JP4070363B2 - ガス化炉出口構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はガス化炉出口構造に関し、石炭ガス化炉の生成ガス出口部にシール構造を設け、運転中にシール炉壁差圧変動に応じてアニュラスにガスが出入する際に生成ガス中のチャーがアニュラスに侵入しないようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
大型の石炭ガス化炉は、大きく区分すると、微粉炭を燃焼させ、ガス化させるガス化炉と、発生したガスの温度を後流側に送り出すガスの処理に適した温度にまで冷却する熱交換器とから構成されている。又、ガス化効率及び後流側の機器との関係でガス化炉内は高圧状態に保持されるが、そのためにガス化炉及び熱交換器は圧力容器内に収納される構造である。
【0003】
図7は上記のような構造のガス化炉の構成図である。図において、1はガス化炉で微粉炭をガス化する炉、2は熱交換器で、生成ガスを後流側に送るためにガス温度を調整するためのものである。3は圧力容器であり、ガス化炉1及び熱交換器2全体を収納するものである。4は支持金具、5は支持棒であり、ガス化炉1と熱交換器2を吊下げで支持するものである。6はスラグホッパ、7はガス化炉ガス出口部であり、生成ガスを後流の機器へ提供する出口である。8はアニュラスであり、ガス化炉1及びこれに連通する熱交換器2と圧力容器3との空間であり、補修するための空間部となっており、9はUシールするためのスラグホッパスカートである。
【0004】
図8は図7におけるF部拡大図であり、ガス化炉出口部7において、熱交換器2の周壁2a出口部とアニュラス8とは連通しており、熱伸び差が吸収できるようになっている構造を示している。
【0005】
上記構成の石炭ガス化炉においては、ガス化炉1及び熱交換器2は、内部が高圧に保持されているので、圧力容器3内に収納されており、又、上部から支持金具4、吊棒5とにより吊下げられている。このような構造により、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との熱伸び差の吸収をガス化炉1の下方と熱交換器2の下方とで行うことができる。
【0006】
又、ガス化炉1を補修するために、ガス化炉1周囲と圧力容器3、熱交換器2の周壁2aの周囲と圧力容器3との間にはアニュラス(空間部)8を設けているので、ガス化炉1の熱がアニュラス8に流入しないようにシール構造を設けている。このシール構造はガス化炉1の下部に設けられており、ガス化炉1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造となっている。水はスラグホッパ6内に溜まっており、Uシール構造とするためにスラグホッパスカート9が設けられ、スカートが水没することによりシールを保持しており、このような構造によって熱伸び差を吸収すると共に、シールも兼ねている。
【0007】
又、熱交換器2の出口部においては、出口ガス温度が低くなっており、温度シールの必要性がない事及びガス化炉1の炉壁及び熱交換器の周壁2aの壁の耐圧力はせいぜい数百〜数千mmH2 O程度であり、高差圧に耐え切れない為及び熱伸び差を吸収させるため、ガス化炉ガス出口部7において熱交換器2出口部とアニュラス8とは連通構造となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の石炭ガス化炉においては、熱交換器出口部において、熱交換器の容器の出口部とアニュラス8は連通している構造であり、ガス化炉1内の圧力変動時に熱交換器2からの出口ガスがアニュラス8に流入したり、又、アニュラス8内のガスがガス化炉ガス出口部7に流出したりする。熱交換器2出口ガスはチャーという未燃炭素と灰分と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内にチャーが堆積したり、このチャーの侵入によりアニュラス8内の構造物、配管等を腐食させたりする。
【0009】
