JPH09176662A - 石炭ガス化装置のシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス化炉と熱交換器及びそれらのまわりに中
空部を介して配設された圧力容器を有する石炭ガス化装
置において、その熱交換器の出口部と中空部との間を、
伸差を許容しつつシールし、かつ、熱交換器内と中空部
の間の差圧を許容値以内に制御可能としたシール装置を
提供する。 【解決手段】 ガス化炉１を出た石炭ガス化ガスを冷却
用の熱交換器２のガス出口部７と、アニュラス（中空
部）８との間をシールする伸縮継手１１を設けている。
圧力容器３には、アニュラス８にシールガスを供給する
シールガス供給弁１２と、アニュラス８内のガスをガス
化炉ガス出口部７に排気するシールガス排気弁１３が設
けられている。シールガス供給弁１２とシールガス排気
弁１３は、熱交換器２とアニュラス８の間の差圧が許容
値以内に保たれるよう開閉制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス化炉及びガス
化ガス冷却用の熱交換器と、それらのまわりに中空部を
形成して配設された圧力容器とを有する石炭ガス化炉に
おいて、その中空部と熱交換器の間のシール装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガス化炉及びガス化ガス冷却用の熱交換
器と、それらのまわりに中空部を形成して配設された圧
力容器とを有する従来の石炭ガス化装置の構造を図６及
び図７に基づいて説明する。図６及び図７に示す大形の
石炭ガス化装置は、微粉炭を燃焼及びガス化させるガス
化炉１と、このガス化炉１で発生したガスの温度を後流
側の処理に適した温度にまで冷却する熱交換器２により
構成されている。

【０００３】また、ガス化効率及び後流機器との関係
で、ガス化炉１内は高圧状態に保たれるが、そのため、
ガス化炉１及び熱交換器２は圧力容器３の中に収められ
ている。そしてガス化炉１と熱交換器２とは圧力容器３
内の支持金具４、吊り棒５により吊り下げられている。

【０００４】このような吊り下げ構造として起動、停
止、運転中におけるガス化炉１と圧力容器３、及び熱交
換器２と圧力容器３との熱伸差の吸収をガス化炉１の下
方部及び熱交換器２の下方部で行うようにしている。

【０００５】一方、ガス化炉１及び熱交換器２を保修す
るために、ガス化炉１及び熱交換器２と圧力容器３との
間にはアニュラス８（空間部）を設けるが、ガス化炉１
内の熱ガスがアニュラス８に流れ出ないようにシールす
る必要がある。

【０００６】従来の技術ではガス化炉１の下部には、ガ
ス化炉１から出てくる溶融スラグを水砕するために水を
溜める構成上前述の伸差吸収及びシールを兼ねてガス化
炉１内とアニュラス８との間のシールを水によるＵシー
ル構造としている。この水を溜めている所をスラグホッ
パ６といい、Ｕシールのためスラグホッパスカート９を
設けドリップシール構造としている。

【０００７】なお、ガス化炉１の炉壁及び熱交換器２の
壁の耐圧力はせいぜい数百から数千mmＨ₂ Ｏ程度であ
り、高差圧に耐え切れない事、前述の熱伸差を吸収させ
るため及び熱交換器出口ガス温度は低くなっていて温度
シールの必要がないため、熱交換器２下部のガス化炉ガ
ス出口部７において熱交換器２出口ダクトとアニュラス
８とはガス化炉ガス出口部７を介して連通させた構造と
している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
の石炭ガス化装置においては、熱交換器２は、そのガス
出口部７でアニュラス８と連通しているため、ガス化炉
１内の圧力変動時に熱交換器２の出口ガスがアニュラス
８に流れ込んだり、又はアニュラス８内のガスがガス化
炉ガス出口部７に流れ出たりする。

【０００９】熱交換器２の出口ガスはチャーという未燃
炭素と灰分を含んだ微粒子を含むと共に、腐食性のある
ガスも含んでいるため、アニュラス８内の各部にチャー
が堆積したり、アニュラス８内の構造物、配管等を腐食
させたりする。

