JP5595581B2 - 石炭ガス化炉用微粉炭供給システム - Google Patents

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Description

本発明は、石炭ガス化炉用微粉炭供給システムに関するものである。
石炭ガス化炉用微粉炭供給システムとしては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
特開2000−119666号公報
上記特許文献1に開示された石炭ガス化炉用微粉炭供給システムでは、供給ホッパ内に微粉炭(燃料)を補充(補給)する際に大気圧状態とされた供給ホッパ内の圧力を、できるだけ短い時間でガス化炉内の圧力よりも高い圧力にするため、図5に示すような2段加圧方式が採用されていた。
しかしながら、図5に示すような2段加圧方式では、供給ホッパ内に保有する微粉炭供給完了後、次の微粉炭を受け入れるために供給ホッパ内の圧力を大気圧状態にする際に、供給ホッパ内に充填されていた不活性ガス(例えば、N)のすべてを大気中に放出(排気)するようにしていた。そのため、不活性ガスの消費量(使用量)が多くなり、不経済であるとの問題点があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができる石炭ガス化炉用微粉炭供給システムを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の第1の態様に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムは、微粉炭機により粉砕された微粉炭を受け入れる微粉炭供給ホッパと、前記微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れる際、前記微粉炭供給ホッパの内部に充填されていた不活性ガスの一部を一時的に回収し、その回収した不活性ガスを内部が大気圧状態とされた前記微粉炭供給ホッパに供給する第1加圧タンクと、前記微粉炭供給ホッパの内部圧力をガス化炉に供給するために所定の圧力まで更に上昇させるのに必要な圧力をもった不活性ガスが充填されている第2加圧タンクと、を備えている。
上記第1の態様に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムによれば、微粉炭供給ホッパが微粉炭を受け入れる際、微粉炭供給ホッパの内部に充填されていた不活性ガスの一部が第1加圧タンクに一時的に回収され、その回収された不活性ガスが、大気圧状態にある微粉炭供給ホッパの内部に再度充填されることになる。
これにより、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができる。
上記石炭ガス化炉用微粉炭供給システムにおいて、前記微粉炭供給ホッパを少なくとも二つ設け、そのうちの少なくとも一つの微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れている際、その他の微粉炭供給ホッパは、ガス化炉に前記微粉炭を供給しているように構成するとさらに好適である。
このような石炭ガス化炉用微粉炭供給システムによれば、ガス化炉に微粉炭を継続して安定的に供給することができる。
上記石炭ガス化炉用微粉炭供給システムにおいて、前記第1加圧タンクの容量が、前記微粉炭供給ホッパの容量の25%から100%となるとさらに好適である。
このような石炭ガス化炉用微粉炭供給システムによれば、第1加圧タンクの容量を、従来の2段加圧方式に用いられていた第1段加圧タンクの容量と同じか、あるいはそれよりも小さくすることができ、当該石炭ガス化炉用微粉炭供給システム全体の小型化を図ることができる。
本発明の第2の態様に係る石炭ガス化複合発電設備は、上記いずれかの石炭ガス化炉用微粉炭供給システムを具備している。
上記第2の態様に係る石炭ガス化複合発電設備によれば、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができる石炭ガス化炉用微粉炭供給システムを具備しているので、不活性ガスを製造する設備(例えば、図1に符号11で示す空気分離装置)を有しておらず、不活性ガスを余所から購入する場合には、ランニングコストの削減を図ることができる。
また、不活性ガスを製造する設備(例えば、図1に符号11で示す空気分離装置)を有している場合には、当該設備の小型化を図ることができ、初期投資を削減することができるとともに、当該設備の動力を削減することができて、ランニングコストの削減を図ることができる。
本発明の第3の態様に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法は、微粉炭機により粉砕された微粉炭を受け入れる微粉炭供給ホッパと、前記微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れる際、前記微粉炭供給ホッパの内部に充填されていた不活性ガスの一部を一時的に回収する第1加圧タンクと、前記微粉炭供給ホッパの内部圧力を所定の圧力まで上昇させるのに必要な圧力をもった不活性ガスが充填されている第2加圧タンクと、を備えた石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法であって、前記第1加圧タンクに回収された不活性ガスを、内部が大気圧状態とされた前記微粉炭供給ホッパに充填し、その後、前記第2タンク充填にされている不活性ガスを、前記微粉炭供給ホッパに充填するようにした。
