JP6719971B2 - スラグ排出システム、ガス化炉、およびスラグ濾過方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭等の炭素含有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、及びこのスラグ排出システムを備えたガス化炉、ならびにスラグ濾過方法に関する。

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含有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、炭素含有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冷却水が貯留されており、スラグはこのスラグ冷却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、スラグホッパの底部に接続されたスラグ冷却水循環ラインからスラグ冷却水とともに排出され、所定の濾過器によって濾過された後、冷却器を通って冷却され、循環ポンプにより加圧されて再びスラグホッパに循環される。

特許文献１に開示されているガス化炉では、ガス化炉の底部から排出された破砕スラグを含むスラグ冷却水（スラグスラリー）を、スラグ吸出管（スラグ冷却水循環ライン）に直列に接続された第１の湿式サイクロンと第２の湿式サイクロンとに順次通過させ、第１の湿式サイクロンにおいて主に粗粒スラグを除去し、第２の湿式サイクロンにおいてより細かいスラグを除去する構成となっている。

特開２００１−２１４１７８号公報

しかしながら、特許文献１では２基の湿式サイクロンを直列に接続しているため、例えば一方の湿式サイクロンのメンテナンス時には、ガス化プラント全体の運転を停止させる必要があり、ガス化プラントの稼働率を低下させる原因となっていた。

また、湿式サイクロンで除去できるのは粒径が約１００μｍ以上（サイクロン設計条件により対象粒径は調整可能）の、いわゆる粗粒スラグであり、１００μｍ未満の細粒スラグを除去することは困難である。除去されない細粒スラグはスラグ冷却水と共に循環し続けることにより濃縮され、循環ポンプや冷却器等の機器類およびスラグ冷却水系統の摩耗を進行させる懸念がある。

高分子フィルタ等の高機能フィルタをスラグ吸出管に設ければ細粒スラグを効果的に除去することができるが、スラグ吸出管の内部にはガス化炉内の圧力が作用しており、この圧力が高機能フィルタに作用することにより、高機能フィルタの耐久性等が低下してしまう懸念がある。したがって、これまでにスラグ吸出管に高機能フィルタが設けられた実績は無かった。

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、スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを効果的に除去可能にすると同時に、ガス化プラントの稼働率を低下させずにスラグ分離装置のメンテナンスを実行可能なスラグ排出システム、ガス化炉、およびスラグ濾過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、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、炭素含有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、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを急冷して破砕するスラグ冷却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、破砕された前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を排出し、前記スラグを除去された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインと、前記スラグ冷却水循環ライン中に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる粗粒スラグを分離する粗粒スラグ分離装置と、前記粗粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを分離する細粒スラグ分離装置と、前記細粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水循環ライン中に、前記スラグホッパから前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を吸い出す水流を形成する循環ポンプと、を備えて構成され、前記細粒スラグ分離装置は、前記スラグ冷却水循環ラインを複数の分岐ラインに分岐させて再び１本に集合させた分岐区間と、前記分岐区間を構成する少なくとも１本の前記分岐ラインに設けられた細粒スラグ濾過部と、前記分岐区間を構成する全ての前記分岐ラインにそれぞれ設けられた遮断弁と、を備えている。

前記構成のスラグ排出システムによれば、スラグホッパから延出するスラグ冷却水循環ラインに粗粒スラグ分離装置と細粒スラグ分離装置とが接続されているため、スラグ冷却水から粗粒スラグと細粒スラグとを除去することができ、細粒スラグが濃縮されることによるスラグ冷却水系統の摩耗の進行を抑制することができる。

細粒スラグ分離装置は、スラグ冷却水循環ラインを複数の分岐ラインに分岐させた分岐区間と、この分岐区間を構成する少なくとも１本の分岐ラインに設けられた細粒スラグ濾過部と、分岐区間を構成する全ての分岐ラインにそれぞれ設けられた遮断弁とを備えている。

本構成において、分岐区間を構成する複数の分岐ラインの全てに細粒スラグ濾過部を設けた場合には、各分岐ラインの遮断弁を開くことにより、全ての細粒スラグ濾過部にスラグ冷却水を通過させてスラグ冷却水の濾過を行うことができる。