そこで本発明は、石炭ガス化炉の熱交換器出口部とアニュラスとの連通部にシール構造を設け、アニュラス内とガス通路内でアニュラス内に生成ガス中のチャーが侵入しないようにするガス化炉出口構造を提供することを課題としてなされたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の(1)〜(6)の手段を提供する。
【0011】
(1)石炭ガス化炉及び同ガス化炉と連通した熱交換器と、同石炭ガス化炉及び熱交換器全体を覆い周囲に所定の空間を保つアニュラスを形成する圧力容器とで構成されたガス化炉のガス出口構造であって、前記熱交換器後流側のガス出口は、内筒部とその外側を覆い、前記ガス出口に連通する外筒部との二重構造であり、前記外筒部と前記圧力容器内周壁面との間を伸縮自在に密閉する手段と、前記外筒部の周囲壁面に前記熱交換器内と前記アニュラス間を連通する穴を設けると共に、同穴に着脱可能にフィルタを設けたことを特徴とするガス化炉出口構造。
【0012】
(2)前記フィルタは焼結金属からなることを特徴とする(1)記載のガス化炉出口構造。
【0013】
(3)前記フィルタはセラミックからなることを特徴とする(1)記載のガス化炉出口構造。
【0014】
(4)前記フィルタの面には金網を設けることを特徴とする(1)ないし(3)の何れかに記載のガス化炉出口構造。
【0015】
(5)前記穴は前記外筒部の周囲壁面に複数段に配列されていることを特徴とする(1)ないし(4)の何れかに記載のガス化炉出口構造。
【0016】
(6)前記アニュラスには窒素ガスを供給し所定圧力に保持することを特徴とする(1)ないし(5)の何れかに記載のガス化炉出口構造。
【0017】
本発明の(1)においては、熱交換器後流側の生成ガスの出口は、内筒部とその外側を覆い、前記ガス出口に連通する外筒部との二重構造であり、前記外筒部と前記圧力容器内周壁面との間は伸縮自在の密閉手段、例えば蛇腹等からなる部材でガス出口部周辺と圧力容器の内周壁面とを塞ぎ、ガス通路とアニュラス間が密閉され、更に伸縮自在であり容器と圧力容器間の熱伸び差も吸収できる。容器内からの熱交換器を出たガスはガス出口から後流の機器へ供給されるが、アニュラスの炉壁差圧が変動すると、生成ガスの一部がフィルタを通してアニュラスに流入する。この流入するガス中に含まれるチャーはフィルタにより除去され、ガスのみが流入するので、アニュラス内にチャーが侵入してチャーが堆積したり、腐食を起こしたりする不具合が防止される。又、フィルタは着脱可能であるので、適宜取外して洗浄し、再使用することができる。
【0018】
又、本発明の(2)では、フィルタが焼結金属、例えばステンレスの粉末を高温、高圧下で固めた焼結体を用いるので、機械的強度、耐圧が大きく、腐食にも強く、熱交換器出口の400℃〜450℃の高温ガスに耐えることができる。又、機械加工、溶接等が可能であり、互いに連絡しあった無数の毛細管の集合体により微粉炭の未燃分や灰を高精度に濾過することができ、又、洗浄により繰り返し使用が可能となる。又、本発明の(3)では、焼結金属と同様の性質を有するセラミックも使用可能となる。
【0019】
本発明の(4)ではフィルタの面には金網を設けているので、フィルタは金網で保護され、万一破損したとしても破損による飛散等が防止される。又、本発明の(5)では、穴は外筒部の周囲壁面に複数個設けられると共に、上下2段等複数に配列されるので、ガス出口部とアニュラスとの連通個所の面積を大きく取り、大きな差圧変動にも対応できるようになる。又、本発明の(6)では、アニュラス内には窒素ガスを通常変動するアニュラスの炉壁差圧以上の所定圧力を保って流入させるので、アニュラスへの生成ガスの流入を極力減じる事ができる。又、仮に通常変動のアニュラスの炉壁差圧を超え差圧が変動し、一部の生成ガスがアニュラスへ流れ込んだ場合でも、連続して供給する窒素ガスにより、アニュラス内の生成ガスの成分は次第に希釈され、やがて、アニュラス内からパージされてしまう。この事により、アニュラス内は清浄に保たれ、アニュラス内の金属の腐食を減じることが出来るため、耐腐食性材料を使用しなくて済む経済効果が大きい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実施の第1形態に係るガス化炉出口構造を適用したガス化炉の全体構成図である。図1において、符号1〜9は図7,8に示す従来の構造と同じ構成であるので、詳しい説明は省略し、そのまま引用して説明するが、本発明の特徴部分は符号10,11及び17で示す部分にあり、以下に詳しく説明する。
