JP7039793B2 - How to stop the slag discharge system, slag discharge system and gasification combined cycle - Google Patents
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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に適用可能なスラグ排出システムの停止方法、スラグ排出システムおよびガス化複合発電装置に関するものである。 The present invention relates to a method for stopping a slag emission system, a slag emission system and a gasification combined power generation device applicable to a gasification furnace for gasifying carbon-containing solid fuel such as coal.
従来、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燃料ガス化設備(石炭ガス化設備)が知られている。 Conventionally, as a gasification furnace facility, carbon-containing solid fuel such as coal is supplied into the gasification furnace, and the carbon-containing solid fuel is partially combusted and gasified to generate combustible gas. Equipment (coal gasification equipment) is known.
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ガス化するガス化炉では、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下方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水(冷却水)が貯留されており、スラグはこのスラグ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。 In a gasification furnace that gasifies biomass fuel such as coal and wood pellets and carbon-containing solid fuel such as pet cork, the ash content of the carbon-containing solid fuel melts and accumulates as slag in the slag hopper provided below the gasification furnace. do. Slag water (cooling water) is stored in the slag hopper, and the slag falls into the slag water and is rapidly cooled to solidify and crush it.
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、ガス化炉の外部に設けられたロックホッパを経てガス化炉の系外へと排出される。スラグはスラグ水に比べて密度が大きいため、従来はスラグホッパからロックホッパへスラグを移動させる際、重力により自然落下させていた。例えば、特許文献1に、ガス化炉の下方にロックホッパを配置したスラグ排出システムが開示されている。 The slag that has been solidified and crushed in this way and accumulated in the slag hopper is discharged to the outside of the gasification furnace system via the lock hopper provided outside the gasification furnace. Since slag has a higher density than slag water, in the past, when moving slag from the slag hopper to the rock hopper, it was naturally dropped by gravity. For example, Patent Document 1 discloses a slag discharge system in which a lock hopper is arranged below a gasification furnace.
ところが、前述したスラグ排出システムによれば、スラグを重力により自然落下させるにあたり、ガス化炉の鉛直下方側にロックホッパを設けるためにガス化炉の配置位置が高くなる。したがって、プラントの設置面からガス化炉上部までの高さが増すこととなる。ガス化炉の配置位置が高くなることにより、ガス化炉を支持する支持架台や操作架台などの配置位置が高くなり、ガス化炉の設置作業にかかるコストが高くなる課題がある。 However, according to the above-mentioned slag discharge system, when the slag is naturally dropped by gravity, the position of the gasifier is higher because the lock hopper is provided on the vertically lower side of the gasifier. Therefore, the height from the installation surface of the plant to the upper part of the gasification furnace will increase. As the arrangement position of the gasification furnace becomes high, the arrangement position of the support pedestal and the operation pedestal supporting the gasification furnace becomes high, and there is a problem that the cost required for the installation work of the gasification furnace becomes high.
そこで、特許文献2に開示されているようなスラグ排出システムが提案されている。このスラグ排出システムでは、ロックホッパをガス化炉の側方に配置し、スラグホッパからロックホッパへと連通するスラグ排出ラインを設け、循環ポンプによってスラグ排出ライン中にスラグホッパからロックホッパへの水流を形成し、この水流によってスラグホッパ内のスラグをロックホッパへ排出するようにしている。 Therefore, a slag discharge system as disclosed in Patent Document 2 has been proposed. In this slag discharge system, the lock hopper is placed on the side of the gasifier, a slag discharge line that connects the slag hopper to the lock hopper is provided, and a circulation pump forms a water flow from the slag hopper to the lock hopper in the slag discharge line. However, the slag in the slag hopper is discharged to the lock hopper by this water flow.
また、特許文献3に開示されているガス化装置では、ガス化炉の停止時において、ガス化炉内に残留する生成ガスをパージするために、ガス化炉内の圧力を、昇圧と減圧とを変動させることでガス化炉内にガス流れを発生させて、発生させたガス流れによって、ガス化炉外へ運ばれるようにしている。 Further, in the gasification apparatus disclosed in Patent Document 3, when the gasification furnace is stopped, the pressure in the gasification furnace is increased and decreased in order to purge the generated gas remaining in the gasification furnace. By fluctuating, a gas flow is generated in the gasification furnace, and the generated gas flow is used to carry it out of the gasification furnace.
特許文献2に開示されているスラグ排出システムにおいては、ロックホッパをガス化炉の側方に配置するため、スラグを排出する際に、ガス化炉の底部からロックホッパの上部までスラグを導くラインに水流を形成する必要がある。
しかしながら、ガス化炉を停止させる際に、特許文献3に開示されている生成ガスのパージを実行した場合、パージ終了後のガス化炉内の圧力が高くならない状態(大気圧付近)になる。このため、ガス化炉の底部からロックホッパの上部までスラグを導くラインを水で満たした場合の水頭差による圧力が、パージ終了後のガス化炉内の圧力よりも大きい状態になり、ガス化炉の底部からロックホッパの上部までスラグを導くラインに水流を形成できない。したがって、パージ後の残留物を水力輸送によってガス化炉の底部からロックホッパの上部まで導くことができない。
In the slag discharge system disclosed in Patent Document 2, since the lock hopper is arranged on the side of the gasifier, a line that guides the slag from the bottom of the gasifier to the top of the lock hopper when discharging the slag. It is necessary to form a water stream.
However, when the generated gas disclosed in Patent Document 3 is purged when the gasification furnace is stopped, the pressure in the gasification furnace after the completion of the purge does not increase (near the atmospheric pressure). Therefore, when the line leading the slag from the bottom of the gasification furnace to the top of the lock hopper is filled with water, the pressure due to the head difference becomes higher than the pressure in the gasification furnace after the completion of purging, and gasification occurs. No water flow can be formed in the line leading the slag from the bottom of the furnace to the top of the lock hopper. Therefore, the residue after purging cannot be guided from the bottom of the gasifier to the top of the lock hopper by hydraulic transport.
本発明は、この事情に鑑みてなされたものであって、スラグ排出ライン停止後においても、スラグ排出ラインを介してスラグホッパ内に残留しているチャー等の残留物をスラグ分離装置に輸送して処理することができるスラグ排出システムの停止方法、スラグ排出システムおよびガス化複合発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this situation, and even after the slag discharge line is stopped, the residue such as char remaining in the slag hopper is transported to the slag separation device via the slag discharge line. It is an object of the present invention to provide a method of stopping a slag discharge system that can be processed, a slag discharge system and a gasification composite power generation device.
