JP6732908B2 - スラグ排出システム、これを備えたガス化炉、およびスラグ排出システムの運転方法 - Google Patents
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Description
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に堆積する前記スラグを前記スラグ冷却水と共に吸い出すスラグ吸出口と、前記スラグ吸出口から吸い出された前記スラグと前記スラグ冷却水とを前記スラグホッパの外部に搬送するスラグ冷却水送水ラインと、前記スラグ冷却水送水ラインに接続され、前記スラグ冷却水に含まれる前記スラグを分離するスラグ分離装置と、前記スラグ分離装置から前記スラグホッパに前記スラグ冷却水を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に接続され、前記スラグ吸出口から前記スラグと前記スラグ冷却水とを吸い出す水流を形成する循環ポンプと、一端が前記スラグ冷却水送水ラインに接続され、他端が前記スラグ冷却水循環ラインにおける前記循環ポンプの下流側との間に接続された逆流ラインと、前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水を、前記スラグ冷却水循環ラインと前記逆流ラインとに選択的に供給可能にする選択供給部と、前記スラグ冷却水送水ラインまたは前記スラグ冷却水循環ラインにおける、前記スラグ分離装置に隣接する区間に一端が接続された水供給ラインと、前記水供給ラインに設けられた水供給弁と、を備えている。
こうすれば、逆流運転時に水供給弁を開くことにより、スラグホッパに貯留されたスラグ冷却水が水供給ラインを経て循環ポンプに供給される。これにより、系外から外水を引くことなく、系内のスラグ冷却水を有効に利用して逆流運転を行うことができる。
こうすれば、スラグ分離装置が故障等により停止した場合にも逆流運転を行うことができる。
こうすれば、逆流運転時にスラグホッパに貯留されたスラグ冷却水がスラグ分離装置を通過することによって粗粒スラグを分離されてから循環ポンプに供給される。このため、循環ポンプおよび配管類の摩耗や損傷を防止することができる。
こうすれば、水供給ラインの他端をスラグホッパに接続するにあたり、ガス化炉およびスラグホッパに新たに穿孔することなく、既存の配管を利用して接続することができる。このため、水供給ラインの配設が容易になる。
上記構成では、水供給ラインの他端が外側空間に位置し、外側空間に貯留されたスラグ冷却水が水供給ラインに供給されている。これにより、水供給ラインの一端をスラグ分離装置の下流側に接続しても、スラグがほとんど含まれていないスラグ冷却水を循環ポンプに供給することができる。このように、スラグ分離装置を介さずに、スラグのほとんど含まれていないスラグ冷却水を循環ポンプに供給することができるので、スラグ分離装置が故障等により停止した場合にも逆流運転を行うことができ、且つ、スラグによる循環ポンプおよび配管類の摩耗や損傷を防止することができる。
したがって、スラグ吸出口の周囲にスラグが堆積していたり、スラグ冷却水送水ラインの内部にスラグが残留していた場合に、逆流ラインを流通する流体をスラグ吸出口に供給するように、切換え手段を切換えれば、スラグ吸出口に供給される流体によって残留したスラグがスラグホッパ側に流し戻され、これによってスラグ吸出口およびスラグ冷却水送水ラインの閉塞を抑制または解消することができる。
また、スラグ分離装置の内部でスラグにより閉塞が発生した場合には、逆流ラインを流通する流体をスラグ分離装置に供給するように、切換え手段を切換えれば、スラグ分離装置に供給される流体によって閉塞の要因となっているスラグが押し流され、スラグ分離装置の内部の閉塞を解消することができる。
[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、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。また、このスラグ排出システム1Aは、発電プラントに限らず、例えば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。
さらに、撹拌ライン7Sも、スラグ冷却水循環ライン7Bとスラグホッパ5の底部5aとの間を接続する単純な配管であり、その中間に撹拌ライン弁30を設けるだけなので、スラグ排出システム1Aの構成を複雑化させることなく設置することができる。
また、閉塞判定工程S2においてスラグ吸出口7pが閉塞している、または閉塞の予兆があると判定された場合、即ち循環ポンプ20の吸い込み側の圧力が所定の閾値に達した場合には、逆流工程(ステップS3)および撹拌工程(ステップS4)のいずれか、または両方が実行される。逆流工程S3および撹拌工程S4の実行時間は短時間でよい。
これにより、前述のようにスラグ吸出口7pおよびスラグ冷却水送水ライン7Aの閉塞が抑制または解消される。その後、制御は元に戻り、運転中は各ステップS1〜S4が反復される。
図4は、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。このスラグ排出システム1Bは、基本的には第1実施形態のスラグ排出システム1Aと同様な構成を備えているが、スラグホッパ5の内側空間5c中に複数(例えば2基)のスラグポット5A,5Bが並設されている点と、スラグ冷却水送水ライン7Aの上流側区間、および逆流ライン7Rの下流側区間、ならびに撹拌ライン7Sの下流側区間が複数に分岐されている点が異なる。図1と同一の符号が付してある各部分は第1実施形態と同一の構成であるため、重複する説明は省略する。
