JP7242307B2 - Burner, burner system, gasification furnace equipment, combined gasification combined cycle equipment, and burner maintenance method - Google Patents
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Description
本開示は、バーナ、バーナシステム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、及びバーナのメンテナンス方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to burners, burner systems, gasification furnace equipment, integrated gasification combined cycle equipment, and burner maintenance methods.
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, a carbon-containing solid fuel such as coal is supplied into the gasification furnace, and the carbon-containing solid fuel is gasified by partially burning it, thereby producing a combustible gas. Carbon-containing fuel gasification Installations (coal gasification installations) are known.
ガス化炉に設けられるバーナは、窒素等の搬送ガスにより微粉炭等の微粉燃料を搬送する燃料管(バーナ本体管)と、燃料管の外周面を覆い、燃料管の外周面との間に空気等の酸化剤を導入する酸化剤管(空気管)が設けられた多重管で構成されている。一方、ガス化炉は、圧力容器と、圧力容器の内部に設けられるガス化炉壁とを有していて、ガス化炉運転時には、ガス化炉壁と圧力容器の両方に熱伸びが生じ、温度や材質の違いによりガス化炉壁と圧力容器との間には熱伸び差が生じる。このとき、バーナは圧力容器外側からガス化炉壁内側へと挿入された長尺の多重管構造であるため、ガス化炉壁と圧力容器との間の熱伸び差により燃料管が撓むことで多重管相互の応力が発生又は集中して燃料管の変形や破損を生じる可能性がある。 The burner provided in the gasification furnace has a fuel pipe (burner main pipe) that conveys pulverized fuel such as pulverized coal by a carrier gas such as nitrogen, and a burner main pipe that covers the outer peripheral surface of the fuel pipe and is located between the outer peripheral surface of the fuel pipe. It is composed of multiple tubes provided with an oxidant tube (air tube) for introducing an oxidant such as air. On the other hand, the gasifier has a pressure vessel and a gasifier wall provided inside the pressure vessel. During operation of the gasifier, thermal expansion occurs in both the gasifier wall and the pressure vessel, Differences in thermal elongation occur between the gasifier wall and the pressure vessel due to differences in temperature and materials. At this time, since the burner has a long multi-tube structure inserted from the outside of the pressure vessel into the inside of the gasifier wall, the fuel tube is bent due to the difference in thermal elongation between the gasifier wall and the pressure vessel. There is a possibility that the stress between the multiple tubes will be generated or concentrated, resulting in deformation or breakage of the fuel tubes.
このような燃料管の撓みに対する対策としては、下記特許文献1~3のような技術が報告されている。特許文献1では、複数のサポートを燃料管の円周方向に放射状、かつ、燃料管の軸方向の異なる位置に複数設けることで燃料管の自重撓みを軽減する手法がとられている。 Techniques such as the following patent documents 1 to 3 have been reported as countermeasures against such bending of the fuel pipe. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 adopts a method of reducing self-weight deflection of the fuel pipe by providing a plurality of supports radially in the circumferential direction of the fuel pipe and at different positions in the axial direction of the fuel pipe.
特許文献2には、イグナイタ、圧搾空気供給管、及び液体燃料供給管を、燃焼筒内に取り付けられた支持部材によって支持する構造が開示されている。 Patent Document 2 discloses a structure in which an igniter, a compressed air supply pipe, and a liquid fuel supply pipe are supported by a support member attached inside a combustion cylinder.
特許文献3には、円筒状に形成された内管の外壁面に、内管を外管の中心位置に保持するためのツバを溶接により固着した構成が開示されている。このツバは、内管の両端近傍部において、該内管の外壁面より半径方向に向かって放射状に突設されている。 Patent Document 3 discloses a configuration in which a collar for holding the inner tube at the center position of the outer tube is welded to the outer wall surface of the cylindrical inner tube. The flanges protrude radially from the outer wall surface of the inner pipe near both ends of the inner pipe.
以下、図4を示して、サポートを燃料管の円周方向に放射状、かつ、燃料管の軸方向の異なる位置に複数設けた場合に生じる問題についてより詳しく説明する。図4は、特許文献1の図2に相当する、バーナ近傍の構成を示す側断面図である。なお、図4では、特許文献1の図2に対して酸化剤管用エキスパンションを書き加えると共に、符号を変更している。また、図4中、紙面水平右方向は炉外側を示し、紙面水平左方向は炉内側を示している。 Below, referring to FIG. 4, a more detailed description will be given of problems that arise when a plurality of supports are provided radially in the circumferential direction of the fuel pipe and at different positions in the axial direction of the fuel pipe. FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the configuration in the vicinity of the burner, corresponding to FIG. 2 of Patent Document 1. As shown in FIG. In addition, in FIG. 4, an oxidant tube expansion is added to FIG. 2 of Patent Document 1, and the reference numerals are changed. Further, in FIG. 4, the horizontal right direction of the paper surface indicates the outside of the furnace, and the horizontal left direction of the paper surface indicates the inside of the furnace.
