JP4070363B2

JP4070363B2 - ガス化炉出口構造

Info

Publication number: JP4070363B2
Application number: JP20299799A
Authority: JP
Inventors: 義孝古閑; 弘実石井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2001026789A

Description

【０００１】
【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mmＨ₂Ｏ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mmＨ₂Ｏ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mmＨ₂Ｏ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

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。