JP6710618B2 - 炉壁、ガス化炉設備およびガス化複合発電設備ならびに炉壁の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、内部に冷却媒体が流通する配管を用いて構成された炉壁、ガス化炉設備およびガス化複合発電設備ならびに炉壁の製造方法に関するものである。
ボイラやガス化炉等の炉壁には、内部に水等の冷却媒体が流通する複数の周壁管（配管）によって形成された水冷壁構造が採用されている（特許文献１及び２）。隣り合う周壁管の間にはフィン（接続部）が配置されており、これにより気密な炉壁が構成されている。
例えばガス化炉は、石炭を粉砕した微粉炭（炭素含有固体燃料）を高温燃焼させるコンバスタ部と、コンバスタ部の燃焼ガスの下流側に配置され微粉炭などを部分燃焼させつつガス化するリダクタ部とを備えている。リダクタ部は、コンバスタ部に比べてガス温度が低いため、リダクタ部のガスがコンバスタ部へ流れ込まないように、コンバスタ部とリダクタ部との間にスロート部を備えたディフューザ部を設けている。スロート部によってガスの流路断面を小さくしてコンバスタ部から導かれた燃焼ガス流速を上昇させることによって、リダクタ部のガスがコンバスタ部に流れこまないようになっている。
スロート部の直径（スロート径）は、ガス流速とガス流分布を最適化するために所定の径に設定される。具体的には、スロート径は、コンバスタ部に投入される微粉炭量によって決定される。
スロート部を有するディフューザ部を複数の周壁管によって構成する場合には、以下の問題がある。
周壁管の内径は、微粉炭投入量で決まる熱負荷に対して、冷却壁として必要な熱交換量を得るように冷却水の流量と流速に応じて決定される。これにより周壁管の外径も決まってくるため、周壁管とフィンを連続して配置した炉壁で所望のスロート径を実現するにあたり周壁管の配置には制限が生じる。
周壁管の内径は、微粉炭投入量で決まる熱負荷に対して、冷却壁として必要な熱交換量を得るように冷却水の流量と流速に応じて決定される。これにより周壁管の外径も決まってくるため、周壁管とフィンを連続して配置した炉壁で所望のスロート径を実現するにあたり周壁管の配置には制限が生じる。
例えば、所望のスロート径を実現する同一半径上に各周壁管を配置しようとしても、必要な内径を有する周壁管の外径とその数量を用いるという制限によって、全ての周壁管を同一半径上に配置することが困難な場合がある。このような場合、図１１に示すように、一部の周壁管１４２をスロート部の外周側に外して残りの周壁管１４２でスロート部を構成することがある（いわゆる間引き構造）。これでは、一部の周壁管１４２を間引く際に他の周壁管１４２とは異なる角度で曲げる工程が発生し、製造及びメンテナンスが煩雑となる。
また、図１１のように間引き構造を採用すると、周壁管１４２を間引きした近傍では周壁管１４２の間の距離が大きくなりフィン１４０の領域が広くなる（図１１（ｂ）参照）。スロート部よりも炉壁の流路断面の直径が大きく周壁管１４２を間引きしない領域（例えばコンバスタ部やリダクタ部に近い領域）での周壁管１４２同士の間のフィン１４０に比べて、領域が広くなったフィン１４０では、周壁管１４２との伝熱が十分に行われずにフィン１４０の温度が上昇して耐久性が低下するおそれがある。
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、流路断面が他の領域よりも流路直径が小さいスロート部を全ての周壁管（配管）を用いて構成できる炉壁、ガス化炉設備およびガス化複合発電設備ならびに炉壁の製造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、本発明の炉壁、ガス化炉設備およびガス化複合発電設備ならびに炉壁の製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる炉壁は、一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置され、内部に冷却媒体が流通する複数の配管と、隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部とを備え、前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士が接触部にて接触して配置されるとともに、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部である内周側接続部が設けられていることを特徴とする。
円筒形とされた炉壁の横断面の直径において、隣接する配管の間に接続部を設ける他の領域に比べて、炉壁の横断面の直径が小さくされたスロート部では、配管同士を接触部にて接触させて配置することで、円筒形の横断面の直径を小さくすることとした。これにより、炉壁を構成する配管の一部を外側に外して円筒形を構成することを回避し、炉壁を構成する全ての配管を用いてスロート部を構成することができる。また、一部の配管を間引く際に配管を他の配管とは異なる角度で曲げる工程が不要となるので、製造及びメンテナンスが容易となる。
間引き構造を採用すると、配管を間引きした近傍では配管間の距離が大きくなり接続部の領域が広くなる。領域が広くなった接続部では、配管との伝熱が十分に行われずに接続部の温度が上昇して耐久性が低下する。本発明では、配管同士を接触させて間引き構造を回避することとしたので、接続部の耐久性が低下することを防止できる。
円筒形とされた炉壁の接触部よりも内周側に接続部を設けることとしたので、炉内ガスを接続部に導かないように配管間のシールを確実にすることができ、また強度を向上させることができる。
なお、スロート部よりも炉壁のガスの流路断面の直径が大きい領域では、配管同士を接触させずに配管同士を離間させた状態で、間に接続部を介して接続することとしても良い。
間引き構造を採用すると、配管を間引きした近傍では配管間の距離が大きくなり接続部の領域が広くなる。領域が広くなった接続部では、配管との伝熱が十分に行われずに接続部の温度が上昇して耐久性が低下する。本発明では、配管同士を接触させて間引き構造を回避することとしたので、接続部の耐久性が低下することを防止できる。
円筒形とされた炉壁の接触部よりも内周側に接続部を設けることとしたので、炉内ガスを接続部に導かないように配管間のシールを確実にすることができ、また強度を向上させることができる。
なお、スロート部よりも炉壁のガスの流路断面の直径が大きい領域では、配管同士を接触させずに配管同士を離間させた状態で、間に接続部を介して接続することとしても良い。
さらに、本発明の炉壁では、前記内周側接続部は、前記配管の長手方向に沿って設けられた棒状部材を備えていることを特徴とする。
配管の長手方向に沿って棒状部材を設けることとしたので、溶接する際に配管間の狭隘領域に開先を形成することができる。また、配管間をシールするシールロッドとして棒状部材を機能させることができる。
さらに、本発明の炉壁では、前記スロート部の領域には、前記接触部よりも前記円筒形の外周側に前記接続部である外周側接続部が設けられていることを特徴とする。
スロート部の領域では、接触部よりも円筒形の内周側に設けた内周側接続部に加えて、接触部よりも外周側にも外周側接続部を設けることとした。これにより、シール性及び強度を向上させることができる。
さらに、本発明の炉壁では、前記外周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材が設けられ、前記内周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材が設けられ、前記内周側接続部の前記棒状部材と、前記外周側接続部の前記棒状部材とが端部にて折り返された状態で互いに接続されており、前記外周側接続部の前記棒状部材には、切断部が設けられていることを特徴とする。
