能を向上させることができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示すスラグホッパ５付近の縦断面図である。この図３の構成において、図２に示す第１実施形態の構成と異なる点は、攪拌水ノズル３２の内筒部３７の内側に、径方向に間隔を開けてさらにもう１本の筒状の遮蔽板４５が設けられている点のみである。その他の部分の構成は第１実施形態と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

内筒部３７の内側に設けられたもう１本の筒状の遮蔽板４５は、その上端部の口径が下方から漸次拡径して内筒部３７の口径に一致している。また、遮蔽板４５の下端部は、内筒部３７の内部に落下したスラグＳが通水口３７ａを経て外筒部４０側に流出しない程度に内筒部３７の底部（底板３８）から離間している。遮蔽板４５の口径Ｄａは、攪拌水ノズル３２の口径Ｄの０．５〜０．９倍程度に設定するのが好ましい。

上記構成とすることにより、スラグホッパ５から遮蔽板４５の内部にスラグＳが落下して堆積しても、この堆積したスラグＳの安息角が内筒部３７の通水口３７ａに掛からなくなる。このため、循環ポンプ２４の起動とともに、内筒部３７の外周側から通水口３７ａを経て内筒部３７に流れ込む水流によって遮蔽板４５の内部に落下したスラグＳを通水口３７ａから外側に漏洩させることなくスラグホッパ５側に押し戻してスラグ排出ライン７の取水口７ａに吸引させることができる。これにより、スラグＳの分離性能を向上させることができる。

［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態を示すスラグ排出システムの概略構成図である。このスラグ排出システム５１は、スラグ水還流ライン２０からスラグ水Ｗの一部を抽出するスラグ水抽出ライン５３を有する点で第１実施形態のスラグ排出システム１と相違し、それ以外の点は同一である。したがって、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。

スラグ水抽出ライン５３は、例えばスラグ分離装置１０の下流側となるスラグ水還流ライン２０から分岐し、スラグ水還流ライン２０に接続されているスラグ水還流遮断弁３０の下流側でスラグ水還流ライン２０に再合流している。このスラグ水抽出ライン５３には、例えば流れの上流側から、流量調整弁５４と、精密濾過装置５５と、給水ポンプ５６とが接続されている。精密濾過装置５５としてはメンブレンフィルターを例示できるが、これに限定されることはない。

このようなスラグ水抽出ライン５３を設けることにより、スラグ分離装置１０においてスラグ水から分離することのできない微細なスラグ粒子を精密濾過装置５５によって除去することができ、このような微細なスラグ粒子が濃縮されて各配管類の内部におけるスラグ粒子の堆積や閉塞を効果的に防止することができる。

以上のように、本実施形態に係るスラグ排出システム１，５１およびこれを備えた石炭ガス化炉２によれば、ロックホッパ１４からのスラグ払い出し時において循環ポンプ２４の連続運転を可能にし、スラグ排出ライン７の取水口７ａの閉塞を防止するとともに、循環ポンプ２４への負荷を低減させ、併せてスラグ水温の上昇を防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

１，５１ スラグ排出システム
２ 石炭ガス化炉（ガス化炉）
５ スラグホッパ
７ スラグ排出ライン
７ａ スラグ排出ラインの取水口
９ スラグ水取水弁（バイパス水流切替部）
１０ スラグ分離装置
１２ 一時貯留ホッパ
１４ ロックホッパ
１５ スラグ排出弁
２０ スラグ水還流ライン
２１ 還流ノズル
２２ スラグ水戻り弁（攪拌水流切替部）
２４ 循環ポンプ
２７ バイパスライン
２９ スラグ水バイパス弁（バイパス水流切替部）
３２ 攪拌水ノズル
３３ 攪拌水ライン
３４ 起動用スラグ水弁（攪拌水流切替部）
３７ 内筒部
３７ａ 通水口
４０ 外筒部
４５ 遮蔽板
５３ スラグ水抽出ライン
５５ 精密濾過装置
５６ 給水ポンプ
Ｓ スラグ
Ｗ スラグ水

Claims (8)

1. 炭素質固体燃料を熱分解させてガス化するガス化炉の底部に設けられ、前記炭素質固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを冷却するスラグ水が貯留されたスラグホッパと、
   前記スラグホッパの底部から前記スラグと前記スラグ水との混合物を排出するスラグ排出ラインと、
   前記スラグ排出ラインの下流端に接続され、前記スラグと前記スラグ水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、
   前記スラグ排出ライン中に、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置への水流を形成する循環ポンプと、
   前記スラグ分離装置にて分離された前記スラグを所定量貯留し、前記ガス化炉の系外に排出するロックホッパと、
   前記ロックホッパの下部出口に設けられたスラグ排出弁と、
   前記ロックホッパの上部入口に設けられた仕切弁と、
   前記スラグ分離装置にて分離された前記スラグ水を前記スラグホッパに還流させるスラグ水還流ラインと、
   前記スラグホッパに貯留された前記スラグ水の浅層部の高さから延出し、前記スラグ分離装置を経由せずに前記スラグ水還流ラインに合流するバイパスラインと、
   前記スラグホッパの前記スラグ水を、前記スラグ排出ラインと前記バイパスラインとに選択的に流すバイパス水流切替部と、
   を備えたスラグ排出システム。
2. 前記スラグ分離装置と前記ロックホッパとの間に、前記スラグ分離装置にて分離された前記スラグを一時的に貯留する一時貯留ホッパを備えた請求項１に記載のスラグ排出システム。
3. 前記スラグ水還流ラインは、前記スラグホッパに貯留された前記スラグ水の浅層部の高さに設けられた還流ノズルに接続されるとともに、
   前記スラグホッパの底部から前記スラグ排出ラインの取水口に向かって前記スラグ水を噴射する攪拌水ノズルと、
   前記スラグ水還流ラインから分岐して前記攪拌水ノズルに接続される攪拌水ラインと、
   前記スラグ水還流ラインから還流してくる前記スラグ水を、前記還流ノズルと前記攪拌水ノズルとに選択的に流す攪拌水流切替部と、
   を備えた請求項１または請求項２に記載のスラグ排出システム。
4. 前記スラグ排出ラインの前記取水口は、前記スラグホッパの底部よりも上方に離間して鉛直下方に向かって開口し、
   前記攪拌水ノズルは、前記スラグホッパの底部にて前記取水口に対向して鉛直上方に開口している請求項３に記載のスラグ排出システム。
5. 前記攪拌水ノズルは、
   前記スラグ排出ラインの前記取水口に向かって直立し、底部が閉塞され、周囲に複数の通水口が形成された内筒部と、
   前記内筒部の周囲を間隔を開けて取り囲み、前記攪拌水ラインからの前記スラグ水を前記通水口を経て前記内筒部に注水する外筒部と、
   を備えた請求項４に記載のスラグ排出システム。
6. 前記攪拌水ノズルにおいて、前記内筒部の内側に、径方向に間隔を開けてさらにもう１本の筒状の遮蔽板が設けられ、
   前記遮蔽板の上端部の口径は下方から漸次拡径して前記内筒部の口径に一致し、
   前記遮蔽板の下端部は、前記内筒部の内部に落下した前記スラグが前記通水口を経て前記外筒部側に流出しない程度に前記内筒部の底部から離間している請求項５に記載のスラグ排出システム。
7. 前記スラグ水還流ラインから前記スラグ水の一部を抽出し、精密濾過装置を経て再び前記スラグ水還流ラインに還流させるスラグ水抽出ラインを有する請求項１から６のいずれかに記載のスラグ排出システム。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のスラグ排出システムを備えたガス化炉。

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