JP6938146B2 - ガス化炉設備及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉設備及びその運転方法に関するものである。

ガス化炉設備として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭素含有固体燃料ガス化設備（石炭ガス化設備）が知られている。

石炭等の炭素含有固体燃料は、灰分を含んでおり、ガス化する際にスラグが発生する。スラグは、スラグ水が貯留された下方のスラグ水貯留部へと導かれ、スラグ水によって冷却される。スラグ水は、スラグが有する１８００℃〜２０００℃程度の顕熱によって加熱される。下記特許文献１では、スラグによって加熱されたスラグ水の熱を有効利用するために、スラグ水貯留部に熱交換器を設置し、燃焼用空気に噴霧するアンモニア水を加熱することが開示されている。

特開平４−３３９９２号公報

一方、スラグ水は、スラグをスラグ水貯留部から回収する際にスラグと共に外部へと取り出され、サイクロンセパレータ等でスラグと分離された後に、再びスラグ水貯留部へと戻される。スラグ水をスラグ水貯留部に戻す際に、海水を用いて熱交換を行い、スラグ水を所定温度（例えば約７０℃）まで冷却する。これは、スラグ水貯留部からスラグ水を取り出して戻す間の配管の接続部に設けるシール部や、スラグ水を循環させるスラグ水循環ポンプの耐熱性を考慮したものである。

しかし、海水によってスラグ水を冷却すると、スラグが有する顕熱を、スラグ水を介してガス化炉設備外へ捨てることになり、ガス化炉設備の熱効率の低下を招いてしまう。特に、灰分が２０重量％を超える高灰分炭の場合には、スラグ量が多くなるためガス化炉設備外への熱損失を無視することができない。

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、スラグ水を介した設備外への熱損失を防止することができるガス化炉設備及びその運転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、本発明のガス化炉設備及びその運転方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガス化炉設備は、炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部とを備えたガス化炉設備であって、前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水は、１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とされ、前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を設備内に供給するスラグ水熱回収部を備えていることを特徴とする。

スラグ水貯留部は、加圧状態とされたガス化部に連通されているので、加圧状態とされる。これにより、スラグ水貯留部内に貯留されたスラグ水を１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とし、スラグ水の顕熱を有効に利用することができる。すなわち、スラグ水返送部を流通するスラグ水から得た熱を設備内に供給するスラグ水熱回収部を設けることで、設備外に熱を排出することなく設備内で熱を有効に利用することができる。
ここで、「熱を設備内に供給する」とは、ガス化炉設備内に熱を供給することを意味し、例えば、海水でスラグ水を冷却することにより外部の海水に熱を排出するといったように、ガス化炉設備に含まれない設備に熱を供給することとは区別される。換言すると、ガス化炉設備の熱効率に寄与しない設備に排熱しないことを意味する。

さらに、本発明のガス化炉設備では、前記ガス化部にてガス化された生成ガスが供給される燃焼器と、該燃焼器から導かれた燃焼ガスによって駆動されるタービンと、該タービンからの動力を得て発電する発電機と、前記タービンからの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラに水を供給する給水系統とを備え、前記スラグ水熱回収部は、前記給水系統に熱を供給することを特徴とする。

排熱回収ボイラに水を給水する給水系統に対して、スラグ水熱回収部によって熱を供給することとしたので、ガス化炉設備の熱効率を向上させることができる。

さらに、本発明のガス化設備では、前記給水系統に設けられた給水ポンプを備え、前記スラグ水熱回収部には、前記給水ポンプの下流側の給水が導かれることを特徴とする。

給水ポンプにて昇圧された後の給水と熱交換させることとしたので、スラグ水熱回収部を流れるスラグ水よりも高い圧力とすることができる。これにより、万が一、スラグ水熱回収部が故障したとしても、スラグ水又はスラグが給水系統に流れ込むことを防止することができる。

さらに、本発明のガス化設備では、前記スラグ水返送部には、スラグ水循環ポンプが設けられ、前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水の温度が１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下となるように、前記スラグ水循環ポンプの流量を制御する制御部を備えていることを特徴とする。これにより、スラグ水の温度を所望値に制御することができる。