【００１０】本発明は、熱交換器２の出口部とアニュラ
ス８とを連通しないシール構造とし、伸差吸収も行い、
かつ、ガス化炉１内及び熱交換器２内とアニュラス８と
の差圧（以後、化炉壁差圧と称す。）を許容値以内に制
御可能とする石炭ガス化装置のシール装置を提供するこ
とを課題としている。

【００１１】本発明は、ガス化炉、同ガス化炉を出たガ
ス化ガスを冷却する熱交換器、及び前記ガス化炉と前記
熱交換器のまわりに中空部を形成して配設された圧力容
器を有し石炭を高圧でガス化する石炭ガス化装置におけ
る前記課題を解決するため、熱交換器の出口部と前記中
空部との間に設けられ同熱交換器と前記圧力容器との間
の熱伸縮を許容しつつシールするシール手段を設ける。

【００１２】そして、そのガス化炉又は熱交換器の内部
と前記中空部との間の差圧を検出する差圧検出器と、圧
力容器に設けられその差圧検出器により検出された差圧
に基づいて開閉されるシールガス供給弁及びシールガス
排気弁とを設ける。

【００１３】本発明によるシール装置は前記したように
熱交換器出口部と圧力容器との間に設けられたシール手
段によって両者間の熱伸差を吸収しつつ熱交換器内と、
そのまわりの中空部とを完全にシールする。

【００１４】そしてその中空部内には、中空部と熱交換
器との間の差圧に基づいてシールガス供給弁から導かれ
るシールガスと、その中空部からシールガス排気弁を通
して行われる排気とによって中空部と熱交換器内との差
圧を許容値以内に保つことができる。なお、ガス化炉の
下部は、従来と同様、水によるＵシール構造をもつシー
ル方式とする。

【００１５】なお、本発明によるシール装置において
は、シールガス排気弁の出口を石炭ガス化装置のガス化
ガス出口部へ接続した構成として、シールガス排気弁か
らの排気を迅やかに行わせ、化炉壁差圧を小さくすると
共に、シールガスの加圧に用いられた動力を回収するの
が好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による石炭ガス化装
置のシール装置について図１〜図４に示した実施の形態
に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態
において、図６、図７に示した従来の装置と同じ構成の
部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してある。

【００１７】（実施の第１形態）まず、図１、図２に示
した実施の第１形態によるシール装置について説明す
る。この実施形態によるシール装置では、熱交換器２の
下部に伸縮継手１１を設ける事により熱交換器２と、圧
力容器３との熱伸差を吸収させると共にガス化炉ガス出
口部７と、アニュラス８とをシールする構成としてい
る。

【００１８】ここにおいて、ガス化炉１の炉壁及び熱交
換器２の壁の耐圧力はせいぜい数百から数千mmＨ₂ Ｏ程
度であり、高差圧に耐え切れないので、この壁の差圧を
検出する化炉壁差圧検出器１０、シールガス供給弁１２
及びシールガス排気弁１３を設け、シールガスを流した
り止めたり、排気したりして化炉壁差圧を許容値以内に
制限させる。

【００１９】シールガス排気弁１３からのシールガスの
排気先はガス化炉ガス出口部７としており、ガス化炉生
成ガスと混入させるため、シールガスとしては酸素含有
率が２％以下の不活性ガスが適しているが、生成ガスを
希釈し、発熱量を低下させるため、シールガスの排気量
は極力少なくすべきである。

【００２０】このシール排ガスを回収しないで、大気に
排気する事も考えられるが、ガス化炉壁差圧が負圧、つ
まりアニュラス８側圧力が熱交換器２内の圧力よりも高
い時にこのシールガス排気弁１３から排気するので、少
量のシールガス排気で早く化炉壁差圧を小さくするとい
う観点から、このシール排ガスは、ガス化炉ガス出口部
７に排気すべきである。

