JP6804200B2 - スラグサイクロン、ガス化設備、ガス化複合発電設備、スラグサイクロンの運転方法およびスラグサイクロンのメンテナンス方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加圧されたスラグと水との混合流体を遠心分離するスラグサイクロン、ガス化設備、ガス化複合発電設備、スラグサイクロンの運転方法およびスラグサイクロンのメンテナンス方法に関するものである。
石炭ガス化炉のコンバスタ部では、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、この溶融スラグは、炉壁へ付着するとともに、スラグホールから底部のスラグホッパ内のスラグ冷却水へと落下する。スラグ冷却水によって溶融スラグは急冷され、ガラス状の水砕スラグとなる。石炭ガス化炉の圧力容器は、鉛直方向上端部にガス化炉で生成された生成ガスの排出口が形成される一方、下端部にスラグホッパ内の貯水へ落下したスラグを排出するスラグ排出口が形成されている。
石炭ガス化炉から排出されて、スラグロックホッパにスラグ冷却水とスラグとのスラリーが貯蔵され、その後に分離タンクに搬送して、スラグ冷却水とスラグとをサイクロンによって遠心分離する（例えば特許文献１参照）。
供給されたスラリーをスラグ冷却水とスラグとに分離して、分離したスラグ冷却水を循環水として冷却タンクへ戻す。分離した水砕スラグはスラグ貯蔵タンクに払い出す。
特許第５７４３０９３号公報（［００４２］）
スラグ冷却水（液体）とスラグとを分離するサイクロンは、高圧のスラグ冷却水とスラグとのスラリーを受け入れるために、圧力容器として肉厚が厚い剛強な構造が必要となる。また、ガラス状のスラグによる激しい磨耗のためにサイクロンを高頻度でメンテナンスする必要がある。
しかし、サイクロンが圧力容器として肉厚が厚い剛強な構造であるため、高頻度でのメンテナンスに支障を生じる場合がある。
また、サイクロンは、耐磨耗材料で保護するとしても、磨耗が激しくなったときには簡易に交換できるように、サイクロン本体の軽量化が望まれる。
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、加圧されたスラグと液体（冷却水）との混合流体を遠心分離する場合であっても、サイクロン本体の軽量化が可能であり、メンテナンスが容易であるスラグサイクロン、ガス化設備、ガス化複合発電設備、スラグサイクロンの運転方法およびスラグサイクロンのメンテナンス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、本発明のスラグサイクロン、ガス化設備、ガス化複合発電設備、スラグサイクロンの運転方法およびスラグサイクロンのメンテナンス方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスラグサイクロンは、加圧されたスラグと液体との混合流体が内部に導かれてスラグを液体から遠心分離するサイクロン本体と、該サイクロン本体を収容する圧力容器と、前記圧力容器に設けられた接続用配管と、前記接続用配管の端部に設けられた第一フランジと、前記混合流体を前記サイクロン本体に導く混合流体輸送配管と、前記混合流体輸送配管に設けられた第二フランジとを備え、前記サイクロン本体の鉛直下方に設けたスラグ排出口が前記圧力容器内に開口し、前記混合流体輸送配管は、前記圧力容器の外側から、前記圧力容器および前記サイクロン本体に対して挿脱可能とされ、前記混合流体輸送配管が前記圧力容器および前記サイクロン本体に対して挿入された状態で、前記第一フランジと前記第二フランジとが接続されることにより、前記混合流体輸送配管が前記圧力容器に対して液密状態でシールされ、前記サイクロン本体の内周面には、耐摩耗材が設けられ、前記耐摩耗材は、前記スラグ排出口に近いほど厚く設けられることを特徴とする。
圧力容器内に収容されたサイクロン本体内に、加圧されたスラグと水との混合流体が導かれてスラグが水から遠心分離される。遠心分離されたスラグは、スラグ排出口から排出される。このスラグ排出口は、圧力容器内に開口しているので、サイクロン本体の内側と外側とが連通されることになり、サイクロン本体の内外は略同一の圧力となる。このように、サイクロン本体の内側と外側との間には大きな差圧が発生しないので、サイクロン本体に耐圧構造を採用する必要がなくなる。これにより、加圧された混合流体を遠心分離する場合であっても、サイクロン本体の肉厚を薄くでき、軽量化およびコストダウンが可能となる。このように、サイクロン本体が軽量化されるので、メンテナンス時にサイクロン本体を交換する作業が容易となる。
加圧されたスラグと水との混合流体の圧力としては、例えば数ＭＰａとされる。
サイクロン本体の内周面は、スラグが衝突することによって摩耗が生じる。そこで、サイクロン本体の内周面に耐摩耗材を設けることとした。耐摩耗材としては、例えば、バサルト材、セラミックス、耐摩耗肉盛、耐摩耗鋳鉄等を採用することができる。
なお、サイクロン本体のスラグ排出口に近いほどスラグ密度が大きくなり摩耗が激しくなるので、スラグ排出口に近い領域ほど（例えばスラグ排出口が下端に位置する場合には下方ほど）耐摩耗材を他の領域よりも厚くすることが好ましい。
混合流体輸送配管が圧力容器およびサイクロン本体に対して挿脱可能に差し込まれているので、メンテナンス時にサイクロン本体を圧力容器から取り外す際には、混合流体輸送配管をサイクロン本体から抜くことで、容易にサイクロン本体から混合流体輸送配管を分離することができる。
また、混合流体輸送配管を圧力容器の外側から挿入できるので、組立時の作業性が向上する。
さらに、圧力容器の外側でフランジ部等によってシールする構成とするのが好ましい。これにより、組立とシールを圧力容器の外側で同時に行うことができ、さらに作業性が向上する。
さらに、本発明のスラグサイクロンでは、前記圧力容器には、前記サイクロン本体の前記スラグ排出口の鉛直下方に、スラグを一時的に貯留するスラグレシーバが設けられていることを特徴とする。
圧力容器にスラグレシーバを一体に設けることで、スラグ排出口から重力で排出されたスラグを一時的に貯留することができる。これにより、圧力容器の外部にスラグを一時的に貯留するためのビンを設ける必要がなくなり、構成が簡素となる。
さらに、本発明のスラグサイクロンでは、前記圧力容器の下方には、前記スラグレシーバからのスラグを受け入れるスラグ排出ロックホッパと、該スラグ排出ロックホッパと前記スラグレシーバとの間に設けられた加圧側開閉弁と、前記スラグ排出ロックホッパと大気圧側搬出先との間に設けられた大気圧側開閉弁とを備えている。
加圧側開閉弁を開としかつ大気圧側開閉弁を閉とすることにより、スラグレシーバからスラグがスラグ排出ロックホッパへと導かれる。
大気側開閉弁を開としかつ加圧側開閉弁を閉とすることにより、スラグ排出ロックホッパから大気側の機器へとスラグが排出される。
このように、圧力容器の下方にスラグ排出ロックホッパを設けることにより、スラグレシーバに加圧状態で貯留されたスラグを、スラグ排出ロックホッパを介して大気側の出口へと排出することができる。
さらに、本発明のスラグサイクロンでは、前記サイクロン本体は、複数の吊下具を介して、前記圧力容器に対して吊り下げられ支持されていることを特徴とする。