上記課題を解決するために、スラグ排出システムの停止方法、スラグ排出システムおよびガス化複合発電装置は以下の手段を採用する。
即ち、本発明の一態様に係るスラグ排出システムの停止方法は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉の鉛直下方側に設けられ、前記ガス化炉内で落下するスラグを冷却する冷却水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、第1開閉弁が設けられ、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、第2開閉弁が設けられ、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、前記冷却水循環ラインにおいて、前記第2開閉弁の下流に設けられる循環ポンプと、前記スラグホッパ内の前記冷却水の一部を前記第2開閉弁と前記循環ポンプとの間の前記冷却水循環ラインに導くバイパスラインとを備えるスラグ排出システムの停止方法であって、前記第1開閉弁の鉛直方向の第1位置および前記第2開閉弁の鉛直方向の第2位置よりも、前記スラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第3位置が高く、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉状態、かつ、前記ガス化炉内の気体の圧力が前記第1位置および前記第2位置と前記第3位置との水頭差圧よりも小さい所定の圧力の状態から、前記ガス化炉内の圧力を前記水頭差圧よりも大きい所定の圧力に加圧する停止時加圧工程と、前記停止時加圧工程の後、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を開状態とする接続工程とを含む。
In order to solve the above problems, the following means are adopted for the slag discharge system stop method, the slag discharge system and the gasification combined cycle device.
That is, the method for stopping the slag discharge system according to one aspect of the present invention is provided on the vertically lower side of the gasification furnace for gasifying the carbon-containing solid fuel, and cooling water for cooling the slag falling in the gasification furnace. A slag hopper in which gas is stored, a slag separation device that separates the slag from a mixture of the slag and the cooling water, and a first on-off valve are provided, and a slag discharge line that guides the mixture from the slag hopper to the slag separation device. A cooling water circulation line provided with a second on-off valve and returning the cooling water separated by the slag separation device to the slag hopper, and a circulation pump provided downstream of the second on-off valve in the cooling water circulation line. A method of stopping a slag discharge system including a bypass line for guiding a part of the cooling water in the slag hopper to the cooling water circulation line between the second on-off valve and the circulation pump. The third position in the vertical direction at the downstream end of the slag discharge line is higher than the first position in the vertical direction of the valve and the second position in the vertical direction of the second on-off valve, and the first on-off valve and the second on-off valve are higher. The gasification is performed from a state in which the on-off valve is closed and the pressure of the gas in the gasification furnace is smaller than the water head differential pressure between the first position and the second position and the third position. After the stop pressurization step of pressurizing the pressure in the furnace to a predetermined pressure larger than the slag differential pressure and the stop pressurization step, the first on-off valve and the second on-off valve are opened. Includes connection process.
本態様に係るスラグ排出システムの停止方法は、第1開閉弁の鉛直方向の第1位置および第2開閉弁の鉛直方向の第2位置よりも、スラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第3位置が高く、第1開閉弁および第2開閉弁が閉状態、かつ、ガス化炉内の気体の圧力が第1位置および第2位置と第3位置との水頭差圧よりも小さい所定の圧力の状態から、ガス化炉内の圧力を水頭差圧よりも大きい所定の圧力に加圧する停止時加圧工程と、停止時加圧工程の後、第1開閉弁および第2開閉弁を開状態とする接続工程とを含む。これによれば、スラグ排出システムの停止後において、ガス化炉内の圧力を水頭差圧よりも大きい所定の圧力に上昇して維持することで、スラグホッパとスラグ分離装置とを繋ぐことができる。これによって、スラグ排出システムの停止後においても、スラグ排出ラインを介してスラグホッパ内に残留しているチャー等の残留物をスラグ分離装置に輸送して処理することができる。したがって、ガス化炉停止後に行われる定期点検においてスラグホッパ内の残留物を除去する工程が短縮される。スラグ排出システムの停止後において、ガス化炉内の圧力を水頭差圧よりも小さい圧力のままとした場合(ガス化炉内の圧力が低い場合)、スラグホッパとスラグ分離装置を繋ぐことができずスラグホッパ内の残留物をスラグ分離装置に輸送することができない。なお、ここで言う「繋ぐ」とは、装置を機械的に繋げること(例えば、配管によって装置を単に接続すること)ではなく、ある系統内での保有水が循環可能になり水力輸送が可能な状態になることを言う。
また、前述の場合、スラグ排出システムの停止後において、ガス化炉内の圧力を高く維持することになる。ガス化炉の加圧に用いる不活性ガスをガス化炉内に導入するにあたり、例えば、不活性ガスはガス化炉を冷却するための冷却ガスとなる効果を得るので、ガス化炉を加圧していない場合と比べて、冷却ガスとなる不活性ガスの重量流量を増加させることができる。したがって、冷却ガスとなる不活性ガスがガス化炉から吸収できる熱量が増加するので、冷却ガスとなる不活性ガスによる冷却性能が向上する。
The method for stopping the slag discharge system according to this embodiment is a third position in the vertical direction at the downstream end of the slag discharge line, rather than a first position in the vertical direction of the first on-off valve and a second position in the vertical direction of the second on-off valve. A predetermined pressure that is high in position, the first on-off valve and the second on-off valve are closed, and the pressure of the gas in the gasifier is smaller than the water head differential pressure between the first and second positions and the third position. After the stop pressurization step of pressurizing the pressure in the gasification furnace to a predetermined pressure larger than the head differential pressure and the stop pressurization step, the first on-off valve and the second on-off valve are opened. Including the connection process. According to this, after the slag discharge system is stopped, the slag hopper and the slag separation device can be connected by maintaining the pressure in the gasification furnace rising to a predetermined pressure larger than the head differential pressure. As a result, even after the slag discharge system is stopped, the residue such as char remaining in the slag hopper can be transported to the slag separation device for processing via the slag discharge line. Therefore, the step of removing the residue in the slag hopper in the periodic inspection performed after the gasification furnace is stopped is shortened. If the pressure in the gasifier remains lower than the head differential pressure after the slag discharge system is shut down (when the pressure in the gasifier is low), the slag hopper and slag separator cannot be connected. The residue in the slag hopper cannot be transported to the slag separator. In addition, "connecting" here does not mean connecting devices mechanically (for example, simply connecting devices by piping), but the water held in a certain system can be circulated and hydropower can be transported. Say to be in a state.
Further, in the above-mentioned case, the pressure in the gasification furnace is maintained high even after the slag discharge system is stopped. When introducing the inert gas used for pressurizing the gasifier into the gasifier, for example, the inert gas has the effect of becoming a cooling gas for cooling the gasifier, so pressurize the gasifier. It is possible to increase the weight flow rate of the inert gas as the cooling gas as compared with the case where the gas is not used. Therefore, since the amount of heat that the inert gas as the cooling gas can absorb from the gasification furnace increases, the cooling performance by the inert gas as the cooling gas is improved.