棒状部材を内周側及び外周側に設けることによって、シール性能を向上させることができる。
棒状部材に少なくとも１つの切断部を設けることで、内周側及び外周側の棒状部材に囲まれた空間内にガスが閉じ込められてこの空間内の圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。また、切断部を外周側に設けることによって、炉内ガスが配管同士の接触部に侵入することを防止する。
棒状部材に少なくとも１つの切断部を設けることで、内周側及び外周側の棒状部材に囲まれた空間内にガスが閉じ込められてこの空間内の圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。また、切断部を外周側に設けることによって、炉内ガスが配管同士の接触部に侵入することを防止する。
さらに、本発明の炉壁では、前記配管の少なくとも一部には、前記配管同士が接触する前記接触部に、外表面を切り欠いて形成した平面形状部が形成されていることを特徴とする。
配管の外表面を切り欠いて平面形状部を形成し、この平面形状部を接触させて配管同士を接続することとする。これにより、隣り合う配管の中心間距離が短くなり、スロート部の直径（スロート径）をさらに小さくすることができる。このような構成は、配管の外表面を切り欠かずに配管同士を単に接触させただけでは所望のスロート径まで小さくできない場合に好適である。
さらに、本発明の炉壁では、前記円筒形の横断面であって、各前記配管の中心は、前記スロート部における前記円筒形中心位置から同じ半径位置に配置されていることを特徴とする。
各配管の中心を、スロート部において同じ半径位置に配置することで、各配管の管曲げを同様な位置と同様な曲げ角度に行うことができ、数多くの配管を容易に製造するとともに、組合せて溶接接続する際にもスロート部を容易に製造することができる。
さらに、本発明の炉壁では、前記円筒形の横断面であって、各前記配管の中心は、前記スロート部における前記円筒形中心位置から異なる半径位置に配置されていることを特徴とする。
各配管の中心を、スロート部において異なる半径位置に配置することで、同じ半径位置に配置する場合に比べてスロート部における半径を小さくすることができる。特に、全ての配管同士を直接接触させて同じ半径上に配置させても所望のスロート径が得られない場合に好適である。
例えば、隣り合う配管の半径位置を交互に変えて二種類の半径位置を採用する。これにより、管曲げを二種類に限定できるので、配管の曲げ製造とスロート部への製造が比較的容易になる。なお、二種類の半径位置を採用する場合には、これら半径の平均値が所望のスロート径に相当するようにするのが好ましい。
例えば、隣り合う配管の半径位置を交互に変えて二種類の半径位置を採用する。これにより、管曲げを二種類に限定できるので、配管の曲げ製造とスロート部への製造が比較的容易になる。なお、二種類の半径位置を採用する場合には、これら半径の平均値が所望のスロート径に相当するようにするのが好ましい。
また、本発明のガス化炉設備は、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ガス化炉設備であって、上記のいずれかに記載の炉壁を備え、前記円筒形の内側内部に前記生成ガスが通過することを特徴とする。
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炉設備と、前記ガス化炉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、前記ガスタービンから排出される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を含む蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、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。
また、本発明の炉壁の製造方法は、内部に冷却媒体が流通する複数の配管を、一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置する工程と、隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部を設ける工程とを有し、前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士を接触部にて接触させて配置し、かつ、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部を設けることを特徴とする。
他の領域よりも流路断面の直径が小さいスロート部で、配管同士を接触させて配置することで、全ての配管を用いてスロート部を構成することができる。これにより、炉壁の製造及びメンテナンスが容易となる。
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。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
ガス化炉設備１４が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１０は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉設備１４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１０は、ガス化炉設備１４で生成した生成ガスを、ガス精製装置１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン１７に供給して発電を行っている。すなわち、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化炉設備１４に供給する燃料としては、石炭等の炭素含有固体燃料を石炭ミルによって細かく砕いた微粉炭が用いられる。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
ガス化炉設備１４が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１０は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉設備１４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１０は、ガス化炉設備１４で生成した生成ガスを、ガス精製装置１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン１７に供給して発電を行っている。すなわち、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化炉設備１４に供給する燃料としては、石炭等の炭素含有固体燃料を石炭ミルによって細かく砕いた微粉炭が用いられる。
石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１０は、図１に示すように、給炭装置１１と、ガス化炉設備１４と、チャー回収装置１５と、ガス精製装置１６と、ガスタービン１７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）２０とを有している。
給炭装置１１は、原炭としての石炭が供給され、石炭ミル（図示略）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１１で製造された微粉炭は、後述する空気分離装置４２から供給される搬送用イナートガスとしての窒素によってガス化炉設備１４へ向けて供給される。