サイクロン本体が吊下具（例えば吊り棒）を介して圧力容器に対して吊り下げて支持されているので、サイクロン本体をクレーンの吊り具などにより、容易に圧力容器外に取り外すことができる。
サイクロン本体の取り外しの際には、吊下具をそのまま利用してクレーン等によってサイクロン本体を吊り下げても良いし、吊下具とは別にサイクロン本体に取り外し時に用いる引っ掛け部（例えばラグ等）を設けて、この引っ掛け部にクレーンの吊り具を引っ掛けてサイクロン本体を吊り下げても良い。
さらに、本発明のスラグサイクロンでは、前記サイクロン本体と前記圧力容器との間には、該サイクロン本体の水平方向位置を規定する支持具が設けられていることを特徴とする。
サイクロン本体と圧力容器との間にサイクロン本体の水平方向位置を規定する支持具を設けることとしたので、圧力容器内に吊り下げられたサイクロン本体の水平方向位置を正しく規定して、例えばサイクロン本体の中心軸線を鉛直方向に合わせることができる。また、支持具によってサイクロン本体の水平方向の振動を抑えることができる。
また、本発明のガス化設備は、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装置と、該ガス化炉装置にて生成されたスラグを液体から遠心分離する上記のいずれかに記載のスラグサイクロンとを備えていることを特徴とする。
上記のスラグサイクロンを備えているので、スラグサイクロンのメンテナンス性に優れた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ガス化炉装置と、該ガス化炉装置にて生成されたスラグを液体から遠心分離する上記のいずれかに記載のスラグサイクロンと、前記ガス化炉装置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、本発明のスラグサイクロンの運転方法は、圧力容器内に収容されたサイクロン本体内に、加圧されたスラグと液体との混合流体を導入して遠心分離を行い、前記サイクロン本体のスラグ排出口から、遠心分離されたスラグを前記圧力容器内に排出することを特徴とする。
圧力容器内に収容されたサイクロン本体内に、加圧されたスラグと水との混合流体が導かれてスラグが水から遠心分離される。遠心分離されたスラグは、スラグ排出口から圧力容器内に排出される。このスラグ排出口は、圧力容器内に開口しているので、サイクロン本体の内側と外側とが連通されることになり、サイクロン本体の内外は略同一の圧力となる。このように、サイクロン本体の内側と外側との間には大きな差圧が発生しないので、サイクロン本体に耐圧構造を採用する必要がなくなる。これにより、加圧された混合流体を遠心分離する場合であっても、サイクロン本体の肉厚を薄くでき、軽量化およびコストダウンが可能となる。このように、サイクロン本体が軽量化されるので、メンテナンス時にサイクロン本体を交換する作業が容易となる。
加圧されたスラグと水との混合流体の圧力としては、例えば数ＭＰａとされる。
また、本発明のスラグサイクロンのメンテナンス方法は、加圧されたスラグと液体との混合流体が内部に導かれてスラグを液体から遠心分離するサイクロン本体と、該サイクロン本体を収容する圧力容器とを備え、前記サイクロン本体のスラグ排出口が前記圧力容器内に開口しているスラグサイクロンのメンテナンス方法であって、前記圧力容器の鉛直上方を開放する工程と、吊り具によって前記サイクロン本体を吊り下げる工程と、前記吊り具によって吊り下げた前記サイクロン本体を、前記圧力容器の外部へと取り出す工程とを有することを特徴とする。
圧力容器の鉛直上方からサイクロン本体を吊り下げることによって、サイクロン本体を圧力容器から取り出すことができるので、容易にメンテナンスを行うことができる。
圧力容器内にサイクロン本体を収容することにより、サイクロン本体の内外に大きな圧力差を加えない構成としたので、加圧されたスラグと水との混合流体を遠心分離する場合であっても、サイクロン本体の軽量化が可能であり、メンテナンスが容易となる。
本発明の一実施形態に係るスラグサイクロンが適用されるＩＧＣＣの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スラグサイクロンを示した縦断面図である。 図２のスラグサイクロンの運転を示したタイミングチャートである。 図２のスラグサイクロンのメンテナンス工程のうち上部蓋体を取り外した状態を示した図である。 図２のスラグサイクロンのメンテナンス工程のうちサイクロン本体を吊り上げた状態を示した図である。 図２のスラグサイクロンのメンテナンス工程のうちサイクロン本体を仮置き架台に配置する状態を示した図である。 図２のスラグサイクロンのメンテナンス工程のうちサイクロン本体を仮置き架台に設置した後の状態を示した図である。 図４Ａのメンテナンス工程の変形例を示した図である。 図４Ｃのメンテナンス工程の変形例を示した図である。 図４Ｄのメンテナンス工程の変形例を示した図である。 本発明の一実施形態に係るスラグサイクロンが適用された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、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図６には、本実施形態に係るガス化炉装置を適用した石炭ガス化複合発電設備が示されている。
本実施形態に係るガス化炉３が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１１０は、空気を酸化剤として用いており、ガス化炉３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１１０は、ガス化炉３で生成した生成ガスを、ガス精製装置１１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備１１７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１１０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３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（ガス化複合発電設備）１１０は、図１に示すように、給炭装置１１１と、ガス化炉３と、チャー回収装置１１５と、ガス精製装置１１６と、ガスタービン設備１１７と、蒸気タービン設備１１８と、発電機１１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）１２０とを有している。
給炭装置１１１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭を石炭ミル（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１１１で製造された微粉炭は、後述する空気分離装置１４２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３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３は、給炭装置１１１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１１５で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が戻されて再利用可能に供給されている。