また、本発明の一態様に係るスラグ排出システムの停止方法は、前記停止時加圧工程の前に、前記ガス化炉内の気体の圧力を、前記水頭差圧よりも小さい所定の圧力に減圧しながら、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を閉状態とする遮断工程を含む。 Further, in the method for stopping the slag discharge system according to one aspect of the present invention, the pressure of the gas in the gasification furnace is reduced to a predetermined pressure smaller than the head differential pressure before the stop pressurization step. However, the shutoff step of closing the first on-off valve and the second on-off valve is included.
本態様に係るスラグ排出システムの停止方法は、停止時加圧工程の前に、ガス化炉内の気体の圧力を、水頭差圧よりも小さい所定の圧力に減圧しながら、第1開閉弁および第2開閉弁を閉状態とする遮断工程を含む。これによれば、例えば、ガス化炉設備の停止直後、生成ガスによってガス化炉内の圧力が高い場合でも、ガス化炉内の圧力を水頭差圧よりも小さい所定の圧力に減圧しながら、第1開閉弁および第2開閉弁を閉じることができる。これによって、スラグ排出ラインおよび冷却水循環ラインを、第1開閉弁および第2開閉弁の鉛直方向上側の系統(高水頭系統)と第1開閉弁および第2開閉弁の鉛直方向上側の系統(低水頭系統)とに分離できる。 In the method of stopping the slag discharge system according to this embodiment, the first on-off valve and the first on-off valve and the first on-off valve are reduced to a predetermined pressure smaller than the head differential pressure before the stop pressurization step. The shutoff step of closing the second on-off valve is included. According to this, for example, immediately after the gasification furnace equipment is stopped, even if the pressure inside the gasification furnace is high due to the generated gas, the pressure inside the gasification furnace is reduced to a predetermined pressure smaller than the head differential pressure. The first on-off valve and the second on-off valve can be closed. As a result, the slag discharge line and the cooling water circulation line are separated into the vertical upper system of the first on-off valve and the second on-off valve (high head system) and the vertical upper system of the first on-off valve and the second on-off valve (low). It can be separated from the water head system).
また、本発明の一態様に係るスラグ排出システムの停止方法において、前記遮断工程によって、前記バイパスラインを介して前記スラグホッパと前記冷却水循環ラインとの間で前記冷却水を循環させている間、前記ガス化炉内の圧力が前記水頭差圧よりも小さい前記所定の圧力の所定の範囲内で少なくとも1回は減圧と加圧を繰り返して、前記ガス化炉に残留した生成ガスを前記ガス化炉の外部に排出するスイングパージ工程を含む。 Further, in the method for stopping the slag discharge system according to one aspect of the present invention, the cooling water is circulated between the slag hopper and the cooling water circulation line via the bypass line by the blocking step. The pressure in the gasification furnace is smaller than the head differential pressure. Within a predetermined range of the predetermined pressure, depressurization and pressurization are repeated at least once, and the generated gas remaining in the gasification furnace is discharged to the gasification furnace. Including a swing purging step of discharging to the outside of.
本態様に係るスラグ排出システムの停止方法は、遮断工程によって、バイパスラインを介してスラグホッパと冷却水循環ラインとの間で冷却水を循環させている間、ガス化炉内の圧力が水頭差圧よりも小さい所定の圧力の所定の範囲内で少なくとも1回は減圧と加圧を繰り返して、ガス化炉に残留した生成ガスをガス化炉の外部に排出するスイングパージ工程を含む。これによれば、スイングパージを実施することでガス化炉内に残留したガスをガス化炉の外部に効率よく排出するとともに、ガス化炉内の減圧でガス化炉内に残留するチャー等をスラグホッパへ落下させることができる。 In the method of stopping the slag discharge system according to this embodiment, the pressure in the gasification furnace is higher than the head differential pressure while the cooling water is circulated between the slag hopper and the cooling water circulation line via the bypass line by the shutoff step. It also includes a swing purging step of repeating depressurization and pressurization at least once within a predetermined range of a small predetermined pressure to discharge the produced gas remaining in the gasifier to the outside of the gasifier. According to this, the gas remaining in the gasification furnace is efficiently discharged to the outside of the gasification furnace by performing the swing purge, and the chars remaining in the gasification furnace due to the depressurization in the gasification furnace are discharged. It can be dropped into a slug hopper.
また、本発明の一態様に係るスラグ排出システムの停止方法において、前記スイングパージ工程の減圧は、前記ガス化炉内の圧力を常圧まで減圧する。 Further, in the method for stopping the slag discharge system according to one aspect of the present invention, the depressurization in the swing purging step reduces the pressure in the gasification furnace to normal pressure.
本態様に係るスラグ排出システムの停止方法において、スイングパージ工程の減圧は、ガス化炉内の圧力を常圧まで減圧する。これによれば、ガス化炉内に残留した生成ガスを効率的にガス化炉の外部に排出して不活性ガスと置換することができる。 In the method of stopping the slag discharge system according to this embodiment, the depressurization in the swing purge step reduces the pressure in the gasification furnace to the normal pressure. According to this, the generated gas remaining in the gasification furnace can be efficiently discharged to the outside of the gasification furnace and replaced with the inert gas.
また、本発明の一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鉛直下方側に設けられ、前記ガス化炉内で落下するスラグを冷却する冷却水が貯留されたスラグホッパと、前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、第1開閉弁が設けられ、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、第2開閉弁が設けられ、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、前記冷却水循環ラインにおいて、前記第2開閉弁の下流に設けられる循環ポンプと、前記スラグホッパ内の前記冷却水の一部を前記第2開閉弁と前記循環ポンプとの間の前記冷却水循環ラインに導くバイパスラインと、備え、前記第1開閉弁の鉛直方向の第1位置および前記第2開閉弁の鉛直方向の第2位置よりも、前記スラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第3位置が高く、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉状態、かつ、前記ガス化炉内の気体の圧力が前記第1位置および前記第2位置と前記第3位置との水頭差圧よりも小さい所定の圧力の状態から、前記ガス化炉内の圧力を前記水頭差圧よりも大きい所定の圧力に加圧し、その後、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を開状態とする制御部を備える。 Further, the slag discharge system according to one aspect of the present invention is provided vertically below the gasification furnace for gasifying carbon-containing solid fuel, and stores cooling water for cooling the slag falling in the gasification furnace. A slag hopper, a slag separation device that separates the slag from a mixture of the slag and the cooling water, a slag discharge line that is provided with a first on-off valve and guides the mixture from the slag hopper to the slag separation device, and a first A cooling water circulation line provided with two on-off valves and returning the cooling water separated by the slag separation device to the slag hopper, a circulation pump provided downstream of the second on-off valve in the cooling water circulation line, and the slag hopper. A bypass line for guiding a part of the cooling water in the cooling water to the cooling water circulation line between the second on-off valve and the circulation pump is provided, and the first position in the vertical direction of the first on-off valve and the second on-off valve are provided. The third position in the vertical direction at the downstream end of the slag discharge line is higher than the second position in the vertical direction of the on-off valve, the first on-off valve and the second on-off valve are closed, and the gasifier. The pressure in the gasification furnace is larger than the water head differential pressure from the state of the predetermined pressure where the pressure of the gas in the gas is smaller than the water head differential pressure between the first position and the second position and the third position. It is provided with a control unit that pressurizes the pressure to a predetermined pressure and then opens the first on-off valve and the second on-off valve.