ガス化炉設備１４は、給炭装置１１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１５で回収されたチャー（石炭の未反応分および灰分）が戻されて再利用可能に供給されている。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。
また、ガス化炉設備１４には、ガスタービン１７（圧縮機６１）からの圧縮空気供給ライン４１が接続されており、ガスタービン１７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧器６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉設備１４に供給可能となっている。空気分離装置４２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４３によって空気分離装置４２とガス化炉設備１４とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン４３には、給炭装置１１からの給炭ライン１１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン４３から分岐する第２窒素供給ライン４５もガス化炉設備１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、空気分離装置４２は、酸素供給ライン４７によって、圧縮空気供給ライン４１と接続されている。そして、空気分離装置４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン４３及び第２窒素供給ライン４５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４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン４７及び圧縮空気供給ライン４１を流通することで、ガス化炉設備１４において酸化剤として利用される。
ガス化炉設備１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１０１（図２参照）を有している。ガス化炉設備１４は、内部に供給された微粉炭およびチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させてガス化させることで、生成ガスを生成する。なお、ガス化炉設備１４は、スラグを排出するスラグ排出装置４８が設けられている。そして、このガス化炉設備１４には、チャー回収装置１５に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、図２に示すように、ガス生成ライン４９にシンガスクーラ１０２（ガス冷却器）を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給してもよい。
チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１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、ガス化炉設備１４で生成された生成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生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で生成ガスから分離されたチャーを貯留する。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された生成ガスに対して、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１６は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン１７に供給する。なお、チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製装置１６では、アミン吸収液によって硫黄分を除去回収し、有効利用する。
ガスタービン１７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１６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１７は、圧縮機６１からガス化炉設備１４に延びる圧縮空気供給ライン４１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とガス精製装置１６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燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン６３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１９を回転駆動させる。
蒸気タービン１８は、ガスタービン１７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１９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２０は、ガスタービン１７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、給水と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２０は、蒸気タービン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２０で生成する蒸気には、ガス化炉１０１のシンガスクーラ１０２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２０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１８では、排熱回収ボイラ２０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を回転させることで発電機１９を回転駆動させる。
排熱回収ボイラ２０出口から煙突７５までには、ガス浄化装置７４を備えている。
次に、上述の石炭ガス化複合発電設備１０の動作について説明する。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭装置１１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１１で製造された微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化炉設備１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化炉設備１４に供給される。更に、後述するガスタービン１７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４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化炉設備１４に供給される。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭装置１１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１１で製造された微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化炉設備１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化炉設備１４に供給される。更に、後述するガスタービン１７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４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化炉設備１４に供給される。