また、ガス化炉３には、ガスタービン設備１１７（圧縮機１６１）からの圧縮空気供給ライン１４１が接続されており、ガスタービン設備１１７で圧縮された圧縮空気の一部がガス化炉３に供給可能となっている。空気分離装置１４２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１４３によって空気分離装置１４２とガス化炉３とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン１４３には、給炭装置１１１からの給炭ライン１１１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン１４３から分岐する第２窒素供給ライン１４５もガス化炉３に接続されており、この第２窒素供給ライン１４５には、チャー回収装置１１５からのチャー戻しライン１４６が接続されている。更に、空気分離装置１４２は、酸素供給ライン１４７によって、圧縮空気供給ライン１４１と接続されている。そして、空気分離装置１４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン１４３及び第２窒素供給ライン１４５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１４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン１４７及び圧縮空気供給ライン１４１を流通することで、ガス化炉３において酸化剤として利用される。
ガス化炉３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３は、内部に供給された石炭（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３には、微粉炭に混入した異物（スラグ）を除去する異物除去装置１４８が設けられている。そして、このガス化炉３には、チャー回収装置１１５に向けて可燃性ガスを供給するガス生成ライン１４９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１４９にシンガスクーラ（ガス冷却器）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１１５に供給してもよい。
チャー回収装置１１５は、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２とを有している。この場合、集塵装置１５１は、１つまたは複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉３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１５３を通してガス精製装置１１６に送られる。供給ホッパ１５２は、集塵装置１５１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、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ１５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ１５２からのチャー戻しライン１４６が第２窒素供給ライン１４５に接続されている。
ガス精製装置１１６は、チャー回収装置１１５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１１６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１１７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（Ｈ２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製装置１１６では、アミン吸収液によって硫黄分を除去回収して、有効利用する。
ガスタービン設備１１７は、圧縮機１６１、燃焼器１６２、タービン１６３を有しており、圧縮機１６１とタービン１６３とは、回転軸１６４により連結されている。燃焼器１６２には、圧縮機１６１からの圧縮空気供給ライン１６５が接続されると共に、ガス精製装置１１６からの燃料ガス供給ライン１６６が接続され、また、タービン１６３に向かって延びる燃焼ガス供給ライン１６７が接続されている。また、ガスタービン設備１１７は、圧縮機１６１からガス化炉３に延びる圧縮空気供給ライン１４１が設けられており、中途部に昇圧機１６８が設けられている。従って、燃焼器１６２では、圧縮機１６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製装置１１６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へ向けて供給する。そして、タービン１６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸１６４を回転駆動させることで発電機１１９を回転駆動させる。
蒸気タービン設備１１８は、ガスタービン設備１１７の回転軸１６４に連結されるタービン１６９を有しており、発電機１１９は、この回転軸１６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ１２０は、ガスタービン設備１１７（タービン１６３）からの排ガスライン１７０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１２０は、蒸気タービン設備１１８のタービン１６９との間に蒸気供給ライン１７１が設けられると共に蒸気回収ライン１７２が設けられ、蒸気回収ライン１７２に復水器１７３が設けられている。また、排熱回収ボイラ１２０で生成する蒸気には、シンガスクーラ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１２０で更に熱交換したもの含んでもよい。従って、蒸気タービン設備１１８では、排熱回収ボイラ１２０から供給された蒸気によりタービン１６９が回転駆動し、回転軸１６４を回転駆動させることで発電機１１９を回転駆動させる。
そして、排熱回収ボイラ１２０の出口から煙突１７５までには、浄化装置１７４を備えている。