上記第3の態様に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法によれば、微粉炭供給ホッパが微粉炭を受け入れる際、微粉炭供給ホッパの内部に充填されていた不活性ガスの一部が第1加圧タンクに一時的に回収され、その回収された不活性ガスが、微粉炭供給ホッパの内部に再度充填されることになる。
これにより、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができる。
上記石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法において、前記微粉炭供給ホッパが少なくとも二つ設けられており、そのうちの少なくとも一つの微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れている際、その他の微粉炭供給ホッパは、ガス化炉に前記微粉炭を供給するようにするとさらに好適である。
このような石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法によれば、ガス化炉に微粉炭を継続して安定的に供給することができる。
本発明に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムによれば、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムを具備した石炭ガス化複合発電設備の概略を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの概略を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの微粉炭供給ホッパ内に微粉炭(燃料)を補充(補給)する工程を説明するための図表である。 微粉炭供給ホッパの容量に対する減圧排気回収タンクの容量と、減圧排気回収タンクで回収し得る不活性ガス量との関係を示す図表である。 従来の石炭ガス化炉用微粉炭供給システムにおける2段加圧方式を説明するための図表である。
以下、本発明の一実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システム(石炭ガス化炉用微粉炭供給装置)について、図1から図4を参照しながら説明する。
図1に示す実施形態の石炭ガス化複合発電設備50は、空気を酸化剤としてガス化炉4で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置7で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン8へ供給している。すなわち、図1に示す石炭ガス化複合発電設備50は、空気燃焼方式(空気吹き)の石炭ガス化複合発電設備(以下、「空気吹きIGCCシステム」と呼ぶ)である。
この空気吹きIGCCシステム50は、後述するガスタービン8や排熱回収ボイラ9で仕事をした排ガスの一部を乾燥用ガスとして導入し、この乾燥用ガスとともに原料となる石炭を微粉炭機1に供給する。微粉炭機1では、乾燥用ガスにより供給された石炭を加熱し、石炭中の水分を除去しながら細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造する。
こうして製造された微粉炭は、乾燥用ガスによりバグフィルタ(サイクロン)2へ搬送される。バグフィルタ2の内部では、乾燥用ガス等のガス成分と微粉炭(粒子成分)とが分離され、ガス成分はバグフィルタ2から排気される。一方、粒子成分の微粉炭は、重力により落下して微粉炭供給ホッパ(以下、「ホッパ」という。)3に回収される。
ホッパ3内に回収された微粉炭は、後述する空気分離装置11から加圧搬送用として導入した窒素ガス(搬送用ガス)により、ガス化炉4内へ搬送される。
ガス化炉4には、石炭ガスの原料として微粉炭および後述するチャーが供給される。ガス化炉4では、圧縮機12,13から供給される圧縮空気および空気分離装置11から供給される酸素を酸化剤として、微粉炭およびチャーをガス化した石炭ガスが製造される。
こうしてガス化炉4でガス化された石炭ガスは、ガス化炉4の上部からガス冷却器5へ導かれて冷却される。この石炭ガスは、ガス冷却器5で冷却された後にチャー回収装置6へ供給される。
チャー回収装置6では、微粉炭をガス化した石炭ガスとともに生成されたチャーが分離される。石炭ガスは、チャー回収装置6の上部から流出し、ガス精製装置7を通ってガスタービン8へ供給される。
ガス精製装置7では、石炭ガスを精製してガスタービン8の燃料ガスが製造される。
こうして製造された燃料ガス(石炭ガス)は、ガスタービン8の燃焼器に供給されて燃焼し、高温高圧の燃焼排ガスが生成される。
この燃焼排ガスは、ガスタービン8のタービンを駆動した後、高温の排ガスとして排出される。こうして駆動されたガスタービン8は、タービンとともに回転する主軸が発電機14と連結されているので、発電機14を駆動して発電を行うことができる。
ガスタービン8から排出された高温の排ガスは、排熱回収ボイラ9に供給され、蒸気を生成する熱源として使用される。なお、排熱回収ボイラ9で蒸気生成に使用された排ガスは、図示しない脱硝装置等により必要な処理を施した後、大気へ排気される。