また、複数の細粒スラグ濾過部のいずれかを交換するといったメンテナンス作業を行う時には、メンテナンス対象となる細粒スラグ濾過部が設けられた分岐ラインの遮断弁のみを閉じ、他の分岐ラインの遮断弁を開くことにより、他の細粒スラグ濾過部を稼働させながらメンテナンス作業を行うことができる。したがって、ガス化プラントの稼働率を低下させずに細粒スラグ分離装置のメンテナンスを行うことができる。

前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記細粒スラグ分離装置は、前記分岐区間を構成する複数の前記分岐ラインの少なくとも１本を、前記細粒スラグ濾過部が設けられないバイパス流路とし、その他の前記分岐ラインには前記細粒スラグ濾過部を設ける構成としてもよい。

上記構成によれば、スラグ冷却水に含まれる細粒スラグの濃度が低くて濾過の必要性が低い場合には、バイパス流路とされた分岐ラインの遮断弁を開き、細粒スラグ濾過部が設けられた他の分岐ラインの遮断弁を閉じる。これにより、細粒スラグ濾過部を稼働させずにスラグ冷却水を通過させることができ、細粒スラグ濾過部の交換サイクルを延ばしてメンテナンス性を高めることができる。

また、バイパス流路とされた分岐ラインの遮断弁の開度を適宜調整することにより、他の分岐ラインに設けられた細粒スラグ濾過部を通過するスラグ冷却水の流量を加減し、細粒スラグ濾過部による圧力損失を低減させながら、スラグ冷却水を部分的に濾過し続けて細粒スラグが濃縮されることを防止することができる。

前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記細粒スラグ分離装置は、前記分岐区間を構成する複数の前記分岐ラインの少なくとも１本に、前記細粒スラグ濾過部を複数直列に接続されている構成としてもよい。

あるいは、前記細粒スラグ分離装置は、前記分岐区間に設けられた前記細粒スラグ濾過部に加え、該細粒スラグ濾過部とは別体の細粒スラグ濾過部が前記分岐区間に対して直列に接続されている構成としてもよい。

上記構成によれば、複数の細粒スラグ濾過部を直列に接続することで、粗粒スラグ分離装置にて除去出来なかった細粒スラグを複数段に分けて除去することができる。このため、細粒スラグ濾過部を１段のみ接続した場合に比べ、細粒スラグ濾過部の負荷を低減可能となり、メンテナンス性を高めることが可能となる。また、細粒スラグの除去を複数段に分けて段階的に濾過することで、各段において最適な濾過機等を選定可能となり、適用機器の拡大が可能となる。

本発明の第２態様に係るスラグ排出システムは、炭素含有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、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを急冷して破砕するスラグ冷却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、破砕された前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を排出し、前記スラグを除去された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインと、前記スラグ冷却水循環ライン中に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる粗粒スラグを分離する粗粒スラグ分離装置と、前記粗粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを分離する細粒スラグ分離装置と、前記細粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水循環ライン中に、前記スラグホッパから前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を吸い出す水流を形成する循環ポンプと、を備えて構成され、前記スラグ冷却水循環ラインには、前記粗粒スラグ分離装置と前記循環ポンプとの間を分岐点として該スラグ冷却水循環ラインから分岐し、前記分岐点と前記循環ポンプとの間を合流点として前記スラグ冷却水循環ラインに再び合流する常圧ラインが接続され、前記常圧ラインには、前記分岐点側から順に、前記スラグ冷却水循環ラインから加わる圧力を常圧まで減圧させる減圧部と、前記細粒スラグ分離装置と、前記減圧部によって減圧された圧力を再び昇圧させる昇圧部とが接続されている。

本構成によれば、スラグ冷却水循環ラインから常圧ラインが分岐し、この常圧ラインにおける減圧部と昇圧部との間の区間にはガス化炉内の圧力が作用せず、この区間は常圧に保たれる。そして、この常圧に保たれる区間に細粒スラグ分離装置が接続されているため、細粒スラグ分離装置には常圧を大きく超える圧力が作用しない。したがって、細粒スラグ分離装置の細粒スラグ濾過部に高分子フィルタ等の高機能フィルタを用いても、高機能フィルタの耐久性等が低下してしまう懸念がなく、細粒スラグを効果的に除去することができる。