図4に示すように、発電プラント等に備えられているガス化炉等の反応炉は、圧力容器110と、圧力容器110内に設けられるガス化炉壁(炉壁)111とを有している。圧力容器110と炉壁111との間にはアニュラス部115が形成されており、これによりガス化炉101内の高圧状態が維持されている。このガス化炉101には、炉壁111の側壁に基端部を有し、炉壁111の側壁から圧力容器110に向かって延在して圧力容器110を貫通しているバーナ261が設けられている。
As shown in FIG. 4, a reaction furnace such as a gasification furnace provided in a power plant or the like has a
バーナ261は、窒素等の搬送ガスによって微粉炭等の微粉燃料を搬送する燃料管(バーナ本体管)262と、燃料管262の外周面を覆っており、燃料管262の外周面との間に空気等の酸化剤が導入される酸化剤管(空気管)263と、酸化剤管263の外周に設けられているガイド管264とを備えている。酸化剤管263の炉外側の側壁には、酸化剤を導入するための酸化剤導入用フランジ部265が設けられている。
The
酸化剤管263やガイド管264に発生する応力を緩和するために、バーナ261の酸化剤管263及びガイド管264にはそれぞれ酸化剤管用エキスパンション266及びガイド管用エキスパンション267が設けられている。燃料管262には、その外周面から径方向外側に向かって延在している複数のサポート268が設けられている。サポート268は、燃料管262の円周方向に放射状、かつ、燃料管262の長手軸方向の異なる位置に複数設けられている。サポート268の延在端は、酸化剤管263の内周面の近傍とされており、酸化剤管263の内周面には固定されていない。このように複数のサポート268が燃料管262の外周側壁面に設けられることによって、燃料管262を酸化剤管263の内側から支持する構成としている。
In order to relieve the stress generated in the
しかしながら、このような構成では、メンテナンス等で燃料管262を酸化剤管263に挿入する又は酸化剤管263から引き抜くときに自重等で撓んだ酸化剤管用エキスパンション266に燃料管262のサポート268が引っ掛かってしまい、抜き差しが困難になる(即ち、メンテナンス性が低下する)場合があることが判明した。現状までは、このようなバーナのメンテナンス性については特に着目されていなかった。また、燃料管の先端部に保炎器(スワラ)が設けられている場合、保炎器の羽根(フィン)への荷重印加の抑制も課題となっていた。
However, in such a configuration, when the
また、サポート268の側断面と正断面とが四角形状の場合、燃料管262の自重をサポート268により支える支持部分が酸化剤管263の内周面で面状接触もしくは線状接触する状態になり、サポート268の支持部分は酸化剤管263の内周面で回転支持とならず半固定状態となる。このため、燃料管262に変位が発生した場合に燃料管262に発生するモーメントは大きくなり大きな応力が発生する恐れがあることが判明した。
When the
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、メンテナンスが容易なバーナ、バーナシステム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、及びバーナのメンテナンス方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and aims to provide a burner, a burner system, a gasification furnace facility, an integrated gasification combined cycle facility, and a burner maintenance method that are easy to maintain. do.
上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
本開示のバーナは、燃料を搬送する燃料管と、前記燃料管の外周面を覆い、前記燃料管の外周面との間に酸化剤が導入される酸化剤管と、前記酸化剤管の延在方向の少なくとも一部に設けられる変位吸収部材と、を備え、前記燃料管の外周面には、前記燃料管の径方向外側に突出するように複数のリブが設けられており、前記複数のリブのうち1つ以上は、正断面視において、前記酸化剤管の内周面側の面における角部が、前記リブが前記酸化剤管の内周面と接触する際に前記リブと前記酸化剤管の内周面とが点接触するように曲面状に面取りされている。
In order to solve the above problems, the present disclosure employs the following means.
The burner of the present disclosure includes a fuel pipe that conveys fuel, an oxidant pipe that covers the outer peripheral surface of the fuel pipe and introduces an oxidant between the outer peripheral surface of the fuel pipe, and an extension of the oxidant pipe. a displacement absorbing member provided on at least a portion of the fuel pipe, wherein a plurality of ribs are provided on an outer peripheral surface of the fuel pipe so as to protrude radially outward of the fuel pipe; At least one of the ribs has a corner portion on the inner peripheral surface side of the oxidizer tube in a front cross-sectional view , and when the rib is in contact with the inner peripheral surface of the oxidizer tube, the rib and the oxidizer tube contact each other. It is chamfered into a curved surface so as to make point contact with the inner peripheral surface of the tube .
本開示のバーナにおいては、燃料管(バーナ本体管)の外周面に複数のリブが設けられており、複数のリブのうち1つ以上は、酸化剤管(空気管)の内周面側の面における角部が面取りされている。リブは、例えば、燃料管をサポートするために用いられる。このように、角部が面取りされたリブが設けられているため、燃料管のメンテナンス時に燃料管を酸化剤管に抜き差しした場合において、リブが酸化剤管(特に、変位吸収部材)に引っ掛かることなく容易に燃料管を抜き差しすることができる。従って、バーナのメンテナンスが容易となる。また、角部が面取りされたリブと酸化剤管の内周面とが点接触することにより、燃料管がリブを介して酸化剤管の内周面に回転支持されるため、燃料管に大きな曲げモーメントが発生することを防止することができる。また、例えば燃料管の抜き差し時にどのリブが酸化剤管に引っ掛かるかが予め分かっていて、更に他のリブよりもこの引っ掛かるリブで燃料管の支持がされていることが予め分かっている場合は、酸化剤管に引っ掛かるリブのみを面取りしてもよい。これにより、必ずしも燃料管に設けるリブ全てに対して面取りを行う必要がなくなる。 In the burner of the present disclosure, a plurality of ribs are provided on the outer peripheral surface of the fuel tube (burner main tube), and one or more of the plurality of ribs are provided on the inner peripheral surface side of the oxidant tube (air tube). The corners of the faces are chamfered. Ribs are used, for example, to support fuel tubes. In this way, since ribs with chamfered corners are provided, when the fuel pipe is inserted into or removed from the oxidizer pipe during maintenance of the fuel pipe, the ribs do not get caught on the oxidizer pipe (particularly, the displacement absorbing member). The fuel pipe can be easily inserted and removed without any trouble. Therefore, maintenance of the burner is facilitated. In addition, the point contact between the chamfered ribs and the inner peripheral surface of the oxidizer tube allows the fuel tube to be rotationally supported by the inner peripheral surface of the oxidizer tube through the ribs. It is possible to prevent bending moment from occurring. Further, for example, if it is known in advance which rib will be caught by the oxidizer pipe when the fuel pipe is inserted and removed, and it is known in advance that the fuel pipe is supported more by this rib than by other ribs, Only the ribs that hook onto the oxidant tube may be chamfered. This eliminates the need to chamfer all the ribs provided on the fuel pipe.
上記バーナにおいて、前記複数のリブはいずれも、前記酸化剤管の内周面側の面における角部が全て面取りされていることが好ましい。 In the above burner, it is preferable that all of the plurality of ribs have chamfered corners on the inner peripheral surface side of the oxidizer tube.