本体態様に係るスラグ排出システムによれば、スラグ排出ライン停止後にスラグホッパ内にチャー等の残留物が残留している場合でも、スラグ排出ラインを介してスラグホッパ内の残留物をスラグ分離装置に輸送して処理することができるスラグ排出システムを提供できる。 According to the slag discharge system according to the main body aspect, even if the residue such as char remains in the slag hopper after the slag discharge line is stopped, the residue in the slag hopper is transported to the slag separator via the slag discharge line. Can provide a slag discharge system that can be processed.
また、本発明の一態様に係るガス化複合発電装置は、上記のスラグ排出システムと、前記ガス化炉で生成した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/または前記蒸気タービンの回転軸に連結された発電機とを備える。 Further, the gasification combined power generation device according to one aspect of the present invention includes the slag emission system, a gas turbine that is rotationally driven by burning at least a part of the generated gas generated in the gasifier, and the gas. It includes a steam turbine that is rotationally driven by steam generated by an exhaust heat recovery boiler that introduces turbine exhaust gas discharged from the turbine, and a generator connected to the rotating shaft of the gas turbine and / or the steam turbine.
本体態様に係るガス化複合発電装置によれば、スラグ排出ライン停止後にスラグホッパ内にチャー等の残留物が残留している場合でも、スラグ排出ラインを介してスラグホッパ内の残留物をスラグ分離装置に輸送して処理することができるスラグ排出システムを提供できる。 According to the gasification combined cycle device according to the main body aspect, even if the residue such as char remains in the slag hopper after the slag discharge line is stopped, the residue in the slag hopper can be used as the slag separation device via the slag discharge line. A slag emission system that can be transported and processed can be provided.
本発明によれば、スラグ排出ライン停止後においても、スラグ排出ラインを介してスラグホッパ内に残留しているチャー等の残留物をスラグ分離装置に輸送して処理することができる。 According to the present invention, even after the slag discharge line is stopped, the residue such as char remaining in the slag hopper can be transported to the slag separation device for treatment through the slag discharge line.
以下、本発明に係るガス化炉設備(スラグ排出システム)の一実施形態について図1乃至3を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るガス化炉設備14を適用した石炭ガス化複合発電設備10の概略構成図である。
Hereinafter, an embodiment of the gasification furnace facility (slag discharge system) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an integrated coal gasification combined
本実施形態に係るガス化炉設備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、空気を主とする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。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、ガス精製設備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、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。
The integrated coal gasification combined cycle (IGCC) 10 to which the gasification combined
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、給炭設備11と、ガス化炉設備14と、チャー回収設備15と、ガス精製設備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とを備えている。
As shown in FIG. 1, the integrated coal gasification combined cycle facility (gasification combined cycle facility) 10 includes a
給炭設備11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。給炭設備11で製造された微粉炭は、給炭ライン11aの出口で後述する空気分離設備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14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。
The
ガス化炉設備14は、給炭設備11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15で回収されたチャー(石炭の未反応分と灰分)が再利用を目的として供給されている。
In the
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機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、給炭設備11からの給炭ライン11aが接続されている。
Further, a compressed
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、チャー回収設備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および第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およ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。
Further, the second
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)を備えている。ガス化炉設備14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。なお、ガス化炉設備14には、微粉炭に混入した異物(溶融スラグ(以下、単にスラグともいう。))を除去する異物除去設備48が設けられている。そして、このガス化炉設備14には、チャー回収設備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設備15に供給してもよい。
The
チャー回収設備15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を通してガス精製設備16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。なお、集塵設備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。
The
ガス精製設備16は、チャー回収設備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、ガス精製設備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、このガス精製設備16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。
The
ガスタービン17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の一部とガス精製設備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。
The