前記構成のスラグ排出システムにおいて、前記常圧ラインには、前記減圧部と前記細粒スラグ分離装置との間に重力式濾過部が接続される構成としてもよい。

上記構成によれば、常圧下で使用される細粒スラグ分離装置の上流側に重力式濾過部が設けられるため、この重力式濾過部によって粒径の粗いスラグをあらかた除去し、その下流側に位置する細粒スラグ分離装置の負荷を低減させてメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の第３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。

本発明の第４態様に係るスラグ濾過方法は、炭素含有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たスラグホッパの底部から、該スラグホッパに貯留されたスラグ冷却水を、前記炭素含有固体燃料から生じて前記スラグ冷却水中に落下するスラグとともに排出し、該スラグ冷却水に含まれる粗粒スラグを分離する一次濾過を行って前記スラグホッパに循環させるとともに、前記一次濾過された前記スラグ冷却水の少なくとも一部を抽水し、この抽水した前記スラグ冷却水を前記ガス化炉内の圧力から常圧まで減圧してから該スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを分離する二次濾過を行い、前記二次濾過された前記スラグ冷却水を再び前記ガス化炉内の圧力まで昇圧させて前記一次濾過された前記スラグ冷却水に合流させるものである。

このスラグ濾過方法によれば、スラグ冷却水から細粒スラグが分離される二次濾過が行われる際に、細粒スラグを分離する細粒スラグ濾過部が常圧環境下に保たれ、細粒スラグ分離装置に常圧を大きく超える圧力が作用しない。したがって、細粒スラグ濾過部に高分子フィルタ等の高機能フィルタを用いても、高機能フィルタの耐久性等が低下してしまう懸念がなく、細粒スラグを効果的に除去することができる。

以上のように、本発明に係るスラグ排出システム、ガス化炉、およびスラグ濾過方法によれば、スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを効果的に除去可能にすると同時に、ガス化プラントの稼働率を低下させずにスラグ分離装置のメンテナンスを実行することができる。

本発明の第１実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。 本発明の第３実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。 本発明の第４実施形態を示すガス化炉およびスラグ排出システムの概略構成図である。 本発明の第５実施形態を示すガス化炉および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実施形態を示すガス化炉および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１Ａ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（炭素含有固体燃料）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、ガス化するガス化炉２に備えられている。なお、ガス化炉の原料は石炭に限らず、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、他の炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉に置き換えてもよい。

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。

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、その内部にスラグ冷却水Ｗが貯留されている。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（非図示）から重力によりスラグホッパ５のスラグ冷却水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１Ａによってガス化炉２の系外に排出される。スラグ排出システム１Ａは、次のように構成されている。

スラグホッパ５にはスラグ冷却水循環ライン７が接続されている。このスラグ冷却水循環ライン７は、スラグホッパ５の底部から破砕されたスラグを排出するラインであり、その上流端は取水口７ｐとされ、スラグホッパ５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ている。この取水口７ｐからスラグホッパ５内のスラグとスラグ冷却水Ｗとの混合物であるスラグスラリーが吸い出される。スラグ冷却水循環ライン７の内部にはガス化炉２の運転圧力（約３〜４Ｍｐａ）と同等の圧力が作用する。

スラグ冷却水循環ライン７中には粗粒スラグ分離装置１０が接続されている。この粗粒スラグ分離装置１０は、スラグ冷却水循環ライン７を流れるスラグスラリーから比較的粒径の大きな粗粒スラグ（一例として約１００μｍ以上）を分離するものであり、例えば遠心分離装置（液体サイクロン等）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。スラグスラリーは、スラグ冷却水循環ライン７を流れる水流によって粗粒スラグ分離装置１０に移送される。

粗粒スラグ分離装置１０の下部にはロックホッパ１２と排出弁１４とが接続されている。ロックホッパ１２は、粗粒スラグ分離装置１０にてスラグ冷却水Ｗから分離されたスラグを所定量貯留するホッパであり、定期的に排出弁１４が開かれてスラグの払い出しが行われる。払い出されたスラグは図示しない運搬車両等によってガス化炉２の系外に搬出される。