次に、上記構成の石炭ガス化複合発電設備１１０の作動について説明する。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１１０において、給炭装置１１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭装置１１１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１１１で製造された微粉炭は、空気分離装置１４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン１４３を流通してガス化炉３に供給される。また、後述するチャー回収装置１１５で回収されたチャーが、空気分離装置１４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン１４５を流通してガス化炉３に供給される。更に、後述するガスタービン設備１１７から抽気された圧縮空気が昇圧機１６８で昇圧された後、空気分離装置１４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン１４１を通してガス化炉３に供給される。
ガス化炉３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、可燃性ガス（生成ガス）を生成する。そして、この可燃性ガスは、ガス化炉３からガス生成ライン１４９を通って排出され、チャー回収装置１１５に送られる。
このチャー回収装置１１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置１５１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１５３を通してガス精製装置１１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ１５２に堆積され、チャー戻しライン１４６を通ってガス化炉３に戻されてリサイクルされる。
チャー回収装置１１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１１６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１６１が圧縮空気を生成して燃焼器１６２に供給する。この燃焼器１６２は、圧縮機１６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１１６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１６３を回転駆動することで、回転軸１６４を介して圧縮機１６１及び発電機１１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン設備１１７は発電を行うことができる。
そして、排熱回収ボイラ１２０は、ガスタービン設備１１７におけるタービン１６３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設備１１８に供給する。蒸気タービン設備１１８では、排熱回収ボイラ１２０から供給された蒸気によりタービン１６９を回転駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１１９を回転駆動し、発電を行うことができる。
なお、ガスタービン設備１１７と蒸気タービン設備１１８は同一軸として１つの発電機１１９を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
その後、ガス浄化装置１７４では排熱回収ボイラ１２０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１７５から大気へ放出される。
次に、図６に示した異物除去装置１４８の詳細について説明する。
ガス化炉３は、内側容器（ガス化炉壁）３ａと、この内側容器３ａの周囲を包囲する外側容器（ガス化炉圧力容器）３ｂとを備えている。外側容器３ｂは、圧力容器となっており、内部圧力は、例えば数ＭＰａとされている。
内側容器３ａ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３ｃと、コンバスタ３ｃからの熱量を得て微粉炭をガス化するリダクタ３ｄとが上下二段に配置されている。
ガス化炉３の底部には、図１に示すように、スラグホッパ５が設けられている。スラグホッパ５内には、冷却水（液体）が貯留されており、コンバスタ３ｃ及びリダクタ３ｄにて微粉炭から生じたスラグを受容するようになっている。
スラグホッパ５には、スラグホッパ５内に受容したスラグをガス化炉３の系外へ排出するスラグ排出ライン（混合流体輸送配管）７が接続されている。スラグ排出ライン７の上流端はスラグ取水口３９とされ、スラグホッパ５内のスラグを冷却水とともに吸い込むようになっている。スラグ排出ライン７の下流端はスラグサイクロン９に接続されている。このスラグサイクロン９によって、冷却水とスラグとが遠心分離される。スラグ排出ライン７の中途位置には、スラグサイクロン入口弁１１が設けられている。
スラグサイクロン９は、ガス化炉３の側方に、かつ、ガス化炉３の底部（スラグホッパ５の底部）よりも鉛直方向に高い高さ位置に配置されている。すなわち、スラグサイクロン９は、ガス化炉３の直下には配置されていない。これにより、ガス化炉３およびスラグサイクロン９を含む設備の高さが低減できるようになっている。
スラグサイクロン９の下方とされた下流側には、スラグサイクロン出口弁（加圧側開閉弁）２０を介して、スラグ排出ロックホッパ２１が設けられている。スラグ排出ロックホッパ２１の鉛直方向下方とされた下流側には、スラグ排出ロックホッパ出口弁（大気圧側開閉弁）２２が設けられている。
スラグサイクロン出口弁２０とスラグ排出ロックホッパ出口弁２２を用いることによって、加圧状態のスラグサイクロン９からスラグ排出ロックホッパ２１にスラグを受け入れた後に、スラグ排出ロックホッパ２１よりも下流側の常圧（大気圧）とされたスラグ搬送設備へとスラグ排出ロックホッパ２１からスラグを排出することができるようになっている。
スラグサイクロン９とスラグホッパ５との間には、注水ライン１３が接続されている。この注水ライン１３によって、スラグサイクロン９にて遠心分離された冷却水がスラグホッパ５へと返送されて放水口４０から注水されるようになっている。注水ライン１３には、その中途位置に、冷却水流れの上流側から順に、スラグホッパ注水弁１５と、冷却水から異物を除去するためのストレーナ１７と、冷却水をスラグホッパ５へと押し込むための注水ポンプ１９とが設けられている。このように注水ポンプ１９によって冷却水をスラグホッパ５へ押し込むことで、スラグ排出ライン７にスラグサイクロン９へと向かう冷却水の流れが形成されるようになっている。
スラグ排出ロックホッパ２１の下流には、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２を介して、分配器２３と、脱水槽２５とが設けられている。脱水槽２５に貯留されたスラグは、車両等を利用して他のスラグ処理設備へと移送される。
スラグサイクロン出口弁２０及びスラグ排出ロックホッパ出口弁２２等の各弁や注水ポンプ１９等の各機器は、図示しない制御部によって動作が制御されるようになっている。
制御部は、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。
なお、図１では、ガス化炉３やスラグサイクロン９等と設置面Ｇとの間に支持構造体が示されていないが、これは理解を容易にするために省略しているだけであって、もちろん実際にはガス化炉３やスラグサイクロン９等は設置面Ｇ上に支持構造体を用いて各々が支持される。