燃料管の外周面に設けられたリブの酸化剤管の内周面側の面における角部が全て面取りされていれば、燃料管のメンテナンス時に燃料管を酸化剤管に抜き差しした場合において、リブの面取りされた部分が滑らかに接触するため、酸化剤管(特に、変位吸収部材)に引っ掛かることをより確実に防止することができる。また、角部が面取りされたリブと酸化剤管の内周面とが必ず点接触するので、燃料管がリブを介して酸化剤管の内周面に必ず回転支持されて燃料管に大きな曲げモーメントが発生することをより確実に防止することができる。 If all the corners of the ribs provided on the outer peripheral surface of the fuel pipe on the inner peripheral surface side of the oxidizer pipe are chamfered, the ribs can be removed when the fuel pipe is inserted into or removed from the oxidizer pipe during maintenance of the fuel pipe. Since the chamfered portion of the oxidizing agent pipe (particularly, the displacement absorbing member) can be prevented from being caught by the oxidizing agent pipe (particularly, the displacement absorbing member). In addition, since the ribs with chamfered corners and the inner peripheral surface of the oxidizer tube are always in point contact, the fuel tube is always supported to rotate on the inner peripheral surface of the oxidizer tube through the ribs, and the fuel tube is not bent significantly. It is possible to more reliably prevent the moment from being generated.
また、本開示は、上述のバーナと、前記燃料管を前記酸化剤管の内部へ挿入する又は前記燃料管を前記酸化剤管の内部から燃料管の位置を管理して引き抜く制御を行う制御部と、を備えるバーナシステムを提供する。 Further, the present disclosure includes the above-described burner and a control unit that performs control to insert the fuel pipe into the oxidizer pipe or pull out the fuel pipe from the oxidizer pipe while managing the position of the fuel pipe. and a burner system.
本開示のバーナシステムにおいては、酸化剤管の内周面側の面における角部が全て面取りされたリブが燃料管に設けられたバーナを備えている。従って、メンテナンス等の理由で制御部により燃料管を酸化剤管の内部へ挿入する際、又は燃料管を酸化剤管の内部から引き抜く際に制御部により、駆動シリンダ等の抜き差し装置を用いて長手軸方向に沿って所定のバーナ先端位置まで移動させる制御を行ったとしても、リブが酸化剤管(特に、変位吸収部材)に引っ掛かることなく抜き差しすることができる。従って、このようなバーナシステムであれば、バーナの炉壁内側に突出するバーナ先端位置の調整が容易となり、メンテナンス性が向上する。 The burner system of the present disclosure includes a burner in which a fuel tube is provided with ribs in which all the corners of the inner peripheral surface of the oxidant tube are chamfered. Therefore, when the fuel pipe is inserted into the oxidizer pipe by the control unit for maintenance or the like, or when the fuel pipe is pulled out from the oxidizer pipe, the control unit uses an inserting/removing device such as a driving cylinder to extend the longitudinal direction. Even if control is performed to move the burner to a predetermined burner tip position along the axial direction, the rib can be pulled out and inserted without being caught by the oxidant tube (particularly, the displacement absorbing member). Therefore, with such a burner system, it is easy to adjust the position of the tip of the burner protruding inside the furnace wall, and maintenance is improved.
また、本開示は、上述のバーナと、該バーナから微粉燃料が供給されるガス化炉と、を備えるガス化炉設備を提供する。 The present disclosure also provides a gasifier facility comprising the burner described above and a gasifier to which pulverized fuel is supplied from the burner.
また、本開示は、上述のガス化炉設備と、前記ガス化炉設備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た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駆動に連結された発電機と、を備えるガス化複合発電設備を提供する。 Further, the present disclosure includes the above-described gasification furnace equipment, a gas turbine that is rotationally driven by burning at least part of the generated gas generated in the gasification furnace equipment, and turbine exhaust gas discharged from the gas turbine. A combined gasification combined cycle system comprising a steam turbine that is rotationally driven by steam generated by an exhaust heat recovery boiler to be introduced, and a power generator that is coupled to the gas turbine and/or the rotational drive of the steam turbine.
また、本開示は、燃料を搬送する燃料管と、前記燃料管の外周面を覆い、前記燃料管の外周面との間に酸化剤が導入される酸化剤管と、前記酸化剤管の延在方向の少なくとも一部に設けられる変位吸収部材と、を備え、前記燃料管の外周面には、前記燃料管の径方向外側に突出するように複数のリブが設けられており、前記複数のリブのうち1つ以上は、正断面視において、前記酸化剤管の内周面側の面における角部が、前記リブが前記酸化剤管の内周面と接触する際に前記リブと前記酸化剤管の内周面とが点接触するように曲面状に面取りされているバーナのメンテナンス方法において、前記燃料管を前記酸化剤管の内部から引き抜く引抜工程と、前記燃料管を前記酸化剤管の内部へ挿入する挿入工程と、を有するバーナのメンテナンス方法を提供する。 Further, the present disclosure includes a fuel pipe that conveys fuel, an oxidant pipe that covers the outer peripheral surface of the fuel pipe and introduces an oxidant between the outer peripheral surface of the fuel pipe, and an extension of the oxidant pipe. a displacement absorbing member provided on at least a portion of the fuel pipe, wherein a plurality of ribs are provided on an outer peripheral surface of the fuel pipe so as to protrude radially outward of the fuel pipe; At least one of the ribs has a corner portion on the inner peripheral surface side of the oxidizer tube in a front cross-sectional view , and when the rib is in contact with the inner peripheral surface of the oxidizer tube, the rib and the oxidizer tube contact each other. In a maintenance method for a burner having a curved surface chamfered so that the inner peripheral surface of an oxidant tube is in point contact, a pulling step of pulling out the fuel tube from the inside of the oxidant tube; and an inserting step of inserting the burner into the interior of the burner.