粗粒スラグ分離装置１０の下流側には細粒スラグ分離装置１６Ａが接続されている。この細粒スラグ分離装置１６Ａは、粗粒スラグ分離装置１０によって除去できない粒径約１００μｍ未満の細粒スラグを分離、捕集する濾過装置である。さらにこの細粒スラグ分離装置１６Ａの下流側に、ストレーナ１８と循環ポンプ２０と冷却器２２とがこの順で接続されている。スラグ冷却水循環ライン７の下流端はスラグホッパ５におけるスラグ冷却水Ｗの浅層部に相当する高さに接続されている。ストレーナ１８は、粗粒スラグや細粒スラグを濾過する目的で設けられたものではなく、例えばスラグ冷却水循環ライン７中に異物が混入した際に、この異物が循環ポンプ２０に吸入されて支障を来すことを防止するものである。

循環ポンプ２０が作動することにより、スラグ冷却水循環ライン７中に、スラグホッパ５から粗粒スラグ分離装置１０側へ流れる水流が形成される。したがって、スラグスラリーがスラグ冷却水循環ライン７の取水口７ｐから吸い出され、このスラグスラリーは粗粒スラグ分離装置１０と細粒スラグ分離装置１６Ａとを通過することにより粗粒スラグと細粒スラグを除去されて実質的にスラグ冷却水Ｗのみになるまで濾過され、この濾過されたスラグ冷却水Ｗはさらに冷却器２２で所定の温度まで冷却されてからスラグホッパ５に循環される。

細粒スラグ分離装置１６Ａは、スラグ冷却水循環ライン７を複数の分岐ライン７ａに分岐させて再び１本に集合させた分岐区間７Ａと、この分岐区間７Ａの複数の分岐ライン７ａに設けられた細粒スラグ濾過部１６ａと、この細粒スラグ濾過部１６ａの上流側と下流側にそれぞれ設けられた遮断弁１７ａ，１７ｂとを備えて構成されている。細粒スラグ濾過部１６ａとしては高分子フィルタを例示できるが、他の種のフィルタや静電フィルタ等を用いてもよい。

本実施形態では、分岐ライン７ａの本数が２本であり、これら２本の分岐ライン７ａにそれぞれ細粒スラグ濾過部１６ａが設けられているが、分岐ライン７ａおよび細粒スラグ濾過部１６ａを３つ以上設けてもよい。また、細粒スラグ濾過部１６ａを設けない分岐ライン７ａがあってもよい。この場合は分岐ライン７ａに２基の遮断弁１７ａ，１７ｂを設けずに１基のみとする。

遮断弁１７ａ，１７ｂは、単なる仕切弁であってもよいが、流量を調整できる弁としてもよい。また、これらの遮断弁１７ａ，１７ｂは、例えば電気的に開閉されるようにしてもよいし、手動で開閉されるものであってもよい。

以上のように構成されたスラグ排出システム１Ａによれば、スラグホッパ５から延出するスラグ冷却水循環ライン７に粗粒スラグ分離装置１０と細粒スラグ分離装置１６Ａとが接続されているため、スラグ冷却水循環ライン７を流れるスラグ冷却水Ｗから粗粒スラグと細粒スラグとを除去することができる。このため、細粒スラグが濃縮されることによるスラグ冷却水系統の摩耗の進行を抑制することができる。細粒スラグの濃度は濁度計やサンプリングによって計測する。

細粒スラグ分離装置１６Ａは、スラグ冷却水循環ライン７を複数の分岐ライン７ａに分岐させた分岐区間７Ａと、この分岐区間７Ａを構成する分岐ライン７ａにそれぞれ設けられた細粒スラグ濾過部１６ａと、各分岐ライン７ａにおける細粒スラグ濾過部１６ａの上流側と下流側とにそれぞれ設けられた遮断弁１７ａ，１７ｂとを備えている。

このように、分岐区間７Ａを構成する全ての分岐ライン７ａに細粒スラグ濾過部１６ａを設けた場合には、各分岐ライン７ａの遮断弁１７ａ，１７ｂを開くことにより、全ての細粒スラグ濾過部１６ａにスラグ冷却水Ｗを通過させてスラグ冷却水Ｗの濾過を行うことができる。