図２には、スラグサイクロン９の具体的構成が示されている。
スラグサイクロン９は、サイクロン本体５０と、サイクロン本体５０の全体を収容する圧力容器５１とを備えている。このように、圧力容器５１を外筒とし、サイクロン本体５０を内筒とした二重構造を採用している。
サイクロン本体５０は、中心軸線を鉛直上下方向に延在して設けられた中空形状とされた筒体とされている。サイクロン本体５０は、円筒形状とされた筒部５０ａと、筒部５０ａの下端に接続され、下方に向けて先細り形状とされた円錐台形状のテーパ部５０ｂとを有している。
サイクロン本体５０の筒部５０ａの側壁には、スラグ排出ライン７の下流端７ａが、スラグと冷却水との混合流体が漏れないようシール性を維持しながら挿脱可能に差し込まれて固定されている。スラグ排出ライン７により、下流端７ａの開口からサイクロン本体５０内にスラグと冷却水との混合流体が導入され、この混合流体がサイクロン本体５０の中心軸線回りに旋回されて、スラグと冷却水とが遠心分離されるようになっている。
スラグ排出ライン７の下流端７ａ近傍の上流側には、接続用フランジ７ｂが固定されている。この接続用フランジ７ｂに対応するように、圧力容器５１の側部にスラグ排出ライン７の外周を覆うように設けた接続用パイプ５１ａの端部に、接続用フランジ５１ｂが設けられている。これら接続用フランジ７ｂ，５１ｂ同士を接続することにより、スラグ排出ライン７が圧力容器５１に対して液密状態でシールされるようになっている。
サイクロン本体５０の筒部５０ａの周囲には、複数の吊下具５２の一端がボルトや溶接等によって固定されている。吊下具５２は、例えば、吊り棒とターンバックルとを備えており、吊り棒に対してターンバックルを回転させることで全長の長さが調節できる構成とされている。各吊下具５２の他端は、圧力容器５１の内壁にボルト等によって固定されている。これら吊下具５２によって、サイクロン本体５０が圧力容器５１に対して吊り下げられ、好ましくはサイクロン本体５０の中心軸線が圧力容器５１の軸線と合致するよう調整されている。
サイクロン本体５０の筒部５０ａの上部には、冷却水出口配管５５が接続されている。冷却水出口配管５５の下流側には、注水ライン１３（図１参照）に接続されている。冷却水出口配管５５の下端（上流端）はサイクロン本体５０内に開口しており、サイクロン本体５０にてスラグと分離された冷却水が注水ポンプ１９（図１参照）の作用によって吸い上げられるようになっている。冷却水出口配管５５は、サイクロン本体５０の上端５０ｃに対して固定されている。また、冷却水出口配管５５は、サイクロン本体５０の中心軸線上に配置されており、圧力容器５１の上部蓋体５１ｃを貫通して外部まで突き出ている。なお、冷却水出口配管５５と上部蓋体５１ｃとの間は液密にシールされている。
サイクロン本体５０の上端５０ｃには、引っ掛け部となるラグ５０ｅが複数設けられている。メンテナンス時に、ラグ５０ｅに対して、クレーンから吊り下げられた吊り具が引っ掛けられるようになっている。
サイクロン本体５０のテーパ部５０ｂの下端部には、複数の支持具５３の一端がボルト等によって固定されている。支持具５３は、例えば、支持棒とターンバックルとを備えており、支持棒に対してターンバックルを回転させることで全長の長さが調節できる構成とされている。各支持具５３の他端は、圧力容器５１の内壁にボルト等によって固定されている。これら支持具５３によって、サイクロン本体５０が圧力容器５１に対して支持され、好ましくはサイクロン本体５０の中心軸線が鉛直方向となるように水平方向位置が規定されている。また、支持具５３によってサイクロン本体５０の下端部を支持することで、サイクロン本体５０の水平方向の振動を抑えることができるようになっている。
サイクロン本体５０のテーパ部５０ｂの下端は、圧力容器５１内に向けて開口する開口部（スラグ排出口）５０ｄが形成されている。この開口部５０ｄを介して、サイクロン本体５０にて遠心分離されたスラグが重力により鉛直下方へと排出される。このように、サイクロン本体５０の開口部５０ｄが圧力容器５１内に開口しているため、サイクロン本体５０の内側と外側とが連通されることになり、サイクロン本体５０の内外では大きな差圧は発生しない。このため、サイクロン本体５０は、大きな差圧に耐える耐圧構造としての厚い肉厚が不要となる。
サイクロン本体５０の内周面には、ガラス状のスラグが衝突することによって激しい摩耗が生じるため、耐摩耗材５６が設けられていて、サイクロン本体５０の寿命を長くさせ、メンテナンスまでの時間を長くしている。耐摩耗材５６は、サイクロン本体５０の内周面の全領域に設けても良いが、特にスラグによる摩耗が激しい部分に設けることが好ましい。例えば、サイクロン本体５０の開口部５０ｄに近いほどスラグ密度が大きくなり摩耗が激しくなるので、開口部５０ｄに近い領域ほど（すなわち鉛直下方ほど）耐摩耗材を他の領域よりも厚くすることが好ましい。
耐摩耗材としては、例えば、バサルト材、セラミックス、耐摩耗肉盛、耐摩耗鋳鉄等を採用することができる。なお、バサルト材は、塩基性火山岩に属する玄武岩のうち、特に硬い組成（主な化学成分はSiO2とAl2O3）を原料に使用し、優れた硬度と耐磨耗性を備えるものである。
圧力容器５１は、概略円筒形状とされ、例えば、数ＭＰａとされた加圧状態に耐えうる耐圧構造とされている。圧力容器５１の中心軸線は、好ましくは、サイクロン本体５０の中心軸線と一致している。ただし、これに限定されるものではない。
圧力容器５１の下端部は、下方に向けて先細り形状とされた円錐台形状とされており、サイクロン本体５０の開口部５０ｄから排出されたスラグを一時的に貯留するスラグレシーバ５１ｄとなっている。このように、スラグレシーバ５１ｄは、圧力容器５１と一体的に形成されている。図２には、スラグレシーバ５１ｄに一時的に貯留されたスラグＳが示されている。
スラグレシーバ５１ｄの下端には、図１を用いて説明したスラグサイクロン出口弁２０を介して、スラグ排出ロックホッパ２１が接続されている。
圧力容器５１の側部には、マンホール部５１ｅが設けられている。マンホール部５１ｅは、メンテナンス時に開放され、作業者が圧力容器内に入ることができるようになっている。したがって、マンホール部５１ｅは、図２に示すように、運転中には閉鎖された状態とされる。
圧力容器５１の上端を閉鎖する上部蓋体５１ｃは、圧力容器５１の本体側に対して、フランジによって取り外し可能に固定されている。上部蓋体５１ｃの上面には、引っ掛け部となるラグ５１ｆが複数設けられている。メンテナンス時に、ラグ５１ｆに対して、クレーンから吊り下げられた吊り具が引っ掛けられるようになっている。
次に、上記構成のスラグサイクロン９の動作について説明する。
図２に示したように、スラグホッパ５（図１参照）から導かれたスラグと冷却水との混合流体は、スラグ排出ライン７を介して、スラグ排出ライン７の下流端７ａからスラグサイクロン９のサイクロン本体５０内に導かれる。