また、排熱回収ボイラ9で蒸気生成に使用された排ガスは、一部が微粉炭機1の乾燥用ガスとして抽出され、乾燥用ガス流路G1を通って微粉炭機1に供給される。なお、この乾燥用ガスには、脱硝等の処理を施した排ガスが用いられる。また、排熱回収ボイラ9で生成された蒸気は、発電用の蒸気タービン15等に供給される。
上述したチャー回収装置6で回収されたチャーは、重力によりチャー供給ホッパ10に落下して回収される。チャー供給ホッパ10内のチャーは、空気分離装置11から供給される窒素を搬送用ガスとして使用し、この窒素に搬送されてガス化炉4へ戻される。ガス化炉4に戻されたチャーは、微粉炭とともにガス化の原料として使用される。
このように、石炭を粉砕して得られる微粉炭は、空気および酸素を酸化剤とするガス化炉4でガス化することにより石炭ガスおよびチャーが生成される。一方の石炭ガスは、ガスタービン8の燃料ガスとして使用され、石炭ガスから分離したチャーは、再度ガス化炉4に供給されてガス化される。
なお、図1中の符号16は原炭バンカ、符号17はビン、符号18はチャー回収装置6を構成するサイクロン、符号19はサイクロン18とともにチャー回収装置6を構成するポーラスフィルタ、符号20はチャービン、符号21は圧縮機13を駆動回転させる電動機モータ、符号22は煙突、符号23は燃焼器、符号24は微粉炭乾燥ブロワである。
さて、本実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システム30は、少なくとも二つ(本実施形態では二つ)のホッパ3と、少なくとも一つ(本実施形態では一つ)の減圧排気回収タンク(第1加圧タンク)31と、少なくとも一つ(本実施形態では一つ)の加圧タンク(第2加圧タンク)32とを備えている。
各ホッパ3の頂部には、燃料供給管35と、大気放出管36と、減圧排気管37とが接続されている。
燃料供給管35の一端(上流端)はビン17の底部に接続され、燃料供給管35の他端(下流端)はホッパ3の頂部に接続されており、燃料供給管35を介して微粉炭(燃料)がホッパ3に供給されるようになっている。
大気放出管36の一端(上流端)はホッパ3の頂部に接続され、大気放出管36の他端(下流端)は大気に開放されており、各大気放出管36の途中には、大気放出弁V1が接続されている。
減圧排気管37の一端(上流端)はホッパ3の頂部に接続され、減圧排気管37の他端(下流端)は減圧排気回収タンク31の胴部上方に接続されており、減圧排気管37の途中には、減圧排気弁V2が接続されている。
各ホッパ3の胴部上方には、第1の不活性ガス供給管(加圧管)41が接続され、各ホッパ3の胴部下方には、第2の不活性ガス供給管(加圧管)42が接続されている。
第1の不活性ガス供給管41の一端(上流端)は減圧排気回収タンク31の胴部下方に接続され、第1の不活性ガス供給管41の他端(下流端)はホッパ3の胴部上方に接続されており、第1の不活性ガス供給管41の途中には、第1の不活性ガス供給弁(加圧弁)V3が接続されている。
第2の不活性ガス供給管42の一端(上流端)は加圧タンク32の胴部に接続され、第2の不活性ガス供給管42の他端(下流端)はホッパ3の胴部下方に接続されており、第2の不活性ガス供給管42の途中には、第2の不活性ガス供給弁(加圧弁)V4が接続されている。
つぎに、図3を用いて、ホッパ3内に微粉炭(燃料)を補充(補給)する工程を説明する。
まず、微粉炭の補充が要求されるホッパ3(以下、「当該ホッパ3」という。)に接続されている減圧排気弁V2を開放し、減圧排気管37を介して、当該ホッパ3内に5MPa程度の所定圧力で充填されていた不活性ガスを、内圧が1.8MPa程度とされた減圧排気回収タンク31内に充填する(図3の(1))。
当該ホッパ3内の圧力と、減圧排気回収タンク31内の圧力とが等しくなったら(均圧(3.3MPa程度)になったら)、減圧排気弁V2を全閉にするとともに、当該ホッパ3に接続されている大気開放弁V1を開放し、当該ホッパ3内の圧力を大気圧状態にして、ビン17から供給される微粉炭を受け入れる(図3の(2))。
当該ホッパ3内への微粉炭の補充が終了したら、大気開放弁V1を全閉にするとともに、当該ホッパ3に接続されている第1の不活性ガス供給弁V3を開放し、減圧排気回収タンク31内に予め充填(回収)しておいた、3.3MPa程度の圧力を有する不活性ガスを、当該ホッパ3内に充填する(図3の(3))。
当該ホッパ3内の圧力と、減圧排気回収タンク31内の圧力とが等しくなったら(均圧(1.8MPa程度)になったら)、第1の不活性ガス供給弁V3を全閉にするとともに、当該ホッパ3に接続されている第2の不活性ガス供給弁V4を開放し、当該ホッパ3内の圧力を5MPa程度の所定圧力まで昇圧して、ホッパ3内に微粉炭(燃料)を補充(補給)する工程を終了する(図3の(4))。
図4に示すように、例えば、ホッパ3の容量と、減圧排気回収タンク31の容量とを同じ(図4において横軸100%のところ)にした場合、ホッパ3に充填すべき不活性ガスの約38%を減圧排気回収タンク31で回収することができ、減圧排気回収タンク31の容量をホッパ3の半分(図4において横軸50%のところ)にした場合、ホッパ3に充填すべき不活性ガスの約30%を減圧排気回収タンク31で回収することができて、減圧排気回収タンク31の容量をホッパ3の四分の一(図4において横軸25%のところ)にした場合、ホッパ3に充填すべき不活性ガスの約20%を減圧排気回収タンク31で回収することができる。
なお、図4に示すように、減圧排気回収タンク31の容量をホッパ3の容量よりも大きくしたとしても(図4において横軸100%よりも右側にくるようにしたとしても)、減圧排気回収タンク31で回収してホッパ3に充填(補充)できる不活性ガスの量はほとんど変わらない。