図6は、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。このスラグ排出システム1Cは、単一のスラグホッパ5に対して複数のスラグ吸出口7pc,7pdが設けられている点と、撹拌ライン7Sのスラグホッパ5の内側空間5cの底部5aへの接続部7Scが複数に分岐して接続されている点において第1実施形態のスラグ排出システム1Aと相違し、その他の点で一致している。したがって、各同一構成部には同一符号を付して説明は省略する。
このため、通常運転モードの実行時には、スラグホッパ5の底部5aに堆積したスラグスラリーS+Wが、2つのスラグ吸出口7pc,7pdから均等に吸い出されて2本の送水分岐ライン7Ac,7Adとスラグ冷却水送水ライン7Aとを経てスラグ分離装置10に送給される。
また、逆流運転モードの実行時には、逆流ライン7Rから供給されるスラグ冷却水Wおよび外水が、2本の送水分岐ライン7Ac,7Adに均等に配分される。
図7は、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。このスラグ排出システム1Dは、基本的には第1実施形態のスラグ排出システム1Aと同様の構成を備えているが、水供給ライン23bがスラグホッパ5とスラグ冷却水循環ライン7Bとに接続している点及び、スラグ冷却水送水ライン7Aにおける逆流ライン7Rとの接続位置よりもガス化炉2側に流入遮断弁29が設けられている点が異なる。第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
なお、上記第1〜第4実施形態で用いられる制御部35A〜35Cは、例えば、CPU(Central
Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、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。
2 ガス化炉
5 スラグホッパ
5A,5B スラグポット
5a スラグホッパの底部
5c 内側空間
5d 外側空間
7A スラグ冷却水送水ライン
7Aa,7Ab 送水分岐ライン
7B スラグ冷却水循環ライン
7R 逆流ライン
7S 撹拌ライン
7Sa,7Sb 撹拌分岐ライン
7p,7pa〜7pd スラグ吸出口
10 スラグ分離装置
16 圧力計
20 循環ポンプ
23,23a,23A,23B 水供給ライン
25,25a,25b 送水遮断弁
26 循環遮断弁
27,27a,27b 逆流遮断弁
28,28A,28B 水供給弁
30,30a,30b 撹拌ライン弁
35A,35B,35C 制御部
DA,DB 選択供給部
S スラグ
S1 圧力測定工程
S2 閉塞判定工程
S3 逆流工程
S4 撹拌工程
W スラグ冷却水
Claims (23)
- 炭素含有固体燃料を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に堆積する前記スラグを前記スラグ冷却水と共に吸い出すスラグ吸出口と、
前記スラグ吸出口から吸い出された前記スラグと前記スラグ冷却水とを前記スラグホッパの外部に搬送するスラグ冷却水送水ラインと、
前記スラグ冷却水送水ラインに接続され、前記スラグ冷却水に含まれる前記スラグを分離するスラグ分離装置と、
前記スラグ分離装置から前記スラグホッパに前記スラグ冷却水を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に接続され、前記スラグ吸出口から前記スラグと前記スラグ冷却水とを吸い出す水流を形成する循環ポンプと、
一端が前記スラグ冷却水送水ラインに接続され、他端が前記スラグ冷却水循環ラインにおける前記循環ポンプの下流側との間に接続された逆流ラインと、
前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水を、前記スラグ冷却水循環ラインと前記逆流ラインとに選択的に供給可能にする選択供給部と、
前記スラグ冷却水送水ラインまたは前記スラグ冷却水循環ラインにおける、前記スラグ分離装置に隣接する区間に一端が接続された水供給ラインと、
前記水供給ラインに設けられた水供給弁と、
を備えているスラグ排出システム。 - 前記水供給ラインは、その他端から前記スラグホッパに貯留された前記スラグ冷却水が供給される請求項1に記載のスラグ排出システム。
- 前記水供給ラインは、その前記一端が前記スラグ分離装置の下流側に接続されている請求項2に記載のスラグ排出システム。
- 前記水供給ラインは、その前記一端が前記スラグ分離装置の上流側に接続されている請求項2に記載のスラグ排出システム。
- 前記水供給ラインは、その前記他端が前記スラグ冷却水循環ラインにおける前記スラグホッパへの接続部付近に合流するように接続されている請求項2に記載のスラグ排出システム。
- 前記ガス化炉は、前記炭素含有固体燃料を燃焼してガス化する燃焼部を有し、
前記スラグホッパは、前記燃焼部と連通する内側空間を内部に有する内側容器及び該内側容器を覆う外側容器を有し、
前記水供給ラインの前記他端は、前記内側容器と前記外側容器との間の外側空間に位置している請求項3に記載のスラグ排出システム。 - 前記選択供給部は、
前記スラグ冷却水送水ラインにおける前記逆流ラインの接続部よりも下流側に設けられた送水遮断弁と、
前記逆流ラインに設けられた逆流遮断弁と、
を備えて構成されている請求項1に記載のスラグ排出システム。 - 前記選択供給部は、