本開示のバーナのメンテナンス方法においては、燃料管(バーナ本体管)の外周面に複数のリブが設けられており、複数のリブのうち1つ以上は、酸化剤管(空気管)の内周面側の面における角部が面取りされたバーナを用いる。このように、角部が面取りされたリブを有するバーナを用いるため、燃料管のメンテナンス時に燃料管を酸化剤管に抜き差しした場合において、リブが酸化剤管(特に、変位吸収部材)に引っ掛かることなく容易に燃料管を抜き差しすることができる。従って、バーナのメンテナンスが容易となる。また、角部が面取りされたリブと酸化剤管の内周面とが点接触することにより、燃料管がリブを介して酸化剤管の内周面に回転支持されるため、燃料管に大きな曲げモーメントが発生することを防止することができる。また、例えば燃料管の抜き差し時にどのリブが酸化剤管に引っ掛かるかが予め分かっていて、更に他のリブよりもこの引っ掛かるリブで燃料管の支持がされていることが予め分かっている場合は、酸化剤管に引っ掛かるリブのみを面取りしてもよい。これにより、必ずしも燃料管に設けるリブ全てに対して面取りを行う必要がなくなる。 In the burner maintenance method of the present disclosure, a plurality of ribs are provided on the outer peripheral surface of the fuel tube (burner main tube), and one or more of the plurality of ribs are provided on the inner periphery of the oxidant tube (air tube). A burner with chamfered corners on the face side is used. As described above, since the burner having ribs with chamfered corners is used, when the fuel pipe is inserted into or pulled out of the oxidizer pipe during maintenance of the fuel pipe, the ribs are not caught on the oxidizer pipe (particularly, the displacement absorbing member). The fuel pipe can be easily inserted and removed without any trouble. Therefore, maintenance of the burner is facilitated. In addition, the point contact between the chamfered ribs and the inner peripheral surface of the oxidizer tube allows the fuel tube to be rotationally supported by the inner peripheral surface of the oxidizer tube through the ribs. It is possible to prevent bending moment from occurring. Further, for example, if it is known in advance which rib will be caught by the oxidizer pipe when the fuel pipe is inserted and removed, and it is known in advance that the fuel pipe is supported more by this rib than by other ribs, Only the ribs that hook onto the oxidant tube may be chamfered. This eliminates the need to chamfer all the ribs provided on the fuel pipe.
本開示のバーナによれば、燃料管のメンテナンス時における燃料管の酸化剤管への抜き差しが容易となるため、バーナのメンテナンスが容易となる。 According to the burner of the present disclosure, the maintenance of the burner is facilitated because the fuel pipe can be easily inserted into and removed from the oxidizer pipe during maintenance of the fuel pipe.
以下に、本開示に係るバーナ、バーナシステム、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備、及びバーナのメンテナンス方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、上方とは鉛直上側の方向を、下方とは鉛直下側の方向を示している。 An embodiment of a burner, a burner system, a gasification furnace facility, an integrated gasification combined cycle facility, and a burner maintenance method according to the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, "upward" means the vertically upward direction, and "downward" means the vertically downward direction.
〔石炭ガス化複合発電設備〕
以下、本開示の一実施形態に係るバーナについて、図面を用いて説明する。
本実施形態に係るバーナは、例えば石炭ガス化複合発電設備に適用した場合を用いて説明を行う。図1は、本実施形態に係るバーナを適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
[Coal gasification combined cycle facility]
A burner according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
The burner according to the present embodiment will be described using a case where it is applied to, for example, a coal gasification combined cycle facility. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a combined coal gasification combined cycle facility to which a burner according to this embodiment is applied.
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
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。
The integrated coal gasification combined cycle facility (combined gasification combined cycle facility) 10, as shown in FIG. 17 , 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体積%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。
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。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14において酸化剤として利用される。
A compressed
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)及びチャーを酸化剤(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生成ガスライン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、生成ガスライン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つ又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。
A
ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備10の作動について説明する。
Here, the operation of the combined 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 coal gasification combined
ガス化炉設備14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14から生成ガスライン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良い。
The heat
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1及び図2を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備10におけるガス化炉設備14について詳細に説明する。図2は、図1のガス化炉設備を示した概略構成図である。
Next, with reference to FIGS. 1 and 2, the
ガス化炉設備14は、図2に示すように、ガス化炉101と、シンガスクーラ102と、を備えている。
The
ガス化炉101は、鉛直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及び酸素が供給され、部分燃焼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、図示しない支持部材により圧力容器110内面に連結されている。
The
ガス化炉壁111は、圧力容器110の内部を内部空間144と外部空間146に分離する。ガス化炉壁111は、後述するが、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で変化する形状とされている。ガス化炉壁111は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器110のガス排出口121に接続され、鉛直下方側となるそ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の底部に形成されるスラグホッパ122には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁111の下端部が貯留水に浸水することで、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、127が挿入され、内部空間144にシンガスクーラ102が配置されている。ガス化炉壁111の構造については後述する。