【0021】
図1において10は焼結金属フィルタであり、熱交換器2の出口部に着脱可能に設けられ、アニュラス8と周壁2aとの間をフィルタを介して連通させている。11は伸縮継手であり、後述するように周壁2aの出口部周端部とアニュラス8との間を密閉すると共に、伸縮自在な蛇腹構造により熱伸び差を吸収できる構造としている。17はシールガス供給用調節弁であり、アニュラス8内に窒素ガスを供給し、炉壁差圧を絶えず数百mmH2 Oの圧力に維持するものである。その他の構成は図7,図8に示す従来例と同じである。
【0022】
図2は図1におけるA部詳細であり、伸縮継手11の詳細構造を示している。図において、蛇腹式の伸縮継手11は両端にリング状の取付けフランジ11b,11cを有した円筒形状の蛇腹11aからなり、フランジ11bは熱交換器2の周壁2aの周端部のフランジ2bに、フランジ11cはガス化炉ガス出口部7の内周壁面に設けたフランジ7aとにそれぞれ接続され、周壁2aの出口部とアニュラス8との間を密閉し、かつ周壁2aとガス化炉ガス出口部7との熱伸び差を蛇腹11aで吸収できるようにしている。
【0023】
図3は熱交換器出口部における焼結金属フィルタの取付部を示す詳細図であり、(a)は側面図、(b)は(a)におけるB−B矢視図である。図において、熱交換器2の周壁2a出口部はテーパ状で二重構造となっている。周壁2aの出口部はテーパ状で先細りの内筒部13aとその外側を覆い、ガス化炉ガス出口部7に連通する外筒部13bとから構成されている。外筒部13bの周囲には、(b)図にも示すように、焼結金属フィルタ10が着脱可能に設けられており、フィルタ10は外筒部13bの各4側面に周壁2a内部とアニュラス8側とを連通する穴を設け、その穴にそれぞれ4個づつ設けられ、図示の例では全部で16個が設けられている。
【0024】
図3に示す構成の焼結金属フィルタ10を設けると、熱交換器2から流出するガス30は、図中点線で示すように、周壁2a内のガス圧が変動し、アニュラス8内のN2 ガス圧よりも大きくなると、30aのように出口部から流出すると共に、30bで示すように焼結金属フィルタ10より周壁2a外へ流出し、周壁2aの下端部は図2で説明したように伸縮継手11で密閉されているので、ガス30bはアニュラス8内へ侵入する。ガス30bは焼結金属のフィルタを通過しているので、ガス中に含まれるチャーはフィルタで除去されてアニュラス8内へは侵入しない。
【0025】
図4は本発明の実施の第1形態での焼結金属フィルタ10の詳細を示し、(a)はその断面図、(b)は(a)におけるC−C矢視図である。両図において、周壁2aのテーパ状の出口部の外筒部13bには円形の開口13cが設けられ、開口13cの周囲には継ぎ手部27が設けられ、円筒形状で出口周囲にリング状のフランジ部14aを有する外側管材14が継ぎ手部27に接合されて取付けられている。外側管材14には内側管材15が挿入され、そのフランジ部15aは外側管材14のフランジ部14aと接し、ボルト等で結合されている。16は十字形の支持材であり、内側管材15にその外側4ヶ所が溶接等で取付けられている。従って焼結金属フィルタ10は外側管材14のフランジ部14aと内側管材15のフランジ部15aとの締め付けボルトを緩める事により内側管材15、内側管材のフランジ15a、支持材16と共に取外し可能となっている。
【0026】
20は焼結金属であり、円形状で、4a,4b,4c,4dと4分割されており、円形状の周囲は内側管材15に、各分割部分の端部は支持材16にネジ等で固定されており、周壁2a内とアニュラス8側とを塞いでいる。焼結金属20はステンレスの粉末を高温、高圧で固めたものであり、互いに連結しあった無数の毛細管の集合体からなり、機械的強度、耐圧が大きく、腐食にも強い。又、機械加工や溶接も可能で、このようなフィルタは微細な粉体の通過を防止してガスを濾過し、ガス中に含まれるチャーを除去する。