ガス化炉設備１４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、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備１４からガス生成ライン４９を通って排出され、チャー回収装置１５に送られる。
チャー回収装置１５にて、生成ガスは、まず、集塵装置５１に供給されることで、生成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生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化炉設備１４に戻されてリサイクルされる。
チャー回収装置１５によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製装置１６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。圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給する。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１６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する。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を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。このようにして、ガスタービン１７は発電を行うことができる。
そして、排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７におけるタービン６３から排出された排気ガスと給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン１８に供給する。蒸気タービン１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。なお、ガスタービン１７と蒸気タービン１８は同一軸として１つの発電機１９を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機１９を回転駆動しても良い。
その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０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及び図２を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備１０におけるガス化炉設備１４について詳細に説明する。
ガス化炉設備１４は、図２に示すように、ガス化炉１０１と、シンガスクーラ１０２と、を備えている。
ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁（炉壁）１１１とを有している。そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。
圧力容器１１０は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。本実施形態では圧力容器１１０は円筒形状で、ガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７も円筒形状に形成されている。そして、ガス化炉壁１１１は、図示しない支持部材により圧力容器１１０内面に連結されている。
ガス化炉壁１１１は、圧力容器１１０の内部を内部空間１５４と外部空間１５６に分離する。ガス化炉壁１１１は、後述するが、横断面形状がコンバスタ部１１６とリダクタ部１１８との間のディフューザ部１１７で変化する形状とされている。ガス化炉壁１１１は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、鉛直下方側となるその下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１０の底部に形成されるスラグホッパ１２２には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。ガス化炉壁１１１には、バーナ１２６、１２７が挿入され、内部空間１５４にシンガスクーラ１０２が配置されている。ガス化炉壁１１１の構造については後述する。
アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間、つまり外部空間１５６であり、空気分離装置４２で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）との圧力差を所定圧力以内となるよう略均圧にしている。
コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２６からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。
リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給し部分燃焼させて、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと分解してガス化されて生成ガスを生成する空間となっており、リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２７からなる燃焼装置が配置されている。
シンガスクーラ１０２は、ガス化炉壁１１１の内部に設けられると共に、リダクタ部１１８のバーナ１２７の鉛直方向の上方側に設けられている。シンガスクーラ１０２は熱交換器であり、ガス化炉壁１１１の鉛直方向の下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４が配置されている。これらのシンガスクーラ１０２は、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。また、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
ここで、上述のガス化炉設備１４の動作について説明する。
ガス化炉設備１４のガス化炉１０１において、リダクタ部１１８のバーナ１２７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部１１６のバーナ１２６により微粉炭及びチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁１１１へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２２内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１６で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通ってリダクタ部１１８に上昇する。このリダクタ部１１８では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