また、複数の細粒スラグ濾過部１６ａのいずれかを交換するといったメンテナンス作業を行う時には、メンテナンス対象となる細粒スラグ濾過部１６ａが設けられた分岐ライン７ａの遮断弁１７ａ，１７ｂのみを閉じ、他の分岐ライン７ａの遮断弁１７ａ，１７ｂを開くことにより、他の細粒スラグ濾過部１６ａを稼働させながらメンテナンス作業を行うことができる。したがって、ガス化プラントの稼働率を低下させずに細粒スラグ分離装置１６Ａのメンテナンスを行うことができる。

分岐区間７Ａを構成する分岐ライン７ａの数と細粒スラグ濾過部１６ａの数を多くすることにより、スラグ冷却水Ｗが通過できる濾過面積を大きくし、圧力損失を低減させてスラグ冷却水Ｗの循環量を多くすることができる。

［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態を示すガス化炉２およびスラグ排出システム１Ｂの概略構成図である。このスラグ排出システム１Ｂは、その細粒スラグ分離装置１６Ｂの構成が第１実施形態の細粒スラグ分離装置１６Ａと異なり、それ以外の構成は同一であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。

細粒スラグ分離装置１６Ｂは、例えば３本の分岐ライン７ａを備えており、そのうちの２本にはそれぞれ細粒スラグ濾過部１６ａが設けられ、他の１本には細粒スラグ濾過部１６ａが設けられていない。２つの細粒スラグ濾過部１６ａの上流側と下流側にはそれぞれ遮断弁１７ａ，１７ｂが設けられている。細粒スラグ濾過部１６ａが設けられていない分岐ライン７ａはバイパス流路とされ、１つの遮断弁１７ａが設けられている。

このスラグ排出システム１Ｂによれば、スラグ冷却水Ｗに含まれる細粒スラグの濃度が低くて濾過の必要性が低い場合には、バイパス流路とされた分岐ライン７ａの遮断弁１７ａを開き、細粒スラグ濾過部１６ａが設けられた他の分岐ライン７ａの遮断弁１７ａ，１７ｂを閉じる。これにより、スラグ冷却水Ｗをバイパス流路にのみ流し、細粒スラグ濾過部１６ａには通さないようにして、細粒スラグ濾過部１６ａを稼働させずにスラグ冷却水Ｗを通過させることができる。これにより、細粒スラグ濾過部１６ａの交換サイクルを延ばしてメンテナンス性を高めることができる。

また、例えばバイパス流路とされた分岐ライン７ａの遮断弁１７ａの開度を適宜調整することにより、他の分岐ライン７ａに設けられた細粒スラグ濾過部１６ａを通過するスラグ冷却水Ｗの流量を加減し、細粒スラグ濾過部１６ａによる圧力損失を低減させながら、スラグ冷却水Ｗを部分的に濾過し続けて細粒スラグが濃縮されることを防止することができる。

［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態を示すガス化炉２およびスラグ排出システム１Ｃの概略構成図である。このスラグ排出システム１Ｃは、その細粒スラグ分離装置１６Ｃの構成が第１実施形態の細粒スラグ分離装置１６Ａと一部異なり、それ以外の構成は同一であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。

細粒スラグ分離装置１６Ｃは、第１実施形態の細粒スラグ分離装置１６Ａと同様な構成であるが、その分岐区間７Ａを構成する複数（例えば２本）の分岐ライン７ａの少なくとも１本に、複数の細粒スラグ濾過部１６ａ，１６ｂが直列に接続されている。これらの細粒スラグ濾過部１６ａ，１６ｂは３つ以上接続されていてもよい。そして、上流側の細粒スラグ濾過部１６ａよりも下流側の細粒スラグ濾過部１６ｂの方が捕集可能な粒状スラグの粒径が小さくなっている。即ち、細粒スラグ濾過部１６ｂは細粒スラグ濾過部１６ａにて除去しきれなかった粒径の小さな細粒スラグを除去する。

上記構成によれば、１本の分岐ライン７ａに複数の細粒スラグ濾過部１６ａ，１６ｂを直列に接続することで、粗粒スラグ分離装置１０にて除去出来なかった細粒スラグを複数段に分けて除去することができる。このため、細粒スラグ濾過部を1段のみ接続した場合に比べ、細粒スラグ濾過部１６ａ，１６ｂの負荷を低減可能となり、メンテナンス性を高めることが可能となる。また、細粒スラグの除去を複数段に分けて段階的に濾過することで、各段において最適な濾過機等を選定可能となり、適用機器の拡大が可能となる。