サイクロン本体５０内では、サイクロン本体５０の中心軸線回りにスラグと冷却水との混合流体が旋回させられ、冷却水よりも比重の大きいスラグが遠心力によってサイクロン本体５０の周側壁面（内周面側）へと移動し、重力によって下方へと沈降する。このとき、スラグはサイクロン本体５０の内周面に衝突しながら下方へと移動するが、サイクロン本体５０の内周面に設けられた耐摩耗材５６によってサイクロン本体５０の摩耗が抑制されている。
サイクロン本体５０にて遠心分離されたスラグは、開口部５０ｄから鉛直下方へと排出され、スラグレシーバ５１ｄ内に一時的に貯留される。
サイクロン本体５０にて遠心分離された冷却水は、冷却水出口配管５５を通って鉛直上方へと排出される。冷却水出口配管５５から導かれた冷却水は、注水ライン１３（図１参照）を通ってスラグホッパ５へと返送される。
スラグレシーバ５１ｄ内に貯留されたスラグは、以下のように外部へと排出される。
図３に示すように、スラグレシーバ５１ｄ内にスラグを貯留する場合は、時間ｔ０〜ｔ１のように、スラグサイクロン出口弁２０を閉とし、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２を開とする。このとき、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２が開となっているので、スラグ排出ロックホッパ２１内のスラグは脱水槽２５（図１参照）へと払い出される。したがって、スラグ排出ロックホッパ２１内は大気圧となっている。ただし、スラグサイクロン出口弁２０が閉となっているので、圧力容器５１内は加圧状態が保たれたままとなっている。
スラグ排出ロックホッパ２１内のスラグは脱水槽２５（図１参照）へと払い出される間にスラグレシーバ５１ｄ内にスラグが徐々に溜まっていき、スラグの貯留量が所定値に達する、もしくはスラグ排出ロックホッパ２１内のスラグが払い出しを終了すると（時間ｔ１）、図示しない制御部によってスラグサイクロン出口弁２０が開とされるとともに、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２が閉とされる。スラグサイクロン出口弁２０が開とされることにより、スラグレシーバ５１ｄに貯留されたスラグＳは、重力で搬送されスラグ排出ロックホッパ２１内に受け入れられる。これにより、スラグレシーバ５１ｄ内のスラグ量は減少するとともに、スラグ排出ロックホッパ２１内のスラグ量は増加する。このとき、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２は閉とされているので、スラグ排出ロックホッパ２１内は圧力容器５１と同様の加圧状態となる。したがって、圧力容器５１内が大気圧となることが回避されるようになっている。
スラグ排出ロックホッパ２１内にスラグが徐々に溜まっていき、スラグの貯留量が所定値に達すると（時間ｔ２）、図示しない制御部によってスラグサイクロン出口弁２０が閉とされるとともに、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２が開とされる。スラグ排出ロックホッパ出口弁２２が開となっているので、スラグ排出ロックホッパ２１内のスラグは脱水槽２５（図１参照）へと払い出される。
そして、スラグレシーバ５１ｄ内にスラグが徐々に溜まっていき、スラグの貯留量が所定値に達する、もしくはスラグ排出ロックホッパ２１内のスラグが払い出しを終了すると（時間ｔ３）、図示しない制御部によってスラグサイクロン出口弁２０が開とされるとともに、スラグ排出ロックホッパ出口弁２２が閉とされる。これ以降は上述の工程が繰り返される。
次に、上記構成のスラグサイクロン９のメンテナンス方法について説明する。
サイクロン本体５０の内周面には耐摩耗材５６が設けられているものの、所定時間以上運転を行った場合には、耐摩耗材５６が磨耗して一部が消失し、サイクロン本体５０の内周面が付傷してくるため、サイクロン本体５０を交換する必要が生じる。そこで、以下のように、圧力容器５１はそのままでサイクロン本体５０のみを取り出して交換する。
先ず、図４Ａに示すように、スラグ排出ライン７の下流端７ａを圧力容器５１から抜いて取り外す。
また、圧力容器５１の上部蓋体５１ｃに設けたラグ５１ｆに対して、クレーンの吊り具６０を引っ掛け、上部蓋体５１ｃを鉛直上方へ引き上げて圧力容器５１の本体側から取り外す。
次に、図４Ｂに示すように、吊下具５２と支持具５３をサイクロン本体５０から取り外した後に、サイクロン本体５０の上端５０ｃに設けたラグ５０ｅに対して、クレーンの吊り具６０を引っ掛けて、吊下具５２と支持具５３を外し、サイクロン本体５０を鉛直上方へ引き上げて圧力容器５１の本体側から取り外す。
そして、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、仮置き架台６２に対して、取り外したサイクロン本体５０を設置する。これにより、使用済みのサイクロン本体５０の取り外しが終了する。
新しいサイクロン本体５０の取り付けは、上述とは逆の工程となり、クレーンの吊り具６０を用いて、サイクロン本体５０を吊り下げて圧力容器５１内に設置する。
また、図５Ａ〜５Ｃに示すように、上部蓋体５１ｃとともにサイクロン本体５０を取り外すようにしてもよい。
この場合、サイクロン本体５０は、図５Ａに示すように、吊下具５２によって上部蓋体５１ｃから吊り下げられている。この点で、各吊下具５２の他端が圧力容器５１の側部内壁に対して吊り下げられた図２の構成とは異なる。ただし、圧力容器５１に対してサイクロン本体５０が吊り下げられている点では同様である。
図５Ａ〜５Ｃに示すように、上部蓋体５１ｃとともにサイクロン本体５０を取り外すことができるので、クレーンの吊り具６０を上部蓋体５１ｃのラグ５１ｆに取り付けたままでよく、図４Ｂに示したようにサイクロン本体５０を吊り上げる際にサイクロン本体５０のラグ５０ｅに吊り具６０を掛け替える必要がないという利点がある。また、圧力容器５１の外での作業となることで、各吊下具５２の取付け・取外し作業や、冷却水出口配管５５と上部蓋体５１ｃとの間の液密なシール作業を行い易いという利点がある。
以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
圧力容器５１内にサイクロン本体５０を配置した二重構造とし、サイクロン本体５０の開口部５０ｄを圧力容器５１内に開口することとしたので、サイクロン本体５０の内側と外側とが連通されることになり、サイクロン本体５０の内外は略同一の圧力となる。このように、サイクロン本体５０の内側と外側との間には大きな差圧が発生しないので、サイクロン本体５０に耐圧構造を採用する必要がなくなる。これにより、加圧された混合流体を遠心分離する場合であっても、サイクロン本体５０の肉厚を薄くでき、軽量化およびコストダウンが可能となる。このように、サイクロン本体５０が軽量化されるので、メンテナンス時にサイクロン本体５０を圧力容器５１から取り出す作業が容易となる。
圧力容器５１にスラグレシーバ５１ｄを一体に設けることとしたので、サイクロン本体５０から排出されたスラグを一時的に貯留することができる。これにより、圧力容器５１の外部にスラグを一時的に貯留するためのビンを設ける必要がなくなり、簡素な構成とすることができる。
圧力容器５１の鉛直下方にスラグ排出ロックホッパ２１を設けて、スラグサイクロン出口弁２０とスラグ排出ロックホッパ出口弁２２を切り換えることにより、スラグレシーバ５１ｄ内に加圧状態で貯留されたスラグを大気側へと排出することができる。