ガス化炉設備１４のガス化炉１０１において、リダクタ部１１８のバーナ１２７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部１１６のバーナ１２６により微粉炭及びチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁１１１へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２２内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１６で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通ってリダクタ部１１８に上昇する。このリダクタ部１１８では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
次に、ガス化炉壁１１１について詳細に説明する。
図３には、ガス化炉設備１４のガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７の横断面が概略的に示されている。
ガス化炉壁１１１は、ディフューザ部１１７の横断面が円筒形状とされており、複数の周壁管１４２と、各周壁管１４２間に設けられたフィン（接続部）１４０とを備えている。
図３には、ガス化炉設備１４のガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７の横断面が概略的に示されている。
ガス化炉壁１１１は、ディフューザ部１１７の横断面が円筒形状とされており、複数の周壁管１４２と、各周壁管１４２間に設けられたフィン（接続部）１４０とを備えている。
図２に示すように、ガス化炉設備１４は、周壁管１４２に冷媒（冷却水として給水や蒸気など）を循環させる冷却水循環機構１４３を有する。冷却水循環機構１４３は、循環経路１４４と、ポンプ１４８と、入口ヘッダ１５０と、出口ヘッダ１５２とを有する。循環経路１４４は、入口ヘッダ１５０と、出口ヘッダ１５２とを介して複数の周壁管１４２の両端と接続されている。複数の周壁管１４２は、下端部が入口ヘッダ１５０に集められ、上端部が管寄せ出口ヘッダ１５２に集められている。複数の周壁管１４２は、ガス化炉１０１を全域にわたって鉛直方向に沿って設けられており、一部の周壁管１４２が切断されることなく、また、別の配管が増加することなく、同じ周壁管１４２が鉛直方向上下に伸び、周方向に並設されることで、ガス化炉１０１の炉壁が形成されている。循環経路１４４には、冷却装置１４６と、ポンプ１４８とが設けられている。
循環経路１４４には、冷却装置１４６が設けられていても良い。冷却装置１４６は、周壁管１４２を通過して温度が上昇した冷却水を熱交換などにより冷却する。冷却装置１４６は、例えば、蒸気発生装置でも良い。外部からの給水管（図示しない）は、一部はポンプ１４８により入口ヘッダ１５０へ供給され、他部は節炭器１３４へ供給する。蒸気ドラム（図示しない）は、出口ヘッダ１５２に連結され、また図示しない配管で、蒸発器１３１の伝熱管、過熱器１３２の伝熱管、節炭器１３４の伝熱管にも各々連結され、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、給水から蒸気を発生する。発生した蒸気は蒸気排出管（図示しない）により排熱回収ボイラ２０で発生する蒸気とともに、蒸気タービン１８に連結されている。また、生成ガスは熱交換を行うことで冷却されて、圧力容器１１０の上端部のガス排出口１２１から排出される。
図４には、ディフューザ部１１７周りの側面図が示されている。ディフューザ部１１７には、流路断面における直径が最も小さくなるスロート部１１７ａが設けられている。このスロート部１１７ａによって、コンバスタ部１１６から導かれた燃焼ガスの流速が増大される。本実施形態では、スロート部１１７ａのガス化炉壁１１１の直径すなわちスロート径Ｄは、コンバスタ部１１６の直径の約０．７〜０．９倍とされる。
図５には、スロート部１１７ａ周りの周壁管１４２の縦断面図の一部が示されている。同図において、周壁管１４２の右側がガス化炉壁１１１の内周側を示し、左側がガス化炉壁１１１の外周側外を示している。
図６には、スロート部１１７ａから離れており、ガス化炉壁１１１のガスの流路断面でスロート部１１７ａよりもガス化炉壁１１１の直径が大きい領域（例えばコンバスタ部１１６やリダクタ部１１８に近い領域）での周壁管１４２同士の配置状況を記載しており、例えば流路直径がスロート部１１７ａに向かって漸次小さくなる前の領域である切断面Ｓ１−Ｓ１（図５参照）におけるガス化炉壁１１１の周壁管１４２周囲の横断面図の一部が示されている。同図では、２つの周壁管１４２が代表して示されている。したがって、実際には複数の周壁管１４２がさらに連なって設けられている。
隣接する周壁管１４２の間を気密に接続する接続部として、周壁管１４２の間には、フィン１４０が配置されている。フィン１４０は、各周壁管１４２の中心を結んだ線上に配置されている。フィン１４０は、シールロッド（棒状部材）１４０ａと、シールロッド１４０ａを間に挟んで周壁管１４２との間の空間を埋めるように肉盛り溶接された溶接部１４０ｂとを備えている。シールロッド１４０ａ及び溶接部１４０ｂの材質としては、耐食性が高いニッケル基合金やニッケル含有合金が用いられる。ニッケル基合金としては、例えば、インコネル（登録商標）６００、インコネル（登録商標）６２２、インコネル（登録商標）６２５、インコネル（登録商標）６９０、ＨＲ−１６０、ハステロイＸ（商標）、Ａｌｌｏｙ７２、Ａｌｌｏｙ７２Ｍなどを用いることができる。
隣接する周壁管１４２の間を気密に接続する接続部として、周壁管１４２の間には、フィン１４０が配置されている。フィン１４０は、各周壁管１４２の中心を結んだ線上に配置されている。フィン１４０は、シールロッド（棒状部材）１４０ａと、シールロッド１４０ａを間に挟んで周壁管１４２との間の空間を埋めるように肉盛り溶接された溶接部１４０ｂとを備えている。シールロッド１４０ａ及び溶接部１４０ｂの材質としては、耐食性が高いニッケル基合金やニッケル含有合金が用いられる。ニッケル基合金としては、例えば、インコネル（登録商標）６００、インコネル（登録商標）６２２、インコネル（登録商標）６２５、インコネル（登録商標）６９０、ＨＲ−１６０、ハステロイＸ（商標）、Ａｌｌｏｙ７２、Ａｌｌｏｙ７２Ｍなどを用いることができる。
各周壁管１４２は、それぞれ、同一内径及び同一外径を有する円形断面とされており、炭素鋼又は、１〜２％程度のクロムを含有する合金炭素鋼とされた本体管１４２ａの外周に、耐食性層１４２ｂが被覆された構造となっている。炭素鋼または合金炭素鋼としては、例えばＳＴＢ５１０の炭素鋼やＳＴＢＡ２３等の１Ｃｒ鋼や２Ｃｒ鋼を用いることができる。耐食性層１４２ｂは、例えば厚みが数ｍｍとされており、耐食性が高いニッケル基合金やニッケル含有合金が用いられてもよい。ニッケル基合金としては、例えば、インコネル（登録商標）６００、インコネル（登録商標）６２２、インコネル（登録商標）６２５、インコネル（登録商標）６９０、ＨＲ−１６０、ハステロイＸ（登録商標）、Ａｌｌｏｙ７２、Ａｌｌｏｙ７２Ｍなどを用いることができる。
図７には、図５の切断面Ｓ２−Ｓ２におけるスロート部１１７ａのガス化炉壁１１１の周壁管１４２周囲の横断面図の一部が示されている。同図において、上側がガス化炉壁１１１の内周側を示し、下側がガス化炉壁１１１の外周側を示す。同図では、２つの周壁管１４２が代表して示されている。したがって、実際には複数の周壁管１４２がさらに連なって設けられている。
フィン１４０は、各周壁管１４２の中心を結ぶ線上には設けられておらず、周壁管１４２同士が接触する接触部ＣＰの内周側及び外周側にそれぞれ設けられている。