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17(タービン63)からの排ガスライン70が接続されており、排熱回収ボイラ20への給水とタービン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(図2参照)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。
The
そして、排熱回収ボイラ20の出口から煙突75までには、ガス浄化設備74を備えている。
ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備10の動作について説明する。
A
Here, the operation of the integrated coal gasification combined
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備10において、給炭設備11に原炭(石炭)が供給されると、石炭は、給炭設備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。給炭設備11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14に供給される。また、後述するチャー回収設備15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14に供給される。
In the integrated coal gasification combined
ガス化炉設備14では、供給された微粉炭およびチャーが圧縮空気(酸素)により燃焼し、微粉炭およ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、チャー回収設備15に送られる。
In the
このチャー回収設備15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。
In the
チャー回収設備15によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備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、ガス精製設備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を介して圧縮機61および発電機19を回転駆動する。このようにして、ガスタービン17は発電を行うことができる。
The generated gas from which the char is separated by the
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から排出された排ガスと排熱回収ボイラ20への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。
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を回転駆動してもよい。
Then, the exhaust
The
その後、ガス浄化設備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、浄化された排気ガスが煙突75から大気へ放出される。
After that, in the
次に、図2を参照して、図1に示すガス化炉設備14について説明する。
図2に示すように、本実施形態のガス化炉設備14は、ガス化炉101と、異物除去設備48と、スラグ排出ライン140と、冷却水循環ライン150と、循環ポンプ160と、冷却器170と、バイパスライン210、第1開閉弁180と、第2開閉弁190と、制御部90と、を備える。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
以下、ガス化炉設備14が備える各構成について説明する。
ここで、図2に示した各機器において、ガス化炉設備14が備えるガス化炉101以外の他の構成(異物除去設備48、スラグ排出ライン140、冷却水循環ライン150、循環ポンプ160、冷却器170、バイパスライン210、第1開閉弁180、第2開閉弁190、制御部90等)が、本実施形態のスラグ排出システムである。本実施形態のガス化炉設備14は、ガス化炉101とスラグ排出システムと、を備える。
Hereinafter, each configuration included in the
Here, in each equipment shown in FIG. 2, other configurations (foreign
ガス化炉101は、鉛直方向(設置面Sに直交する軸線Xに沿って上方に延びる方向)に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭および酸素が供給され、部分燃焼(熱分解)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。
The
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、支持部材(図示せず)により圧力容器110の内面に連結されている。
The
ガス化炉壁111は、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で変化する形状である。ガス化炉壁111は、鉛直方向の上端部が、圧力容器110のガス排出口121に接続され、鉛直方向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の下方に形成されるスラグホッパ122には、冷却水(貯水)が溜められており、ガス化炉壁111の下端部へ冷却水が流入することで、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およびバーナ127が挿入され、ガス化炉壁111の内部空間にシンガスクーラ102が配置されている。
The
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であり、本実施形態では空気分離設備42で分離された不活性ガスである窒素が、窒素供給ライン(図示略)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炉内均圧管(図示せず)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およびリダクタ部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。
The
圧力センサ128は、ガス化炉101(圧力容器110)の内部の圧力を検出するセンサである。圧力センサ128は制御部90と電気的に接続されており、圧力センサ128が検出した圧力は、制御部90に伝達される。
The pressure sensor 128 is a sensor that detects the pressure inside the gasifier 101 (pressure vessel 110). The pressure sensor 128 is electrically connected to the
制御部90は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、およ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。
The
コンバスタ部116は、微粉炭およ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で微粉炭およ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。
The
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た生成ガスを生成する空間となっている。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。
The
スラグホッパ122は、ガス化炉101の鉛直下方側に設けられ、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で生成されたスラグ(溶融スラグ)を受け入れるとともに、スラグを冷却する冷却水を貯留する装置である。スラグは、スラグホッパ122が貯留する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。破砕されたスラグは、スラグホッパ122の底部122Aに蓄積する。
The
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、図に記載された数量に限定されるものではない。
The thin gas cooler 102 is provided inside the
ここで、上述のガス化炉101の動作について説明する。
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により微粉炭およ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内の冷却水へ排出される。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(熱分解)させてガス化する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。
Here, the operation of the above-mentioned
In the
異物除去設備48は、スラグホッパ122内からスラグ排出ライン140で排出されるスラグと冷却水の混合物から混入したスラグを除去する設備であり、サイクロン(スラグ分離装置)48Aと、ロックホッパ48Bと、貯蔵タンク48Cと、仕切り弁48Dと、第1排出弁48Eと、第2排出弁48Fと、を備える。
The foreign