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、つまり外部空間146であり、空気分離設備42で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ライン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図示しない炉内均圧管が設けられている。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及びリダクタ部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
コンバスタ部116は、微粉炭及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で微粉炭及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て生成ガスを生成する空間となっており、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
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、図に記載されたその数量を限定するものではない。
The
ここで、上述のガス化炉設備14の動作について説明する。
ガス化炉設備14のガス化炉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により微粉炭及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内の貯水へ排出される。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させて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
In the
次に、図3A~図3Dを示して本実施形態に係るバーナについて説明する。本実施形態に係るバーナは、例えば図2のバーナ126やバーナ127に適用される。
Next, a burner according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3D. The burner according to this embodiment is applied to the
図3Aは、本実施形態に係るバーナ近傍の構成を示す側断面図である。図3A中、紙面水平右方向は炉外側を示し、紙面水平左方向は炉内側を示している。本実施形態においては、ガス化炉101は、圧力容器110と、圧力容器110内に設けられるガス化炉壁(炉壁)111とを有している。圧力容器110と炉壁111との間にはアニュラス部115が形成され、これによりガス化炉101内の高圧状態が維持されている。
FIG. 3A is a side cross-sectional view showing the configuration in the vicinity of the burner according to this embodiment. In FIG. 3A, the horizontal right direction on the paper surface indicates the outside of the furnace, and the horizontal left direction on the paper surface indicates the inside of the furnace. In this embodiment, the
このガス化炉101には、炉壁111の側壁に基端部を有し、炉壁111の側壁から圧力容器110に向かって延在して圧力容器110を貫通しているバーナ161が設けられている。バーナ161は、炉壁111の側壁に開口している開口部にシールボックス169を介して固定され、炉内の高温の燃焼ガスがアニュラス部115へ漏出しないようにしている。シールボックス169は、例えば、SUS系材と耐火材とからなり、その略中心部をバーナ161が貫通している。
The
圧力容器側開口部110aは、フランジ構造となっており、バーナ161を圧力容器側開口部110aに支持することが可能な支持管171の両端部にあるフランジ部171a、171bとボルト(図示せず)とによって固定されている。支持管171の両端部は、フランジ部171a、171bとなっていて、支持管171の内側にバーナ161が挿入されている。
The pressure-vessel-
バーナ161は、搬送ガスである窒素等によって微粉炭等の微粉燃料を搬送する燃料管(バーナ本体管)162と、燃料管162の外周を覆っており、燃料管162の外周面との間に空気等の酸化剤が導入される酸化剤管(空気管)163と、酸化剤管163の外周に設けられているガイド管164とを備えた多重管構造としている。ガス化炉101の運転時には、ガス化炉壁111と圧力容器110の両方に熱伸びが生じ、温度や材質の違いによりガス化炉壁111と圧力容器110との間には熱伸び差が生じる。このとき、バーナ161は圧力容器110の外側からガス化炉壁111内側へと挿入された長尺の多重管構造であるため、ガス化炉壁111と圧力容器110との間の熱伸び差により燃料管162が撓むことで多重管相互の応力が発生又は集中して燃料管162の変形や破損を生じる可能性がある。このため、バーナ161は、ガス化炉壁111と圧力容器110との間の熱伸び差により燃料管162の撓みを吸収できるように、バーナ161を長尺化するとともに、酸化剤管163とガイド管164の一部には後述するエキスパンション(変位吸収部材)を設けている。
The
なお、本実施形態でのバーナ161の長さ(図3A中、Lで示す長さ)は、例えば4m以上10m以下である。また、バーナ161の長さは、燃料管162又は酸化剤管163のサイズによって決定されてもよい。
The length of the
燃料管162は、その内部に窒素等によって搬送された微粉炭等の微粉燃料が導かれるものである。燃料管162は、その一端がシールボックス169を貫通して炉壁111内に延在している。燃料管162の先端部には、酸化剤管163の内周面との間で円管状に形成された保炎器(スワラ)170が固定されている。スワラ170は、燃料管162から噴出される微粉燃料とその搬送ガスの流れ、及び酸化剤管163から噴出する酸化剤の流れをガイドする金属製の部材である。また、燃料管162の他端は、粉砕機からの微粉炭等の微粉燃料を搬送する微粉燃料搬送配管(図示せず)に接続されている。
Pulverized fuel such as pulverized coal conveyed by nitrogen or the like is introduced into the
燃料管162の外周面には、燃料管162の径方向外側に向かって突出するように複数のリブ(補強材)172が設けられている。リブ172は、燃料管162の長手軸方向の異なる位置に複数箇所(本実施形態では炉内側と炉外側の2箇所)設けられている。具体的には、リブ172は、燃料管162が自重による撓みにより降伏せず、かつ燃料管162を長手軸方向に側面視で見て燃料管162が自重により撓んでも酸化剤管163と干渉しない位置に配置する。リブ172は、例えば溶接等により燃料管162の外周面上に固定されている。
なお、リブ172を、燃料管162の長手軸方向に設ける位置は、2箇所に限定するものではない。燃料管162の自重による撓みを適正に支持できる位置に設置されればよく、例えば、炉内側付近に1箇所だけ設けてもよい。
A plurality of ribs (reinforcing members) 172 are provided on the outer peripheral surface of the
Note that the positions at which the
リブ172の突出端は、いずれも酸化剤管163の内周面の近傍とされており、酸化剤管163の内周面には固定されていない。図3Aに示すように、側断面視において、リブ172の角部はそれぞれ面取りされ、さらに好ましくは滑らかな曲面状に面取りされている。即ち、リブ172は、例えば側断面視でかまぼこ形状とされている。このように複数のリブ172を燃料管162の外周面に設けることによって、燃料管162を酸化剤管163の内側から支持している。
The projecting ends of the
酸化剤管163は、燃料管162の外周面を所定の空間を設けて覆っており、燃料管162よりもその外形寸法が大きいものとされている。酸化剤管163の炉外側の側壁(図3Aの紙面右側)には、酸化剤導入用フランジ部165が設けられている。酸化剤管163には、その内周面と燃料管162の外周面との間に例えば空気などの酸化剤が、酸化剤導入用フランジ部165から導入される。
The
酸化剤管163は、その一端がシールボックス169を貫通して炉壁111内に延在している。酸化剤管163のシールボックス169に接続している端部と反対端の近傍には、フランジ部163aが設けられている。フランジ部163aは炉外側のフランジ部173に接続されており、燃料管162はフランジ部173に溶接固定される。酸化剤管163には、フランジ部163aよりも炉内側にフランジ部163bが設けられており、後述するガイド管164に設けられているフランジ部175とボルトなどによって接続可能とされている。
One end of the
酸化剤管163は、後述するガイド管164内に挿入して配置されている長手軸方向の一部(延在方向の少なくとも一部、図3Aにおいては2箇所)に酸化剤管用エキスパンション(変位吸収部材)166が設けられている。酸化剤管用エキスパンション166は、曲げ及び軸方向の伸縮が可能な管である。
The
ガイド管164は、燃料管162及び酸化剤管163の外周を覆っており、酸化剤管163よりもその外形寸法が大きいものとされている。ガイド管164は、その内部に酸化剤管163と燃料管162とを有している。ガイド管164は、シールボックス169に固定されている一端と反対端に、前述した酸化剤管163に設けられているフランジ部163bに接続されるフランジ部175が設けられている。また、ガイド管164には、フランジ部175よりも炉内側にフランジ部176が設けられており、支持管171のフランジ部171bとボルトなどによって接続可能とされている。
The
ガイド管164のフランジ部175とフランジ部176との間の外筒壁には、ガイド管164の内周面と酸化剤管163の外周面との間の空間部(図示せず)に非酸化性ガスを導入する非酸化性ガス導入管177及びフランジ部178が設けられていて、イナートガスを供給可能となっている。
A space (not shown) between the inner peripheral surface of the
ガイド管164は、支持管171内及びアニュラス部115内に晒されている長手軸方向の一部(延在方向の少なくとも一部、図3Aにおいては2箇所)にガイド管用エキスパンション167が設けられている。ガイド管用エキスパンション167は、酸化剤管用エキスパンション166と同様に曲げ及び軸方向の伸縮が可能な管である。
The
次に、図3B~図3Dを示して、本実施形態のリブの構造についてより詳細に説明する。
図3Bは、図3AのA-A断面図である。図3Cは、図3Bにおけるガイド管、酸化剤管、及び燃料管を拡大した図である。図3Dは、図3C中の二点鎖線で囲まれた部分を拡大した図である。なお、図3B~図3D中の図3Aと同じ構成については、図3Aと同じ符号を付記し、その詳細な説明を割愛する。
Next, referring to FIGS. 3B to 3D, the rib structure of this embodiment will be described in more detail.