【００２１】また、一般的に石炭ガス化炉の生成ガスは
後流のガスタービンの燃料として用いられるため、シー
ルガス加圧に用いられる動力の回収という観点から、こ
のシール排ガスはガス化炉ガス出口部７等に回収すべき
である。

【００２２】一方、シールガス供給弁１２の取付位置
は、本実施形態では説明の都合上、ガス化炉ガス出口部
７近傍に配置しているが、アニュラス８内を常に清浄化
させるという点及びアニュラス８にシールガスが入った
後、炉壁により加熱され熱膨張する事によりシールガス
の使用量を減らす事が出来る点を考慮すると、ガス化炉
１側のアニュラス８へシールガスを入れるよう配置する
ことも出来る。

【００２３】このシールガスの使用量を少くするための
シールガス供給弁１２及びシールガス排気弁１３の制御
のやり方の例として、図５にシールガス供給弁及びシー
ルガス排気弁の制御設定例を示している。すなわち、化
炉壁差圧が或る値の範囲＋ＸmmＨ₂ Ｏから−ＹmmＨ₂ Ｏ
内である場合はシールガスの供給及び排気は無く、それ
を外れた差圧発生の程度によりシールガスの供給量及び
排気量を加減するのである。

【００２４】図１及び図２に示した石炭ガス化装置及び
そのシール装置のその他の構成は図６及び図７に示した
ものと実質同じでありその説明を省略する。

【００２５】このように構成した図１の石炭ガス化装置
において、前述の化炉壁差圧の制御が緊急時、或いは万
一不良動作等により十分に機能できない場合、前もって
設定された或る一定のシール差圧以上の化炉壁差圧にな
ると、ガス化炉１の下のスラグホッパ６部に設けている
Ｕシールが切れ、炉壁の高差圧による損傷を防止する安
全装置として働く。一般には、このように高差圧が立
ち、Ｕシールが切れそうになれば、それを検知しガス化
炉の運転を停止させるインターロックを設けている。

【００２６】（発明の実施の第２形態）次に、図３に示
した実施の第３形態によるシール装置について説明す
る。実施の第１形態によるシール装置では、熱交換器出
口部７とアニュラス８、間に設けるシール手段として伸
縮継手１１を用いているが、これに限らず熱交換器出口
部７と圧力容器３との間の熱伸差を吸収して、かつ、リ
ーク量の少ない方式であれば良い。

【００２７】この実施の第２形態では、ピストンリング
方式のシール手段を採用している。すなわち、本実施形
態によるシール手段は、ピストンリング１５、ピストン
リングガイド１６及びピストンリングホルダー１７によ
り構成される。ピストンリング１５はピストンリングホ
ルダー１７と共にピストンリングガイド１６面をスライ
ドしつつバネ力によりピストンリングガイド１６に押し
付けられ、ピストンリングホルダー１７の溝とピストン
リング１５の幅とを極小隙間とする事で、リーク量を少
なくすることが出来る。

【００２８】（発明の実施の第３形態）次に、図４に示
した実施の第４形態によるシール装置について説明す
る。この実施の第３形態では、グランド方式のシール手
段を採用している。すなわち、本実施形態によるシール
手段は、グランドパッキン２０、グランドパッキンガイ
ド２１、グランド押え２２及びグランドホルダー２３に
より構成される。グランドパッキン２０は、グランド押
え２２とグランドホルダー２３によりグランドパッキン
ガイド２１に圧着されグランドパッキンガイド２１の面
をスライドしつつ、リーク量を少なくする事が出来る。

【００２９】

【発明の効果】従来の石炭ガス化装置では、熱交換器出
口部において、熱交換器内とそのまわりの中空部とが連
通しているため、ガス化炉内の圧力変動時に熱交換器出
口ガスが中空部に流れ込んだり、又はアニュラス内のガ
スがガス化炉ガス出口部に流れ出たりしていた。