サイクロン48Aは、遠心力によりスラグと冷却水との混合物からスラグを分離する装置である。なお、サイクロン48Aに変えて、ストレーナやフィルタのような濾過式のスラグ分離装置を用いてもよい。サイクロン48Aは、後述するスラグ排出ライン140から取込口48Aaに供給された混合物からスラグを分離して鉛直下方側へ導く。また、サイクロン48Aは、スラグと冷却水の混合物から冷却水を分離して排出口48Abから後述する冷却水循環ライン150へ冷却水を排出する。
The
ロックホッパ48Bは、サイクロン48Aにて分離されたスラグを所定量貯留するホッパである。サイクロン48Aで分離されたスラグは、仕切り弁48Dが開状態の場合にロックホッパ48Bに供給される。ロックホッパ48Bにスラグが所定量もしくは所定期間で蓄積されると仕切り弁48Dが閉じられ、減圧操作がなされた後に第1排出弁48Eが開かれる。ロックホッパ48Bに貯留されたスラグは、第1排出弁48Eが開かれたことに応じて、重力により貯蔵タンク48Cへ落下する。
The
貯蔵タンク48Cは、ロックホッパ48Bに貯留されたスラグを受け入れて貯蔵するとともに、貯蔵したスラグを運搬車輌Cに排出する装置である。貯蔵タンク48Cに貯蔵されたスラグは、第2排出弁48Fが開状態の場合に運搬車輌Cに排出される。運搬車輌Cに排出されたスラグは、ガス化炉設備14の系外に運搬される。
The
スラグ排出ライン140は、スラグホッパ122の底部122Aからサイクロン48Aへスラグと冷却水の混合物を導く配管である。スラグ排出ライン140には、混合物が流通する流通状態と混合物の流通を遮断する遮断状態とを切り替える第1開閉弁180が設けられている。
スラグ排出ライン140は、第1開閉弁180よりも混合物の流通方向の上流側に配置される上流側スラグ排出ライン140Aと、第1開閉弁180よりも混合物の流通方向の下流側に配置される下流側スラグ排出ライン140Bとを有する。
The
The
上流側スラグ排出ライン140Aの上流端には、スラグホッパ122の底部122Aの近傍に配置される取水口141が設けられている。スラグホッパ122の底部122Aに蓄積したスラグは、後述する循環ポンプ160が発生させる水流の作用により、周囲の冷却水とともに取水口141から上流側スラグ排出ライン140Aへ流入する。上流側スラグ排出ライン140Aから排出したスラグと冷却水の混合物は、下流側スラグ排出ライン140Bへ導かれ、取込口48Aaからサイクロン48Aへ流入する。
At the upstream end of the upstream
ここで、スラグと冷却水との混合物は、スラグホッパ122から重力により自然落下させてサイクロン48Aに移送されるのではなく、スラグ排出ライン140を流れる水流によって移送される。このため、サイクロン48Aをガス化炉101の鉛直下方側でなく側方側に配置することができ、ガス化炉101の高さ位置が高くならないように抑えることができる。
Here, the mixture of slag and cooling water is not naturally dropped from the
冷却水循環ライン150は、サイクロン48Aで分離されて排出口48Abから排出される冷却水をスラグホッパ122に戻す配管である。冷却水循環ライン150には、循環ポンプ160と、スラグホッパ122に戻される冷却水を冷却する冷却器170と、冷却水が流通する流通状態と冷却水の流通を遮断する遮断状態とを切り替える第2開閉弁190と、が設けられている。冷却水循環ライン150は、第2開閉弁190よりも冷却水の流通方向の上流側に配置される上流側冷却水循環ライン150Aと、第2開閉弁190よりも冷却水の流通方向の下流側に配置される下流側冷却水循環ライン150Bとを有する。
The cooling
循環ポンプ160は、スラグホッパ122からサイクロン48Aへスラグと冷却水の混合物を導くとともに、サイクロン48Aからスラグホッパ122へ冷却水を戻す水流を形成するポンプである。循環ポンプ160は、スラグ排出ライン140および冷却水循環ライン150が混合物または冷却水で満たされた状態で動作することにより、前述した水流を形成する。
The
バイパスライン210は、スラグホッパ122に貯留された冷却水を、第2開閉弁190の下流側に配置される下流側冷却水循環ライン150Bに導く配管である。バイパスライン210には、第3開閉弁220が設けられている。
本実施形態の循環ポンプ160は、冷却水循環ライン150において、バイパスライン210から下流側冷却水循環ライン150Bへ冷却水が導かれる合流位置Mよりも冷却水の流通方向の下流側に配置されている。
The
The
循環ポンプ160が合流位置Mよりも冷却水の流通方向の下流側に配置されているため、第1開閉弁180および第2開閉弁190が閉状態の場合においても、スラグホッパ122に貯留される冷却水を循環させることができる。すなわち、循環ポンプ160の運転により、本実施形態においては、冷却水をスラグホッパ122、第3開閉弁220、循環ポンプ160、冷却器170の順に循環させることができる。
Since the
制御部90は、ガス化炉設備14の各部を制御する装置であり、例えば、第1開閉弁180,第2開閉弁190,第3開閉弁220、仕切り弁48D,第1排出弁48E,第2排出弁48Fの開閉状態を制御する。また、制御部90は、例えば、循環ポンプ160の吐出量を制御する。
The
図2において、軸線X上に図示される第1位置P1は、第1開閉弁180が配置される鉛直方向の高さ位置である。また、軸線X上に図示される第2位置P2は、第2開閉弁190が配置される鉛直方向の高さ位置である。また、軸線X上に図示される第3位置P3は、サイクロン48Aへ混合物を供給するスラグ排出ライン140の下流端に配置される鉛直方向の高さ位置である。第1位置P1,第2位置P2,第3位置P3は、それぞれ設置面Sを基準とした軸線X方向の鉛直方向の高さを示している。図2に示すように、第1位置P1および第2位置P2よりも、第3位置P3の鉛直方向の高さ位置が高い。
In FIG. 2, the first position P1 shown on the axis X is a height position in the vertical direction in which the first on-off
スラグホッパ122に貯留される冷却水の水面は、ガス化炉壁111の下端部へ冷却水が流入させてガス化炉壁111の内外を封止しつつガス化炉101の鉛直上方部分へスラグ排出ライン140と冷却水循環ライン150の系統保有水が流入しないように適切な高さに維持する必要がある。図2は、圧力容器110内の圧力によって、冷却水の水面を位置P0に維持している状態を示している。圧力容器110内の圧力は低い場合、第1位置P1および第2位置P2と第3位置P3との水頭差による圧力によって、系統保有水が流入してしまう。
The water surface of the cooling water stored in the
スラグ排出システム14のうち、スラグホッパ122の冷却水の水面の位置P0よりも鉛直下方側の高さ位置に設置される部分が低水頭系統Lであり、位置P0よりも鉛直上方側の高さ位置に設置される部分が高水頭系統Hである。
低水頭系統Lは、上流側スラグ排出ライン140Aと、下流側冷却水循環ライン150Bとを含む系統である。一方、高水頭系統Hは、下流側スラグ排出ライン140Bと、上流側冷却水循環ライン150Aとを含む系統である。
高水頭系統Hを維持するためには、第1位置P1および第2位置P2と第3位置P3との水頭差による圧力以上の圧力容器110内の圧力が必要になる。
In the
The low head system L is a system including an upstream
In order to maintain the high head system H, a pressure in the
本実施形態では、第1開閉弁180が配置される第1位置P1と、第2開閉弁190が配置される第2位置P2は、冷却水の水面の位置P0と一致している。そのため、第1開閉弁180および第2開閉弁190を閉状態とすることにより、低水頭系統Lと高水頭系統Hとを分離することができる。
In the present embodiment, the first position P1 in which the first on-off
次に、図3を用いて、本実施形態のガス化炉設備(スラグ排出システム)14の停止方法について説明する。
ガス化炉設備14の停止直後(t1)、ガス化炉101(圧力容器110)内の圧力は、ガス化炉101で生成された生成ガスの内圧によって運転圧力Prとされている。この運転圧力Prは、第1位置P1および第2位置P2と、第3位置P3との水頭差による圧力(以下、単に「水頭差圧Ph」と言う。)以上である。したがって、冷却水は低水頭系統Lと高水頭系統Hとを循環している。
Next, a method of stopping the gasification furnace facility (slag discharge system) 14 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
Immediately after the
ガス化炉設備14の停止過程において、圧力容器110の圧力を運転圧力Prの状態から水頭差圧Phよりも低い所定の圧力(本実施形態では、例えば常圧)に到達するよう減圧させる。減圧は、給炭設備11や酸素供給ライン47などガス化炉101に供給するガスを停止して、ガス化炉101に接続された放風弁(図示せず)から、圧力容器110内の生成ガスをガス生成ライン49へ排出することによって実行される。放風弁は制御部90と電気的に接続されており、その開度は制御部90によって制御される。なお、作業員が手動で開度を調節してもよい。
In the process of shutting down the