サイクロン本体５０を吊下具５２によって圧力容器５１から吊り下げることとしたので、サイクロン本体５０をクレーンの吊り具６０により、容易に圧力容器５１外に取り外すことができる。
スラグ排出ライン７の下流端７ａが圧力容器５１およびサイクロン本体５０に対して挿脱可能に差し込まれているので、サイクロン本体５０を圧力容器５１から取り外す際には、スラグ排出ライン７の下流端７ａをサイクロン本体５０から抜くことで、容易にサイクロン本体５０からスラグ排出ライン７を分離することができる。
また、スラグ排出ライン７を圧力容器５１の外側から挿入できるので、組立時の作業性が向上する。
さらに、圧力容器５１の外側で接続用フランジ７ｂ，５１ｂによってシールする構成としたので、組立とシールを圧力容器５１の外側で同時に行うことができ、さらに作業性が向上する。
また、上述した実施形態では、石炭ガス化複合発電設備に適用されたスラグサイクロン９として説明したが、石炭ガス化複合発電設備１０以外のプラント、例えば化学プラントのスラグサイクロン９に用いてもよい。
また、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、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、本実施形態はタワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉はクロスオーバー型ガス化炉でも、同様に実施が可能である。
３ ガス化炉
３ａ 内側容器（ガス化炉壁）
３ｂ 外側容器（ガス化炉圧力容器）
３ｃ コンバスタ
３ｄ リダクタ
５ スラグホッパ
７ スラグ排出ライン（混合流体輸送配管）
７ａ 下流端
７ｂ 接続用フランジ
９ スラグサイクロン
１１ スラグサイクロン入口弁
１３ 注水ライン
１５ スラグホッパ注水弁
１７ ストレーナ
１９ 注水ポンプ
２０ スラグサイクロン出口弁（加圧側開閉弁）
２１ スラグ排出ロックホッパ
２２ スラグ排出ロックホッパ出口弁（大気圧側開閉弁）
２３ 分配器
２５ 脱水槽
３９ スラグ取水口
４０ 放水口
５０ サイクロン本体
５０ａ 筒部
５０ｂ テーパ部
５０ｃ 上端
５０ｄ 開口部（スラグ排出口）
５０ｅ ラグ
５１ 圧力容器
５１ａ 接続用パイプ
５１ｂ 接続用フランジ
５１ｃ 上部蓋体
５１ｄ スラグレシーバ
５１ｅ マンホール部
５１ｆ ラグ
５２ 吊下具
５３ 支持具
５５ 冷却水出口配管
５６ 耐摩耗材
６０ 吊り具
６２ 仮置き架台
Ｇ 設置面

Claims (10)

  1. 加圧されたスラグと液体との混合流体が内部に導かれてスラグを液体から遠心分離するサイクロン本体と、
    該サイクロン本体を収容する圧力容器と、
    前記圧力容器に設けられた接続用配管と、
    前記接続用配管の端部に設けられた第一フランジと、
    前記混合流体を前記サイクロン本体に導く混合流体輸送配管と、
    前記混合流体輸送配管に設けられた第二フランジと、
    を備え、
    前記サイクロン本体の鉛直下方に設けたスラグ排出口が前記圧力容器内に開口し、
    前記混合流体輸送配管は、前記圧力容器の外側から、前記圧力容器および前記サイクロン本体に対して挿脱可能とされ、
    前記混合流体輸送配管が前記圧力容器および前記サイクロン本体に対して挿入された状態で、前記第一フランジと前記第二フランジとが接続されることにより、前記混合流体輸送配管が前記圧力容器に対して液密状態でシールされ、
    前記サイクロン本体の内周面には、耐摩耗材が設けられ、
    前記耐摩耗材は、前記スラグ排出口に近いほど厚く設けられることを特徴とするスラグサイクロン。
  2. 前記圧力容器には、前記サイクロン本体の前記スラグ排出口の鉛直下方に、スラグを一時的に貯留するスラグレシーバが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスラグサイクロン。
  3. 前記圧力容器の下方には、前記スラグレシーバからのスラグを受け入れるスラグ排出ロックホッパと、
    該スラグ排出ロックホッパと前記スラグレシーバとの間に設けられた加圧側開閉弁と、
    前記スラグ排出ロックホッパと大気圧側搬出先との間に設けられた大気圧側開閉弁と、
    を備えていることを特徴とする請求項２に記載のスラグサイクロン。
  4. 前記サイクロン本体は、複数の吊下具を介して、前記圧力容器に対して吊り下げられ支持されていることを特徴とする請求項１に記載のスラグサイクロン。
  5. 前記サイクロン本体と前記圧力容器との間には、該サイクロン本体の水平方向位置を規定する支持具が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のスラグサイクロン。
  6. 前記接続用配管は、前記圧力容器の側部に前記混合流体輸送配管の外周を覆うように設けられた接続用パイプであることを特徴とする請求項１に記載のスラグサイクロン。
  7. 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装置と、
    該ガス化炉装置にて生成されたスラグを液体から遠心分離する請求項１から６のいずれかに記載のスラグサイクロンと、
    を備えていることを特徴とするガス化設備。
  8. 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装置と、
    該ガス化炉装置にて生成されたスラグを液体から遠心分離する請求項１から６のいずれかに記載のスラグサイクロンと、
    前記ガス化炉装置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。
  9. 請求項１から６のいずれかに記載のスラグサイクロンの運転方法であって、
    圧力容器内に収容されたサイクロン本体内に、加圧されたスラグと液体との混合流体を導入して遠心分離を行い、
    前記サイクロン本体のスラグ排出口から、遠心分離されたスラグを前記圧力容器内に排出することを特徴とするスラグサイクロンの運転方法。
  10. 請求項１から６のいずれかに記載のスラグサイクロンのメンテナンス方法であって、
    前記圧力容器の鉛直上方を開放する工程と、
    吊り具によって前記サイクロン本体を吊り下げる工程と、
    前記吊り具によって吊り下げた前記サイクロン本体を、前記圧力容器の外部へと取り出す工程と、
    を有することを特徴とするスラグサイクロンのメンテナンス方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108261845A (zh) * 2018-04-04 2018-07-10 遵义钛业股份有限公司 一种沸腾氯化生产四氯化钛重力收尘器的密闭连续排渣装置
JP6554579B1 (ja) 2018-04-27 2019-07-31 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ システム