周壁管１４２は、それぞれの中心がガス化炉壁１１１のスロート径Ｄに相当する位置に配置されている。周壁管１４２同士は、中心を結ぶ線上に位置する接触部ＣＰで直接接触している。
フィン１４０は、各周壁管１４２の中心を結ぶ線上には設けられておらず、周壁管１４２同士が接触する接触部ＣＰの内周側及び外周側にそれぞれ設けられている。
周壁管１４２は、それぞれの中心がガス化炉壁１１１のスロート径Ｄに相当する位置に配置されている。周壁管１４２同士は、中心を結ぶ線上に位置する接触部ＣＰで直接接触している。
図８には、周壁管１４２同士が接触する接触部ＣＰの部分拡大横断面図が示されている。同図に示されているように、耐食性層１４２ｂの表面の一部を切り欠いて形成された平面形状部１４２ｃが設けられている。平面形状部１４２ｃは、耐食性層１４２ｂの厚さの範囲内で研削することによって形成される。例えば、耐食性層１４２ｂの厚さが数ｍｍあることから、平面形状部１４２ｃは耐食性層１４２ｂとして必要分以上を残して研削することによって形成され、平面形状部１４２ｃの周囲の耐食性層１４２ｂでは、耐食性のあるフィン１４０が配置されて隣接する周壁管１４２との間の空間を埋めるように肉盛り溶接されている。このため耐食性層１４２ｂの表面の一部を切り欠いて平面形状部１４２ｃを設けても、周壁管１４２の耐食性を維持することが出来る。平面形状部１４２ｃは、周壁管１４２の長手方向にわたって形成されている。ただし、ガス化炉壁１１１の流路断面における直径が大きくなり、周壁管１４２同士を接触させる必要のない領域では、図６に示したように、周壁管１４２同士が離間する配置となるので、このような領域では平面形状部１４２ｃは省略される。
図９には、図６に示したようにシールロッド１４０ａが周壁管１４２の間に１本だけ設けられている領域と、図７に示したようにシールロッド１４０ａが内周側及び外周側に２本設けられている領域との接続構造が示されている。図９（ａ）は、周壁管１４２をガス化炉壁１１１の円周方向から見た縦断面図であり、図９（ｂ）は、周壁管１４２をガス化炉壁１１１の内周側から見た正面図である。
図９（ａ）に示されているように、スロート部１１７ａに向かってガス化炉壁１１１の流路断面における直径が漸次減少する領域では、シールロッド１４０ａが一端（紙面の上端）１４０ｃでＵ字状に折り返すことによって、内周側及び外周側にシールロッド１４０ａが配置されるようになっている。なお、図示しないが、他端（紙面の下端）においてもシールロッド１４０ａが折り返されている。このように折り返されたシールロッド１４０ａの少なくとも１箇所には、切断部１４０ｄが設けられている。切断部１４０ｄは、内部空間１５４の腐食性ガスが入り込まないようにガス化炉壁１１１の外周側に設けられている。このように切断部１４０ｄを設けることで、内周側及び外周側のシールロッド１４０ａに囲まれた空間にガスが閉じ込められてこの空間内のガスの圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。
シールロッド１４０ａが折り返された一端１４０ｃ（紙面の上端）にて、１本とされた上方のシールロッド１４０ａの下端と溶接によって固定されている。このような溶接構造は、図示しない下端の折返し部においても同様に採用されている。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
円筒形とされたガス化炉壁１１１の流路の横断面の直径が他の領域に比べて小さくされたスロート部１１７ａでは、周壁管１４２同士を接触させて配置することで、円筒形の横断面の直径を小さくすることとした。これにより、ガス化炉壁１１１を構成する周壁管１４２の一部を外側に外して円筒形を構成すること（いわゆる間引き構造：図１１参照）を回避し、ガス化炉壁１１１を構成する全ての周壁管１４２を用いてスロート部１１７ａを構成することができる。また、一部の周壁管１４２を間引く際に周壁管１４２を他の周壁管１４２とは異なる位置と異なる角度で曲げる工程が不要となるので、数多くの周壁管１４２を容易に製造するとともに、周壁管１４２を組合せて溶接接続する際にもスロート部１１７ａの製造及びメンテナンスが容易となる。
間引き構造を採用すると、スロート部１１７ａよりもガス化炉壁１１１の流路断面の直径が大きく周壁管１４２を間引きしない領域（例えばコンバスタ部１１６やリダクタ部１１８に近い領域）での周壁管１４２同士の間のフィン１４０に比べて、周壁管１４２を間引きした近傍では周壁管１４２間の距離が大きくなりフィン１４０の領域が広くなる（図１１（ｂ）参照）。領域が広くなったフィン１４０では、周壁管１４２との伝熱が十分に行われずに周壁管１４２の温度が上昇して耐久性が低下する。本実施形態では、周壁管１４２同士を接触させて間引き構造を回避することとしたので、フィン１４０の耐久性が低下することを防止できる。
円筒形とされたガス化炉壁１１１の流路の横断面の直径が他の領域に比べて小さくされたスロート部１１７ａでは、周壁管１４２同士を接触させて配置することで、円筒形の横断面の直径を小さくすることとした。これにより、ガス化炉壁１１１を構成する周壁管１４２の一部を外側に外して円筒形を構成すること（いわゆる間引き構造：図１１参照）を回避し、ガス化炉壁１１１を構成する全ての周壁管１４２を用いてスロート部１１７ａを構成することができる。また、一部の周壁管１４２を間引く際に周壁管１４２を他の周壁管１４２とは異なる位置と異なる角度で曲げる工程が不要となるので、数多くの周壁管１４２を容易に製造するとともに、周壁管１４２を組合せて溶接接続する際にもスロート部１１７ａの製造及びメンテナンスが容易となる。
間引き構造を採用すると、スロート部１１７ａよりもガス化炉壁１１１の流路断面の直径が大きく周壁管１４２を間引きしない領域（例えばコンバスタ部１１６やリダクタ部１１８に近い領域）での周壁管１４２同士の間のフィン１４０に比べて、周壁管１４２を間引きした近傍では周壁管１４２間の距離が大きくなりフィン１４０の領域が広くなる（図１１（ｂ）参照）。領域が広くなったフィン１４０では、周壁管１４２との伝熱が十分に行われずに周壁管１４２の温度が上昇して耐久性が低下する。本実施形態では、周壁管１４２同士を接触させて間引き構造を回避することとしたので、フィン１４０の耐久性が低下することを防止できる。
円筒形とされたガス化炉壁１１１の内周側にフィン１４０を設けることとしたので、周壁管１４２間のシールを確実にすることができ、また強度を向上させることができる。
さらに、シールロッド１４０ａを用いて溶接作業を容易にするとともにシール性を向上させることとしたので、炉内の腐食性ガスが研削面とされた平面形状部１４２ｃに直接触れることを回避することができ、平面形状部１４２ｃの耐食性低下を防止できる。
さらに、シールロッド１４０ａを用いて溶接作業を容易にするとともにシール性を向上させることとしたので、炉内の腐食性ガスが研削面とされた平面形状部１４２ｃに直接触れることを回避することができ、平面形状部１４２ｃの耐食性低下を防止できる。
スロート部１１７ａを含む流路断面の直径が減少する領域では、円筒形とされたガス化炉壁１１１の内周側に設けたフィン１４０に加えて、外周側にもフィン１４０を設けることとした。これにより、ガス化炉壁１１１のシール性及び強度をさらに向上させることができる。
少なくとも一部の周壁管１４２の外表面を切り欠いて平面形状部１４２ｃ（図８参照）を形成し、この平面形状部１４２ｃを接触させて周壁管１４２同士を接続することとする。これにより、隣り合う周壁管１４２の中心間距離が短くなり、スロート部１１７ａの直径をさらに小さくすることができる。このような構成は、周壁管１４２の外表面を切り欠かずに周壁管１４２同士を単に接触させただけでは所望のスロート径Ｄまで小さくできない場合に好適である。なお、平面形状部１４２ｃは、全ての周壁管１４２に設けることが好ましいが、これに限定されるものではなく、一部分の周壁管１４２に対してのみ設けることとしても良い。