さらに、本発明のガス化炉設備では、前記ガス化部にてガス化された生成ガスが導かれ、該生成ガス中の不純物を除去するガス精製部を備え、前記スラグ水熱回収部は、前記ガス精製部の熱源として熱を供給することを特徴とする。

ガス精製部は、生成ガス中の不純物を除去する際に所定の熱量を必要とする。この熱源としてスラグ水熱回収部で得られた熱を供給することとした。これにより、ガス化炉設備の熱効率を向上させることができる。

さらに、本発明のガス化炉設備では、前記ガス化部に供給する前の前記炭素含有固体燃料に対してガスを供給して乾燥させる燃料乾燥部を備え、前記スラグ水熱回収部は、前記燃料乾燥部に熱を供給することを特徴とする。

炭素含有固体燃料を乾燥させる燃料乾燥部に対して、スラグ水熱回収部によって回収した熱を供給することとしたので、ガス化炉設備の熱効率を向上させることができる。

また、本発明のガス化炉設備の運転方法は、炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、前記スラグ水返送部に設けられたスラグ水循環ポンプとを備えたガス化炉設備の運転方法であって、前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水は、１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とし、前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を設備内に供給し、前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水の温度が１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下となるように、前記スラグ水循環ポンプの流量を制御することを特徴とする。

スラグ水貯留部内に貯留されたスラグ水を１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とし、スラグ水から得た熱を設備内に供給するスラグ水熱回収部を設けることで、設備内で熱を有効に利用することができ、スラグ水を介した設備外への熱損失を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備を示した概略構成図である。 図１のガス化炉のスラグ水系統を示した概略構成図である。 図１の排熱回収ボイラを示した概略構成図である。 図１の排熱回収ボイラを示した概略構成図である。 図１のガス化炉のスラグ水系統を示した概略構成図である。

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。

［石炭ガス化複合発電設備の全体構成］
図１には、本実施形態に係るガス化炉設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成が示されている。

石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１は、ガス化炉設備３を備えている。ガス化炉設備３は、空気を酸化剤として用いており、石炭等の炭素含有固体燃料から可燃性ガス（生成ガス）を生成する空気燃焼方式を採用している。石炭ガス化複合発電設備１は、ガス化炉設備３で生成した生成ガスを、ガス精製設備５で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン７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１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３に供給する炭素含有固体燃料としては、例えば石炭が用いられ、特に本実施形態は灰分が約２０重量％とされた高灰分炭が用いられる。

石炭ガス化複合発電設備１は、給炭設備９と、ガス化炉設備３と、チャー回収設備１１と、ガス精製設備５と、ガスタービン７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とを備えている。

給炭設備９は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が給炭バンカ１２から供給され、石炭を石炭ミル１３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。石炭ミル１３で製造された微粉炭は、各微粉炭ホッパ１４から給炭ライン１５を経て、空気分離設備４２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されて、ガス化炉設備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。

ガス化炉設備３は、給炭設備９で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備１１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、ガス化炉設備３には、ガスタービン７（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７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉（ガス化部）１６に供給可能となっている。空気分離設備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によって空気分離設備４２とガス化炉設備３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、給炭設備９からの給炭ライン１５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３に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収設備１１からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、空気分離設備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、空気分離設備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、空気分離設備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３において酸化剤として利用される。

ガス化炉設備３は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１６を備えている。ガス化炉設備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生成ガスとする。ガス化炉１６内は加圧状態とされ、例えば、３〜４ＭＰａ（ゲージ圧）とされている。
バーナ３０，３１は、上下二段に設けられている。下方のバーナ３０に相当する位置には、コンバスタ部３２が設けられており、微粉炭の一部を燃焼させることでガス化のための熱を供給する。上方のバーナ３１に相当する位置には、リダクタ部３３が設けられ、微粉炭をガス化する。
リダクタ部３３の下流側には、シンガスクーラ３５（ガス冷却器）が設けられており、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備１１に供給する。シンガスクーラ３５では蒸気が生成され、生成後の蒸気は排熱回収ボイラ２０へと導かれる。