本実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システム30によれば、ホッパ3が微粉炭を受け入れる際、ホッパ3の内部に充填されていた不活性ガスの一部が減圧排気回収タンク31に一時的に回収され、その回収された不活性ガスが、ホッパ3の内部に再度充填されることになる。
これにより、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができる。
また、本実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システム30によれば、ホッパ3が二つ設けられ、一方のホッパ3が微粉炭を受け入れている際、他方のホッパ3は、ガス化炉4に微粉炭を供給していることになる。
これにより、ガス化炉4に微粉炭を継続して安定的に供給することができる。
さらに、本実施形態に係る石炭ガス化炉用微粉炭供給システム30によれば、減圧排気回収タンク31の容量が、ホッパ3の容量の25%から100%とされている。
これにより、減圧排気回収タンク31の容量を、従来の2段加圧方式に用いられていた第1段加圧タンクの容量と同じか、あるいはそれよりも小さくすることができ、当該石炭ガス化炉用微粉炭供給システム30全体の小型化を図ることができる。
また、本発明に係る石炭ガス化複合発電設備50によれば、不活性ガスの消費量(使用量)を削減することができる石炭ガス化炉用微粉炭供給システム30を具備しているので、不活性ガスを製造する設備(例えば、図1に符号11で示す空気分離装置)を有しておらず、不活性ガスを余所から購入する場合には、ランニングコストの削減を図ることができる。
また、不活性ガスを製造する設備(例えば、図1に符号11で示す空気分離装置)を有している場合には、当該設備の小型化を図ることができ、初期投資を削減することができるとともに、当該設備の動力を削減することができて、ランニングコストの削減を図ることができる。
また、上述した実施形態において、石炭ガス化複合発電設備50は、空気吹きIGCCシステムであると説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、酸素吹きIGCCシステムとしてもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
1 微粉炭機
3 (微粉炭供給)ホッパ
4 ガス化炉
30 石炭ガス化炉用微粉炭供給システム
31 減圧排気回収タンク(第1加圧タンク)
32 加圧タンク(第2加圧タンク)
50 石炭ガス化複合発電設備

Claims (6)

  1. 微粉炭機により粉砕された微粉炭を受け入れる微粉炭供給ホッパと、
    前記微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れる際、前記微粉炭供給ホッパの内部に充填されていた不活性ガスの一部を一時的に回収し、その回収した不活性ガスを内部が大気圧状態とされた前記微粉炭供給ホッパに供給する第1加圧タンクと、
    前記微粉炭供給ホッパの内部圧力を所定の圧力まで上昇させるのに必要な圧力をもった不活性ガスが充填されている第2加圧タンクと、を備えている石炭ガス化炉用微粉炭供給システム。
  2. 前記微粉炭供給ホッパが少なくとも二つ設けられており、そのうちの少なくとも一つの微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れている際、その他の微粉炭供給ホッパは、ガス化炉に前記微粉炭を供給している請求項1に記載の石炭ガス化炉用微粉炭供給システム。
  3. 前記第1加圧タンクの容量が、前記微粉炭供給ホッパの容量の25%から100%となる請求項1または2に記載の石炭ガス化炉用微粉炭供給システム。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の石炭ガス化炉用微粉炭供給システムを備えている石炭ガス化複合発電設備。
  5. 微粉炭機により粉砕された微粉炭を受け入れる微粉炭供給ホッパと、
    前記微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れる際、前記微粉炭供給ホッパの内部に充填されていた不活性ガスの一部を一時的に回収する第1加圧タンクと、
    前記微粉炭供給ホッパの内部圧力を所定の圧力まで上昇させるのに必要な圧力をもった不活性ガスが充填されている第2加圧タンクと、を備えた石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法であって、
    前記第1加圧タンクに回収された不活性ガスを、内部が大気圧状態とされた前記微粉炭供給ホッパに充填し、その後、前記第2タンク充填されている不活性ガスを、前記微粉炭供給ホッパに充填するようにした石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法。
  6. 前記微粉炭供給ホッパが少なくとも二つ設けられており、そのうちの少なくとも一つの微粉炭供給ホッパが前記微粉炭を受け入れている際、その他の微粉炭供給ホッパは、ガス化炉に前記微粉炭を供給するようにした請求項5に記載の石炭ガス化炉用微粉炭供給システムの運転方法。
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