【0027】
上記に説明の実施の第1形態において、ガス化炉1の運転中にはシールガス供給用調節弁17より常時N2 ガスをアニュラス8に供給し、ガス化炉1との炉壁差圧を数百mmH2 Oの圧力に保持する。運転中のガス化炉1の熱変動で炉壁差圧が変動し、差圧が減少すると、生成ガス中のチャーが熱交換器2を通過し、ガス化炉ガス出口部7から後流側の機器側へガスを供給すると共に、図3に示すようにテーパ状の内筒部13aと外筒部13bとの間に流れ、ここから焼結金属フィルタ10を通り30bのようにアニュラス8に流入するが、フィルタ10によりチャーの侵入が防止される。
【0028】
ガス中のチャーは、微粉炭のうちの未燃分と灰からなる平均20〜30μm の微粒子であり、これがアニュラス8に流入すると、チャーは腐食性のあるガスも含み、アニュラス8内に堆積したり、構造物や配管等を腐食させるが、このチャーは焼結金属フィルタ10の焼結金属20により除去されてアニュラス8内には侵入しない。又、図2に示すように、ガス出口下部には伸縮継手11が設けられており、熱交換器2の周壁2a出口部と圧力容器2との間の熱伸び差は蛇腹11aで吸収される。
【0029】
図5は本発明の実施の第2形態に係るガス化炉出口構造を示し、(a)は焼結金属フィルタの断面図、(b)は(a)におけるD−D矢視図である。図において符号10,14,14a,15,15a,16は図4に示す実施の第1形態と同じ構造であり、本実施の第2形態では金網21を設けた部分にある。
【0030】
金網21は、21a,21b,21c,21dのように4分割されており、それぞれの金網21はフランジ15aの溝28、支持材16の溝29に挿入されて焼結金属20に近接、もしくは当接して固定されており、焼結金属20を保護している。金網のメッシュは保護用のためガスの通過を妨げないように大きめのもので良い。本実施の第2形態においても、図4に示す焼結金属フィルタと同様の効果を奏すると共に、更に焼結金属20のフィルタ部が保護される効果を有する。
【0031】
図6は本発明の実施の第3形態に係るガス化炉出口構造を示し、(a)は焼結金属フィルタの断面図、(b)は(a)におけるE−E矢視図である。図において、22は内側金網、23は外側金網であり、焼結金属20を両側から挟み込んで配設されている。24は管材であり、外筒部13bの開口13c周囲に取付けられている。26は十字形の支持材であり、外側金網23を外側から支持し、4ヶ所で支持リング25に固定されている。
【0032】
上記の実施の第3形態においては、焼結金属20は両側から金網22,23で支持されているので、焼結金属20が破損することを防止でき、実施の第1形態と同様の効果を奏すると共に、ガス化炉出口構造のフィルタの信頼性が向上するものである。
【0033】
【発明の効果】
本発明のガス化炉出口構造は、(1)石炭ガス化炉及び同ガス化炉と連通した熱交換器と、同石炭ガス化炉及び熱交換器全体を覆い周囲に所定の空間を保つアニュラスを形成する圧力容器とで構成されたガス化炉のガス出口構造であって、前記熱交換器後流側のガス出口は、内筒部とその外側を覆い、前記ガス出口に連通する外筒部との二重構造であり、前記外筒部と前記圧力容器内周壁面との間を伸縮自在に密閉する手段と、前記外筒部の周囲壁面に前記熱交換器内と前記アニュラス間を連通する穴を設けると共に、同穴に着脱可能にフィルタを設けたことを特徴としている。このような構造により、生成ガス中に含まれるチャーがアニュラスへ流入する際には、フィルタにより除去され、ガスのみが流入するので、アニュラス内にチャーが侵入してチャーが堆積したり、腐食を起こしたりする不具合が防止される。又、フィルタは着脱可能であるので、適宜取外して洗浄し、再使用することができる。
【0034】