ガス化炉設備３は、微粉炭に混入した異物（スラグ）を除去する異物除去設備が設けられている。異物除去設備については、図２を用いてスラグ水系統を説明する際に併せて説明する。

ガス化炉設備３には、チャー回収設備１１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。

チャー回収設備１１は、集塵設備５１と供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１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、ガス化炉設備３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を通してガス精製設備５に送られる。供給ホッパ５２は、集塵設備５１で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。集塵設備５１と供給ホッパ５２との間には、チャービン５４が配置されている。チャービン５４に対して、複数の供給ホッパ５２が接続されている。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。

ガス精製設備５は、チャー回収設備１１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。
ガス精製設備５は、ガス精製部２１で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７に供給する。チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓなど）が含まれているため、ガス精製部２１では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。

ガス精製部２１にてガス精製を行った後のガスは、廃ガスクーラ２７を通過して排煙脱硫装置へと導かれる。廃ガスクーラ２７では、符号※Ｃで示す位置に中圧給水ポンプ２８（図３参照）から導かれた給水が導かれ、加熱されるようになっている。加熱された給水は、ガス精製設備５の熱源として用いられる。

ガスタービン７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、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、ガス精製設備５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７は、圧縮機６１からガス化炉設備３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の一部とガス精製設備５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７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、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７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、給水とタービン６３の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との間に蒸気供給ライン７１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１６のシンガスクーラ３５で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでいる。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が回転駆動され、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の出口には、煙突７５が接続されており、燃焼ガスが大気へと放出される。なお、排熱回収ボイラ２０の出口に、ガス浄化設備を設けても良い。

［石炭ガス化複合発電設備の動作］
次に、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１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１において、給炭設備９に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備９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。給炭設備９で製造された微粉炭は、空気分離設備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３に供給される。また、後述するチャー回収設備１１で回収されたチャーが、空気分離設備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３に供給される。更に、後述するガスタービン７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離設備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３に供給される。

ガス化炉設備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、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３からガス生成ライン４９を通って排出され、チャー回収設備１１に送られる。

このチャー回収設備１１にて、生成ガスは、まず、集塵設備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を通してガス精製設備５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３に戻されてリサイクルされる。

チャー回収設備１１によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備５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、ガス精製設備５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を介して圧縮機６１及び発電機１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン７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７におけるタービン６３から排出された排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回転駆動されることで、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７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を回転駆動しても良い。

［スラグ水系統］
次に、ガス化炉設備３のスラグ水系統について説明する。
図２に示されているように、ガス化炉１６内で微粉炭がガス化される際に、スラグが生成される。スラグは、約１８００℃〜約２０００℃の顕熱を有しており、矢印Ｘで示すように、重力により下方に落下する。

ガス化炉１６の下方には、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部７７が設けられている。スラグ水貯留部７７は、ガス化炉１６に連通して接続されている。したがって、スラグ水貯留部７７内の圧力は、ガス化炉１６と同様に加圧状態とされており、例えば３〜４ＭＰａ（ゲージ圧）とされる。

スラグ水貯留部７７には、石炭がガス化される際に生じたスラグが導かれる。スラグ水貯留部７７には、スラグを粉砕するスラグクラッシャ７８が設けられている。スラグクラッシャ７８によって粉砕されたスラグは、スラグ水貯留部７７の下方へ沈降し、底部に集積される。

スラグ水貯留部７７の底部には、水力輸送配管（スラグ取出部）７９の吸込口が配置されている。水力輸送配管７９によって、スラグがスラグ水とともにスラグ水貯留部７７の外部へと取り出される。水力輸送配管７９の内周面には、例えばバサルト材等の耐摩耗材料がライニングされている。

水力輸送配管７９の下流端は、スラグサイクロン（スラグ分離部）８０が接続されている。スラグサイクロン８０は、遠心力によってスラグとスラグ水を分離する。スラグサイクロン８０にて分離されたスラグは、下方へと導かれ、スラグロックホッパ８１にて一時的に貯留された後に、スラグ分配器８２を介してスラグ脱水貯留槽８３へと導かれる。スラグサイクロン８０とスラグロックホッパ８１との間には第１スラグ排出弁８４が設けられ、スラグロックホッパ８１とスラグ分配器８２との間には第２スラグ排出弁８５が設けられている。スラグを排出する際は、第１スラグ排出弁８４を開から閉とした後に、第２スラグ排出弁８５を閉から開とする。これにより、スラグロックホッパ８１内のスラグがスラグ分配器８２へと導かれる。