［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態を示すガス化炉２およびスラグ排出システム１Ｄの概略構成図である。このスラグ排出システム１Ｄは、その細粒スラグ分離装置１６Ｄの構成が第１実施形態の細粒スラグ分離装置１６Ａと一部異なり、それ以外の構成は同一であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。

細粒スラグ分離装置１６Ｄは、第１実施形態の細粒スラグ分離装置１６Ａと同様な構成であるが、その分岐区間７Ａに設けられた細粒スラグ濾過部１６ａに加えて、該細粒スラグ濾過部１６ａとは別体の細粒スラグ濾過部１６ｃが、分岐区間７Ａに対して直列に接続されている。この細粒スラグ濾過部１６ｃは、例えば細粒スラグ濾過部１６ａよりも粒径の粗い粒状スラグを捕捉するものであり、細粒スラグ濾過部１６ａの上流側に接続されている。細粒スラグ濾過部１６ｃを細粒スラグ濾過部１６ａの下流側に接続することも考えられる。この場合は、細粒スラグ濾過部１６ａが除去可能な粒径よりも小さな粒径の細粒スラグを細粒スラグ濾過部１６ｃによって除去するようにする。

上記構成によれば、細粒スラグ濾過部１６ａ，１６ｃを直列に接続することで、粗粒スラグ分離装置１０にて除去出来なかった細粒スラグを複数段に分けて除去することができる。このため、細粒スラグ濾過部を1段のみ接続した場合に比べ、細粒スラグ濾過部１６ａ，１６ｃの負荷を低減可能となり、メンテナンス性を高めることが可能となる。また、細粒スラグの除去を複数段に分けて段階的に濾過することで、各段において最適な濾過機等を選定可能となり、適用機器の拡大が可能となる。

［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態を示すガス化炉２およびスラグ排出システム１Ｅの概略構成図である。このスラグ排出システム１Ｅにおいて、第１実施形態のスラグ排出システム１Ａと同様な構成を持つ各部には同一符号を付して説明を省略する。

スラグ排出システム１Ｅは、他の実施形態のスラグ排出システム１Ａ〜１Ｄと同じく、粗粒スラグ分離装置１０と細粒スラグ分離装置１６Ｅとを備えている。このうち、ガス化炉２のスラグホッパ５から延出して再びスラグホッパ５に戻るスラグ冷却水循環ライン７に直列的に接続されているのは粗粒スラグ分離装置１０のみである。細粒スラグ分離装置１６Ｅは、スラグ冷却水循環ライン７から分岐し、再び合流する常圧ライン２６に接続されている。スラグ冷却水Ｗは、粗粒スラグ分離装置１０により一次濾過され、細粒スラグ分離装置１６Ｅにより二次濾過される。

常圧ライン２６は、スラグ冷却水循環ライン７の、粗粒スラグ分離装置１０と循環ポンプ２０（厳密にはストレーナ１８）との間に設けられた分岐点２６ａの位置でスラグ冷却水循環ライン７から分岐し、この分岐点２６ａと循環ポンプ２０（１８）との間を合流点２６ｂとして再びスラグ冷却水循環ライン７に合流するループ経路状に配設されている。即ち、スラグ冷却水循環ライン７の流れ方向で合流点２６ｂは分岐点２６ａに対して下流側に位置している。

常圧ライン２６には、分岐点２６ａ側から順に、遮断弁２８と、減圧部３０と、重力式濾過部３２と、細粒スラグ分離装置１６Ｅと、昇圧部３４とが接続されている。減圧部３０としては多段式オリフィスを例示できるが、他の減圧手段を用いてもよい。この減圧部３０により、スラグ冷却水循環ライン７から常圧ライン２６に加わるガス化炉２からの圧力が常圧（大気圧）まで減圧される。なお、遮断弁２８を流量調整弁とし、その開度を小さく調整することで減圧部３０としての機能を持たせることも考えられる。重力式濾過部３２としてはスラグ沈降槽を例示できる。