【００３０】熱交換器出口ガスはチャーと呼ばれる未燃
炭素と灰分を含んだ微粒子を含むと共に、腐食性のある
ガスも含んでいるため、中空部内の各部にチャーが堆積
したり、中空部内の構造物、配管等を腐食させたりし、
中空部内の構造物、配管等の耐用年数が短く、又、保修
する場合も、チャー（粉塵）が堆積しているため、先
ず、この清掃から始めねばならず、作業環境も非常に悪
いものであった。

【００３１】本発明によると、ガス化炉ガス出口部と中
空部とを連通させないシール構造とし、伸差吸収も行
い、かつ、ガス化炉内及び熱交換器内と中空部との差圧
を許容値以内に制御する構成とする事により、中空部内
の構造物、配管等が生成ガス中の腐食性ガスにより腐食
するのを防止する事が出来、耐用年数が延びるのみなら
ず、中空部内にチャーの堆積も無く、保修、点検時等の
負担を非常に軽減出来る。

【００３２】また、従来のように、熱交換器の出口部に
シール構造なしのまま、シールガスを中空部に供給し、
中空部内にガス化炉ガス出口部のガスが流れ込まないよ
うにシールする構造とした場合、非常に大量のシールガ
スを必要とし、このシールガスはガス化炉ガス出口部で
混合するので、生成ガスの発熱量を著しく低下させてし
まい、後流機器に必要な値以下の発熱量となり兼ねない
ものであった。

【００３３】本発明によると、化炉壁差圧の変動に応
じ、シールガス供給弁からシールガスを供給し、或いは
シールガス排気弁からシールガスを排気し、シールガス
の使用量を極力少なくなるように制御する事が出来る。
本発明によると、一例としてガス化炉の容量が２０００
ｔ／日級で、炉内圧力が２５kg/cm²で通常の定圧力運転
中の場合、このシールガスの使用量は生成ガス量の１％
以下で従来のシール方式の場合に比べ約１／１０に低減
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態によるシール装置を備
えた石炭ガス化装置を示す構成図。

【図２】図１のＡ部のシール装置を拡大して示した断面
図。

【図３】本発明の実施の第２形態によるシール装置を示
す図２と同様の断面図。

【図４】本発明の実施の第３形態によるシール装置を示
す図２と同様の断面図。

【図５】図２に示したシール装置におけるシールガス供
給弁及びシールガス排気弁の制御設定例を示す線図。

【図６】従来のシール装置を備えた石炭ガス化装置を示
す構成図。

【図７】図６のＡ部のシール装置を拡大して示した断面
図。

【符号の説明】

１ ガス化炉 ２ 熱交換器 ３ 圧力容器 ４ 支持金具 ５ 吊り棒 ６ スラグホッパ ７ ガス化炉ガス出口部 ８ アニュラス（中空部） ９ スラグホッパスカート １０ 化炉壁差圧検出器 １１ 伸縮継手 １２ シールガス供給弁 １３ シールガス排気弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス化炉、同ガス化炉を出たガス化ガス
   を冷却する熱交換器、及び前記ガス化炉と前記熱交換器
   のまわりに中空部を形成して配設された圧力容器を有し
   石炭を高圧でガス化する石炭ガス化装置において、前記
   熱交換器の出口部と前記中空部との間に設けられ同熱交
   換器と前記圧力容器との間の熱伸縮を許容しつつシール
   するシール手段と、前記ガス化炉又は熱交換器の内部と
   前記中空部との間の差圧を検出する差圧検出器と、前記
   圧力容器に設けられ前記差圧検出器により検出された差
   圧に基づいて開閉されるシールガス供給弁及びシールガ
   ス排気弁とを有することを特徴とする石炭ガス化装置の
   シール装置。
2. 【請求項２】 前記シールガス排気弁の出口を石炭ガス
   化装置のガス化ガス出口部へ接続してなる請求項１記載
   の石炭ガス化装置のシール装置。