シールロッド１４０ａを内周側及び外周側に設けることによって、シール性能を向上させることができる。
シールロッド１４０ａの少なくとも一部に切断部１４０ｄを設けたので、内周側及び外周側のシールロッド１４０ａに囲まれた空間にガスが閉じ込められてこの空間内のガスの圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。また、切断部１４０ｄを外周側に設けることによって、内部空間１５４の腐食性ガスの侵入を防止することができる。
シールロッド１４０ａの少なくとも一部に切断部１４０ｄを設けたので、内周側及び外周側のシールロッド１４０ａに囲まれた空間にガスが閉じ込められてこの空間内のガスの圧力が過度に上昇することを防止するようにガス抜きを行うことができる。また、切断部１４０ｄを外周側に設けることによって、内部空間１５４の腐食性ガスの侵入を防止することができる。
各周壁管１４２の中心位置を、スロート部１１７ａにおける流路の横断面の中心位置から同じ半径位置に配置することで、各周壁管１４２の管曲げ位置や曲げ角度を同様に行うことができ、数多くの周壁管１４２の製造を容易にし、スロート部１１７ａを容易に製造することができる。
なお、本実施形態では、周壁管１４２同士が接触する位置に平面形状部１４２ｃを設けることとしたが、スロート部１１７ａの流路断面において所望のスロート径Ｄが得られる場合には、周壁管１４２同士を直接接触させるだけで、平面形状部１４２ｃを設けない構成としても良い。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態は、周壁管１４２の配置が第１実施形態に対して異なるが、その他の構成については同様なので、その説明を省略する。
図１０は、スロート部１１７ａにおける流路の横断面を示している。同図に示されているように、ガス化炉壁１１１の流路の横断面の中心位置から周壁管１４２は、隣り合う周壁管１４２に対して異なる半径位置となるように配置されている。具体的には、一方の周壁管１４２の群は、１つおきに、スロート径Ｄよりも小さい直径Ｄ１上に配置されている。残りの他方の周壁管１４２の群は、１つおきに、スロート径Ｄよりも大きい直径Ｄ２上に配置されている。
次に、本発明の第２実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態は、周壁管１４２の配置が第１実施形態に対して異なるが、その他の構成については同様なので、その説明を省略する。
図１０は、スロート部１１７ａにおける流路の横断面を示している。同図に示されているように、ガス化炉壁１１１の流路の横断面の中心位置から周壁管１４２は、隣り合う周壁管１４２に対して異なる半径位置となるように配置されている。具体的には、一方の周壁管１４２の群は、１つおきに、スロート径Ｄよりも小さい直径Ｄ１上に配置されている。残りの他方の周壁管１４２の群は、１つおきに、スロート径Ｄよりも大きい直径Ｄ２上に配置されている。
スロート径Ｄと、直径Ｄ１，Ｄ２との関係は下式によって表される。
Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２
すなわち、直径Ｄ１及び直径Ｄ２の平均がスロート径Ｄとなるように各周壁管１４２が配置されている。
Ｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２
すなわち、直径Ｄ１及び直径Ｄ２の平均がスロート径Ｄとなるように各周壁管１４２が配置されている。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
各周壁管１４２の中心を、スロート部１１７ａにおいて流路の横断面の中心位置から異なる半径位置に配置することで、全ての周壁管１４２を流路の横断面の中心位置から同じ半径位置に配置する場合に比べてスロート径Ｄをさらに小さくすることができる。例えば、全ての周壁管１４２同士を直接接触させて同じ半径上に配置させても、スロート径Ｄが大きくなり所望のスロート径Ｄが得られない場合に本実施形態は好適である。
各周壁管１４２の中心を、スロート部１１７ａにおいて流路の横断面の中心位置から異なる半径位置に配置することで、全ての周壁管１４２を流路の横断面の中心位置から同じ半径位置に配置する場合に比べてスロート径Ｄをさらに小さくすることができる。例えば、全ての周壁管１４２同士を直接接触させて同じ半径上に配置させても、スロート径Ｄが大きくなり所望のスロート径Ｄが得られない場合に本実施形態は好適である。
隣り合う周壁管１４２の流路の横断面の中心位置からの半径位置を交互に変えて二種類の半径位置を採用することとした。これにより、周壁管１４２の管曲げを二種類に限定できるので、周壁管１４２の製造が比較的容易になる。また、所望のスロート径Ｄを比較的容易に選定可能となり、設計の自由度が向上する。
なお、本実施形態では、流路の横断面の中心位置から二種類の半径位置に限定して周壁管１４２を配置することとしたが、それでもスロート径Ｄが大きくなり所望のスロート径Ｄが得られない場合には三種類以上の半径位置に周壁管１４２を配置することとしても良い。周壁管１４２の管曲げが三種類以上必要となるが、所望のスロート径Ｄの選定にあたり、設計の自由度が更に向上する。
また、第１実施形態のように、周壁管１４２同士が接触する位置に平面形状部１４２ｃを設けても良い。
また、第１実施形態のように、周壁管１４２同士が接触する位置に平面形状部１４２ｃを設けても良い。
また、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、石炭ガス化複合発電設備を一例として示したが、本発明はこれに限定されず、発電設備を備えていない化学プラント用ガス化炉であってもよい。さらには、ガス化炉の炉壁に限定されるものではなく、水冷壁を採用するボイラの炉壁に用いても良い。
また、上述した各実施形態では、石炭を燃料としたが、高品位炭や低品位炭など他の炭素含有固体燃料でも良く、石炭以外では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、タイヤ等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。
なお、上記の各本実施形態は、ガス化炉１０１として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。
なお、上記の各本実施形態は、ガス化炉１０１として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、同様に実施が可能である。
１０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
１１ 給炭装置
１１ａ 給炭ライン
１４ ガス化炉設備
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン
１８ 蒸気タービン
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
４１，６５ 圧縮空気供給ライン
４２ 空気分離装置
４３ 第１窒素供給ライン
４５ 第２窒素供給ライン
４６ チャー戻しライン
４７ 酸素供給ライン
４８ スラグ排出装置
４９ ガス生成ライン
５１ 集塵装置
５２ 供給ホッパ
５３ ガス排出ライン
６１ 圧縮機
６２ 燃焼器
６３，６９ タービン
６４ 回転軸
６６ 燃料ガス供給ライン
６７ 燃焼ガス供給ライン
６８ 昇圧機
７０ 排ガスライン
７１ 蒸気供給ライン
７２ 蒸気回収ライン
７３ 復水器
７４ ガス浄化装置
７５ 煙突