スラグ分配器８２には、スプレー水が供給されるようになっている。これにより、スラグとともに導かれたスラグ水がフラッシュすることを防止し、スラグ水が系外へ放出されることを可及的に回避している。

スラグ分配器８２からスラグ脱水貯留槽８３へとスラグが導かれ、脱水された後のスラグが車両８６によって回収される。スラグ脱水貯留槽８３にて分離されたスラグ水は、スラグ排水ピット８８へと導かれる。スラグ排水ピット８８へと導かれたスラグ水は、スラグ水濾過器給水ポンプ８９によってスラグ水貯留部７７側へと導かれる。

スラグサイクロン８０にて分離されたスラグ水は、スラグ水返送配管（スラグ水返送部）９４を通り、スラグ水循環ポンプ９５へと導かれる。スラグ水循環ポンプ９５の上流側で、スラグ水濾過器給水ポンプ８９から導かれた濾過水が合流する。

スラグ水返送配管９４から導かれたスラグ水は、スラグ水循環ポンプ９５を通り、スラグ水冷却器（スラグ水熱回収部）９６へと導かれる。スラグ水冷却器９６は、水と水とが熱交換する熱交換器となっている。スラグ水冷却器９６では、後述するように、排熱回収ボイラ２０への給水や、ガス精製設備５の廃ガスクーラ２７への給水が加熱される。
なお、スラグ水循環ポンプ９５及びスラグ水冷却器９６は、それぞれ並列に２つ設けられているが、もちろんそれぞれ１つとしても良い。

スラグ水循環ポンプ９５とスラグ水冷却器９６との間には、圧力センサＰが設けられている。圧力センサＰによって、スラグ水循環ポンプ９５の吐出圧が計測される。圧力センサＰの出力信号は、図示しない制御部へと送られる。
スラグ水冷却器９６の下流側には、スラグ水の温度を計測する温度センサＴが設けられている。温度センサＴの出力信号は、図示しない制御部へと送られる。

温度センサＴにて計測される温度は、１００℃以上２５０℃未満とされる。ただし、スラグ水の上限温度は、圧力センサＰによって得られた圧力から算出される飽和蒸気温度以下（例えば２５０℃以下）とされる。スラグ水の温度は、制御部によってスラグ水循環ポンプ９５の回転数を制御することによって調整しても良い。例えば、スラグ水循環ポンプ９５の回転数を減少させるとスラグ水温度が上昇し、スラグ水循環ポンプ９５の回転数を増大させるとスラグ水温度が低下する。

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。

［スラグ水回収熱供給先（１）］
次に、図３を用いて、スラグ水冷却器９６によって回収された熱の供給先について説明する。
図３には、排熱回収ボイラ２０が示されている。排熱回収ボイラ２０には、蒸気を生成するための熱交換器が複数設置されている。具体的には、排熱回収ボイラ２０の上流側には、高圧過熱器等が配置された高圧熱交換器１０１が設けられており、その下流側には、中圧過熱器等の中圧熱交換器１０７が設けられている。
高圧熱交換器１０１と中圧熱交換器１０７との間には、高温排ガス抽気管１１３の上流端が配置されている。中圧熱交換器１０７の下流側には、低温排ガス抽気管１１４の上流端が配置されている。高温排ガス抽気管１１３から抽気される排ガス温度は、３００℃〜４００℃程度とされ、低温排ガス抽気管１１４から抽気される排ガス温度は、１００℃〜２００℃程度とされる。
高温排ガス抽気管１１３及び低温排ガス抽気管１１４から導かれた排ガスは、石炭ミル１３（図１参照）へと導かれ、石炭の乾燥用ガスとして用いられる。