減圧が進み、圧力センサ128で検知した圧力容器110内の圧力が、水頭差圧Phに接近したとき、循環ポンプ160を運転した状態で、第3開閉弁220を制御部90によって開状態とする。その後、第1開閉弁180および第2開閉弁190を制御部90によって閉状態とする(遮断工程)。ここで言う、水頭差圧Phに接近したときとは、水頭差圧Phに対してある程度余裕を持った圧力(水頭差圧Phよりも高い圧力)に到達したときであり、例えば、水頭差圧Phよりも10%程度高い圧力に到達したときである。なお、この圧力の範囲は、ガス化炉設備14の仕様や運転状態によって適宜変更できる。
遮断工程の後、更に減圧が進み、水頭差圧Ph以上の圧力を保てなくなったとき(t2)、即ち、高水頭系統Hを維持できなくなったとき、遮断工程によって第1開閉弁180および第2開閉弁190は閉状態とされているので、循環ポンプ160による水流は、低水頭系統Lだけを循環するように形成される。即ち、ガス化炉101内が水頭差圧Ph以上に加圧されていない状態においては、スラグホッパ122、バイパスライン210、下流側冷却水循環ライン150Bの一部、循環ポンプ160及び冷却器170を循環する水流が形成される。
When the depressurization progresses and the pressure in the
After the shutoff step, when the depressurization progresses further and the pressure equal to or higher than the head differential pressure Ph cannot be maintained (t2), that is, when the high head system H cannot be maintained, the first on-off
高水頭系統Hを含む循環から低水頭系統Lだけの循環に切り替わった後、圧力容器110内に残留しているチャー等を含む生成ガスを容易に排出するためにスイングパージを行う(スイングパージ工程)。スイングパージとは、圧力容器110内の加圧と減圧を少なくとも1回以上繰り返すことによって、圧力容器110内に残留しているチャー等を含む生成ガスを圧力容器110の外部へ効率よく排出することである。これは、ガス化炉101内に作業員が立ち入る定期点検時に、COガスなどの有毒成分を含む生成ガスをガス化炉101内に残留させない効果もある。加圧は、ガス化炉101に接続された噴射部(図示せず)から、圧力容器110内に窒素などの不活性ガスを噴射することで実行される。噴射部は制御部90と電気的に接続されており、圧力容器110内に噴射する不活性ガスの流量は制御部90によって制御される。
After switching from the circulation including the high head system H to the circulation containing only the low head system L, swing purging is performed in order to easily discharge the generated gas containing char and the like remaining in the pressure vessel 110 (swing purge step). ). Swing purging is to efficiently discharge the generated gas containing char and the like remaining in the
スイングパージにおいては、圧力容器110内の圧力は、停止時減圧工程で水頭差圧Phより低い所定の圧力として、本実施形態では例えば常圧Poまで減圧させる(t3)。なお、ここで言う「常圧」とは、大気圧程度の圧力であり、例えば0.1MPa程度の圧力以上とされるが、水頭差圧Phより十分に低い圧力であればよい。圧力容器110内の圧力を常圧Poまで減圧させた後、圧力容器110内の圧力を加圧する。加圧は、水頭差圧Ph以下の所定値であるスイングパージ圧力Ppに到達するまで行われる。このスイングパージは、常圧Po以上かつ水頭差圧Ph以下(スイングパージ圧力Pp)の範囲において行われ、減圧と加圧のサイクルを少なくとも1回は繰り返すことで実行される。1サイクルに要する時間は、例えば本実施形態では、圧力容器110内に残留する生成ガスを他の外部への排出を効率よく実施できるよう選定され、好ましくは、60分程度以内とされる。
In the swing purge, the pressure in the
本実施形態においては、スイングパージ終了後(t4)、第1開閉弁180および第2開閉弁190が閉状態、かつ、ガス化炉101内の圧力が水頭差圧Phよりも小さい所定の圧力の状態から、圧力容器110内の圧力が水頭差圧Ph以上の所定の圧力に到達するように加圧する(停止時加圧工程)。水頭差圧Ph以上の所定の圧力とは、水頭差圧Phに対してある程度余裕を持った圧力(水頭差圧Phよりも高い圧力)であり、例えば、水頭差圧Phよりも10%程度高い圧力である。なお、この圧力の範囲は、ガス化炉設備14の仕様や運転状態によって適宜変更できる。圧力容器110内の圧力が水頭差圧Ph以上の所定の圧力に加圧されたことを圧力センサ128で検知した後(t5)、第1開閉弁180および第2開閉弁190を制御部90によって開状態とする(接続工程)。また、第3開閉弁220を制御部90によって閉状態とする。これによって、低水頭系統Lと高水頭系統Hとを繋げることができ、循環ポンプ160による水流は、低水頭系統Lと高水頭系統Hとにおいて形成される。
In the present embodiment, after the swing purge is completed (t4), the first on-off
高水頭系統Hでの冷却水の循環が確立された後、ガス化炉101の冷却が開始される。冷却は、窒素などの不活性ガスをガス化炉101内に噴射すると同時に、噴射された不活性ガスと同量の不活性ガス(ガス化炉101にて熱交換された不活性ガス)をガス化炉101から排出することで行われる。このとき、ガス化炉101内の圧力は加圧された状態(図3においてPh)に保たれている。不活性ガスの噴射および排出は、それぞれ前述の噴射部(図示せず)と放風弁(図示せず)によって行われる。
After the circulation of the cooling water in the high head system H is established, the cooling of the
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
ガス化炉設備(スラグ排出システム)14の停止後において、ガス化炉101内の圧力を水頭差圧Ph以上に維持することで、高水頭系統Hによる循環を可能とする。即ち、スラグホッパ122とサイクロン(スラグ分離装置)48Aとを繋ぐことができる。これによって、スラグ排出システム14の停止後においても、スラグ排出ライン140を介してスラグホッパ122内に残留しているチャー等の残留物をスラグ分離装置48Aに輸送して処理することができる。したがって、ガス化炉設備14の停止後に行われる定期点検においてスラグホッパ122内の残留物を除去する工程が短縮される。
また、前述の場合、スラグ排出システム14の停止後において、ガス化炉101内の圧力を水頭差圧Ph以上することになる。ガス化炉101の加圧に用いるガス(窒素などの不活性ガス)をガス化炉101内に導入するにあたり、例えば、加圧に用いるガス(窒素などの不活性ガス)は、ガス化炉101を冷却するための冷却ガスとなる効果を得るので、ガス化炉101を加圧していない場合と比べて、冷却ガスとなる不活性ガスの重量流量を増加させることができる。したがって、冷却ガスとなる不活性ガスがガス化炉101から吸収できる熱量が増加するので、冷却ガスとなる不活性ガスによる冷却性能が向上する。
また、スイングパージを実施することでガス化炉101内に残留した生成ガスをガス化炉101の外部に効率よく排出するとともに、ガス化炉101内の減圧でガス化炉101内に残留するチャー等の残留物をスラグホッパ122へ落下させることができる。スイングパージ後は低水頭系統Lと高水頭系統Hとが繋がるので、スラグホッパ122へ落下した残留物をスラグ分離装置48Aに輸送でき、残留物の処理が可能となる。
According to this embodiment, the following effects are obtained.
After the gasification furnace equipment (slag discharge system) 14 is stopped, the pressure in the
Further, in the above-mentioned case, after the
Further, by performing the swing purge, the generated gas remaining in the
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など他の炭素含有固体燃料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。 Further, in the above-described embodiment, coal is used as the fuel, but other carbon-containing solid fuels such as high-grade coal and low-grade coal can also be applied, and the present invention is not limited to coal and is a renewable organism. Biomass used as an organic resource of origin may be used, for example, thinned wood, waste wood, drifting wood, grass, waste, sludge, tires, and recycled fuel (pellets and chips) made from these. It is also possible to use it.