１０１ ガス化炉
１０２ シンガスクーラ
１１０ 圧力容器
１１１ ガス化炉壁（炉壁）
１１５ アニュラス部
１１６ コンバスタ部
１１７ ディフューザ部
１１７ａ スロート部
１１８ リダクタ部
１２１ ガス排出口
１２２ スラグホッパ
１２６，１２７ バーナ
１３１ 蒸発器
１３２ 過熱器
１３４ 節炭器
１４０ フィン（接続部）
１４０ａ シールロッド（棒状部材）
１４０ｂ 溶接部
１４０ｃ 一端
１４０ｄ 切断部
１４２ 周壁管
１４２ａ 本体管
１４２ｂ 耐食性層
１４２ｃ 平面形状部
１４３ 冷却水循環機構
１４４ 循環経路
１４６ 冷却装置
１４８ ポンプ
１５０ 入口ヘッダ
１５２ 出口ヘッダ
１５４ 内部空間
１５６ 外部空間
ＣＰ 接触部
Ｄ スロート径
１１ 給炭装置
１１ａ 給炭ライン
１４ ガス化炉設備
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン
１８ 蒸気タービン
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
４１，６５ 圧縮空気供給ライン
４２ 空気分離装置
４３ 第１窒素供給ライン
４５ 第２窒素供給ライン
４６ チャー戻しライン
４７ 酸素供給ライン
４８ スラグ排出装置
４９ ガス生成ライン
５１ 集塵装置
５２ 供給ホッパ
５３ ガス排出ライン
６１ 圧縮機
６２ 燃焼器
６３，６９ タービン
６４ 回転軸
６６ 燃料ガス供給ライン
６７ 燃焼ガス供給ライン
６８ 昇圧機
７０ 排ガスライン
７１ 蒸気供給ライン
７２ 蒸気回収ライン
７３ 復水器
７４ ガス浄化装置
７５ 煙突
１０１ ガス化炉
１０２ シンガスクーラ
１１０ 圧力容器
１１１ ガス化炉壁（炉壁）
１１５ アニュラス部
１１６ コンバスタ部
１１７ ディフューザ部
１１７ａ スロート部
１１８ リダクタ部
１２１ ガス排出口
１２２ スラグホッパ
１２６，１２７ バーナ
１３１ 蒸発器
１３２ 過熱器
１３４ 節炭器
１４０ フィン（接続部）
１４０ａ シールロッド（棒状部材）
１４０ｂ 溶接部
１４０ｃ 一端
１４０ｄ 切断部
１４２ 周壁管
１４２ａ 本体管
１４２ｂ 耐食性層
１４２ｃ 平面形状部
１４３ 冷却水循環機構
１４４ 循環経路
１４６ 冷却装置
１４８ ポンプ
１５０ 入口ヘッダ
１５２ 出口ヘッダ
１５４ 内部空間
１５６ 外部空間
ＣＰ 接触部
Ｄ スロート径
Claims (7)
- 一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置され、内部に冷却媒体が流通する複数の配管と、
隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部と、
を備え、
前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士が接触部にて接触して配置されるとともに、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部である内周側接続部が設けられ、
前記スロート部の領域には、前記接触部よりも前記円筒形の外周側に前記接続部である外周側接続部が設けられ、
前記外周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材が設けられ、
前記内周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材が設けられ、
前記内周側接続部の前記棒状部材と、前記外周側接続部の前記棒状部材とが端部にて折り返された状態で互いに接続されており、
前記外周側接続部の前記棒状部材には、少なくとも１つの切断部が設けられていることを特徴とする炉壁。 - 一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置され、内部に冷却媒体が流通する複数の配管と、
隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部と、
を備え、
前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士が接触部にて接触して配置されるとともに、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部である内周側接続部が設けられ、
前記配管の少なくとも一部には、前記配管同士が接触する前記接触部に、外表面を切り欠いて形成した平面形状部が形成されていることを特徴とする炉壁。 - 前記円筒形の横断面であって、各前記配管の中心は、前記スロート部における前記円筒形中心位置から同じ半径位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉壁。
- 一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置され、内部に冷却媒体が流通する複数の配管と、
隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部と、
を備え、
前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士が接触部にて接触して配置されるとともに、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部である内周側接続部が設けられ、
前記円筒形の横断面であって、各前記配管の中心は、前記スロート部における前記円筒形中心位置から異なる半径位置に配置されていることを特徴とする炉壁。 - 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ガス化炉設備であって、
請求項１から４のいずれかに記載の炉壁を備え、
前記円筒形の内側内部に前記生成ガスが通過することを特徴とするガス化炉設備。 - 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５に記載のガス化炉設備と、
前記ガス化炉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、
前記ガスタービンから排出される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を含む蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、
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。 - 内部に冷却媒体が流通する複数の配管を、一方向に並んだ状態で円筒形を形成するように配置する工程と、
隣り合う前記配管の間を気密に接続する接続部を設ける工程と、
を有し、
前記円筒形の横断面の直径が他の領域に比べて減少するスロート部では、各前記配管同士を接触部にて接触させて配置し、かつ、前記接触部よりも前記円筒形の内周側に前記接続部である内周側接続部を設け、
前記スロート部の領域には、前記接触部よりも前記円筒形の外周側に前記接続部である外周側接続部を設け、
前記外周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材を設け、
前記内周側接続部には、前記配管の長手方向にわたって設けられた棒状部材を設け、
前記内周側接続部の前記棒状部材と、前記外周側接続部の前記棒状部材とを端部にて折り返された状態で互いに接続し、
前記外周側接続部の前記棒状部材には、少なくとも１つの切断部を設けることを特徴とする炉壁の製造方法。
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