中圧熱交換器１０７には、蒸気タービン１８の復水器から導かれた復水が中圧給水ポンプ２８を介して導かれる。中圧給水ポンプ２８と中圧熱交換器１０７との間の中圧給水配管１１５が、図２に示したスラグ水冷却器９６へと導かれる。すなわち、図３に示した※Ａが図２に示したスラグ水冷却器９６の上流側の※Ａに接続され、スラグ水冷却器９６の下流側の※Ｂが図３に示した※Ｂに接続される。

以上により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
スラグ水貯留部７７は、加圧状態とされたガス化炉１６に連通されているので、加圧状態とされる。これにより、スラグ水貯留部７７内に貯留されたスラグ水を１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とし、スラグ水の顕熱を有効に利用することができる。すなわち、スラグ水冷却器９６にて得られた熱を、排熱回収ボイラ２０に給水する中圧給水配管１１５を流れる給水に供給することとしたので、石炭ガス化複合発電設備１の熱効率を向上させることができる。

また、中圧給水ポンプ２８にて昇圧された後の給水と熱交換させることとしたので、スラグ水冷却器９６を流れるスラグ水よりも高い圧力とすることができる。これにより、万が一、スラグ水冷却器９６が故障したとしても、スラグ水又はスラグが排熱回収ボイラ２０の給水系統に流れ込むことを防止することができる。

なお、スラグ水循環ポンプ９５の下流側にスラグ水冷却器９６を配置する構成として説明したが、スラグ水冷却器９６の下流側にスラグ水循環ポンプ９５を配置する構成としても良い。これにより、スラグ水循環ポンプ９５が過剰に加熱されることを回避でき、従来仕様の安価なスラグ水循環ポンプ９５を採用することができる。

［スラグ水回収熱供給先（２）］
次に、図４を用いて、スラグ水冷却器９６によって回収された熱の別の供給先について説明する。

図４には、図３と同様の排熱回収ボイラ２０が示されている。同図に示されているように、中圧給水配管１１５から分岐した中圧給水分岐管１１６が、図２に示したスラグ水冷却器９６へと導かれる。すなわち、図４に示した※Ａが図２に示したスラグ水冷却器９６の上流側の※Ａに接続され、スラグ水冷却器９６の下流側の※Ｂが図４に示した※Ｂに接続される。

スラグ水冷却器９６によって加熱された給水は、図１の廃ガスクーラ２７の※Ｃへと導かれる。廃ガスクーラ２７にて更に加熱された給水は、ガス精製設備５の補助蒸気として用いられる。

ガス精製設備５は、生成ガス中の不純物を除去する際に所定の熱量を必要とする。この熱源としてスラグ水冷却器９６で得られた熱を供給することとしたので、石炭ガス化複合発電設備１の熱効率を向上させることができる。

［スラグ水回収熱供給先（３）］
次に、図５を用いて、スラグ水冷却器９６によって回収された熱のさらに別の供給先について説明する。

図５は、基本的に図２と同様である。ただし、図２のスラグ水冷却器９６が、図１に示した低温排ガス抽気管１１４に設けた低温排ガス加熱器１１７として用いられている点で相違する。

スラグ水循環ポンプ９５から導かれたスラグ水は、図５の※Ｂから図１の※Ｂへと導かれ、低温排ガス加熱器１１７にて低温排ガスを加熱することによって冷却される。低温排ガス加熱器１１７にて冷却されたスラグ水は、図１、図３及び図４の※Ａから図５の※Ａへと導かれ、スラグ水貯留部７７へと返送される。

このように、スラグ水の顕熱を低温排ガスに与えることができるので、石炭ミル（燃料乾燥部）１３にて石炭の乾燥を促進することができ、ガス化炉設備３の熱効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、スラグ水回収熱供給先（１）乃至（３）をそれぞれ別個に説明したが、これらを適宜組み合わせることも可能である。
また、スラグ水回収熱供給先は、これら以外にも、スラグ水温度よりも低温とされた位置であれば適用可能である。