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A. FIG. 3C is an enlarged view of the guide tube, oxidant tube, and fuel tube in FIG. 3B. FIG. 3D is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 3C. 3B to 3D that are the same as in FIG. 3A are denoted by the same reference numerals as in FIG. 3A, and detailed description thereof will be omitted.
図3B及び図3Cに示すように、本実施形態において、燃料管162の炉内側では、リブ172が燃料管162の中心から燃料管162の外周面上下および水平左右方向に突出して十字状に4箇所設けられている。なお、図示しないが、燃料管162の炉外側でも同様にリブ172が燃料管162の中心から外周面上下および水平左右方向に突出して十字状に4箇所設けられている。リブ172が外周面上下および水平左右方向に突出して十字状に4箇所設けられているので、燃料管162が長手軸方向を中心に回転して設置されても、いずれかのリブ172が燃料管162の自重による撓みを確実に支持することができる。なお、燃料管162の自重による撓みを支持することができれば、リブ172は4箇所に設けられていることに限定されない。例えば、燃料管162の長手軸方向中心にした回転設置方向を管理することで、リブ172が外周面の鉛直上下方向に突出して2箇所設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 3B and 3C, in this embodiment, on the inside of the
燃料管162の撓み量の増大による燃料管162の変形や干渉を抑制するため、各リブ172の突出端と酸化剤管163の内周面との間には、約1mm~5mm程度のクリアランス(隙間)が設けられている。これにより、燃料管162の自重による撓みが発生した場合にもリブ172で支持されるように構成されている。
In order to suppress deformation and interference of the
図3B及び図3Cに示すように、正断面視において、リブ172の角部はそれぞれ面取りされている。より具体的には、図3Dに示すように、リブ172の突出端は面取りされ、R部が形成され、滑らかな曲面状に面取りされている。即ち、各リブ172の突出端については、酸化剤管163の内周面側の面における角部が全て面取りされて、さらに好ましくはR部が形成されて滑らかな曲面状に面取りされている。従って、リブ172が酸化剤管163の内周面と接触する際、リブ172と酸化剤管163の内周面が点接触する。これにより、燃料管162が自重による撓みを支持するにあたり、リブ172の突出端が自由端として燃料管162を支持する。また、燃料管162と酸化剤管163との間の熱伸び差の吸収に当たり、リブ172の突出端が自由端として燃料管162を支持する。
As shown in FIGS. 3B and 3C, corners of the
〔バーナシステム〕
次に、本実施形態に係るバーナシステムについて説明する。
なお、以下では、バーナシステムとして、図3Aに示すバーナ161を制御する制御部を備えたものを一例として説明するが、これに限定されない。
[Burner system]
Next, a burner system according to this embodiment will be described.
In addition, below, although the thing provided with the control part which controls the
本実施形態のバーナシステムは、上述のバーナ161と、燃料管162を酸化剤管163の内部へ挿入する際の炉壁111内側に突出するバーナ161の先端位置を調整するための制御を行う制御部179を備える。制御部179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。
The burner system of this embodiment includes the above-described
上記バーナシステムにおいて、バーナ161のメンテナンスを行う場合、まず、制御部179により、図示されていない駆動シリンダ等の抜き差し装置を用いて長手軸方向に沿って炉壁111の内側に向かって、燃料管162を酸化剤管163の内部から引き抜く。燃料管162を酸化剤管163の内部から引き抜いた後、燃料管162のメンテナンスを行う。燃料管162のメンテナンスが終了したら、制御部179によって燃料管162の抜き差し量が調整されて燃料管162を所定の先端位置まで酸化剤管163の内部へ挿入し、燃料管162を酸化剤管163の内部に戻す。このように、制御部179は燃料管162の抜き差しの進行と停止を制御する。
In the above burner system, when performing maintenance on the
〔バーナのメンテナンス方法〕
次に、本実施形態に係るバーナのメンテナンス方法について説明する。
なお、以下では、図3Aに示すバーナ161を用いてメンテナンスを行う場合を一例として説明するが、これに限定されない。
[Burner maintenance method]
Next, a burner maintenance method according to the present embodiment will be described.
In addition, although the case where maintenance is performed using the
(引抜工程)
引抜工程においては、燃料管162と溶接固定された炉外側のフランジ部173をフランジ部163aから取り外し、燃料管162を酸化剤管163の内部から引き抜く。燃料管162を酸化剤管163の内部から引き抜いた後、燃料管162のメンテナンスを行う。
(Extraction process)
In the extraction step, the furnace-
(挿入工程)
燃料管162のメンテナンスが終了したら、挿入工程を行って燃料管162を酸化剤管163の内部に戻した後、燃料管162と溶接固定された炉外側のフランジ部173とフランジ部163aを接続固定する。挿入工程においては、燃料管162を酸化剤管163の内部へ挿入する。
(Insertion process)
After the maintenance of the
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態のバーナ161であれば、燃料管162の外周面に複数のリブ172が設けられており、複数のリブ172のうち1つ以上は、酸化剤管163の内周面側の面における角部が面取りされている。リブ172は、例えば、燃料管162をサポートするために用いられる。このように、角部が面取りされたリブ172が設けられているため、燃料管162のメンテナンス時に燃料管162を酸化剤管163から抜き差しした場合において、リブ172が酸化剤管163(特に、酸化剤管用エキスパンション166)に引っ掛かることなく容易に燃料管162を抜き差しすることができる。従って、バーナ161のメンテナンス作業が容易となる。また、角部が面取りされたリブ172と酸化剤管163の内周面とが点接触することにより、燃料管162がリブ172を介して酸化剤管163の内周面に回転支持されるため、燃料管162に大きな曲げモーメントが発生することを防止することができる。また、例えば燃料管162の抜き差し時にどのリブ172が酸化剤管163に引っ掛かるかが予め分かっていて、更に他のリブ172よりもこの引っ掛かるリブ172で燃料管162の支持がされていることが予め分かっている場合は、酸化剤管163に引っ掛かるリブ172のみを面取りしてもよい。これにより、燃料管162に設けるリブ172の必ずしも全てに対して面取りを行う必要がなくなる。
With the configuration described above, according to this embodiment, the following effects are obtained.