又、本発明の(2)では、フィルタが焼結金属であり、機械的強度、耐圧が大きく、腐食にも強く、熱交換器出口の400℃〜450℃の高温ガスに耐えることができる。又、機械加工、溶接等が可能であり、互いに連絡しあった無数の毛細管の集合体により微粉炭の未燃分や灰を高精度に濾過することができ、又、洗浄により繰り返し使用が可能となる。又、本発明の(3)では、焼結金属と同様の性質を有するセラミックも使用可能となる。
【0035】
本発明の(4)ではフィルタの面には金網を設けているので、フィルタは金網で保護され、万一破損したとしても破損による飛散等が防止される。又、本発明の(5)では、穴は外筒部の周囲壁面に複数個設けられると共に、複数段に配列されるので、ガス出口部とアニュラスとの連通個所の面積を大きく取り、大きな差圧変動にも対応できるようになる。又、本発明の(6)では、アニュラス内には窒素ガスを通常変動するアニュラスの炉壁差圧以上の所定圧力を保って流入させるので、アニュラスへの生成ガスの流入を極力減じる事ができる。又、仮に通常変動のアニュラスの炉壁差圧を超え差圧が変動し、一部の生成ガスがアニュラスへ流れ込んだ場合でも、連続して供給する窒素ガスにより、アニュラス内の生成ガスの成分は次第に希釈され、やがて、アニュラス内からパージされてしまう。この事により、アニュラス内は清浄に保たれ、アニュラス内の金属腐食を減じる事ができるため、耐腐食性材料を使用しなくて済む経済効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係るガス化炉出口構造を採用した石炭ガス化炉全体の構成図である。
【図2】図1におけるA部詳細図である。
【図3】本発明の実施の第1形態に係るガス化炉出口構造における焼結金属取付部詳細を示し、(a)は断面図、(b)は(a)におけるB−B矢視図である。
【図4】本発明の実施の第1形態に係る焼結金属フィルタを示し、(a)は断面図、(b)は(a)におけるC−C矢視図である。
【図5】本発明の実施の第2形態に係る焼結金属フィルタを示し、(a)は断面図、(b)は(a)におけるD−D矢視図である。
【図6】本発明の実施の第3形態に係る焼結金属フィルタを示し、(a)は断面図、(b)は(a)におけるE−E矢視図である。
【図7】従来の石炭ガス化炉の全体構成図である。
【図8】図7における下部詳細図である。
【符号の説明】
1 ガス化炉
2 熱交換器
2a 周壁
3 圧力容器
7 ガス化炉ガス出口部
8 アニュラス
10 焼結金属フィルタ
11 伸縮継手
12 ガス通路
13a 内筒部
13b 外筒部
13c 開口
14 外側管材
15 内側管材
16,26 支持材
20 焼結金属
21 金網
22 内側金網
23 外側金網
24 管材
25 支持リング
28,29 溝
Claims (6)
- 石炭ガス化炉及び同ガス化炉と連通した熱交換器と、同石炭ガス化炉及び熱交換器全体を覆い周囲に所定の空間を保つアニュラスを形成する圧力容器とで構成されたガス化炉のガス出口構造であって、前記熱交換器後流側のガス出口は、内筒部とその外側を覆い、前記ガス出口に連通する外筒部との二重構造であり、前記外筒部と前記圧力容器内周壁面との間を伸縮自在に密閉する手段と、前記外筒部の周囲壁面に前記熱交換器内と前記アニュラス間を連通する穴を設けると共に、同穴に着脱可能にフィルタを設けたことを特徴とするガス化炉出口構造。
- 前記フィルタは焼結金属からなることを特徴とする請求項1記載のガス化炉出口構造。
- 前記フィルタはセラミックからなることを特徴とする請求項1記載のガス化炉出口構造。
- 前記フィルタの面には金網を設けることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載のガス化炉出口構造。
- 前記穴は前記外筒部の周囲壁面に複数段に配列されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4の何れかに記載のガス化炉出口構造。
- 前記アニュラスには窒素ガスを供給し所定圧力に保持することを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れかに記載のガス化炉出口構造。
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