細粒スラグ分離装置１６Ｅは、第１実施形態（図１参照）の細粒スラグ分離装置１６Ａと同様な構成である。この細粒スラグ分離装置１６Ｅは、常圧ライン２６を介して粗粒スラグ分離装置１０の下流側に接続され、スラグ冷却水Ｗに含まれる細粒スラグを分離する。昇圧部３４としては循環ポンプを例示できる。この昇圧部３４により、減圧部３０によって減圧されたスラグ冷却水Ｗが再び昇圧されてスラグ冷却水循環ライン７に循環される。

以上のように構成されたスラグ排出システム１Ｅにおいて、スラグ冷却水循環ライン７に設けられた循環ポンプ２０が作動すると、スラグ冷却水循環ライン７中に、スラグホッパ５から粗粒スラグ分離装置１０側へ流れる水流が形成される。したがって、スラグホッパ５内のスラグスラリーがスラグ冷却水循環ライン７の取水口７ｐから吸い出され、このスラグスラリーは粗粒スラグ分離装置１０を通過することにより粗粒スラグを除去される（一次濾過）。

また、常圧ライン２６に設けられた遮断弁２８が開かれ、昇圧部３４（循環ポンプ）が作動すると、常圧ライン２６中に分岐点２６ａから合流点２６ｂへ流れる水流が形成される。このため、スラグ冷却水循環ライン７を流れる、粗粒スラグ分離装置１０によって粗粒スラグを除去されたスラグ冷却水Ｗの一部または全量が常圧ライン２６に抽水される。

常圧ライン２６にはスラグ冷却水循環ライン７からガス化炉２からの圧力が加わるが、この圧力は減圧部３０によって減圧され、常圧ライン２６を流れるスラグ冷却水Ｗの圧力は常圧（大気圧）となる。この常圧のスラグ冷却水Ｗが細粒スラグ分離装置１６Ｅを通過して細粒スラグを除去される（二次濾過）。その後、昇圧部３４によって昇圧され、合流点２６ｂから再びスラグ冷却水循環ライン７に循環される。

本構成によれば、常圧ライン２６における減圧部３０と昇圧部３４との間の区間にはガス化炉２内の圧力が作用せず、この区間に設けられた細粒スラグ分離装置１６Ｅには常圧を大きく超える圧力が作用しない。したがって、細粒スラグ分離装置１６Ｅの細粒スラグ濾過部１６ａに高分子フィルタ等の高機能フィルタを用いても、高機能フィルタの耐久性等が低下してしまう懸念がなく、これによって細粒スラグを効果的に除去することができる。

常圧ライン２６において、上記のように常圧下で使用される細粒スラグ分離装置１６Ｅの上流側に重力式濾過部３２が接続されているため、この重力式濾過部３２によって粒径の粗いスラグをあらかた除去し、その下流側に位置する細粒スラグ分離装置１６Ｅの負荷を低減させてメンテナンス性を向上させることができる。

以上のように、上記第１〜第５実施形態に係るスラグ排出システム１Ａ〜１Ｅおよびこれを備えたガス化炉２、ならびにスラグ濾過方法によれば、スラグ冷却水Ｗに含まれる細粒スラグを効果的に除去可能にすると同時に、ガス化プラントの稼働率を低下させずに細粒スラグ分離装置１６Ａ〜１６Ｅのメンテナンスを実行することができる。また、細粒スラグ分離装置１６Ａ〜１６Ｅのメンテナンス作業性を向上させることができる。

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。例えば、上記各実施形態における各構成部材の接続順序や設置位置等は適宜変更することが考えられる。また、例えば上記構成を化学プラントにおけるガス化炉等にも適用することができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ スラグ排出システム
２ ガス化炉
５ スラグホッパ
７ スラグ冷却水循環ライン
７Ａ 分岐区間
７ａ 分岐ライン
１０ 粗粒スラグ分離装置
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ 細粒スラグ分離装置
１６ａ，１６ｂ 細粒スラグ濾過部
１７ａ，１７ｂ 遮断弁
２０ 循環ポンプ
２６ 常圧ライン
２６ａ 分岐点
２６ｂ 合流点
３０ 減圧部
３２ 重力式濾過部
３４ 昇圧部
Ｗ スラグ冷却水

Claims (9)