In the
また、燃料管162の外周面に設けられたリブ172の酸化剤管163の内周面側の面における角部が全て面取りされていれば、燃料管162のメンテナンス時に燃料管162を酸化剤管163に抜き差しした場合において、リブ172の面取りされた部分が滑らかに接触するため、酸化剤管163に引っ掛かることをより確実に防止することができる。また、角部が面取りされたリブ172と酸化剤管163の内周面とが必ず点接触するので、燃料管162がリブ172を介して酸化剤管163の内周面に必ず回転支持されて燃料管162に大きな曲げモーメントが発生することをより確実に防止することができる。
Further, if all the corners of the
また、本実施形態のバーナシステムにおいては、メンテナンス等の理由で制御部179により所定の位置に燃料管162を酸化剤管163の内部へ挿入する又は燃料管162を酸化剤管163の内部から引き抜くため、図示されていない駆動シリンダ等の抜き差し装置を用いて長手軸方向に沿って炉壁111の内側に向かって移動させる制御を行ったとしても、リブ172が酸化剤管163に引っ掛かることなく抜き差しすることができる。従って、このようなバーナシステムであれば、バーナ161の炉壁内側に突出するバーナ先端位置への調整が容易となり、メンテナンス性が向上する。
In the burner system of the present embodiment, the
また、本実施形態のバーナのメンテナンス方法においては、燃料管162の外周面に複数のリブ172が設けられており、複数のリブ172のうち1つ以上は、酸化剤管163の内周面側の面における角部が面取りされたバーナ161を用いる。このように、角部が面取りされたリブ172を有するバーナ161を用いるため、燃料管162のメンテナンス時に燃料管162を酸化剤管163に抜き差しした場合において、リブ172が酸化剤管163(特に、酸化剤管用エキスパンション166)に引っ掛かることなく容易に燃料管162を抜き差しすることができる。従って、バーナ161のメンテナンスが容易となる。また、角部が面取りされたリブ172と酸化剤管163の内周面とが点接触することにより、燃料管162がリブ172を介して酸化剤管163の内周面に回転支持されるため、燃料管162に大きな曲げモーメントが発生することを防止することができる。
Further, in the burner maintenance method of the present embodiment, a plurality of
なお、上述した実施形態では、リブ172が燃料管162の中心から燃料管162の外周面上下および水平左右方向に突出するように4箇所設けられた態様を一例として説明したが、これに限定されない。具体的には、リブ172は複数であればよく、燃料管162の中心から外周面鉛直上下方向に突出するように2箇所設けられた態様としてもよい。また、燃料管162の長手軸方向の異なる位置に2箇所(炉内側及び炉外側の2箇所)設ける必要もなく、燃料管162の自重による撓みを適正に支持できる位置に、1箇所だけでもよい。
In the above-described embodiment, the four
また、上述した実施形態では、燃料管162に設けられたリブ172がいずれも、酸化剤管163の内周面側の面における角部が全て面取りされている態様を一例として説明したが、これに限定されない。具体的には、燃料管162に設けられたリブ172のうち燃料管162の自重による撓みを支持する1つ以上について、酸化剤管163の内周面側の面における角部が面取りされていればよい。また、面取りされるリブ172についても、酸化剤管163の内周面側の面における角部が全て面取りされる必要はなく、少なくとも必要な効果を得ることができる一部が面取りされることで、燃料管162を酸化剤管163に抜き差しした場合に、リブ172の面取りされた部分が酸化剤管163に引っ掛かることなく、リブ172と酸化剤管163の内周面とが点接触して回転支持されていればよい。
Further, in the above-described embodiment, all the
また、本開示のバーナは、多重管構造のバーナであれば適用可能であり、例えば軽油バーナ等にも適用することができる。 Further, the burner of the present disclosure can be applied as long as it has a multi-tube structure, and can also be applied to, for example, a light oil burner.
また、上述した実施形態では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉を備えたIGCCを一例として説明したが、本開示のガス化炉設備は、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、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ものにも適用可能である。また、本開示のガス化炉設備は、発電用に限らず、所望の化学物質を得る化学プラント用ガス化炉にも適用可能である。 Further, in the above-described embodiment, an IGCC equipped with a coal gasification furnace that generates combustible gas from pulverized coal has been described as an example. It can also be applied to other carbon-containing solid fuels such as grasses, wastes, sludge, and biomass fuels such as tires that are gasified. In addition, the gasifier equipment of the present disclosure is applicable not only to power generation but also to chemical plant gasifiers for obtaining desired chemical substances.