前記スラグ冷却水循環ラインにおける前記逆流ラインの接続部よりも下流側に設けられた循環遮断弁をさらに備えた請求項7に記載のスラグ排出システム。 - 前記スラグ冷却水送水ラインには、前記逆流ラインから流入する流体を前記スラグ吸出口側に送るか前記スラグ分離装置側に送るかを切換える切換え手段が設けられている請求項7に記載のスラグ排出システム。
- 前記選択供給部および前記水供給弁を制御する制御部をさらに備えた請求項1に記載のスラグ排出システム。
- 前記循環ポンプの吸い込み側の圧力を測定する圧力計をさらに備え、
前記制御部は、前記圧力計により測定された圧力データが所定の閾値を超えた時に、前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水が前記逆流ラインを経て前記スラグホッパに流れるように前記選択供給部を制御する請求項10に記載のスラグ排出システム。 - 前記スラグホッパは、その内部に複数のスラグポットが並設され、
前記スラグ吸出口は複数の前記スラグポットに対応して複数設けられ、
前記スラグ冷却水送水ラインの上流側区間は複数の前記スラグ吸出口に各々接続される複数の送水分岐ラインに分岐され、
前記選択供給部は、前記逆流ラインから供給される前記スラグ冷却水を、複数の前記送水分岐ラインに選択的に供給可能である請求項1に記載のスラグ排出システム。 - 前記スラグ吸出口は、単一の前記スラグホッパに対して複数設けられている請求項1に記載のスラグ排出システム。
- 前記スラグ冷却水循環ラインから分岐して前記スラグホッパの底部に接続される撹拌ラインと、
前記撹拌ラインに接続された撹拌ライン弁と、
をさらに備えた請求項1に記載のスラグ排出システム。 - 前記撹拌ラインは、前記スラグホッパの底部への接続部が複数設けられている請求項14に記載のスラグ排出システム。
- 前記スラグホッパは、その内部に複数のスラグポットが並設され、
前記撹拌ラインの下流側区間は複数の前記スラグポットに各々接続される複数の撹拌分岐ラインに分岐され、
前記撹拌ライン弁は、前記撹拌ラインから供給される前記スラグ冷却水を、複数の前記撹拌分岐ラインに選択的に供給可能である請求項14に記載のスラグ排出システム。 - 前記循環ポンプの吸い込み側の圧力を測定する圧力計と、
前記圧力計により測定された圧力データが所定の閾値を超えた時に、前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水が前記撹拌ラインを経て前記スラグホッパに供給されるように、前記選択供給部と共に前記撹拌ライン弁を制御する制御部と、
をさらに備えた請求項14に記載のスラグ排出システム。 - 請求項1から請求項17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。
- 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の底部のスラグホッパに受容されたスラグをスラグ冷却水と共に循環ポンプによりスラグ吸出口から吸い出してスラグ冷却水送水ラインを通してスラグ分離装置に送り、スラグ冷却水循環ラインを通して前記スラグ分離装置から前記スラグホッパに前記スラグ冷却水を循環させるスラグ排出システムの運転方法であって、
前記スラグ吸出口が前記スラグによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に、前記スラグ冷却水送水ラインまたは前記スラグ冷却水循環ラインにおける、前記スラグ分離装置に隣接する区間に一端が接続された水供給ラインを介して前記スラグ冷却水を前記循環ポンプに供給し、前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水を、一端が前記スラグ冷却水送水ラインに接続され、他端が前記スラグ冷却水循環ラインに接続された逆流ラインを介して前記スラグ冷却水送水ラインに送り、前記スラグ吸出口から前記スラグホッパ内に逆流させる逆流工程を備えるスラグ排出システムの運転方法。 - 前記スラグ吸出口が前記スラグによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に、前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水を前記スラグホッパの底部から該スラグホッパ内に噴射させる撹拌工程をさらに備える請求項19に記載のスラグ排出システムの運転方法。
- 前記循環ポンプの吸い込み側の圧力を測定する圧力測定工程と、
前記圧力測定工程により測定した圧力データに基づいて、前記スラグ吸出口の閉塞状態を判定する閉塞判定工程と、
をさらに有し、
前記閉塞判定工程では、前記圧力測定工程において測定された圧力データが所定の閾値を超えた時に、前記逆流工程または前記撹拌工程を実行させる請求項20に記載のスラグ排出システムの運転方法。 - 前記スラグ分離装置の内部で前記スラグによる閉塞が生じた時、または閉塞の予兆がある時に、前記循環ポンプから吐出された流体を前記スラグ冷却水送水ラインに送り、該スラグ冷却水送水ラインから前記スラグ分離装置に供給される分離装置洗浄工程を備える請求項19から請求項21のいずれかに記載のスラグ排出システムの運転方法。
- 前記スラグ吸出口が前記スラグによって閉塞した時、または閉塞の予兆がある時に、前記循環ポンプから吐出された前記スラグ冷却水を前記スラグ冷却水循環ラインと前記逆流ラインとに選択的に供給可能にする選択供給部によって、前記逆流ラインに前記スラグ冷却水を供給する請求項19から請求項22のいずれかに記載のスラグ排出システムの運転方法。
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