また、上記実施形態では、石炭ガス化複合発電設備をガス化炉設備の一例として説明したが、石炭ガス化複合発電設備１以外のプラント、例えば所望の化学種を生成ガスから得るためのガス化炉設備として用いてもよい。この場合には、ガスタービン等の発電設備を省略することができる。

また、上述した実施形態では、燃料として灰分含有量が多き高灰分石炭を使用したが、高灰分炭よりも灰分が少ない石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。

また、本実施形態はガス化炉として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガスの流通経路が上部で略逆Ｕ字状に折り返すクロスオーバー型ガス化炉としても良い。この場合には、ガス化炉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、タワー型ガス化炉と同様に実施が可能である。

また、上述した実施形態では、スラグ水と熱回収先とがスラグ水冷却器９６を介して直接的に熱交換することとしたが、これに代えて、熱交換媒体（例えば水）が流通する別系統を介して間接的に熱交換するようにしても良い。

３ ガス化炉設備
５ ガス精製設備
７ ガスタービン
１３ 石炭ミル
１６ ガス化炉（ガス化部）
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
２８ 中圧給水ポンプ
６２ 燃焼器
６３ タービン
７７ スラグ水貯留部
７９ 水力輸送配管
８０ スラグサイクロン
９４ スラグ水返送配管（スラグ水返送部）
９５ スラグ水循環ポンプ
９６ スラグ水冷却器（スラグ水熱回収部）

Claims (7)

1. 炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、
   該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、
   該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、
   該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、
   該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、
   前記スラグ水返送部に設けられたスラグ水循環ポンプと、
   を備えたガス化炉設備であって、
   前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水は、１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とされ、
   前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を設備内に供給するスラグ水熱回収部を備え、
   前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水の温度が１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下となるように、前記スラグ水循環ポンプの流量を制御する制御部を備えていることを特徴とするガス化炉設備。
2. 前記ガス化部にてガス化された生成ガスが供給される燃焼器と、
   該燃焼器から導かれた燃焼ガスによって駆動されるタービンと、
   該タービンからの動力を得て発電する発電機と、
   前記タービンからの排ガスから熱を回収して蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
   該排熱回収ボイラに水を供給する給水系統と、
   を備え、
   前記スラグ水熱回収部は、前記給水系統に熱を供給することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉設備。
3. 前記給水系統に設けられた給水ポンプを備え、
   前記スラグ水熱回収部には、前記給水ポンプの下流側の給水が導かれることを特徴とする請求項２に記載のガス化炉設備。
4. 前記ガス化部にてガス化された生成ガスが導かれ、該生成ガス中の不純物を除去するガス精製部を備え、
   前記スラグ水熱回収部は、前記ガス精製部の熱源として熱を供給することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガス化炉設備。
5. 前記ガス化部に供給する前の前記炭素含有固体燃料に対してガスを供給して乾燥させる燃料乾燥部を備え、
   前記スラグ水熱回収部は、前記燃料乾燥部に熱を供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガス化炉設備。
6. 前記炭素含有固体燃料は、灰分が２０重量％を超える高灰分炭とされている請求項１から５のいずれかに記載のガス化炉装置。
7. 炭素含有固体燃料を加圧下で加熱してガス化するガス化部と、
   該ガス化部に接続されるとともに前記炭素含有固体燃料から生じるスラグが導かれ、スラグ水が貯留されたスラグ水貯留部と、
   該スラグ水貯留部に導かれた前記スラグを前記スラグ水とともに取り出すスラグ取出部と、
   該スラグ取出部に接続されるとともに前記スラグを前記スラグ水と分離するスラグ分離部と、
   該スラグ分離部にて分離された前記スラグ水を前記スラグ水貯留部に返送するスラグ水返送部と、
   前記スラグ水返送部に設けられたスラグ水循環ポンプと、
   を備えたガス化炉設備の運転方法であって、
   前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水は、１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下とし、
   前記スラグ水返送部を流通する前記スラグ水から得た熱を設備内に供給し、
   前記スラグ水貯留部に貯留された前記スラグ水の温度が１００℃以上でかつ飽和蒸気温度以下となるように、前記スラグ水循環ポンプの流量を制御することを特徴とするガス化炉設備の運転方法。

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