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ほか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。 In addition, in the above-described embodiment, coal is used as fuel, but other carbon-containing solid fuels such as high-grade coal and low-grade coal are also applicable. It may be biomass used as an organic resource derived from, for example, thinned wood, waste wood, driftwood, grass, waste, sludge, tires, and recycled fuel (pellets and chips) made from these raw materials. It is also possible to use
なお、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はクロスオーバー型ガス化炉でも、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。
In this embodiment, a 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)
11 給炭設備
11a 給炭ライン
14 ガス化炉設備
15 チャー回収設備
16 ガス精製設備
17 ガスタービン
18 蒸気タービン
19 発電機
20 排熱回収ボイラ
41 圧縮空気供給ライン
42 空気分離設備
43 第1窒素供給ライン
45 第2窒素供給ライン
46 チャー戻しライン
47 酸素供給ライン
48 異物除去設備
49 生成ガスライン
51 集塵設備
52 供給ホッパ
53 ガス排出ライン
61 圧縮機
62 燃焼器
63 タービン
64 回転軸
65 圧縮空気供給ライン
66 燃料ガス供給ライン
67 燃焼ガス供給ライン
68 昇圧機
69 タービン
70 排ガスライン
71 蒸気供給ライン
72 蒸気回収ライン
73 復水器
74 ガス浄化設備
75 煙突
101 ガス化炉
102 シンガスクーラ
110 圧力容器
110a 圧力容器側開口部
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
126 バーナ
127 バーナ
131 蒸発器
132 過熱器
134 節炭器
144 内部空間
146 外部空間
161 バーナ
162 燃料管(バーナ本体管)
163 酸化剤管(空気管)
163a フランジ部
163b フランジ部
164 ガイド管
165 酸化剤導入用フランジ部
166 酸化剤管用エキスパンション(変位吸収部材)
167 ガイド管用エキスパンション
169 シールボックス
170 保炎器(スワラ)
171 支持管
171a フランジ部
171b フランジ部
172 リブ(補強材)
173 フランジ部
175 フランジ部
176 フランジ部
177 非酸化性ガス導入管
178 フランジ部
179 制御部
L 長さ
10 Integrated coal gasification combined cycle facility (combined gasification combined cycle facility)
11
115
163 oxidizer tube (air tube)
167 Expansion for
171
173
Claims (6)
前記燃料管の外周面を覆い、前記燃料管の外周面との間に酸化剤が導入される酸化剤管と、
前記酸化剤管の延在方向の少なくとも一部に設けられる変位吸収部材と、
を備え、
前記燃料管の外周面には、前記燃料管の径方向外側に突出するように複数のリブが設けられており、
前記複数のリブのうち1つ以上は、正断面視において、前記酸化剤管の内周面側の面における角部が、前記リブが前記酸化剤管の内周面と接触する際に前記リブと前記酸化剤管の内周面とが点接触するように曲面状に面取りされているバーナ。 a fuel pipe for conveying fuel;
an oxidant pipe that covers the outer peripheral surface of the fuel pipe and introduces an oxidant between itself and the outer peripheral surface of the fuel pipe;
a displacement absorbing member provided on at least part of the extending direction of the oxidant tube;
with
A plurality of ribs are provided on the outer peripheral surface of the fuel pipe so as to protrude radially outward of the fuel pipe,
At least one of the plurality of ribs, in a front cross-sectional view, has a corner portion on the inner peripheral surface side of the oxidant tube that is aligned with the rib when the rib contacts the inner peripheral surface of the oxidant tube. and the inner peripheral surface of the oxidant tube are chamfered into a curved surface so that they are in point contact with each other .
前記燃料管を前記酸化剤管の内部へ挿入する又は前記燃料管を前記酸化剤管の内部から燃料管の位置を管理して引き抜く制御を行う制御部と、
を備えるバーナシステム。 A burner according to claim 1 or claim 2;
a control unit that controls the insertion of the fuel pipe into the oxidizer pipe or the removal of the fuel pipe from the oxidizer pipe while managing the position of the fuel pipe;
burner system with
該バーナから微粉燃料が供給されるガス化炉と、
を備えるガス化炉設備。 A burner according to claim 1 or claim 2;
a gasification furnace to which pulverized fuel is supplied from the burner;
gasifier equipment.
前記ガス化炉設備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た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駆動に連結された発電機と、
を備えるガス化複合発電設備。 The gasification furnace equipment according to claim 4;
a gas turbine rotationally driven by burning at least part of the generated gas generated in the gasification furnace equipment;
a steam turbine rotationally driven by steam generated by a heat recovery steam generator that introduces turbine exhaust gas discharged from the gas turbine;
a generator coupled to the rotary drive of the gas turbine and/or the steam turbine;
Combined gasification combined cycle facility with
前記燃料管の外周面を覆い、前記燃料管の外周面との間に酸化剤が導入される酸化剤管と、
前記酸化剤管の延在方向の少なくとも一部に設けられる変位吸収部材と、を備え、
前記燃料管の外周面には、前記燃料管の径方向外側に突出するように複数のリブが設けられており、
前記複数のリブのうち1つ以上は、正断面視において、前記酸化剤管の内周面側の面における角部が、前記リブが前記酸化剤管の内周面と接触する際に前記リブと前記酸化剤管の内周面とが点接触するように曲面状に面取りされているバーナのメンテナンス方法において、
前記燃料管を前記酸化剤管の内部から引き抜く引抜工程と、
前記燃料管を前記酸化剤管の内部へ挿入する挿入工程と、を有するバーナのメンテナンス方法。 a fuel pipe for conveying fuel;
an oxidant pipe that covers the outer peripheral surface of the fuel pipe and introduces an oxidant between itself and the outer peripheral surface of the fuel pipe;
a displacement absorbing member provided in at least part of the extending direction of the oxidizer tube;
A plurality of ribs are provided on the outer peripheral surface of the fuel pipe so as to protrude radially outward of the fuel pipe,
At least one of the plurality of ribs, in a front cross-sectional view, has a corner portion on the inner peripheral surface side of the oxidant tube that is aligned with the rib when the rib contacts the inner peripheral surface of the oxidant tube. and the inner peripheral surface of the oxidant tube are chamfered into a curved surface so that the inner peripheral surface of the oxidant tube is in point contact ,
a pulling step of pulling out the fuel tube from the inside of the oxidizer tube;
and an inserting step of inserting the fuel pipe into the oxidizer pipe.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000027492A (en) | 1998-07-06 | 2000-01-25 | Kubota Corp | Insertion type connecting method for pipe of different diameter |
JP2011117635A (en) | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Ihi Corp | Oil burner in burner device for many kinds of fuels |
WO2012133751A1 (en) | 2011-03-31 | 2012-10-04 | 三菱重工業株式会社 | Burner, reaction furnace such as gasification furnace equipped with burner, and electric generating power plant equipped with reaction furnace |
US20150061201A1 (en) | 2012-04-05 | 2015-03-05 | Hatch Ltd. | Fluidic control burner for pulverous feed |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2806508B2 (en) * | 1990-06-06 | 1998-09-30 | 東邦瓦斯株式会社 | Radiant tube burner |
JPH11173513A (en) * | 1997-12-16 | 1999-06-29 | Osaka Prefecture | Burner device |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000027492A (en) | 1998-07-06 | 2000-01-25 | Kubota Corp | Insertion type connecting method for pipe of different diameter |
JP2011117635A (en) | 2009-12-01 | 2011-06-16 | Ihi Corp | Oil burner in burner device for many kinds of fuels |
WO2012133751A1 (en) | 2011-03-31 | 2012-10-04 | 三菱重工業株式会社 | Burner, reaction furnace such as gasification furnace equipped with burner, and electric generating power plant equipped with reaction furnace |
US20150061201A1 (en) | 2012-04-05 | 2015-03-05 | Hatch Ltd. | Fluidic control burner for pulverous feed |
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