CN108787191A (zh) * 2018-06-04 2018-11-13 西安雷擎电子科技有限公司 灰尘收集与自动称重装置
JP7236196B2 (ja) * 2019-02-07 2023-03-09 三菱重工業株式会社 サイクロン、ガス化炉、ガス化複合発電設備、及びサイクロンの製造方法
CN110846084B (zh) * 2019-11-29 2024-03-12 北京航天迈未科技有限公司 一种粉尘分离回收设备及方法
CN113265272B (zh) * 2021-05-11 2022-05-31 新奥科技发展有限公司 返料立管结构、煤气化系统以及返料的方法
CN114459259B (zh) * 2022-02-21 2024-03-08 贵州三山研磨有限公司 一种棕刚玉倾倒炉炉罩余热再利用系统

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2901331A (en) * 1955-09-12 1959-08-25 Ducon Co Apparatus for fluid catalytic reactions
US4251228A (en) * 1979-05-30 1981-02-17 Texaco Development Corporation Production of cleaned and cooled synthesis gas
US4328006A (en) * 1979-05-30 1982-05-04 Texaco Development Corporation Apparatus for the production of cleaned and cooled synthesis gas
US4289502A (en) * 1979-05-30 1981-09-15 Texaco Development Corporation Apparatus for the production of cleaned and cooled synthesis gas
US4328008A (en) * 1979-05-30 1982-05-04 Texaco Development Corporation Method for the production of cleaned and cooled synthesis gas
US4324563A (en) * 1979-07-13 1982-04-13 Texaco Inc. Gasification apparatus with means for cooling and separating solids from the product gas
US4247302A (en) * 1979-07-13 1981-01-27 Texaco Inc. Process for gasification and production of by-product superheated steam
US4248604A (en) * 1979-07-13 1981-02-03 Texaco Inc. Gasification process
JPS5953858U (ja) * 1982-10-04 1984-04-09 三井造船株式会社 サイクロンの壁面構造
JPH0429199Y2 (ja) * 1986-01-11 1992-07-15
DE3922764A1 (de) 1989-07-11 1991-01-17 Babcock Werke Ag Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von feststoff aus einem gas
JPH0398950A (ja) * 1989-09-13 1991-04-24 Ricoh Co Ltd 用紙後処理装置
JPH0398950U (ja) * 1990-01-30 1991-10-15
JP2579690Y2 (ja) 1992-12-09 1998-08-27 石川島播磨重工業株式会社 サイクロン集塵機
US5738712A (en) * 1995-03-13 1998-04-14 Foster Wheeler Energia Oy Centrifugal separator assembly and method for separating particles from hot gas
JP3308133B2 (ja) * 1995-05-31 2002-07-29 中国電力株式会社 サイクロン
JPH10311627A (ja) * 1997-05-09 1998-11-24 Matsushita Refrig Co Ltd 油分離器
JPH11267438A (ja) * 1998-01-24 1999-10-05 Meiwa Kogyo Kk 分級装置を備える粉塵分離装置
JP3838963B2 (ja) 2001-11-01 2006-10-25 日機装株式会社 微粉捕集装置
JP2003225514A (ja) * 2002-02-01 2003-08-12 Toshio Tsutsui 不純物分離装置
US7081229B2 (en) * 2003-04-15 2006-07-25 Petroleo Brasileiro S.A. Second stage cyclone dipleg termination device in FCC units
JP2010269951A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Principle:Kk 火山噴出物堆積鉱物の整粒方法及び整粒装置
JP5743093B2 (ja) * 2011-09-07 2015-07-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 スラグ排出システム、ガス化装置、およびガス化発電装置
JP5721612B2 (ja) 2011-11-28 2015-05-20 三菱重工業株式会社 スラグ排出システム
JP5734234B2 (ja) 2012-04-16 2015-06-17 三菱重工業株式会社 ガス化装置
US20160045841A1 (en) 2013-03-15 2016-02-18 Transtar Group, Ltd. New and improved system for processing various chemicals and materials
WO2015017902A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 Weir Minerals Australia Ltd Cyclone separator apparatus and methods of production
CN203955377U (zh) * 2014-07-07 2014-11-26 合肥约翰芬雷矿山装备有限公司 高精度分选旋流器
JP6682280B2 (ja) * 2016-01-27 2020-04-15 三菱日立パワーシステムズ株式会社 スラグ排出システムおよびガス化炉

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