1. 炭素含有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、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを急冷して破砕するスラグ冷却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、破砕された前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を排出し、前記スラグを除去された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインと、
   前記スラグ冷却水循環ライン中に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる粗粒スラグを分離する粗粒スラグ分離装置と、
   前記粗粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる粒径１００μｍ未満の細粒スラグを分離する細粒スラグ分離装置と、
   前記細粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水循環ライン中に、前記スラグホッパから前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を吸い出す水流を形成する循環ポンプと、
   を備えて構成され、
   前記細粒スラグ分離装置は、
   前記スラグ冷却水循環ラインを複数の分岐ラインに分岐させて再び１本に集合させた分岐区間と、
   前記分岐区間を構成する少なくとも１本の前記分岐ラインに設けられた細粒スラグ濾過部と、
   前記分岐区間を構成する全ての前記分岐ラインにそれぞれ設けられた遮断弁と、
   を備えているスラグ排出システム。
2. 前記細粒スラグ分離装置は、前記分岐区間を構成する複数の前記分岐ラインの少なくとも１本を、前記細粒スラグ濾過部が設けられないバイパス流路とし、その他の前記分岐ラインには前記細粒スラグ濾過部を設けた請求項１に記載のスラグ排出システム。
3. 前記細粒スラグ分離装置は、前記分岐区間を構成する複数の前記分岐ラインの少なくとも１本に、前記細粒スラグ濾過部を複数直列に接続した請求項１に記載のスラグ排出システム。
4. 前記細粒スラグ分離装置は、前記分岐区間に設けられた前記細粒スラグ濾過部に加え、該細粒スラグ濾過部とは別体の細粒スラグ濾過部が前記分岐区間に対して直列に接続されている請求項１に記載のスラグ排出システム。
5. 前記細粒スラグ分離装置と前記循環ポンプとの間には、前記粗粒スラグ及び前記細粒スラグを濾過する目的ではなく、前記スラグ冷却水循環ライン中に混入した異物が前記循環ポンプに吸入されて支障を来すことを防止するためのストレーナが設けられている請求項１から４のいずれかに記載のスラグ排出システム。
6. 炭素含有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、前記炭素含有固体燃料から生じたスラグを受容するとともに、該スラグを急冷して破砕するスラグ冷却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、破砕された前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を排出し、前記スラグを除去された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパに循環させるスラグ冷却水循環ラインと、
   前記スラグ冷却水循環ライン中に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる粗粒スラグを分離する粗粒スラグ分離装置と、
   前記粗粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを分離する細粒スラグ分離装置と、
   前記細粒スラグ分離装置の下流側に接続され、前記スラグ冷却水循環ライン中に、前記スラグホッパから前記スラグと前記スラグ冷却水との混合物を吸い出す水流を形成する循環ポンプと、
   を備えて構成され、
   前記スラグ冷却水循環ラインには、前記粗粒スラグ分離装置と前記循環ポンプとの間を分岐点として該スラグ冷却水循環ラインから分岐し、前記分岐点と前記循環ポンプとの間を合流点として前記スラグ冷却水循環ラインに再び合流する常圧ラインが接続され、
   前記常圧ラインには、前記分岐点側から順に、前記スラグ冷却水循環ラインから加わる圧力を常圧まで減圧させる減圧部と、前記細粒スラグ分離装置と、前記減圧部によって減圧された圧力を再び昇圧させる昇圧部とが接続されているスラグ排出システム。
7. 前記常圧ラインには、前記減圧部と前記細粒スラグ分離装置との間に重力式濾過部が接続されている請求項６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。
9. 炭素含有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たスラグホッパの底部から、該スラグホッパに貯留されたスラグ冷却水を、前記炭素含有固体燃料から生じて前記スラグ冷却水中に落下するスラグとともに排出し、該スラグ冷却水に含まれる粗粒スラグを分離する一次濾過を行って前記スラグホッパに循環させるとともに、
   前記一次濾過された前記スラグ冷却水の少なくとも一部を抽水し、この抽水した前記スラグ冷却水を前記ガス化炉内の圧力から常圧まで減圧してから該スラグ冷却水に含まれる細粒スラグを分離する二次濾過を行い、
   前記二次濾過された前記スラグ冷却水を再び前記ガス化炉内の圧力まで昇圧させて前記一次濾過された前記スラグ冷却水に合流させるスラグ濾過方法。

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