また、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。
Further, in the present embodiment, the tower type gasification furnace has been described as the
10 石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)
14 ガス化炉設備(スラグ排出システム)
19 発電機
48 異物除去設備
48A サイクロン(スラグ分離装置)
48Aa 取込口
48Ab 排出口
48B ロックホッパ
48C 貯蔵タンク
48D 仕切り弁
48E 第1排出弁
48F 第2排出弁
49 ガス生成ライン
90 制御部
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
118 リダクタ部
121 ガス排出口
122 スラグホッパ
122A 底部
126,127 バーナ
128 圧力センサ(圧力検出部)
131 蒸発器(エバポレータ)
132 過熱器(スーパーヒータ)
134 節炭器(エコノマイザ)
140 スラグ排出ライン
140A 上流側スラグ排出ライン
140B 下流側スラグ排出ライン
141 取水口
150 冷却水循環ライン
150A 上流側冷却水循環ライン
150B 下流側冷却水循環ライン
160 循環ポンプ
170 冷却器
180 第1開閉弁
190 第2開閉弁
210 バイパスライン
220 第3開閉弁
C 運搬車輌
S 設置面
X 軸線
10 Integrated coal gasification combined cycle equipment (gasification combined cycle equipment)
14 Gasification furnace equipment (slag discharge system)
19
48Aa Intake port
115
131 Evaporator (evaporator)
132 Superheater (super heater)
134 Economizer
140
Claims (6)
前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、
第1開閉弁が設けられ、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、
第2開閉弁が設けられ、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、
前記冷却水循環ラインにおいて、前記第2開閉弁の下流に設けられる循環ポンプと、
前記スラグホッパ内の前記冷却水の一部を前記第2開閉弁と前記循環ポンプとの間の前記冷却水循環ラインに導くバイパスラインと、
を備えるスラグ排出システムの停止方法であって、
前記第1開閉弁の鉛直方向の第1位置および前記第2開閉弁の鉛直方向の第2位置よりも、前記スラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第3位置が高く、
前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉状態、かつ、前記ガス化炉内の気体の圧力が前記第1位置および前記第2位置と前記第3位置との水頭差圧よりも小さい所定の圧力の状態から、前記ガス化炉内の圧力を前記水頭差圧よりも大きい所定の圧力に加圧する停止時加圧工程と、
前記停止時加圧工程の後、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を開状態とする接続工程と、
を含むスラグ排出システムの停止方法。 A slag hopper provided vertically below the gasification furnace for gasifying carbon-containing solid fuel and storing cooling water for cooling the slag falling in the gasification furnace.
A slag separating device that separates the slag from a mixture of the slag and the cooling water,
A slag discharge line is provided with a first on-off valve to guide the mixture from the slag hopper to the slag separator.
A cooling water circulation line provided with a second on-off valve and returning the cooling water separated by the slag separator to the slag hopper,
In the cooling water circulation line, a circulation pump provided downstream of the second on-off valve and
A bypass line that guides a part of the cooling water in the slug hopper to the cooling water circulation line between the second on-off valve and the circulation pump.
Is a method of stopping the slag discharge system equipped with
The third position in the vertical direction at the downstream end of the slag discharge line is higher than the first position in the vertical direction of the first on-off valve and the second position in the vertical direction of the second on-off valve.
Predetermined that the first on-off valve and the second on-off valve are in the closed state, and the pressure of the gas in the gasifier is smaller than the head differential pressure between the first position and the second position and the third position. Pressurization step at stop to pressurize the pressure in the gasification furnace to a predetermined pressure larger than the head differential pressure from the pressure state of
After the stop pressurization step, a connection step of opening the first on-off valve and the second on-off valve, and a connection step of opening the second on-off valve.
How to stop the slag discharge system, including.
前記スラグと前記冷却水との混合物から前記スラグを分離するスラグ分離装置と、
第1開閉弁が設けられ、前記スラグホッパから前記スラグ分離装置へ前記混合物を導くスラグ排出ラインと、
第2開閉弁が設けられ、前記スラグ分離装置で分離された前記冷却水を前記スラグホッパに戻す冷却水循環ラインと、
前記冷却水循環ラインにおいて、前記第2開閉弁の下流に設けられる循環ポンプと、
前記スラグホッパ内の前記冷却水の一部を前記第2開閉弁と前記循環ポンプとの間の前記冷却水循環ラインに導くバイパスラインと、
を備え、
前記第1開閉弁の鉛直方向の第1位置および前記第2開閉弁の鉛直方向の第2位置よりも、前記スラグ排出ラインの下流端の鉛直方向の第3位置が高く、
前記第1開閉弁および前記第2開閉弁が閉状態、かつ、前記ガス化炉内の気体の圧力が前記第1位置および前記第2位置と前記第3位置との水頭差圧よりも小さい所定の圧力の状態から、前記ガス化炉内の圧力を前記水頭差圧よりも大きい所定の圧力に加圧し、その後、前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を開状態とする制御部を備えるスラグ排出システム。 A slag hopper provided vertically below the gasification furnace for gasifying carbon-containing solid fuel and storing cooling water for cooling the slag falling in the gasification furnace.
A slag separating device that separates the slag from a mixture of the slag and the cooling water,
A slag discharge line is provided with a first on-off valve to guide the mixture from the slag hopper to the slag separator.
A cooling water circulation line provided with a second on-off valve and returning the cooling water separated by the slag separator to the slag hopper,
In the cooling water circulation line, a circulation pump provided downstream of the second on-off valve and
A bypass line that guides a part of the cooling water in the slug hopper to the cooling water circulation line between the second on-off valve and the circulation pump.
Equipped with
The third position in the vertical direction at the downstream end of the slag discharge line is higher than the first position in the vertical direction of the first on-off valve and the second position in the vertical direction of the second on-off valve.
Predetermined that the first on-off valve and the second on-off valve are in the closed state, and the pressure of the gas in the gasifier is smaller than the head differential pressure between the first position and the second position and the third position. It is provided with a control unit which pressurizes the pressure in the gasification furnace to a predetermined pressure larger than the head differential pressure from the pressure state of the above, and then opens the first on-off valve and the second on-off valve. Slug discharge system.
前記ガス化炉で生成した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/または前記蒸気タービンの回転軸に連結された発電機と、
を備えるガス化複合発電装置。 The slag discharge system according to claim 5 and
A gas turbine that is rotationally driven by burning at least a part of the generated gas generated in the gasification furnace, and
A steam turbine that is rotationally driven by steam generated by an exhaust heat recovery steam that introduces turbine exhaust gas discharged from the gas turbine, and
With a generator connected to the rotating shaft of the gas turbine and / or the steam turbine,
Gasification combined cycle.
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